高效率高準確度加熱器驅(qū)動器的制造方法
【專利說明】高效率高準確度加熱器驅(qū)動器
[0001]本申請是申請日為2011年2月18日申請的申請?zhí)枮?01180009496.3，并且發(fā)明名稱為“高效率高準確度加熱器驅(qū)動器”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及加熱器驅(qū)動器，所述加熱器驅(qū)動器可用于快速熱處理腔室，以在處理晶片(wafer)時提供更有效率的操作方式。
【背景技術(shù)】
[0003]當處理半導體晶片時，快速熱處理(RTP)腔室需要控制供給燈具的功率以控制燈具所產(chǎn)生的熱量?，F(xiàn)有的快速熱處理腔室利用包含有相位角度控制的硅控整流器(siliconcontrolled rectifier, SCR)的燈具驅(qū)動電路來控制提供給燈具的功率，以控制晶片處理。這些基于硅控整流器的燈具驅(qū)動電路具有許多限制晶片處理的效率的缺點?；诠杩卣髌魍緩降囊幌盗腥秉c在于電流的功率因數(shù)較低。在低功率水平時特別如此，其中功率因數(shù)(power factor)可小于50%。因此造成半導體處理的能量沒有效率。
[0004]除此之外，基于硅控整流器的燈具驅(qū)動電路在電壓跨零點的點附近時不能被開啟。這是因為硅控整流器需要一最小電壓來開啟。因此，受控的輸出電流的最小值具有閾值。這也同樣造成處理沒有效率。
[0005]另一個問題是，因為硅控整流器的特性，只能在每一個周期中開啟和關(guān)閉硅控整流器兩次。這是由于只有當流經(jīng)裝置的電流為零的時候，硅控整流器才會關(guān)閉。若能對于燈具驅(qū)動器電路實現(xiàn)更精確的控制，則可以改善高速的溫度處理。
[0006]因此，鑒于快速熱處理腔室中與基于硅控整流器的燈具驅(qū)動電路相關(guān)的這些缺點，需要新的且改良的燈具驅(qū)動電路。
[0007]發(fā)明概述
[0008]本發(fā)明的一個方式提供了一種處理晶片的快速熱處理腔室。所述快速熱處理腔室被供應交流功率并且可包含多個鹵素燈具、燈具驅(qū)動器、測量晶片溫度的溫度傳感器；以及連接至溫度傳感器和燈具驅(qū)動器的溫度控制器，所述溫度控制器提供控制信號給第一晶體管的控制輸入端和第二晶體管的控制輸入端，所述控制信號為晶片溫度與期望溫度的函數(shù)。所述燈具驅(qū)動器包含負極連接至第一晶體管的第一端的第一二極管，所述第一二極管與負極連接至第二晶體管的第一端的第二二極管相并聯(lián)，其中第一二極管的正極與第二晶體管的第二端連接至上述多個鹵素燈具中的一個或多個，而第二二極管的正極與第一晶體管的第二端連接至交流功率供應器(power supply)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，一種處理晶片的快速熱處理腔室包括:多個鹵素燈具、功率源、測量晶片溫度的溫度傳感器以及溫度控制器。所述功率源包含具有第一開關(guān)與第二開關(guān)的交流功率源(power source)，所述功率源連接至多個鹵素燈具以供應功率至所述多個鹵素燈具。所述溫度控制器連接至溫度傳感器以及功率源中的第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述溫度控制器提供第一控制信號至第一開關(guān)，并且提供第二控制信號至第二開關(guān)，第一控制信號與第二控制信號為晶片溫度與期望溫度的函數(shù)。第一控制信號在交流功率的每半個周期中開啟和關(guān)閉第一開關(guān)多次，而第二控制信號在交流功率的每半個周期中開啟和關(guān)閉第二開關(guān)多次。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，當?shù)诙_關(guān)關(guān)閉時，第一開關(guān)開啟。同樣，當?shù)诙_關(guān)開啟時，第一開關(guān)關(guān)閉。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，溫度控制器形成第一控制信號和第二控制信號，作為交流功率的脈沖形式。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，供應給多個鹵素燈具的功率的功率因數(shù)大約為I。通常，功率因數(shù)介于0.9到I之間。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，第一開關(guān)和第二開關(guān)為晶體管。所述晶體管可為MOSFET晶體管、雙極性晶體管或絕緣柵雙極性晶體管。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，提供了一種控制處理晶片的快速熱處理腔室的方法。所述方法可包含下列步驟:感測晶片的溫度；確定期望溫度；溫度控制器根據(jù)晶片的溫度和期望溫度產(chǎn)生第一控制信號和第二控制信號；第一控制信號在供應給溫度控制器的交流功率的每半個周期中開啟和關(guān)閉第一開關(guān)多次；第二控制信號在供應給溫度控制器的交流功率的每半個周期中開啟和關(guān)閉第二開關(guān)多次；以及第一開關(guān)和第二開關(guān)供應功率給多個鹵素燈具。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，第一開關(guān)與第二開關(guān)在不同時間開啟。當?shù)诙_關(guān)關(guān)閉時，第一開關(guān)開啟，而當?shù)诙_關(guān)開啟時，第一開關(guān)關(guān)閉。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，溫度控制器形成第一控制信號和第二控制信號，作為交流功率的脈沖形式。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，供應多個鹵素燈具的功率的功率因數(shù)大約為I。
[0018]如上所述，第一開關(guān)及第二開關(guān)可為晶體管。晶體管可選自由MOSFET晶體管、雙極性晶體管和絕緣柵雙極性晶體管組成的組。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方式，一種處理晶片的快速熱處理腔室。所述快速熱處理腔室被供應交流功率，且包括:多個鹵素燈具、燈具驅(qū)動器、測量晶片溫度的溫度傳感器以及溫度控制器。所述燈具驅(qū)動器包含與第二二極管和第二晶體管并聯(lián)連接的第一二極管和第一晶體管，所述燈具驅(qū)動器連接至交流功率源并連接至所述多個齒素燈具，以供應功率給多個鹵素燈具。所述溫度控制器連接至溫度傳感器和燈具驅(qū)動器，所述溫度控制器給第一晶體管提供作為晶片溫度和期望溫度的函數(shù)的第一控制信號，并給第二晶體管提供作為晶片溫度與期望溫度的函數(shù)的第二控制信號。第一晶體管與第二晶體管在不同的時間開啟。
[0020]晶體管可以都為MOSFET晶體管，也可以都為雙極性晶體管，或者都為絕緣柵雙極性晶體管。如上所述，第一晶體管和第二晶體管可在所供應的交流電壓的每半個周期中開啟和關(guān)閉兩次或更多次。供應給多個鹵素燈具的功率的功率因數(shù)介于0.9到I之間。
【附圖說明】
[0021]圖1表示具有鹵素燈具、燈具驅(qū)動器、晶片溫度控制器、溫度傳感器以及溫度控制器的快速熱處理腔室。
[0022]圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一種方式的燈具驅(qū)動器。
[0023]圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一種方式的來自功率源的電壓和驅(qū)動器輸出電壓。
[0024]圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一種方式的驅(qū)動器電路。
[0025]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的一種方式的與本發(fā)明電路相關(guān)的波形。
[0026]圖6表示根據(jù)本發(fā)明的一種方式的本發(fā)明操作方式。
[0027]發(fā)明描述
[0028]圖1 表不快速熱處理腔室(Rapid Temperature Process (RTP) chamber) 10。該 RTP腔室10包含多組鹵素燈具12，多個燈具驅(qū)動器14以及正被處理的晶片16。燈具驅(qū)動器14連接至鹵素燈具12，并控制提供給鹵素燈具12的功率。鹵素燈具12供應熱量給晶片16，以使得晶片16以已知的方式來處理。
[0029]晶片溫度控制器18具有輸入端與輸出端，輸入端連接至溫度傳感器20，輸出端連接至燈具驅(qū)動器14。根據(jù)本發(fā)明的一種方式，所述溫度傳感器20為非接觸式溫度傳感器，所述溫度傳感器測量晶片16的溫度。所述溫度從溫度傳感器20提供給溫度控制器18。晶片16所需的溫度也會提供給溫度控制器18。溫度控制器18便依據(jù)所量測的溫度與所需的溫度來發(fā)送控制信號給燈具驅(qū)動器14，以控制鹵素燈具12。燈具驅(qū)動器14維持鹵素燈具12必需的燈具功率來產(chǎn)生紅外線發(fā)射，以加熱晶片16。
[0030]一種現(xiàn)有技術(shù)的燈具驅(qū)動器14表示于圖2中。燈具驅(qū)動器14連接至功率源30。功率源30可以為功率分配線。燈具驅(qū)動器14由功率控制元件組成。例如，在現(xiàn)有技術(shù)中，提供雙極性娃控整流器(silicon controlled rectifier, SCR) 34以及娃控整流器控制器36。最初，硅控整流器并不導通電流。但基于來自控制器18的外部指令，硅控整流器控制器36會開啟或關(guān)閉硅控整流器34，導致電流流經(jīng)燈具12。當所提供給硅控整流器34的控制信號的極性反轉(zhuǎn)時，硅控整流器34停止電流導通，燈具12關(guān)閉。
[0031]圖3的左圖表示來自功率源30的電壓40。右圖表示當使用硅控整流器34時，來自硅控整流器34的驅(qū)動器輸出電壓42。值得注意的是，硅控整流器34典型地是在功率源30的交流周期的每半個周期中開啟和關(guān)閉一次。
[0032]圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一種方式的燈具驅(qū)動器。該燈具驅(qū)動器具有電子開關(guān)46和控制器48。依據(jù)本發(fā)明的一種方式，電子開關(guān)44包含第一晶體管50、第二晶體管52、第一二極管54和第二二極管56。如圖4所示，第一二極管54的負極連接至第一晶體管50的第一端。第二晶體管56的負極連接至第二晶體管52的第一端。串聯(lián)的第一二極管54和第一晶體管50與串聯(lián)的第二二極管56和第二晶體管52并聯(lián)。
[0033]第一二極管54的正極與第二晶體管52的第二端連接至多個鹵素燈具12中的一個或多個。第二二極管56的正極與第一晶體管50的第二端連接至交流功率供應器。
[0034]晶體管50和52可以由大多數(shù)類型的晶體管來實現(xiàn)。例如，根據(jù)本發(fā)明的一種方式中，晶體管50及52可利用MOSFET晶體管來實現(xiàn)。根據(jù)本