CN103031544A

CN103031544A - 一种可快速处理数据的原子层沉积设备

Info

Publication number: CN103031544A
Application number: CN2011103000067A
Authority: CN
Inventors: 王燕; 李勇滔; 夏洋; 赵章琰; 石莎莉
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明涉及一种半导体工艺设备，具体涉及一种可快速处理数据的原子层沉积设备。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计算机；计算机包括控制单元CPU，与真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件连接，用于对真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件进行控制操作；以及，数据处理单元GPU，与控制单元连接，用于对真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件发送到控制单元的数据进行处理。本发明通过采用CPU和GPU的控制结构，提高了原子层沉积设备的处理速度，增强了设备的控制能力，有效减少设备故障，整个设备结构简洁清晰，各个部件之间的关系简单，便于组装、生产和维护。

Description

一种可快速处理数据的原子层沉积设备

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺设备，具体涉及一种可快速处理数据的原子层沉积设备。

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控制器件，可能会导致控制指令不能实时完成，从而影响原子层沉积设备的薄层沉积效果。另外，在原子层沉积设备运行过程中，需要不断地获取和分析各部件的数据，而薄膜（或薄层）的沉积生长要求原子层沉积设备的处理速度尽可能快，否则无法得到期望的薄膜（或薄层），由于现有原子层沉积设备采用计算机接口直接通信控制，计算机接收数据、分析处理数据和发送指令数据的速度与薄膜（或薄层）的沉积生长所要求的处理速度存在一定差距，而且随着薄层的厚度不断减小，原子层沉积设备结构的不断复杂，这个差距会越来越大，最终导致原子层沉积设备失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可快速处理数据的原子层沉积设备，提高了原子层沉积设备的处理速度，增强了设备的控制能力，有效减少设备故障。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可快速处理数据的原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和计算机；所述计算机包括控制单元，与所述真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件连接，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件进行控制操作；以及，数据处理单元，与所述控制单元连接，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件发送到所述控制单元的数据进行处理。

上述方案中，所述控制单元为计算机的CPU，所述数据处理单元为计算机的GPU。

上述方案中，所述加热部件中的温控器通过RS232串口与所述计算机连接。

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串口与所述计算机连接。

上述方案中，所述计算机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，所述计算机与所述等离子体产生部件中的射频电源连接。

上述方案中，所述计算机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CPU和GPU的控制结构，提高了原子层沉积设备的处理速度，增强了设备的控制能力，有效减少设备故障，整个设备结构简洁清晰，各个部件之间的关系简单，便于组装、生产和维护。

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可快速处理数据的原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和计算机25；计算机25包括控制单元，由计算机的CPU承担，与真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件连接，用于对真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件进行控制操作；以及，数据处理单元，由计算机的GPU承担，与控制单元连接，用于对真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件发送到CPU的数据进行处理。

CPU作为原子层沉积设备中的控制中枢，对原子层沉积设备的真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件进行控制操作，控制设备各个部件之间的信息交流，是整个设备的调度控制中心，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。

GPU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。GPU的组成结构不同于CPU，它包含多个运算单元，极少的控制单元，这种结构赋予其强大的数值运算能力，能够分担CPU发送、接收指令和数据和对指令、数据进行分析处理之外的数据处理压力，承担原子层设备运行过程中的处理数据的操作，使CPU可以专注于协调和控制真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件之间的运行，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。GPU可以进行并行运算，而CPU主要采用串行的计算方式，因而GPU的运行速度远远超过多核CPU的速度，使得原子层沉积设备的性能得到了极大改进。

如图3所示，本发明中的计算机25用于显示***操作界面、接收外部命令、显示***各部件运行中的参数，计算机25的CPU向真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送运行指令和数据达到控制目的，对接收到的指令数据进行分析，并从计算机25的GPU接收处理后的返回结果，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串口与计算机25连接，真空部件中的压力传感器和真空计26分别通过RS232和RS485串口与计算机25连接，GPU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28和计算机25的数据信息交流处理通道，使得整个控制部件结构清晰。计算机25和电压电流放大模块28连接，电压电流放大模块28和继电器27连接，继电器27下端为泵组电源22。计算机25和气路部件中的电磁阀2至电磁阀9相连。

使用本发明时，先启动计算机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，通过计算机对设备的控制参数进行设置和实时显示。参数设置完毕后，计算机将控制设备完成如下操作：

（1）计算机的CPU发送开启命令，电源电流放大模块28输出高电压，控制继电器27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。计算机25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。CPU将计算机的指令、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）；GPU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CPU，CPU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）通过计算机设置流量计大小，并保存该值，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29、气体30将进入气路，对气路部件进行充气，CPU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，CPU将参数加入控制命令中，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。计算机保存射频电源的输出功率，保证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，CPU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。

本发明在进行原子层沉积时，计算机可确保原子层沉积设备稳定可靠的运行，并具有互锁功能，能够有效预防***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。

本发明基于英伟达公司的CUDA（Compute Unified Device Architecturem，统一计算设备架构）和OpenCL（Open Computing Language）的编程环境，其中OpenCL是一组针对并行计算的应用程序编程接口，可同时利用CPU和GPU的运算功能，适合本发明的控制结构。

综上所述，本发明针对计算机的CPU接收数据、分析处理数据和发送指令数据的速度与薄膜（或薄层）的沉积生长所要求的处理速度存在差距，将CPU作为整个设备的控制单元，采用运算速度高于CPU至少十倍的GPU作为整个设备的数值运算单元，实时快速的处理数据，彻底解决了CPU的运算压力，大幅度提高了设备运行速度。

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

1.一种可快速处理数据的原子层沉积设备，其特征在于：包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件和计算机；

所述计算机包括控制单元，与所述真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件连接，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件进行控制操作；以及，

数据处理单元，与所述控制单元连接，用于对所述真空部件、加热部件、气路部件和等离子体产生部件发送到所述控制单元的数据进行处理。

2.如权利要求1所述的可快速处理数据的原子层沉积设备，其特征在于：所述控制单元为计算机的CPU，所述数据处理单元为计算机的GPU。

3.如权利要求1所述的可快速处理数据的原子层沉积设备，其特征在于：所述加热部件中的温控器通过RS232串口与所述计算机连接。

4.如权利要求1所述的可快速处理数据的原子层沉积设备，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串口与所述计算机连接。

5.如权利要求1所述的可快速处理数据的原子层沉积设备，其特征在于：所述计算机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。

6.如权利要求1所述的可快速处理数据的原子层沉积设备，其特征在于：所述计算机与所述等离子体产生部件中的射频电源连接。

7.如权利要求1所述的可快速处理数据的原子层沉积设备，其特征在于：所述计算机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。