[发明专利]快速闪光退火炉中的温度控制程控方法

说明书

技术领域

本发明通过硬件设计实现对温度的控制，通过自适应算法模型对卤素灯管进行功率控制，来提高硅晶片的温度均匀性和快速闪光退火炉的工作效率，满足集成电路制造技术对半导体工艺设备的飞速发展，快速闪光退火炉是半导体行业的工艺设备，该发明属于半导体器件制造领域。

背景技术

随着半导体技术从130nm到90nm以下工艺的微缩，每个芯片上集成的逻辑器件也越来越多，作为离子掺杂的离子注入机的工艺步骤也越来越多，掺完杂后需要用快速退火系统快速退火，要求退火效率45～70片/小时，这样就必须提高退火的升温和退温的时间，新型的快速闪光退火炉最大升温速度达250℃/秒，最大退温速度达60℃/秒，高温保持期温度控制精度达±1.5℃，热处理后的电阻均匀性达1.5％，基于这些要求，传统的PID温度调节控制方法已无法实现最新型的快速热处理功能。

本发明针对上述技术背景，采用改变卤素灯管的功率和排列方式，结合温度控制硬件电路的设计，设计温度控制自适应算法模型对多个稳区进行温度调整控制，达到快速退火的要求。

发明内容

本发明通过以下技术方案实现：

硅晶片的加热升温采用卤素钨灯辐射加热升温法，共应用了28根1.5KW和2KW两种规格的卤素灯管，分别设置在炉腔的顶部和底部，各有14根灯管，顶部和底部的灯管成垂直交叉状安放。将28根灯管分成10个加热功率控制区，顶部和底部各分布5个加热功率控制区，为了保证加热腔体中硅晶片在加热处理过程中温度均匀，每个加热功率区安放不一样的灯管功率和灯管根数，顶部和底部的加热功率控制区的灯管数按对称分布，按照自适应算法模型对每个区的灯管加热实行精确调整和控制，以达到使炉腔中的硅晶片快速升温和温度均匀的目的。

三相交流电送给加热灯电源，连到双相可控硅的输入端，同时该三相交流电也送给一块“过零信号检测板”，“过零信号检测板”会将交流电“过零时刻”作为参考点输出一个方波信号，该信号作为“定时/计数板”上的计数器开始计数的起始点，计数器根据计算机送来的计数值来计数，计数计满后，计数器输出一触发脉冲送给炉温控制板，该触发脉冲经炉温控制板隔离和功率放大后，去控制双相可控硅的导通，即为控制加热灯区的供电。

计数器采用1MH_Z频率计数，每个计数脉冲为1微秒，计数值最大设计为10000个，对应时间为10000*1微秒＝10毫秒，正是50H_Z交流电的半个周期。因此计算机送给计数器的计数值理论上在0～10000之间变化，计算机根据红外快速测温高温计的测量值，补偿值和修正值来输入自适应算法，算出每个灯区需要的计数值，计算机根据算出的计数值来控制可控硅的导通角，即控制卤素钨灯的加热功率，当环境，工艺气体等因数变化时，计算机会快速的算出最新的计数值输出给计数器，达到改变灯管加热功率的目的。这样就可以实现对每个灯区加热功率的程控调节。

本发明具有如下显著优点：

1.在硬件的支持下，可使温度控制实现全自动计算机程序控制，而且调节响应快速，满足自适应算法的要求；

2.加热源功率可分区控制，为温度均匀性控制提供了硬件基础；

3.采用16位计数器对可控硅导通角进行调节，调节精度高，本专利为1/10000的控制精度，通过参数调节最高可达1/60000的控制精度；

4.控制调节计数器采用D8254计数模块，每块D8254计数模块有三个计数通道，四块D8254就可以控制10个加热灯区，因而控制电路简单，集成度高。

附图说明

图1为本发明的卤素灯管布局图

图2为本发明的硬件控制波形图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。

参见图1，快速闪光退火炉的灯管布局说明如下：1为控制区1；2为控制区2；3为控制区3；4为控制区4；5为控制区5；6为控制区6；7为控制区7；8为控制区8；9为控制区9；10为控制区10；11为顶部灯管组；12为硅晶片；13为底部灯管组。