CN107731720B - 一种半导体加工设备的液体流量校准系统及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体加工设备的液体流量校准系统及校准方法，其中，校准系统包括：液体汽化器、反应腔、压力规和控制单元；校准方法包括：校准反应腔的腔体环境；计算腔体稳定压力与液态源流量的关系因子R；重新校准反应腔的腔体环境，并核实关系因子。该半导体加工设备的液体流量校准系统及校准方法可实现现场校准，可靠性高，具有生产经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工设备技术领域，特别提供了一种半导体加工设备的液体流量校准系统及校准方法。
背景技术
半导体加工设备使用的液体质量流量计，在供应商处出厂时会进行校准，但出厂校准范围一般在±10％范围内。当质量流量计安装在半导体加工设备上，并在现场使用一段时间后，如果出现流量偏差，返回供应商处进行校准会影响当前半导体加工设备的正常运行。
因此，研制一种可现场使用的校准系统及校准方法，成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体加工设备的液体流量校准系统及校准方法，以解决现有校准方法复杂、结果不准确等问题。
本发明一方面提供了一种半导体加工设备的液体流量校准系统，包括：液体汽化器、反应腔、压力规和控制单元，其中，液体汽化器分别连接载气输入管路、液态源输入管路、混合气输出主管路和混合气输出旁路，载气输入管路上设置气体流量控制器，液态源输入管路上设置有液体流量控制器，混合气输出主管路连接液体汽化器的出气口和反应腔的进气口，混合气输出主管路上设置有第一阀门，混合气输出旁路与外界连通且其上设置有第二阀门，反应腔的出气口经出气管路与外界连通，所述出气管路上设置有TV阀，压力规用于测量反应腔内的压力，控制单元分别与气体流量控制器、液体流量控制器、第一阀门、第二阀门、TV阀和压力规连接，用于通过气体流量控制器和液体流量控制器控制载气和液态源的流量，通过第一阀门和第二阀门控制汽化后的气体流向，通过压力规获得反应腔的压力，并通过调整TV阀的开度控制反应腔内的压力。
本发明还提供了一种半导体加工设备的液体流量校准方法，包括如下步骤：
S1：校准反应腔的腔体环境；
S2：按照预设的流量Q0向液体汽化器中通入液态源，液态源与载气混合后经混合气输出旁路输出；
S3：待液态源与载气的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0；
S4：液态源流量逐次增加ΔQ，测量每次的稳定压力Pi(i＝1，2，3…)，直至液态源流量达到终止流量；
S5：根据获得的腔体稳定压力与液态源流量，计算关系因子R；
S6：重新校准反应腔的腔体环境，与S1设定的环境相同；
S7：按照流量Q0’＝Q0*R/Re向液体汽化器中再次通入液态源，液态源与载气混合后经混合气输出旁路输出，其中，R为S5中计算得到的关系因子，Re为反应腔腔体稳定压力与液态源流量的关系因子的经验值；
S8：待液态源与载气的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0’；
S9：液态源流量逐次增加ΔQ，测量每次的稳定压力Pi’(i＝1，2，3…)，直至液态源流量达到终止流量；
S10：根据S8和S9中获得的腔体稳定压力与液态源流量，计算关系因子R’；
S11：比较R’与Re，如果两者的偏差在预设的范围内，则完成校准，否则重新执行S1～S11，直至完成校准。
优选，步骤S5和S10中的关系因子通过最小二乘法计算。
进一步优选，在步骤S4和S9中，液态源的终止流量需保证混合气体在反应腔内为非饱和状态。
本发明提供的半导体加工设备的液体流量校准系统中的液体汽化器用于将从液态源输入管路输入的液体汽化后与从载气输入管路输入的载气混合，混合不均匀的混合气体通过混合气输出旁路引出，避免混合不均匀的混合气体对反应腔造成污染，待混合气体混合均匀后，关闭第二阀门，打开第一阀门，混合气体经反应腔的进气口通入反应腔内，之后通过出气管路排出，控制单元通过控制第一阀门及TV阀的开度可以实现对反应腔压力的调整，使反应腔内达到动态平衡，通过压力规可以检测到稳定的平衡压力，此外，控制单元还能实现对第一阀门、第二阀门、气体流量控制器和液体流量控制器的控制。
本发明提供的半导体加工设备的液体流量校准方法，适用于不同类型的半导体设备，适用性更广泛，计算关系因子后，在相同的反应腔体环境下，核实关系因子，即可实现对液体流量的校准，计算和核实关系因子时，反应腔腔体环境相同，避免因外界因素干扰造成的计算结果错误，使该校准方法可靠性更高。本发明通过逐次增加液态源流量的方式，获得多组数据进行关系因子的计算，使得计算结果更准确。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明提供的半导体加工设备的液体流量校准系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。
如图1所示，本发明提供了一种半导体加工设备的液体流量校准系统，包括：液体汽化器1、反应腔2、压力规3和控制单元4，其中，液体汽化器1分别连接载气输入管路、液态源输入管路、混合气输出主管路和混合气输出旁路，载气输入管路上设置气体流量控制器5，液态源输入管路上设置有液体流量控制器6，混合气输出主管路连接液体汽化器1的出气口和反应腔2的进气口，混合气输出主管路上设置有第一阀门7，混合气输出旁路与外界连通且其上设置有第二阀门8，反应腔2的出气口经出气管路与外界连通，所述出气管路上设置有TV阀9，压力规3用于测量反应腔2内的压力，控制单元4分别与气体流量控制器5、液体流量控制器6、第一阀门7、第二阀门8、TV阀9和压力规3连接，用于通过气体流量控制器5和液体流量控制器6控制载气和液态源的流量，通过第一阀门7和第二阀门8控制汽化后的气体流向，通过压力规3获得反应腔的压力，并通过调整TV阀9的开度控制反应腔2内的压力。
该半导体加工设备的液体流量校准系统中的液体汽化器用于将从液态源输入管路输入的液体汽化后与从载气输入管路输入的载气混合，混合不均匀的混合气体通过混合气输出旁路引出，避免混合不均匀的混合气体对反应腔造成污染，待混合气体混合均匀后，关闭第二阀门，打开第一阀门，混合气体经反应腔的进气口通入反应腔内，之后通过出气管路排出，控制单元通过控制第一阀门及TV阀的开度可以实现对反应腔压力的调整，使反应腔内达到动态平衡，通过压力规可以检测到稳定的平衡压力，此外，控制单元还能实现对第一阀门、第二阀门、气体流量控制器和液体流量控制器的控制。
本发明还提供了一种半导体加工设备的液体流量校准方法，包括如下步骤：
S1：校准反应腔的腔体环境，其中，所述腔体环境包括载气的流量、反应腔的腔体压力、TV阀的开度等；
S2：按照预设的流量Q0向液体汽化器中通入液态源，液态源与载气混合后经混合气输出旁路输出；
S3：待液态源与载气的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0；
S4：液态源流量逐次增加ΔQ，测量每次的稳定压力Pi(i＝1，2，3…)，直至液态源流量达到终止流量；
S5：根据获得的腔体稳定压力与液态源流量，计算关系因子R；
S6：重新校准反应腔的腔体环境，与S1设定的环境相同；
S7：按照流量Q0’＝Q0*R/Re向液体汽化器中再次通入液态源，液态源与载气混合后经混合气输出旁路输出，其中，R为S5中计算得到的关系因子，Re为反应腔腔体稳定压力与液态源流量的关系因子的经验值；
S8：待液态源与载气的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0’；
S9：液态源流量逐次增加ΔQ，测量每次的稳定压力Pi’(i＝1，2，3…)，直至液态源流量达到终止流量；
S10：根据获得的腔体稳定压力与液态源流量，计算关系因子R’；
S11：比较R’与Re，如果两者的偏差在预设的范围内，则完成校准，否则重新执行S1～S11，直至完成校准。
该半导体加工设备的液体流量校准方法，适用于不同类型的半导体设备，适用性更广泛，计算关系因子后，在相同的反应腔体环境下，核实关系因子，即可实现对液体流量的校准，计算和核实关系因子时，反应腔腔体环境相同，避免因外界因素干扰造成的计算结果错误，使该校准方法可靠性更高。本发明通过逐次增加液态源流量的方式，获得多组数据进行关系因子的计算，使得计算结果更准确。
其中，步骤S5和S10中的关系因子通过最小二乘法计算。
其中，在步骤S4和S9中，液态源的终止流量需保证混合气体在反应腔内为非饱和状态
下面以液态源为TEOS，载气为He为例，对本发明提供的校准方法进行详细说明描述：
校准系统的结构如图1所示，通过如下步骤对液体流量进行校准：
S1：校准反应腔的腔体环境，其中，载气He的气体流量为5000sccm、实验温度为400摄氏度，TV阀的开度为8.1％，；
S2：按照4g/min的流量向液体汽化器中通入TEOS，TEOS与He混合后经混合气输出旁路输出；
S3：待TEOS与He的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0；
S4：TEOS流量逐次增加0.5g/min，测量每次的稳定压力Pi(i＝1，2，3…)，直至TEOS流量达到8g/min；
S5：根据获得的腔体稳定压力与TEOS流量，根据最小二乘法计算关系因子R；
S6：重新校准反应腔的腔体环境，与S1设定的环境相同；
S7：按照流量Q0’＝4*R/Re向液体汽化器中再次通入TEOS，TEOS与载气He混合后经混合气输出旁路输出，其中，R为S5中计算得到的关系因子，Re为反应腔的腔体稳定压力与液态源流量的关系因子的经验值，为0.423；
S8：待TEOS与载气He的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0’；
S9：TEOS流量逐次增加0.5g/min，测量每次的稳定压力Pi’(i＝1，2，3…)，直至TEOS流量达到8g/min；
S10：根据S8和S9中获得的腔体稳定压力与液态源流量，根据最小二乘法计算关系因子R’；
S11：比较R’与Re，如果两者的偏差在预设的范围内，则完成校准，否则重新执行S1～S11，直至完成校准。
校准完成后，再次向反应腔中通入液体时，其实际流量＝设定流量*R/Re，从而起到液体流量校准的作用。
上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种半导体加工设备的液体流量校准系统，其特征在于，包括：液体汽化器(1)、反应腔(2)、压力规(3)和控制单元(4)，其中，液体汽化器(1)分别连接载气输入管路、液态源输入管路、混合气输出主管路和混合气输出旁路，载气输入管路上设置气体流量控制器(5)，液态源输入管路上设置有液体流量控制器(6)，混合气输出主管路连接液体汽化器(1)的出气口和反应腔(2)的进气口，混合气输出主管路上设置有第一阀门(7)，混合气输出旁路与外界连通且其上设置有第二阀门(8)，反应腔(2)的出气口经出气管路与外界连通，所述出气管路上设置有TV阀(9)，压力规(3)用于测量反应腔(2)内的压力，控制单元(4)分别与气体流量控制器(5)、液体流量控制器(6)、第一阀门(7)、第二阀门(8)、TV阀(9)和压力规(3)连接，用于通过气体流量控制器(5)和液体流量控制器(6)控制载气和液态源的流量，通过第一阀门(7)和第二阀门(8)控制汽化后的气体流向，通过压力规(3)获得反应腔的压力，并通过调整TV阀(9)的开度控制反应腔(2)内的压力。
2.一种半导体加工设备的液体流量校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：校准反应腔的腔体环境；
S2：按照预设的流量Q0向液体汽化器中通入液态源，液态源与载气混合后经混合气输出旁路输出；
S3：待液态源与载气的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0；
S4：液态源流量逐次增加ΔQ，测量每次的稳定压力Pi(i＝1，2，3…)，直至液态源流量达到终止流量；
S5：根据获得的腔体稳定压力与液态源流量，计算关系因子R；
S6：重新校准反应腔的腔体环境，与S1设定的环境相同；
S7：按照流量Q0’＝Q0*R/Re向液体汽化器中再次通入液态源，液态源与载气混合后经混合气输出旁路输出，其中，R为S5中计算得到的关系因子，Re为反应腔腔体稳定压力与液态源流量的关系因子的经验值；
S8：待液态源与载气的混合气体汽化稳定后，混合气体经混合气输出主管路通入反应腔，测量稳定压力P0’；
S9：液态源流量逐次增加ΔQ，测量每次的稳定压力Pi’(i＝1，2，3…)，直至液态源流量达到终止流量；
S10：根据S8和S9获得的腔体稳定压力与液态源流量，计算关系因子R’；
S11：比较R’与Re，如果两者的偏差在预设的范围内，则完成校准，否则重新执行S1～S11，直至完成校准。
3.按照权利要求2所述的半导体加工设备的液体流量校准方法，其特征在于：步骤S5和S10中的关系因子通过最小二乘法计算。
4.按照权利要求2或3所述的半导体加工设备的液体流量校准方法，其特征在于：在步骤S4和S9中，液态源的终止流量需保证混合气体在反应腔内为非饱和状态。
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