TW201734425A - 毫秒退火系統的漏液偵測 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於偵測於一毫秒退火系統中的液體冷卻組件的漏液的系統及方法。一示範性實例中，一毫秒退火系統可以包括一或更多的液體冷卻組件。該系統可以包括一氣體流動系統，其被組態以於處理室中提供處理氣體的流動。該系統可以包括一蒸汽感測器，其被組態為測量流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽，以用於偵測與一或更多的液體冷卻組件相關的漏液。

Description

毫秒退火系統的漏液偵測
本申請案請求2015年12月30日提申之美國專利臨時申請案第62/272，849號的優先權權益，該申請名稱係“Water Leakage Detection for Millisecond Anneal System”，其內容在本文中併入以供參考。
本發明一般關於熱處理室，及更具體地係關於用於處理基板(如半導體基板)的毫秒退火熱處理室。
毫秒退火系統能夠使用於半導體處理，而進行複數的基板的超快熱處理，例如矽晶圓。半導體處理時，快速熱處理能夠被使用作為一退火步驟以修復佈植損傷，改善複數的沈積層的品質，改善複數的層界面的品質，以活化摻雜物，並達到其他效果，同時，控制複數的摻雜物種類的擴散。
複數的半導體基板的毫秒，或超快溫度處理可以使用一密集而短暫的光的曝照以於超過每秒104ºC的速率加熱該基板的整個頂表面來達到。僅在該基板一表面上的快速加熱能夠通過該基板的厚度產生一巨大溫度梯度，同時該基板的主體維持光曝照前的溫度。因此，該基板的該主體作為一散熱體，造成該頂表面的快速冷卻速率。
本發明實施例的觀點及優點，將部份地敍述於下文，或可由該敍述來習得，或可經由實施例之實行來取習得。
本發明一示範性觀點，係針對一熱處理系統。該系統可以包括一或更多的液體冷卻組件。該系統可以包括一氣體流動系統，其被組態以於處理室中提供處理氣體的流動。該系統可以包括一蒸汽感測器，其被組態為測量流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽，以用於偵測與一或更多的液體冷卻組件相關的漏液。
本發明另一示範性觀點，係針對一毫秒退火系統中偵測一漏液的一方法。該方法包括藉由一或更多的處理器電路而從被組態為測量流過一氣體流動系統的處理氣體中的濕度的一濕度感測器獲得一或更多的信號。該氣體流動系統可以被組態以提供於具有一或更多的液體冷卻組件的一處理室中的處理氣體的流動該方法可以包括藉由一或更多的處理器電路而至少部分地基於來自該濕度感測器的一或更多的信號，來偵測與該處理室中的一或更多的液體冷卻組件相關的一漏液。
對本發明示範性觀點，能夠進行變型及修改。本發明其他示範性觀點，係針對被用來熱處理半導體基板的系統、方法、裝置及處理。
這些及其他許多實施例的特色、觀點與優點，在參考後文描述及附圖之下，將更佳地讓人明瞭。合併在本文中並解釋為本說明書一部份的附圖，係用來圖解本發明的實施例，其連同本說明書，用來解釋相關的原理。
60‧‧‧Semiconductor substrate 半導體基板
80‧‧‧Millisecond anneal system 毫秒退火系統
100‧‧‧Temperature profile 溫度曲線
102‧‧‧Ramp phase 傾斜相
110‧‧‧Window 視窗
112‧‧‧Curve 曲線
114‧‧‧Curve 曲線
116‧‧‧Curve 曲線
150‧‧‧Temperature measurement system 溫度測量系統
152‧‧‧Temperature sensor 溫度感測器
154‧‧‧Temperature sensor 溫度感測器
156‧‧‧Diagnostic flash 診斷閃光
158‧‧‧Temperature sensor 溫度感測器
160‧‧‧Processor circuit 處理器電路
200‧‧‧Process chamber/Lamp/Millisecond anneal system 處理室、燈、毫秒退火系統
202‧‧‧Top chamber 頂室
204‧‧‧Bottom chamber 底室
210‧‧‧Wafer plane plate 晶圓平面板
212‧‧‧Support pins 支架針
214‧‧‧Wafer support plate 晶圓支架板
220‧‧‧Arc lamps/Top arc lamps/Top lamp array/Lamp array/Upper arc lamps/Lamp 弧光燈、頂弧光燈、頂燈陣 列、燈陣列、上弧燈、燈
222‧‧‧Negatively charged cathode 正電性陽極、陽極
225‧‧‧Quartz tube 石英管
226‧‧‧Plasma 電漿
228‧‧‧Water wall 水壁
229‧‧‧Argon gas/Argon gas column 氬氣、氬氣體柱
230‧‧‧Positively charged anode 負電性陰極、陰極
232‧‧‧Tip 尖端
234‧‧‧Water cooled copper heat sink/Copper heat sink 水冷式銅散熱體、銅散熱體
235‧‧‧Brass base 黃銅基底
236‧‧‧Water cooling channels 水冷通道
240‧‧‧Continuous mode arc lamps/Bottom arc lamps/Bottom lamp array/Lamp array/Bottom lamps 連續模式弧光燈、底弧光 燈、底燈陣列、燈陣列、底燈
250‧‧‧Process chamber walls 處理室壁
252‧‧‧Upper chamber wall 上室壁
254‧‧‧Lower chamber wall 下室壁
260‧‧‧Water windows 水視窗
262‧‧‧Reflector 反射器
264‧‧‧Edge reflectors 邊緣反射器
270‧‧‧Reflective mirrors 反射鏡
272‧‧‧Wedge reflector 楔形反射器
274‧‧‧Reflective element 反射元件
300‧‧‧Closed loop system/Cooling system 封閉環路系統、冷卻系統
302‧‧‧High purity water/Gas free water/Main fluid supply manifold 高純度水、無氣體水、主液 體供應歧管
304‧‧‧Argon/Dry Argon/Main fluid return manifold 氬、乾燥氬、主液體返還歧 管
306‧‧‧Gas/Water mixture 氣體、水混合物
310‧‧‧Separator 分離器
320‧‧‧Water driven jet pump/Jet pump 水驅動噴射泵、噴射泵
330‧‧‧High power electric pump 高功率電泵
340‧‧‧Coalescing filter 凝聚過濾器
350‧‧‧Argon source/Particle filters 氬源、微粒濾器
370‧‧‧Mixed bed ion exchange filters/Ion exchange bypass 混合床離子交換濾器、離子 交換濾器
372‧‧‧Inlet valve/Valve 入口閥、閥
380‧‧‧Activated carbon filter bypass loop 活性碳濾器旁路環
390‧‧‧Heat exchanger 熱交換器
400‧‧‧Gas flow system 氣體流動系統
402‧‧‧Vent openings 排氣開口
404‧‧‧Exhaust vent openings 排氣口開口
405‧‧‧Gas source 氣體源
406‧‧‧Gas inlet 氣體入口
410‧‧‧Downstream line 下游管路
412‧‧‧Outlet lines 出口管路
415‧‧‧By-pass line 旁路管路
420‧‧‧Humidity sensor/sensor 濕度感測器、感測器
422‧‧‧Valves 閥
424‧‧‧Valves 閥
440‧‧‧External duct 外部導管
450‧‧‧Processor circuit 處理器電路
對於一般熟習本項技藝人士而言係詳細的實施例討論，係參照附圖而敍述於說明書內，其中：第一圖係本發明示範性實施例的一示範性毫秒退火加熱曲線的一示意圖；第二圖係本發明示範性實施例的一示範性毫秒退火系統的部份的一示範性透視圖；第三圖係本發明示範性實施例的一示範性毫秒退火系統的一分解圖；第四圖係本發明示範性實施例的一示範性毫秒退火系統的一橫截面圖；第五圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一複數的示範性燈的一透視圖；第六圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一晶圓平面板中的複數的邊緣反射器的一示意圖；第七圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一複數的示範性反射器的一示意圖；第八圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一複數的示範性弧型燈的一示意圖；第九及十圖係本發明示範性實施例的一示範性弧型燈的操作圖；第十一圖係本發明示範性實施例的一示範性電極的一橫截面圖； 第十二圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一功能為供應水及氣體(例如：氬氣)至複數的示範性弧光燈的示範性封閉環路系統；第十三圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一溫度測量系統的一示意圖；第十四圖係本發明示範性實施例的於一毫秒退火系統中的一示範性封閉環路水電路的一示意圖；第十五圖係本發明示範性實施例的於一氣體流動系統中用於漏液偵測的一蒸汽感測器(例如：一濕度感測器)的示範性使用；第十六圖係本發明示範性實施例的於一氣體流動系統中用於漏液偵測的一蒸汽感測器的示範性使用；及第十七圖係本發明示範性實施例的一示範性方法的一流動圖解。
現在詳細地參照實施例，其一或更多的例子係圖解於圖式中。每一個例子係為了解釋實施例而提供，而非本發明之限制。事實上，對於一般熟習本項技藝人士而言很明顯的是，在不離開本發明範圍或精神之下，能夠完成許多實施例的修改及變型。例如，被圖解成或描述成一實施例的一部份特色，能被使到另一實施例，產生另一個實施例。因此，本發明的觀點旨在涵蓋這類的修改及變型。
概論
本發明的示範性觀點係針對一毫秒退火系統中的一複數的 液體冷卻組件中的偵測漏液。基於解釋及討論的緣故，本發明的觀點係參照“晶圓”或半導體晶圓來討論。利用在本文中所提供的揭示內容，一般熟習本項技藝人士將明瞭的是，本發明的示範性觀點，能夠與任何工件、半導體基板、或其他合適的基板，一起結合使用。此外，結合有數值之字詞“約”的使用意指所述數值的10%範圍內。
此外，基於解釋及討論的緣故，本發明的觀點係參照一毫秒退火系統來討論。利用在本文中所提供的揭示內容，一般熟習本項技藝人士將明瞭的是，本發明的示範性觀點，能夠與其他合適的複數的熱處理系統一起結合使用。
複數的半導體晶圓的毫秒，或超快熱處理可以使用一密集而短暫的光的曝照以於超過每秒104℃的速率加熱該晶圓的整個頂表面來達到。閃光可以被施加至一半導體基板上，其係於之前由，例如，高達每秒150℃的傾斜速率加熱至一中間溫度Ti。到達Ti的此緩慢熱處理可以藉由位於一室的底側的複數的連續模式弧光燈來達成。這些燈通過該晶圓的底表面來加熱該晶圓的整個主體。
如以下更詳細討論的，一示範性毫秒退火系統的處理室可以藉由晶圓平面板分成兩個子室，即一頂室與一底室。該晶圓平面板可以係作為晶圓支架板的支持物的一液體冷卻(例如：水冷卻)鋁框架。每個該子室的壁可以包括在四側上的複數的反射器鏡，其相對於該室框架係密封的。這些反射器可以藉由內部液體通道來液體冷卻(例如：水冷卻)。複數的該子室的頂壁和底壁可以包括對於熱源的光來說係透明的水冷卻石英視窗，其係再次密封住該室框。每個反射器鏡可以各自具有水的入口及出口 的連接。一些實施例中，該液體冷卻系統(例如：水冷卻系統)可以底室部分、頂室部分及該晶圓平面板係並聯連接，然而每個子室的四個反射器鏡係串聯連接。一些實施例中，該水視窗可以具有獨立於其他室部分的封閉環路水電路。依照本發明示範性實施例的一毫秒退火系統中的一示範性封閉環路液體冷卻系統的例子，將在參照第十四圖之下，予以詳細討論。
該處理室可以位於一處理模組內部，其可以在該處理模組的底板上具有一漏液偵測系統。該漏液偵測系統可以偵測於該處理室外部的漏液，(例如：漏水連接器，洩漏於複數的該室部分的外面，等等)。該漏液偵測系統於被水打溼時可以使用一感測器材料的阻抗能力(resistivity)改變。此種漏液偵測系統不可於該室中使用，因其不利環境(例如：高數額的UV光輻射)。此外，它不滿足熱處理處理的清潔度要求。
因為這個原因，洩漏到該處理室中的液體(例如：水)不能被直接且立即地偵測到。由於該室係密封的，洩漏到該室中的液體將收集在底部水視窗上。最終，在常規維護檢查期間將偵測到該漏液。由於主要的故障原理係因鋁的腐蝕或橡膠墊圈的腐蝕，故可能只有小尺寸的漏液可以在維修檢查之間發生。
一毫秒退火系統中的熱處理優選在受控的、處於大氣壓力下的乾淨處理氣體氛圍中進行。該氛圍可以係純氮。在一些情況下，也使用諸如氧氣，氨，氫氣或合成氣體或這些的混合物的氣體。關於該處理氣體氛圍，該室可以係一開放流動系統。處理氣體可以通過位於，例如，該頂室的四個角落中的氣體入口不斷地進入該室，並且通過位於該底室的四個角落中的氣體出口離開。即使微小的漏液也可能藉由水及水雜質的蒸發而 污染處理氣體氛圍，導致該半導體基板的處理中的錯誤。根據漏液尺寸，大量的半導體基板可能在一外部感測器最終偵測到該漏液之前被錯誤地處理。在漏液非常小的情況下，可能根本沒有偵測到漏液。
依照本發明示範性實施例，可以通過偵測從該室排出的氣體中的蒸汽量(例如：濕度)的感測器來偵測洩漏到處理室中的水或其它液體。以這種方式，可以在維護檢查之間偵測該處理室內部的漏液。
例如，本發明一示範性觀點係針對一熱處理系統。該熱處理系統包括一或更多的液體冷卻組件。該熱處理系統包括一氣體流動系統，其被組態以於處理室中提供處理氣體的流動。該熱處理系統包括一蒸汽感測器(例如：一濕度感測器)，其被組態為測量流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽(例如：濕度)，以用於偵測與一或更多的液體冷卻組件相關的漏液(例如：一水漏液)。在此使用的一“水漏液”係指包括水或包含水的混和物任何液體的一漏液。
一些實施例中，該氣體流動系統可以包括在處理室中的一或更多的排氣口開口，以從處理室排出處理氣體。該蒸汽感測器可以被組態以測量在該氣體流動系統中的排氣口開口的下游流動的處理氣體中的蒸汽。一些實施例中，該處理室可以包括一晶圓平面板以將該處理室分為一頂室及一底室。複數的該排氣口開口可以位於該底室中。
一些實施例中，該氣體流動系統包括耦合至該一或更多的排氣口開口中的每一個的一下游管路。一些實施例中，該蒸氣感測器可以被組態以測量流動於該下游管路中的處理氣體中的蒸汽。一些實施例中，該蒸氣感測器可以被組態以測量流動於耦合至該下游管路的旁路管路中的處 理氣體中的蒸汽。該氣體流動系統可以包括一閥組態以控制氣體的流動進入該旁路管路。
一些實施例中，該系統可進一步包括至少一個處理器電路。該至少一個處理器電路可以被組態以從該蒸汽感測器的指示獲得流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽的信號；並至少部分地基於來自該蒸汽感測器的信號來偵測與該一或更多的液體冷卻組件相關的液體洩漏。一些實施例中，該處理器電路可以被組態以藉由將流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽量與一閾值進行比較，並於處理氣體中的蒸汽超過該閾值時偵測到該液體洩漏，以至少部分地偵測與該一或更多的液體冷卻組件相關的液體洩漏。該處理電路可以被組態以提供與該液體洩漏相關的一指示器。
一些實施例中，該液體冷卻組件可以係一晶圓平面板。一些實施例中，該液體冷卻組件可以係一反射鏡。一些實施例中，該液體冷卻組件可以係一水視窗。
本發明另一示範性實施例，係針對一毫秒退火系統中偵測一漏液的一方法。該方法包括藉由一或更多的處理器電路而從被組態為測量流過一氣體流動系統的處理氣體中的濕度的一濕度感測器獲得一或更多的信號。該氣體流動系統可以被組態以提供於具有一或更多的液體冷卻組件的一處理室中的處理氣體的流動。該方法可以包括藉由一或更多的處理器電路而至少部分地基於來自該濕度感測器的一或更多的信號，來偵測與該處理室中的一或更多的液體冷卻組件相關的一漏液。
一些實施例中，由一或更多的處理器電路偵測與該處理室中的一或更多的液體冷卻組件相關的液體洩漏可以包括：藉由一或更多的處 理器電路將該處理氣體中的濕度與一閾值比較；以及當該處理氣體中的濕度超過該閾值時，由該一或更多的處理器電路偵測該液體洩漏。一些實施例中，該方法進一步包含提供與該液體洩漏有關的一指示器。一些實施例中，該濕度感測器係經組態以測量該處理室中的一或更多的排氣口開口的下游流動的處理氣體中的濕度。
本發明另一示範性實施例係針對一毫秒退火系統。該毫秒退火系統包括具有一晶圓平面板以將處理室分成一頂室與一底室的一處理室，該處理室具有一或更多的反射鏡。該系統包括一氣體流動系統，其被組態以於處理室中提供處理氣體的流動。該氣體流動系統可以包括至少一個在該頂室中的氣口開口，其用於向該處理室提供處理氣體，並在該底室中的至少一個排氣口開口係用於從該處理室排出處理氣體。該氣體流動系統進一步可以包括耦合到至少一個該排氣口開口的一下游管路。該系統可以包括一液體冷卻系統，其被組態以使液體循環通過晶圓平面板和一或更多的反射鏡的其中之一或更多。該系統可以包括一濕度感測器，其被組態為測量流過該下游管路的處理氣體中的濕度，以用於偵測與該液體冷卻系統相關的洩漏。
一些實施例中，該系統可包括一處理器電路。該處理器電路可以被組態以執行操作。該操作可以包括從該濕度感測器的指示獲得流過該下游管路的處理氣體中的濕度的信號；並至少部分地基於來自該濕度感測器的信號來偵測與該液體冷卻系統相關的洩漏。
示範性毫秒退火系統
一示範性毫秒退火系統可以被組態以提供一密集而短暫的 光的曝照而於，例如，超過每秒104℃的速率加熱一晶圓的整個頂表面來達到。第一圖圖解出一半導體基板使用一毫秒退火系統而達到的一示範性溫度曲線100。如第一圖所示，該半導體基板(例如：一矽晶圓)的主體係於一傾斜相102時被加熱至一中間溫度Ti。該中間溫度可以係於大約450℃至大約900℃的範圍中。當達到該中間溫度Ti時，該半導體基板的該頂側可以被曝照於一加熱速率相當於大約每秒104℃的非常短促、密集的閃光下。視窗110圖解該半導體基板在短而密集閃光期間的溫度曲線。曲線112代表半導體基板頂表面在閃光曝照期間的快速加熱。曲線116圖解該半導體基板在閃光曝照期間的殘餘溫度或主體溫度。曲線114代表快速冷卻，係藉由該半導體的該主體作為一散熱體，在半導體基板頂表面的傳導性冷卻。該半導體主體作為一散熱體，針對該基板產生一高頂側邊冷卻速率。曲線114代表半該導體基板主體的緩慢冷卻，係藉由熱輻射及對流，使用一處理氣體作為冷卻劑來進行。
一示範性的毫秒退火系統能夠包含一複數的弧光燈(例如：四個氬弧光燈)作為光源，可作為半導體基板頂表面的密集性毫秒長曝照一即所謂的“閃光”。當該基板已經被加熱至中間溫度時(例如：大約450℃~約900℃)，該閃光能夠被施加至該半導體基板。一複數的連續模式弧光燈(例如：兩個氬燈)，可以用於加熱該半導體基板至該中間溫度。一些實施例中，該半導體基板加熱至中間溫度，係通過於半導體底表面以加熱整個晶圓體主體的一傾斜速率來完成。
第二~五圖係依照本發明示範性實施例之數種毫秒退火系統80觀點例子的示意圖。如第二~四圖所示，一毫秒退火系統80可以包含一 處理室200。該處理室200可以由一晶圓平面板210來分隔，成為一頂室202及一底室204。一半導體基板60(例如：一矽晶圓)，能夠由固設於一晶圓支架板214(例如：插入晶圓平面板210的石英玻璃板)上的支架針212(例如：石英支架針)來支撐。
如第二及四圖所示，該毫秒退火系統80可以包括一複數的弧光燈220(例如：四個氬弧光燈)，其被排列在頂室202附近，作為光源，用於密集性毫秒長之該半導體基板60的頂表面曝照(所謂“閃光”)。當該基板已經被加熱至中間溫度時(例如：大約450℃~約900℃)，該閃光能夠被施加至該半導體基板。
一複數的連續模式弧光燈240(例如兩個氬弧光燈)，係安置於底室204附近，可以用來加熱該半導體基板60至中間溫度。一些實施例中，該半導體基板60加熱至中間溫度，係由底室204透過該半導體基板的該底表面，以加熱該半導體基板60整個主體的一傾斜速率來完成。
如第三圖所示，來自底弧光燈240(例如：用於加熱該半導體基板至一中間溫度)及來自頂弧光燈220(例如：用於藉由閃光來提供毫秒加熱)的用於加熱該半導體基板60的光，能夠經由水視窗260(例如：複數的水冷卻石英玻璃窗)，進入該處理室200。一些實施例中，複數的該水視窗260可以包括兩個石英玻璃板的夾層，其間一個約4mm厚的水層，係由循環來冷卻該石英板，並提供一波長的光學過濾，例如，大約1400nm以上。
進一步如第三圖所示，處理室壁250可以包括複數的反射鏡270以反射加熱光。該反射鏡270可以係，例如，水冷卻的、抛光的複數的鋁板。一些實施例中，使用於該毫秒退火系統中的該弧光燈主體可以包括用 於燈輻射的反射器。例如第五圖圖示一頂燈陣列220及一底燈陣列240的立體透視圖，其皆可以使用於毫秒退火系統200。如圖所示，每一燈陣列220及240的主體可以包括一反射器262以用於反射該加熱光。複數的反射器262可以形成該毫秒退火系統80的該處理室200的反射表面的一部份。
該半導體基板的溫度均勻性，能夠藉由操縱在不同半導體基板區域內所落下的光密度來控制。一些實施例中，均勻性調諧係能夠藉由將小尺寸反射等級的反射器更換成主要反射器，及/或藉由使用被固設在晶圓周圍之晶圓支架平面上的邊緣反射器來完成。
例如，複數的邊緣反射器可以用來使光從複數的該底燈240轉向至該半導體基板60的邊緣。例如，第六圖圖示邊緣反射器264的例子，其形成一部份的晶圓平面板210，可以用來使光從底燈240轉向至該半導體基板60的該邊緣。該邊緣反射器264可以被安裝於晶圓平面板210上，並可包圍或至少部份地包圍該半導體基板60。
一些實施例中，複數的額外的反射器亦可以被安裝於靠近晶圓平面板210的室壁上。例如，第七圖圖示反射器的例子，其能夠被安裝於處理室壁上，作為用於加熱光的反射鏡。更具體地，第七圖顯示一被安裝於下室壁254的一楔形反射器272例子。第七圖亦圖示被安裝於一上室壁252之反射器270上的一反射元件274。該半導體基板60的處理均勻性，可以藉由改變該處理室200內的楔形反射器272、及/或其他反射元件(例如：反射元件274)的反射梯度來調諧。
第八~十一圖圖解上弧燈220的觀點例子，其能夠作為光源，用於密集性毫秒長曝照該半導體基板60的該頂表面(如“閃光”)。例 如，第八圖係一示範性弧光燈220的橫截面圖。該弧光燈220可以，例如，係一開放流動式(open flow)弧光燈，其中在弧光放電期間，該加壓的氬氣(或其他合適氣體)被轉變為高壓力電漿。弧光放電的發生，係於石英管225內，介於一負電性陰極(cathode)230與一互相隔開之正電性陽極(anode)222之間(例如：相隔大約300mm)。一旦該正電性陽極222及該負電性陰極230之間的電壓到達氬的崩潰電壓(例如：大約30kV)或其他氣體者，一穩定而低傳導性的電漿就立刻形成，發射出可見光、及光譜UV範圍的光。如第九圖所示，該燈可以包括一燈反射器262，其能用來反射該燈提供來處理該半導體基板60的光。
第十及十一圖係依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統80內的一弧光燈220的示範性操作的示意圖。更具體地，一電漿226係收容於一石英管225內，其係藉由水壁228由內部來水冷卻。該水壁228係高流速注射至該燈200的陰極端，並於陽極端排放。對於氬氣229亦相同真實的是，其亦於該陰極端進入該燈220，並從該陽極端排出。形成該水壁228的水，係垂直於燈軸加以注射，以致於該離心作用產生一水渦流。因此，沿著燈的中央線係形成氬氣體229所用的通道。該氬氣體柱229以相同於該水壁228的方向來旋轉。形成電漿226後，該水壁228保護該石英管225，並限制該電漿226於中央軸。只有該水壁228及複數的電極(陰極230及陽極222)係直接接觸該高能量電漿226。
第十一圖係依照本發明示範性實施例弧光燈所用一示範性電極(例如：陰極230)的橫截面圖。第十一圖圖示一陰極230。然而，相似的結構亦能使用於該陽極222。
一些實施例中，如同經歷高熱負載的電極，一或更多的電極能夠分別包含一尖端232。該尖端能夠由鎢製成。該尖端能耦合到並/或融合至一水冷式銅散熱體234。該銅散熱體234可以包括至少一部份的電極內部冷卻系統(例如：一或更多的水冷通道236)。複數的該電極能進一步包括一具有水冷通道236的黃銅基底235，以提供水循環或其他流體循環，並冷卻電極。
使用於依照本發明觀點之示範性毫秒退火系統的弧光燈，可以係一種針對水及氬氣的開放流動系統。然而，基於環保理由，此兩種介質都能夠在一些實施例的封閉環路系統中循環。
第十二圖係本發明示範性實施例的用於一毫秒退火系統的一功能為供應運作毫秒退火系統中的該開放流動式(open flow)弧光燈的水及氬氣體的一示範性封閉環路系統300。
更具體地，高純度水302及氬304被供給至燈220。該高純度水302係用於該水壁及複數的該電極的冷卻。離開該燈係一氣體/水混合物306。該水/氣體混合物306在其可被重新供給至該燈220的複數的入口之前係由分離器310分離成無氣體水302及乾燥氬304。為了在燈220上產生所需的壓力降，該氣/水混合物306係藉由水驅動噴射泵320來泵出。
一高功率電泵330，供應水壓來驅動燈220內的水壁、燈電極的冷卻水、及噴射泵320的運動流。噴射泵320下游的分離器310，係能夠加以使用，從混合物(氬)抽出液體及氣相。在重新進入燈220之前，氬進一步地在凝聚過濾器340中加以乾燥。如果需要，額外的氬能從氬源350加以供應。
水通過一或更多的微粒濾器350，移除由弧光放電而噴濺在水中的微粒。離子性污染係由離子交換樹脂加以移除。一部份的水係流過混合床離子交換濾器370。該離子交換濾器370的入口閥372，能由水阻能力來控制。如果水阻能力下降到低值以下，該閥372被開啟，當其到達一高值時，該閥372關閉。該系統能包含一活性碳濾器旁路環380，其中一部份的水係額外地加以過濾，以移除有機污染。為了維持水溫，該水能夠通過一熱交換器390。
依照本發明示範性實施例的毫秒退火系統，能包含獨立地測量半導體基板兩表面(例如：頂及底表面)溫度的能力。第十三圖圖示該毫秒退火系統200所用的一示範性溫度測量系統150。
一毫秒退火系統200的簡化的代表，係圖示於第十三圖。該半導體基板60兩側的溫度，能夠獨立地藉由溫度感測器來測量，例如溫度感測器152及154。該溫度感測器152能測量該半導體基板60的一頂表面的一溫度。該溫度感測器154能測量半導體基板60的一底表面。一些實施例中，測量波長係約1400nm的窄幅示溫感測器，係能用來作為溫度感測器152及/或154測量，例如，該半導體基板60的一中央區的溫度。一些實施例中，該溫度感測器152、154可以係超快幅射計(UFR)，其取樣速率足夠高而可以解析由該閃光加熱造成的毫秒溫度峰值。
該溫度感測器152、154的讀數，可以係補償發射率(emissivity compensated)。如第十三圖所示，發射率補償計劃可以包括一診斷閃光156、參考溫度感測器158、及溫度感測器152、154，其係被組態以測量該半導體晶圓的該頂及底表面。診斷性加熱及測量，係可以使用診斷閃光156(例 如：測試閃光)來進行。取自參考溫度感測器158的測值可以用來作為溫度感測器152及154之發射率補償。
一些實施例中，該毫秒退火系統200能可以包括複數的水視窗。複數的該水視窗可以提供一光學過濾，壓抑該溫度感測器152、154測量幅度內的燈輻射，以致該溫度感測器152、154僅測得來自該半導體基板的輻射。
溫度感測器152、154的讀數，可以被提供至一處理器電路160。該處理器電路160係位於該毫秒退火系統200的外罩內，雖然作為一種選擇，該處理器電路160可定位於距離該毫秒退火系統200遙遠的地方。如果需要的話，本文所述的許多功能係可由單一處理器電路來執行，或藉由其他的局部及/或遠端處理器電路組合來執行。
如將於下文詳細討論者，溫度測量系統可以包括其他的溫度感測器，例如被組態以取得一或更多的晶圓支架板(例如：第十六圖所示)溫度測值的溫度感測器，及/或被組態以取得一或更多的半導體基板在溫度，例如，約450ºC以下、如小於約300ºC、如小於約250ºC時之溫度測值的遠紅外線溫度感測器(如第二十二圖所示)。該處理器電路160能被組態以處理取自複數的該溫度感測器的測值，進而決定該半導體基板及/或該晶圓支架板的一溫度。
第十四圖係本發明示範性實施例的一毫秒退火系統的反射鏡270和晶圓平面板210的示範性冷卻系統300。如圖所示，該系統可以使一冷卻液體(例如：水或其它液體)循環通過一毫秒退火系統的該晶片平面板210及複數的該反射鏡270。該液體可以源自一主液體供應歧管302。該液 體可以被返還至一主液體返還歧管304。在熱處理期間該液體可以提供該晶圓平面板210及複數的該反射鏡270的溫度冷卻。
該毫秒退火系統可以包括用於在該毫秒退火系統的組件之間循環液體(例如：水)的其它系統。例如，該毫秒退火系統可以使液體(例如：水)循環通過，例如，第二圖中所示的複數的水視窗260。
一毫秒退火系統中的示範性水漏液偵測
根據本發明的示範性實施例，從一冷卻系統(例如：第十四圖的冷卻系統300)洩漏到處理室中的水或其它液體可以被一濕度感測器偵測。更具體地，一些實施例中，一濕度感測器可以設置於一氣體流動系統中，其可以被組態以偵測從該處理室排出的氣體中的濕度。一洩漏的存在可以通過偵測超過濕度閾值的濕度水平來偵測。
一些示範性實施例中，一濕度感測器可以被放置在用於毫秒退火系統的氣體流動系統的主排氣管路中的該處理室下游。該主排氣管路可以將來自該處理室的排氣口的複數的單獨排氣管路組合。
第十五圖係本發明示範性實施例的用於水漏液偵測的示範性系統的一的一示意圖；如圖所示，一毫秒退火系統可以包括用於提供和排出來自處理室200的處理氣體的一氣體流動系統400。更具體地，可以通過氣體入口406從一氣體源405向該處理室200提供一處理氣體(例如：氮，氧，氨，氫或合成氣體或其混合物)。該氣體入口406可以經由頂室202中的排氣開口402(例如：在毫秒退火系統的頂室202的頂角中)向該處理室200提供處理氣體。
該氣體流動系統400亦可包括用於從該處理室200排出氣體 的一氣體出口。該氣體出口可以包括該處理室200的底室204中的複數的排氣口開口404(例如，該處理室的底角)。氣體可以通過該排氣口開口404排出到複數的出口管路412中，其可以於下游管路410處被耦合在一起。該下游管路410可以排出至一外部導管440。
根據本發明的示範性觀點，一濕度感測器420可以被設置於該下游管路410中。該濕度感測器420可以係被組態以檢測流過該下游管線410的氣體中的濕度(例如，濕氣)數額的任何感測器。該濕度感測器420可以向一處理器電路450發送信號。該處理器電路450可以被組態為處理信號以確定在該毫秒退火系統的一液體冷卻系統中是否發生了一洩漏。
一些實施例中，該處理器電路450可以包括一或更多的處理器及一或更多的記憶裝置。該處理器電路450係位於該毫秒退火系統的外罩內，雖然作為一種選擇，該處理器電路450可被定位於距離該毫秒退火系統遙遠的地方。如果需要的話，本文所述的許多功能係可由單一處理器電路來執行，或藉由其他的局部及/或遠端處理器電路組合來執行。由該處理器電路450執行的一個示範性方法將參照第十七圖來討論。
以這種方式，該濕度感測器420可以對洩漏敏感，而與其在該室中的位置無關。該濕度感測器420可以，例如，以每分鐘1次或其它合適速率的採樣率在連續讀取模式下操作。可以選擇濕度測量的靈敏度，使得可以實時偵測洩漏的形成，並且可以減少具有水或其它液體洩漏的半導體基板的處理。
第十六圖圖解本發明的另一示範性實施例。此示範例性實施例中，該濕度感測器藉由一旁路管路415與該下游管路410並聯連接。以這種 方式，該感測器420可以藉由電動或氣動操作的閥422及424從該下游管路410斷開。當該室對大氣壓力的濕度開放時(例如：當一半導體基板被裝載至該室中時)，這可以用於防止該感測器420的飽和。結果，可以減少直到正確的讀數的時延。
第十七圖係本發明示範性實施例用於一毫秒退火系統偵測洩漏的一示範性方法的一流動圖解。第十七圖可以由一或更多的處理器電路實現，例如第十五及十六圖的該處理器電路450。第十七圖圖解為了說明和討論的目的以特定順序執行的步驟。一般熟習本項技藝人士，在使用本文所提供的揭示內容之下，將瞭解的是，本文中所描述之任何方法的各種步驟，係能夠被改編、修改、擴張、省略、及/或在不偏離本發明範圍的各種方法之下進行再安排。
在(502)，該方法包括從一濕度感測器對一毫秒退火系統中的一氣體流動系統的一下游管路中的濕度的指示獲得信號。例如，該方法可以包括藉由該處理器電路450從第十五及十六圖中的該感測器420獲得信號。
在第十六圖中的(504)，該方法可以包括處理來自該濕度感測器的信號以確定該下游管路中的濕度是否超過一濕度閾值。該濕度閾值可以被設置以指示該毫秒退火系統中的洩漏。如果該濕度沒有超過該閾值，則該方法可以繼續第十七圖所示的該毫秒退火系統的操作。
然而，當該濕度超過該閾值時，該方法可以包括偵測該毫秒退火系統的液體冷卻系統中的洩漏，如(508)所示。該洩漏，例如，可以係於該冷卻系統中使液體(例如：水)循環通過反射鏡，水視窗，晶圓平 面板或毫秒退火系統的其它液體冷卻組件。
在(510)，該方法可以包括提供與該洩漏的偵測有關的一指示器。該指示器可以係當該毫秒退火系統中發生一洩漏的任何合適的通知或指示。例如，該指示器可以係一音頻，視覺或其他合適的指示器。一些實施例中，該指示器可以係通過一合適的通信介質(例如：有線及/或無線通信介質)傳送的一電子數據通知。一些實施例中，一或更多的控制裝置可以至少部分地基於偵測到的該液體冷卻系統中的洩漏而自動關閉該毫秒退火系統的操作。
雖然本發明主題係詳細地相關於其具體實施例來描述，但一般熟習本項技藝人士在瞭解前文之下，將會贊同的是，這類實施例的許多改變、變型及等價者係能夠輕易完成。因此，本發明說明書揭示範圍僅係作為示範，而非作為限制，及該主要揭示內容並未排除而包含：對於一般熟習本項技藝人士而言係可輕易完成的本發明主題的這類修改、變型及/或添加。
60‧‧‧Semiconductor substrate 半導體基板
80‧‧‧Millisecond anneal system 毫秒退火系統
200‧‧‧Process chamber/Lamp/Millisecond anneal system 處理室、燈、毫秒退火系統
202‧‧‧Top chamber 頂室
204‧‧‧Bottom chamber 底室
210‧‧‧Wafer plane plate 晶圓平面板
220‧‧‧Arc lamps/Top arc lamps/Top lamp array/Lamp array/Upper arc lamps/Lamp 弧光燈、頂弧光燈、頂燈陣 列、燈陣列、上弧燈、燈
240‧‧‧Continuous mode arc lamps/Bottom arc lamps/Bottom lamp array/Lamp array/Bottom lamps 連續模式弧光燈、底弧光燈、 底燈陣列、燈陣列、底燈

Claims (20)

  1. 一種熱處理系統，其包含：一處理室，其包含一或更多的液體冷卻組件；一氣體流動系統，其經組態以於該處理室中提供處理氣體的流動；以及一蒸汽感測器，其經組態以測量流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽，其用於偵測與該一或更多的液體冷卻組件相關的一漏液。
  2. 如專利申請範圍第1項的熱處理系統，其中該氣體流動系統包含在該處理室中的一或更多的排氣口開口以從該處理室排出處理氣體。
  3. 如專利申請範圍第2項的熱處理系統，其中該蒸汽感測器係經組態以測量在該氣體流動系統中順著排氣口開口流動的處理氣體中的蒸汽。
  4. 如專利申請範圍第3項的熱處理系統，其中該處理室包含一將該處理室分成一頂室和一底室的晶圓平面板，該等排氣口開口係位於該底室。
  5. 如專利申請範圍第3項的熱處理系統，其中該氣體流動系統包含一下游管路，其耦合至該一或更多的排氣口開口的每一個。
  6. 如專利申請範圍第5項的熱處理系統，其中該蒸汽感測器係經組態以測量流動於該下游管路中的處理氣體中的蒸汽。
  7. 如專利申請範圍第5項的熱處理系統，其中該蒸汽感測器係經組態以測量流動於與該下游管路耦合的一旁路管路中的處理氣體中的蒸汽。
  8. 如專利申請範圍第7項的熱處理系統，其中該氣體流動系統包含一閥，其經組態以控制氣體流動進入該旁路管路。
  9. 如專利申請範圍第1項的熱處理系統，其中該系統進一步包含至少一處理器電路，該處理器電路經組態以：從該蒸汽感測器獲得多個信號指示在流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽；以及至少部分地基於來自該蒸汽感測器的該等信號來偵測與該一或更多的液體冷卻組件相關的該漏液。
  10. 如專利申請範圍第9項的熱處理系統，其中該處理器電路係經組態至少部分地藉由將流過該氣體流動系統的處理氣體中的蒸汽量與一閾值比較且當處理氣體中的蒸汽量超過該閾值時偵測該漏液，而偵測與該一或更多的液體冷卻組件相關的該漏液。
  11. 如專利申請範圍第9項的熱處理系統，其中該處理器電路係經組態提供與該漏液相關的一指示器。
  12. 如專利申請範圍第1項的熱處理系統，其中該液體冷卻組件包含一晶圓平面板。
  13. 如專利申請範圍第1項的熱處理系統，其中該液體冷卻組件包含一反射鏡。
  14. 如專利申請範圍第1項的熱處理系統，其中該液體冷卻組件包含一水視窗。
  15. 一種用於偵測一毫秒退火系統中的一漏液的方法，該方法包含：藉由一或更多的處理器電路而從經組態測量流過一氣體流動系統的處理氣體中的濕度的一濕度感測器獲得一或更多的信號，該氣體流動 系統經組態提供於一具有一或更多的液體冷卻組件的處理室中的處理氣體的流動；以及藉由該一或更多的處理器電路而至少部分地基於來自該濕度感測器的該一或更多的信號來偵測與該處理室中的該一或更多的液體冷卻組件相關的一漏液。
  16. 如專利申請範圍第15項的方法，其中藉由該一或更多的處理器電路偵測與該處理室中的該一或更多的液體冷卻組件相關的該漏液包含：藉由該一或更多的處理器電路將處理氣體中的濕度與一閾值比較；以及當在處理氣體中的濕度超過該閾值時由該一或更多的處理器電路偵測該漏液。
  17. 如專利申請範圍第15項的方法，其中該方法進一步包含藉由該一或更多的處理器電路提供與該漏液相關的一指示器。
  18. 如專利申請範圍第15項的方法，其中該濕度感測器係經組態測量在該處理室中順著一或更多的排氣口開口流動的處理氣體中的濕度。
  19. 一種毫秒退火系統，其包含：一處理室，其具有一將一處理室分成一頂室與一底室的晶圓平面板，該處理室具有一或更多的反射鏡；一氣體流動系統，其經組態於該處理室中提供處理氣體的流動，該氣體流動系統包含至少一在該頂室中的氣口開口及至少一在該底室中的排氣口開口，該至少一氣口開口用於提供處理氣體至該處理室，該至 少一排氣口開口用於從該處理室排出處理氣體，該氣體流動系統進一步包含一耦合到該至少一該排氣口開口的下游管路；一液體冷卻系統，其經組態使液體循環通過該晶圓平面板和該一或更多的反射鏡的其中之一或更多；以及一濕度感測器，其經組態測量流過該下游管路的處理氣體中的濕度，其用於偵測與該液體冷卻系統相關的一洩漏。
  20. 如專利申請範圍第19項的毫秒退火系統，其中該系統進一步包含一處理器電路，該處理器電路經組態執行操作，該操作包含：從該濕度感測器獲得多個信號指示流過該下游管路的處理氣體中的濕度；以及至少部分地基於來自該蒸汽感測器的該等信號來偵測與該液體冷卻系統相關的該洩漏。
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