KR101078708B1 - 가열원들의 조합제들을 이용한 펄스 처리 반도체 가열방법들 - Google Patents
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Abstract
반도체 기판과 같은 물체를 가열하는 펄스 처리 방법 및 시스템은 단일 기판의 멀티-펄스 처리를 위한 공정 제어 또는 다른 물리적 특성을 갖는 다른 기판의 단일 또는 멀티-펄스 처리를 위한 공정 제어를 특징으로 한다. 예비 가열모드 동안 물체를 선택적으로 가열함에 의해, 예비 가열모드 동안 물체 전영역에 걸쳐 적어도 일반적으로 온도 상승을 유발하기 위해, 열이 물체에 제어가능한 방법으로 적용된다. 물체의 제 1 표면은 적어도 에너지의 제 1 펄스의 영향을 받음으로써 펄스 가열 모드에서 가열된다. 예비 가열은 제 1 펄스의 시간에 맞추어지는 관계로 제어된다. 제 1 에너지 펄스에 대한 물체의 제 1 온도반응은 감지될 것이며, 적어도 목표 조건을 산출하기 위한 적어도 제2에너지 펄스를 위한 펄스 파라미터들의 제2세트를 적어도 결정하기위해 사용될 것이다.
Description
본 원은 2002.03.29.자로 출원된 미국 임시 특허출원 번호 제 60/368,863 호에 기초한 우선권주장을 수반하며, 이 임시 특허출원의 내용은 본 발명에서 참고로 인용된다.
본 명세서는 짧고 강한 강도의 펄스로 다른 가열원과 결합하여 반도체 웨이퍼를 열처리하는 방법과 시스템에 관련된 것으로, 가열원으로 텅스텐-할로겐 램프나 아크 램프를 사용할 수 있으며 기타 다른 가열원을 사용할 수도 있다.
마이크로프로세서나 다른 컴퓨터 칩들과 같은 전기 장치를 만들기 위해, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼는 이온주입공정을 거친다. 이온주입은 웨이퍼의 소자면 표면영역에 불순물 원자나 도펀트를 주입하는 것이다. 이온주입공정은 웨이퍼의 표면영역의 결정 격자 구조에 손상을 주어 주입된 불순물 원자가 전기적으로 비활성상태인 침입형 자리에 남게 된다. 불순물 원자를 전기적으로 활성상태가 되도록 격자의 교체형 자리로 이동시키기 위해서, 또한, 이온주입시 발생한 결정 격자 구조의 손상을 회복시키기 위해서 웨이퍼의 소자면 표면영역은 고온으로 가열되어 열처리된다.
열처리를 위한 세가지 유형의 반도체 웨이퍼 가열방법이 알려져있다.
단열 - 에너지는 레이저, 이온빔, 전자빔과 같은 펄스 에너지원에 의해서 10 x 10-9 내지 100 x 10-9 초의 아주 짧은 시간 동안 공급된다. 이러한 고강도, 단시간의 에너지는 1 내지 2 마이크론 깊이의 반도체 표면을 녹인다.
열 유동 - 에너지는 5 x 10-6 내지 2 x 10-2 초 동안 공급된다. 열 플럭스 가열은 웨이퍼 표면아래로 2마이크론보다 훨씬 큰 상당한 온도구배를 발생시키지만, 웨이퍼의 전체 두께를 통한 균일한 가열을 유발시키지는 않는다.
등온 - 에너지는 웨이퍼의 전 영역에서 아주 균일한 온도를 갖도록 1 내지 100 초간 공급된다. 예컨대, 미국특허 제 4,649,261 호의 3열 65줄부터 4열13줄 까지를 참조할 수 있다.
불행하게도, 반도체 웨이퍼의 소자면을 어닐링하는데 요구되는 고온에서는 기존의 기술을 사용하면 원치 않는 효과가 발생한다. 예컨대, 고온에서 불순물 원자가 실리콘 웨이퍼 속으로 매우 빠른 속도로 확산된다. 불순물을 활성화시키는데 필요한 높은 어닐링 온도에 가까워지면 대부분 확산이 일어난다. 반도체 웨이퍼에 대한 성능향상의 요구와 작아지는 소자크기로 인해서, 더욱더 얕고 급격히 한정된 접합을 생산하는 것이 필수적이다.
전통적인 급속열처리(RTP) 시스템은 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 전체를 고온으로 가열하는 것과 같이 거의 등온방식으로 가열하였다. 급속 열처리 시 바람직한 목적은 웨이퍼를 매우 빠른 속도로 가열하는 것이다. 그러나 웨이퍼를 바람직한 피크온도에서 가능한 짧은 시간 동안 유지해야 한다. 가열 후 가능한 빨리 냉각해주어야 웨이퍼 벌크 내에서의 과도한 불순물 확산과 같은 바람직하지 못한 부작용을 최소화하면서 필요한 어닐링을 수행할 수 있다. 급속열처리 동안 가열은 웨이퍼의 디바이스 측 위에 배치된 일련의 텅스텐 할로겐 램프를 활성화 시킴으로써 행해진다. 가열속도는 반도체 웨이퍼의 열량에 의해 제한된다. 그러므로, 원하는 피크 가열 온도에 도달하기 위해서는 아주 큰 램프 파워가 인가되어야 한다. 이로 인해 가열 온도상승 동안 매우 큰 파워 급등이 야기된다. 게다가, 램프 필라멘트의 열량은 방사열이 얼마나 빨리 꺼지는 가에 영향을 미친다. 따라서, 웨이퍼가 피크온도에서 또는 피크온도 부근에서 머무르는 시간이 연장된다. 전형적인 텅스텐 할로겐 램프의 시간 상수는 0.3초 정도로 상대적으로 길다. 그러므로, 필라멘트는 파워가 꺼진 후에도 뜨거운 상태로 남아있으며 계속해서 웨이퍼에 빛을 조사한다.
거의 대부분의 불순물 확산은 어닐링 사이클의 가장 높은 온도 범위에서 발생한다. 낮은 어닐링 온도는 도펀트들의 매우 적은 활성화를 야기하고 그러므로 웨이퍼의 높은 면저항을 유발하며, 이러한 높은 면저항은 고급 프로세싱 디바이스들을 위한 현재 및/또는 미래의 허용가능한 면저항 제한값들을 초과한다. 그러므로, 낮은 어닐링 온도로 불순물 확산 문제를 해결할 수 없다.
디바이스 생산에 관한 기술의 언급이 점진적인 접합깊이의 감소와 함께 소자면으로 옮겨갔지만, 열처리는 반도체 웨이퍼 처리를 위한 펄스 가열 방식과 시스템에 의해서 향상될 수 있다는 인식이 따른다. 1980년대 후반에 최소한 한 개의 접근법에서는 저온 예비 가열 단계 후에 펄스 어닐링 단계가 따른다. 저온 예비 가열 단계는 전형적으로 웨이퍼를 600℃와 같은 중간 범위의 온도로 텅스텐 할로겐 램프를 사용하여 가열하는 것과 관련되어 있으며, 이어서 플래쉬 램프의 펄스를 사용하여 400㎲와 같은 매우 작은 시간 동안 웨이퍼 온도를 1100℃로 매우 빨리 증가시킨다. 웨이퍼는 방사에 의해서 냉각된다. 펄스 가열을 이용하여 공정의 반복성을 제어하는 기술(단순히 등온어닐의 마지막에 플래쉬 램프를 점화하는)이나, 웨이퍼간 반복성을 제어하는 기술은 제공되지 않았다. 더욱이, 반복성에 관한 프로세스 제어로서 예비 가열의 단순한 자동온도조절 제어가 사용되었다. J. R. Logan의 Recrystallization of amorphous silicon films by rapid isothermal and transient annealing" Semiconductor Sci. Tech.3,437(1988); and J.L.Altrip의 "High temperature millisecond annealing of arsenic implanted silicon," Solid-State Electronics 33, 659(1990)을 참고하라. 이 두 개의 참고자료는 모두 펄스 노출 동안 예비 가열의 간단한 자동온도조절 제어를 이용하고 있지만, Logan의 참고자료가 처리중인 기판의 온도가 간접적으로만 모니터 되는 제어의 수행을 설명하는데 있어 훨씬 제한된다. 즉, 처리중인 기판은 지지기판에 의해 지지된다. 실제로 처리중인 기판의 온도가 아닌 지지기판의 온도가 모니터된다. 불행하게도, 이러한 장치는 잠재적으로 실제로 처리중인 물체의 온도에 관하여 불확실성을 야기함 으로써 자동온도조절에 관한 문제점을 더욱 악화시킨다
미국 특허 4,649,261과 4,698,486는, 하나의 다른 실시예에서, 등온 가열과 열유동가열을 결합함으로써 반도체 웨이퍼를 가열하는 방법을 개시한다(예시 도 11). 전체 웨이퍼는 연속적인 웨이브 램프와 같은 등온 가열을 통해 1차 중간 온도로 가열된다. 그 후, 웨이퍼의 앞면은 고-파워 펄스 램프 어레이와 같은 펄스 방법의 열 유동을 통하여 가열된다. 가열방법은 라이트 파이프 또는 만화경이 통합된 내부에서 웨이퍼와 가열원이 웨이퍼를 향해 방사선이 반사하고 재반사하는 반사 내부 표면과 함께 결합될때 수행된다. 상기 특허는 멀티-펄스 가열 모드를 기술하고있지 않으며, 다수의 펄스에 의한 가열 또는 웨이퍼 마다의 반복성을 제어하기 위한 기술은 제공된 바가 없다.
선행기술에서 수행되었던 펄스 모드 가열은 그것의 지각된 이점에도 불구하고 그것의 사용에 있어 동반되는 특정한 어려움들이 적절하게 설명되지 않았기 때문에 제한된 성공만을 거둘 수 있었다는 것이 제시되었다. 아래에서 선행기술에 대해 상세히 설명한다.
미국특허 4,504,323은 반도체 웨이퍼가 400℃로 예비 가열된 후 800㎲의 펄스 동안 일련의 플래쉬 방전 램프로부터의 방사능에 노출되는 어닐링 방법을 논의한다. 예비 가열의 온도는 원하는 어닐링 온도보다 낮으며, 불순물 확산은 발생하지 않는다. 상기 특허는 멀티-펄스 가열 모드를 개사하지 않았으며, 다수의 펄스에 의한 가열 또는 웨이퍼 마다의 반복성을 제어하기 위한 기술은 제공된 바가 없다.
미국특허 4,615,765는 레이저 또는 입자 빔 소스를 이용한 열공정을 개시한다. 상기 특허는 다른영역을 가열하지 않고 원하는 영역만 가열하기 위해 반도체 웨이퍼의 특정한 영역에 레이저로 부터 파워를 선택적으로 전달하는 방법에 초점을 맞춘다. 상기 방법은 예정된 펄스 에너지, 펄스 지속시간 및 펄스 간격과 함께 펄스로부터 다양한 온도 상승을 야기하기 위한 두 영역의 흡수성을 맞추는데 기초한다. 다수의 펄스에 의한 가열 또는 웨이퍼 마다의 반복성을 제어하기 위한 기술은 제공된 바가 없다.
미국특허 5,841,110은 급속열처리 분야에서 더욱 최근의 접근방법을 제공한다. 구체적으로, 시스템 상수는 스펙트럼으로 적분된 반사율 만을 기초로하여 조정된다. 더욱이, 이러한 참조문은 상기 참조문이 적어도 펄스 소스의 사용에 대한 직접적인 제시를 포함하지 않는다는 이유로는 본 발명과 다소 관련이 없다. 상기 시스템이 효과적이고 당시의 선행기술을 상당히 개선하였지만, 앞으로 보여질 본 발명이 훨씬 더 큰 이점을 제공한다는 것이 제시된다.
펄스 가열 동안 반도체 웨이퍼 표면의 온도가 다음과 같은 몇가지 요인들에 의해서 영향을 받을 수 있다. (a)기본 온도 분포; (b)펄스에너지 유형, 형상 및 지속기간; 및 (c)웨이퍼의 광학적 성질. 레이저 공정에서, 웨이퍼 표면 반사율의 변수는 다른 웨이퍼 또는 심지어 한 웨이퍼 다른 부분에서도 파워 커플링에서 상당한 차이를 유발할 수 있다. 비록 램프 방사가 레이저 방사보다 넓은 스펙트럼을 갖지만, 광학적 성질의 차이는 텅스텐-할로겐 램프를 이용한 급속열처리 동안 웨이퍼 표면에 도달하는 온도에 강한 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 코 팅물의 변화는 반사율의 변화를 야기하며, 동일한 표면특성을 갖기 위해서 한 웨이퍼의 표면이나 두 웨이퍼의 표면들 상에 흡수되는 에너지를 바꾼다.
도 2는 각기 다른 표면 특성을 가진 두 개의 반도체 웨이퍼에 사용된 방사의 온도 대 시간을 그린 그래프이다. 비록 각각에 인가된 방사 펄스는 같은 에너지를 갖지만 방사-반사가 더 큰 웨이퍼의 피크온도(1000℃)가 방사-흡수가 더 큰 웨이퍼의 피크온도(1300℃)보다 더 낮았다. 동일한 방사 펄스가 인가되었기 때문에, 반사성이 더 큰 웨이퍼의 온도 대 시간 곡선인 12와 흡수성이 더 큰 웨이퍼의 온도 대 시간 그래프인 14는 다르다. 그러므로, 반사성이 더 큰 웨이퍼 상에서, 방사 소스로부터의 동일한 또는 일련의 펄스에 의해 유도된 온도 상승은 흡수성이 더 큰 웨이퍼 상에서 유도된 온도 상승보다 낮다.
웨이퍼 반사율의 차이에 의한 가열온도에 있어서의 변화 이외에, 방사의 다수 펄스를 사용함으로써 바람직하지 않은 변화가 유발될 수 있다. 도 3은 웨이퍼 표면 온도 22와 뒷면 온도 24에 대하여 온도 대 시간을 그린 그래프이며, 예비 가열 파워 대 시간 26을 그린 그래프이다. 이 그래프에 그려진 가열 방법으로, 웨이퍼 전체(표면 및 뒷면)를 약 800℃의 제 1 온도까지 가열하기 위해 예비 가열이 활성화 된다. 그런 다음, 가열기는 정상상태로 바뀌고, (아크 램프 또는 레이저와 같은) 펄스 소스로부터의 두 개의 급속한 펄스들이 웨이퍼 표면을 필요한 어닐링 온도(즉, 1300℃)까지 가열시키기 위해서 인가된다. 웨이퍼 뒷면의 온도는 원치않는 도펀트 확산을 방지하기 위해서 제 1 온도 근처에 머무른다. 에너지 펄스로 부터의 열이 웨이퍼 벌크로 확산됨에 따라, 웨이퍼 뒷면의 온도는 증가하기 쉽다. 도 3은 제 1 온도로부터 뒷면의 온도가 50℃ 내지 100℃ 상승하는 것을 보여준다. 다음의 제 1 펄스에서, 열이 웨이퍼의 벌크로 전도되기 때문에 웨이퍼 표면온도는 떨어진다. 그리고 웨이퍼는 거의 등온상태에 도달한다. 제 2 펄스가 활성화될 때 웨이퍼 표면이 아직 제 1 온도 보다 높기 때문에, 표면온도의 하강은 펄스에 의한 온도 상승만큼 빠르진 않다. 이 경우, 제 2 펄스는 제 1 펄스보다 더 큰 피크 온도(1300℃ 초과)를 만들며, 이는 공정 제어를 어렵게 한다.
본 발명은 훨씬 큰 이점들을 제공함과 동시에 상술한 문제점들 및 어려움들을 해결한다.
본 명세서는 반도체 웨이퍼 또는 기판과 같은 물체를 가열하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일면에서, 상기 방법은 (a) 제 1 가열원을 사용하여 제 1 온도 로 기판을 가열하는 방법; (b) 기판의 디바이스 측 표면을 가열하기 위하여 펄스 에너지 소스로부터 나오는 에너지의 제 1 펄스를 인가할 때 또는 그 직전에 제 1 가열원에 가해지는 파워를 제거 또는 차단하는 방법; 및 (c) 기판의 제 1 표면 또는 디바이스 측을 제2가열원으로부터의 에너지의 펄스를 이용하여 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도, 예컨대, 상기 제 2 온도는 도펀트가 주입된 반도체 웨이퍼의 어닐링 온도로 급속히 가열하는 방법;을 포함한다. 임의로, 급속 가열 단계인 (c)가 제거 단계인 (b)보다 먼저 수행될 수도 있다. 게다가, 가열방법은 심화단계인 (d) 제2가열원으로부터의 제 1 펄스가 인가된 후에 제 1 가열원에 파워를 재활성화시키거 나 다시 인가해주는 단계를 포함할 수도 있다. 더욱이, 가열단계(a)와 급속가열단계 (c)가 단일 가열원으로 수행될 수도 있다.
펄스가 펄스 소스로부터 인가될 때 또는 그 이전에, 제 1 가열원을 비활성화시키고 기판의 벌크를 제 1 온도 로 가열함으로써, 웨이퍼의 벌크는 제 1 온도 또는 그 부근에서 머무르며, 첫째로 기판의 제 1 표면만이 훨씬 높은 제 2 온도로 급속히 가열된다. 에너지 펄스로부터의 열이 기판의 벌크로 확산됨으로써, 기판의 평균온도는 증가하기 쉽다. 제 1 가열원에 인가되는 파워가 활성화상태로 남아있으면, 기판의 뒷쪽 표면의 온도는 제 1 온도 를 초과하여 상승하며, 기판의 벌크도 마찬가지이다. 기판 온도가 이렇게 서서히 상승하는 것은 원치않는 도펀트 확산을 발생시키고, 기판의 앞 표면을 필요한 상승온도보다 더 높은 온도로 가열할 수 있는 에너지를 가진 이후의 인가된 펄스 또는 의도하지 않은 다른 효과를 야기할 수 있다. 제 1 가열원의 폐루프 피드백 제어는 기판의 벌크를 제 1 온도 또는 부근으로, 그리고, 제2처리 또는 어닐링 온도보다 상당히 낮은 온도로 유지시키는 것을 도와준다.
실리콘 반도체 웨이퍼를 어닐링하는 동안, 바람직하게 제 1 온도 는 1000℃ 까지, 또는 200℃ 내지 1100℃의 범위에서, 더욱 바람직하게는 600℃ 내지 1000℃의 범위이다. 바람직하게 제 2 온도(또는 처리 또는 어닐링 온도)는 600℃ 내지 1400℃의 범위, 더욱 바람직하게는 1050℃부터 1400℃까지이다. 바람직하게 제 1 온도 로의 가열은 최소한 초당 100℃의 속도로 수행된다. 바람직하게, 텅스텐 할로겐 램프, 아크 램프, 또는 그러한 램프의 배열들과 같은 가열원은 제 1 온도 로 기판을 가열하기 위해 사용된다. 앞서의 실시예에서, 이러한 가열원들은 기판의 뒷면 부근에 위치된다. 대안으로써, 기판을 제 1 온도 로 가열하기 위해 가열된 판 또는 서셉터(susceptor)가 사용될 수 있다.
펄스 가열은 바람직하게 아크램프, 플래쉬램프 또는 엑시머 레이저와 같은 레이저에 의해 만들어지는 방사능으로 기판의 제 1 표면을 방사하는것을 포함한다. 앞서의 실시예에서, 하나 또는 일련의 펄스 가열원들이 기판의 디바이스측 또는 앞면 근처에 위치된다.
다른 실시예에 있어서, 가열 방법은 (a) 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 제 1 가열원을 이용하여 제 1 온도 로 가열하는 방법; (b) 필요한 처리 온도로 기판의 표면을 급속히 가열하기 위해서 기판 표면이 제 1 온도 에 도달할 때 제2가열원을 이용하여 에너지의 펄스를 인가하는 방법; (c) 제 1 및 제2 가열원을 비활성화시키는 방법;을 포함한다. 상기 방법은, 임의로, 기판의 표면이 제 1 온도 에 도달할 때 활성화되는 제 1 에너지 펄스와 함께, 펄스 가열원에 의해 방출되는 일련의 에너지 펄스를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 단일 가열원은 펄스 가열 뿐만 아니라 기판을 제 1 온도 로 가열하는데 사용된다. 그러한 경우에 있어서, 상기 가열 방법은 (a) 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 가열원을 이용하여 제 1 온도 로 가열하는 방법, (b) 기판의 표면이 제 1 온도 에 도달할 때 표면을 필요한 처리온도로 급속히 올리기 위해 동일한 가열원을 가진 에너지의 추가적인 펄스를 인가하는 방법, 및 (c) 가열원을 비활성화시키는 방법을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 펄스 가열은 펄스 가열원에 의해 방출된 일련의 펄스들을 이용하여 수행된다. 제2가열원으로부터의 에너지의 펄스를 인가하기 전에 제 1 가열원을 비활성화시키기 위한 제어가 인가된다. 기판의 뒤쪽 표면의 온도는 광학 센서 도는 고온계 또는 일련의 광학 센서 및/또는 고온계를 통하여 측정된다. 제 1 가열원의 제어를 이용함으로써, 뒤쪽의 온도가 처리 또는 어닐링 온도보다 낮은 제 1 온도 또는 부근에서 유지된다.
일련의 펄스들이 사용될 때, 플래쉬 램프 또는 아크램프를 위한 제 1 펄스는 10 ㎲부터 50 ㎳까지의 지속시간을 가지며, 제2펄스는 10 ㎲부터 50 ㎳까지의 지속시간을 갖는다. 여기서, 제 1 및 제2펄스들은 각각의 펄스사이에 1 ㎳부터 100초까지의 틈을 갖고 연속하여 인가된다. 레이저로부터의 일련의 펄스들이 사용될 때, 제 1 펄스는 1 ㎱부터 10 ㎳까지의 지속시간을 가지며, 여기서, 제 1 및 제2펄스들은 1 ㎲부터 100초까지의 틈을 갖고 연속으로 인가된다. 원하는 공정 결과에 따라서어떤 수의 펄스들도 인가될 수 있다. 바람직하게, 펄스 가열원은 웨이퍼 표면에서 1 nJ/㎠ 내지 100 J/㎠의 범위의 에너지 밀도를 가진 펄스들을 방출한다.
다른 실시예에서, 펄스 가열은 펄스 가열원에 의해 방출된 일련의 펄스들로 수행된다. 폐루프 피드백 제어는, 기판의 앞쪽을 필요한 처리 또는 어닐링 온도를 초과하여 가열하는 에너지 펄스를 인가하지 않기 위해, 다시말하면, 필요한 온도까지만 도달하기 위하여, 기판의 앞 또는 소자면을 가열하기 위한 각각의 펄스를 위한 펄스 파라미터들을 조정하기 위해 적용된다. 그러므로, 공정 제어는, 기판의 뒷쪽을 위한 가열 소스에 가해지는 파워를 비활성화 또는 재활성화하는것 보다는, 펄스 파라미터들(에너지, 지속시간, 펄스간의 시간)을 조정함으로써 이루어진다. 기판의 앞쪽의 온도는 광학 센서 또는 고온계 또는 일련의 광학센서 및/또는 고온계를 이용하여 측정된다.
또 다른 실시예에서, 반도체 기판은 펄스 에너지를 이용하여 가열된다. 펄드를 위한 파라미터들은 에너지의 제 1 테스트 펄스(또는 프리-펄스)가 인가된 후에첫째로 기판의 흡수율을 측정함으로써 결정된다. 이 방법에서, 기판은 필요한 처리 또는 어닐링 온도 아래의 제 1 온도 로 가열된다. 그런 다음, 에너지의 제 1 펄스(테스트 펄스 또는 프리-펄스)는 기판을 제 1 온도 보다 큰 제 2 온도로 가열하기 위해 인가된다. 비록 더욱 작은 테스트 펄스로 부터 보다는, 오히려 에너지의 제 1 처리 펄스 후에 얻어진 데이터로부터 측정을 실시하는 것이 가능하지만, 바람직하게, 이러한 제 2 온도는 필요한 처리온도보다 낮다. 테스트 펄스 동안, 펄스 에너지 데이터는 하나 또는 그 이상의 광학 센서에 의해 수집된다; 대안으로써 또는 결합되어, 기판 방사는 하나 또는 그 이상의 고온계에 의해 감지될 수 있다. 기판 흡수율은 몇 가지 방법 중 하나에서 감지된 데이터로부터 측정될 수 있다. 첫번째 방법에서, 하나의 광학 센서는 기판으로부터 반사된 펄스 에너지를 감지한다. 그리고, 두번째 센서는 기판을 통해 투과된 펄스에너지를 감지한다. 기판 흡수율은 이 두개의 측정치로부터 측정된다. 두번째 방법에서, 고온계는 앞 표면 온도를 추적하는 방법을 제공하면서, 기판의 앞 표면으로부터 방출된 방사를 감지한다. 이 경우, 테스트 펄스 동안 앞 표면의 온도 상승은 기판 흡수율을 결정하기 위해 사용된다. 세번째 방법에서, 고온계는 기판의 앞면 또는 뒷면으로부터 방 출된 방사를 감지한다. 다음의 테스트 펄스의 인가에서 기판 온도는 두께를 통하여 평형을 이룬다. 테스트 펄스의 인가에 기인한 이러한 벌크 온도 상승은 앞 또는 뒷 표면을 관찰하는 고온계에 의해 측정된다. 그리고 이 측정치는 기판 흡수율을 결정하는데 이용된다. 이 방법들 중 하나에 의해 결정된 측정된 흡수율로부터, 이후의 에너지를 위한 펄스 파라미터들(에너지, 지속시간, 펄스들간 시간)이 결정되고, 앞면이나 제 1 표면을 필요한 처리 또는 어닐링 온도까지 가열하기 위해 다음의 펄스가 인가된다. 바람직하게, 테스트 펄스가 사용된다면, 테스트 펄스는 1 nJ/㎠ 내지 10 J/㎠(이것은 기판에서의 에너지 밀도이다) 범위의 에너지 밀도를 가지고, 1 ㎱부터 50 ㎳까지의 지속시간 동안 방출된다. 인-시추 흡수율 측정에 근거한 펄스 파라미터들을 조정함으로써, 이 접근방법은 반도체 기판을 기판의 광학적(실제로, 물리적) 성질에 관계없이 동일한 온도-시간 프로파일을 갖도록 처리하는 것을 가능케 한다.
이 다른 실시예를 이용하여, 기판은 먼저 필요한 처리온도 아래의 중간 온도 또는 제 1 온도 로 가열될 것이다. 다른 실시예들과 같이, 기판을 제 1 온도 로 가열하기 위한 가열원은 바람직하게 텅스텐-할로겐 램프, 아크 램프 또는 일련의 그러한 램프들을 포함한다. 대안의 가열원은 가열된 판들 또는 서셉터를 포함한다. 더욱이, 제 1 가열원의 에너지 펄스가 앞쪽 또는 제 1 표면을 가열하기 위해 인가되는 동안, 기판의 뒷쪽 표면은 제 1 온도 에서 또는 부근에서 유지된다. 뒷쪽의 온도는, 가열원의 폐루프 피드백 제어에 의해서, 예컨대, 펄스 가열원이 활성화 될 때 가열원에 가해지는 파워를 제어함으로써(가열원을 비활성화 함으로써), 유지될 것이다.
본 발명에 따라 반도체 기판을 가열하는 시스템은 (a) 기판을 제 1 온도 까지 가열하기위한, 텅스텐-할로겐 램프, 아크 램프 또는 일련의 그러한 램프들인, 제 1 가열원; (b) 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도까지 제 1 표면을 가열하기 위하여, 기판의 제 1 표면에 가해지는 에너지의 제 1 펄스를 인가하기 위한 펄스 가열원; (c) 임의로, 펄스 가열원으로부터 방출된 선택된 파장 방사를 가려내기 위하여, 펄스 가열원과 결합된 필터; (d) 에너지의 제 1 펄스가 인가된 후에 기판에 의해 반사된 방사를 샘플링하기 위한 센서; 및 (e) 펄스 가열원에 의해 인가된 추가적인 에너지 펄스들을 위한 펄스 파라미터들을 조정하는 방법;을 포함한다.
바람직하게, 펄스 가열원은 아크 램프 또는 플래쉬 램프 또는 일련의 그러한 램프들, 또는 레이저이다. 바람직하게, 필터는 기판을 펄스 가열원으로부터 격리시키는 수냉식의 윈도우 또는 고-OH 석영 윈도우이다. 가장 바람직하게, 펄스 가열원이 아크 램프 또는 플래쉬 램프 또는 일련의 그러한 램프임에 있어서, 필터는 개별적으로 각각의 램프 벌브(lamp bulb)를 감싸는 하나 또는 그 이상의 덮개를 포함한다. 바람직하게, 센서는 광학센서이다. 가장 바람직하게, 펄스 가열원에 의해 방출되는 입사펄스방사, 및 기판에 의해서 또는 기판을 통해 투과되는 펄스 방사를 샘플링하기 위한 추가적인 광학 센서가 제공된다. 바람직하게, (a) 기판의 제 1 표면의 온도를 모니터하기 위해서 기판의 제 1 표면에 의해 방출되는, 그리고 (b) 뒷쪽 표면의 온도를 모니터하기 위해 기판의 뒷쪽 표면에 의해 방출되는 방사 에너지를 측정하기 위해서 고온계들이 제공된다.
본 발명의 계속된 일면에서, 제 1 및 제2표면을 포함하는 대향하는 주 표면들을 가지는 물체가 처리된다. 시스템은, 최소한 일반적으로 물체 전체에 걸쳐 온도 상승을 야기하기 위하여 선택적으로 물체를 가열함으로써, 가열 장치를 사용하는 예비 가열 모드 동안 제어가능한 방법으로 물체에 열을 가한다. 그런 다음, 물체의 제 1 표면은, 적어도 펄스 지속시간을 갖는 에너지의 제 1 펄스가 제 1 표면에 가해짐으로써, 펄스 가열모드에서 가열장비를 이용하여, 예비 가열모드와 함께 작용하면서, 가열된다. 예비 가열모드는 제 1 펄스와 적시에 관련하여 편리하게 제어된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따라, 대향 하는 제 1 및 제2표면을 포함하는 대향 하는 주 표면들을 갖는 물체는, 예비 가열모드 동안 물체를 적어도 일반적으로 물체 전영역에 걸쳐 제 1 온도를 만들기 위해서 선택적으로 가열함에 의한 가열장비를 사용하여, 물체에 열을 제어 가능한 방법으로 적용함으로써 처리 시스템을 사용해서 처리된다. 그런 다음, 물체의 제 1 표면은, 펄스 가열 모드에서, 제 1 표면을 적어도 물체의 제 1 표면을 제 1 온도 보다 큰 제 2 온도로 가열하기 위한 에너지의 제 1 펄스로 만듦으로써, 가열장비를 사용하여 가열된다. 제 1 표면은, 제 1 펄스의 인가 다음의 냉각 구간 동안, 물체의 제 1 표면이, 제 2 온도 아래로 떨어지도록 함에 의해, 그리고, 적어도 제한된 범위까지 열적 평형을 이루도록 함에 의해 냉각된다. 냉각구간 후에, 에너지의 제2펄스는 제 1 표면을 재가열하기 위한 물체의 제 1 표면에 인가된다. 적어도 제 1 펄스, 냉각구간 및 제2펄스를 포함하는 펄스 가열 모드 동안, 물체의 제2표면은 거의 제 1 온도 에서 유지된다. 한가지 특징에서, 예비 가열모드를 제어함으로써 적어도 제 1 펄스와 제2펄스 중 하나의 인가에 시간이 맞추어지는 관계로 물체의 제2표면은 제 1 온도 에서 유지된다.
본 발명의 또 다른 일면에서, 물체는 연속된 펄스들에서 펄스 에너지를 사용하는 시스템에서 처리되며, 각각의 펄스는 펄스 파라미터의 세트에 의해 특징지어진다. 물체는 제 1 및 제2 대향하는 주표면들을 포함한다. 제 1 표면은 물체의 제 1 온도 응답을 만들기 위한 펄스 파라미터의 제 1 세트를 갖는 제 1 에너지 펄스에 노출된다. 물체의 제 1 온도 응답이 감지된다. 펄스 파라미터들의 제 1 세트와 결합된 제 1 온도 응답을 사용하여, 적어도 제2에너지 펄스의 인가를 위하여 적어도 펄스 파라미터들의 제2세트가 만들어진다. 그런 다음, 제 1 표면이 적어도 기판의 목표 조건을 적어도 부분적으로 만들기 위한 제2에너지 펄스에 노출된다.
본 발명의 다른 일면에서, 제 1 및 제2 대향 하는, 주표면들을 갖는 반도체 기판은, 펄스 파라미터들의 세트에 의해 특징지어지는 에너지 펄스에 기판을 노출시킴으로써, 반도체 기판에서 온도 상승을 유발함으로써, 시스템에서 처리된다. 반도체 기판의 온도상승은 감지장비를 사용하여 감지된다. 온도상승에 기초하여, 펄스 파라미트들과 결합되어, 반도체 기판의 흡수율이 결정된다. 한 가지 특징에서, 결정된 대로, 흡수율은 반도체 기판의 연속적인 처리를 위한 처리 파라미터들의 세트를 만드는데 있어서의 값으로 사용된다. 예를 들어, 흡수율은 적어도 하나의 추가적인 에너지 펄스를 위한 처리 파라미터들의 세트를 만들기 위해 사용된다. 다른 특징에서, 에너지 펄스는 반도체 기판에서 무시할 수 있는 변화를 만드는 방식으로 형성된다. 에너지 펄스가 측정목적으로 인가되는 것과 같이 목표 조건에 관련하여 또 다른 특징에서, 에너지 펄스는 적어도 부분적으로 반도체 기판을 목표 조건으로 변형시키기 위해 인가된다.
본 발명의 다른 일면에서, 물체는 시스템에서 열을 이용하여 처리된다. 따라서, 가열원은 예비 가열을 수행함에 의해서 제 1 동작모드에서 제 1 온도 까지 물체를 가열한다. 가열원은 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 제 1 표면을 가열하기 위한 제2, 펄스 열 동작모드에서 적어도 에너지의 제 1 펄스를 물체의 제 1 표면에 인가하기 위해 더 생성된다. 물체는 가열원에 반응하는 방사 에너지를 만든다. 센서는 물체로부터 방사에너지를 샘플링함으로써 측정치를 산출하기 위해 사용된다. 적어도 하나의 추가적인 에너지를 위한 펄스 파라미터들은 적어도 부분적으로 그 측정치에 기초하여 조정된다. 하나의 배열에서, 가열원은 개별적인 예비 및 펄스 가열 구역을 포함한다. 또 다른 배열에서, 가열원은 예컨대, 제 1 동작모드와 같은 예비 가열모드에서의 운영, 그리고, 제2동작모드와 같은 펄스 가열 모드에서의 운영을 위한 멀티모드 가열원이다.
도 1은 본 발명의 일면에 따른 반도체 웨이퍼 가열을 위한 펄스 처리 시스템의 구조도이고;
도 2는, 펄스들이 동일한 에너지를 갖지만 각각의 웨이퍼는 서로 다른 반사율을 갖는, 두 개의 웨이퍼의 다중-펄스 가열을 위한 선행기술에 따른 가열 프로파일에 대한, 온도(℃) 대 시간(초)의 관계를 나타내는 그래프이며;
도 3은 (i)펄스 가열원으로부터의 다수의 펄스로부터 나온 방사에 의해 가열 된 그것의 표면 및 예비 가열기로 가열된 웨이퍼의 표면과 뒷쪽에 대한 선행 기술 가열 프로파일에 대하여 ℃의 온도 대 초의 시간을 그린 그래프; 및 (ii) 예비 가열기에 대해 kW의 예비 가열기 파워 대 초의 시간을 그린 그래프이고;
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가열 방법을 설명한 그래프이다. (i) 예비 가열기 및 펄스 가열원으로부터의 다수의 펄스들로부터 나온 방사에 의해 가열된 그것의 표면으로 가열된 웨이퍼의 표면 및 뒷쪽에 대한 가열 프로파일에 대하여 ℃의 온도 대 초의 시간을 그린 그래프; 및 (ii) 예비 가열기에 대하여 kW의 예비 가열기 파워 대 초의 시간을 그린 그래프이며;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가열방법을 설명한 그래프. (i) 예비 가열기와 펄스 가열원으로부터의 다수의 펄스들로부터 나온 방사에 의해 가열된 그것의 표면으로 가열된 웨이퍼의 앞 표면 및 뒷쪽에 대한 가열 프로파일에 대해 ℃의 온도 대 초의 시간으로 그린 그래프; 및 (ii) 펄스 가열기 파워 대 초의 시간을 그린 그래프;.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 가열방법을 설명한 그래프. (i) 예비 가열기 및 펄스 가열원으로부터의 다수의 펄스들로 부터 나온 방사에 의해 가열된 그것의 표면으로 가열된 웨이퍼의 표면 및 뒷쪽에 대한 가열 프로파일에 대해 ℃의 온도 대 초의 시간으로 그린 그래프; (ii) 예비 가열기에 대하여 kW의 예비 가열기 파워 대 초의 시간을 그린 그래프.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 가열방법ㅇ르 설명한 그래프. (i) 예비 가열기 및 펄스 가열원으로부터의 다수의 펄스들로 부터 나온 방사에 의해 가열된 그것의 표면으로 가열된 웨이퍼의 표면 및 뒷쪽에 대한 가열 프로파일에 대해 ℃의 온도 대 초의 시간으로 그린 그래프; ii) 예비 가열기에 대하여 kW의 예비 가열기 파워 대 초의 시간을 그린 그래프.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 가열방법을, 가열 프로파일에 대해 ℃로 나타낸 기판 표면 온도 대 초의 시간을 그려서 나타낸 그래프. 기판을 제 1 온도 에서 유지시키지 않고, 기판표면을 제 1 온도 에서 필요한 높은 온도로 급속히 가열하기 위해 에너지 펄스가 인가된다. 기판은 계속적으로 변하는 온도에 영향을 받는다.
도 9는 앞쪽 또는 제 1 표면 기판온도의 페루프 피드백 제어에 대한 순서를 설명한 흐름도.
도 10은 기판을 가열하기 위한 에너지 펄스들의 폐루프 피드백 제어를 위한 순서를 나타낸 흐름도.
도 11은 펄스 가열 동안 기판 반사율 및 투과율 고려한 기판 온도의 폐루프 피드백 제어의 순서를 나타낸 흐름도.
도 12는 본 발명에 따라 수행된 그리고 프리펄스와 병합된 낮은 열소모 접근방법을 보여주기 위해 여기에 도시된 가열 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면으로, 프리펄스가 온도상승 구간에 삽입되는 정상상태구간 동안 인가된 것을 제외하고 도 12의 가열 프로파일과 유사하다.
도 14는 멀티모드 가열원을 사용한 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면으로, 정상상태 구간 동안 인가된 프리-펄스와 함께 프리-펄스 및 처리펄스에 대한 처리 물체의 노출을 나타내기 위해 도시한 도면.
도 15는 도 12의 가열 프로파일의 장점들을 공유하지만, 멀티-속도 온도상승 가열 구간을 심화하여 나타낸, 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면.
도 16은 도 12와 15의 가열 프로파일과 같이, 처리펄스 다음의 프리-펄스를 포함하는, 그리고 처리 펄스에 대한 기판의 후속의 노출과 함께 예비 가열에서 감소를 심화하여 나타낸, 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면.
도 17은 프리-펄스 다음의 연속된 추가 펄스들의 대단히 유용한 사용을 포함하는 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면.
도 18은 온도상승 구간 동안 프리펄스가 인가되는데 있어서, 연속된 처리 펄스들을 사용하는 다른 수행을 나타낸, 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면.
도 19는 전체적으로 연속된 프리-펄스들 내에서 처리 펄스를 앞서는 프리-펄스 에 있어서, 다수개의 프리-펄스들을 사용한 다른 수행을 나타낸, 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면.
도 20은 프리-펄스들의 성공적인 것들 사이에서 사용된 일련의 처리 펄스들에 있어서, 다수의 프리-펄스들을 사용한 다른 수행을 나타낸, 본 발명에 따라 수행된 가열 프로파일을 나타낸 도면.
장치
도 1을 참조하면, 펄스 처리 시스템(30)은, 내부의 지지대(38)에 지지되어 반도체 웨이퍼와 같은 기판(36)이 배치되는 처리 챔버(34)를 한정하는 하우징(32)을 포함한다. 석영 윈도우(40,42)들은, 상기 하우징(32) 내부에 배치된 가열원 (44,46)들로부터 기판(36)과 지지대(38)를 분리하며, 상기 기판(36)의 상하 양측에 위치하게 된다. 상기 가열원(44,46)들은 컴퓨터 또는 제어 장치(47)에 의해 제어된다. 상기 제어 장치(47)는 예비 가열원(44) 및 펄스 가열원(46)의 정확한 제어를 수행하기 위해 상기 두 가열원에 선택적으로 전력 레벨을 인가하도록 형성된다. 제어 장치(47)는 본 명세서 전반에 걸친 멀티모드의 가열원 제어를 위하여 용이하게 적용할 수 있음에 주목해야 하며, 따라서, 단일 가열원으로부터 전달되는 가열 프로파일은 펄스의 전달과 같은 예비 가열 동작과 결합한다. 석영 윈도우(40,42)들은 또한 윈도우들의 표면들 중의 하나 이상을 따라 유동하는 물을 위한 하나 이상의 채널들(도시안됨)을 제공하므로써 수냉될 수 있다. 처리 챔버(34)의 하우징(32) 벽들은 바람직하게는 내부 반사 표면들을 갖는다.
지지대(38)에 연결된 부분의 기판(36) 표면을 일반적으로 뒷면이라 하며, 상기 기판의 반대 표면을 일반적으로 앞면, 또는 반도체 웨이퍼일 경우에는 소자면이라 한다. 본 명세서 및 청구항에 있어서, 앞면의 표면은 제 1 표면이라고 하며, 뒷면의 표면은 제 2 표면이라고 한다. 더욱이, 본 발명은 처리하는 기판과 같은 물체 주 표면의 한쪽 또는 양쪽에 펄스 가열을 한다는 것을 이해하는 것은 중요하다.
텅스텐-할로겐 램프(44)들은 기판의 뒷면 하부에 병렬 어레이로 배치된다. 램프들에는 전력이 공급되며, 도시한 바와 같이 컴퓨터 제어를 매개로 하여 제어된다. 상기 램프(44)들은 기판(36)의 온도를 적어도 20℃/초, 바람직하게는, 200℃/초 내지 300℃/초 속도로 상승시킬 수 있다. 이러한 속도는 최대 순간 상승 속도로 간주될 수 있다. 다시 말해, 시간에 대하여 그려진 가열 프로파일의 기울기 또는 도함수는, 예비 가열에 반응하는 시간에 적어도 하나의 지점을 위하여 최소 20℃/초의 크기로 나타난다. 상기 램프들은 공냉될 수 있다(도시안됨). 예컨데, Ushio America, Inc의 J208V-2000WB1 램프 모델은, 예비 가열을 위해 사용되며 기판의 뒷면을 향하여 배치되는 2 ㎾ 텅스텐-할로겐 램프이다. 특정의 적당한 형태의 램프 또는 가열 장치는 텅스텐-할로겐 램프(44)들의 기능상 등가물로서 사용될 수 있고, 사용될 수 있는 가열 장치들의 물리적인 배열 또는 수에는 한계가 없다는 것을 이해할 수 있다. 일예로, 예비 가열은 고온의 판들 및/또는 서셉터(susceptor)들을 사용하여 수행될 수 있다.
아크 램프(46)들은 기판(36)의 앞면 또는 소자면 상부에 병렬 어레이로 마련된다. 상기 램프(46)들은 1000℃/초 이상의 속도와 같이 매우 빠르게 기판 (36)의 앞면을 가열하기 위한 에너지 펄스를 발생시킬 수 있다. 램프(46)들은 기판의 앞면에 바람직한 펄스 가열 프로파일을 만들기 위해 단수 또는 그룹으로 동작될 수 있다. 램프들은 공냉 또는 수냉(도시안됨)이다. 아크/플래쉬 램프들은 다른 크기로 만들어지며 수 와트에서 수 킬로와트의 범위에서 방사되는 복사력을 이용할 수 있다. 예컨데, PerkinElmer Optoelectronics의 10F10 램프 모델은 에너지의 13 kJ 이상을 다룰 수 있으며 평균 파워의 16 ㎾ 이상으로 동력을 공급할 수 있다.
램프(46)들은, 램프(46)들에 의해 방사되는 에너지로부터 고온계-파장 방사(도시안됨)를 선택적으로 여과하기 위한 필터(48)들에 의해 둘러싸인다. 대안적으로, 워터 자켓(도시안됨)은 고온계-파장을 선택적으로 여과하기 위한 램프들의 석영 덮개들 상에 배치될 수 있다.
본 발명은 펄스 모드에서 제공되는 에너지의 어떤 적합한 형태의 사용을 고려한다는 것이 이해된다. 일예로, 펄스 전자 빔의 사용이 고려된다.
제 1 센서(50)는 아크 램프(46)들로부터 발생한 방사(화살표(52)에 의해 도시됨)를 모니터하기 위해 램프(46)들의 상부 하우징(32)에 결합된다. 제 2 센서 (54)는 기판(36)으로부터 반사되는 방사(화살표(56)에 의해 도시됨)를 모니터하기 위해 램프(46)들의 상부 하우징(32)에 결합된다. 제 3 센서(58)는 기판(36)에 의해 투과되는 방사(화살표(60)에 의해 도시됨)를 모니터하기 위해 램프(44)들의 하부 하우징(32)에 결합된다.
고온계(62,64)들은, 램프(46)들의 상부 및 램프(44)들의 하부 양측 하우징 (32)에 결합되며, 기판의 앞면 및 뒷면의 온도를 각각 측정하기 위해 사용된다. 예컨데, 웨이퍼 뒷면은 Luxtron으로부터 리플 고온계에 의해 모니터될 수 있으며, 웨이퍼의 앞면(플래쉬램프들에 의해 방사된 면)은, EG&G Judson의 모델 번호 J12TE4-3CN-RO2M인 인듐 비화물 센서와 같은 빠른 반응 센서를 갖는 고온계기에 의해 모니터될 수 있다. 램프의 강도는, Thor Labs의 모델 번호 PDA400인 인듐 갈률 비화물과 같은 센서로 모니터될 수 있다.
펄스 가열 방법
다수의 가열원으로 반복적인 반도체 웨이퍼 가열 처리 공정에 있어서,결합된 예비 및 앞면 가열은, 웨이퍼 타입의 변화와는 무관하게 모든 웨이퍼가 처리되는 전 영역에 같은 종류의 열 싸이클들이 인가되어야만 한다. 웨이퍼 표면의 반사율에 변화는, 다른 웨이퍼들 상에서 또는 심지어 같은 웨이퍼 상의 다른 위치들 상에서 파워 커플링의 주된 차이에 의해 발생할 수 있다. 광학 특성들의 변화는 빠른 열 처리 동안 웨이퍼들 상에 도달된 온도와 충돌할 수 있다. 가열 싸이클 동안에 예비 가열의 제어는, 웨이퍼의 앞면 또는 소자면 또는 웨이퍼의 뒷면에 과도한 가열을 방지하기 위하여 멀티-펄스 가열 방법들이 바람직하다.
도 1과 관련하여 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 멀티-펄스 가열 방법의 대표적인 한 예로서의 방법은, 그래프적으로 도시되며 펄스 처리 시스템(30)의 사용으로 수행된다. 다양한 도식의 가열 및 도시한 파워 도면들은, 특정의 의미로 한계를 갖도록 의도된 것은 아니며, 특정 축에 일정한 비율로 도시한 것도 아니고, 본 발명의 이해를 높이기 위해 나타냄에 주목해야 한다. 기판 앞면의 온도는 커브(66)에 의해 도시된다. 기판 뒷면의 온도는 커브(68)에 의해 도시된다. 커브(68)의 궤도들 및 커브(66)는 펄스 가열원(들)로부터 펄스가 인가되는 동안을 제외한다. 여기서, 커브(68)는 바람직한 처리 또는 어닐링 온도보다 낮은 제 1 온도 또는 제 1 온도에 근접하여 유지된다. 상기 대표적인 방법에 따라서 가열의 사실상 실행에서 특정 조건의 고려들은 이하에서 상술하기로 한다.
도 4의 가열 방법의 실행에 있어서,첫째, 도 1의 예비 가열원(44)은 200℃/ 초의 속도로 기판을 가열한다. 램프 장치의 파워는 커브(70)에 의해 도시된다. 파워 및 온도를 상승시킨 후에, 파워는, 기판이 바람직한 최대 처리 온도 이하인 800℃의 제 1 온도를 유지하도록 정상 상태로 감소된다.
펄스 가열원(46)의 제 1 펄스는, 최대 또는 도 4에 도시한 바와 같이 대략 1300℃의 바람직한 처리 또는 어닐링 온도로 기판의 앞면을 가열하기 위해 인가된다. 예비 램프(44)들은 펄스의 적용에 시간이 맞추어지는 관계로 제어된다. 상기 펄스는, 예컨데 측정된 펄스의 시작 시간(tp)부터 시간 구간(71) 이내에서 인가될 수 있다. 본 예에 있어서,이전 또는 펄스 가열원이 활성화되는 것처럼, 제 1 가열원의 파워는 비활성화되거나 꺼진다. 펄스의 방사 에너지가 기판에 확산될 때 펄스 사이의 뒷면 온도는 800℃ 또는 800℃에 근접하여 유지된다. 상기 일정한 또는 거의 일정한 온도는, 펄스 다음에 기판의 앞면이 냉각 상태에서 지연임에도 불구하고 얻게 된다. 제 1 또는 예비 가열원의 파워는 바람직한 일정 800℃로 뒷면 온도를 유지하도록 돕기 위하여 펄스 바로 다음에 스위치된다. 또한, 파워는 펄스에 시간이 맞추어지는 관계로 예비 가열원(44)의 제어 방식으로 재인가된다. 하나의 변형에 있어서,예비 가열은, 정상 상태에 예비 가열 구간의 구간 종점에 시간이 맞추어지는 관계로 펄스 가열이 수행되는 것과 같이 "NS"처럼 나타나는 부정적인 진행 단계에 의해 한정될 수 있다.
만약, 제 2 펄스 또는 일련의 추가 펄스는 기판의 앞면 처리를 위해 인가될 경우, 제 1 가열원을 위한 피드백 제어의 공정은 반복된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 가열원의 파워는 제 2 펄스의 시작 시점 또는 바로 이전에 반복적으로 감소되거나 또는 비활성화된다. 또한, 예비 가열은, 예컨데 펄스 가열 모드의 부분에서 인가되는 어떤 추가 펄스들을 위한 일정한 제 2 펄스의 시작으로부터 측정된 구간(71) 이내에서 제어될 수 있다. 제 2 펄스는 기판의 앞면을 바람직한 1300℃의 처리 온도로 가열한다. 그러나, 뒷면 온도는 더 낮은 시작 온도로 또는 더 낮은 시작 온도에 근접하여 유지된다. (상기 예에서 800℃)
예비 가열의 제어는, 본 발명의 시간이 맞추어지는 관계의 개념을 사용하여 선행 기술, 특히 펄스 가열 모드의 환경에서 전술한 바와 같이 단순한 자동 온도 조절의 제어 이상으로 매우 효과적임이 이해된다. 한정에 따라, 펄스 모드 열은, 적시에 매우 짧은 증가 기간 동안 발생한 매우 높은 속도로 전달된다. 본 발명은, 자동 온도 조절의 온도 제어가 그러한 환경하에서 일반적으로 효과가 없음을 인정한다. 즉, 펄스 가열의 사용에 있어서,자동 온도 조절의 가열은 "이후에" 반응으로 두드러진 경향을 나타낸다. 예컨데, 기판의 하나의 주 표면에서 펄스 모드 에너지의 입력은, 대향한 주 표면의 온도가 빠르며 현저하게 상승하도록 발생할 수 있다. 그러한 온도 상승은, 대향하는 표면의 반응이 펄스를 지연시키기 때문에 대향하는 표면의 온도는 모니터되며 예비 가열을 제어하기 위해 사용될 경우 방지될 수 없다. 상기 온도는 예비 가열의 파워를 감소하였음에도 불구하고 지속적으로 상승할 수 있다. 이에 관하여, 대향하는 표면에 온도의 반응 또는 상승은, 온도 상승을 발생하는 펄스 이후에 일어남이 강조된다. 공정 파라미터들에 있어서,예로 특히 최대 온도의 제한들은 소자의 기능 저하 또는 파괴 발생없이 초과할 수 없다. 자동 온도 조절의 제어는 펄스 모드 가열을 사용함에 있어 특히 문제가 있음이 현재 명백하다.
대조적으로, 전술한 바와 같이 예비 가열의 제어에 시간이 맞추어지는 관계는, 제어가 펄스를 예상하여 이용하기 때문에 상기 어려움을 해결하도록 만족시킨다. 물론, 그러한 높은 효용의 시스템 및 방법의 수행은 평범하지도 일반적이지도 않음을 알 수 있다.
어떤 상황에 있어서,다음 펄스는, 중간의 온도보다 더 높은 온도로 기판의 앞면을 가열하기 위해 기판을 예열하도록 인가하는 이전 펄스를 필요로 할 수 있다. 그런 다음, 피드백 제어는, 제 1 가열원들의 파워를 제어하기 위하여, 예로 단지 기판 뒷면이 일정한 또는 거의 일정한 온도로 유지하도록 요구하는 처리 방법일 때 선택적으로 사용된다.
다른 상황에 있어서,에너지가 인가되는 펄스의 스파이크 가열은, 너무 거대할 수 있으며, 단지 활성화 펄스 구간 동안에 제 1 가열원들의 파워 제어에 의해 보상되지 않을 수 있다. 그러한 상황에 있어서,펄스 파라미터들(에너지, 펄스 지속시간, 펄스들 간의 시간)은 예비 가열과 관련하여 다음 펄스를 위해 조정될 수 있다. 대안적으로, 예비 가열 파워는, 펄스에 의해 발생된 열적 효과들을 예상하여 펄스 에너지의 적용에 시간이 맞추어지는 관계로 조정될 수 있다. 독립적으로 또는 동시에, 펄스 파라미터들은 처리 온도들의 목표를 달성하기 위해 조정될 수 있다. 하나의 수행에 있어서,제 1 표면이, 그것의 목표 온도(T2)에 목표의 크기에 도달하기 위해 두드러지게 벗어나거나 실패없이 도달한 것과 같이, 제 2 펄스 및 다음 펄스들의 파라미터들은 조정될 수 있다. 피크 온도와 관련한 정보는 다음 펄스 파라미터들의 확립에 사용하기 위해 적어도 하나의 피드백 파라미터를 포함한다.
특정 실시예들에 있어서,그래프적으로 도시한 도 5 내지 도 7에 있어서,낮은 에너지 프리-펄스는 기판의 앞면 가열을 위해 펄스 에너지원(들)에 의해 방사된다. 반사된 에너지 센서는 기판으로부터 반사된 빛을 샘플링하며, 펄스 에너지 센서는 펄스원으로부터 빛을 샘플링한다. 상기 샘플링 측정값들은 기판 표면의 반사율을 추정하기 위해 사용된다. 그런면, 다음 펄스들은 기판의 앞면을 가열하기 위해 기판 표면의 반사율을 고려하여 활성화된다.
도 5를 참조하면, 프리-펄스는 제 1 정상 상태 온도보다 50℃ 이상으로 기판의 표면을 가열하기 위해 프리-펄스 반응(P)으로 끝난다. 펄스 에너지(72)의 크기 및 반사된 에너지(74)와 관련하여 나타난 커브들 또한 도 5에 제공된다. 프리-펄스 에너지 밀도는 1 nJ/㎠ 내지 10 nJ/㎠의 범위이다. 어닐링에 있어서,반도체 웨이퍼의 벌크(즉, 제 1 온도)는 바람직하게 400℃ 내지 950℃의 범위로 유지된다. 다른 적용에 있어서,제 1 온도는 상온(25℃) 내지 1400℃의 범위일 수도 있다. 보다 상세하게 설명할 바와 같이, 본 발명의 프리-펄스 기술은, 최소한 프리-펄스(또는 다른 펄스보다 앞서는 어떤 펄스)가 다음 펄스에 처리되는 물체의 예측된 반응을 결정하기 위해 사용되기 때문에 크게 유용할 것이라고 생각된다. 예측된 반응은, 단일의 추가 펄스 사용 또는 다수의 추가 펄스들을 사용하여 물체에 목표의 조 건 산출에 기초가 된다. 여기서, 목표의 조건은 추가 펄스들의 성공적으로 그것들을 사용하여 증가적으로 접근된다. 후자의 수행에 있어서,각 추가 펄스를 위한 파라미터들은 물체의 처리에 목표의 조건을 적어도 부분적으로 산출하도록 의도된 상기 예측 방식으로 확립된다.
도 6에 도시한 가열 방법에 있어서,프리-펄스(P)는 제 1 가열원을 위한 피드백 루프 공정 제어 없이 인가된다. 따라서, 제 1 가열원의 파워는 프리-펄스(P)가 인가될 때 비활성화되지 않으며, 기판 뒷면의 온도는 제 1 온도(800℃) 내지 상기 제 1 온도 이상의 새로운 정상 상태 온도 이상으로 약간 상승한다.
대조적으로, 도 7에 도시한 가열 방법에 있어서,피드백 제어 루푸는, 기판의 소자면 또는 앞면을 가열하기 위해 프리-펄스(P)가 인가될 때, 또는 그 전에 파워가 꺼지는 제 1 가열원에 파워를 제어하기 위해 활성화된다. 그에 따라, 기판의 뒷면 온도는, 프리-펄스 및 펄스 가열의 다른 펄스들의 적용을 통해 제 1 온도(즉, 800℃) 또는 제 1 온도에 근접하여 유지한다,
대안적으로, 프리-펄스(P)보다는, 기판 표면의 반사율은, 멀티-펄스 처리 방식에서 기판의 소자면 또는 앞면에 가열하기 위한 제 1 펄스 상에서 얻게 되는 센서 데이터로부터 추정될 수 있다.
도 8은, 정상 상태의 가열 구간을 필요로 하지 않는 점에서 더 적은 열 소모를 위해 보다 적합한 가열 프로파일을 도시한다. 제 1 가열원은 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 제 1 온도(T1: 즉, 800℃)로 가열한다. 도 8에서, 온도 상승(76)은 제 1 가열원에 의한 대표적인 가열 프로파일의 하나를 나타낸다. 도 8에서, 단일의 온도 상승 단계, 몇몇 단계들 또는 다른 가열 프로파일은 상기 실시예에서 사용된다. 가변의 온도 상승 속도가 사용될 것이다. 상당한 시간 동안 온도가 기판에 유지하지 않으면서 기판이 제 1 온도(T1) 또는 제 1 온도(T1) 이상으로 도달할 때, 펄스 가열원은 제 1 온도(즉, T2=1300℃)보다 더 높은 제 2 온도(T1)로 기판 표면의 앞면을 가열하기 위한 에너지(Ep) 펄스를 인가하도록 활성화된다. 스파이크(78)는 펄스 가열원에 의한 펄스 가열을 나타낸다. 스파이크(78)는 웨이퍼의 표면 온도가 800℃에 도달하는 지점에서 시작한다. 도 8에서, 다른 방식들 또한 제시한 관점에서 사용되는 것으로 이해될 수 있지만, 제 1 가열원 및 펄스 가열원은 기판을 냉각시키는 단일 펄스 이후에 비활성화된다. 제 1 가열원 및 펄스 가열원은 개별적인 가열원들을 포함할 수 있다. 반면, 그러한 가열 프로파일은 또한 단일 가열원의 사용으로 달성될 수 있다. 일예로, 도 1의 램프(46)들은, 멀티모드 아크 램프들과 같은 멀티모드 가열원으로 대체할 수 있다. 그러한 변형에 있어서,가열은, 두 예비 및 펄스 가열 모드들에서 물체의 앞면 또는 제 1 표면에 직접적으로 직면한 멀티모드 가열원이 인가한 열에 의해 달성됨이 이해될 수 있다. 또 다른 변형에 있어서,멀티모드 가열원은, 예컨데 고정되지 않는 미러 배열(도시안됨)을 사용하여 물체의 제 2 또는 뒷면에 예비 가열을 인가하도록 형성될 수 있다. 본 발명은, 선행기술의 배경 및 펄스 가열 장치들에 필적할만 하기 때문에, 더 낮은 예비 가열 속도로 비교적 오랜 지속 시간 동안 및 높은 펄스 가열 속도로 비교적 짧은 전달 기간 동안을 나타내는 속도로 선택적으로 열을 전달할 수 있는 어떤 가열원을 포함하는 가열원과 관련하여 "멀티모드" 라는 용어를 고려한다.
계속 도 8을 참조하면, 펄스(78)의 적용은 온도(T1)에 도달하는 시간이 맞추어지는 관계로 실행될 수 있음이 이해될 수 있다. 동시에, 예비 가열은, 온도(T1)에 도달하거나 또는 펄스의 시작 시간(tp)에 시간이 맞추어지는 관계로, 예를 들어 구간(71) 이내에서 제어될 수 있다. 상기 제어는 예측 감지를 포함한 상당한 융통성을 가지고 실행될 수 있음이 이해될 수 있다. 예컨데, 예비 가열은 T1에 도달하기 이전에 감소될 수 있거나 또는 완전히 끝날 수 있다. 상기 T1은, 예를 들어 일정 시간에 발생하는 결과로서 예비 가열원으로부터 남은 출력에 의해 T1까지 지속적으로 상승하는 온도이다. 그러면, 펄스(78)의 적용은 T1의 도달(지연 이후를 포함한) 또는 예측 감지에 반응하여, 예를 들어 예비 가열원의 감소와 T1의 도달 사이의 정의된 구간 이내에서 실행될 수 있다. 또 다른 대안에 있어서,도달한 T1 이상은, 예비 가열은 정의된 온도까지 냉각되는 것에 반응하여 감소될수 있으며, 펄스 가열은 발생할 수 있다. 정상 상태 구간 없이 도 8의 가열 프로파일을 실행함으로써, 처리되는 물체가 지속적으로 온도의 변화를 겪게 됨에 주목해야 한다.
바람직하게, 제 1 가열원에 의해 전달되는 파워는, 펄스 1초 전 내지 펄스 1초 후 구간의 시간에서 0% 내지 90% 사이에 크기로 감소된다. 바람직하게는, 제 1 가열원의 파워는 50% 또는 그 보다 적은 정도, 가장 바람직하게는 10% 또는 그 보다 적은 정도의 크기로 감소된다. 만약 단일 펄스 가열원이 사용될 경우, 바람직하게 단일 가열원에 의해 전달되는 예비 가열의 파워는, 펄스 1초 전 내지 펄스 1초 후 구간의 시간에서 0% 내지 90%, 보다 바람직하게는, 50% 이하이며, 가장 바람직하게는 10% 이하의 크기로 감소된다.
제 1 실시예에서는, T＞800℃이며, 최대 순간 온도 상승 속도는 10℃/초 이상, 바람직하게는 20℃/초 이상이다. 제 2 실시에서는, T＞900℃이며, 최대 순간 온도 상승 속도는 20℃/초 이상, 바람직하게는 50℃/초 이상이다. 제 3 실시예에서는, T＞950℃이며, 최대 순간 온도 상승 속도는 50℃/초 이상, 바람직하게는 100℃/초 이상이다. 제 4 실시예에서는, T>1000℃이며, 최대 순간 온도 상승 속도는 75℃/초 이상, 바람직하게는 150℃/초 이상이다.
도 8에 도시한 실시예를 위하여 일반적으로, 전술한 어떤 펄스 가열 접근과 마찬가지로 제 2 온도(T2)는 800℃ 내지 1450℃의 범위가 될 것이다. 바람직하게 펄스 에너지(Ep)는 기판의 용해 지점 이하인 T2에서 선택된다. 대안적으로, Ep
는 기판의 앞면 상에서 표면 용해를 만들도록 선택될 수 있다. 에너지 펄스의 펄스 폭은 1나노 초 내지 50밀리 초의 범위가 될 수 있다.
간단하게 온도의 제한 및 펄스 모드 가열의 환경에 범위들을 고려하면, 이온주입 어닐링과 같은 고온 처리에서의 처리 온도는 보통 950℃보다 더 높다. 상기 온도에 있어서,도펀트들의 확산은 빠르며, 온도의 시간은 최소화 되도록 갖는다. 왜냐하면, 확산 시간의 제한에 종속 상태에 강한(급격한) 온도는 1000℃ 또는 950℃ 이상이 보다 더 중요하다. 따라서, 온도(상기는 "열소모" - 및 소자 기술의 발전에 따른 그것의 제한 감소들이다.)에 대한 허용 가능한 시간의 "단일 규모"가 부과된다. 상기 관점에서, 온도 상승 가열 속도 및 냉각 속도는 매우 관련된다. 예컨데, 대략 1050℃ 정도의 상당하게 높은 온도는, 1050℃에서 기본적으로 0으로 유지되는 시간이 존재하는 한 기술의 장치들 및 온도 상승과, 대략 75℃/초(예컨데, 대략 T＞1000℃에서 1.4초의 총 시간을 소모하는 것 보다 더 적은 증가를 갖는) 보다 더 큰 냉각 속도의 상태에 따라 허용 가능하다. 상기는, 도시한 도 8 및 유사한 실행들에서 온도 상승+펄스 타입의 접근을 위한 조건들을 이해시킬 수 있다. 물론, 다음의 일반적인 장치들에 있어서,허용된 제한들은 감소시킬 것이며, 따라서 상기 제한들은 조정된다. 실행에 있어서,펄스에 방사 및 그런 다음 냉각(예로, 50℃/초보다 더 빠른 속도로)이 가능하도록, 100℃/초에서 950℃(1000℃보다 낮은)의 온도 상승을 필요로 함에 주목해야 한다. 여분의 50℃는, 매우 큰 다른 확산 문제를 만들며, 비교적 작은 온도 변화이다. (얼마나 많은 여분 에너지에 관하여는, 바람직한 처리 온도까지 온도를 상승하기 위해 만드는 펄스가 요구된다.)
상기 논의들은, 이온 주입 어닐 적용함이 비교적 직접적이다. 그러나 다른 처리에 있어서는 이하에서 언급하며, "방식"은 꽤 다를 수 있다.
펄스 모드 가열로 웨이퍼를 처리하기 위함에 있어서,어떤 예비 온도를 위한 예열은 보통 두 가지 이유들을 위하여 결정된다. 제 1 이유는 펄스에서 필요로 한 에너지를 감소하기 때문이다. 제 2 이유는, 웨이퍼 온도가 대략 500℃보다 낮으면 부서짐이 매우 용이하게 발생되는 강한 열 쇼크로 실리콘 웨이퍼를 처리하기 때문이다. 따라서, 예비 온도는 적어도 500℃가 될 것이며, 피크 처리 온도는 900℃ 이상이다. 전술한 바와 같이, 예비 온도는 허용되는 열 소모에 의해 강하게 영향을 받는다. 향상된 이온 주입 어닐 공정에 의해, 만약, "침투-펄스" 접근은, 예예컨데, 도 5에 도시한 바와 같이, 예비 온도는 950℃ 이하가 디어야 함이 고려된다. 낮은 에너지를 사용할 때 확산 효과에 "완전한" 순수성은, 향상된 소자 구조들을 만들도록 실행한다. 그것은 일반적으로 대략 800℃ 또는 800℃이하를 필요로 한다.
상기 전반에 걸친 논의와 관련하여, 또 다른 주된 온도는 1410℃이다. 왜냐하면, 상기 온도는 실리콘의 용해점이다. 일반적으로, 대부분의 실리콘의 적용에 있어 더 높은 제한을 부과함으로써 실리콘의 용해는 필요하지 않다. 그러나, 예측하여, 예컨데, 어떤 특정 소자들을 위한 반도체를 만족시킬 수 있는 SiC, GaN 및 다이아몬드의 어떤 물질들은 매우 높은 온도에서 처리를 요구한다. 상기 물질들의 몇몇은 상기에 기술들을 사용함으로써, 1700℃ 이상의 온도에서 어닐될 수 있다.
도 8의 실시예는 피드백 제어를 목적으로 한 프리-펄스(또는 테스트 펄스)에 의해서 우선할 수 있다. 더욱이, 펄스(78)는, 하나의 또는 그 이상의 추가 펄스들의 파라미터들을 체계적으로 나타내기 위해 사용되는 처리 펄스를 구비할 수 있다. 상기 펄스는, 또한 이하에 논의되는 도 9 내지 도 11에 도시한 처리들에 따라, 이러한 방법을 포함하는 도면들의 어떤 것에 따라 멀티-펄스 모드에서 사용될 수 있다.
흐름도들 및 아래 식들에 따른 값들은 표 1에 정의된다.
표 1
| T1 | 제 1 온도 | 이전에 인가한 프리-펄스에 도달하거나 확립된 웨이퍼의 온도 |
| T2 | 제 2 온도 | 펄스 가열은 사용으로 상승시키기 위한 목표물인 웨이퍼의 온도 |
| Tm | 중간 온도 | 인가한 펄스 바로 이전 처리 동안 선택적으로 측정된 웨이퍼 온도 |
| Tα | 프리-펄스의 적용에 따른 웨이퍼 표면에서 얻게 되는 피크 온도 | |
| Tβ | 펄스의 적용에 따른 웨이퍼의 피크 온도 | |
| Tλ | 프리-펄스 적용에 따른 웨이퍼의 상승 벌크 온도 | |
| Tφ | 펄스 적용에 따른 웨이퍼의 상승 벌크 온도 | |
| P | 펄스 파워 밀도 | 램프 파워/웨이퍼 단위 면적 |
| Epr | 프리-펄스 에너지 | 프리-펄스 동안 램프 에너지 |
| Ep | 펄스 에너지 | 펄스 가열 동안 램프 에너지 |
| Ω | 펄스 가열을 위한 펄스폭 | 파워 서플라이에 의해 정의된다. 가변의 파워 서플라이 펄스폭에 의해 그것은 인가된 Ep 를 넘은 시간 구간이다. 고정된 파워 서플라이 펄스 폭에 의해 상기는, 최대 에너지(FWHM, 또는 절반 최대에서 전체 폭)의 절반의 에너지 값을 갖는펄스-에너지와 시간에 따른 프로파일에 폭에 따라 일반적으로 정의된다. |
| ω | 프리-펄스의 펄스폭 | |
| Sp | 펄스 샘플링 시간 | 웨이퍼 온도까지 펄스의 적용에 시간은 두께에 따라 균일한다. 상기는 열 확산 시간 상수에 1 내지 5배 사이이다. |
| F1,F2,F3 | 웨이퍼 특성 및 펄스폭에 의해 정의되는 상수들 | |
| η | 기하학적 효율 | 웨이퍼 내지 램프로부터의 가변 및 시스템을 통한 프라이어리(priori)에 의해 정의되는 요인 |
| Aw | 웨이퍼의 표면적 | |
| t | 시간 | |
| ρ | 웨이퍼 밀도 | |
| Cp | 웨이퍼 특정 열 | |
| k | 웨이퍼 열 전도 | |
| δ | 웨이퍼 두께 | |
| γpr | 프리-펄스 펄스폭(ω)과 동일한 시간 주기 동안 열 확산 길이 | |
| γp | 펄스폭(Ω)과 동일한 시간 주기 동안 열 확산 길이 | |
| α | 램프 방사에 대한 광대역 웨이퍼의 흡수율 | |
| τ | 웨이퍼 광대역 투과율 | |
| r | 램프 방사에 대한 웨이퍼 광대역 반사율 | |
| ψp | 펄스 가열에 광학 효율 | 펄스에 플래쉬램프의 전기적-광학적 변환 효율. 램프에 프라이어리 의해 결정된다. |
| ψpr | 프리-펄스에 광학 효율 | 프리-펄스에 플래쉬램프의 전기적-광학적 변환 효율. 램프에 프라이어리 의해 결정된다. |
도 9 내지 도 11을 참조하면, 공정 흐름도들은 본 발명에 따른 펄스 가열을 위한 다양한 폐루프 피드백 제어를 도시한다. 상기 방법들은 기판 광학 특성들의 인-시추 추정에 유용하다. 차례로, 그것은 바람직한 처리 온도(T2)로 기판 표면을 상승시키기 위한 펄스 에너지의 정확한 추정을 할 수 있다. 도 9에서, 피드백은, 바람직한 처리 온도 또는 비교된 목표에 대해 측정되는 기판의 앞면 온도에 기초가 된다. 도 10에서, 피드백은, 인가되어진 에너지 펄스 후에 한정되는 시간 구간에 비교되는 기판 온도(또는 표면에 사용될 수 있는)에서 증가적인 변화에 기초가 된다. 도 11에서, 피드백은 측정되는 기판의 반사율 및 투과율에 기초가 된다.
도 9 내지 도 11의 어느 하나에서 측정되는 파라미터는, 모델들에 의한 램프 에너지(Ep)에 관련되며, 모델의 계산은 다음 펄스를 위해 요구되는 펄스 파라미터들 (Ep 및 Ω)의 추정을 제공한다. 펄스 파라미터들의 펄스-대-펄스 조작은 펄스 공정 동안 웨이퍼 온도 상승의 피드백 제어를 위한 수단을 제공한다.
다수의 펄스들을 사용하여 공정을 실행할 때, 에너지 흡수는 펄스들 사이에서 기판 온도를 증가하기 위해 발생한다. 예컨데, 기판이 제 1 온도(T1)로 가열되고, 그런 다음, 앞면의 표면에 에너지 펄스가 인가되면, 펄스 구간에 뒷면은 T1에 근접하여 유지하는 동안 앞면의 표면 온도는 공정 온도(T2)로 빠르게 증가한다. 그러면, 앞면의 표면 온도는, 두께를 통한 기판의 온도가 동등하게 하려는 경향의 잠재적인 기판의 열 전도 냉각에 의해 쇠퇴한다. 상기 공정에 있어서,펄스 가열 동안 흡수된 에너지는, 중간의 온도(Tm)에 도달하는 기판을 발생한다. 그런면 그것은 방사 냉각에 의해 더 감소한다. 다음 펄스의 선행 발명에서, Tm은 다음 펄스를 위해 요구되는 에너지의 개선된 추정을 제공하기 위해 측정될 수 있다.
대안적인 장치에 있어서,펄스 파라미터들은 실험적으로 결정된 표면-최적화 또는 미리 프로그램화된 룩-업 테이블로부터 추정될 수 있다. 일예에 있어서,실험들의 연속은 프라이어리(즉, 바람직한 웨이퍼 기판들의 열 처리 이전에)에 수행된다. 웨이퍼 온도의 반응은 다른 T1,Tβ,Ω,Ep의 결합들을 위해 기록된다. 상기 결과들은 룩-업 테이블로 구체화되며, 컴퓨터에 저장된다. 특정 공정 수행 동안, T1 및 Ω은 방법에서 프리-셋 되며, Tβ는 측정된다. 그러면 컴퓨터는 요구된 T2를 위해 Ep를 회복하도록 룩-업 테이블에 입력한다. 만약 정확한 T2의 값을 룩-업 테이블에서 활용할 수 없을 경우, 보간법을 T2 주변 값들 사이에서 실행한다. 상기 선택은 도 9 내지 도 11에서 "선택 1"과 같이 도시된다.
대안적으로 "선택 1"에서, 실험적으로 발생되는 데이터는 표면-최적화의 형태에서 저장될 수 있다. 이러한 경우, 최적화는 아래 형태의 식을 갖는다.
Ep = f(Ω,T1,Tβ,T2 ,Aw,η,α,ψp)
상기 식에 있어서,RHS에 모든 값들은 방법에서 프리셋을 통하거나 또는 측정을 통해 알게 된다. 따라서, Ep는 함수 관계를 통해 계산될 수 있다. 이러한 접근은 도 9 내지 도 11에 도시한 흐름도의 모든 방법들에 인가된다.
펄스 동안에 상부 표면에 기판(또는 웨이퍼) 온도 측정
다음 도 9를 참조하면, 피드백 제어는 바람직한 처리 온도 또는 비교된 목표에 대한 앞면 온도에 기초가 된다. 처리 챔버에 웨이퍼가 안착된(80) 후에, 입력 파라미터들은 단계(81)에서 가열을 위해 인식된다. 뒷면 가열 온도(T1) 및 앞면 가열 온도(T2)는 값들이 미리 결정된다. 프리-펄스 에너지(Epr) 및 펄스 폭(ω) 또한 바람직한 가열 방법에 따라 값들이 미리 결정된다. 웨이퍼는 제 1 온도(T1)로 예비가열된다(82). T1에 도달한면, 프리-펄스(84)는 프리-펄스 에너지(Epr)에 따라 인가된다. 프리-펄스의 영향에 의해 웨이퍼 앞면의 피크 온도(Tα)는 고온계적 기술들(86)을 통하여 결정되며, 기판의 온도 반응에 고려될 것이다. 프리-펄스의 반응으로 이루어지는 온도(Tα) 및 프리-펄스의 파라미터들은 웨이퍼의 흡수율(α)로 결정되어 사용된다. 펄스 에너지는 룩-업 테이블 또는 단계(87)에서 커브 최적화("선택 1")에 의해 결정되거나 또는 다음 펄스들을 위한 T1,Tα 및 T2의 함수에 의한 단계(88)에서 계산된다.
펄스 동안에 방사 손실을 무시할 경우, 가열 속도는 아래의 식에 의해 파워 서플라이와 관련될 수 있다.
여기서, γ는 펄스 폭에 따른 열 확산 두께이다. 프리-펄스는 γ=γpr 이며, 펄스 가열은 γ=γp 이다. 이러한 것들은 웨이퍼 흡수율(α)에 의해 아래의 식 으로 얻을 수 있다.
ψ는 플래쉬램프의 광학 변환 효율이다. 프리-펄스가 인가될 경우 ψ=ψpr이며, 펄스가 가열될 경우 ψ=ψp이다. ψ=ψpr는, 플래쉬램프의 특성이며, 프라이어리에 의해 결정되고 공정 동안 사용을 위해 저장된다.
웨이퍼 상부 표면의 온도 상승은 파워 밀도(Ppr)의 프리-펄스(에너지는 Epr) 동안에 측정된다. 상기 산출은,
상기 식으로부터, 흡수율(α)은 결정될 수 있다.
여기서,
만약, 웨이퍼 흡수율이 상수일 경우, 주어진 온도 상승(T2-Tm)을 위해 요구되는 펄스 에너지는 아래에 의해 추정된다.
여기서,
결정되거나 계산된 값의 사용에서, 펄스 에너지는, 웨이퍼의 앞면을 가열하도록 펄스를 방사하기 위한 램프를 발생하는 플래쉬램프에 디스차지된다(90). 상기 펄스에 의해, 웨이퍼 앞면의 온도는 고온계적 기술을 통해 결정된다(92). 웨이퍼의 흡수율은 표면 온도의 측정값를 사용하여 다시 계산된다. 만약, 다음 펄스를 인가하며, 시스템은 T1,Tα 및 T2,의 함수처럼 다음 펄스의 펄스 에너지를 계산하기 (88)위해 연결된다. 바람직한 가열 공정을 실행할 경우, 처리 챔버로부터 기판은 탈착된다(96). 본질적으로, 상기 기술은 발생되는 온도 상승에 좌우된다. 처리 공정의 다른 그러한 물체 또는 기판의 반응은, 온도 상승을 감지하게 된다. 그러면 상기 감지된 온도 증가는, 예로, 처리된 물체의 다음 공정에서 사용을 위한 펄스 파라미터들과 같은 처리 파라미터들을 확립하도록 기초를 형성한다. 흡수율과 같은 처리 물체의 특성들은 상기 매우 효과적인 진행 동안 용이하게 결정된다.
펄스 이후 "S
p
"초 상부 또는 하부 표면의 웨이퍼 온도 측정
다음, 도 10을 참조하면, 상기 피드백 제어 방법은 펄스 에너지의 흡수율의 영향을 통한 벌크 웨이퍼의 온도 상승의 측정값에 좌우된다. 이것에 관하여, 온도 상승은 웨이퍼 특히, 웨이퍼의 상부 표면 또는 하부 표면의 측정값에 의해 결정될 수 있다. 상기 방법의 단계들이 도 9의 방법과 동일하다는 점에서, 인가되어진 참 조 번호들도 같다.
본 예에 있어서,웨이퍼 온도의 증가적 변화에 기초가 되는 피드백은, 인가되어진 펄스 에너지 이후 한정된 시간 구간 동안에 결정되는 포스트-펄스 온도에 앞선 펄스에서 측정되며 비교한 온도에 의해 결정된다. 웨이퍼가 처리 챔버에 안착된(80) 이후, 가열을 위한 공정 파라미터들은 인식된다. 뒷면 가열 온도(T1), 목표의 앞면 가열 온도(T2), 프리-펄스 에너지(Epr), 프리-펄스 펄스 폭(ω) 및 샘플링 시간(Sp)은 정의된다. 웨이퍼는 제 1 온도(T1)로 예비 가열된다(82). 프리-펄스는 알려진 프리-펄스 에너지(Epr) 및 펄스 폭(ω)으로 인가된다(84). 웨이퍼(앞면 또는 뒷면)의 상승 온도(Tλ)는, 프리-펄스 이후 특정 시간(Sp초)에 고온계의 기술에 의해 측정된다(100). 프리-펄스의 파라미터들 및 Tλ의 사용으로, 웨이퍼의 흡수율은 계산된다. 펄스 에너지는, 룩-업 테이브 또는 커브 최적화("선택 1")로 부터 결정되거나(101), 다음 펄스들을 위한 T1,Tα, 및 T2("선택 2")의 함수에 의해 계산된다.
만약, 펄스 동안에 방사 손실을 무시할 경우, 총 에너지는 아래의 식에 의한 웨이퍼 가열과 관련될 수 있는 펄스로부터 웨이퍼에 의해 흡수된다.
상기 식의 RHS(Right Hand Side)에 있어서,웨이퍼 흡수율(α)은 에너지 (Epr)를 갖는 프리-펄스의 적용에 의해 결정된다.
만약, 열물리적 특성들이, 특히 펄스폭 권역의 시간범위 이상의 변화를 하지않을 경우, 요구되는 온도 상승을 발생시키기 위해 요구되는 펄스 에너지는 아래 식과 같다.
여기서,
결정된 또는 계산된 값의 사용에 있어서,펄스 에너지(Ep)는 웨이퍼의 앞면을 가열하기 위한 펄스를 방사하도록 램프를 발생하는 플래쉬램프에서 디스차지된다(104). 웨이퍼 온도(앞면 또는 뒷면)는 펄스 이후의 시간 구간(Sp초)에 고온계의 기술들을 통해 결정되며(106), 웨이퍼 흡수율은 다시 계산된다. 만약 다음 펄스가 인가되면, 요구되는 펄스 에너지는, 룩-업 테이블 또는 커브-최적화("선택 1")로부터 또는 나타낸 도 10 처럼 모델("선택 2")로부터 다시 계산된다. 열 공정이 실행될 경우, 처리 챔버로부터 웨이퍼는 탈착된다(96). 도 9를 통해 이미 전술한 바와 같이, 상기 진행은 발생되는 온도 상승에 좌우된다. 반면, 처리 공정의 다른 그러한 물체 또는 기판의 반응은, 펄스 구간 보다도 더 펄스의 적용 이후인 어떤 시간 에서 온도 상승을 감지하게 된다. 다시, 상기 제 2 온도는, 예컨데, 처리된 물체의 다음 공정에서 사용을 위한 펄스 파라미터들과 같은 처리 파라미터들을 확립하도록 기초를 형성한다. 아울러, 처리 물체가 포함하는 흡수율의 특성들은 상기 실행동안 용이하게 결정된다.
온도가 반응 감지하게 될 때와 상관없이, 발생되는 온도 상승에 관련은 매우 효율적인 최소한의 이유가 고려됨을 주목하는 것을 중요하다. 상기 이유는, 어떤 다음 펄스의 적용에 영향을 미칠 기판의 물리적 특성들의 어떤 크기에 대한 반응으로 발생되는 온도 상승 이유이다. 이러한 물리적 특성들은 제한되지 않는 반사율, 흡수율, 특정 열, 열 전도도, 물질의 밀도 및 구조(즉, 다층 구조는 광학 및 열적 충돌)를 포함한다. 즉, 기술에 통상 능력의 하나를 인식하는 것에 있어, 그러한 물리적 특성들은, 가능한 온도 반응의 영향인 조건들의 단지 작은 부분들이 형성하는 광학 특성들에 한계를 두지지 않는다. 더욱이, 상기 조건들의 조합은, 온도 반응의 부분에 물리적 특성의 산출을 인식하기 위한 필요 없이 매우 효과적인 공동의 반응을 발생할 것이다. 본질적으로, 프리-펄스 또는 어떤 적합한 펄스는 다음의 처리를 위한 경험적인 기초를 산출하도록 사용된다.
중요한 때에, 가열 장치들에 따른 특별한 이점에 의해 수반되는 프리-펄스(또는 어떤 적합한 펄스)의 사용을 주목하여 이해된다. 보다 명확하게, 같은 가열 장치는 처리 펄스로 프리-펄스를 인가될 수 있다. 상기 방식에 있어서,예를 들어, 공정/처리 펄스에 관한 것처럼 특징적인 프리-펄스에 관해 동일하지 않다면, 가열 램프의 배열과 웨이퍼의 기하학적인 관계는 매우 유사하다. 예컨데, 웨이퍼 상에 가열 방사의 발생에서 각들의 분포와 같은 방사 흡수율, 기하학적인 요소는 중요하다. 본 발명에서 전술한 바와 같이, 일정하게 유지하는 기하학적 상수는, 특성화법 및 외삼법의 알려진 추가적인 단계들 없이 필요한 펄스 에너지의 더 정확한 예측을 위하여 주어짐으로 매우 효율적이다.
반사율 및 투과율 측정
다음으로 도 11을 참조하면, 피드백은 펄스 에너지의 적용 동안 측정되는 웨이퍼 반사율(r) 및 투과율(τ)에 기초가 된다. 웨이퍼가 처리 챔버에 안착된(80) 이후, 가열을 위한 공정 파라미터들은 인식된다. 뒤면 가열 온도(T1), 목표의 앞면 가열 온도(T2), 프리-펄스에너지(Epr), 펄스 폭(ω) 및 다른 파라미터들은 정의된다. 웨이퍼는 제 1 온도(T1)로 예비 가열된다(82). 프리-펄스는 알려진 프리-펄스 에너지(Epr) 및 펄스 폭(ω)으로 인가된다(84). 웨이퍼의 반사율 및 투과율은 프리-펄스 동안 센서에 의해 측정된다(110). 상기 단계는, 다음의 처리를 위한 근거로 만족시킬 수 있는 어떤 광학 측정값의 사용을 수행함이 이해된다. 펄스 에너지는, 룩-업 테이블 또는 커브 최적화("선택 1")로부터 결정되거나(111) 다음 펄스들에 T1 및 T2 ("선택 2")의 함수로 계산된다(112).
만약, 펄스 동안에 방사 손실을 무시할 경우, 가열 속도는 아래 식에 의해 공급되는 파워와 관련될 수 있다.
여기서, 항등함수 α=(1-r-τ)가 사용된다. 상기 γ는 펄스폭에 대응하는 확산 두께이다. 프리-펄스에 관한 γ= γpr 이며, 펄스 가열에 관한 γ=γp 이다. 이러한 것들은 아래 식에 의해 주어진다.
ψ는 플래쉬램프의 광학 변환 효율이다. 프리-펄스가 인가될 경우 ψ=ψpr 이며, 펄스 가열에 관하여 ψ=ψp 이다. ψpr 및 ψp 은 플래쉬램프의 특성이며, 프라이어리에 의해 결정되고, 공정 동안에 사용을 위해 저장된다.
파워 밀도(Ppr)(에너지는 Epr)의 프리-펄스는 웨이퍼에 인가되며, 프리-펄스 사이에 웨이퍼 반사율 및 투과율은 측정된다. 상기 값들은 이후의 사용을 위해 저장된다. 에너지의 다음 펄스가 인가될 때, 웨이퍼 영역들 상의 에너지 평균은 아래의 식으로 주어진다.
만약, 웨이퍼 반사율 및 투과율이 상수이면, 요구되는 펄스 에너지는 주어진 온도 상승(T2-Tm)에 관하여 아래의 식들처럼 방사된다.
여기서,
결정된 또는 계산된 값 펄스 에너지의 사용에 있어서,펄스 에너지는 웨이퍼의 앞면을 가열하기 위한 펄스를 방사하도록 램프를 발생하는 플래쉬램프에 디스차지된다(114). 웨이퍼 앞면의 피크 온도(Tβ)는 펄스 사이에 고온계의 기술들을 통해 결정된다(116). 웨이퍼 반사율 및 투과율은 다시 측정된다. 만약, 그 이상의 펄스가 인가되면, 펄스 에너지는 다시 결정되거나 계산된다. 공정이 실행될 경우, 처리 챔버로부터 웨이퍼는 탈착된다(96).
다수의 펄스 공정 경우에 있어서,각 펄스에 이전의 도 9 내지 도 11의 방법들에 어떤 것을 위한 피드백 제어에 이러한 계산들의 수행은, 공정의 과정에서 발생할 수 있는 웨이퍼 특성들의 변화를 펄스 에너지의 계산들을 통해 자동적으로 보충되는 것을 확보한다. 도 9 내지 도 11에 도시한 방법 및 각 단계들은 어떤 적합한 방법, 특히 일련의 펄스들에 사용 처리와 관련하여 재배열될 수 있음이 이해될 수 있다. 상기와 관련하여, 이후에 인가되는 펄스의 펄스 파라미터들은 처리 물체의 하나의 물리적 특성보다도 그 이상에 기초하여 결정될 수 있음이 이해될 수 있다. 예컨데, 일련의 처리 펄스들의 적용에 다른 관점들에서, 다른 파라미터들은 다른 중요성이 존재할 수 있다. 더욱이, 다양한 파라미터들을 위한 중요한 우선 사항은 공정 진행에 따라 변화될 수 있다. 아울러, 어떤 물리적 특성의 최종 값은 중요할 것이다. 상기 경우에 있어서,그러한 파라미터는, 결정한 다른 물리적 특성들과 관련하여 동일한 추가 펄스들의 전체적인 모습을 통해 얻을 수 있다. 예컨데, 온도 상승은 반사율의 모니터링과 관련하여 사용될 수 있다. 이러한 고려에 있어서,여기서 파라미터는, 처리를 종결함에 있어 목표의 값을 갖기 위해 필요로 하며, 이미 전체적인 공정 체계에 관련하여 값을 얻을 수 있다. 특정 파라미터는, 다른 파라미터의 표시임에도 불구하고 또는 그것에 따라 공정을 끝내기 위한 표시들을 만족시킬 수 있다. 마찬가지로, 다른 물리적 파라미터들은 좌우될 수 있으며, 또는 대안적으로 전술된 하나의 파라미터를 위해 도달하는 목표의 값은, 다른 파라미터를 좌우하거나 또는 모니터링하여 산출할 수 있다. 이러한 고려에 있어서,가능한 형상들은 무제한된 범위에서 실행되며, 그것의 모든 것은 본 발명의 정신적 분야 이내에 존재함이 고려되어 이해될 수 있다.
이상에서 전술한 것은, 그것의 다양한 형상들의 모두를 포함한 발명을 사용 및 제작하기 위한 기술에서 통상 능력으로 가능하도록 제시된다. 이러한 형상들은 방법들의 거의 무제한적인 경우로 결합될 수 있음이 이해될 수 있다. 즉, 이와 관련하여 대안적인 가열 프로파일들의 수는, 그들의 사용에 있어서 상기 개념들 및 다양한 방법들의 더욱 완벽한 이해를 제공하기 위해 전술한 특정 개념들의 사용을 나타낼 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따라 실행된 제 1 대안적인 가열 프로파일은, 일반적으로 참조 번호(200)에 의해 나타난다. 프로파일(200)은 기판의 제 1 표면 온도를 도시하며, 도면의 좌측에는 수직 온도 비율에 대하여 도시되고, 상기 도 8 과 관련하여, 상세하게 도시되도록 확실한 차이성을 갖도록 도시한 열 프로파일과 유사하다. 도 8의 프로파일과 같은, 가열 프로파일(200)은 온도 상승 부분(202)을 포함하며, 그것은 열 스파이크(204)에 의해 끝나게 된다. 후자는 에너지의 펄스에 대한 기판 제 1 표면의 노출 결과이다. 가열 프로파일(상기 도시한 모든 열 프로파일들의 정확한 상태의 것처럼)은, 개별적인 예비 및 펄스 가열원을 포함하는 어떤 적합한 가열 장치, 또는 대안적인 펄스 및 예비 타입의 가열 모드들의 동작을 할 수 있는 멀티모드 가열원에 의해 인가될 수 있음이 이해될 수 있다. 그러나, 기술적으로 명확한 목적에 관하여, 본 예는 개별적인 예비 및 펄스 가열 장치의 사용을 고려한다. 따라서, 예비 가열 그래프(206)는, 사용한 임의의 장치들의 수직적인 가열기 파워 비율에 대하여 온도 상승 부분(202)을 산출하기 위하여 예비 가열원에 의해 인가되는 동안 도면의 우측에 도시된다. 예비 가열은, 예를 들어, tp의 구간(71) 이내에서 스파이크(204)를 발생하기 위한 펄스의 적용에 시간이 맞추어지는 관계로 제어된다.
본 설명에 있어서,예비 가열은 스파이크(204)를 발생하는 펄스 적용으로 끝나게 된다. 그 후에, 기판은 냉각된다. 예비 가열에 시간이 맞추어지는 관계로 펄스 시작은 실행될 수 있음을 고려한, 상기 전체적인 명세서를 통해 동일하게 적용할 수 있음이 이해될 수 있다. 즉, 도달한 T1의 결과(예비 가열의 직접적인 결과) 또는 그것의 예측은, 감소 또는 예비 가열의 종결처럼 펄스 가열을 시작하기 위해 사용될 수 있다.
계속해서 도 12를 참조하면, 프로파일(200)은, 프리-펄스 스파이크(208)를 산출하기 위한 온도 상승 부분(202) 동안에 펄스 가열 장치에 의해 제 1 표면에 프리-펄스 적용의 결과를 그 이상으로 나타낸다. 본 예에 있어서,프리-펄스는 달성 또는 최소한의 부분적인 달성에 대립하는 것으로서, 프리-펄스를 수신하는 기판의 처리에 측정 목적들을 위해 인가된다. 약간의 다른 방법으로 설명하면, 프리-펄스는 공정의 종결에 기판의 바람직한 또는 목표의 조건을 고려하여 대수롭지 않은 결과를 산출하도록 인가된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상기는 요구되지 않는다. 또한 프리-펄스에 의해 산출된 온도(Tpp)는 프리-펄스의 위치에 의한 T1 보다 낮다. 본 발명에 따라 예비 가열은, 프리-펄스의 장치에 시간이 맞추어지는 관계로 매우 효과적으로 제어된다. 본 예에 있어서,예비 파워는, 일반적으로 프리-펄스 열 스파이크(208)의 미러 이미지와 유사한 반대의 스파이크(210)에 프리-펄스 가열의 시작에서 감소된다. 즉, 프리-펄스 열 스파이크가 발생하지 않는것 처럼, 프리-펄스 가열 스파이크의 종결에서 진행되는 가열 싸이클의 온도 상승 부분을 산출하는 방법으로 보충한다. 더욱이, 반대의 스파이크(210)는 완벽하게 끄는 것을 포함한 어떤 적합한 양에 의해 예비 가열을 감소할 수 있다는 것을 인지하는 것이 중요하다. 그러나 상기 예에서는, 단순히 가열 프로파일(200)에서 나타난 바람직한 반응을 이루기에 충분한 대략 1/3에 의해 예비 가열을 감소한다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따라 실행되는 대안적인 제 2 가열 프로파일은 참조 번호 220에 의해 일반적으로 나타난다. 프로파일(220)은 도면의 좌측을 온도 비율에 대하여 도시한 기판의 제 1 표면 온도를 나타낸다. 도 12의 프로파일과 같이, 온도 상승 부분(220)은 열 스파이크(204)에 의해 끝나게 됨이 포함된다. 그러나, 상기 예에 있어서,중간의 안정화 구간(222)은, 선택되는 중간 온도(Tim)를 확립하도록 가능한 기판 온도 사이의 온도 상승 구간에 삽입된다. 본 예에 있어서,중간 온도는 대략 650℃ 정도 선택된다. 안정화 구간 사이에 선택되는 지점인 기판 온도의 안정화 상에서, 프리-펄스는 프리-펄스 열 스파이크(208)를 산출하기 위해 인가된다.
계속해서 도 13을 참조하면, 도면의 우측에 임의의 가열기 파워 비율에 대하여 도시한 예비 가열 프로파일(226)은, 프리-펄스 및 다음 처리 펄스의 장치와 함께 동작하여 도시된다. 다시 한번 설명하면, 본 발명에 따른 예비 가열은 프리-펄스의 장치에 시간이 맞추어지는 관계로 매우 효과적으로 제어된다. 상기 예에 있어서,예비 파워는, 프리-펄스 열 스파이크(208)의 미러 이미지와 최소한 대체로 유사한 반대의 진행 스파이크(228)에서 프리-펄스 가열의 시작에서 감소된다. 즉, 최소한 기판의 제 2 표면와 관련하여 온도 안정화 구간에서 열적 정상은 유지한다. 그러면, 온도 상승 가열은 온도 안정화 구간의 종결로 다시 시작한다. 도 12 및 13의 프리-펄스 개념들은 더욱이 예비 가열 파워의 그러한 조정 없이 용이하게 유지함을 이해될 수 있다.
도 14는, 본 발명에 따라 실행되며, 일반적으로 단일 또는 멀티모드 가열원의 사용으로 실행되고 도면의 좌측에 온도 비율에 대하여 도시한 참조 번호 230에 의해 나타나는 대안적인 제 3 가열 프로파일을 도시한다. 상기의 경우에 있어, 공정은, 처리되는 물체 또는 웨이퍼를 위하여 요구되는 온도-시간 싸이클을 발생시키기 위해 가열원으로부터 디스차지되는 파워의 조종에 의해 실행된다. 가열원에 의해 전달되는 방사 파워는, 참조 번호 232에 의해 나타나며, 도면의 우측에 가열기의 파워 비율에 대하여 도시한 입사 파워 도면에 의해 도시된다. 전술한 모든 가열원 도면들과 같은 상기 도면은, 웨이퍼 상에 입사되는 방사에너지를 나타내는 것임을 이해된다. 사실상 입력 전력 레벨은 개별 가열원의 사용의 반응 특성들을 나타남에 따라 조절된다. 가열기 파워가, 예비 및 펄스 에너지들로부터 입력의 결합처럼 도시됨에 있어, 상기 결합은 사용되는 예비 및 펄스 에너지원이 분리할 때 본질적으로 동일하게 나타남이 이해된다. 온도 프로파일(230)의 온도 상승 구간 (234)에서, 발생하는 파워 도면(232)에 도시한 바와 같이, 가열기에 의해 전달되는 파워는, 본질적으로 등온의 형태인 온도(T1)로 웨이퍼를 가열하기 위해 P1으로 증가된다. 정상 상태의 구간(236) 사이에서 웨이퍼가 온도(T1)로 유지되는 동안 도시한 바와 같이 P2의 감소된 파워 레벨은, 기판 표면으로부터 열 손실의 균형을 맞추기에 충분하다. 프리-펄스(238)의 장치에 있어, 기판은, 온도(T2)에 제 1 표면의 온도를 갖는 열 프로파일(230)에서 프리-펄스 온도 스파이크(240)의 형태에 온도 반응이 나타난다. 상기 추가적인 열 방사에 따라, 기판의 제 1 표면은 다시 T1으로 냉각된다.
가열 방법이 미리 결정되는 시간에서, 가열기에 공급되는 추가 에너지의 처리 펄스(242)는, 즉 부스팅 파워는 짧은 시간의 구간을 위한 P3의 가열기에 의해 디스차지된다. 상기 펄스에 따라, 가열기의 파워는 웨이퍼를 냉각시키기에 가능한 레벨(P4)로 감소된다. 파워 펄스(242)의 펄스 파라미터들은, 예로 프리-펄스 온도 스파이크(240)에서 기판의 반응에 기초가 되어 결정된다. 멀티모드 가열원은, 개별적인 예비 및 펄스 가열원들을 사용할 수 있는 어떤 동작을 본질적으로 모방하여 할 수 있다. 더욱이, 처리는 전술한 도면들의 어떠한 것에 의해 예시된 바와 같이 어떤 적절한 벙법에서 지속할 수 있다.
일반적으로 도 12 내지 도 14를 참조하면, 프리-펄스 및 처리/파워 펄스들은, 이미 이하에 그 이상으로 설명된 것 및 상기 전체적인 명세서의 관점에서 청구항들에 나타난 정신적 분야 이내에 존재하는 것을 고려한 모든 방법들의 무제한된 수로 인가된다.
도 15는, 모든 특징들과, 도 12 및 이전에 도시한 가열 프로파일(200)의 이점들을 공유하는 가열 프로파일(250)을 도시한다. 아울러, 이점은, 추가로 공정 제어를 제공하며, 다수의 온도 상승 가열 속도들을 나타내는 온도 상승 구간(254)을 산출하도록 한 예비 가열 프로파일(252)을 포함하는 프로파일(250)에서 알 수 있다.
도 12 및 도 15의 가열 프로파일과 같이, 도 16의 가열 프로파일(260)은 처리 펄스에 따르는 프리-펄스를 포함하며, 또한 유사한 이점들을 제공한다. 그러 나, 도 16의 실행에서, 예비 가열 파워 구간(262)은 감소되는 파워 단계(264)를 포함하며, 웨이퍼 도달하는 T1에 반응하고, 그것은 정상 상태 구간(266)을 시작한다는 이유에서 다르다. 처리 펄스는 처리 스파이크(204)를 산출하도록 하는 도달한 T1의 특정 구간(270) 이내에서 인가된다.
전술한 바와 같이, 프리-펄스는 단일 목적의 측정을 위해 인가될 수 있다. 대안적으로, 프리-펄스는, 처리 물체에 바람직한 처리 결과를 부분적으로 발생하며, 또한, 목적들을 측정하도록 사용하는 방법에서 인가될 수 있다. 상기 고려에서, 프리-펄스의 개념은, 기판 또는 그런 다른 처리 물체에 인가되는 일련의 펄스들과 관련하여 매우 융통성이 있음이 이해될 수 있다. 예컨데, 일련의 처리 펄스들의 제 1 펄스는, 그러한 제 1 펄스에 의해 나타나는 온도 상승의 측정을 얻음으로써 프리-펄스로 사용될 수 있다. 일련의 펄스들 이내에서 펄스들의 하나 또는 그 이상의 것들의 펄스 파라미터들은, 나타난 온도 상승의 관점에서 조정될 수 있다.
도 17에 있어서,가열 프로파일(280)은, 일련의 추가 펄스들에 따른 프리-펄스에 의해 발생되는 것을 도시한다. 따라서, 발생되는 처리 열 스파이크들은 참조 번호들(204 a 내지 c)에 의해 도시된다. 일정한 기울기의 온도 상승 구간(202)은 기판이 온도(T1)에 도달할 때, 도시한 바와 같이 P1의 레벨로 예비 가열 파워의 증가에 의해 발생된다. 프리-펄스 열 스파이크(282)는, 정상 상태의 구간 동안에 도달한 T1에 반응하여 산출된다. 따라서, 일련의 추가 펄스들에 앞서 순간적으로 증 가하는 기판 온도(T2)가 발생한다. 제 1 추가 펄스(204a)는 프리-펄스에 따른 온도 (T1)에 다시 변경한 기판에 시간이 맞추어지는 관계로 인가된다. 그런 다음, 펄스 (204b,204c)들은 펄스(204a)에 따른 시간에 동일한 증가로 인가된다. 그러나, 상기는 요구되는 것은 아니다. 증가한 개별적인 상기 펄스들은 최소한 부분에서 온도(T1)에 변화하기 위하여 기판을 수용하도록 결정된다. 예비 가열 프로파일(284)은 프리-펄스 및 이후 일련의 처리 펄스들의 장치에 시간이 맞추어지는 관계로 에비 가열을 제어하도록 한다.
예비 가열 프로파일(284)은, 프리-펄스에 시간이 맞추어지는 관계로 인가되며, 도시한 바와 같은 P3의 레벨에 예비 가열 파워를 감소시키는 반대의 진행 펄스 (286)를 포함한다. 아울러, 반대의 진행 펄스(288)는 각각의 처리 펄스(204a 내지 c)에 반응하여 예비 가열 프로파일에 제공된다. 예컨데, 처리 펄스(204a 내지 c)의 각각은, 기판의 예측된 반응에 기초가 되는 것과 같은 전술한 기술들에 따라 인가될 수 있음이 이해될 수 있다. 더욱이, 추가 펄스들은 다른 방법들의 어떤 경우에서 기판에 목표의 조건을 발생하기 위해 형성될 수 있다. 즉, 프리-펄스를 포함한 각 펄스는 동일한 정도 또는 다른 정도에 목표의 조건을 최소한 부분적으로 발생할 수 있다. 추가 펄스들의 펄스 파라미터들은 상기한 바와 같은 모든 펄스들에서 바뀔 수 있음이 이해됨은 중요하다. 어떤 일련의 펄스들에 관하여, 측정값은 어떤 적합한 물리적 특성들을 모니터하기 위한 추가 펄스들 사이에서 실행될 수 있다. 여기서, 다른 파라미터들은 일련의 펄스들 구간에서 다른 시간에 모니터될 수 있다. 예컨데, 펄스(204a)의 적용에 따른 펄스 파라미터들은 기판의 온도 반응 보다도 광학 특성의 측정값에 의해 결정될 수 있다. 상기 특징은 연속의 마지막 펄스에 따라 특히 효과적일 수 있다. 여기서, 시스템은 광학 특성의 어떤 목표의 값에 기초가 되는 추가 펄스들을 시작할 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 광학 특성은 온도 반응 모니터링에 평행으로 모니터될 수 있다. 상당한 융통성은 드러난 특징들에 의해 제공된다.
도 18을 참고하면, 일련의 추가 처리 펄스(204a 내지 e)들은, 도 17의 프로파일(280)의 이점을 공유하는 가열 프로파일(300)의 일부분을 이루는 데에 있어, 다른 실행을 도시한다. 상기 예에서, 전술한 바와 같이, 도 13의 예비 가열 프로파일(226)이 사용된다. 일련의 처리 펄스들은 기판의 T1 도달에 대해 반응하는 적절한 방법으로 시작된다. 그러나, 상기 예에서, 펄스(204a)를 사용하는 일련의 추가 펄스들을 시작하는 것에 시간이 맞추어지는 관계로 예비 가열은 끝나게 된다. 그런 다음, 제 1 표면이 온도(T1)로 다시 변화될 때 펄스(204b 내지c)의 각각은 제 1 표면에 인가된다. 다시, 일련의 추가 펄스들은 기판을 그것의 목표의 조건으로 협력하여 바꾸기 위해 형성되며, 기판의 특성은 상기에서 제시한 바에 맞추어 어떤 적절한 방법으로 모니터될 것이다. 아울러, 추가 펄스들은 펄스 연속 동안에 예비 가열을 위한 어떤 필요성을 제거하기 위해 만족시키는 빈도로 반복된다.
가열 프로파일의 수행은 요컨대 단일 프리-펄스의 사용을 지금까지는 설명하였지만, 각각의 기판 처리에 있어서 사용될 프리-펄스들의 수에는 제한이 없다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 어떤 펄스라도(1) 그 펄스에 따른 온도 반응 측정을 수행함으로써 프리-펄스로서 및(2) 처리 펄스로서의 두가지 기능을 수행할 수 있을 것이다.
도 19는, 일련의 처리 펄스들에 각각의 것 이전에 프리-펄스를 사용하는 가열 프로파일(320)을 도시한다. 프로파일(320)은 도 17의 프로파일(280) 및 제 1 처리 펄스(204a)의 종결까지 동일하다. 그러나, 그 후에, 프리-펄스(282b,282c)가 측정 목적으로 각각 처리 펄스(204b,204c) 이전에 삽입된다. 상기 형성은 기판에서 목표의 조건에 정확한 추정을 위해 제공된다. 본 발명에 따라, 예비 가열 프로파일(322)은, 각각, 프리-펄스 열 스파이크(282a 내지 c)와 연관된 반대의 프리-펄스 스파이크(286a 내지c), 및 처리 펄스 열 스파이크(204a 내지 c)와 연관된 반대 가열 스파이크(288a 내지 c)를 갖는 산재된 일련의 프리-펄스들, 및 펄스들에 시간이 맞추어지는 관계로 제어된다.
도 20을 참고하면, 간헐적으로 산재된 프리-펄스를 이용하는 가열 프로파일 (340)이 도시된다. 예비 파워 가열 프로파일(342)은 프로파일(340)을 만들기 위해 펄스 가열과 결합한다. 예비 가열 프로파일(342)은 도 19의 예비 가열 프로파일 (322)과 거의 동일한 반면, 후자는 일련의 펄스들이 성공적인 프리-펄스들 사이에 있다는 것을 제외하고 도 19의 프로파일(320)과 동일하다. 그러므로, 프로파일 (340,342)의 동일한 특징의 상세한 설명은 명세서의 간결함을 위해 생략한다. 프리-펄스들의 성공적인 것들 사이의 일련의 처리 펄스들의 사용에 관하여, 일련의 처리 펄스들의 사용에 관한 여기에서의 모든 제시는 도 20의 내용에서 동일하게 적 용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
펄스 연속은, 동일하게 나타나는 펄스들을 포함한 도면에 도시될 것임을 알 수 있다. 이것은 필수 사항이 아니며 각각 펄스들의 파라미터들은 처리 목적을 달성하기 위해 어떠한 적절한 방법으로도 조정될 수 있음이 이해될 수 있다.
본 발명은 펄스 에너지원의 대체로 주사 에너지원을 제시한다. 즉, 레이저 빔을 사용하는 것과 같이, 표면 위에서 에너지 빔을 연속적으로 주사함으로써 에너지 펄스가 웨이퍼 상의 각각의 위치로 전송될 수 있다. 에너지 빔은 펄스가 인가될 필요가 없으며, 필요하다면, 연속된 파장원(CW)이 사용될 수 있다. 이러한 주사 모드에 있어, 효과적인 펄스의 지속시간은 주사속도에 의해 분할된 에너지 빔의 사이즈와 연관되어 있다. 래스터 주사방식(raster scanning)을 사용한 것과 같이, 에너지 빔은 웨이퍼의 전 영역에 걸쳐서 표면상의 패턴에 주사될 수 있다. 필요하다면, 공정 균일도의 개선, 또는 어느 특정위치에서의 공정시간을 증대하기 위해 주사가 중복될 수 있다(후자는 다수의 펄스를 인가하는 것과 동일하다). 유용하게 사용될 수 있는 다른 접근방법은 라인으로 에너지 원을 형성하고, 이 에너지원을 웨이퍼 전역에 걸쳐 스윕한다(sweeped). 만약, 라인이 웨이퍼의 직경보다 짧은 길이를 갖으면, 다수의 스윕들이 웨이퍼 전체에 걸친 적용범위를 얻기위해 사용될 수 있다. 물론, 다수의 스윕들은 원하는 값을 위한 효과적인 공정시간을 증가시키기 위해 웨이퍼 상의 어느 특정 위치 또는 여러 곳에서 수행될 수 있다. 빔은 적어도 잠정적으로 공정 시간을 최소화하기 위해 웨이퍼 전체에 있어서 하나의 경로로 스 윕되기 때문에 웨이퍼의 직경과 일치되는 에너지 빔은 유리하게 작용할 수 있다. 이러한 주사방법과 관련하여, 본 발명이 제시하는 주사 모드에서 적용할 수 있는 어떠한 형태 또는 에너지원의 사용법을 이해하는 것이 중요하다. 예컨데, 아크 램프에서 발생하는 에너지는 바람직한 선형 또는 점 모양으로 형성될 수 있다. 더욱이, 전자 빔과 마이크로 빔은(예컨데, Gyrotron) 다른 적합한 에너지의 형태를 제공한다.
주사 빔을 사용함으로써 얻어지는 이점은, 빔 사이즈를 보다 작게함으로써, 큰 에너지 펄스를 인가할 필요없이 웨이퍼 표면에 고온의 온도 상승이 발생하는데 있다. 비록, 웨이퍼를 완성하는데 필요한 공정시간은 펄스 에너지가 웨이퍼 전체에 동시에 인가되는 경우에 비하여 증가하지만, 에너지 운송설비의 소형화와 비용이 절감된다.
주사 처리 모드는 예비 가열과 유용하게 조합될 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 예비 가열은 필요한 파워를 추가로 줄이는 목적으로 제공되며, 또한 주사 에너지원에 의해 발생되는 열 압력을 감소시킬 수 있다. 열 압력을 감소시킴으로써, 웨이퍼의 파괴 가능성 또는 과도한 압력에서 오는 결함발생 가능성을 차례로 감소시킨다. 도 8과 다른 다양한 도면에 도시된 바와 같이, 예비 가열 열 스파이크는 선형 에너지가 웨이퍼의 전영역에 걸쳐 스윕핑 되는 것과 같이, 주사 모드에서 사용될 수 있다. 그러한 구현방법은, 상기 경우에 있어서 프로세싱 시간이 최소화되어 열소모를 낯추고 웨이퍼의 생산성을 향상시키는 결과를 가져오기 때문에, 특히 효과적이다. 웨이퍼가 선택된 온도에 도달할 때 에너지 스윕이 수행되도 록 가열 사이클이 설계될 수 있고, 주사 스윕 및 예비 가열을 시간이 맞추어지는 관계로 제어하기 위한 기술적 사상은 이 경우 유용하게 사용될 수 있다. 그러나, 스윕은 일반적으로 펄스 가열 모드에서 고려되는 밀리세컨드의 지속시간을 갖는 펄스보다 오랜시간이 소요되기 때문에, 웨이퍼의 온도는 주사 지속시간동안 고정된 온도를 지속한다. 예컨데, 에너지 빔이 웨이퍼의 표면에 걸쳐 적어도 0.5 s동안 주사된다.
상술한 바와 같이, 프리-펄스의 매우 유용한 사용은 주사 모드 실행 영역에서 추가로 유용하게 적용된다. 예컨데, 에너지 원은 처리 물체의 표면에 주사될 수 있고, 이것의 영향은 펄스 가열 모드 동안 이전에 고려된 다수의 방법들 중 하나에 의해 모니터 될 수 있다. 프리-펄스는 파워레벨, 빔 사이즈 및 공정 에너지 장치에서의 주사속도를 같게하여 실행될 수 있고, 또는 이러한 파라미터 중 어떤 것은 프리-펄스로 대체될 수 있다. 예컨데, 프리-펄스는 웨이퍼를 처리하는 것이 아니라, 단지 측정 목적으로만 제공된다.
하나의 프리-펄스 주사 모드의 실행에 있어서,광학 센서는 빔이 영향을 미치는 웨이퍼 표면에서 주사빔에 의해 발생되는 온도상승을 감지하기 위해 사용된다.
대안으로서, 스윕은 표면상에서 웨이퍼 상에 함유된 온도의 연속된 측정과 함께 실시된다(즉, 스윕이 종료된 후). 이러한 후자의 측정방법은 앞면이 아닌, 뒷 표면에서 실시될 수 있다. 그러나, 이러한 경우, 에너지의 전달시간이 펄스 가열모드보다 더 많이 소요된다. 여기에 있어서,펄스는 웨이퍼 전체로 동시에 전달되며, 공간상 균질한 형태로 전달될 필요는 없다. 특정 순간에, 비교적 작은사이 즈를 갖은 빔(웨이퍼의 크기와 비교하여)의 연속된 주사동작에 의해, 웨이퍼 표면에서 측방향 온도 구배가 커진다. 이러한 현상을 조절하기 위한 한가지 방법은 프리-펄스 동안 주사 속도를 증가시키는 것이다. 이것은 유용한 두가지 목적을 제공한다. 첫번째로, 에너지가 어느 특정 위치에서 전달되어, 에너지가 낮아지는 것을 허용하며, 그 결과, 온도의 상승은 각각의 위치에서 낮아진다. 그에 따라, 프리-펄스는 웨이퍼 단계에서 바람직하지 못한 변화를 발생하지 않는다. 두번째로, 주사속도의 증가는 짧은시간 안에 전체의 주사 영역으로 에너지가 전달되는 것을 의미한다. 그에 따라, 주사가 진행되는 동안 웨이퍼 표면으로부터 에너지를 상실되기 까지(예컨데, 방사에 의한 것과 같이) 짧은 시간을 갖는다. 그 결과, 주사의 마지막 단계에서 웨이퍼 온도 상승의 측정은 주사가 진행되는 동안 전달되는 에너지와 매우 근접한 관계를 갖으며, 이것에 의하여, 파워 커플링의 보다 정확한 측정을 허용하며, 바람직한 결과를 얻기위해 요구되는 공정조건에서의 좀더 믿을수 있는 예측이 강화된다.
주사 처리 모드에서 프리-펄스의 개념을 사용하기 위한 세번째 방법은 주사 에너지 빔을 웨이퍼 표면에 걸쳐 주사하며, 주사가 실시되는 동안 반사 및/또는 전송되는 방사를 감지하기 위한것이다. 측정된 반사 또는 전송된 에너지는 얼마나 많은 양의 에너지가 웨이퍼에 흡수되며, 공정 조건이 적절히 조절되었는지를 추론하는데 사용될 수 있다.
전술한 방법들 중 어느 것이든 에너지 빔의 파워, 주사 속도, 빔 사이즈 및 모양과 같은 공정 파라미터들을 조절하는데 사용될 수 있다. 예비 가열 또한 조절 될 수 있다.
공정의 주사 모드에서, 웨이퍼 상의 주사 에너지원의 위치를 고려하여 공정 파라미터들이 조절되는데 있어서,보다 정교한 교정이 수행된다. 이러한 실행은 패턴이 형성된 웨이퍼 및 다양한 물리적 특성들을 갖는 웨이퍼 상의 다른 부분에서 유용하게 실시될 수 있다. 예컨데, 공정 중 웨이퍼의 표면을 관찰하기 위해 적외선 카메라가 사용된다면, 관찰결과는 프리-펄스 주사가 실시되는 동안 가열 빔에 의한 온도상승의 공간분포를 추출하는데 사용된다. 웨이퍼 전역에 걸친 훨씬 균일한 온도 상승값을 제공하는 온도 상승 맵(map)에 의해, 상기 교정은 공정조건에 적용될 수 있다. 비록, 제어의 주요논점은 바람직한 결과를 확보하기 위한 좀더 세밀한 모니터링을 실시하는 것이지만, 물론, 이러한 시스템은 공정이 진행되는 동안 실시간 피드백을 에너지 원에 제공하기 위해 사용될 수 있다.
카메라를 사용하여 웨이퍼로 부터 반사되거나 전달되어 오는 빛을 관찰함으로써, 공정 조건들에서의 공간 제어에 대한 유사한 접근법은 적용될 수 있다. 이러한 경우, 비록, 사실상 같은 에너지 원은 아니지만, 스팩트럼으로 공정 에너지 원과 유사한 에너지를 웨이퍼에 인가함으로써, 원하는 정보가 얻어지는 과정이 실시된다. 예컨데, 저 전력 광원은 공정에 앞서, 웨이퍼를 비추는데 사용될 수 있다. 그러나, 공정 빔에 의해 반사되거나 전달되는 에너지를 감지하는 것에는 몇가지 유용한 점이 있다. 예컨데, 기하학적 조도 상태들은 공정모드에 사용되는 것이 이상적이며, 그에 따라 이러한 정보는 실제 조건을 좀더 반영한다. 다시 말해, 웨이퍼가 과도한 공정을 거치지 않고 원하는 정보를 얻을 수 있다는 점에서 프리-펄 스가 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 바람직하지 못한 확산 효과를 제거하기 위한 충분히 짧은 시간 비율에 있어서,이온 주입 손상을 어닐링에 관해 매우 유용하게 고려되며, 반면 결함과 활성화 도펀트를 제거하기 위한 고온의 사용은 허용한다. 고온을 갖는 어닐의 매우 짧은 지속시간을 수반하는 빠른 가열 속도와 냉각 속도는 이온주입 어닐링의 최적화를 위한 새로운 체제에 접근을 허용한다. 이와 관련해서, 본 발명의 다수의 예시적인 부분들은 효과적으로 적용될 수 있다.
(a) 과도 증속 확산(TED)의 제거: 하나의 효과적인 적용은 종래의 급속열처리 동안 과도 증속 확산에 일반적으로 영향을 받는 삽입물의 어닐링에 있으며, 가장 활동적인 "스파이크 어닐"을 포함한다. 제시된 초-고온 가열 속도는 과도 증속 확산의 영향을 최소화 할 수 있으며, 펄스 가열 체제는 과도 증속 확산에 의한 결함을 제거하기 위해 피크 온도를 전달하는 것과 마찬가지로 가열 및 냉각 속도의 요구사항에 도달할 수 있다.
(b) 도펀트 활성 최대화 및 도펀트 확산 최소화: 장치의 크기를 줄이는데 있어서 하나의 큰 문제점은 충분한 전기적 활성화를 유지한 체로 얕은 접합부를 창출하는데 있다. 비록, 주입된 도펀트의 농도가 매우 높아질 수 있더라도, 스파이크 어닐 급속 열처리를 포함한 대부분의 종래 공정은 1020/cm3 이상의 전기적 캐리어 농도를 갖기 어렵다. 이러한 한계성은 MOS 트랜지스터의 소스 영역과 드레인 영역에 예상치 못한 높은 저항성을 야기시킨다. 이러한 한계는 어닐 온도에서의 도펀트들에 대 한 고체-용해도 한계와 연관되어 진다고 여겨진다. 펄스 어닐 방법의 적용에 의해, 종래의 급속 열처리에 실질적으로 사용되는 온도보다 훨씬 높은 피크 온도를 만들고, 피크 온도에서는 도펀트의 고체 용해도가 상당히 커지는 어닐을 사용함으로써, 보다 높은 도펀트 활성화를 이루는 것이 가능하다. 예컨데, 1150℃ 보다 높은 온도를 갖는 등온 모드에서 과도한 도펀트의 확산, 표면 손상 및 슬립과 같은 압력에 관련된 결함의 발생없이 웨이퍼에 어닐을 실시하는 것은 매우 어렵지만, 도펀트의 활성화가 진행되는 것을 계속 허용하는 동안 이러한 온도를 10 ms보다 적은 시간동안 노출하는 것은 바람직하지 않은 부작용을 쉽게 야기하지 않는다. 특히, 주입 에너지들은 너무 낮아서 과도 증속 확산은 확산 결정에 있어서 중요한 요소가 되지 않으며, 최소한의 접합 깊이는 가능한 가장 짧은 가열 싸이클을 사용함으로써 형성되며, 이는 바람직한 도펀트 활성화 정도와 결함 어닐링을 할 수 있다. 이것은 가능한 가장 높은 온도의 사용과 가장 짧은 가열시간 및 냉각시간, 그리고 최고 온도에서의 체재시간을 제안한다. 펄스-가열은 온도 상승 시간이 매우 짧기 때문에 이러한 모든 요구조건에 부합된다. 열전도는 웨이퍼의 표면상의 벌크에서 열을 제거하기 위한 빠른 메카니즘을 제공하기 때문에 매우 높은 강도의 에너지가 웨이퍼의 표면에 전달되어, 냉각속도는 매우 빠르다. 더욱이, 펄스 램프는 매우 빠르고 역동적인 응답속도를 가지고 있어, 체재 시간은 매우 짧다.
본 발명은 낮은 에너지의 이온 주입을 사용할 때 특히 효과적으로 실시된다. 예컨데, 다음은 원소와 그에 따른 대략의 에너지를 나타낸다. :B의 에너지(E)<2 keV; BF2의 E<5 keV; AS의 E<8 keV; P의 E<4 keV. Ge 또는 Si 이온주입의 조합과 B-도핑을 하는 것은 선비정질화를 위한 작업에 효과적이다. 일반적으로, Ge 이온 주입은 2와 10 keV와 ~1015/cm2의 에너지 범위를 갖는다. 선비정질화 P 주입에서 또한 유용하다.
저온도 어닐의 사용을 포함하는 하나의 유용한 개념은 비정질 실리콘 막의 재결정시키기 위한 것이며, 이온 주입 공정 동안 안출되고, 고 온도 펄스에 적용된다. 비정질 층의 고 온도 어닐은 바람직하지 못한 다결정을 형성할 수 있기 때문에, 이러한 개념은 단일 단계 어닐에 있어 몇가지 이점을 갖는다. 대안책은 막을 결정시키는 단일 펄스 어닐(1000℃ 미만의 낮은 피크 온도)을 실시하며, 이후, 보다 높은 피크 온도(1000℃ 초과)로 어닐링 공정을 완성하는 제 2 펄스 공정이 진행된다. 주입 공정 동안 비정질 층이 형성되며, 추가적으로 높은 온도의 어닐링이 필요없이 도펀트의 높은 활성화를 얻을 수 있는 막의 고체 상 에피택셜 결정이 관찰된다. 이러한 공정들은 500℃정도의 낮은 온도에서 실시된다. 관찰된 하나의 문제점은 주입된 도펀트와 같은 고농도의 불순물의 존재이며, 이는 결정 성장속도를 저하시킬수 있으며, 성장속도의 저하는 결함구조의 형성과 관련된다. 이러한 현상은 공정온도가 상승함으로써 감소되며, 그러나, 종래의 급속 열처리 시스템에서의 제한된 가열 속도(500℃/s 미만)로 주입 공정이 진행된 막은 웨이퍼가 ~800℃의 온도에 도달하기 전에 결정을 형성하는 것을 의미한다. 결과적으로, 고체 상 에피택셜(SPE) 공정은 800℃ 이상의 온도에서 실시하기가 매우 어렵다. 펄스 가열 방법은 고체 상 에피택셜 공정이 900℃정도의 높은 온도를 포함하는 바람직한 온도에서 실시되는 것을 허용하며, 도핑 영향에 의해 재성장은 어떠한 영향도 받지 않는다.
비정질층 상부의 웨이퍼 부분의 존재하는 결함들 때문에 또 다른 문제가 발생한다. 이러한 결함들은 저온도 고체 상 에피택셜에 의해 어닐될 수 없으며, 장치 구조에서의 과도한 p-n 접합 누설 발생과 같은 문제점을 야기 할 수 있다. 해결책으로, 고체 상 결정공정은 도펀트가 활성화되는 동안 상기 결함에 따른 영향을 동시에 감소시키기 위해 고온에서 진행된다. 펄스 어닐은 결함에 영향을 줄 수 있으며, 고체 펄스 에피택셜 공정은 도펀트들을 활성화 할 수 있어, 상대적으로 낮은 온도의 결정 공정과 펄스 어닐을 포함하는 것은 또한 바람직하다. 이러한 점은 펄스 파라미터의 적절한 조절을 통해 고온의 펄스 어닐의 전 또는 후에 고체 상 에피택셜 공정을 실시함으로써 얻을 수 있다.
(c) 높은 유전상수의 유전체 필름 형성후 소스/드레인 어닐의 실시: 소자의 크기가 감소함에 따라, 종래의 실리콘 이산화 게이트 절연체를 높은 유전 상수를 갖는 물질로 교체하는 것이 중요시 되고 있다. 여러가지 물질들이 제안되었지만, 소스/드레인을 활성화 하는데 요구되는 어닐에서 생존하지 못하며, 열적으로 안정하지 못한 심각한 문제를 갖고 있다. 이러한 문제점에 대한 대한으로 "게이트 교체" 방법이 있으나, 종래의 연속적 구조에서의 이러한 시도들은 바람직하지 못하다. 이러한 변화를 피하기 위한 하나의 방법은, 게이트 유전체의 품질저하없이, 효과적인 어닐링과 도펀트 활성화를 허용하는 방법으로 소스/드레인의 어닐을 실시하는 것이 다. 본 발명의 펄스 어닐 방법은 어닐링을 위한 열처리 공정이 유전체가 바람직하지 못한 반응이나 결정 변화를 겪지않도록 짧은 시간에서 실시되기 때문에 여기에서 유리하게 고려된다. 상기 방법은 소스-드레인 주입이 실시되기 전에 게이트 물질이 형성되는 것을 허용함으로써, 공정을 단순화 시킬 수 있다. 펄스 어닐은 웨이퍼 상의 게이트 또는 캐패스터 구조를 포함하는 물질에서 실시 될 수 있고, 그 물질은 Zr 또는 Hf산화물, 규산염 또는 알루민산염, 티타늄 산화물, 탄탈륨 오산화물, 알루미늄 산화물, 란타늄 산화물, 이테르븀 산화물, 바륨 스트론튬, 티타네이트 또는 그밖의 높은 유전율을 갖는 물질들에 한정되지 않는다.
(d) 기체-상 원소들로부터 나온 도펀트의 전달을 용이하게 함: B2H6, PH3 또는 A5H3 와 같은 기체상태의 혼합물을 분해함으로써, 도펀트 원소를 웨이퍼상에 증착하는 것이 가능하다. 이러한 접근방법은 원칙적으로 이온 주입을 필요로하지 않을 수 있다. 높은 에너지 펄스는 도펀트 원소가 웨이퍼 상에 증착된 후, 표면을 녹이거나, 고체 상태 확산을 통해 도펀트를 주입하는데 사용된다. 이러한 방법은 펄스-레이저 처리와 함께 제안되었다. 그러나, 이러한 공정은 펄스 램프방식을 사용하요도 실시 가능하다. 사실, 특정의 연관된 이점이 있다. 예컨데, 혼합물의 분해는 자외선 방사에 의해 노광되는 것이 필요하며, 이것은 펄스 램프를 통해 실시될 수 있다. 대안으로서, 원소의 분해를 위한 자외선을 발생하기 위해 엑시머 램프 또는 레이저가 사용될 수 있으며, 펄스 램프는 열처리에 사용될 수 있다.
넓은 범주에서, 본 발명은 게이트 또는 캐패시터를 위한 유전체 막 분야에 사용될때 큰 적용가능성이 고려된다. 이와 관련해서, 본 발명의 다수의 예시적인 부분들은 효과적으로 적용될 수 있다.
(a) 얇은 산화 막의 펄스 바이 펄스 성장: 펄스 가열은 건산소와 증기를 포함하는 환경에서 종래의 구조에서 보다 훨씬 높은 온도에서 실리콘 이산화 막 성장을 성장시킬 수 있다. 산화 막은 고온에서 형성되기 때문에 전기적 특성을 보여줄 수 있으며, 예컨데, 산화 막에 의해 압력완화가 진행되며, 이는 웨이퍼를 펄스 가열로 노광시킴으로써, 매우 얇은 산화 인터페이스 층을 만들기에 유리하다. 상기 공정은 산소, NO, N2O 및 증기 환경에 한정되지 않은 여러가지 환경에서 실시된다. 여기에서 알 수 있듯이, 펄스를 사용하는 방법은 얇은 막 성장에 있어서,빠른 반응속도를 보임에도 불구하고 공정제어가 어려워 지며 반면에 열소모를 최소화한다.
(b) 얇은 산화물에 함유된 질소: 산화막을 기체에 함유된 질소(특히, NH3,NO,N
2O)에 노출시키는 기술은 산화막을 질화시킬 수 있게 하며, 이는 MOS장치에 유용하게 적용됨이 입증된 바 있다. 고온을 사용하는 기술은 과도한 열손실의 발생없이 질소 함유의 효율성을 증가시킬 수 있다. 웨이퍼 표면을 선택적으로 가열하는 동안, 반응 챔버 내의 대부분의 기체를 상대적으로 시원하게 유지하는 기술은, 기체-상 화학이 관련되어 있다고 여겨지는 공정들에 기회를 또한 제공한다. 예컨데, 웨이퍼를 가열하는 것과, 기체상태를 상대적으로 시원하게 유지하는 것에 의하여, N2O 산화와 같은 공정들은 다른방식으로 실시된다.
(c) 실리콘의 질화: 일반적으로, 실리콘은 N2 또는 NH3에 매우 느리게 반응한다. 실 리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물 박막의 직접적인 형성을 허용하기 위해 펄스 가열을 사용함에 따라, 실리콘 표면에서 매우 높은 온도가 발생된다.
(d) 높은 유전율을 갖는 물질의 어닐: 화학량론을 개선하기 위한 어닐을 필요로 하는 유전체들을 위해 많은 새로운 물질들이 제안되었다. 그러나, 이러한 어닐은 과도한 열소모를 발생하지 않는 방식으로 수행되어야 하며, 실리콘 산화물이 과도성장을 해서도 안되며, 반응 또는 높은 유전율을 갖는 물질의 결정을 야기해서도 안된다. 펄스를 사용하는 방법은 이러한 어닐에 유용한 높은 온도의 공정을 허용한다.
(e) 표면의 준비: 에너지의 짧은 펄스는 얇은 유전체 코팅을 형성하기 전에 얇은 표면을 준비하기에 적합하다. 예컨데, 실리콘 표면을 세척하기 위한 잘 알려진 기술중 하나는 표면을 1200℃ 초과의 온도로 순간 가열하는 것이다. 상기 기술은 1200℃이상으로 긴(1초보다 오랜시간)싸이클을 유지하기 때문에 결점, 확산 및 표면 손상을 유발하기 쉬어서 일반적인 실리콘 공정에서는 실용적이지 못하다. 그에 반해, 본 발명에 따른 짧은 지속시간의 펄스 싸이클은 이러한 유전체 영향들을 피한다. 마찬가지로, 다른 표면 준비 방법들은 웨이퍼 표면으로부터 유기물들의 제거를 돕기위함 또는 금속 불순물을 제거하기 위한 펄스 가열로 사용되었다. 유기물들에 있어서,산소나 오존의 열 처리 조합은 이익이 될 수 있었고, 금속 불순물들에 있어서는, 할로겐을 포함하는 화합물은 유용하게 사용될 수 있었다. 이러한, 표면 준비 방법에 있어서,상당한 양의 자외선 방사를 포함할 수 있는 펄스 램프의 빛의 전 스팩트럼을 사용하는 것은 유용하다. 자외선 방사는 산소를 포함한 기체 에서 오존 및 산소 라디칼을 발생시키거나, 할로겐 함유 원소에서 할로겐 라디칼을 발생시키는 유용할 수 있다.
또 다른 넓은 범주에서, 본 발명은 실리콘 공정 및 형성 분야에 사용될 때 큰 적용 가능성이 고려된다. 이와 관련해서, 본 발명의 다수의 예시적인 부분들은 효과적으로 적용될 수 있다.
티타늄 실리사이드 형성: 티타늄 실리사이드가 협대혁 라인으로 형성될 때, C49 상의 물질을 바람직한 C54 상으로 변환하기가 어렵기 때문에 진보된 장치 구조에서 티타늄 실리사이드의 사용은 문제시 된다. 빠른 가열속도는 상기 문제를 해결하는데 도움이 되며, 여기에 있어서,빠른 가열속도와 피크 온도는 펄스 가열 구조가 상기 문제에 관한 해결책을 제공하는 것을 가능하게 한다.
실리사이드 공정의 문제점들: 일반적으로, 펄스 공정의 이점들은 티타늄, 코발트, 니켈 및 플라티넘 실리사이드 필름형성 공정에 있다. 예컨데, 실리콘 금속 또는 Ge, SiGe과 같은 물질들의 반응은 온도를 증가시키고 공정 시간을 단축시켜 증대된다. 이러한 방법은, 핵 생성과 결정립 성장에 영향을 주며, 공정의 유동성을 증대시킨다. 펄스 가열은 실리사이드(및 다른 금속 또는 금속 화합물) 막 공정에 유용한 다수의 장점을 제공한다.
펄스 램프의 스팩트럼은 종래의 텅스텐-할로겐 램프 보다 짧은 파장을 갖고, 두배로 효율적인 금속화된 표면을 갖으며, 상기 금속화된 표면은 일반적으로 긴파장에서 뛰어난 반사율을 갖는다.
낮은 예비온도와 높은 온도의 짧은시간 노출은 공정상에서 산소 또는 수증기 혼합물의 영향을 감소시킨다.
웨이퍼에서 긴 온도 상승 시간과 쿨-다운 시간을 제거하는 것을 통해, 본 발명에 의해서 낮은 예비온도가 촉진되는 것은 근본적으로 보다 좋은 생산성을 갖는 것으로 여겨진다. 쿨-다운의 일면은 웨이퍼가 탈착되는 동안 금속막과 산소 또는 수증기 불순물들의 반응의 위험성이 최소화될 수 있기 때문에 특히 중요하다.
또 다른 범주에서, 본 발명은 구리 막에 사용될 때 큰 적용 가능성이 고려된다. 이와 관련해서, 본 발명의 다수의 예시적인 부분들은 효과적으로 적용될 수 있다.
구리 막의 어닐링에 있어서,공정은 온도 제어의 관점에서 그다지 중요하게 여겨지진 않지만, 생산성과 비용에 관련된 문제점들은 중요시 된다. 일반적으로, 웨이퍼의 열량에 강하게 영향받는 가열과 특히 냉각속도에 의해 생산성이 강하게 영향 받는 곳에서 펄스처리는 급속열처리의 생산성의 한정을 완전히 변화시킨다. 상술된 이점들은 실시사이드와 연관되며, 이들은 특히 구리 막 공정과 관련이 있다.
웨이퍼 상의 증착된 카퍼의 리플로우를 돕기위해 열 펄스를 사용하는 것 또한 가능하다. 상기 공정은 예컨데, 스퍼터링 공정을 통해 증착된 구리의 트랜치를 채우는데 사용될 수 있다. 펄스 에너지는 트랜치를 채우는 구리의 확산을 도울 수 있고, 또는 구리 막을 녹여 트랜치로 흘러들어가게 할 수 있다. 펄스의 짧은 지속시간은 현재의 다른 물질들에 손상을 주거나, 바람직하지 못한 도펀트 확산을 야기하는 과도한 열 노출의 발생없이 웨이퍼 표면에서 공정이 진행되도록 한다.
또 다른 범주에서, 본 발명은 화학 기상 증착 분야에 사용될 때 큰 적용 가능성이 고려된다. 조합은 화학 기상 증착 방법에 의해 진행되는 막의 증착과 함께 본 발명의 펄스 방법으로 여겨진다. 여기서, 펄스 방법의 사용은 몇몇 가능성들을 제공한다. 예컨데, 쿼츠웨어(quartzware), 슬립-프리 링(slip-free rings), 샤워헤드(showerheads)와 같이 웨이퍼 온도는 아주 낮은 온도에 유지할수 있게 되어, 시스템의 다른 부분에서 열을 감소시켜 강화시킨다. 이러한 구성요소들은 차갑게 유지되며, 기생 화학 기상 증착에 의한 오염물의 구성을 적게 수용할 것이다. 짧고 높은 온도 싸이클의 사용은 다양한 성장 속도와 미세구조의 막을 위한 새로운 기회를 또한 허용한다. 이것은 기체 상 또는 표면 핵 생성과 관련된 일면 또한 변경 가능하였다. 예컨데, 기체 상 냉각장치를 유지함으로써, 기체 상의 이자형성을 감소시키는 것이 가능하다. 공정 제어를 위한 진보된 가능성이 있다. 예컨데, 인-시추 센서들은 펄스 에너지가 제공되는 동안 또는 제공된 후에 기판상에 성장된 막의 양을 탐지할 수 있으며, 공정 조건들은 막 성장에 있어 바람직한 효과를 발생하도록 하는 다음 펄스를 위해 바뀔 수 있다. 이러한 피드백은 펄스의 지속시간 ,형상제어, 시간 간격, "예비 가열" 조건, 기체 흐름과 같은 요소들, 챔버의 압력 등과 같은 요소들을 조절하는데 사용된다. 화학 기상 증착에 있어 또 다른 개념은 성장 막 내부의 도펀트 또는 다른 불순물들의 혼합을 제어하기 위한 제어 펄스를 사용하는 것이다. 높은 온도에 짧은 시간 노출하는 것은 뜻밖의 또는 만들어진 도핑 프로파일의 생산에 있어서 새로운 가능성을 허용한다.
화학 기상 증착법은 여러 경우의 넓은 스팩트럼을 커버할 수 있다. 예컨데, 실리콘 증착, 실리콘 이산화물, 시리콘 질화물, 높은 유전율과 낮은 유전율의 물질들, 금속 및 금속 화함물들을 포함한다.
다른 어닐링 공정은 본 발명을 사용함으로써, 유익할 수 있다. 예컨데, 펄스를 사용한 기술은 어닐링 공정의 전체에 적용될 수 있으며, 압력 또는 미세구조 제어를 위한, 또는 "큐어링" 목적을 위한 증착된 막의 어닐링을 포함한다. 후자의 경우, 낮은 유전율을 갖는 막에 유용하다.
웨이퍼 대 웨이퍼의 균일도와 웨이퍼 내부의 균일도로부터의 반복성을 개선하기 위한 예비 온도의 조절은 본 발명의 구문에서 추가적으로 인식된다. 조절은 센서를 사용하여 웨이퍼 상의 펄스 가열의 영향을 탐지함으로써, 펄스의 영향에서의 인-시추 측정의 기초를 형성할 수 있으며, 또는 웨이퍼 상의 공정결과의 향상에 의해 만들어 질 수 있다. 그리고 반복성 및/또한 균일도를 개선하기 위한 예비 가열 조건들에서 연속된 조절을 만든다.
예컨데, 펄스 공정 조건의 결과에 있어, 공정 온도가 너무 높다는 것이 발견되면, 다음 펄스가 낮은 온도를 갖기위해 예비 가열 온도는 낮춰질 수 있다. 그것에 의하여, 가열 펄스 조건들을 바꾸기 위한 대안이 제공된다. 더욱이, 예비 가열 조건들은 웨이퍼들 사이나 또는 각각의 웨이퍼 공정 동안에 바뀔 수 있다. 예컨데, 프리-펄스가 제공되며, 그것의 영향이 상기에서 기술한 방법을 포함한 어떠한 적합한 방법에 의해 분석된다면, 예비 가열 온도는 앞서 공급하는 공정 펄스와 시간이 맞추어지는 관계로 바뀔 수 있다. 이와 비슷한 방법은, 어떠한 멀티 펄스 공정 방법에서든 사용될 수 있다.
몇몇의 경우에 있어서,예컨데, 각기 다른 웨이퍼의 다른 표면코팅의 결과에 의해 각기 다른 웨이퍼상의 결과는 다양하다. 이러한 경우에, 예비 가열 온도는 펄스의 영향에서의 변화들을 보상하기 위해 조절될 수 있다. 온도에 있어 적합한 변화는 평가될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼에 공정이 진행된 후, 공정 결과를 평가하거나, 또는 챔버내에서 공정이 진행될 때, 센서로부터의 인-시추 측정을 통해 웨이퍼 상의 가열의 영향을 탐지할수 있다.
웨이퍼 내의 균일도 또한 이러한 방식을 사용함으로써, 조절될 수 있다. 예컨데, 웨이퍼의 부분의 공정이 너무 뜨겁게 진행되면, 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 펄스 가열 에너지의 비 균일 분포가 초래되며, 예비 가열 조건은 상기 웨이퍼의 부분에 좀더 낮은 예비 온도를 인가하기 위해 바뀔 수 있게 된다. 펄스가 다음에 인가될 때, 비 균일 예비 온도는 비 균일 펄스 가열을 보상하여, 균등과 공정 결과가 달성된다. 비 균일 예비 가열은 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다. 예컨데, 어레이 예비 가열 램프로 웨이퍼를 가열하며, 어레이 내부의 각각의 램프의 파워 레벨을 조절함으로써, 웨이퍼 전역에서 바람직한 온도 프로파일을 얻을 수 있다.
상기 한바 있는 웨이퍼 상의 균일도 또한 비 균일 펄스 가열을 웨이퍼 표면에 제공함으로써 조절될 수 있다. 예컨데, 펄스 모드에서 동작되는 램프들로 구성된 뱅크로부터 펄스 가열이 제공된다면, 웨이퍼 표면에 걸쳐 펄스 에너지의 공간 분포를 바꾸기 위해 각각의 램프로 전달되는 에너지는 조절될 수 있다. 이러한 조절은 웨이퍼 상에서 공정 후에 측정된 공정 결과를 기초로 만들어 지거나, 또는 웨이퍼 표면에 걸친 다양한 위치들에서의 펄스의 영향을 탐지하는 공정 시스템에서의 센서의 사용을 통해 만들어 질 수 있다. 화상 장치나 카메라 또한 웨이퍼 상의 펄스에서 유발되는 온도 상승의 공간 분포에 관한 정보를 제공하는데 사용된다. 물론, 비 균일 예비가열은 비 균일 가열의 결과를 신중히 발생시키기 위해서 정해진 펄스 에너지 응용의 조합에서 사용된다.
균일도의 최적화에 있어서,프리-펄스 방식은 유용하게 고려되며, 특히 다수의 센서 또는 화상 장치는 펄스에 의해 웨이퍼상에서 유발되는 온도 분포를 모니터하기 위해 사용된다. 정보는 다음 펄스에서 공정 균일도를 위한 예비 가열 분포 또는 펄스 에너지 분포를 변화시킴으로써, 공정 균일도를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
명백히 유사한 개념은 주사 에너지원에 의해 에너지가 전달되는 곳에서, 공정 균일도를 개선하는 경우에 사용될 수 있다. 다시말해, 예비 가열 또는 주사 에너지원의 빔 파라미터 중 하나는 개선된 반응성과 균일도를 얻기 위해 조절될 수 있다.
다른 접근방법은 웨이퍼의 선택된 영역에서 연속된 형태로 펄스 에너지를 전달하는 펄스 에너지 원을 사용하는 것에 포함될 수 있다. 이러한 방법은 마치 웨이퍼 전체가 하나의 펄스로 동시에 피조사 되는 것과 같이, 에너지 원이 큰 에너지로 전달될 수 없다. 따라서, 보다 작고 낮은 파워를 소모하는 전원공급기가 사용될 수 있다. 웨이퍼 전체의 적용범위는 웨이퍼를 펄스들 사이의 에너지 원(역도 성립됨)에 관하여 움직임으로써 얻을 수 있다. 이러한 실행 모드에서, 다시말해, 프리-펄스의 개념은 웨이퍼의 각 구역에 차례로 적용될 수 있다. 마찬가지로, 균 일도는 피조사되는 각각의 구역을 위한 공정 조건들을 맞춤으로써, 최적화 시킬 수 있다. 특히, 다수의 센서들 또는 화상시스템이 유요하지 않다면 상기한 방법은 유용할 수 있다. 예컨데, 펄스 에너지 원이 단지 웨이퍼의 부분만 조사할 경우, 센서는 센서는 상기 지역에서 열 응답을 탐지할 수 있다. 그 때, 웨이퍼는 다른 지역이 노출되기 위해 에너지 원과 센서에 관련하여 변환될 수 있다. 이러한 방법으로 웨이퍼는 공정 조건들이 계속 모니터링되는 동안, 단지 하나의 센서가 사용하여 공정이 진행될 수 있다. 이러한 구조는 비용을 절감시키며, 다수의 센서 시스템 또는 화상 시스템에 비교하여 단순함에서 기인되는 이점을 제공한다.
바람직하게, 펄스 에너지원이 웨이퍼 전체를 한번에 조사하지 못하는 시스템에서 적용범위의 균일도를 개선하기 위해 노출되는 지역이 중첩된다면 바람직하다. 이러한 중첩은 균일한 공정 결과에 이르는 방법으로 수행될 것이며, 펄스의 중첩 정도의 최적화에 의한 하나의 방식으로 주사된다. 예컨데, 공정이 진행되는 웨이퍼 상의 공정 결과의 평가, 그리고 펄스들 사이에서 발생되는 웨이퍼(또는 에너지 원)의 움직임의 변화에 의해 수행된다.
웨이퍼 표면의 일부분에서 다수 펄스 노출과 연관된 이전의 모든 개념들은 주사 에너지 원으로의 사용하는 것에 동등히 적용 가능하다는 것을 인식하는 것은 중요하다.
비-반도체 응용에 있어서,명세서 전반에 걸쳐서 볼 때, 본 발명은 비-반도체 물질 공정에 쉽게 사용될 수 있다. 예컨데, 본 발명은 자성 물질 공정에 적용될 수 있으며, 또는 어떠한 환경에서도 사용될 수 있다. 상기 환경은 바람직한 특성 및 또는 결과에 기인하는 급속가열 또는 급속 냉각을 말한다.
앞서 상세하게 설명된 바와 같이, 선행 기술의 특정 일면들을 다시 고려해 볼만한 가치가 있다. 선행 기술의 펄스 모드 가열 주입은 펄스 모드 세팅에 있어서,자동 온도 조절의 온도 모니터링의 충분하지 못한점을 인식하지 못하였다. 상술된 바와 같이, 자동 온도 조절의 모니터링은 펄스 모드 가열 시스템에 있어서,단독 제어 수단으로 사용될 때 본질적으로 "이 후에" 응답한다. 펄스 파라미터들이 일반적으로 앞서서 결정된 이래로, 펄스 가열의 본질 때문에 상기 문제가 발생한다. 이러한 펄스는 그리고 나서 짧은 시간에 많은 양의 에너지를 전달하며, 일단 펄스가 트리거되거나, 발사되면, 상기 펄스에 의해 가열을 조절하기 위한 기회가 제공되지 않는다. 따라서, 앞서 기술된 Logan과 같은 선행 기술의 참조문헌들은 실제 펄스 모드 가열 영역에 제공되기에 불충분하다.
본 발명 명세서는 예컨데, 시간 관련 제어, 프리-펄스의 사용, "공정 시간" 또는 실험적 결과의 실행시간에 근간을 두는 연속 처리를 위한 그밖의 테스트 펄스들과 같은 특징을 통합시키는 다수의 매우 유용한 방법에서의 문제의 해결이 고려된다. 이러한 특징들은 단독 또는 조합되어 사용된다. 이러한 특징들은 특히 공정 반복성에 대한 선행 기술과 관련하여 두드러지고 포괄적인 이점들을 제공하기 위해 추가적으로 고려된다. 즉, 본 발명은 기판과 기판사이의 변화 또는 실질적으로 관련된 물리적 특성에 상관없이 일관된 결과들을 제공하며, 상기 결과는 어느 한 기판 또는 처리 물체에서 다음 기판 또는 처리 물체로 변화된다.
본 명세서는 반도체 웨이퍼와 같은 물체의 처리 세트에 관하여 적용 가능성 이 크다고 인정된다. 예컨데, 첫번째 웨이퍼는 테스트 웨이퍼로 사용되며, 이에 있어, 처리 파라미터의 세트는 본원 명세서에 명시된 다양한 특징들의 적합한 조합을 사용함으로써 개선된다. 그 후에, 연속된 웨이퍼의 처리는 처리 파라미터 세트에 근거가 되며, 상기 파라미터는 물론 웨이퍼상에서 웨이퍼에 기초하여 추가로 미세 조정된다.
마지막 검토로써, 본원 명세서는 반도체 기판과 같은 물체를 가열하기 위한 펄스 공정 방법과 시스템이 개시되며, 단일 기판의 다중 펄스 공정의 제어 또는 각기 다른 기판의 다중 펄스 공정이 갖는 다른 물리적 특성들을 특징으로 한다.
열은 예비 가열 모드일 동안, 물체를 조절할 수 있는 방법으로 적용된다. 그것에 의하여, 예비 가열 동안, 적어도 일반적으로 물체를 통해 온도를 상승시키기 위해 물체를 선택적으로 가열한다. 물체의 제 1 면은 펄스 가열 모드에서 적어도 에너지의 제 1 펄스에 의해 가열된다. 예비가열은 제 1 펄스에 시간이 맞춰지는 관계로 제어된다. 제 1 에너지 펄스를 대한 물체의 제 1 온도 반응은 감지될 것이며, 적어도 목표 조건을 만들기 위한 적어도 제 2 에너지 펄스를 위한 펄스 파라미터들의 제 2 세트를 적어도 결정하기 위해 사용될 것이다.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 하정되는 것은 아니고 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
Claims (234)
- 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법에 있어서,예비 가열 모드중 가열장치를 이용하여 물체에 제어가능한 방식으로 열을 인가하여 물체를 선택적으로 가열함으로써, 상기 물체를 통한 온도 상승을 유발하는 단계;상기 제 1 표면을 특정의 펄스 지속시간을 갖는 에너지의 제 1 펄스에 적용시킴으로써, 상기 예비 가열 모드와 협력하는, 펄스 가열 모드에서 상기 가열장치를 이용하여 상기 물체의 제 1 표면을 가열하는 단계; 및상기 제 1 펄스를 초기화하는 것과 관련하여 특정한 구간 내에서 상기 예비 가열 모드에 의해 인가되는 열을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 물체는 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방법은, 상기 예비 가열 모드와 펄스 가열 모드를 각각 실행하기 위해, 상기 가열장치의 일부분으로서 제 1 열원과 제 2 열원을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드에 의해 인가된 열은, 상기 제 1 펄스 시작 전에 감소되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드에 의해 인가된 열은, 상기 제 1 펄스의 시작과 상기 제 1 펄스의 시작 다음 중 어느 하나로 선택되는 시간에 감소되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열은 상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가하는 단계에 의해, 상기 제어가능한 방식으로 물체에 인가되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 전력 레벨은 상기 예비 가열 부분을 제어하기 위해, 0 까지 감소되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열은 상기 예비 가열 모드에서 상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가하는 단계에 의해, 상기 제어가능한 방식으로 물체에 인가되고, 상기 전력 레벨은 상기 에너지의 제 1 펄스가 인가되기 전에 감소되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 전력 레벨은 상기 제 1 펄스의 시작 전, 및 상기 제 1 펄스의 시작 부분에서 0 까지 감소되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드는 상기 물체의 온도를 제 1 온도로 하기 위해 초기의 온도 상승 구간을 사용하고, 정상 상태 구간에서 상기 물체를 일정한 온도로 유지하고, 상기 제 1 펄스는 상기 정상 상태 구간 중에 시작됨으로써 상기 정상 상태 구간을 중지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드는 상기 물체가 제 1 온도까지 되도록 하기위해 초기의 온도 상승 구간을 사용하고, 구간 종점을 포함한 정상 상태 구간에서 상기 물체를 일정한 온도로 유지하고, 상기 제 1 펄스는 상기 정상 상태 구간의 구간 종점에 시간이 맞추어지는 관계로 시작되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드는 온도 상승 구간에서 물체가 제 1 온도까지 되도록 하는 단계들을 사용하고, 상기 제 1 펄스는 상기 물체가 상기 제 1 온도에 도달하는 시간에 맞추어지는 관계로 인가되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 온도 상승 구간에서 상기 물체의 온도는 계속 증가되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 펄스는 상기 물체가 상기 제 1 온도에 처음으로 도달한 후의 1 초 내에 인가되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 물체는 상기 예비 가열 모드와 펄스 가열 모드를 포함한 처리 지속시간을 통해 계속적인 온도 변화들을 겪는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 온도는 1000℃ 까지인 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 온도는 200℃ 내지 1100℃ 까지의 범위인 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 온도는 600℃ 내지 1000℃ 까지의 범위인 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 펄스는 상기 물체를 600℃ 내지 1410℃ 까지의 범위인 제 2 온도까지 올리는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 펄스는 상기 물체를 1050℃ 내지 1400℃ 까지의 범위인 제 2 온도까지 올리는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 온도 상승 구간에서, 상기 물체는 20℃/초의 속도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드에서, 상기 물체는 변화율로 가열되고, 상기 변화율에 있어서, 최대 순간 온도 상승 속도는 10℃/초인 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 펄스 가열 모드는 아크 램프, 플래쉬 램프 및 레이저 중에서 어느 하나에 의해 유발되는 방사와 함께 상기 제 1 펄스를 이용하여 상기 물체의 상기 제 1 표면을 조사하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예비 가열 모드는 상기 온도 상승을 유발하기 위해 상기 물체의 상기 제 2 표면을 조사하기 위한 상기 가열장치를 사용하고, 상기 펄스 가열 모드는 상 기 온도 상승에 의해 유발되는 상기 물체의 온도 보다 더 높은 처리 온도로 상기 제 1 표면을 가열하기 위해, 상기 물체의 제 1 표면을 조사하기 위한 상기 가열장치를 사용하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방법은, 상기 제 1 펄스 다음의 상기 펄스 가열 모드에서 상기 가열장치로부터 에너지의 제 2 펄스를 인가하는 단계; 및상기 제 2 펄스를 초기화하는 것과 관련하여 특정한 구간 내에서 상기 예비 가열 모드에 의해 인가되는 열을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 방법은, 상기 에너지의 제 2 펄스가 인가되는 동안에 상기 제 2 표면을 제 1 온도로 유지시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 예비 가열 모드는 상기 에너지의 제 2 펄스가 인가되기 전에, 상기 예 비 가열 모드에서 상기 물체에 인가된 에너지를 감소시킴으로써 제어되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 열은 상기 예비 가열 모드에서 상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가하는 단계에 의해 상기 제어가능한 방법으로 인가되고, 상기 에너지의 제 2 펄스에서 상기 전력 레벨을 0 까지 감소시키는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방법은, 상기 물체의 제 2 표면, 및 이에 대향하는 상기 제 1 표면의 온도를 상기 제 1 펄스 시작에 시간이 맞추어지는 관계로 측정하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 방법은, 상기 에너지의 제 1 펄스가 인가되는 동안 상기 제 2 표면이 제 1 온도로 유지되도록 상기 제 2 표면의 측정된 온도를 사용하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 물체의 제 2 표면의 제 1 온도는 상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가하고, 상기 전력 레벨을 상기 에너지의 제 1 펄스에서 0 까지 감소시킴으로써 유지되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 물체의 제 2 표면의 상기 온도는 상기 펄스 가열 모드에 들어가기 전에 상기 예비 가열 모드에서 인가된 파워를 제어함으로써 유지되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 예비 가열 장치의 예비 가열 부분에 파워 레벨이 공급되고, 상기 예비 가열 부분은 상기 물체의 상기 제 2 표면의 측정된 온도에 응하는 폐루프 피드백에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에너지의 제 1 펄스는 펄스 파라미터들 세트에 의해 특징지어 지고, 상기 방법은, 부분적으로 하나의 광학 특성의 인-시추 측정값에 기초하여 펄스 파라미터들의 제 1 세트를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 광학 특성은 반사율 및 흡수율 중 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에너지의 제 1 펄스는 펄스 파라미터들 세트에 의해 특징지어 지고, 상기 방법은, 상기 물체의 하나의 광학 특성에 관해 준비된 실험 데이타 세트에 관한 펄스 파라미터들 세트를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
- 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템에 있어서,예비 가열 모드중 물체에 제어가능한 방식으로 열을 인가하여 물체를 선택적으로 가열함으로써, 상기 물체를 통한 온도 상승을 유발하도록 형성되고, 그리고 상기 제 1 표면을 특정의 펄스 지속시간을 갖는 에너지의 제 1 펄스에 적용시킴으로써, 상기 예비 가열 모드와 협력하는, 펄스 가열 모드에서 가열장치를 이용하여 상기 물체의 제 1 표면을 가열하도록 형성된 가열장치; 및상기 가열장치에 작동가능하게 연결되고 그리고 상기 예비 가열 모드 및 펄스 가열 모드 동안에 상기 가열장치에 의해 인가되는 열을 제어하도록 구성되되, 상기 제 1 펄스를 초기화하는 것과 관련하여 특정한 구간 내에서 상기 예비 가열 모드에 의해 인가되는 열을 감소시키도록 구성되는 제어장치;를 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 물체는 반도체 기판인 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 시스템은, 상기 예비 가열 모드와 펄스 가열 모드를 각각 실행하기 위 해, 상기 가열장치의 일부분들로서 제 1 열원과 제 2 열원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
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- 제 38 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 제 1 펄스 시작 전에 상기 예비 가열 모드에 의해 인가된 열을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 예비 가열 모드에 의해 인가된 열을 (1) 상기 제 1 펄스의 시작과 (2) 상기 제 1 펄스의 시작 다음 중 어느 하나로 선택되는 시간에 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 예비 가열 모드를 실행하기 위한 예비 가열 부분을 포함하고, 상기 제어장치는 상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 44 항에 있어서,상기 제어장치는 상기 전력 레벨을 0 까지 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 44 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 에너지의 제 1 펄스가 인가되기 전에 상기 전력 레벨을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 46 항에 있어서,상기 제어장치는 상기 제 1 펄스의 시작 전에, 및 상기 제 1 펄스의 시작 부분에서 상기 전력 레벨을 0 까지 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 가열장치는,상기 예비 가열 모드에서 상기 물체의 온도를 제 1 온도로 하기 위해 초기의 온도 상승 구간을 사용하고,정상 상태 구간중 상기 물체를 일정한 온도로 유지하고,상기 정상 상태 구간 중 상기 제 1 펄스를 시작하여 상기 정상 상태 구간을 중단시키도록구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 가열 장치는 상기 예비 가열 모드의 온도 상승 구간에서 상기 물체가 제 1 온도까지 되도록 하고, 더욱이, 제 1 온도에 도달하는 상기 물체에 관하여 특정의 간격 동안에 상기 제 1 펄스가 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 온도 상승 구간에서 상기 물체의 온도를 계속 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 물체가 상기 제 1 온도에 처음으로 도달한 후의 1 초 내에 상기 제 1 펄스를 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 예비 가열 모드와 상기 펄스 가열 모드를 포함한 처리 지속시간을 통해 상기 물체가 계속적인 온도 변화들을 겪도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 제 1 온도는 1000℃ 까지인 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 제 1 온도는 200℃ 내지 1100℃ 까지의 범위인 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 제 1 온도는 600℃ 내지 1000℃ 까지의 범위인 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 물체가 600℃ 내지 1410℃ 까지의 범위인 제 2 온도까지 올라가도록 상기 제 1 펄스를 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 물체가 1050℃ 내지 1400℃ 까지의 범위인 제 2 온도까지 올라가도록 상기 제 1 펄스를 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 49 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 온도 상승 구간에서 20℃/초의 속도로 상기 물체를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 가열장치는 상기 예비 가열 모드에서 10℃/초의 최대 순간 온도 상승 속도를 포함하는 변화율로 상기 물체를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 펄스 가열 모드는 가열장치의 일부를 이루는 아크 램프, 플래쉬 램프 및 레이저 중에서 어느 하나에 의해 유발되는 방사와 함께 상기 제 1 펄스를 이용하여 상기 물체의 상기 제 1 표면을 조사하는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 가열 장치는 상기 온도 상승을 유발하기 위해 상기 물체의 상기 제 2 표면을 조사하도록 형성되고, 더욱이, 상기 온도 상승에 의해 유발되는 상기 물체 온도 보다 더 높은 처리 온도로 상기 제 1 표면을 가열하기 위해, 상기 물체의 제 1 표면을 조사하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 제어장치는상기 제 1 펄스 다음의 상기 펄스 가열 모드에서 에너지의 제 2 펄스를 인가하고, 그리고 상기 제 2 펄스를 초기화하는 것과 관련하여 특정한 구간 내에서 상기 예비 가열 모드에 의해 인가되는 열을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 62 항에 있어서,상기 제어장치는 상기 에너지의 제 2 펄스가 인가되는 동안에 상기 제 2 표면을 제 1 온도로 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 62 항에 있어서,상기 제어장치는 상기 에너지의 제 2 펄스가 인가되기 전에 상기 예비 가열 모드에서 상기 물체에 인가된 에너지를 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 62 항에 있어서,상기 가열장치는 예비 가열 부분을 포함하고, 그리고 여기에서 상기 제어장치가 상기 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가하고 그리고 상기 에너지의 제 2 펄스중에 상기 전력 레벨을 0 까지 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 시스템은, 상기 제어장치에 작동가능하게 연결되어, 상기 제 1 펄스를 초기화하는 것과 관련하여 특정한 구간 내에서 상기 물체의 상기 제 2 표면의 온도를 측정하기 위한 감지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 66 항에 있어서,상기 제어장치는 상기 제 2 표면의 측정된 온도를 사용하여 상기 가열장치가 에너지의 제 1 펄스가 인가되는 동안에 상기 제 2 표면이 제 1 온도를 유지하도록배치되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 67 항에 있어서,상기 가열장치는 예비 가열 부분을 포함하고, 그리고상기 제어장치는상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가함으로써, 상기 물체의 제 2 표면의 제 1 온도를 유지하고, 그리고에너지의 제 1 펄스 동안에 상기 전력 레벨을 0 까지 감소시키도록구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 66 항에 있어서,상기 가열장치는 예비 가열 부분을 포함하고, 그리고상기 제어장치는상기 가열장치의 예비 가열 부분에 전력 레벨을 선택적으로 인가함으로써, 상기 물체의 제 2 표면의 제 1 온도를 유지하고, 그리고상기 펄스 가열 모드에 들어가기 전에 상기 전력 레벨을 감소시키도록구성되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 에너지의 제 1 펄스는 펄스 파라미터들 세트에 의해 특징지어 지고, 상기 제어장치는 하나의 광학 특성의 인-시추 측정값에 기초하여 펄스 파라미터들의 제 1 세트를 결정하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 70 항에 있어서,상기 광학 특성은 반사율 및 흡수율 중 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
- 제 38 항에 있어서,상기 에너지의 제 1 펄스는 펄스 파라미터들 세트에 의해 특징지어 지고, 상기 제어장치는 상기 물체의 하나의 광학 특성에 관해 준비된 실험 데이타 세트에 관한 펄스 파라미터들의 제 1 세트를 결정하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 대향하는 주 표면들인 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 대향하는 주 표면들을 갖는 물체를 처리하기 위한 시스템.
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- 제 1 표면을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법에 있어서,상기 물체를 예비 가열 모드에서 가열하여 상기 물체를 통한 온도 상승을 유발시키도록 하는 단계;상기 표면을 에너지의 제 1 펄스에 적용시킴으로써, 펄스 모드에서 상기 제 1 표면을 가열하는 단계; 및상기 제 1 펄스를 초기화하는 것과 관련하여 특정한 구간 내에서 상기 예비 가열 모드에 의해 인가되는 열을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제 1 표면을 갖는 물체를 처리하기 위한 방법.
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