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Optris ist Experte für berührungslose Temperaturmessung in der Halbleiterfertigung.

Schnelles thermisches Tempern von Wafern erfordert eine Überwachung der hohen Temperaturen mit Infrarot

Steuerung des schnellen thermischen Ausglühens in der Halbleiterfertigung mit Infrarot-Temperatursensoren

Herausforderung

Schnelles thermisches Tempern erfordert eine präzise, gleichmäßige Erwärmung der Wafer auf über 1000 °C innerhalb von Sekunden, während gleichzeitig der variierende Emissionsgrad von Silizium über verschiedene Wellenlängen und Temperaturen hinweg berücksichtigt werden muss. Konventionelle Infrarotmethoden kämpfen mit Störungen durch Wärmelampen, Transparenz bei niedrigeren Temperaturen und der Aufrechterhaltung der Genauigkeit unter rauen Bedingungen, was eine zuverlässige In-situ-Thermalüberwachung erschwert.

Lösung

Der Einsatz von Infrarot-Ratio-Pyrometern mit faseroptischen Sensorköpfen gewährleistet präzise, berührungslose Wafer-Temperaturmessungen und überwindet Emissionsgradschwankungen sowie optische Störungen, die in der schnellen thermischen Verarbeitung häufig auftreten. Dieser Ansatz ermöglicht eine präzise Überwachung unter anspruchsvollen Bedingungen, stellt eine gleichmäßige Erwärmung ohne Kontamination sicher und optimiert so Effizienz und Qualität der Halbleiterproduktion.

Vorteile

  • Präzise, gleichmäßige Wafererwärmung verbessert die elektrischen Eigenschaften, reduziert Defekte und steigert den Ertrag.
  • Echtzeitüberwachung ermöglicht eine schnelle Erkennung und Korrektur von Temperaturabweichungen während des Prozesses.
  • Berührungslose Messung verhindert Kontaminationsrisiken und erhält die Reinheit des Wafers sowie die Integrität des Prozesses.
  • Zuverlässige Temperaturregelung reduziert thermische Spannungen und minimiert Waferbruch sowie Produktionsausfälle.
  • Kosteneffiziente Temperaturüberwachungslösung beschleunigt Entwicklungszyklen und steigert die gesamte Produktivität der Fertigung.

Schnelles thermisches Tempern zur Spannungsreduzierung erfordert Infrarot-Hochtemperaturüberwachung

Thermisches Tempern, eine zentrale Methode in der Halbleiterfertigung, beinhaltet das Erhitzen von Wafern auf hohe Temperaturen, um deren elektrische Eigenschaften zu modifizieren und Spannungen im Silizium abzubauen. Die schnelle thermische Verarbeitung ist ein entscheidender Bestandteil dieser Methode und spielt eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von Dotierstoffen und der Reparatur von Kristallstrukturen, ohne dass es zu signifikanter Diffusion kommt – dadurch wird die Effizienz des Prozesses gesteigert.

Traditionell wurden thermische Temperprozesse häufig in konventionellen, widerstandsbeheizten Röhrenöfen unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. Der normale Temperaturbereich für Temperprozesse liegt zwischen 900 °C und 1100 °C. Für Polysilizium-Temperung wird die Untergrenze auf etwa 700 °C erweitert. Ein Ofentemperprozess zur Aktivierung von Dotierstoffen und Reparatur von Kristallschäden kann 30 Minuten bei 900 °C erfordern.

Das schnelle thermische Tempern (Rapid Thermal Annealing, RTA), auch bekannt als schnelle thermische Verarbeitung, stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Dabei werden Siliziumwafer für wenige Sekunden auf Temperaturen über 1000 °C erhitzt, gefolgt von einer langsamen Abkühlung, um thermischen Schock und Bruch des Wafers zu verhindern. Diese Information hält Sie in Ihrem Fachgebiet informiert und auf dem neuesten Stand.

Verschiedene Anlagen setzen unterschiedliche Wärmebehandlungsmethoden ein, darunter Quarzrohrlampen, Induktionserwärmung und Widerstandsbeschichtung.

Integration von Optris-Infrarot-Pyrometern in PVD-Anlagen
Zuverlässige Siliziumtemperaturmessungen mit Infrarot-Pyrometern im Siemens-Prozess

Navigation durch Siliziums Emissionsgrad und thermische Gleichmäßigkeit in der schnellen thermischen Verarbeitung

Der Emissionsgrad von Silizium variiert mit Temperatur, Wellenlänge und Oberflächenmerkmalen und zeigt daher ein komplexes Verhalten über verschiedene Spektralbereiche hinweg.

Bei Anlagen, die Induktions- oder Widerstandserwärmung nutzen, wird die In-situ- und In-line-Temperaturüberwachung von Halbleiterprozessen häufig mit CTratio-Pyrometern realisiert. Diese kompakten, zweiteiligen Geräte mit flexiblen optischen Fasern können in engen oder schwer zugänglichen Bereichen positioniert werden. Sie sind darauf ausgelegt, rauen Bedingungen standzuhalten, einschließlich Umgebungstemperaturen bis zu 315 °C, Vibrationen und chemischer Belastung.

Die Ratio-Technologie liefert präzise Temperaturmessungen, indem sie die Intensitäten zweier unterschiedlicher Lichtwellenlängen vergleicht. Dadurch werden Fehler reduziert, die durch Emissionsgradänderungen, optische Störungen oder Blockaden im optischen Pfad entstehen. Der intelligente Ratio-Softwaremodus kann Veränderungen im Emissionsgrad von Silizium ausgleichen und gewährleistet genaue Messwerte, selbst wenn sich der Emissionsgrad bei beiden Wellenlängen nicht gleichmäßig ändert.

Trotz dieser fortschrittlichen Techniken verwendet die Halbleiterindustrie häufig Wärmelampen oder positioniert Wafer nahe erhitzten thermischen Massen. Anlagen, die Quarzrohrlampen verwenden, profitieren vom hohen Emissionsgrad von Silizium bei bestimmten Wellenlängen, stehen jedoch vor Herausforderungen bei der präzisen Temperaturmessung. Die Lampen emittieren Energie um 1 µm, was die Detektion durch Infrarotsensoren erschwert, da diese möglicherweise das Quarzrohr statt des Wafers erfassen. Silizium ist bei niedrigen Temperaturen für langwellige Infrarotstrahlung transparent, wird jedoch bei hohen Temperaturen opak. In solchen Anwendungen sind Pyrometer, die bei etwa 1 µm arbeiten, unzureichend, sodass herkömmliche langwellige Infrarotsensoren erforderlich sind. Für die Messung der thermischen Gleichmäßigkeit können mehrere Pyrometer oder eine Infrarotkamera im Linescan-Modus durch einen Schlitz eingesetzt werden.

Optimierung von Halbleiterprozessen mit Optris-Pyrometern und erstklassigem technischem Support

Der faseroptische CTratio mit passivem Sensorkopf bietet erhebliche Vorteile bei der Installation in anspruchsvollen Umgebungen. Durch die Platzierung der Elektronik außerhalb der harten Bedingungen im Reaktor gewährleistet diese Technologie sowohl Langlebigkeit als auch Robustheit. Das berührungslose Messsystem beeinträchtigt den Prozess nicht und eliminiert jegliches Risiko einer Kontamination. Angesichts der extrem hohen Temperaturen und potenziell gefährlichen Atmosphäre ist faseroptische Technologie entscheidend für die Aufrechterhaltung genauer und sicherer Temperaturmessungen.

Der Optris-Pyrometer ist sowohl zuverlässig als auch äußerst kosteneffizient und liefert präzise und konsistente Temperaturdaten zu halb so hohen Kosten wie konkurrierende Produkte. Dies macht ihn zu einer wirtschaftlichen Wahl, ohne Abstriche bei der Leistung. Zudem ermöglicht die kürzere Lieferzeit des Infrarotsensors eine schnellere Implementierung und Entwicklungszyklen. Der kontinuierliche technische Support von Optris gewährleistet eine zügige Lösung möglicher Probleme, sodass Kunden auf deren Expertise für eine kontinuierliche Prozessoptimierung vertrauen können. Dieser umfassende Ansatz garantiert nicht nur sofortigen Erfolg, sondern fördert auch langfristige Partnerschaften.

Siliziumtemperatur Diagramm

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