[发明专利]一种传输腔室的压力控制方法及控制系统

说明书

本发明公开了一种传输腔室的压力控制方法及控制系统，方法包括以下步骤：获取传输腔室内的当前压力值；对比传输腔室内的当前压力值与目标压力值；通过传输腔室压力值与进气阀的进气量和抽气阀的抽气量之间的对应关系，同时控制进气阀的进气量和抽气阀的抽气量，使得传输腔室内的当前压力值达到目标压力值。本发明的传输腔室的压力控制方法及控制系统，可以确保传输腔室在工艺过程及晶圆传送过程中压力几乎保持恒定，避免因压力波动带来参与气体及反应副产物倒流至传输腔室，从而更好的保护传输腔室避免腐蚀及其它侵害，且本发明的方法及系统可以使得传输腔室在最短的时间内使得传输腔室内的当前压力值达到目标压力值，并使用最少的气体消耗。

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种传输腔室的 压力控制方法及控制系统。

背景技术

等离子设备广泛的应用于集成电路(IC)或MEMS器件的 制造工艺中，其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体(ICP) 装置。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子 和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面 发生各种物理和化学反应,从而使材料表面性能获得变化。ICP 装置在半导体制造方面能够完成多种工艺，如各向异性、等向性 刻蚀和CVD(化学气相沉积Chemical Vapor Deposition)等。

如图1所示，一般全自动等离子体刻蚀设备包含以下三个模 块：装载腔室1、传输腔室2、反应腔室3。传输腔室2与反应腔 室3连接且之间设置有第一门阀4，经过传输腔室2将待工艺的 晶圆传送至反应腔室3；传输腔室2与装载腔室1连接且之间设 置有第二门阀5，经过传输腔室2将工艺结束后的晶圆传递回装 载腔室1。反应腔室3在工作过程中会通入一定的工艺气体，工 艺结束后反应腔室3抽真空后打开第一门阀4，与传输腔室2连 接，当第一门阀4打开时，反应腔室3内残存的工艺气体及其它 工艺反应副产物会扩散至传输腔室2，随着机台使用时间的延长， 传输腔室2积累的工艺气体成分及反应副产物会腐蚀污染机械手 等传动装置，从而降低设备稳定性；此外，污染物的沉积会带来 颗粒，从而影响机台性能。

基于上述问题，各大设备厂商在设备研发及后期改进时，都 增加了对于传输腔室2的控压装置，控制传输腔室2的压力高于 反应腔室3一个固定的量值，从而在晶圆传送过程中通过压差及 气体流动来避免工艺气体及反应副产物扩散，该量值与传输腔室 2容积、抽气能力、进气流量以及反应腔室3容积、抽气能力有 关，经过仿真计算或者机台实验后得到。

如图1所示，现有技术一的传输腔室2的压力控制系统使用 一个压力控制器8及其它必要的真空/气路组件，通过比较实际检 测到的压力相对于预设压力的差值的方式，用PID控制方法来控 制传输腔室2压力，基本的系统架构如下：

N₂通过第一进气阀61进入到提前设置好控制目标的压力控 制器8中，再通过第二进气阀62进入传输腔室2，传输腔室2 的抽气阀7作为一个恒定负载保持常开状态，抽气阀7通过真空 泵9进行抽气。压力控制器8通过对比传输腔室2内靠近第一门 阀4的压力计10实际检测到的压力相对于预设压力之间的差值， 使用PID调节的方式动态的控制流经压力控制器8的气体量，从 而达到控制传输腔室2压力保持动态平衡的目的。目前的主流半 导体设备厂商使用的是上述方案，存在的缺点是：压力控制器8 使用PID的调节方式，这种方式更适合于压力稳定的负载的控制， 而在实际使用中，传输腔室2的压力值会随着第一门阀4、第二 门阀5的打开和/或关闭而产生剧烈的变化，使用PID调节方式， 由于其固有的滞后性，从而无法及时有效的确保传输腔室2的压 力值高于反应腔室3一个固定的量值。

如图1所示，现有技术二的传输腔室2的压力控制系统使用 一个流量控制器8及其它必要的真空/气路系统组件构成，现有技 术二的传输腔室2的压力控制系统与现有技术一中的传输腔室2 的压力控制系统的区别为：现有技术二将现有技术一中的压力控 制器8替换为流量控制器8，其余均相同。现有技术二中的传输 腔室2的压力控制系统架构如下：