CN107068587B - 反应腔室的压力控制***及压力控制方法 - Google Patents

反应腔室的压力控制***及压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种反应腔室的压力控制***及压力控制方法，该***包括：与反应腔室相连通的第一进气管路、第一流量计和第一阀门；与反应腔室相连通的第一排气管路，压力控制阀，尾气排放管路和第一大气连通管路，第二阀门；与微环境腔室相连通的第二进气管路和第二排气管路，第二流量计，第三阀门；与微环境腔室相连通的第二大气连通管路，压力差测量计；将第一大气连通管路和第二大气连通管路相连通的连接管路和第四阀门。通过流量计来控制相应进气管路的气体流量、控制相应的排气管路的启闭以及通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差，来实现对反应腔室的压力控制。

Description

反应腔室的压力控制***及压力控制方法
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种反应腔室的压力控制***及压力控制方法。
背景技术
在半导体工艺设备领域，随着半导体特征尺寸逐渐减小，对半导体工艺质量要求越来越苛刻，因此对颗粒污染及成膜均匀性要求更高。因此半导体设备控制颗粒污染及成膜均匀性显的尤为重要。
通常晶圆盒放置在设备接口处，该接口处与微环境连通，微环境为低氧控制环境，且具备较高的洁净度，当晶圆盒门打开后，传片机械手从晶圆盒中将晶圆取出传送到硅片承载机构上，然后承载机构通过运动***将晶圆传送至反应腔室进行工艺，工艺结束后，运动***将晶圆及其承载机构传送至初始位置，传片机械手将晶圆传送至晶圆盒。
当晶圆在承载机构上传送至反应腔室或者从反应腔室回到初始位置的过程中，此时密闭的反应腔室与微环境处于连通状态。而由于微环境控制较低的氧含量，充入大流量气体导致微环境处于高于大气压状态，现有半导体设备经常出现微环境气体流入反应腔室导致颗粒污染问题出现。并且由于反应腔室处于高温状态，如果晶圆向反应腔室传送过程中，微环境内部的少量氧气进入到反应腔室，导致晶圆被自然氧化，从而会影响晶圆在反应腔室成膜的均匀性。从而会影响产品的质量。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种反应腔室的压力控制***，利用进气管路和排气管路的流量控制、以及通过检测微环境腔室与大气的压力差来实现对反应腔室的压力控制。
为了达到上述目的，本发明提供了一种反应腔室的压力控制***，包括：反应腔室、微环境腔室、反应腔室与微环境腔室之间的密封门，晶圆承载装置、在反应腔室和微环境腔室之间输送晶圆承载装置的传送装置，传送装置位于微环境腔室内，该***还包括：
与反应腔室相连通的第一进气管路，在第一进气管路上设置有第一流量计和第一阀门；
与反应腔室相连通的第一排气管路，在第一排气管路上设置的压力控制阀，以及与通过压力控制阀与第一排气管路连通的尾气排放管路和第一大气连通管路；第一大气连通管路上设置有第二阀门；
与微环境腔室相连通的第二进气管路和第二排气管路，在第二进气管路上设置有第二流量计；第二排气管路上设置有第三阀门；
与微环境腔室相连通的第二大气连通管路，在第二大气连通管路上设置有检测微环境腔室压力与大气压力的差值的压力差测量计；
将第一大气连通管路和第二大气连通管路相连通的连接管路，连接管路的一端与第一大气连通管路相连接，另一端连接于微环境腔室和压力差测量计之间；连接管路上设置有第四阀门；
当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，第四阀门关闭，第二阀门打开，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，第一阀门打开，通过第一流量计控制第一进气管路的气体进入反应腔室的气体流量；并且调节压力控制阀的开度来控制反应腔室的排气量；
当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时，第一阀门关闭，然后经第二进气管路向微环境腔室通入高纯惰性气体，打开第三阀门，通过第二流量计控制进入微环境腔室的高纯惰性气体流量；第二阀门关闭，同时第四阀门开启，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，通过控制压力控制阀的开度使尾气排放管路和第一排气管路连通而向外排出气体。
优选地，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来减小第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
优选地，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来关闭第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
优选地，所述反应腔室外设置有加热器。
优选地，所述反应腔室底部设置有保温桶。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种根据上述的***对反应腔室进行压力控制的方法，其包括：当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时的压力控制过程和当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时的压力控制过程；其中，
当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺的压力控制过程包括：
第四阀门关闭，第二阀门打开，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；
第一阀门打开，通过第一流量计控制第一进气管路的气体进入反应腔室的气体流量；并且调节压力控制阀的开度来控制反应腔室的排气量；
当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时的压力控制过程包括：
关闭第一阀门；
然后经第二进气管路向微环境腔室通入高纯惰性气体，打开第三阀门，通过第二流量计控制进入微环境腔室的高纯惰性气体流量；
关闭第二阀门，同时第四阀门开启，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，通过控制压力控制阀的开度使尾气排放管路和第一排气管路连通而向外排出气体。
优选地，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来减小第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
优选地，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来关闭第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
本发明的压力控制装置，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，第四阀门关闭，第二阀门打开，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，第一阀门打开，通过第一流量计控制第一进气管路的气体进入反应腔室的气体流量，调节压力控制阀的开度来控制反应腔室的排气量，从而达到控制反应腔室压力的目的。此时，由于晶圆及晶圆承载装置位于反应腔室内部，此时不需要很严格的氧含量控制，为了减少通过第二进气管路通入微环境腔室的高纯惰性气体流量，可以将第二排气管路关闭，或者通过第二流量计来减小气体流量或关闭第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时，第一阀门关闭，然后经第二进气管路向微环境腔室通入大量高纯惰性气体，打开第三阀门，通过第二流量计控制进入微环境腔室的高纯惰性气体流量，第二阀门关闭，同时第四阀门开启，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，通过控制压力控制阀的开度使尾气排放管路和第一排气管路连通而向外排出气体，从而实现反应腔室压力高于微环境腔室的压力的控制方式，最终实现传送***传送晶圆承载装置进入反应腔室或者退出反应腔室过程中避免微环境腔室的气体进入反应腔室而导致颗粒污染或者微环境腔室中的氧气进入反应腔室导致成膜质量受到影响。采用该控制***可以非常显著提高半导体工艺产品质量，提高设备竞争力。因此，本发明的反应腔室压力控制通过阀门和管路连接至微环境，通过压差控制，采用流量计对进入反应腔室气体流量和调节反应腔室压力控制开度实现控制反应腔室压力高于微环境压力；该***实现工艺设备在不同的阶段，采用不同的压差采样管路实现压力控制。分阶段采用不同的压力控制方法，可有效控制高纯气体消耗量，可降低设备使用成本。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时的压力控制***的结构示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的当晶圆承载装置进入反应腔室时或退出反应腔室时的压力控制***的结构示意图
附图标记：
反应腔室 2
微环境腔室 19
密封门 5
晶圆承载装置 3
传送装置 6
加热器 1
保温桶 4
第一进气管路 20
第一流量计 15
第一阀门 16
第一排气管路 7
压力控制阀 8
尾气排放管路 9
第一大气连通管路 11
第二阀门 10
第二进气管路 21
第二排气管路 22
第二流量计 17
第三阀门 18
第二大气连通管路 14
压力差测量计 13
连接管路 23
第四阀门 12
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合附图1-2和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请结合图1和图2，本实施例的反应腔室的压力控制***，包括：反应腔室2、微环境腔室19、反应腔室2与微环境腔室19之间设置有密封门5，晶圆承载装置3、在反应腔室2和微环境腔室19之间输送晶圆承载装置3的传送装置6，传送装置6位于微环境腔室19内，此外，本实施例中还在反应腔室2外设置有加热器1、反应腔室2底部设置有保温桶4，以及：
与反应腔室2相连通的第一进气管路20，在第一进气管路20上设置有第一流量计15和第一阀门16；
与反应腔室2相连通的第一排气管路7，在第一排气管路7上设置的压力控制阀8，以及与通过压力控制阀8与第一排气管路7连通的尾气排放管路9和第一大气连通管路11；第一大气连通管路11上设置有第二阀门10；
与微环境腔室19相连通的第二进气管路21和第二排气管路22，在第二进气管路21上设置有第二流量计17；第二排气管路22上设置有第三阀门18；
与微环境腔室19相连通的第二大气连通管路14，在第二大气连通管路14上设置有检测微环境腔室19与大气压力之间压力差值的压力差测量计13；
将第一大气连通管路11和第二大气连通管路14相连通的连接管路23，连接管路23的一端与第一大气连通管路11相连接，另一端连接于微环境腔室19和压力差测量计13之间；连接管路23上设置有第四阀门12。
本实施例中，对反应腔室进行压力控制的方法包括：
请再次参阅图2，当晶圆承载装置3位于反应腔室2内进行工艺时，第四阀门12关闭，第二阀门10打开，通过压力差测量计13来控制微环境腔室19与大气压力的压差；并且，第一阀门16打开，通过第一流量计15控制第一进气管路20的气体进入反应腔室2的气体流量；并且调节压力控制阀8的开度来控制反应腔室2的排气量；从而达到控制反应腔室2压力的目的。此时，由于晶圆及晶圆承载装置3位于反应腔室2内部，此时不需要很严格的氧含量控制，为了减少通过第二进气管路21通入微环境腔室19的高纯惰性气体流量，可以将第二排气管路22关闭，或者通过第二流量计17来减小第二进气管路21进入微环境腔室19的气体流量或关闭第二进气管路21进入微环境腔室19的气体流量。
当传送装置6传送晶圆承载装置3进入反应腔室2或退出反应腔室2时，需要严格控制微环境腔室19的气体进入反应腔室2，防止晶圆受到微环境腔室19中传送装置6产生的颗粒进入反应腔室2对晶圆造成污染，并且此时需要控制微环境腔室19的氧含量，防止微环境腔室19的氧含量进入反应腔室2，造成高温的晶圆被氧气氧化导致成膜均匀性受到影响，进而影响产品质量。此时，对微环境腔室19进行氧含量控制和压力控制，包括：第一阀门16关闭，经第二进气管路21向微环境腔室19通入大量高纯惰性气体，例如氮气等，并且打开第三阀门18，通过第二流量计17控制进入微环境腔室19的高纯惰性气体流量，第二阀门10关闭，同时第四阀门12开启，通过压力差测量计13来控制微环境腔室19与大气压力的压差；并且，通过控制压力控制阀8的开度使尾气排放管路9和第一排气管路7连通而向外排出气体，从而实现反应腔室2压力高于微环境腔室19的压力的控制方式，最终实现传送***传送晶圆承载装置3进入反应腔室2或者退出反应腔室2过程中避免微环境腔室19的气体进入反应腔室2而导致颗粒污染或者微环境腔室19中的氧气进入反应腔室2导致成膜质量受到影响。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (8)

1.一种反应腔室的压力控制***，包括：反应腔室、微环境腔室、反应腔室与微环境腔室之间的密封门，晶圆承载装置、在反应腔室和微环境腔室之间输送晶圆承载装置的传送装置，传送装置位于微环境腔室内，其特征在于，还包括：
与反应腔室相连通的第一进气管路，在第一进气管路上设置有第一流量计和第一阀门；
与反应腔室相连通的第一排气管路，在第一排气管路上设置的压力控制阀，以及与通过压力控制阀与第一排气管路连通的尾气排放管路和第一大气连通管路；第一大气连通管路上设置有第二阀门；
与微环境腔室相连通的第二进气管路和第二排气管路，在第二进气管路上设置有第二流量计；第二排气管路上设置有第三阀门；
与微环境腔室相连通的第二大气连通管路，在第二大气连通管路上设置有检测微环境腔室压力与大气压力的差值的压力差测量计；
将第一大气连通管路和第二大气连通管路相连通的连接管路，连接管路的一端与第一大气连通管路相连接，另一端连接于微环境腔室和压力差测量计之间；连接管路上设置有第四阀门；
当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，第四阀门关闭，第二阀门打开，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，第一阀门打开，通过第一流量计控制第一进气管路的气体进入反应腔室的气体流量；并且调节压力控制阀的开度来控制反应腔室的排气量；
当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时，第一阀门关闭，然后经第二进气管路向微环境腔室通入高纯惰性气体，打开第三阀门，通过第二流量计控制进入微环境腔室的高纯惰性气体流量；第二阀门关闭，同时第四阀门开启，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，通过控制压力控制阀的开度使尾气排放管路和第一排气管路连通而向外排出气体，从而实现反应腔室压力高于微环境腔室的压力的控制方式。
2.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制***，其特征在于，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来减小第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
3.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制***，其特征在于，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来关闭第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
4.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制***，其特征在于，所述反应腔室外设置有加热器。
5.根据权利要求1所述的反应腔室的压力控制***，其特征在于，所述反应腔室底部设置有保温桶。
6.一种根据权利要求1所述的***对反应腔室进行压力控制的方法，其特征在于，包括：当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时的压力控制过程和当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时的压力控制过程；其中，
当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺的压力控制过程包括：
第四阀门关闭，第二阀门打开，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；
第一阀门打开，通过第一流量计控制第一进气管路的气体进入反应腔室的气体流量；并且调节压力控制阀的开度来控制反应腔室的排气量；
当传送装置传送晶圆承载装置进入反应腔室或退出反应腔室时的压力控制过程包括：
关闭第一阀门；
然后经第二进气管路向微环境腔室通入高纯惰性气体，打开第三阀门，通过第二流量计控制进入微环境腔室的高纯惰性气体流量；
关闭第二阀门，同时第四阀门开启，通过压力差测量计来控制微环境腔室与大气压力的压差；并且，通过控制压力控制阀的开度使尾气排放管路和第一排气管路连通而向外排出气体，从而实现反应腔室压力高于微环境腔室的压力的控制方式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来减小第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当晶圆承载装置位于反应腔室内进行工艺时，通过第二流量计来关闭第二进气管路进入微环境腔室的气体流量。
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