专利名称：双灯泡灯头控制方法
技术领域：
本发明的实施例大致上涉及紫外光固化基板的方法。现有技术例如氧化硅、碳化硅及掺杂碳的氧化硅薄膜的材料广泛地用于半导体器件的制造中。用以在基板上形成如此含硅薄膜的一种方法为通过化学气相沉积(CVD)的处理。形成CVD薄膜之后可使用紫外光(UV)照射以固化经沉积的薄膜且使经沉积的薄膜致密。将UV照射施加至基板的一种方式为使用UV照射灯。用于UV灯系统中的灯泡为消耗物品，这些灯泡的寿命取决于多种因素，这些因素包含总操作时数、启动次数、待机模式下的时间、功率水平以及其它条件。当UV灯泡接近UV灯泡的使用寿命的尽头时，UV灯泡的输出改变，因此影响基板与基板之间的处理均匀性。此外，腔室内的UV灯泡可能并非全部同时替换，因此，相同灯头内的UV灯泡可能具有不同的输出水平。腔室内的不均匀输出影响经处理的基板之间的处理均匀性。因此，需要改善UV灯泡输出的控制，以增加处理均匀性。
发明内容
本发明大致上涉及控制UV灯输出以增加辐照度均匀性的方法。这些方法大致上包含决定腔室内的基准线辐照度，决定与第一灯及第二灯相对应的基板上的相对辐照度，以及根据相对辐照度与基准线辐照度决定修正因子或补偿因子。然后使用修正因子或补偿因子经由闭环控制来调整灯，以单独地将灯调整至要求的输出。在将这些灯调整至要求的输出之前，可选择性地 将这些灯调整成相等的辐照度。该闭环控制确保基板与基板之间的处理均匀性。辐照度测量以及修正因子或补偿因子允许由于腔室部件劣化、腔室部件替换或腔室清洁而对灯设定点的调整。
因此，以可详细了解本发明的上述特征的方式，以上简要总结的本发明的更特定描述，可参考实施例得到，这些实施例中的一些实施例在附加图式中绘示。然而，应注意到，附图仅绘示本发明的典型实施例，且因此并非视为限制本发明的范围，因为本发明可承认其它等效的实施例。图1为配置用以UV固化的串联处理腔室的部分示意图。图2A为图1的串联处理腔室的UV固化腔室中的一个UV固化腔室的示意图。图2B为用于UV固化腔室的UV灯头的底视图的示意图。图2C为用于UV固化腔室的次反射体的示意图。图3为绘示用于在UV固化腔室内调整UV强度的一个实施例的流程图。图4为绘示用于在UV固化腔室内调整UV强度的另一个实施例的流程图。
为了促进了解，尽可能使用相同的附图标记来指代附图中的相同元件。考虑到在一个实施例中揭示的元件，在没有特定描述下可有利地使用在其它的实施例上。
具体实施例方式本发明大致上涉及控制UV灯输出以增加辐照度均匀性的方法。这些方法大致上包含决定腔室内的基准线辐照度，决定与第一灯及第二灯相对应的基板上的相对辐照度，以及根据相对辐照度与基准线辐照度决定修正因子或补偿因子。然后使用修正因子或补偿因子经由闭环控制来调整灯，以单独地将灯调整至要求的输出。在将这些灯调整至要求的输出之前，可选择性地将这些灯调整成相等的辐照度。该闭环控制确保基板与基板之间的处理均匀性。辐照度测量以及修正因子或补偿因子允许由于腔室部件劣化、腔室部件替换或腔室清洁而对灯设定点的调整。本发明的实施例可在自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(AppliedMaterials, Inc.)可购得的NANO⑶RE 腔室中实践。预期其它的腔室，包含来自其它制造商的腔室，还可受益于本文描述的实施例。图1为配置用以UV固化的串联处理腔室100的部分示意图。示例性的串联处理腔室为自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司可购得的PRODUCER 腔室。串联处理腔室100包含两个UV固化腔室101，每一 UV固化腔室适于处理该UV固化腔室中的一个或多个基板。UV固化腔室中的每一个UV固化腔室大致由壁(未绘示)所分隔。串联处理腔室100包含主体102及盖104，盖104铰链至主体102。第一下部外壳106a及第二下部外壳106b耦合至该盖的上表面。下部外壳106a、106b中的每一个下部外壳适于将次反射体容纳在该下部外壳中。上部外壳108a、108b分别放置在下部外壳106a、106b中的每一个下部外壳的上方。每一上部外壳108a、108b为可旋转的且具有放置在该上部外壳中的灯头，以提供UV照射穿过下部外壳106a、106b且进入主体102，在主体102中可放置有一个或多个基板用以接收该UV照射。图2A为图1的串联处理腔室100的UV固化腔室101中的一个UV固化腔室的示意图。UV固化腔室101包含UV灯头210、次反射体220、石英窗222、基板支撑件224、以及控制器229。UV灯头210安置在上部外壳108a内且包含两个UV灯212a与212b。每一 UV灯212a、212b包含UV灯泡214a、214b。主反射体216a放置在UV灯泡214a上方且围绕UV灯泡214a，且主反射体216a适于引导UV照射从UV灯泡214a穿过石英窗222朝向基板支撑件224。相似地，主反射体216b放置在UV灯泡214b上方且围绕UV灯泡214b，且主反射体216b适于引导UV照射从UV灯泡214b穿过石英窗222朝向基板支撑件224。UV灯泡214a与214b的输出或强度由各自的控制器229控制。虽然每一 UV固化腔室101的每一UV灯212a、212b绘示为具有各自的控制器229，但预期可使用单一控制器来控制串联处理腔室100的所有方面。
次反射体220位于下部外壳106a内且放置在UV灯头210与半导体基板226之间。次反射体220耦合至UV灯212a及212b的下表面，且次反射体220随着灯212a及212b为可旋转的，灯212a及212b耦合至可旋转的上部外壳108a、108b。次反射体220的下边缘具有小于基板226的直径的内直径，所以当从灯头210的方向来观看时，次反射体220与基板226的外侧直径之间没有光学间隙。次反射体220具有通道效应反射UV照射，使得如此照射照到正在UV固化的基板226上，否则该UV照射落至主反射体的淹没式图案(flood pattern)的边界的外侧。因此，增加分布至基板226的能量强度。次反射体220将UV灯212a、212b的淹没式图案从实质上矩形区域改变成实质上圆形状，该圆形状对应于基板226的实质上圆形状。传感器225稱合至下部外壳106a的内表面,且该传感器225被放置成在次反射体220旋转时，感测穿过安置在次反射体220中的孔洞的UV照射。石英窗222放置在灯头210与基板226之间。在次反射体220的底部与石英窗222之间存在小间隙228，以允许气流围绕次反射体220来帮助冷却。通过安置在下部外壳106a中的一个或多个开口，可将气流提供至次反射体和/或石英窗。UV灯泡214a与214b为微波弧灯；然而，预期其它类型的UV源，这些UV源包含脉冲氙闪光灯或高效率UV发光二极管阵列。UV灯泡214a与214b为填充有一种或多种气体的密封等离子体灯泡，一种或多种气体例如为用以藉由电源(例如微波产生器)激发的氙或汞。微波产生器包含一个或多个磁控管，以激发UV灯泡214a与214b内的气体。或者，可使用射频(RF)能量源，以激发UV灯泡214a与214b内的气体。RF激发可为电容式或电感式；然而，感应耦合等离子体灯泡藉由产生较密等离子体可更有效率地产生更大的灯泡辉度。希望UV灯泡214a与214b发射横跨一个宽带的光，该宽带具有从180nm至400nm的波长。在UV灯泡214a与214b内所选用的气体大致上决定所发出照射的波长。由于当氧存在于UV固化腔室101内时,较短波长倾向于产生臭氧，因此由UV灯泡214a与214b发出的UV光经调整以主导地产生在200nm以上的宽带UV光，以避免在固化处理期间产生臭氧。图2B为用于UV固化腔室101的UV灯头210的底视图的示意图。UV灯头210容纳两个灯212a、212b，灯212a、212b中的每一个灯含有细长的UV灯泡214a、214b。这些灯泡产生UV照射，该UV照射藉由主反射体216a、216b以及次反射体220而导向至基板226。主反射体216a由部分260 a及部分261a形成，部分260a与部分261a之间具有间隙。相似地，主反射体216b由部分260b及部分261b形成，部分260b与部分261b之间具有间隙。虽然UV灯头210绘示为含有两个细长的灯泡，但预期UV灯头210可含有多于两个的灯泡。图2C为用于UV固化腔室101的次反射体220的示意图。次反射体220在腔室中取向，使得部分238位于邻近灯212处，且部分240位于邻近灯212b处。该次反射体不仅引导UV照射朝向基板226，该次反射体也允许测量由在UV固化腔室101内的不同部件所产生或反射的UV照射强度。次反射体220包含光导管230-235用以监控UV固化腔室101内的各个部件。虽然使用术语“导管”，但是光导管230-235可简单地为穿过次反射体220的壁所安置的孔洞，且光导管230-235可包含或可不包含耦合至该次反射体的外壁的细长管。适于测量UV照射强度的传感器225耦合至邻近次反射体220的下部外壳。传感器225被放置成当次反射体220在处理期间旋转时接收离开光导管230-235的每一个光导管的UV照射。传感器225连接至控制器229，且传感器225适于将UV强度信息提供给控制器229。到达基板的UV照射量为从UV灯泡214a、214b发出的UV照射以及从主反射体216a、216b的部分260a、260b、261a与261b反射的光的函数。此函数通常由经验来决定，且应了解到此函数对于每一单独的UV固化腔室101通常有所不同。该函数依据所使用的UV灯泡类型、主反射体与次反射体的反射率、相对于UV灯泡与反射体的基板位置、以及腔室尺寸等因素而改变。每一光导管230-235以某个角度耦合至次反射体220，当光导管230-235旋转通过固定传感器225时，该角度允许仅来自一个特定腔室部件的光通过光导管且接触传感器225。视各个光导管的区域中次反射体220的壁厚而定，藉由将铝管插入穿过次反射体220的壁所形成的孔洞或狭缝中，可延长光导管的长度。为了降低光导管内的反射率的影响并确保仅有特定接收角度内的照射光线到达传感器225，光导管的内表面可加衬或涂敷有适当的吸光材料。或者，光导管的内表面可经处理成具有粗糙的表面或具有纹理的表面，通过多重反射，以消散不想要的光，该不想要的光接触光导管230-235的壁。在监控UV固化腔室101的各个部件当中，希望光导管230-235仅允许由要求的部件所产生或反射的光线到达在光导管的末端、监控该部件的传感器。在某些实例下，设计光导管使得到达传感器225的光线的百分之百来自于单一部件是不切实际的。相反，设计光导管使得到达传感器225的光线的适当的高比例(例如，80%或90%)来自于要求的部件。在如此设计中，控制器229应当能够负责来自于不想要的部件的感测光部分。在处理期间，当将UV照射提供至基板226时，灯212a、212b以及耦合至灯212a、212b的次反射体旋转。当光导管230-235旋转通过传感器225时，决定特定腔室部件的UV输出或反射率。为了增加传感器测量的正确性(例如，增加采样点的数量)，当光导管230-235中的任一个光导管邻近传感器225时，可降低灯212a、212b以及次反射体220的转速。举例而言，当光导管230-235中的任一个光导管正通过传感器225时，次反射体可以每分钟约0.1转至约0.2转来旋转。当这些光导管中的任一个光导管并未邻近传感器225 (例如，光导管230-235之间的次反射体220的区域)时，次反射体可以大于每分钟I转来旋转，举例而言，以每分钟约I转至约2转。因此，灯212a、212b以及次反射体220的转速为可变的。在图2C的实施例中，光导管230监控主反射体216a的部分260a的反射率。光导管231监控主反射体216a的部分261a的反射率。光导管232监控主反射体216b的部分261b的反射率。光导管233监控主反射体216b的部分260b的反射率。光导管234与235分别监控UV灯泡214a及214b的强度。次反射体220监控由各个部件产生或反射的UV照射的能力允许监控及补偿UV腔室101内的那些部件。由于这些部件的光反射率或产生随着时间减少，因此希望能监控各个部件。举例而言，材料可累积在主反射体216a、216b的表面上，而减小导向基板226的反射的UV照射量和/或强度。同样，材料可累积在石英窗222的表面上，藉此减小通过石英窗且到达基板226的UV照射量。再者，UV灯泡214a及214b的强度随着UV灯泡214a、214b接近这些灯泡的使用寿命而减小。然而，由于次反射体220允许UV腔室内各个部件的强度可经监控，因此可调整一个修正因子以对部件效率降低负责。因此，基板226可接收均匀的UV照射量，藉此增加处理均匀性，即使某些部件的光反射率或产生已经减小。
在典型的UV固化处理中，位于UV固化腔室内的单一 UV照射传感器测量腔室内整体UV照射水平。举例而言，传感器可指示腔室内的UV照射水平太低，在此情况下，为了增加腔室内的UV照射水平而增加施加至UV灯的功率。典型UV固化处理具有的第一个问题为，传感器测量整体UV强度，而非测量各个部件的强度。因此，若一个UV灯泡几乎烧坏，或若一个反射体在粒子积聚中被覆盖且已丧失反射体有效地反射UV照射的能力，则传感器无法识别部件的效率降低。其次，由于典型UV固化处理无法检测由各个部件反射或产生的UV照射，典型UV处理无法调整处理参数，以对单一部件的效率降低负责。相反，典型UV处理仅在整体上将更多功率施加给系统，以调整腔室内UV强度，且典型UV处理并不对于施加至各个UV灯泡的功率量负责。此结果为基板的不均匀辐照度且降低的处理均匀性。图3为绘示用于在UV固化腔室101内调整UV强度的一个实施例的流程图。在步骤340中，建立基准线辐照度。基准线辐照度为对应于全部腔室部件的最佳化效能的基板上的辐照度。大致上，基准线辐照度对应于100%的灯效能。然而，在处理期间，将UV灯212a及212b设定至某设定点，该设定点小于100%，以允许响应于部件劣化而作调整。举例而言，在处理期间，可将UV灯212a、212b设定为最大功率的约80%。当基板在UV固化腔室101内进行处理时，各个腔室部件的效率降低。因此，到达基板226的UV照射量也降低。次反射体220及放置在该次反射体旁的传感器225允许用以测量系统的降低的效率，且相应地，测量到达基板226的UV照射量。在步骤341中，藉由第一灯传递至基板226的UV照射量是经由次反射体220与放置在次反射体220旁的传感器225来测量。到达基板226的UV照射量通过测量各个腔室部件的降低的效率来决定。针对一给定灯，到达基板226的测量到的辐照度称作相对辐照度。在处理之前，由于腔室部件劣化尚未发生，因此相对辐照度等于处理设定点。在步骤342中，藉由第二灯传递至基板226的UV照射量是经由次反射体220与传感器225来测量。此外，还决定第二灯的相对辐照度。大致上，步骤341与步骤342同时发生；然而，预期步骤341与步骤342可相继发生。在步骤343中，对于灯212a及212b中的每一个灯决定一个灯补偿因子。该灯补偿因子为相对辐照度除以基准线辐照度。在步骤344中，控制器229含有闭环算法，控制器229调整施加至灯212a及212b中的每一个灯的功率。控制器的目标点等于原始设定点(例如，80%)除以灯补偿因子。因此，当处理更多基板且腔室部件的效率降低时，控制器229增加该设定点(由于灯控制因子通常小于I)。尽管该设定点增加，但腔室效率已降低；因此，到达基板226的整体UV照射量在处理与处理之间保持恒定。步骤341-344可实时地执行，或每隔几个基板执行，或依照要求执行。大致上，在处理开始时执行步骤340以建立对于特定处理制法所要求的到达 基板226的UV照射量。如关于图3所述的，灯212a及212b中的每一个灯由灯自己的闭环算法(储存在控制器229上)来控制。由于处理腔室100包含两个UV固化腔室101，因此串联处理腔室100包含四个控制器229。预期灯212a、212a可各自含有多于一个灯泡214a、214b，在此情况下，控制器229可对于每一灯泡或对于每一灯212a、212b单独地提供闭环控制。由于灯212a、212b中的每一个灯可单独地受控制且对于特定部件劣化作补偿，因此在图3中描绘的控制处理允许基板226的均匀辐照度，不管腔室部件的条件如何。此为期望的，因为腔室部件并非总是以相同的速率劣化。举例而言，如果灯泡214a在灯泡214b之前先烧坏，则将以一个新的灯泡(且较亮的灯泡)替换灯泡214a。因此，由新灯泡提供的辐照度与由灯泡214b提供的辐照度会不相等。然而，使用图3中描绘的控制处理，使用补偿因子可调整新灯泡与灯泡214b的输出，以确保基板226各处的UV辐照度是均匀的。图3的控制处理同样地会应用至其它腔室部件的替换，其它腔室部件例如磁控管或主反射体216a、216b。此外，当腔室部件可能以不同的速率清洁时，图3的控制处理为有利的。图4为绘示用于在UV固化腔室内调整UV强度的另一个实施例的流程图。在步骤450中，类似于步骤340，建立基准线辐照度。在步骤451中，类似于步骤341，决定与第一灯相对应的相对辐照度。在步骤452中，类似于步骤342，决定与第二灯相对应的相对辐照度。步骤451与步骤452大致上同时发生；然而，预期步骤451与步骤452可相继发生。在步骤453中，决定灯变异修正因子。该灯变异修正因子为以下的因素:无论灯212a或灯212b中哪一个具有较低的相对辐照度，必须调整该灯的设定点以使得灯212a及212b两者具有相同的相对辐照度。在步骤454中，施加灯变异修正因子使得灯212a及212b两者具有相同的相对辐照度。因此，即使相对辐照度可能不等于基准线辐照度，至少基板226各处的辐照度为均匀的。在步骤455中，同时将灯212a及212b两者调整至要求的UV输出。此可藉由决定如在步骤343及步骤344中所述补偿因子来达成。或者，由于灯212a及212b具有相同的UV辐照度输出(由于所施加的灯变异修正因子)，因此可响应于来自单一 UV传感器的信号而调整灯头210。此外，由于灯212a及212b已预先调整至相同的相对辐照度，因此当控制器调整灯212a及212b的输出时，基板各处的UV辐照度的变化为均匀的。由于各灯的改变速率近似于相等，此造成经处理基板各处的更均匀的固化。在针对第一 UV固化腔室101调整灯212a及212b的输出之后，针对第二 UV固化腔室101重复该处理。希望UV固化腔室101中的每一个UV固化腔室当中的灯212a及212b的输出为相等的。本发明的优点包含在UV固化腔室内的UV固化处理的闭环控制。此外，可在处理期间监控腔室部件的条件与效率，且藉由施加修正因子可补偿降低的效率。再者，施加修正因子允许均匀的UV灯输出以及均匀的UV灯头输出，藉此增加处理均匀性。虽然前述是针对本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其它及进一步 实施例，且该范围由随后的权利要求决定。
权利要求
1.一种控制紫外光灯输出的方法，所述方法包括: 建立基准线辐照度； 使用光导管决定与第一灯相对应的相对辐照度，所述光导管具有传感器，所述传感器适于测量UV照射强度，且所述传感器耦合至控制器； 决定与第二灯相对应的相对辐照度； 决定所述第一灯的补偿因子； 决定所述第二灯的补偿因子；以及 将所述第一灯的输出及所述第二灯的输出调整至要求的输出。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述基准线辐照度在等于100%的灯设定点处决定。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述调整输出为闭环处理。
4.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括:将第三灯及第四灯调整至所述要求的输出，所述第三灯 及所述第四灯位于与所述第一灯及所述第二灯不同的腔室中。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述第一灯的所述补偿因子及所述第二灯的所述补偿因子对于位于所述第一灯及所述第二灯内的UV灯泡的降低的效率作补偿。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述第一灯的所述补偿因子及所述第二灯的所述补偿因子对于位于所述第一灯及所述第二灯内的反射体的降低的效率作补偿。
7.如权利要求6所述的方法，其中在UV固化处理期间执行所述调整，并且其中所述决定与第一灯相对应的相对辐照度包括:感测穿过安置在反射体中的孔洞的紫外光照射，所述反射体位于接近基板处。
8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括:紫外光固化多个基板。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一灯及所述第二灯的所述要求的输出等于所述基准线辐照度。
10.一种控制紫外光灯输出的方法，所述方法包括: 建立基准线辐照度； 使用传感器决定与第一灯相对应的相对辐照度，所述传感器适于测量UV照射强度，且所述传感器耦合至控制器； 决定与第二灯相对应的相对辐照度； 调整与所述第一灯相对应的所述相对辐照度等于与所述第二灯相对应的所述相对辐照度；以及然后 将所述第一灯及所述第二灯调整至要求的输出。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述要求的输出等于所述基准线辐照度，并且其中所述基准线辐照度在等于100%的灯设定点处决定。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括:在所述调整与所述第一灯相对应的所述相对辐照度等于与所述第二灯相对应的所述相对辐照度之前，决定灯变异修正因子。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述灯变异修正因子为以下的因素:必须调整所述第一灯的设定点，使得所述第一灯及所述第二灯两者具有相同的相对辐照度。
14.如权利要求13所述的方法，其中在UV固化处理期间执行所述调整，并且其中所述调整输出为闭环处理。
15.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括:紫外光固化多个基板。
全文摘要
本发明大致上涉及控制UV灯输出以增加辐照度均匀性的方法。这些方法大致上包含决定腔室内的基准线辐照度，决定与第一灯及第二灯相对应的基板上的相对辐照度，以及根据相对辐照度与基准线辐照度决定修正因子或补偿因子。然后使用修正因子或补偿因子经由闭环控制来调整灯，以单独地将灯调整至要求的输出。在将这些灯调整至要求的输出之前，可选择性地将这些灯调整成相等的辐照度。该闭环控制确保基板与基板之间的处理均匀性。辐照度测量以及修正因子或补偿因子允许由于腔室部件劣化、腔室部件替换或腔室清洁而对灯设定点的调整。
文档编号H01L21/26GK103222033SQ201180056390
公开日2013年7月24日 申请日期2011年10月27日 优先权日2010年11月24日
发明者Y-H·杨, A·坎古德, S·巴录佳, M·马丁内利, L·克里武莉娜, T·诺瓦克, J·C·罗查-阿尔瓦雷斯, S·亨德里克森 申请人:应用材料公司