DE10393617B4

DE10393617B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Dämpfen von Streulicht in Substratbehandlungskammern

Info

Publication number: DE10393617B4
Application number: DE10393617.3T
Authority: DE
Inventors: Paul Janis Timans
Original assignee: Mattson Technology Inc
Current assignee: Beijing E Town Semiconductor Co Ltd Cn; Mattson Technology Inc
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2023-07-23
Also published as: AU2003265297A1; US20040084437A1; DE10393617T5; WO2004044961A1; JP2006505946A; JP4937513B2; CN100364038C; US7358462B2; KR101057841B1; US6835914B2; TWI226941B; US7135656B2; US20060289434A1; US20050098552A1; CN1695229A; KR20050073605A

Abstract

Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Substraten, umfassend: eine Wärmebehandlungskammer (12) zum Aufnehmen von Substraten; eine Strahlungsenergiequelle (22), welche sich in Verbindung mit der Wärmebehandlungskammer (12) befindet, wobei die Strahlungsenergiequelle (22) Strahlungsenergie in die Kammer (12) emittiert; mindestens eine Strahlungserfassungsvorrichtung (30), welche sich in Verbindung mit der Wärmebehandlungskammer (12) befindet, wobei die Strahlungserfassungsvorrichtung (30) dazu geeignet ist, Strahlung bei einer vorgewählten Wellenlänge von weniger als 2 Mikrometern zu erfassen; und ein Spektralfilter (32), welches in Verbindung mit der Strahlungsenergiequelle (22) angeordnet ist, wobei das Spektralfilter (32) zwischen der Strahlungsenergiequelle (22) und einer Substrathalterung (26), welche in der Wärmebehandlungskammer (12) enthalten ist, angeordnet ist, und wobei das Spektralfilter (32) dazu geeignet ist, Strahlung, welche durch die Strahlungsenergiequelle (22) emittiert wird, bei der vorgewählten Wellenlänge zu absorbieren, wobei das Spektralfilter (32) ein Material umfasst, welches ein Seltenerdmetall-Element, ein Oxid eines Seltenerdmetall-Elements, einen lichtabsorbierenden Farbstoff oder ein Übergangsmetall enthält, wobei das besagte Material bei Wellenlängen von weniger als 2 Mikrometern zu absorbieren vermag.

Description

Hintergrund der Erfindung
Eine Wärmebehandlungskammer bezeichnet eine Vorrichtung, welche Energie, wie etwa Strahlungsenergie, verwendet, um Gegenstände, wie etwa Halbleiterwafer, zu erwärmen. Derartige Vorrichtungen umfassen typischerweise eine Substrathalterung zum Halten eines Halbleiterwafers und eine Lichtquelle, welche Lichtenergie emittiert, zum Erwärmen des Wafers. Zum Überwachen der Temperatur des Halbleiterwafers während einer Wärmebehandlung umfassen Wärmebehandlungskammern ferner typischerweise Strahlungserfassungsvorrichtungen, wie etwa Pyrometer, welche die Strahlung, welche durch den Halbleiterwafer emittiert wird, bei einer ausgewählten Wellenlänge erfassen. Durch Erfassen der Wärmestrahlung, welche durch den Wafer emittiert wird, kann die Temperatur des Wafers mit angemessener Genauigkeit berechnet werden.
Ein Hauptproblem bei der Gestaltung schneller Wärmebehandlungskammern, welche ein optisches Temperaturmesssystem aufweisen, war jedoch die Fähigkeit, zu verhindern, dass unerwünschtes Licht, welches durch die Heizlampen abgestrahlt wird, durch die pyrometrischen Gerätschaften erfasst wird. Wenn unerwünschtes Licht, welches nicht durch den Halbleiterwafer emittiert wird, durch das Pyrometer erfasst wird, kann die berechnete Temperatur des Wafers in unangemessener Weise von der tatsächlichen bzw. wahren Temperatur des Wafers abweichen.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Verfahren verwendet, um zu verhindern, dass unerwünschte Wärmestrahlung durch das Pyrometer erfasst wird. Beispielsweise wurden früher physikalische Abschirmungen verwendet, um unerwünschtes Licht, welches durch die Heizlampen emittiert wird, abzuschirmen und zu verhindern, dass dieses in Kontakt mit dem Pyrometer gelangt. Physikalische Abschirmungen wurden insbesondere in schnellen Wärmebehandlungskammern verwendet, bei welchen die Heizlampen auf einer Seite des Halbleiterwafers angeordnet sind und das Pyrometer auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers angeordnet ist.
Physikalische Abschirmungen können jedoch die Systemgestaltung einschränken. Beispielsweise kann die Lagerungsweise des Wafers durch die physikalische Abschirmung eingeschränkt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine lichtundurchlässig abgeschlossene Umhüllung unter dem Wafer unter Verwendung eines kontinuierlichen Lagerrings zum Halten des Wafers an dessen Kanten ausgebildet. Wenn ein Lagerring vorhanden ist, kann eine Überlappung zwischen dem Lagerring und den Kanten des Wafers bestehen, welche während Erwärmungszyklen zu Ungleichmäßigkeiten der Temperatur in dem Wafer führen kann. Ein weiteres Problem kann entstehen, wenn der Lagerring oder der Wafer auch nur geringfügig verformt werden. In dem Fall kann eine Streuung von Licht durch den Spalt in den vermeintlich lichtundurchlässig abgeschlossenen Bereich erfolgen. Das Streulicht kann Fehler der Pyrometermesswerte bewirken.
Außer physikalischen Abschirmungen wurden ferner Spektralfilter verwendet, um die Störlichtmenge, welche durch die Pyrometer erfasst wird, zu begrenzen. Beispielsweise können Spektralfilter dadurch wirken, dass diese Licht, welches durch die Heizlampen emittiert wird, bei der Wellenlänge, bei welcher das Pyrometersystem arbeitet, entfernen. Vorzugsweise absorbieren Spektralfilter unerwünschte Wärmestrahlung, wobei diese gleichzeitig für die Wärmestrahlung, welche durch die Heizlampen emittiert wird, welche notwendig ist, um den Halbleiterwafer zu erwärmen, durchlässig sind.
Ein Spektralfiltertyp, welcher in der Vergangenheit verwendet wurde, ist eine Luke, welche aus Kieselglas hergestellt ist, wie etwa Siliziumdioxid mit zugesetzten Hydroxidionen (OH-Ionen). Kieselglas ist für den größten Teil der Lichtenergie durchlässig, jedoch ist bekannt, dass dieses verschiedene Bereiche starker Absorption aufweist, welche bei Wellenlängen von etwa 2,7 Mikrometer, 4,5 Mikrometer und bei Wellenlängen, welche gleich oder größer als 5 Mikrometer sind, Maximalwerte erreichen.
In der US 6 160 242 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterwafern beschrieben, wobei ein Halbleiterwafer von einer Strahlungsquelle erhitzt wird und die vom Halbleiterwafer emittierte elektromagnetische Strahlung von Lichtdetektoren gemessen wird. Hierbei ist ein Filter vor der Strahlungsquelle platziert, das aus Kieselglas oder Quarz hergestellt ist. Das Kieselglas vermag Licht im Wellenlängenbereich von ca. 2,7 μm bis ca. 2,8 μm zu absorbieren. Dies ist der Wellenlängenbereich, in dem die Lichtdetektoren des Systems arbeiten, um die Temperatur des erwärmten Wafers zu messen.
Aufgrund der Tatsache, dass bestimmte Kieselgläser mit OH-Zusatz Licht bei Wellenlängen von 2,7, 4,5 und mehr als 5 Mikrometer wirksam absorbieren können und bei vielen kürzeren Lichtwellenlängen im wesentlichen durchlässig sind, bildet Kieselglas einen wirksamen Spektralfilter, wenn das Pyrometer, welches in der Wärmebehandlungskammer enthalten ist, dazu geeignet ist, Wärmestrahlung bei einer der oben erwähnten Wellenlängen zu erfassen.
Kieselglas ist jedoch leider nicht gut geeignet, um als Spektralfilter in Temperaturmesssystemen verwendet zu werden, welche Pyrometer enthalten, welche Wärmestrahlung bei kürzeren Wellenlängen, wie etwa weniger als etwa ein Mikrometer, erfassen. Genauer ist es bei einigen Anwendungen vorteilhafter und günstiger, Pyrometer bei relativ kurzen Wellenlängen zu betreiben. Genauer können durch Verwenden von Pyrometern, welche bei kürzeren Wellenlängen arbeiten, die Wirkungen von Änderungen des Waferemissionsvermögens minimiert werden, wobei dies genauere Temperaturbestimmungen ermöglicht. Insbesondere sind Siliziumwafer bei kleineren Wellenlängen lichtundurchlässiger, und das Emissionsvermögen des Wafers ist nicht deutlich temperaturabhängig. Das Emissionsvermögen des Wafers ist eine Variable, welche beim Bestimmen der Temperatur von Wafern unter Verwendung von Pyrometern mit einiger Genauigkeit bekannt sein muss.
Zusätzlich dazu, dass diese die Temperatur von Wafern genauer bestimmen, sind Pyrometer, welche bei relativ kürzeren Wellenlängen arbeiten, ferner generell weniger teuer und weniger kompliziert als Pyrometer, welche dazu geeignet sind, bei größeren Wellenlängen zu arbeiten. Ferner arbeiten Pyrometer, welche Wärmestrahlung bei kleineren Wellenlängen erfassen, generell sehr effizient und können rauscharme Messungen liefern.
In der Vergangenheit wurden aufgrund der bedeutenden Streulichtmenge, welche in Wärmebehandlungskammern bei kleineren Wellenlängen erfasst werden kann, in Wärmebehandlungskammern jedoch selektiv Pyrometer verwendet, welche bei kleineren Wellenlängen arbeiten. Daher besteht gegenwärtig ein Bedarf im Hinblick auf ein Spektralfilter, welches Lichtenergie bei kleineren Wellenlängen, wie etwa Wellenlängen von weniger als etwa 2 Mikrometer, wirksam absorbieren kann.
In der US 4 106 857 A sind verschiedene Bandpassfilter beschrieben, die dazu geeignet sind, Licht mit Wellenlängen zwischen einer maximalen und einer minimalen Wellenlänge hindurch zu lassen. Bei den hier diskutierten Wärmebehandlungskammern steht jedoch die Absorption von kürzeren Wellenlängen im Fokus.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleitervorrichtungen. Die Vorrichtung umfasst eine Wärmebehandlungskammer, welche dazu geeignet ist, einen Halbleiterwafer zu enthalten. Eine Strahlungsenergiequelle, welche mindestens eine Lampe umfasst, wird verwendet, um Lichtenergie in die Kammer zu emittieren. Mindestens eine Strahlungserfassungsvorrichtung befindet sich in der Wärmebehandlungskammer und ist dazu geeignet, Wärmestrahlung bei einer vorgewählten Wellenlänge, welche durch einen Halbleiterwafer emittiert wird, welcher wärmebehandelt wird, zu erfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner ein Spektralfilter, welches dazu geeignet ist, Wärmestrahlung, welche durch die Lichtquelle emittiert wird, bei der vorgewählten Wellenlänge, bei welcher die Strahlungserfassungsvorrichtung arbeitet, zu absorbieren. Das Spektralfilter umfasst hierbei gemäß der Ansprüche 1 und 18 ein Seltenerdmetall-Element, ein Oxid eines Seltenerdmetall-Elements, einen lichtabsorbierenden Farbstoff oder ein Übergangsmetall als ein Lichtabsorptionsmittel Beispielsweise umfasst das Spektralfilter bei einem Ausführungsbeispiel ein Grundmaterial mit einem zugesetzten Seltenerdmetall-Element. Das Seltenerdmetall-Element kann Ytterbium, Neodym, Thulium, Erbium, Holmium, Dysprosium, Terbium, Gadolinium, Europium, Samarium, Praseodym oder Mischungen davon umfassen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst das Spektralfilter ein Grundmaterial mit einem zugesetzten Übergangsmetall.
Das Grundmaterial kann eine Flüssigkeit, ein Glas, ein Kristall, ein Kunststoff oder ein keramisches Material sein. Besonders vorteilhafterweise kann, wenn das Spektralfilter ein Seltenerdmetall-Element enthält, das Spektralfilter dazu geeignet sein, Lichtenergie bei einer Wellenlänge von weniger als etwa 2 Mikrometer, wie etwa von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 1,5 Mikrometer, und speziell von etwa 0,6 Mikrometer bis etwa 1,1 Mikrometer, zu absorbieren. Beispielsweise kann das Spektralfilter bei einem Ausführungsbeispiel Ytterbium, welches in einem Glasmaterial in einer Menge von mindestens 0,5 Gewichtsprozent, und speziell in einer Menge von mindestens etwa 20 Gewichtsprozent, enthalten ist, sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Spektralfilter dazu geeignet sein, Licht bei einer Wellenlänge von zwischen etwa 900 nm bis etwa 1010 nm zu absorbieren.
Wie oben erwähnt, kann die Menge des Lichtabsorptionsmittels, welche in dem Grundmaterial vorhanden ist, in Einheiten von Gewichtsprozent gemessen werden. Beispielsweise kann das Lichtabsorptionsmittel für viele Anwendungen in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 50 Gewichtsprozent in dem Grundmaterial vorhanden sein. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch günstig sein, anstatt von Gewichtsprozentwerten die atomare Zusammensetzung als Konzentrationsmaß zu verwenden. Beispielsweise kann das Lichtabsorptionsmittel in dem Grundmaterial mit einer Konzentration der atomaren Zusammensetzung (Molprozent) von etwa 0,5% bis etwa 50% vorhanden sein. Die Konzentration der atomaren Zusammensetzung kann sich ändern, abhängig von dem speziellen Grundmaterial und den speziellen Lichtabsorptionsmitteln, welche ausgewählt werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Seltenerdmetall-Element in Form eines Oxids eines Seltenerdmetall-Elements vorliegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Oxid in einem keramischen Material enthalten sein und als Spektralfilter verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann das Lichtabsorptionsmittel bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ein lichtabsorbierender Farbstoff sein. Der Farbstoff kann beispielsweise ein organischer Salzfarbstoff, ein Nickelkomplexfarbstoff, ein Edelmetallfarbstoff, wie etwa ein Platinkomplexfarbstoff oder ein Palladiumfarbstoff, ein Phthalocyaninfarbstoff oder ein Anthraquinon oder eine Mischung davon sein. Derartige Farbstoffe sind ferner gut geeignet, um Licht bei Wellenlängen von weniger als etwa 2 Mikrometer zu absorbieren.
Erfindungsgemäß hergestellte Spektralfilter können bei der interessierenden Wellenlänge einen Dämpfungsfaktor von mindestens 5 aufweisen. Beispielsweise kann das Spektralfilter bei der interessierenden Wellenlänge einen Dämpfungsfaktor von mindestens 10³ aufweisen und kann speziell einen Dämpfungsfaktor von mindestens 10⁵ aufweisen. Ferner können die oben erwähnten Dämpfungsfaktoren mit einem relativ dünnen Material erreicht werden. Beispielsweise kann das Spektralfilter eine Dicke von weniger als etwa 1 Zoll, und speziell von weniger als etwa 100 mm, aufweisen.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend genauer erörtert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und nachvollziehbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, welche die beste Ausführungsweise davon umfasst, für gewöhnlich Fachkundige ist im Rest der Beschreibung unter Verweis auf die beigefügten Figuren genauer dargelegt, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3A eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Lampe, welche von einem Spektralfilter umgeben ist, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3B eine Querschnittsansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer Lampe, welche von einem Spektralfilter umgeben ist, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Lampen darstellt, welche in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel eines Spektralfilters, welches erfindungsgemäß hergestellt ist, angeordnet sind;
5 ein Kurvendiagramm der Lichtdurchlässigkeit, aufgetragen gegen die Wellenlänge, für ein erfindungsgemäßes Spektralfilter, welches Ytterbium enthält, darstellt.
Eine wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und der Zeichnung soll gleiche bzw. analoge Merkmale bzw. Elemente der Erfindung bezeichnen.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Für gewöhnlich Fachkundige sei bemerkt, dass die vorliegende Erörterung lediglich eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele darstellt und diese die weiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht beschränken soll, wobei diese weiteren Aspekte bei der beispielhaften Konstruktion verwirklicht sind.
Generell betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen von Halbleiterwafern, wobei die Temperatur des Wafers genau überwacht wird. Die Vorrichtung umfasst eine Wärmebehandlungskammer in Verbindung mit einer Lichtquelle, welche verwendet wird, um Halbleiterwafer zu erwärmen, welche in der Kammer enthalten sind. Eine Strahlungserfassungsvorrichtung, wie etwa ein Pyrometer, befindet sich in Verbindung mit der Kammer und ist geeignet angeordnet, um Wärmestrahlung bei einer bestimmten Wellenlänge, welche durch einen Halbleiterwafer emittiert wird, zu erfassen. Dadurch, dass dieses die Wärmestrahlung, welche durch den Wafer emittiert wird, bei einer bestimmten Wellenlänge erfasst, kann das Pyrometer verwendet werden, um die Temperatur des Wafers während des Betriebs der Wärmebehandlungskammer zu berechnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner ein Spektralfilter, welches in Verbindung mit der Lichtquelle angeordnet ist. Das Spektralfilter absorbiert Lichtenergie, welche durch die Lampe emittiert wird, bei der Wellenlänge, bei welcher die Strahlungserfassungsvorrichtung arbeitet, um zu verhindern, dass das absorbierte Licht durch die Strahlungserfassungsvorrichtung erfasst wird und Temperaturmessungen stört, welche vorgenommen werden. Das Spektralfilter ist jedoch im wesentlichen durchlässig für Lichtenergie, welche durch die Lichtquelle emittiert wird, welche zum Erwärmen eines Halbleiterwafers, welcher in der Kammer enthalten ist, benötigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Materialien verwendet werden, um das Spektralfilter herzustellen. Beispielsweise kann das Spektralfilter bei einem Ausführungsbeispiel ein Grundmaterial umfassen, welches ein Lichtabsorptionsmittel enthält. Das Lichtabsorptionsmittel kann beispielsweise ein Seltenerdmetall-Element oder ein lichtabsorbierender Farbstoff sein. Beispiele von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Ytterbium, Neodym, Thulium, Erbium, Holmium, Dysprosium, Terbium, Gadolinium, Europium, Samarium, Praseodym und Mischungen davon.
Lichtabsorbierende Farbstoffe, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen organische Salzfarbstoffe, Nickelkomplexfarbstoffe, Edelmetallfarbstoffe, wie etwa Platinkomplexfarbstoffe und Palladiumkomplexfarbstoffe, Phthalocyaninfarbstoffe, Anthraquinonfarbstoffe und Mischungen davon.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann das Spektralfilter aus einem Oxid eines Seltenerdmetall-Elements hergestellt sein. Das Oxid des Seltenerdmetall-Elements kann eine Verbindung eines beliebigen der oben beschriebenen Seltenerdmetall-Elemente sein.
Die vorliegende Erfindung schafft verschiedene Vorzüge und Vorteile beim Bestimmen der Temperatur von Wafern bei Erwärmungsvorgängen. Insbesondere kann das Spektralfilter unerwünschte Strahlung absorbieren und verhindern, dass diese durch die Strahlungserfassungsvorrichtung erfasst wird, um die Temperatur der Wafer genauer zu bestimmen. Erfindungsgemäß wird ein Spektralfilter gewählt, welches beim Absorbieren von Licht bei relativ kurzen Wellenlängen von weniger als etwa 2 Mikrometer, und speziell bei Wellenlängen von weniger als etwa 1 Mikrometer, sehr wirksam ist.
In 1 ist eine Vorrichtung, generell 10, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt ist, zum Behandeln von Halbleitervorrichtungen, wie etwa Siliziumwafern, dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Behandlungskammer 12, welche dazu geeignet ist, Substrate, wie etwa einen Halbleiterwafer 14, aufzunehmen, um verschiedene Behandlungsvorgänge durchzuführen. Die Kammer 12 ist dazu geeignet, den Wafer 14 mit hohen Geschwindigkeiten und unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen zu erwärmen. Die Kammer 12 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei dies Metalle und keramische Materialien umfasst. Beispielsweise kann die Kammer 12 bei einem Ausführungsbeispiel aus rostfreiem Stahl hergestellt sein.
Wenn die Kammer 12 aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, kann die Kammer ein Kühlsystem umfassen. Beispielsweise umfasst, wie in 1 dargestellt, die Kammer 12 ein Kühlrohr 16, welches um den Umfang der Kammer gewickelt ist. Das Kühlrohr 16 ist dazu geeignet, ein Kühlfluid, wie etwa Wasser, welches verwendet wird, um die Wände der Kammer 12 auf einer konstanten Temperatur zu halten, in Umlauf zu leiten.
Die Kammer 12 kann ferner einen Gaseinlass 18 und einen Gasauslass 20 zum Einleiten eines Gases in die Kammer und/oder zum Halten der Kammer innerhalb eines vorher festgelegten Druckbereichs umfassen. Beispielsweise kann ein Gas zur Reaktion mit dem Wafer 14 durch den Gaseinlass 18 in die Kammer 12 eingeleitet werden. Nach der Behandlung kann das Gas sodann unter Verwendung des Gasauslasses 20 aus der Kammer abgepumpt werden.
Alternativ kann ein inertes Gas durch den Gaseinlass 18 in die Kammer 12 eingespeist werden, um zu verhindern, dass unerwünschte bzw. nicht wünschenswerte Nebenreaktionen in der Kammer erfolgen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können der Gaseinlass 18 und der Gasauslass 20 verwendet werden, um die Kammer 12 unter Druck zu setzen. Ferner kann ein Unterdruck unter Verwendung des Gasauslasses 20 oder eines zusätzlichen größeren Auslasses, welcher unterhalb des Niveaus des Wafers angeordnet ist, in der Kammer 12 erzeugt werden, wenn dies erwünscht ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Kammer 12 dazu geeignet sein, den Wafer 14 während einer Behandlung zu drehen. Das Drehen des Wafers fördert eine größere Gleichmäßigkeit der Temperatur an der Oberfläche des Wafers und fördert einen verbesserten Kontakt zwischen dem Wafer 14 und jeglichen Gasen, welche in die Kammer eingeleitet werden. Es sei jedoch bemerkt, dass die Kammer 12 dazu geeignet ist, außer Wafern auch optische Elemente, Filme, Fasern, Bänder und andere Substrate mit einer beliebigen speziellen Gestalt zu behandeln.
Eine Lichtquelle, generell 22, ist in Verbindung mit der Kammer 12 aufgenommen, um Lichtenergie zu emittieren und den Wafer 14 während einer Behandlung zu erwärmen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquelle 22 eine Vielzahl von Lampen 24. Die Lampen 24 können Glühlampen, wie etwa Wolfram-Halogen-Lampen, Bogenlampen oder ähnliches sein. Die Lichtquelle 22 kann einen Reflektor bzw. eine Gruppe von Reflektoren umfassen, um Lichtenergie, welche durch die Lampen 24 emittiert wird, sorgfältig gleichmäßig auf den Wafer 14 zu richten. Wie in 1 dargestellt, sind die Lampen 24 über dem Wafer 14 angeordnet. Es sei jedoch bemerkt, dass die Lampen 24 an einem beliebigen speziellen Ort angeordnet sein können. Ferner können wunschgemäß mehr oder weniger Lampen in der Vorrichtung 10 aufgenommen sein.
Bei einigen Wärmebehandlungskammern ist die Verwendung von Lampen 24 als Wärmequelle bevorzugt. Beispielsweise weisen Lampen viel höhere Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten als andere Heizvorrichtungen auf. Die Lampen 24 erzeugen ein schnelles Wärmebehandlungssystem, welches sofortige Energie liefert, welches typischerweise eine sehr kurze und genau geregelte Anlaufperiode erfordert. Der Energiefluss von den Lampen 24 kann ferner jederzeit abrupt beendet werden. Die Lampen können mit schrittweisen Energiereglern versehen sein und können mit einer Steuereinheit verbunden sein, welche die Lichtenergiemenge, welche durch die Lampen emittiert wird, auf Basis von Temperaturmessungen des Wafers automatisch einstellt.
Zusätzlich zu den Lampen 24 kann die Vorrichtung 10 jedoch auch eine Heizvorrichtung umfassen, welche in der Wärmebehandlungskammer 12 an einem Ort neben dem Wafer 14 angeordnet ist. Die Heizvorrichtung kann zusätzlich zu den Lampen ein Heizelement, wie etwa eine elektrische Widerstandsheizung oder eine Induktionsheizung, umfassen, um den Wafer zu erwärmen.
Der Halbleiterwafer 14 ist in einer Wärmebehandlungskammer 12 durch eine Substrathalterung 26 gelagert. Die Substrathalterung 26 trägt bei diesem Ausführungsbeispiel ferner eine Vielzahl von optischen Fasern bzw. Lichtleitern 28, welche sich wiederum in Verbindung mit einer (oder mehreren) Strahlungserfassungsvorrichtung(en) 30, wie etwa einem (oder mehreren) Pyrometer(n), befinden. Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 dargestellt ist, kann jede optische Faser 28 mit einer getrennten Strahlungserfassungsvorrichtung verbunden sein, wenn dies erwünscht ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Verwendung optischer Fasern zum Übertragen von Strahlungsenergie zu den Pyrometern unnötig sein. Beispielsweise können einfache Linsensysteme anstatt optischer Fasern verwendet werden. Ferner können die Pyrometer bei weiteren Ausführungsbeispielen in einer direkten Sichtlinie mit dem Substrat, welches behandelt wird, angeordnet sein. Die spezielle Anordnung der Temperaturmessvorrichtung in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hängt von dem Aufbau und der speziellen Anwendung ab.
Die optischen Fasern 28 sind dazu geeignet, Wärmestrahlung aufzunehmen, welche durch den Wafer 14 bei einer bestimmten Wellenlänge emittiert wird. Die Menge der erfassten Strahlung wird sodann zu der Strahlungserfassungsvorrichtung 30 übermittelt, welche ein geeignetes Spannungssignal zum Bestimmen der Temperatur des Wafers erzeugt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 10 derart gestaltet, dass optische Fasern 28 lediglich Wärmestrahlung, welche durch den Wafer emittiert wird, erfassen und bedeutende Strahlungsmengen, welche durch die Lampen 24 emittiert werden, nicht erfassen. Im Hinblick darauf umfasst die Vorrichtung 10 ein Spektralfilter 32, welches zwischen der Lichtquelle 22 und der Strahlungserfassungsvorrichtung 30 angeordnet ist. Das Spektralfilter verhindert im wesentlichen, dass Wärmestrahlung, welche durch die Lampen 24 bei der Wellenlänge, bei welcher die Strahlenerfassungsvorrichtung 30 arbeitet, emittiert wird, in die Kammer 12 eindringt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Spektralfilter 32 ein Lichtabsorptionsmittel, welches in einem Grundmaterial enthalten ist. Generell verhindert das Spektralfilter 32 einerseits, dass Wärmestrahlung, welche durch die Lampen 24 bei der Wellenlänge, bei welcher die Strahlungserfassungsvorrichtung 30 arbeitet, emittiert wird, in die Kammer 12 eintritt, wobei dieses andererseits den Durchtritt von Strahlung bei anderen Wellenlängen in ausreichenden Mengen, um den Wafer 14 zu erwärmen, ermöglicht. Allgemein ausgedrückt kann das Spektralfilter 32 gemäß der vorliegenden Erfindung dazu geeignet sein, viele verschiedene Wellenlängen und Wellenlängenbereiche zu filtern.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Spektralfilter dazu geeignet, relativ kurze Wellenlängen zu filtern. Beispielsweise kann es im Fall von – vorliegend nicht beanspruchten – Halbleitermaterialien einfacher sein, Strahlungserfassungsvorrichtungen zu verwenden, welche bei Wellenlängen unterhalb der Halbleiter-Absorptionskante ansprechen, was einer Photonenenergie entspricht, welche größer als die Halbleiter-Bandlücke ist. Bei diesen Wellenlängen ist der Untersuchungsgegenstand bei der Messungswellenlänge generell lichtundurchlässig. Infolgedessen ändert sich die Durchlässigkeit des Versuchsgegenstands nicht stark in Abhängigkeit von der Temperatur und der Waferdotierung, wie dies gewöhnlich für Wellenlängen jenseits der Absorptionskante der Fall ist.
Bei kleineren Wellenlängen weist das Plancksche Gesetz, welches verwendet wird, um die Temperatur zu berechnen, eine sehr starke Temperaturabhängigkeit auf. Infolgedessen können bei kleineren Wellenlängen sehr starke Abschwächungen der Signalstärke beobachtet werden, wenn die Temperatur abfällt. Somit wird die niedrigste Temperatur, welche in einer Wärmebehandlungskammer zuverlässig gemessen werden kann, gewöhnlich durch das Rauschen in dem Erfassungssystem oder durch Streulicht, welches nicht von dem Wafersignal unterschieden werden kann, beschränkt. Infolgedessen besteht die Tendenz, dass das Verhältnis von Waferstrahlung zu Streulicht günstiger wird, wenn die Erfassungswellenlänge größer wird. Infolgedessen werden bei einigen Ausführungsbeispielen relativ genaue Ergebnisse erreicht, wenn die Temperaturmessvorrichtungen bei einer Wellenlänge von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 1,5 Mikrometer, und speziell von etwa 0,8 Mikrometer bis etwa 1,1 Mikrometer, arbeiten. Erfindungsgemäß hergestellte Spektralfilter können dazu geeignet sein, Wellenlängen in den oben erwähnten Bereichen zu filtern.
Wie oben beschrieben, umfasst das Spektralfilter 32 ein Lichtabsorptionsmittel, welches in einem Grundmaterial enthalten ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Lichtabsorptionsmittel beispielsweise ein Seltenerdmetall-Element oder ein lichtabsorbierender Farbstoff sein. Das Grundmaterial für das Lichtabsorptionsmittel kann beispielsweise Glas, Keramik, Kristallmaterial und ähnliches sein.
Wenn dieses hergestellt ist, sollte das Spektralfilter in der Lage sein, Wärmestrahlung bei der interessierenden Wellenlänge, welche die Wellenlänge ist, bei welcher die Strahlungserfassungsvorrichtung arbeitet, wirksam zu filtern. Im Hinblick darauf muss der Absorptionskoeffizient des Spektralfilters groß genug sein, um die erwünschte Dämpfung der Strahlung bei der interessierenden Wellenlänge zu liefern. Beispielsweise sollte das Spektralfilter für die meisten Anwendungen einen Dämpfungsfaktor von mindestens 5, speziell von mindestens 100, und noch spezieller von mindestens 1000, aufweisen. Beispielsweise kann der Dämpfungsfaktor bei einem Ausführungsbeispiel größer als etwa 10⁹ sein. Gemäß Verwendung in der vorliegenden Schrift wird der Dämpfungsfaktor folgendermaßen berechnet: Dämpfungsfaktor = exp(+αd), wobei Alpha (α) der Absorptionskoeffizient (1/cm) ist und d die Dicke (cm) des Spektralfilters ist.
Der Absorptionskoeffizient und die Dicke des Spektralfilters können sich ändern, solange sich der Dämpfungsfaktor bei der interessierenden Wellenlänge in einem geeigneten Bereich befindet. Für die meisten Anwendungen sollte das Material jedoch einen Absorptionskoeffizienten aufweisen, welcher größer als etwa 5 cm^–1, speziell größer als etwa 10 cm^–1, und noch spezieller größer als etwa 50 cm^–1 ist. Generell sollte das Spektralfilter möglichst dünn sein. Beispielsweise sollte das Spektralfilter eine Dicke von weniger als etwa 100 mm, speziell von weniger als 25 mm, aufweisen und kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Dicke von weniger als etwa 5 mm aufweisen. Es sei jedoch bemerkt, dass die Dicke des Spektralfilters über die oben erwähnten Bereiche vergrößert werden kann, um einen erwünschten Dämpfungsfaktor zu liefern.
Die verschiedenen Lichtabsorptionsmittel und Grundmaterialien, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden nun genauer beschrieben. Beispielsweise umfasst, wie oben erwähnt, das Lichtabsorptionsmittel bei einem Ausführungsbeispiel ein Seltenerdmetall-Element. Seltenerdmetall-Elemente, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Ytterbium, Neodym, Thulium, Erbium, Holmium, Dysprosium, Terbium, Gadolinium, Europium, Samarium, Praseodym und ähnliches.
Beispielsweise erwies sich, dass Ytterbium eine starke Absorptionsspitze zwischen etwa 900 nm und etwa 1010 nm, und speziell zwischen etwa 950 nm und 985 nm, aufweist. Die Wellenlängen, welche durch das Ytterbium absorbiert werden, können jedoch durch das Grundmaterial geringfügig beeinflusst werden. Für Erbium und Neodym erwies sich gleichfalls, dass diese starke Absorptionsspitzen bei Wellenlängen von weniger als etwa 1,5 Mikrometer und mehr als etwa 0,6 Mikrometer aufweisen.
Wie oben beschrieben, können die erfindungsgemäß hergestellten Spektralfilter jedoch auch verwendet werden, um Wellenlängen zu absorbieren, welche größer als etwa 1,5 Mikrometer sind. Beispielsweise erwies sich, dass Holmium, Europium und Terbium günstige Absorptionseigenschaften für Wellenlängen von etwa 1,7 Mikrometer bis etwa 2,4 Mikrometer aufweisen. Genauer weist Holmium eine Absorptionsspitze bei 1,49 Mikrometer auf, weist Europium eine Absorptionsspitze bei etwa 2,09 Mikrometer auf und weist Terbium eine Absorptionsspitze zwischen etwa 1,85 Mikrometer und etwa 2,1 Mikrometer auf.
Um die Absorptionseigenschaften eines Seltenerdmetall-Elements darzustellen, ist als 5 ein Kurvendiagramm der Lichtdurchlässigkeit, aufgetragen gegen die Wellenlänge, für ein Glas mit zugesetztem Ytterbium aufgenommen. Das Glas wurde von der Schott Company bezogen und wurde unter der Bezeichnung Schott S-8050 Glass verkauft. Das Glas wies eine Dicke von etwa 14 mm auf und enthielt etwa 30 Gewichtsprozent Ytterbium. Wie dargestellt, ist das Glas mit zugesetztem Ytterbium bei diesem Ausführungsbeispiel gut geeignet, um Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 900 nm bis etwa 980 nm zu absorbieren, und ist speziell gut geeignet, um Licht mit einer Wellenlänge von etwa 940 nm bis etwa 980 nm zu absorbieren.
Wie oben erwähnt, kann das Grundmaterial für das Seltenerdmetall-Element zusätzlich zu Glas ein keramisches oder ein kristallines Material oder ein Kunststoffmaterial sein. Generell kann jedes geeignete Grundmaterial verwendet werden, wobei dies flüssige Materialien umfasst. Für die meisten Anwendungen wird es bevorzugt, dass das Lichtabsorptionsmittel eine gute Lösbarkeit in dem Grundmaterial aufweist. Ferner sind die Grundmaterialien vorzugsweise kostengünstig und können einfach zu erwünschten Formen ausgebildet werden. Ferner ist das Grundmaterial vorzugsweise auch gegen chemische Angriffe, wenn dieses in der Behandlungskammer direkt freiliegt, resistent.
Die Menge des Lichtabsorptionsmittels, welche dem Grundmaterial beigemischt ist, hängt von der speziellen Anwendung und den erwünschten Ergebnissen ab. Für die meisten Anwendungen sollte das Grundmaterial das Lichtabsorptionsmittel jedoch in einer Menge von mindestens 0,5 Gewichtsprozent, speziell von mindestens 10 Gewichtsprozent, und noch spezieller von mindestens 20 Gewichtsprozent, enthalten. Beispielsweise kann das Grundmaterial das Lichtabsorptionsmittel bei einem Ausführungsbeispiel in einer Menge von etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent enthalten. Wie oben beschrieben, kann die Menge des Lichtabsorptionsmittels in dem Grundmaterial bei einigen Anwendungen auch als Konzentration der atomaren Zusammensetzung ausgedrückt werden.
Es folgen verschiedene Materialien, welche als Grundmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Es sei jedoch bemerkt, dass die folgende Liste lediglich beispielhaft und nicht erschöpfend ist.
Glasmaterialien

Siliziumdioxid, SiO₂
Germaniumoxid GeO₂
Titandioxid TiO₂
Silikatgläser (Li-Silikat, Na-Silikat)
Silikatglas: (Nb₂O₅-ZrO₂-SiO₂)
Silikatglas: Schott LG-680 (Laserglas)
Silikatglas: Kigre Q-246
Aluminium-Silikatglas
Aluminium-Germanium-Silikatglas
Bor-Silikatglas
Germanium-Silikatgläser
Phosphatgläser
Phosphatglas: (BaO-K₂O-P₂O₅)
Phosphatglas: Schott LG-700, LG-750, LG-760 (Lasergläser)
Phosphatgläser QX (Kigre), ADY, LY, PN, PNK
NASICON Phosphatglas Na₄AlZnP₃O₁₂
Fluor-Phosphatgläser
Fluorid-Phosphatglas
Fluorid-Sulfatglas
Fluor-Aluminatglas
Germanatgläser (K-Germanat)
Chalcogenidgläser
Gallium-Lanthan-Sulfidgläser – Chalcogenide
Halidgläser
Schwermetallfluoridgläser
ZB, ZBLA, ZBLAN & ZBLANP(ZBLANP = ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF-PbF₂)-Schwermetallfluoridgläser
Fluor-Zirkonatgläser
BlGaZYT
Fluor-Boratgläser
Blei-Fluor-Boratgläser (PbO-PbF₂-B₂O₃)
Bleioxid-Fluorid-Gläser (PbO-PbF₂)
Blei-Boratgläser (PbO-B₂O₃)
Blei-Fluor-Boratglas (PbO-PbF₂-B₂O₃)
Telluritgläser (YTG)
Telluritglas (TeO₂-ZnO-Na₂O)
Telluridgläser

Kristalline Materialien

Yttrium-Aluminium-Granat (YAG = Y₃Al₅O₁₂)
Saphir Al₂O₃
Y₂O₃, Sc₂O₃, Lu₂O₃ (Sesquioxide)
Halbleiterkristalle (AlAs, GaAs, GaP, InP, AlGaAs, CdTe, CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, Sic, Si)
LaBr₃, LaCl₃, LaF₃, LiYF₄, YalO₃, YVO₄
Sr₃Y(BO₃)₃ (BOYS)
Ca₄Gd(BO₃)₃O (GdCOB)
Ca₄Y(BO₃)₃O (YCOB)
KGd(WO₄)₂
KY(WO₄)₂
Sr₅(PO₄)₃F(S-FAP)-Apatitstruktur
Ca₅(PO₄)₃F(C-FAP)-Apatitstruktur
Ba₅(PO₄)₃F
LiNbO₃
Ca₈La₂(PO₄)₆O₂(CLYPA)-Oxoapatit

Keramische Materialien

Aluminiumoxid (Al₂O₃)
Aluminiumoxynitrid (manchmal als AlON bezeichnet)
Keramische Formen von YAG
Siliziumkarbid
Siliziumnitrid
Spinell

Anstatt eines Seltenerdmetall-Elements kann das Lichtabsorptionsmittel bei einem Ausführungsbeispiel ein Übergangsmetall sein. Allgemein können diese Materialien dem Grundmaterial in den gleichen Mengen beigemischt sein, wie oben für die Seltenerdmetall-Elemente erwähnt.
Zusätzlich dazu, dass das Grundmaterial ein Seltenerdmetall-Element enthält, wie oben beschrieben, kann das Lichtabsorptionsmittel ferner ein lichtabsorbierender Farbstoff sein. Der lichtabsorbierende Farbstoff kann alleine verwendet werden oder kann in Verbindung mit Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle und/oder den oben beschriebenen Metallen verwendet werden. Die lichtabsorbierenden Farbstoffe, welche in der vorliegenden Schrift beschrieben werden, können verschiedenen Grundmaterialien beigemischt sein. Einige lichtabsorbierende Farbstoffe können jedoch temperaturempfindlich sein. Daher können die Farbstoffe bei einigen Ausführungsbeispielen gegenüber einigen der anderen oben beschriebenen Grundmaterialien besser zum Beimischen in Kunststoffe und Lösungsmittel geeignet sein.
Bei der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene Typen lichtabsorbierender Farbstoffe verwendet werden, abhängig von den erwünschten Ergebnissen. Beispielsweise kann der lichtabsorbierende Farbstoff einen organischen Salzfarbstoff (Produktreihe Epolin 100 & 2000), einen Nickelkomplexfarbstoff (Produktreihe Epolin 3000; SDA6370, 845 nm, von der H. W. Sands Corp.), Edelmetallfarbstoffe, wie etwa einen Platinkomplexfarbstoff und einen Palladiumkomplexfarbstoff (die Produktreihe Epolin 4000 umfasst Platin- und Palladiumfarbstoffe; SDA5484, 886 nm, H. W. Sands Corp., ist ein Palladiumfarbstoff), einen Phthalocyaninfarbstoff (Produktreihe Epolin 6000) oder einen Anthraquinonfarbstoff (Produktreihe Epolin 9000) umfassen. Die lichtabsorbierenden Farbstoffe können alleine oder in Verbindung mit anderen Farbstoffen verwendet werden. Die oben aufgelisteten Farbstoffe können vor der Festlegung der Zusammensetzung per Computersimulation optimiert werden. Ferner kann ein lichtabsorbierender Farbstoff auch in Verbindung mit einem Seltenerdmetall-Element verwendet werden.
Der lichtabsorbierende Farbstoff der vorliegenden Erfindung kann vor oder während der Einlagerung in ein Grundmaterial ferner mit verschiedenen Mitteln und Stabilisatoren kombiniert werden. Beispielsweise können den Farbstoffen Wärmestabilisatoren und Lichtstabilisatoren zugesetzt werden. Beispielsweise weisen Epolin-Klasse-V-Farbstoffe, welche EPOLIGHT^® 4029 umfassen, hohe thermische Stabilität und Ultraviolettstabilität auf. Ultraviolettlichtstabilisatoren, welche den Farbstoffen zugesetzt werden können, umfassen beispielsweise Ceroxid.

Einige im Handel erhältliche lichtabsorbierende Farbstoffe, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen die folgenden:

NAME DES ANBIETERS	PRODUKTBEZEICHNUNG	LICHTABSORPTIONSSPITZE
Epolin, Inc.	Epolight^® 2057 (Organischer Salzfarbstoff)	990 nm
Epolin, Inc.	Epolight^® 4129 (Platin- bzw. Palladiumfarbstoff)	886 nm
Epolin, Inc.	Epolight^® 6089 (Phthalocyaninfarbstoff)	684 nm
Gentex Corp.	Filtron^® A187	840 nm
Gentex Corp.	Filtron^® A103	700 nm
H. W. Sands Corp.	Farbstoff SDA3598 (Edelmetallfarbstoff)	738 nm
H. W. Sands Corp.	Farbstoff SDA3805	798 nm
H. W. Sands Corp.	Farbstoff SDA7973	845 nm
H. W. Sands Corp.	Farbstoff SDA909	909 nm
H. W. Sands Corp.	Farbstoff SDA9510 (Edelmetallfarbstoff)	951 nm
H. W. Sands Corp.	Farbstoff SDA1168	1046 nm

Zusätzlich zu Grundmaterialien, welche ein zugesetztes Seltenerdmetall-Element oder einen lichtabsorbierenden Farbstoff enthalten, können verschiedene andere Materialien verwendet werden, um ein kleineres Spektralfilter gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Beispielsweise kann das Spektralfilter bei einem Ausführungsbeispiel aus einem Oxid eines Seltenerdmetall-Elements hergestellt sein. Beispielsweise kann Ytterbiumoxid (Yb₂O₃) verwendet werden. Die Oxide können in einer kristallinen Form, einer glasigen Form oder einer keramischen Form verwendet werden. Ferner können die Oxide miteinander oder mit anderen Bestandteilen gemischt werden, um eine mehrkomponentige Keramik oder ein Glas zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zu bilden.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß hergestellten Wärmebehandlungskammer, generell 10, dargestellt. Gleiche Bezugsziffern wurden aufgenommen, um ähnliche Elemente zu kennzeichnen. Wie dargestellt, wird der Wafer 14 bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung zweier Gruppen von Lichtenergiequellen 24 von beiden Seiten erwärmt. Somit umfasst die Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel ein erstes Spektralfilter 32 und ein zweites Spektralfilter 132, welche dazu dienen, den Wafer gegen die Lampen abzuschirmen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Spektralfilter 32 und 132 Öffnungen für die optischen Fasern 28 der Strahlungserfassungsvorrichtungen 30. Die Öffnungen ermöglichen es, dass Strahlung, welche durch den Wafer emittiert wird, zu den Strahlungserfassungsvorrichtungen durchgelassen wird. Wie dargestellt, filtern die Spektralfilter 32 und 132 die Lichtenergie, welche durch die Lampen 24 in die Behandlungskammer 12 emittiert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Spektralfilter 32 und 132 aus jedem der oben beschriebenen Materialien hergestellt sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Spektralfilter 32 verwendet werden, um das Lampengehäuse selbst auszubilden. Insbesondere kann das Spektralfilter in direkter Verbindung mit dem Lampenglühdraht, welcher Strahlungsenergie erzeugt, angeordnet sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Spektralfilter der vorliegenden Erfindung als Beschichtung auf der Lampenhülle aufgetragen sein.
Zusätzlich zur Ausbildung von Öffnungen in den Spektralfiltern 32 und 132 können bei einem alternativen Ausführungsbeispiel die optischen Fasern 28 oder das Pyrometer selbst in Bereichen enthalten sein, wo dem Grundmaterial das Lichtabsorptionsmittel nicht zugesetzt ist. In dieser Weise besitzt das Pyrometer eine Sichtöffnung durch diese Bereiche, um Messungen des Wafers vorzunehmen. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Bereiche durch Verschmelzen von Glasstücken ohne Zusatz zu einer Glasschicht mit Zusatz, welche mit Öffnungen ausgebildet wurde, ausgebildet sein.
Zusätzlich zur Anordnung der optischen Fasern 28 in den Spektralfiltern können die optischen Fasern jedoch ebenso an anderen Orten angeordnet sein. Beispielsweise können die optischen Fasern auch vollständig durch das Filter oder durch die Kammerseitenwände verlaufen.
Zusätzlich dazu, dass diese die Form von Luken aufweisen, welche die Wärmebehandlungskammer gegen die Lampen abschirmen, können die Spektralfilter der vorliegenden Erfindung auch in anderen Anordnungen aufgebaut sein. Beispielsweise kann, wie in den 3A und 3B dargestellt, das Spektralfilter 32 die Form einer Hülse aufweisen, welche um einzelne Lampen oder Gruppen von Lampen angeordnet ist. Wie in 3A dargestellt, kann die Lampe 24 vertikal ausgerichtet sein oder horizontal ausgerichtet sein, wie in 3B dargestellt. Bei dieser Anordnung können die Spektralfilter 32 alleine oder in Verbindung mit weiteren Luken verwendet werden, welche dazu dienen, die Kammer 12 abzuschirmen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die optischen Fasern 28 gemäß Darstellung in den 1 und 2 außerhalb der Wärmebehandlungskammer 12 in der gleichen Nähe zu den Lampen 24 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung läuft Licht, welches durch die Lampen emittiert wird, zweimal durch das Spektralfilter, bevor dieses durch die optischen Fasern erfasst wird. Licht, welches von dem Wafer emittiert wird, läuft jedoch lediglich einmal durch das Spektralfilter, bevor dieses durch die optischen Fasern erfasst wird. Infolgedessen wird das Verhältnis von Streulicht zu Signal günstiger für das Vornehmen genauer Temperaturmessungen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung 10 ein Paar paralleler Luken umfassen, welches eine erste Luke neben den Lampen und eine zweite Luke neben der Kammer umfasst. In dieser Weise kann ein Kühlfluid, wie etwa Luft oder Wasser, zwischen den zwei Luken in Umlauf geleitet werden. Eine oder beide Luken können ein erfindungsgemäßes Spektralfilter sein. Wenn eine der Luken nicht als Spektralfilter verwendet wird, kann die Luke beispielsweise aus Quarz oder Saphir hergestellt sein.
Gemäß 4 kann das Spektralfilter bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Form eines Reflektors 40 aufweisen, welcher in Verbindung mit einer Vielzahl von Lampen 24 angeordnet ist. Beispielsweise kann der Reflektor 40 eine erste Schicht 42 und eine zweite Schicht 44 umfassen. Die erste Schicht 42 kann aus einem stark reflektierenden Material, wie etwa einem Metall, hergestellt sein. Die zweite Schicht 44 kann ein erfindungsgemäßes Lichtabsorptionsmittel enthalten. In dieser Weise dient die zweite Schicht 44 zum Filtern von Licht, welches von den Lampen und in die Wärmebehandlungskammer reflektiert wird. Somit wird, obgleich direktes Licht, welches durch die Lampen bei der interessierenden Wellenlänge emittiert wird, die Kammer erreichen kann, die Menge des reflektierten Lichts bei der interessierenden Wellenlänge vermindert. Abhängig von der speziellen Anwendung kann der Reflektor 40 die Lichtmenge bei der Wellenlänge, bei welcher die Strahlungserfassungsvorrichtungen arbeiten, in einem zum Vornehmen relativ genauer Temperaturmessungen ausreichenden Umfang vermindern.

Claims

Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Substraten, umfassend: eine Wärmebehandlungskammer (12) zum Aufnehmen von Substraten; eine Strahlungsenergiequelle (22), welche sich in Verbindung mit der Wärmebehandlungskammer (12) befindet, wobei die Strahlungsenergiequelle (22) Strahlungsenergie in die Kammer (12) emittiert; mindestens eine Strahlungserfassungsvorrichtung (30), welche sich in Verbindung mit der Wärmebehandlungskammer (12) befindet, wobei die Strahlungserfassungsvorrichtung (30) dazu geeignet ist, Strahlung bei einer vorgewählten Wellenlänge von weniger als 2 Mikrometern zu erfassen; und ein Spektralfilter (32), welches in Verbindung mit der Strahlungsenergiequelle (22) angeordnet ist, wobei das Spektralfilter (32) zwischen der Strahlungsenergiequelle (22) und einer Substrathalterung (26), welche in der Wärmebehandlungskammer (12) enthalten ist, angeordnet ist, und wobei das Spektralfilter (32) dazu geeignet ist, Strahlung, welche durch die Strahlungsenergiequelle (22) emittiert wird, bei der vorgewählten Wellenlänge zu absorbieren, wobei das Spektralfilter (32) ein Material umfasst, welches ein Seltenerdmetall-Element, ein Oxid eines Seltenerdmetall-Elements, einen lichtabsorbierenden Farbstoff oder ein Übergangsmetall enthält, wobei das besagte Material bei Wellenlängen von weniger als 2 Mikrometern zu absorbieren vermag.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Seltenerdmetall-Element ein Material ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Ytterbium, Neodym, Thulium, Erbium, Holmium, Dysprosium, Terbium, Gadolinium, Europium, Samarium, Praseodym und Mischungen davon besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Seltenerdmetall-Element in einem Grundmaterial enthalten ist, wobei das Grundmaterial ein Glas, eine Flüssigkeit, einen Kristall, einen Kunststoff oder ein keramisches Material umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Übergangsmetall in einem Grundmaterial enthalten ist, wobei das Grundmaterial ein Glas, einen Kristall, einen Kunststoff oder ein keramisches Material umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Übergangsmetall in dem Grundmaterial in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 50 Gewichtsprozent enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Seltenerdmetall-Element Ytterbium ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Ytterbium in einem Glasmaterial in einer Menge von mindestens 0,5 Gewichtsprozent enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Ytterbium in dem Glas in einer Menge von mindestens 20 Gewichtsprozent enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich die vorgewählte Wellenlänge zwischen etwa 900 nm und etwa 1010 nm befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei im Falle des Oxids eines Seltenerdmetall-Elements das besagte Seltenerdmetall-Element Ytterbium ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Spektralfilter (32) eine Dicke von weniger als etwa 100 mm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Spektralfilter (32) einen Dämpfungsfaktor von mindestens 5 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Spektralfilter (32) einen Dämpfungsfaktor von mindestens 10³ aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei im Falle eines Seltenerdmetall-Elements oder eines lichtabsorbierenden Farbstoffs die vorgewählte Wellenlänge weniger als etwa 1,5 Mikrometer beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsenergiequelle (22) mindestens eine Lampe (24) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der besagte lichtabsorbierende Farbstoff einen organischen Salzfarbstoff, einen Nickelkomplexfarbstoff, einen Edelmetallfarbstoff, einen Phthalocyaninfarbstoff oder ein Anthraquinon oder Mischungen davon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungserfassungsvorrichtung ein Pyrometer umfasst.
Verfahren zum Erwärmen von Substraten in einer Behandlungskammer unter Verwendung von Strahlungsenergie, umfassend die Schritte: Anordnen eines Substrats in einer Wärmebehandlungskammer; Erwärmen des Substrats mit einer Strahlungsenergiequelle, welche in Verbindung mit der Wärmebehandlungskammer angeordnet ist; Erfassen von Strahlung bei einer vorgewählten Wellenlänge von weniger als 2 Mikrometern, welche durch das Substrat emittiert wird, während das Substrat erwärmt wird, wobei die Strahlung durch mindestens eine Strahlungserfassungsvorrichtung erfasst wird; und Absorbieren von Streulicht bei der vorgewählten Wellenlänge, welche durch die Strahlungsenergiequelle emittiert wird, wobei das Streulicht durch ein Spektralfilter absorbiert wird, wobei das Spektralfilter (32) zwischen der Strahlungsenergiequelle (22) und einer Substrathalterung (26), welche in der Wärmebehandlungskammer (12) enthalten ist, angeordnet ist, und wobei das Spektralfilter ein Seltenerdmetall-Element, ein Oxid eines Seltenerdmetall-Elements, einen lichtabsorbierenden Farbstoff oder ein Übergangsmetall enthält, wobei das besagte Material bei Wellenlängen von weniger als 2 Mikrometern zu absorbieren vermag.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Spektralfilter ein Grundmaterial umfasst, welches den besagten lichtabsorbierenden Farbstoff enthält, wobei der Farbstoff ein Material umfasst, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem organischen Salzfarbstoff, einem Nickelfarbstoff, einem Edelmetallfarbstoff, einem Phthalocyaninfarbstoff, einem Anthraquinonfarbstoff oder Mischungen davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Spektralfilter ein Grundmaterial umfasst, welches das besagte Seltenerdmetall-Element enthält, wobei das Seltenerdmetall-Element ein Material umfasst, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Ytterbium, Neodym, Thulium, Erbium, Holmium, Dysprosium, Terbium, Gadolinium, Europium, Samarium, Praseodym und Mischungen davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Seltenerdmetall-Element Ytterbium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die vorgewählte Wellenlänge etwa 900 nm bis etwa 1010 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die vorgewählte Wellenlänge kleiner als etwa 1,5 Mikrometer ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Spektralfilter einen Dämpfungsfaktor von mindestens 5 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Spektralfilter einen Dämpfungsfaktor von mindestens 10³ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Spektralfilter einen Dämpfungsfaktor von mindestens 10⁵ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Seltenerdmetall-Element Neodym umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Seltenerdmetall-Element Erbium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Grundmaterial ein Glas, einen Kristall oder ein keramisches Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Grundmaterial einen Kunststoff oder eine Flüssigkeit umfasst.