TW201633423A - 排氣裝載鎖室的方法、裝載鎖系統及電腦可讀儲存媒體 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於在將半導體基板裝載至半導體處理工具的裝載鎖室中及自所述裝載鎖室卸載所述半導體基板期間減少微粒污染的系統及方法。提供一種測量裝載鎖內部與外界大氣之間的差壓的感測器。所述方法使用預測何時停止裝載鎖排氣的演算法，以使得在每次門開啟時實現小的、可重複的正壓力猝發。此演算法將針對排氣速率及系統排氣部件的回應時間的變化而自動作出調整。

Description

在排氣後所需壓力下打開裝載鎖定門閥的系統和方法
最概括而言，本發明涉及一種用於對裝載鎖室進行排氣以在門開啟時產生所需壓力猝發的方法和系統。所述系統是自動修正性的，且針對可在各種工具之間、以及在同一工具上隨時間經過發生的排氣速率及排氣部件回應時間的變化進行調整。
半導體製造設施中的許多工具在高真空環境中處理晶圓。由於晶圓在大氣中自一個工具移動至另一個工具，因此每一工具具有一種將晶圓裝載至過渡真空室（裝載鎖）中以在所述晶圓被機器搬運至其高真空環境中之前移除空氣壓力的方式。相反，此同一裝載鎖通常用以在晶圓被處理之後將晶圓自高真空環境移回至大氣以進行移除。
在移動至工具中及自工具移出時，晶圓將歷經許多處理製程，所述製程有可能會攪起顆粒並使所述顆粒沉積於晶圓的表面上。對於所有高真空處理工具而言，在排氣之後開啟裝載鎖門的同時發生的壓力猝發可能是造成微粒污染的主要原因。此污染可破壞晶圓頂部上的半導體裝置，且由於其特徵大小持續縮小，因此此顆粒對裝置良率的影響被放大。
由於微電子裝置的臨界尺寸在矽晶圓上持續縮小，因此已作出越來越多的努力來減少在半導體製造設備上在各製程之間搬運晶圓時晶圓上的空氣顆粒的量。如上所述，眾所周知，晶圓上的顆粒的主要可能來源是在晶圓在自機器移除之前自其中處理晶圓的半導體工具的高真空返回至大氣壓力的過渡期間。當在此過渡的末尾開啟裝載鎖門時，顯著的壓力猝發可將來自附近表面的粉塵顆粒逐出。這些粉塵顆粒可在晶圓被移除時沉積於晶圓上。
通常以氮氣對裝載鎖進行排氣。如果在開啟門之前裝載鎖中的氮氣壓力大於外部空氣，那麼將產生正壓力猝發。如果此猝發足夠大，那麼猝發氣流可將來自裝載鎖內部、門周圍的附近表面的粉塵顆粒揚起。然後，隨著晶圓被搬運進/出裝載鎖，顆粒可沉澱在晶圓的頂部上。如果在氮氣壓力顯著低於外界空氣壓力時開啟門閥，那麼可產生沿相反方向的壓力猝發。研究已表明，此情景可導致更嚴重的污染，因為外界空氣急速沖過門的O形環、揚起粉塵顆粒、並將所述粉塵顆粒沉積在晶圓及裝載鎖內部表面上。
一般而言，使門開啟時氮氣及空氣的湍流保持為最小是可取的。理論上，如果內部空氣與外部空氣的壓力相等，那麼將不存在湍流且顆粒污染的風險將被最小化。實際上，由於感測器的準確度及閥響應延遲，可能難以使壓差在開啟門之前接近零。此外，在半導體製作的高通過量環境中將避免增加長的壓力穩定延遲時間，在所述半導體製作中，晶圓被盡可能快地引入、處理、然後自機器移除。
綜上所述，有益的是存在一種裝載鎖系統及方法以在以高通過量運作的同時使壓力猝發最小化。此外，所述系統及方法適於系統的動態排氣回應中的變化將頗為有利。
本發明公開一種用於對半導體處理工具中的裝載鎖室進行排氣的系統及方法。所述系統及方法包括在裝載鎖內部使用單個壓力計以測量裝載鎖內部與外界大氣之間的壓差。通過在排氣循環的不同部分處測量此壓力，可確定在門開啟之前何時停止裝載鎖排氣。提供小的正目標壓力猝發至系統的演算法。此演算法是自動修正性的，因此可提供同一目標壓力猝發，而無論系統的動態排氣回應中的變化（例如經調節的排氣壓力或工具與工具間的排氣線管道差異）如何。此系統及方法也容許在裝載鎖中具有可重複的壓力猝發，其中半導體工具中越來越高的排氣速率及系統中固有的硬體延遲使得有必要檢測壓力升高的速率並在實現大氣壓力之前開始關閉排氣閥。
根據一個實施例，公開一種用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法。所述方法包括：經由排氣閥供應氣體至所述裝載鎖室；在供應所述氣體的同時，測量所述裝載鎖室內的壓力升高速率；基於所測量的壓力升高速率而確定排氣停止延遲時間，所述排氣停止延遲時間界定何時停用所述排氣閥；在所述排氣停止延遲時間之後關閉所述排氣閥；以及開啟所述裝載鎖室的門，其中當所述門開啟時產生壓力猝發。
根據另一實施例，公開一種裝載鎖系統。所述裝載鎖系統包括：具有門的裝載鎖室；氣體源，經由排氣閥而與所述裝載鎖室連通；壓力感測器，安置於所述裝載鎖室上，以測量所述裝載鎖室與大氣之間的差壓；以及控制器，其中所述控制器：致動所述排氣閥，以供應所述氣體至所述裝載鎖室；在供應所述氣體的同時，利用所述壓力感測器測量所述裝載鎖室內的壓力升高速率；基於所測量的壓力升高速率而確定排氣停止延遲時間，所述排氣停止延遲時間界定何時停用所述排氣閥；在所述排氣停止延遲時間之後關閉所述排氣閥；以及開啟所述裝載鎖室的所述門，其中當所述門開啟時產生壓力猝發。
根據另一實施例，公開一種非暫時性電腦可讀媒體。所述電腦可讀媒體包含指令，所述指令在由控制器執行時使所述控制器進行以下操作：致動排氣閥，以供應氣體至裝載鎖室；在供應所述氣體的同時，利用壓力感測器測量所述裝載鎖室內的壓力升高速率；基於所測量的壓力升高速率而確定排氣停止延遲時間，所述排氣停止延遲時間界定何時停用所述排氣閥；在所述排氣停止延遲時間之後關閉所述排氣閥；以及開啟所述裝載鎖室的門，其中當所述門開啟時產生壓力猝發。在又一實施例中，所述電腦可讀儲存媒體還包括在由所述控制器執行時使所述控制器進行以下操作的指令：將所述壓力猝發的大小及方向與壓力猝發目標進行比較，以及基於所述壓力猝發的所述大小及所述方向與所述壓力猝發目標的比較而改變所述排氣停止延遲時間。
公開一種方法及系統，所述方法及系統減少在裝載鎖門向製作區域環境開放時的顆粒污染。此是通過預測何時停止排氣以在每次開啟門時產生小的、可重複的正壓力猝發而實現的。所述系統及方法在門最初開啟時在排氣循環的末尾測量來自裝載鎖內部的單個差壓計的信號，並在門為開啟狀態時週期性地測量所述信號。
此外，所述系統在裝載鎖正在排氣的同時提供對差壓信號的監測，以確定排氣閥可關閉的確切時間從而在門被開啟時產生可重複的、小的、向外的壓力猝發。
圖1示出連接至半導體處理工具的一部分的裝載鎖室。裝載鎖13形成半導體工具18的一部分並容許半導體基板（例如，晶圓）經由裝載鎖13的門15被裝載至半導體工具18中。半導體工具18可為在半導體製造行業中使用的各種處理設備工具中的任一者。半導體工具18可為高真空工具，在所述高真空工具中，晶圓在接近真空條件下或在極低的壓力下得到處理。半導體工具18可為離子注入機、蝕刻工具、沉積工具或在半導體裝置製作行業中使用的各種其他工具中的任一者。本發明並不限制半導體工具18的類型。
半導體基板（通常呈晶圓的形式）首先穿過裝載鎖13以進入半導體工具18的高真空處理部。首先，開啟門15以使得能夠以機器手或其他機械裝載將未經處理的晶圓插入至內部。接著，關閉門15，並通過首先開啟將裝載鎖13的室連接至粗抽泵（rough pump）17的粗抽閥16而移除裝載鎖13內的空氣。此系統通常通過關閉粗抽閥16並向渦輪泵（圖中未示出）開放裝載鎖13的室而過渡至高真空。一旦裝載鎖13內部的室已被抽至高真空，便開啟狹槽閥19以使得機器手能夠自裝載鎖13取出晶圓並將其放置到半導體工具18的處理室中以進行處理。在晶圓已得到處理並返回至裝載鎖13之後，關閉狹槽閥19並對裝載鎖13的室進行排氣以使所述室返回至大氣壓力以自半導體工具18進行移除。
在本實施例中，差壓感測器14測量裝載鎖13內部的壓力，且可為任何類型的能夠測量裝載鎖13內部與外部之間的壓力差的感測器。在另一實施例中，此差壓可自複合測量計的上量程（top range）確定。所述複合測量計是一種混合壓力計，其中所述測量計的上量程是來自內部相對壓力感測器的差壓測量的結果，且所述測量計的下量程（lower range）是來自絕對壓力感測器的絕對壓力測量的結果。
在排氣循環期間，開啟排氣閥11以容許惰性氣體（例如，氮氣）流入裝載鎖13中直至其內部壓力增大至外界空氣的壓力。在大多數工具中，在工具內部的所有晶圓傳遞及處理階段均被最優化以獲得最大速度，從而使得所述工具能夠在某一時間量內處理盡可能多的基板（通過量）。通常，為使排氣階段的氮氣流保持設定至所需速率，在生產之前設置工具時將調節器12手動調整至某一壓力。為加快排氣循環以提高通過量，此調節器12有時被設定至盡可能高的壓力。
控制器10與差壓感測器14、排氣閥11、控制裝載鎖13的門15的門閥、及粗抽閥16連通。差壓感測器14可為可準確測量真空室內部與外界空氣間的壓差的壓電感測器類型或類似的感測器。在某些實施例中，可使用進行相對壓力測量而非絕對壓力測量的感測器。控制器10包括處理單元，例如通用電腦、專門設計的微控制器、或任何其他適當的處理單元。處理單元與記憶元件（也稱為電腦記憶體）通信，所述記憶元件儲存將由處理單元執行的指令。這些指令可使得控制器10能夠執行本文中所述的方法。這些指令可儲存於任何非暫時性電腦可讀儲存媒體上。在運作中，控制器10接收來自差壓感測器14的壓力讀數，輸出調節排氣閥11的控制信號，並控制與裝載鎖13的門15相關聯的門閥，如以下將更詳細地闡述。電腦記憶體也可用以在運作期間儲存各種參數值。
圖2A、圖2B及圖2C說明示出根據本發明實施例的示例性操作序列的流程圖。此操作序列可由控制器10執行。此操作序列在由處理單元執行時可被稱為演算法。
在處理100處，開啟裝載鎖13的門15，且裝載鎖13是空的並準備好接受未經處理的晶圓以進行抽氣。在此門是開啟的時間期間，定期（例如，每隔10秒）記錄差壓（稱為PDoorOpen （P開門 ））以確保差壓穩定。也將在門已被開啟至少10秒時及然後在門開始再次關閉時進行取樣。由於此為差壓計及門是開啟的，所以壓力應記錄0托的差壓。如果在門開啟的同時此PDoorOpen 值因測量漂移而發生顯著變化，那麼系統將向操作者發出警告。在完成對裝載鎖13的排氣時，將在門開啟時取樣的最新PDoorOpen 值載入電腦記憶體以供稍後在演算法中使用。
在處理101處，將未經處理的晶圓傳遞至裝載鎖13中。在傳遞之後，致動門閥，此會關閉裝載鎖13的門15。
在處理102處，通過開啟粗抽閥16而將裝載鎖13抽至高真空，粗抽閥16通常連接至粗抽泵17。在粗抽循環之後，裝載鎖系統通常將轉換至抽氣的第二階段，使用渦輪泵使裝載鎖下降至更接近半導體工具18中的高真空壓力的壓力，半導體工具18可為處理室。在所屬領域中可獲得且可使用各種適當粗抽/高真空（hivac）系統。
在處理103處，開啟位於裝載鎖13與半導體工具18之間的狹槽閥19，以使得晶圓可由機器手搬運至處理室中以進行處理。在處理之後，將晶圓送回至裝載鎖並關閉狹槽閥19。在所屬領域中可獲得且可使用各種用以在裝載鎖與處理室之間移動晶圓並使各室彼此隔絕的適當方法。
在處理104處，控制器10開啟排氣閥11以開始排氣循環，以便使裝載鎖壓力回升至大氣壓力。可使用常規系統來對裝載鎖室進行排氣，例如通過利用氮氣或另一惰性氣體進行清除。在所屬領域中可獲得且可使用各種適當的清除/排氣系統。排氣的速率通常由調節器12的壓力設定。
在處理105處，所述方法等待裝載鎖內部與外界大氣之間的差壓處於預設差PSubATM （P低壓 ）內。此低於所需交叉壓力（crossover pressure），在所述交叉壓力下門將開啟。此為系統將開始監測裝載鎖13內的壓力升高速率時的閾壓力。在某些實施例中，PSubATM 的值可為-50托，但可視需要使用其他值。
在處理106處，壓力已升高以使得裝載鎖13內的壓力與大氣之間的差處於PSubATM 水準內。此時，將壓力的升高速率RSubATM （R低壓 ）記錄在記憶體中以供稍後使用。可以不同濾波器（filter）或時窗（time windows）來產生以托/秒為單位元測量的此速率。在某些實施例中，其可為在處理105的時間的二分之一中的平均壓力升高。用以與PSubATM 水準進行比較的差壓信號可不被重度濾波，因為其停止進行排氣時的壓力優選地盡可能與實際壓力接近。此外，所述速率可在達到PSubATM 水準之前被計算。舉例而言，在一個實施例中，通過計算經由在1秒中每隔50毫秒取樣的20個未經濾波壓力樣本計算最小二乘擬合線（least squares fit line）的斜率而計算RSubATM 。在排氣循環的開始，此速率每隔50毫秒便開始更新，以使得在獲得PSubATM 水準的時間之前，已在最後一秒內測量了準確的速率。在其他實施例中，可使用不同的程式來計算壓力的升高速率RSubATM 。
在處理107處，在壓力的升高速率RSubATM 到達PSubATM 水準以上時，檢查壓力的升高速率RSubATM 。對於在其硬體或動態反應中未發生變化的給定系統而言，此RSubATM 應相同於之前所測量的值。換句話講，如果系統的硬體或動態回應中未發生變化，那麼隨著裝載鎖接近大氣壓力，裝載鎖內的壓力升高速率可為可重複的。
在處理108處，如果此RSubATM 顯著不同於系統被初始校準時，那麼可警告操作者發生了某些變化並提示操作者調查排氣系統，尤其是調節器設定值。舉例而言，如果調節器12在若干周之前的校準常式期間被設定至6 PSI（pounds per square inch，磅力每平方英寸），且在那時的排氣循環期間的所測量的RSubATM 為10托/秒，那麼系統預期在壓力與PsubATM 交叉時，後續的排氣也測量到10托/秒的速率。然而，在校準之後，另一操作者可將調節器12的設定值自一種設定值（例如，6 PSI）改變成第二種設定值（例如，50 PSI），而未重新運行校準常式。此將使得在同一PSubATM 下具有增大的升高速率，例如約54托/秒。因此，如果系統不相應地將排氣停止延遲縮短，那麼在門被開啟時將造成非常大的壓力猝發。處理111闡述系統將如何適應此變化並即時（on-the-fly）產生新的排氣停止延遲DVentStop （D排氣停止 ）以使得門仍以所需小的、正壓力猝發開啟。然而，即使系統在調節器12的設定值自6 PSI變為50 PSI之後自動地調整其自身以保持同一壓力猝發，操作者可仍被通知注意系統中的此物理變化。
在處理109處，系統將檢查RSubATM 是否處於可重複性視窗內。此可重複性視窗可小於在處理107中檢查的校準視窗。舉例而言，在某些實施例中，所述可重複性視窗可為+/- 3托/秒，但可使用其他值。對於在其硬體或動態回應中未發生變化的給定系統而言，此RSubATM 可與上一次相同。
在處理110處，如果此RSubATM 處於可重複性視窗之外，那麼系統確定系統中發生了某些變化，且系統上次使用的排氣停止延遲DVentStop 不能被信任。舉例而言，如果操作者將調節器壓力自10 PSI改變為50 PSI而未運行新的校準常式，那麼此處理將檢測到所述速率突然比預期的速率大得多。
在處理111處，由於此增壓速率RSubATM 處於可重複性視窗的界限之外，所以系統將如下所述自動重新計算新的理論DVentStop ：   DVentStop =  [(PDoorOpen + PBurstTarget ) –PSubATM ] / RSubATM
其中PDoorOpen 是距門最後開啟時的最近差壓測量，其在理論上應為零。PBurstTarget （P猝發目標 ）是壓力猝發目標，其可為約4托，且可被計算為由顧客或工具操作者設定的可接受的猝發範圍的中點。PSubATM 是在其下完成此計算的預選差壓，其如上所述可為約-50托，且RSubTAM 是此時以托/秒為單位元的壓力升高速率。此計算也可包括小的負偏移（negative offset），以解釋排氣閥氣動的回應延遲及測量計濾波延遲。
通過將RSubTAM 速率計算在內，系統自動修正速率的顯著變化，此速率的顯著變化可能是由於調節器壓力的變化或對其他設定值作出的改變。舉例而言，在某些實施例中，遞送至調節器12的氮氣的實際壓力可變化。在此種情形中，調節器12的設定值可能不反映所引入氮氣的實際壓力。在某些實施例中，關閉排氣閥11或閘15的時間可隨時間變化，且可自在執行校準常式時存在的時間漂移。此外，用於遞送氮氣的管的差異可影響裝載鎖13處存在的實際壓力。舉例而言，如果調節器12遠離裝載鎖13安置，那麼裝載鎖13處的壓力可小於由調節器12表示的壓力。
在處理112處，啟動DVentStop 延遲計時器，且系統將等待直至此計時器的時間已到期。此DVentStop 延遲若在RSubTAM 速率處於可重複性視窗內的情況下為在上一排氣循環期間使用的同一延遲，或者將為在處理111中計算的新值。
在處理113處，DVentStop 延遲計時器的時間已到期，且系統發送控制信號以關閉排氣閥11。由於在發送用以關閉閥的所述控制信號與實際關閉及停止氣流之間的延遲時間，因此裝載鎖13內的壓力將繼續升高。此壓力升高超過量在較高的排氣速率下（例如，在調節器壓力被設定為高值時）可變得更顯著。
在處理114處，系統等待固定的穩定時間量，其可為約2秒，除非壓力下降為低於差壓猝發目標PBurstTarget 。
在處理115處，測量在穩定時間期間壓力的下降，其被稱為PVentStop_Sag （P排氣停止 _ 下降 ）。
在處理116處，測量門開啟之前的差壓。
在處理117處，開啟裝載鎖13的門15。
在處理118處，所述方法等待經濾波的差壓測量穩定。此經濾波的差壓測量可通過使用控制器10以對自差壓感測器14讀取的壓力讀數執行濾波功能而獲得。此等待週期可為任何適當值，例如約5秒。
在處理119處，取此經濾波的差壓測量並將其儲存為PDoorOpen 。在某些實施例中，在排氣循環期間的用以與PSubATM 水準進行比較的差壓信號的確具有重度濾波器，因為其值可盡可能地接近實際壓力。然而，當門開啟時，預期差壓測量為零，且任何波動最有可能是由線路雜訊或測量計漂移而導致。因此，可對此信號使用重度濾波器以提高準確度。在其他實施例中，在門開啟時可不對此信號進行濾波。
在處理120處，由於已進行最新PDoorOpen 差壓測量，所以可計算PBurst （P猝發 ）。PBurst 僅為在門被開啟之前的壓力測量與後來的PDoorOpen 壓力的差。
在處理121處，系統檢查PBurst 值是否處於由顧客或工具操作者設定的可接受的猝發範圍之外。
在處理122處，如果猝發PBurst 處於可接受的猝發範圍之外，那麼計算新的DVentStop 。此新的DVentStop 可計算如下：   DBurstAdjust （D猝發調整 ）=  (PBurst – PBurstTarget ) / RSubATM TVentStopCalculated （T計算排氣停止 ）=  [(PDoorOpen + PBurstTarget ) –PSubATM ] / RSubATM DVentStop =  TVentStopCalculated -  DBurstAdjust DVentStopNew （D新排氣停止 ）=  0.5＊(DVentStop + DVentStopOld （D舊排氣停止 ）)
由於此DVentStop 是在實際測量的壓力猝發之後立即執行的，因此其可包括壓力猝發的大小及方向以提高下一次的準確度。針對下一排氣循環，所述方法通過測量PBurst 並修改新的DVentStop 延遲而自動修正異常大的壓力猝發以使其更接近壓力猝發目標PBurstTarget 。標準自動修正濾波可通過僅修改新的DVentStop 以及此PBurst 的一部分而完成。所述系統也對其中PBurst 處於可接受的猝發範圍之外的連續門開啟的次數進行計數。
在處理123中，如果出於某種原因存在太多連續的排氣循環從而導致壓力猝發處於可接受的猝發範圍之外，那麼所述系統可向操作者發出警告或錯誤消息。如果在排氣期間可接受的猝發範圍被設定得太嚴格或高的調節器壓力使得壓力讀數異常雜亂，那麼上述情況可能會發生。在這些情形中，操作者可調查系統，且可作出改變，例如調整可接受的猝發範圍及/或調整調節器壓力。
在處理124中，壓力猝發PBurst 處於可接受的猝發範圍內。在此種情形中，DVentStop 將保持不變。
在處理125中，系統檢查排氣下降的大小以判斷其是否處於可接受的窗口之外。此排氣下降為由排氣閥延遲時間導致的壓力超出量及減輕此超出壓力的可能的門閥密封洩露的組合。此也可為由安置在差壓感測器內部的壓電感測器的鬆弛造成的假像。在某些實施例中，此下降可被容許在門開啟之前穩定以避免異常高的壓力猝發。如果所述下降實際為感測器假像，那麼容許其在開啟門之前穩定將避免此異常高的壓力猝發測量。
在處理126中，如果排氣下降大小太大，那麼系統可警告操作者。在某些實施例中，排氣下降的閾值可為約12托，但可使用其他值。在此種情形中，操作者可進行檢查以確保門閥被恰當地對準，且可進行檢查以確保門閥密封是潔淨的且無洩漏，從而使得裝載鎖能夠保持合理的超出壓力。
在處理127中，系統檢查門開啟壓力PDoorOpen ，以確保其保持處於可接受的範圍內。由於此為差壓計，因此其在門開啟時應保持接近於零而無論絕對大氣壓力如何。
在處理128中，系統可警告操作者重新校準差壓計，因為PDoorOpen 門開啟壓力漂移至可接受的範圍（即，+/-5托）之外。此也可能是由於測量計出現故障。在重新校準或替換測量計之後，可重新運行壓力猝發校準常式。
在其中操作者接收到警告的每一情形中，系統可以多種方式向操作者發出警告。在某些實施例中，控制器10與顯示裝置（圖中未示出）通信，且警告被顯示於顯示裝置上。在其他實施例中，控制器10可與通信網路通信，以使得消息（例如，電子郵件消息或文字消息）可被發送至操作者。當然，也可使用用於向操作者遞送警告的其他方法。
圖3A說明示出具有低調節器壓力的裝載鎖的示例性排氣的信號回應趨勢。
在時間200處，因為調節器壓力低，所以以低速率（例如，約6托/秒）對裝載鎖進行排氣。在此實例中，調節器壓力可為約10 PSI。
在時間201處，差壓達到在校準PSubATM(C) （P低壓 (C) ）處建立的裝載鎖內的壓力與大氣壓力之間的目前差。此時，裝載鎖內的壓力可為與大氣均衡相差50托。
在時間202處，系統對自排氣的開始被持續更新的經濾波升高速率RSubATM(1) （R低壓 (1) ）信號進行取樣。在此實例中，升高速率為約6托/秒。
在時間203處，系統檢查RSubATM(1) 是否處於某一容差內，例如，位於在校準時確定的升高速率的約+/-5%內。在此實例中，未對系統的動態回應（例如，調節器壓力）作出改變。因此，RSubATM 保持處於在系統校準期間建立的預期容差視窗內。
在時間204處，系統啟動DVentStop(0) （D排氣停止 (0) ）延遲計時器並等待此計時器的時間到期。所述系統在此時間期間繼續朝大氣進行排氣。
在時間205處，DVentStop(0) 到期，且系統開始關閉排氣閥。
在時間206處，由於排氣閥硬體及控制系統可具有顯著延遲時間，故在發送關閉閥的命令之後裝載鎖中的壓力可繼續升高。舉例而言，在6托/秒的低排氣速率下，500毫秒的氣動排氣閥延遲將導致在已發出關閉閥的命令之後有3托的壓力升高。與在半導體製造設備中的裝載鎖系統的壓力猝發容差相比，此3托的壓力升高是顯著的，所述半導體製造設備中的裝載鎖系統可利用小的猝發目標容差，例如小於+/-2托。
在時間207處，排氣閥物理關閉且壓力停止升高。
在時間208處，系統等待固定的壓力穩定延遲，例如約2秒。在此延遲到期之後或如果由於下降而導致壓力低於壓力猝發目標，系統將開始開啟裝載鎖門。
在時間209處，穩定延遲已到期，且系統即將開啟所述門。此時，在命令排氣閥關閉之後，系統測量PVentStopSag(1) （P排氣停止下降 (1) ）。此為在命令閥關閉之後的峰值壓力與就在門即將開啟之前的壓力之間的差。此下降壓力可能是由於洩露的門閥密封，且可用於警告操作者此下降的大小是否過大，例如大於20托。所述下降也可能是由於在停止排氣時由壓電差壓感測器的鬆弛引起的假像。在此種情形中，此下降大小將不被用以警告操作者，因為其為正常系統運作的假像。在某些實施例中，可不測量所述下降。
在時間210處，發送開啟門的命令。就在發送此命令之前測量差壓，以使得可稍後計算門開啟壓力猝發大小及方向。
在時間211處，系統檢測到門完全開啟並啟動固定門開啟延遲計時器。此時，半導體工具可往來於裝載鎖而傳遞材料。
在時間212處，門開啟延遲計時器時間到期且採集差壓感測器的經濾波的樣本以確定門開啟壓力PDoorOpen(1) （P開門 (1) ）。理論上，此應該始終為0托，但由於測量計感測器漂移，測量計中的小的偏移可隨著時間累積。
在時間213處，測量門開啟壓力猝發PBurst(1) （P猝發 (1) ）的大小及方向。此為就在門開啟之前採樣的差壓及閘開啟壓力PDoorOpen(1) 之間的差。
在時間214處，測量猝發PBurst(1) 與在校準時建立的所需壓力猝發目標PBurstTarget(C) （P猝發目標 (C) ）之間的差。在此種情形中，所述差處於在校準時建立的猝發可重複性容差（例如，+/-3托）內，因此未針對下一排氣循環對排氣停止延遲DVentStop 作出改變。簡而言之，系統處於校準容差內且猝發接近目標，因此未針對下一次作出改變。
在時間215處，用於下一排氣循環的新的排氣停止延遲DVentStop(1) （D排氣停止 (1) ）與當前DVentStop(0) 相同。
圖3B說明示出在操作者已將調節器12自低壓力改變為高壓力而未運行任何校準常式之後裝載鎖的示例性排氣的信號回應趨勢。此圖為此系統的自動修正特徵的示例。所述圖例示系統如何自動調整至較快排氣速率、避免大的壓力猝發、得知新的排氣速率並向操作者作出警告。在此實例中，排氣速率被設定為50托/秒，因為調節器壓力被設定為高值，例如50 PSI。
在時間300處，因為調節器壓力高，所以以高速率對裝載鎖進行排氣。
在時間301處，差壓達到在校準PSubATM(C) 處建立的裝載鎖內的壓力與大氣壓力之間的目前差。此時，裝載鎖內的壓力可為與大氣平衡相差50托。
在時間302處，系統對自排氣的開始被持續更新的經濾波升高速率RSubATM(2) （R低壓 (2) ）信號進行取樣。在此實例中，升高速率為約50托/秒。
在時間303處，系統檢查RSubATM(2) 是否處於上一次測量速率的某一容差內（即，圖3A所示的RSubATM(1) （R低壓 (1) ））。在此實例中，由於操作者改變了調節器排氣壓力，因此排氣速率大幅升高。由於RSubATM(2) 處於在系統校準期間建立的預期容差視窗之外，所以可以警告或錯誤消息通知操作者。然而，由於半導體工具頻繁地處於沒有操作者在場的遠端控制下且材料仍然被自機器移除，所以預期繼續運行排氣常式。在此種情形中，系統知曉已對裝載鎖排氣速率作出顯著改變，且其無法再信任DVentStop(1) （D排氣停止 (1) ）延遲用來實現可接受的容差內的壓力猝發。
在時間304a處，由於RSubATM(2) 處於容差之外，所以系統不使用在低調節器壓力下建立的DVentStop(1) 延遲（參見圖3A）。如果使用此延遲，那麼裝載鎖可經歷嚴重的過度增壓並從而導致門開啟壓力猝發。
在時間304b處，系統計算理論排氣停止延遲DVentStop(T) （D排氣停止 (T) ），如在處理111中所解釋。接著，系統啟動此排氣延遲計時器並等待此計時器的時間到期。在此實例中，針對此較高排氣壓力的此排氣延遲DVentStop(T) 顯著小於針對低排氣壓力建立的DVentStop(1) 延遲。所述系統在此時間期間繼續朝大氣進行排氣。
在時間305處，DVentStop(T) 到期，且系統開始關閉排氣閥。
在時間306處，由於排氣閥硬體及控制系統可具有顯著延遲時間，因此在發送關閉閥的命令之後裝載鎖中的壓力可繼續升高。舉例而言，在50托/秒的快速排氣速率下，500毫秒的氣動排氣閥延遲將導致在已發送關閉閥的命令之後有25托的壓力升高。當與在半導體製造設備中的裝載鎖系統的壓力猝發容差相比，此25托的壓力升高是嚴重的，所述半導體製造設備中的裝載鎖系統可利用小於+/-2托的猝發目標容差。
在時間307處，排氣閥物理關閉且壓力停止升高。
在時間308處，系統等待固定壓力穩定延遲。在此延遲到期之後或如果由於下降而導致壓力低於壓力猝發目標，系統將開始開啟裝載鎖門。在此種情形中，壓力下降至低於PBurstTarget(C) （P猝發目標 (C) ）的壓力猝發目標水準，因此門在等待穩定延遲計時器的時間到期之前在此時開始開啟。
在時間309處，系統即將開啟所述門。此時，在命令排氣閥關閉之後，系統測量PVentStopSag(2) （P排氣停止下降 (2) ）。
在時間310處，發送開啟門的命令。
在時間311處，系統檢測到門被完全開啟並啟動固定門開啟延遲計時器。
在時間312處，門開啟延遲計時器時間到期且採集差壓感測器的經濾波的樣本以確定門開啟壓力PDoorOpen(2) （P開門 (2) ）。
在時間313處，測量門開啟壓力猝發PBurst(2) （P猝發 (2) ）的大小及方向。
在時間314處，測量猝發PBurst(2) 與在校準時建立的所需壓力猝發目標PBurstTarget(C) 之間的差。在此種情形中，所述差處於在校準時建立的猝發可重複性容差內，因此未針對下一排氣循環對排氣停止延遲DVentStop(T) 作出改變。簡而言之，即使系統因為調節器壓力被改變而處於排氣速率容差之外，系統仍處於猝發容差內且猝發接近目標，因此未針對下一次作出改變。
在時間315處，將用於下一排氣循環的新的排氣停止延遲DVentStop(2) （D排氣停止 (2) ）設定至新的DVentStop(T) 。在此實例中，此系統的自動修正特徵明顯，其中此小得多的DVentStop(2) 已根據系統的新的排氣速率RSubATM(2) 被自動計算。如在時間303處所提到的，在每一排氣循環期間操作者可繼續被警告排氣速率處於在低壓力調節器校準期間建立的限值之外。操作者繼而可檢驗硬體、重新校準系統、並重新調整調節器。同時，工具可繼續在高調節器壓力下運行並使壓力猝發處於可接受的容差之內而無需操作者干涉。
此系統及方法對導致並包括裝載鎖門開啟的序列進行優化，以使得任何所得的壓力猝發受到控制，從而最小化顆粒污染。
所述系統具有在每次開啟門時產生小的、可重複的正壓力猝發的能力。在某些實施例中，所述壓力猝發為約4托。此猝發確保避免流入裝載鎖的負壓力，並使在門開啟時自裝載鎖流出而進入製作區域環境的裝載鎖壓力最小化。
一個態樣是系統針對裝載鎖排氣速率的變化進行調整的能力。壓力的升高速率主要取決於進入裝載鎖的惰性氣體氣流。此氣流速率繼而取決於線的傳導率及氣體的壓力，氣體的壓力通常由調節器12設定。由於半導體行業的高通過量要求，經處理的晶圓通常被盡可能快地自機器移除。因此，操作者可盡可能高地升高調節器壓力以使得排氣循環花費較少時間。然而，如果控制系統未能在室達到顯著高於外界大氣壓力的壓力之前關閉排氣閥11，那麼過快地對裝載鎖進行排氣可導致在門開啟時具有大的壓力猝發。高通過量與最小壓力猝發之間的此權衡可針對不同顧客地點的同一工具類型、甚至在同一顧客地點在不同機器之間導致寬範圍的調節器壓力設定值。此系統的自動修正演算法將此考慮在內，因此實現了相同的、小的正壓力猝發而無論排氣速率如何變化。
此系統的另一態樣是其將容許排氣閥關閉的回應時間以及壓力計回應時間中的固有延遲，以使得停止排氣的動作在裝載鎖已達到特定交叉壓力之前便開始發生，此可導致理想的壓力猝發。在高通過量系統上，排氣速率可為如此之高以致於即使在控制系統已發送使閥關閉的命令之後裝載鎖仍將繼續增壓。舉例而言，氣動閥可花費約500毫秒來實際關閉。在50托/秒的通常排氣速率下，裝載鎖內的壓力在系統發送關閉閥的命令之後已升高另一25托。對測量計壓力信號進行濾波是指實際壓力高於在排氣期間測量的壓力。實際壓力與所測量壓力之間的此差在較高排氣速率下更為顯著。簡而言之，閥延遲與測量計壓力感測器濾波的組合意味著系統有必要在所測量的裝載鎖壓力處於所需交叉壓力下之前發送停止排氣的命令。本系統考慮到這些延遲並相應地進行調整。
本發明的範圍將不受本文中所述的具體實施例的限制。事實上，通過以上闡述及附圖，除本文中所述以外，本發明的各種其他實施例及對本發明的修改將對所屬領域中的普通技術人員顯而易見。因此，此類其他實施例及修改意在落於本發明的範圍之內。此外，儘管本文中已在特定實施方式的上下文中在特定環境中針對特定目的闡述了本發明，但所屬領域中的普通技術人員將認識到本發明的有用性並非僅限於此，且本發明可在任意數目的環境中針對任意數目的目的而有利地實施。因此，下文所述的發明申請專利範圍應鑒於本文中所述的本發明的整體廣度及精神來加以理解。
10‧‧‧控制器
11‧‧‧排氣閥
12‧‧‧調節器
13‧‧‧裝載鎖
14‧‧‧差壓感測器
15‧‧‧門
16‧‧‧粗抽閥
17‧‧‧粗抽泵
18‧‧‧半導體工具
19‧‧‧狹槽閥
100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128‧‧‧處理
200、201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、300、301、302、303、304a、304b、305、306、307、308、309、310、311、312、313、314、315‧‧‧時間
為了更好地理解本發明，參照併入本文中供參考的附圖，在附圖中： 圖1是說明根據一個實施例的裝載鎖室及各種部件的系統示意圖。 圖2A、圖2B及圖2C是說明用於執行本發明實施例的示例性事件序列的流程圖。 圖3A及圖3B是說明具有低調節器壓力設置及高調節器壓力設置的裝載鎖的示例性排氣的信號圖。
10‧‧‧控制器
11‧‧‧排氣閥
12‧‧‧調節器
13‧‧‧裝載鎖
14‧‧‧差壓感測器
15‧‧‧門
16‧‧‧粗抽閥
17‧‧‧粗抽泵
18‧‧‧半導體工具
19‧‧‧狹槽閥

Claims (15)

  1. 一種用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，包括： 經由排氣閥供應氣體至所述裝載鎖室； 在供應所述氣體的同時，測量所述裝載鎖室內的壓力升高速率； 基於所測量的壓力升高速率而確定排氣停止延遲時間，所述排氣停止延遲時間界定何時停用所述排氣閥； 在所述排氣停止延遲時間之後關閉所述排氣閥；以及 開啟所述裝載鎖室的門，其中當所述門開啟時產生壓力猝發。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，其中所述測量是在所述裝載鎖室與大氣之間的差壓達到預定值時進行。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，還包括： 等待所述排氣閥的所述關閉與所述門的所述開啟之間的穩定延遲；以及 在所述穩定延遲期間監測所述差壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，還包括如果所述差壓降至低於壓力猝發目標，則在所述穩定延遲之前開啟所述門。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，其中所述壓力猝發的大小及方向是通過確定在開啟所述門之前所述裝載鎖室與大氣之間的差壓來測量。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，其中將所述壓力猝發的所述大小及所述方向與壓力猝發目標進行比較，並基於所述壓力猝發的所述大小及所述方向與所述壓力猝發目標的比較而改變所述排氣停止延遲時間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，其中如果所述所測量的壓力升高速率處於預定可重複性視窗內，則使用所述排氣停止延遲時間的前一個值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的用於對半導體處理工具的裝載鎖室進行排氣的方法，其中如果所述所測量的壓力升高速率處於所述預定可重複性窗口之外，則計算所述排氣停止延遲時間的新值。
  9. 一種裝載鎖系統，包括： 裝載鎖室，具有門； 氣體的來源，經由排氣閥而與所述裝載鎖室連通； 壓力感測器，安置於所述裝載鎖室上，以測量所述裝載鎖室與大氣之間的差壓；以及 控制器，其中所述控制器： 致動所述排氣閥，以供應所述氣體至所述裝載鎖室； 在供應所述氣體的同時，利用所述壓力感測器測量所述裝載鎖室內的壓力升高速率； 基於所測量的壓力升高速率而確定排氣停止延遲時間，所述排氣停止延遲時間界定何時停用所述排氣閥； 在所述排氣停止延遲時間之後關閉所述排氣閥；以及 開啟所述裝載鎖室的所述門，其中當所述門開啟時產生壓力猝發。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的裝載鎖系統，其中由所述控制器基於在開啟所述門之前所述裝載鎖室與大氣之間的所述差壓來測量所述壓力猝發的大小及方向，且其中所述控制器將所述壓力猝發的所述大小及所述方向與壓力猝發目標進行比較，並且所述控制器基於所述壓力猝發的所述大小及所述方向與所述壓力猝發目標的比較而改變所述排氣停止延遲時間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的裝載鎖系統，其中所述排氣停止延遲時間是根據所述排氣停止延遲時間、所述壓力猝發的所述大小及所述方向、及所述壓力猝發目標之間的數學關係加以改變。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的裝載鎖系統，其中所述控制器儲存所述排氣停止延遲時間，且其中如果所述所測量的壓力升高速率處於預定可重複性視窗內，則使用所述排氣停止延遲時間的前一儲存值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的裝載鎖系統，其中如果所述所測量的壓力升高速率處於所述預定可重複性窗口之外，則由所述控制器計算所述排氣停止延遲時間的新值。
  14. 一種非暫時性電腦可讀儲存媒體，包含指令，所述指令在由控制器執行時使所述控制器進行以下操作： 致動排氣閥，以供應氣體至裝載鎖室； 在供應所述氣體的同時，利用壓力感測器測量所述裝載鎖室內的壓力升高速率； 基於所測量的壓力升高速率而確定排氣停止延遲時間，所述排氣停止延遲時間界定何時停用所述排氣閥； 在所述排氣停止延遲時間之後關閉所述排氣閥；以及 開啟所述裝載鎖室的門，其中當所述門開啟時產生壓力猝發。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的非暫時性電腦可讀儲存媒體，還包括在由所述控制器執行時使所述控制器進行以下操作的指令： 將所述壓力猝發的大小及方向與壓力猝發目標進行比較，以及 基於所述壓力猝發的所述大小及所述方向與所述壓力猝發目標的比較而改變所述排氣停止延遲時間。
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