[發明專利]一種傳輸腔室的壓力控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 201610382045.9
• 申請日: 2016-06-01
• 公開（公告）號: CN107452587B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 陳慶
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張天舒

本發明公開了一種傳輸腔室的壓力控制方法及控制系統，方法包括以下步驟：獲取傳輸腔室內的當前壓力值；對比傳輸腔室內的當前壓力值與目標壓力值；通過傳輸腔室壓力值與進氣閥的進氣量和抽氣閥的抽氣量之間的對應關系，同時控制進氣閥的進氣量和抽氣閥的抽氣量，使得傳輸腔室內的當前壓力值達到目標壓力值。本發明的傳輸腔室的壓力控制方法及控制系統，可以確保傳輸腔室在工藝過程及晶圓傳送過程中壓力幾乎保持恒定，避免因壓力波動帶來參與氣體及反應副產物倒流至傳輸腔室，從而更好的保護傳輸腔室避免腐蝕及其它侵害，且本發明的方法及系統可以使得傳輸腔室在最短的時間內使得傳輸腔室內的當前壓力值達到目標壓力值，并使用最少的氣體消耗。

技術領域

本發明屬于半導體制造技術領域，具體涉及一種傳輸腔室的 壓力控制方法及控制系統。

背景技術

等離子設備廣泛的應用于集成電路(IC)或MEMS器件的 制造工藝中，其中一個顯著的用途就是電感耦合等離子體(ICP) 裝置。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子 和自由基等活性粒子，這些活性粒子和襯底相互作用使材料表面 發生各種物理和化學反應,從而使材料表面性能獲得變化。ICP 裝置在半導體制造方面能夠完成多種工藝，如各向異性、等向性 刻蝕和CVD(化學氣相沉積Chemical Vapor Deposition)等。

如圖1所示，一般全自動等離子體刻蝕設備包含以下三個模 塊：裝載腔室1、傳輸腔室2、反應腔室3。傳輸腔室2與反應腔 室3連接且之間設置有第一門閥4，經過傳輸腔室2將待工藝的 晶圓傳送至反應腔室3；傳輸腔室2與裝載腔室1連接且之間設 置有第二門閥5，經過傳輸腔室2將工藝結束后的晶圓傳遞回裝 載腔室1。反應腔室3在工作過程中會通入一定的工藝氣體，工 藝結束后反應腔室3抽真空后打開第一門閥4，與傳輸腔室2連 接，當第一門閥4打開時，反應腔室3內殘存的工藝氣體及其它 工藝反應副產物會擴散至傳輸腔室2，隨著機臺使用時間的延長， 傳輸腔室2積累的工藝氣體成分及反應副產物會腐蝕污染機械手 等傳動裝置，從而降低設備穩定性；此外，污染物的沉積會帶來 顆粒，從而影響機臺性能。

基于上述問題，各大設備廠商在設備研發及后期改進時，都 增加了對于傳輸腔室2的控壓裝置，控制傳輸腔室2的壓力高于 反應腔室3一個固定的量值，從而在晶圓傳送過程中通過壓差及 氣體流動來避免工藝氣體及反應副產物擴散，該量值與傳輸腔室 2容積、抽氣能力、進氣流量以及反應腔室3容積、抽氣能力有 關，經過仿真計算或者機臺實驗后得到。

如圖1所示，現有技術一的傳輸腔室2的壓力控制系統使用 一個壓力控制器8及其它必要的真空/氣路組件，通過比較實際檢 測到的壓力相對于預設壓力的差值的方式，用PID控制方法來控 制傳輸腔室2壓力，基本的系統架構如下：

N₂通過第一進氣閥61進入到提前設置好控制目標的壓力控 制器8中，再通過第二進氣閥62進入傳輸腔室2，傳輸腔室2 的抽氣閥7作為一個恒定負載保持常開狀態，抽氣閥7通過真空 泵9進行抽氣。壓力控制器8通過對比傳輸腔室2內靠近第一門 閥4的壓力計10實際檢測到的壓力相對于預設壓力之間的差值， 使用PID調節的方式動態的控制流經壓力控制器8的氣體量，從 而達到控制傳輸腔室2壓力保持動態平衡的目的。目前的主流半 導體設備廠商使用的是上述方案，存在的缺點是：壓力控制器8 使用PID的調節方式，這種方式更適合于壓力穩定的負載的控制， 而在實際使用中，傳輸腔室2的壓力值會隨著第一門閥4、第二 門閥5的打開和/或關閉而產生劇烈的變化，使用PID調節方式， 由于其固有的滯后性，從而無法及時有效的確保傳輸腔室2的壓 力值高于反應腔室3一個固定的量值。

如圖1所示，現有技術二的傳輸腔室2的壓力控制系統使用 一個流量控制器8及其它必要的真空/氣路系統組件構成，現有技 術二的傳輸腔室2的壓力控制系統與現有技術一中的傳輸腔室2 的壓力控制系統的區別為：現有技術二將現有技術一中的壓力控 制器8替換為流量控制器8，其余均相同。現有技術二中的傳輸 腔室2的壓力控制系統架構如下：