TW201407040A - 調整一真空幫浦配備之操作參數的方法與裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種調整一真空幫浦配備之操作參數的方法，其包含：判定流動通過該真空幫浦配備之一氣體之特性；及基於該第一氣體之該經判定特性而設定該真空幫浦配備之操作參數。一控制器可經組態以根據該氣體之該等特性而執行調整該真空幫浦配備之該等操作參數的該方法。

Description

調整一真空幫浦配備之操作參數的方法與裝置

本發明係關於一種調整一真空幫浦配備之操作參數的方法及/或裝置，且更特定言之，本發明係關於一種基於流動通過該真空幫浦配備之氣體之熱特性而自動調整該真空幫浦配備之電力或溫度限制的方法及/或裝置。

用在半導體或其他工業製程中之一系統通常尤其包含一處理工具、具有一升壓幫浦及一後援幫浦之一真空幫浦配備及一消除器件。在半導體製造應用中，該處理工具通常包含一處理腔室，在該處理腔室中，一半導體晶圓被處理成一預定結構。該真空幫浦配備連接至該處理工具以抽空該處理腔室以在該處理腔室中產生用於進行各種半導體處理技術之一真空環境。可將由該真空幫浦配備自該處理腔室抽空之氣體導引至該消除器件，該消除器件在氣體被釋放至環境之前消滅或分解氣體之有害或有毒組分。

諸多半導體處理技術與在不同步驟中將各種氣體注入至處理腔室中相關聯。氫氣為諸如有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)及矽磊晶之處理中之一常用氣體。富氫氣體通常展現與包含更重氣態組分之氣體完全不同之特性。含有大比例氫氣之氣體趨於具有一高導熱率，而含有大比例重氣態組分之氣體趨於具有一更低導熱率。當透過一真空幫浦而抽吸富氫氣體時，轉子與 定子之間之溫度差趨於小於當氣體含有大比例重氣態組分時之溫度差。因此，相較於抽吸重氣體之一真空幫浦，抽吸富氫氣體之一真空幫浦存在一更低之卡滯風險，此係歸因於由熱膨脹導致之轉子與定子之間之一對撞。

不管幫浦卡滯之風險被如何良好地控制，通常無需完全驅動用在半導體製程中之真空幫浦。除氫氣之外，其他較重氣體亦存在於諸多半導體製程循環中之各種步驟中。為收納此等較重氣體，真空幫浦之電力限制通常經適當設定以避免由轉子與定子之間之一對撞導致之幫浦卡滯。因此，真空幫浦趨於未被充分利用。

再者，基於重氣體之熱特性而設定真空幫浦之溫度限制趨於在真空幫浦抽吸富氫氣體時導致頻繁假性跳脫(nuisance tripping)。幾乎總是自幫浦外殼之外部監測一真空幫浦之溫度，而該真空幫浦內部之臨界溫度由外部溫度推導出。一通用工業慣例為基於真空幫浦之外部溫度而適當設定限制以避免內部溫度超過一預定安全位準。歸因於氫氣之高導熱率，真空幫浦抽吸富氫氣體時之真空幫浦外部與內部之間之溫度差趨於小於真空幫浦抽吸重氣體時之真空幫浦外部與內部之間之溫度差。因為一真空幫浦之內部溫度趨於高於外部溫度，所以對於富氫抽吸氣體而言，基於重氣體之熱特性而設定之一限制可能過於保守。當真空幫浦抽吸富氫氣體時，此限制可輕易被超過，同時幾乎無幫浦卡滯之風險。此導致假性跳脫或一錯誤警報被觸發。

習知地，可回應於處理腔室之狀態而調整真空幫浦之轉速。可在美國專利第6,739,840中找到一實例，其係針對一種基於指示處理腔室是否在操作中之由一上游處理工具提供之一信號而控制真空幫浦以減少真空幫浦之電力消耗的方法。然而，此方法未考量使真空幫浦之提取性能最大化之自處理腔室抽空之氣體之化學及其他特性。亦未提供基於由處理工具產生之信號而調整真空幫浦之電力及/或溫度限制 之能力。

因而，需要一種基於當前流動通過真空幫浦之氣體之熱特性而調整真空幫浦之操作參數的方法及/或裝置。

本發明係針對一種調整一真空幫浦配備之操作參數的方法，其包括：判定流動通過該真空幫浦配備之一第一氣體之特性；及基於該第一氣體之該判定特性而設定該真空幫浦配備之操作參數。

本發明亦係針對一種裝置，其包括：一處理工具，其具有一處理腔室；一真空幫浦配備，其用於抽空該處理腔室；及一控制器，其經組態以回應於表示流動通過該真空幫浦配備之一第一氣體之特性之資訊而設定該真空幫浦配備之操作參數。

然而，將在結合附圖而閱讀時自特定實施例之以下描述而理解本發明之建構及操作方法以及本發明之額外目的及優點。

10‧‧‧系統

12‧‧‧處理腔室

14a‧‧‧氣體源

14b‧‧‧氣體源

16a‧‧‧控制閥

16b‧‧‧控制閥

20‧‧‧真空幫浦配備

22‧‧‧升壓幫浦

24‧‧‧後援幫浦

30‧‧‧控制器

100‧‧‧流程圖

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

112‧‧‧步驟

202‧‧‧升壓幫浦抽吸氫氣之電力消耗曲線

204‧‧‧升壓幫浦抽吸空氣之電力消耗曲線

206‧‧‧後援幫浦抽吸空氣之電力消耗曲線

208‧‧‧後援幫浦抽吸氫氣之電力消耗曲線

210‧‧‧第一預定臨限值

212‧‧‧第二預定臨限值

214‧‧‧第三預定臨限值

220‧‧‧壓力低於P2之區域

222‧‧‧壓力高於P3之區域

圖1繪示根據本發明之一些實施例之一系統之一示意圖，其中一處理腔室、一升壓幫浦及一後援幫浦串聯連接。

圖2繪示展示根據本發明之一些實施例之自動調整升壓幫浦及後援幫浦之操作參數之一方法的一流程圖。

圖3繪示比較根據本發明之一些實施例之真空幫浦在各種狀況中之電力消耗曲線的一曲線圖。

本發明係針對一種回應於以下各者而調整一真空幫浦配備之操作參數的方法及/或裝置：指示自該真空幫浦配備上游之一處理工具抽空之氣體之熱特性的一信號；或基於該真空幫浦配備之電力消耗模式之流動通過該真空幫浦配備之氣體之熱特性的一判定。可回應於由該真空幫浦配備自該處理工具接收之該信號而調整該真空幫浦配備之 操作參數，該信號指示自該處理工具抽空之氣體之化學及熱特性。若無此信號，則可藉由分析電力消耗模式而判定氣體之熱特性，此係因為不同氣體在其等流動通過該真空幫浦配備時產生不同電力消耗模式。

圖1繪示根據本發明之一些實施例之一系統10之一示意圖，其中一處理腔室12與一真空幫浦配備20串聯連接。真空幫浦配備20自處理腔室12抽出氣體且在處理腔室12內產生一真空環境以實施諸如沈積、蝕刻、離子植入、磊晶等等之某些處理。該等氣體可自一或多個氣體源(諸如由此圖中之14a及14b標定之氣體源)引入至處理腔室12中。氣體源14a及14b可分別經由控制閥16a及16b而連接至處理腔室12。可藉由選擇性開啟或關閉控制閥16a及16b而控制引入各種氣體至處理腔室中之時序。可藉由調整控制閥16a及16b之流體傳導而控制自氣體源14a及14b引入至處理腔室12中之氣體之流速。如上所討論，諸多半導體處理技術(諸如MOCVD、PECVD及矽磊晶)通常在一步驟中將富氫氣體注入至處理腔室12中，且在其他步驟中注入其他較重氣體。應瞭解，「富氫」意指氣體中之氫氣組分之莫耳分率為50%或更多或其質量分率為7%或更多。

真空幫浦配備20包含串聯連接之一升壓幫浦22及一後援幫浦24。升壓幫浦22之入口連接至處理腔室12之出口。升壓幫浦22之出口連接至後援幫浦24之入口。後援幫浦24之出口可連接至一消除器件(圖中未展示)，在該消除器件中，自後援幫浦24放出之廢氣經處理以減少廢氣對環境可能造成之有害影響。感測器(圖中未展示)可實施於真空幫浦配備20中以收集升壓幫浦22及後援幫浦24之各種量測之資料，諸如溫度、電力消耗、幫浦速率等等。感測器亦可經實施以量測升壓幫浦22及/或後援幫浦24之入口及/或出口處之氣體壓力。一控制器30可經實施以回應於指示自處理腔室12抽空之氣體之化學及熱特性 之一信號而調整真空幫浦配備20之參數。可由併入處理腔室12之一處理工具或經由一區域網路或網際網路而監測及控制該處理工具之一遠端主機電腦產生此信號。此信號可指示處理腔室12中之處理配方之一變化，且據此導致控制器30調整真空幫浦配備20之參數。另外，佈置於連接腔室12與真空幫浦配備20之前段管線(foreline)上之一或多個感測器(圖中未展示)可用於判定自腔室12抽空之氣體之性質或特性。

替代地，控制器30可實施於真空幫浦配備20中呈一控制電路之形式，該控制電路可分析資料以獲得真空幫浦配備20之電力消耗模式且可根據該等電力消耗模式而設定真空幫浦配備20之操作參數。

圖2繪示展示根據本發明之一些實施例之自動調整真空幫浦配備20之操作參數之一方法的一流程圖100。圖3繪示比較升壓幫浦22及後援幫浦24在各種狀況中之電力消耗曲線的一例示性曲線圖。參考圖2及圖3，最初在步驟102中，將升壓幫浦22及後援幫浦24設定至氫氣操作參數以適合於抽吸富含氫氣之氣體。氫氣操作參數可具有比重氣體操作參數高之電力或溫度限制。如上所討論，富氫氣體具有一高熱導率，其導致一真空幫浦之內部與外部之間之一低溫差且因此使該真空幫浦更難驅動。

步驟104判定升壓幫浦之電力消耗是否大於一第一預定臨限值。若電力消耗低於該第一預定臨限值，則程序返回至步驟104之開始部分。若電力消耗高於該第一預定臨限值，程序前進至步驟106。步驟106判定後援幫浦之電力消耗是否低於一第二預定臨限值。若電力消耗高於該第二預定臨限值，則程序返回至步驟104之開始部分。若電力消耗低於該第二預定臨限值，程序前進至步驟108，在步驟108中，將升壓幫浦及後援幫浦設定至重氣體操作參數。

如圖3中所展示，由202標定升壓幫浦抽吸氫氣之電力消耗曲線，而由204標定升壓幫浦抽吸空氣之電力消耗曲線。由208標定後援 幫浦抽吸氫氣之電力消耗曲線，而由206標定後援幫浦抽吸空氣之電力消耗曲線。此處，氫氣及空氣分別用作為富氫氣體及重氣體之代表以解釋圖2中所繪示之程序。x軸表示由串聯連接之升壓幫浦及後援幫浦建構之真空幫浦配備之入口處之氣體壓力。y軸表示升壓幫浦及後援幫浦之電力消耗。由210及212標定之水平線分別表示第一預定臨限值及第二預定臨限值。在壓力P1處，若透過升壓幫浦及後援幫浦而抽吸氫氣，則升壓幫浦之電力消耗將降至低於第一預定臨限值210，且氫氣操作參數將保持不變。然而，若透過升壓幫浦及後援幫浦而抽吸空氣，則在壓力P1處，升壓幫浦之電力消耗將高於第一預定臨限值210，同時後援幫浦之電力消耗將低於第二預定臨限值212。因而，升壓幫浦及後援幫浦將被設定至重氣體操作參數。

在將升壓幫浦及後援幫浦設定至重氣體操作參數(步驟108)之後，程序前進至步驟110，在步驟110中，比較升壓幫浦之電力消耗與一第三預定臨限值。若升壓幫浦之電力消耗高於該第三預定臨限值，則程序返回至步驟110之開始部分。若升壓幫浦之電力消耗低於該第三預定臨限值，則程序前進至步驟112，在步驟112中，比較升壓幫浦之速率與一預定速率臨限值。若升壓幫浦之速率慢於該預定速率臨限值，則程序返回至步驟110之開始部分。若升壓幫浦之速率超過該預定速率臨限值，則程序返回至步驟102，在步驟102中，將升壓幫浦及後援幫浦重新設定至氫氣操作參數。

如圖3中所展示，由214標定之水平線表示第三預定臨限值。在升壓幫浦之電力消耗低於第三預定臨限值之曲線圖中存在兩個區域，即，壓力低於P2之區域220及壓力高於P3之區域222。若升壓幫浦位於區域220中，則其速率將超過預定速率臨限值，且因此將可安全地將升壓幫浦及後援幫浦重新設定回歸至氫氣操作參數。然而，若升壓幫浦位於區域222中，則其速率將慢於預定速率臨限值，此係歸因於幫 浦之入口處之高壓力。在此狀況中，將幫浦重新設定至氫氣操作參數是不安全的，此係因為該等參數將過份強力地驅動幫浦，因此存在超過其安全限制之風險。

所揭示之方法能夠基於自真空幫浦配備收集之資料而調整真空幫浦配備之參數。若判定透過真空幫浦配備抽吸的是富氫氣體，則將採用氫氣操作參數，其能比使用重氣體操作參數時更強力地驅動真空幫浦配備。此使真空幫浦配備能夠以一更大容量操作，且不存在真空幫浦配備超過其電力或溫度限制之風險。

替代地，可回應於指示自處理腔室抽空至真空幫浦配備之氣體之化學及熱特性之一信號而調整真空幫浦配備之操作參數。如圖1中所展示，控制器30可經組態以回應於此信號而調整操作參數。控制器30可實施為一獨立器件或真空幫浦配備20之一整合部分。在本發明之一些實施例中，可由併入處理腔室12之處理工具產生該信號。在本發明之一些其他實施例中，可由經由一區域網路或網際網路而遠端地監測及控制處理工具及真空幫浦配備兩者之一主機電腦產生該信號。此外，可由佈置於腔室與真空幫浦配備之間之前段管線中之一或多個感測器產生該信號。

在一些半導體製程中，一真空幫浦配備用於在各種步驟中抽吸富氫氣體及重氣體兩者。習知地，若根據氫氣流而設計該真空幫浦配備，則將需要較大尺寸之該真空幫浦配備以在該真空幫浦配備抽吸重氣體時避免幫浦卡滯。與習知設計不同，所揭示之方法及裝置使該真空幫浦配備能夠回應於流動通過該配備之氣體之熱特徵而調整或自動調整其電力或溫度限制。因此，該方法及裝置能夠將該真空幫浦配備製成更小尺寸，且不會在該真空幫浦配備抽吸富氫氣體時損及其抽吸能力或不會在該真空幫浦配備抽吸重氣體時存在卡滯風險。

除使用電力消耗與入口氣體壓力之間之關係來判定流動通過一 真空幫浦配備之氣體之熱特性之外，亦可使用其他關係來作出判定。例如，可使用電力消耗與幫浦速率之間之關係來判定流動通過該真空幫浦配備之氣體之熱特性。作為另一實例，可使用電力消耗與幫浦之溫度之間之關係來判定流動通過該真空幫浦配備之氣體之熱特性。應瞭解，可藉由應用圖2中所繪示之程序而實現基於該等關係而設定該真空幫浦配備之操作參數，其中某些修改考量成此等關係之不同曲線圖案。應聲明，此等修改落在本發明之範疇內。

儘管本文已繪示及描述本發明(如一或多個特定實例所體現)，但非意欲使本發明受限於圖中所展示之細節，此係因為可在不背離本發明之精神之情況下及在申請專利範圍之等效物之範疇及範圍內於本文中作出各種修改及結構改變。據此，應當完廣義地且以與本發明之範疇一致之一方式陳述隨附申請專利範圍，如以下申請專利範圍中所闡述。

202‧‧‧升壓幫浦抽吸氫氣之電力消耗曲線

204‧‧‧升壓幫浦抽吸空氣之電力消耗曲線

206‧‧‧後援幫浦抽吸空氣之電力消耗曲線

208‧‧‧後援幫浦抽吸氫氣之電力消耗曲線

210‧‧‧第一預定臨限值

212‧‧‧第二預定臨限值

214‧‧‧第三預定臨限值

220‧‧‧壓力低於P2之區域

222‧‧‧壓力高於P3之區域

Claims (29)

1. 一種調整一真空幫浦配備之操作參數的方法，其包括：判定流動通過該真空幫浦配備之一第一氣體之特性；及基於該第一氣體之該經判定特性而設定該真空幫浦配備之操作參數。
2. 如請求項1之方法，其中判定該第一氣體之特性包括：該真空幫浦配備接收指示該等特性之一信號的一步驟。
3. 如請求項2之方法，其中由該真空幫浦配備上游之一處理工具提供該信號。
4. 如請求項2之方法，其中由將一處理工具連接至其下游之該真空幫浦配備之一前段管線中之一感測器產生該信號。
5. 如請求項4之方法，其中該感測器經組態以直接或間接量測該第一氣體之導熱率。
6. 如請求項1之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：在該真空幫浦配備抽吸通過其之該第一氣體時監測該真空幫浦配備之一性質；及基於該所監測性質而判定該第一氣體之該等特性。
7. 如請求項6之方法，其中該性質係一電力消耗模式。
8. 如請求項1之方法，其中該真空幫浦配備包括一升壓幫浦及一後援幫浦，該升壓幫浦及該後援幫浦以使得該升壓幫浦位於一處理腔室下游及該後援幫浦上游之一方式串聯連接至該處理腔室。
9. 如請求項8之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：判定該升壓幫浦在一給定時刻之一電力消耗是否高於一第一預定臨限值。
10. 如請求項8或9之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：若該升壓幫浦在該給定時刻之該電力消耗高於該第一預定臨限值，則判定該後援幫浦在該給定時刻之一電力消耗是否低於一預定第二臨限值。
11. 如請求項10之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：若該後援幫浦在該給定時刻之該電力消耗低於該第二預定臨限值且該升壓幫浦在該給定時刻之該電力消耗高於該第一預定臨限值，則將該第一氣體標定為一重氣體。
12. 如請求項10之方法，其中若在該給定時刻該後援幫浦之該電力消耗低於該第二預定臨限值且該升壓幫浦之該電力消耗高於該第一預定臨限值，則根據該重氣體之特性而將該等操作參數設定為重氣體操作參數。
13. 如請求項10之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：若該後援幫浦在該給定時刻之該電力消耗高於該第二預定臨限值且該升壓幫浦在該給定時刻之該電力消耗高於該第一預定臨限值，則將該第一氣體標定為一富氫氣體。
14. 如請求項10之方法，其中若在該給定時刻該後援幫浦之該電力消耗高於該第二預定臨限值且該升壓幫浦之該電力消耗高於該第一預定臨限值，則根據該富氫氣體之特性而將該等操作參數設定為氫氣操作參數。
15. 如請求項13之方法，其中該等氫氣操作參數具有比該等重氣體操作參數之電力限制高之針對該真空幫浦配備之一電力限制。
16. 如請求項13之方法，其中該等氫氣操作參數具有比該等重氣體操作參數之電力限制高之針對該真空幫浦配備之一溫度限制。
17. 如請求項12之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：判定該升壓幫浦之該電力消耗是否低於一第三預定臨限值。
18. 如請求項17之方法，其中該判定該第一氣體之特性包括：若該升壓幫浦之該電力消耗低於該第三預定臨限值，則判定該升壓幫浦是否超過一預定速率臨限值。
19. 如請求項17之方法，其中若該升壓幫浦超過該預定速率臨限值且該升壓幫浦之該電力消耗低於該第三預定臨限值，則根據該富氫氣體之特性而將該等操作參數設定為氫氣操作參數。
20. 如請求項7之方法，其中該電力消耗模式包括該真空幫浦配備之一電力消耗與該真空幫浦配備之一入口壓力之間之一關係。
21. 如請求項7之方法，其中該電力消耗模式包括該真空幫浦配備之一電力消耗與該真空幫浦配備之一抽吸速率之間之一關係。
22. 如請求項7之方法，其中該電力消耗模式包括該真空幫浦配備之一電力消耗與該真空幫浦配備之一溫度之間之一關係。
23. 一種裝置，其包括：一處理工具，其具有一處理腔室；一真空幫浦配備，其用於抽空該處理腔室；及一控制器，其經組態以回應於表示流動通過該真空幫浦配備之一第一氣體之特性之資訊而設定該真空幫浦配備之操作參數。
24. 如請求項23之裝置，其中該資訊呈由該處理工具產生之一信號之形式。
25. 如請求項24之裝置，其中由將該處理工具連接至其下游之該真空幫浦配備之一前段管線中之一感測器產生該信號。
26. 如請求項25之裝置，其中該感測器經組態以直接或間接量測該第一氣體之導熱率。
27. 如請求項23之裝置，其中該資訊呈該真空幫浦配備之一監測性質之形式。
28. 如請求項27之裝置，其中該監測性質包括一電力消耗模式。
29. 如請求項28之裝置，其中該真空幫浦配備包括一升壓幫浦及一後援幫浦，該升壓幫浦及該後援幫浦以使得該升壓幫浦位於一處理腔室下游及該後援幫浦上游之一方式串聯連接至該處理腔室。