CN117026220B - 压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法。压力调节装置包括：气缸组件以及控制组件；气缸组件设置于工艺腔体的抽气管路内，且气缸组件包括至少一气缸单元，气缸单元包括：缸体、活塞杆以及阀板；活塞杆的内端与缸体滑动密封连接，活塞杆的外端与阀板连接，阀板与抽气管路的抽气口相适配；控制组件包括：控制阀；控制阀的第一端口与缸体相连，控制阀的第二端口与工艺腔体相连，以使缸体和工艺腔体之间形成气路，控制阀用于控制气路的通断以使工艺腔体和气缸组件的缸体之间形成压差，通过利用腔体和气缸之间的压差驱动阀板移动以调节抽气口开度，增强了抽气管路阻尼调节能力，使工艺腔体易于达到和保持所需的压力。

Description

压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法。

背景技术

目前晶圆在CVD的STI-HARP(Shallow Trench Isolation High Aspect RatioProcess，浅沟槽隔离高深宽比工艺，简称STI-HARP)镀膜的过程中，需要腔体内压力达到600托尔（torr），由于干泵抽速以及干泵与腔体连接的抽气管路的阀的风压范围以及腔体结构的限制，使腔体升压至600torr后保持在600torr存在相当困难，需要工艺技术人员花大量时间做软件模拟以及晶圆镀膜试验，去寻找能达到镀膜要求的比较合适的工艺参数，工艺开发过程长并且花费比较大。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法，通过利用工艺腔体和气缸之间的压差驱动阀板移动以调节工艺腔体抽气口的开度，增强了腔体抽气管路阻尼调节能力，使工艺腔体易于达到和保持工艺所需的压力，同时可缩短工艺开发时间和降低开发费用，并且也可减少工艺镀膜过程中的升压时间，提高镀膜效率。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种压力调节装置，所述压力调节装置包括：气缸组件以及控制组件；所述气缸组件设置于工艺腔体的抽气管路内，且所述气缸组件包括至少一气缸单元，所述气缸单元包括：缸体、活塞杆以及阀板；所述活塞杆的内端与所述缸体滑动密封连接，所述活塞杆的外端与所述阀板连接，所述阀板与所述抽气管路的抽气口相适配；所述控制组件包括：控制阀；所述控制阀的第一端口与所述缸体相连，所述控制阀的第二端口与所述工艺腔体相连，以使所述缸体和所述工艺腔体之间形成气路，所述控制阀用于控制所述气路的通断以使所述工艺腔体和所述气缸组件的缸体之间形成压差，以驱动所述活塞杆伸缩并带动所述阀板移动以调节所述抽气口的开度。

在工艺腔体升压过程中，可先通过控制阀开通工艺腔体和气缸组件的缸体之间的气路，缸体压力与工艺腔体压力同步上升，当工艺腔体升压到预设压力时，通过控制阀关断工艺腔体和缸体之间的气路，此后，随着工艺腔体内压力继续上升，工艺腔体和气缸组件的缸体之间形成压差，驱动气缸组件的活塞杆带动阀板收缩，使得工艺腔体抽气管路的抽气口开度不断减小直到开度达到最小，抽气管路的阻尼达到最大，使得工艺腔体内的压力加快上升至所需的工艺压力后保持在所需的工艺压力。当工艺腔体内的压力下降时，缸体内的压力大于工艺腔体内的压力后缸体和工艺腔体之间的压差驱动活塞杆伸出并带动阀板逐渐打开抽气口直到抽气口的开度达到最大，此后工艺腔体内的压力可快速下降。通过压力调节装置使得抽气管路的阻尼可调范围增大，使得腔体压力调节能力增强，从而可使工艺腔体压力上升并保持在所需的工艺压力，同时可缩短工艺开发时间和降低开发费用，并且可提高工艺腔体压力上升速度，缩短工艺时间，提高镀膜效率。

在一些例子中，所述气缸组件包括三通以及两个气缸单元；

两个所述气缸单元的缸体的内端分别与所述三通的两个端口相连，所述三通的另一端口通过气缸连接管与所述控制阀的第一端口相连。

在一些例子中，所述气缸单元还包括：螺栓；所述阀板具有中心通孔，所述活塞杆外端具有螺孔，所述螺栓穿设于所述中心通孔且与所述活塞杆的螺孔螺纹连接；所述阀板还具有用于容纳所述螺栓的螺帽部的容纳腔，所述螺栓的螺帽部位于所述容纳腔内。

在一些例子中，所述气缸单元还包括：限位螺母；所述限位螺母具有内螺纹部以及限位端部，所述缸体外端具有外螺纹，所述限位螺母的内螺纹部和所述缸体外端螺纹连接，所述活塞杆两端具有限位台阶，所述限位螺母滑动套设于所述活塞杆且所述限位螺母的限位端部位于所述活塞杆两端的限位台阶之间且所述限位螺母与所述活塞杆之间的间隙小于所述限位台阶的高度。

在一些例子中，所述气缸单元还包括：均呈环形的外缓冲垫和/或内缓冲垫；所述外缓冲垫和所述内缓冲垫分别设置于所述限位螺母的限位端部的外端面和内端面。

在一些例子中，所述气缸单元还包括活塞杆密封圈以及缸体密封圈；

所述活塞杆内端具有密封圈槽，所述密封圈槽内设有所述活塞杆密封圈，所述缸体内壁与所述活塞杆密封圈之间滑动密封配合；所述缸体内端具有外螺纹，所述三通具有内螺纹，所述缸体和所述三通螺纹连接；所述缸体密封圈夹设于所述缸体和所述三通的相向端面之间。

在一些例子中，所述缸体包括从外端到内端依次一体相连的螺母外螺纹段、螺母限位段、中间段、密封圈安装段以及缸体外螺纹段；

所述螺母限位段的外径大于所述螺母外螺纹段的外径，所述密封圈安装段的外径小于所述缸体外螺纹段的外径；

所述螺母外螺纹段和所述缸体外螺纹段的外径均小于或者等于所述中间段的外径；

所述螺母外螺纹段、螺母限位段以及中间段的内径相同，且大于所述缸体外螺纹段的内径；

所述三通呈柱形，且所述三通的外径与所述中间段的外径相同。

在一些例子中，所述气缸连接管包括呈L形且一体连接的竖向管段和横向管段，所述横向管段的外端通过弯头与所述控制阀的第一端口相连；其中，所述竖向管段与两个所述气缸单元以及所述三通形成与所述抽气管路配合的T形，且所述横向管段穿出所述抽气管路外。

在一些例子中，所述控制组件还包括与所述控制阀的第二端口相连的换向管路，所述换向管路包括多个弯头以及多个换向管段；其中，所述换向管路的末段换向管段与所述气缸连接管的横向管段平行并穿入所述抽气管路内；所述控制阀为高真空电磁阀。

在一些例子中，所述阀板的内端呈外端大内端小的锥台形；所述阀板的外端具有凹陷表面。

第二方面，本发明实施例还提供了一种沉积设备，包括工艺腔体、抽气管路以及如前所述的压力调节装置；所述压力调节装置的气缸组件设置于所述抽气管路内且所述气缸组件的阀板位于所述工艺腔体和所述抽气管路之间的抽气口处。压力调节装置可利用沉积设备工艺腔体的压力对抽气口开度进行调节，增强了压力调节能力，易于达到并保持所需工艺压力，且可缩短升压时间。

第三方面，本发明实施例还提供了一种沉积系统，包括：上位机、压力检测装置、PLC以及如前所述的沉积设备；所述上位机、PLC以及所述沉积设备依次通信连接，所述上位机与所述压力检测装置通信连接；所述上位机通过所述压力检测装置获取所述沉积设备的工艺腔体的压力并用于根据所述工艺腔体的当前压力信息以及目标压力信息向所述PLC发送预设控制指令，所述PLC用于根据所述预设控制指令控制所述沉积设备中的压力调节装置的控制阀的通断，以使所述沉积设备的工艺腔体和所述气缸组件的缸体之间形成压差，以驱动所述活塞杆伸缩并带动所述阀板移动以调节所述抽气口的开度。

第四方面，本发明实施例还提供了一种压力控制方法，应用于如前所述的沉积系统中的上位机，所述方法包括：

实时获取沉积设备的工艺腔体的压力信息；

若当前的工艺腔体的压力在预设腔体压力范围内则控制压力调节装置的控制阀开通；所述控制阀开通时所述压力调节装置的阀板处于使所述抽气口的开度最大的位置；其中预设压力范围等于工艺初始压力且小于预设压力；

若当前的工艺腔体的压力升高至所述预设压力则控制所述控制阀断开直到当前的工艺腔体的压力升至目标压力；在所述工艺腔体的压力从所述预设压力升高至目标压力的过程中所述工艺腔体和所述压力调节装置的缸体之间的压差驱动所述活塞杆收缩并带动所述阀板逐渐关闭所述抽气口以使所述抽气口开度最小；所述工艺腔体内的压力逐渐下降过程中所述缸体和所述工艺腔体之间的压差驱动所述活塞杆伸出并带动所述阀板移动使得所述抽气口的开度增大；

若所述工艺腔体的压力下降至所述预设压力则控制所述控制阀开通；所述抽气口的开度在所述工艺腔体的压力下降至所述预设压力时达到最大，之后所述工艺腔体的压力快速下降至工艺初始压力；

重复执行上述控制阀开通和断开的流程直到工艺结束。压力控制方法先控制工艺腔体和压力调节装置的缸体内的压力同步上升到预设压力，再关闭控制阀，在工艺腔体内压力继续上升的过程中利用工艺腔体和缸体之间的压差使抽气口开度不断减小至最大，随着抽气管路的阻尼的增加使得工艺腔体内压力能够上升到所需的工艺压力后保持所需的工艺压力，且可以缩短升压时间。

由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：

本发明实施例的压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法中，控制压力调节装置的控制阀打开工艺腔体和压力调节装置的缸体之间的气路，使得压力调节装置的缸体和工艺腔体内的压力同步上升至预设压力，然后关断工艺腔体和缸体之间的气路，之后随着工艺腔体内压力不断上升，利用工艺腔体和缸体之间的压差驱动阀板运动使得抽气口开度不断变小直到最小，利用抽气管路的阻尼不断增大，不仅可缩短腔体内的升压时间，提高镀膜效率，而且可使腔体内的压力上升至所需的工艺压力后保持住所需的工艺压力，从而缩短工艺开发时间、降低工艺开发费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，可以理解地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压力调节装置局部为剖面的安装结构示意图。

图2为本发明实施例提供的压力调节装置的整体结构示意图。

图3为图2所示的压力调节装置的气缸组件的分解示意图。

图4为图2所示的压力调节装置的气缸组件的剖面结构示意图。

图5为本发明实施例提供的沉积设备中压力调节装置的局部透视的安装结构示意图。

图6为本发明实施例提供的沉积设备中压力调节装置与腔体的安装结构的第一视角的示意图。

图7为本发明实施例提供的沉积设备中压力调节装置与腔体的安装结构的第二视角的示意图。

图8为图6中沉积设备的抽气管路的结构示意图。

图9为图7中压力检测装置的结构示意图。

图10为本发明实施例提供的沉积设备中压力调节装置的阀板处于抽气口开度最大时的剖面结构示意图。

图11为本发明实施例提供的沉积设备中压力调节装置的阀板处于抽气口开度最小时的剖面结构示意图。

图12为本发明实施例提供的沉积系统中控制部分的结构示意图。

图13为本发明实施例提供的压力控制方法的流程图。

图14为本发明实施例提供的压力控制方法的STI-HARP工艺时间和腔体压力关系图。

图中：100、气缸组件；101、螺栓；1011、内六角孔；102、阀板；1021、容纳腔；103、外缓冲垫；104、限位螺母；105、内缓冲垫；106、活塞杆；1061、活塞杆密封圈；1062、限位台阶；107、缸体；1071、螺母外螺纹段；1072、螺母限位段；1073、中间段；1074、密封圈安装段；1075、缸体外螺纹段；108、缸体密封圈；109、三通；110、气缸连接管；1101、竖向管段；1102、横向管段；200、控制组件；201、控制阀；202、第一端口、203、第二端口；204、弯头；205、换向管段；206、末段换向管段；300、沉积设备；301、工艺腔体；302、抽气管路；3021、抽气口；303、压力检测装置；304、上位机；305、PLC。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，除非另有明确的规定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

实施例一

请参阅图1 所示，本发明实施例提供一种压力调节装置，可应用于沉积设备300，以调节沉积设备300抽气管路302的抽气口3021的开度，可使抽气管路内阻尼增大，在沉积设备的工艺腔体升压过程中可使腔体内压力升高至所需的工艺压力，且可提高升压速度。需要说明的是，本申请实施例中压力调节装置以沉积设备的工艺腔体为应用对象，但是本申请实施例所提供的压力调节装置并不局限于沉积设备工艺腔体的压力控制，还可以应用于其他包含抽气管路的腔体的压力控制。

如图2~4所示，压力调节装置包括：气缸组件100以及控制组件200。气缸组件100设置于工艺腔体301的抽气管路302内，且气缸组件100包括至少一气缸单元，气缸单元包括：缸体107、活塞杆106以及阀板102。活塞杆106的内端与缸体107滑动密封连接，活塞杆106的外端与阀板102连接，阀板102与抽气管路的抽气口3021相适配。当缸体107内和工艺腔体301内形成压差时，压差能够驱动活塞杆106伸缩以带动阀板102移动，使阀板远离或者靠近抽气管路302的抽气口3021，从而调节抽气口的开度大小。当抽气口开度最大时，抽气管路302的阻尼最小，适于工艺腔体301内的压力快速下降；当抽气口的开度最小时，抽气管路302的阻尼最大，有利于使工艺腔体301内的压力快速升高至所需压力并保持在所需的工艺压力。可以理解的是，抽气口的开度大小取决于活塞杆的行程，活塞杆伸出气缸最大时抽气口开度最大，活塞杆缩入气缸最大时抽气口开度最小，抽气口开度大小可调提高了腔体压力调节能力，实际应用中可通过调节抽气口大小使得腔体压力保持在所需的工艺压力，并不局限于抽气口开度在极限位置时才能实现保压。

控制组件200包括：控制阀201。控制阀201的第一端口与缸体107相连，控制阀201的第二端口与工艺腔体301相连，以使缸体107和工艺腔体301之间形成气路，控制阀201用于控制该气路的通断以使工艺腔体301和气缸组件100的缸体107之间形成压差，以驱动活塞杆106伸缩并带动阀板移动以调节抽气口3021的开度。通过控制阀201可打开工艺腔体301和缸体107之间的气路，此时工艺腔体301和缸体107之间压力相同，缸体107内的压力可与工艺腔体301内的压力同步上升或者下降；通过控制阀201可关断工艺腔体301和缸体107之间的气路，由于工艺腔体301内的压力会随着工艺过程升高或者下降，从而工艺腔体301和缸体107之间会产生压差，从而驱动阀板102调节抽气口3021的开度。

具体地，气缸组件100可包括三通109以及两个气缸单元。两个气缸单元的缸体107的内端分别与三通109的两个端口相连，三通109的另一端口通过气缸连接管110与控制阀201的第一端口相连。可以理解的是，气缸单元的数量可以根据沉积设备的工艺腔体301的数量进行设置。比如，沉积设备的工艺腔体还可以为一个或者三个，相应地，气缸单元的数量相应地为一个或者三个，三通可相应地替换为两通或者四通。

每个气缸单元还可包括：螺栓101、外缓冲垫103、限位螺母104、内缓冲垫105、活塞杆密封圈1061以及缸体密封圈108。其中，阀板102具有中心通孔，活塞杆106外端具有螺孔，螺栓101穿设于阀板102的中心通孔且与活塞杆106的螺孔螺纹连接，以将阀板102与活塞杆106固定连接。阀板102还可具有用于容纳螺栓101的螺帽部的容纳腔1021，螺栓101的螺帽部位于容纳腔1021内。螺栓101的外端可设有内六角孔1011，从而可通过内六角扳手等将螺栓拧固于活塞杆106上。

阀板102的内端可呈外端大内端小的锥台形，相应地，抽气管路302的抽气口3021的形状可与阀板102内端的形状相同，使得阀板102内端可伸入抽气口3021，使得抽气口的开度最小。阀板102的外端具有凹陷表面，可增加阀板102的表面积，从而增大阀板102的受力，更好地驱动阀板102移动。本申请实施例的阀板102为单层结构，可以理解的是，阀板102也可以为多层结构，比如两层，两层阀板之间有间隙，从而可以显著增大阀板102受力，使得阀板102更灵敏地响应压差作用。

限位螺母104具有内螺纹部以及限位端部。缸体107外端具有外螺纹，限位螺母104的内螺纹部和缸体107外端螺纹连接，使得缸体107和限位螺母104固定连接。活塞杆106两端具有限位台阶，限位螺母104滑动套设于活塞杆106且限位螺母104的限位端部位于活塞杆106两端的限位台阶之间，且限位螺母104与活塞杆之间的间隙小于限位台阶的高度，活塞杆106的内端与缸体107滑动密封连接，因此活塞杆106内端的限位台阶可限制活塞杆106伸出缸体107的最大位置，而活塞杆106外端的限位台阶1062可限制活塞杆106伸入缸体107内的最大位置，从而确定活塞杆106在缸体107内活动的最大行程。

外缓冲垫103和内缓冲垫105均呈环形，且外缓冲垫103和内缓冲垫105分别设置于限位螺母104的限位端部的外端面和内端面。外缓冲垫103和内缓冲垫105可采用弹性材料制成，且可通过粘接设置于限位端部。通过设置外缓冲垫103和内缓冲垫105，可使抽气口的开度缓慢达到最大或者最小，减小活塞杆106和限位螺母104之间的冲力。可以理解的是，也可仅在限位螺母104的外端面设置外缓冲垫103或者在限位螺母104的内端面设置内缓冲垫105，在此不做过分限制。

活塞杆106内端具有密封圈槽，密封圈槽内设有活塞杆密封圈1061，缸体107内壁与活塞杆密封圈1061之间滑动密封配合，使得活塞杆和缸体107之间具有良好的气密性。密封圈槽可设置于活塞杆106内端的限位台阶处。

缸体107内端具有外螺纹，三通109具有内螺纹，缸体107和三通109螺纹连接。缸体密封圈108夹设于缸体107和三通109的相向端面之间。缸体密封圈108可使缸体107和三通109之间具有良好的气密性。

缸体107可包括从外端到内端依次一体相连的螺母外螺纹段1071、螺母限位段1072、中间段1073、密封圈安装段1074以及缸体外螺纹段1075。螺母限位段1072的外径大于螺母外螺纹段1071的外径，可确保限位螺母104安装到位。密封圈安装段1074的外径小于缸体外螺纹段1075的外径，有利于缸体密封圈108的安装。螺母外螺纹段1071和缸体外螺纹段缸体外螺纹段1075的外径均小于或者等于中间段1073的外径。三通109可呈柱形，且三通109的外径可与中间段1073的外径相同。螺母外螺纹段1071、螺母限位段1072以及中间段1073的内径相同，且大于缸体外螺纹段1075的内径，使得活塞杆106具有较大的活动腔。

气缸连接管110可包括呈L形且一体连接的竖向管段1101和横向管段1102。横向管段1102的外端通过弯头204与控制阀201的第一端口202相连。其中，竖向管段1101与两个气缸单元以及三通109形成与抽气管路配合的T形，从而可便于设置于T形抽气管路内。横向管段1102可穿出抽气管路302外并与控制阀201相连。三通109可以为异径三通，并通过焊接与气缸连接管110相连。

控制组件200还可包括与控制阀的第二端口203相连的换向管路，换向管路可包括多个弯头204以及多个换向管段205。其中，换向管路的末段换向管段206与气缸连接管110的横向管段1102平行并穿入抽气管路302内。

其中，控制阀201可以为高真空电磁阀，从而可使缸体107内的压力范围达到工艺腔体301的压力范围。可以理解的是，本申请也可以采用能够实现工艺腔体和缸体之间的气路控制的其他阀结构，在此不做具体限制。

高真空电磁阀的第一端口202可以通过一个弯头204以及气缸连接管110与三通109相连。高真空电磁阀的第二端口203可通过三个弯头204以及三段换向管路与工艺腔体301相连。其中末段换向管段206与气缸连接管110的横向管段1102平行并伸入抽气管路内。通过气缸连接管110和末段换向管段206可使气缸组件的主体和高真空电磁阀分别设置于抽气管路内外。可以理解的是，控制组件200也可以设置于抽气管路302内，此时，气缸组件100和控制组件200之间可采用适用形状的管路相连。本实施例对于控制组件和气缸组件以及控制组件和工艺腔体之间的连接方式不做过分限制。

实施例二

基于上述压力调节装置，本申请实施例二还提供了一种沉积设备。

请继续参阅图1以及图5~图11所示，本申请实施例的沉积设备300包括：工艺腔体301、抽气管路302以及如前述实施例所述的压力调节装置。压力调节装置的气缸组件100设置于抽气管路302内且气缸组件100的阀板102位于工艺腔体301和抽气管路302之间的抽气口3021处。通过压力调节装置使得抽气口的开度可调，增强了腔体压力调节能力，在抽气管路具有合适的阻尼时即可使腔体内保持所需的工艺压力，有利于缩短工艺开发时间以及降低开发费用，且可缩短升压所需时间，提高镀膜效率。

如图5所示的压力调节装置在抽气管路302中的安装结构示意图。压力调节装置的气缸组件100设置于T形抽气管路302内，压力调节装置的控制组件设置于抽气管路302外，气缸组件100和控制组件200通过气缸连接管相连，气缸连接管和抽气管路302之间密封配合即可，控制组件200的管路伸入抽气管路302内，使得工艺腔体301和气缸组件之间形成气路。控制组件和抽气管路之间以及气缸组件和控制组件之间均可采用本领域技术人员已知的方式实现密封连接，此处不再赘述。

如图6、8所示，沉积设备的两个工艺腔体301之间通过抽气管路连通，压力调节装置的气缸组件100设置于两个工艺腔体301之间的抽气管路中。压力调节装置的阀板位于抽气管路的抽气口处，并可以远离抽气口，使得抽气口开度增大，或者靠近抽气口，使得抽气口的开度减小。

如图7、9所示，沉积设备还可以包括压力检测装置303，用于检测工艺腔体内的压力。压力检测装置303可采用多个真空计，每个真空计均设置于抽气管路上。

如图10所示，压力调节装置的阀板102伸出至最大处，使得抽气口3021的开度达到最大。如图11所示，阀板102缩回至抽气口3021处，使得抽气口的开度最小。

实施例三

基于上述沉积设备，本申请实施例三还提供了一种沉积系统。请参阅图12所示，本申请实施例的沉积系统包括：上位机304、压力检测装置303，PLC305以及如前所述的沉积设备。上位机304、PLC305以及沉积设备的控制阀201依次通信连接，上位机304与压力检测装置303通信连接。压力检测装置303可包括多个真空计，上位机304通过多个真空计获取沉积设备的工艺腔体的压力并用于根据所述工艺腔体的当前压力信息以及目标压力信息向PLC305发送预设控制指令，PLC305用于根据预设控制指令控制沉积设备中的压力调节装置的控制阀201的通断，以使沉积设备的工艺腔体和气缸组件的缸体之间形成压差，以驱动活塞杆伸缩并带动阀板移动以调节抽气口的开度。根据工艺腔体的压力可操作控制阀开通或断开，调节抽气口开度大小，使得抽气口具有合适的阻尼，从而使得工艺腔体内的压力能够保持在所需的工艺压力，有利于缩短工艺开发时间以及降低开发费用，且可缩短升压所需时间，提高镀膜效率。

实施例四

基于上述沉积设备，本申请实施例四还提供了一种压力控制方法。应用于实施例三中的上位机。

请参阅图13所示，本申请实施例的压力控制方法包括以下步骤：

步骤S131：实时获取沉积设备的工艺腔体的压力信息。

步骤S131中可通过真空计获取工艺腔体的压力信息。

步骤S132：在当前的工艺腔体的压力在预设腔体压力范围内时控制压力调节装置的控制阀开通。控制阀开通时压力调节装置的阀板处于使抽气口的开度最大的位置；其中预设压力范围等于工艺初始压力且小于预设压力。

步骤S133：在当前的工艺腔体的压力升高至预设压力时断开控制阀直到当前的工艺腔体的压力升至目标压力。在工艺腔体的压力从预设压力升高至目标压力的过程中工艺腔体和压力调节装置的缸体之间的压差驱动活塞杆收缩并带动阀板逐渐关闭抽气口以使抽气口开度最小。工艺腔体内的压力逐渐下降过程中缸体和工艺腔体之间的压差驱动活塞杆伸出并带动阀板移动使得抽气口的开度增大。

步骤S134：在工艺腔体的压力下降至预设压力时打开控制阀；抽气口的开度在工艺腔体的压力下降至预设压力时达到最大，之后工艺腔体的压力快速下降至工艺初始压力。

步骤S135：判断工艺是否结束。若工艺已结束，则结束控制阀通断的控制，若工艺未结束，则重复执行步骤S132~步骤S135直到工艺结束。

下面结合图1、13和图14对本申请实施例的压力控制方法在STI-HARP工艺中的应用举例说明如下：

当晶圆送入工艺腔体301内，此时工艺腔体301内压力为0.3torr，此时工艺腔体301和压力调节装置的缸体之间的高真空电磁阀打开，压力调节装置中的阀板102处于开口最大状态的极限状态，且活塞杆106、缸体107与三通109组成的气缸与工艺腔体301内的压力相同；

当晶圆升到工艺位置，工艺腔体逐渐升压，当压力升到预设压力，比如300torr左右，腔体的压力检测装置，比如真空计传输压力信号给PLC以及上位机，上位机发送控制信号给PLC，使高真空电磁阀闭合，使工艺腔体和气缸之间的气路断开；此后腔体压力仍继续上升，由于腔体压力大于气缸压力，所以气缸内气体受压，活塞杆106带动阀板102收缩，工艺腔体301的抽气口的气体通道开度减小，抽气管路的泵与工艺腔体之间气道的阻尼增大，腔体内的压力会加快上升，当压力上升至所需的工艺压力（即目标压力），比如600torr，活塞杆106带动阀板102收缩到极限位置，此时抽气口的开度减到最小，由于工艺腔体的进出气在抽气口开度最小时达到平衡，因此工艺腔体的压力稳定保持在600torr。

当晶圆镀膜结束，工艺腔体内压力逐步下降，气缸内的压力开始大于工艺腔体内的压力，两者之间形成反向压差，驱动活塞杆106带动阀板102伸出，当腔体内压力达到预设压力，比如300torr后，阀板102运动到极限位置，此时抽气口开度恢复至最大，同时，当气体压力等于300torr时，腔体真空计传输压力信号给PLC以及上位机，上位机发信号给PLC打开高真空电磁阀，此时阀板与腔体形成的气道开度最大，且压力调节装置的气缸与腔体之间气路导通后，气缸和工艺腔体压力相同，阀板静止保持抽气口开度最大，此时泵与腔体之间气道阻尼最小，腔体的压力会加快下降。

当腔体内气体压力降到0.3torr，晶圆送出腔体。

如此周而复始，压力调节装置的阀板随腔体压力循环往复的变化而在抽气口的最大和最小开度之间变化，使得腔体可重复达到并保持在所需工艺压力，从而缩短工艺开发时间和降低开发费用，同时也减少工艺镀膜过程中的升压与降压时间，提高镀膜效率。

本发明实施例的压力调节装置及包含其的沉积设备、系统及压力控制方法与现有技术相比，控制压力调节装置的控制阀打开工艺腔体和压力调节装置的缸体之间的气路，使得压力调节装置的缸体和工艺腔体内的压力同步上升至预设压力，然后关断工艺腔体和缸体之间的气路，之后随着工艺腔体内压力不断上升，利用工艺腔体和缸体之间的压差驱动阀板运动使得抽气口开度不断变小直到最小，利用抽气管路的阻尼不断增大，不仅可缩短腔体内的升压时间，提高镀膜效率，而且可使腔体内的压力升压至所需的工艺压力后保持在所需的工艺压力，从而缩短工艺开发时间、降低工艺开发费用。

在本申请实施例中，还可以在上位机中设置控制单元，如内置处理器和存储器等组成的控制电路。其中，存储器中可以储存有压力控制方法相关的控制程序，处理器可以从存储器中调用对应的控制程序，并通过执行该控制程序对高真空电磁阀进行控制，从而对腔体内压力进行控制。处理器可以是中央处理器（central processing unit，CPU），网络处理器（network processor，NP）或者CPU和NP的组合。处理器也可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（application-specific integrated circuit，ASIC），可编程逻辑器件（programmable logic device，PLD）或其组合。

上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（complex programmable logic device，CPLD），现场可编程逻辑门阵列（field-programmable gate array，FPGA），通用阵列逻辑（generic array logic，GAL）或其任意组合。

存储器可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器（random-access memory，RAM）；存储器也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器（read-only memory，ROM），快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器也可以包括上述种类的存储器的组合。

上述控制单元中还可以包括控制器，所述控制器可以执行所述压力控制方法，以控制高真空电磁阀通断，调节腔体抽气口的开度。

本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种压力调节装置，其特征在于，所述压力调节装置包括：气缸组件以及控制组件；

所述气缸组件设置于工艺腔体的抽气管路内，且所述气缸组件包括至少一气缸单元，所述气缸单元包括：缸体、活塞杆以及阀板；所述活塞杆的内端与所述缸体滑动密封连接，所述活塞杆的外端与所述阀板连接，所述阀板与所述抽气管路的抽气口相适配；

所述控制组件包括：控制阀；所述控制阀的第一端口与所述缸体相连，所述控制阀的第二端口与所述工艺腔体相连，以使所述缸体和所述工艺腔体之间形成气路，所述控制阀用于控制所述气路的通断以使所述工艺腔体和所述气缸组件的缸体之间形成压差，以驱动所述活塞杆伸缩并带动所述阀板移动以调节所述抽气口的开度。

2.根据权利要求1所述的压力调节装置，其特征在于，所述气缸组件包括三通以及两个气缸单元；

两个所述气缸单元的缸体的内端分别与所述三通的两个端口相连，所述三通的另一端口通过气缸连接管与所述控制阀的第一端口相连。

3. 根据权利要求 2所述的压力调节装置，其特征在于，所述气缸单元还包括：螺栓；所述阀板具有中心通孔，所述活塞杆外端具有螺孔，所述螺栓穿设于所述中心通孔且与所述活塞杆的螺孔螺纹连接；所述阀板还具有用于容纳所述螺栓的螺帽部的容纳腔，所述螺栓的螺帽部位于所述容纳腔内。

4. 根据权利要求 2所述的压力调节装置，其特征在于，所述气缸单元还包括：限位螺母；所述限位螺母具有内螺纹部以及限位端部，所述缸体外端具有外螺纹，所述限位螺母的内螺纹部和所述缸体外端螺纹连接，所述活塞杆两端具有限位台阶，所述限位螺母滑动套设于所述活塞杆且所述限位螺母的限位端部位于所述活塞杆两端的限位台阶之间且所述限位螺母与所述活塞杆之间的间隙小于所述限位台阶的高度。

5. 根据权利要求 4所述的压力调节装置，其特征在于，所述气缸单元还包括：均呈环形的外缓冲垫和/或内缓冲垫；所述外缓冲垫和所述内缓冲垫分别设置于所述限位螺母的限位端部的外端面和内端面。

6.根据权利要求4所述的压力调节装置，其特征在于，所述气缸单元还包括活塞杆密封圈以及缸体密封圈；

所述活塞杆内端具有密封圈槽，所述密封圈槽内设有所述活塞杆密封圈，所述缸体内壁与所述活塞杆密封圈之间滑动密封配合；所述缸体内端具有外螺纹，所述三通具有内螺纹，所述缸体和所述三通螺纹连接；所述缸体密封圈夹设于所述缸体和所述三通的相向端面之间。

7.根据权利要求6所述的压力调节装置，其特征在于，所述缸体包括从外端到内端依次一体相连的螺母外螺纹段、螺母限位段、中间段、密封圈安装段以及缸体外螺纹段；

所述螺母限位段的外径大于所述螺母外螺纹段的外径，所述密封圈安装段的外径小于所述缸体外螺纹段的外径；

所述螺母外螺纹段和所述缸体外螺纹段的外径均小于或者等于所述中间段的外径；

所述螺母外螺纹段、螺母限位段以及中间段的内径相同，且大于所述缸体外螺纹段的内径；

所述三通呈柱形，且所述三通的外径与所述中间段的外径相同。

8.根据权利要求2所述的压力调节装置，其特征在于，所述气缸连接管包括呈L形且一体连接的竖向管段和横向管段，所述横向管段的外端通过弯头与所述控制阀的第一端口相连；其中，所述竖向管段与两个所述气缸单元以及所述三通形成与所述抽气管路配合的T形，且所述横向管段穿出所述抽气管路外。

9.根据权利要求8所述的压力调节装置，其特征在于，所述控制组件还包括与所述控制阀的第二端口相连的换向管路，所述换向管路包括多个弯头以及多个换向管段；其中，所述换向管路的末段换向管段与所述气缸连接管的横向管段平行并穿入所述抽气管路内；所述控制阀为高真空电磁阀。

10.根据权利要求1所述的压力调节装置，其特征在于，所述阀板的内端呈外端大内端小的锥台形；所述阀板的外端具有凹陷表面。

11.一种沉积设备，其特征在于，包括工艺腔体、抽气管路以及如权利要求1至10中任一项所述的压力调节装置；

所述压力调节装置的气缸组件设置于所述抽气管路内且所述气缸组件的阀板位于所述工艺腔体和所述抽气管路之间的抽气口处。

12.一种沉积系统，其特征在于，包括：上位机、压力检测装置、PLC以及如权利要求11所述的沉积设备；

所述上位机、PLC以及所述沉积设备依次通信连接，所述上位机与所述压力检测装置通信连接；

所述上位机通过所述压力检测装置获取所述沉积设备的工艺腔体的压力并用于根据所述工艺腔体的当前压力信息以及目标压力信息向所述PLC发送预设控制指令，所述PLC用于根据所述预设控制指令控制所述沉积设备中的压力调节装置的控制阀的通断，以使所述沉积设备的工艺腔体和所述气缸组件的缸体之间形成压差，以驱动所述活塞杆伸缩并带动所述阀板移动以调节所述抽气口的开度。

13.一种压力控制方法，其特征在于，应用于如权利要求12所述的沉积系统中的上位机，所述方法包括：

实时获取沉积设备的工艺腔体的压力信息；

在当前的工艺腔体的压力在预设腔体压力范围内时，控制压力调节装置的控制阀开通；其中，所述压力调节装置的阀板处于使所述抽气口的开度最大的位置；其中预设压力范围大于或者等于工艺初始压力且小于预设压力；

在当前的工艺腔体的压力升高至所述预设压力时断开所述控制阀直到当前的工艺腔体的压力升至目标压力；在所述工艺腔体的压力从所述预设压力升高至目标压力的过程中所述工艺腔体和所述压力调节装置的缸体之间的压差驱动所述活塞杆收缩并带动所述阀板逐渐关闭所述抽气口以使所述抽气口开度最小；所述工艺腔体内的压力逐渐下降过程中所述缸体和所述工艺腔体之间的压差驱动所述活塞杆伸出并带动所述阀板移动使得所述抽气口的开度增大；

在所述工艺腔体的压力下降至所述预设压力时打开所述控制阀；所述抽气口的开度在所述工艺腔体的压力下降至所述预设压力时达到最大，之后所述工艺腔体的压力快速下降至工艺初始压力；

重复执行上述控制阀开通和断开的流程直到工艺结束。