DE19737802A1 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von SubstratenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Be
handeln von Substraten, insbesondere von Halbleitersub
straten oder -wafern, bei dem wenigstens ein Substrat in
einer Reaktionskammer mit wenigstens einer Heizquelle
aufgeheizt wird, wobei eine Platte parallel zu dem zu be
handelnden Substrat vorgesehen ist. Die Erfindung be
trifft weiterhin eine Vorrichtung für eine thermische Be
handlung von Substraten, mit einer Reaktionskammer, we
nigstens einer Heizquelle und einer Platte, die parallel
zu dem zu behandelnden Substrat angeordnet ist.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist aus der
auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden DE 44 37 361 C be
kannt. Darüber hinaus sind Schnellheizverfahren und -sy
steme aus den auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden
Druckschriften DE 40 12 615 C, DE 42 23 133 C oder der
DE 44 14 391 A, sowie aus den US-Patentschriften 5 226 732,
5 359 693 und 5 628 564 bekannt. Weitere Schnellheizver
fahren und -Vorrichtungen sind in den Veröffentlichungen
J. Nackos: 2nd International Rapid Thermal Conference,
RTP '94. Monterey CA, Proc. p. 421-428 (1994), Arun K.
Nanda, Terrence J. Riley, G. Miner et al: "Evaluation of
Applied Materials Rapid Thermal Processor Using SEMATECH
Metrologies for 0,25 µm Technology Thermal Applications"
Part 11, Presentation at the Rapid Thermal and Integrated
Processing Conference MRS Spring Meeting '96, San Fran
cisco CA und Terrence F. Riley, Arun K. Nandam G. Miner
et al.: "Evaluation of Applied Materials Rapid Thermal
Processor Using SEMATECH Methodologies for 0,25 µm
Technology Thermal Applications" Part I.lbid sowie aus
der Veröffentlichung R. Bremsensdorfer, S. Marcus and Z.
Nenyei: "Patters Related Nonuniformities During Rapid
Thermal Processing", Presentation at the Rapid Thermal
and Integrated Processing Conference MRS Spring Meeting
'96, San Francisco CA und der nachveröffentlichten Druch
schrift Z. Nenyei, G. Wein, W. Lerch, C. Grunwald, J.
Gelpey and S. Wallmüller: "RTP Development Requirements",
presented at RTP '97 Conference Sept. 3-5, 1997 New Orle
ans beschrieben, wobei für letztere beiden Aufsätze einer
der Erfinder dieser Anmeldung Mitautor ist. Bei sämtli
chen dieser Verfahren und Vorrichtungen ist es schwierig
und, wenn überhaupt, nur mit hohem Aufwand möglich, die
für den Behandlungsprozeß sowie für deren Steuerung und
Regelung erforderliche Substrattemperatur in der benötig
ten Genauigkeit zu bestimmen. Die Temperaturermittlung
ist insbesondere deshalb schwierig, weil die Wärmestrah
lung des zu behandelten Substrats, beispielsweise eines
Halbleiterwafers, von der reflektierten Strahlung der
Heizquelle(n), etwa von der Lampenstrahlung getrennt wer
den muß, da die reflektierte Strahlung das Meßergebnis
beeinflußt. Darüber hinaus ändert sich die Wärmestrahlung
des Wafers mit dessen Emissivität, die bzw. deren Ände
rung a priori nicht bekannt ist. Um die Temperaturmessung
möglichst genau durchführen zu können, sind aufwendige
selektive Filter erforderlich, die die Lampenstrahlung in
einem schmalen optischen Frequenzband im Bereich der Meß
wellenlänge unterdrücken soll. Auch müssen unterschiedli
che Emissivitäten möglichst gut kompensiert werden. Dar
über hinaus werden die Meßergebnisse nicht nur durch die
reflektierte Lampenstrahlung, sondern auch durch die
Transmission des zu behandelnden Substrats beeinflußt, so
daß durch die dadurch entstehende Hintergrundstrahlung
eine ausreichend genaue Messung der Substrattemperatur
schwierig ist. Darüber hinaus werden die mit pyrometri
schen Meßverfahren erhaltenen Meßergebnisse auch durch
Interferenzeffekte auf den Oberflächen der Substrate ver
fälscht, die durch dünne Schichten auf den Substratober
flächen entstehen.
Neben wellenlängenselektiven und intensitätsmodulations
selektiven Verfahren, wie sie beispielsweise die aus der
US-Patentschrift 507 605 bekannte sogenannte "Ripple-
Technik" beinhaltet, sind weiterhin wellenvektorselektive
Pyrometrie-Verfahren bekannt, die die Hintergrundstrah
lung in einem größeren Energiebereich selektieren. Bei
diesem Verfahren wird die Winkelverteilung der gesamten
Lampenstrahlung mit verschiedenen Reflektorformen charak
teristisch gerichtet, und die Temperaturmessung erfolgt
aus einer Richtung, in der die Hintergrundstrahlung ihr
Minimum hat.
Bei all diesen bekannten Verfahren ist die Unterdrückung
der Hintergrundstrahlung, wenn überhaupt, nur mit großem
Aufwand möglich, um die Substrattemperatur für die Steue
rung des Behandlungsverfahrens ausreichend gut steuern zu
können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren und eine Vorrichtung zum schnellen thermischen Be
handeln von Substraten anzugeben bzw. zu schaffen, mit
dem bzw. mit der eine zuverlässige Bestimmung der
Substrattemperatur in einem breiten Temperaturbereich auf
einfache Weise möglich ist.
Ausgehend von dem eingangs genannten, aus der DE 44 37 361 C2
bekannten Verfahren, wird die gestellte Aufgabe
dadurch gelöst, daß die Temperatur im Zwischenraum zwi
schen dem Substrat und der Platte zur Ermittlung der Tem
peratur optisch ermittelt wird. Mit diesem bekannten Ver
fahren wird die die Temperaturmessung nachteilig beein
flussende Hintergrundstrahlung, die durch Reflexions-,
Transmissions- und Interferenzeffekte entstehen, weitge
hend von der eigentlichen Substratemission getrennt, so
daß sehr gute, unbeeinflußte Meßergebnisse erzielt werden
können.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung bilden die Substrate, die Platte und der Zwischen
raum zwischen dem Substrat und der Platte einen Hohlraum
strahler, dessen Temperatur optisch gemessen wird. Der
Hohlraumstrahler sorgt dafür, daß von außen auftretende
Beeinflussungen bei der Temperaturermittlung weitgehend
vermieden werden, da die Temperatur des Substrats direkt
gemessen und kontrolliert wird, im Gegensatz zur herkömm
lichen Verfahren. Auf diese Weise wird vermieden, daß die
Temperaturmessung durch Reflexionen oder Transmissionen
der Substrate oder Platten oder durch optische dünne
Schichten auf den Substratoberflächen, seien sie auf der
Vorder- oder auf der Rückseite des Substrats oder der
Platte, oder deren Änderungen gestört oder beeinflußt
werden kann.
Vorzugsweise wird die im Hohlraumstrahler bzw. im Zwi
schenraum zwischen dem Substrat und der Platte auftre
tende Strahlung durch ein Loch in der Platte, das vor
zugsweise in der Plattenmitte angeordnet ist, austritt,
gemessen und zur Ermittlung des Temperatur ausgewertet.
Die aus dem Loch austretende Strahlung wird dabei vor
zugsweise mit einem Pyrometer gemessen und ausgewertet.
Eine dabei gegebenenfalls erforderliche Kalibrierung ist
in der üblichen, herkömmlichen Weise durchführbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird die Strahlung nach Austritt aus dem Loch
so fokussiert, daß die vom Rand des Loches ausgehende
Strahlung von der Meßvorrichtung nicht erfaßt wird. Die
Meßvorrichtung "sieht" daher den Rand des Loches der
Platte nicht, so daß die Meßergebnisse durch die Randbe
reiche des Loches nicht nachteilig beeinflußt werden.
Vorzugsweise erfaßt bzw. mißt die Meßvorrichtung, vor
zugsweise ein Pyrometer, die aus dem Zwischenraum zwi
schen dem Substrat und der Platte austretende Strahlung
in einer ausgewählten Frequenz. Die Messung ist jedoch
vorteilhafterweise auch in einem schmalbandigen und ins
besondere auch in einem breitbandigen Frequenzbereich mit
Vorteil möglich.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Substrat und
der Platte ein thermisches Gleichgewicht besteht. Dies
läßt sich mit Vorteil dadurch erreichen, daß sowohl die
der Platte abgewandte Seite des Substrats, als auch die
dem Substrat abgewandte Seite der Platte jeweils von
Heizstrahlern bestrahlt werden, so daß eine doppelseitige
Heizung vorliegt. Vorteilhaft ist es dabei insbesondere
auch, die oberen und die unteren Heizstrahler bzw. Lam
penbänke unabhängig voneinander zu steuern bzw. zu re
geln, um ein thermisches Gleichgewicht einstellen zu kön
nen. Dadurch ergibt sich eine der idealen Schwarzkörper
strahlung angenäherte Strahlung des Hohlraumstrahlers,
die von äußeren Einflüssen im wesentlichen freigehalten
werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Platte
und/oder das Substrat opak ist, trägt zur Verbesserung
des erfindungsgemäßen Verfahrens bei, da dadurch der
Hohlraumstrahler zusätzlich stabilisiert wird.
Ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung, die aus
der auf dieselbe Anmelderin zurückgehende DE-44 37 361 C
bekannt ist, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß
auch dadurch gelöst, daß die Platte ein Loch zum Austritt
der im Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Platte
auftretenden Strahlung aufweist. Die zuvor im Zusammen
hang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen
Vorteile treten auch bei der erfindungsgemäßen Vorrich
tung ein.
Vorzugsweise wird durch das Substrat, die Platte und dem
Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Platte ein
Hohlraumstrahler gebildet, der eine Bestimmung der
Substrattemperatur ermöglicht, ohne daß dabei äußere Ein
flüsse, Reflexions- und Transmissionseigenschaften oder
Änderungen der Substratoberfläche störend in Erscheinung
treten.
Die aus dem Loch der Platte austretende Strahlung wird
durch eine optische Meßeinrichtung, vorzugsweise ein Py
rometer, gemessen und zur Ermittlung der Substrattempera
tur ausgewertet, wobei dies für eine ausgewählte Fre
quenz, oder in einem schmaleren oder breiteren Frequenz
band der Strahlung je nach den vorhandenen Gegebenheiten
und Erfordernissen durchführbar ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist der Abstand zwischen dem Substrat und der
Platte bezüglich ihrer Durchmesser klein. Umso größer der
Platten- und Substratdurchmesser ist, und umso kleiner
der Abstand zwischen Platte und Substrat gewählt ist, de
sto idealer Eigenschaften des Hohlraumstrahlers ergeben
sich, weil dadurch die Randbereiche des durch Platte und
Substrat gebildeten Hohlraumstrahlers praktisch vernach
lässigbar sind. Zur Verbesserung der Hohlraumstrahler-Ei
genschaften ist es weiterhin vorteilhaft, sowohl auf der
Substrat- als auch auf der Plattenseite der Substrat-
Platten-Anordnung wenigstens jeweils einen Heizstrahler
bzw. Einzellampen anzuordnen, die gegebenenfalls und vor
zugsweise auch unabhängig von- einander gesteuert werden
können, um der Substrat-Platten-Anordnung ein möglichst
gutes thermisches Gleichgewicht zu geben.
Die Meßergebnisse werden gemäß einer weiteren Ausfüh
rungsform der Erfindung zusätzlich verbessert, wenn zwi
schen der Meßvorrichtung und dem Loch, vorzugsweise di
rekt vor dem Loch, ein Breitwinkel-Objektiv vorgesehen
ist, so daß keine vom Lochrand ausgehende Strahlung auf
die Meßvorrichtung oder das Pyrometer fällt, wodurch eine
nachteilige Beeinflussung des Meßergebnisses durch Rand
bereiche des Loches vermieden werden.
Vorteilhaft ist es weiterhin, Lichtleitungen zur Strah
lungsübertragung zwischen dem Substratloch und der Meß
vorrichtung vorzusehen.
Unter dem Begriff Substrate sind in diesem Zusammenhang
Halbleiterwafer, Masken, Platten, sowie alle Objekte zu
verstehen, die oder deren Oberfläche einer thermischen
Behandlung unterzogen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Fi
gur erläutert, die eine schematische Querschnittsdarstel
lung einer Schnellheizvorrichtung wiedergibt.
In einer verspiegelten Kammer 1 befindet sich eine Reak
torkammer 2, die vorzugsweise aus Quarzglas hergestellt
ist. Auf der Ober- und auf der Unterseite der Reaktions
kammern 2 sind Heizquellen 3 in Form von Lampen angeord
net. Die Reaktorkammer 2 weist ein Gaszuführungsrohr 4
zum Einleiten eines Reaktionsgases und eine Kammertür 5
zum Ein- und Ausbringen eines Substrats 6, im vorliegen
den Fall eines Halbleiterwafers von 150 bis 200 mm Durch
messer, auf. Auf einem Quarz-Substratträger 7 befindet
sich eine von ihm durch Abstandshalter 8 beabstandet
Platte 9, die auch als Hotliner-Platte bezeichnet wird
und vorzugsweise denselben Durchmesser, also 150 oder 200
mm, wie das Substrat 6 aufweist. Parallel zur Hotliner-
Platte 9 und in einem Abstand von vorzugsweise 5 bis 6 mm
von ihr ist das Substrat 6 in der Reaktorkammer 2 ange
ordnet. Konzentrisch zur Hotliner-Platte 9 ist ein Kom
pensationsring 10 vorgesehen mit dem eine bessere thermi
sche Homogenität erreichbar werden kann. In der Nähe ei
ner Eintrittsöffnung 11 der Gaszuführung 4 befinden sich
Gasverteilerplatten 13.
Die zuvor beschriebene Schnellheizvorrichtung, sowie de
ren Einzelheiten und Funktionsweisen sind aus der bereits
erwähnten, auf dieselbe Anmelderin zurückgehende
DE 44 37 361 C2 bekannt, so daß darauf verwiesen wird. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird diese Druckschrift in
sofern zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der
Mitte der Hotliner-Platte 9 eine Bohrung oder ein Loch 14
ausgebildet, das einen Durchmesser von vorzugsweise 1 bis
2 mm aufweist und durch das Strahlung aus dem Zwischen
raum 15 zwischen dem Substrat 6 und der Hotliner-Platte 9
austritt, und durch ein Breitband-Objektiv 16, also durch
eine Optik für große Seewinkel, aus der Reaktorkammer 2
und danach aus der Kammer 1 in den Außenraum gelangt und,
gegebenenfalls nach Durchgang durch wenigstens eine wei
tere Linse oder ein weiteres Linsensystem 17, auf ein Py
rometer 18 fällt.
Die Reaktorkammer 2 und die Hotliner-Platte 9 bilden mit
einander einen Hohlraumstrahler, der auf Grund seiner re
lativen Abgeschlossenheit eine Strahlung enthält, die im
wesentlichen unabhängig von äußeren Einflüssen, wie der
Lampenstrahlung, Reflexionen, Oberflächenbeschaffenheiten
des Substrats 6 oder der Hotliner-Platte 9 oder einer
sonstigen Hintergrundstrahlung ist. Der Hohlraumstrahler
kommt dem Ideal eines schwarzen Strahlers umso näher, je
größer der Durchmesser des Substrats 6 und der Hotliner-
Platte 9 und umso kleiner der Abstand dazwischen ist. Da
durch werden die Hohlraumstrahler-Eigenschaften praktisch
unabhängig von dem Randbereich.
Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Aus
führungsbeispiels beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch
Ausgestaltungen, Modifikationen und Abwandlungen möglich,
ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
Beispielsweise ist es möglich, die Hotliner-Platte 9 auch
auf der anderen Seite des Substrats 6 als dies im darge
stellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, anzuordnen.
Insbesondere ist es auch möglich, auf der der Hotliner-
Platte 9 abgewandten Seite des Substrats 6 eine weitere
Platte vorzusehen, insbesondere dann, wenn ein Behand
lungsprozeß eines wenig dotierten Halbleitersubstrats un
ter 600°C durchgeführt werden soll. Durch die zusätzli
che Platte wird die Lampenstrahlung auch von oben abge
schirmt. Das gesamte Substrat 6 befindet sich daher in
einem einen schwarzen Körper darstellenden Hohlraum mit
dem Vorteil, daß strukturbedingte thermische und Prozeß-
Inhomogenitäten noch vollständiger ausgeschlossen sind.
Darüber hinaus ist es zusätzlich möglich, ein Thermoele
ment vorzusehen, das auf dem Quarzträger in der Weise an
geordnet ist, daß die nach unten weisenden Seiten der
Substrate 6 mit diesem Thermoelement in Berührung kommen.
Die Meßgenauigkeit der Kontakt-Thermoelemente ist dabei
auf Grund der Hotliner-Platte 9 wesentlich besser, da
diese die Thermoelement-Kontaktstelle, an der das Ther
moelement mit dem Substrat 6 in Berührung steht, gegen
über der Lampenstrahlung abschirmt. Die Temperaturmessung
mit dem Kontakt-Thermoelement ist daher zuverlässiger und
weniger fehlerbehaftet. Die Messung der Substrattempera
tur mit wenigstens einem Kontakt-Thermoelement ist insbe
sondere im Niedertemperaturbereich, also um und unterhalb
von 600°C vorteilhaft, jedoch auch bei Hochtemperatur-Pro
zeßschritten oder bei sich schrittweise ändernden Tempe
raturen verwendbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungen
zur Emissionskompensation durch wenigstens eine Platte
(9) - nachfolgend als Hotliner bezeichnet - weiter erläu
tert, aus denen sich zusätzliche Vorteile, Einzelheiten
und Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben, und
sie noch klarer zum Ausdruck bringen.
Für einen optischen Stahl gilt in jedem Punkt seines Weges der Erhaltungssatz
α + τ + ρ = 1 (1)
mit
α Absorptionskoeffizient
τ Transmissionskoeffizient
ρ Reflektionskoeffizient
oder in Worten, der Strahl wird entweder absorbiert, transmittiert oder reflektiert. Des weiteren gilt für die Emissivität ε das Kirchhoffsche Gesetz
α Absorptionskoeffizient
τ Transmissionskoeffizient
ρ Reflektionskoeffizient
oder in Worten, der Strahl wird entweder absorbiert, transmittiert oder reflektiert. Des weiteren gilt für die Emissivität ε das Kirchhoffsche Gesetz
α = ε (2)
Emissivität, Reflektivität und Transmission sind also korrespondierende Größen
ε = 1 - ρ -τ (3)
oder
ε = 1 - ρ für τ = 0 (4).
Die von Temperatur und Wellenlänge abhängige emittierte Wärmestrahlung eines schwar
zen Strahlers wird durch die Plancksche Strahlungsdichte
beschrieben. Wafer sind i.a. selektive Strahler, d. h. die emittierte Strahldichte muß mit der
wellenlängen-abhängigen Emissivität ε(λ) < 1 skaliert werden, also
K'λ(T) = ε(λ)Kλ(T) (6)
oder aber
K'λ(T) = (1- ρ(λ) - τ(λ))Kλ(T) (7)
K'λ(T) = (1 - ρ(λ))Kλ(T) für τ = 0 (8).
Betrachtet wird ein System bestehend aus einem Hotliner und einem darüber liegenden
Wafer. Die Transmission τhl des Hotliners ist aufgrund seiner hohen Dotierung gleich Null.
Für Si-Wafer gilt dies abhängig von der Dotierung erst ab Temperaturen oberhalb von
etwa 600-700°C. Es wird angenommen, daß sich der Si-Wafer in diesem Temperaturbereich
befindet, also τw = 0 ist. In der Mitte des Hotliners sitzt ein kleines Loch durch das
Strahlung nach außen treten kann. Dadurch bekommt der Hotliner lokal eine gewisse
(sehr kleine) Transmission τhl.
Die Intensitäten der von Wafer und Hotliner emittierten Wärmestrahlung Ihl und Iw in
einem schmalen optischen Band um λ0 hängen über die Emissivitäten εhl = εhl(λ0) und
εw = εw(λ0) mit der entsprechenden Schwarzkörperstrahlung IBB zusammen. Es gilt also
Iw = εw Iw,BB = (1 - ρw) Iw,BB (9)
bzw.
Ihl = εhl Ihl, BB = (1 - ρhl) Ihl, BB (10).
Das Funktionsprinzip kann man nun folgendermaßen erklären. Der Wafer emittiert gemäß
seiner Temperatur Wärmestrahlung mit der Intensität Iw. Diese trifft auf den Hotliner,
durch dessen Loch ein Anteil von
I0 = τhl Iw (11)
austritt. Die restliche Strahlung wird entsprechend dem Reflektionskoeffizienten des Hot
liners ρhl reflektiert, trifft wieder auf den Wafer, wird dort wieder entsprechend dem
Reflektionskoeffizienten des Wafers ρw reflektiert und trifft wieder auf den Hotliner. Zu
dem bereits ausgetretenem Anteil addiert sich also ein zweiter Anteil
I0,1 = τhl (1 + ρhl ρw) Iw (12).
Der reflektierte Anteil macht wieder einen Umlauf und trifft wieder auf den Hotliner usw.,
also
I0, 1, 2, . . . = τhl (1 + ρhl ρw + (ρhl ρw)2 + . . .) Iw (13)
Es ergibt sich also eine geometrische Reihe
die wegen ρhl ρw < 1 konvergiert:
Analog kann man die vom Hotliner emittierte Strahlung in Betracht ziehen die nach
erstmaliger Reflektion am Wafer denselben Verlauf nimmt wie die des Wafers, also nur
noch einmal mit ρw multipliziert werden muß:
Ein Pyrometer sieht aus dem Loch eine Strahlungsintensität
austreten. Es wird angenommen, daß die Hotliner-Platte und der Wafer identische Tempe
ratur haben. Dies impliziert, daß auch Schwarzkörperstrahlungen von Wafer und Hotliner
als gleich
Iw, BB = Ihl, BB = IBB (21)
angenommen werden können. Das Pyrometer sieht also jetzt die Intensität
Iges ist also weder von den optischen Eigenschaften des Hotliners, noch von denen des
Wafers abhängig, sondern nur noch von der bei einer bestimmten optischen Wellenlänge
ausschließlich temperaturabhängigen Schwarzkörperstrahlung IBB.
Claims (23)
1. Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten,
insbesondere von Halbleiterwafern, bei dem wenig
stens eine Substrat in einer Reaktionskammer mit we
nigstens einer Heizquelle aufgeheizt wird, wobei ei
ne Platte parallel zu der zu behandelnden Substrate
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlung im Zwischenraum zwischen dem
Substrat und der Platte zur Ermittlung der Tempera
tur des Substrats optisch erfaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat, die Platte und der Zwischenraum
zwischen dem Substrat und der Platte einen Hohlraum
strahler bilden, dessen Temperatur optisch gemessen
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die im Zwischenraum zwischen dem
Substrat und der Platte auftretende Strahlung durch
ein Loch in der Platte austritt und zur Ermittlung
der Temperatur gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die aus dem Loch austretende Strahlung mit einem
Pyrometer gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung nach Aus
tritt aus dem Loch so fokussiert wird, daß die vom
Rand des Loches ausgehende Strahlung vom Pyrometer
nicht erfaßt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Pyrometer die aus
dem Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Plat
te austretende Strahlung in einer ausgewählten Fre
quenz, in einem schmalbandigen Frequenzbereich
und/oder in einem breitbandigen Frequenzbereich er
faßt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und die
Platte in einem thermischen Gleichgewicht stehen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die der Platte abgewand
te Seite des Substrats und die dem Substrat abge
wandte Seite der Platte jeweils von Heizstrahlern
bestrahlt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und/oder
die Platte opak ist.
10. Vorrichtung für eine thermische Behandlung von
Substraten (6), insbesondere von Halbleiterwafern,
mit einer Reaktionskammer (2), wenigstens einer
Heizquelle (3) und einer Platte (9), die parallel zu
dem zu behandelnden Substrat (6) angeordnet ist, da
durch gekennzeichnet, daß die Platte (6) ein Loch
(14) zum Austritt der im Zwischenraum (15) zwischen
dem Substrat (6) und der Platte (9) auftretenden
Strahlung aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß ein Hohlraumstrahler durch das Substrat
(6), die Platte (9) und den Zwischenraum (15) zwi
schen dem Substrat (6) und der Platte (9) gebildet
ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet
durch eine optische Meßeinrichtung zum Messen der
aus dem Loch (14) der Platte (9) austretenden Strah
lung.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Meßeinrichtung (18) ein Pyrometer ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem
Substrat (6) und der Platte (9) bezüglich ihrer
Durchmesser klein ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl auf dem Substrat-
als auch auf der Plattenseite der Substrat-Platten-
Anordnung wenigstens eine Heizquelle (3) angeordnet
ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß vor dem Loch (14) ein
Breitwinkel-Objektiv (16) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Strah
lung zwischen dem Strahlungsaustrittsloch (14) und
dem Pyrometer (17) Lichtleitungen vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des
Substrats (6) eine Platte (9) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß die Substrate (6) und/oder
Platten (6) einen Durchmesser von 100 bis 300 mm und
vorzugsweise einen Durchmesser von 150 bis 200 mm
aufweisen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem
Substrat (6) und der Platte (6) 2 bis 10 mm und vor
zugsweise 5 bis 6 mm beträgt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß das Loch (14) einen Durch
messer von 0,5 bis 5 mm und vorzugsweise von 1 bis 2 mm
aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß das Substrat (6) mit einem
Kontakt-Thermoelement in Berührung steht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich
net, daß das Kontakt-Thermoelement an einer Stelle
angeordnet ist, an der es durch die Platte (6) ge
genüber den Heizquellen (3) abgeschirmt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19737802A DE19737802A1 (de) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19737802A DE19737802A1 (de) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19737802A1 true DE19737802A1 (de) | 1999-03-11 |
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ID=7840632
Family Applications (1)
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DE19737802A Withdrawn DE19737802A1 (de) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19737802A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19905050C2 (de) * | 1998-03-02 | 2000-08-31 | Steag Rtp Systems Gmbh | Vorrichtung für eine thermische Behandlung von Substraten |
DE19934299C2 (de) * | 1998-07-28 | 2003-04-03 | Steag Ast Elektronik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von emissivitätsunabhängigen Temperaturmessungen |
US6561694B1 (en) | 1998-07-28 | 2003-05-13 | Steag Rtp Systems Gmbh | Method and device for calibrating measurements of temperatures independent of emissivity |
DE19964183B4 (de) * | 1999-02-10 | 2004-04-29 | Steag Rtp Systems Gmbh | Vorrichtung und Verfahen zum Messen der Temperatur von Substraten |
SG109461A1 (en) * | 1999-03-29 | 2005-03-30 | Axcelis Tech Inc | System and method for determining stray light in a thermal processing system |
US7041610B1 (en) | 1999-10-28 | 2006-05-09 | Steag Rtp Systems Gmbh | Method and apparatus for the thermal treatment of substrates |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996037763A1 (en) * | 1995-05-26 | 1996-11-28 | Mattson Technology, Inc. | Semiconductor substrate processing system and method providing shielded optical pyrometry |
-
1997
- 1997-08-29 DE DE19737802A patent/DE19737802A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996037763A1 (en) * | 1995-05-26 | 1996-11-28 | Mattson Technology, Inc. | Semiconductor substrate processing system and method providing shielded optical pyrometry |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19905050C2 (de) * | 1998-03-02 | 2000-08-31 | Steag Rtp Systems Gmbh | Vorrichtung für eine thermische Behandlung von Substraten |
DE19934299C2 (de) * | 1998-07-28 | 2003-04-03 | Steag Ast Elektronik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von emissivitätsunabhängigen Temperaturmessungen |
US6561694B1 (en) | 1998-07-28 | 2003-05-13 | Steag Rtp Systems Gmbh | Method and device for calibrating measurements of temperatures independent of emissivity |
DE19964183B4 (de) * | 1999-02-10 | 2004-04-29 | Steag Rtp Systems Gmbh | Vorrichtung und Verfahen zum Messen der Temperatur von Substraten |
DE19964181B4 (de) * | 1999-02-10 | 2005-12-08 | Steag Rtp Systems Gmbh | Vorrichtung zum Messen der Tempertur von Substraten |
SG109461A1 (en) * | 1999-03-29 | 2005-03-30 | Axcelis Tech Inc | System and method for determining stray light in a thermal processing system |
US7041610B1 (en) | 1999-10-28 | 2006-05-09 | Steag Rtp Systems Gmbh | Method and apparatus for the thermal treatment of substrates |
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