用于弧光灯的氮注入制造技术

提供了用于减少一个或更多个弧光灯的污染的系统和方法。一个示例实现方式涉及毫秒退火系统。该毫秒退火系统包括用于使用毫秒退火工艺对基底进行热处理的处理室。该系统还包括一个或更多个弧光灯。一个或更多个弧光灯中的每一个均耦接至用于在弧光灯的操作期间使水循环通过弧光灯的水回路。该系统包括试剂注入源，该试剂注入源被配置成在弧光灯的操作期间将试剂例如氮气引入到循环通过弧光灯的水中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于弧光灯的氮注入优先权声明本申请要求于2015年12月30日提交的题为“NitrogenInjectionforLampsinaMillisecondAnnealSystem”的美国临时申请第62/272,942号的优先权的权益，其通过引用并入本文。
本公开内容总体涉及可以用在例如毫秒退火系统中以用于基底例如半导体基底的热处理的弧光灯。
技术介绍
毫秒退火系统可以用于半导体加工以用于基底(substrate)例如硅晶片的超快速热处理。在半导体加工中，快速热处理可以用作退火步骤以修复注入损伤、改善沉积层的质量、改善层界面的质量、激活掺杂剂以及实现其他目的，同时控制掺杂物质的扩散。可以使用强烈且短暂的曝光来以能够超过每秒104℃的速率对基底的整个顶表面进行加热来实现半导体基底的毫秒级或超快速温度处理。基底的仅一个表面的快速加热可以产生贯穿基底的厚度的大温度梯度，而基底的大部分保持曝光之前的温度。因此基底的大部分用作散热器，从而产生顶表面的快速冷却速率。
技术实现思路
本公开内容的实施方式的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者其可以从该描述中了解到，或者其可以通过对实施方式的实践来了解到。本公开内容的一个示例方面涉及一种毫秒退火系统。该毫秒退火系统包括用于使用毫秒退火工艺来对半导体基底进行热处理的处理室。该系统还包括一个或更多个弧光灯。一个或更多个弧光灯中的每一个均耦接至用于在弧光灯的操作期间使水循环通过弧光灯的水回路。该系统包括氮气注入源或其他试剂源，所述氮气注入源或其他试剂源被配置成在弧光灯的操作期间将氮气或其他试剂引入到循环通过弧光灯的水中。可以对本公开内容的示例方面进行改变和修改。本公开内容的其他示例方面涉及用于热处理半导体基底的系统、方法、设备和处理。参考以下描述和所附权利要求，各种实施方式的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于说明相关原理。附图说明在说明书中参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的实施方式的详细讨论，在附图中：图1描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火加热概况；图2描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统的一部分的示例透视图；图3描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统的分解图；图4描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统的截面图；图5描绘了在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例灯的透视图；图6描绘了在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统的晶片平面板中使用的示例边缘反射器；图7描绘了可以在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例反射器；图8描绘了可以在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例弧光灯；图9至图10描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例弧光灯的操作；图12描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例电极的截面图；图13描绘了用于根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统的示例温度测量系统；图14描绘了根据本公开内容的示例实施方式的具有氮气注入和pH传感器的示例灯水回路；以及图15描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例方法。具体实施方式现在将详细参考实施方式，在附图中示出了实施方式的一个或更多个示例。提供每个示例作为对实施方式的说明而不是对本公开内容的限制。事实上，对于本领域技术人员将明显的是，在不偏离本公开内容的范围或精神的情况下可以对实施方式进行各种修改和改变。例如，被示出或描述为一个实施方式的一部分的特征可以与另一实施方式一起使用以产生又一实施方式。因此，意在本公开内容的各方面涵盖这样的修改和改变。概述本公开内容的示例方面涉及控制在弧光灯中使用的水的pH值以减少弧光灯上的污染物的沉积。出于说明和讨论的目的，将相对于与毫秒退火系统结合使用的弧光灯来讨论本公开内容的各方面。使用本文提供的公开内容的本领域的普通技术人员将理解，本公开内容的各方面可以与弧光灯一起用在其他应用中，例如用于金属的处理(例如，熔化钢的表面)以及其他应用。另外，出于说明和讨论的目的，相对于“晶片”或半导体晶片来讨论本公开内容的各方面。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，本公开内容的示例方面可以与任何半导体基底或其他合适的基底相关联地使用。术语“约”与数值结合使用意在指在所述数值的10％以内。可以使用强烈且短暂的曝光来以能够超过104℃/s的速率加热基底的整个顶表面来实现半导体基底的毫秒级或超快速热处理。可以将闪光应用于预先以最高达150℃/秒的斜坡速率被加热至中间温度Ti的基底。闪光可以通过位于例如处理室顶部的一个或更多个闪光弧光灯来施加。至中间温度Ti的较慢加热过程可以通过位于例如处理室的底侧的一个或更多个连续模式弧光灯来实现。这些连续模式灯可以通过晶片的底表面加热晶片的整个大部分。如下面详细讨论的，在根据本公开内容的示例方面的毫秒退火系统中使用的弧光灯可以是明流弧光灯(openflowarclamp)，在明流弧光灯中，加压的氩气在电弧放电期间被转换成高压氩等离子体。电弧放电发生在带负电的阴极与间隔开例如约300mm的带正电的阳极之间。一旦电极之间的电压达到氩气的击穿电压(例如，约30kV)，则形成发射在光谱的可见光范围和UV范围内的光的稳定的低电感氩等离子体。闪光弧光灯和连续模式弧光灯二者均可以使用相同的基本构造原理。等离子体可以被包含在石英管壳体内，石英管壳体可以通过水壁从内部进行水冷却。水壁可以以高流速在灯的阴极端注入，并且可以在阳极端排出，反之，水壁可以以高流速在灯的阳极端注入，并且可以在阴极端排出。这同样可以用于氩气，氩气也可以在阴极侧进入灯，并且可以从阳极侧排出，反之，氩气可以在阳极侧进入灯，并且可以从阴极侧排出。形成水壁的水垂直于灯轴线被注入使得离心作用产生水涡流。因此，沿着灯的中心线形成了用于氩气的通道。氩气柱可以沿与水壁相同的方向旋转。一旦已经形成等离子体，则水壁可以保护石英管，并且可以将等离子体限制至中心轴线，使得水壁和/或电极与高能等离子体直接接触。由于电极经受高热负荷，所以端头由钨制成并且被熔合至水冷铜散热器。铜散热器构成电极的内部冷却系统的一部分，另一部分位于电极的黄铜基座中。如下面详细讨论的，弧光灯每个均可以是用于水和氩气的明流系统。然而，出于保护的原因，这两种媒介均可以在闭合回路中循环。高纯度水和氩气可以被馈送至灯。高纯度水被用于水壁和电极的冷却。离开灯的是气体/水混合物。在水/气体混合物可以被重新馈送至灯的入口之前，水/气体混合物需要被分离成无气体的水和无液态水的氩气。为了跨灯产生所需要的压力降，可以通过水驱动喷射泵来泵送气体/水混合物。高功率电动泵可以提供水压以驱动灯中的水壁、用于灯电极的冷却水以及用于喷射泵的动力流。喷射泵下游的分离器容器可以从混合物提取液体和气相(氩气)。在氩气重新进入灯之前，氩气可以在凝聚式过滤器中被进一步干燥。水可以通过颗粒过滤器以去除由于电弧而溅射到水中的颗粒。离子污染可以通过离子交换树脂去除。一部分水可以流过混合床离子交换过滤器。离子交换旁路的入口阀可以通过水电阻率来控制。如果水电阻率下降至下限值以下，则阀可以打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种毫秒退火系统，包括：处理室，用于使用毫秒退火工艺对基底进行热处理；一个或更多个弧光灯，所述一个或更多个弧光灯中的每一个均耦接至用于在所述弧光灯的操作期间使水循环通过所述弧光灯的水回路；其中，所述系统包括氮气注入源，所述氮气注入源被配置成在所述弧光灯的操作期间将氮气引入到循环通过所述弧光灯的水中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.30 US 62/272,9421.一种毫秒退火系统，包括：处理室，用于使用毫秒退火工艺对基底进行热处理；一个或更多个弧光灯，所述一个或更多个弧光灯中的每一个均耦接至用于在所述弧光灯的操作期间使水循环通过所述弧光灯的水回路；其中，所述系统包括氮气注入源，所述氮气注入源被配置成在所述弧光灯的操作期间将氮气引入到循环通过所述弧光灯的水中。2.根据权利要求1所述的毫秒退火系统，其中，所述氮气注入源被布置在所述水回路中，以在水进入所述弧光灯之前将氮引入到水中。3.根据权利要求1所述的毫秒退火系统，其中，所述水回路包括喷射泵，所述喷射泵被配置成产生跨所述弧光灯的压力降。4.根据权利要求3所述的毫秒退火系统，其中，所述氮气注入源被配置成在所述喷射泵的吸入端口处引入氮气。5.根据权利要求1所述的毫秒退火系统，其中，所述水回路还包括用于向所述灯提供氩气的入口。6.根据权利要求1所述的毫秒退火系统，其中，所述弧光灯被配置成将氩气/水混合物排出到所述水回路中。7.根据权利要求6所述的毫秒退火系统，其中，所述水回路包括分离器，所述分离器被配置成将所述氩气/水混合物中的氩气与水分离。8.根据权利要求1所述的毫秒退火系统，其中，所述水回路包括一个或更多个颗粒过滤器，所述一个或更多个颗粒过滤器被配置成去除由于等离子体电弧而溅射到水中的颗粒。9.根据权利要求1所述的毫秒退火系统，其中，所述系统还包括被配置成测量所述水回路中的水的pH值的pH传感器。10.根据权利要求9所述的毫秒退火系统，其中，所述系统还包括一个或更多个控制设备，所述一个或更多个控制设备被配置成控制在所述弧光灯的操作期间氮气到循环通过所述弧光灯的水中的注入。11.根据权利要求10所述的毫秒退火系统，其中，所述一个或更多个控制设备被配置成：至少部分地基于指示由所述pH传感器测量的pH值的数据以及指示...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·布雷芒斯多费尔，佩特·伦贝西斯，约瑟夫·西贝尔，达韦·卡姆，
申请(专利权)人：马特森技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US