CN102017102A - 用于高压快速热处理的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
描述了用于衬底的高压快速热处理的方法和设备。在快速热处理室中处理衬底的方法被描述为包括：将衬底从所述快速热处理室的外部通过进入口传递到位于所述处理室的内部区域中的支撑件上；关闭对该室进行密封的口门；将室加压到大预约1.5个绝对大气压的压力；以及将辐射能量引导向所述衬底。高压快速热处理室被描述为构造为恭候大于至少约1.5个绝对大气压的压力，或者可选地，2个绝对大气压的压力。处理室可以包括压力控制阀，以控制室内的压力。
Description
技术领域
本发明主要涉及衬底的热处理。特别地，本发明的实施例涉及在超大气压下的半导体衬底的快速热处理。
背景技术
快速热处理(RTP)是充分发展的用于制造半导体集成电路的技术，其中，在RTP室中利用高强度光辐射对例如硅晶片的衬底进行照射，以将衬底快速地加热到相对高的温度，来热激活衬底中的处理。一旦衬底已经受到了热处理，就将辐射能量去除并且衬底快速地冷却。这样，因为围绕衬底的室没有被加热到处理衬底所需要的升高的温度并且只有衬底被加热，所以RTP是有能量效率的。换言之，在快速热处理过程中，被处理的衬底不与周围环境(即，室)热平衡。
从硅或其他晶片制造集成电路包括许多步骤：对层进行沉积、对层进行光刻图案化并且对经图案化的层进行蚀刻。使用离子注入来将活性层掺杂到半导体硅中。制作工序也包括晶片的热退火(对于许多使用来说包括使得注入损伤硬化并且使得掺杂物被激活)、结晶化、热氧化和氮化、硅化、化学气相沉积、气相掺杂以及热清洁等。
虽然在硅技术的早期阶段中的退火通常包括在退火炉中将多个晶片加热较长时间，但是已经越来越多地使用RTP来满足对具有越来越小的电路特征的衬底进行处理的更加严格的要求。通常通过利用来自高强度灯的排列的光照射晶片，来在单晶片(或衬底)室中执行RTP，其中高强度灯朝向晶片的、其上正在形成集成电路的前面。辐射至少部分地由晶片吸收并且将其快速地加热到期望的高温，例如600℃以上，或者在一些应用中，1000℃以上。可以将辐射加热快速地打开或关闭，以可控制地将晶片加热相对短的时间，例如，一分钟或者例如30秒，或者更具体地，10秒，并且更具体地，一秒。RTP室中的温度变化能够以至少约20℃每秒到50℃每秒或更高的速度发生，例如，至少约100℃每秒或至少约150℃每秒。
当在RTP室中处理衬底时，污染物在室的内表面上堆积。从沉积到晶片上的物质或晶片固有的物质产生污染物，并且污染物可以包括硅、硼、砷、磷等的化合物。这种污染物的堆积导致需要清洁室的内表面。内表面包括高温计探头、反射器板和覆盖灯表面的石英窗口。在对室进行清洁时，它不能够被用来处理附加的衬底，导致产量损失。因此，现有技术中存在延长室清洁之间的时间段的方法和设备。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于在处理室中在超过至少约1.5个绝对大气压或可选择地2个绝对大气压的压力下进行衬底(例如，半导体衬底)的快速热处理的方法和设备。如这里所使用的，“绝对压力”指的是处理容积中的气体的压力并且可以与短语“内部压力”或“内部室压”互换。
在一个实施例中，这里描述的方法和设备意图通过减小污染物粒子的扩散率来延长室清洁之间的时间段。污染物扩散率的减小通常是气体绝对压力的函数。根据一个或多个实施例，增加RTP室中的惰性气体的内部压力将会使得可能由高温处理而释放的污染物粒子的扩散率减小。
本发明的实施例涉及在RTP室中处理衬底的方法，其包括：将衬底从所述快速热处理室的外部通过进入口传递到位于所述处理室的内部区域中的环状支撑件上；关闭所述进入口，使得RTP室与环境空气隔离；将RTP室加压到大于约1.5个绝对大气压或者可选择地2个绝对大气压的压力；以及将辐射能量朝向所述衬底引导，以在至少约50℃每秒的速率下可控制地并且均匀地加热衬底。在一个实施例中，RTP室被加压到大于约1.5个绝对大气压。在另一个实施例中，RTP室被加压到约1.5个绝对大气压或者可选择地2个绝对大气压与约5个绝对大气压之间。在另一个实施例中，RTP室被加压到约1.5个绝对大气压或者可选择地2个绝对大气压与约10个绝对大气压之间。处理是可以被加压到的示例压力包括高达约2.5、3、3.5、4、4.5或5个绝对大气压的压力。在一个实施例中，方法也包括对于可以是半导体衬底的衬底进行退火。
本发明的一个或多个方面包括在RTP室中处理衬底的方法，其可以包括快速热退火。在一个或多个实施例中，在RTP室中处理衬底的方法包括将衬底从所述快速热处理室的外部通过进入口传递到位于所述处理室的内部区域中的环状支撑件上，以及关闭所述进入口，使得所述快速热处理室被密封。如这里所使用的，术语“密封”应当包括使得室与具有比处理室内的压力减小的压力的空气相隔离。术语“密封”也包括使得室与空气、室外部的空气和/或传输室气氛相隔离。
在本发明的一个或多个实施例中，在密封了室之后，方法还包括将RTP室加压到大于约1.5个绝对大气压的压力；以及将辐射能量朝向所述衬底引导，以在至少约50℃每秒的速率下可控制地并且均匀地加热衬底。在具体实施例中，方法包括将RTP室加压到约1.5个绝对大气压或者可选择地2个绝对大气压与约5个大气压之间的范围内的绝对压力。在本方法的更具体的实施例中，RTP室被加压到高达约2.5、3、3.5、4或4.5个大气压。
这里描述的在RTP室中处理衬底的方法的一个或多个实施例采用了诸如半导体晶片的衬底。用在一个或多个实施例中的室也包括辐射热源和室与辐射热源之间的盘状表面。在一个或多个实施例中，盘状表面被构造或设计为承受至少约1.5个绝对大气压，或者可选择地，2个绝对大气压的压力。在更具体的实施例中，盘状表面被构造为承受在约1.5个绝对大气压或可选择地2个绝对大气压到约高达约2.5、3、3.5、4、4.5或5个绝对大气压的范围内的压力，并且可以在对衬底进行处理的同时承受这种压力。室也可以包括位置与辐射热源相对的发射器板，该反射器板构造或设计为承受至少1.5个绝对大气压或可选择地2个绝对大气压的压力，和/或可选择地，承受高达约2.5、3、3.5、4、4.5或5个绝对大气压的范围内的压力。
本发明的第二方面关于可以是冷壁反应器型的RTP室，其包括：限定室容积的室体；用于在所述室中支撑衬底以进行处理的衬底支撑件；对衬底进行加热的第一热源；以及控制室内的压力的压力控制阀。在一个或多个实施例中，衬底支撑件与定子磁力耦合。
在一个或多个实施例中采用的压力控制阀包括背压式调节器和压力控制器。一个或多个实施例的压力控制阀控制或保持室内的压力为超过1.5个绝对大气压或者可选择地2个绝对大气压。在一个或多个实施例中采用的压力控制阀可以控制或保持室内的压力在从约1.5个绝对大气压或者可选择地2个绝对大气压到约5个绝对大气压的范围内。在具体实施例中，压力控制阀可操作以控制或保持室内的压力分别高达2.5、3、3.5个绝对大气压、4个绝对大气压或者4.5个绝对大气压。
在一个实施例中，室包括在处理容积与辐射热源之间的盘状表面。盘状表面可以构造为承受至少约1.5或2个绝对大气压的压力。在一个或多个实施例中，位于辐射热源与处理容积之间的盘状表面形成窗口，如果它足够厚的话，其能够支撑或称周在处理容积中的压力梯度。在一个或多个实施例中，盘状表面可以由热源壳体支撑，例如灯头壳体，并且构造和/或设计为承受压力梯度。在另一个实施例中，盘状表面被构造为承受高达约10个绝对大气压的压力。在一个实施例中，室包括位置与辐射热源相对的发射器板，该反射器板构造或设计为承受至少1.5个绝对大气压或可选择地2个绝对大气压的压力。在另一个实施例中，反射器板被构造为承受高达约10个绝对大气压的压力。高达约2.5、3、3.5、4、4.5或5个绝对大气压的压力是示例性的。
附图说明
图1示出了根据一个或多个实施例的RTP室的截面图；以及
图2示出了根据一个或多个实施例的RTP室的简化等角图。
具体实施方式
在描述本发明的数个示例实施例之前，应该理解本发明不限于在以下描述中陈述的构造或处理步骤的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。
本发明的实施例提供了用于改善的RTP室的方法和设备。可以适合于从本发明受益的RTP室的示例是可以从CA的Santa Clara的AppliedMaterials，Inc.买到的“Applied Vantage RadiancePlus RTP”和
热处理系统。将会理解，在附图中示出了涉及根据本发明的实施例的所谓的“冷壁反应器”(其中，处理室的壁的温度小于被处理的衬底的温度)的具体实施例的同时，在超过大气压的室内压(例如，超过1个大气压、超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力)下处理晶片处理也可以应用到具有其他类型的加热或冷却系统的室。例如，这里描述的处理方法将会结合使用采用电感或电阻加热的加热/冷却系统。此外，虽然已经主要参照RTP示出了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员将会理解化学气相沉积(CVD)也将会是适用的。因此，根据本发明的一个或多个实施例，提供了用于任何类型的RTP室中、在超过大气压的室内压(例如，超过1个大气压、超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力)下的快速热处理的方法和设备。
根据本发明的一个或多个实施例，在超过1.5个绝对大气压或者可选地在超过2个绝对大气压的压力下操作RTP室增加了室清洁之间的时间段。通过增加RTP室中的惰性气体或处理气体的压力来实现处理室中的绝对压力的增加，将会导致可以由高温处理而释放的污染物粒子的扩散率的减小。在处理气体的情况下，增加的压力也可能使得在衬底表面或气相内更高速率的反应成为可能。
因为污染物的扩散大致与总压力或绝对压力相反地变化，所以使得绝对压力翻倍将导致室组件(包括高温计探头、反射器板和例如灯头窗口的灯表面)的清洁之间的时间段加倍。对于适度的压力增加，浮动效果(buoyancy effect)将会较小并且可以被用来帮助将沉积物引导到更不关键的区域。
RTP通常在0.007个大气压到1.05个大气压(5到800托)的压力下工作。照这样，RTP室(包括内部组件)已经被设计为在次大气压或近大气压条件下工作。为了在大于大气压的压力(特别地，超过1.5个绝对大气压，或可选择地2个绝对大气压)下工作，需要对于进入口(accessport)、反射器板和灯头的盘状区域、转子井和侧壁以及下文中描述的其他固定物进行加强。例如，对在室与晶片供给部之间的阀或进入口进行调整以使其在超大气压压力下工作，其中，室与晶片供给部之间的阀或进入口允许晶片经过其到达室的内部。本发明的实施例提供了构造为承受大于大气压的内部压力，特别是超过1.5个绝对大气压或可选地2个绝对大气压的RTP室。在某些冷壁室中，可能需要重新设计允许晶片从晶片供应部传递到室的内部的进入口。可以通过增强在阀的外侧的保持固定部(retaining fixturing)或者通过将阀重新定位以使得O形环密封面在内部并且通过内部压力而挤压室侧壁的密封面而完成这种重新设计。根据一个或多个实施例，RTP室的其它部分(包括反射器板的盘状区域和灯头的盘状区域)被加固以承受超过约1.5个绝对大气压或可选地2个绝对大气压的压力。可以使用背板来提供灯头和/或反射器板的额外的刚性(stiffening)。可以将更厚的材料或更高强度的合金用在转子井或侧壁的构造中。具有侧约束的更高额定压力的伸缩管可以被用在抬升销组件中，并且可以机械地增强光学管反射器板密封的完整性以防止更高的内部压力使得光学管偏移。
图1概略地表示了RTP室10。Peuse等人在美国专利No.5,848,842和No.6,179,466中进一步描述了这种类型的反应器的细节及其教导。晶片或衬底12(例如要被热处理的诸如硅晶片的半导体晶片)通过阀或进入口13进入室10的处理区域18中。晶片12在其外周侧上由具有环状边缘环14的形式的衬底支撑件支撑，环状边缘环14具有与晶片12的角部相接触的环状倾斜隔板15。Balance等人在美国专利No.6,395,363中更完整地表述了边缘环及其支撑功能。晶片的方向被确定为使得已经形成在晶片12的前表面中的处理特征16通过透明石英窗口20相对于向下的引力场而面朝上，朝向限定在其上侧的处理区域18。与示意图相反，多数部分的特征16不突出超过晶片12的表面很多距离，而是构成在表面的平面内或附近的图案。晶片特征16的特性是多面的，并且将会在下文中讨论。当在桨片或机械臂叶片(未示出)使得晶片进入室中与到边缘环形衬底支撑件14上之间操作晶片时，抬升销22可以被升高和降低以支撑晶片12的背面。辐射加热设备24定位在窗口20和衬底支撑件14上方，以将辐射能量直接向晶片12引导并且因此对其进行加热。在室10中，辐射加热设备包括大量的(示例的数目是409)、定位在密集排列的各个反射性六边形管27中的高强度钨-卤素灯26，其中六边形管27向下延伸并且抵抗内部室压而对窗口20进行支撑。
灯26的排列有时候也被称作灯头。在一个或多个实施例中，灯头组件具有在室中高达约5个绝对大气压的增高的气压下，防止大于约0.010英寸的轴向变形的刚性。可以通过增加灯头的整体厚度或者通过使用更高强度或通过使用更高强度的合金金属而承受室中增加的压力，来增加灯头组件的刚性。在一个或多个替换实施例中，可以采用背板来向灯头提供额外的刚性。可以实验地和/或通过有限元建模来确定这种材料或尺寸的变化。可以用其他照射设备来替代。一般地，这些涉及进行电阻加热以使得辐射源的温度快速地上升。
如这里所使用的，RTP指的是能够以约50℃/秒或更高的速率(例如，以从约100℃/秒到150℃/秒的速率以及从200℃/秒到400℃/秒的速率)来均匀地加热晶片的设备或处理。在RTP室中的一般下降(降温)速率在80℃/秒到150℃/秒的范围内。在RTP室中执行的一些处理需要横跨衬底的温度变化小于数十摄氏度。因此，RTP室必须包括灯或其他合适的加热系统，并且能够以高达100℃/秒到150℃/秒的速率以及200℃/秒到400℃/秒的速率进行加热的加热系统控制将该RTP室与不具有加热系统和能够以这些速率快速地加热的加热控制系统的其他类型的热学室区别开来。
将横跨晶片12的温度控制到晶片12上均匀的、精密地限定的温度是很重要的。改善均匀性的一个被动装置包括与比晶片12大的区域平行并在其上方延伸并且面向晶片12的背侧的反射器28。反射器28有效地将从晶片12发射的热辐射朝向晶片12反射回去。晶片12与反射器28之间的间隔优选地在3到9mm的范围内，并且腔的宽度与厚度的高宽比有利地大于20。可以由金涂层或多层电介质干涉反射镜制成的反射器28在晶片12的后面有效地形成黑体腔，其中黑体腔趋向于将热量从晶片12的更暖的部分分布到更凉的部分。在例如在美国专利号6,839,507和7,041,931中公开的其他实施例中，反射器28可以具有更不规则的表面并且具有黑色或涂有其它颜色的表面，以更精确地接近黑体壁。虽然在来自灯26的辐射具有与更高的温度的灯26相对应的分布，但是黑体腔填充有与晶片12的温度相对应的、通常按照普朗克分布(Planck distribution)描述的辐射分布。优选地，反射器28被设置在水冷基座上，以特别是在降温过程中将过度辐射从晶片散热出去。
改善均匀性的一个方式包括支撑在可旋转的圆柱体部30上的边缘环14，其中可旋转圆柱体部30磁耦合到定位在室的外侧的可旋转凸缘32。电动机(未示出)使得凸缘32旋转并且因此使得晶片绕其中心34旋转，其中中心34也是一般对称室的中心线。
改善均匀性的另一种方式将灯26划分为绕中心34的大致环状布置的区域。控制电路改变递送到不同区域中的灯26的电压，以由此调整辐射能量的辐射分布。通过多个高温计40来实现分区加热的动态控制，其中高温计40穿过反射器28中的孔而耦合通过定位为面向晶片12的背面的光学光管42，来测量横跨旋转晶片12的半径的温度。光管42可以由各种结构形成，包括蓝宝石、金属和硅纤维。计算控制器44接收高温计40的输出并且相应地控制供给到灯26的不同环的电压，来由此在处理期间动态控制照射加热强度和图案。高温计主要测量例如在范围从约700到1000nm内的40nm的窄波段的光强度。控制器44或其他仪器通过根据保持在该温度下的黑体辐射出的光强度的光谱分布的公知的普朗克分布，来将光强度转换为温度。然而，高温计受到被扫描的晶片12的部分的发射率的影响。发射率ε可能在黑体的1与完美反射体的0之间变化，并且因此是晶片背面的反射率R＝1-ε的相反的测量。虽然晶片的背表面通常是均匀的而因此可以预料到均匀的发射，但是背面的组成可能根据在先的处理而变化。通过进一步包括辐射率计而对于晶片进行光学地探测，来测量晶片的、辐射率计所面对的部分在相关波长范围中的发射率或反射率，并且在控制器44中包括控制算法来将所测量的发射率计算进去，可以对高温计进行改善。
在图1中示出的实施例中，衬底12与反射器28之间的间隔是由给定衬底12的期望的热暴露来决定的。在一个实施例中，可以以更远离反射器28的距离来放置衬底12，以增加向衬底的热暴露的量。在另一个实施例中，衬底12可以被放置得更靠近反射器28，以减少向衬底12的热暴露的量。在衬底12的加热过程中的衬底12的精确位置以及在具体位置中消耗的停留时间取决于向衬底12的热暴露的期望的量。
在另一个实施例中，当衬底12在接近反射器28的更低的位置中时，从衬底12向反射器28的热传导增加并且增强了冷却处理。增加的冷却速率转而促进最佳的RTP性能。衬底12定位越靠近反射器28，热暴露的量将会按比例地降低。图1中示出的实施例允许衬底12支撑件容易在室内的不同竖直位置处浮动，以允许控制衬底的热暴露。
图2中示出了RTP室200的替换实施例。通过比较图1和图2，很明显在图2中，灯头206(图2)相对于衬底支撑件202的定位与图1中示出的构造相反。换言之，图2中的灯头206定位在衬底支撑件下方，其允许具有已经形成在晶片的前表面中的特征(诸如管芯)的衬底面朝上并且使得不包含特征(诸如管芯)的衬底的背面被加热。此外，重新设计来应对增加的室压并且在上文中关于图1讨论的组件可以使用在图2中示出的这种类型的室中。类似地，重新设计来应对增加的室压并且关于图2讨论的组件可以使用在图1中示出的这种类型的室中。在图2中，处理室200包括衬底支撑件202、限定内部容积220的室体204(其具有壁208、底部210和顶部212)以及反射器板228。在室的一个或多个实施例中，室的底部210具有防止在高达约5个绝对大气压的室压下轴向变形的量大于约0.010英寸的刚度。这可以通过对传统的室进行增强(诸如提供更厚的室壁)或者通过对于壁的构造使用更强的材料来完成。合适的材料和壁厚度可以经验地确定或者通过有限元建模来确定。
定位为与辐射热源相对的反射器板228可以被构造为承受至少2个绝对大气压。具体的实施例可以构造为使得反射器板可以承受超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力。替换实施例具有构造为承受高达并超过10个绝对大气压的反射器板。
壁208通常包括至少一个衬底进入口248(在图2中示出了一部分)，以使得衬底240的进出变得容易。进入口248可以连接到传输室(未示出)或负载锁止室(未示出)并且可以可选择地利用具有密封门246的狭缝阀密封。阀410可以连接到压力控制器400和压力调节器420。在一个或多个实施例中，压力控制阀被设计为将室内的压力控制到从约1个绝对大气压到直到约5个绝对大气压的范围内。在具体实施例中，压力控制阀被设计为将绝对压力控制在超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的压力内。
用于将室内的绝对压力控制在比传统的处理中更高的压力下的合适的控制方案和装置的示例是以处于接下来描述的范围/值处的指定的传输压力来传输气体。合适的气流控制器将气体传输到室中，直到室中的绝对压力到达期望的值。可以采用用于将压力调节到期望的值或范围的合适的背压式压力调节器420(例如，任何合适的弹性负载、穹顶负载(dome load)或空气负载调节器)。合适的调节器的示例是能够从MN的Elk River的Tescom买到的Tescom 26-2300调节器。合适的气流控制器的示例是也可以从Tescom买到的ER3000系列电子压力控制器。
门246也能够承受从室内施加的、数量在超过约1个绝对大气压直到超过约5个绝对大气压的范围内的力。例如，门246被设计为承受超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力。可以使用有限元建模来设计合适的门。
室200也包括由对于热量和各种波长的光(可以包括红外(IR)光谱)透明的材料制成的窗口214，来自辐射热源206的光子可以穿过该窗口214来加热衬底240。在图2中示出的实施例中，底部210包括在窗口214与灯头206之间延伸的凸缘211，而在窗口214与灯头206之间产生间隙。在替换实施例中，灯头206可以包括凹陷(未示出)来容纳凸缘211，或者凸缘211可以被除去以使得窗口214可以在其表面的大部分上由灯头206支撑。因此，在其中存在凹陷来接收窗口或者不存在凸缘211的这种实施例中，应该理解在灯头206与窗口214之间没有间隙或空间。在一个实施例中，窗口214由石英材料制成，但是可以使用对于光透明的材料，诸如蓝宝石。窗口214也可以包括具有临时支撑结构的功能的多个抬升销244。适合于选择性地接触并支撑衬底240的抬升销244耦合到窗口214的上表面，以有助于将衬底传送进出室200。
在一个实施例中，辐射热源206提供足够的辐射能量以对衬底进行热处理，例如，对于设置在衬底240上的硅层进行退火。衬底240的加热的动态控制可以由适合于测量横跨衬底240的温度的一个或多个温度传感器217(例如，光学高温计)影响。一个或多个温度传感器217可以适合于在处理之前、处理过程中以及处理之后传感衬底240的温度。在图2中示出的实施例中，温度传感器217被设置为穿过室的顶部212，但是也可以使用在室体204内部和周围的其他位置。温度传感器217可以是光学高温计(作为示例，具有光纤光学探头的高温计)并且可以连接到传感器控制器280。
室200也可以包括用于将气体引入室中和/或用于将室保持在预设压力范围内的气体入口260和气体出口(未示出)。在一个或多个实施例中，可以通过气体入口260而将气体引入室的内部容积220中，来与衬底240进行反应。一旦进行了处理，可以使用气体出口(未示出)将气体从室中排出。气体入口包括控制通过气体入口260进入室中的气体的流动速率的气体入口控制阀262。气体入口控制阀262在超过约1个绝对大气压直到超过约5个绝对大气压的范围内的压力下工作。例如，气体入口控制阀262被设计为控制向处理容积的气体流动速率，其中处理容积保持在超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力内的绝对压力下。将会理解，室可以包括多个气体入口和控制阀，以允许一种以上的气体流动到室中。
在图2中示出的实施例中，定子组件218环绕室体204的壁208，并且连接到一个或多个致动器组件222，其中致动器组件222控制定子组件218沿着室体204的外部的高度。定子组件218可以磁耦合到设置在室体204的内部容积220内的衬底支撑件202。衬底支撑件202可以包含或包括产生磁性轴承组件来抬升和/或旋转衬底支撑件202的转子系统250。转子系统250可以包括由转子井壁252限定边界的转子井。可以使用可以经验地和/或通过有限元建模来确定的更厚的材料或更高强度的合金来形成或构造转子井壁。类似地，室侧壁208也可以由更厚的材料和/或具有更高强度的材料(诸如更高强度的合金)来构造。在一个或多个实施例中，转子井壁252的外径被构造为在高达约5个绝对大气压的室压下径向变形小于0.001英寸。可选择地，可以利用不干涉转子的功能的辅助材料(例如，高强度环氧树脂或结合剂)来对转子壁进行加固。
在一个实施例中，电动机238(诸如步进电机或伺服电机)被连接到致动器组件222以响应于控制器300的信号而提供可控制的旋转。可选择地，可以采用其他类型的致动器222(诸如气压缸、液压缸、滚珠螺杆、螺线管、线性致动器和凸轮随动件)来控制定子218的线性位置。
室200也包括控制器300，其主要包括中央处理单元(CPU)310、支持电路320和存储器330。CPU 340可以是能够用在用于控制各种动作和子处理器的工业设置的任何形式的计算机处理器中的一种。存储器330或者计算机可读介质可以是一个或多个容易获得的存储器，诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或者任何其他形式的数字存储、本地或远程存储器，并且通常连接到CPU 310。支持电路320连接到CPU 310，以按照传统的方式来支持控制器300。这些电路包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。
在一个或多个实施例中，存在于室中的任何凸缘能够承受由在从约2个绝对大气压到约5个绝对大气压压力的范围内的内部处理容积压力产生的力。在具体实施例中，一个或多个凸缘可以承受从室内施加的力，凸缘被设计为承受超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力。
在一个或多个实施例中，室200的全部组件都在其中内部容积220的压力在超过约1个绝对大气压到超过5个绝对大气压的范围内的条件下工作。在具体实施例中，组件可以包括O形环形密封结构，其中O形环形密封结构在其中内部容积220中的压力在从约1个绝对大气压到约5个绝对大气压的范围内的条件下起作用。室200的一个或多个示例包括观察口290，通过该观察口290可以观察RTP处理的进展。观察口可以包括保持器(未示出)。在一个或多个实施例中，观察口和/或保持器承受室的内部容积220内的、在从约2个绝对大气压直到超过约5个绝对大气压的范围内的压力。总的来说，室的组件被设计为承受超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力。
例如，根据其他实施例，室还包括在室处理容积与辐射热源之间的盘状表面，该盘状表面构造为承受至少2个绝对大气压的压力。具体实施例具有这样的盘状表面，其构造为承受超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力。替换实施例具有构造为承受直到并超过10个绝对大气压的绝对压力的盘状表面。
本发明的一个或多个实施例涉及处理衬底的方法。衬底穿过阀或进入口而进入RTP室中。进入口被关闭以将室内部与外界环境和环境空气隔离开。衬底被放置在位于RTP室中的支撑结构上。辐射能量被引导朝向衬底，以在至少约50℃/秒的速率下可控制地加热衬底。辐射至少部分地由晶片吸收，并且将其快速地加热到期望的高温，例如600℃以上，或者在一些应用中，1000℃以上。辐射加热可以被快速地打开和关闭，以可控制地在相对短的时间段内加热晶片，例如一分钟或者例如30秒，更具体地10秒并且甚至更具体地一秒。RTP室中的温度变化能够以至少约25℃每秒到50℃每秒以及更高的速率(例如，至少约100℃每秒或至少约150℃每秒)发生。可以通过将惰性气体流动到室中来对进RTP室行加压，直到室到达超过约1.5个绝对大气压或可选择地2个绝对大气压的总压力。在这些高压条件下处理衬底。
一些实施例的方法将高压RTP室加压到约1.5个绝对大气压以上，或者可选择地2个绝对大气压以上，并且特别是5个绝对大气压以上。在具体实施例中，高压RTP室被加压到约1.5个绝对大气压或可选地2个绝对大气压与约5个绝对大气压之间。在更具体的实施例中，方法包括将室加压到超过1.5个大气压、超过2个大气压、超过2.5个大气压、超过3个大气压、超过3.5个大气压、超过4个大气压、超过4.5个大气压并直到超过5个大气压的绝对压力。在其他具体实施例中，使得高压RTP室被加压到约2个绝对大气压到约10个绝对大气压之间。根据本发明的一个或多个实施例，处理包括使得半导体晶片(例如，硅晶片)快速地热退火。
在本说明书中所指的“一个实施例”、“特定实施例”、“一个或多个实施例”或者“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个部分中。因此，在本说明书的各个位置中出现的短语，诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或者“在实施例中”，不一定指的是本发明的相同的实施例。此外，可以将特定特征、结构、材料或特征以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但是应该理解，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。本领域技术人员可以明白，可以在不离开本发明的精神和范围的状态下对于本发明的方法和设备进行各种修改和变化。因此，本发明意图包括在权利要求及其等价物范围内的修改和变化。
Claims (15)
1.一种在快速热处理室中处理衬底的方法，包括：
将衬底从所述快速热处理室的外部通过进入口传递到位于所述处理室的内部区域中的环状支撑件上；
关闭所述进入口，使得所述快速热处理室被密封；
将所述快速热处理室加压到大于约1.5个绝对大气压的压力；以及
将辐射能量向所述衬底引导，以在至少约50℃每秒的速率下可控制地并且均匀地加热衬底。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述快速热处理室被加压到在从约2个大气压到约5个大气压的范围内的绝对压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述快速热处理室被加压到从高达约3.0个大气压、高达约3.5个大气压、高达约4.0个大气压、高达约4.5个大气压中选择的绝对压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括半导体晶片并且所述处理包括所述半导体晶片的快速热退火。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述室还包括辐射热源和在所述室与所述辐射热源之间的盘状表面，所述盘状表面被构造为承受至少2个绝对大气压的压力。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述盘状表面被构造为承受在从约2个绝对大气压到约5个绝对大气压的范围内的压力。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述室还包括位置与所述辐射热源相对的发射器板，所述反射器板被构造为承受至少2个绝对大气压的压力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述反射器板被构造为承受高达约5个绝对大气压的压力。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底是半导体晶片，并且所述处理还包括所述半导体晶片的快速热退火。
10.一种快速热处理室，包括：
室体，其限定室容积；
衬底支撑件，其用于在所述室中支撑被热处理的衬底；
第一热源，其被构造为对所述衬底进行加热；以及
压力控制阀，其将所述室内的压力控制为超过2个绝对大气压。
11.根据权利要求10所述的室，其中，所述压力控制阀可操作以将所述室内的压力控制到从约2个绝对大气压到约5个绝对大气压的范围内。
12.根据权利要求10所述的室，其中，所述压力控制阀可操作以将所述室内的压力控制到从高达约3.5个绝对大气压、高达约4.0个绝对大气压、高达约4.5个绝对大气压中选择的压力。
13.根据权利要求10所述的室，其中，所述室是冷壁反应器型。
14.根据权利要求10所述的室，其中，所述衬底支撑件磁耦合到定子。
15.根据权利要求10所述的室，其中，所述压力控制阀包括背压式调节器和压力控制器。
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