KR100838874B1 - Thermally processing a substrate - Google Patents

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KR100838874B1 KR1020037000152A KR20037000152A KR100838874B1 KR 100838874 B1 KR100838874 B1 KR 100838874B1 KR 1020037000152 A KR1020037000152 A KR 1020037000152A KR 20037000152 A KR20037000152 A KR 20037000152A KR 100838874 B1 KR100838874 B1 KR 100838874B1
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아지트 발라크리쉬나
벤자민 비어만
브라이언 엘. 하스
딘 제닝스
볼프강 아더홀드
순다르 라마머시
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판의 온도 반응이 가열 상태 또는 냉각 상태 또는 두 상태 모두 동안 제어될 수 있는 열 처리 방법이 설명된다. 이것은 상기 기판의 열 부하를 감소시키고 상기 기판 상에 형성되는 장치의 품질 및 성능을 개선한다. 특히, 기판 및 열 저장소(예를 들면, 수냉식 반사기 판 어셈블리) 사이의 열 전달 속도를 제어함으로써, 상기 기판의 온도 반응이 상기 열 처리 동안 제어될 수 있다. 열 전달 속도는 상기 열 저장소의 표면의 방사율을 변화시키거나 상기 기판 및 상기 열 저장소 사이의 열 전도율을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 상기 열 전도율은 상기 기판 및 상기 열 저장소 사이에 배치된 열 운반 매체(예를 들면, 정화 기체)의 특성을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 열 전도율은 상기 정화 기체의 조성이나 상기 기판 및 상기 열 저장소 사이의 정화 기체의 압력을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 기판은 가열 스케줄에 따라 가열되고, 상기 가열 스케줄 동안 상기 열 처리 시스템 내부의 상기 기판 및 열 저장소 사이의 열 전달 속도는 변화된다. 다른 실시예에서, 제 1 정화 기체가 상기 열 처리 시스템 내로 공급된다. 상기 기판은 가열 스케줄에 따라 가열되고, 상기 제 1 정화 기체와 다른 제 2 정화 기체가 상기 열 처리 시스템 내로 공급된다.

Figure R1020037000152

A thermal treatment method is described in which the temperature response of a substrate can be controlled during a heated or cooled state or both. This reduces the thermal load of the substrate and improves the quality and performance of the device formed on the substrate. In particular, by controlling the rate of heat transfer between the substrate and the heat reservoir (eg, water-cooled reflector plate assembly), the temperature response of the substrate can be controlled during the heat treatment. The rate of heat transfer can be varied by changing the emissivity of the surface of the heat reservoir or by changing the thermal conductivity between the substrate and the heat reservoir. The thermal conductivity can be varied by changing the properties of a heat carrier medium (eg purge gas) disposed between the substrate and the heat reservoir. For example, the thermal conductivity can be changed by changing the composition of the purge gas or the pressure of the purge gas between the substrate and the heat reservoir. In one embodiment, the substrate is heated according to a heating schedule, during which the rate of heat transfer between the substrate and the heat reservoir within the heat treatment system is varied. In another embodiment, a first purge gas is supplied into the heat treatment system. The substrate is heated according to a heating schedule, and a second purge gas different from the first purge gas is supplied into the heat treatment system.

Figure R1020037000152

Description

기판을 열 처리하는 시스템 및 방법 {THERMALLY PROCESSING A SUBSTRATE}Systems and Methods for Thermal Treatment of Substrates {THERMALLY PROCESSING A SUBSTRATE}

본 발명은 기판을 열 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for thermally treating a substrate.

이 출원은 1997년 6월 30일에 제출된 08/884,192호에 관련이 있고, 1999년 7월 8일 제출된 미국의 일부 계속 출원 09/350,415호이고, 상기 출원은 모두 참조로서 여기에 통합된다.This application is related to 08 / 884,192, filed June 30, 1997, and is part of US Patent Application Serial No. 09 / 350,415, filed July 8, 1999, which is incorporated herein by reference in its entirety. .

기판 처리 시스템은 반도체 로직 및 메모리 소자, 평판 디스플레이, CD 롬, 및 다른 장치들을 제조하기 위해 사용된다. 처리 동안, 상기 기판은 화학 기상 증착(CVD) 및 급속 열 처리(rapid thermal process, RTP)에 영향받을 수 있다. RTP 처리는 예를 들면 급속 열적 어닐링(RTA), 급속 열 세정(RTC), 급속 열적 CVD(RTCVD), 급속 열 산화(RTO), 및 급속 열 질화(RTN)를 포함한다. RTP 시스템은 대개는 광-전달(light-transmissive) 윈도우를 통해 상기 기판을 복사적으로 가열하는 1 이상의 램프로 형성된 가열 엘리먼트를 포함한다. RTP 시스템은 또한 상기 기판의 후면에 면하는 광 반사 표면(optically reflective surface) 및 처리 동안 기판의 온도를 측정하기 위한 1 이상의 광학적 검출기(optical detector)와 같은, 1 이상의 광학적 엘리먼트를 포함할 수 있다. 다수의 급속 열 처리는 시간에 대한 기판의 온도의 정밀한 제어를 요한다.Substrate processing systems are used to fabricate semiconductor logic and memory devices, flat panel displays, CD ROMs, and other devices. During processing, the substrate can be subjected to chemical vapor deposition (CVD) and rapid thermal process (RTP). RTP treatments include, for example, rapid thermal annealing (RTA), rapid thermal cleaning (RTC), rapid thermal CVD (RTCVD), rapid thermal oxidation (RTO), and rapid thermal nitriding (RTN). RTP systems usually include a heating element formed of one or more lamps that radiately heat the substrate through a light-transmissive window. The RTP system may also include one or more optical elements, such as an optically reflective surface facing the backside of the substrate and one or more optical detectors for measuring the temperature of the substrate during processing. Many rapid thermal treatments require precise control of the temperature of the substrate over time.

본 발명은 기판의 온도 반응이 가열 상태 또는 냉각 상태 또는 두 상태 모두 동안 제어될 수 있는 열 처리 방법을 특징으로 한다. 이것은 상기 기판의 열 부하(budget)를 감소시키고 상기 기판 상에 형성되는 장치의 품질 및 성능을 개선한다. 특히, 본 발명자들은 상기 열 처리 동안 상기 기판 및 열 저장소(예를 들면, 수냉식 반사기 판 어셈블리) 사이의 열 전달 속도를 제어함으로써 상기 기판의 온도 반응이 제어될 수 있다는 점을 인지하였다.The invention features a thermal treatment method in which the temperature response of the substrate can be controlled during a heated or cooled state or both. This reduces the thermal bud of the substrate and improves the quality and performance of the device formed on the substrate. In particular, the inventors have recognized that the temperature response of the substrate can be controlled by controlling the rate of heat transfer between the substrate and the heat reservoir (eg, water-cooled reflector plate assembly) during the heat treatment.

일 태양에서, 상기 기판은 가열 스케줄에 따라 가열되고, 상기 가열 스케줄 동안 상기 열 처리 시스템 내부의 상기 기판 및 열 저장소 사이의 열 전달 속도는 변화된다.In one aspect, the substrate is heated according to a heating schedule, during which the rate of heat transfer between the substrate and the heat reservoir within the heat treatment system is varied.

다음은 본 발명의 장점들이다. 소정의 열 처리 방법(예를 들면, 초박형 접합부를 형성하는 방법)의 결과는 기판이 상기 열 처리 시스템 내에서 가열되거나 냉각되는 속도가 높은 경우에 개선된다. 상기 열 처리 동안 상기 처리 챔버 내의 기판 및 열 저장소 사이에 열이 전달되는 속도를 변화시킴으로써, 상기 가열 상태 또는 냉각 상태 또는 두 상태 모두가 생산된 장치의 품질을 개선하기 위해 최적화될 수 있다. 상기 기판에 걸친 온도 균일성 또한 개선된다.The following are the advantages of the present invention. The result of certain thermal treatment methods (eg, how to form ultra-thin joints) is improved when the rate at which the substrate is heated or cooled in the thermal treatment system is high. By varying the rate at which heat is transferred between the substrate and the heat reservoir in the processing chamber during the heat treatment, the heated or cooled state or both can be optimized to improve the quality of the device produced. Temperature uniformity across the substrate is also improved.

다른 특징들 및 장점들이 하기의 도면 및 청구범위를 포함하는 다음의 설명으로부터 자명해질 것이다.Other features and advantages will be apparent from the following description, including the following figures and claims.

도 1은 반사기 판(reflector plate) 어셈블리 및 유체 주입기를 포함하는 열 처리 시스템의 일부의 측면도이다.1 is a side view of a portion of a heat treatment system that includes a reflector plate assembly and a fluid injector.

도 2A는 기판을 처리하는 방법의 흐름도이다.2A is a flowchart of a method of processing a substrate.

도 2B는 헬륨 정화 기체를 사용하는 스파이크(spike) 어닐 열 처리 동안 및 질소 정화 기체를 사용하는 스파이크 어닐링 열 처리 동안의 시간에 대한 기판 온도의 그래프를 포함한다.2B includes a graph of substrate temperature versus time during spike annealing heat treatment with helium purge gas and during spike annealing heat treatment with nitrogen purge gas.

도 2C는 최적화된 냉각 처리 동안의 기판 온도 균일성을 도시하는 그래프이다.2C is a graph showing substrate temperature uniformity during optimized cooling treatment.

도 3A 및 도 3B는 도 1에 도시된 반사기 판 어셈블리 및 유체 주입기의 분해도이다.3A and 3B are exploded views of the reflector plate assembly and fluid injector shown in FIG.

도 3C는 도 1의 반사기 판 어셈블리 및 유체 주입기의 상면도이고; 바닥 반사기 판의 특징은 점선으로 도시된다.3C is a top view of the reflector plate assembly and fluid injector of FIG. 1; The features of the bottom reflector plate are shown in dashed lines.

도 4는 도 1의 상기 기판 처리 시스템의 정회 기체 제어 시스템의 도면이다.FIG. 4 is a diagram of a swirl gas control system of the substrate processing system of FIG. 1.

도 5는 대안적인 유체 주입기의 상면도이다.5 is a top view of an alternative fluid injector.

도 6A 및 도 6B는 각각 대안적인 유체 주입기의 일부의 측면도 및 상면도이다.6A and 6B are side and top views, respectively, of a portion of an alternative fluid injector.

도 7A 및 도 7B는 각각 대안적인 유체 주입기의 일부의 측면도 및 상면도이다.7A and 7B are side and top views, respectively, of a portion of an alternative fluid injector.

도 8A 및 도 8B는 각각 다른 유체 주입기의 측면도 및 상면도이다.8A and 8B are side and top views, respectively, of different fluid injectors.

도 1을 참조하면, 기판(12)을 처리하기 위한 시스템(10)은 석영 윈도우(18)를 통해 수냉식 가열 램프 어셈블리(16)에 의해 복사적으로 가열되는 처리 챔버(14)를 포함한다. 기판(12)의 상기 주변 에지는 회전 가능한 지지 구조(20)에 의해 지지되는데, 이는 약 300 rpm(분당 회전수) 이상의 속도로 회전할 수 있다. 기판(12) 아래에는 열 저장소의 역할을 하고 기판(12)의 효과적인 방사율(emissivity)을 강화하기 위해 기판(12)의 후면에 면하는 광 반사 표면을 갖는 반사기 판 어셈블리(22)가 있다. 반사 공동(reflective cavity)(15)이 기판(12) 및 반사기 판 어셈블리(22)의 상부 표면 사이에 형성된다. 8 인치(200mm) 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위해 설계된 시스템에서, 반사기 판 어셈블리는 약 8.9인치의 직경을 갖고, 기판(12) 및 반사기 판 어셈블리(22)의 상부 표면 사이의 분리는 약 5 내지 10mm이며, 기판(12) 및 석영 윈도우(18) 사이의 분리는 약 25mm이다. 반사기 판 어셈블리(22)는 수냉식 베이스(23) 상에 장착되는데, 이는 대개는 약 23℃의 온도로 유지된다.Referring to FIG. 1, a system 10 for processing a substrate 12 includes a processing chamber 14 that is radiantly heated by a water-cooled heat lamp assembly 16 through a quartz window 18. The peripheral edge of the substrate 12 is supported by the rotatable support structure 20, which can rotate at a speed of about 300 rpm (rpm) or more. Below the substrate 12 is a reflector plate assembly 22 having a light reflecting surface that faces the backside of the substrate 12 to serve as a heat reservoir and to enhance the effective emissivity of the substrate 12. Reflective cavity 15 is formed between the substrate 12 and the upper surface of the reflector plate assembly 22. In a system designed to process an 8 inch (200 mm) silicon wafer, the reflector plate assembly has a diameter of about 8.9 inches, and the separation between the top surface of the substrate 12 and the reflector plate assembly 22 is about 5-10 mm and The separation between the substrate 12 and the quartz window 18 is about 25 mm. The reflector plate assembly 22 is mounted on the water cooled base 23, which is usually maintained at a temperature of about 23 ° C.

기판(12)의 국소 영역들의 온도는 상기 기판을 횡단하여 서로 다른 방사상 위치에서 기판 온도를 측정하기 위해 배치된 다수의 온도 프로브(24)에 의해 측정된다. 온도 프로브(24)는 광학적 포트(optical port)(25, 26, 및 27)를 통해 상기 처리 챔버 내부로부터 빛을 수신하는데, 이는 반사기 판 어셈블리(22)의 상부 표면을 통해 연장한다. 처리 시스템(10)은 총 10개의 온도 프로브를 가질 수 있는데, 오직 3개의 프로브만이 도 1에 도시되었다. 보다 일반적으로, 200mm 기판에 대하여, 5개의 온도 프로브가 사용되고, 300mm 기판에 대하여, 7개의 온도 프로브가 사용된다.The temperature of the local regions of the substrate 12 is measured by a plurality of temperature probes 24 arranged to measure the substrate temperature at different radial positions across the substrate. The temperature probe 24 receives light from inside the processing chamber through optical ports 25, 26, and 27, which extend through the upper surface of the reflector plate assembly 22. The processing system 10 may have a total of ten temperature probes, only three probes are shown in FIG. 1. More generally, for a 200 mm substrate, five temperature probes are used, and for a 300 mm substrate, seven temperature probes are used.

반사기 판 표면에서, 각 광학적 포트는 약 0.08인치의 직경을 갖는다. 사파이어 광 파이프가 각 광학적 검출기(예를 들면, 고온계)에 광학적 포트에 의해 수신된 빛을 전달하는데, 이는 기판(12)의 국소 영역에서의 온도를 결정하기 위해 사용된다. 상기 광학적 검출기로부터의 온도 측정은 가열 램프 어셈블리(16)의 복사 출력을 제어하는 제어기(28)에 의해 수신되고; 결과적인 피드백 루프는 기판(12)을 균일하게 가열하도록 상기 처리 시스템의 성능을 개선한다. 상기 제어 시스템은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,755,511호에 설명되고 그 전체적인 개시는 참조로서 여기에 통합된다.At the reflector plate surface, each optical port has a diameter of about 0.08 inches. A sapphire light pipe delivers the light received by the optical port to each optical detector (eg, pyrometer), which is used to determine the temperature at the local region of the substrate 12. The temperature measurement from the optical detector is received by a controller 28 that controls the radiant output of the heating lamp assembly 16; The resulting feedback loop improves the performance of the processing system to uniformly heat the substrate 12. The control system is described in US Pat. No. 5,755,511, assigned to the assignee of the present invention, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

도 1에서 도시된 바와 같이, 소정의 열 처리에서, 처리 기체(39)는 기체 입구(30)를 통해 처리 챔버(14) 내로 공급될 수 있다. 상기 처리 기체는 기판(12)의 상부 표면을 횡단하여 흐르고 예를 들면, 산화물 층 또는 질화물 층을 형성하도록 가열된 기판과 반응한다. 잉여의 처리 기체뿐만 아니라 임의의 휘발성 반응 부산물(상기 기판에 의해 방출된 산화물 등)도 펌프 시스템(34)에 의해 기체 출구(32)를 통해 처리 챔버(14)로부터 제거된다. 다른 열 처리에서, 정화 기체(예를 들면, 질소)가 기체 입구(30)를 통해 열 처리 챔버(14) 내로 공급될 수 있다. 상기 정화 기체는 처리 챔버(14) 내부의 휘발성 오염물을 운반해 가도록 기판(12)의 상부 표면을 횡단하여 흐른다.As shown in FIG. 1, in certain thermal treatments, process gas 39 may be supplied into process chamber 14 through gas inlet 30. The processing gas flows across the top surface of the substrate 12 and reacts with the heated substrate to form an oxide layer or nitride layer, for example. Any volatile reaction byproducts (such as oxides released by the substrate), as well as excess process gas, are removed from the process chamber 14 through the gas outlet 32 by the pump system 34. In other heat treatments, purge gas (eg, nitrogen) may be supplied into the heat treatment chamber 14 through the gas inlet 30. The purge gas flows across the upper surface of the substrate 12 to carry volatile contaminants within the processing chamber 14.

반사 공동(15)에서, 정화 유체 주입기(40)는 반사기 판 어셈블리(22)의 상부 표면을 횡단하여 정화 기체(42)의 실질적으로 엷은 층의 흐름을 생성한다. 정화 기체(42)는 배출 포트(44)를 통해 반사 공동(15)으로부터 제거되는데, 상기 배출 포트는 약 0.375인치의 직경을 갖고 반사기 판 어셈블리(22)의 중심 축으로부터 약 2인치 떨어져 배치될 수 있다. 동작 시에, 정화 기체는 정화 기체 입구(46)로 주입되고 반사기 판 어셈블리(22) 내에서 다수의 채널(48)을 통해 분배된다. 그 다음에 상기 정화 기체는 검출기(50)의 반대 방향으로 지향되는데, 이것은 반사기 어셈블리(22)의 상부 표면 위에서 예를 들면, 약 0.01 인치(0.25mm)의 거리만큼 이격되어 정화 기체(42)의 실질적으로 엷은 층의 흐름을 생성한다.In the reflective cavity 15, the purge fluid injector 40 traverses the upper surface of the reflector plate assembly 22 to produce a substantially thin layer of flow of purge gas 42. The purge gas 42 is removed from the reflective cavity 15 through the discharge port 44, which has a diameter of about 0.375 inches and can be disposed about 2 inches away from the central axis of the reflector plate assembly 22. have. In operation, purge gas is injected into the purge gas inlet 46 and dispensed through the plurality of channels 48 within the reflector plate assembly 22. The purge gas is then directed in the opposite direction of the detector 50, which is spaced a distance of, for example, about 0.01 inch (0.25 mm) above the top surface of the reflector assembly 22 to the purge gas 42. Produces a substantially thin layer of flow.

도 2A 및 도 2B를 참조하면, 일 실시예에서, 초박형 접합부가 다음과 같이 불순물 도핑된 반도체 기판 내에서 형성될 수 있다. 상기 기판은 열 처리 챔버(14)(단계 200) 내로 로딩된다. 제 1 정화 기체(예를 들면, 질소)는 기체 입구(30)를 통해 열 처리 챔버(14) 내로 공급되거나, 정화 유체 주입기(40)의 출구를 통해 반사 공동(15) 내로 공급되거나, 양쪽 모두에 공급된다(단계 202). 상기 기판은 가열 램프 어셈블리(16)에 의해 약 700℃의 초기 온도로 가열된다(단계 204). 시점 t0에서, 가열 램프 어셈블리(16)는 예를 들면, 약 1000℃ 또는 1100℃의 목표 최고 온도로 상기 기판을 가열하기 시작한다(단계 206). 상기 기판이 상기 목표 최고 온도와 실질적으로 일치하는 온도로 가열된 후(시점 t1)에, 가열 램프 어셈블리(16)에 의해 공급되는 방출 에너지는 감소되고 제 2 정화 기체(예를 들면, 헬륨)가 정화 유체 주입기(40)에 의해 반사 공동(15) 내로 공급된다(단계 208). 실제로, 헬륨 정화 기체는 목표 온도에 도달하기 직전에 들어와서, 상기 기판 및 반사기 어셈블리(22) 사이에 형성된 반사 공동(15)이 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열될 때까지 상기 제 2 정화 기체로 채워진다. 만약 상기 제 1 정화 기체가 상기 가열 상태 동안 정화 유체 주입기(40)에 의해 공급된다면, 상기 정화 기체 공급은 시점 t1 또는 그에 근접한 시점에 상기 제 1 정화 기체로부터 상기 제 2 정화 기체로 전환된다. 상기 기판이 문턱 온도(예를 들면, 800℃ 이하) 이하로 냉각된 후에, 상기 기판은 열 처리 챔버(14)로부터 제거된다(단계 210).2A and 2B, in one embodiment, an ultra-thin junction may be formed in an impurity doped semiconductor substrate as follows. The substrate is loaded into heat treatment chamber 14 (step 200). First purge gas (eg, nitrogen) is supplied into the heat treatment chamber 14 through the gas inlet 30, into the reflective cavity 15 through the outlet of the purge fluid injector 40, or both Is supplied to (step 202). The substrate is heated to an initial temperature of about 700 ° C. by the heat lamp assembly 16 (step 204). At time t 0 , heating lamp assembly 16 begins heating the substrate to a target maximum temperature of, for example, about 1000 ° C. or 1100 ° C. (step 206). After the substrate is heated to a temperature substantially coincident with the target maximum temperature (time t 1 ), the emission energy supplied by the heating lamp assembly 16 is reduced and a second purge gas (eg, helium) Is supplied into the reflective cavity 15 by the purifying fluid injector 40 (step 208). Indeed, the helium purge gas enters just before reaching a target temperature such that the reflective cavity 15 formed between the substrate and the reflector assembly 22 with the second purge gas until the substrate is heated to the target temperature. Is filled. If the first purge gas is supplied by the purge fluid injector 40 during the heated state, the purge gas supply is switched from the first purge gas to the second purge gas at or near time t 1 . After the substrate has cooled below a threshold temperature (eg, below 800 ° C.), the substrate is removed from the heat treatment chamber 14 (step 210).

상기 제 2 정화 기체는 상기 목표 온도에 도달되기 전에 약 1 내지 3초 동안 반사 공동(15)에 공급될 수 있다. 이상적으로는, 상기 제 2 정화 기체 흐름은 상기 목표 온도에 도달되기 전에 약 1 내지 2초 동안 들어오거나, 상기 흐름은 상기 목표 온도에 도달되기 전에 약 1 내지 1.5초 동안 들어올 수 있다. 선택되는 실제의 시간은 상기 반사 공동 내로 상기 제 2 정화 기체를 유입시키도록 사용되는 상기 시스템에 의한다.(도 4를 참조).The second purge gas may be supplied to the reflective cavity 15 for about 1 to 3 seconds before reaching the target temperature. Ideally, the second purge gas stream may enter for about 1 to 2 seconds before reaching the target temperature, or the flow may enter for about 1 to 1.5 seconds before reaching the target temperature. The actual time selected is by the system used to introduce the second purge gas into the reflective cavity (see FIG. 4).

상기 제 1 정화 기체 흐름이 중단되며, 상기 기체가 배출 포트(44)를 통해 상기 반사 공동으로부터 배출될 때, 상기 제 2 정화 기체는 만약 존재한다면, 반사 공동(15) 내의 제 1 정화 기체를 대체한다.When the first purge gas flow is interrupted and the gas is withdrawn from the reflective cavity through discharge port 44, the second purge gas replaces the first purge gas in reflective cavity 15, if present. do.

상기 제 2 정화 기체는 열 처리의 어떠한 냉각 상태 동안에도 반사 공동(15) 내로 유입될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예에서, 상기 제 2 정화 기체는 열 처리 중 열 흡수 기간에 따른 냉각 상태 동안 반사 공동(15) 내로 공급될 수 있다.The second purge gas may enter the reflective cavity 15 during any cooling state of the heat treatment. For example, in another embodiment, the second purge gas may be supplied into the reflective cavity 15 during the cooling state according to the heat absorption period during the heat treatment.

본 발명자들은 열이 상기 열 처리 동안 상기 처리 챔버 내부의 기판 및 열 저장소 사이에서 전달되는 속도를 변화시킴으로써, 상기 가열 상태 또는 상기 냉각 상태, 또는 두 상태 모두가 생산되는 장치의 품질을 개선하기 위해 최적화될 수 있다는 것을 인지하였다.The inventors have optimized to improve the quality of the device in which the heated or cooled state, or both, is produced, by varying the rate at which heat is transferred between the substrate and the heat reservoir within the processing chamber during the heat treatment. It was recognized that it can be.

예를 들면, 상기 기판이 냉각되는 속도는 처리 시스템(10) 내부의 기판(12) 및 열 저장소(예를 들면, 수냉식 반사기 판 어셈블리(22)) 사이에 공급되는 상기 정화 기체의 적절한 선택에 의해 실질적으로 증가될 수 있다. 일 태양에서, 본 발명자들은 비교적 높은 열 전도율을 갖는 정화 기체(예를 들면, 헬륨, 수소, 또는 이런 기체의 혼합물)가 상기 기판의 냉각 속도를 증가시킬 수 있고, 이로써 소정의 장치의 동작 특성이나 처리 수율을 개선할 수 있다는 것을 인지하였다. 예를 들면, 상기 기판이 냉각되는 속도는 낮은 열 전도율을 갖는 정화 기체(예를 들면, 질소)가 사용될 때보다 헬륨 정화 기체가 반사 공동(15) 내로 공급될 때 실질적으로 더 크다. 도 2B에서 도시된 바와 같이, 시점 t1 및 t2 사이(약 6초 정도)에, 헬륨 정화 기체의 경우 상기 기판 온도가 약 1100℃으로부터 약 650℃로 냉각되는 반면, 질소 정화 기체의 경우 상기 기판 온도는 동일한 시간 동안 단지 약 800℃로 냉각된다. 다른 태양에서, 본 발명자들은 비교적 낮은 열 전도율을 갖는 정화 기체(예를 들면, 질소, 아르곤, 크세논 또는 이런 기체의 2 이상의 혼합물)가 기판(12) 및 반사기 판 어셈블리(22) 사이의 열적 결합을 감소시킴으로써 상기 기판 온도가 상기 열 처리의 가열 상태 동안(예를 들면, 도 2B의 시점 t0 및 t1 사이) 증가하는 속도로 반사 공동(15) 내로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 열 처리의 가열 및 냉각 상태 동안 상기 기판 및 열 저장소 사이에 공급되는 상기 정화 기체의 적절한 선택에 의해, 상기 전체 열 부하는 - 즉, 고정된 시간 동안의 기판 온도 T(t)의 적분: ∫T(t)ㆍdt - 감소될 수 있다. 이것은 상기 열 처리에 의해 생산되는 소정의 장치의 품질을 개선한다.For example, the rate at which the substrate is cooled is determined by appropriate selection of the purge gas supplied between the substrate 12 within the processing system 10 and the heat reservoir (eg, the water cooled reflector plate assembly 22). May be substantially increased. In one aspect, the inventors have found that purge gases (eg, helium, hydrogen, or mixtures of such gases) with relatively high thermal conductivity can increase the cooling rate of the substrate, thereby reducing the operating characteristics of a given device. It has been recognized that treatment yields can be improved. For example, the rate at which the substrate is cooled is substantially greater when helium purge gas is fed into the reflective cavity 15 than when purge gas (eg nitrogen) with low thermal conductivity is used. As shown in FIG. 2B, between time points t 1 and t 2 (about 6 seconds), the substrate temperature for helium purge gas is cooled from about 1100 ° C. to about 650 ° C., while for nitrogen purge gas The substrate temperature is cooled to only about 800 ° C. for the same time. In another aspect, the inventors have found that a purge gas (e.g., nitrogen, argon, xenon or a mixture of two or more of these gases) having a relatively low thermal conductivity may cause thermal bonding between the substrate 12 and the reflector plate assembly 22. By decreasing the substrate temperature can be supplied into the reflective cavity 15 at an increasing rate during the heated state of the heat treatment (eg, between time points t 0 and t 1 of FIG. 2B). Thus, by appropriate selection of the purge gas supplied between the substrate and the heat reservoir during the heating and cooling states of the heat treatment, the total heat load-that is, the integration of the substrate temperature T (t) for a fixed time : ∫T (t) .dt-can be reduced. This improves the quality of certain devices produced by the heat treatment.

상기 제 2 정화 기체(예를 들면, 헬륨)가 상기 반사 공동으로부터 배출되는 속도(분당 표준 리터(standard liters per minute, slm))는 가장 효과적인 냉각 속도에 대하여 최적화되어야 한다. 만약 상기 배출 속도가 너무 빠르다면, 상기 헬륨 정화 기체는 상기 챔버 밖으로 지나치게 빠르게 배출될 것이고, 이는 상기 기판 및 상기 반사기 판 어셈블리 사이의 효과적인 열적 결합을 방해한다. 반면에, 만약 상기 배출 속도가 너무 느리다면, 상기 헬륨 정화 기체는 상기 기판의 중심 영역에 도달하는데 너무 오랜 시간을 요할 것이고, 이는 상기 기판의 주변부의 급속 냉각을 야기할 것이다. 이것은 상기 기판 내에 영향을 미칠 수 있는 중대한 열적 스트레스를 야기할 수 있다.The rate at which the second purge gas (eg helium) exits the reflective cavity (standard liters per minute, slm) should be optimized for the most effective cooling rate. If the discharge rate is too fast, the helium purge gas will be discharged out of the chamber too quickly, which hinders effective thermal coupling between the substrate and the reflector plate assembly. On the other hand, if the discharge rate is too slow, the helium purge gas will take too long to reach the central region of the substrate, which will cause rapid cooling of the periphery of the substrate. This can cause significant thermal stress that can affect within the substrate.

상기 제 2 정화 기체가 상기 반사 공동 내로 주입되는 속도는 유리하게는 상기 기체가 상기 반사 공동으로부터 배출되는 속도와 거의 동일하다. 이것은 본 발명자들에 의해 냉각 작용 동안 상기 기판 내의 열 변화도를 실질적으로 감소시키는 것으로 알려졌고, 이는 상기 기판 내에서의 흠의 형성을 막는다.The rate at which the second purge gas is injected into the reflective cavity is advantageously approximately equal to the rate at which the gas is discharged from the reflective cavity. This is known by the inventors to substantially reduce the thermal gradient in the substrate during the cooling action, which prevents the formation of flaws in the substrate.

또한, 본 발명자들은 냉각 동안 상기 반사 공동 내로의 상기 제 2 정화 기체 흐름은, 예를 들면, 스파이크 어닐 공정(spike anneal operation) 동안 가능한 한 높은 것이 유리함을 인지하였다. 이것은 최대의 순간 하강 속도, Max dT/dt(℃/초), 및 상기 기판이 목표 온도에 있는 시간이 초박형 접합부 형성을 위하여 최적화되는 것을 보증한다.In addition, the inventors have realized that the second purge gas flow into the reflective cavity during cooling is advantageously as high as possible during, for example, a spike anneal operation. This ensures that the maximum instantaneous descent rate, Max dT / dt (° C./sec), and the time that the substrate is at the target temperature are optimized for ultra thin junction formation.

표 1에서 도시된 바와 같이, 상기 제 2 정화 기체의 주입 속도와 배출 속도가 실질적으로 동일할 때(실험 F), 상기 기판에 걸친 온도 균일성(최대 △(℃))은 냉각 동안 최적화된다. 상기 최대 △ 데이터는 상기 기판의 온도를 5개의 다른 방사상의 위치에서 측정하는 5개의 광학적 검출기에 의해 보이는 최고 및 최저의 온도 눈금 사이의 차이를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 입력 정화 기체 흐름이 출력 정화 기체 흐름과 실질적으로 동일할 때, 최대 △가 최저가 되고, 따라서 상기 기판에 걸친 온도 균일성이 최선이 된다.As shown in Table 1, when the injection rate and discharge rate of the second purge gas are substantially the same (Experiment F), the temperature uniformity (maximum Δ (° C.)) over the substrate is optimized during cooling. The max Δ data represents the difference between the highest and lowest temperature scales seen by five optical detectors measuring the temperature of the substrate at five different radial positions. As shown, when the input purge gas flow is substantially the same as the output purge gas flow, the maximum Δ is the lowest, thus the temperature uniformity across the substrate is best.

상기 데이터는 또한 최대의 순간 하강 속도 및 상기 기판이 상기 목표 온도에 있는 시간(1000℃ 이상인 시간(초))이 상기 제 2 정화 기체 흐름이 비교적 높을 때(실험 F) 최적화된다는 것을 보여준다. 즉, 상기 기판이 상기 목표 온도에 있는 시간은 상기 반사 공동 내의 상기 정화 기체 흐름이 비교적 높을 때 최소화된다. The data also shows that the maximum instantaneous descent rate and the time at which the substrate is at the target temperature (seconds above 1000 ° C.) are optimized when the second purge gas flow is relatively high (Experiment F). In other words, the time the substrate is at the target temperature is minimized when the purge gas flow in the reflective cavity is relatively high.                 

표 1Table 1

Figure 112003000292213-pct00001
Figure 112003000292213-pct00001

도 2C는 실험 A 내지 실험 F의 소정의 데이터를 그래프로 비교한다. 곡선 AA 및 AB는 실험 A에 대하여 상기 기판 중심과 기판 에지에서의 상기 광학적 검출기의 온도 눈금을 나타내는 반면, 곡선 FA 및 FB는 실험 F에 대하여 상기 기판 중심과 기판 에지에서의 상기 광학적 검출기의 온도 눈금을 나타낸다. 곡선 AC 및 FC는 실험 A 및 실험 F에 대한 상기 기판에 걸친 온도 균일성(최대 △)을 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 온도 균일성은 상기 제 2 입력 정화 기체 흐름이 상기 제 2 출력 정화 기체 흐름과 실질적으로 동일할 때 최적화된다.2C graphically compares certain data of Experiments A-F. Curves AA and AB represent the temperature scale of the optical detector at the substrate center and substrate edge for Experiment A, while curves FA and FB represent the temperature scale of the optical detector at the substrate center and substrate edge for Experiment F Indicates. Curves AC and FC represent the temperature uniformity (maximum Δ) across the substrate for Experiment A and Experiment F, respectively. As shown, the temperature uniformity is optimized when the second input purge gas flow is substantially the same as the second output purge gas flow.

도 3A 및 도 3B를 참조하면, 정화 반사기(40)의 일 실시예에서, 반사기 판 어셈블리(22)는 검출기 링(52), 상부 반사기 판(54), 및 바닥 반사기 판(56)을 포함한다. 바닥 반사기 판(56)은 입구(46)로부터 정화 기체를 수신하고 상기 정화 기체를 수직 채널(60)로 운반하기 위한 수평 채널(58)을 갖는데, 이는 상부 반사기 판(54) 내의 다수의 수평 채널(48)과 교신한다. 수평 채널(48)은 상기 정화 기체를 상부 반사기 판(54)의 주변의 서로 다른 위치에 분배한다. 검출기 링(52)은 상부 반사기 판(54)의 주변 벽과 함께, 하부 반사기 판(56)의 하부 주변 에지(64) 상에 있는 주변 벽(62)을 포함하고, 반사기 판(54)의 상부 표면에 걸친 정화 기체의 실질적으로 엷은 층의 흐름을 생성하도록 검출기(50)에 대하여 반대 방향으로 상기 정화 기체를 흐르게 하는 0.0275인치의 폭 넓은 수직 채널을 형성한다. 상기 정화 기체 및 임의의 운반되어 나가는 휘발성 오염물이 배출 포트(44)를 통해 상기 처리 챔버로부터 제거된다. 바닥 반사기 판(56) 내의 수평 채널(66)은 배출 포트(44)로부터 배출된 기체를 수용하고 상기 배출된 기체를 펌프 시스템에 연결된 선(68)으로 향하게 한다. 상기 채널(48, 58, 및 60) 각각은 약 0.25인치 x 약 0.1인치의 흐름 단면적을 갖는다.Referring to FIGS. 3A and 3B, in one embodiment of the purifying reflector 40, the reflector plate assembly 22 includes a detector ring 52, an upper reflector plate 54, and a bottom reflector plate 56. . The bottom reflector plate 56 has a horizontal channel 58 for receiving purge gas from the inlet 46 and carrying the purge gas to the vertical channel 60, which is a plurality of horizontal channels in the upper reflector plate 54. Communicate with (48). Horizontal channels 48 distribute the purge gas to different locations around the upper reflector plate 54. The detector ring 52 includes a peripheral wall 62 on the lower peripheral edge 64 of the lower reflector plate 56, along with the peripheral wall of the upper reflector plate 54, and an upper portion of the reflector plate 54. It forms a wide vertical channel of 0.0275 inches that flows the purge gas in the opposite direction with respect to the detector 50 to produce a substantially thin layer of purge gas across the surface. The purge gas and any transported volatile contaminants are removed from the processing chamber through discharge port 44. The horizontal channel 66 in the bottom reflector plate 56 receives the gas discharged from the discharge port 44 and directs the discharged gas to a line 68 connected to the pump system. Each of the channels 48, 58, and 60 has a flow cross section of about 0.25 inches by about 0.1 inches.

도 3C를 참조하면, 정화 기체는 약 75°의 주변 호를 따라 상부 반사기 판의 상부 표면에서 반사 공동(15) 내로 유입될 수 있다. 정화 기체(42)의 결과적인 실질적으로 엷은 층의 흐름은 상부 반사기 판(54) 내의 10개의 광학적 포트 중 9개(광학적 포트(25, 26, 및 27) 포함)를 포함하는 75°섹터(70)에 대응하는 상부 반사기 판(54)의 상부 표면의 영역을 넘어서 연장한다. 위에서 설명된 실시예에서, 높은 열 전도율을 갖는 정화 기체(42)(예를 들면, 헬륨 또는 수소)가 급속 열 처리의 냉각 상태 동안(예를 들면, 시점 t1 및 t2 사이; 도 2B) 기판(12) 및 반사기 어셈블리(22) 사이의 열 전도율을 증가시킨다.With reference to FIG. 3C, purge gas may enter the reflective cavity 15 at the upper surface of the upper reflector plate along a peripheral arc of about 75 °. The resulting substantially thin layer flow of purge gas 42 is a 75 ° sector 70 comprising nine of the ten optical ports in the upper reflector plate 54 (including optical ports 25, 26, and 27). Extend beyond the area of the upper surface of the upper reflector plate 54. In the embodiment described above, purge gas 42 (eg helium or hydrogen) with high thermal conductivity is maintained during the cooling state of the rapid thermal treatment (eg between time points t 1 and t 2 ; FIG. 2B). The thermal conductivity between the substrate 12 and the reflector assembly 22 is increased.

정화 기체 및 처리 기체의 유속은 도 4에서 도시되는 유체 제어 시스템에 의해 제어된다. 질량 흐름 제어기(80)는 기체 입구(30)를 통한 처리 챔버(14) 내로의 기체의 흐름을 조절하도록 사용되고, 압력 변환기(82) 및 압력 제어 밸브(84)는 기체가 기체 출구(32)를 통해 처리 챔버(14)로부터 제거되는 속도를 조절하도록 사용된다. 정화 기체는 필터(86)에 연결된 입구(46)를 통해 반사 공동(15) 내로 유입된다. 질량 흐름 제어기(88)는 정화 기체 주입기(40)를 통한 반사 공동(15) 내로의 정화 기체의 흐름을 조절하도록 사용된다. 조절 가능한 흐름 제한기(90) 및 질량 흐름 제어기(92)는 정화 기체가 반사 공동(15)으로부터 제거되는 속도를 조절하도록 사용된다. 반사 공동(15)의 처리 영역 내로의 정화 기체의 이동을 감소시키기 위해, 기판(12) 위에서, 흐름 제한기(90)는 정화 기체가 반사 공동(15) 내로 유입되는 속도가 정화 기체가 반사 공동(15)으로부터 제거되는 속도와 실질적으로 동일하게 될 때까지 조절된다. 솔레노이드 차단 밸브(94 및 96)는 반사 공동(15)을 통해 정화 기체의 흐름에 대한 추가적인 제어를 제공한다. 8 인치(200mm) 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위해 설계된 시스템에서, 정화 기체는 약 9 - 20 slm의 속도로 반사 공동(15)을 통해 흐르게 될 수 있지만, 상기 정화 기체 유속은 반사 공동(15) 내부의 압력과 펌프 시스템(34)의 펌핑 용량에 의하여 변화할 수 있다. 반사 공동(15) 및 처리 챔버(14) 내부의 압력은 약 850 torr이다.The flow rates of the purge gas and the process gas are controlled by the fluid control system shown in FIG. The mass flow controller 80 is used to regulate the flow of gas into the processing chamber 14 through the gas inlet 30, and the pressure transducer 82 and the pressure control valve 84 allow the gas to exit the gas outlet 32. It is used to control the rate of removal from the processing chamber 14 through. The purge gas enters the reflective cavity 15 through an inlet 46 connected to the filter 86. Mass flow controller 88 is used to regulate the flow of purge gas into reflective cavity 15 through purge gas injector 40. Adjustable flow restrictor 90 and mass flow controller 92 are used to adjust the rate at which purge gas is removed from reflective cavity 15. In order to reduce the movement of purge gas into the processing region of the reflective cavity 15, above the substrate 12, the flow restrictor 90 is designed to speed up the rate at which the purge gas is introduced into the reflective cavity 15. It is adjusted until it becomes substantially the same as the speed removed from (15). Solenoid shutoff valves 94 and 96 provide additional control over the flow of purge gas through reflective cavity 15. In a system designed to process an 8 inch (200 mm) silicon wafer, purge gas may flow through the reflective cavity 15 at a rate of about 9-20 slm, although the purge gas flow rate is within the reflective cavity 15 The pressure and pumping capacity of the pump system 34 may vary. The pressure inside the reflective cavity 15 and the processing chamber 14 is about 850 torr.

정화 기체는 다양한 다른 방법으로 반사 공동(15) 내로 공급될 수 있다.Purification gas may be supplied into the reflective cavity 15 in a variety of other ways.

도 5를 참조하면, 일 실시예에서, 반사기 판 어셈블리(100)는 상부 반사기 판(104)의 전체적인 주변의 다른 위치로부터 정화 기체(102)를 유입시키도록 설계된다는 점을 제외하면, 반사기 판 어셈블리(22)와 구성면에서 유사하다. 정화 기체(102)는 상부 반사기 판(104)을 통해 연장하는 배출 포트(106)를 통해 제거된다. 정화 기체(102)는 반사기 판(102)의 중심으로부터 약 4.33인치 떨어진 위치에서 유입될 수 있고, 배출 포트(106)는 반사기 판(102)의 중심으로부터 약 2인치 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 이 실시예는 광학적 포트(108)가 반사기 판(102)의 전체적인 표면에 걸쳐 분포될 때 사용될 수 있다.Referring to FIG. 5, in one embodiment, the reflector plate assembly 100 is designed to introduce purge gas 102 from other locations around the entire perimeter of the upper reflector plate 104. Similar in configuration to (22). The purge gas 102 is removed through an outlet port 106 extending through the upper reflector plate 104. The purge gas 102 may enter at a location about 4.33 inches away from the center of the reflector plate 102, and the discharge port 106 may be disposed about 2 inches away from the center of the reflector plate 102. This embodiment may be used when the optical port 108 is distributed over the entire surface of the reflector plate 102.

도 6A 및 도 6B를 참조하면, 다른 실시예에서, 반사기 판 어셈블리(110)는 광학적 포트(124 및 126)를 둘러싸는 주변 영역(116 - 122) 내에 정화 기체의 실질적으로 엷은 층의 흐름을 생성하기 위해 흐름 채널을 함께 형성하는 검출기 판(112)과 상부 반사기 판(114)을 포함하는 점을 제외하면, 반사기 판 어셈블리(22)와 구성면에서 또한 유사하다. 상기 정화 기체는 상부 반사기 판(114) 내에서 수직 환형 채널(128, 129)을 통해 흐른다. 상기 정화 기체는 상부 반사기 판(114)을 통해 연장하는 배출 포트(미도시됨)를 통해 배출될 수 있고; 대안적으로 상기 정화 기체는 반사기 판 어셈블리(110)의 주변 에지 위로 배출될 수 있다. 이 실시예에서, 검출기 판(112)의 상부 표면은 상기 기판의 후면에 면하는 주요한 광학적 반사 표면의 역할을 한다. 굴절기 판(112)은 0.01인치의 거리만큼 상부 반사기 판(114) 위로 이격될 수 있다.6A and 6B, in another embodiment, the reflector plate assembly 110 generates a flow of substantially thin layer of purge gas in the peripheral region 116-122 surrounding the optical ports 124 and 126. It is also similar in construction to the reflector plate assembly 22, except that it includes a detector plate 112 and an upper reflector plate 114 that together form a flow channel for the purpose. The purge gas flows through the vertical annular channels 128, 129 in the upper reflector plate 114. The purge gas may be discharged through an exhaust port (not shown) extending through the upper reflector plate 114; Alternatively, the purge gas may be discharged over the peripheral edge of the reflector plate assembly 110. In this embodiment, the top surface of the detector plate 112 serves as the primary optical reflective surface that faces the backside of the substrate. Refractor plate 112 may be spaced above upper reflector plate 114 by a distance of 0.01 inch.

도 7A 및 도 7B를 참조하면, 다른 실시예에서, 반사기 판 어셈블리(130)는 정화 기체의 흐름을 수용하기 위한 수직 채널(132)과, 반사기 판(140)을 통해 연장하는 광학적 포트(138)에 걸친 직사각형 커튼(curtain)으로서 정화 기체(136)의 흐름을 검출하기 위한 슬롯 형태의 검출기(134)를 포함한다. 슬롯 형태의 배출 포트(142)는 정화 기체(136)를 제거하도록 사용된다. 검출기(134)는 반사기 판(140)의 상부 표면 위로 약 0.01인치의 거리만큼 이격될 수 있다.7A and 7B, in another embodiment, the reflector plate assembly 130 includes a vertical channel 132 for receiving a flow of purge gas and an optical port 138 extending through the reflector plate 140. And a detector 134 in the form of a slot for detecting the flow of purge gas 136 as a rectangular curtain over. A discharge port 142 in the form of a slot is used to remove purge gas 136. The detector 134 may be spaced about 0.01 inches above the upper surface of the reflector plate 140.

도 8A 및 도 8B에서 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 반사기 판 어셈블리(150)가 정화 기체 입구(160)에 차례로 연결되는 공통의 기체 공간(158)에 연결되는 다수의 구멍(152, 154, 156)을 포함할 수 있다. 구멍(152 - 156)은 기판(12) 및 반사기 판 어셈블리(150) 사이에 형성된 반사 공동 내로 정화 기체를 균일하게 유입시키기 위해 배열된다. 구멍(152 - 156)은 또한 온도 프로브(24)가 기판(12)에 의해 방출된 빛을 수신하는 광학적 포트(25 - 27)의 위치에 맞도록 배열된다. 동작 시에, 상기 정화 기체는 상기 반사 공동 내로 약 9 - 20 slm의 유속으로 흐르고; 대개는, 상기 유속은 지지 구조(20)의 기판(12)을 들어올리는데 필요한 속도보다 낮아야 한다. 정화 기체는 배출 포트(164)를 통해 펌프 시스템(162)에 의해 상기 반사 공동으로부터 제거된다.As shown in FIGS. 8A and 8B, in another embodiment, a plurality of holes 152, 154 connected to a common gas space 158 that in turn connects the reflector plate assembly 150 to the purge gas inlet 160. , 156). The holes 152-156 are arranged to uniformly introduce purge gas into the reflective cavity formed between the substrate 12 and the reflector plate assembly 150. The holes 152-156 are also arranged to match the position of the optical ports 25-27 where the temperature probe 24 receives the light emitted by the substrate 12. In operation, the purge gas flows into the reflective cavity at a flow rate of about 9-20 slm; Usually, the flow rate should be lower than the speed required to lift the substrate 12 of the support structure 20. Purification gas is removed from the reflective cavity by pump system 162 via outlet port 164.

여전히 다른 정화 기체 운반 시스템이 가능하다. 예를 들면, 정화 기체는 1999년 4월 7일에 제출된 미국 특허 출원 제 09/287,947호, "Apparatus and Methods for Thermally Processing a Substrate"에서 설명되는 회전 기체 운반 시스템에 의해 공급될 수 있고, 상기 출원은 여기에 참조로서 통합된다.Still other purge gas delivery systems are possible. For example, the purge gas may be supplied by a rotating gas delivery system described in US Patent Application No. 09 / 287,947, "Apparatus and Methods for Thermally Processing a Substrate," filed April 7, 1999, wherein The application is incorporated herein by reference.

다른 실시예들이 청구범위 내에 있다.Other embodiments are within the claims.

예를 들면, 위에서 개시된 실시예들이 단일의 비교적 저온인 열 저장소(예를 들면, 반사기 판 어셈블리(22))에 대해서 설명되었지만, 다른 열 저장소의 구성이 가능하다. 상기 열 저장소는 열 처리 시스템(10) 내부의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 2 이상의 독립적인 열 저장소가 제공될 수 있다. 상기 열 저장소는 비교적 고온인 표면을 포함할 수 있고, 다른 정화 기체가 반사 공동(15) 내로 공급될 수 있는데, 이는 상기 기판의 온도 반응을 제어하기 위해 상기 열 저장소와 상기 기판 사이에 형성된다. 몇몇의 실시예들에서, 상기 열 저장소의 온도는 상기 기판의 온도 반응을 개선하기 위해 상기 열 처리 동안 변화될 수 있다.For example, although the embodiments disclosed above have been described with respect to a single relatively low temperature heat reservoir (eg, reflector plate assembly 22), other heat reservoir configurations are possible. The heat reservoirs may be located at different locations within the heat treatment system 10. Two or more independent heat reservoirs may be provided. The heat reservoir may comprise a relatively hot surface and other purge gas may be supplied into the reflective cavity 15, which is formed between the heat reservoir and the substrate to control the temperature response of the substrate. In some embodiments, the temperature of the heat reservoir can be changed during the heat treatment to improve the temperature response of the substrate.

다른 실시예에서, 처리 시스템(10) 내부의 기판 및 열 저장소 사이의 열 전달의 속도는 상기 열 처리 동안 상기 열 저장소의 방사율을 변화시킴으로써 최적화될 수 있다. 예를 들면, 반사기 판 어셈블리(22)의 상부 표면이 반사성을 갖는 크롬 전기 코팅을 포함할 수 있는데, 상기 반사성은 상기 코팅에 인가되는 전압을 변화시킴으로써 선택적으로 변화될 수 있다. 동작 시에, 반사기 판 어셈블리(22)의 반사성은 열 처리의 가열 상태 동안 최대화될 수 있고, 상기 반사성은 냉각 상태 동안 최소화될 수 있다. 이런 방법으로, 상기 기판 및 반사기 판 어셈블리(22) 사이의 열 전달 속도는 가열 상태 동안 감소되고 냉각 상태 동안 증가될 수 있다.In another embodiment, the rate of heat transfer between the substrate and the heat reservoir within the processing system 10 can be optimized by changing the emissivity of the heat reservoir during the heat treatment. For example, the upper surface of the reflector plate assembly 22 may comprise a reflective chromium electrical coating, which reflectivity may be selectively changed by varying the voltage applied to the coating. In operation, the reflectivity of the reflector plate assembly 22 can be maximized during the heated state of the heat treatment, and the reflectivity can be minimized during the cooled state. In this way, the heat transfer rate between the substrate and the reflector plate assembly 22 can be reduced during the heating state and increased during the cooling state.

또 다른 실시예에서, 처리 시스템(10) 내부의 기판 및 열 저장소 사이의 열 전달의 속도는 상기 열 저장소로부터 상기 기판을 분리하는 거리를 변화시킴으로써 최적화될 수 있다. 예를 들면, 지지 구조(20)가 반사기 판 어셈블리(22)의 상부 표면에 대해 위ㆍ아래로 이동하도록 구성될 수 있다. 동작 시에, 일 실시예에서, 지지 구조(20)는 열 처리의 가열 상태 동안 반사기 판 어셈블리(22)로부터 비교적 멀리 있게끔 상기 기판을 배치할 수 있고, 지지 구조(20)는 상기 열 처리의 냉각 상태 동안 반사기 판 어셈블리(22)로부터 비교적 가깝게 있게끔 상기 기판을 배치할 수 있다. 이런 방법으로, 상기 기판 및 반사기 판 어셈블리(22) 사이의 열 전도율은 상기 기판 상에서 생산되는 장치의 품질을 개선하도록 상기 열 처리의 가열 상태 동안 감소되고 냉각 상태 동안 증가될 수 있다.In yet another embodiment, the rate of heat transfer between the substrate and heat reservoir within processing system 10 may be optimized by varying the distance separating the substrate from the heat reservoir. For example, the support structure 20 can be configured to move up and down relative to the top surface of the reflector plate assembly 22. In operation, in one embodiment, the support structure 20 may place the substrate relatively far from the reflector plate assembly 22 during the heated state of the heat treatment, and the support structure 20 may cool the heat treatment. The substrate may be positioned relatively close to the reflector plate assembly 22 during the condition. In this way, the thermal conductivity between the substrate and the reflector plate assembly 22 can be reduced during the heating state of the heat treatment and increased during the cooling state to improve the quality of the device produced on the substrate.

다른 실시예에서, 열 처리 시스템(10) 내부의 기판 및 열 저장소 사이의 열 전달 속도가 열 처리 동안 상기 기판 및 상기 열 저장소 사이의 정화 기체의 압력을 변화시킴으로써 최적화될 수 있다. 예를 들면, 상기 열 처리의 가열 상태 동안, 상기 정화 기체의 압력은 대기 이하의 압력(예를 들면, 약 1 - 5 Torr)으로 감소될 수 있고, 상기 열 처리의 냉각 상태 동안, 상기 압력은 대기압(770 Torr)으로 증가될 수 있다. 상기 정화 기체의 조성은 또한 상기 열 처리 동안 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 가열 상태 동안 상기 정화 기체는 질소로 구성될 수 있고, 상기 냉각 상태 동안 상기 정화 기체는 헬륨으로 구성될 수 있다.In other embodiments, the rate of heat transfer between the substrate and heat reservoir within the heat treatment system 10 may be optimized by varying the pressure of purge gas between the substrate and the heat reservoir during heat treatment. For example, during the heated state of the heat treatment, the pressure of the purge gas may be reduced to a subatmospheric pressure (eg, about 1-5 Torr), and during the cooled state of the heat treatment, the pressure may be It can be increased to atmospheric pressure (770 Torr). The composition of the purge gas can also be varied during the heat treatment. For example, the purge gas may be composed of nitrogen during the heating state, and the purge gas may be composed of helium during the cooling state.

급속 열 처리 동안 기판의 온도 반응을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 개시되었다. 본 발명은 소정의 장치(예를 들면, 초박형 접합 트랜지스터)가 개선된 물리적 특징 및 개선된 동작 특성을 갖고 형성되도록 할 수 있다.Systems and methods are disclosed for controlling the temperature response of a substrate during rapid thermal processing. The present invention allows certain devices (eg, ultra thin junction transistors) to be formed with improved physical and improved operating characteristics.

Claims (38)

기판의 제 1 측면을 향하는 램프 어셈블리; 및A lamp assembly facing the first side of the substrate; And 반사 공동(reflective cavity)에 걸쳐 기판의 제 2 측면과 이격되고 열 저장소와 연결되는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 열 처리 시스템으로서, 상기 열 처리 시스템의 내부에서 기판을 열 처리하는 방법에 있어서, A heat treatment system having a reflective surface spaced apart from a second side of a substrate and connected to a heat reservoir over a reflective cavity, the method comprising: heat treating a substrate within the heat treatment system; 가열 스케줄에 따라 상기 램프 어셈블리로 상기 기판을 가열하는 단계; 및Heating the substrate with the lamp assembly in accordance with a heating schedule; And 상기 가열 스케줄 동안, 상기 기판과 상기 열 저장소 사이에서 상기 반사 공동에 걸쳐 열 전달 속도를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,During the heating schedule, varying the rate of heat transfer across the reflective cavity between the substrate and the heat reservoir. 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 스케줄 동안, 상기 열 전달 속도가 상기 기판과 상기 열 저장소 사이에서 상기 반사 공동에 걸쳐 열 전도율을 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는,During the heating schedule, the rate of heat transfer is varied by varying thermal conductivity across the reflective cavity between the substrate and the heat reservoir. 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 가열 스케줄 동안, 상기 열 전도율이 상기 반사 공동에 위치한 열 운반 매체의 특성을 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는,During the heating schedule, the thermal conductivity is varied by changing the properties of the heat carrier medium located in the reflective cavity, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 열 운반 매체가 정화 기체를 포함하고, 상기 열 전도율이 상기 가열 스케줄 동안 상기 정화 기체의 화학적 조성을 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는,The heat carrier medium comprises a purge gas, wherein the thermal conductivity is varied by changing the chemical composition of the purge gas during the heating schedule, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 열 운반 매체가 정화 기체를 포함하고, 상기 열 전도율이 상기 가열 스케줄 동안 상기 반사 공동에서의 정화 기체의 압력을 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는,The heat carrier medium comprises purge gas, wherein the thermal conductivity is varied by varying the pressure of purge gas in the reflective cavity during the heating schedule, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판과 상기 반사 표면 사이의 열 전도율이 상기 가열 스케줄의 냉각 상태 동안 증가되는 것을 특징으로 하는,The thermal conductivity between the substrate and the reflective surface is increased during the cooling state of the heating schedule, 열 처리 방법.Heat treatment method. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 스케줄의 가열 상태 동안 제 1 정화 기체가 상기 반사 공동에 공급되고, 상기 가열 스케줄의 냉각 상태 동안 제 2 정화 기체가 상기 반사 공동에 공급되며, 상기 제 2 정화 기체는 상기 제 1 정화 기체의 열 전도율보다 큰 열 전도율을 갖는 것을 특징으로 하는,A first purge gas is supplied to the reflective cavity during the heating state of the heating schedule, a second purge gas is supplied to the reflective cavity during the cooling state of the heating schedule, and the second purge gas is Characterized in having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제 1 정화 기체가 질소, 아르곤, 크세논으로부터 선택되고, 상기 제 2 정화 기체가 헬륨 및 수소로부터 선택되는 것을 특징으로 하는,Wherein the first purge gas is selected from nitrogen, argon, xenon, and the second purge gas is selected from helium and hydrogen, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 스케줄 동안, 상기 열 전달 속도가 상기 열 저장소의 표면의 방사율을 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는,During the heating schedule, the rate of heat transfer is varied by changing the emissivity of the surface of the heat reservoir, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 스케줄 동안, 상기 열 전달 속도가 상기 기판 및 상기 열 저장소 사이의 거리를 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는,During the heating schedule, the heat transfer rate is varied by varying the distance between the substrate and the heat reservoir, 열 처리 방법.Heat treatment method. 열 처리 시스템 내부에서 기판을 열 처리하는 방법으로서,A method of heat treating a substrate within a heat treatment system, 상기 열 처리 시스템 내로 제 1 정화 기체를 공급하는 단계;Supplying a first purge gas into the heat treatment system; 가열 스케줄에 따라 상기 기판을 가열하는 단계; 및Heating the substrate according to a heating schedule; And 상기 제 1 정화 기체와 다른 제 2 정화 기체를 상기 열 처리 시스템 내로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Supplying a second purge gas different from the first purge gas into the heat treatment system; 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 2 정화 기체가 상기 가열 스케줄의 냉각 상태 동안 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas is supplied into the heat treatment system during the cooling state of the heating schedule, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 2 정화 기체가 상기 기판 온도가 목표 최고 온도까지 가열되는 시점 또는 그에 근접한 시점에 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는, Wherein the second purge gas is supplied into the heat treatment system at or near the point where the substrate temperature is heated to a target maximum temperature, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 기판 온도가 감소하는 동안, 상기 제 2 정화 기체가 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas is supplied into the heat treatment system while the substrate temperature decreases, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 1 정화 기체가 가열 스케줄의 가열 단계 동안 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein said first purge gas is supplied into said heat treatment system during a heating step of a heating schedule, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 2 정화 기체의 열 전도율이 상기 제 1 정화 기체의 열 전도율보다 큰 것을 특징으로 하는,Wherein the thermal conductivity of the second purge gas is greater than the thermal conductivity of the first purge gas, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 2 정화 기체가 헬륨 또는 수소 또는 둘 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas comprises helium or hydrogen or both, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 1 정화 기체가 질소를 포함하고 상기 제 2 정화 기체가 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는,Wherein the first purge gas comprises nitrogen and the second purge gas comprises helium, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 2 정화 기체가 상기 열 처리 시스템 내부의 상기 기판 표면 및 열 저장소 사이에서 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas is supplied into the heat treatment system between the substrate surface and the heat reservoir within the heat treatment system, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 가열 스케줄의 가열 상태 동안, 상기 제 1 정화 기체가 상기 기판 표면 및 상기 열 저장소 사이에서 상기 열 처리 시스템 내로 공급되고,During the heating state of the heating schedule, the first purge gas is supplied into the heat treatment system between the substrate surface and the heat reservoir, 상기 가열 스케줄의 냉각 상태 동안, 상기 제 2 정화 기체가 상기 기판 표면 및 상기 열 저장소 사이에서 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,During a cooling state of the heating schedule, the second purge gas is supplied into the heat treatment system between the substrate surface and the heat reservoir, 열 처리 방법.Heat treatment method. 열 처리 시스템 내부에서 기판을 열 처리하는 방법으로서,A method of heat treating a substrate within a heat treatment system, 상기 열 처리 시스템 내로 제 1 정화 기체를 공급하는 단계;Supplying a first purge gas into the heat treatment system; 목표 온도로 상기 기판을 가열하는 단계; 및Heating the substrate to a target temperature; And 상기 기판 온도가 상기 목표 온도로 가열되는 시점 또는 그에 근접한 시점에, 상기 제 1 정화 기체의 열 전도율보다 큰 열 전도율을 갖는 제 2 정화 기체를 상기 열 처리 시스템 내로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Supplying a second purge gas into the heat treatment system having a thermal conductivity greater than that of the first purge gas when the substrate temperature is heated to or close to the target temperature. doing, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 제 2 정화 기체가 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas comprises helium, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 제 1 정화 기체가 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는,Wherein the first purge gas comprises nitrogen, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되는 시점 또는 그에 근접한 시점에, 상기 제 1 정화 기체의 상기 열 처리 내로의 공급이 종료되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the supply of the first purge gas into the heat treatment is terminated when the substrate is heated to or close to the target temperature. 열 처리 방법.Heat treatment method. 열 처리 시스템 내부에서 기판을 열 처리하는 방법으로서,A method of heat treating a substrate within a heat treatment system, 상기 기판을 목표 온도로 가열하는 단계;Heating the substrate to a target temperature; 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되는 시점 또는 그에 근접한 시점에, 상기 열 처리 시스템 내부의 상기 기판 표면 및 열 저장소 사이에서 상기 열 처리 시스템 내로 상기 기판 표면 및 상기 열 저장소 사이의 열 전도율을 증가시키는 정화 기체를 공급하는 단계; 및At the time the substrate is heated to or near the target temperature, a purge that increases the thermal conductivity between the substrate surface and the heat reservoir into the heat treatment system between the substrate surface and the heat reservoir within the heat treatment system. Supplying gas; And 상기 정화 기체가 상기 열 처리 시스템으로 공급되는 속도와 실질적으로 동일한 속도로 상기 열 처리 시스템으로부터 상기 정화 기체를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Removing the purge gas from the heat treatment system at a rate substantially the same as the rate at which the purge gas is supplied to the heat treatment system. 열 처리 방법.Heat treatment method. 삭제delete 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 정화 기체가 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는,Wherein said purge gas comprises helium, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 정화 기체가 가열 스케줄의 냉각 상태 동안 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the purge gas is supplied into the heat treatment system during the cooling state of the heating schedule, 열 처리 방법.Heat treatment method. 삭제delete 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 정화 기체가 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되기 약 1 내지 3초 전에 상기 열 처리 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein said purge gas is supplied to said heat treatment system about one to three seconds before said substrate is heated to said target temperature, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 정화 기체가 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되기 약 1 내지 2초 전에 상기 열 처리 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein said purge gas is supplied to said heat treatment system about one to two seconds before said substrate is heated to said target temperature, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 정화 기체가 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되기 약 1 내지 1.5초 전에 상기 열 처리 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein said purge gas is supplied to said heat treatment system about 1 to 1.5 seconds before said substrate is heated to said target temperature, 열 처리 방법.Heat treatment method. 열 처리 시스템 내부에서 기판을 열 처리하는 방법으로서,A method of heat treating a substrate within a heat treatment system, 상기 열 처리 시스템 내로 제 1 정화 기체를 공급하는 단계;Supplying a first purge gas into the heat treatment system; 상기 기판을 목표 온도로 가열하는 단계;Heating the substrate to a target temperature; 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되는 시점 또는 그에 근접한 시점에, 상기 열 처리 시스템 내부의 상기 기판 표면 및 열 저장소 사이에서 상기 열 처리 시스템 내로 상기 제 1 정화 기체의 열 전도율보다 큰 열 전도율을 갖는 제 2 정화 기체를 공급하는 단계; 및A point having a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of the first purge gas into the heat treatment system between the substrate surface and the heat reservoir within the heat treatment system at a time when the substrate is heated to the target temperature; Supplying a purge gas; And 상기 제 2 정화 기체가 상기 열 처리 시스템으로 공급되는 속도와 실질적으로 동일한 속도로 상기 열 처리 시스템으로부터 상기 제 2 정화 기체를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Removing the second purge gas from the heat treatment system at a rate substantially the same as the rate at which the second purge gas is supplied to the heat treatment system. 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 제 1 정화 기체가 질소를 포함하고 상기 제 2 정화 기체가 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는,Wherein the first purge gas comprises nitrogen and the second purge gas comprises helium, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 기판이 상기 목표 온도로 가열되는 시점 또는 그에 근접한 시점에, 상기 제 1 정화 기체의 상기 열 처리 내로의 공급이 종료되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the supply of the first purge gas into the heat treatment is terminated when the substrate is heated to or close to the target temperature. 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 36 항에 있어서,The method of claim 36, 상기 제 2 정화 기체가 상기 기판이 상기 목표 온도에 있는 시간을 최소화하도록 높은 유속으로 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas is supplied into the heat treatment system at a high flow rate to minimize the time the substrate is at the target temperature, 열 처리 방법.Heat treatment method. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 기판 온도가 감소하는 동안, 상기 제 2 정화 기체가 상기 열 처리 시스템 내로 공급되는 것을 특징으로 하는,Wherein the second purge gas is supplied into the heat treatment system while the substrate temperature decreases, 열 처리 방법.Heat treatment method.
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