CN103031532B - 一种安全性高的原子层沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体工艺设备，尤其是涉及一种安全性高的原子层沉积设备。所述原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和控制部件；控制部件包括触摸屏、工控机和数据处理模块；触摸屏与所述工控机连接，工控机与数据处理模块连接，数据处理模块分别与真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件连接。本发明通过采用触摸屏、工控机和数据处理模块取代计算机作为控制器件，使得整个设备结构简洁清晰，便于组装、生产和维护，能够有效防止意外事故对设备的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体工艺设备，尤其是涉及一种基于工控机和触摸屏的安全性高的原子层沉积设备。
背景技术
传统的原子层沉积设备包括真空部件、加热部件、气路部件 、等离子体产生部件和控制部件，控制部件与其它各部件之间相互连接，实现数据指令的发送接收。然而，原子层沉积设备的控制部件多采用计算机实现，计算机需要和各个部件直接联系，按照各部件的输入输出接口提供适配器，然后根据一定的通信协议完成数据指令的交互，如图1所示。
但是，现有原子层沉积设备的控制结构采用多个数据传输接口和器件，计算机需要协调和调度多个器件，为了连接这些器件需要采用特殊的端口，而一般计算机上提供的连接端口往往不够，因而需要外接电路用于计算机和真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件之间的数据交流，这就导致控制器件的体积变得庞大，不利于生产和封装。另外，工作人员需要通过计算机对原子层沉积设备进行操作，因而计算机不能封装起来，必须暴露在原子层沉积设备的外部，且不容易固定。在原子层沉积设备运行过程中，有可能由于一些不当行为（如碰撞等），导致计算机意外关机，从而使原子层沉积设备运行失败，且会对设备造成伤害。为了尽可能避免这种意外损坏，需要对控制器件进行重新设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全性高的原子层沉积设备，所述设备结构简洁清晰，便于组装、生产和维护，能够有效防止意外事故对设备的损坏。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种安全性高的原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和控制部件；所述控制部件包括触摸屏、工控机和数据处理模块；所述触摸屏与所述工控机连接，所述工控机与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块分别与所述真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件连接；
其中，所述触摸屏，用于显示***操作界面、接收外部命令、显示设备各部件运行中的参数；所述工控机，用于向数据处理模块发送运行指令和数据和对设备其它部件进行控制，并从数据处理模块接收指令数据，对接收到的指令数据进行分析；所述数据处理模块，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送的数据进行处理。
上述方案中，所述加热部件中的温控器通过RS232串口与所述数据处理模块连接。
上述方案中，所述真空部件中的压力传感器和真空计分别通过RS232和RS485串口与所述数据处理模块连接。
上述方案中，所述数据处理模块和所述真空部件中的电压电流放大模块连接，所述电压电流放大模块和继电器连接，所述继电器下端为泵组电源。
上述方案中，所述数据处理模块与所述等离子体产生部件中的射频电源连接。
上述方案中，所述数据处理模块与所述气路部件中的质量流量控制器以及各个电磁阀相连。
与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
本发明通过采用触摸屏、工控机和数据处理模块取代计算机作为控制器件，使得整个设备结构简洁清晰，便于组装、生产和维护，安全性高，能够有效防止意外事故对设备的损坏。
附图说明
图1为现有技术中原子层沉积设备的原理框图；
图2为本发明实施例提供的原子层沉积设备的原理框图；
图3为本发明实施例提供的原子层沉积设备的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
如图2所示，本发明实施例提供一种安全性高的原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和控制部件；控制部件包括触摸屏32、工控机25和数据处理模块26，触摸屏32与工控机25连接，工控机25与数据处理模块26连接，数据处理模块26分别与真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件连接。其中，触摸屏32，用于显示***操作界面、接收外部命令、显示设备各部件运行中的参数；工控机25，用于向数据处理模块发送运行指令和数据和对设备其它部件进行控制，并从数据处理模块接收指令数据，对接收到的指令数据进行分析；数据处理模块26，用于对真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送的数据进行处理；
本发明采用触摸屏和工控机取代计算机作为控制器件，并加入数据处理模块用于实时快速处理数据，缓解工控机的运算压力，提高设备运行速度。
触摸屏作为原子层沉积设备中一般使用人员和原子层沉积设备联系的唯一通道，原子层沉积设备和外界得到良好隔离，设备自身的安全性也得到了极大保护，且有相应的操作步骤提示、设备运行过程显示、设备器件的重要参数指示等，都使得操作该设备简单清晰。通过使用提供的数字键盘，使用人员对设备器件的参数进行初始设定，实现和该设备的交互操作。
工控机作为原子层沉积设备中的控制器件，整个原子层沉积设备的控制中枢，对原子层沉积设备的真空器件、加热器件、气路器件、等离子体产生器件进行控制操作，控制设备各个部件之间的信息交流以及对这些信息进行分析处理，是整个设备的调度中心，负责设备中指令分析和发送、接收和处理其它部件的请求，实现控制功能，保证设备良好运行。
数据处理模块作为原子层沉积设备中的数据处理中心，负责对原子层设备的真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送的数据进行处理，数据处理模块中固化了具体的数据处理程序，通过分析各个部件的请求，启用相应的处理程序，实时快速的返回处理结果。数据处理模块除了进行数据处理外，还可作为原子层设备的真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和计算机之间交流的通道，数据处理模块可以将这四个部件中不涉及数据处理的请求直接传送给工控机，工控机将响应结果通过数据处理模块发送给其它部件。数据处理模块分担了工控机的运算压力，让原子层沉积设备稳定快速的工作，满足薄膜（或薄层）的沉积生长所要求的处理速度。
如图3所示，本发明中的触摸屏32用于显示***操作界面、接收外部命令、显示设备各部件运行中的参数，工控机25向数据处理模块26发送运行指令和数据和对原子层沉积设备其它部件进行控制，并从数据处理模块26接收指令数据，对接收到的指令数据进行分析，协调和控制整个原子层沉积设备运行在正常工作状态。加热部件中的温控器24通过RS232串口与数据处理模块26连接，真空部件中的压力传感器和真空计27分别通过RS232和RS485串口与数据处理模块26连接，数据处理模块26作为射频电源16、质量流量控制器1、质量流量控制器23、电压电流放大模块29和数据处理模块26的数据信息交流处理通道，使得整个控制部件结构清晰，便于生产和封装。数据处理模块26和电压电流放大模块29连接，电压电流放大模块29和继电器28连接，继电器28下端为泵组电源22。数据处理模块26和气路部件中的电磁阀2至电磁阀9相连。工控机25可以完全封装在原子层沉积设备中，触摸屏32则可以嵌入设备中，这样设备就可以做到完整封装，有效预防意外事故对设备造成的损害。
使用本发明时，先启动工控机25，进入原子层沉积设备控制***界面，该界面包括原子层沉积设备使用说明文件、***的框架结构示意图、动画显示原子层沉积设备的运行过程、原子层沉积设备主程序，通过触摸屏32对设备的控制参数进行设置和实时显示。参数设置完毕后，工控机25将控制设备完成如下操作：
（1）工控机25通过数据处理模块26发送开启命令，电源电流放大模块29输出高电压，控制继电器28的接通，进而开启控制泵组电源22，启动机械泵21和分子泵20。数据处理模块26和气路部件中的电磁阀2至电磁阀9相连，对电磁阀2至电磁阀5的控制是为了调节气路通断，对电磁阀6至电磁阀9的控制分别是为了调节气路部件中的源瓶10至源瓶13的通断。数据处理模块26将工控机25的指令、数据传送到质量流量控制器和电磁阀中，打开手动阀门14和手动阀门15，对沉积室19和管路进行抽气，抽本底真空（约到5×10-4torr）；数据处理模块26对温控器24、热电偶提供的温度信息进行分析处理，将结果返回给工控机25，工控机25监控加热盘、源瓶、管路、腔壁的温度，决定各个待加热部件继续加热或停止加热，使它们工作在设置的温度状态，完成对气路部件、加热部件的控制。
（2）通过触摸屏32设置流量计大小，工控机25保存该值，打开质量流量控制器1、质量流量控制器23、电磁阀2、电磁阀3，气体30、气体31将进入气路，对气路部件进行充气，工控机25对***压强实时监控，当***达到所需工作压强时，关闭上述质量流量控制器和电磁阀，停止充气。
（3）设置沉积工作所需要的参数，工控机25将参数加入控制命令中，发送到数据处理模块26，数据处理模块26作为信息通道，将工控机25的指令发送到射频电源16的接收部件中，控制射频电源16的开启以及对输出功率的设定，同时，射频电源匹配器17保证射频电源16为等离子体产生***18提供稳定的功率。射频电源16的输出功率作为数据处理模块26的接收量反馈给工控机25，工控机25对该功率进行分析，以使等离子体产生部件中的等离子体产生***18工作在稳定的状态，从而完成对等离子体产生部件的控制并进行沉积。
（4）沉积结束后，工控机25控制整个设备空运行n个周期，对原子层沉积设备进行吹扫净化，发送指令，打开电磁阀5至电磁阀9，开启源瓶10至源瓶13，对沉积室19进行净化。
（5）吹扫结束后，关闭程序，完成原子层沉积的全部工作。
本发明通过采用触摸屏、工控机和数据处理模块取代计算机作为控制器件，使得整个设备结构简洁清晰，便于组装、生产和维护。本发明在进行原子层沉积时，可确保原子层沉积设备稳定可靠的运行，能够有效预防设备在不当操作下会造成的性能损伤，运算速度也能够满足沉积实验的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种安全性高的原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和控制部件，其特征在于：所述控制部件包括触摸屏、工控机和数据处理模块；所述触摸屏与所述工控机连接，所述工控机与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块分别与所述真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件连接；
其中，所述触摸屏，用于显示***操作界面、接收外部命令、显示设备各部件运行中的参数；
所述工控机，用于向数据处理模块发送运行指令和数据和对设备其它部件进行控制，并从数据处理模块接收指令数据，对接收到的指令数据进行分析；
所述数据处理模块，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送的数据进行处理。
2.如权利要求1所述的安全性高的原子层沉积设备，其特征在于：所述加热部件中的温控器通过RS232串口与所述数据处理模块连接。
3.如权利要求1所述的安全性高的原子层沉积设备，其特征在于：所述真空部件中的压力传感器和真空计分别通过RS232和RS485串口与所述数据处理模块连接。
4.如权利要求1所述的安全性高的原子层沉积设备，其特征在于：所述数据处理模块和所述真空部件中的电压电流放大模块连接，所述电压电流放大模块和继电器连接，所述继电器下端为泵组电源。
5.如权利要求1所述的安全性高的原子层沉积设备，其特征在于：所述数据处理模块与所述等离子体产生部件中的射频电源连接。
6.如权利要求1所述的安全性高的原子层沉积设备，其特征在于：所述数据处理模块与所述气路部件中的质量流量控制器以及各个电磁阀相连。
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