DE4039671A1 - Vorrichtung fuer analysen vn halbleiterscheiben mittels tieftemperatur-photolumineszenz - Google Patents

Description

Photolumineszenzanalysen bilden einen wesentlichen Bestandteil der Materialanalysen an Halbleiterscheiben und Halbleiter­ schichten. Dabei werden die zu untersuchenden Proben z. B. mittels flüssigen Stickstoffs gekühlt und mit einem Laserstrahl beleuchtet. Das von dem Kristall des Halbleitermateriales aus­ gesandte Lumineszenzlicht wird in einem Spektrometer spektral zerlegt und analysiert. Aus den gewonnenen Daten können z. B. die Dotierungen, die Materialzusammensetzungen, die Schicht­ dicken oder das Verhalten wesentlicher Parameter an Grenzflächen bestimmt werden.

Bisher wurden die Wafer oder Bruchstücke der Wafer auf einem Probenhalter mit Metallklammern angedrückt. Der Probenhalter wurde entweder in flüssiges Gas wie z. B. flüssigen Stickstoff getaucht oder auf einem Kaltkopf (Wärmesenke) befestigt, um die Probe auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Eine Schwierigkeit ist dabei, die Wafer auf den Probenhalter auf­ zubringen, ohne dabei Kratzer und Partikel zu erzeugen. Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Gefahr, beim anschließenden Aufwärmen der Wafer Niederschläge von Feuchtigkeit auf den Wafern zu bekommen, wenn man nicht Aufwärmzeiten von einigen Stunden in einer Atmosphäre von Inertgas in Kauf nehmen will. Alle bekannten Probenhalter, die ganze Wafer aufnehmen, sind Scheibenhalter für jeweils einen Wafer, so daß die lange Auf­ wärmzeit den Durchsatz an untersuchten Halbleiterscheiben er­ heblich einschränkt und nur stichprobenartige Messungen er­ laubt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der auch größere Halbleiterwafer mit großem Durchsatz bei tiefen Temperaturen mittels Photolumineszenz­ analyse untersucht werden können, ohne daß eine Gefahr der Beschädigung der Proben besteht.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß für den Transport von Wafern aus einer Kassette auf einen Chuck (Halte­ vorrichtung) und von dort in eine zweite Kassette bereits Vorrichtungen existieren, wie sie in der Fertigung von Halb­ leiterbauelementen verwendet werden. Erfindungsgemäß wird eine solche Vorrichtung mit einer Anlage zur Tieftemperatur-Photo­ lumineszenz kombiniert. Es folgt eine Beschreibung dieser er­ findungsgemäßen Vorrichtung anhand der Figuren.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung dieser Vorrichtung.

In Fig. 1 sind schematisch Wafer 1 dargestellt, die in Richtung der eingezeichneten Pfeile durch die Anlage transportiert werden. Die Anlage ist nach außen abgeschlossen. Die Wafer 1 werden durch eine Schleuse (Input 20) in eine erste Kassette, im folgenden als Einwurfkassette 2 bezeichnet, eingesetzt. Von dieser Einwurfkassette 2 werden sie zu einem Chuck 4 transportiert, der mit einem Kältetank 5 in Verbindung steht oder Teil eines solchen Kältetankes 5 bildet. Das Innenvolumen 10 der Anlage ist mit einem gut getrockneten Inertgas (z. B. Argon oder Helium) gefüllt. Der Druck dieses Inertgases be­ stimmt den Ansaugdruck des Wafers 1 auf dem Chuck 4. In dem Kältetank 5 befindet sich z. B. flüssiger Stickstoff, der den Wafer innerhalb weniger Sekunden auf die Temperatur des Chucks 4 abkühlt. Der Siedepunkt von Stickstoff liegt bei Normdruck bei etwa 77 K.

Oberhalb des Chucks 4 befindet sich ein Fenster 6 in der Hand der Apparatur. Durch dieses Fenster 6 wird der auf den Chuck 4 angesaugte Wafer 1 mit einem Lichtstrahl aus einem Laser 7 angestrahlt und das austretende Licht (in Fig. 1 durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt) analysiert. Anschließend wird der betreffende Wafer 1 in eine weitere Kassette, die Auswurf­ kassette 3 transportiert, von wo er durch eine weitere Schleuse (Output 30) entnommen werden kann. Mit dieser Vorrichtung können in einer Atmosphäre aus Inertgas ohne störende Verun­ reinigungen und mit hohem Durchsatz ganze Wafer mittels Photo­ lumineszenz analysiert werden. Nachdem die Wafer einer Kassette vollständig untersucht worden sind, sich diese Wafer also in der Auswurfkassette 3 befinden, wird die Vorrichtung schnell erwärmt, indem der Kältetank 5 geheizt wird. Dabei gewähr­ leistet das in dem Innenvolumen 10 befindliche Inertgas eine schnelle und gleichmäßige Temperaturverteilung. Gleichzeitig verhindert dieses Inertgas, daß sich Feuchtigkeit auf den Wafern niederschlägt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Zur Wärmeisolation gegenüber dem Außenraum ist bei diesem Ausführungsbeispiel der mit dem Inertgas gefüllte Teil der Vorrichtung in eine Vakuumkammer 11 eingesetzt. Diese Vakuumkammer 11 ist für das Beschicken der Anlage oberhalb des Inputs 20 mit einer Schleuse (weiterer In­ put 21) versehen. Für die Entnahme der Wafer befindet sich entsprechend oberhalb des Outputs 30 ebenfalls eine Schleuse (weiterer Output 31). Diese Vakuumkammer wird mit einer ange­ schlossenen Primärpumpe evakuiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt zum ersten Mal, wirk­ lich zerstörungsfrei Untersuchungen mittels Photolumineszenz an ganzen Wafern praktisch beliebiger Größe mit hohem Durchsatz durchzuführen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur optischen Analyse von Halbleiterscheiben (1) bei tiefer Temperatur,
bei der eine mit einer Einwurfkassette (2) und einer Auswurf­ kassette (3) und einem Chuck (4) zur Fixierung einer Halbleiter­ scheibe versehene Anlage mit einer mit dem Chuck (4) ver­ bundenen Kühlvorrichtung (5) und einem dem Chuck (4) gegenüber angeordneten Fenster (6) versehen ist und
bei der eine Lichtquelle (7) zur Bestrahlung einer auf dem Chuck (4) befindlichen Halbleiterscheibe sowie eine Apparatur zur Analyse von reflektiertem Licht vorhanden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anlage mit einem Inertgas gefüllt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Anlage sich in einer Vakuumkammer (11) befindet, die ein weiteres Fenster (8) oberhalb des Chucks (4) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Kühlvorrichtung ein mit flüssigem Gas gefüllter Kältetank (5) ist.