CN115287636B - 一种lpcvd控压系统及控压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LPCVD控压系统，包括炉体、与炉体连通的第一进气管路、第二进气管路、第三进气管路及排气管路，所述第一进气管路、第二进气管路及第三进气管路上均设有第一开关阀，所述排气管路上设有排气阀，还包括控压装置及用于检测炉体内气压的真空计组件，所述控压装置包括第一抽气管路及第四进气管路，所述第四进气管路的出口端与第一抽气管路连接，所述第四进气管路上设有第二开关阀及用于控制进气量的第一流量阀。本发明还公开了LPCVD控压系统的控压方法。本发明具有控压效果好、密封性好、稳定性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体装备领域，尤其涉及一种LPCVD控压系统及控压方法。
背景技术
LPCVD立式炉压强下降到约133Pa以下时，分子的自由程与气体扩散系数增大，使气态反应物和副产物的质量传输速率加快，形成薄膜的反应速率加快，用LPCVD法来沉积的薄膜，首先，具备较佳的阶梯覆盖能力，良好的组成成份和结构控制、很高的沉积速率及输出量；其次，LPCVD并不需要载子气体，大大降低了颗粒污染源。LPCVD立式炉设备主要用于集成电路生产过程中的SiO2淀积工艺，在680℃左右通过化学气相沉积分解生成SiO2，作为沟槽缓冲氧化层，为后续沟槽刻蚀起缓冲作用，保护表面形貌。
LPCVD立式炉的传统控压方式为采用蝶阀来控制抽气的多少，以此来控制炉内压力，蝶阀控压存在以下缺点：
1)使用时间长的话，蝶阀上会出现结晶堵塞等情况，影响控压的稳定性，且需要对蝶阀进行清理，对设备的使用和维护带来了很多困难；
2)蝶阀的使用压力和工作范围小，密封性较差，给设备的检漏带来了诸多困难，在这种控压方式下，设备的工艺性能将受到影响；
3)控压时间较长，降低了设备的生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控压效果好、密封性好、稳定性高的LPCVD控压系统及控压方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种LPCVD控压系统，包括炉体、与炉体连通的第一进气管路、第二进气管路、第三进气管路及排气管路，所述第一进气管路、第二进气管路及第三进气管路上均设有第一开关阀，所述排气管路上设有排气阀，还包括控压装置及用于检测炉体内气压的真空计组件，所述控压装置包括第一抽气管路及第四进气管路，所述第四进气管路的出口端与第一抽气管路连接，所述第四进气管路上设有第二开关阀及用于控制进气量的第一流量阀。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第三进气管路的出口端与第二进气管路连通，所述第三进气管路与第一抽气管路之间通过一连接管路连通，所述连接管路上设有第三开关阀，所述第一抽气管路的出口端与排气管路连通。
所述真空计组件包括量程不同的第一真空计、第二真空计及第三真空计，所述第一真空计、第二真空计及第三真空计均设于排气管路上，所述第四真空计设于第一抽气管路上。
所述第一真空计与排气管路之间设有第四开关阀。
所述第一抽气管路并联有第二抽气管路，所述第二抽气管路的出口端与排气管路连通，所述第一抽气管路上设有慢抽阀，所述第二抽气管路上设有快抽阀。
所述第一进气管路、第二进气管路及第三进气管路及第四进气管路上均设有用于控制进气量的第二流量阀。
一种上述LPCVD控压系统的控压方法，包括以下步骤：
S1、打开第一进气管路上的第一开关阀及排气管路上的排气阀，关闭所有其他阀门，向第一进气管路内通入保护气体，当真空计组件检测到炉体内气压接近大气压时，打开炉门，将产品送入炉体；
S2、关闭炉门，再次向第一进气管路内通入保护气体，直至排尽炉体内空气；
S3、通过第一抽气管路开始抽气，关闭所有其他阀门，当真空计组件检测到炉体内气压低至工艺所需气压以下时，停止抽气，进行保压；
S4、计算真空计组件在一段时间内的压力值变化，测得实际漏率，若实际漏率达标，则进行下一步，否则进行检漏；
S5、预设炉体内的所需的压力值，打开第二进气管路、第三进气管路上的第一开关阀，向第二进气管路、第三进气管路内通入工艺气体，炉内开始工艺反应，同时打开第四进气管路上的第一开关阀，向第四进气管路内通过保护气体，打开第一抽气管路，根据预设的炉体所需的压力值，通过第一流量阀来控制第四进气管路的进气量，即控制第一抽气管路从炉体内的抽气量，使得第二进气管路、第三进气管路向炉体内通入工艺气体量与第一抽气管路从炉体内的抽气量平衡，进行控压，若炉体内压力与预设压力值大于5Pa，并持续10s，则认为控压失败，需进行检查，反之则控压成功，炉体内进行工艺反应；
S6、工艺反应完毕后，关闭所有其他阀门，打开连接管路上的第三开关阀，关闭其他所有阀门，通过第一抽气管路抽净连接管路内的剩余气体，并通过第四真空计检测是否抽净；
S7、关闭第三开关阀，打开第一进气管路上的第一开关阀及排气管路上的排气阀，向第一进气管路内通入保护气体，直至炉体内气压接近大气压时，打开炉门，将产品送出炉体。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S3中，当炉体内压力值接近大气压时，打开第一抽气管路上的慢抽阀，关闭第二抽气管路上的快抽阀，缓慢对炉体抽气，当真空计组件检测到炉体内气压低于104Pa时，打开第二抽气管路上的慢抽阀加速抽气。
在步骤S5中，在进行工艺时，设置压力波动报警值，若在工艺过程中炉体内压力变化过大，超过压力波动报警值，则会触发压力报警，停止工艺，进行检查。
在步骤S5中，所述第一流量阀与一控制器连接，根据预设的压力值，自动控制第一流量阀的开度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的LPCVD控压系统，控压装置包括第一抽气管路及第四进气管路，由于第四进气管路的出口端与第一抽气管路连接，因此第一抽气管路的总抽气量为第四进气管路的进气量及从炉内的抽气量，通过第一流量阀来控制第四进气管路的进气量，即控制第一抽气管路从炉内的抽气量，达到与炉体进气量相平衡的目的，以维持炉体内压力稳定在所需的反应压力之间。本发明公开的LPCVD控压系统相较于蝶阀控压，另设第四进气管路来控制第一抽气管路从炉内的抽气量，不会出现结晶堵塞等情况，控压稳定性高，不需要对蝶阀进行清理，设备使用和维护简单，且第四进气管路上设有第二开关阀及第一流量阀，其使用压力、工作范围、密封性优于蝶阀，便于设备检漏，避免影响设备的工艺性能。
进一步地，本发明公开的LPCVD控压系统，第三进气管路的出口端与第二进气管路连通，第三进气管路与第一抽气管路之间通过一连接管路连通，连接管路上设有第三开关阀，第一抽气管路的出口端与排气管路连通，结构简单，紧凑。
进一步地，本发明公开的LPCVD控压系统，真空计组件包括量程不同的第一真空计、第二真空计及第三真空计，第一真空计、第二真空计及第三真空计均设于排气管路上，第四真空计设于第一抽气管路上。使用不同量程的真空计，能够更准确的测量炉体内的压力值，有利于保证控压的稳定性。
进一步地，本发明公开的LPCVD控压系统，第一抽气管路并联有第二抽气管路，第二抽气管路的出口端与排气管路连通，第一抽气管路上设有慢抽阀，第二抽气管路上设有快抽阀。当炉体内压力值接近大气压时打开第一抽气管路上的慢抽阀，关闭第二抽气管路上的快抽阀，缓慢对炉体抽气，避免炉体压力变化过大，而造成损坏，当真空计组件检测到炉体内气压低于104Pa时，打开第二抽气管路上的快抽阀加速抽气，此时压力变化很小，加速抽气提高工作效率又不会损坏炉体。
进一步地，本发明公开的LPCVD控压系统，第一进气管路、第二进气管路及第三进气管路及第四进气管路上均设有用于控制进气量的第二流量阀。通过第二流量阀可以控制第一进气管路、第二进气管路及第三进气管路的进气量，进一步有利于与炉体的抽气量达成平衡，以实现控压目的。
本发明公开的LPCVD控压系统的控压方法，同样具备上述优点，且控压方法简单、稳定性好。
进一步地，本发明公开的LPCVD控压系统的控压方法，在进行工艺时，设置压力波动报警值，若在工艺过程中炉体内压力变化过大，超过压力波动报警值，则会触发压力报警，停止工艺，进行检查。设置压力波动报警值，能够避免炉体内压力变化过大，而导致炉体内压力不在工艺所需压力范围内，影响炉体内工艺反应。
进一步地，本发明公开的LPCVD控压系统的控压方法，第一流量阀与一控制器连接，根据预设的压力值，自动控制第一流量阀的开度。当实时压力值大于预设压力值时，控制器自动增大第一流量阀的开度，当实时压力值小于预设压力值时，控制器自动减小第一流量阀的开度，相较于调节蝶阀控压，控压时间更短，提高了设备生产效率。
附图说明
图1是本发明LPCVD控压系统的结构示意图。
图中各标号表示：1、炉体；2、第一进气管路；3、第二进气管路；4、第三进气管路；5、排气管路；51、排气阀；6、第一开关阀；7、控压装置；71、第一抽气管路；711、慢抽阀；72、第四进气管路；721、第二开关阀；722、第一流量阀；73、第二抽气管路；731、快抽阀；8、真空计组件；81、第一真空计；82、第二真空计；83、第三真空计；84、第四真空计；9、连接管路；91、第三开关阀；10、第四开关阀；11、第二流量阀；12、第五开关阀。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1示出了本发明LPCVD控压系统的一种实施例，本实施例的LPCVD控压系统，包括炉体1、与炉体1连通的第一进气管路2、第二进气管路3、第三进气管路4及排气管路5，第一进气管路2、第二进气管路3及第三进气管路4上均设有第一开关阀6，排气管路5上设有排气阀51，还包括控压装置7及用于检测炉体1内气压的真空计组件8，控压装置7包括第一抽气管路71及第四进气管路72，第四进气管路72的出口端与第一抽气管路71连接，第四进气管路72上设有第二开关阀721及用于控制进气量的第一流量阀722。
该LPCVD控压系统，控压装置7包括第一抽气管路71及第四进气管路72，由于第四进气管路72的出口端与第一抽气管路71连接，因此第一抽气管路71的总抽气量为第四进气管路72的进气量及从炉体1内的抽气量，通过第一流量阀722来控制第四进气管路72的进气量，即控制第一抽气管路71从炉体1内的抽气量，达到与炉体1进气量相平衡的目的，以维持炉体1内压力稳定在所需的反应压力之间。本发明公开的LPCVD控压系统相较于蝶阀控压，另设第四进气管路72来控制第一抽气管路71从炉内的抽气量，不会出现结晶堵塞等情况，控压稳定性高，不需要对蝶阀进行清理，设备使用和维护简单，且第四进气管路72上设有第二开关阀721及第一流量阀722，其使用压力、工作范围、密封性优于蝶阀，便于设备检漏，避免影响设备的工艺性能。
本实施例中，第三进气管路4的出口端与第二进气管路3连通，第三进气管路4与第一抽气管路71之间通过一连接管路9连通，连接管路9上设有第三开关阀91，第一抽气管路71的出口端与排气管路5连通，结构简单，紧凑。
进一步优选地，第二进气管路3上还设有第五开关阀12，第五开关阀12位于第三进气管路4与炉体1之间，通过第五开关阀门12则可以控制是否向炉体1输送工艺气体。
本实施例中，真空计组件8包括量程不同的第一真空计81、第二真空计82及第三真空计83，第一真空计81、第二真空计82及第三真空计83均设于排气管路5上，第四真空计84设于第一抽气管路71上。
进一步优选地，第一真空计81的量程为0-10Torr，第二真空计82的量程为0-1000Torr，第三真空计83的量程为0-105Pa，第四真空计84的量程为0-105Pa，第一真空计81单独与排气管路5连接，且与排气管路5之间设有第四开关阀10，当炉体1内压力值低于10Torr时，打开第四开关阀10，一方面设置不同量程的真空计能够更精准的测量炉体1内的压力值，另一方面能够避免第一真空计81的示数超过其量程，而造成损坏。
本实施例中，第一抽气管路71并联有第二抽气管路73，第二抽气管路73的出口端与排气管路5连通，第一抽气管路71上设有慢抽阀711，第二抽气管路73上设有快抽阀731。当炉体1内压力值接近大气压时，关闭第二抽气管路73上的快抽阀731，打开第一抽气管路71上的慢抽阀711，缓慢对炉体1抽气，避免炉体1压力变化过大，而造成损坏，当真空计组件8检测到炉体1内气压低于104Pa时，打开第二抽气管路73上的快抽阀731加速抽气，此时压力变化很小，加速抽气提高工作效率又不会损坏炉体1。
本实施例中，第一进气管路2、第二进气管路3及第三进气管路4及第四进气管路72上均设有用于控制进气量的第二流量阀11。通过第二流量阀11可以控制第一进气管路2、第二进气管路3及第三进气管路4的进气量，进一步有利于与炉体1的抽气量达成平衡，以实现控压目的。
进一步优选地，第二流量阀11均与控制器连接，控制器根据设定的压力值，控制第二流量阀11的开度，即若实时压力值大于设定值，减小第二流量阀11的开度，若实时压力值小于设定值，增大第二流量阀11的开度，相较于调节蝶阀控压，控压时间更短，设备生产效率提高。
一种上述LPCVD控压系统的控压方法，包括以下步骤：
S1、打开第一进气管路2上的第一开关阀6及排气管路5上的排气阀51，关闭所有其他阀门，向第一进气管路2内通入保护气体，当真空计组件8检测到炉体1内气压接近大气压时，打开炉门，将产品送入炉体1；
S2、关闭炉门，再次向第一进气管路2内通入保护气体，直至排尽炉体1内空气；
S3、通过第一抽气管路71开始抽气，关闭所有其他阀门，当真空计组件8检测到炉体1内气压低至工艺所需气压以下时，停止抽气，进行保压；
S4、计算真空计组件8在一段时间内的压力值变化，测得实际漏率，若实际漏率达标，则进行下一步，否则进行检漏；
S5、预设炉体1内的所需的压力值，打开第二进气管路3、第三进气管路4上的第一开关阀6，向第二进气管路3、第三进气管路4内通入工艺气体，炉内开始工艺反应，同时打开第四进气管路72上的第一开关阀6，向第四进气管路72内通过保护气体，打开第一抽气管路71，根据预设的炉体1所需的压力值，通过第一流量阀722来控制第四进气管路72的进气量，即控制第一抽气管路71从炉体1内的抽气量，使得第二进气管路3、第三进气管路4向炉体1内通入工艺气体量与第一抽气管路71从炉体1内的抽气量平衡，进行控压，若炉体1内压力与预设压力值大于5Pa，并持续10s，则认为控压失败，需进行检查，反之则控压成功，炉体1内进行工艺反应；
S6、工艺反应完毕后，关闭所有其他阀门，打开连接管路9上的第三开关阀91，关闭其他所有阀门，通过第一抽气管路71抽净连接管路9内的剩余气体，并通过第四真空计84检测是否抽净；
S7、关闭第三开关阀91，打开第一进气管路2上的第一开关阀6及排气管路5上的排气阀51，向第一进气管路2内通入保护气体，直至炉体1内气压接近大气压时，打开炉门，将产品送出炉体1。
该LPCVD控压系统的控压方法同样具备上述优点，且控压方法简单、稳定性好。
本实施例中，在步骤S3中，当炉体1内压力值接近大气压时，打开第一抽气管路71上的慢抽阀711，关闭第二抽气管路73上的快抽阀731，缓慢对炉体1抽气，当真空计组件8检测到炉体1内气压低于104Pa时，打开第二抽气管路73上的快抽阀731加速抽气。当炉体1内压力值较大时，采用慢抽的方式，避免炉体1内外压力变化较大，而造成其损坏；当炉体1内压力值小于104Pa时，压力变化很小，而采用快抽的方式提高抽气效率。
本实施例中，在步骤S5中，在进行工艺时，设置压力波动报警值，若在工艺过程中炉体1内压力变化过大，超过压力波动报警值，则会触发压力报警，停止工艺，进行检查。设置压力波动报警值，能够避免炉体1内压力变化过大，而导致炉体1内压力不在工艺所需压力范围内，影响炉体1内工艺反应。
本实施例中，在步骤S5中，第一流量阀722与一控制器(图中未示出)连接，根据预设的压力值，自动控制第一流量阀722的开度。具体地，当实时压力值大于预设压力值时，控制器自动增大第一流量阀722的开度，当实时压力值小于预设压力值时，控制器自动减小第一流量阀722的开度，相较于调节蝶阀控压，控压时间更短，提高了设备生产效率。
需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围。
Claims (9)
1.一种LPCVD控压系统，包括炉体（1）、与炉体（1）连通的第一进气管路（2）、第二进气管路（3）、第三进气管路（4）及排气管路（5），所述第一进气管路（2）、第二进气管路（3）及第三进气管路（4）上均设有第一开关阀（6），所述排气管路（5）上设有排气阀（51），其特征在于：还包括控压装置（7）及用于检测炉体（1）内气压的真空计组件（8），所述控压装置（7）包括第一抽气管路（71）及第四进气管路（72），所述第四进气管路（72）的出口端与第一抽气管路（71）连接，所述第四进气管路（72）上设有第二开关阀（721）及用于控制进气量的第一流量阀（722），所述第一进气管路（2）、第二进气管路（3）及第三进气管路（4）上均设有用于控制进气量的第二流量阀（11）。
2.根据权利要求1所述的LPCVD控压系统，其特征在于：所述第三进气管路（4）的出口端与第二进气管路（3）连通，所述第三进气管路（4）与第一抽气管路（71）之间通过一连接管路（9）连通，所述连接管路（9）上设有第三开关阀（91），所述第一抽气管路（71）的出口端与排气管路（5）连通。
3.根据权利要求1或2所述的LPCVD控压系统，其特征在于：所述真空计组件（8）包括量程不同的第一真空计（81）、第二真空计（82）及第三真空计（83），所述第一真空计（81）、第二真空计（82）及第三真空计（83）均设于排气管路（5）上，所述第一抽气管路（71）上还设有第四真空计（84）。
4.根据权利要求3所述的LPCVD控压系统，其特征在于：所述第一真空计（81）与排气管路（5）之间设有第四开关阀（10）。
5.根据权利要求3所述的LPCVD控压系统，其特征在于：所述第一抽气管路（71）并联有第二抽气管路（73），所述第二抽气管路（73）的出口端与排气管路（5）连通，所述第一抽气管路（71）上设有慢抽阀（711），所述第二抽气管路（73）上设有快抽阀（731）。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的LPCVD控压系统的控压方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、打开第一进气管路（2）上的第一开关阀（6）及排气管路（5）上的排气阀（51），关闭所有其他阀门，向第一进气管路（2）内通入保护气体，当真空计组件（8）检测到炉体（1）内气压接近大气压时，打开炉门，将产品送入炉体（1）；
S2、关闭炉门，再次向第一进气管路（2）内通入保护气体，直至排尽炉体（1）内空气；
S3、通过第一抽气管路（71）开始抽气，关闭所有其他阀门，当真空计组件（8）检测到炉体（1）内气压低至工艺所需气压以下时，停止抽气，进行保压；
S4、计算真空计组件（8）在一段时间内的压力值变化，测得实际漏率，若实际漏率达标，则进行下一步，否则进行检漏；
S5、预设炉体（1）内的所需的压力值，打开第二进气管路（3）、第三进气管路（4）上的第一开关阀（6），向第二进气管路（3）、第三进气管路（4）内通入工艺气体，炉内开始工艺反应，同时打开第四进气管路（72）上的第一开关阀（6），向第四进气管路（72）内通过保护气体，打开第一抽气管路（71），根据预设的炉体（1）所需的压力值，通过第一流量阀（722）来控制第四进气管路（72）的进气量，即控制第一抽气管路（71）从炉体（1）内的抽气量，使得第二进气管路（3）、第三进气管路（4）向炉体（1）内通入工艺气体量与第一抽气管路（71）从炉体（1）内的抽气量平衡，进行控压，若炉体（1）内压力与预设压力值大于5Pa，并持续10s，则认为控压失败，需进行检查，反之则控压成功，炉体（1）内进行工艺反应；
S6、工艺反应完毕后，关闭所有其他阀门，打开连接管路（9）上的第三开关阀（91），关闭其他所有阀门，通过第一抽气管路（71）抽净连接管路（9）内的剩余气体，并通过第四真空计（84）检测是否抽净；
S7、关闭第三开关阀（91），打开第一进气管路（2）上的第一开关阀（6）及排气管路（5）上的排气阀（51），向第一进气管路（2）内通入保护气体，直至炉体（1）内气压接近大气压时，打开炉门，将产品送出炉体（1）。
7.根据权利要求6所述的LPCVD控压系统的控压方法，其特征在于：在步骤S3中，当炉体（1）内压力值接近大气压时，打开第一抽气管路（71）上的慢抽阀（711），关闭第二抽气管路（73）上的快抽阀（731），缓慢对炉体（1）抽气，当真空计组件（8）检测到炉体（1）内气压低于104 Pa时，打开第二抽气管路（73）上的快抽阀（731）加速抽气。
8.根据权利要求6所述的LPCVD控压系统的控压方法，其特征在于：在步骤S5中，在进行工艺时，设置压力波动报警值，若在工艺过程中炉体（1）内压力变化过大，超过压力波动报警值，则会触发压力报警，停止工艺，进行检查。
9.根据权利要求6所述的LPCVD控压系统的控压方法，其特征在于：在步骤S5中，所述第一流量阀（722）与一控制器连接，根据预设的压力值，自动控制第一流量阀（722）的开度。
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