CN1965273A - 控制处理系统操作的方法 - Google Patents

Abstract

在一种控制处理系统操作的方法中，主机、处理工具和抽空系统的组件(例如，消解工具)被连接到系统总线。消解工具监测在系统总线上与主机和处理工具之间传送的信号和直接从处理工具接收的信号。消解工具使用包含在该监测信号内的信息来产生关于消解工具的工作特性的处理工具的信号。该信号或者直接或者在系统总线上被传送至处理工具，它使用所产生的信号来控制处理工具的操作状态。

Description

控制处理系统操作的方法

技术领域

本发明涉及一种控制处理系统(例如，半导体或平板显示器处理系统)操作的方法，并且涉及包含执行时实施控制这种半导体处理系统操作的程序的计算机可读介质。

背景技术

半导体基底和平板显示装置的处理一般是在抽空处理室内完成的。用于处理室的抽空系统一般包括若干真空泵以及(取决于工艺气体的属性)包括若干消解工具。例如，由美国专利6,739,840已知使用变速真空泵上的气体负载这样的参数来控制泵的速度并因此降低功耗。

发明内容

至少本发明的优选实施例的目的是提供一种改进的控制处理系统操作的方法

在一个方面，本发明提供了一种控制处理系统(例如，半导体处理系统)操作的方法，该处理系统包含处理工具和用于处理工具室的抽空系统，该方法包含监测从该处理工具传送的信号，利用包含在该监测信号中的信息来产生包含关于抽空系统组件的状态或工作特性的处理工具的信息的信号，并传送所产生的信号。

在另一方面，本发明提供了一种包含执行时实施用于控制处理系统的操作的程序的计算机可读介质，该处理系统包含处理工具和用于处理工具的抽空系统，该操作包括监测从该处理工具传送的信号，利用包含在该监测信号中的信息来产生包含关于抽空系统组件的状态或工作特性的处理工具的信息的信号，并传送所产生的信号。

计算机程序可以包含在各种各样信号承载介质上，例如，只读存储装置或软盘，并且可以通过通信介质(诸如通过计算机或电话网络，包括无线通信)传送至计算机。

本发明还提供了用于处理系统的抽空系统，该处理系统包含处理工具，其中抽空系统的组件中的至少一个(例如，真空泵和/或消解工具)包含用于监测从处理工具传送的信号的部件、用于利用包含在该监测信号中的信息来产生包含关于该组件的工作特性或状态的处理工具的信息的信号的部件，以及用于传送所产生的信号的部件。

本发明还提供了半导体处理系统，该处理系统包含如上所述的抽空系统。

附图说明

现在将仅仅以举例的方式，参照附图来描述本发明的优选特征，其中：

图1是半导体制造系统网络的实施例的框图；

图2(a)-2(c)是用于处理室的抽空系统的不同实施例的框图；

图3是图1网络的处理工具的框图；

图4是图1网络的真空泵的框图；

图5是图1网络的消解工具的框图；

图6(a)说明的是用来抽空处理室的两个真空泵的电动机功率随时间的变化，而图6(b)示出的是和图6(a)相同的变化，其经过修改可包括与处理室的状态有关的信息；

图7是说明泵控制器的算法的流程图；

图8是说明消解工具控制器的算法的流程图；以及

图9是说明处理工具控制器的算法的流程图。

具体实施方式

参照图1至5，处理系统的网络10包含处理工具12。工具12包含用于接纳将要处理的基底的处理室14。处理室14可以是任何类型的用于半导体处理并且是至少暂时处于真空状态下的室。例如，处理室14可以是蚀刻室、蒸汽淀积室、离子注入室、转移室、负载锁定室、定向室等其中的一个。

工具12一般包括各种各样的机械组件，诸如控制阀、执行机构和电动机。例如，工具12可以包括用于控制气体从一个或多个气源供给室14的若干阀门，和用于控制废气从室14排出的若干阀门。过程控制器16通过生成用于控制这样的机械组件的操作的控制信号来控制处理室14内的处理过程。过程控制器16可以是能够控制工具12的操作的任何装置，并且一般包括中央处理单元、支持电路和存储一个或多个用来操作工具12的程序的存储器。

处理工具12通过系统总线20链接到主机18。主机18通过向控制器16发送命令信号来控制工具12。控制器16按照所存储的程序使用在该信号内接收的指令来操作工具。位于工具12内的检测器、传感器等将信号输出至与处理参数(例如，室14内的压力和温度、气体流速、室14的装载状态等等)有关的过程控制器16，由此控制器16产生将要返回到主机18的状态信号。这些信号使主机18能够根据命令来监测工具12的工作状态。这些状态信号可以包括比如各种报警、事件、参数更新、触发等等。根据从这些信号接收到的信息，主机18产生将要发送至控制器16的另外的命令信号。

信号按照公用标准(诸如在半导体行业中公知的GEM/SECS)优选地在系统总线20上被发送。GEM/SECS通信接口22连接在控制器16和主机18之间。

图2(a)-2(c)以框图的形式说明了用于抽空处理室14的不同系统。这样的抽空系统24一般包含至少一个用于抽空处理室14的真空泵26。真空泵26可以包含任何适当类型的真空泵，例如，使用内部啮合转子的单级或多级容积式泵。在每一级中，转子可以具有相同类型的轮廓或者该轮廓可以随级变化。另一方面，真空泵26还可以包含涡轮分子泵、回旋叶片泵、低温泵或容积式泵。

真空泵控制器28控制真空泵26的操作。例如，控制器28可以配置成通过向用于促动泵浦机制的电动机30输出控制该电动机30所吸收的功率量的信号来控制真空泵26的泵浦速度。从位于电动机30的传感器返回到控制器28的信号可以使控制器28能够监测电动机30的状态，由此该控制器可以改变工作参数(诸如提供给电动机30的电压的频率)以便优化泵浦机构的性能。

泵控制器28可以是能够控制真空泵26的操作的任何装置，而且一般包括中央处理单元、支持电路和已编程的存储器。真空泵26的工作特性的控制可以按照预编程的例程和/或根据外部控制信号来实施。参照图1、3和4，在该实施例中，真空泵26具有接口32，用以通过接口34接收由处理工具12的过程控制器16产生的信号。这些接口32、34可以利用电缆或其它的物理连接器连接在一起，或者这些控制器16、28可以配置成用于无线通信。这可以使真空泵26的接口32能够从处理工具12的接口34接收表示处理工具12的状态的信号。包含在这些信号中的信息可以类似于包含在从处理工具12传送到主机18的信号中的信息，例如，涉及处理室14内的压力、气体流速和/或处理工具的一个或多个阀门的状态的信息。真空泵24的控制器28被配置成可根据这些接收的信号来监测处理工具12的状态，并按照所存储的算法调节真空泵的一个或多个工作特性，例如，泵浦速度。

泵控制器28还可以被配置成监测真空泵的工作特性(诸如泵内的温度)并且在这些工作特性超过预定值的情况下产生报警信号。

半导体处理技术一般使用各种各样的气体进行处理，诸如薄膜沉积、蚀刻和表面清理。这些气体中的许多以及作为这些技术的副产品形成的气体是有毒、侵蚀性或易燃的。因而，该系统包括至少一个消解工具36，用以处理从处理室14排出的废气流，以便从废气流中除去这种不希望有的气体。消解工具36或者如图2(a)所示在真空泵26的下游或者如图2(b)所示在真空泵26的上游接收来自处理室14的废气流，并且例如通过湿法洗涤将废气流中不希望有的气体转化成一种或多种可以更方便处理的化合物，和/或转化成可以排入大气的化合物。消解工具36的属性将取决于从处理室14排出的废气的成分。例如，消解工具36可以包含燃烧器，诸如热处理单元(TPU)、引火调节系统、气体反应柱(GRC)、热或非热等离子体消解装置等。

除真空泵和消解工具以外，处理系统的抽空系统还可以包括其它组件。例如，如图2(c)所示，该抽空系统可以包括用于将惰性净化气体(如氮)供给处理室14和真空泵的净化气源38以及用于控制流过抽空系统的废气流速的一个或多个阀门40。这些组件的操作可以由各自的控制器(图中未示出)或由处理工具12、真空泵24和消解工具36中的一个或多个的控制器来控制。抽空系统的其它组件的示例包括水冷和静电收尘器，用以捕捉废气中所含的固体。

消解工具控制器42控制消解工具36的操作。控制器42一般控制工具36的电源，例如，以便控制和调节在工具36中产生的等离子体，以及打开和关闭工具36以便允许将要被实施的工具维护。消解工具控制器42可以是能够控制消解工具36的操作的任何装置，并一般包括中央处理单元、支持电路和已编程的存储器。消解工具36的工作特性的控制可以按照预编程的例程和/或根据外部控制信号来实施。参照图1、3和5，在该实施例中，消解工具36具有接口44，用以通过接口46接收由处理工具12的过程控制器16产生的信号。这些接口44、46可以利用电缆或其它物理连接器连接在一起，或者控制器16、42可以配置成用于无线通信。这可以使消解工具36的接口44能够从处理工具12的接口46接收表示处理工具12的状态的信号。这些信号可以与从处理工具12向真空泵26传送的信号相同。消解工具控制器42可被配置成利用这些从处理工具12接收的信号来监测处理工具的状态，并且根据这些信号，按照所存储的算法来调节消解工具36的工作特性或状态。

参照图4和5，消解工具36还具有接口48，它使消解工具控制器42能够通过接口50接收来自泵控制器28的信号。此外，这些接口48、50可以利用电缆或其它物理连接器连接在一起，或者控制器28、42可以配置成用于无线通信。这可以使真空泵和消解工具能够监测其他的工作特性。

如图1和5所示，消解工具控制器42还通过接口52(例如，GEMS/SECS接口)连接到系统总线20。该接口52使消解工具36能够监测在系统总线20上于处理工具12和主机18之间传送的信号，接口52可被配置成把包含在监测信号内的信息传送至控制器42。正如下面所讨论的，接口52还可以使(当允许时)消解工具36能够进行处理工具12自己特有的信息查询。

总的说来，抽空系统24的组件的控制器28、42利用包含在从处理系统的其它组件接收的信号内的信息以及在消解工具控制器42的情况下包含在系统总线20上传送的信号内的信息来产生控制信号，所述控制信号比如用于控制真空泵26和/或消解工具36的操作或用于按照一个或多个被编入控制器的存储器内的算法产生状态警报。这可以使抽空系统24的工作状态的控制不仅取决于抽空系统组件的工作特性而且取决于处理工具12的状态、工作特性和/或要求。

第一示例参照与真空泵控制有关的图6进行说明。

图6(a)说明的是在被两个用来抽空化学汽相淀积室的真空泵监测时的真空泵电动机功率在一段时间内的变化，在该示例中，为六个月的时间。正如在图6(a)的60处所表明的，在电动机功率的变化中有若干个峰值，其可能指示泵浦机构中的问题，这比如是由于几个泵之一的阻塞造成的。虽然泵控制器可能已经配置成当这些峰值发生时可产生报警，但是存在有峰值是作为该室被抽空空气的结果而产生的可能性，此时泵可能已经处于高负载下，并且因此不产生这样的警报。

图6(b)说明了与图6(a)相同的轨迹，其经过修改可包括在通过泵抽空的情况下与该室的状态有关的信息。峰值1至4代表在“粗加工”期间，也就是当该室被抽空空气时，例行计划维护之后，电动机所吸收的增加的泵浦功率。在轨迹中其他主要峰值处，当粗加工未发生时，几个泵中的一个由于泵堵塞而故障。如果在处理室内进行处理的过程中发生故障，则可能引起重大的问题。然而，如果在图6(b)的62处指示的两个峰值已经出现而这些峰值超过了64处指示的预定值(例如，2.5kW)时泵已经被替换，则该泵灾难性的故障可能已经避免。

鉴于此，图7是说明由泵控制器28用来检测泵故障起始的算法的一个示例的流程图。在70处，泵控制器28比如通过监测真空泵26的电动机30所吸收的电流来监测泵电动机的功率。控制器在72处或者连续地或者以预定的间隔确定电动机功率当前是否超过了预定值，在图7所示的示例中预定值是2.5kW。如果在72处确定了功率低于这个预定值，则不采取行动。然而，如果确定功率超过该预定值，则在74处，控制器根据包含在通过接口32、34从处理工具12接收的信号内的信息来确定处理室14是否被抽空了空气。若是，则不采取行动，否则，则在76处产生报警。

在该算法中预定值的精确值可以预先根据处理工具12所实施的特定过程来选定。另一方面，泵控制器28还可以包含预定值表，每一个相对于各自的过程被存储，其中根据收自在系统总线20上传送的信号的信息(如与从工具12传送至主机18的气流数据有关)，由控制器28选择适当的值。

参照该示例，虽然峰值的高度已经被选定作为指示泵26的潜在故障，另一方面或另外，这样的峰值的宽度可能已经在步骤72处分别与预定宽度进行了比较。另一方面或另外，峰值的频率可能在步骤72、74处已经与预定频率进行了比较，控制器28根据所接收的信号确定处理工具12是否空闲，其中峰值频率的增大指示了泵堵塞。

在该示例中，电动机功率的变化已经选定作为所监测的泵的工作特性，但是可能已经被监测的工作特性包括，但不限于：

●电动机功率

●泵温度

●排出压力

●轴承振动

因为上面的工作特性中的任何一个或它们的任何组合中的变化可以用来预测泵故障。

也可以用包含在监测信号和/或所接收的信号中的信息，根据处理工具活动而不是固定的周期，来预测抽空系统24的组件上的维护活动。例如，对于给定的工艺气体混合物，有可能预测(根据以前的经验)真空泵26在已经流过X公升工艺气体之后将需要更换并且消解工具36在流动Y公升工艺气体之后将需要预防性维护。工具利用中的变化可以改变这些维护活动被要求之前的天数，并且因此存在有任何计划维护可能实施得太早或更糟糕的是实施得太迟的风险。不是在某些时间间隔规划这些活动，而是可以根据该工具使用的多少来安排这些活动的时间。

现将参照与消解工具有关的图8说明一个示例。

图8是说明消解工具控制器42用来检测何时需要维护的算法的一个示例的流程图。在该示例中，消解工具36是燃烧器，并且工艺气体包含三氢化磷，PH3，它一般用于InGaAIP的MOCVD生长。在80处，消解工具控制器42根据比如在系统总线上传送的信号接收与进入处理工具12的三氢化磷的当前流速有关的信息。根据该信息，消解工具控制器42在82处确定自从消解工具36上次维护以来流入处理工具12的累积三氢化磷数量。在84处，消解工具控制器42判断该累积数量是否超过预定值，在该示例中预定值是20kg。若非如此，则无须动作，但若如此，则产生一个报警以此建议需要维护工具或者立刻需要维护该工具。

在该算法中预定值的精确值可以预先根据消解工具36的属性并且还根据流入处理工具12的特定工艺气体混合物两者来选定。另一方面，消解工具控制器42还可以包含预定值表，每一个相对于各自的工艺气体混合物被存储，其中根据收自系统总线20的信息(如与从工具12传送至主机18的气流数据有关)，由控制器42选择适当的值。

由控制器28、42收自所监测的信号的信息还可以向控制器28、42发出处理工具12的当前和近期状态的报警。由此，当处理工具12不要求(辅助设施)时，可以通过允许抽空系统24进入辅助设施低消耗模式，做到节约辅助设施。例如，若在处理室14的负载锁定内没有晶片，则可以使真空泵26和消解工具36进入辅助设施低消耗模式，而负载锁定内一有活动，就立即返回到完全操作模式(即，在要处理的晶片前面)。例如，消解工具从停机达到完全运行状态所需要的时间一般是几分钟。但是，使晶片通过负载锁定、转移室并进入处理室14一般要花费多于5分钟。因此，若已经使消解工具36进入″空闲模式″，则当晶片首次装入负载锁定时，便可以利用包含在从处理工具12向主机18传送的信号中的信息使其返回到运行状态，并且因此在处理室14中开始处理晶片以前随时可处理废气。

回头参见图1，抽空系统组件的控制器的不同接口还被配置成可传送信号。这可以使处理工具12的工作状态能够根据抽空系统的组件的状态、工作特性和/或要求进行控制。

参照图3至5，消解工具控制器42的接口52还配置成在系统总线20上向处理工具12传送信号。这些信号可以直接由过程控制器16接收，或者可以发送至主机18，它利用包含在从抽空系统接收的信号内的信息向处理工具12发出命令。此外，泵控制器28的接口32和消解工具控制器42的接口44两者都配置成把信号传回过程控制器16各自的接口。

通过向处理工具12提供抽空系统24当前以及更详细的状态，过程控制器16便可以根据在系统总线20上接收的状态信息采取适当的策略。图10是说明过程控制器16用来检测是否应该根据由抽空系统的组件产生的警告该组件很快就要停机进行更换或维护的报警来实施突然停机的算法的一个实例的流程图。该报警可能已经利用以前参照图7和8描述的算法之一来产生。

在90处，过程控制器16接收该报警。该报警可以直接由真空泵26或消解工具36或者由系统总线20接收。在92处，过程控制器16确定处理工具目前是否是当前正在处理的晶片。若非如此，则在94处，实施处理工具12的突然停机。若是正在处理的晶片，则在96处，在实施突然停机以前完成晶片的处理。若来自真空泵26的报警足够严重，则过程控制器可以编程(根据剩余的处理时间)以决定丢弃目前处理的晶片或冒损坏泵的风险，哪一个成本效果更好。

除确定处理工具12是否应该根据抽空系统接收的状态信息迅速停机以外，从抽空系统接收的信息还可以使处理工具12的维护能够与该抽空系统的组件的维护和/或更换同步，以此把总的系统停机时间减到最小并使晶片产出量最大化。

例如，参照图8所描述的示例，若算出三氢化磷的平均日消耗量并且消解工具36消耗的三氢化磷总量已知，则三氢化磷达到20kg的预测时间(以天计)(亦即，到下一次消解工具维护的时间)由以下方程式给出：

若该信息传回到过程控制器16，后者具有自己的对处理工具12何时需要维护的内部计算，则控制器16可以使处理工具12与消解工具36的维护同步。这具有每年节省几天系统停机时间的潜力。

要明白，上述代表本发明的一个实施例，在不脱离后附的权利要求书所定义的本发明的真实范围的情况下，技术人员无疑会想到其他的实施例。

例如，真空泵26的控制器28还可以被布置成可监测在系统总线20上传送的信号。这可以通过把控制器28的接口通过个人计算机等连接至系统总线来实现，个人计算机监测在系统总线20上传送的信号，并向控制器28输出信号，把该信息包含在所监测的信号内。

作为另一个替代方案，系统总线20可以不用，过程控制器16输出的信号直接发送到泵控制器28和消解工具控制器42。

Claims (18)

1.一种控制处理系统的操作的方法，所述处理系统包含处理工具和用于所述处理工具的室的抽空系统，所述方法包含：

监测从所述处理工具传送的信号；

利用包含在所监测的信号内的信息产生包含关于所述抽空系统组件的工作特性或状态的所述处理工具的信息的信号；以及

传送所产生的信号。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述信号按照存储的算法产生。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述处理工具连接到系统总线，所述监测的信号在所述系统总线上于所述处理工具和主机之间传送。

4.按照权利要求3所述的方法，其中所述组件被配置成可监测在所述处理工具和所述主机之间传送的信号。

5.按照权利要求3或4所述的方法，其中所述产生的信号被传送到所述主机，它向所述处理工具传递包含在所述产生的信号内的信息。

6.按照权利要求5的所述方法，其中所述组件被配置成可在所述系统总线上向所述主机传送所述产生的信号。

7.按照前面任何一项权利要求所述的方法，其中所述处理工具被布置成可利用所述产生的信号内的信息来控制所述处理工具的工作特性或状态。

8.按照权利要求7所述的方法，其中所述处理工具按照存储的算法来控制。

9.按照前面任何一项权利要求所述的方法，其中所述抽空系统的组件是消解工具。

10.一种包含程序的计算机可读介质，在执行所述程序时，实施控制处理系统的操作，所述处理系统包含处理工具和用于所述处理工具的抽空系统，所述操作包含监测在所述处理工具和主机之间传送的信号，利用包含在所述监测的信号内的信息来产生包含关于所述抽空系统组件的工作特性或状态的所述处理工具的信息的信号，以及传送所述产生的信号。

11.一种处理系统中的抽空系统的组件，包含按照权利要求10所述的计算机可读介质。

12.一种用于包含处理工具的处理系统的抽空系统，其中所述抽空系统的组件中的至少一个包含用于监测从所述处理工具传送的信号的部件、用于利用包含在所述监测的信号内的信息来产生包含关于所述组件的工作特性或状态的所述处理工具的信息的信号的部件、以及用于传送所述产生的信号的部件。

13.按照权利要求12所述的系统，其中所述信息利用部件被配置成可按照存储的算法产生所述信号。

14.按照权利要求12或13所述的系统，其中所述监测部件被配置成可监测在被连接到所述处理工具的系统总线上于所述处理工具和主机之间传送的信号。

15.按照权利要求14所述的系统，其中所述信号传送部件被配置成可向所述主机传送所述信号。

16.按照权利要求15所述的系统，其中所述信号传送部件被配置成可在所述系统总线上向所述主机传送所述信号。

17.按照权利要求12至16中任何一项所述的系统，其中所述抽空系统的组件是消解工具。

18.一种处理系统，包含按照权利要求12至17中任何一项所述的处理工具和抽空系统，其中所述处理工具被布置成可利用产生的信号内的信息来控制其工作特性或状态。

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