DE10119047A1 - Thermische Bearbeitungseinrichtung, thermisches Bearbeitungsverfahren , Verfahren zum Erfassen der Temperatur eines Gegenstandes - Google Patents
Thermische Bearbeitungseinrichtung, thermisches Bearbeitungsverfahren , Verfahren zum Erfassen der Temperatur eines GegenstandesInfo
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Abstract
Verfahren zum Erfassen einer Temperatur eines Objekts in einer Multireflexionsumgebung mit Hilfe eines Strahlungspyrometers. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Erfassen einer Strahlungsstärke, die von einem Zielbereich eines Objekts ausgesendet wird, Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um die Wirkung der Mehrfachreflexionen einer von dem Objekt ausgesendeten Strahlung zu kompensieren, Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen Reflexionsverlust zu kompensieren, der an einer Endoberfläche eines optischen Mediums, das zwischen dem Objekt und einem Messkopf des Pyrometers angeordnet ist, verursacht wird, Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke bezüglich eines optischen Absorptionsverlustes, der in dem optischen Medium verursacht wird, und Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke bezüglich einer Streustrahlung, die in den Messkopf aus einer anderen Quelle als dem Zielbereich auf dem Objekt gelangt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Halbleitereinrichtungen,
insbesondere eine schnelle Thermobearbeitungsvorrichtung.
Das schnelle Thermobearbeiten (RTP) umfaßt Verfahren, wie ein schnelles thermisches Er
wärmen/Abkühlen bzw. Tempern (RTA), ein schnelles thermisches Reinigen (RTC), ein
schnelles thermisches, chemisches Dampfablagern bzw. -beschichten (RTCVD), eine
schnelle thermische Oxydation (RTO), eine schnelle thermische Nitrierung (RTN) und der
gleichen, und wird umfangreich bei dem Herstellungsprozeß von Halbleitereinrichtungen ge
nutzt, einschließlich integrierter Speicherschaltungen und integrierter Logikschaltungen.
Ein typischer Herstellungsprozeß einer integrierten Halbleiterschaltung umfaßt verschiedene
thermische Verfahrensschritte, beispielsweise eine Filmbeschichtung bzw. -ablagerung, ein
Erwärmen/Kühlen bzw. Tempern, eine Oxydation, eine Diffusion, ein Sputtern, ein Ätzen, ein
Nitrieren oder dergleichen. Somit ist ein Halbleitersubstrat einer Anzahl solcher thermischer
Verfahrensschritte ausgesetzt.
Ein RTP-Verfahren ist eine vielversprechende Substratverarbeitung zum Verbessern der Aus
beute und der Qualität der Halbleitereinrichtungen in Anbetracht der Tatsache, daß der Tem
peraturanstieg und der Temperaturabfall in einer kurzen Zeitperiode mit einer sehr großen
Rate ausgeführt werden. Mittels der Nutzung eines RTP-Verfahrens kann die Dauer, in wel
cher das Substrat einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, wesentlich verkürzt werden.
Eine herkömmliche RTP-Vorrichtung umfaßt im allgemeinen eine cluster-ähnliche Prozeß
kammer für die Einzelwafer-Verarbeitung bzw. -Bearbeitung eines Substrates, wobei das
Substrat ein Halbleiterwafer, ein Glassubstrat, das eine Photomaske trägt, ein Glassubstrat für
eine Flüssigkristallanzeigeneinrichtung, ein Substrat für eine optische Platte oder dergleichen
sein kann. Die Prozeßkammer umfaßt ein Quarzfenster und eine Hochenergielampe, bei
spielsweise eine Halogenlampe, die benachbart zu dem Quarzfenster über und/oder unter der
Prozeßkammer so angeordnet ist, daß durch das Quarzfenster das Substrat in der Prozeßkam
mer erwärmt werden kann. Die Lampe trägt einen Reflektor auf einer Seite, die zu der Seite
entgegengesetzt ist, auf welcher das Substrat angeordnet ist.
Typischerweise weist das Quarzfenster eine plattenähnliche Form auf, wobei auch röhrenför
mige Fenster möglich sind. In letzterem Fall ist das zu bearbeitende Substrat in dem röhren
förmigen Quarzfenster angeordnet. In dem Fall, daß die Prozeßkammer mittels einer Vaku
umpumpe evakuiert ist, wird bevorzugt, daß das Quarzfenster eine Dicke von einigen Milli
metern (30-40 mm) aufweist, so daß eine ausreichende mechanische Stärke zum Aushalten
des atmosphärischen Drucks gewährleistet ist, der auf die evakuierte Prozeßkammer ange
wendet wird. In Anbetracht der Tendenz, daß eine thermische Beanspruchung ein konkaves
Durchbiegen des Quarzfensters in Richtung des inneren der Prozeßkammer verursacht, exi
stieren Fälle, in denen das Quarzfenster eine kompensierende, konvexe Krümmung aufweist,
so daß das Quarzfenster von der Prozeßkammer nach außen absteht.
Um ein gleichmäßiges Erwärmen zu erreichen, sind benachbart zu dem Quarzfenster eine
Anzahl von Halogenlampen angeordnet, wobei die von den Halogenlampen erzeugte, thermi
sche Strahlung mit Hilfe des Reflektors, der hinter den Lampen vorgesehen ist, in Richtung
des Substrats in der Prozeßkammer gerichtet wird. Typischerweise weist die Prozeßkammer
in der Seitenwand zum Ein-/Ausführen des Substrats ein Absperr- bzw. Torventil auf, und es
ist ein Gaszuführventil ebenfalls in der Seitenwand der Prozeßkammer vorgesehen.
In einer solchen RTP-Vorrichtung ist es für das Erreichen einer zuverlässigen Bearbeitung
wichtig, daß die Substrattemperatur exakt gemessen wird. Zu diesem Zweck ist ein Tempe
raturdetektor in der Prozeßkammer so vorgesehen, daß der Temperaturdetektor die Tempera
tur des Substrats in der Prozeßkammer erfaßt. Während ein solcher Temperaturdetektor mit
tels eines Thermoelements gebildet werden kann, wird die Nutzung des Thermoelements in
einer RTP-Vorrichtung nicht bevorzugt, weil die Möglichkeit besteht, daß das Metall, wel
ches das Thermoelement bildet, eine Kontamination des Substrats verursacht.
In Anbetracht der oben beschriebenen Situation nutzen herkömmliche RTP-Vorrichtungen ein
Strahlungspyrometer für die Temperaturerfassung des Substrats, wobei ein Strahlungsther
mometer oder Strahlungspyrometer die Stärke der thermischen Strahlung erfaßt, die von der
Rückfläche des Substrats emittiert wird. Die thermische Strahlungsstärke, die auf diese Weise
erfaßt wird, wird basierend auf dem Emissionsgrad s gemäß der folgenden Beziehung in eine
Temperatur umgewandelt
Em(T) = εEBB(T) (1).
Em(T) repräsentiert die erfaßte Strahlungsstärke, während EBB(T) die Strahlungsstärke eines
schwarzen Körpers bei einer Temperatur T repräsentiert. Die Nutzung eines solchen Pyrome
ters wurde bereits in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 11-258051 beschrieben.
Beim Betrieb einer RTP-Vorrichtung wird ein zu bearbeitender Wafer in die Prozeßkammer
eingeführt und auf einer Waferstufe mittels eines Spannfutter-Mechanismus gehalten. Danach
wird ein Prozeßgas, beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff, von dem Gaszuführventil in die
Prozeßkammer eingeführt. Die Halogenlampe wird zum schnellen Erwärmen des Wafers mit
Energie versorgt. Hierdurch wird die Temperatur des Substrats mit Hilfe des Strahlungspy
rometers erfaßt. Eine Steuereinrichtung steuert die Anregung der Halogenlampen und erreicht
eine rückgekoppelte Steuerung als Reaktion auf den Ausgang des Strahlungspyrometers.
Andererseits weist eine herkömmliche RTP-Vorrichtung, die ein Strahlungspyrometer nutzt,
einen Nachteil dahingehend auf, daß wegen des kleinen Abstands zwischen dem Substrat und
dem Sensorkopf des Pyrometers ein Temperaturanstieg im Sensorkopf des Pyrometers als
Ergebnis thermischer Strahlung des Wafers auftritt, was zu einem Fehler des Ergebnisses der
Temperaturerfassung führt.
Während ein solcher Fehler mit Hilfe des Vorsehens einer Kühlbefestigung des Pyrometers
vermieden werden kann, erhöht eine solche Konstruktion die Größe und die Kosten der RTP-
Vorrichtung.
Deshalb leidet die herkömmliche RTP-Vorrichtung, welche ein Strahlungspyrometer für die
Temperaturerfassung des Substrats nutzt, unter dem Problem einer geringen Genauigkeit der
Temperaturmessung, wobei festgestellt wurde, daß das Problem nicht nur durch den vorher
beschriebenen Temperaturanstieg des Pyrometers, sondern auch durch andere Gründe verur
sacht wird.
Im Ergebnis von Untersuchungen, die die Basis für die vorliegende Erfindung bilden, hat der
Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß unter den folgenden Bedingungen eine
Abweichung von der vorher genannten Gleichung (1) auftritt: (1) Der Sensorkopf des Pyro
meters erfaßt Mehrfachreflexionen der von dem Substrat emittierten, thermischen Strahlung;
(2) es existiert eine thermische Strahlung, die von einer anderen Wärmequelle als dem Zielbe
reich des Wafers kommt; (3) es existiert ein Reflexionsverlust an der Endoberfläche des opti
schen Mediums, welches zwischen dem Wafer und dem Sensor angeordnet ist; und (4) es
existiert ein substantieller Absorptionsverlust in dem optischen Medium. Im Fall der RTP-
Vorrichtung, in welcher auf verschiedenen Abschnitten der Prozeßkammer zur Verbesserung
der thermischen Effizienz eine reflektierende Beschichtung vorgesehen ist, kann der Effekt
der vorgenannten Faktoren (1) und (2) nicht ignoriert werden.
Dementsprechend besteht eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
neue nützliche Thermobearbeitungsvorrichtung zu schaffen, bei der die vorgenannten Pro
bleme eliminiert sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Thermobearbeitungsvor
richtung zu schaffen, bei der die Genauigkeit der Temperaturerfassung verbessert ist.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Temperaturerfassungsverfahren
für eine Thermobearbeitungsvorrichtung zu schaffen, wobei die Faktoren, die einen Erfas
sungsfehler verursachen, in Betracht gezogen werden und der Erfassungsfehler eliminiert ist.
Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen einer
Temperatur mittels eines Strahlungspyrometers eines Objekts zu schaffen, das in einer Mehr
fachreflexions-Umgebung angeordnet ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
- - Erfassen einer Strahlungsstärke, die von einem Zielbereich des Objekts emittiert wird;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um die Wirkung der Mehrfachre flexionen einer von dem Objekt emittierten Strahlung zu kompensieren;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen Reflexionsverlust zu kompensieren, der an einer Endoberfläche eines optischen Mediums verursacht wird, das zwischen dem Objekt und dem Sensorkopf angeordnet ist;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen optischen Absorptions verlust zu kompensieren, der in dem optischen Medium verursacht wird; und
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um eine Streustrahlung zu kom pensieren, die von einer anderen Quelle als dem Zielbereich des Objekts in den Sensor kopf gelangt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Abweichung der mittels des Pyrometers erfaßten
Temperatur von der wahren Temperatur hinsichtlich der folgenden Punkte effektiv kompen
siert: Die Mehrfachreflexion, die in der Mehrfachreflexions-Umgebung stattfindet; der Refle
xionsverlust auf der Oberfläche des optischen Mediums zwischen dem Substrat und dem Sen
sorkopf; der Absorptionsverlust in dem optischen Medium; und die thermische Streustrahlung,
die von einer anderen Quelle als dem Zielabschnitt des Objekts in den Sensorkopf gelangt.
Das Objekt kann ein Substrat oder ein Wafer sein. Die Mehrfachreflexions-Umgebung kann
eine Prozeßkammer einer Thermobearbeitungsvorrichtung sein. Auf diese Weise wird eine
genaue Temperaturmessung in einer Thermobearbeitungsvorrichtung mittels eines Pyrome
ters möglich und die Temperatursteuerung in einer solchen Thermobearbeitungsvorrichtung
verbessert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Thermobearbeitungsvor
richtung zu schaffen, die die folgenden Elemente umfaßt: Eine Prozeßkammer mit einer hierin
angeordneten Stufe, die zum Stützen eines Substrats angepaßt ist, wobei die Prozeßkammer
einen Evakuierungsanschluß zum Verbinden mit einem Evakuierungssystem aufweist; eine
Wärmequelle, die vorgesehen ist, um das Substrat in der Prozeßkammer zu erwärmen; ein
Strahlungspyrometer, das zum Messen einer Temperatur des Substrats an die Prozeßkammer
gekoppelt ist; eine Steuereinheit zum Steuern der Erregung bzw. Anregung der Wärmequelle
als Reaktion auf eine Temperatur des Substrats; und einen Kühlmechanismus zum Kühlen
eines Teils der Prozeßkammer in der Nähe des Strahlungspyrometers; wobei das Strah
lungspyrometer weiterhin die folgenden Elemente aufweist:
- - einen Drehchopper mit einem Schlitz, einer hoch-reflektierenden Oberfläche und einem niedrig-reflektierenden Bereich, wobei der Drehchopper in einem optischen Weg der von dem Substrat emittierten Strahlung angeordnet ist;
- - einen durchsichtigen Stab, der in dem optischem Weg zwischen dem Substrat und dem Chopper angeordnet ist, wobei der durchsichtige Stab eine Mehrfachreflexion der Strahlung zwischen dem Wafer und dem Chopper erlaubt; und
- - einen Detektor, der zum Erfassen der Strahlung, die durch den Schlitz gelangt, hinter dem Chopper angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird der Abstand zwischen dem Detektor und dem Substrat vergrößert und
sind der Effekt des Temperaturanstiegs des Detektors und die verbundene Abweichung von
der Temperaturerfassung erfolgreich vermieden.
Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der
folgenden, detaillierten Beschreibung in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Konstruktion einer RTP-Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Konstruktion eines Quarzfensters in Draufsicht
zeigt, welches in der RTP-Vorrichtung nach Fig. 1 genutzt wird;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Teil des Quarzfensters zusammen mit einer Lampe
und einem Reflektor in einer vergrößerten Aussicht zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Konstruktion einer Lampe zeigt, die für die RTP-
Vorrichtung nach Fig. 1 anwendbar ist;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Wirkung der indirekt auf das Quarzfenster einfallen
den Strahlung erklärt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das auf einer vergrößerten Skala eine Modifikation des
Reflektors nach Fig. 3 zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Wirkung der Konstruktion nach Fig. 6 erklärt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Draufsicht des Kühlluftflusses in das Quarzfenster
zeigt, welches mit dem Reflektor nach Fig. 6 gekoppelt ist;
Fig. 9 ist ein Diagramm, was die Beziehung zwischen dem Kühlluftdurchgang in dem
Quarzfenster und dem Dichtteil der Lampe zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt des Quarzfensters für den Fall zeigt, daß
die rohrförmige Doppelend-Lampe durch eine Einzelend-Glühbirne ersetzt ist;
Fig. 11 ist ein Diagramm, daß das Quarzfenster zusammen mit Einzelend-Glühlampen
in Draufsicht zeigt;
Fig. 12 ist ein Diagramm, daß eine vergrößerte Querschnittdarstellung der Konstruk
tion eines Strahlungspyrometers zeigt, das in der RTP-Vorrichtung nach Fig. 1
genutzt wird;
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Draufsicht der Konstruktion eines Choppers zeigt,
der in dem Strahlungspyrometer nach Fig. 12 genutzt wird;
Fig. 14 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer tatsächlichen Wafertempera
tur und der Wafertemperatur zeigt, die mittels des Strahlungspyrometers erhal
ten wird, während eine herkömmliche Umwandlungsgleichung bezüglich eines
zentralen Abschnitts eines Wafers genutzt wird;
Fig. 15 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der tatsächlichen Wafertemperatur
und der Wafertemperatur zeigt, die mittels des Strahlungspyrometers erhalten
wird, während eine herkömmliche Umwandlungsgleichung bezüglich eines
Randkantenabschnitts des Wafers genutzt wird;
Fig. 16 ist ein Diagramm, das den Grund des Fehlers erklärt, der auftritt, wenn die her
kömmliche Umwandlungsgleichung mit dem Strahlungspyrometer nach Fig. 12
genutzt wird;
Fig. 17 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der tatsächlichen Wafertemperatur
und der Wafertemperatur zeigt, die mittels des Strahlungspyrometers erhalten
wird, während eine erfindungsgemäße Umwandlungsgleichung bezüglich des
zentralen Abschnitts des Wafers genutzt wird;
Fig. 18 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der tatsächlichen Wafertemperatur
und der Wafertemperatur zeigt, die mittels des Strahlungspyrometers erhalten
wird, während eine erfindungsgemäße Umwandlungsgleichung bezüglich des
Randkantenabschnitts des Wafers genutzt wird;
Fig. 19 ist eine Diagramm, das das Ergebnis einer Simulation bezüglich der RTP-Vor
richtung nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 20 ist ein Diagramm, das eine Modifikation der RTP-Vorrichtung nach Fig. 1
zeigt;
Fig. 21 ist ein Diagramm, das den Zustand der RTP-Vorrichtung nach Fig. 20 zeigt,
wenn ein schnelles Erwärmen des zu behandelnden Wafers ausgeführt wird;
Fig. 22 ist ein Diagramm, das den Zustand der RTP-Vorrichtung nach Fig. 20 zeigt,
wenn ein schnelles Abkühlen des zu behandelnden Wafers ausgeführt wird;
Fig. 23 ist ein Diagramm, das die Zuführung eines thermischen Leitungsgases zu der
unteren Oberfläche des Substrats in der Thermobearbeitungsvorrichtung nach
Fig. 20 zeigt; und
Fig. 24 ist ein Diagramm, das eine Modifikation des Emissionspyrometers nach
Fig. 12 zeigt.
Im folgenden wird die Konstruktion einer schnellen Thermobearbeitungsvorrichtung (RTP)
100 unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, die eine allgemeine Konstruktion der Vor
richtung 100 im Querschnitt zeigt.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die RTP-Vorrichtung 100 allgemein eine Prozeßkammer 110, ein
Quarzfenster 120, eine Wärmelampe 130, einen Reflektor 140, einen Stützring 150, eine
Auflage bzw. einen Träger 160, einen permanenten Magneten 170, einen Gaseinlaßanschluß
80, einen Gasauslaß- bzw Abgasanschluß 190, ein Strahlungspyrometer 200 und eine System
steuereinrichtung 300.
Die Prozeßkammer 110 wird von einem zylindrischen Kammerkörper aus rostfreiem Stahl
oder Aluminium gebildet. Das Quarzfenster 120 ist an der Prozeßkammer 110 so vorgesehen,
daß die obere Öffnung des Kammerkörpers bedeckt ist. Mittels des Vorsehens des Quarzfen
sters 120 ist ein Raum zum Bearbeiten bzw. Verarbeiten eines Wafers W innerhalb der Pro
zeßkammer 110 so definiert, daß der Raum von der atmosphärischen Umgebung isoliert ist.
Um den Wafer W zu stützen, ist ein drehbares, zylindrisches Stützbauteil 152 in der Prozeß
kammer 110 vorgesehen, wobei das Stützbauteil 152 den Stützring 150 auf einem oberen Ab
schnitt hiervon trägt. Wie bereits beschrieben, wird der Wafer W auf dem Stützring 150 ge
stützt.
Die Prozeßkammer 110 hat einen zylindrischen Seitenwandabschnitt 112, wobei der zylindri
sche Seitenwandabschnitt 112 einen Gaseinlaß 180, der mit einer nicht dargestellten Gas
quelle verbunden ist, und einen Auslaß- bzw. Abgasanschluß 190 trägt, der mit einer nicht
dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. Mittels des Evakuierens durch den Abgasan
schluß 190, wird im Inneren der Prozeßkammer 110 ein verminderter Umgebungsdruck auf
rechterhalten, während der Wafer bearbeitet wird. Die RTP-Einrichtung 100 umfaßt weiterhin
ein Absperr- bzw. Torventil zum Ein- und Ausführen des Wafers W, was nicht dargestellt ist.
An einem Bodenabschnitt 114 der Prozeßkammer 110 ist eine Temperatur-
Regulierungsbefestigung vorgesehen, die von Kühlmitteldurchgängen 116a und 116b gebildet
ist, wobei die Kühlmitteldurchgänge 116a und 116b mit einem Kühlmedium versorgt werden.
Auf diese Weise funktioniert der Bodenabschnitt 114 der Prozeßkammer 110 als eine Kühl
platte des Substrats W. Die Kühlplatte 114 kann als Temperaturregulierer des Substrats ge
nutzt werden. In diesem Fall umfaßt der Temperaturregulierer einen Temperatursensor und
einen Heizer, der mit Hilfe der Systemsteuereinrichtung 300 gesteuert wird und ein Kühlwas
ser als Kühlmedium zuführt. Alternativ können andere Kühlmedien genutzt werden, bei
spielsweise Alkohol, Galden, Flon oder dergleichen. Irgendein bekannter Temperatursensor,
beispielsweise ein PTC-Thermistor, ein Infrarotsensor, ein Thermoelement oder dergleichen,
können zum Konstruieren des Temperaturregulierers genutzt werden. Der Heizer kann mittels
des Wickelns eines Heizdrahtes um die Röhre gebildet werden, die die Kühlmitteldurchgänge
116a und 116b bildet. Mittels des Steuerns des Treiberstroms durch den Heizdraht ist es
möglich, die Temperatur des Kühlmediums in den Kühlmitteldurchgängen 116a und 116b zu
steuern.
Das Quarzfenster 120 ist über eine nicht dargestellte, luftdichte Dichtung an der Prozeßkam
mer 110 vorgesehen, so daß es dem atmosphärischen Druck widersteht. Die mittels der
Hochenergie-Halogenlampe 130 erzeugte, thermische Strahlung wird auf den Wafer W ge
richtet, der in der Prozeßkammer in einer reduzierten Druckumgebung gehalten wird. Gemäß
den Fig. 2 oder 3 kann das Quarzfenster 120 eine scheibenähnliche Quarzplatte 121 um
fassen, die einen Durchmesser von etwa 400 mm und eine Dicke von 2-6 mm aufweist, wo
bei das Quarzfenster 120 weiterhin eine Rippenstruktur 122 umfaßt, die auf der Quarzplatte
121 zur Verstärkung der mechanischen Stärke vorgesehen ist. Fig. 2 zeigt das Quarzfenster
120 in einer Draufsicht, während Fig. 3 das Quarzfenster 120 von oben auf einer vergrößer
ten Skala zeigt, die einen Abschnitt des Quarzfensters 120 in einer Querschnittsdarstellung
zeigt, einschließlich der Lampe 130 und des Reflektors 140.
Gemäß den Fig. 2 und 3 umfaßt die Rippenstruktur 122 umlaufende Rippen 124 zum Ver
stärken der mechanischen Stärke des Fensters 120 in der umlaufenden Richtung und Radial
rippen 126 zum Verstärken der mechanischen Stärke in der Radialrichtung, wobei die umlau
fenden Rippen 124 mit Hilfe einer Anzahl von Ausschnitten zum Vorsehen eines Durchgangs
der Kühlluft zum Kühlen eines abgedichteten Teils 136 (Fig. 8) der Lampe 130 gebildet sind
und wobei die Lampe 130 gegen das Quarzfenster 120 abgedichtet ist. Vorzugsweise weisen
die Rippen 124 und 126 eine Dicke von weniger als 10 mm, insbesondere eine Dicke im Be
reich zwischen 2-6 mm, und eine Höhe von weniger als etwa 10 mm auf. Während das dar
gestellte Beispiel eine Konstruktion zeigt, bei der die Rippen 122 sich in Richtung der Lampe
144 erstrecken, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche spezifische Konstruktion
begrenzt. Andere Konstruktionen, beispielsweise eine, bei der die Rippen 122 sich in Rich
tung des Wafers W erstrecken, oder eine Konstruktion, bei der die Rippen 122 auf der oberen
und der unteren Oberfläche der Platte 121 gebildet sind, sind möglich. Im letzteren Fall kön
nen die Rippen 124 und die Rippen 126 verschiedene Größen aufweisen.
Mittels des Vorsehens der Rippen 122 ist die Quarzplatte 121 hinsichtlich des Widerstands
gegen thermische Deformierung verbessert. Deshalb besteht nicht länger die Notwendigkeit,
eine konvexe Oberfläche zu bilden, und die Quarzplatte 121 kann mit Hilfe einer flachen
Scheibe gebildet werden. Eine solche flache Scheibe kann im Vergleich zu Quarzplatten mit
einer gekrümmten Oberfläche leicht gebildet werden. Die Rippen 122 können mittels
Schweißens oder irgendwelcher anderer Mittel auf der Quarzplatte 121 fixiert werden. Bei
spielsweise können die Rippen 122 als ein integraler Körper mit der Quarzplatte 121 ausge
bildet werden.
Vorzugsweise haben die Quarzplatte 121 und die Rippen 122, die das Quarzfenster 120 bil
den, eine Dicke von 10 mm oder weniger, insbesondere im Bereich von 2-6 mm, wie dieses
bereits erwähnt wurde, wobei die vorhergehende Dicke wesentlich kleiner als die Dicke von
einigen Millimetern (30-40 mm) ist, die für herkömmliche Quarzfenster genutzt wird. Als
Folge der Nutzung eines solchen dünnen Quarzfensters 120 kann die erfindungsgemäße RTP-
Vorrichtung 100 die optische Absorption der thermischen Strahlung vermindern, die von der
Lampe 130 erzeugt wird. Hierdurch wird die Effizienz des Heizens des Wafers W mittels der
Lampe 130 verbessert und kann der gewünschte, schnelle Temperaturanstieg mit einem ver
minderten Energieverbrauch erreicht werden. Darüber hinaus weist die RTP-Vorrichtung 100
gemäß der vorliegenden Ausführungsform das weitere vorteilhafte Merkmal einer vermin
derten Temperaturdifferenz zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der
Quarzplatte 121 auf. In Verbindung mit der reduzierten Temperaturdifferenz ist die thermi
sche Beanspruchung, die in der Quarzplatte 121 verursacht wird, vermindert, und das Pro
blem einer auf die Quarzplatte 121 angewendeten thermischen Beschädigung, was eine Be
schädigung verursachen kann, vermindert. Dieses betrifft ebenfalls die Rippen 122. Wegen
des verminderten Temperaturanstiegs der Quarzplatte 120 im Vergleich zu herkömmlichen
Quarzfenstern ist es weiterhin möglich, die Ablagerung verschiedener Filme oder von Reakti
onsnebenprodukten auf dem Quarzfenster zu unterdrücken, insbesondere in dem Fall eines
Beschichtungs- bzw. Ablagerungsverfahrens. Die Wiederholbarkeit der Temperatur ist garan
tiert. Des weiteren kann die Häufigkeit des Anwendens des Reinigungsverfahrens der Prozeß
kammer 110 vermindert werden.
Hinsichtlich der Lampe 130 nutzt das dargestellte Beispiel eine Doppelend-Lampe, während
die Nutzung einer Einzelend-Lampe auch möglich ist, was später erklärt wird. Die Nutzung
eines Heizdrahtes ist ebenfalls möglich. Gemäß Fig. 4 weist eine Doppelend-Lampe 130
eine Lampe mit zwei Zwischenverbindungselektroden 132 auf, während eine Einzelend-
Lampe nur eine Zwischenverbindungs-Elektrode aufweist, wie im Fall einer Glühlampe. Die
Lampe 130 funktioniert als eine Wärmequelle zum Heizen des Substrats W. Eine Halogen
lampe kann in herkömmlicher Weise für diesen Zweck genutzt werden. Selbstverständlich ist
die Lampe 130 der vorliegenden Erfindung nicht auf eine Halogenlampe begrenzt. Es wird
darauf hingewiesen, daß die Ausgangsenergie der Lampe 130 mittels eines Lampentreibers
310 bestimmt wird, während der Lampentreiber 310 mit Hilfe der Systemsteuereinrichtung
300 gesteuert wird, was später erklärt wird. Der Lampentreiber 310 liefert eine elektrische
Energie an die Lampe 130, die mit Hilfe der Systemsteuereinrichtung 300 spezifiziert wird.
Aus der indirekten Sicht in Fig. 4 ergibt sich, daß die Lampe 130 zwei Zwischenverbin
dungselektroden 132 und ein rohrförmiges Lampengehäuse 134 dazwischen aufweist, wobei
das Lampengehäuse 134 einen Glühdraht 135 aufnimmt, der sich zwischen den zwei Zwi
schenverbindungselektroden 132 erstreckt. Wie bereits beschrieben, wird die zu der Lampe
130 zu liefernde elektrische Energie an die Zwischenverbindungs-Elektroden 132 unter der
Steuerung der Systemsteuereinrichtung 300 geliefert. Es wird darauf hingewiesen, daß ein
Dichtungsbauteil 136 zwischen der Zwischenverbindungs-Elektrode 132 und dem Reflektor
140A vorgesehen ist.
Gemäß Fig. 4 umfaßt das Lampengehäuse 134 eine vertikale Röhre 134a und eine gebogene,
horizontale Röhre 134b, die bezüglich der vertikalen Röhre 134a gebogen ist, wobei die hori
zontale Röhre 134 zwischen einem Paar benachbarter Rippen 126, beispielsweise den gebo
genene Rippen 126a und 126b, angeordnet ist, so daß zusammen im allgemeinen konzentri
sche Rillen auf der Quarzplatte 121 gebildet sind. Es wird darauf hingewiesen, daß es nicht
immer notwendig ist, alle zwischen benachbarten Rippen 126 mittels der Lampe 130 ge
formten Rillen auszufüllen. Die Lampe 130 kann vorgesehen sein, um eine gebogene, opti
sche Quelle mit einem vorbestimmten Winkel zu bilden. Beispielsweise kann die Lampe 130
von den Rillen zwischen den Rippen 126b und 126c und von den Rillen zwischen den Rippen
126d und 126a weggelassen sein. In diesem Fall ist die Lampe 130 nur in den Rillen vorgese
hen, die zwischen den Rippen 126a und 126b und zwischen den Rippen 126c und 126d gebil
det sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Lampen 130 gemeinsam in einer im wesent
lichen konzentrischen Form in Übereinstimmung mit dem Wafer W angeordnet, welcher eine
im wesentlichen runde Form aufweist. Bei einer solchen Konstruktion ist eine Anzahl gebo
gener Lampen mit einem im wesentliche identischen Radius einer Krümmung in einer umlau
fenden Richtung angeordnet. Darüber hinaus ist eine Anzahl gebogener Lampen mit ver
schiedenen Radien einer Krümmung in der Radialrichtung angeordnet.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung die Nutzung einer geraden Dop
pelend-Lampe nicht ausschließt. Wenn eine solche gerade Lampe genutzt wird, ist es notwen
dig, die Rippen 122 so zu modifizieren, daß sie gerade Lampen aufnehmen können. Die Nut
zung der gekrümmten oder gebogenen Lampe 130 gemäß den vorherigen Ausführungen ist
im Vergleich mit dem Fall der Nutzung gerader Lampen vorteilhafter bezüglich der Tatsache,
daß eine gerade Lampe einen großen Bereich des Wafers W bedeckt. Die Nutzung der ge
krümmten oder gebogenen Lampe 130 ist weiterhin vorteilhaft hinsichtlich der Tatsache, daß
eine gerade Lampe so angeordnet ist, daß Flächen des Wafers W bedeckt sind, die verschie
dene radiale Durchmesser haben, und es schwierig ist, die Temperatur des runden Wafers im
Vergleich zu dem Fall zu steuern, bei dem eine Anzahl gebogener Lampen genutzt wird.
Mittels der Nutzung gebogener bzw. gekrümmter Lampen wird es möglich, die Temperatur
für jeden konzentrischen Bereich des runden Wafers leicht zu steuern. Darüber hinaus wird
die Richtfähigkeit der thermischen Strahlung verbessert, und die Effizienz des Erwärmens des
Wafers ist auch verbessert.
Es wird darauf hingewiesen, daß ein Reflektor 140 die Strahlung der Lampe 130 reflektiert.
Der Reflektor 140 hat eine im allgemeinen zylindrische Form mit einem Querschnitt einer im
allgemeinen rechtwinkligen Form gemäß Fig. 1. Der Reflektor 140 umfaßt mehrere Durch
dringungslöcher 142, die sich senkrecht zu der Ebene des Quarzfensters 120 zum Aufnehmen
des Endabschnitts 132 der Lampe 134 erstrecken, und eine Anzahl konzentrischer Rillen 144
zum Aufnehmen des Lampengehäuses 134b. Darüber hinaus ist ein Kühlrohr innerhalb und
außerhalb des Reflektors 140 vorgesehen, obwohl dieses in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
Der Reflektor umfaßt einen horizontalen Abschnitt 145, der dem vorderen Ende der Rippen
122 zwischen einem Paar der Rillen 144 gegenübersteht.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Reflektor 140 durch einen Reflektor 140A gemäß Fig. 6
ersetzt werden kann, wobei der Reflektor 140A eine Anzahl von Schlitzen 146 in dem vor-
hergehenden horizontalen Abschnitt 145 zur Aufnahme der Rippen 122 aufweist. Es wird
darauf hingewiesen, daß Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung ist, die einen Abschnitt des Re
flektors 140A zeigt.
Bei dem Reflektor 140 gemäß Fig. 3 wird darauf hingewiesen, daß der optische Weg 2 für
die von der Lampe 130 in einer indirekten Richtung emittierte, thermische Strahlung zu der
Quarzfensterplatte 120 größer als der optische Weg 1 ist, der senkrecht zu der Platte 121
emittiert. Hiermit verbunden ist, daß die Absorption des Optischen für die Strahlung, die sich
entlang des optischen Wegs 2 bewegt, größer als für die Strahlung wird, die sich entlang des
optischen Wegs 1 bewegt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß Fig. 5
eine Querschnittsdarstellung zum Erklären der Wirkung der thermischen Strahlung ist, die
durch das Quarzfenster 120 in die Prozeßkammer 110 einfällt.
Als Ergebnis einer solchen Differenz der Infrarotabsorption existiert eine induzierte Tempe
raturdifferenz in dem Quarzfenster 120 zwischen der Quarzplatte 121 und den Rippen 122,
während eine solche Temperaturdifferenz eine thermische Spannung bzw. Beanspruchung in
dem Quarzfenster 120 induziert, welche zum Brechen führen kann, insbesondere zwischen
den Rippen 122 und der Quarzplatte 121. Obwohl es möglich ist, einen solchen Bruch mittels
des Optimierens der Dicke der Rippen 122 zu eliminieren, ist es vorteilhaft, den Reflektor
140A zu Nutzen, dessen Konstruktion in Fig. 6 dargestellt ist.
Gemäß Fig. 6 unterscheidet sich der Reflektor 140A von dem Reflektor 140 in dem Punkt,
daß eine Rille 144A mit einer im Vergleich zu der Rille 144 größeren Tiefe vorgesehen ist
1 und daß der Schlitz 122, welcher vorher beschrieben wurde, in dem horizontalen Abschnitt
145 vorgesehen ist. Mittels der Nutzung des Reflektors 140A werden die Rippen 122 in die in
dem Reflektor 140 ausgebildeten Schlitze 146 eingeführt. Das Problem, das die Rippen 122
direkt durch die thermische Strahlung der Lampe 130 bestrahlt werden, ist erfolgreich ver
mieden. 'Die Struktur nach Fig. 6 ist in dem weiteren Punkt vorteilhaft, daß der Luftdruck,
der als Ergebnis der Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Prozeßkammer 110 und der
atmosphärischen Umgebung auf das Quarzfenster 120 ausgeübt wird und eine konkave De
formation der Quarzplatte 121 verursacht, mit Hilfe der Verbindung der Rippe 122 und dem
Schlitz 146 gemäß Fig. 7 effektiv unterstützt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß Fig. 7
eine vergrößere Darstellung eines zugehörigen Abschnitts des Reflektors 140A und des
Quarzfensters 120 ist. Als Ergebnis einer solchen Verbindung des Reflektors 140A mit den
Rippen 122 ist auch eine Verstärkung des Quarzfensters 120 erreicht.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 die Beziehung zwischen dem Luft
durchgang 128, der in dem Quarzfenster 120 gebildet ist, und dem Dichtungsabschnitt 136
der Lampe 130 erklärt.
Fig. 8 zeigt das Quarzfenster 120 in Draufsicht. Gemäß Fig. 8 wird eine Kühlluft veranlaßt,
entlang des Luftdurchgangs 128 zu fließen. In Fig. 8 ist der Dichtungsabschnitt 136 der
Lampe 130 mittels eines Kreises bezeichnet.
Fig. 9 zeigt den Abschnitt, einschließlich des Dichtungsabschnitts 136 der Lampe 130, wo
bei darauf hingewiesen wird, daß die Lampe 130 mit einer elektrischen Treiberspannung an
dem Dichtungsabschnitt 130 versorgt wird, welcher an dem Ende des Rohres vorgesehen ist,
der die Lampe 130 bildet. Gemäß Fig. 9 ist der Dichtungsabschnitt 136 in das durchgehende
Loch bzw. Durchdringungsloch 142 in dem Reflektor 140A eingeführt, wobei die Kühlluft
auch in das Loch 142 eindringt. Die Kühlung des Dichtungsabschnitts 136 ist hierdurch effi
zient erreicht. In Fig. 1 ist die Darstellung der Konstruktion zum Einführen der Kühlluft
eliminiert.
Fig. 10 und 11 zeigen den Fall, in welchem die vorher erklärte Doppelend-Lampe 130
durch eine Einzelend-Lampe 130A ersetzt ist, wobei ersichtlich ist, daß eine Anzahl von Ein
zelend-Lampen 130A in Kombination mit dem Reflektor 140A vorgesehen ist. Fig. 10 zeigt
einen vergrößerten Abschnitt des Quarzfensters 120 mit solchen Einzelend-Lampen 130A,
während Fig. 11 den Reflektor 140A in Draufsicht zeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß
die Konstruktion gemäß den Fig. 10 und 11 eine sehr gute Richtfähigkeit und Steuerbar
keit für die von den Lampen 130A emittierte, thermische Strahlung liefert.
Im folgenden wird die Konstruktion des Strahlungspyrometers 200, welches in der RTP-
Vorrichtung 100 gemäß Fig. 1 genutzt wird, unter Bezugnahme auf Fig. 12 und 13 be
schrieben, wobei Fig. 12 einen Abschnitt der Prozeßkammer 110, einschließlich des Strah
lungspyrometers 200 in einer vergrößerten Darstellung zeigt, während Fig. 13 die Konstruk
tion eines Choppers 230 in Draufsicht zeigt, der in dem Strahlungspyrometer 200 genutzt
wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das Strahlungspyrometer 200 bezüglich des Wafers W
auf einer zu der Lampe 130 entgegengesetzten Seite vorgesehen ist, um das Einfallen von
Strahlung der Lampe 130 direkt auf das Strahlungspyrometer 200 zu vermeiden, wobei die
vorliegende Erfindung den Fall nicht ausschließt, bei dem das Strahlungspyrometer 200 auf
der gleichen Seite der Lampe 130 angeordnet ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß das Strahlungspyrometer 200 an einem Bodenabschnitt 114
der Prozeßkammer 110 montiert ist, wobei der Bodenabschnitt 114 eine innere Oberfläche
114a aufweist, die mit einem hoch-reflektierenden Film beschichtet ist, beispielsweise einem
Goldfilm, und wobei die innere Oberfläche 114a als ein Reflektor funktioniert. Wenn eine
schwarze Oberfläche für die Oberfläche 114a genutzt wird, wird es notwendig, die Treiber
spannung 130 zu erhöhen, um die Absorptionsverluste zu kompensieren, die durch den Bo
denabschnitt 114 der Prozeßkammer 110 verursacht werden, wobei eine solche Konstruktion
dem Erfordernis eines ökonomischen Betreibens der RTP-Vorrichtung 100 entgegensteht.
Der Bodenabschnitt 114 der Prozeßkammer 110 weist ein rundes Durchdringungsloch 115
auf. Das Strahlungspyrometer 200 erfaßt die Temperatur des Wafers W mittels des Erfassens
der Infrarotstrahlung, die von einer vorbestimmten Fläche des Wafers W an der Bodenober
fläche ausgesendet wird. Das Strahlungspyrometer 200 umfaßt einen durchsichtigen Stab 210
aus Quarz oder Saphir, der in das vorgenannte Durchdringungsloch 115 eingeführt ist, und ein
Gehäuse bzw. einen Käfig 220, der das Bodenende des durchsichtigen Stabs 210 bedeckt,
wobei das Gehäuse 220 einen Chopper 230 zum abwechselnden Unterbrechen der Infrarot
strahlung aufnimmt, die von dem Bodenende des durchsichtigen Stabs 210 emittiert wird. Der
Chopper 230 wird mittels eines Motors 240 gedreht, der auf der Außenseite des Gehäuses 220
vorgesehen ist. Die Infrarotstrahlung, die durch den Chopper 230 gelangt, wird mittels eines
Detektors 270 erfaßt, der auf der Außenseite des Gehäuses 220 vorgesehen ist.
Aufgrund der Ausbildung des durchsichtigen Stabs 210 mit Hilfe von Quarz oder Saphir zeigt
der Stab 210 eine sehr gute Widerstandsfähigkeit hinsichtlich der Temperatur und behält wäh
rend der Nutzung der RTP-Vorrichtung 100 sehr gute optische Eigenschaften, obwohl das den
Stab 210 bildende Material nicht auf Quarz oder Saphir begrenzt ist. Wegen der sehr guten
thermischen Widerstandsfähigkeit des Stabs 210 ist es nicht notwendig, für den Stab 210 ei
nen Kühlmechanismus vorzusehen, und kann die RTP-Vorrichtung 100 in einer kompakten
Bauweise ausgebildet werden.
Der Stab 210 kann vorgesehen werden, um von der inneren Oberfläche 114a in Richtung des
Inneren der Prozesskammer 110 vorzustehen, wenn dies notwendig ist. Der Stab 210 ist mit
tels eines Dichtrings 190 in dem Durchdringungsloch 115 abgedichtet. Die Prozesskammer
110 wird effektiv auf einem niedrigen Druck gehalten.
Mit Hilfe des Vorsehens des Stabs 210 in dem Durchdringungsloch 115 wird es möglich, die
Infrarotstrahlung, die in das Gehäuse 220 einfällt, ohne das Verursachen substantieller Verlu
ste zu führen. Der Fotodetektor 270 kooperiert mit dem Stab 210 und empfängt die Infrarot
strahlung effizient. Darüber hinaus ermöglicht die Nutzung des Stabs 210 eine Mehrfachre
flexion der Infrarotstrahlung zwischen der Oberfläche des Choppers 230 und der Bodenfläche
des Wafers W, wie dieses mittels Pfeilen in Fig. 12 dargestellt ist. Des weiteren wird es mit
Hilfe des Stabs 210, derart, daß das vordere Ende des Stabs in einem kurzen Abstand von der
Rückfläche des Wafers W angeordnet ist, möglich, die Temperatur des Wafers W mit hoher
Genauigkeit zu messen.
Mit Hilfe der Nutzung des Stabs 210 wird es andererseits möglich, den Abstand zwischen
dem Wafer W und dem Gehäuse 220 zu vergrößern. Hierdurch wird die Erwärmung des Ge
häuses 220 auf einem Minimum gehalten und ist kein Kühlmechanismus notwendig. Deshalb
trägt die Nutzung des Stabs 210 zur Verkleinerung der RTP-Vorrichtung 100 bei. Auch in
dem Fall, in dem ein Kühlmechanismus an dem Gehäuse 220 vorgesehen ist, trägt die Nut
zung des Stabs 210 zur Verminderung des Energieverbrauchs des Kühlmechanismus bei.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Stab 210 zusammen mit einer optischen Faser 210A ge
mäß Fig. 24 genutzt werden kann. Mit Hilfe des Vorsehens einer solchen optischen Faser
210A wird der optische Weg der zu messenden Infrarotstrahlung flexibel, und der Freiheits
grad des Designs des Strahlungspyrometers 200 vergrößert sich. Darüber hinaus wird es
möglich, den Abstand des Hauptkörpers oder Gehäuses 220 des Strahlungspyrometers 200
von dem Wafer W zu vergrößern. Ungünstige Wirkungen, die in dem Strahlungspyrometer
200 durch eine thermische Deformation verursacht werden, sind eliminiert. Hierdurch wird
die Genauigkeit der Temperaturmessung verbessert.
Es wird darauf hingewiesen, daß das Gehäuse 220 unter dem Durchdringungsloch 115 eine
zylindrische Form aufweisen kann.
Gemäß Fig. 13 weist der Chopper 230 ein scheibenähnliches Bauteil auf, das mit einem
Versatz von der Mitte des Durchdringungsloch 115 und folglich mit der Mitte des Stabs 210
im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Der Chopper 230 ist mit einem Drehschaft des
Motors 240 verbunden und wird als Reaktion auf die Anregung des Motors 240 gedreht.
Gemäß Fig. 13 umfaßt der Chopper 230 Quadrantensektoren, wobei ein hoch-reflektierender
Sektor 232 und ein niedrig-reflektierender Sektor 234 alternativ entlang der Umfangsrichtung
angeordnet sind. Jeder der Sektoren 232 und 234 trägt einen Schlitz 231 in Übereinstimmung
mit dem optischen Weg der Infrarotstrahlung, die von dem Bodenende des Stabs 210 ausge
sendet wird. Der hoch-reflektierende Sektor 232 kann eine reflektierende Beschichtung auf
weisen, beispielsweise Al oder Au, während der niedrig-reflektierende Sektor 234 eine
schwarze Beschichtung aufweist.
Bei dem Chopper 230 wird darauf hingewiesen, daß der Schlitz 231 in dem hoch-
reflektierenden Sektor 232 als ein Meßabschnitt 232a funktioniert, wohingegen der verblei
bende Abschnitt des hoch-reflektierenden Sektors 232 als ein Unterbrechungsabschnitt 232b
arbeitet. In ähnlicher Weise funktioniert der Schlitz 232 in dem niedrig-reflektierenden Sektor
234 als ein Meßabschnitt 234a, wohingegen der verbleibende Abschnitt des niedrig-
reflektierenden Sektors 234 als ein Unterbrechungsabschnitt 234b funktioniert.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Konstruktion des Choppers 230 gemäß Fig. 13 nur ein
Beispiel ist und verschiedene Modifikationen der Konstruktion nach Fig. 13 vorgenommen
werden können. Beispielsweise kann der Chopper halbrunde, hoch-reflektierende Abschnitte
und niedrig-reflektierende Abschnitte aufweisen, die die Oberfläche des runden Choppers 230
halbieren. Die Oberfläche des Choppers 230 kann auch in mehr als die vorgenannten vier
Quadranten unterteilt werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Schlitz 231 nur in dem
hoch-reflektierenden Sektor des Choppers 230 vorzusehen. Des weiteren kann der niedrig-
reflektierende Sektor 234 durch einen Ausschnitt ersetzt werden.
Wenn der Chopper 230 mit der Drehung des Motors 240 gedreht wird, erscheinen der hoch
reflektierende Sektor 232 und der niedrig-reflektierende Sektor 234 alternierend am Bode
nende des Stabs 210. Wenn der Sektor 232 unterhalb des Stabs 210 angeordnet ist, wird des
halb die Mehrheit der Infrarotstrahlung, die von dem Bodenabschnitt des Stabs 210 ausgesen
det wird, zu der Rückfläche des Wafers W durch den Stab 210 zurück reflektiert. Wenn der
Sektor 234 unterhalb des Stabs 210 angeordnet ist, wird die Mehrheit der Infrarotstrahlung,
die von dem Bodenende des Stabs 210 ausgesendet wird, von dem niedrig-reflektierenden
Sektor 234 absorbiert. Auf diese Weise erfaßt der Fotodetektor 270 die Infrarotstrahlung, die
von der Rückfläche des Wafers W direkt ausgesendet wird, und weiterhin die Strahlung nach
einer Mehrfachreflexion zwischen dem Wafer und dem hoch-reflektierenden Sektor.
Der Detektor 270 umfaßte eine Linse, eine Si-Fotozelle, einen Verstärker und dergleichen, die
nicht dargestellt sind, und wandelt die auf die Linse einfallende Infrarotstrahlung in ein elek
trisches Signal um, das für eine Strahlungsintensität E1(T) oder E2(T) indikativ ist, die später
beschrieben werden, wobei das elektrische Signal auf diese Weise an die Systemsteuerein
richtung 300 geliefert wird. Die Systemsteuereinrichtung 300 umfaßt andererseits eine CPU
und einen Speicher und berechnet den Emissionsgrad ε des Wafers W und die Wafertempe
ratur gemäß eines zu beschreibenden Verfahrens. Diese Berechnung der Temperatur kann
selbstverständlich mit Hilfe anderer arithmetischer Einheiten in dem nicht dargestellten
Strahlungspyrometer 200 ausgeführt werden.
Die Infrarotstrahlung, die durch den Schlitz 231 gelangt, wird mit Hilfe der Linse 250 gebün
delt und über eine optische Faser 260 zu dem Detektor 270 geführt. Hierdurch wird die Emis
sionsstärke (oder Leuchtdichte) am hoch-reflektierenden Sektor 232 wie folgt repräsentiert:
Hierbei repräsentiert E1(T) die Strahlungsstärke, die mittels des Detektors 270 für die hoch-
reflektierende Oberfläche 232 bei einer Temperatur erhalten wird. R repräsentiert den effekti
ven Reflexionsgrad der hoch-reflektierenden Oberfläche 232. Darüber hinaus repräsentiert ε
den Reflexionsgrad des Wafers W. EBB(T) repräsentiert die Strahlungsstärke eines schwarzen
Körpers bei der Temperatur T.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vorhergehende Gleichung (2) von der folgenden Glei
chung (3) wie folgt abgeleitet werden kann, wobei angenommen wird, daß keine Transmis
sion der thermischen Strahlung durch den Wafer W existiert:
Des weiteren wird darauf hingewiesen, daß die Emissionsstärke (oder Leuchtdichte) auf dem
niedrig-reflektierenden Sektor 234 wie folgt repräsentiert wird:
E2(T) = ε EBB(T), (4)
E2(T) repräsentiert die Emissionsstärke der niedrig-reflektierenden Oberfläche 234 bei der
Temperatur T, die mittels des Detektors 270 erhalten wird. Die Gleichung (4) wird aus der
Planck'schen Strahlungsgleichung abgeleitet.
Aus den Gleichungen (2) und (4) ergibt sich der Emissionsgrad ε wie folgt:
Allgemein ist das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung, die von einem schwarzen
Körper ausgesendet wird, durch die Planck'sche Gleichung gegeben. Es existiert eine Bezie
hung zwischen der Temperatur T eines schwarzen Körpers und der Emissionsstärke EBB(T),
die mittels des Strahlungspyrometers 200 gemessen wird:
A, B und C sind Konstanten, die durch das optische System des Strahlungspyrometers 200
bestimmt sind, wohingegen C2 die zweite Strahlungskonstante repräsentiert.
Die Gleichung (6) kann bezüglich der Temperatur T gelöst werden, so daß sich die folgende
Gleichung ergibt:
Deshalb wird mittels des Detektors 270 und der Systemsteuereinrichtung 300 basierend auf
Gleichung (5) und Gleichung (2) oder (4) die Emissionsstärke EBB(T) erhalten. Die Emissi
onsstärke EBB(T) wird in Gleichung (7) genutzt, um die Temperatur T des Wafers W zu er
halten.
Die Temperatur T, die auf der Basis von Gleichung (7) auf diese Weise erhalten wird, enthält
im allgemeinen jedoch einen Fehler von etwa 20-40°C gemäß der Fig. 14 oder 15. Es ist
schwierig, eine qualitativ hochwertige, thermische Bearbeitung mit einer genau gesteuerten
Temperatur auszuführen, wenn das herkömmliche Strahlungspyrometer 200 genutzt wird,
wobei Fig. 14 die Beziehung zwischen der tatsächlichen Temperatur des Wafers W im
mittleren Abschnitt und der Temperatur zeigt, die mittels des Strahlungspyrometers 200 zu
sammen mit der Gleichung (1) erhalten wird. Darüber hinaus zeigt Fig. 15 die Beziehung
zwischen der tatsächlichen Temperatur des Wafers, die für den Randabschnitt des Wafers W
erhalten wird, und der entsprechenden Temperatur, die mittels des Strahlungspyrometers 200
unter Nutzung von Gleichung (1) erhalten wird.
Nach einer detaillierten Untersuchung des Grundes für den Fehler fand der Erfinder der vor
liegenden Erfindung mehrere Faktoren, die den vorgenannten Fehler gemäß Fig. 16 verur
sacht haben.
Auf den Stab 210 kann insbesondere Infrarotstrahlung einfallen, die mehrmals zwischen dem
Wafer W und der inneren Oberfläche 144a der Prozesskammer reflektiert wurde, wie dieses
in Fig. 16 mittels eines Strahls J gezeigt ist. Darüber hinaus kann auf den Stab 210 Strahlung
einfallen, die mit Hilfe der Lampe 130 erzeugt wird und in der Prozesskammer 110 als ein
Streulicht wandert, wie dieses in Fig. 16 mittels eines Strahls K gezeigt ist.
Darüber hinaus verursacht der Stab 210 selbst eine optische Absorption, wobei eine solche
optische Absorption als ein optischer Verlust M in Fig. 16 erscheint. Des weiteren kann Re
flexion an der Endoberfläche des Stabs 210 einen weiteren optischen Verlust L verursachen
(vgl. Fig. 16).
Bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines einzelnen Wafers, beispielsweise der RTP-
Vorrichtung 100, weisen das Innere der Prozesskammer 110 und andere Teile, die in der Nähe
des Wafers W vorgesehen sind, eine reflektierende Beschichtung zur Verbesserung der ther
mischen Effizienz auf. Deshalb ist es Problem der Mehrfachreflexion J und des Streulichts K
in der RTP-Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung von besonderer Bedeutung.
Wie oben erwähnt, ist Fig. 16 ein vergrößertes Querschnittsdiagramm der Prozesskammer
110, das die vorgenannten, verschiedenen Gründe für den Fehler zeigt, wenn die Temperatur
mittels des Strahlungspyrometers 200 bestimmt wird.
Aus dem Vorhergehenden hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Schlußfolgerung
dahingehend erreicht, daß der vorgenannte Fehler mittels der Modifizierung der Gleichung (1)
in eine folgende Gleichung kompensiert werden kann:
Gleichung (8) kompensiert die Wirkung der Mehrfachreflexion J mittels des Modifizierens
des Emissionsgrads ε, um einen effektiven Emissionsgrad zu formulieren, der durch
ε/{1 - α (1 - ε)} repräsentiert ist, wobei α ein Korrekturkoeffizient ist.
Des weiteren kompensiert Gleichung (8) die Wirkung der Streustrahlung S mittels des Hinzu
fügens eines Korrekturterm S zu EBB(T), wobei der Korrekturterm S als eine Repräsentation
einer zusätzlichen Strahlungsquelle interpretiert werden kann, die die Streustrahlung erzeugt.
Darüber hinaus kompensiert Gleichung (8) die Wirkung der Reflexion L an dem Ende des
Stabs 210 mit Hilfe des Abziehens eines Korrekturterms β, der dem Reflexionsverlust L des
effektiven Emissionsgrad ε/{1 - α (1 - ε)} entspricht. Des weiteren kompensiert Gleichung (8)
die Wirkung des Absorptionsverlustes M mit Hilfe des Multiplizierens eines Korrekturkoeffi
zienten G (Verstärkungskoeffizient) mit dem Term [ε/{1 - α (1 - ε)} - β] {EBB(T) + S}.
In Abhängigkeit von der Situation können ein oder mehrere der Korrekturterme in Gleichung
(8) weggelassen werden. Gleichung (8) kann auf einem computerlesbaren Medium, bei
spielsweise einer Magnetplatte oder einer optischen Platte, zusammen mit einem Computer
programm zum Ausführen der Temperaturmessung gespeichert werden. Darüber hinaus kann
ein Computerprogramm, das Gleichung (8) umfaßt, über ein Telekommunikationsnetzwerk
von einem Ort zu einem anderen Ort in Form einer Transaktion übertragen werden.
Die Fig. 17 und 18 zeigen die Pyrometertemperatur, die mittels Gleichung (8) erhalten
wurde und die tatsächliche gemessene Temperatur des Wafers, wobei Fig. 17 die zwei Tem
peraturablesungen in der Mitte des Wafers W vergleicht, wohingegen Fig. 18 die zwei Tem
peraturablesungen an der Kante des Wafers W vergleicht. Aus der Fig. 17 oder der Fig. 18
ergibt sich, daß die Abweichung zwischen den zwei Temperaturablesungen sich innnerhalb
von ± 3°C bewegt.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Systemsteuereinrichtung 300 eine CPU und einen Spei
cher umfaßt und die Temperatur T des Wafers W in der RTP-Vorrichtung 100 wiedererkennt.
Die Systemsteuereinrichtung 300 leitet bzw. führt dann eine Rückkopplungssteuerung des
Lampentreibers 310 als Reaktion auf die Temperatur T. Wie später erklärt wird, steuert die
Systemsteuereinrichtung 300 darüber hinaus die Drehung des Wafers W mittels des Zufüh
rens eines Treibersignals an den Motortreiber 320 in einem vorbestimmten Intervall.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Gaseinlaß 180 verschiedene verbundene Einheiten um
faßt, die nicht dargestellt sind, beispielsweise eine Gasquelle, Flußsteuerventile, Massenfluß
steuereinrichtungen, eine Gaszuführdüse und verschiedene Rohre, die diese Einheiten verbin
den. Während das dargestellte Beispiel die Konstruktion nutzt, bei der der Gaseinlaß 180 an
der Seitenwand 112 der Prozesskammer 110 vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung
nicht auf eine solche spezifische Ausführungsform begrenzt, und das Prozessgas kann aus
einem Duschkopf eingeführt werden, der an dem oberen Abschnitt der Prozesskammer 110
vorgesehen ist.
Wenn die thermische Bearbeitung, die in der Prozesskammer 110 ausgeführt wird, ein Tem
pern ist, kann ein Gas beispielsweise N2 oder Ar, über den Gaseinlaß in die Prozesskammer
110 eingeführt werden. Wenn ein Oxidationsprozess auszuführen ist, kann andererseits ir
gendein Gas genutzt werden, beispielsweise O2 und H2, H2O oder NO2. Darüber hinaus kön
nen Gase, wie NH3, SiH2Cl2, SiH4 oder dergleichen genutzt werden, wenn ein Beschichtungs-
bzw. Ablagerungsprozess auszuführen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die genutzten Ga
se in der erfindungsgemäßen RTP-Vorrichtung nicht auf ein solches spezifisches Gas be
grenzt sind.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Masseflußsteuereinrichtung zum Steuern der Flußrate
des Gases genutzt wird und von einer Art sein kann, die eine Brückenschaltung, eine Verstär
kerschaltung, eine Komperatorsteuerschaltung und ein Flußsteuerventil umfaßt. Die Masse
flußsteuereinrichtung dieser Art steuert das Flußsteuerventil mittels des Erfassen der Gasfluß
rate auf der Basis der Messung der thermischen Übertragung, die durch den Gasfluß erzeugt
wird, der von der oberstromigen Seite zu der unterstromigen Seite fließt.
Das Gaszuführsystem ist gestaltet, um mittels eines nahtlosen Rohres das Eindringen von
Verunreinigungen aus dem Gaskanal in das Gas zu verhindern. Darüber hinaus dienen eine
Eingreifverbindung oder eine Metalldichtungsverbindung demselben Zweck. Des weiteren ist
vorgesehen, die innere Oberfläche des Kanals mit einem isolierenden Material zu bedecken,
beispielsweise PTFE, PFA, Polyimid, PBI oder dergleichen, um Schmutzpartikel infolge der
Kontamination oder der Korrosion innerhalb des Kanals zu eliminieren. Alternativ kann die
innere Oberfläche des Kanals einem elektrolytischen Polierprozess ausgesetzt sein. Des weite
ren existieren Fälle, in denen eine Staub- bzw. Schmutzteilchenfalle vorgesehen ist.
In Verbindung mit der Konstruktion nach Fig. 1 wird darauf hingewiesen, daß der Abgasan
schluß 190 so vorgesehen ist, daß die Prozesskammer 110 in einer im wesentlichen horizon
talen Richtung, ähnlich zu dem Gaseinlaßanschluß 180, evakuiert wird. Es wird darauf hin
gewiesen, daß der Abgasanschluß 190 nicht auf eine solche Konstruktion begrenzt ist. Es
können an anderen Orten zwei oder mehr vorgesehen sein. Der Abgasanschluß 190 ist über
ein Druckregulierungsventil mit einer geeigneten Evakuierungspumpe verbunden, beispiels
weise einer Turbo-Molekularpumpe, einer Sputter-Ionenpumpe, einer Getterpumpe, einer
Sorptionspumpe, einer Kryopumpe oder dergleichen.
Während die Prozesskammer bei der vorliegenden Ausführungsform im Verlauf des Prozes
ses einer reduzierten Druckumgebung gehalten wird, kann die vorliegende Erfindung auch für
den Fall angewendet werden, bei dem das Verarbeiten keine reduzierte Druckumgebung ver
langt. Beispielsweise kann die RTP-Vorrichtung für das Verarbeiten in dem Druckbereich
von 133 Pa bis atmosphärischen Druck verwendet werden. Darüber hinaus wird darauf hinge
wiesen, daß der Abgasanschluß 190 die weitere Funktion des Entfernens des in dem Prozess
genutzten He-Gases aus der Prozesskammer 110 vor dem Beginn des nächsten Prozesses hat,
was unter Bezugnahme auf die Fig. 20-24 erklärt wird.
Fig. 19 ist eine Grafik, die das Ergebnis einer Simulation zeigt, die bezüglich der Kühlrate
des Wafers W für die RTP-Vorrichtung 100 nach Fig. 1 durchgeführt wurde, wobei die in
Fig. 19 gezeigte "Lücke" den Intervall zwischen dem Wafer W und dem Bodenabschnitt
114 der Prozesskammer 110 anzeigt.
Aus Fig. 19 ergibt sich, daß mit zunehmender Größe der Lücke die Kühlrate steigt und daß
die Kühlrate merklich zunimmt, wenn in die Prozesskammer 110 ein He-Gas eingeführt wird,
so daß das He-Gas zwischen dem Substrat W und dem Bodenabschnitt 114 fließt.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Konstruktion der RTP-Vorrichtung 100 nach Fig. 1 den
Bodenabschnitt 114 als eine Kühlplatte auf der Rückseite des Wafers W nutzt, während der
Wafer W von der oberen Seite mittels der Lampe 130 erwärmt wird. Folglich liefert die Kon
struktion nach Fig. 1 eine relativ große Kühlrate, während sie wegen der großen Wärmever
teilung eine große elektrische Energie für einen schnellen Temperaturanstieg benötigt. Um
während der Zeit des Temperaturanstiegs elektrische Energie zu sparen, ist es möglich, die
Zuführung des Kühlwassers zu unterbrechen, während ein solcher Prozess im allgemeinen
wegen des Problems des Abfalls der Rate der Waferverarbeitung nicht akzeptabel ist.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist es dann möglich, einen Bodenabschnitt 114A, welcher
in den Fig. 20-22 anstelle des Bodenabschnitts 114 dargestellt ist, zu nutzen, wobei der
Bodenabschnitt 114A bezüglich des Wafers W bewegbar ist. Des weiteren wird ein thermisch
leitendes He-Gas veranlaßt, zwischen dem Wafer W und dem Bodenabschnitt 114A zur Ver
stärkung der Wärmeverbreitung bzw. Ausbreitung des Wafers W zu fließen. Es wird darauf
hingewiesen, daß Fig. 20 eine schematische Querschnittsdarstellung ist, die die bewegbare
Konstruktion des Bodenabschnitts 114A bezüglich des Wafers W zeigt, während Fig. 21 die
Positionsbeziehung zeigt, die in der RTP-Vorrichtung 100 zwischen dem Bodenabschnitt
114A und dem Wafer W genutzt wird, wenn ein schnelles Erwärmen des Wafers W ausge
führt wird. Des weiteren zeigt Fig. 22 die Positionsbeziehung, die in der Thermobearbei
tungsvorrichtung 100 zwischen dem Bodenabschnitt 114A und dem Wafer genutzt wird,
wenn ein schnelles Kühlen des Wafers W ausgeführt wird. In den Darstellungen der
Fig. 20-22 wurden zur Vereinfachungen die Darstellung des Strahlungspyrometers 200 und der
Kühldurchgänge 116a und 116b weggelassen.
Gemäß Fig. 20 nutzt die gezeigte Konstruktion einen Blasebalg zum Aufrechterhalten der
reduzierten Druckumgebung innerhalb der Prozesskammer 110, wobei der Bodenabschnitt
114A in Bezug auf den Wafer W mittels eines Hebemechanismus 117 unter Steuerung der
Systemsteuereinrichtung 300 auf und ab bewegt wird. Da jeder beliebige, verfügbare Mecha
nismus für den Hebemechanismus 117 genutzt werden kann, wird auf eine weitere Erklärung
verzichtet. Im Gegensatz zu der vorliegenden Ausführungsform ist es auch möglich, den
Stützring 150 als bewegbares Teil auszubilden, so daß der Wafer W in der Prozesskammer
110 auf und ab bewegt wird.
Wenn der Wafer W erwärmt wird, wird der Bodenabschnitt 114A gemäß Fig. 21 abgesenkt,
um den Abstand zwischen dem Wafer W und dem Bodenabschnitt 114A zu vergrößern, und
die Zuführung des He-Gases wird unterbrochen. Ein Abstand zwischen dem Wafer W und
dem Bodenabschnitt 114A kann beispielsweise etwa 10 mm betragen. Aufgrund des großen
Abstands zwischen dem Bodenabschnitt 114A und dem Wafer W wird der thermische Einfluß
des Bodenabschnitts 114A auf den Wafer W vermindert und steigt die Temperatur des Wafers
W schnell. Der Zustand gemäß Fig. 21 kann beispielsweise eine Ausgangsstellung des Wa
fers W definieren.
Wenn andererseits der Wafer W gekühlt wird, wird der Bodenabschnitt 114A in Richtung des
Wafers W angehoben, um den Abstand dazwischen zu vermindern, und die Zuführung des
He-Gases beginnt. Wegen des kleinen Abstands zwischen dem Wafer W und dem Bodenab
schnitt 114A wird der Wafer W infolge des vergrößerten thermischen Einflusses des Boden
abschnitts 114A schnell gekühlt. Typischerweise wird zwischen dem Wafer W und dem Bo
denabschnitt 114A ein Abstand von etwa 1 mm genutzt.
Fig. 23 zeigt die Einführung des He-Gases, wobei Fig. 23 den in Fig. 2 eingekreisten Be
reich V auf einer größeren Skala zeigt.
Gemäß Fig. 23 weist der Bodenabschnitt 114 eine Anzahl kleiner Löscher 115A auf, und
das He-Gas wird in den Raum zwischen der Rückfläche des Wafers W und dem Bodenab
schnitt 114A über diese kleinen Löscher 115A eingeführt. Es wird darauf hingewiesen, daß
ein Gehäuse bzw. Käfig 410 mit einem Ventil 400 an dem Bodenabschnitt 114 angebracht ist.
Eine Gaszuführleitung von einer He-Gas-Quelle ist mit dem Ventil 400 verbunden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Konstruktion gemäß den Fig. 20-22, die gestaltet
ist, um den Abstand zwischen dem Wafer W und dem Bodenabschnitt 114 der Prozesskam
mer 110 zu verändern, auch zum Verändern des Abstands zwischen dem Wafer W und der
Lampe 130 genutzt werden kann.
Im folgenden wird die Konstruktion zum Drehen des Wafers W unter Bezugnahme auf
Fig. 1 erklärt.
Um eine hohe Ausbeute bei der Produktion von Halbleitereinrichtung und integrierten Schal
tungen zu erhalten und eine hohe Leistungsfähigkeit der einzelnen Halbleitereinrichtungen
aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, daß der Wafer W über die gesamte Oberfläche einer
gleichförmigen RTP ausgesetzt wird. Wenn eine ungleichmäßige Temperaturverteilung auf
dem Wafer W existiert, werden verschiedene Probleme erwartet, beispielsweise eine un
gleichmäßige Filmdicke oder eine Ausbildung von einer Einschußversetzung in dem Silizi
umkristall, die durch eine thermische Beanspruchung bzw. Spannung verursacht ist. Die RTP-
Vorrichtung 100 kann in diesem Fall nicht länger eine qualitativ hohe thermische Bearbeitung
liefern.
Eine solche ungleichmäßige Temperarturverteilung auf dem Wafer W kann durch eine un
gleichförmige Verteilung der Strahlung der Lampe 130 oder durch die thermische Wirkung
des Niedrigtemperaturbearbeitungsgases, welches in die Prozesskammer 110 über den Ga
seinlaß 180 eingebracht wird, verursacht sein. Um eine solche Ungleichmäßigkeit der Tempe
raturverteilung zu eliminieren und eine gleichmäßige Erwärmung des Wafers W zu garantie
ren, kann die RTP-Vorrichtung 100 einen Drehmechanismus zum Drehen des Wafers W um
fassen.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Drehmechanismus von W zusätzlich zu dem Stützring
150 und dem ringförmigen Permanentmagneten 170 einen magnetischen Körper 172 umfaßt,
der an der Bodenkante des Drehstützbauteils 152 angebracht ist. Der magnetische Körper 172
weist eine konzentrische Beziehung zu dem Permanentmagneten 170 auf. Der Permanentma
gnet 170 wird mit Hilfe eines Motors 330 gedreht, der mittels einer Treiberschaltung 320 un
ter der Steuerung der Systemsteuereinrichtung 300 angetrieben wird. Als Reaktion auf die
Drehung des Permanentmagneten 170 dreht sich deshalb der magnetische Körper 172 und
folglich der Stützring 150 der über das Drehstützbauteil 152 mit dem magnetischen Körper
172 verbunden ist.
Typischerweise ist der Stützring 150 aus einem feuerfesten, keramischen Material gebildet,
beispielsweise SiC, und weist der Stützring 150 eine Ringform auf. Der Stützring 150 funk
tioniert als eine Stufe des Wafers W und weist einen zentralen Ausschnitt auf, der die Rück
fläche des Wafers W freigibt, worauf bereits hingewiesen wurde. Weil der zentrale Ausschnitt
einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der äußere Durchmesser des Wafers W ist, kann
der Stützring 150 den Wafer W hierauf durch das Zusammenwirken mit einem Randkanten
abschnitts des Wafers W stützen. Der Stützring 150 kann einen Klammermechanismus oder
ein elektrostatisches Spannfutter zum festen Halten des Wafers W umfassen. Mittels der Nut
zung des Stützrings 150 wird es möglich, die Verschlechterung eines Temperaturprofils zu
verhindern, welche durch die thermische Strahlung an den Randkantenbereichen des Wafers
W verursacht wird.
Wie bereits beschrieben wurde, trägt der Stützring 150 das Drehstützbauteil 152, das mit ei
nem Randkantenabschnitt verbunden ist, wobei das Drehstützbauteil 152 mit dem Randkan
tenabschnitt des Stützrings 150 über ein Thermo-Isolierbauteil, beispielsweise einem Quarz
glas, so verbunden ist, daß der magnetische Körper 152 thermisch geschützt ist. In dem dar
gestellten Beispiel wird das Drehstützbauteil 152 von einer zylindrischen Hülse bzw. Buchse
aus einem entglasten Quarzglas gebildet.
Zwischen dem Drehstützbauteil 152 und der Seitenwand 112 der Prozesskammer 110 ist ein
Unterstütz- bzw. Stützmechanismus 160 zum Erlauben einer freien Drehung des Drehstütz
bauteils 152 in den Zustand vorgesehen, in welchem die Prozesskammer 110 in einen Hoch
vakuumzustand evakuiert wird, wobei der Stützmechanismus 160 auf der inneren Oberfläche
der Seitenwand 112 fixiert ist. Wie bereits erwähnt wurde, ist der magnetische Körper 172 an
der Bodenkante des Drehstützbauteils 152 vorgesehen.
Wie bereits beschrieben, sind der ringförmige Permanentmagnet 170 und der magnetische
Körper 172 in einer konzentrischen Beziehung angeordnet, wobei der Permanentmagnet 170
und der magnetische Körper 172 über die Seitenwand 112 der Prozeßkammer 110, die typi
scherweise aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise Al gebildet ist, eine mag
netische Kopplung erreichen. Deshalb dreht sich der magnetische Körper 172 als Reaktion
auf eine Drehung des Magneten 170, welcher unter der Steuerung der Systemsteuereinrich
tung 300 mit Hilfe der Motortreiberschaltung 320 über den Motor 330 angetrieben wird.
Hierdurch wird die Drehgeschwindigkeit in Anbetracht des Materials und der Größe des Wa
fers W und der Gasatmosphäre sowie der Gastemperatur in der Prozesskammer 110 so ge
steuert, daß Turbulenzen der Atmosphäre in der Prozesskammer 110 vermieden werden, ins
besondere in dem Randbereich des Wafers W. Bei dem dargestellten Beispiel wird der Stütz
ring 150 mit einer Drehgeschwindigkeit von 90 Umdrehungen pro Minute gedreht. Es wird
darauf hingewiesen, daß es möglich ist, für den Magneten 170 ein magnetisches Material und
für das magnetische Material 172 einen Permanentmagneten zu nutzen, solange sie magne
tisch gekoppelt sind. Weiterhin können beide Bauteile 170 und 172 von einem Permanentma
gneten gebildet werden.
Im folgenden wird der Betrieb der RTP-Vorrichtung 100 erklärt.
Zuerst wird der Wafer W in die Prozesskammer 110 mit Hilfe von Transportmitteln, bei
spielsweise einem Transportarm eines Clusterwerkzeugs (nicht dargestellt), über ein Torventil
der Prozesskammer 110 (nicht dargestellt) eingebracht. Wenn der den Wafer W tragende Arm
den oberen Abschnitt des Stützrings 150 erreicht hat, wird von dem Stützring 150 eine Anzahl
Hebestifte (typischerweise drei) aufwärts bewegt und mit der Rückfläche des Wafers in Ver
bindung gebracht. In diesem Zustand wird der Arm durch das Torventil zurück bewegt und
wird das Torventil geschlossen. Der Transportarm kann danach in seine Ausgangsstellung
zurückkehren (nicht dargestellt).
Danach werden die Hebestifte in den Stützring 150 zurück bewegt. Der Wafer W wird auf
dem Stützring 150 in einer vorbestimmten Stellung gehalten. Der Antrieb der Hebestifte kann
mittels der Nutzung eines nicht dargestellten Blasebalgs so erreicht werden, daß in der Pro
zesskammer 110 die evakuierte Niedrigdruckumgebung aufrecht erhalten wird und daß ein
Austreten der Atmosphäre in der Prozesskammer 110 in die atmosphärische Umgebung ver
hindert wird.
Danach steuert die Systemsteuereinrichtung 300 den Lampentreibern 310, um die Hochener
gielampe 130 mit Energie zu versorgen. Als Reaktion hierauf versorgt der Lampentreiber 310
die Lampe 130 mit Energie und wird der Wafer W auf eine Temperatur von etwa 800°C er
hitzt.
Die von der Lampe 130 ausgesendete Infrarotstrahlung beleuchtet die obere Fläche des Wa
fers W. Die Temperatur des Wafers W steigt schnell auf die vorgenannte Temperatur von 800°C
mit einer Rate von 200°C/s. Obwohl eine allgemeine Tendenz dahingehend besteht, daß
der Randbereich des Wafers W im Vergleich mit dem mittleren Teil eine große Wärmever
teilungsrate aufweist, kann die vorliegende Erfindung das Auftreten eines ungleichen Tempe
raturprofils mittels des Vorsehens der Lampe 130 in der Form einer Anzahl konzentrischer
Lampenelemente und des unabhängigen Einschaltens der Lampenelemente kompensieren.
Während dieser Phase des schnellen Temperaturanstiegs wird der Bodenabschnitt 114A in der
Ausgangsstellung gemäß Fig. 21 positioniert, wenn die Konstruktion nach Fig. 20 genutzt
wird. Es wird darauf hingewiesen, daß der Zustand gemäß Fig. 21 wegen des vergrößerten
Abstands des Bodenabschnitts, der als eine Kühlplatte wirkt, von dem Wafer W besonders
vorteilhaft für den schnellen Temperaturanstieg ist. Gleichzeitig mit dem Wärmen wird das
Evakuierungssystem 190 angetrieben, um in der Prozesskammer 110 die reduzierte Druck
umgebung aufrechtzuerhalten.
Während der vorgenannten Phase des schnellen Temperaturanstiegs steuert die Systemsteuer
einrichtung 300 den Motortreiber 320, um den Motor 330 mit einer vorbestimmten, optimier
ten Geschwindigkeit zu treiben. Als Reaktion wird der Motor 330 mit Energie versorgt und
wird der ringförmige Magnet 170 mit der vorgenannten, optimierten Geschwindigkeit ge
dreht. Als Ergebnis der Drehung des Magneten 170 wird das Stützbauteil 152 zusammen mit
dem Stützring 150 und dem hierauf angeordneten Wafer W gedreht. Als Ergebnis der Dre
hung des Wafers W wird die Temperatur in dem Wafer W während des Intervalls der schnel
len Thermobearbeitung einheitlich gehalten.
Aus der relativ kleinen Dicke der Quarzplatte 121, die das Quarzfenster 120 bildet, ergeben
sich verschiedene Vorteile: (1) eine verminderte Absorption der von der Lampe 130 ausge
sendeten Strahlung; (2) eine verminderte Thermobelastung, die in der Quarzplatte 121 indu
ziert wird, weil die Temperaturdifferenz zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche
vermindert ist; (3) eine verminderte Ablagerung von Filmen oder Nebenprodukten auf der
Oberfläche der Quarzplatte während eines Beschichtungsprozesses wegen der verminderten
Temperatur der Quarzplatte 121; (4) ausreichende mechanische Stärke mittels der verstärken
den Rippen 122, um der Luftdruckdifferenz zwischen dem atmosphärischen Druck und dem
niedrigen Druck innerhalb der Prozesskammer 110 zu widerstehen, auch in Fällen, in denen
die Dicke der Quarzplatte 121 vermindert ist; (5) ein reduzierter Temperaturanstieg der Rip
pen 122, wenn die Konstruktion nach Fig. 6 verwendet wird, bei der die Rippen 122 in je
weilige Rillen 146 des genutzten Reflektors 140A eingeführt sind, und eine sich ergebende
Verminderung der thermischen Belastung in den Kreuzungsabschnitten, in denen die Quarz
platte 121 und die Rippen 122 verbunden sind; und (6) ein weiter verbesserter Widerstand des
Quarzfensters bezüglich der Druckdifferenz zwischen der atmosphärischen Umgebung und
dem Inneren der Prozesskammer 110, wenn die Konstruktion nach Fig. 6 genutzt wird.
Die Temperatur des Wafers W wird mittels des Strahlungspyrometers 200 gemessen. Die Sy
stemsteuerung 300 führt eine Rückkoppelsteuerung des Lampentreibers 310 auf der Basis der
mittels des Strahlungspyrometers 200 gelesenen Temperatur aus. Während allgemein erwartet
wird, daß sich infolge der Drehung des Wafers W in dem Wafer eine einheitliche Tempera
turverteilung ausbildet, ist es möglich, das Strahlungspyrometer 200 in mehreren Positionen
vorzusehen, beispielsweise in der Mitte oder an der Randkante des Wafers W, wenn dies not
wendig ist. In einem solchen Fall wird es möglich, die Energiezuführung der Lampe 130 lokal
über den Lampentreiber 310 zu modifizieren, wenn festgestellt wird, daß die Temperaturver
teilung auf dem Wafer W nicht einheitlich ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Abstand zwischen dem Wafer W in der Prozesskammer
110 und dem Chopper 230 in dem Strahlungspyrometer 200 bei der vorliegenden Erfindung
als Ergebnis der Nutzung des Stabs 210 vergrößert ist und der nachteilige thermische Einfluß
des Wafers W auf das Strahlungspyrometer 200 minimiert ist. Deshalb verbessert die erfin
dungsgemäße Konstruktion die Exaktheit des Strahlungspyrometers 200. Wegen des vergrö
ßertem Abstand zwischen dem Wafer W und dem Chopper 230 ist es überhaupt nicht notwen
dig, einen Kühlmechanismus für das Strahlungspyrometer 200 vorzusehen, oder ist es ausrei
chend, nur ein einfaches Kühlsystem vorzusehen. Hierdurch werden die Kosten und die Grö
ße der RTP-Vorrichtung 100 vermindert.
In Anbetracht der Möglichkeit des Auftretens umfangreicher Diffusion von Verunreinigungs
elementen in dem Wafer W, wenn der Wafer W über eine ausgedehnte Dauer in einer
Hochtemperaturumgebung angeordnet wird, und sich ergebener Verschlechterung der Lei
stung der Halbleitereinrichtungen und integrierten Schaltungen, die hierauf ausgebildet sind,
ist die Nutzung des Strahlungspyrometers 200 insbesondere für die Realisierung einer RTP-
Vorrichtung nützlich, bei der ein schneller Temperaturanstieg und ein schneller Tempera
turabfall mittels Rückkoppelsteuerung erreicht werden. Insbesondere der Fehler der Tempe
raturlesung des Strahlungspyrometers 200 wird mittels der Nutzung der Gleichung (8) in dem
Pyrometer 200 oder in der Systemsteuereinrichtung 300 für die Temperaturberechnung unter
drückt. Hierdurch ist eine qualitativ hohe Temperatursteuerung realisiert.
Nach der vorhergehenden Phase des schnellen Temperaturanstiegs wird durch einen Gasein
laß in die Prozesskammer 110 ein Prozessgas mit einer gesteuerten Flußrate eingebracht.
Nach einem vorbestimmten Intervall, beispielsweise 10 Sekunden für die Thermobearbeitung
steuert die Systemsteuereinrichtung 300 den Treiber 310 und beendet die Energiezuführung
130. Als Reaktion hierauf unterbricht der Lampentreiber 310 die Zuführung der Treiberspan
nung zu der Lampe 130.
In dieser schnellen Abkühlungsphase steuert die Systemsteuereinrichtung 300 den Hebeme
chanismus 117, wenn die RTP-Vorrichtung 100 die Konstruktion nach Fig. 20 aufweist, so
daß der Bodenabschnitt 114A in die Kühlstellung angehoben wird, wie dieses in Fig. 23
dargestellt ist. Weiterhin wird eine thermisch leitendes Gas, beispielsweise Helium, in die
Lücke zwischen dem Wafer W und dem Bodenabschnitt 114A gemäß Fig. 23 zum Unter
stützen des Kühlen des Wafers W eingeführt. Hierdurch wird es möglich, eine Kühlrate von
bis zu 200°C/s zu erreichen.
Nach der vorgenannten Thermobehandlung wird der Wafer W mit Hilfe des Transportarms
durch das Torventil in einer zu der vorher beschriebenen Prozedur umgekehrten Prozedur aus
der Prozesskammer 110 herausgenommen. Der Transportarm transportiert den dann bearbei
teten Wafer W weiter zu einer Bearbeitungsvorrichtung einer nächsten Stufe, welches eine
Beschichtungsvorrichtung sein kann, sofern dies notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Es
können Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß der Bereich der
Erfindung verlassen wird.
Claims (14)
1. Verfahren zum Erfassen einer Temperatur eines Objekts in einer Multireflexionsum
gebung mittels eines Strahlungspyrometers, das Verfahren die folgenden Schritte auf
weisend:
Erfassen einer Strahlungsstärke, die von einem Zielbereichs des Objekts ausgesendet wird;
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um die Wirkung von Mehrfachre flexionen einer von dem Objekt ausgesendeten Strahlung zu kompensieren;
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen Reflexionsverlust zu kompensieren, der an einer Endoberfläche eines optischen Mediums, das zwischen dem Objekt und dem Messkopf angeordnet ist, verursacht wird;
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen optischen Absorptions verlust zu kompensieren, der in dem optischen Medium verursacht wird; und
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um eine Streustrahlung zu kom pensieren, die in den Messkopf von einer anderen Quelle als dem Zielbereich des Ob jekts gelangt.
Erfassen einer Strahlungsstärke, die von einem Zielbereichs des Objekts ausgesendet wird;
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um die Wirkung von Mehrfachre flexionen einer von dem Objekt ausgesendeten Strahlung zu kompensieren;
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen Reflexionsverlust zu kompensieren, der an einer Endoberfläche eines optischen Mediums, das zwischen dem Objekt und dem Messkopf angeordnet ist, verursacht wird;
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen optischen Absorptions verlust zu kompensieren, der in dem optischen Medium verursacht wird; und
Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um eine Streustrahlung zu kom pensieren, die in den Messkopf von einer anderen Quelle als dem Zielbereich des Ob jekts gelangt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Objekts aus der Strahlungs
stärke Em(T) des Objekts berechnet wird, die mittels des Strahlungspyrometers von
einer Emissionsstärke EBB(T) eines schwarzer Körpers mit einer Temperatur T erfaßt
wird, wobei ein Emissionsgrad ε des Objekts gemäß der folgenden Gleichung genutzt
wird:
wobei α ein Korrekturkoeffizient bezüglich der Mehrfachreflektion, β ein Korrektur term hinsichtlich des Reflexionsverlustes, G ein Korrekturkoeffizient bezüglich der optischen Absorption und S ein Korrekturterm bezüglich der Streustrahlung sind, und wobei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falles, bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
wobei α ein Korrekturkoeffizient bezüglich der Mehrfachreflektion, β ein Korrektur term hinsichtlich des Reflexionsverlustes, G ein Korrekturkoeffizient bezüglich der optischen Absorption und S ein Korrekturterm bezüglich der Streustrahlung sind, und wobei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falles, bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
3. Thermobearbeitungsvorrichtung mit:
einer Prozesskammer zum Anwenden einer vorbestimmten Thermobearbeitung auf ein Substrat, das in der Prozesskammer angeordnet ist;
einer Heizquelle, die zum Heizen des Substrats benachbart zu der Prozesskammer an geordnet ist;
einem Strahlungspyrometer, das zum Messen einer Temperatur des Substrats an die Prozesskammer gekoppelt ist; und
einer Steuereinheit zum Steuern der Energiezuführung der Heizquelle als Reaktion auf eine Temperatur des Substrats, die mittels des Strahlungspyrometers erhalten wird, das Strahlungspyrometer aufweisend:
einen Drehchopper, der außerhalb der Prozesskammer in einem optischen Weg einer Infrarotstrahlung, die von dem Substrat ausgesendet wird, angeordnet ist, wobei der Chopper einen Schlitz und eine hoch-reflektierende Oberfläche und einen niedrig- reflektierenden Abschnitt aufweist;
einen transparenten Stab, der zwischen dem Substrat und dem Chopper als ein opti sches Fenster der Prozesskammer angeordnet ist, wobei der transparente Stab sich in Richtung des Choppers erstreckt und eine Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung zwischen dem Chopper und dem Substrat erlaubt; und
einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der durch den Schlitz gelangen den Infrarotstrahlung angeordnet ist;
wobei eine Temperatur des Substrats aus einer Strahlungsstärke Em(T) des Substrats berechnet wird, die mittels des Strahlungspyrometers aus einer Emissionsstärke EBB(T) eines schwarzen Körpers bei einer Temperatur T gemessen wird, wobei ein Emis sionsgrad ε des Substrats gemäß der folgenden Gleichung genutzt wird:
wobei α ein Korrekturfaktor bezüglich einer Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung zwischen dem Substrat und einer inneren Oberfläche der Prozesskammer, β ein Kor rekturterm bezüglich eines Reflexionsverlustes an einer Endoberfläche des transpa renten Stabs, G ein Korrekturkoeffizient bezüglich einer optischen Absorption, die durch den transparenten Stab verursacht wird, und S ein Korrekturfaktor bezüglich ei ner Streustrahlung sind, die in den transparenten Stab gelangt, und
wobei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falls bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
einer Prozesskammer zum Anwenden einer vorbestimmten Thermobearbeitung auf ein Substrat, das in der Prozesskammer angeordnet ist;
einer Heizquelle, die zum Heizen des Substrats benachbart zu der Prozesskammer an geordnet ist;
einem Strahlungspyrometer, das zum Messen einer Temperatur des Substrats an die Prozesskammer gekoppelt ist; und
einer Steuereinheit zum Steuern der Energiezuführung der Heizquelle als Reaktion auf eine Temperatur des Substrats, die mittels des Strahlungspyrometers erhalten wird, das Strahlungspyrometer aufweisend:
einen Drehchopper, der außerhalb der Prozesskammer in einem optischen Weg einer Infrarotstrahlung, die von dem Substrat ausgesendet wird, angeordnet ist, wobei der Chopper einen Schlitz und eine hoch-reflektierende Oberfläche und einen niedrig- reflektierenden Abschnitt aufweist;
einen transparenten Stab, der zwischen dem Substrat und dem Chopper als ein opti sches Fenster der Prozesskammer angeordnet ist, wobei der transparente Stab sich in Richtung des Choppers erstreckt und eine Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung zwischen dem Chopper und dem Substrat erlaubt; und
einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der durch den Schlitz gelangen den Infrarotstrahlung angeordnet ist;
wobei eine Temperatur des Substrats aus einer Strahlungsstärke Em(T) des Substrats berechnet wird, die mittels des Strahlungspyrometers aus einer Emissionsstärke EBB(T) eines schwarzen Körpers bei einer Temperatur T gemessen wird, wobei ein Emis sionsgrad ε des Substrats gemäß der folgenden Gleichung genutzt wird:
wobei α ein Korrekturfaktor bezüglich einer Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung zwischen dem Substrat und einer inneren Oberfläche der Prozesskammer, β ein Kor rekturterm bezüglich eines Reflexionsverlustes an einer Endoberfläche des transpa renten Stabs, G ein Korrekturkoeffizient bezüglich einer optischen Absorption, die durch den transparenten Stab verursacht wird, und S ein Korrekturfaktor bezüglich ei ner Streustrahlung sind, die in den transparenten Stab gelangt, und
wobei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falls bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des Substrats mit Hilfe der Steu
ereinheit berechnet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des Substrats mit Hilfe des
Strahlungspyrometers berechnet wird.
6. Verfahren zur thermischen Bearbeitung eines Substrats, das Verfahren die folgenden
Schritte aufweisend:
Heizen eines Substrats in einer Prozesskammer mittels des Zuführens einer Energie zu einer Heizquelle bei einer verminderten Druckumgebung;
Messen einer Temperatur des Substrats mittels eines Emissionspyrometers; und
Steuern der Energiezuführung der Heizquelle als Reaktion auf die Temperatur des Substrats, die mittels des Emissionspyrometers gemessen wurde,
das Emissionspyrometer aufweisend: einen Drehchopper, der einen Schlitz und eine hoch-reflektierende Oberfläche und einen niedrig-reflektierenden Bereich trägt; einen transparenten Stab, der zwischen dem Substrat und dem Chopper als ein optisches Fenster angeordnet ist, wobei der transparente Stab sich in Richtung des Choppers er streckt und eine Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung zwischen dem Chopper und dem Substrat erlaubt; und einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der Infrarotstrahlung, die durch den Schlitz gelangt, angeordnet ist,
wobei der Schritt zum Messen der Temperatur des Substrats die folgenden Schritte umfaßt:
Heizen eines Substrats in einer Prozesskammer mittels des Zuführens einer Energie zu einer Heizquelle bei einer verminderten Druckumgebung;
Messen einer Temperatur des Substrats mittels eines Emissionspyrometers; und
Steuern der Energiezuführung der Heizquelle als Reaktion auf die Temperatur des Substrats, die mittels des Emissionspyrometers gemessen wurde,
das Emissionspyrometer aufweisend: einen Drehchopper, der einen Schlitz und eine hoch-reflektierende Oberfläche und einen niedrig-reflektierenden Bereich trägt; einen transparenten Stab, der zwischen dem Substrat und dem Chopper als ein optisches Fenster angeordnet ist, wobei der transparente Stab sich in Richtung des Choppers er streckt und eine Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung zwischen dem Chopper und dem Substrat erlaubt; und einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der Infrarotstrahlung, die durch den Schlitz gelangt, angeordnet ist,
wobei der Schritt zum Messen der Temperatur des Substrats die folgenden Schritte umfaßt:
- - Erfassen einer Strahlungsstärke, die von einem Zielbereich des Substrat ausgesen det wird, mittels eines Emissionspyrometers;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um die Wirkung von Mehr fachreflexionen einer Strahlung zu kompensieren, die von dem Substrat ausgesen det wird und zwischen dem Substrat und einer inneren Oberfläche der Prozess kammer reflektiert wird;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen Reflexionsverlust zu kompensieren, der an einer Endoberfläche des transparenten Stabs verursacht wird;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen optischen Absorp tionsverlust zu kompensieren, der in dem transparenten Stab verursacht wird; und
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um eine Streustrahlung zu kompensieren, die in den Detektor des Pyrometers von einer anderen Quelle als dem Zielbereich des Substrats gelangt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Strahlungspyrometer die Temperatur des Sub
strats aus der mittels des Strahlungspyrometers für das Substrat erfaßten Strahlungs
stärke Em(T) berechnet, die mittels des Strahlungspyrometers aus einer Emissions
stärke EBB(T) eines schwarzen Körpers bei einer Temperatur T erfaßt wird, wobei ein
Emissionsgrad ε des Substrats gemäß der folgenden Gleichung genutzt wird:
- - wobei α ein Korrekturkoeffizient bezüglich der Mehrfachreflexion der Infrarotstrah lung, β ein Korrekturterm bezüglich des Reflexionsverlustes an der Endoberfläche des transparenten Stabs, G ein Korrekturkoeffizienten bezüglich der optischen Absorpti onsverlustes, der durch den transparenten Stab verursacht wird, und S ein Korrektur term bezüglich der Streustrahlung sind, die in den transparenten Stab gelangt, und wo bei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falles bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
8. Computerlesbares Medium mit einem gespeicherten Verfahren zum Erfassen einer
Temperatur eines Objekts in einer Multireflexionsumgebung mittels eines Strah
lungspyrometers, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend:
- - Erfassen einer Strahlungsstärke, die von einem Zielbereich des Objekts ausgesendet wird;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um die Wirkung von Multirefle xionen einer Strahlung zu kompensieren, die von dem Objekt ausgesendet wird;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen Reflexionsverlust zu kompensieren, der an einer Endoberfläche eines optischen Mediums verursacht wird, das zwischen dem Objekt und dem Messkopf angeordnet ist;
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um einen optischen Absorptions verlust zu kompensieren, der durch das optische Medium verursacht wird; und
- - Anwenden einer Korrektur auf die Strahlungsstärke, um eine Streustrahlung zu kom pensieren, die in den Messkopf von einer anderen Quelle als dem Zielbereich des Ob jekts gelangt.
9. Computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Temperatur des Objekts aus
der Strahlungsstärke Em(T) des Objekts berechnet wird, die mittels des Strahlungspy
rometers aus einer Emissionsstärke EBB(T) eines schwarzen Körpers mit einer Tempe
ratur T erfaßt wird, wobei ein Emissionsgrad ε des Objekts gemäß einer folgenden
Gleichung genutzt wird:
wobei α ein Korrekturkoeffizient bezüglich der Mehrfachreflexion, β ein Korrektur term bezüglich des Reflexionsverlusts, G ein Korrekturkoeffizient bezüglich der opti schen Absorption und S ein Korrekturterm bezüglich der Streustrahlung sind, und wo bei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falles bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
wobei α ein Korrekturkoeffizient bezüglich der Mehrfachreflexion, β ein Korrektur term bezüglich des Reflexionsverlusts, G ein Korrekturkoeffizient bezüglich der opti schen Absorption und S ein Korrekturterm bezüglich der Streustrahlung sind, und wo bei die Parameter α, β, G und S jeweilige Werte annehmen, ausschließlich eines Falles bei dem gleichzeitig mit α = β = S = 0 G = 1 gilt.
10. Thermobearbeitungsvorrichtung mit:
einer Prozesskammer mit einer Stufe, die zum Stützen eines Substrats angepaßt ist, wobei die Prozesskammer einen Evakuierungsanschluß zum Verbinden mit einem Evakuierungssystem aufweist;
einer Heizquelle, die vorgesehen ist, um das Substrat in der Prozesskammer zu heizen;
einem Strahlungspyrometer, das an die Prozesskammer zum Messen einer Temperatur des Substrats gekoppelt ist;
einer Steuereinheit zum Steuern einer Energiezufuhr zu der Heizquelle als Reaktion auf eine Temperatur des Substrats; und
einem Kühlmechanismus zum Kühlen eines Abschnitts der Prozesskammer in der Nä he des Strahlungspyrometer,
das Strahlungspyrometer aufweisend:
einen Drehchopper mit einem Schlitz und einer hoch-reflektierenden Fläche und ei nem niedrig-reflektierenden Bereich, wobei der Drehchopper in einem optischen Weg einer Strahlung angeordnet ist, die von dem Substrat ausgesendet wird;
einen transparenten Stab, der in dem optischen Weg zwischen dem Substrat und dem Chopper angeordnet ist, wobei der transparente Stab eine Mehrfachreflexion der Strahlung zwischen dem Wafer und dem Chopper erlaubt; und
einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der durch den Schlitz gelangen den Strahlung angeordnet ist.
einer Prozesskammer mit einer Stufe, die zum Stützen eines Substrats angepaßt ist, wobei die Prozesskammer einen Evakuierungsanschluß zum Verbinden mit einem Evakuierungssystem aufweist;
einer Heizquelle, die vorgesehen ist, um das Substrat in der Prozesskammer zu heizen;
einem Strahlungspyrometer, das an die Prozesskammer zum Messen einer Temperatur des Substrats gekoppelt ist;
einer Steuereinheit zum Steuern einer Energiezufuhr zu der Heizquelle als Reaktion auf eine Temperatur des Substrats; und
einem Kühlmechanismus zum Kühlen eines Abschnitts der Prozesskammer in der Nä he des Strahlungspyrometer,
das Strahlungspyrometer aufweisend:
einen Drehchopper mit einem Schlitz und einer hoch-reflektierenden Fläche und ei nem niedrig-reflektierenden Bereich, wobei der Drehchopper in einem optischen Weg einer Strahlung angeordnet ist, die von dem Substrat ausgesendet wird;
einen transparenten Stab, der in dem optischen Weg zwischen dem Substrat und dem Chopper angeordnet ist, wobei der transparente Stab eine Mehrfachreflexion der Strahlung zwischen dem Wafer und dem Chopper erlaubt; und
einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der durch den Schlitz gelangen den Strahlung angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der transparente Stab ein Quarzstab oder ein
Saphirstab ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung weiterhin eine optische Faser
aufweist, die zwischen dem transparenten Stab und dem Drehchopper angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der transparente Stab in einem Loch, das in der
Prozesskammer gebildet ist, zusammen mit einem Dichtungsbauteil angeordnet ist, das
einen Raum zwischen dem transparenten Stab und einer inneren Wand des Loches ab
dichtet.
14. Verfahren zur Thermobearbeitung, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend:
Heizen eines Substrats in einer reduzierten Druckumgebung mittels der Energiezufüh rung zu einer Heizquelle;
Messen einer Temperatur des Substrats mittels eines Strahlungspyrometers; und
Steuern der Energiezuführung zu der Heizquelle als Reaktion auf die mittels des Strahlungspyrometers gemessene Temperatur,
das Strahlungspyrometer aufweisend:
einen Drehchopper mit einem Schlitz und einer hoch-reflektierenden Oberfläche und einem niedrig-reflektierenden Bereich;
einen transparenten Stab, der zwischen dem Chopper und dem Substrat zum Ermögli chen von Mehrfachreflexionen einer von dem Substrat ausgesendeten Strahlung ange ordnet ist; und
einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der durch den transparenten Stab und den Schlitz auf dem Drehchopper gelangenden Strahlung angeordnet ist,
wobei das Verfahren weiterhin einen Schritt zum Leiten der Strahlung zu dem Chop per durch den transparenten Stab umfaßt.
Heizen eines Substrats in einer reduzierten Druckumgebung mittels der Energiezufüh rung zu einer Heizquelle;
Messen einer Temperatur des Substrats mittels eines Strahlungspyrometers; und
Steuern der Energiezuführung zu der Heizquelle als Reaktion auf die mittels des Strahlungspyrometers gemessene Temperatur,
das Strahlungspyrometer aufweisend:
einen Drehchopper mit einem Schlitz und einer hoch-reflektierenden Oberfläche und einem niedrig-reflektierenden Bereich;
einen transparenten Stab, der zwischen dem Chopper und dem Substrat zum Ermögli chen von Mehrfachreflexionen einer von dem Substrat ausgesendeten Strahlung ange ordnet ist; und
einen Detektor, der hinter dem Chopper zum Erfassen der durch den transparenten Stab und den Schlitz auf dem Drehchopper gelangenden Strahlung angeordnet ist,
wobei das Verfahren weiterhin einen Schritt zum Leiten der Strahlung zu dem Chop per durch den transparenten Stab umfaßt.
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