CN100521104C - 一种半导体刻蚀设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法，能自动判断腔室和各设备的状态，安全快速的将腔室抽到本体真空状态。通过关闭和开启分子泵吹扫阀，控制吹扫气体对气路和腔室压力的影响，在保证分子泵安全的条件下，有效的避免了因分子泵吹扫气体量过大而引起的无法抽到分子泵工作压力设定值的问题，同时缩短了系统的等待时间，提高了系统的安全性和性能。并有效避免了因分子泵吹扫气量过大超过干泵粗抽能力而导致的无法将达到摆阀开启所条件的问题。

Description

一种半导体刻蚀设备的控制方法

技术领域

本发明涉及工业设备的控制技术领域，尤其涉及一种半导体刻蚀设备的控制方法。

背景技术

目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体晶片的加工能力。利用具有等离子体装置的微电子刻蚀系统进行刻蚀加工是获得半导体晶片的主要方法。

如图1所示为半导体刻蚀系统的示意图，半导体的加工需要经过多道工序，包括沉积、光刻、刻蚀等，刻蚀工艺是其中较为复杂的一个，在半导体硅片刻蚀设备中，刻蚀工艺过程是在高真空的反应腔室中进行的，反应腔室的真空气路系统一般由至少一个干泵、一个分子泵、一个摆阀和若干气阀组成，干泵和真空气路同腔室之间通过至少一个阀门控制，分子泵同腔室之间通过摆阀控制，分子泵同干泵和真空气路之间通过隔离阀控制，同时为分子泵提供吹扫气体，由气阀控制。其一般构造入图1所示。在对反应腔室抽真空时，一般先由干泵对反应腔室和真空气路进行粗抽，达到一定的真空程度后再启动分子泵，由分子泵将腔室抽到本体真空，一般小于1毫托(mTorr)。

由于分子泵是精密设备且非常昂贵，为保护分子泵，一般要求在分子泵的入气端通以适量的氮气，以平衡负压，降低工艺气体浓度以免腐蚀分子泵叶片，同时避免因瞬间的气压差过大导致气体倒灌而损坏分子泵。

现有技术中的真空系统的控制流程如图2所示：

步骤21、隔离反应腔室及分子泵；

步骤22、对反应腔室进行抽真空；

步骤23、当反应腔室内的压力满足分子泵启动条件时启动分子泵；

在启动分子泵的同时即通入吹扫氮气N2，而在分子泵启动过程中反应腔室有可能出于粗抽过程中，在自动初始化的流程中，往往由于吹扫N2的通过图1中分子泵吹扫阀11、分子泵6、隔离阀8与旁路快阀13而反灌入反应腔室，使得反应腔室无法抽到设定的摆阀开启条件，使自动初始化流程陷入自锁循环中。

步骤24、完成抽本体真空，过程结束。

在分子泵启动后和打开摆阀之前，需要判断反应腔室的压力是否达到摆阀开启的条件(具体条件通常是：反应腔室的压力小于一设定压力，设定压力一般为80毫托～100毫托)。一般情况下干泵都有能力将气路和腔室压力抽到这个设定值，然而由于通入的氮气会进入气路，消耗了干泵的抽真空能力，一些情况下可能导致需要很长时间才能达到这个设定值，降低了设备的性能，甚至在氮气量较大时干泵无法抽到这个设定值，导致流程无法继续进行。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种半导体刻蚀设备的控制方法，在保证分子泵安全的同时，缩短了粗抽的时间，提高了系统的性能，并有效避免了因分子泵吹扫气量过大超过干泵粗抽能力而导致的无法将达到摆阀开启所条件的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种半导体刻蚀设备的控制方法，刻蚀设备包括反应腔室、分子泵及相应的控制阀，包括：

A、隔离反应腔室及分子泵，包括关闭分子泵吹扫阀；

B、对反应腔室进行抽真空，并当反应腔室内的压力满足分子泵启动条件时启动分子泵；

C、通过分子泵对反应腔室进行抽本体真空，当反应腔室内的真空状态满足设定的真空要求时，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

所述的步骤A包括：

A1、关闭与反应腔室连接的控制阀隔离反应腔室；

A2、关闭与分子泵连接的控制阀隔离分子泵。

所述的步骤B包括：

首先，判断反应腔室内的压力满足分子泵启动条件，如是直接启动分子泵。

所述的步骤B还包括：

如满足分子泵启动条件，首先，判断分子泵是否处于启动状态，如是保持分子泵启动状态，否则，启动分子泵。

所述的步骤B中的分子泵启动条件包括：

反应腔室压力小于设定的分子泵工作的压力；并且干泵处于正常工作状态。

所述的步骤C包括：

首先，判断反应腔室内的真空状态是否满足设定的真空要求，如是则控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

所述的反应腔室内的真空状态满足设定的真空要求为：

反应腔室内压力低于分子泵的工作压力；或者，

反应腔室内压力大于设定的本体真空压力值。

所述的步骤C的抽本体真空包括：

C1、判断反应腔室与分子泵是否正常工作，如是则发出相应的报警，抽本体真空过程结束，否则继续；

C2、判断反应腔室内压力是否低于分子泵的工作压力，如是则正常结束抽本体真空过程，否则，进入可控抽本体真空过程至结束。

所述的步骤C1包括：

C11、判断反应腔室是否开启，如是则发出相应的反应腔室开启报警，抽本体真空过程结束，否则继续；和/或，

C12、判断反应腔室是否为大气状态，如是则发出相应的反应腔室为大气状态报警，抽本体真空过程结束，否则继续；

C13、判断分子泵是否正常，如否则发出相应的分子泵异常报警，抽本体真空过程结束，否则继续。

所述的步骤C2中正常结束抽本体真空过程包括：

C21、关闭分子泵控制阀中的抽气阀；关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀，打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态；

或者，

C22、判断反应腔室控制阀中的摆阀是否开启，如是则关闭摆阀；然后继续；打开分子泵控制阀中的快速抽气阀；关闭分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀；至反应腔室内压力低于分子泵的工作压力，关闭分子泵控制阀中的快速抽气阀；关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀，打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法，能自动判断腔室和各设备的状态，安全快速的将腔室抽到本体真空状态。通过关闭和开启分子泵吹扫阀，控制吹扫气体对气路和腔室压力的影响，在保证分子泵安全的条件下，有效的避免了因分子泵吹扫气体两过大而引起的无法抽到分子泵工作压力设定值的问题，同时缩短了系统的等待时间，提高了系统的安全性和性能。并有效避免了因分子泵吹扫气量过大超过干泵粗抽能力而导致的无法将达到摆阀开启所条件的问题。

附图说明

图1为半导体刻蚀系统的示意图；

图中：1腔室；2静电卡盘；3针；4槽阀；5干泵；6分子泵；7摆阀；8隔离阀；9手动限流阀；10氮气调节阀；11分子泵吹扫阀；12旁路阀慢；13旁路阀快；14氦气阀；15温控系统；16上匹配器；17上电极；18离子规；19压力开关；20终点检测；21下电极；22下匹配器；23气体控制板；24压力传感器；25气动阀一；26气体吹扫阀；27质量流量控制器；28气动阀二；29气动阀三；30气体；31氮气；32氮气；33氦气；

图2为现有技术的半导体刻蚀设备的控制方法流程示意图一；

图3为本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法流程示意图一；

图4为本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法流程示意图二。

具体实施方式

本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法，刻蚀设备包括反应腔室、分子泵及相应的控制阀，控制阀可分为反应腔室控制阀与分子泵控制阀，反应腔室控制阀包括：气路终端阀与腔室传送阀与摆阀；分子泵控制阀包括分子泵吹扫阀、隔离阀、抽气阀(包括快速抽气阀与慢速抽气阀)与摆阀。

本发明所述的方法具体包括：

首先，隔离反应腔室及分子泵，关闭与反应腔室连接的控制阀隔离反应腔室；关闭及分子泵连接的控制阀隔离分子泵。具体为：关闭气路终端阀与腔室传送阀隔离反应腔室；关闭分子泵吹扫阀、隔离阀与摆阀隔离分子泵，再关闭抽气阀(包括快速抽气阀与慢速抽气阀)完全实现隔离。

其次，对反应腔室进行抽真空，并当反应腔室内的压力满足分子泵启动条件时启动分子泵；这一过程首先判断反应腔室内的压力满足分子泵启动条件，如是直接启动分子泵，否则，对反应腔室进行抽真空，也就是粗抽，并当反应腔室内的压力满足分子泵启动条件时启动分子泵。这里的分子泵启动条件为反应腔室小于设定的分子泵工作的压力；并且干泵处于正常工作状态。也就是干泵未处于Alarm状态。

再次，通过分子泵对反应腔室进行抽本体真空，当反应腔室内的真空状态满足设定的真空要求时，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。这里先判断反应腔室内的真空状态是否满足设定的真空要求，如是则控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

所述的反应腔室内的真空状态满足设定的真空要求为反应腔室内压力低于分子泵的工作压力；或，反应腔室内压力大于设定的本体真空压力值。

抽本体真空的过程需判断反应腔室与分子泵是否正常工作，如是则发出相应的报警，抽本体真空过程结束，否则继续；一般包括：

判断反应腔室是否开启，如是则发出相应的反应腔室开启报警，抽本体真空过程结束，否则继续；

判断反应腔室是否为大气状态，如是则发出相应的反应腔室为大气状态报警，抽本体真空过程结束，否则继续；

判断分子泵是否正常，如是则发出相应的分子泵异常报警，抽本体真空过程结束，否则继续。

抽本体真空的控制过程中，需判断反应腔室内压力是否低于分子泵的工作压力，如是则正常结束抽本体真空过程，否则，进入可控抽本体真空过程至结束。

正常结束抽本体真空过程为关闭分子泵控制阀中的抽气阀；关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀，打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

可控抽本体真空过程为判断反应腔室控制阀中的摆阀是否开启，如是则关闭摆阀；然后继续；打开分子泵控制阀中的快速抽气阀；关闭分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀；至反应腔室内压力低于分子泵的工作压力，关闭分子泵控制阀中的快速抽气阀；关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀，打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

如图3所示为本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法的控制流程图，具体包括：

步骤31、关闭气路终端阀(Final阀)与腔室传送阀(ChamberDelivery阀)，隔离反应腔室；

步骤32、关闭摆阀、分子泵吹扫阀隔离阀，隔离分子泵；

步骤33、关闭快抽和慢抽阀；

步骤34、判断反应腔室内的压力是否满足分子泵启动条件，如是，执行步骤35，否则，执行步骤36

步骤35、对反应腔室进行粗抽，并在满足分子泵启动条件时，停止粗抽；

步骤36、判断分子泵是否启动；如是，执行步骤37，否则，执行步骤38；

步骤37、启动分子泵；

步骤38、判断反应腔室内的真空状态是否满足设定的真空要求，如是，执行步骤39，否则，执行步骤310；

步骤39、进入抽本体真空流程；具体见图3；

步骤310、关闭摆阀和快慢抽阀，打开分子泵隔离阀；结束流程。

如图4所示为本发明所述的一种半导体刻蚀设备的控制方法的控制流程图，具体包括：

步骤41、判断反应腔室是否开启，如是，执行步骤42，否则，执行步骤43；

步骤42、发出相应的反应腔室开启报警，抽本体真空过程结束；

步骤43、判断反应腔室是否为大气状态，如是，执行步骤44，否则，执行步骤45：

步骤44、发出相应的反应腔室为大气状态报警，抽本体真空过程结束；

步骤45、判断分子泵是否正常，如是，执行步骤46，否则，执行步骤47；

步骤46、发出相应的分子泵异常报警，抽本体真空过程结束；

步骤47、判断反应腔室内压力是否低于分子泵的工作压力，并且干泵处于正常工作状态。如是，执行步骤413，否则，执行步骤48；

步骤48、判断反应腔室控制阀中的摆阀是否开启，如是执行步骤49，否则，执行步骤410；

步骤49、关闭摆阀；或等待1秒钟；

步骤410、打开分子泵控制阀中的快速抽气阀；

步骤411、关闭分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀；

步骤412、至反应腔室内压力低于分子泵的工作压力，然后继续；

步骤413、关闭分子泵控制阀中的快速抽气阀；

步骤414、关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；

步骤415、打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀；

步骤416、打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

可见，本发明能自动判断腔室和各设备的状态，安全快速的将腔室抽到本体真空状态。通过关闭和开启分子泵吹扫阀，控制吹扫气体对气路和腔室压力的影响，在保证分子泵安全的条件下，有效的避免了因分子泵吹扫气体两过大而引起的无法抽到分子泵工作压力设定值的问题，同时缩短了系统的等待时间，提高了系统的安全性和性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种半导体刻蚀设备的控制方法，刻蚀设备包括反应腔室、分子泵及相应的控制阀，其特征在于，包括：

A、隔离反应腔室及分子泵，包括关闭分子泵吹扫阀；

B、对反应腔室进行抽真空，并当反应腔室内的压力满足分子泵启动条件时启动分子泵；

C、通过分子泵对反应腔室进行抽本体真空，当反应腔室内的真空状态满足设定的真空要求时，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

2、根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

A1、关闭与反应腔室连接的控制阀隔离反应腔室；

A2、关闭与分子泵连接的控制阀隔离分子泵。

3、根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

首先，判断反应腔室内的压力满足分子泵启动条件，如是直接启动分子泵。

4、根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

如满足分子泵启动条件，首先，判断分子泵是否处于启动状态，如是保持分子泵启动状态，否则，启动分子泵。

5、根据权利要求1、3或4所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤B中的分子泵启动条件包括：

反应腔室压力小于设定的分子泵工作的压力；并且干泵处于正常工作状态。

6、根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤C包括：

首先，判断反应腔室内的真空状态是否满足设定的真空要求，如是则控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

7、根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的反应腔室内的真空状态满足设定的真空要求为：

反应腔室内压力低于分子泵的工作压力；或者，

反应腔室内压力大于设定的本体真空压力值。

8、根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤C的抽本体真空包括：

C1、判断反应腔室与分子泵是否正常工作，如是则发出相应的报警，抽本体真空过程结束，否则继续；

C2、判断反应腔室内压力是否低于分子泵的工作压力，如是则正常结束抽本体真空过程，否则，进入可控抽本体真空过程至结束。

9、根据权利要求8所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤C1包括：

C11、判断反应腔室是否开启，如是则发出相应的反应腔室开启报警，抽本体真空过程结束，否则继续；和/或，

C12、判断反应腔室是否为大气状态，如是则发出相应的反应腔室为大气状态报警，抽本体真空过程结束，否则继续；

C13、判断分子泵是否正常，如否则发出相应的分子泵异常报警，抽本体真空过程结束，否则继续。

10、根据权利要求8所述的半导体刻蚀设备的控制方法，其特征在于，所述的步骤C2中正常结束抽本体真空过程包括：

C21、关闭分子泵控制阀中的抽气阀；关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀，打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态；

或者，

C22、判断反应腔室控制阀中的摆阀是否开启，如是则关闭摆阀；然后继续；打开分子泵控制阀中的快速抽气阀；关闭分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀；至反应腔室内压力低于分子泵的工作压力，关闭分子泵控制阀中的快速抽气阀；关闭反应腔室控制阀中的气路终端阀和腔室传送阀；打开分子泵控制阀中的分子泵吹扫阀，打开反应腔室控制阀中的摆阀，控制过程结束，刻蚀设备进入工作状态。

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