DE69112184T2 - Eichung für zweikanalige Strahlungsmessung. - Google Patents
Eichung für zweikanalige Strahlungsmessung.Info
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Description
- Der Gegenstand dieser Anmeldung betrifft den Gegenstand, der in den US-Patenten Nr. 4 919 542 und 4 854 727 offenbart ist, sowie den Gegenstand, der in der anhängigen Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 186 556 offenbart ist, welche den Titel "Pyrometer Apparatus and Method" trägt, am 27. April 1988 von Thomas E. Thompson angemeldet und am 29. Oktober 1991 als US-A-5 061 084 veröffentlicht wurde, sowie den Gegenstand, der in der US-Patentanmeldung mit dem Titel "Bichannel Radiation Detection Apparatus" offenbart ist, die am gleichen Tag hiermit von Arnon Gat und Michael French eingereicht wurde.
- Die genaue Messung der hohen Temperatur eines entfernten Objekts in Nichtgleichgewichtsöfen mit einer kalten Wand unter Verwendung von optischen Techniken und ohne das Berühren des Objekts ist wegen unerwünschter Reflexionen der Umgebungsstrahlung von der Wärmequelle zusammen mit der gewünschten Strahlung von dem geheizten Objekt selbst kompliziert. Die optische Pyrometrie ermöglicht es, die Temperatur eines Objekts aus der Ferne zu messen, indem die von dem Objekt emittierte Strahlung analysiert wird. Natürlich emittieren alle Objekte bei einer Temperatur oberhalb von 0 K Strahlung, welche gemessen werden kann, um die Temperatur des Objekts zu bestimmen, sofern die Emissionsstärke des Objekts bekannt ist. Daher arbeitet die optische Pyrometrie mit dem zugrunde liegenden Prinzip, daß die Wellenlänge der Strahlung, die ein Objekt emittiert, sich verschiebt und die Strahlung an Intensität zunimmt, wenn die Temperatur des Objekts wächst, so daß ein Objekt, das eine Strahlung mit orangefarbener Glut emittiert, heißer ist als ein ansonsten identisches Objekt, das eine Strahlung mit Rotglut emittiert. Solche Temperaturmeßverfahren sind in der Literatur erörtert (siehe z.B. Tenney, Mechanical Engineering, Oktober 1986; "Red Hot... AND HOTTER", S. 36 - 41).
- Bestimmte Prozesse für die Herstellung von Schaltungen auf Siliziumwafern erfordern eine genaue Messung der Temperatur eines Wafers in einem Verarbeitungsofen von einem entfernten Ort aus. Diese Messung ist kompliziert, weil nahezu in allen Fällen die Emissionsstärke des Wafers unbekannt ist. Die Emissionsstärke des Wafers ändert sich durch verschiedene Behandlungen seiner rückwärtigen Oberfläche oder durch zusätzliche Beschichtungen der Rückseite auf dem Wafer mit verschiedenen Dicken und verschiedenen Materialien, wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, Polysilizium oder Metallen. Optische Temperaturmessungen des Wafers müssen daher hinsichtlich der Emissionsstärke des Wafers korrigiert werden, um eine genaue Temperaturmessung für den Wafer zu liefern. Da die von dem Wafer emittierte und von dem Detektor erfaßte Strahlung sowohl von seiner Temperatur als auch von seiner Emissionsstärke abhängt, ist eine einzige Messung bei einer spezifischen Wellenlänge nicht ausreichend, um die Temperatur des Wafers zu bestimmen, es sei denn, daß seine Emissionsstärke bekannt ist. Damit ein Einzelwellenlängen-Pyrometer brauchbar ist, wird zuerst die Emissionsstärke des Wafers gemessen, z.B. durch eine Vorrichtung von der Art, die in dem US-Patent Nr. 4 854 727 mit dem Titel "Emissivity Calibration Apparatus and Method" offenbart ist. Wenn die Emissionsstärke einmal bekannt ist, kann sie dafür verwendet werden, um die Temperatur des Wafers aus einer Messung mit einem Einzelwellenlängen-Pyrometer zu bestimmen. Da die Bestimmung der Emissionsstärke mit einem Thermoelement als Bezugselement in den meisten Fällen jedoch ein langwieriger und destruktiver Prozeß ist, kann hiervon bei der Produktion von Wafern kein Gebrauch genacht werden, welche wärmebehandelt werden sollen. Ein Verfahren, das in solchen Grenzfällen verwendet wird, besteht darin, die Emissionsstärke eines typischen Wafers aus einer Charge, der als "master Wafer" bezeichnet wird, zu messen. Unter der Annahme, daß die Emissionsstärke der restlichen Wafer in der Charge nahe bei der des Master Wafers liegt oder identisch mit ihr ist, kann dieser Wert der Emissionsstärke verwendet werden, um die Messung eines Einzelwellenlängen-Pyrometers in die wahre Temperatur des Wafers zu übersetzen.
- In vielen Fällen variiert jedoch die Emissionsstärke der Wafer in einer bestimmten Charge stark und die Verwendung eines einzigen Wertes für die Emissionsstärke für die gesamte Charge von Wafern führt zu erheblichen Schwankungen der gemessenen Waferteinperaturen mit potentiell schädlichen Folgen für die Verarbeitung der Wafer. Die Genauigkeit von herkömmlichen Verfahren zum optischen Messen der Wafertemperatur ist normalerweise für die Anwendung bei einer Temperatursteuerung nicht geeignet. Daher wäre es wünschenswert, zerstörungsfreie und kontaktfreie schnelle Messungen an jedem Wafer durchzuführen, um gleichzeitig seine Emissionsstärke und Temperatur mit der erforderlichen Genauigkeit für eine akzeptable Steuerung eines chargenweisen Prozesses zu bestimmen, um die Auswirkungen von annehmbaren Änderungen in der Emissionsstärke von Wafer zu Wafer in einer Charge zu umgehen.
- Die Waferstrahlung kann herkömmlicherweise in zwei oder mehreren Wellenbändern gemessen werden, um genug Information zu liefern, um daraus die Emissionsstärke und die Temperatur des Wafers zu bestimmen. Diese Meßtechniken beruhen jedoch im allgemeinen auf dem Umstand, daß die effektive Emissionsstärke eines Wafers oder eines anderen Objekts in jedem der zwei oder mehr Meßwellenbändern identisch ist. Unter der Annahme, daß der Wert der effektiven Emissionsstärke in verschiedenen Wellenbändern derselbe ist, kann dieser bei der Bestimmung der Temperatur eliminiert werden, indem ein Verhältnis von optischen Messungen berechnet wird. Diese Annahme ist jedoch bei Halbleiterwafern mit verschiedenen Beschichtungen auf der Rückseite (deren Strahlung gemessen wird) nicht korrekt oder realistisch. In den meisten Fällen ist die Emissionsstärke eines Halbleiterwafers eine Funktion sowohl der Wellenlänge als auch der Temperatur und daher führt die obengenannte Annahme bei den Verfahren nach dem Stand der Technik zu fehlerhaften Temperaturbestimmungen bei pyrometrischen Meßverfahren.
- Die vorliegende Erfindung setzt optische Pyrometrieverfahren mit mehreren Wellenlängen ein, um die Temperatur von entfernten erhitzten Objekten mit variierender Emissionsstärke, wie Halbleiterwafern, in der Gegenwart von Umgebungsstrahlung in einer Bearbeitungskammer zu messen. Genauer bestimmt die vorliegende Erfindung genau die Temperatur eines Halbleiterwafers, welcher verschiedene Oberflächenbeschichtungen enthält, mit Hilfe von Mehrwellenlängen-Pyrometrie. Gemäß der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mißt ein Pyrometerdetektor Strahlung von dem heißen Wafer in der Bearbeitungskammer. Die wahre Temperatur des Wafers wird durch Messen der von dem Wafer in zwei oder mehr Wellenbändern emittierten Strahlung und durch das Verwenden einer Korrelationsfunktion zwischen der Emissionsstärke des Wafers in einem Kanal und anderen Beziehungen zwischen den zwei oder mehr Kanälen bestimmt. Die Breite der Wellenbänder kann so eingestellt werden, daß der Rauschabstand und die Genauigkeit der Temperaturmessung optimiert werden, wobei minimale Breiten verschwindend kleinen Abmessungen nahekommen. Speziell wird ein unbeschichteter Siliziumwafer mit einem eingebauten Thermoelement verwendet, um alle Pyrometerkanäle so zu kalibrieren, daß die verarbeiteten Ausgaben identische Werte für die Wafertemperatur in allen Kanälen ergeben. Dies eliminiert im wesentlichen die Abhängigkeit der Pyrometersignale von den Eigenschaften der schwarzen Strahlung und linearisiert die Ausgangsanzeige mit Hilfe von willkürlichen Konstanten. Dann wird ein Probenwafer, der aus einer Charge gewählt ist, als Master Wafer gekennzeichnet, von dem ein Satz von Master-Emissionsstärken auf allen Kanälen bei einer ausgewählten Temperatur bestimmt wird, um die Charge grob und ungefähr zu "kalibrieren". Die Wafer einer Untergruppe aus einigen wenigen Wafern der Charge werden als Repräsentanten von Extremfällen der Werte der Emissionsstärke identifiziert und diese Werte werden zusammen mit den Master-Emissionsstärkewerten bei Pyrometersignalen von den Master Wafer und den Wafern aus der Untergruppe verwendet, um daraus eine oder mehrere Korrelationsfunktionen zwischen der Emissionsstärke des Wafers und den Pyrometersignalen zu bestimmen. Danach kann die gesamte Wafercharge verarbeitet werden und die Pyrometermessungen auf allen Kanälen können bei einer vorbestimmten Temperatur aufgenommen werden. Eine Korrelationsfunktion wird dann verwendet, um die Emissionsstärke jedes spezifischen Wafers zu berechnen und dann einzustellen und die wahre Temperatur des Wafers kann dann für eine genaue thermische Verarbeitung bestimmt werden.
- Fig.1 ist eine bildhafte Schnittdarstellung eines thermischen Bearbeitungssystems, welches die Pyrometerkonfiguration darstellt,
- Fig.2 ist ein Flußdiagramm, welches die Bearbeitung nach der vorliegenden Erfindung illustriert,
- Fig.3 ist ein Diagramm, welches die Kurve der Emissionsstärke gemäß einem Kanal als Funktion von d'ifferentiellen Temperatursignalen von einem Paar von Kanälen für eine Gruppe von Wafern mit einer variierenden Emissionsstärke der Rückseite darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wurde,
- Fig.4 ist ein Diagramm, welches Pyrometersignale beim Betrieb des Systems der Fig. 1 darstellt,
- Fig.5 ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse einer Oxidationsverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit den Ergebnissen der herkömmlichen Verarbeitung zeigt und
- Fig 6 und 7 sind Diagramme, welche die Resultate beim Tempern bei einer Implantation ohne bzw. mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellen.
- In Fig 1 ist eine bildhafte Schnittansicht eines thermischen Bearbeitungssystems gezeigt, welches ein Einzelwellenband-Pyrometer 9 enthält, das so orientiert ist, daß es Strahlung von der Außenwand der Quarz-Bearbeitungskammer 13 erfaßt, wobei das Betriebs-Wellenband in dem undurchlässigen Bereich der Spektraleigenschaften von Quarz gewählt ist. Ein Zweifarbenoder Zweiwellenband-Pyrometer 11 ist so orientiert, daß es Strahlung von der Unterseite oder Rückseite eines Halbleiterwafers 15 in der Bearbeitungskammer 13 erfaßt. Herkömmliche nicht kohärente Lichtquellen 17 wie Gasentladungs- oder Wolframdrahtlampen sind in Reihen um den Wafer 15 angeordnet, um die Temperatur des Wafers 15 in bekannter Weise schnell zu erhöhen. Ein Pyrometer 9 ist mit einen Sichtfeld 16 angeordnet, welches die Lampen 17 ausschließt und die Quarzkammer 13 einschließt. Das andere Pyrometer 11 ist mit einem Sichtfeld 18 angeordnet, welches im wesentlichen die Lampen 17 und die Quarzkammer (über ein Sichtfenster 21, das andere Strahlungstransmissionseigenschaften als die Wände der Bearbeitungskammer 13 aufweist (d.h. welches effektiv bei den Meßwellenlängen transparent ist)) ausschließt und die Unterseite oder Rückseite des Wafers 15 einschließt. Ausgangssignale, welche von den Pyrometern 9 und 11 in herkömmlicher Weise in Reaktion auf Strahlung erzeugt werden, welche von diesen in den jeweiligen Sichtfeldern empfangen werden, werden zu einer CPU 23 zur Bestimmung der Emissionsstärke und der wahren Temperatur des Wafers 15 gemäß der vorliegenden Erfindung geliefert, um die Leistung zu steuern, die zu den Lampen 17 geliefert wird, welche den Wafer 15 durch Strahlung aufheizen. Natürlich können mehr als zwei Pyrometer, welche jeweils bei verschiedenen Wellenlängen arbeiten, ebenfalls verwendet werden.
- Bezugnehmend auf das Flußdiagramm der Fig 2 soll eine Charge 31 von im wesentlichen ähnlichen Halbleiterwafern z.B. in einem System, wie es mit Bezug auf Fig 1 dargestellt und beschrieben wurde, bearbeitet werden. In dem Anfangsschritt 27 weist das Zweifarbenpyrometer 11 zwei verschiedene Betriebswellenbänder oder Kanäle, die typischerweise bei oder ungefähr bei 3,4 um bis 3,9 um und 4,5 um bis 4,6 um zentriert sind, sowie ein gemeinsames Sichtfeld (über das Sichtfenster 21) auf der Unterseite oder Rückseite des Wafers 15 auf. Die Kanäle des Pyrometers werden kalibriert, indem die Temperatur eines blanken Wafers (der nicht aus der Charge 31 gewählt ist) oder ein anderes Kalibrierobjekt mit bekannten Strahlungseigenschaften auf eine Referenztemperatur von beispielsweise 1000ºC erhöht wird und der Ausgang jedes Pyrometerkanals mit einer Konstante multipliziert wird, um Ausgänge mit einem gemeinsamen Niveau zu erzeugen, welche die Referenztemperatur angeben und welche eine bekannte oder angenommene Emissionsstärke des blanken Wafers verkörpern. Solche Konstanten können z.B. so gewählt werden, daß sie Ausgangssignale von beispielsweise 1000 mV bei einer wahren Temperatur von 1000ºC ergeben. Dieser Prozeß kann bei einigen wenigen Referenzwerten über einen Bereich von ungefähr 400ºC - 1200ºC wiederholt werden, so daß die Kanäle des Pyrometers über den gesamten Bereich kalibriert werden können. Dies bildet eine Korrekturtafel von Werten, welche verwendet werden kann, um die Abhängigkeit von den nichtlinearen Strahlungseigenschaften eines schwarzen Strahlers zu eliminieren und dadurch eine nominell lineare (oder andere) Beziehung zwischen dem Ausgang des Pyrometers und dem einlaufenden Strahlungsfluß herzustellen. Das Pyrometer 9, welches die Außenwand der Quarzkammer 13 sieht, kann auch in ähnlicher Weise bezüglich der bekannten Temperatur der Quarzkammer (die z.B. durch ein Thermoelement in Kontakt mit der Quarzkammer bestimmt wird) kalibriert werden, um einen Ausgang zu erzeugen, der repräsentativ für die Temperatur der Quarzkammer ist. Dieser korrigierte Ausgang von dem Pyrometer 9 kann danach verwendet werden, um den Ausgang des Pyrometers 11 in bekannter Weise zu korrigieren (wie durch das Abziehen eines Prozentsatzes, ohne daß man darauf beschränkt wäre), um den Teil der von ihm erfaßten Strahlung zu berücksichtigen welcher der Quarzkammer 13 zuzuschreiben ist. Die Pyrometer 9 und 11 sind also so kalibriert, daß sie korrigierte Ausgänge bei bekannten Referenztemperaturen ergeben.
- Dann kann ein typischer Halbleiterwafer 33 willkürlich aus der Charge 31 von Wafern ausgewählt werden, die in der Kammer 13 thermisch verarbeitet werden sollen. Der ausgewählte Wafer wird als Master Wafer bezeichnet und es ist statistisch gesehen wahrscheinlich, daß er eine ähnliche Oberflächenrauhigkeit, Oberflächenbeschichtung und dergleichen und daher eine ähnliche Emissionsstärke wie die restlichen Wafer in der Population von Wafern aufweist, welche die Charge 31 bilden.
- In Schritt 35 wird die Emissionsstärke des Master Wafers bestimmt, indem seine Temperatur in der Quarzkammer 13 auf eine Referenztemperatur von beispielsweise 1000ºC angehoben wird, um Ausgänge der zwei Kanäle des Pyrometers 11 zu erzeugen, die nun die effektive Emissionsstärke (Master-Emissionsstärke genannt) des Master Wafers angeben. Dies ergibt eine ungefähre Kalibrierung der Enissionsstärke der gesamten Charge 31 von Wafern, die genauer ist, als dies früher durch Kalibrieren des Pyrometers 11 bezüglich eines blanken Siliziumwafers erreicht wurde, wie dies vorangehend in Schritt 27 beschrieben wurde.
- Dann können verschiedene Wafer aus dieser Charge 31 der Reihe nach in der Quarzkammer 13 vermessen werden 37, indem die Temperatur jedes Wafers auf die Referenztemperatur angehoben wird und seine Bmissionsstärke in derselben Weise, wie dies bei dem Master Wafer geschah, gemessen wird. Die Werte der Emissionsstärke können in ähnlicher Weise für alle extremen Wafer bestimmt werden 38, wobei solche extremen Wafer bei einen Durchlauf aller Wafer ausgewählt werden können oder vorher mit Emissionsstärken ausgebildet werden können, welche oberhalb und unterhalb der Nominalwerte liegen. Dann werden die Emissionsstärkeeinstellungen bei den zwei Pyrometerkanälen auf die Werte für den Master Wafer gesetzt und die extremen Wafer werden wieder auf eine Referenztemperatur, beispielsweise 1000ºC, gebracht, dieses Mal jedoch unter Verwendung des Signals eines der Pyrometerkanäle zum Kontrollieren der Temperatur. Der Ausgang des anderen Pyrometerkanals (d.h. der nicht steuernde Kanal) wird für jeden der extremen Wafer (in Schritt 39) aufgezeichnet. Wenn mehr als zwei Pyrometer verwendet werden, können ihre Ausgänge gemäß einer logischen Kombination der Ausgänge verarbeitet werden, wie das Mitteln der Ausgänge, das Mitteln der Unterschiede zwischen je zwei Kanälen und dergleichen.
- Auf der Grundlage der Daten, welche in der oben beschriebenen Weise für extreme Wafer gesammelt wurden, kann eine empirische Korrelationskurve konstruiert werden 41. Eine solche Korrelationskurve kann eine lineare, parabolische oder sonstige Polynomialkurve aufweisen, welche die Emissionsstärke der extremen Wafer gemäß dem steuernden Pyrometerkanal mit einer Kombination des Ausgangs beider Pyrometerkanäle korreliert, wenn die Emissionsstärken auf die Master-Emissionsstärke bei beiden Pyrometerkanälen gesetzt sind. In einer Ausführungsform kann eine Korrelationsfunktion für die Emissionsstärke, die von einem Kanal gemessen wird, durch einen Prozentsatz des Signals von einem Kanal, weniger einem Prozentsatz des Signals von einem anderen Kanal, gebildet werden. Die Kurve der Fig 3 gibt die Emissionsstärke, die von einem Pyrometerkanal gemessen wurde, als Funktion der Differenz der Signale (mit ΔT bezeichnet) an, welche von den zwei Kanälen bei Wafern mit Oxidschichten mit verschiedenen Dicken auf der Unter- oder Rückseite gemessen wurden. Die durchgezogene Linie stellt eine Implementierung mit einer einfachen parabolischen Gleichung mit drei Parametern dar. Die Korrelationsfunktion für die Emissionsstärke, die von einem Kanal gemessen wird, kann auch durch den Quotienten des Signals von den anderen Kanal, dividiert durch das Signal von dem einen Kanal, gebildet werden. Natürlich können andere, kompliziertere Korrelationsfunktionen für die Emissionsstärke aus logischen Kombinationen von Signalen von zwei oder mehr Pyrometern oder Kanälen, die bei verschiedenen Wellenlängen arbeiten, erzeugt werden, um Ausgänge von allen Pyrometern zu erzeugen, welche die Emissionsstärke der getesteten Wafer bei der Referenztemperatur angeben. Allgemein können Polynomkurven die folgende Form haben:
- Emissionsstärke Kanal1 = A&sub0; + A&sub1; ΔT + A&sub2;ΔT² und
- Emissionsstärke Kanal2 = B&sub0; + B&sub1; ΔT + B&sub2;ΔT², wobei
- ΔT = Kanal1 - Kanal2.
- Natürlich ist die Korrelationsfunktion nicht auf eine Gleichung zweiter Ordnung beschränkt, sondern kann für höhere Präzision von höherer Ordnung und komplizierter sein. Die auf diese Weise gebildete(n) Korrelationsfunktion(en) kann (können) dann verwendet werden, um die Charge von Wafern 31 zu verarbeiten 43, um die tatsächliche Emissionsstärke für jeden Wafer zu bestimmen und dementsprechend genau die tatsächliche Temperatur 45 jedes Wafers durch eine pyrometrische Messung zu bestimmen und zu kontrollieren. Weitere Chargen mit ähnlichen Wafern können bei Temperaturen verarbeitet werden, die in ähnlicher Weise kontrolliert werden, wobei die kalibrierten Emissionsstärken unverändert bleiben.
- Insbesondere kann ein Wafer aus einer Charge 31, die zu verarbeiten ist, in der Kammer 13 angeordnet werden und auf die bekannte Referenztemperatur aufgeheizt werden. Der Ausgang des Pyrometers 11 wird gemäß der in Schritt 41 bestimmten Korrelationsfunktion verarbeitet, so daß sich die tatsächliche Emissionsstärke des speziellen Wafers ergibt. Danach kann bei bekannter Emissionsstärke des Wafers die Temperatur des Wafers nun auf der Grundlage des Ausgangs des Pyrometers 11 genau gemessen (und kontrolliert) werden. Zusätzlich können die restlichen Wafer der Charge 31 ebenfalls verarbeitet werden 42.
- In Fig 4 ist ein Diagramm der Temperatur über der Zeit für die Intervalle gezeigt, die beim aufeinanderfolgenden Verarbeiten von mehreren Wafern der Charge 31 eine Rolle spielen. Die Signale 47, 49 von verschiedenen Pyrometern oder Kanälen sind der Deutlichkeit halber in dem Diagramm vertikal versetzt gezeigt und jedes Signal 47, 49 zeigt die zu jedem Wafer gehörende zyklische thermische Verarbeitung. Konkret wird jeder Wafer rasch in der Kammer 13 durch die Lampen 17 ungefähr auf die Referenztemperatur von beispielsweise 1000ºC erhitzt, wie sie näherungsweise aus dem Niveau der Ausgangssignale von einem oder mehreren Kanälen des Pyrometers 11 bestimmt wird. Die Signalniveaus von dem Pyrometer 11 werden auch bei der (ungefähren) Referenztemperatur aufgezeichnet und bei einen ausgewählten Zeitpunkt 51 verarbeitet der Zentralprozessor 23 die Signalniveaus von dem Pyrometer 11 gemäß den Korrelationsfunktionen, welche vorangehend berechnet wurden 41, so daß sich die tatsächliche Emissionsstärke des speziellen Wafers ergibt. Dann wird die tatsächliche Emissionsstärke substituiert und dies führt zu einer abrupten Anderung der Pyrometersignale 51.
- Danach gibt das Signal von dem Kontrollkanal jedoch genau die Wafertemperatur wieder.
- Die Temperatur des Wafers kann dann auch erhöht und bei der höheren Verarbeitungstemperatur 53 (nahe der Referenztemperatur) genau kontrolliert werden, indem die den Lampen zugeführte Leistung 17 kontrolliert wird.
- In dem Diagramm der Fig. 5 ist eine Familie von Punkten gezeigt, welche die Dicke von Oxidschichten darstellen, die unter Verwendung eines 60 Sekunden-Oxidationszyklus bei 1100ºC auf individuellen Wafern in der Kammer 13 ohne die automatische Anpassung der Emissionsstärke und mit der automatischen Anpassung der Emissionsstärke genäß der vorliegenden Erfindung gebildet wurden. Die Wafer weisen verschiedene Emissionsstärken der Rückseite auf. Konkret stellt die Kurve 55 Oxiddicken dar, welche auf Wafern einer Charge bei einer hohen Temperatur, die in herkömmlicher Weise kontrolliert wurde (z.B. unter der Annahme, daß die Emissionsstärken konstant sind) und daher ungefähr bei der gewünschten Verarbeitungstemperatur hergestellt wurden. Die Kurve 57 stellt Oxiddicken dar, welche auf den Wafern der Charge bei der gewünschten Verarbeitungstenperatur, die gemäß der vorliegenden Erfindung in der vorangehend beschriebenen Weise detektiert und kontrolliert wurde, ausgebildet wurden. Man beachte bei diesen Kurven, daß die Verarbeitung iuit einer herkömmlichen Temperatursteuerung zu Schwankungen der Oxiddicke über den Bereich von ungefähr 120 10&supmin;¹&sup0;m (Å) bis ungefähr 210 10&supmin;¹&sup0;m (Å) beiträgt und daß diese Variationen der Oxiddicke auf den Bereich von ungefähr 130 10&supmin;¹&sup0;m (Å) bis ungefähr 150 10&supmin;¹&sup0;m (Å) unter Verwendung der Temperaturerfassung und steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden. Die Kontrolle der Oxiddicke bis auf ungefähr ±10 10&supmin;¹&sup0;m (Å) gemäß der Temperatursteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung kann für bestimmte Halbleiterprozesse geeignet sein, obwohl eine Kontrolle der Oxiddicke bis auf ungefähr ±5 10&supmin;¹&sup0;m (Å) in einer Produktionsumgebung möglich ist, die mit einer Temperatursteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet.
- In ähnlicher Weise sind, wie in den Diagrammen der Fig. 6 und 7 dargestellt, Variationsbereiche in dem Schichtwiderstand von Wafern gezeigt, welche ohne bzw. mit einer korrigierten Temperatursteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung nach einer Implantierung von ungefähr 4 10¹&sup5; Arsenatomen pro Quadratzentimeter bei 50 keV und einem Tempern bei 1050ºC für 20 Sekunden getempert wurden.
- Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmen daher genau die Emissionsstärke eines Halbleiterwafers bei hohen Temperaturen und vereinfachen die genaue pyrometrische Bestimmung der Temperatur des Wafers in der Bearbeitungskammer für eine genauer gesteuerte thermische Bearbeitung, wie die Ausbildung von Oxidschichten auf den Wafern.
Claims (8)
1. Verfahren zur genauen Temperaturbestimmung eines Objektes
(15) auf zerstörungs- und berührungsfreie Weise innerhalb
einer Bearbeitungskammer (13), wobei das Objekt aus einer
Charge oder Gruppe (31) ähnlicher Objekte unter
Verwendung einer Vielzahl von Pyrometern (11) ausgewählt wird,
welche in verschiedenen Wellenbändern auf die Strahlung
ansprechen, welche durch eine Wand der Bearbeitungskammer
(13) von einem Objekt (15) innerhalb der Kammer (13)
empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antworten jedes Pyrometers im wesentlichen auf ein
Referenzobjekt innerhalb der Kammer bei mindestens einer
Referenztemperatur abgeglichen werden; ein Hauptobjekt aus
der Gruppe (31) der Objekte ausgewählt wird;
Hauptenissionsstärken des Hauptobjekts innerhalb der Kammer bei
einer Referenztemperatur von den Antworten jedes
abgeglichenen Pyrometers (11) bestimmt werden; Emissionsstärke-
Werte aus abgeglichenen Pyrometerantworten auf die
Strahlung bei der Referenztemperatur aus dem Inneren der
Kammer für jedes Objekt einer aus der Gruppe (31)
ausgewählten Menge von Objekten bestimmt werden; für jedes Objekt
mit einem extremen Emissionsstärke-Wert der aus der
Gruppe (31) ausgewählten Menge von Objekten Signalwerte
gespeichert werden, welche bei der Referenztemperatur aus
den Antworten der abgeglichenen Pyrometer (11) bestimmt
werden, wenn diese auf die Hauptemissionsstärken
eingestellt sind; mindestens eine Korrelation zwischen den
gespeicherten Signalpegeln und den Emissionsstärke-Werten
der ausgewählten Objekte mit extremen Emissionsstärke-
Werten bestimmt wird; ein zu verarbeitendes Objekt aus
der Gruppe (31) ausgewählt und auf die Referenztemperatur
innerhalb der Kammer gebracht wird; die Emissionsstärke-
Werte des zu bearbeitenden Objektes von den Antworten der
abgeglichenen Pyrometer (11) gemäß der Korrelation
berechnet werden und die Temperatur des Objektes auf der
Grundlage der Ausgänge der Pyrometer bestimmt wird, wenn
diese auf die berechneten Emissionsstärke-Werte
eingestellt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bestimmungen der
Hauptemissionsstärken bei einer Vielzahl von Referenztemperaturen über
einen ausgewählten Bereich durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Emissionsstärkewerte für alle
Objekte (15) der Gruppe (31) gebildet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Objekte
Halbleiterscheiben (15) sind, deren Rückseiten ähnliche
Beschichtungen mit veränderlichen Oberflächenemissionsstärken
haben, und die Pyrometer (9, 11) auf die Strahlung
ansprechen, welche von der Rückseite einer
Halbleiterscheibe innerhalb der Kammer (13) empfangen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung von
mindestens einer Korrelation die optimale Korrelation
bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antworten der Pyrometer
in Antwort auf die Messung der Strahlung ausgehend von
einer Wand der Bearbeitungskammer (13) verknüpft sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß Objekte der Gruppe in der
Bearbeitungskammer bei Temperaturen wärmebehandelt
werden, welche von der Referenztemperatur verschieden sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß mehr als zwei
Pyrometerkanäle in verschiedenen Wellenbändern ansprechen, jedes
Pyrometer Signalwerte liefert, welche den von einem Objekt
empfangenen Strahlungsfluß repräsentieren, und gemäß
einer logischen Verknüpfung der Signalwerte verarbeitet
werden, um eine Emissionsstärke-Anzeige des Objektes zu
ergeben.
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