CN114964349A - 一种腔室压力测量装置、测量方法及半导体制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种腔室压力测量装置、测量方法及半导体制造设备，属于半导体制造技术领域，解决了现有技术中腔室内部压力测量不精确的问题。本发明腔室压力测量装置，包括压力计和温度调节单元；所述温度调节单元设置在所述压力计上，用于将所述压力计内的温度调节至与所述腔室内的温度一致；所述压力计设置在腔室壁上，且与腔室连通，用于测量腔室内部压力。本发明实现了腔室压力的精准测量。

Description

一种腔室压力测量装置、测量方法及半导体制造设备
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，特别涉及一种腔室压力测量装置、测量方法及半导体制造设备。
背景技术
一般来说，半导体制造工程中，在包装工艺前的晶圆状态下的制造工艺大部分是在真空状态下的腔室中进行，为了维持各个工艺所需的真空，需要具备泵、压力控制器等组件。
为了达到想要的腔室内部压力水平，首先必须经过测定腔室内部压力的过程。为此，压力传感器压力计安装在腔室壁上。
但是，在加工晶圆的过程中，会因多种目的提高或降低腔室内部的温度，而压力计的温度是按型号固定的，因此腔室内部和压力计内部之间会出现温度差异。根据气体状态方程式，温差会造成两个空间之间产生压力差，因此很难达到精确测定腔室内部压力的目的。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种腔室压力测量装置、测量方法及半导体制造设备，用以解决现有技术中腔室内部压力测量不精确的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种腔室压力测量装置，包括压力计、温度调节单元、腔室测温计和压力计测温计；
所述腔室测温计设置在腔室内，所述压力计测温计设置在压力计内；
所述温度调节单元设置在所述压力计上，用于将所述压力计内的温度调节至与所述腔室内的温度一致；
所述压力计设置在腔室壁上，且与腔室连通，用于测量腔室内部压力。
进一步的，所述腔室压力测量装置包括控制部和标示部；
所述控制部接收腔室测温计和压力计测温计测得的温度值，并根据所述温度值控制温度调节单元对所述压力计进行温度调节；
所述标示部与控制部连接，实时显示腔室和压力计内部的温度。
进一步的，所述压力计包括壳体、膜片、固定电极和端口；
所述膜片固定在壳体内部，所述膜片与壳体下端构成测量空间；
所述固定电极通过陶瓷板固定设置在壳体内，且陶瓷板设置在膜片上方，所述陶瓷板与壳体上端构成参考压力空间；
所述端口设置在壳体下端，所述端口与腔室连接，用于将测量空间与腔室连通。
进一步的，所述壳体上端设置有抽气泵，所述抽气泵用于控制参考压力空间内的压力。
进一步的，所述膜片为金属薄板。
进一步的，所述温度调节单元设置在壳体下端外壁上，用于调节所述测量空间的温度。
进一步的，所述温度调节单元将所述壳体下端包围的设置。
进一步的，所述温度调节单元为电气发热的热线或帕尔贴。
进一步的，所述端口处设置有挡板。
另一方面，本发明还提供了一种半导体制造设备，包括腔室压力测量装置。
另一方面，本发明还提供了一种腔室压力测量方法，包括以下步骤：
控制部从腔室温度计获取腔室温度值，从压力计温度计获取测量空间温度值；
控制部将腔室温度值和测量空间温度值进行比较，
当腔室温度值和测量空间温度值之间存在温差时，控制部控制温度调节单元调节测量空间的温度，使腔室温度值和测量空间温度值一致；
当腔室温度值和测量空间温度值一致时，读取压力计测得的压力，即为腔室的压力。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
1)本发明腔室压力测量装置通过在压力计上设置温度调节单元以及在压力计内部设置压力计温度计，将腔室的内部温度与压力计内部温度之间的温差最小化，准确测定腔室内部压力。本发明满足了在真空状态的腔室维持加热、冷却状态或反复加热、冷却状态的变化环境下，需要准确测定腔室压力的的要求。例如半导体制造设备的腔室压力的测量。
2)标示部可以让作业者轻松看到控制部传达的腔室的内部温度和压力计的内部温度。
3)温度调节单元设置在壳体下端外壁上，且将壳体下端包围设置，便于温度调节单元的安装，且可实现对测量空间温度的均匀控制。
4)本发明在端口处设置有挡板，可阻止腔室内的异物质直接进入测量空间内，防止腔室内晶圆处理时产生的粒子等物质对测量空间造成污染。
5)当温度调节单元为帕尔贴时，可对压力计进行加热和冷却，对压力计内部温度的控制更精确，使压力计内部温度与腔室内部温度的一致性更易实现。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1为腔室压力测量装置示意图；
图2为腔室压力测量装置的温控关系示意图。
附图标记：
110-腔室；120-压力计；121-壳体；122-膜片；123-固定电极；124-端口；125-温度调节单元；126-抽气泵；127-陶瓷板；128-测量空间；129-参考压力空间；130-腔室温度计；140-压力计温度计；150-控制部；160-标示部。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明公开的概念。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
由气体状态方程式PV＝nRΔT，式中P：压力，V：体积，R：气体常数，ΔT：温度变化，n为气体的物质的量，可显示压力受温度变化的影响。因此，如果腔室110的内部温度和压力计120的内部温度不能保持一致，那么就会因压力计120的温差无法准确测定腔室110的内部压力。为了防止这种情况的发生，最重要的是使腔室110和压力计120的内部温度保持一致，但目前压力计120的温度是固定的，与腔室110的温度无关，因此不能正确测定腔室110内部的压力。
本发明提供了一种腔室压力测量装置，如图1所示，包括压力计120、温度调节单元125、腔室测温计130和压力计测温计140；腔室测温计130设置在腔室内，压力计测温计140设置在压力计120内；温度调节单元设置在压力计120上，用于将压力计120内的温度调节至与腔室110内的温度一致；压力计120设置在腔室壁上，且与腔室110连通，用于测量腔室110内部压力。
本发明装置通过在压力计120上设置温度调节单元125以及在压力计120内部设置压力计温度计140，将腔室110的内部温度与压力计120内部温度之间的温差最小化，准确测定腔室110内部压力。本发明满足了在真空状态的腔室110维持加热、冷却状态或反复加热、冷却状态的变化环境下，需要准确测定腔室压力的的要求。例如半导体制造设备的腔室压力的测量。
腔室压力测量装置还包括控制部150和标示部160；控制部150接收腔室测温计130和压力计测温计140测得的温度值，并根据温度值控制温度调节单元对压力计120进行温度调节；标示部160与控制部150连接，实时显示腔室110和压力计120内部的温度。
图2为腔室压力测量装置的温控关系示意图，腔室温度计130和温度调节单元125及压力计温度计140均与控制部150进行电气连接。控制部150与标示部160进行电气连接，标示部160可以让作业者轻松看到控制部150传达的腔室110的内部温度和压力计120的内部温度。
具体的，压力计120包括壳体121、膜片122、固定电极123和端口124；膜片122固定在壳体121内部，膜片122与壳体下端构成测量空间128；固定电极123通过陶瓷板127固定设置在壳体121内，且陶瓷板127设置在膜片122上方，陶瓷板127与壳体121上端构成参考压力空间129；端口124设置在壳体121下端，端口124与腔室110连接，用于将测量空间128与腔室110连通；陶瓷板127与膜片122之间为间隔设置，当腔室110内的气体进入测量空间128时，测量空间128内的压力增大，膜片122向陶瓷板127弯曲靠近。
测量空间128和参考压力空间129之间的压力最大差异是压力计120的测定范围，这通常根据膜片122的特性而定。如果腔室110内部的分子(例如：气体)通过端口124进入压力计120的测量空间128内，对比参考压力空间129的压力就会增大，与膜片122在图1中显示的点线一样，向固定电极123方向弯曲。因此，如果固定电极123和膜片122之间的距离变窄，膜片122和固定电极123之间的电容就会相对变大。通过测定这种变化，可以知道腔室110内的压力。
壳体上端设置有抽气泵，抽气泵用于控制参考压力空间129内的压力并将其维持在一定值上。示例性的，参考压力空间129内的基准压力为极低的10-9torr。示例性的，半导体制造设备的晶圆处理腔室内的10-3torr左右，测量空间128与腔室内部连通，在腔室110内部温度与测量空间128内部温度一致时，测量空间128内的压强也在10-3torr左右，大于参考压力空间129内的压力，膜片122向固定电极弯曲。
具体的，膜片122一般为金属薄板，如铝材质薄板、复合金属薄板等；也可为其他非金属复合材料，如碳纤维薄板等。示例性的，膜片122采用厚度为2mm～3.5mm的铝板，此时压力计120的测定范围在100Torr左右。
为了便于温度调节单元125的安装，温度调节单元125设置在壳体121下端外壁上，用于调节测量空间128的温度。为了实现对测量空间128温度的均匀控制，温度调节单元125将壳体121下端包围。示例性的，温度调节单元为电气发热的热线(即电热丝)或帕尔贴。
进一步的，为了防止腔室110内晶圆处理时产生的粒子等物质对测量空间128造成污染，在端口处设置有挡板。具体的，挡板为L形结构，挡板第一边固定设置在壳体底部，第一边与壳体底部为垂直设置；挡板第二边悬空设置在端口上方，第二边与壳体底部平行设置。第二边可阻止腔室内的异物质直接进入测量空间128内。挡板设置为L形，即由两块直板构成，直板可降低技术难度，制造最为方便，节约成本。
一种半导体制造设备，包括腔室和上述的腔室压力测量装置。
一种腔室压力测量方法，包括以下步骤：
控制部150从腔室温度计130获取腔室110温度值，从压力计温度计140获取测量空间温度值；
控制部150将腔室温度值和测量空间温度值进行比较，
当腔室温度值和测量空间温度值之间存在温差时，控制部150控制温度调节单元调节测量空间的温度，使腔室温度值和测量空间温度值一致；
当腔室温度值和测量空间温度值一致时，读取压力计120测得的压力，即为腔室的压力。
控制部150通过使腔室110和压力计120的内部温度保持一致，事先阻止了因温差引起的腔室110和压力计120的压力变化，使压力计120准确地测定腔室110的内部压力。
通过对压力计120进行恒温控制可抑制外来污染物在测量空间128内淀积，但腔室110内的温度可能高于或低于压力计120设定的恒定温度，还可能会引入外来污染物的淀积(因为有温差，温差导致淀积容易发生)，本发明压力计120和腔室110是同温调节的(无温差)，可大大改善污染物的淀积情况，降低压力计120内污染物的淀积量，延长压力计120使用寿命，保证压力测量的精准度。
实施例1
如图1所示，一种半导体制造设备，具备进行晶圆加工工艺的腔室110、压力计120、腔室温度计130、压力计温度计140、温度调节单元125、控制部150和标示部160。
压力计120设置在腔室110上，用于测定腔室110的内部压力。腔室110内安装有腔室温度计130，测量腔室110的内部温度。压力计120内设置压力计温度计140，用于测量压力计120内部的温度。
腔室温度计130、压力计温度计140、温度调节单元125和标示部160均与控制部150进行电气连接。
压力计120包括壳体121、膜片122、固定电极123和端口124。壳体121底部设有连接腔室的端口124，其上部设有抽气泵126。另外，膜片122一般为金属材质的薄板固定在壳体121内部，靠近中间的位置。固定电极123在壳体121的上部与膜片122相隔设置。固定电极123的下端(即图1中显示的固定电极123的上端)由陶瓷板127固定在壳体121上。膜片与壳体下部形成的空间为测量空间128，陶瓷板127与壳体上部形成的空间为参考压力空间129。压力计温度计140设置在测量空间128内。
在本实施例中，壳体121呈圆筒状，固定电极123是圆形环状导电体。
壳体121下部的端口124与壳体121组成一体，与腔室110连接。端口124处设置有挡板。温度调节单元125紧贴壳体121下部外壁安装，本实施例中的温度调节单元125是电气发热的热线(即电热丝)所组成的。为了防止温度调节单元125过热，还设置有热敏开关。
控制部150从腔室温度计130获取腔室温度值，从压力计温度计140获取测量空间温度值。
控制部150将腔室温度值和测量空间温度值进行比较，当腔室温度值和测量空间温度值之间存在温差时，控制部150控制热线对测量空间进行加热，使腔室温度值和测量空间温度值一致。
当腔室温度值和测量空间温度值一致时，读取压力计120测得的压力，即为腔室的压力。
实施例2
本实施例提供了一种半导体制造设备，其结构与实施例1的半导体制造设备基本相同，区别在于：本实施例中的温度调节单元为可进行加热和冷却的帕尔贴，而不是单纯进行加热的热线。
帕尔贴紧贴在壳体下部的外壁上，用腔室温度计130和压力计温度计140测量腔室的内部温度和压力计120的内部温度后比较，控制部150控制帕尔贴对压力计120进行加热或冷却，将压力计120内部温度与腔室内部温度保持一致。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
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。

Claims (10)

1.一种腔室压力测量装置，其特征在于，包括压力计和温度调节单元；
所述温度调节单元设置在所述压力计上，用于将所述压力计内的温度调节至与所述腔室内的温度一致；
所述压力计设置在腔室壁上，且与腔室连通，用于测量腔室内部压力。
2.根据权利要求1所述的腔室压力测量装置，其特征在于，还包括腔室测温计和压力计测温计；
所述腔室测温计设置在腔室内，所述压力计测温计设置在压力计内。
3.根据权利要求1所述的腔室压力测量装置，其特征在于，所述腔室压力测量装置包括控制部和标示部；
所述控制部接收腔室测温计和压力计测温计测得的温度值，并根据所述温度值控制温度调节单元对所述压力计进行温度调节；
所述标示部与控制部连接，实时显示腔室和压力计内部的温度。
4.根据权利要求1-3所述的腔室压力测量装置，其特征在于，所述压力计包括壳体、膜片、固定电极；
所述膜片固定在壳体内部，所述膜片与壳体下端构成测量空间；
所述固定电极通过陶瓷板固定设置在壳体内，且陶瓷板设置在膜片上方，所述陶瓷板与壳体上端构成参考压力空间。
5.根据权利要求3所述的腔室压力测量装置，其特征在于，所述压力计还设置有端口；
所述端口设置在壳体下端，所述端口与腔室连接，用于将测量空间与腔室连通。
6.根据权利要求4所述的腔室压力测量装置，其特征在于，所述壳体上端设置有抽气泵，所述抽气泵用于控制参考压力空间内的压力。
7.根据权利要求4所述的腔室压力测量装置，其特征在于，所述膜片为金属板。
8.根据权利要求4-7任一项所述的腔室压力测量装置，其特征在于，所述温度调节单元设置在壳体下端外壁上，用于调节所述测量空间的温度。
9.一种半导体制造设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的腔室压力测量装置。
10.一种腔室压力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制部从腔室温度计获取腔室温度值，从压力计温度计获取测量空间温度值；
控制部将腔室温度值和测量空间温度值进行比较，
当腔室温度值和测量空间温度值之间存在温差时，控制部控制温度调节单元调节测量空间的温度，使腔室温度值和测量空间温度值一致；
当腔室温度值和测量空间温度值一致时，读取压力计测得的压力，即为腔室的压力。
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