CN108352344B - 用于毫秒退火系统的流体泄漏检测 - Google Patents

用于毫秒退火系统的流体泄漏检测 Download PDF

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Abstract

提供了用于对与毫秒退火系统中的流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测的系统和方法。在一个示例性实施方式中，毫秒退火系统可以包括具有一个或更多个流体冷却部件的处理腔室。该系统可以包括构造成提供处理气体在处理腔室中的流动的气体流动系统。该系统可以包括蒸气传感器，该蒸气传感器配置成对流动通过气体流动系统处理气体中的蒸气进行测量，以检测与一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏。

Description

用于毫秒退火系统的流体泄漏检测
优先权要求
本申请要求于2015年12月30日提交的题为“Water Leakage Detection forMillisecond Anneal System(用于毫秒退火系统的水泄漏检测)”的美国临时申请序列号为62/272,849的优先权的权益，上述申请通过参引并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及热处理腔室，并且更具体地涉及用于对基板比如半导体基板进行处理的毫秒退火热处理腔室。
背景技术
毫秒退火系统可以用于诸如硅晶片的基板的超快热处理的半导体处理。在半导体处理中，快速热处理可以用作退火步骤以修复植入物损坏、提高沉积层的质量、提高层界面的质量，并且用以激活掺杂剂和实现其他目的，与此同时控制掺杂剂物质的扩散。
通过使用强烈而短暂的曝光以可超过每秒104℃的速率对基板的整个顶部表面进行加热可以实现对半导体基板的毫秒或超快温度处理。快速加热基板的仅一个表面可以产生穿过基板的厚度的较大温度梯度，而大部分基板维持在曝光之前的温度。因此，大部分基板用作散热器，从而造成顶部表面的快速的冷却速率。
发明内容
本公开的实施方式的方面及优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从说明书中获知，或者可以通过实施方式的实践来获知。
本公开的一个示例性方面涉及一种热处理系统。该系统可以包括处理腔室，该处理腔室具有一个或更多个流体冷却部件。该系统可以包括气体流动系统，该气体流动系统构造成提供处理气体在处理腔室中的流动。该系统可以包括蒸气传感器，该蒸气传感器配置成对流动通过气体流动系统的处理气体中的蒸气进行测量，以检测与一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏。
本公开的另一示例性方面涉及一种用于检测毫秒退火系统中的流体泄漏的方法。该方法包括由一个或更多个处理器电路从湿度传感器获得一个或更多个信号，该湿度传感器配置成对流动穿过气体流动系统的处理气体中的湿度进行测量。气体流动系统可以构造成提供处理气体在具有一个或更多个流体冷却部件的处理腔室中的流动。该方法可以包括：由一个或更多个处理器电路至少部分地基于来自湿度传感器的一个或更多个信号对与处理腔室中的一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测。
可以对本公开的示例性方面做出变型和修改。本公开的其他示例性方面涉及用于对半导体基板进行热处理的系统、方法、设备和过程。
参照以下说明书和所附权利要求，将更好地理解各种实施方式的这些及其他特征、方面和优点。包含在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，并且附图与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
针对本领域中的普通技术人员的实施方式的详细讨论在参照附图的说明书中进行了阐述，在附图中：
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线；
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性立体图；
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截面图；
图5描绘了使用在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中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描绘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)供给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描绘了在根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中的示例性闭环水回路；
图15描绘了蒸气传感器(例如，湿度传感器)在根据本公开的示例性实施方式的气体流动系统中用于流体泄漏检测的示例性使用；
图16描绘了蒸气传感器在根据本公开的示例性实施方式的气体流动系统中用于流体泄漏检测的示例性使用；以及
图17描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参照实施方式，附图中示出了实施方式的一个或更多个示例。通过对实施方式的解释而非对本公开限制的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域中的技术人员而言将明显的是，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变型。例如，作为一个实施方式的一部分示出的或描述的特征可以与另一实施方式一起使用以获得又一实施方式。因此，本公开的方面旨在涵盖这样的修改和变型。
概述
本公开的示例性方面涉及对毫秒退火系统的流体冷却部件中的流体泄漏进行检测。出于说明和讨论的目的，参照“晶片”或半导体晶片来讨论本公开的各方面。本领域中的普通技术人员使用本文中提供的公开内容将理解的是，本公开的示例性方面可以与任何半导体基板或其他适合的基板结合使用。另外，与数值的结合使用的术语“约”是指在所阐述的数值的10％内。
另外，出于说明和讨论的目的，参照毫秒退火系统来论述本公开的各方面。本领域中的普通技术人员使用本文中提供的公开内容将理解的是，本公开的示例性方面可以与其他适合的热处理系统一起使用。
使用强烈而短暂的曝光以可超过104℃/秒的速率对晶片的整个顶部表面进行加热可以实现半导体晶片的毫秒热处理或超快热处理。闪光可以施加至半导体基板，该半导体基板预先以例如高达150℃/秒的升温速率被加热至中间温度Ti。这种较慢的至Ti的加热过程可以通过位于腔室的底侧的连续模式弧光灯来完成。这些灯通过晶片的底部表面加热整块晶片。
如下面更详细地论述的，示例性毫秒退火系统的处理腔室可以被晶片平板分为两个子腔室：顶部腔室和底部腔室。晶片平板可以是作为用于晶片支承板的保持件的流体冷却(例如，水冷却)的铝制框架。每个子腔室的壁可以包括位于四个侧面上的反射镜，反射镜抵靠腔室框架而被密封。可以通过内部流体通道对这些反射器进行流体冷却(例如，水冷却)。子腔室的顶壁和底壁可以包括水冷石英窗，石英窗对加热源的光是透明的并且石英窗也抵靠腔室框架而被密封。每个反射镜可以具有其自身的入口连接件和出口连接件。在一些实施方式中，流体冷却系统(例如，水冷却系统)可以为使得底部腔室部、顶部腔室部和晶片平板并联地连接，而每个子腔室的四个反射镜串联地连接。在一些实施方式中，水窗可以具有与其他腔室部分开的其自身的闭环水回路。将参照图14更详细地讨论根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中的示例性闭环流体冷却系统。
处理腔室可以位于处理模块内部，该处理模块可以具有在处理模块的底板上的流体泄漏检测系统。该泄漏检测系统能够检测处理腔室外部的流体泄漏(例如，泄漏水连接器、腔室部外侧上的泄漏等)。泄漏检测系统可以使用传感器材料在被水浸湿时电阻变化。这种类型的泄漏检测系统由于恶劣的环境(例如，大量的紫外光辐射)而不能在腔室内部使用。而且，这种类型的泄漏检测系统也不满足热处理工艺的洁净度要求。
为此，不能直接和立即地检测到泄漏到处理腔室中的流体(例如，水)。由于腔室是防漏的，泄漏到腔室中的流体将会聚集在底部水窗上。最终，该泄漏将会在定期维护检查期间被检测到。由于主要的失效机理是铝的锈蚀或橡胶垫的腐蚀，因此在维护检查中可能只能发生小尺寸的泄漏。
毫秒退火系统中的热处理优选地在大气压力下在受控的、清洁的处理气体的环境下进行。该环境可以是纯氮。在一些情况下，还使用诸如氧气、氨气、氢气或合成气体、或其混合物的气体。就处理气体的环境而言，腔室可以是敞开的流动系统。处理气体可以通过位于例如顶部腔室的四个拐角中的气体入口连续地进入腔室并且通过位于底部腔室的四个拐角中的气体出口离开腔室。即使小的流体泄漏也可以通过水的蒸发和水杂质来污染处理气体的环境，从而导致在半导体基板的处理中的错误。根据泄漏大小，大量的半导体基板在泄漏最终被外部传感器检测到之前可能会被错误地处理。在泄漏非常小的情况下，泄漏可能不会被检测到。
根据本公开的示例性实施方式，泄漏到处理腔室中的水或其他流体可以由对从腔室排出的气体中的蒸气量(例如，湿度)进行测量的传感器来检测。以这种方式，可以在维护检查之间检测到处理腔室内部的泄漏。
例如，本公开的一个示例性实施方式涉及一种热处理系统。该热处理系统包括具有一个或更多个流体冷却部件的处理腔室。该热处理系统包括气体流动系统，该气体流动系统构造成提供处理气体在处理腔室中的流动。该热处理系统包括蒸气传感器(例如，湿度传感器)，该蒸气传感器配置成对流动通过气体流动系统的处理气体中的蒸气(例如，湿度)进行测量，以对与一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏(例如，水泄露)进行检测。如本文中所使用的“水泄漏”是指包括水或含有水的混合物的任何流体的泄漏。
在一些实施方式中，气体流动系统可以包括位于处理腔室中的一个或更多个排气开口以从处理腔室排放处理气体。蒸气传感器可以配置成测量在气体流动系统中的排气开口下游流动的处理气体中的蒸气。在一些实施方式中，处理腔室可以包括将处理腔室分为顶部腔室和底部腔室的晶片平板。排气开口可以位于底部腔室中。
在一些实施方式中，气体流动系统包括联接至一个或更多个排气开口中的每一者的下游管路。在一些实施方式中，蒸气传感器可以配置成对在下游管路中流动的处理气体中的蒸气进行测量。在一些实施方式中，蒸气传感器可以配置成对在联接至下游管路的旁路管路中流动的处理气体中的蒸气进行测量。气体流动系统可以包括构造对气体到旁路管路中的流动进行控制的阀。
在一些实施方式中，系统还可以包括至少一个处理器电路。至少一个处理器电路可以配置成：从蒸气传感器获得指示流动通过气体流动系统的处理气体中的蒸气的信号；以及至少部分地基于来自蒸气传感器的信号对与一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测。在一些实施方式中，处理器电路可以配置成至少部分地通过下述方式对与一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测：将流动通过气体流动系统的处理气体中的蒸气量与阈值进行比较，以及当处理气体中的蒸气量超过阈值时检测到流体泄漏。处理器电路可以配置成提供与流体泄漏相关联的指示。
在一些实施方式中，流体冷却部件可以是晶片平板。在一些实施方式中，流体冷却部件可以是反射镜。在一些实施方式中，流体冷却部件可以是水窗。
本公开的另一个示例性实施方式涉及一种用于检测毫秒退火系统中的流体泄漏的方法。该方法包括通过一个或更多个处理器电路从湿度传感器获得一个或更多个信号，该湿度传感器配置成对流动通过气体流动系统的处理气体中的湿度进行测量。气体流动系统可以构造成提供处理气体在具有一个或更多个流体冷却部件的处理腔室中的流动。该方法可以包括由一个或更多个处理器电路至少部分地基于来自湿度传感器的一个或更多个信号来检测与处理腔室中的一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏。
在一些实施方式中，由一个或更多个处理器电路对与处理腔室中的一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测可以包括：由一个或更多个处理器电路将处理气体中的湿度与阈值相比较；以及当处理气体中的湿度超过阈值时由一个或更多个处理器电路检测到流体泄漏。在一些实施方式中，该方法还包括提供与流体泄漏相关联的指示。在一些实施方式中，湿度传感器配置成对在处理腔室中的一个或更多个排气开口下游流动的处理气体中的湿度进行测量。
本公开的另一示例性实施方式涉及一种毫秒退火系统。该毫秒退火系统包括处理腔室，该处理腔室具有将处理腔室分为顶部腔室和底部腔室的晶片平板，该处理腔室具有一个或更多个反射镜。该系统包括气体流动系统，该气体流动系统构造成提供处理气体在处理腔室中的流动。气体流动系统可以包括至少一个通气开口和至少一个排气开口，所述至少一个通气开口在顶部腔室中用于将处理气体提供至处理腔室，并且所述至少一个排气开口在底部腔室中用于从处理腔室中排放处理气体。气体流动系统还可以包括下游管路，该下游管路联接到至少一个排气开口。该系统可以包括流体冷却系统，该流体冷却系统构造成使流体循环通过晶片平板和一个或更多个反射镜中的一者或更多者。该系统可以包括湿度传感器，该湿度传感器配置成用于对流动通过下游管路的处理气体中的湿度进行测量，以检测与流体冷却系统相关联的泄漏。
在一些实施方式中，该系统可以包括处理器电路。处理器电路可以配置成执行操作。所述操作可以包括：从湿度传感器获得指示流动通过下游管路的处理气体中的湿度的信号；以及至少部分地基于来自湿度传感器的信号对与流体冷却系统相关联的泄漏进行检测。
示例性毫秒退火系统
示例性毫秒退火系统可以构造成提供强烈而短暂的曝光以在可以超过例如约104℃/秒的速率下对晶片的顶部表面进行加热。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线100。如图1中所示，大部分半导体基板(例如，硅晶片)在升温阶段102期间被加热至中间温度Ti。该中间温度可以在约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产生了高达约104℃/秒的加热速率的非常短而强烈的闪光。窗口110示出了在短而强烈的闪光期间的半导体基板的温度分布线。曲线112表示在闪光暴露期间半导体基板顶部表面的快速加热。曲线116描绘了在闪光暴露期间半导体基板的剩余部分或大部分半导体基板的温度。曲线114表示由通过用作散热器的大部分半导体基板对半导体基板的顶部表面进行传导冷却的快速冷却。大部分半导体基板用作散热器，从而产生了用于基板的高的顶侧冷却速率。曲线104表示在处理气体作为冷却剂的情况下大部分半导体基板借助于热辐射和热对流的缓慢冷却。
示例性毫秒退火系统可以包括作为光源的多个弧光灯(例如，四个氩弧灯)，所述多个弧光灯用于半导体基板的顶部表面的强烈的毫秒长曝光，也就是所谓的“闪光”。当基板已经被加热至中间温度(例如，大约450℃至大约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，两个氩弧灯)以将半导体基板加热至中间温度。在一些实施方式中，将半导体基板加热至中间温度是通过以加热整块晶片的升温速率加热半导体基板的底部表面来完成的。
图2至图5描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例毫秒退火系统80的各个方面。如图2至图4中所示，毫秒退火系统80可以包括处理腔室200。处理腔室200可以被晶片平板210分成顶部腔室202和底部腔室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，插入到晶片平板210中的石英玻璃板)的支承销212(例如，石英支承销)来支承。
如图2和图4中所示，毫秒退火系统80可以包括布置成靠近顶部腔室202的多个弧光灯220(例如四个氩弧灯)，所述多个弧光灯220用作光源，以用于半导体基板60的顶部表面的强烈的毫秒长曝光，也就是所谓的“闪光”。当基板已经被加热至中间温度(例如，约450℃至约900℃)时，可以将闪光施加到半导体基板。
可以使用定位成靠近底部腔室204的多个连续模式的弧光灯240(例如，两个氩弧灯)来将半导体基板60加热至中间温度。在一些实施方式中，将半导体基板60加热至中间温度是自底部腔室204通过以加热整块半导体基板60的升温速率加热半导体基板的底部表面来完成的。
如图3中所示，由底部弧光灯240用以加热半导体基板60的光(例如，用于将半导体基板加热至中间温度)和由顶部弧光灯220用以加热半导体基板60的光(例如，用于通过闪光提供毫秒加热)可以穿过水窗260(例如，水冷却的石英玻璃窗)进入处理腔室200。在一些实施方式中，水窗260可以包括两块石英玻璃窗格夹层，其中，在两块石英玻璃窗格之间夹置有约4mm厚的水层，该水层循环以冷却石英窗格并且用以提供用于例如约1400nm以上的波长的滤光器。
如在图3中进一步所示，处理腔室的壁250可以包括用于反射加热光的反射镜270。反射镜270可以是例如水冷的抛光铝板。在一些实施方式中，在毫秒退火系统中使用的弧光灯的主体可以包括用于灯辐射的反射器。例如，图5描绘了可以在毫秒退火系统200中使用的顶部灯阵列220和底部灯阵列240的立体图。如图所示，灯阵列220和240的每一者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的处理腔室200的反射表面的一部分。
半导体基板的温度均匀性可以通过对落在半导体基板的不同区域上的光密度进行操控来控制。在一些实施方式中，均匀性调整可以通过将小尺寸反射器的反射等级更改为主反射器和/或通过使用安装在晶片支承平面上并且包围晶片的边缘反射器来实现。
例如，边缘反射器可以用于将来自底部灯240的光重定向至半导体基板60的边缘。作为示例，图6描绘了形成晶片平板210的一部分的示例性边缘反射器264，该边缘反射器264可以用于将光从底部灯240导向至半导体基板60的边缘。边缘反射器264可以安装至晶片平板210并且可以包围或者至少部分地包围半导体基板60。
在一些实施方式中，也可以在在腔室壁上晶片平板210的附近安装附加的反射器。例如，图7描绘了示例性反射器，该示例性反射器可以安装至处理腔室壁且可以用作用于加热光的反射镜。更特别地，图7示出了安装至下部腔室壁254的示例性楔形反射器272。图7还示出了安装至上部腔室壁252的反射器270的反射元件274。半导体基板60的处理的均匀性可以通过改变楔形反射器272的反射等级和/或处理腔室200中的其他反射元件(例如，反射元件274)的反射等级来调整。
图8至图11描绘了示例性上部弧光灯220的各方面，该示例性上部弧光灯220可以用作光源以用于半导体基板60的顶部表面的强烈的毫秒长曝光(例如，“闪光”)。例如，图8描绘了示例性弧光灯220的截面图。弧光灯220可以是例如敞开流动的(open flow)弧光灯，其中，加压氩气(或其他适合的气体)在弧放电期间转变为高压等离子体。在石英管225中在带负电的阴极222与间隔开(例如，间隔开约300mm)的带正电的阳极230之间发生弧放电。一旦阴极222和阳极230之间的电压达到氩气的击穿电压(例如，大约30kV)或达到其他适合的气体的击穿电压就会形成稳定的低感应等离子体，该等离子体发射电磁波谱的可见范围和紫外范围中的光。如图9中所示，灯可以包括灯反射器262，该灯反射器262可以用于反射由基板灯所提供的光以用于对半导体基板60进行处理。
图10和图11描绘了在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的示例性操作的各方面。更特别地，等离子体226容纳在石英管225内，该石英管225由水壁228从内部被水冷却。水壁228在高流速下注入到灯200的阴极端上并在阳极端处排出。对于氩气229同样如此，氩气229也在阴极端处进入灯220并从阳极端排出。形成水壁228的水垂直于灯轴线被注入使得离心作用产生水旋涡。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。一旦等离子体226已经形成，水壁228就保护石英管225并且将等离子体226限制至中心轴线。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描绘了与根据本公开的示例性实施方式的弧光灯结合使用的示例电极(例如，阴极230)的截面图。图11描绘了阴极230。然而，类似的构造可以被用于阳极222。
在一些实施方式中，当电极经受高热负荷时，电极中的一个或更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/或熔融至水冷的铜散热器234。铜散热器234可以包括电极的内部冷却系统(例如，一个或多个水冷却通道236)的至少一部分。电极可以进一步包括具有水冷却通道236的黄铜基部235，以提供水或其他流体的循环以及对电极的冷却。
在根据本公开的各方面的示例性毫秒退火系统中使用的弧光灯可以是用于水和氩气的敞开的流动系统。然而，出于节约的原因，在一些实施方式中，水和氩气这两种媒介都可以在闭合的环路系统中循环。
图12描绘了示例性闭环系统300，该示例性闭环系统300用于供给对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敞开流动的氩弧灯进行操作所需的水和氩气。
更特别地，高纯度的水302和氩气304被供给至灯220。高纯度的水302用于水壁和用于对电极的冷却。离开灯的是气体/水混合物306。该水/气体混合物306在其可以被重新供给到灯220的入口之前被分离器310分离成不含气体的水302和干燥的氩气304。为了产生穿过灯220所需的压降，气体/水混合物306借助于水驱动喷射泵320被泵送。
高功率的电动泵330供给水压来对灯220中的水壁、用于灯电极的冷却水、以及用于喷射泵320的动力流体进行驱动。喷射泵320下游的分离器310可以用于从混合物(氩气)中提取液相和气相。氩气在其重新进入灯220之前被在凝聚式过滤器340中进一步干燥。在需要的情况下，可以从氩气源350供给额外的氩气。
水穿过一个或多个微粒过滤器350以将被电弧溅射到水中的颗粒移除。离子污染物通过离子交换树脂移除。一部分水行进穿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。如果水电阻率下降到下限值以下，则阀372打开，而当水电阻率372达到上限值时，阀372关闭。该系统可以包含活性炭过滤器旁路回路380，其中，一部分水在活性炭过滤器旁路回路380中可以被额外地过滤以移除有机污染物。为了维持水温，水可以穿过热交换器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，顶部表面和底部表面)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。半导体基板60的两侧的温度可以由温度传感器比如温度传感器152和温度传感器154来独立地测量。温度传感器152可以测量半导体基板60的顶部表面的温度。温度传感器154可以测量半导体基板60的底部表面的温度。在一些实施方式中，测量波长为约1400nm的窄带高温测量传感器可以用作温度传感器152和/或温度传感器154，以对例如半导体基板60的中心区域的温度进行测量。在一些实施方式中，温度传感器152和温度传感器154可以是超快辐射计(UFR)，该超快辐射计(UFR)具有足够高的采样速率以解决由闪光加热所引起的毫秒温度尖峰。
温度传感器152和温度传感器154的读数可以是得到补偿的发射率。如图13中所示，发射率补偿方案可以包括诊断闪光装置156、参考温度传感器以及温度传感器152和温度传感器154，其中温度传感器152和温度传感器154配置成对半导体晶片的顶部表面和底部表面进行测量。诊断加热和测量值可以与诊断闪光装置156一起使用(例如，测试闪光)。来自参考温度传感器的测量值可以用于温度传感器152和温度传感器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。水窗可以提供滤光器，该滤光器抑制温度传感器152和温度传感器154的测量带中的灯辐射，使得温度传感器152和温度传感器154仅测量来自半导体基板的辐射。
可以将温度传感器152和温度传感器154的读数提供至处理器电路160。处理器电路160可以位于毫秒退火系统200的壳体内，但是替代性地，处理器电路160可以定位成远离毫秒退火系统200。本文中描述的各种功能在期望的情况下可以由单个处理器电路来执行，或者由本地处理器电路和/或远程处理器电路的其他组合来执行。
如下面将详细论述的那样，温度测量系统可以包括其他的温度传感器，比如配置成获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值的温度传感器(例如，如图16中所示)和/或配置成在低于例如约450℃的温度下获得半导体基板的一个或更多个温度测量值的远红外温度传感器。处理器电路160可以配置成对从温度传感器所获得的测量值进行处理，以确定半导体基板的温度和/或晶片支承板的温度。
图14描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的示例性毫秒退火系统的反射镜270和晶片平板210的示例性冷却系统300。如图所示，该系统可以使冷却流体(例如，水或其他流体)循环通过毫秒退火系统的晶片平板210和反射镜270。流体可以源自主流体供给歧管302。流体可以返回至流体返回到主流体返回歧管304。流体可以在热处理期间提供对晶片平板210和反射镜270的温度冷却。
毫秒退火系统可以包括用于使流体(例如，水)在毫秒退火系统的部件之间循环的其他系统。例如，毫秒退火系统可以使流体(例如，水)循环通过例如图3中示出的水窗260。
毫秒退火系统中的示例性水泄漏检测
根据本公开的示例性实施方式，可以由湿度传感器对从冷却系统(例如，图14的冷却系统300)泄漏到处理腔室中的水或其他流体进行检测。更特别地，在一些实施方式中，湿度传感器可以布置在气体流动系统中并且可以配置成对从处理腔室排出的气体中的湿度进行检测。通过检测到超过湿度阈值的湿度水平可以检测到泄漏的存在。
在一些示例性实施方式中，湿度传感器可以在用于毫秒退火系统的气体流动系统的主排气管路中安置在处理腔室的下游。主排气管路可以结合有自处理腔室中的排气孔的单独排气管道。
图15描绘了用于根据本公开的示例性实施方式的水泄漏检测的示例性系统。如图所示，毫秒退火系统可以包括气体流动系统400，该气体流动系统400用于提供处理气和用于从处理腔室200排放处理气体。更特别地，处理气体(例如，氮气、氧气、氨气、氢气或者合成气体、或者上述气体的混合物)可以从气体源405穿过气体入口406提供至处理腔室200。气体入口406可以经由顶部腔室202中(例如，在毫秒退火系统的顶部腔室202的顶部拐角中)的通风开口402将处理气体提供至处理腔室200。
气体流动系统400可以进一步包括用于从处理腔室200排放气体的气体出口。气体出口可以包括处理腔室200的底部腔室204(例如，处理腔室的底部拐角)中的排气开口404。气体可以通过排气开口404排放到出口管路412中，该出口管路412可以在下游管路410处联接在一起。下游管路410可以排出至外部导管440。
根据本公开的示例性方面，湿度传感器420可以布置在下游管路410中。湿度传感器420可以是配置成对流动通过下游管路410的气体中的湿气量(例如，水分)进行检测的任何传感器。湿度传感器420可以将信号发送至处理器电路450。处理器电路450可以配置成对信号进行处理以确定在毫秒退火系统的流体冷却系统中是否发生了泄漏。
在一些实施方式中，处理器电路450可以包括一个或更多个处理器以及一个或更多个存储装置。处理器电路450可以位于毫秒退火系统的壳体内，但是替代性地，处理器电路450可以定位成远离毫秒退火系统。本文中描述的各种功能在期望的情况下可以由单个处理器电路来执行，或者由本地处理器电路和/或远程处理器电路的其他组合来执行。将参照图17对由处理器电路450执行的一个示例性方法进行讨论。
以这种方式，湿度传感器420可以独立于其在腔室中的位置而对泄漏是灵敏的。湿度传感器420可以在例如每分钟1次的采样速率下或其他适合速率下以连续读取模式来操作。湿度测量的灵敏度可以选择成使得可以实时检测泄漏的形成并且可以减少具有水泄漏或其他流体泄漏的半导体基板的处理。
图16描绘了本公开的另一示例性实施方式。在该示例性实施方式中，湿度传感器通过旁路管路415与下游管路410并联地连接。以这种方式，传感器420可以通过电动或气动操作阀422和424与下游管路410断开连接。当腔室向大气湿度开放时(例如，当半导体基板被装载到腔室中时)，这可以用于防止传感器420饱和。因此，可以减小直至获得正确的读数的等待期。
图17描绘了用于对根据本公开的示例性实施方式的毫秒退火系统中的泄漏进行检测的示例性方法的流程图。图17可以由一个或更多个处理器电路比如图15和图16的处理器电路450来实施。图17描绘了出于说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。本领域中的普通技术人员使用本文中所提供的公开内容将理解的是，在不偏离本公开的范围的情况下可以以各种方式调整、修改、扩展、省略和/或重新布置本文中所描述的任何方法的各种步骤。
在(502)处，该方法包括从湿度传感器获得指示毫秒退火系统中的气体流动系统的下游管路中的湿度的信号。例如，该方法可以包括由处理器电路450获得来自图15和图16中的传感器420的信号。
在图16的(504)处，该方法可以包括对来自湿度传感器的信号进行处理以确定下游管路中的湿度是否超过湿度阈值。湿度阈值可以设定为指示毫秒退火系统中的泄漏。如果湿度未超过阈值，则该方法可以继续如图17中所示的毫秒退火系统的操作。
然而，当湿度超过阈值时，该方法可以包括如以(508)示出的检测到毫秒退火系统的流体冷却系统中的泄漏。泄漏可以例如在用以使流体(例如，水)循环通过反射镜、水窗、晶片平板、或毫秒退火系统的其他流体冷却部件的冷却系统中。
在(510)处，该方法可以包括提供与检测到的泄漏相关联的指示。该指示可以是毫秒退火系统中发生了泄漏的任何适合的通知或指示。例如，该指示可以是音频指示、视觉指示或其他适合的指示。在一些实施方式中，指示可以是通过适合的通信媒介(例如，有线通信媒介和/或无线通信媒介)通信的电子数据通知。在一些实施方式中，一个或更多个控制装置可以至少部分地基于在流体冷却系统中检测到的泄漏来自动地关闭毫秒退火系统的操作。
尽管已经参照本发明的特定示例性实施方式详细地描述了本发明的主题，但是应当理解的是，本领域中的技术人员在获得对前述的理解时可以容易地产生对这些实施方式的替换、变型和等同物。因此，本公开的范围仅作为示例而并非作为限制，并且本公开不排除包含对本领域中的普通技术人员而已是显而易见的本发明的主题的这些修改、变型和/或附加。

Claims (17)

1.一种热处理系统，包括：
处理腔室，所述处理腔室包括一个或更多个流体冷却部件；
气体流动系统，所述气体流动系统构造成提供处理气体在所述处理腔室中的流动并从所述处理腔室排放所述处理气体；以及
湿度传感器，所述湿度传感器配置成对在所述气体流动系统中配置成从所述处理腔室排放所述处理气体的至少一个排气开口下游流动的所述处理气体中的湿度进行测量，以检测与所述一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏。
2.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述处理腔室包括晶片平板，所述晶片平板将所述处理腔室分为顶部腔室和底部腔室，所述至少一个排气开口位于所述底部腔室中。
3.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述气体流动系统包括联接至所述至少一个排气开口的下游管路。
4.根据权利要求3所述的热处理系统，其中，所述湿度传感器配置成对在所述下游管路中流动的所述处理气体中的湿度进行测量。
5.根据权利要求3所述的热处理系统，其中，所述湿度传感器配置成对在联接至所述下游管路的旁路管路中流动的所述处理气体中的湿度进行测量。
6.根据权利要求5所述的热处理系统，其中，所述气体流动系统包括构造成对气体到所述旁路管路中的流动进行控制的阀。
7.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述热处理系统还包括至少一个处理器电路，所述处理器电路配置成：
从所述湿度传感器获得指示流动通过所述气体流动系统的处理气体中的所述湿度的信号；以及
至少部分地基于来自所述湿度传感器的所述信号对与所述一个或更多个流体冷却部件相关联的所述流体泄漏进行检测。
8.根据权利要求7所述的热处理系统，其中，所述处理器电路配置成至少部分地通过下述方式对与所述一个或更多个流体冷却部件相关联的所述流体泄漏进行检测：将流动通过所述气体流动系统的处理气体中的湿度与阈值进行比较并且当所述处理气体中的所述湿度超过所述阈值时检测到所述流体泄漏。
9.根据权利要求7所述的热处理系统，其中，所述处理器电路配置成提供与所述流体泄漏相关联的指示。
10.根据权利要求7所述的热处理系统，其中，所述一个或更多个流体冷却部件包括晶片平板。
11.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述一个或更多个流体冷却部件包括反射镜。
12.根据权利要求1所述的热处理系统，其中，所述一个或更多个流体冷却部件包括水窗。
13.一种用于检测毫秒退火系统中的流体泄漏的方法，所述方法包括：
由一个或更多个处理器电路从湿度传感器获得一个或更多个信号，所述湿度传感器配置成对在气体流动系统中配置成从处理腔室排放处理气体的至少一个排气开口下游流动的所述处理气体中的湿度进行测量，所述气体流动系统构造成提供所述处理气体在具有一个或更多个流体冷却部件的所述处理腔室中的流动，所述气体流动系统还构造成从所述处理腔室中排放所述处理气体；以及
由所述一个或更多个处理器电路至少部分地基于来自所述湿度传感器的所述一个或更多个信号对与所述处理腔室中的所述一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，由所述一个或更多个处理器电路对与所述处理腔室中的所述一个或更多个流体冷却部件相关联的流体泄漏进行检测包括：
由所述一个或更多个处理器电路将所述处理气体中的所述湿度与阈值进行比较；以及
当所述处理气体中的所述湿度超过所述阈值时由所述一个或更多个处理器电路检测到所述流体泄漏。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括由所述一个或更多个处理器电路提供与所述流体泄漏相关联的指示。
16.一种毫秒退火系统，包括：
处理腔室，所述处理腔室具有将所述处理腔室分为顶部腔室和底部腔室的晶片平板，所述处理腔室具有一个或更多个反射镜；
气体流动系统，所述气体流动系统构造成提供处理气体在所述处理腔室中的流动，所述气体流动系统包括至少一个通气开口和至少一个排气开口，其中，所述至少一个通气开口在所述顶部腔室中用于将所述处理气体提供至所述处理腔室，并且所述至少一个排气开口在所述底部腔室中用于从所述处理腔室中排放所述处理气体，所述气体流动系统还包括联接至所述至少一个排气开口的下游管路；
流体冷却系统，所述流体冷却系统构造成使流体循环通过所述晶片平板和所述一个或更多个反射镜的一者或更多者；以及
湿度传感器，所述湿度传感器配置成对在所述至少一个排气开口下游流动的处理气体中的湿度进行测量，以检测与所述流体冷却系统相关联的泄漏。
17.根据权利要求16所述的毫秒退火系统，其中，所述毫秒退火系统还包括处理器电路，所述处理器电路配置成执行操作，所述操作包括：
从所述湿度传感器获得指示流动通过所述下游管路的所述处理气体中的所述湿度的信号；以及
至少部分地基于来自所述湿度传感器的所述信号对与所述流体冷却系统相关联的所述泄漏进行检测。
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Address before: California, USA

Applicant before: MATTSON TECHNOLOGY, Inc.

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GR01 Patent grant
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