DE19748041A1

DE19748041A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung und Regelung der Temperatur einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE19748041A1
Application number: DE19748041A
Authority: DE
Inventors: Georg Brenninger; Alois Aigner
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1998-12-17

Description

Gegenstand der Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Verfah ren zur pyrometrischen Messung und Regelung der Temperatur ei ner Halbleiterscheibe während einer Hochtemperatur-Behandlung der Halbleiterscheibe in einer von IR-Strahlern beheizten Quarzkammer.

Die Bestimmung der Temperatur der Halbleiterscheibe mittels eines Pyrometers ist ungenau, weil das Meßergebnis durch Stör strahlung verfälscht wird, die von den IR-Strahlern stammt.

In der DE-40 12 615 A1 wird zur Lösung dieses Problems vorge schlagen, die Photonenstrahlung der IR-Strahler in einem schmalen Wellenlängenbereich zwischen 2,7 und 2,8 µm durch künstliches Doppel-OH-Band-Quarzmaterial abzuschirmen, das für Strahlung dieser Wellenlänge weitgehend undurchlässig ist. Die Temperaturstrahlung der Halbleiterscheibe im Bereich dieser Wellenlänge wird ausgekoppelt und mit dem Pyrometer gemessen.

Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß die Quarzkammer zu ei nem großen Teil aus einem Quarzmaterial bestehen muß, das we gen der erforderlichen, besonderen optischen Eigenschaften vergleichsweise teuer ist. Quarzkammern, die üblicherweise für die Hochtemperatur-Behandlung von Halbleiterscheiben verwendet werden, sind nicht geeignet. Darüber hinaus muß die vorge schlagene Quarzkammer eine Linse aus OH-Band-freiem Quarzmate rial aufweisen, damit die Temperaturstrahlung der Halbleiter scheibe im vorgesehenen Wellenlängen-Bereich zum Pyrometer ge langen kann. Dies macht eine feste Verbindung von verschieden artigem Quarzmaterial notwendig, wobei die Gefahr besteht, daß die Quarzkammer wegen unterschiedlicher Wärmeausdehnungs-Ei genschaften des Quarzmaterials während der Hochtemperatur-Be handlung der Halbleiterscheibe undicht oder sogar zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu ver meiden, und eine genaue pyrometrische Messung der Temperatur von Halbleiterscheiben in Quarzkammern zu ermöglichen, die aus Quarzmaterial bestehen, das die erwähnten, besonderen opti schen Eigenschaften nicht unbedingt besitzen muß.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur pyrometri schen Messung und Regelung der Temperatur einer Halbleiter scheibe während einer Hochtemperatur-Behandlung der Halblei terscheibe, umfassend eine Quarzkammer, die von außen mit IR- Strahlern beheizt wird, eine Auflage, auf der die Halbleiter scheibe aufliegt, ein Pyrometer zur Messung der Temperatur strahlung der Halbleiterscheibe und eine Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur der Halbleiterscheibe, die dadurch ge kennzeichnet ist, daß die Quarzkammer eine Öffnung aufweist, die sich über der Halbleiterscheibe befindet und von einem ge kühlten Quarzrohr umschlossen wird, das an einem Ende mit ei nem Saphirfenster abgedeckt ist, und daß das Pyrometer Wär mestrahlung im Bereich von 4,8 bis 5,3 µm registriert, die durch das Quarzrohr und das Saphirfenster zum Pyrometer gelangt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Messung und Regelung der Temperatur einer Halbleiterscheibe mit einem Pyrometer während einer Hochtemperatur-Behandlung der Halblei terscheibe in einer Quarzkammer, die von außen mit IR-Strah lern beheizt wird, wobei die Temperatur der Halbleiterscheibe auf der Grundlage pyrometrisch registrierter Wärmestrahlung geregelt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem Py rometer Wärmestrahlung registriert wird, die eine Wellenlänge im Bereich von 4,8 bis 5,3 µm aufweist und die Quarzkammer durch ein Saphirfenster verlassen hat.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die vorgeschlagene Temperaturmessung sehr genau ist und unter sta tionären Bedingungen ein zeitlich stabiles Signal erhalten wird. Von besonderem Vorteil ist, daß bestehende Vorrichtungen zur Hochtemperatur-Behandlung von Halbleiterscheiben mit ge ringem Aufwand umgebaut werden können. Prinzipiell ist dies bei allen Quarzkammern möglich, die von außen mit IR-Strahlern beheizt werden. Im Sinne der Erfindung wird unter einer Hochtemperatur-Behandlung insbesondere das Tempern ("annea ling", "rapid thermal annealing") und das Abscheiden von Fil men ("chemical vapour deposition" - CVD, "epitaxy") verstanden.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Figur näher be schrieben. Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die Vorrichtung umfaßt eine gasdicht verschließbare Kammer 1 aus Quarzmaterial, nachfolgend Quarzkammer genannt, mit einer Auflage 2, auf der eine Halbleiterscheibe 3 abgelegt ist. Die Halbleiterscheibe kann auch, abweichend vom dargestellten Aus führungsbeispiel, vertikal stehend auf der Auflage abgestützt sein. Ebenso kann die Auflage, abweichend von der Darstellung, so ausgeführt sein, daß beide Seiten der Halbleiterscheibe für beispielsweise eine beidseitige Beschichtung frei zugänglich sind. Außerhalb der Quarzkammer sind ein oder mehrere IR- Strahler 4 angeordnet. Die IR-Strahler, beispielsweise Halo genlampen, liefern die notwendige Strahlungsenergie, um die Halbleiterscheibe auf eine gewünschte Prozeßtemperatur, die vorzugsweise im Bereich von 300 bis 1300°C liegt, aufzuhei zen. An das Quarzmaterial ist nur die ohnehin für Quarz übli cherweise zutreffende Anforderung zu stellen, daß dessen Transmission für Strahlung einer Wellenlänge im Bereich von 4,5 bis 5,5 µm weniger als 10% beträgt.

Die Quarzkammer weist eine Öffnung auf, die sich über der Halbleiterscheibe befindet und von einem Quarzrohr 5 umgeben ist. Das Quarzrohr ist mit der Quarzkammer fest verbunden, vorzugsweise verschweißt. Um Wärmespannungen zu vermeiden, be stehen die Quarzkammer und das Quarzrohr bevorzugt aus demsel ben Quarzmaterial. Das Quarzrohr kann einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen. An seinem von der Öffnung abge wandten Ende wird das Quarzrohr von einem Saphirfenster 6 ab gedeckt, wobei sichergestellt ist, daß das Saphirfenster das Quarzrohr gasdicht abschließt. Dies kann beispielsweise durch eine Dichtung 7 erreicht werden.

Saphir hat die optische Eigenschaft, Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,15 bis 7 µm weitgehend ungehin dert passieren zu lassen. Zur sicheren Bestimmung der Tempera tur der Halbleiterscheibe wird daher ein Pyrometer 8, das in diesem Wellenlängenbereich empfindlich ist, in den Strahlen gang 9 der von der Halbleiterscheibe abgestrahlten Wärmestrah lung gebracht. Störstrahlung, die von den IR-Strahlern emittiert wird, wird in erster Linie durch das Quarzmaterial der Quarzkammer abgeschirmt. Eine zusätzliche Abschirmung wird durch Kühleinrichtungen erreicht, beispielsweise durch eine Kühleinrichtung 10 zur Kühlung des Quarzrohres und einen ge kühlten Reflektor 11, der zum Pyrometer gerichtete Wärmestrah lung der IR-Strahler abblockt.

Die Regelung der Temperatur der Halbleiterscheibe geschieht mit Hilfe eines Leitrechners 12. Dieser vergleicht die Ist- Temperatur, die sich durch Auswertung der vom Pyrometer registrierten Wärmestrahlung ergibt, mit einer gespeicherten Soll-Temperatur und verändert gegebenenfalls die Leistungsab gabe der IR-Strahler.

Claims

1. Vorrichtung zur pyrometrischen Messung und Regelung der Temperatur einer Halbleiterscheibe während einer Hochtempera tur-Behandlung der Halbleiterscheibe, umfassend eine Quarzkam mer, die von außen mit IR-Strahlern beheizt wird, eine Aufla ge, auf der die Halbleiterscheibe aufliegt, ein Pyrometer zur Messung der Temperaturstrahlung der Halbleiterscheibe und eine Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur der Halbleiter scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzkammer eine Öff nung aufweist, die sich über der Halbleiterscheibe befindet und von einem gekühlten Quarzrohr umschlossen wird, das an ei nem Ende mit einem Saphirfenster abgedeckt ist, und daß das Pyrometer Wärmestrahlung im Bereich von 4,8 bis 5,3 µm regi striert, die durch das Quarzrohr und das Saphirfenster zum Py rometer gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzrohr auf die Quarzkammer geschweißt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Saphirfenster auf das Quarzrohr geklemmt ist und das Quarzrohr gasdicht verschließt.

4. Verfahren zur Messung und Regelung der Temperatur einer Halbleiterscheibe mit einem Pyrometer während einer Hochtempe ratur-Behandlung der Halbleiterscheibe in einer Quarzkammer, die von außen mit IR-Strahlern beheizt wird, wobei die Tempe ratur der Halbleiterscheibe auf der Grundlange pyrometrisch registrierter Wärmestrahlung geregelt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Pyrometer Wärmestrahlung registriert wird, die eine Wellenlänge im Bereich von 4,8 bis 5,3 µm auf weist und die Quarzkammer durch ein Saphirfenster verlassen hat.