用於燈的分區域控制的系統和方法
2023-05-31 22:59:31
專利名稱：用於燈的分區域控制的系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及熱處理。本發明尤其涉及提高半導體熱處理系統中加熱燈的可靠性的系統和方法。
背景技術：
單獨的半導體或集成電路(IC)器件典型地是通過大量的不同處理在半導體晶片上形成的。在大量的這類處理中，應用了熱處理系統將半導體晶片加熱到高溫，以便在晶片被製作成多個IC器件時，使各種化學和物理反應能夠發生。這些熱處理系統典型地包括熱源和晶片支持器，該晶片支持器在熱處理過程中支持靠近熱源的半導體晶片。
目前熱處理系統加熱半導體晶片是在根據預定的熱處理製法的可控條件下進行的。這些熱處理製法基本包括半導體晶片加熱必須達到的溫度，以及熱處理系統維持在該溫度的時間。例如，熱處理製法可能要求半導體晶片被加熱到介於30到1200攝氏度之間的不同溫度，而在每個不同溫度的處理時間則介於0到60秒之間。
為達到一定的目標，諸如最小擴散，這些熱處理系統還必須限制每個半導體晶片處於高溫下的時間量。為實現這一目標，溫度斜率常常是非常陡峭的，即熱處理系統常常需要在儘可能短的時間內從高溫變為低溫，或反過來也如此。
這些陡峭的溫度斜率導致了快速熱處理(RTP)的發展。在RTP過程中，使用發光的熱源照射半導體晶片，其強度足以迅速將半導體晶片的溫度升高到所希望的處理溫度，並使其在一個足夠的時段內保持在該溫度以完成特定的處理步驟。典型RTP的溫度斜率範圍是20到100攝氏度/秒，相比之下傳統處理爐則是5到15攝氏度/分鐘。
RTP典型地用於熱氧化、化學氣相沉積(CVD)、晶片焊接和退火。此外，RTP正在迅速地成為供先進的超大規模集成電路(ULSI)製造中的氧化和退火步驟用的技術選擇。
在RTP系統中所使用的輻射熱源主要包括以直線陣列或圓形陣列排列的滷鎢燈或弧光燈。該陣列典型地是直接位於半導體晶片的上面、下面、或同時位於其上面和下面。RTP系統還可旋轉半導體晶片，以使溫度更均勻地分布於半導體晶片的表面。
由於這些燈與爐子相比，具有非常低的熱質量，所以晶片可以被迅速地加熱。由於熱源可以被迅速地切斷而不需要有緩慢的溫度下降過程，所以可以容易地進行的快速晶片冷卻。以燈加熱晶片使處理室的熱質量影響達到最小，並且可以對晶片的溫度進行快速實時控制。
圖1表示典型的先有技術RTP系統102的一個示例。所示RTP系統102處於一種打開或者說非工作狀態。這樣一種RTP系統102包括蓋子104，其覆蓋加熱燈110的圓形陣列；以及RTP室108，其容納半導體晶片106。對於一個200毫米的半導體晶片，上述陣列典型地具有約211個燈。
儘管這些RTP系統允許快速的加熱和冷卻，但在半導體晶片的直徑上的溫度均勻性對通過RTP室108的壁面的輻射熱損失和傳導熱損失是敏感的。這造成晶片溫度的不均勻現象通常出現在靠近半導體晶片邊緣處。由於不均勻性可造成不一致的材料特徵，如合金含量、晶粒大小和摻雜濃度，所以不均勻性是不合需要的。這些不一致的材料特徵使得電路退化，並降低了每個半導體晶片的IC器件的產量。
一種彌補這些晶片溫度不均勻性的系統是將加熱燈的陣列分成多個獨立控制的加熱區域，這些加熱區域排列成多個同心環。這樣一種系統的示例公開於申請人的美國第5689614號專利中，這裡引為參考。申請人的包含上述系統的工具是以RADLANCE作為商標售賣的。在加熱周期的預定時刻，外部加熱區域的溫度被升高到高於內部加熱區域的溫度，以針對RTP室壁和/或成套處理工具補償任何熱量損耗。上述成套處理工具是邊緣環和支撐柱。晶片在處理過程中位於邊緣環上。該邊緣環由碳化矽製成，它的存在增加了晶片邊緣的熱質量。
圖2表示一個半導體晶片的中心202與邊緣204之間的溫差、作為RTP系統的一個時間函數的圖形200，該RTP系統類似於圖1中所示的系統，且具有多個可獨立控制的加熱區域。在加熱周期的溫度上升期間內，靠近半導體晶片的邊緣204的區域的溫度高於該半導體晶片的中心區域202的溫度。反之，在保溫和溫度下降期間，靠近邊緣204的區域的溫度要低於中心202區域的溫度。
然而，這些內部和外部區域的單個燈趨向於以不同的速度退化。尤其是這些多區域圓形燈陣列的使用者們已經發現，外部區域的燈與內部區域的燈比較，往往會有更低的可靠性，並且更經常地損壞，即，它們擁有比預期值更短的使用壽命。除了外部區域的燈通常在較高溫度工作以補償晶片邊緣附近的熱量損耗外，還不知道這種損壞增多的原因。實際上，經歷過同樣數量的加熱周期測試的燈並沒有像在實際IC器件製造中所使用的燈那樣，有同樣增多的損壞。
圖3A展示一個典型的滷鎢燈，該滷鎢燈取自一個經歷了一定數目的加熱周期之後的內部加熱區域。注意，燈絲302的線圈是均勻分隔開的。這些滷鎢燈是由PHILIPS、OSRAM、USHIO等製造的。與之相對照，圖3B展示一個損壞的外部區域燈304，該燈來自經過了同樣數量的加熱周期之後的實際IC器件製造裝置。其中可以看出，燈絲306的線圈是松垂的。
當燈絲響應一個施加的剪切應力，如重力，而產生塑性變形時，就產生松垂。典型的是，首先繞制出燈絲的第一級線匝。這根被繞成線圈的線又被繞成一個更大線圈，從而形成第二級線匝。線圈上的應力是第一級線匝的直徑和第二級線匝所產生的槓桿臂以及第一級線匝的數量的函數。蠕變發生在線圈的頂部，此處應力最大，引起燈絲松垂，直到較下部的線圈發生接觸而導致短路或電弧。這被稱為「線圈堆疊」。松垂的發展在時間上不是線性的，且只在損壞前出現。一旦發生松垂，線圈就彼此接觸，從而使燈絲短路並損壞燈304。這是電燈產業熟悉的燈絲放電或電弧。
鑑於以上所述，需要有一種系統和方法來確定和解決這一比預期的燈可靠性要低的原因。尤其是，非常希望有一種系統和方法，用以增加多區域環形燈陣列中的外部區域的燈的壽命。
發明內容
根據本發明，提供了一種增加熱處理系統中的燈的壽命的方法。最初，確定需要在第一和第二時期都工作的一部分加熱燈。這些加熱燈最好形成一個加熱燈的圓形陣列的一部分，該圓形陣列具有多個環形同心區域。上述第一時期是其中燈在一個高電壓(VH)下工作而快速升溫的時期，而第二時期則是其中燈在中間電壓下工作、以維持保溫溫度和/或緩慢升溫的一個時期。然後將該部分分成第一組和第二組。根據對半導體晶片進行熱處理的製法，對第一和第二組施加一個工作電壓。然後可以確定，工作電壓是介於預定的低電壓(VL)與預定的上限電壓(VU)之間的電壓範圍內的一個幹擾電壓。隨後，將第一電壓施加到第一組加熱燈上，而將第二電壓施加到第二組加熱燈上。第一電壓高於預定的上限電壓，而第二電壓低於預定的低電壓。而且，第一和第二電壓的一個加權平均值近似於這一幹擾電壓。同時，根據上述製法，將工作電壓加到加熱燈陣列的剩餘部分上，其中該工作電壓低於高電壓(VH)。
根據本發明，進一步地提供了一種通過給燈提供工作電壓來增加燈的壽命的方法。隨後可以確定，工作電壓是介於預定的低電壓(VL)與預定的上限電壓(VU)之間的電壓範圍內，而且此後給燈提供高於預定的上限電壓的第一電壓，或低於預定的低電壓的第二電壓。
根據本發明，更進一步地提供了一種增加熱處理系統中燈的壽命的系統。該系統包括一個熱處理系統，該熱處理系統具有加熱燈的一個陣列。所述系統還包括一個控制器，該控制器連接到上述加熱燈陣列。該控制器包括中央處理單元和存儲器。該存儲器包含對半導體晶片進行熱處理的製法，以及用於控制加到該加熱燈陣列的工作電壓的工作電壓程序。所述存儲器還包含分區域的程序。這些分區域的程序包括根據製法而給第一和第二組加熱燈陣列提供工作電壓的指令，以及確定工作電壓是介於預定的低電壓與預定的上限電壓之間的電壓範圍內的一個幹擾電壓的指令。上述幹擾電壓是為適度的溫度保溫和/或緩慢升溫所需要的一個電壓。
分區域的程序還包括將第一電壓施加到第一組加熱燈的指令，以及將第二電壓施加到第二組加熱燈的指令。
因此，以上所述的方法和系統通過增加多區域環形燈陣列中的外部區域的燈的壽命，解決了燈的可靠性低於預期值的問題。
為更好地理解本發明的性質和目的，應該結合以下附圖，參考下文中的詳細描述，其中圖1是先有技術的利用圓形陣列的加熱燈的快速熱處理(RTP)系統的一個簡圖；圖2是一個半導體晶片的溫度的曲線圖，該溫度對類似於圖1所示的先有技術熱處理系統來說是時間的一個函數；圖3A表示在一定量的加熱周期之後，一個典型先有技術的內部區域的滷鎢燈；圖3B表示經過和圖3A中的燈同樣數量的加熱周期之後，一個先有技術的損壞的外部區域的燈；圖4是作為電壓的一個函數的燈的壽命周期的加速松垂測試結果的曲線圖；圖5是根據本發明的一個實施例，利用分區域控制來提高燈的可靠性的一種系統的示意圖；圖6是根據本發明的一個實施例，加熱燈的一個圓形陣列的外部區域的示意性正視圖；圖7是根據本發明的一個實施例，利用分區域控制來提高燈的可靠性的一種方法的流程圖；圖8是根據本發明的一個實施例，一個加熱周期的工作電壓(作為時間的一個函數)的示例性曲線圖；圖9A、9B和9D是根據沒有利用分區域系統執行的一個測試，一個加熱燈的圓形陣列中的各個區域的溫度(作為時間的一個函數)的曲線圖；圖9C根據圖9A中所示的測試，作為時間的一個函數而施加在一個加熱燈圓形陣列中的各個區域的工作電壓的曲線圖；圖10A、10B和10D是根據本發明的一個實施例，依據利用分區域系統執行的一個測試，一個加熱燈圓形陣列中的各個區域的溫度(作為時間的一個函數)的曲線圖；圖10C是根據圖10A中所示的測試，作為時間的一個函數而施加在一個加熱燈的圓形陣列中的各個區域的工作電壓的曲線圖。
同樣的參考編號表示貫穿附圖的幾個視圖中相應部分。
具體實施例方式
進行了測試，以便確定使用者的圓形多區域燈陣列過去遭受到比預計的外部區域加熱燈的損壞更多的原因。圖4是加熱燈的壽命(加熱周期)402的加速松垂測試的結果，作為電壓404的一個函數的曲線圖400。上述測試的執行是利用一個水冷單燈固定裝置進行的，該固定裝置與標準燈(EF940)一起用在大氣XE反射器套筒中的RADLANCE室中。沒有使用半導體晶片或支撐柱。此外，使用了74.74V的電壓飽和值。
該曲線圖400顯示出了在一個加熱燈陣列的外部區域中的一個燈的記錄壽命。外部區域將在下文聯繫圖5和圖6作進一步的詳細描述。外部區域中的燈通常是以兩個時期的組合來工作的，即第一時期，其中燈工作在一個高電壓(VH)的，這時要求快速的升溫；和第二時期，其中燈工作在一個中間電壓，以維持保溫溫度和/或緩慢升溫。典型的是，在第一時期施加給燈的電壓高於一個燈的全功率輸出值約70％，而在第二時期施加給燈的電壓則介於一個燈的全功率輸出值的約20％與50％之間。這些時期就其自身而言是無害的，但它們組合起來卻是災難性的。
典型的是，只有圓形加熱陣列中的外部區域在上述兩個時期都工作，因為只有外部區域需要一個高電壓(VH)輸出，隨後是用於溫度保溫的一個中間電壓。這是因為外部區域要經受高於通常水平的對壁面和在晶片邊緣的成套處理工具的熱損耗。只有外部區域會經歷第一時期。
可以看出，在燈既在第一時期又在第二時期工作時，也就是說，既在高電壓(圖中未示)、又如圖所示在例如介於30到45V之間的中間保溫電壓工作時，這些外部區域的燈的燈壽命急劇地減少。已發現這些燈的壽命都低於30000個周期，與之對照的是，內部區域燈的壽命通常都超過150000個周期。對引起這種壽命減少的原因的機制過去作了調查。
得到確定的是，為阻止聯繫圖3B所描述的松垂和最終的弧光放電，製造商在燈絲中加入鉀。在操作過程中，當燈絲處於升高的溫度時，這種鉀形成泡，通過阻斷晶粒邊界移動而阻止線圈的松垂。為使之有效，必須使許多小泡在燈絲中平均分布。但是，在第一時期中，鉀泡會合併而成為一些大泡。這就導致燈絲中更多的區域內沒有泡。這些區域的晶粒邊界現在可以響應應力而自由地移動，導致松垂。
此外，在鎢(燈絲的主要化學物種類)中氧的溶度是溫度的一個遞減函數。因此，在第二時期，直接緊隨快速的溫度升高之後是適度的保溫溫度(典型地約為1100攝氏度)，此時氧擴散到鎢中。鎢內超飽和的氧聚集在鉀泡中，幫助了鉀泡的移動。
結果，在兩個時期都工作顯著地促進了松垂，因而導致過早的燈損壞。因此，為增加燈的可靠性和減少過早燈損壞，應該減少或消除燈在第一和第二時期都進行工作。但是，這種解決方案是有問題的，這是因為外部區域的燈需要在第一和第二時期都工作，為的是產生加熱製法所要求的熱量。
圖5是根據本發明的一個實施例，利用分區域控制來提高燈的可靠性的一個系統結構500的示意圖。熱處理系統502連接到控制器504。熱處理系統502是任何包括加熱燈506陣列的系統，如一個RTP系統。加熱燈506是用於加熱的任何燈，如滷鎢加熱燈。為方便解釋，熱處理系統502被顯示為處於一個打開的非操作位置，因而露出半導體晶片508。在一個優選實施例中，加熱燈506的陣列被設置在獨立可控區域的多輸入/多輸出陣列中。中心圓形區域510由連續的同心環形區域圍繞，這些同心環形區域終止於一個外部區域512。在使用時，該外部區域512分布在靠近半導體晶片的邊緣。
根據加熱製法，控制器504控制施加在每個區域上的工作電壓。工作電壓與加熱製法所要求的溫度有直接的關係，即施加在一個燈上的工作電壓的增加可以直接增加燈的溫度，反之亦然。控制器504最好包括至少一個數據處理器或中央處理單元(CPU)516；一個存儲器522；多個輸入和輸出設備518，如顯示器、鍵盤和軟盤驅動器；一個數模轉換器514，用於將數位訊號轉換成模擬信號；和至少一條連接這些組件的總線520。
存儲器522最好包含作業系統524，如VXWORKS、LINUX或WINDOWS，具有用於處理、訪問、存儲或查找數據等的指令。存儲器522最好還包含通信程序526，用於與輸入和輸出設備518通信；至少一種加熱製法528；工作電壓程序(VO)530；和分區域程序532。
加熱製法528是用於對半導體晶片進行熱處理的一個方案，主要包括兩部分a)半導體晶片508必須被加熱達到的溫度536(1)～(N)；以及b)熱處理系統保持在溫度536(1)～(N)的時間534(1)～(N)。例如，一個加熱製法可能要求半導體晶片要被加熱到介於30和1200攝氏度之間的不同溫度，在每個不同溫度的處理時間介於0和60秒之間。上述加熱製法可在多批半導體晶片之間改變，因此，可通過輸入/輸出設備518將多個加熱製法加載到存儲器522中。
工作電壓程序(VO)530將加熱製法528所要求的溫度536(1)～(N)轉換為傳輸到數模轉換器514的數位訊號，數模轉換器514將該數位訊號轉換為一個模擬工作電壓，該工作電壓被提供給特殊區域內的燈。
分區域程序532自動控制施加到外部區域512內的第一和第二組燈上的工作電壓，以增加燈的可靠性。在下面圖6到圖10的有關內容中會提供使用分區域程序的更詳盡的解釋。
圖6是圖5中所示的圓形陣列的加熱燈506的外部區域512的一個示意圖。如上所解釋的，已經發現外部區域512比內部區域更容易損壞，這是因為在外部區域512內的燈在第一和第二時期這兩個時期都工作。
為了解決這種可靠性的降低，將外部區域中的燈分成一個或多個被獨立控制的組。這樣就使分區域程序532(圖5)能夠控制外部區域內的任何燈，以使之不在第一和第二這兩個時期都工作。
在一個優選實施例中，最外部的同心區域512可分成至少兩組加熱燈，即第一組602和第二組604，對於一個對200毫米直徑的半導體晶片508(圖5)進行熱處理的系統來說，第一組最好包括48個燈，而第二組最好包括66個燈。第二組有更多數量的燈對下面這一事實作了補償第一組602比第二組平均更靠近半導體晶片508(圖5)的中心，並因此而不易受到通過室壁面的熱損耗的影響。
施加到第一組602和第二組604中的每組燈上的電壓是由控制器504(圖5)中的分區域程序532(圖5)獨立控制的。同樣，在一個優選實施例中，燈在第一組和第二組中是彼此均勻地分配的，以防止任何溫度不均勻問題。應該理解的是，儘管所示外部區域分為兩組，但也可以使用兩個以上的分組。
圖7是根據本發明的一個實施例，利用分區域控制來提高燈的可靠性的一種方法的流程圖700。在設置一個獨立控制的多區域加熱陣列506(圖5)之後的某個時間，在步驟702確定哪些燈或區域在第一和第二這兩個時期內都工作。典型的是，在第一和第二兩個時期內都工作的燈或區域只是那些位於外部區域512(圖5)內的燈。但是，在一個替代實施例中，任何在其他情況下可能在第一和第二時期內都工作的燈也可以由分區域控制器來控制，以增加燈的可靠性。
如果確定某些燈不是在第一和第二時期內都工作(步驟702——否)，則在步驟704，VO程序530(圖5)按照每個加熱製法528(圖5)給這些燈提供一個工作電壓(VO)。但是，如果確定一部分燈在第一和第二時期內都工作(步驟702——是)，則在步驟706將那部分燈至少分成第一組602(圖6)和聯繫圖6所描述的第二組(604)。在一個優選實施例中，第一組和第二組的燈是如上所述，在步驟708彼此均勻地分配的。
然後在步驟710，將一個工作電壓施加到第一組和第二組。隨後在步驟712確定該工作電壓是否是介於預定的低電壓(VL)與預定的上限電壓(VU)之間的一個幹擾電壓。上述預定的低電壓(VL)與上限電壓(VU)都是通過實驗以經驗方式得到的。在一個優選實施例中，上限電壓的範圍是全功率輸出值的55％到60％，而低電壓的範圍則是全功率輸出值的19％到34％。
如果確定上述工作電壓不是介於低電壓(VL)與上限電壓(VU)之間的一個幹擾電壓(步驟712——否)，則第一組和第二組繼續接受與加熱製法一致的工作電壓。
但是，如果確定上述工作電壓是介於低電壓(VL)與上限電壓(VU)之間的一個幹擾電壓(步驟712——是)，則在步驟714，分區域程序532(圖5)對第一組施加第一電壓，而在步驟716對第二組施加第二電壓。上述第一電壓通常高於上限電壓(VU)，而上述第二電壓則低於低電壓(VL)。同樣，第一和第二電壓的一個加權平均值近似於幹擾電壓，該電壓幹擾電壓的範圍介於低電壓(VL)與上限電壓(VU)之間。
分區域程序532(圖5)繼續對第一組施加第一電壓，並對第二組施加第二電壓，直到其確定如加熱製法所要求的施加在第一和第二組上的工作電壓不是在低電壓(VL)與上限電壓(VU)之間的電壓範圍內。當這一點得到確定時(步驟712——否)，則加熱製法所要求的且由VO程序530(圖5)所施加的常規工作電壓，在步驟710被施加到第一和第二組上。
圖8是一個分區域加熱周期的示例性曲線圖800，該加熱周期用於作為時間802的一個函數的工作電壓804。曲線圖800隻顯示了施加在這些燈上的電壓，這些燈工作在介於預定的低電壓(VL)808與預定的上限電壓(VU)806之間的電壓範圍816內。該曲線圖800也只顯示了根據只作用於第二時期的熱處理而施加的電壓，即其典型地低於一個燈的全功率輸出值的70％。在一個優選實施例中，這些燈是外部區域512(圖5)中的燈，即第一組602(圖6)和第二組604(圖6)的燈。
當一個加熱製法528(圖5)從時刻0開始，工作電壓818就從大約為1/2(V1)的電壓在時刻t1升高到超過電壓V3。該電壓波動，直到時刻「te」為止，此時加熱製法要求將一個高於低電壓808的電壓施加到上述外部區域。只要計算出的工作電壓818是在介於低電壓(VL)808與上限電壓(VU)806之間的電壓範圍816內的一個幹擾電壓，則分區域程序532(圖5)就對第一組602(圖6)加熱燈施加第一電壓810，並對第二組604(圖6)加熱燈施加第二電壓812。第一電壓810通常高於上限電壓(VU)806，而第二電壓812通常低於低電壓(VL)808。第一和第二電壓的一個加權平均值814近似於電壓範圍816內的一個幹擾電壓，因此而滿足加熱製法528(圖5)。
測試已經揭示出，利用上述分區域系統和方法，其中低電壓(VL)被設定為介於一個燈的全功率輸出值的19％與34％之間，和/或上限電壓(VU)被設定為介於一個燈的全功率輸出值的55％與60％之間，可以極大地增加這些燈的壽命。
為避免每當轉變發生時、亦即在低電壓(VL)和在上限電壓(VU)處的電壓抖動，圍繞每個轉變電壓(VL和VU)引入一個滯後帶，以使得在作出改變之前電壓滯後。已經發現對防止抖動來說，介於3％到12％之間的滯後帶是有效的。圍繞低電壓808引入低滯後帶820和822，而圍繞上限電壓806引入高滯後帶824和826。
例如，如果加熱製法要求工作電壓只在低電壓(VL)上下波動，則施加到第一和第二組燈上的電壓就會在工作電壓與第一電壓或第二電壓之間持續地跳動。為避免這種情況，在轉變電壓(VL和VU)的任何一側設定高滯後電壓和低滯後電壓。例如，當工作電壓朝向低電壓(VL)上升，在工作電壓跨越高滯後電壓822時，第一和第二電壓僅分別被施加到第一和第二組。相反，當按照加熱製法所指定的，幹擾電壓朝向低電壓(VL)降低，在幹擾電壓跨越低滯後電壓820時，工作電壓將只被施加到第一和第二組。同理，為上限電壓(VU)設置高滯後電壓826和低滯後電壓824。
在施加到第一組的第一電壓810非常高的情況下，施加到第二組的第二電壓812必須非常低，以使得第一和第二電壓的加權平均值814可以近似於幹擾電壓。但是，在某些情況下，第一電壓太高，以致於為了補償，要求第二電壓低於燈的低飽和極限的5％，上述低飽和極限意即為了工作，燈不能被施加更低電壓。這種飽和導致分區式電壓操作(第一和第二電壓)的加權平均值814要高於不分區的操作，使得溫度升高。相應地，分區控制器504(圖5)使系統減慢，使得溫度下降，導致極限周期。
為解決這一問題，將第一組分成多個子組，其中每個子組具有其自己的低電壓(VL)。這樣就通過一次只分裂一個區域，阻止了在5％處的低飽和。例如，第一組被分成第三、第四和第五組。然後，在一個電壓的31％和37％之間，只有第三組施加有高於上限電壓的第一電壓。在電壓的37％和47％之間，第三和第四組都施加有高於上限電壓的第一電壓。最後，在電壓的47％和57％之間，第三、第四和第五組都施加有高於上限電壓的第一電壓。這些電壓的組合的加權平均值必須仍近似於加熱製法所要求的電壓。
圖9A、圖9B和圖9D是根據不利用分區域系統而執行的一個測試，加熱燈的圓形陣列中的各個區域的溫度作為時間函數的曲線圖。每條線用於一個單獨區域的獨立溫度讀數。圖9A表示一個加熱周期，該加熱周期如一個加熱製法所指定的，其溫度從30到1200攝氏度。可以看出，主要的溫度升高發生在約26秒和37秒之間。圖9B是圖9A中所示曲線圖的上部溫度轉變部分的一個放大曲線圖。可以看出，當溫度接近1100攝氏度時存在一些小的溫度波動。圖9D是在圖9A中所示曲線圖的下部溫度轉變部分的一個放大曲線圖。同樣可觀察到，當溫度接近550攝氏度時存在一些小的溫度波動。
圖9C是根據圖9A中所示的測試，作為時間的一個函數而施加在加熱燈的圓形陣列中的5個不同區域的工作電壓的一個曲線圖。可以看出，其中一個區域的加熱燈的電壓被升高到高於約50％的全功率值。需要這一升高的電壓來使溫度升高到1100攝氏度的保溫溫度。只有這一區域，典型的是外部區域，要求一個高電壓，這是因為外部區域要經受通過室壁面的溫度損耗。當到達保溫溫度之後，電壓就被降低到約44％，以維持該保溫溫度。因此，外部區域在第一和第二這兩個時期都工作，並因此而遭受到過早的燈損壞。
圖10C是在利用分區域系統執行的測試中，作為時間的一個函數而施加在加熱燈圓形陣列中的各個區域的工作電壓的一個曲線圖。施加在加熱燈陣列的外部區域的電壓是由分區域程序532(圖5)來控制的。可以看出，一旦加熱製法要求外部區域的燈進入介於預定的低電壓與預定的上限電壓之間的電壓範圍內，分區域程序532(圖5)就對第一組加熱燈施加第一電壓，而對第二組加熱燈施加第二電壓。在這種情況下，上述預定的低電壓被設定為全功率值的34％，而上述預定的上限電壓則被設定為全功率值的55％。第一電壓通常高於預定的上限電壓，且第二電壓通常低於預定的低電壓。第一和第二電壓的一個加權平均值近似於電壓範圍內的一個幹擾電壓，因此滿足加熱製法。
圖10A、10B和10D是在與圖10C所報告的相同的測試中，作為時間的一個函數的加熱燈圓形陣列中的各個區域的溫度曲線圖。圖10A表示如圖9A到圖9D的測試所使用的同樣加熱製法所指定的一個加熱周期。可以看出，主要的溫度升高發生在約22秒和42秒之間。圖10B是在圖10A中顯示的曲線圖的上部溫度轉變部分的一個放大曲線圖。可以看出，當溫度接近1100攝氏度時存在一些小的溫度波動。這些波動不大於圖9B中的波動。圖10D是在圖10A中顯示的曲線圖的下部溫度轉變部分的一個放大曲線圖。同樣可觀察到，當溫度接近550攝氏度時存在一些小的溫度波動。這些波動不大於圖9D中的波動。也就是說，圖10A所示的溫度周期緊密匹配於圖9A所示的溫度周期。
比較圖9A～圖9D與圖10A～圖10D，可以看出上述分區域系統和方法不會不利地影響按照加熱製法而指定的溫度周期。更為重要的是，對於加熱製法來說，分區域系統保持可靠，同時限制燈在第一和第二時期都工作，因而增加了燈的可靠性，提高了單個燈的壽命。
以上進行的對本發明的特定實施例的描述是為了說明和描述的目的。它們並不是要進行窮舉或將本發明限制在所公開的準確形式上，很明顯，根據以上的說明和教導，作出許多改進和變化是可能的。例如，加熱燈的陣列並非必然在形狀上是圓形的。同樣，所述分區域控制系統和方法可以用在任何加熱燈中，而並不只是在RTP系統或在半導體製造時所使用的其它系統中的那些燈。實施例的選擇和描述是為了最好地解釋本發明的原理及其應用，以此促使其他專業人士更好地利用本發明，適應預期的特定使用而利用作出多種改進的各種實施例。甚至，所述方法中的各個步驟的順序也並非必然是按照所公開的順序來進行。應說明的是，本發明的範圍由所附的權利要求及其相等方案來限定。
權利要求
1.一種增加熱處理系統中的燈的壽命的方法，包括根據對半導體晶片進行熱處理的製法，將一工作電壓施加到一加熱燈陣列中的第一組和第二組；確定所述工作電壓是介於一預定低電壓與一預定上限電壓之間的電壓範圍內的一幹擾電壓；將第一電壓施加到所述第一組加熱燈，其中所述第一電壓高於所述預定上限電壓；和將第二電壓施加到所述第二組加熱燈，其中所述第二電壓低於所述預定低電壓，使得所述的第一電壓和第二電壓的一加權平均值近似於所述幹擾電壓。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括在所述施加電壓之前在加熱燈陣列中識別出一部分燈，它們被要求既要工作在第一時期，此時燈工作在一高電壓以快速升溫，又要工作在第二時期，此時燈工作在一中間電壓以維持保溫溫度和/或緩慢升溫；和將所述部分燈分組，而成為所述的第一和第二組。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述分組進一步包括彼此均勻地分配所述的第一和第二組加熱燈。
4.如權利要求2所述的方法，進一步包括根據所述製法，將所述工作電壓施加到所述加熱燈陣列中的其餘的燈，其中所述工作電壓低於所述高電壓。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括在所述施加電壓之前設置所述加熱燈陣列，其中所述陣列是一圓形陣列；和識別所述第一和第二組，使它們是構成所述圓形陣列的一外部區域的那些加熱燈。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述上限電壓的範圍是所述的第一和第二組中的每個燈的全功率輸出值的55％到60％。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述低電壓的範圍是所述的第一和第二組中的每個燈的全功率輸出值的19％到34％。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述幹擾電壓是為中間溫度保溫和/或緩慢升溫所需要的電壓。
9.如權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述工作電壓低於所述低電壓；和將所述工作電壓施加到所述的第一和第二組。
10.如權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述工作電壓高於所述上限電壓；和將所述工作電壓施加到所述的第一和第二組。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述的確定進一步包括確定所述工作電壓是所述幹擾電壓，其電壓範圍介於一低滯後帶的低滯後電壓與所述低電壓之間，該低滯後帶是圍繞所述上限電壓引入的。
12.如權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述工作電壓低於一低滯後帶的高滯後電壓，該低滯後帶是圍繞所述低電壓引入的；和將所述工作電壓施加到所述的第一和第二組。
13.如權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述工作電壓高於一高滯後帶的高滯後電壓，該高滯後帶是圍繞所述上限電壓引入的；和將所述工作電壓施加到所述的第一和第二組。
14.如權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述幹擾電壓低於一高滯後帶的低滯後電壓，該高滯後帶是圍繞所述上限電壓引入的；和將所述第一電壓施加到所述第一組加熱燈；和將所述第二電壓施加到所述第二組加熱燈。
15.如權利要求1所述的方法，其中將所述第一組分成各自具有不同的低電壓的多個子組。
16.一種增加燈的壽命的方法，包括將一工作電壓施加到一加熱燈陣列中的第一和第二組；確定所述工作電壓是介於一預定低電壓與一預定上限電壓之間的電壓範圍內的一幹擾電壓；將第一電壓施加到所述第一組加熱燈，其中所述第一電壓高於所述預定上限電壓；和將第二電壓施加到所述第二組加熱燈，其中所述第二電壓低於所述預定低電壓，使得所述的第一和第二電壓的一加權平均值近似於所述幹擾電壓。
17.一種增加熱處理系統中的燈的壽命的方法，包括根據對半導體晶片進行熱處理的製法，將一工作電壓施加到一燈上；確定所述工作電壓是介於一預定低電壓與一預定上限電壓之間的電壓範圍內；對所述燈施加高於所述預定上限電壓的第一電壓，或者低於所述預定低電壓的第二電壓。
18.一種增加燈的壽命的方法，包括將一工作電壓施加到一燈上；確定所述工作電壓是介於一預定低電壓與一預定上限電壓之間的電壓範圍內；對所述燈施加高於所述預定上限電壓的第一電壓，或者低於所述預定低電壓的第二電壓。
19.一種增加熱處理系統中的燈的壽命的方法，包括一熱處理系統，其具有一加熱燈陣列；一控制器，其連接到所述加熱燈陣列，其中所述控制器包括一中央處理單元；和一存儲器，其包含對半導體晶片進行熱處理的製法；用於控制施加到所述加熱燈陣列的工作電壓的工作電壓程序；以及分區域程序，該分區域程序包含根據所述製法，將一工作電壓施加到所述加熱燈陣列中的第一和第二組的指令；確定所述工作電壓是介於一預定低電壓與一預定上限電壓之間的電壓範圍內的一幹擾電壓的指令；將第一電壓施加到所述第一組加熱燈的指令，其中所述第一電壓高於所述預定上限電壓；和將第二電壓施加到所述第二組加熱燈的指令，其中所述第二電壓低於所述預定低電壓；使得所述的第一和第二電壓的一加權平均值近似於所述幹擾電壓。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述分區域程序進一步包含在加熱燈陣列中識別出一部分燈的指令，這部分燈被要求既要工作在第一時期，此時燈工作在一高電壓以快速升溫，又要工作在第二時期，此時燈工作在一中間電壓以維持保溫溫度和/或緩慢升溫；和將所述部分燈分組成為所述的第一和第二組的指令。
全文摘要
根據對半導體晶片進行熱處理的製法，一個工作電壓施加到第一和第二組上。然後可以確定，工作電壓是介於預定的低電壓與預定的上限電壓之間的電壓範圍內的一個幹擾電壓。隨後，第一電壓被施加到第一組加熱燈上，第二電壓被供給到第二組加熱燈上。第一電壓高於預定的上限電壓，而第二電壓低於預定的低電壓。而且，第一和第二電壓的一個加權平均值近似於這一幹擾電壓。同時，根據本製法，工作電壓加到剩餘的一批加熱燈上，這時，工作電壓低於預定的上限電壓。
文檔編號H05B3/00GK1650670SQ03809972
公開日2005年8月3日 申請日期2003年3月4日 優先權日2002年3月4日
發明者D·詹寧斯 申請人:應用材料有限公司