[发明专利]冷泵真空控制装置及其控制方法、系统和半导体加工设备

说明书

本发明提供一种冷泵真空控制装置及其控制方法、真空控制系统和半导体加工设备，该冷泵真空控制装置包括与冷泵的抽气口连接的冷泵抽气管路和设置在冷泵抽气管路上的气动抽气阀、开关单元、吹扫单元和泄压单元，开关单元设置在气动抽气阀的控制气路上，用于在接收到控制模块发送的关闭信号或者开启信号时，断开或接通控制气路；吹扫单元与冷泵连接，用于向冷泵内部输送吹扫气体；泄压单元与冷泵连接，用于在冷泵的内部与外部的压力差超出预设阈值时自动排出冷泵内部的气体。本发明提供的冷泵真空控制装置及其控制方法、真空控制系统和半导体加工设备，其可以解决因压力过高而导致的抽真空泵负载过高，以及气体倒灌至其他冷泵或者腔室中的问题。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种冷泵真空控制装置及其控制方法、真空控制系统和半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)设备主要用于金属薄膜的沉积，典型的PVD设备通常包括去气腔室、预清洗腔室、工艺腔室、传输腔室和两个装卸载腔；其中，去气腔室用于进行去气工艺(Degas)，用以加热去除晶片上的水汽和有机物；预清洗腔室用于进行预清洗工艺(Preclean)，用以去除晶片上的氧化物；工艺腔室用于进行溅射沉积工艺(PVD)，用以在晶片上沉积金属薄膜。

对于PVD设备而言，工艺腔室和传输腔室都有严格的真空度要求，通常情况下，工艺腔室的压力需要达到10^-8Torr，而传输腔室的压力也要达到10^-7Torr。为了实现高真空的要求，通常使用冷泵(Cryopump)来实现PVD设备腔室的抽真空。但是，冷泵在工作一段时间后通常会因气体冷凝并不断地在冷泵中积累达到冷泵的容积量，导致抽气速度降低、冷板温度升高，从而造成整体抽气效率下降，此时就需要进行冷泵再生工艺。如图1所示，完整的冷泵再生工艺通常包括：

升温吹扫步骤，用于对冷泵中的冷板进行加热，以在冷板升温过程中使冷凝的气体蒸发，同时向冷泵内部输送氮气，以保证冷泵内部的气体能够快速、完全地排出；

循环吹扫步骤，用于向冷泵内部输送氮气，以对冷泵内部进行吹扫；

抽真空步骤，用于对冷泵内部进行抽真空；

测试步骤，用于对冷泵进行压升率测试；

降温步骤，用于在测试通过后对冷板进行降温，以使其达到工作温度。

为了实现上述冷泵再生工艺，通常为冷泵配备有真空控制装置，该装置包括冷泵抽气管路、设置在该冷泵抽气管路上的气动抽气阀，其中，冷泵抽气管路的两端分别与冷泵的抽气口和抽真空泵连接。该抽真空泵是共享资源，即，需要抽真空的腔室都要申请抽真空泵使用权，而同一时刻只能有一个申请者占用抽真空泵，这就需要申请者排队等待，如果抽真空泵使用权被释放，那么排在最前面的申请者将获得使用权。

但是，现有的冷泵真空控制装置是自动控制气动抽气阀的通断，即使对应的冷泵没有获得使用权，仍然自动开启气动抽气阀，导致抽真空泵仍然在抽取冷泵中的气体，而这会造成以下问题：

其一，抽真空泵仍然在抽取冷泵中的气体时，全部气体均会通过压力差更大的冷泵抽气管路排入抽真空泵，而在气体通入抽真空泵的瞬间，会导致抽真空泵负载过高，触发过载报警。

其二，由于所有冷泵的气动抽气阀均处于开启状态，当其中一个冷泵的吹扫压力过高时，由于压力差，气体会通过管路倒灌到其他冷泵内，导致与其他冷泵吹扫出来的特定气体互相冲突，影响其他冷泵的抽真空和吹扫效果。另外，若某一腔室正在占用抽真空泵进行抽真空操作，该腔室的抽气管路上的通断阀是开启的，这会导致冷泵的吹扫气体会通过该腔室的抽气管路倒灌入腔室中，从而造成腔室的真空压力不稳定，延长了抽真空时间。

发明内容