CN108369918A - 用于弧光灯的氮注入 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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“Nitrogen Injection for Lamps ina Millisecond Anneal System”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。
技术领域
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。
背景技术
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。
发明内容
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(open flow arc lamp)，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，则阀可以打开。当水电阻率达到上限值时，阀可以被关闭。系统还可以包括活性炭过滤器旁路回路，在活性炭过滤器旁路回路中，可以另外过滤一部分水以去除有机污染物。为了保持水温，水可以通过热交换器。
在弧光灯的操作期间，高能高温等离子体可以与电极材料和水物理地并且化学地相互作用。这会导致主要由铜、钨及其氧化物引起的灯水污染。污染物质的水溶解度由水的pH值确定。在大于约7的pH值处，灯管的内表面会被褐色沉积物覆盖。随着沉积物增加，灯的光输出降低。最终晶片被错误地加工，因为不能根据连续模式弧光灯输出的光达到中间温度。由于其外观，沉积物的形成被称为灯褐变。沉积物主要由铜、铜氧化物构成，并且其中也存在较少量的钨以及钨氧化物。
根据本公开内容的示例方面，可以通过控制在存在高能等离子体的情况下由氮与水的反应形成的酸的浓度来将在毫秒退火系统的弧光灯中使用的水的pH值控制在例如约5.5至约8.0例如6.5至约7.0的范围内。太低的pH值可以导致弧光灯中的电导率问题。在一些实施方式中，可以在操作期间将试剂注入到弧光灯中以控制循环通过弧光灯的水的pH值。在一些实施方式中，氮气被添加至灯内的水和高能等离子体以产生亚硝酸和硝酸。
例如，本公开内容的一个示例实施方式涉及毫秒退火系统。该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。该系统可以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可以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。该系统可以包括氮注入源，该氮注入源被配置成在弧光灯的操作期间将氮气引入到循环通过弧光灯的水中。如本文所使用的，“水”是指纯水或包括水的任何混合物。
在一些实施方式中，氮气注入源可以被布置在水回路中以在水进入弧光灯之前将氮引入到水中。在实施方式中，水回路可以包括喷射泵，该喷射泵被配置成产生跨弧光灯的压力降。氮气注入源可以被配置成在喷射泵的吸入端口处引入氮气。
在一些实施方式中，水回路可以包括用于向灯提供氩气的入口。弧光灯可以将氩气/水混合物排出到水回路中。水回路可以包括分离器，该分离器被配置成将氩气/水混合物中的氩气与水分离。在一些实施方式中，水回路可以包括被配置成去除由于等离子体电弧而溅射到水中的颗粒的一个或更多个颗粒过滤器。
在一些实施方式中，该系统可以包括被配置成测量水回路中的水的pH值的pH传感器。该系统可以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弧光灯的操作期间氮气到循环通过弧光灯的水中的注入。一个或更多个控制设备可以被配置成至少部分地基于指示由pH传感器测量的pH值的数据以及指示弧光灯操作状态的数据来控制氮气注入阀的将氮引入到循环通过水回路的水中的操作。
本公开内容的另一示例实施方式涉及操作用于使水循环通过毫秒退火系统中的弧光灯的水回路的方法。该方法可以包括：通过一个或更多个控制设备获得指示循环通过水回路的水的pH值的数据；通过一个或更多个控制设备获得指示弧光灯操作状态的数据；以及至少部分地基于指示水的pH值的数据来调节循环通过弧光灯的水的pH值。
在一些实施方式中，调节循环通过弧光灯的水的pH值包括：通过一个或更多个控制设备至少部分地基于指示循环通过弧光灯的水的pH值的数据以及指示弧光灯操作状态的数据来确定用于将氮注入到水回路中的氮注入阀的操作位置；以及通过一个或更多个控制设备基于所确定的操作位置来控制氮注入阀。
在水的pH值高于上限并且弧光灯操作状态是开启状态的情况下，氮注入阀的操作位置可以被确定成要打开。在弧光灯操作状态是关闭状态的情况下，氮注入阀的操作位置可以被确定成要关闭。在水的pH值低于下限的情况下，氮注入阀的操作位置可以被确定成要关闭。在一些实施方式中，上限可以是约7.0，并且下限可以是约6.5。
本公开内容的另一示例实施方式涉及弧光灯系统。该系统包括多个电极。该系统可以包括到电弧管的一个或更多个入口，所述一个或更多个入口被配置成接收来自水回路的要循环通过弧光灯的水。一个或更多个入口可以被配置成接收气体(例如氩气)。在弧光灯的操作期间，气体可在多个电极之间的电弧放电期间被转换成等离子体。水回路可以包括用于在操作期间将试剂注入到弧光灯中以减少弧光灯上的污染物的沉积的阀。在一些实施方式中，试剂可以是氮气。在一些实施方式中，试剂可以是酸。在一些实施方式中，弧光灯系统可以用作毫秒退火系统的一部分。
示例毫秒退火系统
示例毫秒退火系统可以被配置成提供强烈且短暂的曝光来以能够超过例如约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底的示例温度概况100。如图1所示，半导体基底(例如硅晶片)的大部分在斜坡阶段(ramp phase)102期间被加热至中间温度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，半导体基底的顶面可以暴露于非常短暂且强烈的闪光，产生最高达约104℃/s的加热速率。窗口110示出了半导体基底在短暂且强烈的闪光期间的温度概况。曲线112表示在闪光曝光期间半导体基底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底的其余部分或大部分的温度。曲线114表示通过半导体基底的大部分用作散热器进行的半导体基底的顶表面的传导冷却的快速冷却。半导体基底的大部分用作散热器，从而针对基底产生高的顶面冷却速率。曲线104表示半导体基底的大部分通过热辐射和对流的缓慢冷却，其中，处理气体用作冷却剂。
示例毫秒退火系统可以包括多个弧光灯(例如，四个氩弧灯)作为半导体基底的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”——的光源。当基底已经被加热至中间温度(例如，约450℃至约900℃)时，闪光可以被应用于半导体基底。可以使用多个连续模式弧光灯(例如，两个氩弧灯)来将半导体基底加热至中间温度。在一些实施方式中，可以通过半导体基底的底表面以加热晶片的整个大部分的斜坡速率来实现将半导体基底加热至中间温度。
图2至图5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可以被晶片平面板210划分成顶室202和底室204。半导体基底60(例如硅晶片)可以由安装至晶片支撑板214(例如，插入到晶片平面板210中的石英玻璃板)的支撑销212(例如石英支撑销)支撑。
如图2和图4所示，毫秒退火系统80可以包括接近顶室202布置的多个弧光灯220(例如，四个氩弧灯)，作为半导体基底60的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”——的光源。当基底已经被加热至中间温度(例如，约450℃至约900℃)时，闪光可以被应用于半导体基底。
可以使用接近底室204定位的多个连续模式弧光灯240(例如，两个氩弧灯)来将半导体基底60加热至中间温度。在一些实施方式中，从底室204通过半导体基底的底表面以加热半导体基底60的整个大部分的斜坡速率来实现将半导体基底60加热至中间温度。
如图3所示，来自底部弧光灯240(例如，用于将半导体基底加热至中间温度)和来自顶部弧光灯220(例如，用于通过闪光提供毫秒加热)的加热半导体基底60的光可以通过水窗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可以包括两个石英玻璃板的夹层，其中约4mm厚的水层在所述两个石英玻璃板之间循环以冷却石英板并且提供针对波长例如针对大于1400nm的波长的滤光器。
如在图3中进一步示出的，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可以是例如水冷抛光铝板。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240二者的透视图。如图所示，每个灯阵列220和240的主体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。
可以通过操纵落在半导体基底的不同区域上的光密度来控制半导体基底的温度均匀性。在一些实施方式中，可以通过改变小尺寸反射器相对于主反射器的反射等级以及/或者通过使用安装在晶片周围的晶片支撑平面上的边缘反射器来实现均匀性调整。
例如，可以使用边缘反射器将来自底部灯240的光重新引导至半导体基底60的边缘。作为示例，图6描绘了示例边缘反射器264，该边缘反射器264形成晶片平面板210的一部分，可以用于将来自底部灯240的光引导至半导体基底60的边缘。边缘反射器264可以被安装至晶片平面板210，并且可以围绕或至少部分地围绕半导体基底60。
在一些实施方式中，还可以在晶片平面板210附近的室壁上安装另外的反射器。例如，图7描绘了可以被安装至处理室壁的示例反射器，该示例反射器可以用作用于加热光的反射镜。更特别地，图7示出了安装至下室壁254的示例楔形反射器272。图7还示出了安装至上室壁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/或处理室200中的其他反射元件(例如，反射元件274)的反射等级来调整半导体基底60的加工的均匀性。
图8至图11描绘了可以用作用于半导体基底60的顶表面的强毫秒长曝光(例如，“闪光”)的光源的示例上部弧光灯220的各方面。例如，图8描绘了示例弧光灯220的截面图。弧光灯220可以是例如明流弧光灯(open flow arc lamp)，在明流弧光灯中，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(例如，间隔开约300mm)的带正电的阳极230之间的石英管225中。只要阴极222与阳极230之间的电压达到氩气或其他合适的气体的击穿电压(例如，约30kV)，则形成发射电磁谱的可见光范围和UV范围中的光的稳定的低电感等离子体。如图9所示，灯可以包括灯反射器262，灯反射器262可以用于反射由灯提供的光以用于加工半导体基底60。
图10和图11描绘了根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统80中的弧光灯220的示例操作的各方面。更特别地，等离子体226被容纳在石英管225内，石英管225通过水壁228从内部进行水冷却。水壁228以高流速在灯200的阴极端注入并且在阳极端排出。这同样适用于氩气229，氩气229也在阴极端进入灯220并且从阳极端排出。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涡流。因此，沿着灯的中心线，形成了用于氩气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，则水壁228保护石英管225并且将等离子体226限制至中心轴线。只有水壁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描绘了根据本公开内容的示例实施方式的与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，相同的构造可以用于阳极222。
在一些实施方式中，由于电极经历高热负荷，所以电极中的一个或更多个可以每个均包括端头232。端头可以由钨制成。端头可以耦接至和/或熔合至水冷铜散热器234。铜散热器234可以包括电极的内部冷却系统(例如，一个或更多个水冷却通道236)的至少一部分。电极还可以包括具有水冷却通道236的黄铜基座235以提供水或其他流体的循环以及电极的冷却。
在根据本公开内容的各方面的示例毫秒退火系统中使用的弧光灯可以是用于水和氩气的明流系统。然而，出于保护的原因，在一些实施方式中，两种介质都可以在闭环系统中循环。在一些实施方式中，氮气可以在操作期间被注入到弧光灯中以控制在操作期间循环通过弧光灯的水的pH值。将参照图14详细讨论示例水回路系统。
根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统可以包括独立测量半导体基底的两个表面(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的示例温度测量系统150。
图13示出了毫秒退火系统200的简化图。可以通过温度传感器例如温度传感器152和温度传感器154来独立地测量半导体基底60的两侧的温度。温度传感器152可以测量半导体基底60的顶表面的温度。温度传感器154可以测量半导体基底60的底表面的温度。在一些实施方式中，具有约1400nm的测量波长的窄带高温测量传感器可以用作温度传感器152和/或154，来测量例如半导体基底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可以是超快速辐射计(UFR)，该超快速辐射计具有足够高以解决由闪光加热引起的毫秒温度尖峰的采样速率。
温度传感器152和154的读数可以是发射率补偿的。如图14所示，发射率补偿方案可以包括诊断闪光156、参考温度传感器158以及温度传感器152和154，温度传感器152和154被配置成测量半导体基底的顶表面和底表面。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的测量结果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。水窗可以提供滤光器，该滤光器抑制温度传感器152和154的测量带中的灯辐射，使得温度传感器152和154仅测量来自半导体基底的辐射。
温度传感器152和154的读数可以被提供至处理器电路160。处理器电路10可以位于毫秒退火系统200的壳体内，但是可替选地，处理器电路160可以被定位成远离毫秒退火系统200。如果需要，本文描述的各种功能可以由单个处理器电路执行或者通过本地和/或远程处理器电路的其他组合来执行。
毫秒退火系统中的用于灯的示例氮注入
根据本公开内容的示例方面，可以通过控制在存在高能等离子体的情况下由氮或其他试剂与水的反应而形成的酸的浓度，将毫秒退火系统的弧光灯中使用的水的pH值控制在例如约6.5至约7的范围内。在一些实施方式中，氮气或其他试剂可以在操作期间被添加至灯内的水和高能等离子体以控制亚硝酸和硝酸的浓度。
更特别地，一系列的化学反应可以从通过基本反应N2+O2→2NO形成一氧化氮来开始，所述基本反应N2+O2→2NO在温度超过3000K的等离子体放电中进行。反应组分O2本身在弧光灯中由水的分解反应产生，并且不需要添加。
一氧化氮立即与氧气反应而形成二氧化氮2NO+O2→2NO2。在存在水的情况下，二氧化氮形成亚硝酸和硝酸2NO2+H2O→HNO2+HNO3。硝酸是强酸，并且通过以下反应HNO3+H2O→H3O++NO3 -降低pH值。亚硝酸是弱酸，并且通过平衡反应降低pH值。在最后两个反应中形成的离子也降低了水电阻率，并且可以通过离子交换过滤器被去除。在不偏离本公开内容的范围的情况下，可以使用其他合适的反应来调节pH值。
图13描绘了具有氮气注入的示例灯水回路300，示例灯水回路300用于供应操作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明流氩弧灯所需的水和氩气。
更特别地，高纯度水302和氩气304被馈送至灯220。高纯度水302用于水壁和电极的冷却。离开灯的是气体/水混合物306。在水/气体混合物306可以被重新馈送至灯220的入口之前，该水/气体混合物306被分离器310分离成无气体水302和干燥的氩气304。为了跨灯220产生所需要的压力降，气体/水混合物306通过水驱动喷射泵320来泵送。
高功率电动泵330提供水压以驱动灯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。喷射泵320下游的分离器310可以用于从混合物提取液体和气相(氩气)。在氩气再次进入灯220之前，氩气在凝聚式过滤器340中被进一步干燥。如果需要，可以从氩气源350供应另外的氩气。
水通过一个或更多个颗粒过滤器350以去除由于电弧而溅射到水中的颗粒。离子污染物由离子交换树脂去除。一部分水流过混合床离子交换过滤器370。离子交换旁路370的入口阀372可以通过水电阻率来控制。如果水电阻率下降至下限值以下，则阀372打开，当水电阻率达到上限值时，阀372被关闭。系统可以包括活性炭过滤器旁路回路380，在活性炭过滤器旁路回路380中，可以另外过滤一部分水以去除有机污染物。为了保持水温，水可以通过热交换器390。
根据示例实施方式，可以例如在水回路的低压点处从氮气注入源400注入氮气。例如，如图13所示，可以在喷射泵320的吸入端口处从氮气注入源400注入氮气(N2)。由于所需的氮量非常小，因此可以通过质量流量控制器404来计量气体。氮气的流动可以通过一个或更多个氮气注入阀406来接通和关断。在一些实施方式中，一个或更多个氮气注入阀包括控制阀例如电磁阀。在一些实施方式中，氮气的供应压力可以超过吸入端口处的压力大于约2％。
在一些实施方式中，系统可包括pH传感器420和一个或更多个控制设备430以控制氮气从氮气源400的注入。PH传感器420可以被配置成在水回路中的一个或更多个位置处测量在水回路中循环的水的pH值。控制设备420可以包括用于控制氮气源400的任何合适的控制设备。例如，控制设备420可以被配置成向阀406提供控制信号以打开和/或关闭阀406。
控制设备430可以包括能够发送控制信号以调节毫秒退火系统的各方面的任何合适的控制设备。在一些实施方式中，控制设备430可以包括一个或更多个处理器以及一个或更多个存储器设备。一个或更多个处理器可以执行存储在一个或更多个存储器设备中的计算机可读指令以执行本文中公开的控制功能。控制设备430可以是独立的控制设备或者与毫秒退火系统相关联的整体控制系统的一部分。
在一些实施方式中，通过一个或更多个控制设备430至少部分地基于指示例如从pH传感器406获得的水的pH值的数据以及灯操作状态(例如灯开启或灯关闭)的数据来控制氮气从氮气源400的注入。例如，如果pH值高于上限(例如约7.0的pH值)并且灯操作状态是开启，则打开注入阀。如果pH值下降至下限(例如，6.5的pH值)以下或灯操作状态为关闭，则注入阀被关闭。
根据灯操作进行氮注入的原因在于下述：pH值降低反应可能需要电弧放电，这意味着灯需要被接通。在没有电弧放电的情况下，氮气只能溶解在水中。如果超过溶解度极限，则氮气将以气态形式增加。如果稍后灯被点燃并且最终发生反应，则释放一阵硝酸/亚硝酸，这会突然降低pH值和电阻率，导致难以进行控制。表1提供了根据本公开内容的示例实施方式的氮气注入阀的操作的概述。
pH值 灯操作 N2注入阀
超过上限 开 开
超过上限 关 关
低于下限 开 关
低于下限 关 关
表1
图14描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例方法(500)的流程图。方法(500)可以由毫秒退火系统中的一个或更多个控制设备例如控制设备430来实现。出于说明和讨论的目的，图14描绘了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开内容的范围的情况下，可以以各种方式改变、修改、扩展、重新布置和/或省略本文公开的任何方法的步骤。
在(502)处，该方法包括获得指示在用于使水循环通过毫秒退火系统中的弧光灯的闭合回路中循环的水的pH值的数据。例如，图13的一个或多个控制设备430可以从pH传感器420获得指示在系统300中循环的水的pH值的数据。
在(504)处，该方法包括获得指示弧光灯的操作状态的数据。例如，一个或多个控制设备430可以获得指示弧光灯是处于开启操作状态还是处于关闭操作状态的数据。
在(506)处，该方法可以包括：至少部分地基于指示pH值的数据以及指示操作状态的数据来确定用于将氮气注入到水回路中的氮气注入阀的操作位置。例如，在水的pH值高于上限并且弧光灯操作状态为开启状态的情况下，一个或多个控制设备430可以确定要打开氮注入阀。在弧光灯操作状态为关闭状态的情况下，氮注入阀的操作位置可以被确定成要关闭。在水的pH值低于下限的情况下，氮注入阀的操作位置可以被确定成要关闭。
在(508)处，该方法可以包括至少部分地基于所确定的操作位置来控制氮注入阀。例如，一个或多个控制设备430可以基于所确定的操作位置将控制信号发送至阀406(例如，电磁阀)以打开和/或关闭氮注入阀406。
可以对本公开内容的这些示例实施方式进行改变和修改。例如，在一些实施方式中，可以通过时间控制或者通过水电阻率来打开和关闭注入阀。在一些实施方式中，氮气由计量泵供应。在一些实施方式中，气体的流动可以至少部分地基于供应压力与吸入端口压力之间的压力差。
与液体或固体试剂相比较，使用氮气来降低/控制水的pH值的优点源于以下事实：N2已经可以用作用于半导体基底的热处理的处理气体，因此N2是非常干净的并且不是pH降低剂的可耗尽源。另外，可以通过质量流量控制器来非常准确地计量氮气。此外，在水回路已经充满淡水之后，氮自然存在于水中。然而，在灯操作的前数小时期间，氮反应和随后通过离子交换过滤器进行的反应产物的去除会导致氮耗尽。因此，注入N2可以被看作是维持或恢复水的“自然”N2水平的方式。
尽管已经关于本主题的具体示例实施方式详细描述了本主题，但是应该认识到，本领域技术人员在获得对前述内容的理解时可以容易地产生这样的实施方式的变化、变型和等同物。因此，本公开内容的范围作为示例而不是作为限制，并且本主题公开内容不排除包括对于本领域普通技术人员而言是明显的对本主题的这样的修改、变型和/或添加。

Claims (20)

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。
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值的数据以及指示弧光灯操作状态的数据来控制氮气注入阀的将氮引入到循环通过所述水回路的水中的操作。
12.一种操作用于使水循环通过毫秒退火系统中的弧光灯的水回路的方法，所述方法包括：
通过一个或更多个控制设备获得指示循环通过所述水回路的水的pH值的数据；
通过所述一个或更多个控制设备获得指示弧光灯操作状态的数据；
至少部分地基于指示水的pH值的数据来调节循环通过所述弧光灯的水的pH值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，调节循环通过所述弧光灯的水的pH值包括：
通过所述一个或更多个控制设备至少部分地基于指示循环通过所述弧光灯的水的pH值的数据以及指示弧光灯操作状态的数据来确定用于将氮注入到所述水回路中的氮注入阀的操作位置；以及
通过所述一个或更多个控制设备基于所确定的操作位置来控制所述氮注入阀。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述水的pH值高于上限并且弧光灯操作状态为开启状态的情况下，所述氮注入阀的操作位置被确定成要打开。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在弧光灯操作状态为关闭状态的情况下，所述氮注入阀的操作位置被确定成要关闭。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述水的pH值低于下限的情况下，所述氮注入阀的操作位置被确定成要关闭。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述上限为约7.0，并且所述下限为约6.5。
18.一种弧光灯系统，包括：
多个电极；
至电弧管的一个或更多个入口，所述一个或更多个入口被配置成接收来自水回路的在操作期间要循环通过所述弧光灯的水，所述一个或更多个入口被配置成接收气体，其中，在所述弧光灯的操作期间，所述气体在所述多个电极之间的电弧放电期间被转换成等离子体；以及
其中，所述水回路包括用于在操作期间将试剂注入到所述弧光灯中以减少所述弧光灯上的污染物的沉积的阀。
19.根据权利要求17所述的弧光灯系统，其中，所述试剂是氮气。
20.根据权利要求17所述的弧光灯系统，其中，所述试剂是酸。
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CB02 Change of applicant information
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Address after: California, USA

Applicant after: MATTSON TECHNOLOGY, Inc.

Applicant after: Beijing Yitang Semiconductor Technology Co.,Ltd.

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Applicant before: MATTSON TECHNOLOGY, Inc.

Applicant before: Beijing Yitang Semiconductor Technology Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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