一種半導體設備的處理腔室的控氧控壓系統的製作方法

2023-04-26 10:26:02

本發明涉及半導體工藝技術領域，具體涉及一種半導體設備的處理腔室的控氧控壓系統。

背景技術：

在半導體晶圓生產中，晶圓熱處理工序的目標是生長一種厚度均勻、無缺陷的薄膜，薄膜可以是SiO2、Si3N4多晶矽以及金屬等。矽晶圓只要在空氣中暴露，就會形成自然氧化膜，這種氧化物是不均勻的，被視為汙染物，所以控制處理腔室的低氧含量是至關重要的；處理腔室保持微正壓，是防止空氣從密封漏點處進入處理腔室，汙染晶圓且影響處理腔室中氧含量。

如圖1所示為傳統的低氧微正壓控制系統，開始時氣動閥5』與氣動閥20』打開，向處理腔室11』中充入大量的氮氣，排氣閥13』打開。當處理腔室的微環境氧含量達到警示值時，關閉氣動閥20』和排氣閥13』，質量流量控制計6』控制並顯示向處理腔室11』中充入的氮氣量，處理腔室11』中的氣體由常開排氣管路支路排出，如此直至微環境氧含量達到要求值。氧氣分析儀15』測定處理腔室11』中的氧含量並與要求值做比較反饋到控制器3』，控制器3』通過質量流量控制計6』精確控制進入處理腔室11』中的氮氣量。壓力檢測器14』檢測處理腔室11』中的壓力，當壓力超過要求值時，氣動閥7』打開進行洩壓；當處理腔室11』中壓力為負壓時，控制器3』通過質量流量控制計6』精確控制進入處理腔室11』中的氮氣量使其達到要求值。循環風機9』用於加速處理腔室11』內的氣體循環流動和混合；在循環風機9』上的真空閥門8』，當打開真空閥門8』時，能快速的向處理腔室11』中補充空氣，從而便於人員進入處理腔室11』中進行設備檢修與維護。

但是此控制系統存在以下問題：氣動閥20』連通的管路上無流量計連接，不能精確的控制向處理腔室11』中充入的總氮氣量；當處理腔室11』中壓力超過要求值時，氣動閥7』打開進行洩壓，此時排到廠房的氣體為純氮氣，造成氮氣浪費，增加使用成本；循環風機9』上的真空閥門8』價格昂貴，佔用空間大；循環風機9』在處理腔室11』外實現外循環，不易實現處理腔室11』的密封，風機盒子結構複雜，且風機在處理腔室頂板上，更換不方便。

技術實現要素：

為了克服以上問題，本發明旨在提供一種成本較低、結構簡單的處理腔室的控氧控壓系統，能夠在處理腔室完全密封的前提下實現處理腔室的氧含量和壓力控制。

為了達到上述目的，本發明提供了一種半導體設備的處理腔室的控氧控壓系統，包括：處理腔室、與處理腔室連通的排氣閥和常開排氣管路支路、循環風機、與處理腔室連通的氮氣輸入管路、與處理腔室連通的壓力檢測器、與氮氣輸入管路和壓力檢測器相連的控制器，以及與控制器相連且與處理腔室相連通的氧氣分析儀，其中，

所述氮氣輸入管路包括兩路並聯的氮氣輸入支路，第一氮氣輸入支路具有第一氣動閥和質量流量控制計，第二氮氣輸入支路具有第二氣動閥和流量計；質量流量控制計控制並顯示通過第一氮氣輸入支路的流量，流量計用於顯示通過第二氮氣輸入支路的流量，通過質量流量控制計和流量計的顯示值可以確定向處理腔室輸入的總氮氣流量；

所述循環風機設置於所述處理腔室內部，用於加速處理腔室內的氣體循環流動；

處理腔室的腔體上還設置有洩壓口，洩壓口連通有洩壓管路；

對處理腔室的氧含量控制時，控制器打開氮氣輸入管路，第一氣動閥，第二氣動閥和壓力檢測器；質量流量控制計控制第一氮氣輸入支路的流量達到最大，此時，控制器將排氣閥打開，將處理腔室內的空氣快速排出；通過氧氣分析儀檢測處理腔室內的氧含量，氧氣分析儀將檢測到的氧含量實時傳輸給控制器；當氧氣分析儀檢測到氧含量等於或低於所設定的警示值時，控制器關閉排氣閥和第二氣動閥，常開排氣管路支路一直處在打開狀態；氧氣分析儀將檢測的氧含量數據不斷傳輸給控制器，控制器相應的不斷調節質量流量控制計來控制第一氮氣輸入支路的氣體流量，直至氧氣分析儀檢測到的處理腔室內的氧含量達到目標值；

對處理腔室的壓力控制時，通過壓力檢測器來檢測處理腔室的壓力值，並且將壓力值傳輸給控制器，當壓力值為正值且超過設定值時，控制器控制打開洩壓管路，對處理腔室進行洩壓，直至處理腔室的壓力達到所設定值；當壓力值為負值時，控制器調節質量流量控制計來控制經氮氣輸入管路進入處理腔室的氮氣流量，直至處理腔室內的壓力達到設定值。

優選地，所述氮氣輸入管路上還設置有三通閥，三通閥與氧氣分析儀相連通；控制器控制氮氣輸入管路打開時，三通閥也同時打開，氧氣分析儀收集氮氣輸入管路的氮氣以及處理腔室的氣體，通過對比分析得出處理腔室的氧含量；經分析的氮氣和處理腔室的氣體從氧氣分析儀的排氣管路排出。

優選地，還包括：洩壓管路上設置有第三氣動閥，第三氣動閥與控制器相連，在控制器的控制下實現洩壓管路的通斷。

優選地，在處理腔室上設置有空氣進入口，空氣進入口連通有空氣進入管路，空氣進入管路上設置換向閥，換向閥控制空氣進入管路的通斷。

優選地，處理腔室的外側壁上還設置有過濾器，外界氣體通過過濾器才能進入處理腔室內部，過濾器用於淨化進入處理腔室的氣體。

優選地，處理腔室的外側壁上還設置有熱交換器，熱交換器用於降低處理腔室內的溫度。

優選地，處理腔室內的下部設置有晶圓臺，循環風機設置於處理腔室內的底部，氣體從晶圓表面至處理腔室底部如此循環。

優選地，所述氮氣輸入管路上還設置有開關閥，開關閥用於控制氮氣輸入管路的通斷。

優選地，所述氮氣輸入管路上還設置調壓閥和壓力表，調壓閥用於調節氮氣輸入管路的壓力，壓力表用於監測氮氣輸入管路的壓力。

優選地，所述警示值為所述目標值的4～7倍。

本發明將氮氣輸入管路設置並聯的兩路氮氣輸入支路，在兩路氮氣輸入支路上均連接有流量計，可以準確的控制向處理腔室中充入的氮氣量。並且，為防止處理腔室內的過壓而造成器件的損壞，處理腔室上連通有洩壓管路，例如由第三氣動閥來控制洩壓管路的通斷，洩壓管路排出的氣體為空氣和氮氣的混合氣體，避免傳統控制系統中從真空閥8』排出純氮氣造成的浪費。此外，循環風機設置在處理腔室內部，加速了處理腔室內的氣體循環流動的作用。循環風機設置在處理腔室內部還使得處理腔室的密封更為容易，而且密封度更高，從而使得系統對處理腔室的控壓控氧更容易，還簡化了風機盒的結構，容易加工，風機更換方便。進一步的，處理腔室上設有空氣進入口，能快速補充空氣，方便維修人員進入處理腔室進行設備檢修與維護。空氣進氣口由換向閥來控制空氣管路的通斷，成本低且佔用空間小。

附圖說明

圖1為傳統低氧微正壓控制系統的結構示意圖

圖2為本發明的一個較佳實施例的控氧控壓系統的結構示意圖

附圖標記：

開關閥 1

調壓閥 2

壓力表 3

三通閥 4

第一氣動閥 5

質量流量控制計 6

循環風機 9

過濾器 10

處理腔室 11

熱交換器 12

排氣閥 13

壓力檢測器 14

氧氣分析儀 15

控制器 16

流量計 17

換向閥 18

第三氣動閥 19

第二氣動閥 20

具體實施方式

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。

以下結合附圖2和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。

請參閱圖2，本實施例的一種半導體設備的處理腔室的控氧控壓系統，包括：處理腔室11、與處理腔室11連通的排氣閥13和常開排氣管路支路、循環風機9、與處理腔室11連通的氮氣輸入管路、與處理腔室11連通的壓力檢測器14、與氮氣輸入管路和壓力檢測器14相連的控制器16，以及與控制器16相連且與處理腔室11相連通的氧氣分析儀15。

具體的，氮氣輸入管路包括兩路並聯的氮氣輸入支路，第一氮氣輸入支路具有第一氣動閥5和質量流量控制計6，第二氮氣輸入支路具有第二氣動閥20和流量計17；質量流量控制計6控制並顯示通過第一氮氣輸入支路的流量，流量計20用於顯示通過第二氮氣輸入支路的流量，通過質量流量控制計6和流量計20的顯示值可以確定向處理腔室11輸入的總氮氣流量；

本實施例中，氮氣輸入管路上還設置有開關閥1，調壓閥2和壓力表3；開關閥1用於控制氮氣輸入管路的通斷；壓力表3用於監測氮氣輸入管路的壓力，調壓閥2用於調節氮氣輸入管路的壓力；氮氣輸入管路上還設置有三通閥4，三通閥4與氧氣分析儀15相連通；

這裡，處理腔室11內的下部設置有晶圓臺，循環風機9設置於處理腔室11內部，用於加速處理腔室11內的氣體循環流動；具體的，循環風機9設置與處理腔室11內的底部，氣體從晶圓表面至處理腔室11內的底部如此循環；這裡的循環風機9可以為一個，也可以為多個。為了能夠使循環風機9置於處理腔室11內部，本實施例的循環風機11與傳統的循環風機不同，本實施例的循環風機11的尺寸小於傳統循環風機的尺寸，本實施例的循環風機11小於過濾器10的橫向尺寸。

並且，處理腔室11的腔體上還設置有洩壓口，洩壓口連通有洩壓管路；洩壓管路上設置有第三氣動閥19，第三氣動閥19與控制器16相連，在控制器16的控制下實現洩壓管路19的通斷；

本實施例中，處理腔室11的外側壁上還設置有過濾器10和熱交換器12，外界氣體通過過濾器10才能進入處理腔室11內部，過濾器10用於淨化進入處理腔室11的氣體，熱交換器12用於降低處理腔室11內的溫度。

對處理腔室11的氧含量控制時，控制器16打開氮氣輸入管路，三通閥4，第一氣動閥5，第二氣動閥20和壓力檢測器14；質量流量控制計6控制第一氮氣輸入支路的流量達到最大，此時，控制器16將排氣閥13打開，將處理腔室11內的空氣快速排出；通過氧氣分析儀15檢測處理腔室11內的氧含量，氧氣分析儀將檢測到的氧含量實時傳輸給控制器；具體的，氧氣分析儀15收集氮氣輸入管路的氮氣以及處理腔室11的氣體，通過對比分析得出處理腔室11的氧含量；經分析的氮氣和處理腔室11的氣體從氧氣分析儀15的排氣管路排出。

當氧氣分析儀檢測到氧含量等於或低於所設定的警示值時，控制器16關閉排氣閥13和第二氣動閥20，常開排氣管路支路一直處在打開狀態；氧氣分析儀15將檢測的氧含量數據不斷傳輸給控制器16，控制器16相應的不斷調節質量流量控制計6來控制第一氮氣輸入支路的氣體流量，直至氧氣分析儀15檢測到的處理腔室11內的氧含量達到目標值。具體的，通過預先設定氧含量警示值，氧含量警示值大於氧含量的目標值，警示值為目標值的4～7倍，例如，所設定的警示值為30ppm，目標值為5ppm；當氧氣分析儀15檢測處理腔室11內的氧含量等於或低於30ppm時，氧氣分析儀15將檢測的此氧含量數據傳輸給控制器16，控制器16關閉排氣閥13和第二氣動閥20；此後氧氣分析儀15將檢測的氧含量數據不斷傳輸給控制器16，控制器16相應的不斷調節質量流量控制計6來控制第一氮氣輸入支路的氣體流量，直至氧氣分析儀15檢測到的處理腔室11內的氧含量達到目標值5ppm。

對處理腔室11的壓力控制時，通過壓力檢測器14來檢測處理腔室11的壓力值，並且將壓力值傳輸給控制器16，當壓力值為正值且超過設定值時，控制器16控制打開洩壓管路的第三氣動閥19，對處理腔室11進行洩壓，直至處理腔室11的壓力達到所設定值；當壓力值為負值時，控制器16調節質量流量控制計6來控制經氮氣輸入管路進入處理腔室11的氮氣流量，直至處理腔室11內的壓力達到設定值。

通過循環上述控制過程保持處理腔室11內的氧含量和壓力處於所希望的值，例如可以確保處理腔室11內的低氧含量微正壓環境。

此外，為了方便對處理腔室11的維護，使維護人員能夠對處理腔室11進行處理，本實施例中還在處理腔室11上設置有空氣進入口，空氣進入口不限於兩個，還可以為一個或多個，空氣進入口連通有空氣進入管路，空氣進入管路上設置換向閥18，換向閥18控制空氣進入管路的通斷，從而能快速補充空氣，方便維修人員進入處理腔室進行設備檢修與維護。這裡，每個空氣進入管路對應連接一個空氣進入口，每個空氣進入管路上對應設置一個換向閥18，或者每個空氣進入管路都匯聚到一個空氣進入總管路，在空氣進入總管路上設置一個換向閥18即可。

雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然所述實施例僅為了便於說明而舉例而已，並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明精神和範圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發明所主張的保護範圍應以權利要求書所述為準。