CN112527025B - 气压控制装置及气压调节方法 - Google Patents

Abstract

一种气压控制装置，包括反应室、气压表、真空泵、第一阀门和控制单元；所述第一阀门设置在所述真空泵和所述反应室之间；所述气压表检测所述反应室内的气压并发送第一信号至所述控制单元，所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至所述第一阀门，控制所述第一阀门的开合以维持所述反应室内的气压在一预定范围内；当所述第一阀门的打开量大于或等于一预设值，所述第一阀门反馈第三信号至所述控制单元，所述控制单元根据所述第三信号发送第四信号至所述真空泵以调整所述真空泵抽取气体的速度。本发明还提供一种应用在该气压控制装置中的气压调节方法，通过调节阀门开合和真空泵的抽气速度的双重调控方式来稳定反应室的气压。

Description

气压控制装置及气压调节方法

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种气压控制装置及气压调节方法。

背景技术

在半导体制造过程中，反应室气压的控制是制造半导体元件的重要条件之一。例如，在沉积薄膜的制程中，通常需要把反应室里的气压抽至接近真空状态，再注入需要反应的气体，并在调控气压至预定沉积条件后，再进行薄膜沉积。然而，随着制程次数增加，反应室与相连接的管路会因为积累生成物粉末导致抽气速度降低，使控制抽气速度的节流阀需要以加大气流通过的方式维持抽气速度。单纯依靠节流阀调整抽气速度会导致反应室的气体流场不容易稳定，气流波动增大会影响产品品质。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种能够稳定反应室的气压，减小气流波动的气压控制装置和应该在该气压控制装置中的气压调节方法。

一种气压控制装置，包括反应室、气压表、与所述反应室连通的真空泵、第一阀门和控制单元，所述控制单元分别与所述气压表、所述真空泵和所述第一阀门信号连接；所述第一阀门设置在所述真空泵和所述反应室之间；所述气压表检测所述反应室内的气压并发送第一信号至所述控制单元，所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至所述第一阀门，并控制所述第一阀门的开合以维持所述反应室内的气压在一预定范围内；当所述第一阀门的打开量大于或等于一预设值，所述第一阀门反馈第三信号至所述控制单元，所述控制单元根据所述第三信号发送第四信号至所述真空泵以调整所述真空泵抽取气体的速度。

优选地，所述真空泵根据所述第四信号调整工作电流以改变抽取气体的速度。

优选地，所述第一阀门包括一与所述控制单元信号连接驱动器，用于依据所述第二信号调整所述第一阀门的开合，所述真空泵与所述反应室通过一真空管的连接，所述第一阀门设置在所述真空管内。

优选地，所述第一阀门包括一转动挡片，所述转动挡片与所述驱动器传动连接，所述驱动器根据所述第二信号带动所述转动挡片转动预定角度。

优选地，所述第一阀门还包括一传感器，用于检测所述转动挡片的转动角度，若所述转动挡片的转动角度大于或等于一预设值，所述传感器发送所述第三信号至所述控制单元，所述控制单元提高所述真空泵的工作电流。

优选地，所述真空泵的工作电流变化时，所述控制单元控制所述转动挡片回到一初始位置。

优选地，所述气压控制装置还包括一第二阀门，所述第二阀门设置在所述真空泵和所述第一阀门之间，所述第二阀门用于打开或关闭所述真空泵的气流通道。

优选地，所述真空泵还包括一电流监测器，用于实时监测所述真空泵的工作电流，若所述真空泵的工作电流高于一安全值，所述电流监测器发出一警报信号。

优选地，所述反应室还连通有进气管道，反应气体通过所述进气管道流入所述反应室，所述进气管道上设置有第三阀门，用于控制所述反应气体的流量。

一种气压调节方法，应用在上述任一项所述的气压控制装置中，所述气压调节方法包括：

检测反应室的气压，若所述反应室的气压不在预定范围内，气压表发送第一信号至控制单元；

所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至第一阀门以调节所述第一阀门的开合；

若所述第一阀门的打开量大于或等于一预设值，所述第一阀门反馈第三信号至所述控制单元；

所述控制单元根据所述第三信号发送第四信号至真空泵以调节所述调节真空泵的工作电流以调整所述真空泵的抽气速度。

优选地，所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至第一阀门以调节所述第一阀门的开合包括：所述第一阀门的转动挡片根据所述第二信号转动预定角度。

优选地，所述气压调节方法还包括：

调整所述真空泵的工作电流时，所述控制单元控制所述转动挡片回到初始位置；

所述控制单元再次根据所述反应室内的气压控制所述转动挡片转动。

优选地，所述气压调节方法还包括：若所述真空泵的工作电流高于一安全值，所述真空泵发出一警报信号。

上述气压控制装置和气压调节方法通过调节阀门开合和真空泵的抽气速度的双重调控方式来稳定反应室的气压，减小气流波动，从而保证沉积薄膜的品质。

附图说明

图1为气压控制装置在一实施例中的结构示意图。

图2为图1所示的气压控制装置的第一阀门的结构示意图。

图3为图1所示的气压控制装置的进气管道结构示意图。

图4为气压控制装置在另一实施例中的结构示意图。

图5为气压调节方法在一实施例中的流程图。

图6为气压调节方法在另一实施例中的流程图。

主要元件符号说明：

气压控制装置	100，200
		反应室	1
气压表	2
		控制单元	3
第一阀门	4
		驱动器	41
传动组件	42
		连接件	43
转动轴	44
		转动挡片	45
传感器	46
		真空泵	5
备用真空泵	51
		电流监测器	52
第二阀门	6
		第三阀门	7
毒性气体管道阀门	71
		无毒气体管道阀门	72

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，气压控制装置100包括反应室1、气压表2、控制单元3、第一阀门4和真空泵5。所述真空泵5与所述反应室1连通，用于抽取所述反应室1内气体。所述控制单元3分别与所述气压表2、所述真空泵5和所述第一阀门4信号连接。所述第一阀门4设置在所述真空泵5和所述反应室1之间的真空管上。所述气压表2连接所述反应室1并用于检测所述反应室1内的气压，所述气压表2根据检测到的气压发送第一信号至所述控制单元3。所述控制单元3根据所述第一信号发送第二信号至所述第一阀门4，并控制所述第一阀门4的开合以维持所述反应室1内的气压在一预定范围内。所述第一阀门4根据阀门的打开量反馈第三信号至所述控制单元3，当所述第一阀门4的打开量大于或等于一预设值时，所述第一阀门反馈第三信号至所述控制单元3。所述控制单元3根据所述第三信号发送第四信号至所述真空泵5以调整所述真空泵5工作电流，从而调整所在真空泵5抽取气体的速度，使所述反应室1内的气压维持在预定范围内。

请参阅图1、图2和图3，所述反应室1还连通有进气管道，反应气体通过所述进气管道流入所述反应室1，所述进气管道上还设置有第三阀门7，用于控制所述反应气体的流量。在另一实施例中，所述进气管道还可以包括毒性气体管道和无毒气体管道，分别用于输送有毒反应气体和无毒反应气体，毒性气体管道上设置毒性物提醒标识。所述毒性气体管道和所述无毒气体管道上分别安装毒性气体管道阀门71和无毒气体管道阀门72，用于分别调控毒性气体和无毒气体的流量。不同气体的管路分开设置有利于工程师检修设备，保障工程师的人身安全。

所述第一阀门4包括一驱动器41，所述驱动器41与所述控制单元3信号连接并根据所述控制单元3的信号控制所述第一阀门4的打开量。所述第一阀门4优选为一节流阀，所述驱动器41优选为一步进电机。步进电机是一种能够将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以任一固定的角度(例如2°)一步一步运行的。步进电机可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

所述第一阀门4包括转动挡片45和转动轴44。所述转动挡片45设置在所述真空管内，所述真空管的内径尺寸与所述转动挡片45的尺寸匹配。所述转动轴44大致设置在所述转动挡片45的中部，所述驱动器41驱动所述转动轴44旋转，从而带动所述转动挡片45转动以打开或关闭所述第一阀门4。所述转动挡片45转动的角度与所述第一阀门4的打开量对应。所述驱动器41通过一传动组件42驱动所述转动轴44旋转，所述转动轴44通过一连接件43与所述传动组件42连接。

所述气压控制装置100启动时，所述转动挡片45位于一初始位置，即第一阀门4关闭时所述转动挡片45所在的位置。当所述气压表2检测到所述反应室1内的气压高于预设范围时，所述气压表2发送第一信号至所述控制单元3，所述控制单元3根据所述第一信号发送第二信号至所述驱动器41，使所述驱动器41带动所述转动挡片45转动预定角度。若所述转动挡片45转动的角度小于一预设值，则表示所述转动挡片45的转动幅度在可接受的范围内，不会引起反应室1内的气流波动，所述气压表2继续检测所述反应室1内的气压。可以理解的，所述预定角度应当小于所述预设值。若所述反应室1内的气压维持在预设范围内，则所述转动挡片45停止转动并维持在当前位置。若所述反应室1内的气压依然高于预设范围的气压值，则所述控制单元3继续调整所述第一阀门4的打开量，即控制所述转动挡片45继续转动预定角度，以增大所述真空管中的气流量，从而降低反应室1的气压。

当所述转动挡片45转动的角度大于或等于所述预设值时，则表示所述转动挡片45的转动幅度过大，会引起反应室1内的气流波动，所述驱动器41发送第三信号至所述控制单元3。由于所述驱动器41优选为步进电机，所述转动挡片45转动的角度可以转换为步进电机中编码器的脉冲信号或其他电信号，在一优选实施例中，当脉冲信号数量的增量大于或等于一阈值，例如大于或等于一设定值的10％，则可以判定所述转动挡片45转动的角度大于或等于所述预设值。在其他实施例中，所述第一阀门4还可以包括一传感器46，设置在转动挡片45上，用于检测所述转动挡片45的转动角度。若所述转动挡片45的转动角度大于或等于所述预设值，所述传感器46发送所述第三信号至所述控制单元3。

所述控制单元3根据所述第三信号发送第四信号至所述真空泵5，提升所述真空泵5的工作电流，从而提高所述真空泵5的抽气速度以控制所述反应室1的气压在所述预设范围内。若所述反应室1的气压依然高于所述预设范围，则所述控制单元3继续提高所述真空泵5的工作电流以控制所述反应室1的气压在所述预设范围内。

可以理解，当所述反应室1内的气压小于预设范围，则控制单元3还可以减小所述转动挡片45的转动角度或使所述转动挡片45回到初始位置，同时也降低真空泵5的工作电流。

在另一实施例中，所述真空泵的工作电流变化时，为了减小所述反应室1内的气流波动，所述控制单元3可以先控制所述转动挡片45回到初始位置，再根据所述气压表2检测到的气压重新调整所述转动挡片45的转动角度。

所述气压控制装置100还包括一第二阀门6，所述第二阀门6设置在所述真空泵5和所述第一阀门4之间。所述第二阀门6用于打开或关闭所述真空泵5的气流通道，适用于设备检修或者安装的情况。

在另一实施例中，所述真空泵5还可以包括一电流监测器52，用于实时监测所述真空泵5的工作电流。当所述真空泵5的工作电流高于一安全值时，所述电流监测器52发出一警报信号，工程师或控制单元3可以根据警报信号停止所述真空泵5，避免所述真空泵5损坏。

实施例二

请参阅图4，实施例二的气压控制装置200与实施一的气压控制装置100大致相同，区别在于，所述气压控制装置200包括至少一个备用真空泵51。所述备用真空泵51与所述真空泵5并联至所述第二阀门6，所述第二阀门6可以选择性地连通所述真空泵5和/或所述备用真空泵51。

当所述真空泵5的工作电流高于安全值时，所述控制单元3控制所述第二阀门6连通所述备用真空泵51并断开所述真空泵5，所述控制单元3根据所述反应室1的气压和所述转动挡片45的转动角度调整所述备用真空泵51的工作电流。

在其他实施例中，所述真空泵5和所述备用真空泵51还可以同时连通所述第二阀门6，所述真空泵5的工作电流维持在安全值，所述控制单元3根据所述反应室1的气压和所述转动挡片45的转动角度调整所述备用真空泵51的工作电流。或者，所述备用真空泵51的工作电流为一固定值，所述控制单元3再根据所述反应室1的气压和所述转动挡片45的转动角度调整所述真空泵5的工作电流。

请参阅图5，本发明提供一种气压调节方法，应用在实施例一或实施例二所述的气压控制装置中，所述气压调节方法包括下述步骤：

S 1，检测反应室1的气压，判断反应室1的气压是否达到预定范围。步骤S1可以由气压表2来执行。若所述反应室的气压达到预定范围，则表示所述反应室1气压稳定，可以开始制程，例如沉积薄膜。若所述反应室1的气压不在预定范围内，则气压表2发送第一信号至控制单元3。

在其他实施例中，判断反应室1的气压是否达到预定范围的步骤可以由控制单元3来执行，所述气压表2通过发生第一信号将检测的气压值传送给所述控制单元3。

S2，调整第一阀门4，判断第一阀门4的打开量是否达到预设值。所述控制单元3根据所述第一信号发送第二信号至第一阀门4的驱动器41，以控制所述第一阀门4的开合。

具体地，所述驱动器41根据所述第二信号驱动所述第一阀门4的转动挡片45从初始位置转动预定角度，并判断所述转动挡片45转动的角度是否达到预设值，即判断所述第一阀门4的打开量是否达到预设值。

若所述第一阀门4的打开量小于预设值，则重复步骤S1。若所述第一阀门4的打开量达到所述预设值，所述第一阀门4反馈第三信号至所述控制单元3，进入步骤S3。

S3，调整真空泵5的工作电流，判断所述真空泵5的工作电流是否高于安全值。所述控制单元3根据所述第三信号提升真空泵5的工作电流以增加所述真空泵5的抽气速度。若所述真空泵5的工作电流小于或等于安全值，则重复步骤S1。若所述真空泵5的工作电流高于安全值，则所述真空泵5发出警报信号，所述控制单元3或工程师可以根据所述警报信号及时停止所述真空泵5，避免所述真空泵5损坏。

在一优选实施例中，调整所述真空泵5的工作电流时，为了减小所述反应室1内的气流波动，所述控制单元3可以先控制所述转动挡片45回到初始位置，再根据所述气压表2检测到的气压重新调整所述转动挡片45的转动角度。

请参阅图6，在另一实施例中，所述气压调节方法还包括步骤S4，当所述真空泵5的工作电流高于安全值时，备用真空泵51被连通至所述气压控制装置，接着再重复步骤S1。

具体地，当所述真空泵5的工作电流高于安全值时，所述控制单元3控制第二阀门6连通所述备用真空泵51并断开所述真空泵5，所述控制单元3根据所述反应室1的气压和所述转动挡片45的转动角度调整所述备用真空泵51的工作电流。

在其他实施例中，所述真空泵5和所述备用真空泵51还可以同时连通第二阀门6，所述真空泵5的工作电流维持在安全值，所述控制单元3根据所述反应室1的气压和所述转动挡片45的转动角度调整所述备用真空泵51的工作电流。或者，所述备用真空泵51的工作电流为一固定值，所述控制单元3根据所述反应室1的气压和所述转动挡片45的转动角度调整所述真空泵5的工作电流。

本发明提供的气压控制装置和气压调节方法通过调节阀门开合和真空泵的抽气速度的双重调控方式来稳定反应室的气压，使阀门的打开量控制在一个小范围内，减小气流波动，从而保证沉积薄膜的品质。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种气压控制装置，包括：

反应室；

气压表，连接所述反应室；

真空泵，与所述反应室连通；

第一阀门；和

控制单元，分别与所述气压表、所述真空泵和所述第一阀门信号连接；

其特征在于，所述第一阀门设置在所述真空泵和所述反应室之间；

所述气压表检测所述反应室内的气压并发送第一信号至所述控制单元，所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至所述第一阀门，并控制所述第一阀门的开合以维持所述反应室内的气压在一预定范围内；

当所述第一阀门的打开量大于或等于一预设值，所述第一阀门反馈第三信号至所述控制单元，所述控制单元根据所述第三信号发送第四信号至所述真空泵以调整所述真空泵抽取气体的速度；

所述真空泵与所述反应室通过一真空管的连接，所述第一阀门设置在所述真空管内；所述第一阀门包括驱动器、转动挡片和传感器，所述驱动器与所述控制单元信号连接，所述转动挡片与所述驱动器传动连接，所述驱动器根据所述第二信号带动所述转动挡片转动预定角度，所述传感器用于检测所述转动挡片的转动角度，若所述转动挡片的转动角度大于或等于一预设值，所述传感器发送所述第三信号至所述控制单元，所述控制单元提高所述真空泵的工作电流；所述真空泵的工作电流变化时，所述控制单元控制所述转动挡片回到一初始位置。

2.如权利要求1所述的气压控制装置，其特征在于，所述真空泵根据所述第四信号调整工作电流以改变抽取气体的速度。

3.如权利要求1所述的气压控制装置，其特征在于，所述气压控制装置还包括一第二阀门，所述第二阀门设置在所述真空泵和所述第一阀门之间，所述第二阀门用于打开或关闭所述真空泵的气流通道。

4.如权利要求2所述的气压控制装置，其特征在于，所述真空泵还包括一电流监测器，用于实时监测所述真空泵的工作电流，若所述真空泵的工作电流高于一安全值，所述电流监测器发出一警报信号。

5.一种气压调节方法，应用在如权利要求1-4任一项所述的气压控制装置中，其特征在于，所述气压调节方法包括：

检测反应室的气压，若所述反应室的气压不在预定范围内，气压表发送第一信号至控制单元；

所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至第一阀门以调节所述第一阀门的开合；

若所述第一阀门的打开量大于或等于一预设值，所述第一阀门反馈第三信号至所述控制单元；

所述控制单元根据所述第三信号调节真空泵的工作电流以调整所述真空泵的抽气速度。

6.如权利要求5所述的气压调节方法，其特征在于，所述控制单元根据所述第一信号发送第二信号至第一阀门以调节所述第一阀门的开合包括：

所述第一阀门的转动挡片根据所述第二信号转动预定角度。

7.如权利要求6所述的气压调节方法，其特征在于，所述气压调节方法还包括：

调整所述真空泵的工作电流时，所述控制单元控制所述转动挡片回到初始位置；

所述控制单元再次根据所述反应室内的气压控制所述转动挡片转动。

Images