DE10329205A1

DE10329205A1 - Contactless measurement of the surface temperature of a semiconductor wafer by measuring the surface radiating intensity at two wavelengths having the same emission ratio and then formation of their quotient

Info

Publication number: DE10329205A1
Application number: DE2003129205
Authority: DE
Inventors: Karsten Peukert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2003-06-28
Filing date: 2003-06-28
Publication date: 2005-01-27

Abstract

Method for contactless determination of the surface temperature of a semiconductor wafer has the following steps: recording of the radiating intensity of the wafer surface at a first wavelength greater than 10 microns, recording of the radiating intensity of the wafer surface at a first wavelength greater than 10 microns but sufficiently close to the first wavelength so that there is no change in emission ratio and determination of the surface temperature based on a quotient of the radiation intensities recorded for the two wavelengths. An independent claim is made for a device for contactless determination of the surface temperature of a semiconductor wafer. The invention also relates to a corresponding process chamber for measuring the wafer surface temperature and a temperature determination system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C, eine Prozesskammer zum Durchführen des berührungslosen Bestimmens der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers und ein Temperaturbestimmungssystem mit einer solchen Vorrichtung und einer solchen Prozesskammer.The The present invention relates to a non-contact method Determine the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C. The The invention further relates to a device for non-contact Determine the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C, one Process chamber for performing the non-contact Determine the surface temperature a semiconductor wafer and a temperature determination system having a such apparatus and such a process chamber.

Die Elektronik wird heutzutage von mikroelektronischen Halbleiter-Bauelementen mit integrierten Schaltkreisen dominiert. Diese Schaltkreise bestehen aus einer komplexen Anordnung elektronischer Strukturen, die auf einem gemeinsamen als Chip bezeichneten Halbleitersubstrat miteinander verschaltet sind. Die Herstellung der Schaltkreise auf einer Halbleiterscheibe, im folgenden als Halbleiterwafer bezeichnet, ist gekennzeichnet durch eine komplizierte Aufeinanderfolge verschiedener Prozessschritte, welche in unterschiedlichen Prozessanlagen bzw. Prozesskammern durchgeführt werden.The Electronics today is made of microelectronic semiconductor devices dominated by integrated circuits. These circuits exist from a complex array of electronic structures that up a common semiconductor chip referred to as a chip interconnected are. The manufacture of the circuits on a semiconductor wafer, hereinafter referred to as semiconductor wafer, is characterized through a complicated sequence of different process steps, which are carried out in different process plants or process chambers.

Um optimale Prozessbedingungen zu gewährleisten, werden die einen Prozessschritt beeinflussenden Prozessparameter in der Regel kontrolliert und überwacht. Zu diesen Parametern zählt insbesondere die Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers, welche beispielsweise während eines Prozessschritts nicht außerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegen darf.Around To ensure optimal process conditions, the one will Process step influencing process parameters usually controlled and monitored. These parameters count in particular the surface temperature a semiconductor wafer which, for example, during a process step not outside may be a predetermined temperature range.

Zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers können kontaktierende Temperaturerfassungselemente wie beispielsweise Thermoelemente eingesetzt werden, welche die Oberfläche des betreffenden Halbleiterwafers thermisch kon taktieren. Problematisch ist jedoch, dass ein in eine Prozesskammer eingesetzter Halbleiterwafer zum Teil schwer zugänglich ist, so dass sich die Herstellung eines thermischen Kontakts schwierig und aufwendig gestalten kann. Zudem lassen sich mit kontaktierenden Temperaturerfassungselementen keine Echtzeitmessungen durchführen, da eine Temperaturveränderung des Halbleiterwafers aufgrund der thermischen Zeitkonstante des Wärmeübergangs erst nach einer Zeitverzögerung über die Temperaturerfassungselemente messbar ist.To the Determine the surface temperature of a Semiconductor wafers can contacting temperature sensing elements such as thermocouples are used, which the surface of the respective semiconductor wafer thermally con tact. However, the problem is that one in one Process chamber used semiconductor wafer is sometimes difficult to access, so that making a thermal contact difficult and can make it expensive. Moreover, can be contacted with contacting Temperature sensing elements do not perform real-time measurements because a temperature change of the semiconductor wafer due to the thermal time constant of Heat transfer only after a time delay over the Temperature sensing elements is measurable.

Weiterhin bekannt sind berührungslose Temperaturerfassungselemente wie etwa Pyrometer, bei welchen eine Bestimmung der Oberflächentemperatur eines Gegenstandes anhand der Strahlungsintensität der von der Oberfläche des Gegenstandes ausgesandten Temperaturstrahlung erfolgt.Farther known are non-contact Temperature sensing elements such as pyrometers, in which a Determination of the surface temperature an object on the basis of the radiation intensity of the surface of the Object emitted temperature radiation occurs.

In einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C sind handelübliche Pyrometer in der Regel jedoch nicht auf einen Halbleiterwafer anwendbar, da die Wellenlängen der Temperaturstrahlung, mit denen diese Pyrometer arbeiten, in einem Infrarot-Spektralbereich liegen, in welchem der Halbleiterwafer transmittierend wirkt. Folglich werden mit derartigen Pyrometern lediglich die Temperaturen von unterhalb des Halbleiterwafers angeordneten Gegenständen wie beispielsweise aus Aluminium bestehenden Waferauflagen gemessen.In a temperature range below 500 ° C are commercially available pyrometers usually not applicable to a semiconductor wafer, since the wavelength the temperature radiation with which these pyrometers work, in an infrared spectral range lie, in which the semiconductor wafer is transmissive. consequently become with such pyrometers only the temperatures from below the semiconductor wafer arranged objects such as from Aluminum existing wafer overlays measured.

Es existieren zwar Pyrometer, welche in einem zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C erforderlichen Infrarot-Spektralbereich arbeiten, in welchem ein Halbleiterwafer nicht transmittierend wirkt. Grundsätzlich erfordert der Einsatz von Pyrometern zum Bestimmen von Temperaturen eines Gegenstandes jedoch eine genaue Kenntnis des Emissionsgrades der Oberfläche des betreffenden Gegenstandes. Der Emissionsgrad ist aber stark abhängig von der Wellenlänge der Temperaturstrahlung, von der Temperatur und insbesondere von der Oberflächenbeschaffenheit eines Gegenstandes. Infolgedessen ergeben sich abhängig vom Typ und vom Bearbeitungszustand eines Halbleiterwafers unterschiedliche Emissionsgrade, wodurch ein genaues Bestimmen der Oberflächentemperatur erschwert wird.It Although there are pyrometers, which in one for determining the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C required Infrared spectral range work in which a semiconductor wafer not transmissive acts. Basically, the use requires of pyrometers for determining temperatures of an object however, a precise knowledge of the emissivity of the surface of the relevant Object. The emissivity is strongly dependent on the wavelength the temperature radiation, the temperature and in particular of the surface texture of an object. As a result, depending on the type and different from the processing state of a semiconductor wafer Emissivities, making it difficult to accurately determine the surface temperature becomes.

Um dieses Problem zu bewältigen, können Vergleichsmessungen zwischen einem Pyrometer und einem kontaktierenden Temperaturerfassungselement durchgeführt werden, um das berührungslose Messverfahren mit einem Pyrometer auf verschiedene Typen und Oberflächenbeschaffenheiten von Halbleiterwafern „anzulernen". Da dies für jeden Typ eines Halbleiterwafers in Abhängigkeit seines Bearbeitungszustandes wiederholt werden muss, gestaltet sich dieses Verfahren jedoch sehr zeitintensiv und aufwendig.Around to deal with this problem can comparative measurements between a pyrometer and a contacting temperature sensing element carried out be to the non-contact measuring method with a pyrometer on different types and surface finishes of semiconductor wafers "as this is for everyone Type of semiconductor wafer depending on its processing state However, this process is very much designed time-consuming and expensive.

Bekannt sind ferner sogenannte Verhältnis- oder Quotientenpyrometer, welche aus zwei Pyrometern bestehen und bei welchen eine Messung der Strahlungsintensität der Temperaturstrahlung eines Gegenstandes bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt wird, wobei die Wellenlängen so nahe beieinander liegen, dass der Emissionsgrad der Oberfläche des Gegenstandes bei beiden Wellenlängen im Wesentlichen identisch ist. Anhand einer Quotientenbildung der zu den beiden Wellenlängen aufgenommenen Strahlungsintensitäten kann auf die Oberflächentemperatur des betreffenden Gegenstandes geschlossen werden. Der große Vorteil hierbei ist, dass durch die Quotientenbildung der Einfluss des Emissionsgrades praktisch vernachlässigt werden kann, wodurch die Oberflächentemperatur des betreffenden Gegenstandes im Wesentlichen unabhängig von dessen Oberflächenbeschaffenheit bestimmt wird.Also known are so-called ratio or quotient pyrometers, which consist of two pyrometers and in which a measurement of the radiation intensity of the temperature radiation of an object is carried out at two different wavelengths, wherein the wavelengths are so close to each other that the emissivity of the surface of the object at both wavelengths is essentially identical. Based on a quotient of the recorded radiation to the two wavelengths intensities can be concluded that the surface temperature of the object in question. The big advantage here is that the influence of quotient formation of the emissivity can be practically neglected, whereby the surface temperature of the object in question is determined substantially independent of its surface condition.

Da die bekannten Quotienpyrometer allerdings nur ausgelegt sind, die Temperatur eines Gegenstandes in einem Temperaturbereich oberhalb von 500°C zu bestimmen oder mit Wellenlängen der Temperaturstrahlung arbeiten, welche in einem Spektralbereich liegen, in welchem ein Halbleiterwafer transmittierend wirkt, sind diese Quotientenpyrometer nicht zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C geeignet.There However, the known quotient pyrometer are only designed, the Temperature of an object in a temperature range above 500 ° C too determine or with wavelengths the temperature radiation work, which in a spectral range are in which a semiconductor wafer transmissive acts are these quotient pyrometers are not used to determine the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C suitable.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C unkompliziert und mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.The Object of the present invention is to provide an improved To provide a method by which the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C uncomplicated and can be determined with high accuracy.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 6, 12 und 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by the features of the independent claims 1, 6, 12 and 14 solved. Further advantageous embodiments are in the dependent claims specified.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C vorgeschlagen, bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt die Strahlungsintensität der von einer Oberfläche des Halbleiterwafers emittierten Temperaturstrahlung bei einer ersten Wellenlänge und in einem zweiten Verfahrensschritt die Strahlungsintensität bei einer zweiten Wellenlänge aufgenommen wird, wobei die beiden Wellenlängen in einem Infrarot-Spektralbereich liegen, in welchem der Halbleiterwafer nicht transmittierend wirkt und wobei die Wellenlängen so nahe beieinander liegen, dass der Emissionsgrad der Oberfläche des Halbleiterwafers bei beiden Wellenlängen im Wesentlichen identisch ist. Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers auf der Grundlage einer Quotientenbildung der zu den beiden Wellenlängen aufgenommenen Strahlungsintensitäten bestimmt.According to the invention is a Method for contactless Determine the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C suggested in which, in a first method step, the radiation intensity of the a surface of the semiconductor wafer emitted temperature radiation at a first wavelength and in a second process step, the radiation intensity at a second wavelength is recorded, the two wavelengths in an infrared spectral range lie in which the semiconductor wafer is not transmissive and where the wavelengths lie so close to each other that the emissivity of the surface of the Semiconductor wafer at two wavelengths substantially identical is. Subsequently In a third process step, the surface temperature of the semiconductor wafer on the basis of a quotient of the taken to the two wavelengths radiation intensities certainly.

Dieses Verfahren ermöglicht das berührungslose Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C mit einer hohen Genauigkeit. Da die eingesetzten Wellenlängen so nahe beieinander liegen, dass der Emissionsgrad der Oberfläche des Halbleiterwafers bei beiden Wellenlängen im Wesentlichen identisch ist und so mit durch die Quotientenbildung der Einfluss des Emissionsgrades der Oberfläche des Halbleiterwafers vernachlässigt werden kann, bedarf dieses Verfahren auch keiner Vergleichsmessungen mit kontaktierenden Temperaturerfassungselementen, wodurch sich das Verfahren unkompliziert und ohne großen Zeitaufwand durchführen lässt.This Procedure allows the non-contact Determine the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C with a high accuracy. Since the wavelengths used so Close to each other, that the emissivity of the surface of the semiconductor wafer at both wavelengths is essentially identical and so with by the quotient the influence of the emissivity of the surface of the semiconductor wafer is neglected can, this method also requires no comparative measurements contacting temperature sensing elements, which causes the Procedures uncomplicated and can be done without much time.

Um das Verfahren auf einen aus Silizium bestehenden Halbleiterwafer anzuwenden, welcher einen Transmissionsbereich mit Wellenlängen von etwa 1μm bis 10μm aufweist, müssen die eingesetzten Wellenlängen im Nah-Infrarot-Bereich unterhalb von 1μm oder am Ende des mittleren Infrarot-Bereichs oberhalb von 10μm liegen. Da sich Wellenlängen unterhalb von 1μm lediglich zum Bestimmen von Temperaturen oberhalb von 200°C eignen, liegen bei der für die Praxis relevanten Ausführungsform die eingesetzten Wellenlängen oberhalb von 10μm, um die Oberflächentemperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers insbesondere auch in einem unteren Temperaturbereich unterhalb von 200°C zu bestimmen.Around the method on a semiconductor wafer consisting of silicon apply, which has a transmission range with wavelengths of about 1μm to 10μm, have to the wavelengths used in the near-infrared range below 1μm or at the end of the middle Infrared range above 10μm lie. Because there are wavelengths below 1μm are only suitable for determining temperatures above 200 ° C, lie at the for the practice relevant embodiment the wavelengths used above 10μm, around the surface temperature a silicon wafer made of silicon in particular also in a lower temperature range below 200 ° C to determine.

Der oben genannten Voraussetzung, dass die beiden eingesetzten Wellenlängen so nahe beieinander liegen müssen, dass der Emissionsgrad der Oberfläche des Halbleiterwafers bei beiden Wellenlängen im Wesentlichen identisch ist, steht die weitere Voraussetzung entgegen, dass die beiden Wellenlängen einen möglichst großen Abstand aufweisen müssen, um die Quotientenbildung mit möglichst unterschiedlichen Strahlungsintensitäten durchzuführen. Infolgedessen weisen die beiden Wellenlängen in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einen Abstand zwischen 5% und 20%, vorzugsweise 10% einer Mittelwellenlänge auf, welche aus einem Mittelwert der beiden Wellenlängen gebildet wird, um einen Kompromiss zwischen diesen gegensätzlichen Voraussetzungen einzugehen. Bei einem Abstand von 5% der Mittelwellenlänge ist zwar die Voraussetzung eines nahen Abstands zwischen den beiden Wellenlängen und damit eines im Wesentlichen identischen Emissionsgrades der Oberfläche bei beiden Wellenlängen sehr gut erfüllt, allerdings et was zum Nachteil möglichst unterschiedlicher Strahlungsintensitäten. Ein guter Kompromiss zwischen den beiden gegensätzlichen Bedingungen wird bei einem Abstand von 10% der Mittelwellenlänge erzielt, wodurch das Bestimmen der Oberflächentemperatur sehr genau wird.Of the above condition that the two wavelengths used so have to lie close to each other, that the emissivity of the surface of the semiconductor wafer at both wavelengths is essentially identical, the other condition precludes that the two wavelengths one possible huge Have to have distance to the quotient with as possible perform different radiation intensities. Consequently assign the two wavelengths in a further preferred embodiment a distance between 5% and 20%, preferably 10% of a central wavelength, which is formed from an average of the two wavelengths to one Compromise between these contradictory assumptions. At a distance of 5% of the central wavelength is indeed the requirement a close distance between the two wavelengths and thus one substantially identical emissivity of the surface at both wavelengths very well fulfilled, but as far as possible to the detriment different radiation intensities. A good compromise between the two opposing ones Conditions are achieved at a distance of 10% of the center wavelength, thereby determining the surface temperature very much exactly.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Aufnehmen der Strahlungsintensitäten bei den beiden Wellenlängen zeitgleich durchgeführt, um die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers in Echtzeit zu bestimmen.According to one further advantageous embodiment The recording of the radiation intensities at the two wavelengths is simultaneous carried out, around the surface temperature of the semiconductor wafer in real time.

Erfindungsgemäß wird weiter eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C vorgeschlagen, welche eine Pyrometereinrichtung und eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei die Pyrometereinrichtung ausgelegt ist, die Strahlungsintensität der von einer Oberfläche des Halbleiterwafers emittierten Temperaturstrahlung bei einer ersten Wellenlänge und bei einer zweiten Wellenlänge aufzunehmen, wobei die beiden Wellenlängen in einem Infrarot-Spektralbereich liegen, in welchem der Halbleiterwafer nicht transmittierend wirkt und wobei die Wellenlängen so nahe beieinander liegen, dass der Emissionsgrad der Oberfläche des Halbleiterwafers bei beiden Wellenlängen im Wesentlichen identisch ist, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers auf der Grundlage einer Quotientenbildung der zu den beiden Wellenlängen aufgenommenen Strahlungsintensitäten zu bestimmen.According to the invention, a device for contactless determination of the Oberflä proposed temperature of a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C, which has a Pyrometereinrichtung and an evaluation, wherein the Pyrometereinrichtung is adapted to receive the radiation intensity of the emitted from a surface of the semiconductor wafer temperature radiation at a first wavelength and at a second wavelength, wherein the lie two wavelengths in an infrared spectral range in which the semiconductor wafer is not transmissive and wherein the wavelengths are so close to each other that the emissivity of the surface of the semiconductor wafer at both wavelengths is substantially identical, and wherein the evaluation device is designed, the surface temperature of the Semiconductor wafer based on a quotient of the recorded radiation to the two wavelengths to determine.

Entsprechend ermöglicht diese Vorrichtung ein unkompliziertes Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C mit einer hohen Genauigkeit und ohne großen Zeitaufwand.Corresponding allows this device is an uncomplicated determination of the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C with a high accuracy and without much time.

In der für die Praxis relevanten Ausführungsform ist die Pyrometereinrichtung ausgelegt, die Strahlungsintensität bei Wellenlängen oberhalb von 10μm aufzunehmen, um entsprechend dem oben erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren die Oberflächentemperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers, insbesondere auch in einem unteren Temperaturbereich unterhalb von 200°C zu bestimmen.In the for the practice relevant embodiment If the pyrometer device is designed to control the radiation intensity at wavelengths above of 10μm to receive according to the above-described inventive method the surface temperature a silicon wafer made of silicon, in particular also in a lower temperature range below 200 ° C to determine.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Pyrometereinrichtung zwei Pyrometer auf, um das Aufnehmen der Strahlungsintensitäten bei den beiden Wellenlängen zeitgleich durchzuführen, wodurch sich die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers in Echtzeit bestimmen lässt.In a further preferred embodiment the pyrometer device has two pyrometers to record the radiation intensities the two wavelengths to carry out at the same time, which causes the surface temperature of the semiconductor wafer in real time.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Prozesskammer für einen Halbleiterwafer zum Durchführen des Bestimmens der Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers gemäß dem oben erläuterten Verfahren vorgeschlagen, wobei die Prozesskammer ein für die von der Oberfläche des Halbleiterwafers emittierte Temperaturstrahlung durchlässiges Fenster aufweist. Eine derartige Prozesskammer gestattet ein Aufnehmen der Strahlungsintensität der von der Oberfläche des Halbleiterwafers emittierten Temperaturstrahlung außerhalb der Prozesskammer.According to the invention is further a process chamber for a semiconductor wafer for performing the Determine the surface temperature the semiconductor wafer according to the above explained Proposed method, wherein the process chamber for the from the surface the semiconductor wafer emitted thermal radiation has permeable window. Such a process chamber allows the radiation intensity to be recorded the surface of the semiconductor wafer emitted temperature radiation outside the process chamber.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Fenster aus Bariumfluorid. Dieses Material, welches einen Transmissionsbereich mit Wellenlängen von 0,15μm bis 15μm aufweist, ist im Gegensatz zu einem aus Quarzglas bestehenden Fenster dazu geeignet, die zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers erforderliche Temperaturstrahlung bei Wellenlängen oberhalb von 10μm durchzulassen.In a preferred embodiment the window consists of barium fluoride. This material, which has a transmission range with wavelengths of 0.15μm to 15μm, is suitable, in contrast to a window made of quartz glass, for determining the surface temperature a silicon wafer made of silicon required temperature radiation at wavelengths above 10μm pass.

Erfindungsgemäß wird des weiteren ein Temperaturbestimmungssystem mit einer solchen Prozesskammer und einer solchen Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen der Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C vorgeschlagen. Mit Hilfe eines derartigen Temperaturbestimmungssystems kann die Oberflächentemperatur eines Halbleiterwafers beispielsweise während eines innerhalb der Prozesskammer durchgeführten Prozessschritts überwacht werden.According to the invention is the another temperature determination system with such a process chamber and such a device for non-contact determination of the surface temperature a semiconductor wafer in a temperature range below 500 ° C proposed. With the aid of such a temperature determination system, the surface temperature a semiconductor wafer, for example, during one within the process chamber conducted Process step monitored become.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:

1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers, 1 FIG. 3 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for determining the surface temperature of a semiconductor wafer consisting of silicon, FIG.

2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperaturbestimmungssystems mit einem Halbleiterwafer, und 2 a schematic representation of an embodiment of a temperature determination system according to the invention with a semiconductor wafer, and

3 Ein Diagramm der Transmissions- und Arbeitsbereiche der in 2 dargestellten Komponenten des Temperaturbestimmungssystems und des Halbleiterwafers. 3 A diagram of the transmission and work areas of the 2 shown components of the temperature determination system and the semiconductor wafer.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C. Hierbei wird die Strahlungsintensität der von einer Oberfläche des Halbleiterwafers emittierten Temperaturstrahlung in einem ersten Verfahrensschritt 11 bei einer ersten Wellenlänge λ1 oberhalb von 10μm und in einem zweiten Verfahrensschritt 12 bei einer zweiten Wellenlänge λ2 oberhalb von 10μm aufgenommen. Vorzugsweise werden die Strahlungsintensitäten der von der Oberfläche des Halbleiterwafers senkrecht emittierten Temperaturstrahlung aufgenommen, um jeweils die höchste Strahlungsintensität zu erhalten. 1 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for determining the surface temperature of a semiconductor wafer consisting of silicon in a temperature range below 500 ° C. Here, the radiation intensity of the emitted from a surface of the semiconductor wafer temperature radiation in a first process step 11 at a first wavelength λ1 above 10μm and in a second process step 12 recorded at a second wavelength λ2 above 10μm. Preferably, the radiation intensities of the temperature radiation emitted perpendicularly from the surface of the semiconductor wafer are recorded in order to obtain the highest radiation intensity in each case.

Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt 13 die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers auf der Grundlage einer Quotientenbildung der zu den beiden Wellenlängen λ1 und λ2 aufgenommenen Strahlungsintensitäten bestimmt.Subsequently, in a third process step 13 the surface temperature of the semiconductor wafer is determined on the basis of a quotient formation of the radiation intensities recorded at the two wavelengths λ1 and λ2.

Eine wichtige Voraussetzung zum Durchführen dieses Verfahrens besteht darin, dass die beiden Wellenlängen λ1, λ2 in einem Infrarot-Spektralbereich liegen, in welchem der Halbleiterwafer nicht transmittierend wirkt, um zu vermeiden, dass lediglich die Strahlungsintensität der Temperaturstrahlung von unterhalb des Halbleiterwafers angeordneten Gegenständen wie beispielsweise Waferhalterungen aufgenommen wird und infolgedessen nicht die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers bestimmt wird. Bei dem vorliegend aus Silizium bestehenden Halbleiterwafer erstreckt sich der Transmissionsbereich über Wellenlängen von 1μm bis 10μm. Zum Bestimmen der Oberflächentemperatur dieses Halbleiterwafers sind daher prinzipiell Wellenlängen unterhalb von 1μm oder Wellenlängen oberhalb von 10μm geeignet. Da sich der erstgenannte Wellenlängenbereich jedoch nur zum Bestimmen von Oberflächentemperaturen oberhalb von 200°C eignet, werden bei dem in 1 dargestellten Verfahren Strahlungsintensitäten bei Wellenlängen oberhalb von 10μm aufgenommen, um insbesondere auch in einem unteren Temperaturbereich unterhalb von 200°C Oberflächentemperaturen messen zu können.An important prerequisite for the implementation ren of this method is that the two wavelengths λ1, λ2 are in an infrared spectral range in which the semiconductor wafer is not transmissive, to avoid that only the radiation intensity of the temperature radiation from below the semiconductor wafer arranged objects such as wafer mounts is recorded and as a result, the surface temperature of the semiconductor wafer is not determined. In the present case of silicon semiconductor wafer, the transmission range extends over wavelengths of 1 .mu.m to 10 .mu.m. In principle, wavelengths below 1 μm or wavelengths above 10 μm are suitable for determining the surface temperature of this semiconductor wafer. However, since the former wavelength range is only suitable for determining surface temperatures above 200 ° C, in 1 Radiation intensities recorded at wavelengths above 10 .mu.m, especially in a lower temperature range below 200 ° C surface temperatures can be measured.

Eine weitere wichtige Voraussetzung ist, dass die beiden Wellenlängen λ1, λ2 so nahe beieinander liegen, dass der Emissionsgrad der Oberfläche des Halbleiterwafers bei beiden Wellenlängen λ1, λ2 im Wesentlichen identisch ist, wodurch der Einfluss des Emissionsgrades bei der in dem dritten Verfahrensschritt 13 durchgeführten Quotientenbildung in erster Näherung vernachlässigt werden kann. Hierdurch wird das Verfahren zum Bestimmen der Oberflächentemperatur im Wesentlichen unabhängig von den Oberflächeneigenschaften des Halbleiterwafers, so dass auf aufwendige Vergleichsmessungen mithilfe von kontaktierenden Temperaturerfassungselementen verzichtet werden kann.Another important prerequisite is that the two wavelengths λ1, λ2 are so close to each other that the emissivity of the surface of the semiconductor wafer at both wavelengths λ1, λ2 is substantially identical, whereby the influence of the emissivity in the in the third process step 13 Quotientbildung carried out in a first approximation can be neglected. As a result, the method for determining the surface temperature substantially independent of the surface properties of the semiconductor wafer, so that can be dispensed with complex comparative measurements using contacting temperature sensing elements.

Der letztgenannten Voraussetzung eines nahen Abstands der beiden Wellenlängen λ1, λ2 steht allerdings die Bedingung eines möglichst großen Abstands zwischen der ersten Wellenlänge λ1 und der zweiten Wellenlänge λ2 entgegen. Hierbei wird der stark nichtlineare Zusammenhang zwischen der spektralen spezifischen Ausstrahlung, d.h. dem Teil der Strahlungsenergie, der zur Temperaturbestimmung herangezogen wird, und der Wellenlänge ausgenutzt, um die Quotientenbildung mit möglichst unterschiedlichen Strahlungsintensitäten durchzuführen und so auf die Oberflächentemperatur schließen zu können.Of the latter condition of a close distance of the two wavelengths λ1, λ2 is however the condition of one possible huge Distance between the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 opposite. Here, the strong nonlinear relationship between the spectral specific radiation, i. the part of the radiant energy, which is used for temperature determination, and the wavelength exploited, to the quotient with as possible perform different radiation intensities and so on the surface temperature close can.

Es muss folglich ein Kompromiss zwischen diesen beiden gegensätzlichen Bedingungen eingegangen werden. Daher weisen die beiden Wellenlängen λ1, λ2 vorzugsweise einen Abstand zwischen 5% und 20% einer Mittelwellenlänge auf, welche aus einem Mittelwert der beiden Wellenlängen λ1, λ2 gebildet wird. Bei einem Abstand von 5% dieser Mittelwellenlänge ist die Bedingung eines nahen Abstands zwischen den beiden Wellenlängen λ1, λ2 und damit eines im Wesentlichen identischen Emissionsgrades der Oberfläche bei beiden Wellenlängen λ1, λ2 sehr gut erfüllt, allerdings etwas zu Ungunsten möglichst unterschiedlicher Strahlungsintensitäten. Bei einem Abstand von 20% der Mittelwellenlänge liegen entsprechend umgekehrte Verhältnisse vor. Ein guter Kompromiss wird bei einem Abstand von 10% der Mittelwellenlänge erzielt, wodurch die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers sehr genau bestimmt werden kann.It Consequently, there must be a compromise between these two opposing ones Conditions are received. Therefore, the two wavelengths λ1, λ2 preferably a distance between 5% and 20% of a central wavelength, which is formed from an average of the two wavelengths λ1, λ2. At a distance of 5% of this center wavelength is the condition of a close distance between the two wavelengths λ1, λ2 and thus one essentially identical emissivity of the surface both wavelengths λ1, λ2 very good Fulfills, but something as unfavorable as possible Radiation intensities. At a distance of 20% of the central wavelength are correspondingly reversed conditions in front. A good compromise is achieved at a distance of 10% of the center wavelength, causing the surface temperature of the semiconductor wafer can be determined very accurately.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperaturbestimmungssystems 1, welches eine Temperaturbestimmungsvorrichtung 2 und eine Prozesskammer 6 aufweist, innerhalb derer ein aus Silizium bestehender Halbleiterwafer 8 angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Temperaturbestimmungssystems 1 kann die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers 8 entsprechend dem in 1 dargestellten Verfahren berührungslos bestimmt werden, um beispielsweise einen innerhalb der Prozesskammer 6 durchgeführten Prozessschritt zu überwachen. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a temperature determination system according to the invention 1 , which is a temperature determining device 2 and a process chamber 6 within which a semiconductor wafer consisting of silicon 8th is arranged. With the help of this temperature determination system 1 can the surface temperature of the semiconductor wafer 8th according to the in 1 can be determined without contact, for example, one within the process chamber 6 to monitor the process step.

Die Prozesskammer 6 weist ein für die von der Oberfläche des Halbleiterwafers 8 emittierte Temperaturstrahlung transparen tes Fenster 7 auf. Für den vorliegenden Fall des aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers 8 besteht das Fenster 7 aus Bariumfluorid (BaF₂), bei welchem sich der Transmissionsbereich über Wellenlängen von 0,15μm bis 15μm erstreckt. Folglich steht zum Bestimmen der Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers 8 ein Wellenlängenbereich der Temperaturstrahlung von 10μm bis 15μm zur Verfügung.The process chamber 6 indicates the surface of the semiconductor wafer 8th emitted temperature radiation transparent window 7 on. For the present case of the semiconductor wafer made of silicon 8th the window exists 7 from barium fluoride (BaF ₂ ), in which the transmission range extends over wavelengths of 0.15 μm to 15 μm. Consequently, it is possible to determine the surface temperature of the semiconductor wafer 8th a wavelength range of the temperature radiation of 10μm to 15μm available.

Die Temperaturbestimmungsvorrichtung 2 weist eine Pyrometereinrichtung 3 auf, welche ausgelegt ist, die Strahlungsintensität der von der Oberfläche des Halbleiterwafers 8 emittierten und durch das Fenster 7 transmittierten Temperaturstrahlung bei der ersten und zweiten Wellenlänge λ1, λ2 entsprechend dem ersten und zweiten Verfahrensschritt 11, 12 des in 1 dargestellten Verfahrens zeitgleich aufzunehmen. Die Pyrometereinrichtung 3 weist hierzu ein erstes Bandstrahlungspyrometer P1 und ein zweites Bandstrahlungspyrometer P2 auf. Diese gleichartigen Bandstrahlungspyrometer P1, P2 sind auf Temperaturstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 8μm bis 14μm sensitiv, wodurch die Pyrometereinrichtung 3 zum Aufnehmen der Strahlungsintensität der Temperaturstrahlung des Halbleiterwafers 8 auf einen Wellenlängenbereich zwischen 10μm und 14μm eingeschränkt ist.The temperature determining device 2 has a pyrometer device 3 which is designed, the radiation intensity of the surface of the semiconductor wafer 8th emitted and through the window 7 transmitted temperature radiation at the first and second wavelength λ1, λ2 according to the first and second method step 11 . 12 of in 1 record simultaneously. The pyrometer device 3 has for this purpose a first band-radiation pyrometer P1 and a second band-radiation pyrometer P2. These similar band radiation pyrometers P1, P2 are sensitive to temperature radiation in a wavelength range of 8 .mu.m to 14 .mu.m, whereby the pyrometer device 3 for receiving the radiation intensity of the temperature radiation of the semiconductor wafer 8th is limited to a wavelength range between 10 .mu.m and 14 .mu.m.

Zur Festlegung der erforderlichen beiden Wellenlängen λ1, λ2 sind zwei als optische Bandfilter ausgebildete Filter F1, F2 vorgesehen. Über den ersten Filter F1 wird beispielsweise eine Wellenlänge von 11μm und über den zweiten Filter F2 eine Wellenlänge von 12μm eingestellt.In order to determine the required two wavelengths λ1, λ2, two filters F1, F2 designed as optical bandpass filters are provided. About the ers th filter F1 is set, for example, a wavelength of 11 microns and the second filter F2, a wavelength of 12 .mu.m.

Wie 2 zeigt, sind die beiden Bandstrahlungspyrometer P1, P2 vorzugsweise senkrecht über der Oberfläche des Halbleiterwafers 8 angeordnet, wodurch die Strahlungsintensitäten der von der Oberfläche senkrecht emittierten Temperaturstrahlung aufgenommen werden können, um jeweils die höchste Strahlungsintensität zu erhalten. Sofern ein senkrechter Zugang zur Oberfläche des Halbleiterwafers 8 bedingt durch ungenü gende Platzverhältnisse innerhalb der Prozesskammer 6 nicht möglich ist, kann die von der Oberfläche des Halbleiterwafers 8 senkrecht emittierte Temperaturstrahlung auch mithilfe einer abbildenden Optik, beipielsweise über Lichtleiter, zu den Bandstrahlungspyrometern P1, P2 gelenkt werden.As 2 shows, the two band radiation pyrometers P1, P2 are preferably perpendicular above the surface of the semiconductor wafer 8th arranged, whereby the radiation intensities of the surface radiation emitted vertically from the temperature radiation can be recorded in order to obtain the highest radiation intensity in each case. Provided that a vertical access to the surface of the semiconductor wafer 8th due to insufficient space within the process chamber 6 is not possible, that of the surface of the semiconductor wafer 8th vertically emitted temperature radiation can also be directed by means of imaging optics, for example via optical fibers, to the band radiation pyrometers P1, P2.

Die Temperaturbestimmungsvorrichtung 2 weist weiter eine an die beiden Bandstrahlungspyrometer P1, P2 angeschlossene Auswerteeinrichtung 4 auf, welche ausgelegt ist, die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers 8 entsprechend dem dritten Verfahrensschritt 13 des in 1 dargestellten Verfahrens auf der Grundlage einer Quotientenbildung der zu den beiden Wellenlängen λ1, λ2 aufgenommenen Strahlungsintensitäten zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung 4 ist weiter mit einem Anzeigeelement 5 zum Anzeigen der über die Auswerteeinrichtung bestimmten Oberflächentemperatur verbunden.The temperature determining device 2 also has an evaluation device connected to the two band radiation pyrometers P1, P2 4 which is designed, the surface temperature of the semiconductor wafer 8th according to the third method step 13 of in 1 to determine method based on a quotient of the recorded to the two wavelengths λ1, λ2 radiation intensities. The evaluation device 4 is further with a display element 5 for displaying the surface temperature determined by the evaluation device.

Die in 2 dargestellte Auswerteeinrichtung 4 kann als Computerprogramm eines Auswertecomputers realisiert sein, welcher mit den Bandstrahlungspyrometern P1, P2 verbunden wird. Alternativ ist es möglich, die Auswerteeinrichtung 4 als eigenständiges Gerät auszubilden, bei welchem das Anzeigeelement 5 anschließbar oder als integrierter Bestandteil der Auswerteeinrichtung 4 verwirklicht ist.In the 2 illustrated evaluation device 4 can be realized as a computer program of an evaluation computer, which is connected to the band radiation pyrometers P1, P2. Alternatively, it is possible for the evaluation device 4 as an independent device in which the display element 5 connectable or as an integral part of the evaluation 4 is realized.

Auch für das dargestellte Temperaturbestimmungssystem 1 existieren unterschiedliche Ausführungsformen. Die Temperaturbestimmungsvorrichtung 2 und die Prozesskammer 6 können sowohl zusammen in einem Gerät als auch als voneinander getrennte Bestandteile realisiert sein. Die Temperaturbestimmungsvorrichtung 2 allein könnte beispielsweise auch zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines auf einer Waferauflage gelagerten Halbleiterwafers herangezogen werden.Also for the illustrated temperature determination system 1 exist different embodiments. The temperature determining device 2 and the process chamber 6 can be realized both together in one device as well as separate components. The temperature determining device 2 alone, for example, could also be used to determine the surface temperature of a semiconductor wafer mounted on a wafer support.

Die vorliegend aus den zwei Bandstrahlungspyrometern P1, P2 und den zwei Filtern F1, F2 bestehende Pyrometereinrichtung 3 entspricht einem Quotientenpyrometer, welches wie oben erläu tert mit Wellenlängen am Ende des mittleren Infrarot-Spektralbereichs zwischen 10μm und 14μm arbeitet, um anhand der aufgenommenen Strahlungsintensitäten die Temperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers zu bestimmen. Ein solches Quotientenpyrometer kann auch auf andere Art und Weise realisiert werden.The present pyrometer device consisting of the two band-radiating pyrometers P1, P2 and the two filters F1, F2 3 corresponds to a quotient pyrometer, which works as erläu tert above with wavelengths at the end of the mid-infrared spectral range between 10 .mu.m and 14 .mu.m to determine based on the recorded radiation intensities, the temperature of a semiconductor wafer consisting of silicon. Such a quotient pyrometer can also be realized in other ways.

Als alternative Ausgestaltung ist vorstellbar, Bandstrahlungspyrometer P1, P2 einzusetzen, welche in anderen als dem angegebenen Wellenlängenbereich von 8μm bis 14μm oder welche jeweils in unterschiedlichen Wellenlängebereichen sensitiv sind. Möglich ist es auch, Gesamtstrahlungspyrometer einzusetzen, deren Empfindlichkeit etwa 90% der emittierten Temperaturstrahlung umfasst.When alternative embodiment is conceivable, Bandstrahlungspyrometer P1, P2, which are in other than the specified wavelength range of 8μm up to 14μm or which are each sensitive in different wavelength ranges. Is possible it also use total radiation pyrometers whose sensitivity comprises about 90% of the emitted temperature radiation.

Ferner besteht die Möglichkeit, anstelle der Bandstrahlungspyrometer P1, P2 und der Filter F1, F2 zum Festlegen der beiden Wellenlängen λ1, λ2 Spektralpyrometer einzusetzen, welche jeweils in einem sehr engen Wellenlängenbereich empfindlich sind. Gegenüber Spektralpyrometern hat der Einsatz von Bandstrahlungspyrometern und Filtern jedoch den Vorteil einer höheren Variabilität, da die eingesetzten Wellenlängen mithilfe unterschiedlicher Filter variabel eingestellt werden können.Further it is possible, instead of the band radiation pyrometers P1, P2 and the filters F1, F2 for determining the two wavelengths λ1, λ2 spectral pyrometer each to be used in a very narrow wavelength range are sensitive. Across from Spectral pyrometers have the use of band-radiating pyrometers and filtering, however, has the advantage of higher variability since the used wavelengths can be set variably using different filters.

Es ist weiterhin denkbar, anstelle der zwei Bandstrahlungspyrometer P1, P2 lediglich ein Bandstrahlungspyrometer zu verwenden und das Aufnehmen der Strahlungsintensität der Temperaturstrahlung zu den zwei Wellenlängen λ1, λ2 nacheinander mit zwei unterschiedlichen Filtern durchzuführen. Hierdurch können zwar Kosten eingespart werden, jedoch hat die in 2 dargestellte Ausführungsform mit den zwei Bandstrahlungspyrometern P1, P2 den Vorteil, dass durch das zeitgleiche Aufnehmen der Strahlungsintensität bei den zwei unterschiedlichen Wellenlängen λ1, λ2 die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers 8 in Echtzeit bestimmt werden kann.It is further conceivable, instead of the two band-radiation pyrometers P1, P2, to use only one band-radiation pyrometer and to record the radiation intensity of the temperature radiation to the two wavelengths λ1, λ2 successively with two different filters. Although this can be cost savings, but has the in 2 illustrated embodiment with the two Bandstrahlungspyrometern P1, P2 has the advantage that by simultaneously recording the radiation intensity at the two different wavelengths λ1, λ2, the surface temperature of the semiconductor wafer 8th can be determined in real time.

Eine wichtige Voraussetzung bei diesen möglichen Ausgestaltungen einer Pyrometereinrichtung besteht in der Abstimmung der Arbeitsbereiche der Pyrometer und der Filter auf den zur Verfügung stehenden Wellenlängenbereich der Temperaturstrahlung, welcher durch die Transmissionsbereiche des zu messenden Halbleiterwafers und des Fensters vorgegeben wird. Um dies zu veranschaulichen zeigt 3 ein Diagramm 9 der Transmissions- bzw. Arbeitsbereiche der in 2 dargestellten Komponenten des Temperaturbestimmungssystems 1 und des Halbleiterwafers 8 in Abhängigkeit der Wellenlänge λ der Temperaturstrahlung.An important prerequisite in these possible embodiments of a pyrometer device is the coordination of the working ranges of the pyrometers and the filters to the available wavelength range of the temperature radiation, which is predetermined by the transmission ranges of the semiconductor wafer to be measured and the window. To illustrate this shows 3 a diagram 9 the transmission or work areas of in 2 shown components of the temperature determination system 1 and the semiconductor wafer 8th as a function of the wavelength λ of the temperature radiation.

Der aus Silizium bestehende Halbleiterwafer 8 weist einen Transmissionsbereich Tr₈ mit Wellenlängen zwischen 1μm und 10μm auf. Um die Oberflächentemperatur des Halbleiterwafers 8 insbesondere auch in einem unteren Temperaturbereich unterhalb von 250°C zu bestimmen, muss die Strahlungsintensität der von der Oberfläche des Halbleiterwafers 8 emittierten Temperaturstrahlung bei Wellenlängen oberhalb von 10μm aufgenommen werden.The semiconductor wafer made of silicon 8th has a transmission range Tr ₈ with wavelengths between 1 μm and 10 μm. To the surface temperature of the semiconductor wafer 8th especially in a lower temperature range below 250 ° C to determine the radiation intensity of the surface of the semiconductor wafer 8th emitted temperature radiation at wavelengths above 10 microns are recorded.

Das verwendete Fenster 7 aus Bariumfluorid weist einen Transmissionsbereich Tr₇ mit Wellenlängen zwischen 0,15μm und 15μm auf, wodurch der zum Aufnehmen der Strahlungsintensität zur Verfügung stehende Wellenlängenbereich auf Wellenlängen zwischen 10μm und 15μm begrenzt ist. Dieser Bereich ist durch die strichpunktierten vertikalen Linien in dem Diagramm 9 gekennzeichnet.The window used 7 Barium fluoride has a transmission range Tr ₇ with wavelengths between 0.15 μm and 15 μm, as a result of which the wavelength range available for recording the radiation intensity is limited to wavelengths between 10 μm and 15 μm. This area is indicated by the dash-dotted vertical lines in the diagram 9 characterized.

Mithilfe des ersten Filters F1 und des zweiten Filters F2, welche in einem ersten Transmissionsbereich Tr_F1 bei einer Wellenlänge von 11μm und in einem zweiten Transmissionsbereich Tr_F2 bei einer Wellenlänge von 12μm transparent sind, werden die erste Wellenlänge λ1 und die zweite Wellenlänge λ2 festgelegt. Diese beiden Wellenlängen λ1, λ2 sind jeweils durch die durchgezogenen vertikalen Linien in dem Diagramm 9 gekennzeichnet. Zur besseren Veranschaulichung sind die Transmissionsbereiche Tr_F1, Tr_F2 der Filter F1, F2 verbreitert dargestellt.With the aid of the first filter F1 and the second filter F2, which are transparent in a first transmission range Tr _F1 at a wavelength of 11 μm and in a second transmission range Tr _F2 at a wavelength of 12 μm, the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 are determined. These two wavelengths λ1, λ2 are respectively indicated by the solid vertical lines in the diagram 9 characterized. For better illustration, the transmission ranges Tr _F1 , Tr _{F2 of} the filters F1, F2 are shown broadened.

Mit den beiden Pyrometern P1, P2, welche jeweils einen Arbeitsbereich A_P mit Wellenlängen zwischen 8μm und 14μm aufweisen, wird die Strahlungsintensität der Temperaturstrahlung des Halbleiterwafers 8 zu den beiden Wellenlängen λ1, λ2 aufgenommen.With the two pyrometers P1, P2, which each have a working range A _P with wavelengths between 8 .mu.m and 14 .mu.m, the radiation intensity of the temperature radiation of the semiconductor wafer 8th taken to the two wavelengths λ1, λ2.

Das in 1 dargestellte Verfahren sowie das in 2 dargestellte Temperaturbestimmungssystem 1 eignet sich zum Bestimmen der Oberflächentemperatur eines aus Silizium bestehenden Halbleiterwafers. Grundsätzlich kann mit einem solchen Verfahren und einem solchen Temperaturbestimmungssystem auch die Oberflächentemperatur eines aus einem anderen Material bestehenden Halbleiterwafers in einem Temperaturbereich unterhalb von 500°C bestimmt werden, sofern die eingesetzten zwei Wellenlängen in einem Infrarot-Spektralbereich liegen, in welchem der Halbleiterwafer nicht transmittierend wirkt. Entsprechend müssen die Komponenten des Temperaturbestimmungssystems aufeinander abgestimmte Transmissions- bzw. Arbeitsbereiche aufweisen, um die Strahlungsintensität der Temperaturstrahlung zu diesen beiden Wellenlängen aufzunehmen.This in 1 represented method as well as in 2 illustrated temperature determination system 1 is suitable for determining the surface temperature of a semiconductor wafer made of silicon. In principle, with such a method and such a temperature determination system, the surface temperature of a semiconductor wafer made of a different material can be determined in a temperature range below 500 ° C, provided that the two wavelengths used are in an infrared spectral range in which the semiconductor wafer does not have a transmissive effect , Accordingly, the components of the temperature determination system must have matched transmission or operating ranges to accommodate the radiation intensity of the temperature radiation at these two wavelengths.

11: TemperaturbestimmungssystemTemperature determination system
22: TemperaturbestimmungsvorrichtungTemperature determination unit
33: PyrometereinrichtungPyrometereinrichtung
44: Auswerteeinrichtungevaluation
55: Anzeigeelementdisplay element
66: Prozesskammerprocess chamber
77: Fensterwindow
88th: HalbleiterwaferSemiconductor wafer
99: Diagramm der Transmissions-/Arbeitsbereichediagram the transmission / work areas
11, 12, 1311 12, 13: Verfahrensschrittstep
P1P1: Erstes Bandstrahlungspyrometerfirst Band radiation pyrometer
P2P2: Zweites Bandstrahlungspyrometersecond Band radiation pyrometer
F1F1: Erster Filterfirst filter
F2F2: Zweiter Filtersecond filter
λλ: Wellenlängewavelength
λ1λ1: Erste WellenlängeFirst wavelength
λ2λ2: Zweite WellenlängeSecond wavelength
Tr₇ Tr ₇: Transmissionsbereich des Fensterstransmission range of the window
Tr₈ Tr ₈: Transmissionsbereich des Halbleiterwaferstransmission range of the semiconductor wafer
Tr_F1 Tr _F1: Transmissionsbereich des ersten Filterstransmission range of the first filter
Tr_F2 Tr _F2: Transmissionsbereich des zweiten Filterstransmission range of the second filter
A_P A _p: Arbeitsbereich der BandstrahlungspyrometerWorkspace the band radiation pyrometer

Claims

Method for the contactless determination of the surface temperature of a semiconductor wafer ( 8th ) in a temperature range below 500 ° C, with the method steps: a) recording the radiation intensity of the radiation from a surface of the semiconductor wafer ( 8th ) emitted temperature radiation at a first wavelength (λ1); b) recording the radiation intensity of the surface of the semiconductor wafer ( 8th ) emitted temperature radiation at a second wavelength (λ2), wherein the two wavelengths (λ1, λ2) lie in an infrared spectral range in which the semiconductor wafer ( 8th ) and that the wavelengths (λ1, λ2) are so close to each other that the emissivity of the surface of the semiconductor wafer (FIG. 8th ) is substantially identical at both wavelengths (λ1; λ2); and c) determining the surface temperature of the semiconductor wafer ( 8th ) on the basis of a quotient formation of the radiation intensities recorded at the two wavelengths (λ1; λ2).

Method according to claim 1, wherein the wavelengths used (λ1; λ2) are above 10 μm in order to measure the surface temperature of a semiconductor wafer made of silicon ( 8th ).

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the two wavelength (λ1; λ2) one Distance between 5% and 20%, preferably 10% of a central wavelength, which is formed from an average of the two wavelengths (λ1; λ2).

Method according to one of the preceding claims, wherein the wavelengths used (λ1, λ2) with the help of on the wavelengths (λ1; λ2) tuned Filters (F1, F2).

Method according to one of the preceding claims, wherein the recording of the radiation intensities at the two wavelengths (λ1, λ2) at the same time carried out becomes.

Apparatus for non-contact determination of the surface temperature of a semiconductor wafer ( 8th ) in a temperature range below 500 ° C, with a Pyrometereinrichtung ( 3 ), which is designed to reduce the radiation intensity of the surface of the semiconductor wafer ( 8th ) at a first wavelength (λ1) and at a second wavelength (λ2), wherein the two wavelengths (λ1, λ2) lie in an infrared spectral range in which the semiconductor wafer ( 8th ) and that the wavelengths (λ1, λ2) are so close to each other that the emissivity of the surface of the semiconductor wafer (FIG. 8th ) at both wavelengths (λ1, λ2) is substantially identical, and with an evaluation device ( 4 ), which is designed to increase the surface temperature of the semiconductor wafer ( 8th ) on the basis of a quotient formation of the radiation intensities recorded at the two wavelengths (λ1; λ2).

Apparatus according to claim 6, wherein the pyrometer device ( 3 ) is adapted to receive the radiation intensity at wavelengths above 10 μm in order to measure the surface temperature of a semiconductor wafer consisting of silicon ( 8th ).

Device according to one of claims 6 or 7, wherein filters (F1, F2) are provided via which the first and second wavelengths (λ1, λ2) are set.

Apparatus according to claim 8, wherein the pyrometer device ( 3 ) contains a band radiation pyrometer (P1, P2).

Device according to one of claims 6 to 9, wherein the pyrometer device ( 3 ) has two pyrometers (P1, P2) for simultaneously recording the radiation intensities at the two wavelengths (λ1, λ2).

Device according to one of claims 6 to 10, wherein a display element ( 5 ) for displaying via the evaluation device ( 4 ) specific surface temperature of the semiconductor wafer ( 8th ) is provided.

Process chamber for a semiconductor wafer ( 8th ) for performing the determination of the surface temperature of the semiconductor wafer ( 8th ) according to a method according to one of claims 1 to 5, wherein the process chamber ( 6 ) for the from the surface of the semiconductor wafer ( 8th ) emitted temperature radiation permeable window ( 7 ) having.

Process chamber according to claim 12, wherein the window ( 7 ) consists of barium fluoride.

Temperature determination system with a device ( 2 ) according to one of claims 6 to 11 and a process chamber ( 6 ) according to one of claims 12 or 13.