TWI558916B - 自調諧一處理系統之裝置及方法 - Google Patents

Description

自調諧一處理系統之裝置及方法

本發明一般而言係關於一種自調諧一處理系統以便改良處理系統之諸如能量消耗之資源利用效率的裝置及方法。

在製造半導體器件中所使用之一處理系統除其他部分外通常亦包含一處理工具、真空泵及消減器件。處理工具提供一處理室，在該處理室中一半導體晶圓被處理成一預定結構。舉例而言，可在處理室中執行一化學汽相沈積以在半導體晶圓上形成一個氧化物層。在另一實例中，處理工具可包含一處理室，在該處理室中將氧化物層進一步蝕刻為一預定圖案。在操作中，處理室需要處於一真空條件下以確保不會因存在有害的化學品或雜質而危及半導體製程步驟。

真空泵用於抽空處理室以將其帶至一所要真空條件。取決於處理要求，可選擇性地串聯連接一或多個真空泵。舉例而言，可串聯連接以不同壓力位準操作之一升壓泵及一預抽泵以達成一所要抽運效能。無論正使用的真空泵數目如何，泵或泵總成之一入口係連接至處理室，以便可自處理室抽空氣體。

在一典型處理系統中，泵或泵總成之一出口可連接至一消減器件，該消減器件在將自處理室抽空之有害排放氣體釋放至環境之前處理該等氣體。舉例而言，消減器件可係一濕式洗滌器，其在一金屬有機化學汽相沈積製程中使用 水來吸收自處理室抽空之氣態氨。在另一實例中，消減器件可係一基於燃燒之裝置，在該裝置中藉由使氣態氨與氣態氫反應而將其分解。

期望管理及減少真空泵及消減器件在半導體製造製程期間所消耗之資源，諸如電力、燃料及水。真空泵及消減器件所消耗之電力表示處理系統在製造半導體晶圓中所消耗之總電力之一顯著部分。半導體行業中已付出諸多努力以改良真空泵及消減器件之資源利用效率，以便減少半導體晶圓之製造成本。

一種改良資源利用效率之習用方法係當處理工具不需要真空泵及消減器件以其正常能力操作時，將真空泵及消減器件置於一空轉模式中。舉例而言，當正將半導體晶圓傳送至處理室中或自處理室傳送出半導體晶圓時，可將真空泵及消減器件置於空轉模式中，在該空轉模式中真空泵及消減器件比其在一正常操作中消耗較少資源，而不影響產量。當處理工具需要真空泵及消減器件以其正常能力操作時，可將其自空轉模式帶回至其正常操作模式。因此，在不危及處理工具之效能及產量之情形下達成資源節約。

在各種上下文中，不同的人可將空轉模式稱為睡眠模式、綠色模式、休眠、減少/低電力模式。應注意，在本發明中，空轉模式係用以指代以上所論述之含義中所有此等模式。

習用方法之一缺點係其不能準確地控制真空泵及/或消減器件之時序以自空轉模式恢復。舉例而言，真空泵之溫 度自處於一空轉速度之溫度增加至一正常速度之溫度的恢復時間可長於由處理工具給出之通知週期，從而導致製程之開始延遲及處理工具之未充分利用。習用方法之另一缺點係其不能靈活地對處理系統之改變之條件進行調適。舉例而言，在習用方法中，真空泵之恢復時間初始設定為一預定值，其接近真空泵自空轉模式恢復至正常操作模式所需之實際時間。然而，在諸多操作循環之後，真空系統之效能可能存在一損失，且因此真空泵自空轉模式恢復至正常操作模式所需之時間變得長於初始設定值。由於習用方法不能對處理系統之改變之條件進行調適，因此預設定恢復時間可隨時間變得不準確。

如此，需要一種方法及裝置，其用於調整一處理系統之恢復時間以適應該處理系統之改變之條件從而改良該處理系統之資源利用效率。

本發明係關於一種方法及裝置，其用於調整一處理系統之恢復時間以適應該處理系統之改變之條件從而改良該處理系統之資源利用效率。在本發明之某些實施例中，該方法包含：設定一目標恢復時間、輔助器件在正常操作模式中以其操作之一第一參數之一目標值及該輔助器件在空轉模式中以其操作之一第二參數之一初始空轉值；回應於一空轉命令將該第二參數自該輔助器件在該正常操作模式中以其操作之一正常值調整至該初始空轉值；回應於一恢復命令將該第二參數自該初始空轉值調整至該正常值；及基 於一所量測恢復時間與該目標恢復時間之間的一差而調整該初始空轉值，該所量測恢復時間係定義為該第一參數自該輔助器件在該空轉模式中以其操作之一值返回至該目標值之一時間段。

然而，當連同附圖一起閱讀時，將自特定實施例之以下闡述最佳理解本發明之構造及操作方法及其額外目標及優點。

本發明係關於一種方法及裝置，其用於調整一處理系統之一恢復時間以自一空轉模式恢復至一正常操作模式以便改良資源利用效率。該處理系統可係半導體製造中所使用之處理系統，且包含由諸如一真空泵或消減器件之一輔助器件所支援之一處理工具。可控制若干個參數以調整該輔助器件之恢復時間。可在每一恢復循環結束時基於一所量測實際恢復時間與一預定目標恢復時間之間的比較來增加或減小彼等參數中之一或多者。如此，該實際所量測恢復時間可與該預定目標恢復時間逐漸收斂，從而最佳化該處理系統之資源利用。

圖1圖解說明根據本發明之某些實施例之其中可實施所揭示方法及裝置的一處理系統100。處理系統100包含由一輔助器件所支援之一處理工具102，該輔助器件可係一真空泵104、消減器件106或其一組合。處理工具102可包含一處理室，在該處理室中可放置一半導體晶圓且將其處理成所要結構。舉例而言，處理工具102可在處理室中執行 一化學汽相沈積製程以在一半導體晶圓上形成一薄層材料。根據另一實例，處理工具102可執行一蝕刻製程，其將半導體晶圓蝕刻為某些圖案。無論處理工具102之功能如何，在該工具處於操作中時各種氣體通過該工具之處理室並非罕見情形。

真空泵104係流體連接至處理工具102用於自處理室抽空排放氣體，且確保將處理室之內部壓力維持在一所要位準。消減器件106係流體連接至真空泵104用於處理來自真空泵104之廢氣，以使得可在該等廢氣中之有毒、有害或自燃物質被釋放至環境之前將其分解為無害且更環境友好之化合物。在圖1中，真空泵104係圖解說明為在處理工具102之下游，且消減器件106係圖解說明為在真空泵104之下游。在本發明之替代實施例中，可將消減器件連接於處理工具與真空泵之間，以使得真空泵將被放置在消減器件之下游。在某些其他替代實施例中，消減器件可完全省略。

處理系統100經組態以在一正常操作模式與空轉模式之間切換。在正常操作模式中，諸如真空泵104及/或消減器件106之輔助器件以其正常能力操作以支援處理工具102。當處理工具102可容忍輔助器件以一比正常低的能力運行時，輔助器件可被置於空轉模式中，在該模式中輔助器件回應於可由處理工具102發出之一空轉命令而消耗較少資源(諸如電力、氣體及水)。舉例而言，在其中將半導體晶圓移動至處理室中或從處理室移出半導體晶圓之一瞬態週 期中，可將真空泵104設定至其中抽運速度低於一正常抽運速度之一空轉模式，而不危及處理工具102之產量。在同一瞬態週期中，亦可將消減器件106置於其中其消耗較少電力、水及氣體之空轉模式中，而同樣不危及處理工具102之產量。可由處理工具102發送一空轉命令至真空泵104及/或消減器件106來觸發空轉模式。當期望使處理系統100返回至正常操作模式時，處理工具102可發出一恢復命令至真空泵104及/或消減器件106。在接收到恢復命令時，真空泵104及/或消減器件106將某些參數自一空轉位準調整回至一正常位準。參數自空轉位準返回至正常位準所需之時間稱為「恢復時間」。

圖2圖解說明根據本發明之某些實施例展示其中一處理系統自空轉模式恢復至正常操作模式之一過程之一時序圖。x軸表示一時間維度。y軸表示由處理工具及輔助器件消耗之電力之位準。處理工具之時序圖200與輔助器件之時序圖表300沿y軸方向對準以比較其在不同時間之行為。應注意，不應將圖2解釋為仿佛在任一既定時刻，在似乎藉由圖式上之圖表200及圖表300之相對位置暗示之一前提下，處理工具都總是比輔助器件消耗更多電力。

如圖中所展示，處理工具在t1處係設定為空轉模式。因此，處理工具之電力消耗自一較高位準降至一較低位準。在接收到來自處理工具之一空轉命令時，輔助器件在t1處開始進入空轉模式。由於輔助器件之性質，輔助器件自正常操作模式中一較高位準之電力消耗至空轉模式中之一較 低位準之電力消耗完全安定及穩定下來需要花費自t1至t2之一時間段。舉例而言，在輔助器件係一真空泵之情形下，在真空泵在其自正常操作模式調整至空轉模式之過程中自一較高正常速度降至一較低空轉速度需要花費時間。在預期繼續正常操作模式時，處理工具在t3處發送出一恢復命令至輔助器件。在接收到恢復命令時，輔助器件在t3處開始退回至正常操作模式。由於輔助器件之性質，輔助器件自空轉模式中之一較低位準之電力消耗至正常操作模式中之一較高位準之電力消耗完全安定及穩定下來需要花費自t3至t4之一時間段。自t3至t4之時間段稱為「恢復時間」。

除電力消耗以外，亦存在可用於定義空轉模式及正常操作模式之諸多參數。舉例而言，可使用溫度來定義空轉模式及正常操作模式，其方式是若輔助器件之溫度高於一預定位準則將其視為在正常操作模式中，而若其溫度低於一預定位準則將其視為在空轉模式中。作為另一實例，亦可使用氣體流率來定義空轉模式及正常操作模式，其方式是若輔助器件之氣體流率高於一預定值則將其視為在正常操作模式中，而若其氣體流率低於一預定位準則將其視為在空轉模式中。彼等參數不僅適用於空轉模式中，且亦適用於正常操作模式中。

圖3圖解說明根據本發明之某些實施例展示自調諧處理系統之一恢復時間之一方法之一流程圖。該方法在步驟402處開始。在步驟404處設定一目標恢復時間、一第一參 數之目標值及一第二參數之一初始空轉值。相比處理系統自空轉模式恢復至正常操作模式所花費之實際恢復時間，目標恢復時間係一預計值。第一參數之目標值係一預定值，當處理系統在正常操作模式中時第一參數應為該值。舉例而言，第一參數可係流體連接至一處理室之一真空泵之一溫度，且目標值可係如下之一溫度：當真空泵處於或高於該溫度時將被視為正在正常操作模式中操作。第二參數係一經控制變數，該變數經調整以使輔助器件在空轉模式與正常操作模式之間切換。當輔助器件被置於空轉模式中時，第二參數被調整為初始空轉值。舉例而言，第二參數可係與處理室流體連接之一真空泵之一泵速度，且初始空轉值係當將真空泵置於空轉模式中時其被調整至之初始空轉速度。

在步驟406處，輔助器件等待由處理工具或任何其他控制器件或電腦發出之一空轉命令。在接收到空轉命令時，在步驟408處，將輔助器件之第二參數自其在正常操作模式中之當前值調整至在空轉模式中之初始空轉值。在大多數情形中，當輔助器件在正常操作模式中時初始空轉值低於第二參數之正常值，以使得可在空轉模式中減少由輔助器件消耗之資源。舉例而言，在輔助器件係一真空泵且第二參數係泵速度之情形下，初始空轉值可僅係正常值之一分率，以使得將真空泵自正常值調整至初始空轉值導致顯著能量節約。在300 mm半導體晶圓之一典型製造製程中，所得能量節約可達到無空轉模式之總能量消耗的約26%。

在步驟410處，輔助器件等待由處理工具或任何其他控制器件或電腦發出之一恢復命令。在接收到恢復命令時，在步驟412處，輔助器件之第二參數開始自初始空轉值調整回至一預定正常值，且啟動一計時器以量測輔助器件自空轉模式移動回至正常操作模式所需之時間。在步驟414處，做出第一參數之一所量測值是等於還是大於目標值之一判定。若判定為否，則程序返回至步驟414之開頭。若判定為是，則程序繼續進行至步驟416，在此步驟計時器停止。如以上所論述，第一參數係輔助器件是在空轉模式中還是在正常操作模式中之一指示符。舉例而言，第一參數可係真空泵之一溫度，其值指示真空泵是在空轉模式中還是在正常操作模式中。

在本發明之某些替代實施例中，第一參數之值在空轉模式中可比在正常操作模式中高。舉例而言，在第一參數係處理室之氣體壓力之情形下，空轉模式中之壓力位準將高於正常操作模式中之壓力位準，此乃因在空轉模式中泵速度減少。在此情形下，可藉由比較第一參數之所量測值與第一參數之目標值以判定所量測值是等於還是小於目標值來修改步驟414。若判定為否，則程序返回至步驟414之開頭。若判定為是，則程序繼續進行至步驟416。

在步驟418處，做出由計時器量測之恢復時間是否小於目標恢復時間之一判定。若所量測恢復時間小於目標恢復時間，則在步驟420處將第二參數之初始空轉值減小一預定減量。此使輔助器件能夠達成更多資源節約。舉例而 言，假定與一處理工具流體連接之一真空泵之目標恢復時間係10分鐘，則5分鐘之一所量測恢復時間意味著真空泵在處理工具準備好正常操作之前將以正常速度多運轉5分鐘，從而導致一能量浪費。藉由減小初始空轉速度，可將實際恢復時間延長為與目標恢復時間更一致，從而致使更多能量節約。

若所量測恢復時間不小於目標恢復時間，則在步驟422處將第二參數之初始空轉值增加一預定增量。此避免當處理工具準備好正常操作時輔助器件尚未自空轉模式恢復之情況。

在本發明之某些其他替代實施例中，第二參數之值在空轉模式中可比在正常操作模式中高。舉例而言，第二參數可係處理室中在空轉模式情況下之氣體壓力，處理室之壓力位準朝向大氣位準增加。在此情形下，若在步驟418處所量測恢復時間小於目標恢復時間，則程序繼續進行至步驟422，而非在以上實施例中所論述繼續進行至步驟420。若在步驟418處所量測恢復時間大於目標恢復時間，則程序繼續進行至步驟420，而非在以上實施例中所論述繼續進行至步驟422。

圖4圖解說明根據本發明之某些實施例展示實施自調諧方法之一例示性裝置之一功能性方塊圖。實例中之輔助器件係一真空泵500，其接收來自電連接至一介面502之一處理工具(圖中未展示)之一空轉命令或恢復命令。該等命令係提供至一控制器504，該控制器504電連接至一反相器 506，該反相器506進一步連接至一馬達508。馬達508驅動一抽運機構510，該抽運機構510包含至少一轉子及一定子，用於自處理工具之一處理室抽空氣體。一溫度感測器512位於抽運機構上或抽運機構處用於量測抽運機構510之溫度。溫度感測器512產生指示溫度之所量測值之一信號且發送該信號至控制器504。一計時器514由控制器504控制以量測真空泵500之恢復時間。

最初，一使用者可藉由提供使用者輸入至一介面516來設定目標恢復時間、目標溫度及初始空轉速度。在經由介面502接收到來自處理工具之一空轉命令時，控制器504控制反相器506以調整馬達508之旋轉速度，而此又將抽運機構510之泵速度自正常值調整至初始空轉速度。其後，在接收到來自處理工具之一恢復命令時，控制器504啟動計時器514且控制反相器506以調整馬達508之旋轉速度，而此又將抽運機構510之泵速度自初始空轉速度調整至正常值。溫度感測器512連續地監視抽運機構510之溫度，且提供指示抽運機構510之所量測溫度之一信號至控制器504。若控制器504判定所量測溫度等於或大於目標溫度，則其停止計時器514且計算所量測恢復時間。控制器504比較所量測恢復時間與目標恢復時間，且基於該比較調整初始空轉速度之值，以便可在下一恢復循環中改良資源利用效率。

本發明之優點中之一者係所揭示之方法及裝置使一處理系統能夠對其改變之條件及環境進行調適以最佳化其資源 利用效率。處理系統基於實際歷史資料自調整某些參數之初始空轉值之能力確保空轉設定趕得上程序變化。舉例而言，在一真空泵用於抽空一處理工具之一處理系統中，顆粒可堆積於真空泵中，且因此改變其特性。另一選擇係，吹掃氣體溫度可升高，從而減少至正常操作溫度之恢復時間。因此，在不進行調整之情形下，初始空轉設定在管理真空泵之空轉模式時可隨時間變得不準確或低效率。所揭示之方法及裝置幫助消除該不準確及低效率。

以上圖解提供諸多不同實施例或實施例用於實施本發明之不同特徵。闡述組件及程序之特定實施例以幫助闡明發明。當然，此等僅係實施例且並非意欲限制申請專利範圍中所闡述之發明。舉例而言，除諸如真空泵及消減器件之控制輔助器件以外，所揭示之方法亦可用於控制熱管理系統，諸如裝配至真空泵及/或處理系統之管道中之加熱器及冷卻機構。應理解在控制熱管理系統中應用所揭示之方法亦在本發明之範疇內。

儘管本文將本發明圖解說明且闡述為體現於一或多個特定實例中，然而此並非意欲限於所展示之細節，此乃因可進行各種修改及結構改變而此並不背離本發明之精神且在申請專利範圍之等效內容之範疇及範圍內。因此，適當地以寬廣方式且以與本發明之範疇一致之一方式來解釋隨附申請專利範圍，如以下申請專利範圍中所闡明。

100‧‧‧處理系統

102‧‧‧處理工具

104‧‧‧真空泵

106‧‧‧消減器件

200‧‧‧處理工具之時序圖

300‧‧‧輔助器件之時序圖

500‧‧‧真空泵

502‧‧‧介面

504‧‧‧控制器

506‧‧‧反相器

508‧‧‧馬達

510‧‧‧抽運機構

512‧‧‧溫度感測器

514‧‧‧計時器

516‧‧‧介面

圖1圖解說明根據本發明之某些實施例之一處理系統之 一功能性方塊圖。

圖2圖解說明根據本發明之某些實施例展示一處理系統自空轉模式恢復至正常操作模式之一時序圖。

圖3圖解說明根據本發明之某些實施例展示自調諧處理系統之一恢復時間之一方法之一流程圖。

圖4圖解說明根據本發明之某些實施例展示實施自調諧方法之一例示性裝置之一功能性方塊圖。

200‧‧‧處理工具之時序圖

300‧‧‧輔助器件之時序圖

Claims (18)

1. 一種調整具有一處理工具及一輔助器件之一處理系統自一空轉模式恢復至一正常操作模式之一恢復時間之方法，其包括：設定一目標恢復時間、該輔助器件在該正常操作模式中以其操作之一第一參數之一目標值及該輔助器件在該空轉模式中以其操作之一第二參數之一初始空轉值；回應於一空轉命令將該第二參數自該輔助器件在該正常操作模式中以其操作之一正常值調整至該初始空轉值；回應於一恢復命令將該第二參數自該初始空轉值調整至該正常值；及基於一所量測恢復時間與該目標恢復時間之間的一差而調整該初始空轉值，該所量測恢復時間係定義為該第一參數自該輔助器件在該空轉模式中以其操作之一值返回至該目標值之一時間段。
2. 如請求項1之方法，其中該調整該初始空轉值包括：若該所量測恢復時間小於該目標恢復時間且假定該第二參數在該空轉模式中比在該正常操作模式中具有一較低值，則減小該初始空轉值。
3. 如請求項2之方法，其中該調整該初始空轉值包括：若該所量測恢復時間不小於該目標恢復時間且假定該第二參數在該空轉模式中比在該正常操作模式中具有一較低值，則增加該初始空轉值。
4. 如請求項3之方法，其中該輔助器件係一真空泵或一消減器件。
5. 如請求項4之方法，其中該第一參數係該真空泵之一溫度或氣體流率。
6. 如請求項5之方法，其中該第二參數係該真空泵之一泵速度。
7. 如請求項4之方法，其中該第一參數係該消減器件之一氣體流率。
8. 如請求項7之方法，其中該第二參數係供應至該消減器件之一電力。
9. 如請求項1之方法，其中該調整該初始空轉值包括：若該所量測恢復時間小於該目標恢復時間且假定該第二參數在該空轉模式中比在該正常操作模式中具有一較高值，則增加該初始空轉值。
10. 如請求項9之方法，其中該調整該初始空轉值包括：若該所量測恢復時間不小於該目標恢復時間且假定該第二參數在該空轉模式中比在該正常操作模式中具有一較高值，則減小該初始空轉值。
11. 如請求項10之方法，其中該輔助器件係一真空泵或一消減器件。
12. 如請求項11之方法，其中該第一參數係該真空泵之一溫度或氣體流率。
13. 如請求項12之方法，其中該第二參數係該處理工具中之一氣體壓力。
14. 一種調整具有一處理工具及一真空泵之一處理系統自一空轉模式恢復至一正常操作模式之一恢復時間之裝置，其包括：一抽運機構，其具有一轉子及一定子，用於自該處理工具之一處理室抽空一氣體；一馬達，其用於驅動該抽運機構之該轉子；及一控制器，用於實施以下步驟：設定一目標恢復時間、該真空泵在該正常操作模式中以其操作之一參數之一目標值及該真空泵在該空轉模式中以其操作之一初始空轉速度；回應於一空轉命令將該馬達之一旋轉速度自一正常速度調整至該初始空轉速度；回應於一恢復命令將該馬達之該旋轉速度自該初始空轉速度調整至該正常速度；及基於一所量測恢復時間與該目標恢復時間之間的一差而調整該初始空轉速度，該所量測恢復時間係定義為該第一參數自該真空泵在該空轉模式中以其操作之一空轉值返回至該目標值之一時期。
15. 如請求項14之裝置，其中該第一參數係該抽運機構之一溫度，或該氣體通過該抽運機構之一流率。
16. 如請求項14之裝置，其中該第二參數係一泵速度或該處理工具中之一氣體壓力。
17. 如請求項14之裝置，其進一步包括一感測器，該感測器與該抽運機構接觸用於量測該第一參數且給該控制器提 供指示該第一參數之一所量測值之一信號。
18. 如請求項14之裝置，其進一步包括用於給該控制器提供該所量測恢復時間之一計時器。