CN104747422A - Pvd设备冷泵再生控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PVD设备冷泵再生控制方法及装置，其中方法包括如下步骤：接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；在检测到所述冷泵可使用系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；监测所述冷泵的再生状态；当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。本发明的PVD设备冷泵再生控制方法及装置改变了冷泵释放系统干泵的时间，将冷泵完成全部再生过程后再释放系统干泵改为冷泵开始降温时即释放干泵，这样提高了冷泵再生过程中系统干泵的调度效率，缩短多冷泵同时再生的时间，进而大幅度节省PVD设备的维护时间。

Description

PVD设备冷泵再生控制方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种PVD设备冷泵再生控制方法及装置。

背景技术

图1是一种典型的CuBs（铜互连）PVD（Physical Vapor Deposition物理气相沉积）设备，该设备由传输平台和四个腔室组成，传输平台负责传输物料，传输腔室中有机械手，四个工艺腔室分布于传输腔室四周，工艺腔室与传输腔室之间由隔离阀门分隔。其工艺过程为物料从Load Port（片仓）中传出，依次经过degas-（去气工艺）>preclean-（预清洗工艺）>TaN-（铜阻挡层工艺）>Cu（铜籽晶层工艺）四个工艺腔室工艺后回到Load Port。

对于铜互连PVD设备而言，PVD工艺腔室（阻挡层制备腔室及籽晶层制备腔室）和传输腔室都有严格的真空度要求，通常情况下PVD腔室要达到10^-8Torr的本底真空，传输腔室也要有10^-7Torr。为了实现高真空，冷泵（Cryo-pump）被广泛的应用于PVD设备。冷泵是利用冷凝的原理，吸附腔室内的特定气体来达到提升真空度的目的。冷泵系统主要包括氦气压缩机、泵体、控制模块和氦气循环管路等。压缩机压缩氦气使之成为冷源，压缩后的液氦流经泵体给其一级冷板和二级冷板降温，完成制冷的氦气经处理后流回压缩机进行再次循环。

冷泵的泵体结构中最主要的是一级冷板和二级冷板。在工作状态下，一级冷板的温度一般在100～120K（开），主要用来冷凝水蒸气。二级冷板温度为10～20K（开），主要用来冷凝氮气、氩气和氧气。第二级冷板上附有活性炭，用来吸附氢气、氦气和氖气。冷板制冷就是制冷机原理（冰箱），冷源是压缩机不断循环提供的液氦。当气体分子遇到足够冷的表面（冷板或百叶窗）就会冷凝并且保持在低蒸汽压力，这样就有效的阻止气体回到腔室，从而实现PVD设备腔室的高真空。冷凝下来的气体不断地在冷泵中积累，工作一段时间后会达到冷泵的容积量，这会导致抽速降低，冷板温度升高，整体抽气效率下降，此时就需要进行冷泵的再生。

通常情况下，负责抽排冷泵再生废气的干泵是PVD设备的系统泵，它负责整个机台（除Preclean腔室外）的粗抽真空工作。

目前一般将系统干泵视为共享资源，冷泵再生之初都要申请系统干泵的使用权，同一时刻只能有一个申请者占用系统干泵。如果系统干泵已被占用，那么后续的冷泵再生申请将依次排队等待，如果系统干泵的使用权被释放，那么排在最前面的申请者将获得使用权并继续再生。

现有再生控制过程的主要问题是效率低下，当多个冷泵同时再生时，下一个冷泵总要等待当前冷泵彻底完成再生后才能开始再生，彼此之间是单纯的串行关系。冷泵的一次再生时间一般约为3个小时，如果所吸附的气体较脏或水汽过多那么耗时会更长。一个PVD系统一般有3个冷泵，多的有6个冷泵，这样等待所有冷泵完成再生的时间就非常长。对于工厂生产线上的PVD设备，客户会进行周期维护，冷泵再生是维护过程中必须执行的步骤，冷泵再生时间直接影响到维护时间的长短，进而直接关系到产线的生产效率。

鉴于上述不足，需要提出一种新的PVD设备冷泵再生控制方法及装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种新的PVD设备冷泵再生控制方法及装置。该再生控制方法能够提高冷泵再生过程中系统干泵的调度效率，缩短多冷泵同时再生的时间。

本发明的技术方案如下：

一种PVD设备冷泵再生控制方法，包括如下步骤：

S100：接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；

S200：在检测到所述冷泵可使用所述系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；

S300：监测所述冷泵的再生状态；

S400：当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

其中，所述步骤S200中还包括关闭与所述系统干泵关联的所有抽气阀的步骤。

其中，所述冷泵的再生包括如下步骤：

S310：所述冷泵升温至室温；

S320：对所述冷泵进行循环吹扫；

S330：对所述冷泵进行压升率测试；

S340：所述冷泵开始降温。

其中，所述PVD设备冷泵再生控制方法还包括如下步骤：

S2001：当检测到所述冷泵不能使用所述系统干泵时，则返回等待。

其中，所述步骤S100还包括第一计时步骤，当接收到冷泵申请系统干泵使用权的请求时开始计时；

步骤S2001还包括判断步骤，当所述计时的第一计时时间大于预设申请时间时发出报警信号且控制所述冷泵结束再生操作。

其中，所述步骤S300还包括第二计时步骤，当所述冷泵开始再生时开始计时；

步骤S300之后还包括步骤S500：

步骤S500：当所述冷泵的再生计时的第二计时时间大于预设再生时间时，发送指令控制冷泵终止再生操作，所述冷泵释放所述系统干泵的使用权，并发出报警信号。

相应的，本发明还提供一种PVD设备冷泵再生控制装置，所述控制装置用于控制冷泵和系统干泵进行再生工艺，所述控制装置包括申请接收模块，第一关闭模块，监测模块和释放模块；

所述申请接收模块，用于接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；

所述第一关闭模块，用于在检测到所述冷泵可使用所述系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；

所述监测模块，用于监测所述冷泵的再生状态；

所述释放模块，用于当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

其中，所述申请接收模块还包括第二判断单元和第一计时单元；

所述第一计时单元用于对所述冷泵申请系统干泵的使用权的申请时间进行计时；

所述第二判断单元用于当所述计时的第一计时时间大于预设申请时间时发出报警信号，并控制所述冷泵结束再生操作。

其中，所述控制装置还包括第二关闭模块，所述第二关闭模块用于关闭与所述系统干泵关联的所有抽气阀。

其中，所述监测模块还包括第二计时单元和第三判断单元；

所述第二计时单元用于对所述冷泵的再生时间进行计时；

所述第三判断单元用于当所述冷泵的再生计时的第二计时时间大于预设再生时间时，发送指令控制冷泵结束再生操作，且所述冷泵释放所述系统干泵的使用权，并发出报警信号。

本发明的有益效果是：

本发明的PVD设备冷泵再生控制方法及装置改变了冷泵释放系统干泵的时间，将冷泵完成全部再生过程后再释放系统干泵改为冷泵开始降温时即释放干泵，这样提高了冷泵再生过程中系统干泵的调度效率，缩短多冷泵同时再生的时间，进而大幅度节省PVD设备的维护时间。

附图说明

图1为本发明的PVD设备的一个实施例的整体示意图；

图2为本发明的系统干泵的气路示意图；

图3是本发明的PVD设备冷泵再生控制方法的一个实施例的流程示意图；

图4是本发明的PVD设备冷泵再生控制方法的另一实施例的流程示意图；

图5是本发明的PVD设备冷泵再生控制装置的整体示意图。

具体实施方式

以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1和图2，，铜互连PVD设备包括去气腔室、预清洗腔室、阻挡层制备腔室和籽晶层制备腔室以及传输腔室，其中去气腔室、预清洗腔室、阻挡层制备腔室和籽晶层制备腔室设置在传输腔室的四周，而阻挡层制备腔室、籽晶层制备腔室和传输腔室的真空度要求较高，因此本实施例中包括三台冷泵即冷泵1、冷泵2和冷泵3。

参见图3，本发明提供一种PVD设备冷泵再生控制方法，包括如下步骤：

S100：接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；

S200：在检测到所述冷泵可使用系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；

S300：监测所述冷泵的再生状态；

S400：当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

本实施例中的冷泵再生时需要首先申请系统干泵的使用权，如果冷泵1和2同时执行再生，那么会依次申请系统干泵的使用权，未申请到的冷泵将处于等待状态，这样就避免了彼此相互影响、干扰的问题。

一旦检测到所述冷泵可使用系统干泵后，即某个冷泵申请到系统干泵的使用权，则首先关闭所有相关联的抽气阀，这样可以避免气体倒灌现象出现。例如：如果传输腔室正在进行粗抽真空操作，此时V3阀门处于打开状态，若这时Cu腔室的冷泵1执行再生则会首先申请系统干泵的使用权，但是由于系统干泵正在被传输腔室使用，因此冷泵1将进行等待，如果在预设时间内冷泵1获得系统干泵的使用权则确认所有共享抽气阀门处于关闭状态（包括V3），然后占用系统干泵并继续再生流程。此外，所述步骤S200中还包括关闭与所述系统干泵所关联的所有抽气阀的步骤。本实施例中，在冷泵再生之前，当冷泵申请到系统干泵的使用权后，首先应当关闭系统干泵所关联的所有抽气阀，同时还应当关闭腔室与冷泵之间的门阀，这样避免了由于气体倒灌可能引起的硅片损失或腔室污染问题。

本实施例中，所述冷泵的再生包括如下步骤：

S310：所述冷泵升温至室温；

S320：对所述冷泵进行循环吹扫；

S330：对所述冷泵进行压升率测试；

S340：所述冷泵开始降温。

对于一个完整的再生过程，首先要对冷板进行加热使冷凝的气体蒸发，打开排气阀使气体被干泵抽走，该过程同时冲入氮气保证气体快速、完全的排出冷泵，排气完成后会进行压升率测试，合格后将开始降温过程，待一级冷板与二级冷板达到工作温度后再生操作完成。

本实施例最大的改进之处在于将冷泵释放系统干泵的时间设定为当冷泵开始降温时即释放系统干泵，与以往的等待再生完成后再释放系统干泵相比，提高了冷泵再生过程中系统干泵的调度效率，缩短了多冷泵同时再生的时间。以系统中有3个冷泵为例，每个冷泵的平均再生时间为3小时，其中再生过程中的降温过程为1.5小时，如果等待再生全部完成后再释放系统干泵，则所有冷泵完成再生的时间为9小时，而采用本发明的PVD设备冷泵再生控制方法后，所有冷泵完成再生的时间为6小时，比之前节省了33%的时间，而且随着冷泵数量的增多时间节省效果越显著，这样可以合理设计系统干泵的数量，节省投资，缩短了PVD设备的维护时间，进而提高了生产线的生产效率。

参见图4，较佳的，作为一种可实施方式，所述PVD设备冷泵再生控制方法还包括如下步骤：S2001：当检测到所述冷泵不能使用所述系统干泵时（即冷泵申请系统干泵的使用权的申请不成功），则返回等待。即如果冷泵1和冷泵2同时执行再生，那么会依次申请系统干泵的使用权，如果冷泵1先申请到系统干泵的使用权，则冷泵2将处于等待状态。

较佳的，作为一种可实施方式，所述步骤S100还包括第一计时步骤，当接收到冷泵申请系统干泵使用权的请求时开始计时；步骤S2001还包括判断步骤，当所述计时的第一计时时间大于预设申请时间时发出报警信号且控制所述冷泵结束再生操作。本实施例中增加了计时判断步骤，能够及时判断系统干泵或者冷泵再生中出现故障进而及时处理，或者对冷泵和系统干泵进行合理布局。本实施例中的预设时间可以预先设定。

较佳的，作为一种可实施方式，所述步骤S300还包括第二计时步骤，当所述冷泵开始再生时开始计时；

步骤S300之后还包括判断步骤S500：

步骤S500：当所述冷泵的再生计时的第二计时时间大于预设再生时间时，发送指令控制冷泵终止再生操作，所述冷泵释放所述系统干泵的使用权，并发出报警信号。本实施例中的计时步骤和判断步骤S500，主要用于判断冷泵再生过程中是否出现故障，同时设定当再生时间超时时，终止再生后立即释放系统干泵的使用权以便于其他冷泵进行再生，这样设置能够进一步提高系统干泵的调度能力。

基于同一发明构思，参见图5，本发明还提供一种PVD设备冷泵再生控制装置，该控制装置用于控制冷泵和系统干泵进行再生工艺，所述控制装置包括申请接收模块100，第一关闭模块200，监测模块300和释放模块400；

所述申请接收模块100，用于接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；

所述第一关闭模块200，用于在检测到所述冷泵可使用所述系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；

所述监测模块300，用于监测所述冷泵的再生状态；

所述释放模块400，用于当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

较优的，所述释放模块400还包括所述第一判断单元410、等待单元420和打开单元430，第一判断单元块410用于当所述冷泵再生进入降温步骤时向所述释放模块400发送信号，此时所述释放模块400发出释放系统干泵的使用权的指令；所述等待单元420用于等待冷泵的再生结束时结束再生操作，打开单元430用于打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

较佳的，作为一种可实施方式，所述申请接收模块100还包括第二判断单元110和第一计时单元120；所述第一计时单元120用于对所述冷泵申请系统干泵的使用权的申请时间进行计时；所述第二判断单元110用于当所述计时的第一计时时间大于预设申请时间时发出报警信号，并控制所述冷泵结束再生操作。本实施例中的预设申请时间可以根据实际工艺预先设定。

较佳的，作为一种可实施方式，所述控制装置还包括第二关闭模块500，所述第二关闭模块500用于关闭与所述系统干泵关联的所有抽气阀。所述第二关闭模块500与所述申请接收模块100电连接。

较佳的，作为一种可实施方式，所述监测模块300还包括第二计时单元310和第三判断单元320；

所述第二计时单元310用于对所述冷泵的再生时间进行计时；

所述第三判断单元320用于当所述冷泵的再生计时的第二计时时间大于预设再生时间时，发送指令控制冷泵结束再生操作，且所述冷泵释放所述系统干泵的使用权，并发出报警信号。本实施例中的预设再生时间可以根据实际工艺预先设定。

本实施例中，控制装置设置在冷泵中。图2中VA、VB、VC是冷泵自带的排气阀门，它们由第一关闭模块控制。控制装置可以控制冷泵1、冷泵2和冷泵3再生的开始与中止，并读取冷泵的各种数据，如：1/2级冷板温度、再生状态、错误信息等。V1、V2、V3、V4是各腔室的抽气阀，可以通过第二关闭模块控制。一般的，第一关闭模块可以设置在冷泵中。还可以设置上位机来实现预设再生时间和预设申请时间的操作。

最后，需要说明的是，在本专利文件中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何关系或者顺序。而且，在本专利文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，其意在涵盖而非排他性包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备，不仅包括这些要素，而且还包括没有明确列出而本领域技术人员能够知晓的其他要素，或者还包括为这些过程、方法、物品或者设备所公知的必不可少的要素。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种PVD设备冷泵再生控制方法，其特征在于：

包括如下步骤：

S100：接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；

S200：在检测到所述冷泵可使用所述系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；

S300：监测所述冷泵的再生状态；

S400：当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

2.根据权利要求1所述的PVD设备冷泵再生控制方法，其特征在于：

所述步骤S200中还包括关闭与所述系统干泵关联的所有抽气阀的步骤。

3.根据权利要求1所述的PVD设备冷泵再生控制方法，其特征在于：

所述冷泵的再生包括如下步骤：

S310：所述冷泵升温至室温；

S320：对所述冷泵进行循环吹扫；

S330：对所述冷泵进行压升率测试；

S340：所述冷泵开始降温。

4.根据权利要求1所述的PVD设备冷泵再生控制方法，其特征在于：

所述PVD设备冷泵再生控制方法还包括如下步骤：

S2001：当检测到所述冷泵不能使用所述系统干泵时，则返回等待。

5.根据权利要求4所述的PVD设备冷泵再生控制方法，其特征在于：

所述步骤S100还包括第一计时步骤，当接收到冷泵申请系统干泵使用权的请求时开始计时；

步骤S2001还包括判断步骤，当所述计时的第一计时时间大于预设申请时间时发出报警信号且控制所述冷泵结束再生操作。

6.根据权利要求1所述的PVD设备冷泵再生控制方法，其特征在于：

所述步骤S300还包括第二计时步骤，当所述冷泵开始再生时开始计时；

步骤S300之后还包括步骤S500：

步骤S500：当所述冷泵的再生计时的第二计时时间大于预设再生时间时，发送指令控制冷泵终止再生操作，所述冷泵释放所述系统干泵的使用权，并发出报警信号。

7.一种PVD设备冷泵再生控制装置，所述控制装置用于控制冷泵和系统干泵进行再生工艺，其特征在于：

所述控制装置包括申请接收模块，第一关闭模块，监测模块和释放模块；

所述申请接收模块，用于接收冷泵申请系统干泵的使用权的请求；

所述第一关闭模块，用于在检测到所述冷泵可使用所述系统干泵后，关闭PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀，控制所述冷泵开始再生；

所述监测模块，用于监测所述冷泵的再生状态；

所述释放模块，用于当所述冷泵的再生状态进入降温步骤时，释放所述系统干泵的使用权，并在等待再生完成后结束再生操作，打开PVD设备腔室与所述冷泵之间的门阀。

8.根据权利要求7所述的PVD设备冷泵再生控制装置，其特征在于：

所述申请接收模块还包括第二判断单元和第一计时单元；

所述第一计时单元用于对所述冷泵申请系统干泵的使用权的申请时间进行计时；

所述第二判断单元用于当所述计时的第一计时时间大于预设申请时间时发出报警信号，并控制所述冷泵结束再生操作。

9.根据权利要求7所述的PVD设备冷泵再生控制装置，其特征在于：

所述控制装置还包括第二关闭模块，所述第二关闭模块用于关闭与所述系统干泵关联的所有抽气阀。

10.根据权利要求7至9任意一项所述的PVD设备冷泵再生控制装置，其特征在于：

所述监测模块还包括第二计时单元和第三判断单元；

所述第二计时单元用于对所述冷泵的再生时间进行计时；

所述第三判断单元用于当所述冷泵的再生计时的第二计时时间大于预设再生时间时，发送指令控制冷泵结束再生操作，且所述冷泵释放所述系统干泵的使用权，并发出报警信号。