CN108028214B - 用于毫秒退火系统的气体流动控制 - Google Patents

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Abstract

提供了用于热处理系统中的气体流动的系统和方法。在一些示例性实现方式中，毫秒退火系统的处理室内的气体流动模式可以通过实施如下方面中一者或更多者来改善：(1)改变气体注射入口喷嘴的方向、尺寸、位置、形状和布置或其组合；(2)使用晶片平板中的气体通道将毫秒退火系统的上室和下室连接；和/或(3)通过使用设置在半导体基板上方的衬板来减小处理室的有效体积。

Description

用于毫秒退火系统的气体流动控制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年12月30日提交的标题为“Gas Flow Control forMillisecond Anneal System(用于毫秒退火系统的气体流动控制)”的美国临时专利申请序列号62/272804的优先权权益，其通过参引并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及一种热处理室，并且更具体地涉及用于处理基板例如半导体基板的毫秒退火热处理室。
背景技术
毫秒退火系统可以用在针对基板比如硅晶片的超快热处理的半导体处理中。在半导体处理中，快速热处理可以用作退火步骤来修复注入损伤(implant damage)、改善沉积层的质量、改善层界面的质量，以激活掺杂剂并实现其他目的，同时控制掺杂剂类别的扩散。
半导体基板的毫秒或超快速温度处理可以通过使用强烈且短暂的曝光以可超过每秒104℃的速率加热基板的整个顶表面来实现。基板的仅一个表面的快速加热会在基板的整个厚度上产生大的温度梯度，而基板的块体仍保持曝光之前的温度。因此基板的块体用作散热器，从而实现顶表面的快速冷却速率。
发明内容
本公开的实施方式的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中了解，或者可以通过实施方式的实践来了解。
本公开的一个示例性方面涉及热处理系统。该热处理系统包括通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室。该系统包括配置成为基板的热处理提供热量的多个热源。该系统包括配置成将气体注入处理室中的多个气体入口。气体入口的方向、尺寸、位置、形状或布置中的一者或多者配置成适于增大横穿所述晶片平板的层流。
本公开的另一示例性方面涉及毫秒退火系统。该毫秒退火系统包括具有通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室的处理室。该系统包括配置成为基板的热处理提供闪光的一个或多个弧光灯。该系统包括配置成将气体注入处理室中的一个或多个气体入口。晶片平板具有至少一个气体通道。气体通道的长度大约等于处理室的宽度。
本公开的另一示例性方面涉及毫秒退火系统。该毫秒退火系统包括具有通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室的处理室。该系统包括配置成为基板的热处理提供闪光的一个或多个弧光灯。该系统包括配置成将气体注入处理室中的一个或多个气体入口。该系统可以包括在晶片平板上方以平行关系设置的衬板。
本公开的又一示例性方面涉及用于热处理基板的系统、方法、装置及过程。
参照下面的描述和所附权利要求，各种实施方式的这些特征、方面和优点及其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施方式，并且与下面的描述一起用于说明相关原理。
附图说明
在说明书中参考附图针对本领域普通技术人员阐述了实施方式的详细讨论，其中：
图1描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性毫秒退火加热分布；
图2描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性毫秒退火系统的一部分的示例立体图；
图3描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性毫秒退火系统的分解图；
图4示出了根据本公开的示例性实施方式的示例性毫秒退火系统的截面图；
图5描绘了在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中使用的示例性灯的立体图；
图6描绘了在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的晶片平板中使用的示例性边缘反射器；
图7描绘了可以在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中使用的示例性反射器；
图8描绘了可以在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中使用的示例性弧光灯；
图9至图10描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性弧光灯的操作；
图11示出了根据本公开的示例性实施方式的示例性电极的截面图；
图12描绘了用于将水和气体(例如，氩气)供应到在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中使用的示例性弧光灯的示例性闭环系统；
图13描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的示例性温度测量系统；
图14描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的气体流动系统；
图15描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的气体流动系统；
图16描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的气体流动系统；
图17描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的气体流动系统；
图18(a)至图18(c)描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性气体入口；
图19描绘了具有气体通道的示例性晶片平板；
图20描绘了根据本公开的示例性实施方式的穿过晶片平板中的气体通道的气体流动；
图21描绘了模拟的穿过毫秒退火系统的气体流动；
图22描绘了模拟的穿过根据本公开的示例性实施方式的在晶片平板中具有气体通道的毫秒退火系统的气体流动；
图23描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统的气体流动系统；以及
图24描绘了根据本公开的示例性实施方式的具有示例性衬板的示例性毫秒退火系统。
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多个示例。每个示例是以对实施方式进行解释的方式提供的而并非对本公开的限制。实际上，对于本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本公开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，作为一个实施方式的一部分示出或描述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，本公开所涉及的方面意在覆盖这些修改和变化。
概述
本公开的示例性方面涉及毫秒退火系统中的气体流动改善。出于说明和讨论的目的，参考“晶片”或半导体晶片来讨论本公开的各方面。本领域普通技术人员通过利用本文所提供的公开内容将理解本公开的示例性方面可以与任何工件、半导体基板或其他合适的基板相关联地使用。术语“约”结合数值的使用意在涵盖所述数值的10％的范围内的偏差。
毫秒退火处理室中的半导体基板的热处理可以在大气压下在受控气氛中进行。主要气体可以是氮气(N2)，但其他气体(例如，Ar，O2，NH3或其他气体)也是能够与室相容的。在基板更换期间，处理室可能向晶片搬运模块的周围空气开放。为此，在热处理开始之前必须对室进行净化。
在许多情况下，毫秒退火系统中的气体流动模式可能对半导体基板的热传递有影响，并且因此也对整个半导体基板上的温度均匀性有影响。局部地，气体流动通过强制对流影响半导体基板的特定区域处的冷却速率。横穿半导体基板以及围绕半导体基板的均匀的层流模式可以降低对晶片温度均匀性的影响。
此外，气体流动模式可能会对颗粒如何移动穿过室以及颗粒如何重新分布有影响。典型的颗粒源是晶片搬运机构(例如，用于移动放置半导体基板的晶片升降机构和机器人末端操作器)。由于热泳效应，热的半导体基板可以排斥颗粒。然而，湍流区域和滞流区域可能导致颗粒的重新分布和积聚，使得颗粒沉积至半导体晶片上。
而且，气体流动模式可以影响来自晶片的气态污染物如何移动通过室。这些污染物通常在晶片的热处理期间释放并且产生自表面层，或者是由热处理步骤之前的其他处理步骤导致。在毫秒退火系统是冷壁系统(例如，包括流体冷却反射镜)的实施方式中，这些污染物可能沉积在反射镜上，从而降低反射率并且因此对晶片温度均匀性具有不利影响。
根据本公开的示例性方面，毫秒退火系统的处理室内的气体流动模式可以通过实施如下方面中的一者或更多者来改善：(1)改变气体注射入口喷嘴的方向、尺寸、位置、形状和布置或其组合；(2)改变连接毫秒退火系统的上室和下室的晶片平板中的气体通道的尺寸；和/或(3)使用设置在半导体基板上方的衬板减小处理室的有效体积。
例如，在一些实施方式中，热处理系统可以包括具有通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室的处理室。该系统可以包括多个热源，所述多个热源被配置成提供热以用于基板的热处理。该系统可以包括多个气体入口，所述多个气体入口被配置成将气体注入处理室中。气体入口的方向、尺寸、位置、形状或布置中的一者或多者相对于晶片平板设置以增加横穿所述晶片平板的层流。
在一些实施方式中，所述多个气体入口可以布置在顶部室的不同顶部拐角中。气体入口可以被定向成指向基板。在一些实施方式中，所述多个气体入口中的至少一个气体入口被定位成靠近晶片平板。例如，多个气体入口中的至少一个气体入口可以定位成与顶部室的顶部相距第一距离且与晶片平板相距第二距离。第一距离大于第二距离。在这些实施方式中，该系统在一些示例中可以附加地包括位于顶部室的不同顶部拐角中的多个气体入口。
在一些实施方式中，所述多个气体入口中的至少一个气体入口被定位成与靠近晶片平板的闸阀相对。气体流动系统还可以包括靠近闸阀定位的一个或多个排气口。
在一些实施方式中，所述多个气体入口中的一个或多个气体入口包括透过反射镜穿入至处理室中的管。在一些实施方式中，管可以具有直开口端。在一些实施方式中，管可以具有与管轴线垂直的开口。在一些实施方式中，管可以具有相对于管轴线成非垂直角度的开口。
本公开的另一示例性实施方式涉及毫秒退火系统。毫秒退火系统包括具有通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室的处理室。该系统包括被配置成提供闪光以用于基板的热处理的一个或多个弧光灯。该系统包括被配置成将气体注入处理室中的一个或多个气体入口。晶片平板具有至少一个气体通道。气体通道的长度大约等于处理室的宽度。
在一些实施方式中，晶片平板包括设置在晶片平板的不同侧面的多个气体通道。例如，在一些实施方式中，晶片平板包括设置在晶片平板的相反两侧的第一组气体通道和设置在晶片平板的另外的相反两侧的第二组气体通道。第一组的气体通道均具有第一长度且第二组的气体通道均具有第二长度。第一长度可以大于第二长度。例如，第一长度可以大约等于处理室的宽度并且第二长度可以小于处理室的宽度。
本公开的另一示例性实施方式涉及毫秒退火系统。毫秒退火系统包括具有通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室的处理室。该系统包括被配置成为基板的热处理提供闪光的一个或多个弧光灯。该系统包括被配置成将气体注入处理室中的一个或多个气体入口。该系统包括以平行关系设置在晶片平板上的衬板。
在一些实施方式中，衬板可以是石英。在一些实施方式中，晶片平板与衬板之间的距离在约30mm至约60mm的范围内。
示例性毫秒退火系统
示例性毫秒退火系统可以被配置成提供强且短暂的曝光来以超过例如约104℃/s的速率加热晶片的顶表面。图1描绘了使用毫秒退火系统实现的半导体基板的示例性温度分布100。如图1所示，在斜升阶段102期间，半导体基板(例如，硅晶片)的块体被加热到中间温度Ti。中间温度可以在约450℃至约900℃的范围内。当达到中间温度Ti时，半导体基板的顶侧可以暴露于得到非常短暂而强烈的闪光中，从而产生高达约104℃/s的加热速率。窗口110示出了在短暂且强烈的闪光期间半导体基板的温度分布。曲线112表示在闪光曝光期间半导体基板的顶表面的快速加热。曲线116描绘了在闪光曝光期间半导体基板的其余部分或块体的温度。曲线114表示通过用作散热器的半导体基板的块体对半导体基板的顶表面的冷却传导而导致的快速冷却。半导体基板的块体用作产生用于基板顶侧的高冷却速率的散热器。曲线104表示通过热辐射和对流使半导体基板的块体缓慢冷却，其中利用工艺气体作为冷却剂。如本文中所使用的，术语“约”当用于指数值时指的是包含所述数值的30％以内的偏差。
示例性毫秒退火系统可以包括多个弧光灯(例如，四个氩弧光灯)作为光源，以用于半导体基板的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”。当基板已被加热到中间温度(例如，约450℃到约900℃)时，可以将闪光施加到半导体基板。可以使用多个连续模式弧光灯(例如，两个氩弧光灯)来将半导体基板加热到中间温度。在一些实施方式中，将半导体基板加热到中间温度通过以斜升速率经由半导体基板的底表面加热晶片的整个块体来实现。
图2至图5示出了根据本公开的示例性实施方式的示例性毫秒退火系统80的各个方面。如图2至图4所示，毫秒退火系统80可以包括处理室200。处理室200可以被晶片平板210分成顶部室202和底部室204。半导体基板60(例如，硅晶片)可以由安装到晶片支承板214(例如，插入晶片平板210中的石英玻璃板)的支承销212(例如石英支承销)支承。
如图2和图4所示，毫秒退火系统80可以包括布置成靠近顶部室202的多个弧光灯220(例如，四个氩弧光灯)作为光源，以用于半导体基板60的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”。当基板已被加热到中间温度(例如，约450℃到约900℃)时，可以将闪光施加到半导体基板。
可以使用靠近底部室204定位的多个连续模式弧光灯240(例如，两个氩弧光灯)来将半导体基板60加热到中间温度。在一些实施方式中，将半导体基板60加热到中间温度通过从底部室204以斜升速率经由半导体基板的底表面加热半导体基板60的整个块体来实现。
如图3所示，来自底弧光灯240(例如，用于将半导体基板加热到中间温度)和来自顶弧光灯220的用于加热半导体基板60的光(例如用于提供借助闪光的毫秒加热)可以通过水窗260(例如水冷石英玻璃窗)进入处理室200。在一些实施方式中，水窗260可以包括三明治结构：两个石英玻璃板之间夹着约4mm厚的水层，该水层在玻璃板之间循环以冷却石英板并且提供针对例如约1400纳米以上的波长的滤光器。
进一步如图3中图示的，处理室壁250可以包括用于反射加热光的反射镜270。反射镜270例如可以是水冷抛光铝面板。在一些实施方式中，用在毫秒退火系统中的弧光灯的主体可以包括用于灯辐射的反射器。例如，图5描绘了可以用在毫秒退火系统200中的顶部灯阵列220和底部灯阵列240的立体图。如所示出的，每个灯阵列220和240的主体均可以包括用于反射加热光的反射器262。这些反射器262可以形成毫秒退火系统80的处理室200的反射表面的一部分。
可以通过操纵落到半导体基板的不同区域上的光密度来控制半导体基板的温度均匀性。在一些实施方式中，可以通过改变小尺寸反射器到主反射器的反射度以及/或者通过使用围绕晶片安装在晶片支承平面上的边缘反射器来实现均匀性调节。
例如，边缘反射器可以用来将来自底部灯240的光重新引导至半导体基板60的边缘。作为示例，图6描绘了示例性边缘反射器264，边缘反射器264形成晶片平板210的一部分，该部分可以用来将来自底部灯240的光引导至半导体基板60的边缘。边缘反射器264可以安装至晶片平板210并且可以围绕或至少部分地围绕半导体基板60。
在一些实施方式中，也可以在晶片平板210附近的室壁上安装附加的反射器。例如，图7描绘了可以安装至处理室壁的可以用作用于加热光的反射镜的示例性反射器。更具体地，图7示出了安装至下室壁254的示例性楔形反射器272。图7还图示了安装至上室壁252的反射器270的反射元件274。可以通过改变楔形反射器272和/或其他反射元件(例如反射元件274)在处理室200中的反射度来调节半导体基板60的处理的均匀性。
图8至图11描绘了可以用作用于半导体基板60的顶表面的强毫秒长暴光的光源(例如“闪光”)的示例性上部弧光灯220的方面。例如，图8描绘了示例性弧光灯220的截面图。弧光灯220可以是例如开放流动式(open flow)弧光灯，其中被加压的氩气(或其他合适的气体)在电弧放电期间被转换成高压等离子体。电弧放电发生在带负电的阴极222与间隔开的带正电的阳极230(例如间隔开约300mm)之间的石英管225中。一旦阴极222与阳极230之间的电压达到氩或其他合适的气体的击穿电压(例如约30kV)，就形成下述稳定的低感应等离子体：该稳定的低感应等离子体发射电磁频谱在可见范围和UV范围内的光。如图9中所示，灯可以包括灯反射器262以能够用于反射由用于处理半导体基板60的灯提供的光。
图10和图11描绘了根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统80中的弧光灯220的示例性操作的方面。更具体地，等离子体226容纳在石英管225内，石英管225由水壁228从内部水进行冷却。水壁228在灯200的阴极端处以高流速注入并在阳极端处排出。对于氩气229也是如此，氩气229同样在阴极端处进入灯220并从阳极端排出。形成水壁228的水垂直于灯轴线注入，使得离心作用产生水涡流。因此，沿着灯的中心线形成有用于氩气229的通道。氩气柱229沿与水壁228相同的方向旋转。一旦形成等离子体226，水壁228就保护石英管225并将等离子体226限制于中心轴线。仅水壁228和电极(阴极230和阳极222)与高能等离子体226直接接触。
图11描绘了根据本公开的示例性实施方式的与弧光灯结合使用的示例性电极(例如阴极230)的截面图。图11描绘了阴极230。然而，类似的构造可以用于阳极222。
在一些实施方式中，在电极经受高热载荷时，一个或多个电极可以各自包括梢部232。梢部可以由钨制成。梢部可以联接至和/或熔合至水冷的铜散热器234。铜散热器234可以包括电极的内部冷却系统的至少一部分(例如，一个或多个水冷通道236)。电极还可以包括具有水冷通道236的黄铜基部235，以提供水或其他流体的循环以及电极的冷却。
用在根据本公开的方面的示例性毫秒退火系统中的弧光灯可以是用于水和氩气的开放流动式系统。然而，出于保存的目的，在一些实施方式中，两种介质都可以在闭环系统中循环。
图12描绘了示例性闭环系统300，示例性闭环系统300用于为用在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中的开放流动式氩弧光灯的运行提供所需的水和氩气。
更特别地，高纯度水302和氩304被供给至灯220。高纯度水302用于水壁并用于电极的冷却。离开灯时的物质是气体/水混合物306。该水/气体混合物306在其可以被重新供给至灯220的入口之前被分离器310分离成无气体的水302和干燥的氩304。为了在灯220上产生所需的压降，气体/水混合物306借助于水驱喷射泵320被泵送。
大功率电动泵330用于为灯220中的水壁、用于灯电极的冷却水以及用于喷射泵320的动力流提供驱动水压。喷射泵320下游的分离器310可以用来从混合物(氩)提取液体和气相物。氩在其重新进入灯220之前在聚结过滤器340中被进一步干燥。如果需要，可以从氩源350供给附加的氩。
水穿过一个或多个颗粒过滤器350以去除由电弧溅射到水中的颗粒。离子污染物被离子交换树脂去除。一部分水流动通过混合床离子交换过滤器370。通向离子交换旁路370的入口阀372可以通过水电阻率来控制。如果水电阻率下降成低于下限值，则阀372打开，当水电阻率达到上限值时，阀372关闭。系统可以包括活性炭过滤器旁路环路380，在活性炭过滤器旁路环路380中可以额外地过滤一部分水以去除有机污染物。为了保持水温，可以使水通过热交换器390。
根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统可以包括独立地测量半导体基板的两个表面(例如顶表面和底表面)的温度的能力。图13描绘了用于毫秒退火系统200的示例性温度测量系统150。
图13中示出了毫秒退火系统200的简化表示。可以通过温度传感器比如温度传感器152和温度传感器154独立地测量半导体基板60的两侧的温度。温度传感器152可以测量半导体基板60的顶表面的温度。温度传感器154可以测量半导体基板60的底表面。在一些实施方式中，可以使用具有约1400nm的测量波长的窄带高温测量传感器作为温度传感器152和/或温度传感器154来测量例如半导体基板60的中心区域的温度。在一些实施方式中，温度传感器152和154可以是具有高到足以解析由闪光加热引起的毫秒温度尖峰的采样率的超快辐射计(UFR)。
温度传感器152和154的读数可以是经过发射率补偿的。如图13中所示，发射率补偿体系可以包括诊断闪光156、参考温度传感器158以及配置成测量半导体晶片的顶表面和底表面的温度传感器152和154。诊断加热和测量可以与诊断闪光156(例如测试闪光)一起使用。来自参考温度传感器158的测量值可以用于温度传感器152和154的发射率补偿。
在一些实施方式中，毫秒退火系统200可以包括水窗。水窗可以提供抑制温度传感器152和154的测量带中的灯辐射的滤光器，使得温度传感器152和154仅测量来自半导体基板的辐射。
温度传感器152和154的读数可以提供给处理器回路160。处理器回路160可以定位在毫秒退火系统200的壳体内，但是替代性地，处理器回路160可以定位成远离毫秒退火系统200。如果需要，本文中描述的各种功能可以由单个处理器回路执行，或者由本地处理器回路和/或远程处理器回路的其他组合执行。
处理器回路160可以使用温度传感器152和154的读数来确定在基板上的温度分布。温度分布可以提供在基板表面上的各个位置处的基板温度的水平。温度分布可以提供在处理期间基板的热均匀性的水平。
用于毫秒退火系统的示例性气体流动系统
图14描绘了根据本公开的示例性实施方式的用于毫秒退火系统的示例性气体流动系统。毫秒退火处理室中的半导体基板的热处理可以在大气压下的受控气氛中进行。主要气体可以是氮气(N2)，但其他气体(例如，Ar、O2、NH3或其他气体)也适用于该室。在基板更换期间，处理室可以与晶片搬运模块的周围空气相通。出于这个原因，在热处理开始之前必须对室进行净化。
图14描绘了根据本公开的示例性实施方式的气体流动系统300的简化表示。气体流动系统300可以包括位于毫秒退火系统的顶部室202的四个顶部拐角中的气体入口302。气体可以被注入到气体入口302中。气体流动系统300可以包括位于底部室204的底部四个拐角处的气体出口304。气体出口304可以用于净化来自处理室的气体。晶片平板210可以将处理室分成顶部室202和底部室204。气体可以经由晶片平板210中所限定的气体通道310从顶部室202流至底部室204。
净化可以通过使高纯度处理的氮气以高速率(100l/min)穿过室来完成。剩余的污染水平可以由O2传感器320测量。O2传感器320可以发送信号至指示处理室中的O2水平的一个或多个控制装置350。控制装置350可以是任何合适的控制装置，例如控制器、微控制器、专用集成回路、被配置成执行计算机可读指令的处理器等。当达到期望的O2水平(例如，20ppm)时，净化步骤可以结束。此时，控制装置350可以降低N2的流率。如图14所示，O2传感器320可以位于处理室的晶片平板210的高度处。
通过改变气体注入来改善气体流动模式的示例
根据本公开的示例性实施方式，通过改变与用于将气体注入处理室的气体入口相关联的入口喷嘴的方向、尺寸、位置、形状和/或布置(或其组合)中的一者或多者能够改善毫秒退火系统的处理室内部的气体流动模式。
在一些实施方式中，气体入口定向的角度被修改。通过改变定向角度，可以影响室中心的气流分布。图15描绘了根据本公开的示例性实施方式的气体流动系统300的一个示例性实施方式。在图15的示例中，与位于顶部室202的顶部拐角中的所有四个气体入口302相关联的注射喷嘴可以被定向为指向室的垂直中心线315并且可以向下指向半导体基板60。在该示例性实施方式中，相对于室的边缘和拐角区域而言，在室中心流动的气体的量可以增大。
在一些实施方式中，气体入口喷嘴的直径被修改。这可以被执行以调节来自入口喷嘴的气体射流的出口速度。较小的直径可以增加速度并且可以延长气体射流的范围。另外，较小的直径可以导致在高体积流量下更多的湍流气流，这可以有利于净化和稀释杂质气体。在相同的体积流量下，较大的直径可以减缓气体射流。这可以有助于在热处理期间保持半导体基板周围的层流体系。这样能有利于温度均匀性。在一些实施方式中，气体入口的形状可以修改成矩形或椭圆形，而不是圆形。在一些实施方式中，入口的数量可以增加以提供梳状气体入口布置。
在一些实施方式中，一个或多个气体入口(例如，另外的气体入口)被定位在晶片平板的高度处或靠近晶片平板。例如，如图16所示，气体流动系统可以包括靠近晶片平板210定位的气体入口302。更特别地，气体入口302定位成与形成顶部室202的顶部的水窗260相距距离d1，并且与晶片平板相距距离d2处。距离d1大于d2，例如至少是d2的5倍大。在一些实施方式中，图16中描绘的气体入口302还可以是除了位于顶部室202的顶部拐角中的气体入口之外的气体入口。这样可以直接控制最重要的位置处的环境气体状况。
图17描绘了根据本公开的另一示例性实施方式的气体流动系统300。气体流动系统可以包括位于顶部室202的顶部拐角中的气体入口302。另外和/或作为替选，气体流动系统300可以包括一个或多个气体入口340，所述一个或多个气体入口340定位成允许气体面向半导体基板60的靠近晶片平板的高度处的闸阀350(即，室门)进入，使得气体朝向闸阀350流经基板60，并通过靠近闸阀的排气口352(例如，在闸阀凸缘上)或通过底部室中的气体出口304离开室。
在一些示例性实施方式中，可以通过切换阀针对处理制程的不同阶段来调整流动模式。例如，在净化期间，所有气体入口——也就是顶部气体入口302——都打开以便快速和有效地清洁。在热处理期间，顶部气体入口302被关闭并且仅晶片平面210附近的入口340处于开启状态，从而产生横穿基板60的层流体系。在一些实施方式中，处理室可以包括沿着面对闸阀的侧面和沿着具有闸阀的侧面排布的气体入口的线性阵列。
另一实施方式是通过穿过室壁镜的管将多个气体入口延伸到室内。管端部可具有直的开放端部、垂直于管轴线的开口或其他合适的形状。例如，图18描绘了根据本公开的示例性实施方式的具有穿透室壁镜270的管端部的示例性气体入口302。图18(a)描绘了具有直的开放端部的管的气体入口302。图18(b)描绘了具有垂直于管轴线的开口的管的气体入口302。图18(c)描绘了具有包括相对于管轴线成非垂直角度的开口的管的气体入口302。
通过改变晶片平板中的气体流动来改善气体流动模式的示例
根据本公开的示例性实施方式，可以通过改变在毫秒退火系统中连接顶部室和底部室的晶片平板中所限定的气流通道来改善毫秒退火系统的处理室内的气体流动模式。毫秒退火系统中的处理室可以通过晶片平板划分成顶部室和底部室。为了促进气体从顶部室(气体进入室的地方)和底部室(气体从室排出的地方)流动，晶片平板的每一侧可以包括气体流动通道(例如，槽)。
图19描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性晶片平板210，其具有促进毫秒退火系统的顶部室与底部室之间的气体流动的气体通道310。每个气体通道310具有长度L。根据本公开的示例性实施方式，气体通道310的长度延伸横跨处理室的整个宽度W，如图14所示。
图20描绘了室的一部分的截面图，其中示出了晶片平板210中的气体通道310。箭头指示气流315穿过气体通道310的方向。如图所示，在处理室中的反射镜270后面的空间205中也存在气流315。
根据本公开的示例性方面，可以通过控制气体通道的尺寸和几何形状来改善毫秒退火系统中的气体流动模式。例如，通过修改长度可以影响室的拐角处的流动模式。模拟显示在通道较短的情况下室的拐角中有向上的流动。向上的流动被认为是导致不良净化和颗粒在室内的重新分布的原因。然而，根据本公开的示例性方面的将通道长度延伸至大约室的整个宽度使得拐角中的向下流动增加。
例如，图21描绘了在具有标准通道长度的晶片平板的处理室中位于与闸阀相对的反射镜后面的气流的模拟。在通道上方，气体向面板中心移动，然后如箭头(1)所示通过通道向下进入底部室。在通道的外部，气体如箭头(2)所示移动到室的拐角并向上延伸。
图22描绘了根据本公开的示例性实施方式的与具有增加到室宽度的通道长度的晶片平板的处理室中的闸阀相对的反射镜后面的气流。如图所示，通道区域中的气体流动大体上如箭头(1)所示地向下。另外，拐角处的气体流动已经如箭头(2)所示由主要向上变为当前的向下。
在一些实施方式中，晶片平板中的与闸阀相对的通道的长度延伸至大约室的完整宽度。室的闸阀一侧的通道长度也可以是完整宽度。室的其他侧面的通道可以仍然比室的宽度短，以允许将板安装在室的外框上。通过对前后左右的通道的流动阻力进行成对的匹配，可以使流动模式对称，同时提供所有拐角处的向下流动。
例如，图23描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性气体流动系统300。气体流动系统300包括形成在晶片平板210中的通道310.2、310.4、310.6和310.8。彼此相对设置的通道310.2和310.4具有长度L1。彼此相对设置的通道310.6和310.8可以具有长度L2。长度L1可以比长度L2长。例如，在一些实施方式中，长度L1可以约为处理室的宽度，而长度L2可以小于处理室的宽度。
通过添加衬板来改善气体流动模式的示例
根据本公开的示例性实施方式，可以通过在半导体基板上方使用衬板减小室的有效体积来改善毫秒退火系统的处理室内的气体流动模式。例如，在一个实施方式中，可以将衬板放置在晶片平板上方以用于以有间隔的平行关系保持半导体基板。
图24描绘了根据本公开的示例性实施方式的与毫秒退火系统结合使用的示例性衬板380。衬板380以间隔平行关系布置在晶片平板210上方。在一些实施方式中，衬板380可以是石英衬板。
在一些实施方式中，晶片平板210与衬板380之间的距离可以在约30mm至约60mm的范围内。在一些实施方式中，衬板不会密封室壁，因此允许处理气体流入位于板下方且位于基板60上方的体积中。衬板380可以通过抑制对流卷(convection roll)和将流动矢量变成主要平行于基板60的表面而在基板60周围产生层流体系。在一些实施方式中，在基板60与衬板380之间的区域中的室壁上可以设置有附加的气体入口385。
衬板380的附加效果是其可以屏蔽室壁使之免于基板60所释放的污染物。衬板38-可以通过半导体基板和灯辐射被动地加热，从而与冷室壁相比有效地减少了积淀概率。
衬板380的另一个效果是它可以减小有效的净化体积。可以屏蔽由基板60和衬板380形成的屏蔽体积之外的杂质气体。屏蔽体积以外的气体渗入速率可以通过衬板周边与室壁之间的间隙来设定。
虽然已经关于本发明的特定示例性实施方式详细描述了本发明，但是将理解的是，本领域技术人员在理解上述内容的同时可以容易地设想出针对这些实施方式的修改、变型和等同方式。因此，本公开的范围是以示例的形式而以限制的形式来描述的，并且本主题的公开并不排除包括对于本领域普通技术人员而言容易想到的对本发明主题的这样的修改、变型和/或添加。

Claims (12)

1.一种热处理系统，包括：
处理室，所述处理室包括通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室；
窗口，所述窗口限定所述顶部室的顶部；
所述顶部室的室壁，所述室壁设置在所述晶片平板和所述窗口之间，
多个热源，所述多个热源设置在所述窗口上方的位置，所述多个热源配置成为基板的热处理提供热量至所述基板的顶表面；
多个气体入口，所述多个气体入口配置成将气体注入所述顶部室中；
其中，所述基板由所述晶片平板支承，
其中，所述多个气体入口中的一个或多个气体入口包括穿透反射镜的管，所述反射镜设置在所述顶部室的所述室壁上，
其中，所述多个气体入口中的至少一个气体入口定位在所述基板的与闸阀相对的高度处，使得从所述至少一个气体入口注入的气体朝向所述闸阀流经所述基板，所述反射镜设置成与所述闸阀相对，并且
其中，所述晶片平板包括促进所述顶部室与所述底部室之间的气体流动的气体通道。
2.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述多个气体入口中的至少一个气体入口靠近所述晶片平板定位。
3.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述多个气体入口中的至少一个气体入口定位成与所述顶部室的所述顶部相距第一距离且与所述晶片平板相距第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。
4.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述多个气体入口中的至少一个气体入口定位成与靠近所述晶片平板的所述闸阀相对。
5.根据权利要求4所述的热处理系统，其中，所述热处理系统还包括气体流动系统，所述气体流动系统包括靠近所述闸阀定位的一个或多个排气口。
6.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述管具有直的开口端。
7.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述管具有与管轴线垂直的开口。
8.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述管具有与管轴线成非垂直角度的开口。
9.一种毫秒退火系统，包括：
处理室，所述处理室包括通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室；
窗口，所述窗口限定所述顶部室的顶部；
所述顶部室的室壁，所述室壁设置在所述晶片平板和所述窗口之间，
一个或多个弧光灯，所述一个或多个弧光灯设置在所述窗口上方的位置，所述一个或多个弧光灯配置成为基板的热处理提供闪光以加热所述基板的顶表面；
一个或多个气体入口，所述一个或多个气体入口配置成将气体注入所述顶部室中；
其中，所述基板由所述晶片平板支承，
其中，所述晶片平板包括设置在所述晶片平板的不同侧的多个气体通道，所述多个气体通道均具有线性横穿所述处理室的至少一部分宽度延伸的连续长度，所述多个气体通道均设置在所述顶部室和所述底部室之间，
其中，所述多个气体通道包括分别设置在所述晶片平板的相反两侧的第一组气体通道和分别设置在所述晶片平板的另外的相反两侧的第二组气体通道，并且
其中，所述第一组气体通道均具有第一长度且所述第二组气体通道均具有第二长度，所述第二长度小于所述第一长度以允许安装所述晶片平板。
10.根据权利要求9所述的毫秒退火系统，其中，所述第一长度等于所述处理室的宽度且所述第二长度小于所述处理室的宽度。
11.一种毫秒退火系统，包括：
处理室，所述处理室包括通过晶片平板与底部室分隔开的顶部室；
窗口，所述窗口限定所述顶部室的顶部；
所述顶部室的室壁，所述室壁设置在所述晶片平板和所述窗口之间，
一个或多个弧光灯，所述一个或多个弧光灯设置在所述窗口上方的位置，所述一个或多个弧光灯配置成为基板的热处理提供闪光以加热所述基板的顶表面；
一个或多个气体入口，所述一个或多个气体入口配置成将气体注入所述顶部室中；以及
衬板，所述衬板设置在所述基板的上方且在所述一个或多个气体入口的至少一个气体入口的下方，所述衬板与所述基板以平行关系设置，所述衬板配置成在所述基板的上方且在所述衬板的下方产生层流体系，
其中，所述基板由所述晶片平板支承，
其中，所述衬板包括石英，所述衬板定位在所述处理室的内部，所述衬板不会密封所述顶部室的所述室壁，所述衬板设置成允许气体流入所述衬板的下方的体积中，
其中，所述衬板包括围绕所述衬板的周边，所述周边通过所述处理室的内部的间隙与所述室壁分隔开，并且
其中，所述一个或多个气体入口的至少一个气体入口位于所述基板与所述衬板之间的区域中的所述室壁上。
12.根据权利要求11所述的毫秒退火系统，其中，所述晶片平板与所述衬板之间的距离在30mm至60mm的范围内。
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