腔室压力稳定控制系统及方法、半导体加工设备与流程

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种腔室压力稳定控制系统及方法、半导体加工设备。

背景技术：

通常，全自动离子体刻蚀设备包含以下三个模块：加载/卸载模块、传输模块和反应腔室模块。其中，传输模块与反应室模块连接，用以负责将待工艺的基片传送至反应腔室模块以及将工艺结束后的基片传递回加载/卸载模块；反应室模块在工艺过程中会通入一定的工艺气体，工艺结束后反应腔室抽真空后并打开与传输模块之间的门阀，当该门阀打开时，反应腔室内残存的工艺气体及其它工艺反应副产物会扩散至传输模块，随着机台使用时间的延长会在传输模块中逐渐积累，这样会腐蚀污染机械手等传动装置，从而降低设备稳定性；此外，污染物的沉积会带来颗粒，从而影响机台性能。

为解决该问题，目前采用的方式是增加一个腔室压力稳定系统，来控制级传输模块的压力大于反应腔室模块一个固定值，这样，在基片传送过程中可通过压差以及气体流动来避免反应腔室模块向传输模块内扩散工艺气体和反应副产物，其中该固定值与传输模块的容积。抽气能力、进气流量以及反应腔室模块的容积、抽气能力相关，可经过仿真计算或者实验进行获得。

现有技术提供的腔室压力稳定系统如图1所示，包括进气管路和出气管路，进气管路上设置有电磁阀v1，出气管路上设置有电磁阀v2，电磁阀v2保持常开状态，抽气装置dp通过出气管路进行抽气；还包括：压力采集器cauge和控制器controller，其中，压力采集器采集传输模块的压力并发送至控制器，控制器在静态条件下通过调节电磁阀v1和v2的开关状态，控制腔室压力稳定的效果，以及，在动态条件下当压力发生骤变时根据关系函数计算出压力与电磁阀v1和v2的对应关系，从而通过调节pwm输出占空比来调整电磁阀v1和v2联合动作，达到传输腔压力平衡。采用图1所示的腔室压力稳定系统存在以下问题：被动地稳定腔室的压力，因而腔室压力的稳定效果不好；并且，关系函数算法较复杂，因而稳定过程较复杂。

为此，目前亟需一种稳定效果好且简单易行的腔室压力稳定系统。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种腔室压力稳定控制系统及方法、半导体加工设备，不仅稳定效果好，而且简单易行。

为解决上述问题，本发明提供了一种腔室压力稳定控制系统，用于控制腔室内的压力，包括控制器、用于与所述腔室连通的进气管路和出气管路；所述进气管路包括流量控制单元；所述控制器用于控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体；所述控制器还用于接收所述腔室的门阀的当前状态，并根据预先设置的所述门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。

优选地，所述流量控制单元的数量为多个；每个所述流量控制单元包括串联设置的开关和限流件；所述开关用于在所述控制器的控制下导通或关断其所在的管路；所述限流件用于限定流经其所在管路的气体的流量，其中，所述流量为固定值。

优选地，多个所述流量控制单元并联设置。

优选地，还包括仿真器，所述仿真器，用于根据预先设置的所述门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元的开关的导通或关断情况、所述腔室的预设稳定压力进行软件仿真，获得每个所述流量控制单元的限流件对应流量的所述固定值。

优选地，每个所述门阀的状态包括：打开状态、关闭状态和打开过程中状态。

优选地，所述门阀数量为多个；所述门阀的多种状态包括：所有所述门阀的所有所述状态的任意组合。

优选地，所述控制器还用于接收所述门阀的当前状态，延迟预设时间后再根据预先设置的所述门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应气流量的气体的情况，控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括传输腔室和腔室压力稳定控制系统，所述腔室压力稳定控制系统采用上述提供的腔室压力稳定控制系统，用于稳定控制所述传输腔室内的压力。

本发明还提供一种腔室压力稳定控制方法，包括以下步骤：

设置与腔室连通的进气管路和出气管路，所述进气管路包括流量控制单元；所述流量控制单元用于在控制下控制向所述腔室内通入相应流量的气体；

存储预先设置的所述腔室的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，在每种所述门阀的状态对应设置的所述流量控制单元向腔室内通入相应流量的情况下可稳定控制所述腔室内的压力；

接收所述腔室的门阀的当前状态，并根据存储的所述腔室的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。

优选地，所述流量控制单元的数量为多个；每个所述流量控制单元包括串联设置的开关和限流件；所述开关用于在控制下导通或关断其所在的管路；所述限流件用于限定流经其所在管路的气体的流量，其中，所述流量为固定值。

优选地，还包括以下步骤：根据预先设置的所述门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元的开关的导通或关断情况、所述腔室的预设稳定压力采用软件仿真的方式确定每个所述流量控制单元的限流件对应流量的所述固定值。

优选地，每个所述门阀的状态包括：打开状态、关闭状态和打开过程中状态。

优选地，所述门阀数量为多个；所述门阀的多种状态包括：所有的所述门阀的不同所述状态的任意组合。

优选地，包括：接收所述门阀的当前状态，延迟预设时间后再根据存储的所述腔室的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。

本发明，在腔室处于静态情况下，根据预先设置的流量控制单元向腔室内通入相应流量的气体的情况来控制流量控制单元，能够快速达到传输腔室压力的稳定；在动态情况下的多种腔室的门阀状态时根据腔室的门阀的当前状态提前根据预先设置的流量控制单元通向腔室内通入相应流量的气体的情况来控制流量控制单元，由于压力骤变相对门阀变化有一定的滞后性，因此，本发明能够在压力发生骤变之前根据门阀的状态使传输腔室的压力趋于稳定状态，即，实现主动地控制腔室压力的稳定，从而不仅稳定效果好，而且简单易行。

附图说明

图1为应用现有技术的腔室压力稳定系统的结构示意图；

图2为应用本发明提供的腔室压力稳定系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的腔室压力稳定控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的腔室压力稳定控制系统及方法、半导体加工设备进行详细描述。

图2为应用本发明提供的腔室压力稳定系统的结构示意图。请参阅图2，本发明实施例提供的腔室压力稳定控制系统，用于稳定控制腔室内的压力，该腔室可以具体为传输腔室10，该腔室压力稳定控制系统40包括控制器401、用于与腔室连通的进气管路和出气管路；进气管路包括三个流量控制单元402；控制器401用于控制流量控制单元402向腔室内通入相应流量的气体。

具体地，每个流量控制单元402包括串联设置的开关和限流件，开关用于在控制器401的控制下导通或关断其(即，开关)所在管路；限流件用于限定流经其(即，限流件)所在管路的气体的流量，其中，流量为固定值。更具体地，开关可以为但不限于为电磁阀，限流件可以为但不限于为金属孔片。

如图2所示，第一个流量控制单元402包括开关v1和限流件t1，第二个流量控制单元402包括开关v2和限流件t2，第三个流量控制单元402包括开关v3和限流件t3。

出气管路通过开关v4与抽气装置dp相连，抽气装置dp始终对腔室抽气。

控制器401还用于接收腔室的门阀的当前状态，并根据预先设置的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向腔室内通入气流量的情况，控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。具体地，先确定门阀的当前状态对应的流量控制单元向腔室内通入气流量的情况，再根据确定的该情况来相应控制所述流量控制单元。具体地，由于流量控制单元402包括开关和限流件，因此，流量控制单元402向腔室内通入气流量的情况为：开关的导通或关闭情况。

在此需要说明的是，腔室的门阀的多种状态是指腔室的所有的门阀的状态，例如，若腔室的门阀为一个时，则腔室的门阀的状态即为该门阀的状态；若腔室的门阀为两个及两个以上时，则腔室的门阀的状态包括所有的门阀的所有状态的任意组合，例如：一开一关、同关、同开等。

在本实施例中，传输腔室10的门阀的数量为两个，为第一门阀50和第二门阀60，传输腔室10与加载/卸载腔室20通过第一门阀50相连接，传输腔室10与反应腔室30通过第二门阀60相连接，第一门阀50和第二门阀60的打开或关闭控制相连两个腔室的连通或隔离。

本实施例中，每个门阀(50或60)的状态还包括：打开状态、关闭状态、打开过程中状态(即，门阀处于打开过程中)。

由于本实施例中要求第一门阀50和第二门阀60不能够同时打开，因此，本实施例中，腔室的门阀的状态仅包括如下五种状态：第1种状态，第一门阀50和第二门阀60均关闭状态；第2种状态，第一门阀50打开状态，第二门阀60关闭状态；第3种状态，第一门阀50关闭状态，第二门阀60打开状态；第4种状态，第一门阀50关闭状态，第二门阀60打开过程中状态；第5种状态，第一门阀50打开过程中状态，第二门阀60关闭状态。

假设三个限流件t1～t3各自的固定值分别为a～c，针对上述五种腔室门阀的状态，预先对应设置在门阀的每种状态下的流量控制单元402向腔室内通入相应流量的气体的情况分别为：第1种状态，v1打开，说明通入传输腔室10内的气流量为a；第2种状态，v1和v3打开，说明通入传输腔室10内的气流量为a+c；第3种状态，v1和v2打开，说明通入传输腔室10内的气流量为a+b；第4种状态，v1、v2和v3打开，说明通入传输腔室10内的气流量为a+b+c；第5种状态，v1和v2打开，说明通入传输腔室10内的气流量为a+b，其中，未说明打开情况的流量控制单元402为关闭情况。

在此需要说明的是，由于在第一种状态下的第一门阀50和第二门阀60均关闭，此时，传输腔室未与其他腔室相连通，故，不会与其他腔室进行气体流动，因此，第一种状态下传输腔室10处于为静态情况；由于在第二～五种状态下至少一个门阀(第一门阀50或第二门阀60)处于打开或打开过程中，故，此时传输腔室会与其他腔室发生气体流动，因此，第二～五种状态下传输腔室10处于动态情况。

故，本实施例提供的腔室压力稳定控制系统，在传输腔室10处于静态情况下，可通过打开v1和v4即可使传输腔室10的压力达到稳定；在传输腔室10处于动态情况下，可通过控制器接收传输腔室10的门阀的当前状态，并根据当前状态对应的多个流量控制单元402的v1～v3的导通或关断来控制v1～v3，使得传输腔室10的压力达到稳定。

在此说明的是，三个限流件t1～t3对应流量的固定值、门阀的5种状态下v1～v3的导通或关断情况是在满足压力稳定的情况下预先设置的。

因此，本发明实施例提供的腔室压力稳定控制系统，在腔室处于静态情况下，快速达到传输腔室压力的稳定；在动态情况下的多种腔室的门阀的状态时根据腔室门阀当前状态根据预先设置的各个开关v1～v3的导通或关断情况来控制开关v1～v3，由于压力骤变相对门阀状态变化有一定的滞后性，因此，本发明能够在压力发生骤变之前根据门阀的状态使传输腔室的压力趋于稳定状态，即，实现主动地控制腔室压力的稳定，从而稳定效果好，而且简单易行。

另外，本实施例中，由于通过控制开关的导通或关断就可控制流量控制单元402通入腔室的气流量，而且开关的导通或关断的时间很短，因此，可以快速地实现腔室压力稳定控制，稳定效果好。

在实际应用中，若上位机控制传输腔室10门阀的动作，则控制器401接收上位机在控制门阀动作时同步发送的腔室门阀的当前状态，这样更加能够及时地在压力发生骤变之前使腔室的压力稳定控制。

并且，本实施例中，由于每个门阀的状态还包括打开过程中状态，即将传输腔室的状态划分地更加清晰，基于清晰划分的多种腔室门阀的状态会更有利于腔室的压力稳定。

在本实施例中，为了在确保稳定控制腔室压力下确定三个限流件t1～t3对应流量的固定值以及每种门阀的状态下开关v1～v3的导通或关断情况，本实施例提供的腔室压力稳定控制系统，还包括仿真器，仿真器，用于根据预先设置的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下流量控制单元402的开关v1～v3的导通或关断情况、腔室的预设稳定压力进行软件仿真，获得每个流量控制单元402的限流件t1～t3对应流量的固定值。具体地，仿真器采用流体力学仿真软件进行模拟，例如：ansys、fluent、flow-3d。

优选地，多个流量控制单元402并联设置，在此情况下，通入腔室的气流量为所有打开的流量控制单元402向腔室内通入的流量之和，该计算关系简单，从而基于该相对简单的关系会方便获得三个限流件t1～t3对应流量的固定值。

进一步优选地，腔室压力稳定系统还包括：压力计70，用于检测腔室内的压力并显示，便于操作人员实时获知腔室压力。

需要在此说明的是，虽然本实施例中多个流量控制单元402采用并联的方式，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，多个流量控制单元402还可以采用串联和并联结合的方式。

还需要在此需要说明的是，虽然本实施例中采用软件仿真的方式获得多个限流件t1～t3的固定气流量，但是，在实际应用中，也可以采用人为计算的方式进行获得。

进一步需要说明的是，本实施例中，虽然传输腔室10与两个腔室(加载/卸载腔室20和反应腔室30)具有连通关系，门阀的数量为两个，并且，传输腔室10不能同时与至少两个腔室连通(即，至少两个的门阀不同同时打开)，在此情况下，腔室门阀的状态数量为5个；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，可以根据实际工艺需求，例如，工艺要求传输腔室10可同时与多个腔室连通，则在门阀有两个的情况下，腔室门阀的状态数量则为6个。

还需要说明的是，虽然在本实施例中预先设置不同状态下开关v1～v3的导通或关断情况，再基于此获得三个限流件t1～t3对应流量的固定值；但是，在实际应用中，也可以预先设置多个限流件对应流量的固定值再基于此获得不同状态下开关v1～v3的导通或关断情况。

最后需要说明的是，由于在腔室的门阀的状态发生变化时，传输腔室10的压力变化具有一定的滞后性，因此，控制器401在接收到腔室的门阀的当前状态，延迟预设时间后再进行相应动作，可控制开关v1～v3的动作相对腔室门阀状态的改变有一定延时，以使门阀状态变化和压力变化的时间差相对较小，从而实现开关时间的最优控制，避免出现传输腔室10内压力的波动。

另外，由于通过仿真软件获得一个理论上开关v1～v3的导通或关断情况和限流件t1～t3对应流量的固定值，在实际应用中，后期可通过实验根据压力变化的具体表现进行一定的修正，来修正理论仿真与实际压力表现之间的偏差，具体地，不仅可通过人为通过编程修改控制器401控制开关v1～v3的动作时间等，而且还可以人为修改软件仿真过程中开关v1～v3的导通或关断情况或者限流件t1～t3对应流量的固定值。

实施例2

本发明实施例提供一种半导体加工设备，如图2所示，包括传输腔室10、加载/卸载腔室20、反应腔室30和腔室压力稳定控制系统40，其中，传输腔室10与加载/卸载腔室20通过第一门阀50相连接，传输腔室10与反应腔室30通过第二门阀60相连接，第一门阀50和第二门阀60的打开或关闭控制相连两个腔室的连通或隔离，腔室压力稳定控制系统40采用本发明上述实施例1提供的腔室压力稳定控制系统，用于稳定控制传输腔室10内的压力。

反应腔室30可以为但不限于：物理气相沉积腔室、化学气相沉积腔室等。

本发明实施例提供的半导体加工设备，由于采用本发明上述实施例1提供的腔室压力稳定控制系统，因此，不仅可以很好地控制传输腔室的压力，从而可以有效避免传输腔室受到其他腔室环境的污染；而且由于腔室压力稳定控制系统简单易行，从而可以有效提高半导体加工设备的易操作性。

实施例3

图3为本发明实施例提供的腔室压力稳定控制方法的流程图，请参阅图3，本发明实施例提供的腔室压力稳定控制方法包括以下步骤：

s1，设置与腔室连通的进气管路和出气管路，进气管路包括流量控制单元；所述流量控制单元用于在控制下控制向所述腔室内通入相应流量的气体。

s2，存储预先设置的所述腔室的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，在每种所述门阀的状态对应设置的所述流量控制单元向腔室内通入相应流量的情况下可稳定控制所述腔室内的压力。

s3，接收腔室的门阀的当前状态，并根据存储的所述腔室的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，控制所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。

优选地，流量控制单元的数量为多个；每个流量控制单元包括串联设置的开关和限流件；开关用于在控制下导通或关断其所在的管路；限流件用于限定流经其所在管路的气体的流量，其中，所述流量为固定值。

还优选地，腔室压力稳定控制方法还包括以下步骤：根据预先设置的门阀的多种状态、以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元的开关的导通或关断情况、所述腔室的预设稳定压力采用软件仿真的方式确定每个所述流量控制单元的限流件对应流量的所述固定值。

优选地，每个所述门阀的状态包括：打开状态、关闭状态和打开过程中状态。

优选地，所述门阀数量为多个；所述门阀的多种状态包括：所有的门阀的不同状态的任意组合。

优选地，包括：接收腔室门阀的当前状态，延迟预设时间后再根据存储的腔室的门阀的多种状态以及对应设置的在每种状态下所述流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体的情况，控制流量控制单元向所述腔室内通入相应流量的气体，以稳定所述腔室内的压力。

由于本实施例提供的腔室压力稳定控制方法是上述实施例1提供的腔室压力稳定控制系统对应的方法实施例，相关内容在上述实施例1中已经有了详细地描述，具体请参见上述实施例1部分的内容，在此不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。