DE19513749A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des Emissionsfaktors von Halbleitermaterialien durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des Emissionsfaktors von Halbleitermaterialien durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen

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Description

Das Ziel dieser Erfindung ist die Einführung einer neuen optischen Temperaturmeßmethode in der Halbleiterbearbeitung (Schnellheizsystemen), wenn die Halbleitermaterialien auf Grund ihrer Materialeigenschaften für Strahlung, in einem gewissen Bereich, noch optisch transparent sind und daher die Messung des Reflexionsgrades in diesem Bereich durch indirekte Reflexionen (mehrfach Reflexionen) verfälscht wird. Durch die Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen findet eine Elektronenanregung (Elektronenübergang vom Valenzband ins Leitungsband) des Halbleitermaterials statt und deshalb wird der Halbleiter opaque d. h. er ist für elektromagnetische Wellen undurchlässig. Dadurch läßt sich der Reflexionsgrad einfach aus einer direkten Messung, ohne den Einfluß aus den indirekten Reflexionen zu haben, bestimmen. Da ja durch die Elektronenanregung die Transmission des bestrahlten Materials aufgehoben wird. Somit ist es nun möglich den Emissionsfaktor des Halbleitermaterials, für den Zustand der Undurchlässigkeit, bei Raumtemperatur zu bestimmen.
Für diesen Fall gilt nun die einfache Formel für undurchsichtiges Material (τ = 0) unter Einbeziehung des Kirchhoffschen Gesetzes und des Energieerhaltungssatzes:
α + ρ = ε + ρ = 1
α = absorbierter Faktor
ρ = reflektierter Faktor
ε = emittierter Faktor
τ = transmittierter Faktor.
Die Meßmethode kann sowohl für eine externe Bestimmung des Emissionswertes, wie auch für eine interne (im Bearbeitungsprozeß) Bestimmung verwendet werden. Somit ist ein Problem, das bei der optischen Temperaturmessung von Halbleitermaterialien bei niedrigen Temperaturen auftritt gelöst.
Es ist z. B. bekannt, daß schwach dotierte Si-Wafer im infrarot Bereich von über 1.1 µm bis etwa 600°C semitransparent sind. Durch die Bestrahlung kann sofort der Emissionswert, des Halbleitermaterials, aus obiger Formel bestimmt werden. Infolgedessen kann die exakte Temperatur des Halbleitermaterials über die Messung der Photonenemission gemessen und bestimmt werden. Des weiteren wird das Störsignal der Messung der Photonenemission durch Reduzierung der Hintergrundstrahlung vermindert, da keine indirekte Reflexion mehr auftreten kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung des Emissionsfaktors eines Halbleitermaterials, das sich in einer Reaktionskammer mit einer Heizquelle befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial mit einer schmalbandigen Strahlungsquelle mit einer Energie von gleich oder größer der Energie des Bandabstandes des Halbleitermaterials so bestrahlt wird, daß der Halbleiter für den im Prozeß verwendeten Wellenlängenbereich eines Meßsystems optisch undurchlässig wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bestrahlung des Halbleitermaterials als schmalbandige Strahlungsquelle eine Spektrallampe, Halogenlampe, Bogenlampe oder ein Laser verwendet wird.
3. Anordnung zur Bestimmung des Emissionsfaktors eines Halbleitermaterials, das sich in einer Reaktionskammer mit einer Heizquelle befindet, mit Hilfe eines Meßsystems, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem eine schmalbandige Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger enthält und derart angeordnet ist, daß der von der Strahlungsquelle ausgesandte Strahl und der vom Strahlungsempfänger empfangene Strahl betragsmäßig denselben Winkel zur Normalenrichtung auf das Halbleitersubstrat haben.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Meßsystem oder Teile davon innerhalb oder außerhalb der Reaktionskammer befinden.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Halogenlampe, eine Bogenlampe, eine Spektrallampe oder ein Laser ist.
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