CN110610881A - 腔室压力平衡方法、装置、系统及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种腔室压力平衡方法、装置、系统及半导体加工设备，该压力平衡方法包括：根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气；判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制所述第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；判断所述第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，则关闭所述第一压力平衡阀。通过本发明，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。

Description

腔室压力平衡方法、装置、系统及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种腔室压力平衡方法、装置、系统及半导体加工设备。
背景技术
晶圆由半导体设备的设备前端模块进入工艺模块的过程，也是晶圆由大气环境进入真空环境的过程，这一过程有传输系统实现，传输系统包括：大气手、真空手、过渡腔室以及真空腔室。设备前端模块和过渡腔、过渡腔和真空腔均由门阀隔离。过渡腔体积较小，可以快速实现真空状态与大气状态的切换。大气手用于将大气状态下的晶圆放入过渡腔或者从过渡腔取出晶圆。真空腔室一直维持真空状态，内部具有真空手，真空手负责工艺腔室和真空状态下过渡腔的取放片工作。门阀的开启条件是门阀两侧腔室的压力相同，这样由压差不同导致的内部气体波动最小，能更好的控制颗粒洁净度。
现有的过渡腔室压力状态的切换通过充气装置以及抽气装置实现。在过渡腔室及真空腔室的进出气管理中安装压力传感器，在打开真空腔室与过渡腔室之间的门阀之前，检测真空腔室与过渡腔室上压力传感器的压力值，若两者的压力值的差在指定压差范围内，则可以开启两者之间的门阀。打开过渡腔与设备前端模块之间的门阀之前，检测过渡腔的压力传感器的压力值是否与大气压接近，若是，则开启过渡腔与设备前端模块之间的门阀。
在抽气装置进行抽气时，压力传感器周边气流波动较大，此时根据压力传感器的示数判断是否抽到本底值，进而去关闭抽气装置，稳定后压力传感器的示数会和本底值有偏差；若想通过控制抽气装置关闭时间来实现真空腔与过渡腔稳定后压力一致，需要根据腔室体积及抽气量计算并大量实验，比较困难。并且对于同一压力，由于各个压力传感器的精度不同，各个压力传感器的示数也不一定相同。
过渡腔室上设置有溢流阀，在对过渡腔进行充气时，充气装置保持打开状态直到过渡腔压力为大气压，并过充几秒，若压力过大溢流阀自动溢流。这时存在两个缺点：溢流阀与外部直接连通，外部环境清洁度较低，增加了过渡腔中颗粒污染可能性；过充后的压力与设备前端模块存在压差，若想通过过充时间实现压力平衡需要大量的实验，实现困难。
发明内容
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平衡方法、装置、系统及半导体加工设备。
为实现本发明的目的而提供一种压力平衡方法，包括以下步骤：
根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气；
判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制所述第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；
判断所述第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，则关闭所述第一压力平衡阀。
优选地，所述对所述第一目标腔室进行抽气或充气，具体包括：
开启慢抽阀，判断所述第一目标腔室在指定时间内是否达到预设的第一抽气压力值；若判断结果为是，则关闭慢抽阀，开启快抽阀；或者，
开启慢充阀，判断所述第一目标腔室在指定时间内是
否达到预设的第一充气压力值；若判断结果为是，则关闭慢充阀，开启快充阀。
优选地，所述判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内，具体包括：
通过第一传感器获取当前所述第一目标腔室的压力值；并且通过第二传感器获取当前所述第二目标腔室的压力值；
将当前所述第一目标腔室的压力值与当前所述第二目标腔室的压力值做差得到两个腔室的当前压力差值；
判断所述当前压力差值是否在第一预设范围内。
优选地，所述第二目标腔室包括真空腔或大气端。
优选地，在所述根据当前工艺任务，对所述第一目标腔室进行抽气或充气的步骤之前，还包括：
判断平衡功能是否启动，所述平衡功能用于标识所述腔室的压力平衡方法是否能正常执行；
若所述平衡功能已开启，则根据所述工艺任务，对所述第一目标腔室进行抽气或充气。
一种腔室压力平衡装置，包括：
存储模块、腔室控制模块、平衡阀控制模块以及分别与所述存储模块、所述腔室控制模块和所述平衡阀控制模块电连接的判断模块；
腔室控制模块，用于根据当前工艺任务，对所述第一目标腔室进行抽气或充气；
所述判断模块，用于判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且将判断结果发送给所述平衡阀控制模块；以及
判断所述第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，将所述判断结果发送给所述平衡阀控制模块；
所述平衡阀控制模块用于在所述第一目标腔室与所述第二目标腔室之间的压力差值在第一预设范围时，打开可控制所述第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；或者所述第一目标腔室与所述第二目标腔室在指定时间内的压力值均达到各自预设的容差允许范围时，关闭所述第一压力平衡阀；
所述存储模块，用于存储当前工艺任务。
优选地，所述第二目标腔室包括真空腔或大气端。
一种腔室压力平衡系统，包括：第一目标腔室、第二目标腔室、抽气装置、充气装置和用于连通第一目标腔室与第二目标腔室的管路组件，还包括本申请中所述的腔室压力平衡装置。
一种半导体加工设备，还包括：本申请中所述的腔室压力平衡系统。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的腔室压力平衡方法、装置及系统的技术方案中，根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气；判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；判断第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，则关闭第一压力平衡阀。由此，通过在第一目标腔室与第二目标腔室之间设置的第一压力平衡阀，在第一目标腔室为过渡腔，第二目标腔室为大气端时，可以使过渡腔不再与外部环境直接接触，减小了过渡腔被颗粒污染可能性；进一步，在第一目标腔室为过渡腔，第二目标腔室为真空腔时，可以快速使过渡腔的真空端门阀的内外两侧的气压平衡，或者快速使过渡腔的大气端门阀的内外两侧的气压平衡，即可以使真空腔与过渡腔之间快速达到压力平衡，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。
本发明提供的半导体加工设备，包括上述技术方案中的腔室压力平衡系统，也可以使过渡腔不再与外部环境直接接触，减小了过渡腔被颗粒污染可能性；进一步，使用第一通断阀与第二通断阀可以快速使过渡腔的真空端门阀的内外两侧的气压平衡，或者快速使过渡腔的大气端门阀的内外两侧的气压平衡，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的腔室压力平衡系统的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的腔室压力平衡方法的流程框图；
图3为本发明实施例中判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内的具体流程框图；
图4为本发明另一个实施例提供的腔室压力平衡方法的流程框图；
图5为本发明一个实施例提供的腔室压力平衡装置的结构示意图；
图6为本发明一个实施例提供的腔室压力平衡系统的结构示意图。
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平衡方法、装置、系统及半导体加工设备进行详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中的一种腔室压力平衡系统的结构图，本实施例中，腔室压力平衡系统去掉过渡腔原有的溢流阀(该溢流阀在图中未示出)，分别在真空腔和过渡腔、过渡腔和设备前端模块之间增加连通管路，用第一压力平衡阀51/61分别控制连通管路的通断。腔室压力平衡系统控制方法，具体地参见图2所示的腔室压力平衡方法的实施例，其主要是在原有抽气或者充气的流程中，增加判断(门阀两侧的腔室压力差值是否小于设定值)，判断为真时，打开对应第一压力平衡阀51/61，关闭抽气装置或充气装置的阀门。等待流量检测装置31/41示数稳定后(根据流量检测装置31/41示数稳定状态去判断腔室压力是否稳定，因为此时第一压力平衡阀处于打开状态，当两个流量检测装置31/41示数稳定时，但不一定相等，即表明门阀两侧压力已经相同)，关闭与其对应第一压力平衡阀51/61。此时，门阀两侧压力一致，完成传输腔的压力平衡控制，可以进行下一步操作。
具体地，图1中，充气装置包括：供气源81、第一供气管路82、第二供气管路83；其中，在第一供气管路82上设置有第一控制阀84，在第二供气管路83上设置有第二控制阀85；供气源81用于提供填充气体；第一供气管路82的进气端与供气源81连接，第一供气管路82的出气端与过渡腔的真空端门阀内侧和/或外侧的空间相通；第二供气管路83的进气端与供气源81连接，第二供气管路83的出气端与过渡腔的真空端门阀内侧和/或外侧的空间相通，其中第一控制阀84与第二控制阀85可以分别是慢充阀与快充阀。
具体地，如图1所示，抽气装置1包括：抽气泵71、第一输气管路72、第二输气管路73；其中，在第一输气管路72上设置有第三控制阀74，在第二输气管路73上设置有第四控制阀75；第一输气管路72的进气端与过渡腔的真空端门阀的内侧和/或外侧的空间相通，第一输气管路72的出气端与抽气泵71连接；第二输气管路73的进气端与过渡腔的真空端门阀的内侧和/或外侧的空间相通，第二输气管路73的出气端与抽气泵71连接，进一步，第三控制阀74与第四控制阀75可以分别是慢抽阀与快抽阀。
如图2所示，为本发明一个实施例提供的腔室压力平衡方法的流程框图，本实施例中，腔室压力平衡方法包括：
步骤101：根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气。
具体地，对第一目标腔室进行抽气或充气包括：
开启慢抽阀，判断第一目标腔室在指定时间内是否达到预设的第一抽气压力值；若判断结果为是，则关闭慢抽阀，开启快抽阀；或者，
开启慢充阀，判断第一目标腔室在指定时间内是否达到预设的第一充气压力值；若判断结果为是，则关闭慢充阀，开启快充阀。
步骤102：判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若是，执行步骤103。
具体地，第二目标腔室包括真空腔或大气端，第一目标腔室包括过渡腔。
具体地，第一预设范围可由第一目标腔室、第二目标腔室确定。
具体地，如图3所示，步骤102具体还包括：
步骤1021：通过第一传感器获取当前第一目标腔室的压力值；并且通过第二传感器获取当前第二目标腔室的压力值。
步骤1022：将当前第一目标腔室的压力值与当前第二目标腔室的压力值做差得到两个腔室的当前压力差值。
步骤1023：判断当前压力差值是否在第一预设范围内。
步骤103：停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀。
步骤104：判断第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若是，执行步骤105。
具体地，第一目标腔室的预设的容差允许范围由其具体特性确定，第二目标腔室的预设的容差允许范围由其具体特性确定。
步骤105：关闭第一压力平衡阀。
本发明实施例提供腔室压力平衡方法，根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气；判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；判断第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，则关闭第一压力平衡阀。由此，通过在第一目标腔室与第二目标腔室之间设置的第一压力平衡阀，在第一目标腔室为过渡腔，第二目标腔室为大气端时，可以使过渡腔不再与外部环境直接接触，减小了过渡腔被颗粒污染可能性；进一步，在第一目标腔室为过渡腔，第二目标腔室为真空腔时，可以快速使过渡腔的真空端门阀的内外两侧的气压平衡，或者快速使过渡腔的大气端门阀的内外两侧的气压平衡，即可以使真空腔与过渡腔之间快速达到压力平衡，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。
如图4所示为本发明另一个实施例提供的腔室压力平衡方法的流程框图，本实施例中，腔室压力平衡方法包括：
步骤200：判断平衡功能是否启动，平衡功能用于标识腔室的压力平衡方法是否能正常执行；若是，执行步骤201。
步骤201：根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气。
步骤202：判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若是，执行步骤203。
具体地，第二目标腔室包括真空腔或大气端，第一目标腔室包括过渡腔。
步骤203：停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀。
步骤204：判断第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若是，执行步骤105；
步骤205：关闭第一压力平衡阀。
本发明实施例提供的腔室压力平衡方法，在根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气的步骤之前，判断平衡功能是否启动。通过本实施例，实现了腔室压力平衡开启选择的多样性。
相对上述腔室压力平衡方法，本发明还提供了一种腔室压力平衡装置，如图5所示，腔室压力平衡装置1包括：
存储模块11、腔室控制模块12、平衡阀控制模块13以及分别与存储模块11、腔室控制模块12和平衡阀控制模块13电连接的判断模块14。
其中，腔室控制模块12用于根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气。
判断模块14用于判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且将判断结果发送给平衡阀控制模块；以及判断第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，将判断结果发送给平衡阀控制模块。
平衡阀控制模块13用于在第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值在第一预设范围时，打开可控制第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；或者第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值均达到各自预设的容差允许范围时，关闭第一压力平衡阀。
存储模块11用于存储当前工艺任务。
具体地，第二目标腔室包括真空或大气端。第一目标腔室包括过渡腔。
本实施例提供的腔室压力平衡装置，腔室控制模块根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气；判断模块用于判断第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；判断模块还用于判断第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，则关闭第一压力平衡阀。由此，通过在第一目标腔室与第二目标腔室之间设置的第一压力平衡阀，在第一目标腔室为过渡腔，第二目标腔室为大气端时，可以使过渡腔不再与外部环境直接接触，减小了过渡腔被颗粒污染可能性；进一步，在第一目标腔室为过渡腔，第二目标腔室为真空腔时，可以快速使过渡腔的真空端门阀的内外两侧的气压平衡，或者快速使过渡腔的大气端门阀的内外两侧的气压平衡，即可以使真空腔与过渡腔之间快速达到压力平衡，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。
相应地，本发明还提供了一种腔室压力平衡系统，如图6所示，腔室压力平衡系统包括：第一目标腔室2、第二目标腔室3、抽气装置4、充气装置5和用于连通第一目标腔室2与第二目标腔室3的管路组件6，还包括上述实施例中的腔室压力平衡装置1。
其中，抽气装置4用于对第一目标腔室和/或第二目标腔室进行抽气。
充气装置5用于对第一目标腔室和/或第二目标腔室进行充气。
管路组件6上设置有第一压力平衡阀。
本发明实施例提供的腔室压力平衡系统，包括本发明实施例中的腔室压力平衡装置，因此，可以使过渡腔不再与外部环境直接接触，减小了过渡腔被颗粒污染可能性；进一步，可以快速使过渡腔的真空端门阀的内外两侧的气压平衡，或者快速使过渡腔的大气端门阀的内外两侧的气压平衡可以使真空腔与过渡腔之间快速达到压力平衡，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。
相应地，本发明还提供了一种半导体加工设备，包括本实施例中的腔室压力平衡系统。
本发明提供的半导体加工设置，有效解决了过渡腔内外两侧的压力平衡实现困难的技术问题。
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。

Claims (9)

1.一种腔室压力平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据当前工艺任务，对第一目标腔室进行抽气或充气；
判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且打开可控制所述第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；
判断所述第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，则关闭所述第一压力平衡阀。
2.根据权利要求1所述的腔室压力平衡方法，其特征在于，所述对所述第一目标腔室进行抽气或充气，具体包括：
开启慢抽阀，判断所述第一目标腔室在指定时间内是否达到预设的第一抽气压力值；若判断结果为是，则关闭慢抽阀，开启快抽阀；或者，
开启慢充阀，判断所述第一目标腔室在指定时间内是否达到预设的第一充气压力值；若判断结果为是，则关闭慢充阀，开启快充阀。
3.根据权利要求1所述的腔室压力平衡方法，其特征在于，所述判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内，具体包括：
通过第一传感器获取当前所述第一目标腔室的压力值；并且通过第二传感器获取当前所述第二目标腔室的压力值；
将当前所述第一目标腔室的压力值与当前所述第二目标腔室的压力值做差得到两个腔室的当前压力差值；
判断所述当前压力差值是否在第一预设范围内。
4.根据权利要求1所述的腔室压力平衡方法，其特征在于，所述第二目标腔室包括真空腔或大气端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的腔室压力平衡方法，其特征在于，在所述根据当前工艺任务，对所述第一目标腔室进行抽气或充气的步骤之前，还包括：
判断平衡功能是否启动，所述平衡功能用于标识所述腔室的压力平衡方法是否能正常执行；
若所述平衡功能已开启，则根据所述工艺任务，对所述第一目标腔室进行抽气或充气。
6.一种腔室压力平衡装置，其特征在于，包括：
存储模块、腔室控制模块、平衡阀控制模块以及分别与所述存储模块、所述腔室控制模块和所述平衡阀控制模块电连接的判断模块；
腔室控制模块，用于根据当前工艺任务，对所述第一目标腔室进行抽气或充气；
所述判断模块，用于判断所述第一目标腔室与第二目标腔室之间的压力差值是否在第一预设范围内；若判断结果为是，则停止对第一目标腔室进行抽气或充气，并且将判断结果发送给所述平衡阀控制模块；以及
判断所述第一目标腔室与第二目标腔室在指定时间内的压力值是否均达到各自预设的容差允许范围内；若判断结果为是，将所述判断结果发送给所述平衡阀控制模块；
所述平衡阀控制模块用于在所述第一目标腔室与所述第二目标腔室之间的压力差值在第一预设范围时，打开可控制所述第一目标腔室与第二目标腔室之间气路通断的第一压力平衡阀；或者所述第一目标腔室与所述第二目标腔室在指定时间内的压力值均达到各自预设的容差允许范围时，关闭所述第一压力平衡阀；
所述存储模块，用于存储当前工艺任务。
7.根据权利要求6所述的腔室压力平衡装置，其特征在于，
所述第二目标腔室包括真空腔或大气端。
8.一种腔室压力平衡系统，其特征在于，包括：第一目标腔室、第二目标腔室、抽气装置、充气装置和用于连通第一目标腔室与第二目标腔室的管路组件，还包括如权利要求6所述的腔室压力平衡装置。
9.一种半导体加工设备，其特征在于，还包括：如权利要求8所述的腔室压力平衡系统。
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