一種用於半導體刻蝕設備的溫度控制系統及方法

2023-08-03 04:09:56

一種用於半導體刻蝕設備的溫度控制系統及方法
【專利摘要】一種用於半導體幹刻工藝中的溫度控制系統計方法，半導體幹刻設備包括傳輸機臺、至少一個反應腔體部件、前端接口和至少一個裝載口，所述裝載口包括負載狀態傳感器，該系統包括冷卻裝置、流量控制單元和節能控制單元；冷卻裝置包括與反應腔體部件數量相等的管路、壓縮機和泵；流量傳感器裝在冷卻裝置的出口端並偵測流出埠的流量；流量控制閥根據所述熱傳感器檢測和流量傳感器的檢測結果來執行並保證所述反應腔體對溫度的需求；節能控制單元接收並根據裝在傳輸機臺埠上的負荷狀態傳感器的信號，通過流量控制單元控制泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。因此，本發明可以通過傳輸機臺負荷狀態控制泵的轉速，從而達到節約能源的作用。
【專利說明】一種用於半導體刻蝕設備的溫度控制系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路製造【技術領域】，更具體地說，涉及一種用於半導體刻蝕設備的溫度控制系統及方法，該溫度控制技術運用於半導體乾式刻蝕工藝中且包括節能方面的設計。
【背景技術】
[0002]所謂半導體刻蝕技術，是將顯影后所產生的光阻圖案忠實地轉印到光阻層下的材質上，形成由光刻技術定義的圖形。它包含了將材質整面均勻移除及圖案選擇性部分去除，可分為溼式刻蝕(Wet etching)和乾式刻蝕(Dry etching)兩種技術。
[0003]目前,乾式刻蝕通常指利用輝光放電(Glow Discharge)方式,產生包含離子、電子等帶電粒子以及具有高度化學活性的中性原子、分子及自由基的電漿，來進行圖案轉印(Pattern Transfer)的刻蝕技術。幹法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法，廣泛應用於半導體或液晶顯示器(Liquid Crystal Display,簡稱LCD)的前段製程。
[0004]請參閱圖1，圖1為現有技術中運用於半導體乾式刻蝕工藝中的溫度控制系統一實施例示意圖。如圖所示，該系統採用乾式刻蝕(Dry ETCH)工藝的反應腔體部件都是靠溫度控制單元T⑶來控制溫度。其工作原理是:通過冷卻裝置(包括Chillerl和Chiller2)內部的冷媒與來自管道中的冷卻劑(Coolant)進行熱交換，用泵(Pump)將Coolant再通過管道分別打入兩個反應腔體部件(PMl和PM2)中進行熱交換，從而達到對兩個腔體部件(PMl和PM2)的溫度進行精確控制。其中，該系統的整個控制部分均由與兩個腔體部件(PMl和PM2)、傳輸機臺(Platform)和冷卻裝置的CPU執行完成。
[0005]裝在冷卻裝置Chillerl和Chiller2出口端的流量計，只用來保證兩個反應腔體對溫度的需求，而只偵測Chillerl和Chiller2的流量，因此,無論傳輸機臺(Platform)閒置還是在工藝過程(Process)中都會全速運轉。
[0006]本領域技術人員清楚，由於在半導體乾式刻蝕工藝過程中，傳輸機臺(Platform)閒置的時間有時能達到50%，因此，閒置的時間時也全速運轉的冷卻裝置Chillerl和Chiller2會造成很大的能源浪費。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在於提供一種用於半導體刻蝕設備的溫度控制方法及系統，該溫度控制技術運用於半導體乾式刻蝕工藝中且包括節能方面的設計，其在傳輸機臺(Platform)在閒置時，傳輸機臺發出信號給流量計從而控制Pump的轉速保持最低需求，當需要進行工藝(Process)時,傳輸機臺再發出信號給流量計控制Pump全速轉動,從而達到節約能源的作用。
[0008]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0009]一種用於半導體刻蝕設備中的溫度控制系統，所述半導體刻蝕設備包括傳輸機臺、至少一個反應腔體部件、前端接口和至少一個裝載口，所述裝載口包括負載狀態傳感器，所述系統包括冷卻裝置、流量控制單元和節能控制單元；冷卻裝置包括與所述反應腔體部件數量相等的管路、壓縮機和泵；其中，所述壓縮機內部的冷媒與來自管道中的冷卻劑進行熱交換，用泵將冷卻劑再通過管道分別打入所述反應腔體部件中進行熱交換；流量控制單元包括流量傳感器、流量控制閥和熱傳感器，所述流量傳感器裝在所述冷卻裝置的出口端並偵測流出埠的流量；所述流量控制閥根據所述熱傳感器檢測和流量傳感器的檢測結果來執行並保證所述反應腔體對溫度的需求；節能控制單元，接收並根據設置於所述傳輸機臺埠上的裝置負荷狀態傳感器的信號，通過流量控制單元控制所述泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。
[0010]優選地，所述裝置負荷狀態為兩種，一種為保持最低需求狀態，另一種為滿負荷運轉狀態；其中，所述最低需求狀態為任何一個所述裝載口均沒有晶圓盒載入，所述滿負荷運轉狀態為具有任意一個或多個所述裝載口有晶圓盒載入。
[0011]優選地，每個所述管路中包括兩個熱傳感器，一個位於所述反應腔體部件的冷卻劑輸入端，另一個位於所述反應腔體部件的冷卻劑輸出端。
[0012]優選地，所述流量控制單元和節能控制單元由上位機+下位機架構構成；其中，下位機為可編程控制器。
[0013]優選地，流量傳感器和流量控制閥為流量計。
[0014]優選地，所述半導體刻蝕設備為半導體幹刻設備。
[0015]為實現上述目的，本發明還具有採用上述技術方案的系統如下:
[0016]一種採用上述系統的溫度控制方法，所述半導體刻蝕設備包括傳輸機臺、至少一個反應腔體部件、前端接口和至少一個裝載口，所述裝載口包括負載狀態傳感器，所述方法包括:
[0017]步驟S1:所述節能控制單元接收所述傳輸機臺端的裝置口上的裝置負荷狀態傳感器的信號；
[0018]步驟S2:所述流量控制單元接收裝置負荷狀態傳感器信號，並通過流量控制單元控制所述泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。
[0019]優選地，所述步驟S2具體包括:步驟S21:所述流量控制單元接收裝置負荷狀態傳感器信號為傳輸機臺閒置狀態時，控制所述泵的轉速保持在最低需求運行狀態，否則，執行步驟S22 ;步驟S22:控制所述泵全速運行。
[0020]從上述技術方案可以看出，本發明一種用於半導體幹刻工藝中的溫度控制系統及方法，可以將傳輸機臺端的裝載口(Loadport)上的負載狀態傳感器(Presence Sensor)分一路信號到Chiller的流量傳感器(Flow Sensor)上，如果當有晶圓盒(FOUP)裝載到Loadport上時，各個Chiller開始滿負荷運轉，而當FOUP離開Loadport時泵(ChillerPump)則以最小轉速運轉。本發明的有益效果可以通過以下計算很直接地看出，即假設一天100臺Chiller工作，按照泵Pump平均1.5KW的功率來算，如果採用現有技術，則一天則需3600度電；在工藝過程中，按照目前半導體幹刻設備較理想工作時間大約為50%來計算，安裝該節能裝置的一天比正常滿負荷運轉的至少可以節約20%左右的電量。那麼，如果採用本發明系統的話，一天則可以節約720度電。一年則可以節約262800度電，因此，節能效果非常明顯。【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現有技術用於半導體幹刻工藝中的溫度控制系統一較佳實施例的結構示意圖
[0022]圖2為本發明用於半導體刻蝕設備中的溫度控制系統一較佳實施例的結構示意圖
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0024]需要說明的是，本發明旨在根據設置於傳輸機臺埠上的裝置負荷狀態傳感器的信號，通過流量控制單元控制製冷裝置的壓縮機泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。即根據泵Pump功率的計算公式:
[0025]P=pgQH (nln2)
[0026]其中:P為功率，P水密度=1000KG/M3，g加速度=9.8m/s2，Q流量的單位為M3/S，H為揚程，nl為泵效率，n2為電機效率。
[0027]從上述公式可以得知，當所需流量Q減少時，泵Pump的功率減小，則達到節省能源的目的。
[0028]在下述實施例中，半導體刻蝕設備可以包括傳輸機臺、至少一個反應腔體部件、前端接口和至少一個裝載口，每個裝載口可以包括負載狀態傳感器。本發明應用在半導體幹刻設備中效果特別明顯。
[0029]請參閱圖2，圖2為本發明用於半導體幹刻工藝中的溫度控制系統一較佳實施例的結構示意圖。如圖所示，該系統包括兩路冷卻裝置、流量控制單元和節能控制單元。
[0030]與現有技術系統的是，該系統採用乾式刻蝕(Dry ETCH)工藝的反應腔體部件也是靠溫度控制單元T⑶來控制溫度。冷卻裝置(包括Chi I Ier I和Chi I ler2 )包括與反應腔體部件數量相等的管路、壓縮機和泵；其中，壓縮機內部的冷媒與來自管道中的冷卻劑進行熱交換，用泵將冷卻劑再通過管道分別打入所述反應腔體部件中進行熱交換；也就是說，通過冷卻裝置內部的冷媒與來自管道中的冷卻劑(Coolant)進行熱交換，用泵(Pump)將Coolant再通過管道分別打入兩個反應腔體部件(PMl和PM2)中進行熱交換，從而達到對兩個腔體部件PMl和PM2的溫度進行精確控制。
[0031]流量控制單元可以包括流量傳感器、流量控制閥和熱傳感器，流量傳感器裝在冷卻裝置的出口端並偵測流出埠的流量；每個管路中可以包括兩個熱傳感器，一個位於反應腔體部件PMl和PM2的冷卻劑輸入端，另一個位於反應腔體部件PMl和PM2的冷卻劑輸出端。流量控制閥根據熱傳感器檢測和流量傳感器的檢測結果來執行並保證反應腔體部件PMl和PM2對溫度的需求。在本實施例中，流量傳感器和流量控制閥可以為流量計。
[0032]與現有技術不同的是，本發明的溫度控制技術運用於半導體乾式刻蝕工藝中且包括節能方面的設計。其工作原理如下:節能控制單元接收並根據設置於傳輸機臺埠上的裝置負荷狀態傳感器的信號，通過流量控制單元控制泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。
[0033]在本實施例中，考慮控制簡單起見，裝置負荷狀態可以簡單分為兩種，一種為保持最低需求狀態，另一種為滿負荷運轉狀態；其中，最低需求狀態為任何一個所述裝載口均沒有晶圓盒載入，滿負荷運轉狀態為具有任意一個或多個所述裝載口有晶圓盒載入。
[0034]另外，該系統的整個控制部分，包括節能控制單元和流量控制單元等，均由與兩個腔體部件PMl和PM2、傳輸機臺Platform和冷卻裝置的CPU執行完成。在一些實施例中，節能控制單元和流量控制單元等可以由上位機+下位機架構構成；其中，下位機為可編程控制器(Programmable Logic Device,簡稱 PLD)。
[0035]具體地，裝置負荷狀態是由設置於傳輸機臺端的1adport上的presence sensor分一路信號到Chiller的Flow Sensor上,在傳輸機臺Platform在閒置時，即晶圓盒離開1adport時,傳輸機臺發出信號給流量計,從而控制Pump的轉速保持最低需求即泵以最小轉速運轉；當需要進行工藝Process時，即當有晶圓盒裝載到1adport上時,傳輸機臺再發出信號給流量計控制Pump開始滿負荷運轉，從而達到節約能源的作用。
[0036]下面簡單介紹一下本發明採用上述系統的溫度控制方法，在本實施例中，該方法可以具體包括如下步驟:
[0037]步驟S1:節能控制單元接收傳輸機臺端的裝置口上的裝置負荷狀態傳感器的信號;
[0038]步驟S2:流量控制單元接收裝置負荷狀態傳感器信號，並通過流量控制單元控制泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。
[0039]也就是說,在一較佳實施例中，步驟S2可以具體包括步驟S21:流量控制單元接收裝置負荷狀態傳感器信號為傳輸機臺閒置狀態時，控制泵的轉速保持在最低需求運行狀態，否則，執行步驟S22 ;步驟S22:控制泵全速運行。
[0040]以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種用於半導體刻蝕設備中的溫度控制系統，所述半導體刻蝕設備包括傳輸機臺、至少一個反應腔體部件、前端接口和至少一個裝載口，所述裝載口包括負載狀態傳感器，其特徵在於，所述系統包括: 冷卻裝置，包括與所述反應腔體部件數量相等的管路、壓縮機和泵；其中，所述壓縮機內部的冷媒與來自管道中的冷卻劑進行熱交換，用泵將冷卻劑再通過管道分別打入所述反應腔體部件中進行熱交換； 流量控制單元，包括流量傳感器、流量控制閥和熱傳感器，所述流量傳感器裝在所述冷卻裝置的出口端並偵測流出埠的流量；所述流量控制閥根據所述熱傳感器檢測和流量傳感器的檢測結果來執行並保證所述反應腔體對溫度的需求； 節能控制單元，接收並根據所述傳輸機臺端的裝置口上的裝置負荷狀態傳感器的信號，通過流量控制單元控制所述泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。
2.如權利要求1所述的溫度控制系統，其特徵在於，所述裝置負荷狀態為兩種，一種為保持最低需求狀態，另一種為滿負荷運轉狀態；其中，所述最低需求狀態為任何一個所述裝載口均沒有晶圓盒載入，所述滿負荷運轉狀態為具有任意一個或多個所述裝載口有晶圓盒載入。
3.如權利要求1所述的溫度控制系統，其特徵在於，每個所述管路中包括兩個熱傳感器，一個位於所述反應腔體部件的冷卻劑輸入端，另一個位於所述反應腔體部件的冷卻劑輸出端。
4.如權利要求1所述的溫度控制系統，其特徵在於，所述流量控制單元和節能控制單元由上位機+下位機架構構成；其中，下位機為可編程控制器。
5.如權利要求1所述的溫度控制系統，其特徵在於，流量傳感器和流量控制閥為流量計。
6.如權利要求1所述的溫度控制系統，其特徵在於，所述半導體刻蝕設備為半導體幹刻設備。
7.一種採用權利要求1所述系統的溫度控制方法，所述半導體刻蝕設備包括傳輸機臺、至少一個反應腔體部件、前端接口和至少一個裝載口，所述裝載口包括負載狀態傳感器，其特徵在於，所述方法包括: 步驟S1:所述節能控制單元接收所述傳輸機臺端的裝置口上的裝置負荷狀態傳感器的信號； 步驟S2:所述流量控制單元接收裝置負荷狀態傳感器信號，並通過流量控制單元控制所述泵的轉速工作在相應的裝置負荷狀態。
8.如權利要求7所述的溫度控制方法，其特徵在於，所述步驟S2具體包括:步驟S21:所述流量控制單元接收裝置負荷狀態傳感器信號為傳輸機臺閒置狀態時，控制所述泵的轉速保持在最低需求運行狀態，否則，執行步驟S22 ;步驟S22:控制所述泵全速運行。
【文檔編號】H01L21/67GK103887214SQ201410117776
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】邵克堅, 馮俊傑 申請人:上海華力微電子有限公司