KR102193409B1 - 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예열 공정 - Google Patents

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베이징 이타운 세미컨덕터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
매슨 테크놀로지 인크
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Abstract

밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예열 공정이 제공된다. 일 예시적인 실시예에서, 열처리 공정은, 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 웨이퍼 지지체 상에 기판을 수용하는 단계; 상기 기판을 중간 온도로 가열하는 단계; 및 밀리세컨드 가열 플래시(millisecond heating flash)를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 기판을 중간 온도로 가열하기 전에, 상기 공정은 상기 기판을 침지 주기(soak period) 동안에 프리베이크 온도(pre-bake temperature)로 가열하는 단계를 구비할 수 있다.

Description

밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예열 공정
본 출원은 2016년 2월 1일자로 "밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예열 공정(Pre-heat Process for Millisecond Anneal System)"의 명칭으로 출원된 미국 가출원 62/289,519호를 우선권으로 하며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다.
본 개시내용은 일반적으로 열처리 챔버와, 더 구체적으로 반도체 기판 등의 기판을 처리하는데 이용되는 밀리세컨드 어닐 열처리 챔버에 관한 것이다.
밀리세컨드 어닐 시스템은 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 초고속 열처리를 위한 반도체 처리에 이용될 수 있다. 반도체 처리에서, 신속한 열처리는 임플란트 손상을 보수하고, 증착된 층의 품질을 개선하고, 층 계면부의 품질을 개선하여 도펀트를 활성화하고, 다른 목적을 성취하는 한편, 도펀트 종(dopant species)의 확산을 제어하도록 어닐 단계로서 이용될 수 있다.
반도체 기판의 밀리세컨드 또는 초고속 온도처리는 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 기판의 전체 상부면을 가열하도록 강렬하고 짧은 광 노출을 이용하여 성취될 수 있다. 기판의 일 표면만에 대한 신속한 가열은 기판의 두께를 통해 높은 온도 구배를 생성하는 한편, 대부분의 기판은 광 노출 전의 온도를 유지할 수 있다. 따라서, 대부분의 기판은 상부면의 신속한 냉각 속도를 일으키는 히트 싱크로서 작용한다.
본 개시내용의 실시예에 대한 관점 및 이점은 하기의 설명에서 부분적으로 기술되거나, 또는 그 설명으로부터 알 수 있거나, 혹은 그 실시예에 대한 실시를 통해 알 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점은 밀리세컨드 어닐 시스템(millisecond anneal system)을 위한 열처리 공정에 관한 것이다. 상기 공정은 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 웨이퍼 지지체 상에 기판을 수용하는 단계; 상기 기판을 중간 온도로 가열하는 단계; 및 밀리세컨드 가열 플래시(millisecond heating flash)를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계를 구비한다. 상기 기판을 중간 온도로 가열하기 전에, 상기 공정은 상기 기판을 침지 주기(soak period) 동안에 프리베이크 온도(pre-bake temperature)로 가열하는 단계를 구비할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 예시적인 관점은 기판을 열처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내에 기판을 수용하는 단계를 구비하며, 상기 처리 챔버는, 상기 처리 챔버를 상부 챔버와 하부 챔버로 나누는 웨이퍼 평면 플레이트를 갖는다. 상기 방법은 상기 하부 챔버에 근접하게 위치된 하나 이상의 열원을 이용하여 상기 기판을 프리베이크 온도로 가열하는 단계를 구비한다. 침지 주기 동안에, 상기 방법은 상기 기판의 온도를 대략 상기 프리베이크 온도로 유지하는 단계를 구비한다. 상기 침지 주기 후에, 상기 방법은 상기 기판의 온도를 중간 온도로 증가시키도록 상기 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다.
본 개시내용의 다른 예시적인 관점은 반도체 기판을 열처리하기 위한 시스템, 방법, 장치 및 공정에 관한 것이다.
각종 실시예에 대한 특징, 관점 및 이점은 하기의 설명 및 첨부한 청구범위를 참조하면 더욱 잘 이해될 것이다. 본 명세서의 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부한 도면은 본 개시내용의 실시예를 기술하고, 그 설명과 함께 관련된 원리를 설명하게 된다.
당업자에게 관한 실시예에 대한 상세한 설명이 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서에 기술된다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 가열 프로파일에 대한 도면,
도 2는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템의 일부에 대한 예시적인 사시도,
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 대한 분해도,
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 대한 단면도,
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 예시적인 램프에 대한 사시도,
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템의 웨이퍼 평면 플레이트에 이용되는 예시적인 에지 반사기에 대한 도면,
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용될 수 있는 예시적인 반사기에 대한 도면,
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용될 수 있는 예시적인 아크 램프에 대한 도면,
도 9-10은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 아크 램프에 대한 작동을 도시한 도면,
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 전극에 대한 단면도,
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 예시적인 아크 램프에 물과 가스(예컨대, 아르곤 가스)를 공급하기 위한 예시적인 폐쇄 루프 시스템에 대한 도면,
도 13은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예시적인 온도 측정 시스템에 대한 도면,
도 14는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 반도체 기판을 가열하기 위한 텅스텐 할로겐 램프를 갖는 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템의 도면,
도 15는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 플래시를 위한 중간 온도로 램프 전의 산화 종을 탈기하도록 침지 주기 동안에 프리베이크를 갖는 예시적인 열사이클의 도면,
도 16은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도.
실시예에 대해 상세하게 참조될 것이고, 그 실시예의 하나 이상의 예는 도면에 도시된다. 각각의 예는 실시예에 대한 설명으로서 제공되며, 본 개시내용을 제한하지 않는다. 실제로, 본 개시내용의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고서 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 도시 또는 기술된 특징이 또 다른 실시예를 산출하도록 다른 실시예와 함께 이용될 수 있다. 이에 따라, 본 개시내용의 관점은 이러한 변경 및 수정을 포함하도록 의도된다.
개요
본 개시내용의 예시적인 관점은 기판과 유전막 사이의 계면부에서 산화물의 성장을 감소 또는 제한하는 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예열 공정에 관한 것이다. 본 개시내용의 관점은 도시 및 설명을 위해 "웨이퍼" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 기술된다. 본원에 제공된 개시내용을 이용하여 당업자는 본 개시내용의 예시적인 관점이 임의의 워크피스, 반도체 기판 또는 다른 적절한 기판과 관련하여 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 수치와 관련된 용어 "약"에 대한 사용은 기술된 수치의 10% 이내를 지칭하도록 의도된다.
밀리세컨드 어닐 처리 챔버 내의 반도체 기판에 대한 열처리는 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 웨이퍼의 전체 상부면을 가열하도록 강렬하고 짧은 광 노출(예컨대, "플래시")을 이용하여 성취될 수 있다. 일반적인 열처리 사이클은, (a) 챔버 내에 저온 반도체 기판을 반입하는 단계; (b) 예컨대 질소 가스(대기압)로 챔버를 퍼징하는 단계; (c) 반도체 기판을 중간 온도(Ti)로 가열하는 단계; (d) 반도체 기판의 상부면에 대한 플래시 노출에 의해 밀리세컨드 가열하는 한편, 대부분의 웨이퍼를 Ti로 유지하는 단계; (e) 반도체 기판의 상부면을 전도성으로 결합된 히트 싱크인 대부분의 반도체 기판으로 전도성 냉각에 의한 급냉; (f) 냉각제로서 대기압에서 공정 가스에 의한 열방사 및 대류에 의해 대부분의 반도체 기판에 대한 서냉; 및 (g) 반도체 기판을 카세트로 다시 운반하는 단계를 구비할 수 있다.
열처리 사이클(예컨대, 지속기간, 온도 설정점, 가열 속도 등)에서의 처리 단계의 정확한 변수는 소위 공정 레시피에서 규정될 수 있다. 그 레시피는 편집가능하여 사용자에 의해 변경될 수 있다. 상기 레시피는 전자 시스템 제어기에 의해 런타임 시에 수행될 수 있다. 상기 제어기(들)는 하나 이상의 프로세서 및 하나 이상의 메모리 장치를 구비할 수 있다. 메모리 장치는 하나 이상의 프로세서에 의해 수행될 때, 제어기가 레시피를 실시하게 하는 컴퓨터 판독가능한 지시로서 상기 레시피를 저장할 수 있다.
상기 시스템은 하나 이상의 메모리 장치 내에 저장된 다수의 사전 정의된 레시피를 가질 수 있다. 적용 또는 열처리 타입이 결정되어 그 레시피가 수행된다. 반도체 기판은, 예컨대 25개 반도체 기판 또는 다른 적절한 입력 메커니즘을 보유하는 카세트를 수용하는 FOUP(Front Opening Unified Pods: 전방개방 통합포드)에 의해 상기 시스템 상에 반입될 수 있다. 25개 반도체 기판의 엔티티는 반도체 기판의 "배치(batch)" 또는 "로트(lot)"를 구성할 수 있다. 일반적으로, 로트는 동일한 레시피로 처리된다. 동일한 레시피를 갖는 처리 로트들 간에 중단이 없다면, 상기 시스템은 연속 모드에서 계속하도록 할 수 있다.
이러한 처리 사이클이 수행되는 처리 챔버는 일반적으로 제어된 주위 가스로 대기압에서 동작된다. 일부 적용에서, 산소의 존재는 회피될 필요가 있다. 이러한 목적으로, 주위 가스는 순수 질소일 수 있다. 암모니아, 수소, 듀테륨 또는 포밍 가스 혹은 그 혼합물과 같은 다른 가스가 이용될 수도 있다. 다른 적용은 광범위한 주위 가스, 예컨대 산소, 오존, N2O 및 NO 등의 질소산화물, 산소와 수소의 혼합물, 및 NF3 또는 HCl 등의 할로겐 함유 성분을 이용할 수 있다.
막층(예컨대, 유전막층)이 이전 공정 단계에서 기판 상에 증착되어 있는 경우에, 산화물은 기판의 열처리 동안에 막 아래에서 성장할 수 있다. 산화제는 막 자체 내의 잔여 산소일 수 있다. 산화물은 종종 반도체 웨이퍼의 실리콘 또는 실리콘-게르마늄의 계면부에 형성된 실리콘산화물일 수 있다. 이러한 산화물은 장치의 전기적 변수에 열화를 초래할 수 있다.
예컨대, 증착된 막은 비교적 높은 유전상수를 갖는 물질의 막일 수 있다. "하이-k(high-k)" 막은 이산화규소의 유전상수보다 더 큰 유전상수를 갖는다. 하이-k 막은 종종 트랜지스터를 위한 게이트 유전체 또는 캐패시터에 채용되는 유전체를 형성하는데 이용된다. 이들 적용에서, 단위 영역당 커패시턴트를 최대화 또는 증대시키는데 유용할 수 있다. 그러나, 하이-k 막과 반도체 기판 사이에서 산화물이 성장하면, 단위 영역당 커패시턴트를 감소시키는 경향이 있다.
산화 속도는 산화 종의 농도 및 온도에 의해 증대한다. 하이-k 막은 종종 원차증 증착법(atomic-layer deposition: ALD) 또는 유기 금속 화학 증착법(metalorganic chemical vapor deposition: MOCVD)에 의해 증착되고, 그 결과 증착 공정에 이용되는 화학 전구체와 같은 잔여 불순물을 증착 공정으로부터 포함할 수 있다. 예컨대, H2O, OH, 염소 또는 탄소 등의 종은 막 내에 남아 있을 수 있다. 이들 종 일부는 기판의 바람직하지 못한 산화를 증대시킬 수 있거나, 또는 이와는 달리 전기적 특성을 열화시킬 수 있다.
막으로부터 잔여 산소를 신속하게 제거하는 하나의 접근법은 저압 수소 환경을 채용하는 것일 수 있다. 수소는 산소 종과 화학적으로 반응하거나 또는 형성하는 임의의 산화물을 감소시킬 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점은 반도체 웨이퍼와 유전막 사이의 계면부에서 산화물의 성장을 감소 또는 제한하는 예열 공정을 이용하여 반도체 기판을 열처리하는 것에 관한 것이다. 일부 적용에서, 반도체 기판은 통상적인 밀리세컨드 어닐 열사이클이 수행되기 전에 실온 이상의 프리베이크 온도로 가열될 수 있다.
예컨대, 일 예시적인 실시예에서, 열처리 공정은 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 웨이퍼 지지체 상에 기판을 수용하는 단계; 상기 기판을 중간 온도로 가열하는 단계; 및 밀리세컨드 가열 플래시를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 기판을 중간 온도로 가열하기 전에, 상기 공정은 상기 기판을 침지 주기 동안에 프리베이크 온도로 가열하는 단계를 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 프리베이크 온도는 상기 기판에 관련된 산화를 위한 반응 속도를 감소시키도록 선택된다. 일부 실시예에서, 상기 프리베이크 온도는 상기 기판과 관련된 층간 성장(inter-layer growth)을 방지하도록 선택된다. 예컨대, 일부 실시예에서, 상기 프리베이크 온도는 약 200℃ 내지 약 500℃의 범위에 있다. 일부 실시예에서, 상기 침지 주기는 약 0.5초 내지 약 10분, 예컨대 약 100초 미만, 예컨대 약 30초 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 공정은 상기 처리 챔버 내에 주위 가스를 허용하는 단계를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 주위 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 주위 가스는 대기압에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 주위 가스는 약 1 토르 미만의 압력에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 주위 가스는 수소, 듀테륨, 암모니아 또는 하이드라진 종 중 하나 이상을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 공정은 화학적 환원 종을 형성하도록 플라즈마를 유도하는 단계를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, UV 광원은 여기된 종 및 라디칼을 형성하는데 이용될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 예시적인 관점은 기판을 열처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내에 기판을 수용하는 단계를 구비하며, 상기 처리 챔버는, 상기 처리 챔버를 상부 챔버와 하부 챔버로 나누는 웨이퍼 평면 플레이트를 갖는다. 상기 방법은 상기 하부 챔버에 근접하게 위치된 하나 이상의 열원을 이용하여 상기 기판을 프리베이크 온도로 가열하는 단계를 구비한다. 침지 주기 동안에, 상기 방법은 상기 기판의 온도를 대략 상기 프리베이크 온도로 유지하는 단계를 구비한다. 상기 침지 주기 후에, 상기 방법은 상기 기판의 온도를 중간 온도로 증가시키도록 상기 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 프리베이크 온도는 약 200℃ 내지 약 500℃의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 침지 주기는 약 0.5초 내지 약 10분일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 침지 주기 전에 또는 그 동안에, 상기 처리 챔버 내에 주위 가스를 허용하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 주위 가스는 수소, 듀테륨, 암모니아 또는 하이드라진 종 중 하나 이상을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 침지 주기 전에 또는 그 동안에 화학적 환원 종을 형성하도록 플라즈마를 유도하는 단계를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, UV 광원은 여기된 종 및 라디칼을 형성하는데 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 침지 주기 후에, 상기 방법은 상기 기판의 온도를 중간 온도로 증가시키도록 상기 기판을 가열하는 단계를 구비한다. 상기 기판을 상기 중간 온도로 가열한 후에, 상기 방법은 밀리세컨드 가열 플래시를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다.
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템은, 예컨대 약 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 웨이퍼의 전체 상부면을 가열하도록 강렬하고 짧은 광 노출을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 1은 밀리세컨드 어닐 시스템을 이용하여 성취된 반도체 기판의 예시적인 온도 프로파일(100)을 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 대부분의 반도체 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)은 램프 상(ramp phase)(102) 동안에 중간 온도(Ti)로 가열된다. 중간 온도는 약 450℃ 내지 약 900℃ 범위일 수 있다. 중간 온도(Ti)에 도달하면, 반도체 기판의 상측부는 최대 약 104℃/초의 가열 속도를 초래하는 매우 짧고 강렬한 광 플래시에 노출될 수 있다. 원도우(110)는 짧고 강렬한 광 플래시 동안의 반도체 기판의 온도 프로파일을 나타낸다. 곡선(112)은 플래시 노출 동안의 반도체 기판의 상부면에 대한 급속한 가열을 나타낸다. 곡선(116)은 플래시 노출 동안의 반도체 기판의 대부분 또는 나머지 부분의 온도를 도시한다. 곡선(114)은 히트 싱크로서 작용하는 대부분의 반도체 기판에 의한 반도체 기판의 상부면의 냉각에 대한 전도에 의해 급속한 냉각을 나타낸다. 대부분의 반도체 기판은 기판을 위한 높은 상측부 냉각 속도를 발생시키는 히트 싱크로서 작용한다. 곡선(104)은 냉각제로서 처리 가스에 의해 열방사 및 대류에 의한 대부분의 반도체 기판의 서냉을 나타낸다. 본 개시내용의 예시적인 관점에 의하면, 열공정은 기판을 중간 온도로 가열하기 전에 침지 주기 동안에 프리베이크 온도로 반도체 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다(도 15 참조).
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템은 반도체 기판의 상부면에 대한 강렬한 밀리세컨드의 긴 노출, 소위 "플래시"를 위한 광원으로서 복수의 아크 램프(예컨대, 4개의 아르곤 아크 램프)를 구비할 수 있다. 상기 플래시는 기판이 중간 온도(예컨대, 약 450℃ 내지 약 900℃)로 가열되었을 때에 반도체 기판에 가해질 수 있다. 복수의 연속적인 모드 아크 램프(예컨대, 2개의 아르곤 아크 램프) 또는 다른 램프(예컨대, 텅스텐 램프)가 반도체 기판을 프리베이크 온도 및/또는 중간 온도로 가열하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 반도체 기판을 프리베이크 온도 및/또는 중간 온도로 가열하는 것은 반도체 기판의 하부면을 통해 웨이퍼의 전체 부피를 가열하는 램프 속도로 성취된다.
도 2 내지 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템(80)에 대한 각종 관점을 도시한다. 도 2-4에 도시한 바와 같이, 밀리세컨드 어닐 시스템(80)은 처리 챔버(200)를 구비할 수 있다. 처리 챔버(200)는 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 의해 상부 챔버(202)와 하부 챔버(204)로 나뉠 수 있다. 반도체 기판(60)(예컨대, 실리콘 웨이퍼)은 웨이퍼 지지 플레이트(214)(예컨대, 웨이퍼 평면 플레이트(210) 내에 삽입된 석영유리 플레이트)에 장착된 지지 핀(212)(예컨대, 석영 지지핀)에 의해 지지될 수 있다.
도 2 및 4에 도시한 바와 같이, 밀리세컨드 어닐 시스템(80)은 반도체 기판(60)의 상부면에 대한 강렬한 밀리세컨드의 긴 노출, 소위 "플래시"를 위한 광원으로서, 상부 챔버(202)에 근접하에 배치된 복수의 아크 램프(220)(예컨대, 4개의 아르곤 아크 램프)를 구비할 수 있다. 상기 플래시는 기판이 중간 온도(예컨대, 약 450℃ 내지 약 900℃)로 가열되었을 때에 반도체 기판에 가해질 수 있다.
하부 챔버(204)에 근접하게 위치된 복수의 연속적인 모드 아크 램프(240)(예컨대, 2개의 아르곤 아크 램프)가 반도체 기판(60)을 프리베이크 온도 및/또는 중간 온도로 가열하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 반도체 기판(60)을 프리베이크 온도 및/또는 중간 온도로 가열하는 것은 반도체 기판의 하부면을 통해 하부챔버(204)로부터 반도체 기판(60)의 전체 부피를 가열하는 램프 속도로 성취된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 하부 아크 램프(240)(예컨대, 반도체 기판을 중간 온도로 가열할 때 사용)로부터 그리고 상부 아크 램프(220)(예컨대, 플래시에 의해 밀리세컨드 가열을 제공할 때 사용)로부터 반도체 기판(60)을 가열하는 광은 워터 윈도우(260)(예컨대, 수냉식 석영유리 윈도우)를 통해 처리 챔버(200)에 도입될 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 윈도우(260)는 4 mm 두께의 워터층이 석영 판(panes)을 냉각하도록 순환되고 있는 것과 예컨대 약 1400 nm 이상의 파장에 광 필터를 제공하는 것 사이에 2개의 석영유리 판의 샌드위치를 구비할 수 있다.
도 3에 또 도시한 바와 같이, 처리 챔버 벽(250)은 가열 광을 반사시키기 위한 반사 미러(270)를 구비할 수 있다. 반사 미러(270)는, 예컨대 수냉식 광택 알루미늄 패널일 수 있다. 일부 실시예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 아크 램프의 메인 바디는 램프 방사를 위한 반사기를 구비할 수 있다. 도 5는 밀리세컨드 어닐 시스템(80)에 이용될 수 있는 상부 램프 어레이(220)와 하부 램프 어레이(240) 양자에 대한 사시도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 각 램프 어레이(220, 240)의 메인 바디는 가열 광을 반사시키기 위한 반사기(262)를 구비할 수 있다. 이들 반사기(262)는 밀리세컨드 어닐 시스템(80)의 처리 챔버(200)의 반사 표면의 일부를 형성할 수 있다.
반도체 기판의 온도 균일성은 반도체 기판의 상이한 영역 상에 낙하하는 광 밀도를 조작함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 균일성 조율(uniformity tuning)은 작은 사이즈의 반사기의 반사 등급을 메인 반사기로 변경함으로써 그리고/또는 웨이퍼를 둘러싸는 웨이퍼 지지 평면 상에 장착된 에지 반사기의 사용에 의해 성취될 수 있다.
예컨대, 에지 반사기는 하부 램프(240)로부터 반도체 기판(60)의 에지로 광을 재지향시키는데 이용될 수 있다. 일례로서, 도 6은 하부 램프(240)로부터 반도체 기판(60)의 에지로 광을 지향시키는데 이용될 수 있는 웨이퍼 평면 플레이트(210)의 일부를 형성하는 예시적인 에지 반사기(264)를 도시한다. 에지 반사기(264)는 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 장착될 수 있고, 반도체 기판(60)을 둘러싸거나 또는 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
일부 실시예에서, 웨이퍼 평면 플레이트(210) 근방의 챔버 벽 상에 추가적인 반사기가 장착될 수도 있다. 예컨대, 도 7은 가열 광을 위한 반사기 미러로서 작용할 수 있는 처리 챔버 벽에 장착될 수 있는 예시적인 반사기를 도시한다. 더 구체적으로, 도 7은 하부 챔버 벽(254)에 장착된 예시적인 웨지 반사기(272)를 도시한다. 또한, 도 7은 상부 챔버 벽(252)의 반사기(270)에 장착된 반사 요소(274)를 도시한다. 반도체 기판(60)의 처리에 대한 균일성은 처리 챔버(200) 내의 웨지 반사기(272) 및/또는 다른 반사 요소(예컨대, 반사 요소(274))의 반사 등급을 변경시킴으로써 조율될 수 있다.
도 8-11은 반도체 기판(60)의 상부면의 강렬한 밀리세컨드의 긴 노출(예컨대, "플래시")을 위한 광원으로서 이용될 수 있는 예시적인 상부 아크 램프(220)에 대한 관점을 도시한다. 예컨대, 도 8은 예시적인 아크 램프(220)의 단면도를 도시한다. 아크 램프(220)는, 예컨대 개방 흐름 아크 램프일 수 있으며, 여기서 아크 방전 동안에 가압된 아르곤 가스(또는 다른 적절한 가스)가 고압 플라즈마로 변환된다. 아크 방전은 음전하 캐소드(222)와 이격된 양전하 애노드(230)(예컨대, 약 300 mm 이격됨) 사이의 석영 튜브(225)에서 일어난다. 캐소드(222)와 애노드(230) 사이의 전압이 아르곤 또는 다른 적절한 가스의 파괴 전압(예컨대, 약 30 kV)에 도달하자마자, 전자기 스펙트럼의 가시적 및 UV 범위에서 광을 방출하는 안정된 낮은 유도 플라즈마가 형성된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 램프는 반도체 기판(60)의 처리를 위해 램프에 의해 제공된 광을 반사시키는데 이용될 수 있는 램프 반사기(262)를 구비할 수 있다.
도 10 및 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템(80) 내의 아크 램프(220)에 대한 예시적인 작동의 관점을 도시한다. 더 구체적으로, 워터 벽(228)에 의해 내부로부터 수냉된 석영 튜브(225) 내에는 플라즈마(226)가 수용된다. 워터 벽(228)은 램프(220)의 캐소드 단부 상에서 높은 유속으로 주입되어 애노드 단부에서 배출된다. 캐소드 단부에서 램프(220)에 도입되어 애노드 단부로부터 배출되는 아르곤 가스(229)에 대해서도 마찬가지이다. 워터 벽(228)을 형성하는 물은 원심 작용이 물 소용돌이를 발생시키도록 램프 축에 수직하게 주입된다. 이런 이유로, 램프의 중심선을 따라, 아르곤 가스(229)를 위해 채널이 형성된다. 아르곤 가스 칼럼(229)은 워터 벽(228)과 동일한 방향으로 회전하고 있다. 플라즈마(226)가 형성되기만 하면, 워터 벽(228)은 석영 튜브(225)를 보호하고 있고 플라즈마(226)를 중심축에 구속하고 있다. 워터 벽(228)과 전극(캐소드(230)와 애노드(222))만이 고 에너지 플라즈마(226)와 직접 접촉한다.
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 아크 램프와 함께 이용되는 예시적인 전극(예컨대, 캐소드(230))에 대한 단면도를 도시한다. 도 11은 캐소드(230)를 도시한다. 그러나, 애노드(222)를 위해 유사한 구성이 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극이 높은 열부하를 받음에 따라, 전극 중 하나 이상은 팁(232)을 각각 구비할 수 있다. 팁은 텅스텐으로 제조될 수 있다. 팁은 수냉식 구리 히트 싱크(234)에 결합 및/또는 융합될 수 있다. 구리 히트 싱크(234)는 전극의 내부 냉각 시스템(예컨대, 하나 이상의 워터 냉각 채널(236))의 적어도 일부를 구비할 수 있다. 전극은 워터 냉각 채널(236)을 갖는 황동 베이스(235)를 더 구비하여, 물 또는 다른 유체의 순환과, 전극의 냉각을 제공할 수 있다.
본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 아크 램프는 물과 아르곤 가스를 위한 개방 흐름일 수 있다. 그러나, 관리를 이유로, 일부 실시예에서는 양자의 매체가 폐쇄 루프 시스템에서 순환될 수 있다.
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 개방 흐름 아르곤 아크 램프를 작동시키는데 요구되는 물과 아르곤 가스를 공급하기 위한 예시적인 폐쇄 루프 시스템(300)을 도시한다.
더 구체적으로, 램프(220)에는 고순도 물(302)과 아르곤(304)이 공급된다. 고순도 물(302)은 워터 벽과, 전극의 냉각을 위해 이용된다. 램프에서 나오는 것은 가스/물 혼합물(306)이다. 이러한 가스/물 혼합물(306)은 램프(220)의 입구로 재공급될 수 있기 전에 분리기(310)에 의해 무가스 물(302) 및 건조 아르곤(304)으로 분리된다. 램프(220)를 가로질러 요구되는 압력 강하를 발생시키기 위해, 가스/물 혼합물(306)은 워터 구동식 제트 펌프(320)에 의해 펌핑된다.
고전력 전기 펌프(330)는 램프(220) 내의 워터 벽을 구동하는 수압, 램프 전극을 위한 냉각수, 및 제트 펌프(320)를 위한 모티브 흐름(motive flow)을 공급한다. 제트 펌프(320)의 하류에 있는 분리기(310)는 혼합물로부터 액상 및 기상(아르곤)을 추출하는데 이용될 수 있다. 아르곤은 램프(220)에 재도입하기 전에 복합 필터(340) 내에서 더욱 건조된다. 필요하다면, 추가적인 아르곤이 아르곤 공급원(350)으로부터 공급될 수 있다.
물은 아크에 의해 물 내에 스퍼터링되는 입자를 제거하도록 하나 이상의 입자 필터(350)를 통과하고 있다. 이온성 오염물은 이온교환 수지에 의해 제거된다. 물의 일부는 혼합층 이온교환 필터(370)를 통해 흐르게 된다. 이온교환 바이패스(370)로의 입구 밸브(372)는 물 저항률에 의해 제어될 수 있다. 물 저항률이 하한값으로 떨어지면, 밸브(372)가 개방되고, 상한값에 도달할 때, 밸브(372)가 폐쇄된다. 상기 시스템은 물의 일부가 유기 오염물을 제거하도록 추가적으로 여과될 수 있는 활성탄 필터 바이패스 루프(380)를 수용할 수 있다. 수온을 유지하기 위해, 물은 열교환기(390)를 통과할 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템은 반도체 기판의 양자의 표면(예컨대, 상부면과 하부면)의 온도를 독립적으로 측정하는 능력을 구비할 수 있다. 도 13은 밀리세컨드 어닐 시스템(200)을 위한 예시적인 온도 측정 시스템(150)을 도시한다.
도 13에서는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)의 단순화된 도시를 나타낸다. 반도체 기판(60)의 양측부의 온도는 온도 센서(152)와 온도 센서(154) 등의 온도 센서에 의해 독립적으로 측정될 수 있다. 온도 센서(152)는 반도체 기판(60)의 상부면의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(154)는 반도체 기판(60)의 하부면의 온도를 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 약 1400 nm의 측정 파장을 갖는 좁은 밴드 고온측정 센서는 온도 센서(152 및/또는 154)로서 이용되어, 예컨대 반도체 기판(60)의 중앙 영역의 온도를 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 센서(152, 154)는 플래시 가열에 의해 야기되는 밀리세컨드 온도 스파이크를 해결하기에 충분히 높은 샘플링 레이트(sampling rate)를 갖는 초고속 라디오미터(ultra-fast radiometers: UFR)일 수 있다.
온도 센서(152, 154)의 판독은 방사율 보상형((emissivity compensated)일 수 있다. 도 13에 도시한 바와 같이, 방사율 보상 스킴(emissivity compensation scheme)은 진단 플래시(156), 참조 온도 센서(158) 및 반도체 웨이퍼의 상하부면을 측정하도록 구성된 온도 센서(152, 154)를 구비할 수 있다. 진단 가열 및 측정이 진단 플래시(156)(예컨대, 테스트 플래시)와 함께 이용될 수 있다. 참조 온도 센서(158)로부터의 측정은 온도 센서(152, 154)의 방사율 보상을 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템(200)은 워터 윈도우를 구비할 수 있다. 워터 윈도우는 온도 센서(152, 154)의 측정 밴드에서 램프 방사를 억제하는 광 필터를 제공하여, 온도 센서(152, 154)만이 반도체 기판으로부터의 방사를 측정할 수 있다.
온도 센서(152, 154)의 판독은 프로세서 회로(160)에 제공될 수 있다. 프로세서 회로(160)는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)의 하우징 내에 위치될 수 있지만, 변형적으로, 프로세서 회로(160)는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)으로부터 이격되게 위치될 수 있다. 본원에 기술된 각종 기능은 소망한다면 단일의 프로세서 회로에 의해, 또는 국부 및/또는 원격 프로세서 회로의 다른 조합에 의해 수행될 수 있다.
상세하게 후술되는 바와 같이, 온도 측정 시스템은 웨이퍼 지지 플레이트(예컨대, 도 16에 도시)의 하나 이상의 온도 측정을 얻도록 구성된 온도 센서와 같은 다른 온도 센서, 및/또는 예컨대 약 450℃ 미만, 예컨대 약 300℃ 미만, 예컨대 약 250℃ 미만의 온도에서 반도체 기판의 하나 이상의 온도 측정을 얻도록 구성된 원적외선 온도 센서(예컨대, 도 22에 도시)를 구비할 수 있다. 프로세서 회로(160)는 반도체 기판 및/또는 웨이퍼 지지 플레이트의 온도를 결정하기 위해 온도 센서로부터 얻어진 측정을 처리하도록 구성될 수 있다.
반도체 기판을 중간 온도(Ti)로 가열하기 위한 변형 공급원은 하부 처리 챔버 내에 위치된 텅스텐 할로겐 램프의 어레이일 수 있다. 예컨대, 2개의 연속적인 모드 아크 램프 각각은 250 kW의 총 파워를 위한 125 kW의 전력을 각각 가질 수 있다. 6 kW의 40개 텅스텐 할로겐 램프의 어레이 각각은 동일한 파워를 제공할 수 있다. 도 14는 반도체 기판(60)을 프리베이크 온도 및/또는 중간 온도(Ti)로 가열하기 위한 텅스텐 할로겐 램프(245)를 갖는 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템을 도시한다. 할로겐 램프로 가열하는 이점은 경제적인 것이다. 텅스텐 할로겐 램프는 비용이 쌀 수 있고, 훨씬 더 긴 수명을 가질 수 있다. 또한, 텅스텐 할로겐 램프는 단지 전기 연결만을 요구하므로, 값비싼 물 냉각 및 수처리 유닛에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
산화물 성장을 감소시키기 위한 예시적인 예열 공정
본 개시내용의 예시적인 관점은 기판과 유전막 사이의 계면부에서 산화물의 성장을 감소시키거나, 또는 층간 두께도 감소시키면서 웨이퍼를 열처리하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 개시내용의 예시적인 관점에 따른 예열 공정은 바람직하지 못한 불순물의 영향을 제거함으로써 막 적층체의 전기적 품질을 개선할 수 있다.
일부 실시예에서, 반도체 기판은 통상적인 열사이클이 수행되기 전에 실온 이상이고 중간 온도 미만인 프리베이크 온도로 가열될 수 있다. 프리베이크 온도의 온도 상한값은 산화를 위한 반응 속도가 층간 성장을 방지하기에 충분히 낮도록 설정될 수 있다(예컨대, 일반적으로 < 약 500℃). 프리베이크 온도의 온도 하한값은 산화 종 또는 다른 바람직하지 못한 종이 충분히 짧은 시간에 산화 종 또는 다른 다른 바람직하지 못한 종의 제거를 완료하기에 충분히 높도록 설정될 수 있다(예컨대, 일반적으로 > 약 200℃).
프리베이크 온도에 소비되는 시간은 최적화된 웨이퍼 스루풋을 위한 가장 짧은 총 레시피 시간을 제공하는 한편, 다른 바람직하지 못한 종이 막을 떠나도록 적절한 시간이 제공되게 확인하도록 선택(예컨대, 최적화)될 수 있다. 이러한 주기는 "침지 주기(soak period)"로서 언급될 수 있다. 일부 실시예에서, 프리베이크 온도에서의 침지 주기는 약 5초 내지 약 10분, 예컨대 약 100초 미만, 예컨대 약 30초 미만일 수 있다.
전체 공정이 대기압에서 상대적으로 불활성가스 환경, 예컨대, 질소, 아르곤 또는 헬륨 내에서 수행될 수 있지만, 저압 환경, 예컨대 1 토르 미만의 압력에서 수행될 수도 있다. 또한, 바람직하지 못한 종의 탈착을 조력하고, 산화물을 감소시키기 위해 돕고, 임의의 잔여 산화 종과 반응할 수 있는 종의 조력으로 수행될 수도 있다. 이러한 목적을 위해, 가스 환경은 수소, 듀테륨, 암모니아 또는 하이드라진 종을 함유할 수 있다. 이들 가스는 상대적으로 불활성가스 종 중 하나와 혼합될 수 있다.
또한, 웨이퍼 온도를 비교적 낮게 유지하는 한편, 화학적 환원 종을 형성하도록 플라즈마원을 채용함으로써 반응 속도를 증대시키는 것이 가능하다. 예컨대, 플라즈마원은 반도체 기판 근방에서 수소 또는 듀테륨 라디칼을 제공할 수 있다. 여기서 환원 종에 대해 주로 초점 맞춰지지만, 온도가 충분히 낮게 유지된다면 저온 침지와, 이들 종 자체가 층간 성장을 야기하지 않기에 충분히 짧은 침지 시간 동안에 산화 종을 이용하는 것이 가능하다. 예컨대, (예컨대, 플라즈마로부터의) 산소 분자 또는 산소 라디칼과 같은 산화 종은 막 내에 또는 그 표면에서 불순물을 제거하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 반응 종은 US 에너지원, 예컨대 가열 아크 램프 또는 다른 UV원에 의해 생성될 수도 있다.
도 15는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 플래시를 위한 중간 온도로 램프 전에 산화 종을 탈기하도록 침지 주기 동안에 프리베이크를 갖는 일 예시적인 열사이클을 도시한다. 도시한 바와 같이, 반응 종(64)을 갖는 막(62)을 구비한 기판(60)은 프리베이크 온도(TPre - Bake)로 가열될 수 있다. 프리베이크 온도(TPre - Bake)는, 예컨대 약 200℃ 내지 약 500℃의 범위일 수 있다. 기판(60)은 침지 주기(t soak ) 동안에 프리베이크 온도로 유지될 수 있다. 반응 종(64)은 침지 주기(t soak ) 동안에 탈기될 수 있다. 침지 주기(t soak )는, 예컨대 약 0.5초 내지 약 10분의 범위, 예컨대 약 100초 미만, 예컨대 약 30초 미만일 수 있다. 그 다음, 그 온도는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 플래시를 수용하기 전에 중간 온도로 오를 수 있다.
도 16은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 도 16은 도시 및 기술의 목적을 위해 특정한 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 본원에 제공된 개시내용을 이용하는 당업자는, 본원에 기술된 방법 또는 공정 중 어느 것의 각종 단계는 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고서 각종 방식으로 변경, 채택, 확장, 생략 및/또는 재배치될 수 있음을 이해할 것이다.
(402)에서, 상기 방법은 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 웨이퍼 지지체 상에 기판을 수용하는 단계를 구비할 수 있다. 예컨대, 기판은 밀리세컨드 어닐 시스템과 관련된 처리 챔버를 상부 챔버와 하부 챔버로 나누는 웨이퍼 지지 플레이트의 일부로서 제공된 웨이퍼 지지체 상에 수용될 수 있다.
(404)에서, 상기 방법은 기판을 프리베이크 온도로 가열하는 단계를 구비할 수 있다. 상술한 바와 같이, 프리베이크 온도는 기판의 산화를 위한 반응 속도를 감소시키고 그리고/또는 층간 성장을 방지하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 프리베이크 온도는 약 200℃ 내지 약 500℃의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 밀리세컨드 어닐 시스템의 하부 챔버에 근접하게 위치된 열원(예컨대, 아크 램프, 텅스텐 할로겐 램프)을 이용하여 프리베이크 온도로 가열될 수 있다.
(406)에서, 상기 방법은 침지 주기가 끝났는지의 여부를 결정하는 단계를 구비할 수 있다. 침지 주기는 바람직하지 못한 종이 막을 떠나게 하기에 충분히 길지만, 총 처리 시간에 불필요하게 영향을 미치지 않는 시간 주기일 수 있다. 일부 실시예에서, 프리베이크 온도에서의 침지 주기는 약 0.5초 내지 약 10분의 범위, 예컨대 약 100초 미만, 예컨대 약 30초 미만일 수 있다.
침지 주기가 끝나지 않는다면, 상기 방법은 (408)에 도시한 바와 같이 그 온도를 프리베이크 온도로 유지하는 단계를 구비할 수 있다. 또한, 상기 방법은, (410)에 도시한 바와 같이 바람직하지 못한 종의 탈착을 조력하고, 산화물을 감소시키기 위해 돕고, 임의의 잔여 산화 종과 반응할 수 있는 주위 가스 종을 허용하는 단계를 선택적으로 구비할 수 있다. 예컨대, 주위 가스는 수소, 듀테륨, 암모니아 및/또는 하이드라진 종을 구비할 수 있다. 이들 가스는 상대적으로 불활성가스 종 중 하나, 예컨대 질소와 혼합될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 (410)에서, 웨이퍼 온도를 비교적 낮게 유지하는 한편, 화학적 환원 종을 형성하기 위해 플라즈마를 유도하도록 플라즈마원을 채용하는 단계를 구비할 수 있다. 예컨대, 플라즈마원은 반도체 기판 근방에서 수소 또는 듀데륨 라디칼을 제공할 수 있다.
또한, 종(species)은 막 내의 결함을 부동화함으로써 막 품질을 개선하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 산소 또는 질소 함유 종은 결함을 부동화하는데 도움을 줄 수 있지만, 공정 조건은 산화물 층간 성장의 크기를 제한하도록 선택되어야 한다. 저온 침지 조건은 이러한 결함 부동화 공정을 조력하도록 선택될 수 있다. 또한, 불순물 제거 및 결함 부동화에 조력하는 여기된 종 및 라디칼을 생성하도록 자외선(UV)원을 이용하는 것이 유용할 수 있다. UV 에너지원은 시스템 내의 아크 램프 중 어느 것일 수 있으며, 이는 350 nm 미만의 파장에서 상당한 방사속(radiant power)을 생성한다. 예컨대, UV 파장은 산소, 질소, NO, N20, 하이드라진, 수소, 암모니아, 수증기 및/또는 트라이클로로에틸렌, 디클로로에틸렌, 트리클로로에탄, HCI 또는 NF3 등의 할로겐 함유 종을 여기하여, 여기된 분자 및 라디칼을 포함하는 각종 반응 종, 또는 오존과 같은 다른 화학 종을 형성할 수 있다. 이들 종은 웨이퍼 근방에서 가스상의 UV 방사선의 흡수에 의해 그리고 웨이퍼의 표면에서, 혹은 웨이퍼 표면 상의 박막 내에서 흡수되는 종의 여기에 의해 생성될 수 있다. UV광을 제공하는데 다른 UV 에너지원, 예컨대 Xe- 또는 Kr-아크 램프와 같은 다른 아크 램프가 이용될 수 있다. 또한, Hg-램프, 듀테륨 램프, 엑시머 램프, UV 레이저 또는 UV LED가 이용될 수도 있다. 암모니아로부터 생성된 여기 질소 종을 포함하는 비교적 짧은 UV 파장(예컨대, 약 250 nm 미만)을 생성하는 광원이 일부 적용에 유용할 수 있다.
일단 침지 주기가 완료되면, 상기 방법은 (412)에 도시한 바와 같이 밀리세컨드 어닐 플래시를 위해 처리 챔버를 준비하는 단계를 구비할 수 있다. 예컨대, (410)에서 허용되는 주위 가스는 퍼징될 수 있고, 불활성가스(예컨대, 질소가스)는 처리 챔버 내로 허용될 수 있다. 그 다음, 상기 방법은 본원에 기술된 바와 같이, 기판을 중간 온도(414)로 가열하는 단계와, 밀리세컨드 어닐 플래시(416)를 이용하여 기판을 가열하는 단계를 구비할 수 있다.
본 요지가 특정의 예시적인 실시예에 대해 상세하게 기술되었지만, 전술한 바에 대한 이해를 달성할 때 당업자는 이러한 실시예에 대한 변경물, 변형물 및 동등물이 쉽게 만들어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 제한이라기보다는 예시로서이고, 본 개시내용은 당업자에게 명백한 바와 같이 본 요지에 대한 변경물, 변형물 및 동등물에 대한 포함을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 밀리세컨드 어닐 시스템(millisecond anneal system)을 위한 열처리 공정에 있어서,
    밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 웨이퍼 지지체 상에 기판을 수용하는 단계;
    상기 기판을 중간 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 기판을 중간 온도로 가열한 후에, 밀리세컨드 가열 플래시(millisecond heating flash)를 이용하여 상기 중간 온도를 초과하는 온도로 상기 기판을 가열하는 단계
    를 포함하며,
    상기 밀리세컨드 가열 플래시는 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 상기 기판의 전체 상부면을 가열하도록 구성되고,
    상기 기판을 중간 온도로 가열하기 전에, 상기 공정은 상기 기판을 침지 주기(soak period) 동안에 유지되어야 하는 프리베이크 온도(pre-bake temperature)로 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 중간 온도로 상기 기판을 가열하는 단계는 상기 프리베이크 온도로부터 상기 중간 온도로 상기 기판의 온도를 증가시킴으로써 수행되는,
    열처리 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리베이크 온도는 상기 기판에 관련된 산화를 위한 반응 속도(reaction rate)를 감소시키도록 선택되는,
    열처리 공정.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프리베이크 온도는 상기 기판과 관련된 층간 성장(inter-layer growth)을 방지하도록 선택되는,
    열처리 공정.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리베이크 온도는 200℃ 내지 500℃의 범위에 있는,
    열처리 공정.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제4항에 있어서,
    상기 침지 주기는 0.5초 내지 10분인,
    열처리 공정.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 침지 주기는 100초 미만인,
    열처리 공정.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 침지 주기는 30초 미만인,
    열처리 공정.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공정은 상기 처리 챔버 내에 주위 가스를 허용하는 단계를 포함하는,
    열처리 공정.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주위 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨을 포함하는,
    열처리 공정.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 주위 가스는 대기압에 있는,
    열처리 공정.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 주위 가스는 1 토르 미만의 압력에 있는,
    열처리 공정.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 주위 가스는 수소, 듀테륨, 암모니아 또는 하이드라진 종(species) 중 하나 이상을 포함하는,
    열처리 공정.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 공정은 화학적 환원 종(chemically reducing species)을 형성하도록 플라즈마를 유도하는 단계를 포함하는,
    열처리 공정.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공정은 UV 광을 이용하여 종(species)을 형성하는 단계를 포함하는,
    열처리 공정.
  15. 밀리세컨드 어닐 시스템 내에서 기판을 열처리하기 위한 방법에 있어서,
    밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내에 기판을 수용하는 단계로서, 상기 처리 챔버는, 상기 처리 챔버를 상부 챔버와 하부 챔버로 나누는 웨이퍼 평면 플레이트를 갖는, 상기 처리 챔버 내 기판을 수용하는 단계; 및
    상기 하부 챔버에 근접하게 위치된 하나 이상의 열원을 이용하여 상기 기판을 프리베이크 온도로 가열하는 단계
    를 포함하고,
    침지 주기 동안에, 상기 방법은 상기 기판의 온도를 상기 프리베이크 온도로 유지하는 단계를 포함하고, 상기 침지 주기 후에, 상기 방법은 램프 상(ramp phase) 동안에 상기 기판의 온도를 상기 프리베이크 온도로부터 중간 온도로 증가시키도록 램프를 이용하여 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 램프 상 동안에 상기 기판의 온도를 상기 프리베이크 온도로부터 중간 온도로 증가시키도록 상기 기판을 상기 중간 온도로 가열한 후에, 상기 방법은 밀리세컨드 가열 플래시를 이용하여 상기 중간 온도를 초과하는 온도로 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 밀리세컨드 가열 플래시는 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 상기 기판의 전체 상부면을 가열하도록 구성되는,
    열처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 침지 주기 전에 또는 그 동안에, 상기 방법은 상기 처리 챔버 내에 주위 가스를 허용하는 단계를 포함하는,
    열처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 주위 가스는 수소, 듀테륨, 암모니아 또는 하이드라진 종 중 하나 이상을 포함하는,
    열처리 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 침지 주기 전에 또는 그 동안에, 상기 방법은 화학적 환원 종(chemically reducing species)을 형성하도록 플라즈마를 유도하는 단계를 포함하는,
    열처리 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 프리베이크 온도는 200℃ 내지 500℃의 범위에 있는,
    열처리 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 침지 주기는 0.5초 내지 10분인,
    열처리 방법.
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