KR100809240B1 - 섬광 어닐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처리공정 동안에 반도체 웨이퍼나 기판의 활성 표면을 균일하고도 제어가능하게 가열하기 위한 시스템에 대한 것이다. 본 발명은 제공된 방사 에너지원을 포함할 수 있는데, 이 방사 에너지원은 반사/흡수 표면에 의해 둘러막히거나 사실상 둘러싸이며, 이 반사/흡수 표면은 에너지원으로부터 방출된 방사 에너지를 반사하고 흡수한다. 본 발명에 따라서, 웨이퍼 쪽에서 바라본 수득된 에너지 출력은 사실상 비균일성이 없다.

Description

섬광 어닐{FLASH ANNEAL}
본 출원은 미국특허출원 제 09/568,450 호(2000년 5월 9일에 출원됨)-참조에 의해서 본 명세서에 통합됨-의 부분 연속출원이다.
본 발명은 전반적으로 반도체 제조 장비에 대한 것이며, 특히 반도체 웨이퍼에 대한 급속 열처리를 위한 시스템과 방법에 대한 것이다.
감소된 크기의 반도체 디바이스들을 만들기 위해서 새로운 처리공정과 제조 기술이 개발되어 왔다. 새로운 기술이 갖추어야 할 중요 요건 중의 하나는 반도체 웨이퍼가 처리공정 동안에 고온에 노출되는 시간을 줄이는 것이다. 이러한 요건에 대처하기 위해 설계된 처리기술 중의 하나가 급속 열처리(Rapid Thermal Processing: 이하 RTP)로 알려져 있다. 일반적으로, 급속 열처리 기술은 웨이퍼의 온도를 급속히 높인 후, 성공적으로 제조 공정을 수행할 수 있을 만큼 충분히 긴 시간 동안 웨이퍼를 그 온도에서 유지하면서, 동시에, 높은 처리 온도에서 나타날 수 있는 원치 않는 도펀트(dopant) 확산과 같은 문제점들을 피해가는 것을 포함한다.
일반적으로, 종래의 RTP 시스템은 반도체 웨이퍼의 벌크를 가열하기 위해서 광원(light source)과 반사기들을 사용한다. 대개, 광원은 반사기들에 의해 웨이퍼에 포커싱된 방사 에너지(radiation energy)를 방출하는 일련의 할로겐 램프들이다.
할로겐 램프에 기초한 종래의 RTP 시스템은 웨이퍼 표면의 활성층(active layer)에 걸쳐 균일한 온도 분포를 달성하고 유지하는 데에 있어서 상당한 단점을 갖는다. 예를 들어, 할로겐 램프는 필라멘트를 갖는데, 이 필라멘트는 광대역 방사를 발생시킨다. 더 많은 전력을 필라멘트에 인가함으로써 램프의 강도는 증가될 수 있다. 그러나, 실리콘 웨이퍼는 유용한 단파장대역을 이용하여 가열되며, 이 대역 외부의 파장에 대해서는 투명하다. 일반적인 할로겐 램프의 동작 중에 램프로부터의 방사 에너지는 대개 유용한 파장대역의 외부에 있다. 그 결과, 인가된 전력의 많은 부분이 낭비된다.
필라멘트 유형의 램프가 갖는 또 다른 단점은 독립적으로 제어할 수 없는, 넓은 파장 분포를 발생시킨다는 것이다. 그 결과, 웨이퍼 표면 상에서 온도의 요동이 발생하여, 고온(예를 들어, ~ 섭씨 1000도)과 다양한 램프 배치 하에서, 웨이퍼 내에 결정의 결함과 슬립 전위(slip dislocation)를 야기할 수 있다.
할로겐 램프에 기초한 시스템의 단점에 대한 하나의 특정한 해결책이 미국특허 제 5,893,952 호에 개시되어 있다. 상기 미국특허에서는 고출력(high wattage) 레이저로 발생된 전자기 방사의 협대역 빔(beam)을 이용해서 웨이퍼를 급속 열처리하기 위한 장치가 설명되어 있다. 그 빔은 얇은 흡수막을 통과해서 웨이퍼로 향하는데, 흡수막은 빔으로부터의 사실상 모든 에너지를 흡수한 후 다시 웨이퍼로 열을 방사한다. 불행하게도, 전술한 장치는 약간의 한계와 단점을 갖고 있다. 예를 들어, 얇은 흡수막의 두께는 정확하게 결정되어야만 한다. 만약 얇은 흡수막의 두께가 너무 얇다면, 빔으로부터의 에너지는 웨이퍼로 바로 전달되어 버릴 수 있다. 혹은, 만약 얇은 흡수막의 두께가 너무 두껍다면, 그 막은 급속 열처리를 위해 충분할 정도로 빠르게 가열되지 않을 수 있다. 사용되는 막은 시간이 지남에 따라서 열화가 일어나지 말아야 하며, 가열되었을 때 스퍼터링(sputter)이 일어나거나, 기포가 발생하거나, 기체제거(degas)가 일어나지 않는 것이어야 한다. 그렇지 않다면, 비균일적인 흡수가 야기될 것이다. 얇은 흡수막에 부과되는 이러한 필요조건들 때문에, 막을 만드는 재료는 제한되어 있다. 그 결과, 동일한 RTP 장치가 웨이퍼들을 다르게 가열하거나 예측불가능하게 가열할 수 있으며, 이는 시간과 재료의 낭비를 초래한다.
본 발명은 처리공정 동안에 반도체 웨이퍼나 기판의 활성 표면을 균일하고도 제어가능하게 가열하기 위한 시스템과 방법을 제공한다. 본 발명은, 이하에서 상세히 설명된 바와 같이, 제공된 방사 에너지원을 포함할 수 있는데, 이 방사 에너지원은 반사/흡수 표면에 의해 둘러막히거나 사실상 둘러싸이며, 이 반사/흡수 표면은 에너지원으로부터 방출된 방사 에너지를 반사하고 흡수한다. 그리하여, 웨이퍼 쪽에서 바라본 수득된 에너지 출력은 사실상 비균일성이 없게 된다. 효과적으로, 수득된 에너지(resultant energy)는 단지 웨이퍼 표면의 활성층만을 가열하게끔 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하게 퍼질 수 있다. 수득된 에너지는 웨이퍼의 직경에 걸쳐 균일하기 때문에 현저한 가열 중복은 없다.
본 발명에 따라, 수득된 에너지는 기판의 활성층을 가열하는데 단지 짧은 노출 시간만이 필요하게끔 매우 높은 강도로 제공될 수 있다. 그리하여, 이 공정은 "섬광(flash)" 어닐(anneal) 공정으로 불릴 수 있으며, 이 공정은 기판의 활성층을 결정화하고, 그 활성층을 도핑하거나, 혹은 활성층을 가열처리하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 기판의 벌크가 가열될 수 있도록, 연속적인 열 노출을 제공할 수 있다.
본 발명의 한 측면에서, 기판의 급속 열처리를 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 반사기로 둘러싸인 방사 에너지원을 포함하며, 이 반사기는 방사 에너지를 기판의 표면에 작용시켜 기판의 활성층을 가열한다. 방사 에너지는 사실상 순간적인 반응 시간 동안에 기판의 표면에 작용한다.
본 발명의 다른 측면에서, 기판의 급속 열처리를 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 방사 에너지원과 반사기를 구비한 챔버(chamber)를 제공하는 것을 포함하며, 또한 기판의 활성층을 가열하기 위해 사실상 순간적인 시간 동안 기판의 표면에 작용하는, 방사 에너지원으로부터의 방사 에너지를 제 1 초점(focal point)에 포커싱하는 것을 포함한다.
본 발명의 또다른 측면에서, 기판의 급속 열처리를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 방사 에너지원과 반사기를 구비한 챔버를 제공하는 것을 포함하며, 또한 제 1 시간 구간 동안에 기판의 활성층을 제 1 방사 에너지에 노출시키기 위해, 방사 에너지원의 전력 수준을 최고 전력 수준까지 올리는 것을 포함하고, 제 2 시간 구간 동안에 기판의 벌크를 제 2 방사 에너지에 노출시키기 위해, 방사 에너지원의 제 2 전력 수준을 제 1 전력 수준보다 작게 유지하는 것을 포함한다.
본 발명의 시스템과 방법은 기판 표면의 활성층만을 가열하기 위해서 사용될 수 있다. 따라서 그 공정은 예를 들어, 얕은 접합, 매우 얕은 접합, 소스 드레인 어닐과 같은 임플랜트(implant) 어닐 응용에서 이점을 갖는다. RTP 시스템과 방법은 열 도너 소멸(thermal donor annihilation), 재결정화, 불순물 도핑에 있어서 또한 효과적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 반도체 웨이퍼의 벌크는, 원치 않을 경우, 가열 공정 동안에 가열될 필요가 없기 때문에, RTP 시스템에 의해 사용되는 전력의 양은 50kWh 이하, 바람직하게는 10kWh 이하로 줄어들 수 있다. 유사하게, 단지 웨이퍼의 활성층만이 가열되기 때문에 공정 시간도 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 특성과 이점들은 첨부된 도면과 더불어 이하에서 제시된 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명에서 보다 쉽게 명백해 질 것이다.
도 1A와 도 1B는 본 발명의 대표적인 환경을 확립하는 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 한 가지 실시예에 대한 측면 예시도와 평면 예시도,
도 2A는 본 발명의 원리에 따른 RTP 반응기 시스템(reactor system)의 간략 예시도,
도 2B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RTP 반응기 시스템의 간략 예시도,
도 2C는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RTP 반응기 시스템의 간략 예시도,
도 2D는 본 발명의 원리에 따라 반도체 웨이퍼의 활성층을 간략히 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 원리에 따른 방사 챔버의 실시예의 간략 예시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 간략 예시도,
도 5A와 도 5B는 본 발명에 따른 섬광 어닐 시스템의 실시예의 간략 예시도,
도 6은 본 발명에 따른, 도 5의 섬광 어닐 시스템과 같이 사용되는 반사기 조립체(assembly)의 간략 예시도,
도 7은 본 발명에 따른, 도 6의 반사기 조립체의 다른 실시예의 간략 예시도,
도 8은 본 발명에 따른, 도 6의 반사기 조립체의 다른 실시예의 간략 예시도,
도 9A 내지 도 9D는 본 발명의 실시예에 따른, 램프를 점화하는 전원 공급기의 간략 회로도,
도 10은 본 발명의 원리에 따른 전원 공급 회로의 실시예, 및
도 11은 본 발명의 원리에 따른 전원 공급 회로의 실시예이다.
여기에서 사용된 바 대로, "섬광(flash)"이란 단어는 당업계에서 통상의 기술을 가진 사람들이 일반적으로 이해하는 바 대로의 통상적인 의미를 포함한다. 이 정의는 약 1나노(nano)초와 약 10초 사이의 기간 동안에, 급속으로 혹은 사실상 순간적으로(혹은 일시적인 폭발로) 빛을 발광한다는 섬광의 정의를 포함한다.
도 1A와 도 1B는 본 발명의 대표적인 환경을 확립하는 반도체 웨이퍼 처리 시스템(10)의 한 가지 실시예에 대한 측면 예시도와 평면 예시도이다. 출원 중인 미국 특허출원 제 09/451,677 호(1999년 11월 30일에 출원됨)-이것은 참조에 의해 본 명세서에 통합되었음-에 그 대표적인 시스템이 완전하게 개시되어 있다. 처리 시스템(10)은 다수의 플랫폼들(14)을 갖는 로딩 스테이션(12)을 구비하고 있는데, 이 플랫폼들(14)은 웨이퍼 카세트(16)를 지지하고 로드록(loadlock)(18) 안으로 상향 이동시킨다. 웨이퍼 카세트(16)는 제거가능한 카세트일 수 있는데, 이 카세트는 수동으로 혹은 자동 가이드 운반체들(automated guided vehicles: 이하 AGV)에 의해서 플랫폼(14) 안으로 로딩된다. 웨이퍼 카세트(16)는 또한 고정된 카셋트일 수 있는데, 이 경우 웨이퍼들은 종래의 애트모스페릭 로보트(atmospheric robots)나 로딩기(도시 되지 않았음)를 이용해서 웨이퍼 카세트(16) 위로 로딩된다. 일단 웨이퍼 카세트(16)가 로드록(18) 안으로 로딩되면, 로드록(18)과 이동 챔버(transfer chamber)(20)는 대기압으로 유지되거나 혹은 펌프(50)에 의해 진공압까지 펌핑된다. 이동 챔버(20) 내의 로보트(22)는 로드록(18) 쪽으로 회전하여 카세트(16)로부터 웨이퍼(24)를 집어든다. 반응기(reactor) 또는 열처리 챔버(26)-이것 역시 대기압이거나 진공상태일 수 있음-는 게이트 밸브(30)를 통해서 로보트(22)로부터 웨이퍼(24)를 받는다. 또한, 예를 들어 반응기(28)와 같이, 추가적인 반응기들이 시스템에 추가될 수 있다. 이제 로보트(22)는 움츠러들고, 뒤따라 게이트 밸브(30)가 닫기고 웨이퍼(24)에 대한 처리가 시작된다. 웨이퍼(24)가 처리되고 난 후, 게이트 밸브(30)가 열리고 로보트(22)가 웨이퍼(24)를 집어서 냉각 스테이션(60) 안에 놓는다. 냉각 스테이션(60)은 새로이 처리된 웨이퍼들-섭씨 100도 이상일 수 있음-이 로드록(18) 내에 있는 웨이퍼 카세트(16) 안으로 다시 놓여지기 전에 그것들을 냉각시킨다.
본 발명에 따라서, 반응기들(26과 28)은 열 어닐(thermal anneals), 도펀트 확산, 열 산화, 질화(nitridation), 화학 증착 및 유사한 처리에서 사용되는 것과 같은 RTP 반응기이다. 일반적으로 반응기들(26과 28)은 수평적으로 배치되지만, 바람직한 실시예에서는 시스템(10)이 차지하는 바닥 공간을 최소화하기 위해 수직적으로(즉, 하나 위에 또 다른 하나가 놓여있음) 배치되었다. 반응기들(26과 28)은 이동 챔버(20) 상에 볼트로 고정되어 있으며, 지지 프레임(32)에 의해서 더한층 지지되어 있다. 공정 가스, 냉각제, 전기적 연결은 인터페이스(34)를 이용해서 반응기의 후면을 통하여 공급될 수 있다.
도 2A는 본 발명의 원리에 따른 RTP 반응기 시스템(40)의 실시예의 간략 예시도이다. 이 실시예에서, 반응기 시스템(40)은 처리 챔버(102)와 스캐너 조립체(200)를 구비하고 있다. 스캐너 조립체(200)는 동작 중에 챔버 내에 배치된 웨이퍼를 적절히 스캔할 수 있도록 처리 챔버(102)에 근접하게 위치지워질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 처리 챔버(102)는 끝이 막힌 튜브(103)를 구비할 수 있으며, 이 튜브(103)는 내부 캐비티(interior cavity)(104)를 한정한다. 튜브(103) 내에는 일반적으로 3개(그 중 2개만 도시됨)의 웨이퍼 지지 기둥(106)이 있는데, 이 기둥들은 하나의 웨이퍼(108)를 지지하기 위한 것이다. 튜브(103)의 한쪽 끝에 있는 구멍 혹은 애퍼처(aperture)(도시되지 않았음)는 처리공정 전후에 웨이퍼(108)의 로딩과 언로딩에 대한 접근을 제공한다. 그 애퍼처는 상대적으로 작은 구멍일 수 있지만, 두께가 약 0. 5mm에서 0. 8mm까지이고 직경이 300mm(12인치)까지인 웨이퍼와 로보트(22)의 팔 및 끝 이펙터(end effector)를 수용할 수 있을 정도로 충분히 클 수 있다. 바람직하게는, 그 애퍼처는 약 18mm와 22mm 사이보다 크지 않으며, 20mm가 바람직하다. 상대적으로 작은 애퍼처 크기는 튜브(103)으로부터의 방사 에너지 손실을 감소시키는데 도움을 준다.
웨이퍼(108)는 로보트(22)에 의해서 로딩, 언로딩되기 때문에, 튜브(103)는 웨이퍼(108)를 위치시키기 위해서 리프트 핀, 구동기 등과 같은 내부 이동 부품들을 갖출 필요가 없다. 그리하여 튜브(103)는 웨이퍼(108)를 둘러싸는 최소한의 내부 체적으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 내부 캐비티(104)의 체적은 대개 약 1. 0m3보다 크지 않으며, 바람직하게는 0. 3m3보다 크지 않다. 따라서, 튜브의 작은 체적 덕택에 반응기 시스템(40)은 더 작은 크기로 제작될 수 있으며, 그 결과 반도체 웨이퍼 처리 시스템(10)을 보다 작게 제작하여 필요한 바닥 공간을 줄일 수 있다. 바람직하게는, 튜브(103)는 투명한 수정이나 그와 유사한 재료로 만들어진다.
도 2A는 또한 스캐너 조립체(200)를 도시하고 있는데, 이 조립체는 방사 에너지원(202)과 결합하여 반도체 웨이퍼(108)에 대한 급속 열처리를 제공하는데 사용될 수 있다. 스캐너 조립체(200)는 구동기(204)를 지지하는 하우징(216, housing), 반사 챔버(212), 방사 출구 채널(214)(radiation outlet channel)을 구비하고 있다. 하우징(216)의 외부 크기는 응용예에 따라 결정된다. 예를 들어, 하우징(216)의 길이는 적어도 웨이퍼(108)의 직경과 같거나 더 클 수 있다.
구동기(204)는 스캐너 조립체(200)가 웨이퍼(108)를 스캔할 수 있도록 하는 종래의 수단을 제공한다. 구동기(204)는 도 2A의 화살표들(206 및 208)에 의해서 도시된 바와 같이, 튜브(103)의 스캐닝 길이 방향으로 전후 스캐닝 동작을 제공하게끔 구성될 수 있다. 구동기(204)는 선형 모터, 스테퍼(stepper) 모터, 수압 드라이브 등과 같은 종래의 운동 변환 기구와 구동장치들, 그리고 기어, 도르래, 체인 등을 구비할 수 있다(그러나 이러한 것에 한정되지는 않음).
도 2A에 도시된 실시예에서, 스캐너 조립체(200)는 처리 챔버(102)와 튜브(103) 모두의 외부에 설치될 수 있다. 스캐너 조립체(200)는 광학 창(210) 위에 위치지워지는데, 이 광학 창은 처리 챔버(102)의 스캐닝 길이(즉, 적어도 웨이퍼(108)의 직경만큼 큰) 방향으로 제공되어, 하우징(216)으로부터 방출된 방사 에너지가 튜브(103) 안으로 들어가 웨이퍼(108)에 작용하게 만든다. 도 2B에 도시된 다른 실시예에서, 스캐너 조립체(200a)의 스캐닝 동작은 처리 챔버(102a)의 내부이자 튜브(103a)의 외부인 곳에서 일어날 수 있다. 스캐너 조립체(200a)는 광학 창(210a) 위에 위치지워지는데, 이 광학 창은 튜브(103a) 위에 스캐닝 길이(즉, 적어도 웨이퍼(108)의 직경만큼 큰) 방향으로 형성되어, 하우징(216a)으로부터 방출된 방사 에너지가 튜브(103a) 안으로 들어가 웨이퍼(108)에 작용하게 만든다.
도 2C에 도시된 또 다른 실시예에서, 스캐너 조립체(200b)는 처리 튜브를 갖지 않은 처리 챔버(102b)의 외부에 설치될 수 있다. 이 실시예에서, 스캐너 조립체(200b)는 광학 창(210b) 위에 위치지워지는데, 이 광학 창은 처리 챔버(102b)의 스캐닝 길이(즉, 적어도 웨이퍼(108)의 직경만큼 큰) 방향으로 제공되어, 하우징(216b)으로부터 방출된 방사 에너지가 웨이퍼(108)에 작용(impinge)하게 만든다.
광학 창(210 혹은 210a)은 방사 에너지의 전달을 허용하는 임의의 재료로도 만들 수 있지만, 바람직하게는 수정이다. 광학 창(210)의 두께는 약 1mm와 약 5mm 사이일 수 있고, 직경은 웨이퍼(108)보다 적어도 같거나 더 클 수 있다.
스캐너 조립체가 튜브의 내부에 위치하든 외부에 위치하든지 간에, 웨이퍼의 표면과 스캐너 조립체 사이의 거리(도 2A에 간격(213)으로 표시됨)는 약 50mm보다 크지 않아야 하며, 바람직하게는 약 10mm와 25mm 사이이다. 상대적으로 작은 간격(213)은 웨이퍼(108) 상에 걸친 온도/방사 에너지 분포에 대한 적절한 제어가 확실히 유지될 수 있게 한다. 간격(213)이 크면 방사 에너지의 일부가 웨이퍼(108)에 작용하기 전에 달아나 버릴 수 있다.
도 2A에 도시되었듯이, 반사 챔버(212)와 방사 출구 채널(214)은 하우징(216) 내에 설치되어 있다. 방사 에너지원(202)은 반사 챔버(212) 내에 설치되어 있으며, 일반적으로 이 반사 챔버는 사실상 모든 광대역 방사(broadband radiation)가 챔버의 내면(218)에 작용할 수 있도록 위치지워져 있다. 한 실시예에서, 방사 에너지원(202)은 램프 가열 동작에서 종래에 사용되는 유형의 고강도 램프일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 방사 에너지원(202)은 제논 아크 램프(Xe arc lamp)와 같이 필라멘트가 없는 램프이다. 일반적으로, 본 발명의 바람직한 램프(202)에 대한 전력 요구량은 약 500W와 약 50kW 사이이다.
램프(202)로부터 방출되는 에너지는 반사 챔버(212)의 내면(218)에 작용하는 데, 이 내면은 특정 파장들에 대해서는 고도의 반사성을 띠며, 다른 파장들에 대해서는 흡수성 혹은 비반사성을 띤다. 한 실시예에서, 내면(218)은 반사/흡수 특성을 갖는 재료로 코팅되어 있다. 예를 들어, 내면(218)은 금이나 은으로 코팅될 수 있는데, 은의 경우는 SiN나 다른 투명 코팅과 같은 보호 코팅으로 추가로 코팅되는데, 이는 은의 산화를 방지한다. 바람직하게는, 코팅은 900nm보다 작은 파장들을 효율적으로 반사하여, 약 900nm와 약 200nm 사이의 평균 파장을 생산한다.
반사 챔버(212)는 임의의 적절한 기하학적인 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2A에 도시된 바와 같이, 반사 챔버(212)는 원형 챔버일 수 있다. 원형 챔버(212)에서, 빛에너지는 반사 챔버(212)의 중심에 포커싱될 수 있으며, 이하에서 설명된 바와 같이, 방사 출구 채널(214) 쪽으로 방향지워질 수 있다. 이 예에서, 방사 에너지원(202)은 포커싱된 빛에너지가 방사 에너지원(202)을 과도하게 가열하지 않도록 반사 챔버(212) 내의 중심에서 벗어나 있을 수 있다. 도 3은 반사 챔버(212)의 다른 예를 도시하고 있는데, 이 반사 챔버는 타원형 챔버로 형성될 수 있다. 타원형 챔버(212)는 두 개의 초점을 가질 수 있다. 방사 에너지원(202)은 제 1 초점(203)에 위치지워질 수 있는데, 이렇게 함으로써 빛에너지는 제 2 초점(205)에 포커싱되어 방사 출구 채널(214)로 방향지워진다.
도 2A를 다시 참조하면, 협대역 에너지(narrowband energy)는 반사 챔버(212)로부터 방사 출구 채널(214)을 통해서 방출(escape)된다. 방사 출구 채널(214)의 길이는 약 5mm에서 20mm까지일 수 있는데, 바람직하게는 약 10mm이며, 이는 방사 에너지를 원하는 경로를 따라서 적절히 인도하기 위해서이다. 방사 출구 채널(214)은 채널의 한쪽 끝에 형성된 구멍 혹은 슬릿(222)을 갖는데, 이 구멍 혹은 슬릿은 방사 에너지의 빔(220)이 하우징(216)으로부터 방출되는 것을 가능하게 한다. 슬릿(222)은 최적의 에너지량이 웨이퍼(108)에 포커싱될 수 있도록, 빔(220)을 원하는 형상 대로 만들 수 있게끔 설계된다. 바람직한 실시예에서, 슬릿(222)은 사각 구멍일 수 있으며, 이 슬릿은 스캐너 조립체(200)의 길이를 연장하며, 웨이퍼(108)의 직경과 같거나 더 크다. 구멍의 크기는 에너지의 양을 최소화 할 수 있을 정도로 충분히 작아야 하며, 에너지는 슬릿 구멍에서 자연적으로 분산될 것이다. 그러므로, 슬릿(222)의 폭은 약 1mm와 10mm 사이일 수 있는데, 바람직하게는 2mm이다. 빔(222)이 웨이퍼(108)를 스캐닝할 때, 균일한 온도 분포가 웨이퍼(108)의 표면에 걸쳐 생성되며, 그로인해 웨이퍼의 활성층(224)이 가열된다.
도 2A와 도 2D를 참조할 때, 활성층(혹은 디바이스층)(224)은 웨이퍼의 일부분으로서, 웨이퍼(108)의 표면(223)에서부터 표면(223) 아래 α의 깊이까지 연장된 것이다. 깊이 α는 일반적으로 약 0. 05㎛와 1mm 사이인데, 처리공정과 디바이스 특성 크기(device feature size)에 따라 변할 것이다. 반도체 제조 산업에서, 활성층(224)은 트랜지스터, 다이오드, 저항기, 커패시터와 같은 반도체 디바이스들이 형성되는, 웨이퍼의 일부분으로 잘 알려져 있다.
활성층(224)이 가열되어 도달하는 온도는 램프(202)에 인가되는 전력과 스캐너 조립체(200)가 웨이퍼(108)를 가로지르며 이동하는 속도 사이의 관계의 함수라는 사실을 충분히 이해해야 한다. 한 실시예에서, 활성층(224)의 온도는 섭씨 약 500도와 약 1200도 사이의 범위에 있을 수 있다. 이 온도를 달성하기 위해서, 스 캐닝 속도는 500W에서 50kW까지의 전력수준에서, 약 1mm/sec와 100mm/sec 사이에서 변할 수 있다. 스캐닝 속도가 느릴 수록, 요구되는 전력은 더 적게 된다. 한 실시예에서, 웨이퍼(108)는 예를 들어, 섭씨 약 300도까지 예열될 수 있는데, 그리하면 활성층(224)에 대한 처리공정이 보다 높은 온도에서 시작되어, 결과적으로 공정 시간이 줄어들고 에너지가 절약된다.
반응기 시스템(40)을 이용해서 활성층(224)을 가열하면 활성층(224)의 확산 속도와 용해도(solubility)가 증가한다. 그 결과, 도핑된 얕은 영역이 활성층(224) 내에 생성될 수 있다. 활성층을 도핑하는 것은 붕소, 인, 질소, 비소, B2H6, PH3, N2O, NO, AsH3, NH3와 같은 도핑 화합물의 환경에서, 예를 들어 섭씨 약 500도와 약 1200도 사이의 처리 온도까지 활성층(224)을 스캐닝하는 것을 포함한다. 화합물의 농도는 H2, N2, O2와 같은 캐리어 가스(carrier gas)나 아르곤, 헬륨과 같은 비활성 기체에 대해 상대적으로 약 0. 1%에서 약 100%까지의 범위에 있을 수 있다. 화합물을 고농도로하면 도핑 공정의 속도를 올릴 수 있고/있거나 활성층 내에서 도펀트(dopant) 농도를 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 간략 예시도이다. 이 실시예에서, 스캐너 조립체(300)는 반도체 웨이퍼(304)에 대한 급속 열처리를 제공하기 위해서 고강도 펄스 혹은 연속파 레이저(302)를 구비하고 있다. 스캐너 조립체(300)는 또한 레이저 에너지 포커싱 조립체(306)와 구동기(308)를 구비하고 있다. 스캐너 조립체(300)의 구성부분들은 단일 하우징 내에 놓여질 수 있는데, 이 단일 하우징은 도 2A에서 설명된 실시예와 비슷한 방식으로 처리 챔버(320) 위에 설치될 수 있다.
레이저 포커싱 조립체(306)는 제 1 포커싱 렌즈(310)와 제 2 포커싱 렌즈(312), 거울(314)을 구비하고 있다. 레이저 포커싱 조립체는 레이저(302)로부터의 레이저 에너지(301)를 웨이퍼(304) 상에 포커싱하기 위해, 잘 알려진 종래의 방식으로 동작한다. 레이저(302)로부터 오는 레이저 에너지(301)의 파장은 1㎛ 보다 작을 수 있다.
구동기(308)는 스캐너 조립체(300)가 웨이퍼(304)를 스캔할 수 있도록 하는 종래의 수단을 제공한다. 구동기(308)는 레이저(302)와 포커싱 조립체(306)를 움직여, 도 4의 화살표(316)로 표시된 것처럼 웨이퍼(304)를 전후로 가로지르는 스캐닝 동작을 제공하게끔 구성될 수 있다. 혹은 그 대신에, 단지 거울(314)만 움직여 웨이퍼(314)에 대한 레이저 스캐닝을 할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 웨이퍼(304)를 이동시킴으로써 고정된 빔(301)이 웨이퍼 표면을 스캔할 수 있도록 만들 수 있다. 구동기(308)는 선형 모터, 스테퍼 모터, 수압 드라이브 등과 같은 종래의 운동 변환 기구와 구동장치들, 그리고 기어, 도르래, 체인 등을 구비할 수 있다(그러나 이러한 것에 한정되지는 않음). 한 실시예에서, 스캐너 조립체(300)는 광학 창(318) 위에 위치지워지는데, 이 광학 창은 레이저 에너지가 처리 챔버(320) 안으로 들어가 웨이퍼(304)에 작용하게끔, 처리 챔버(302)의 스캐닝 길이 방향으로 제공된다. 광학 창(318)은 레이저 에너지(301)의 전달을 허용하는 임의의 재료로도 만들 수 있지만, 바람직하게는 투명한 수정이다. 광학 창(318)의 두께는 약 1mm와 약 5mm 사이일 수 있고, 직경은 웨이퍼(304)보다 적어도 같거나 더 클 수 있다.
도 5A는 본 발명의 원리에 따른, RTP 반응기 시스템(500)의 실시예에 대한 간략 예시도이다. 이 실시예에서, 반응기 시스템(500)은 처리 챔버(502)와 반사기 조립체(504)를 구비하고 있다. 반사기 조립체(504)는 반사기(506)와 방사 에너지원(508)을 구비할 수 있다. 반사기 조립체(504)는 처리 챔버(502) 내에서 웨이퍼(510)에 근접하게 위치지워질 수 있는데, 이렇게 함으로써 동작시 반사기 조립체(504)는 웨이퍼(510)를 적절히 처리하게끔 만들어 질 수 있다. 한 실시예에서, 방사 에너지원(508)은 램프 가열 동작에서 종래에 사용되는 유형의 고강도 램프일 수 있다. 이 실시예에서, 방사 에너지원(508)(이하 "램프(508)"로 함)은 제논 아크 램프와 같이 필라멘트가 없는 램프이다. 램프(508)는 적절한 임의의 모양을 갖는 램프일 수 있으며, 예를 들어 적어도 웨이퍼(510)의 직경과 같은 길이를 갖는, 튜브 모양의 램프일 수 있다. 한 실시예에서, 램프(508)는 플로우 튜브(512, flow tube)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 플로우 튜브(512)는 예를 들어, 탈이온화된 물과 같은 냉각 유체(522)를 함유할 수 있다. 냉각 유체(522)는 램프(508)가 동작하는 동안에 과열되는 것을 막기 위해서 사용된다. 예를 들어, 냉각 유체는 램프(508)의 온도를 섭씨 100도 아래로 유지하여, 램프(508)의 수정 성분들이 녹아내리는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각 유체(522)는 비전도성 다이(non-conductive die)와 혼합될 수 있다. 비전도성 다이는 필터처럼 작용하여 특정 파장들이 램프(508)로부터 플로우 튜브(512)로 방출되지 못하게 할 수 있다.
도 5B는 다른 실시예의 간략 예시도인데, 여기서는 복수의 램프들(508)이 반사기(506)에 근접하게 배치되어 있다. 특정 처리공정에서 요구되는 가열수준을 달성하기 위해서는, 램프들(508)의 갯수에 제한은 없다.
도 5A를 다시 참조하면, 반사기 조립체(504)는 웨이퍼(510)에 대해 동작하도록 배치되어 있다. 반사기(506)는 내면(514)을 구비하는데, 이 내면은 특정 파장들에 대해서는 고도의 반사성을 띨수 있고, 다른 파장들에 대해서는 흡수성을 띠거나 비반사성을 띨 수 있다. 한 실시예에서, 내면(514)은 반사/흡수 특성을 갖는 재료로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 내면(514)은 금이나 은으로 코팅될 수 있는데, 은의 경우는 SiN나 다른 투명 코팅과 같은 보호 코팅으로 추가로 코팅되는데, 이는 은의 산화를 방지한다. 코팅은 900nm보다 작은 파장을 효율적으로 반사하여, 약 900nm와 약 200nm 사이의 평균 파장을 생산한다. 다른 실시예에서, 내면은 자외선, 적외선, 가시광선의 전체 스펙트럼에 걸쳐서 고도의 반사성을 띤다.
반사기(506)는 임의의 적절한 기하학적 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사기(506)는 납작하거나, 구형(spherical)이거나, 타원형이거나, 포물선모양(parabolic)일 수 있다. 램프(508)로부터의 빛에너지는 반사기(506)의 중심이나 초점에 포커싱되어, 웨이퍼(510)쪽으로 향하게끔 방향지워질 수 있다. 램프(508)로부터 방출되고 반사기(506)의 내면(514)으로부터 반사된 방사 에너지는, 광선(ray)들(516, 518, 520)에 의해 간략하고도 대표적으로 도시된 바와 같이 웨이퍼(510)에 작용하여, 웨이퍼(510)의 표면 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 제공하며, 이를 통해 웨이퍼의 활성층(224)을 가열(앞에서 도 2D를 참조하면서 설명된 것처럼)하게 된다.
활성층(224)이 가열되어 도달하는 온도는 웨이퍼(510)에 방사 에너지가 작용하는 시간의 길이와 램프(508)에 인가되는 전력 사이의 관계의 함수이다. 한 실시예에서, 활성층(224)의 온도는 상승하여 섭씨 약 500도와 약 1400도 사이의 범위까지 도달할 수 있다. 이러한 온도를 달성하기 위해서, 웨이퍼(510)를 램프(508)의 섬광에 노출할 수 있는데, 램프(508)는 예를 들면 0. 5J/㎠와 100J/㎠ 사이의 에너지 밀도(energy density)수준에서 약 1나노초와 10초 사이의 시간 구간 동안에, 빛에너지를 급속으로 혹은 사실상 순간적으로 발광한다.
다른 실시예에서, 램프(508)의 섬광에 웨이퍼(510)를 노출한 후에, 램프의 전력은 제 2 전력 수준, 예를 들면 약 1000W와 약 500kW 사이의 수준으로 유지될 수 있다. 웨이퍼(510)에 대한 처리를 완료하는데 필요할 수 있는 어떠한 시간 구간 동안, 웨이퍼(510)는 제 2 전력 수준에 노출될 수 있다. 한 예에서, 연속적인 노출은 약 0. 05초 ∼ 약 3600초 동안 지속될 수 있다. 연속적인 노출은 섬광 어닐(flash anneal) 동안에 활성층을 가열할 뿐만 아니라, 웨이퍼(510)의 벌크도 가열할 수 있다.
웨이퍼(510)는 예를 들어, 섭씨 약 300도까지 예열될 수 있는데, 그리하면 활성층(224)에 대한 처리공정이 보다 높은 온도에서 시작되어, 결과적으로 공정 시간이 줄어들고 에너지가 절약된다.
도 6은 반사 조립체(504)의 다른 실시예에 대한 간략 예시도이다. 이 실시예에서, 반사기(506)는 타원형으로 형성될 수 있는데, 이 타원은 두 개의 초점 F1, F2를 갖는다. 방사 에너지가 내면(514)으로부터 반사되어(광선들(524 및 525)로 예시되었음) 제 2 초점 F2에 포커싱되도록, 램프(508)는 초점 F1에 위치지워질 수 있다. 웨이퍼(510)는 방사 에너지가 웨이퍼(510)를 처리하는데 사용될 수 있도록 초점 F2에 위치지워질 수 있다.
이 실시예에서, 웨이퍼(510)를 초점 F2에 대응하여 이동시킴으로써, 웨이퍼의 전체 표면은 F2에 포커싱된 방사 에너지를 받을 수 있다. 예를 들어, 구동기(526)는 반사기 조립체(504)가 웨이퍼(510)를 스캐닝하도록 만드는 종래의 수단을 제공하는데 사용될 수 있다. 구동기(526)는 웨이퍼(510)를 이동시키거나 반사기 조립체(504)를 이동시키게끔 구성될 수 있는데, 이렇게 함으로써 화살표(528)로 도시된 바와 같이 웨이퍼(510)에 걸쳐 전후 스캐닝 동작이 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른, 반사기 조립체(504)의 다른 실시예의 간략 예시도이다. 이 실시예에서, 반사기(506)는 타원형으로 형성되어, 두 개의 초점 F1, F2를 갖는다. 방사 에너지가 내면(514)으로부터 반사되어 초점 F2에 포커싱되도록, 램프(508)는 초점 F1에 위치지워진다. 이 실시예에서, 웨이퍼(510)는 반사기 조립체(504)로부터 거리 d1 만큼 떨어지고/떨어지거나 초점 F2로부터 거리 d2 만큼 떨어진 곳에 놓인다. 거리 d1과 d2는 초점 F2로부터 발산되는 빔(533)내로 웨이퍼(510)가 완전히 빠져들게끔 그 값이 정해진다. 광선들(530과 532)로 외곽선이 그려진 빔(533)은 웨이퍼(510)의 전체 표면 면적을 뒤덮으며, 그리하여 웨이퍼(510)의 전체 표면은 램프(508)로부터 오는 반사 에너지의 사실상 전체를 동시적으로 받게 됨으로써 웨이퍼(510)가 처리된다.
도 8은 본 발명에 따른, 반사기 조립체(504)의 또 다른 실시예에 대한 간략 예시도이다. 이 실시예에서, 반사기 조립체(504)를 구비한 처리 챔버(502)는 제 2 처리 챔버(536)의 외부에 설치될 수 있다. 반사기 조립체(504)는 광학 창(538) 위에 위치지워질 수 있는데, 이 광학 창은 챔버들(502와 536) 사이에 제공되어, 램프(508)로부터 방출되는 방사 에너지가 제 2 처리 챔버(536) 안으로 들어가 웨이퍼(510)에 작용할 수 있도록 한다. 광학 창(538)은 방사 에너지의 전달을 가능하게 하는 임의의 재료로도 제작될 수 있는데, 바람직하게는 수정이다. 광학 창(538)의 두께는 약 1mm와 5mm 사이일 수 있고, 직경은 웨이퍼(510)보다 적어도 같거나 클 수 있다.
제 2 처리 챔버(536)는 예를 들어 펌프(540)를 이용해서 진공상태로 될 수 있다. 제 2 처리 챔버(536)는 투입구를 통해 투입된, N2와 같은 비산소 가스(non-oxygen gas)로도 또한 채워질 수 있다. 웨이퍼(510)에 대한 처리공정 동안에, 진공 혹은 비산소 환경은 램프(508)로부터의 자외선 파장의 전송이 웨이퍼(510)에 확실하게 도달할 수 있도록 해 준다.
수정으로 만든 창(538)을 갖는 제 2 처리 챔버(536)가 도 7의 반사기 조립체(504)의 실시예를 이용해 예시되었음에도 불구하고, 제 2 처리 챔버(536)와 수정으로 만든 창(538)은 본 명세서에서 설명된 반사기 조립체(504)의 모든 실시예 에서 사용될 수 있다. 또한 챔버들(502와 536)은 하나의 챔버일 수도 있음을 이해하여야 한다.
도 9A 내지 도 9D는 본 발명의 실시예에 따른, 램프(602)를 위한 전원 공급기(600)의 간략 회로도이다. 도 9A에 도시된 바와 같이, 전원 공급기(600)는 주 회로(604)와 점화 회로(606)를 구비하고 있다. 한 실시예에서, 주 회로(604)는 점화 변압기(608)를 구비하고 있는데, 이 점화 변압기의 1차 코일(610)에는 전압 V1이 공급될 수 있고, 전압 V1의 승압된 값을 갖는 2차 코일(612)은 램프(602)를 점화한다. 이 실시예에서, 커패시터(614)는 1차 코일(610)과 제어가능한 스위치(618)의 직렬 연결에 대해 병렬 연결로 제공된다. 커패시터(614)는 원하는 임의의 정전용량(capacitance)을 갖는 것일 수 있는데, 예를 들면 약 10㎌과 100F 사이일 수 있다. 스위치(618)는 예를 들면, 어떤 적절한 수동 스위치이거나, 전자기 릴레이이거나, 솔리드 스테이트 디바이스(solid state device)일 수 있다.
이 실시예에서, 커패시터(614)는 저항기(616)와 다이오드(620)에 병렬로 연결될 수 있는데, 이 때 다이오드(620)는 저항기(616)와 직렬 연결되어 제공된다. 커패시터(614)를 충전할 때, 저항기(616)는 전류 제한기 및/또는 더미 부하(dummy load)처럼 작용한다. 공급 전압 V1이 절점 N1과 N2 사이에서 활성화될 때 커패시터(614)는 충전된다. 전압 V1은 다이렉트 라인(direct line)이나 변압기 출력을 통해 공급되는 교류 전압일 수 있다. 전압 V1은 조정가능한 것일 수 있으며, 교류 약 200V와 약 1000V 사이의 범위에 있을 수 있다.
점화 회로(606)는 펄스 스위치(622)의 도움을 받아 점화 에너지를 공급한다. 이 목적을 위해, 점화 변압기(608)의 2차 코일(612)이 점화 회로(606)에 제공된다. 다이오드(626)와 직렬 연결된 저항기(624)가 펄스 스위치(622) 및 2차 코일(612)과 직렬 연결로 제공된다. 분로 저항기(shunt resistor)(630)와 병렬 연결되어 있는 커패시터(628)는 2차 코일(612)과 직렬 연결되어 있다. 커패시터(628)는 원하는 임의의 정전용량(capacitance)을 갖는 것일 수 있는데, 예를 들면 약 0. 5㎌과 100㎌ 사이일 수 있다. 커패시터(628)는 절점 N3와 N4 사이에 가해지는 전압 V2 에 의해 충전될 수 있다. 전압 V2는 다이렉트 라인(direct line)이나 변압기 출력을 통해 공급되는 교류 전압일 수 있다. 전압 V2는 조정가능한 것일 수 있으며, 교류 약 500V와 약 1000V 사이의 범위에 있을 수 있다. 그 대신에, 간단하게 하기 위해, 절점 N1과 N2는 동일한 전원(power source)을 공유하도록 절점 N3와 N4 에 전기적으로 결합될 수 있다.
도 9B는 주 회로(604)와 점화 회로(606)의 실시예를 도시하고 있는데, 여기서는 스위치들(618과 619)이 닫혀있음으로 해서, 절점 N1과 N2 사이에 인가된 공급 전압 V1이 저항기(616)를 거쳐 커패시터(614)에 대한 충전을 시작할 수 있다. 동시에, 점화 회로(606)의 커패시터(628)는 절점 N3와 N4 사이에 인가된 전압 V2에 의해 저항기(624)를 경유하여 충전된다.
도 9C는 하나의 실시예를 도시하고 있는데, 이 실시예에서는 커패시터(614)가 원하는 용량(capacity)까지 충전되었을 때, 스위치(618)가 열릴 수 있고, 스위치(619)가 열릴 수 있다. 그리하여 커패시터(614)에 대한 공급 전압 V1의 효과가 제거되고, 전압 Vc가 커패시터(614)로부터 1차 코일(610)에 공급될 수 있다. 커패시터(628)가 방전될 수 있도록 임펄스(impulse) 스위치(622)가 닫힐 수 있으며, 이로 인해 전압 Vt가 2차 코일(612)에 공급된다. 점화 변압기(608)의 전달비에 따라서, 전류 플럭스(current flux)는 램프(602)를 활성화시킬 만큼 충분히 높이 승압된 전압을 1차 코일(610)에 발생시킨다.
도 9D에 도시된 바와 같이, 일단 램프(602)가 원하는 바대로 활성화되고 나면, 스위치(622)는 해방될 수 있고(즉, 열릴 수 있고), 스위치(619)는 닫힐 수 있는데, 스위치(619)가 닫힘으로써 커패시터(614)는 저항기(616)를 통해 공급된 더미 부하를 경유하여 방전을 계속할 수 있다. 이러한 구성에서, 점화 회로(606)의 커패시터(628)는 일단 스위치(622)가 열리면 재충전되기 시작한다. 주 회로(604)는 스위치(618)가 닫김으로써 재충전될 수 있다.
도 10은 도 9A 내지 도 9D에 대한 참조에서 설명된 원리를 이용하여 구성된 전원 공급 회로(700)의 실시예이다. 본 실시예는 전원 공급 회로(700)의 융통성을 예시하고 있다. 도 10에 대한 참조로써 가장 잘 이해되듯이, 전원 공급기(700)의 전하 저장 용량을 증가시키기 위해서, 복수의 주 회로들(706)로부터의 커패시터들(708)은 함께 쌓아 올려져 서로 결합되어 사용될 수 있다. 쌓아 올려진 커패시터들(708)은 제 1 랙(709, rack)을 형성한다. 각각의 주 회로(706)는 스위치들 혹은 릴레이들(707)이 닫김으로써 다 함께 연결될 수 있다. 전압의 용량이 증가함에 따라서, 제 2 랙(711)과 제 3 랙(713)과 같은 복수의 커패시터 랙들이 일단의 스위치들(714)를 통해 제 1 랙(709)과 병렬 연결될 수 있다. 랙들(709, 711, 713)은 정전용량을 변화시키고, 그 결과 램프(602)에 공급되는 전력 수준을 변화시키는 데에 함께 사용될 수 있다.
도 10은 전원 공급기(700)의 추가적인 융통성을 예시하고 있다. 예를 들면, 교류 전원(702)은 예를 들어, 교류 약 200V와 약 1000V 사이의 범위에 있는 가변적인 전압을 제공하게끔 구성될 수 있다. 게다가, 주 회로의 저항기(704)는 할로겐 램프나 이와 유사한 장치일 수 있는데, 이 할로겐 램프나 유사 장치는 열 에너지를 소산시키기 위해 사용될 수 있으며, 또한 회로에 있는 커패시터가 충전 중인지 방전 중인지를 나타내는 시각적 표시를 제공하는 데에 사용될 수도 있다.
도 11은 도 9A 내지 도 9D에 대한 참조에서 설명된 원리를 이용한 전원 공급 회로(800)의 실시예인데, 이 회로는 램프(602)에 대한 연속적인 전력 공급이 가능한 능력을 추가적으로 갖는다. 따라서, 전원 공급 회로(800)는 램프(602)의 방사 에너지에 대한 섬광(flash) 노출을 제공할 수 있는데, 이 섬광 노출 후에는 램프(602)의 방사 에너지에 대한 연속적인 노출 부분이 뒤따른다. 전원 공급 회로(800)는 전원 회로(802)를 구비하고 있는데, 스위치들(804와 806)이 닫힐 때 절점 N1과 N2 사이에 인가된 교류 공급 전압 V1이 저항기(808)를 통해 커패시터(810)에 대한 충전을 시작할 수 있다. 동시에, 점화 회로(814)의 커패시터(812)는 저항기(816)을 통해 충전된다. 일단의 다이오드들(818)이 교류 전압 공급을 직류 전압 공급으로 변환하기 위해 제공된다. 원하는 용량으로 커패시터들(810 및 812)이 충전되었을 때 스위치(820)는 닫히는데, 이로 인해 전압 V2가 커패시터(810)로부터 1차 코일(822)로 공급될 수 있다. 임펄스 스위치(824)는 커패시터(812)가 방전되도록 닫힐 수 있는데, 이로 인해 전압 V3가 2차 코일(826)에 공급된다. 점화 변압기(826)의 전달비에 따라서, 전류 플럭스(current flux)는 램프(602)를 활성화시킬 만큼 충분히 높이 승압된 전압을 1차 코일(822)에 발생시킨다. 일단 점화 스위치(824)가 해방되면, 전압 V2는 1차 코일에 남아서 램프(602)가 활성화된 채로 유지되도록 하며, 그 결과 방사 에너지 출력이 생산된다. 이러한 방식으로, 방전 시간이 제어될 수 있다.
본 발명은 가열을 위해 할로겐 램프들을 이용하는 RTP 시스템들의 단점 중 많은 것을 극복하고 있다. 예를 들면, 필라멘트 유형의 할로겐 램프들은 광대역 에너지를 생산하는데, 그 에너지 중의 많은 부분이 웨이퍼의 활성층을 가열하는 데에 사용될 수 없다. 필라멘트 유형의 램프에서 유용한 파장들의 양을 증가시키기 위해, 램프에 대한 전력을 증가시킨다. 불행하게도, 이러한 전력의 증가는 최고 강도의 위치를 옮긴다. 본 발명에서 사용되는 아크 램프는 전력이 증가되어도 최고 강도의 위치를 옮기지 않으며, 그 결과 아크 램프는 유용한 파장대역 내에 있는 최고 강도에서 작동하게끔 될 수 있다. 따라서, 증가된 전력은 더 효율적으로 활 성층에서 소비된다.
본 발명의 실시예들에 대한 설명을 접한 후 당업자들은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고서 형태와 세부사항에 있어서의 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구항들에 의해서만 제한된다.

Claims (36)

  1. 기판의 급속 열처리를 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은
    방사 에너지원,
    상기 방사 에너지원을 둘러싸는 반사기, 및
    내부에 방사 에너지를 집중시키고 집중된 방사 에너지의 적어도 일부를 반사 챔버로부터 방출시켜 상기 기판의 표면에 작용시키는 방사 출구 채널을 포함하고,
    상기 방사 에너지원은 상기 기판의 활성층을 가열하기 위해서 섬광을 발하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 에너지원은 고강도 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  3. 기판의 급속 열처리를 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은
    고강도 램프를 포함하는 방사 에너지원, 및
    방사 에너지가 기판의 표면에 작용하도록 하는 상기 방사 에너지원을 둘러싸는 반사기를 포함하고,
    상기 방사 에너지원은 상기 기판의 활성층을 급속으로 가열하기 위해 섬광을 발하도록 구성되고,
    상기 고강도 램프는 냉각 유체를 구비한 플로우 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 고강도 램프는 제논 아크 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급 속 열처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 에너지는 약 0. 5J/㎠ 내지 약 100J/㎠ 사이의 에너지 밀도를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 기판의 표면 아래 10nm 내지 약 1mm 사이의 상기 기판의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층의 온도는 섭씨 약 500도 내지 1400도 사이에 있는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬광은 약 1나노초 내지 약 10초 사이에 있는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기는 금과 은으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 재료로 코팅 되어있는 내면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기는 약 900nm 보다 작은 파장들을 반사하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기는 평면, 구, 포물선, 타원으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기하학적 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 에너지원은 복수의 고강도 램프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 방사 에너지를 제 1 초점에 포커싱하며, 상기 제 1 초점은 상기 기판의 표면 상에 있는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 방사 에너지를 제 1 초점에 포커싱하며, 상기 제 1 초점은 상기 기판의 표면에 작용하는 방사 에너지 빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  15. 기판의 급속 열처리를 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은
    방사 에너지원, 및
    방사 에너지가 기판의 표면에 작용하도록 하는 상기 방사 에너지원을 둘러싸는 반사기를 포함하고,
    상기 방사 에너지원은 상기 기판의 활성층을 급속으로 가열하기 위해 섬광을 발하도록 구성되고,
    상기 반사기는 상기 방사 에너지를 제 1 초점에 포커싱하며, 상기 제 1 초점은 상기 기판의 상기 표면에 작용하는 방사 에너지 빔을 방출하며,
    상기 기판은 비산소 환경(non-oxygenated environment) 내에 하우징되는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  16. 기판의 급속 열처리를 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은
    챔버,
    상기 챔버 내에 배치된 하나 이상의 방사 에너지원,
    상기 하나 이상의 방사 에너지원을 둘러싸는 반사기 조립체, 및
    내부에 방사 에너지를 집중시키고 집중된 방사 에너지의 적어도 일부를 반사 챔버로부터 방출시켜 상기 기판의 표면에 작용시키는 방사 출구 채널을 포함하고,
    상기 반사기 조립체는 상기 방사 에너지원으로부터의 방사 에너지를 제 1 초점에 포커싱하기 위한 반사 표면을 구비하여, 상기 방사 에너지가 약 1나노초 내지 약 10초 사이의 순간적인 시간 동안에 기판의 표면에 작용하고, 상기 기판의 활성층의 온도를 상기 순간적인 시간 동안에 약 500℃ 내지 약 1400℃의 온도까지 올리고,
    상기 방사 에너지원은 상기 기판의 활성층을 가열하기 위해서 섬광을 발하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 초점은 상기 기판의 표면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 초점으로부터 발산되는 에너지 플럭스가 상기 기판의 상기 표면에 작용하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 방사 에너지원은 제논 아크 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 기판의 표면 아래 10nm 내지 약 1mm 사이의 상기 기판의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 시스템.
  21. 기판의 급속 열처리를 위한 방법에 있어서,
    상기 열처리 방법은
    방사 에너지원, 상기 방사 에너지원을 둘러싸는 반사기, 및 내부에 방사 에너지를 집중시키고 슬릿을 형성하는 방사 출구 채널을 구비하는 챔버를 제공하는 단계,
    상기 슬릿을 통해 상기 방사 에너지를 집중시키는 단계, 및
    기판의 표면에 작용하여 상기 기판의 활성층을 가열하도록 상기 방사 에너지원이 섬광을 발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 방사 에너지원은 고강도 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  23. 기판의 급속 열처리를 위한 방법에 있어서,
    상기 열처리 방법은
    방사 에너지원 및 반사기를 구비하는 챔버를 제공하는 단계, 및
    기판의 표면에 작용하여 상기 기판의 활성층을 가열하도록 상기 방사 에너지원이 섬광을 발하는 단계를 포함하고,
    상기 방사 에너지원은 고강도 램프를 포함하며,
    상기 고강도 램프는 냉각 유체를 구비한 플로우 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 고강도 램프는 제논 아크 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 방사 에너지는 약 0. 5J/㎠ 내지 약 100J/㎠ 사이의 에너지 밀도를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 기판의 표면 아래 10nm 내지 약 1mm 사이의 상기 기판의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 활성층의 온도는 섭씨 약 500도 내지 1400도 사이에 있는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 섬광은 약 1나노초 내지 약 10초 사이에 있는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 반사기는 금과 은으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 재료로 코팅되어 있는 내면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 반사기는 약 900nm 보다 작은 파장들을 반사하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 반사기는 평면, 구, 포물선, 타원으로 구성된 그룹으로부터 선택된 기하학적 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 섬광은 포커싱된 방사 에너지의 방사 에너지 빔을 제 1 초점으로부터 상기 기판의 표면으로 방출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  33. 삭제
  34. 기판의 급속 열처리를 위한 방법에 있어서,
    상기 열처리 방법은
    방사 에너지원과 반사기를 구비하는 챔버를 제공하는 단계,
    순간적인 제 1 시간 구간 동안 기판의 활성층을 제 1 방사 에너지에 노출시키기 위해, 상기 방사 에너지원의 전력 수준을 최고 전력 수준으로 올리는 단계, 및
    그 후, 제 2 시간 구간 동안 상기 기판의 벌크를 제 2 방사 에너지에 노출시키기 위해, 상기 방사 에너지원의 제 2 전력 수준을 상기 제 1 전력 수준보다 낮은 상태로 유지하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 시간 구간은 약 1나노초 내지 약 10초 사이이고, 상기 제 2 시간 구간은 0초과 약 3600초 이하이고,
    상기 방사 에너지원은 고강도 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
  35. 삭제
  36. 기판의 급속 열처리를 위한 방법에 있어서,
    상기 열처리 방법은
    방사 에너지원과 반사기를 구비한 챔버를 제공하는 단계,
    순간적인 제 1 시간 구간 동안 기판의 활성층을 제 1 방사 에너지에 노출시키기 위해, 상기 방사 에너지원의 전력 수준을 최고 전력 수준으로 올리는 단계, 및
    그 후, 제 2 시간 구간 동안 상기 기판의 벌크를 제 2 방사 에너지에 노출시키기 위해, 상기 방사 에너지원의 제 2 전력 수준을 상기 제 1 전력 수준보다 낮은 상태로 유지하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 시간 구간은 약 1나노초 내지 약 10초 사이이고, 상기 제 2 시간 구간은 0초과 약 3600초 이하이고,
    상기 활성층은 상기 기판의 표면 아래 10nm 내지 약 1mm 사이의 상기 기판의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 급속 열처리 방법.
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