KR20190136128A - 아크 램프용 질소 주입 - Google Patents

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맷슨 테크놀로지, 인크.
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Abstract

하나 이상의 아크 램프의 오염물을 감소시키기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일 예시적인 구현은 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 밀리세컨드 어닐 시스템은 밀리세컨드 어닐 프로세스를 사용하여 기판을 열 처리하기 위한 프로세싱 챔버를 포함한다. 상기 시스템은 하나 이상의 아크 램프를 추가로 포함한다. 하나 이상의 아크 램프 각각은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 물을 순환시키는 워터 루프에 결합된다. 상기 시스템은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물에 질소 가스와 같은 시약을 도입하도록 구성된 시약 주입 소스를 포함한다.

Description

아크 램프용 질소 주입{NITROGEN INJECTION FOR ARC LAMPS}
본 출원은 2015년 12월 30일에 출원된, 미국 가출원 제62/272,942, 명칭 "밀리세컨드 어닐(Millisecond Anneal) 시스템의 램프용 질소 주입"의 우선권의 이익을 주장한다.
본 개시사항은 일반적으로, 예를 들어, 기판, 예컨대 반도체 기판을 열 프로세싱하기 위해 사용되는 밀리세컨드 어닐 시스템에 사용될 수 있는 아크 램프에 관한 것이다.
밀리세컨드 어닐 시스템은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판의 초-고속(ultra-fast) 열 처리를 위한 반도체 프로세싱에 사용될 수 있다. 반도체 프로세싱에서, 고속 열 처리는 임플란트(implant) 손상을 수리하고, 증착된 층의 품질을 향상시키고, 층 인터페이스의 품질을 향상시키고, 도펀트를 활성화시키고, 다른 목적을 달성하기 위해 어닐 단계로서 사용될 수 있으며, 이와 동시에, 도펀트 종의 확산을 제어한다.
반도체 기판의 밀리세컨드(millisecond) 또는 초-고속 온도 처리는 초당 104℃를 초과할 수 있는 속도로 기판의 전체 상부 표면을 가열하기 위해 강렬하고 짧은 노출의 광을 사용하여 달성될 수 있다. 기판의 단지 일 표면의 신속한 가열은 기판의 두께를 통해 큰 온도 구배를 생성할 수 있는 반면, 기판의 벌크(bulk)는 노광 전의 온도를 유지한다. 따라서 기판의 벌크는 열 싱크(heat sink)의 역할을 하여, 상부 표면의 빠른 냉각 속도(cooling rates)를 초래한다.
본 개시사항의 양태 및 구현예의 장점은 다음의 설명에서 부분적으로 설명될 것이고, 또는 설명으로부터 알 수 있거나 또는 구현예의 실시를 통해 알 수 있다.
본 개시사항의 일 예시적인 양태는 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 상기 밀리세컨드 어닐 시스템은 밀리세컨드 어닐 프로세스를 사용하여 반도체 기판을 열 처리하기 위한 프로세싱 챔버를 포함한다. 상기 시스템은 하나 이상의 아크 램프를 추가로 포함한다. 하나 이상의 아크 램프 각각은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 물을 순환하는 워터 루프(water loop)에 연결된다. 상기 시스템은 질소 가스 또는 다른 시약(agent)을 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물에 도입하도록 구성된, 질소 가스 주입 소스 또는 다른 시약 소스를 포함한다.
본 개시사항의 예시적인 양태에 대한 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 본 개시사항의 다른 예시적인 양태는 반도체 기판을 열 처리하는 시스템, 방법, 장치 및 프로세스에 관한 것이다.
다양한 구현예의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구 범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 첨부된 도면은 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 개시사항의 구현예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 관련된 원리를 설명하는 역할을 한다.
이 기술분야의 기술자에게 제시된 구현예에 대한 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된다.
도 1은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 가열 프로파일을 도시한다;
도 2는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템의 일부의 예시적인 사시도를 도시한다;
도 3은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템의 분해도를 도시한다;
도 4는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템의 단면도를 도시한다;
도 5는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 사용되는 예시적인 램프의 사시도를 도시한다;
도 6은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템의 웨이퍼 평면 플레이트(wafer plane plate)에 사용되는 예시적인 에지 반사기(edge reflectors)를 도시한다;
도 7은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 반사기를 도시한다;
도 8은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에서 사용될 수 있는 예시적인 아크 램프를 도시한다;
도 9-10은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 아크 램프의 작동을 도시한다;
도 12는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 전극의 단면도를 도시한다;
도 13은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 대한 예시적인 온도 측정 시스템을 도시한다;
도 14는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 질소 가스 주입 및 pH 센서를 갖는 예시적인 램프 워터 루프를 도시한다;
도 15는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 방법을 도시한다.
도면에 도시된 하나 이상의 실시예를 참고하여, 구현예를 상세히 설명한다. 각 실시예는 본 개시사항을 제한하지 않고, 구현예의 설명을 위해 제공된다. 실제로, 본 개시사항의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고, 구현예의 다양한 변형 및 변경이 행해질 수 있음은 이 기술분야의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 구현예의 일부로서 도시되거나 기술된 특징은 다른 구현예와 함께 사용되어 또 다른 구현예가 될 수 있다. 따라서, 본 개시사항의 양태는 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.
개요
본 개시사항의 예시적인 양태는 아크 램프 상의 오염물의 침전물을 감소시키기 위해 아크 램프에 사용되는 물의 pH-값 제어에 관한 것이다. 본 개시사항의 양태는 예시 및 설명을 목적으로 밀리세컨드 어닐 시스템과 관련하여 사용되는 아크 램프를 참조하여 설명될 것이다. 본원에 제공된 개시사항을 사용하여, 이 기술 분야의 기술자는 본 개시사항의 양태가 금속의 프로세싱(예, 스틸 표면의 용융) 및 다른 용도와 같은, 다른 용도에서의 아크 램프와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 본 개시사항의 양태는 예시 및 설명을 목적으로 "웨이퍼" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 설명된다. 이 기술분야의 기술자는, 본원에 제공된 개시사항을 사용하여, 본 개시사항의 예시적인 양태가 임의의 반도체 기판 또는 다른 적절한 기판과 관련하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 수치와 관련한 용어 "약"의 사용은 언급된 수치의 10% 이내를 의미한다.
반도체 기판의 밀리세컨드, 또는 초-고속 열 처리는 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 기판의 전체 상부 표면을 가열하기 위해 강렬하고 짧은 노출의 광을 사용하여 달성될 수 있다. 플래시 광은 최고 150℃/초의 램프 속도(ramp rate)로 중간 온도 Ti으로 미리 가열된 기판에 적용될 수 있다. 플래시는 예를 들어, 프로세싱 챔버의 상부에 위치한 하나 이상의 플래시 아크 램프에 의해 적용될 수 있다. 중간 온도 Ti에 대한 보다 느린 가열 프로세스는, 예를 들어 프로세싱 챔버의 하부 측에 위치한 하나 이상의 연속 모드 아크 램프에 의해 달성될 수 있다. 이들 연속 모드 램프는 웨이퍼의 하부 표면을 통해 웨이퍼의 전체 벌크를 가열할 수 있다.
상세하게 후술하는 바와 같이, 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 사용되는 아크 램프는 오픈 플로우 아크 램프일 수 있으며, 여기서 가압된 아르곤 가스는 아크 방전 동안 고압 아르곤 플라즈마로 전환된다. 아크 방전은 음으로 하전된 캐소드(cathode)와 예를 들어 약 300mm 이격된, 양으로 하전된 애노드 사이에서 발생한다. 전극 사이의 전압이 아르곤의 항복 전압(예, 약 30 kV)에 도달하자마자, 스펙트럼의 가시 및 UV 범위에서 광을 방출하는, 안정한, 저 유도 아르곤 플라즈마(inductive Argon plasma)가 형성된다.
플래시 아크 램프 및 연속 모드 아크 램프 모두 동일한 기본 구성 원리를 사용할 수 있다. 플라즈마는, 내부로부터 수벽(water wall)으로 냉각된 물일 수 있는, 석영 튜브 외피(quartz tube envelope)내에 포함될 수 있다. 수벽은 램프의 캐소드 단부에 높은 유속으로 주입되고 애노드 단부에서 배출될 수 있거나 또는 그 반대일 수 있다. 이는 또한 캐소드 측에서 램프로 들어가고 애노드 측으로부터 배출되는 아르곤 가스에 대해서도 마찬가지일 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다. 수벽을 형성하는 물은 램프 축에 수직으로 주입되어 원심력 작용으로 물의 와류가 발생한다. 따라서, 램프의 중앙선을 따라 아르곤 가스용 채널이 형성된다. 아르곤 가스 컬럼은 수벽과 같은 방향으로 회전할 수 있다. 일단 플라즈마가 형성되면, 수벽은 석영 튜브를 보호할 수 있고 플라즈마를 중앙 축에 국한할 수 있으며, 이에 따라, 수벽 및/또는 전극이 고 에너지 플라즈마와 직접 접촉한다. 전극이 높은 열 부하(load)를 겪음으로, 팁은 텅스텐으로 제조되며, 수 냉각된 구리 열 싱크에 융합된다. 구리 열 싱크는 전극의 내부 냉각 시스템의 일부분을 구성하고, 다른 부분은 전극의 황동 베이스(brass base)에 위치한다.
상세히 후술하는 바와 같이, 아크 램프는 물 및 아르곤 가스에 대하여 각각 오픈 플로우 시스템일 수 있다. 그러나, 보존 이유로, 두 매체(media)가 폐쇄 루프로 순환될 수 있다. 고순도의 물 및 아르곤이 램프에 공급될 수 있다. 고순도의 물은 수벽과 전극의 냉각에 사용된다. 램프를 떠나는 것은 가스/물 혼합물이다. 이 물/가스 혼합물은, 램프의 유입구로 재-공급되기 전에, 물이 없는 가스와 아르곤이 없는 액체 물로 분리될 필요가 있다. 램프를 가로질러 필요한 압력 강하를 발생시키기 위해, 가스/물 혼합물은 수 구동식 제트 펌프(water driven jet pump)에 의해 펌핑될 수 있다.
고출력 전기 펌프는 수압을 공급하여 램프의 수벽, 램프 전극용 냉각수 및 제트 펌프의 모티브 흐름(motive flow)을 구동할 수 있다. 제트 펌프의 하류에 있는 분리 용기(separator vessel)는 액상 및 기상을 혼합물(아르곤)로부터 추출할 수 있다. 아르곤은 램프에 다시-들어가기 전에 합체 필터(coalescing filter)에서 추가로 건조될 수 있다.
물은 아크에 의해 물로 스퍼터링된 입자를 제거하기 위해 입자 필터를 통과할 수 있다. 이온 오염물은 이온 교환 수지로 제거될 수 있다. 물의 일부는 혼합층 이온 교환 필터(mixed bed ion exchange filter)를 통과할 수 있다. 이온 교환 바이패스로의 유입구 밸브는 수 저항(water resistivity)으로 제어할 수 있다. 수 저항이 낮은 값(lower value) 아래로 떨어지면, 밸브가 개방될 수 있다. 수 저항이 높은 값(upper value)에 도달하면, 밸브가 폐쇄될 수 있다. 시스템은 또한 활성탄 필터 바이패스 루프를 포함할 수 있으며, 여기서 물의 일부는 추가로 여과되어 유기 오염물을 제거할 수 있다. 수온을 유지하기 위해, 물은 열 교환기를 통과할 수 있다.
아크 램프의 작동 중에, 고-에너지, 고온-플라즈마는 전극 재료 및 물과 물리적 및 화학적으로 상호 작용할 수 있다. 이것은 주로 구리, 텅스텐 및 이들의 산화물에 의한 램프 물의 오염을 초래할 수 있다. 오염 종의 수 용해도는 물의 pH-값에 의해 결정된다. 약 7보다 큰 pH-값에서, 램프 튜브의 내부 표면은 갈색 퇴적물(deposit)로 코팅될 수 있다. 퇴적물이 축적되면, 램프의 광 출력이 감소한다. 결국 웨이퍼는, 연속 모드 아크 램프에 의한 광 출력으로부터 중간 온도에 도달할 수 없기 때문에, 미스-프로세스(miss-processed)된다. 외관상으로, 퇴적물의 형성은 램프 갈변으로 칭하여진다. 퇴적물은 주로 구리, 구리 산화물로 구성되며, 더 적은 양의 텅스텐 및 텅스텐 산화물이 또한 존재한다.
본 개시사항의 예시적인 양태에 따르면, 밀리세컨드 어닐 시스템의 아크 램프에 사용되는 물의 pH-값은, 고-에너지 플라즈마의 존재하에 질소와 물의 반응으로부터 형성되는 산의 농도를 제어함으로써, 예를 들어 약 5.5 내지 약 8.0의 범위, 예컨대 6.5 내지 약 7.0의 범위로 제어될 수 있다. pH-값이 너무 낮으면, 아크 램프의 전도성에 문제를 초래할 수 있다. 일부 구현예에서, 시약은 작동 중에 아크 램프에 주입되어 아크 램프를 통해 순환하는 물의 pH-값을 제어할 수 있다. 일부 구현예에서, 질소 가스가 물 및 램프 내부의 고 에너지 플라즈마에 첨가되어 아질산 및 질산을 생성한다.
예를 들어, 본 개시사항의 일 예시적인 구현예는 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 밀리세컨드 어닐 프로세스를 사용하여 반도체 기판을 열 처리하기위한 프로세싱 챔버를 포함한다. 시스템은 하나 이상의 아크 램프를 포함할 수 있다. 하나 이상의 아크 램프 각각은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 물을 순환시키기 위한 워터 루프에 결합될 수 있다. 상기 시스템은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물에 질소 가스를 도입하도록 구성된 질소 주입 소스를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "물"은 순수한 물 또는 물을 포함하는 임의의 혼합물을 말한다.
일부 구현예에서, 질소 가스 주입 소스는 아크 램프로 물이 들어가기 전에, 질소를 물에 도입하도록 워터 루프에 배치될 수 있다. 구현예에서, 워터 루프는 아크 램프를 가로질러 압력 강하를 발생시키도록 구성된 제트 펌프를 포함할 수 있다. 질소 가스 주입 소스는 제트 펌프의 흡입 포트에 질소 가스를 도입하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 워터 루프는 램프에 아르곤 가스를 제공하기 위한 유입구를 포함할 수 있다. 아크 램프는 아르곤 가스/물 혼합물을 워터 루프로 배출할 수 있다. 워터 루프는 아르곤 가스/물 혼합물에서 물로부터 아르곤 가스를 분리하도록 구성된 분리기(separator)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 워터 루프는 플라즈마 아크에 의해 물로 스퍼터링 되는 입자를 제거하도록 구성된 하나 이상의 입자 필터를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템은 워터 루프의 물의 pH-값을 측정하도록 구성된 pH 센서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물에 질소 가스의 주입을 제어하도록 구성된 하나 이상의 제어 장치(control device)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 제어 장치는 질소 가스 주입 밸브의 작동을 제어하여, pH 센서에 의해 측정된 pH-값을 나타내는 데이터 및 아크 램프 작동 상태가 나타내는 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 워터 루프를 통해 순환하는 물에 질소를 도입하도록 구성될 수 있다.
본 개시사항의 다른 예시적인 구현예는 밀리세컨드 어닐 시스템에서 아크 램프를 통해 물을 순환시키는 워터 루프를 작동하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 하나 이상의 제어 장치에 의해, 워터 루프를 통해 순환하는 물의 pH-값을 나타내는 데이터를 얻는 단계; 상기 하나 이상의 제어 장치에 의해, 아크 램프 작동 상태를 나타내는 데이터를 얻는 단계; 및 상기 물의 pH-값을 나타내는 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 아크 램프를 통해 순환하는 물의 pH-값을 조정하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 아크 램프를 통해 순환하는 물의 pH-값을 조정하는 단계는, 하나 이상의 제어 장치에 의해, 아크 램프를 통해 순환하는 물의 pH-값을 나타내는 데이터 및 아크 램프 작동 상태를 나타내는 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 워터 루프 내로 질소를 주입하기 위한 질소 주입 밸브의 작동 위치를 결정하는 단계; 및 하나 이상의 제어 장치에 의해, 결정된 작동 위치에 기초하여 질소 주입 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
질소 주입 밸브의 작동 위치는 물의 pH-값이 상한치를 초과하고 아크 램프 작동 상태가 온(on) 상태인 경우, 개방되도록 결정될 수 있다. 질소 주입 밸브의 작동 위치는 아크 램프 작동 상태가 오프(off) 상태인 경우, 폐쇄되도록 결정될 수 있다. 질소 주입 밸브의 작동 위치는 물의 pH-값이 하한치 미만인 경우, 폐쇄되도록 결정될 수 있다. 일부 구현예에서, 상한치는 약 7.0일 수 있고, 하한치는 약 6.5일 수 있다.
본 개시사항의 다른 예시적인 구현예는 아크 램프 시스템에 관한 것이다. 시스템은 복수의 전극을 포함한다. 시스템은 워터 램프로부터 물을 수용하여 아크 램프를 통해 순환되도록 구성된 아크 튜브에 하나 이상의 유입구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유입구는 가스 (예, 아르곤 가스)를 수용하도록 구성될 수 있다. 아크 램프의 작동 중에, 가스는 복수의 전극 사이의 아크 방전 동안 플라즈마로 전환될 수 있다. 워터 루프는 아크 램프상의 오염물의 퇴적물을 감소시키기 위해 작동 중에 아크 램프로 시약을 주입하기 위한 밸브를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 시약은 질소 가스일 수 있다. 일부 구현예에서, 시약은 산일 수 있다. 일부 구현예에서, 아크 램프 시스템은 밀리세컨드 어닐 시스템의 일부로서 사용될 수 있다.
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템은 예를 들어 약 104℃/s를 초과할 수 있는 속도로 웨이퍼의 상부 표면을 가열하기 위해 강렬하고 짧은 노출의 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 1은 밀리세컨드 어닐 시스템을 사용하여 달성된 반도체 기판의 예시적인 온도 프로파일(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(예, 실리콘 웨이퍼)의 벌크는, 램프 페이스(ramp phase)(102) 동안 중간 온도 Ti로 가열된다. 중간 온도는 약 450℃ 내지 약 900℃의 범위일 수 있다. 중간 온도 Ti에 도달하면, 반도체 기판의 상부 측(top side)이 광의 매우 짧고, 강렬한 플래시에 노출될 수 있으며, 결과적으로 최고 약 104℃/s의 가열 속도가 된다. 윈도우(110)는 광의 짧고, 강렬한 플래시 동안 반도체 기판의 온도 프로파일을 도시한다. 커브(112)는 플래시 노출 동안 반도체 기판의 상부 표면의 신속한 가열을 나타낸다. 커브(116)는 플래시 노출 동안 반도체 기판의 나머지 또는 벌크의 온도를 도시한다. 커브(114)는 열 싱크로서 작용하는 반도체 기판의 벌크에 의한 반도체 기판의 상부 표면의 냉각의 전도에 의한 급냉을 나타낸다. 반도체 기판의 벌크는 기판에 대한 높은 상부 측(top side) 냉각 속도를 발생시키는 열 싱크로서 작용한다. 커브(104)는 냉각제로서 공정 가스(process gas)를 사용하여 열 복사(thermal radiation) 및 대류에 의한 반도체 기판의 벌크의 서냉을 나타낸다.
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템은 반도체 기판의 상부 표면의 강렬한 밀리세컨드 긴 노출에 대한 광원-소위 "플래시"로서 복수의 아크 램프(예, 4개의 아르곤 아크 램프)를 포함할 수 있다. 플래시는 기판이 중간 온도(예, 약 450℃ 내지 약 900℃)로 가열된 경우에, 반도체 기판에 적용될 수 있다. 복수의 연속 모드 아크 램프(예, 2개의 아르곤 아크 램프)가 반도체 기판을 중간 온도로 가열하는데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 중간 온도로의 반도체 기판의 가열은 웨이퍼의 전체 벌크를 가열하는 램프 속도(ramp rate)로 반도체 기판의 하부 표면을 통해 달성될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템(80)의 다양한 양태를 도시한다. 도 2-도 4에 도시된 바와 같이, 밀리세컨드 어닐 시스템(80)은 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다. 프로세스 챔버(200)는 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 의해 상부 챔버(202) 및 하부 챔버(204)로 나뉘어질 수 있다. 반도체 기판(60)(예, 실리콘 웨이퍼)은 웨이퍼 지지 플레이트(214)(예, 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 삽입되는 석영 유리 플레이트)에 탑재되는 지지 핀(212)(예, 석영지지 핀)에 의해 지지될 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 밀리세컨드 어닐 시스템(80)은 반도체 기판(60)의 상부 표면의 강렬한 밀리세컨드 긴 노출에 대한 광원-소위 "플래시"로서 상부 챔버(202)에 인접하게 배치된 복수의 아크 램프(220)(예, 4개의 아르곤 아크 램프)를 포함할 수 있다. 플래시는 기판이 중간 온도(예, 약 450℃ 내지 약 900℃)로 가열된 경우에, 반도체 기판에 적용될 수 있다.
하부 챔버(204) 부근에 위치되는 복수의 연속 모드 아크 램프(240)(예, 2개의 아르곤 아크 램프)는 반도체 기판(60)을 중간 온도로 가열하는데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 중간 온도로의 반도체 기판(60)의 가열은 반도체 기판(60)의 전체 벌크를 가열하는 램프 속도(ramp rate)로 반도체 기판의 하부 표면을 통해 하부 챔버(204)로부터 달성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하부 아크 램프(240)(예, 반도체 기판을 중간 온도로 가열하는데 사용하기 위한) 및 상부 아크 램프(220)(예, 플래시에 의한 밀리세컨드 가열을 제공하는데 사용하기 위한)으로부터 반도체 기판(60)을 가열하는 광은 워터 윈도우(water window)(260)(예, 수냉된 석영 유리 윈도우)을 통해 프로세싱 챔버(200)로 들어갈 수 있다. 일부 구현예에서, 워터 윈도우(260)은 두 개의 석영 유리 페인(pane) 사이의 샌드위치를 포함할 수 있으며, 이는 약 4mm 두께의 물 층이 석영 페인을 냉각시키고 파장, 예를 들어 약 1400nm를 초과하는 파장용 광학 필터를 제공하기 위해 순환한다.
도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버 벽(250)은 가열 광을 반사시키는 반사 미러(270)를 포함할 수 있다. 반사 거울(270)은 예를 들어 수냉되고, 연마된 알루미늄 패널일 수 있다. 일부 구현예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템에 사용되는 아크 램프의 본체는 램프 방사선(lamp radiation)을 위한 반사기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)에 사용될 수 있는 상부 램프 어레이(220) 및 하부 램프 어레이(240) 모두의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 각 램프 어레이(220 및 240)의 본체는 가열 광을 반사하는 반사기(262)를 포함할 수 있다. 이들 반사기(262)는 밀리세컨드 어닐 시스템(80)의 프로세스 챔버(200)의 반사면의 일부를 형성할 수 있다.
반도체 기판의 온도 균일성은 반도체 기판의 상이한 영역 상에 떨어지는 광 밀도를 조작함으로써 제어될 수 있다. 일부 구현예에서, 균일성 튜닝은 주 반사기에 대한 소형 반사기의 반사 등급 변경 및/또는 웨이퍼를 둘러싸는 웨이퍼 지지면 상에 탑재된 에지 반사기의 사용에 의해 달성될 수 있다.
예를 들어, 에지 반사기는 하부 램프(240)로부터 반도체 기판(60)의 에지로 광을 재지향(redirect)시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 하부 램프(240)로부터 반도체 기판(60)의 에지로 광을 지향시키는데 사용될 수 있는 웨이퍼 평면 플레이트(210)의 일부를 형성하는 예시적인 에지 반사기(264)를 나타낸다. 에지 반사기(264)는 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 탑재되거나, 반도체 기판(60)을 둘러싸거나 또는 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
일부 구현예에서, 추가적인 반사기가 또한 웨이퍼 평면 플레이트(210) 근처의 챔버 벽 상에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 도 7은 가열 광에 대한 반사기 거울로서 작용할 수 있는 프로세스 챔버 벽에 장착될 수 있는 예시적인 반사기를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 7은 하부의 챔버 벽(254)에 탑재된 예시적인 웨지 반사기(wedge reflector)(272)를 도시한다. 도 7은 또한 상부의 챔버 벽(252)의 반사기(270)에 탑재된 반사 요소(274)를 도시한다. 반도체 기판(60)의 프로세싱의 균일성은 웨지 반사기(272) 및/또는 프로세싱 챔버(220)의 다른 반사 요소(예, 반사 요소(274))의 반사 등급을 변경함으로써 조정될 수 있다.
도 8-11은 반도체 기판(60)의 상부 표면의 강렬한 밀리세컨드 긴 노출에 대한 광원(예, "플래시")으로서 사용될 수 있는 예시적인 상부의 아크 램프(220)의 양태를 도시한다. 예를 들어, 도 8은 예시적인 아크 램프(220)의 단면도를 도시한다. 아크 램프(220)는 예를 들어 오픈 플로우 아크 램프(open flow arc lamp)일 수 있으며, 여기서 가압된 아르곤 가스(또는 다른 적절한 가스)는 아크 방전 동안 고압 플라즈마로 전환된다. 아크 방전은 음으로 하전된 캐소드(222)와 이격된 양으로 하전된 애노드(230)(예, 약 300mm 이격된) 사이의 석영 튜브(225)에서 발생한다. 캐소드(222)와 애노드(230) 사이의 전압이 아르곤의 항복 전압(예, 약 30 kV) 또는 다른 적절한 가스의 항복 전압에 도달하자마자, 안정한, 저 유도 플라즈마가 형성되며, 이는 전자기파 스펙트럼의 가시 및 UV 범위의 광을 방출한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 램프는 반도체 기판(60)의 프로세싱을 위해 램프에 의해 제공된 광을 반사시키는데 사용될 수 있는 램프 반사기(262)를 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템(80)의 아크 램프(220)의 예시적인 작동의 양태를 도시한다. 보다 구체적으로, 플라즈마(226)는 수벽(228)에 의해 내부로부터 수냉된 석영 튜브(225) 내에 포함된다. 수벽(228)은 램프(200)의 캐소드 단부 상에 높은 유속으로 주입되고 애노드 단부에서 배출된다. 이는 캐소드 단부에서 램프(220)로 또한 들어가고 애노드 단부로부터 배출되는 아르곤 가스(229)에 대해서도 마찬가지이다. 수벽(228)을 형성하는 물은 램프 축에 수직으로 주입되어 원심력 작용에 의해 물의 와류가 생성된다. 따라서, 램프의 중앙선을 따라, 채널은 아르곤 가스(229)를 위해 형성된다. 아르곤 가스 칼럼(229)은 수벽(228)과 동일한 방향으로 회전한다. 일단 플라즈마(226)가 형성되면, 수벽(228)은 석영 튜브(225)를 보호하고, 플라즈마(226)를 중앙 축에 국한시킨다. 수벽(228) 및 전극(캐소드(230) 및 애노드(222))만이 고 에너지 플라즈마(226)와 직접 접촉한다.
도 11은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 아크 램프와 함께 사용되는 예시적인 전극(예, 캐소드(230))의 단면도를 도시한다. 도 11은 캐소드(230)를 도시한다. 그러나, 유사한 구조가 애노드(222)에 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 전극이 높은 열 부하를 겪게되므로, 전극 중 하나 이상은 각각 팁(232)을 포함할 수 있다. 팁은 텅스텐으로 제조될 수 있다. 팁은 수냉식 구리 열 싱크(234)에 결합 및/또는 융합될 수 있다. 구리 열 싱크(234)는 전극의 내부 냉각 시스템의 적어도 일부분을 포함할 수 있다(예, 하나 이상의 수 냉각 채널(water cooling channels)(236). 전극은 물 또는 다른 유체의 순환 및 전극의 냉각을 제공하기 위한 수 냉각 채널(236)을 갖는 황동 베이스(235)를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시사항의 양태에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 사용되는 아크 램프는 물 및 아르곤 가스에 대한 오픈 플로우 시스템일 수 있다. 그러나, 보존 이유로, 일부 구현예에서 두 매체(media)가 폐쇄 루프 시스템으로 순환될 수 있다. 일부 구현예에서, 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물의 pH를 제어하기 위해 질소 가스가 작동 중에 아크 램프에 주입될 수 있다. 예시적인 워터 루프 시스템은 도 14와 관련하여 상세히 논의될 것이다.
본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템은 반도체 기판의 두 표면(예, 상부 및 하부 표면)의 온도를 독립적으로 측정하는 능력을 포함할 수 있다. 도 13은 밀리세컨드 어닐 시스템(200)에 대한 예시적인 온도 측정 시스템(150)을 도시한다.
밀리세컨드 어닐 시스템(200)의 단순화된 표현이 도 13에 도시된다. 반도체 기판(60)의 두 측의 온도는 온도 센서(152) 및 온도 센서(154)와 같은 온도 센서에 의해 독립적으로 측정될 수 있다. 온도 센서(152)는 반도체 기판(60)의 상부 표면의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(154)는 반도체 기판(60)의 하부 표면의 온도를 측정할 수 있다. 일부 구현예에서, 약 1400nm의 측정 파장을 갖는 협 대역 고온계 센서(narrow band pyrometric sensors)는, 예를 들어 반도체 기판(60)의 중앙 영역의 온도를 측정하기 위해 온도 센서(152 및/또는 154)로서 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 온도 센서(152 및 154)는 플래시 가열에 기인한 밀리세컨드 온도 스파이크를 해결할 만큼 충분히 높은 샘플링 속도(sampling rate)를 갖는 초-고속 복사계(ultra-fast radiometers, UFR)일 수 있다.
온도 센서(152 및 154)의 판독은 방사율(emissivity) 보상될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 방사율 보상 방식은 진단 플래쉬(diagnostic flash)(156), 기준 온도 센서(158) 및 반도체 기판의 상부 및 하부 표면을 측정하도록 구성된 온도 센서(152, 및 154)를 포함할 수 있다. 진단 가열(diagnostic heating) 및 측정은 진단 플래시(156)(예, 테스트 플래시)와 함께 사용될 수 있다. 기준 온도 센서(158)로부터의 측정은 온도 센서(152, 및 154)의 방사율 보상에 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템(200)은 워터 윈도우를 포함할 수 있다. 워터 윈도우는 온도 센서(152 및 154)가 반도체 기판으로부터의 방사선만을 측정하도록, 온도 센서(152 및 154)의 측정 대역에서 램프 방사선을 억제하는 광학 필터를 제공할 수 있다.
온도 센서(152 및 154)의 판독은 프로세서 회로(160)에 제공될 수 있다. 프로세서 회로(processor circuit)(10)는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)의 하우징 내에 위치될 수 있지만, 선택적으로, 프로세서 회로(160)는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)으로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있다. 본원에 기술된 다양한 기능은 필요에 따라, 단일 프로세서 회로에 의해 또는 로컬 및/또는 원격 프로세서 회로(remote processor circuits)의 다른 조합에 의해 수행될 수 있다.
밀리세컨드 어닐 시스템의 램프에 대한 예시적인 질소 주입
본 개시사항의 예시적인 양태에 따르면, 밀리세컨드 어닐 시스템의 아크 램프에 사용되는 물의 pH-값은, 고-에너지 플라즈마의 존재하에 질소 또는 다른 시약과 물의 반응으로부터 형성된 산의 농도를 제어하여, 예를 들어 약 6.5 내지 약 7의 범위로 제어될 수 있다. 일부 구현예에서, 질소 가스 또는 다른 시약은 아질산 및 질산의 농도를 제어하기 위해 작동 중에 램프 내부의 물 및 고-에너지 플라즈마에 첨가될 수 있다.
보다 구체적으로, 화학 반응의 캐스케이드(cascade)는 3000K를 초과하는 온도로 플라즈마 방전에서 일어나는 기본 반응 N2 + O2 → 2NO를 통한 일산화질소의 형성에 의해 시작된다. 반응 파트너 O2는 물의 해리 반응으로부터 아크 램프 그 자체에서 생성되며, 첨가될 필요가 없다.
일산화질소는 산소와 즉시 반응하여 이산화질소 2NO + O2 → 2NO2를 형성한다. 물의 존재하에서, 이산화질소는 아질산 및 질산 2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3를 형성한다. 질산은 강산이며 다음 반응 HNO3 + H2O → H3O+ + NO3 -에 의해 pH가 낮아진다. 아질산은 약산이며 HNO2 + H2O
Figure pat00001
H3O+ + NO2 - 평형 반응에 의해 pH가 낮아진다. 마지막 두 반응에서 형성된 이온은 또한 수 저항성을 낮추고 이온 교환 필터로 제거될 수 있다. 다른 적합한 반응이 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않으면서 pH를 조정하는데 사용될 수 있다.
도 13은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에서 사용되는 오픈 플로우 아르곤 아크 램프를 작동시키는데 필요한 물 및 아르곤 가스를 공급하기 위한 질소 가스 주입을 갖는 예시적인 램프 워터 루프(300)를 도시한다.
보다 구체적으로는, 고순도의 물(302) 및 아르곤(304)이 램프(220)에 공급된다. 고순도의 물(302)은 수벽 및 전극의 냉각에 사용된다. 램프를 떠나는 것은 가스/물 혼합물(306)이다. 이 물/가스 혼합물(306)은 램프(220)의 유입구로 재-공급되기 전에, 분리기(310)에 의해 물이 없는 가스(302)와 건조 아르곤(304)으로 분리된다. 램프(220)을 가로지르는 필요로하는 압력 강하를 생성하기 위해, 가스/물 혼합물(306)은 수 구동 제트 펌프(water driven jet pump)(320)에 의해 펌핑된다.
고전력 전기 펌프(330)는 수압을 램프(220)의 수벽, 램프 전극용 냉각수 및 제트 펌프(320)의 모티브 흐름(motive flow)을 구동하기 위해 공급한다. 제트 펌프(320)의 하류측의 분리기(310)는 혼합물(아르곤)로부터 액상 및 기상을 추출하는데 사용될 수 있다. 아르곤은 램프 (220)에 다시-들어가기 전에 합체 필터(340)에서 추가로 건조된다. 필요에 따라, 추가의 아르곤이 아르곤 소스(350)로부터 공급될 수 있다.
물은 하나 이상의 입자 필터(350)를 통과하여 아크에 의해 물로 스퍼터링되는 입자를 제거한다. 이온 오염물은 이온 교환 수지에 의해 제거된다. 물의 일부는 혼합층 이온 교환 필터(370)를 통해 흐른다. 이온 교환 바이패스(370)로의 유입구 밸브(372)는 수 저항에 의해 제어될 수 있다. 수 저항이 낮은 값 아래로 떨어지면 밸브(372)가 개방되고, 높은 값에 도달하는 경우, 밸브(372)가 폐쇄된다. 상기 시스템은 활성탄 필터 바이패스 루프(380)를 포함할 수 있으며, 여기서 물의 일부는 추가로 여과되어 유기 오염물을 제거할 수 있다. 수온을 유지하기 위해, 물은 열교환 기(390)를 통과할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 질소 가스는, 예를 들어 워터 루프의 저압 지점에서 질소 가스 주입 소스(400)로부터 주입될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 질소 가스(N2)는 제트 펌프(320)의 흡입 포트에서 질소 가스 주입 소스(400)로부터 주입될 수 있다. 필요한 질소의 양이 매우 적기 때문에, 가스는 질량 유량 컨트롤러(mass flow controller)(404)에 의해 계측될 수 있다. 질소 가스의 흐름은 하나 이상의 질소 가스 주입 밸브(406)에 의해 온(on) 및 오프(off)가 스위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 질소 가스 주입 밸브는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)와 같은 제어 밸브를 포함한다. 일부 구현예에서, 질소 가스의 공급 압력은 흡입 포트에서의 압력을 약 2% 초과로 초과할 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템은 질소 가스 소스(400)로부터의 질소 가스의 주입을 제어하기 위해 pH 센서(420) 및 하나 이상의 제어 장치(430)를 포함할 수 있다. pH 센서(420)는, 워터 루프의 하나 이상의 위치에서 워터 루프에서 순환하는 물의 pH를 측정하도록 구성될 수 있다. 제어 장치(420)는 질소 가스 소스(400)를 제어하기 위한 임의의 적절한 제어 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(420)는 밸브(406)를 개방 및/또는 폐쇄하도록 제어 신호를 밸브(406)에 제공하도록 구성될 수 있다.
제어 장치(430)는 밀리세컨드 어닐 시스템의 양상을 제어하기 위해 제어 신호를 보낼 수 있는 임의의 적절한 제어 장치를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 장치(430)는 하나 이상의 프로세서 및 하나 이상의 메모리 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서는 본원에 개시된 제어 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 메모리 장치에 저장된 컴퓨터-판독가능 명령을 실행할 수 있다. 제어 장치(430)는 독립형(standalone) 제어 장치 또는 밀리세컨드 어닐 시스템과 관련된 전체 제어 시스템의 일부일 수 있다.
일부 구현예에서, 질소 가스 소스(400)로부터의 질소 가스의 주입은, 예를 들어, pH 센서(406) 및 램프 작동 상태(예, 램프 온 또는 램프 오프)로부터 얻어지는 물의 pH-값을 나타내는 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 하나 이상의 제어 장치(430)에 의해 제어된다. 예를 들어, pH가 상한치(예, 약 7.0의 pH 값)를 초과하고 램프 작동 상태가 온이면, 주입 밸브가 개방된다. pH가 하한치(예, 6.5의 pH-값) 미만으로 떨어지거나, 램프 작동 상태가 오프이면, 주입 밸브가 폐쇄된다.
질소 주입을 램프 작동에 의존하게 하는 이유는 다음과 같다: pH 강하 반응은 아크 방전을 필요로 할 수 있는데, 이는 램프가 켜질 필요가 있음을 의미한다. 아크 방전없이, 질소 가스는 물에만 용해된다. 용해도 한계를 초과하여 첨가되면, 가스 형태로 축적될 것이다. 나중에 램프가 점화되고 반응이 최종적으로 일어나면, 질산/아질산의 파열(burst)이 방출되어, 갑자기 pH와 저항이 낮아지며, 이로 인하여 제어가 어려워진다. 표 1은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 질소 가스 주입 밸브의 작동 개요를 제공한다.
pH-값 램프 작동 N2-주입 밸브
상한치 초과 온 온
상한치 초과 오프 오프
하한치 미만 온 오프
하한치 미만 오프 오프
도 14는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 방법(500)의 플로우 다이어그램을 도시한다. 방법(500)은 제어 장치(430)와 같은 밀리세컨드 어닐 시스템에서 하나 이상의 제어 장치에 의해 구현될 수 있다. 또한, 도 14는 설명 및 논의를 위해 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 본원에 제공된 개시사항을 사용하여 이 기술분야의 기술자는 본원에 개시된 임의의 방법의 단계가 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 조정, 변형, 확장, 재배치 및/또는 생략될 수 있음을 이해할 것이다. (502)에서, 상기 방법은 밀리세컨드 어닐 시스템에서 아크 램프를 통해 물을 순환하는 폐쇄 루프에서 순환하는 물의 pH-값을 나타내는 데이터를 얻는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 13의 제어 장치(들)(430)은 pH 센서(420)로부터 시스템(300)에서 순환하는 물의 pH-값을 나타내는 데이터를 얻을 수 있다.
(504)에서, 상기 방법은 아크 램프의 작동 상태를 나타내는 데이터를 얻는 단계를 포함한다. 예를 들어, 제어 장치(들)(430)은 아크 램프가 온(on) 작동 상태에 있는지 또는 오프(off) 작동 상태에 있는지를 나타내는 데이터를 얻을 수 있다.
(506)에서, 상기 방법은 상기 pH-값을 나타내는 데이터 및 작동 상태를 나타내는 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 워터 루프 내로 질소 가스를 주입하기 위한 질소 가스 주입 밸브의 작동 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(들)(430)은 물의 pH-값이 상한치를 초과하고 아크 램프 작동 상태가 온 상태인 경우에, 질소 주입 밸브가 개방되도록 결정할 수 있다. 질소 주입 밸브의 작동 위치는 아크 램프 작동 상태가 오프 상태인 경우에, 폐쇄되도록 결정될 수 있다. 질소 주입 밸브의 작동 위치는 물의 pH-값이 하한치 미만인 경우에, 폐쇄되도록 결정될 수 있다.
(508)에서, 상기 방법은 상기 결정된 작동 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 질소 주입 밸브를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(들)(430)은 결정된 작동 위치에 기초하여 질소 주입 밸브(406)를 개방 및 또는 폐쇄하기 위해 밸브(406)(예, 솔레노이드 밸브)에 제어 신호를 보낼 수 있다.
변형 및 수정이 본 개시사항의 이들 예시적인 구현예에 대해 행해질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 주입 밸브는 개폐 시간을 제어하거나 또는 수 저항에 의해 제어될 수 있다. 일부 구현예에서, 질소 가스는 계측 펌프(metering pump)에 의해 공급된다. 일부 구현예에서, 가스의 흐름은 공급 압력과 흡입 포트 압력 사이의 압력 차에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
물의 pH-값을 낮추거나/제어하기 위해 액체 또는 고체 제제에 비해 질소 가스를 사용하는 이점은 N2가 반도체 기판의 열 처리를 위한 공정 가스(process gas)로서 이미 이용 가능하다는 사실에 기인하며, 따라서, 이는 매우 깨끗하고, pH 저감제의 배출원이 아니다. 또한. 질소 가스는 질량 유량 컨트롤러(mass flow controllers)를 통해 매우 정확하게 계측될 수 있다. 더욱이, 워터 루프가 새로운 물로 채워진 후에, 질소는 물에 자연적으로 존재한다. 그러나, 램프 작동의 첫 시간 동안, 질소 반응 및 이온 교환 필터에 의한 반응 생성물의 후속 제거는 질소의 고갈을 가져온다. 따라서, N2의 주입은 물의 "자연적인" N2 수준을 유지하거나 복원하는 한 방법으로 볼 수 있다.
본 주제는 이의 특정한 예시적인 구현예에 관하여 상세하게 기술되었지만, 이 기술분야의 기술자는 상기한 내용의 이해시, 이러한 구현예의 변경, 변형 및 균등물을 용이하게 생산할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시사항의 범위는 제한을 위한 것이라기보다는 예시에 불과하며, 본 개시사항은 이 기술분야의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본 주제에 대한 이러한 수정, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (11)

  1. 밀리세컨드 어닐 프로세스를 사용하여 기판을 열 처리하는 프로세싱 챔버;
    하나 이상의 아크 램프 각각은 아크 램프의 작동 중에 상기 아크 램프를 통해 물을 순환시키기 위한 워터 루프에 연결되는, 하나 이상의 아크 램프를 포함하며;
    시스템은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물에 질소 가스를 도입하도록 구성된 질소 가스 주입 소스를 포함하는, 열 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소 가스 주입 소스는 상기 아크 램프에 물이 들어가기 전에, 물에 질소를 도입하도록 상기 워터 루프에 배열되는, 열 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 워터 루프는 상기 아크 램프를 가로질러 압력 강하를 발생시키도록 구성된 제트 펌프를 포함하는, 열 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질소 가스 주입 소스는 상기 제트 펌프의 흡입 포트에 질소 가스를 도입하도록 구성되는, 열 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 워터 루프는 상기 램프에 아르곤 가스를 제공하기 위한 유입구를 추가로 포함하는, 열 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아크 램프는 아르곤 가스/물 혼합물을 상기 워터 루프로 배출하도록 구성된, 열 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 워터 루프는 상기 아르곤 가스/물 혼합물의 물로부터 아르곤 가스를 분리하도록 구성된 분리기를 포함하는, 열 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 워터 루프는 플라즈마 아크에 의해 물로 스퍼터링되는 입자를 제거하도록 구성된 하나 이상의 입자 필터를 포함하는, 열 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 워터 루프에서 물의 pH-값을 측정하도록 구성된 pH 센서를 추가로 포함하는, 열 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시스템은 아크 램프의 작동 중에 아크 램프를 통해 순환하는 물에 질소 가스의 주입을 제어하도록 구성된 하나 이상의 제어 장치를 추가로 포함하는, 열 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제어 장치는 pH 센서에 의해 측정된 pH-값을 나타내는 데이터 및 아크 램프 작동 상태를 나타내는 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 워터 루프를 통해 순환하는 물에 질소를 도입하도록 질소 가스 주입 밸브의 작동을 제어하도록 구성되는, 열 처리 시스템.
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