专利名称：反应腔的输气管道系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种反应腔的输气管道系统及其控制方法。
背景技术：
在半导体加工生产领域中，等离子加工装置、气相沉积装置以及清洁装置等设备在工作时均需要在反应腔内通入气体或者抽真空形成真空环境，与上述反应腔相连接的输气管道系统通常包括分别用于排气的排气泵、用于通气的通气泵等。其中为了简化管路，上述排气泵以及通气泵并非独立设置的，而是共用部分管路，并通过阀门控制管道内的气流走向。更多关于半导体设备反应腔的气体管道系统可以参见申请号为200720073814. 3的中国专利申请。现有的一种气体管道系统见图1所示，包括用于对反应腔100进行抽气的粗泵 101、用于对反应腔100通气的涡轮通气泵102。其中，所述粗泵101经由蝶形阀201与反应腔100连接，所述涡轮通气泵102与反应腔连接。所述涡轮通气泵102的气冷单元还通过冷却阀202与粗泵101连接，以便于排出涡轮通气泵102的冷却气体。当反应腔进行半导体工艺时，其腔室气压通常小于外界气压，甚至为真空状态。此时所述涡轮通气泵102不工作，冷却阀202保持关闭，所述蝶形阀201开启，所述粗泵工作对反应腔100进行抽气，调节反应腔100内的气压。当反应腔完成半导体工艺，需要移除晶圆时，必须使得反应腔内的气压恢复至与外界气压相平衡。首先关闭所述蝶形阀201，使得粗泵101停止对反应腔抽气；然后涡轮通气泵102开始工作，向反应腔通气以提升反应腔内的气压；为了保证涡轮通气泵102正常工作，需要使用冷却气体冷却涡轮通气泵102的电机，开启所述冷却阀202，使得所述冷却气体通过冷却阀202经由粗泵101排出。当反应腔内的气压与外界气压相平衡后，开启反应腔的舱门，移除晶圆。现有技术存在着如下问题粗泵101在半导体工艺阶段需要对反应腔100抽气，而在晶圆传输阶段需要排出涡轮通气泵102的冷却气体，其功能的转换通过蝶形阀201以及冷却阀202的开启或关闭实现。上述转换过程中，由于蝶形阀201的彻底关闭需要时间，故蝶形阀201开始关闭而冷却阀202刚刚打开时容易出现以下情况反应腔100内还近似于真空状态，气压极小，而涡轮通气泵102的气冷单元内的气压则较大，冷却气体极易经由刚刚开启的冷却阀202以及尚未彻底关闭的蝶形阀201反充进反应腔100中。上述冷却气体并不纯净，而且粗泵的管道中也存在较多杂质，上述杂质被冷却气体带入反应腔100后，容易污染晶圆。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种输气管道系统及其控制方法，避免涡轮通气泵的冷却气体反充进反应腔中污染晶圆。
本发明提供的输气管道系统，包括粗泵，经由蝶形阀与反应腔连接，用于对反应腔抽气；还包括涡轮通气泵，所述涡轮通气泵与反应腔连接，用于对反应腔通气，其气冷单元与所述粗泵连通；阀门控制单元，所述阀门控制单元将气冷单元内的气压与反应腔的气压相比较，当所述气冷单元内的气压大于反应腔的气压时，使得所述蝶形阀关闭。所述输气管道系统还包括真空吸盘泵，用于向机械传送装置提供吸附晶圆的负压；所述涡轮通气泵的气冷单元还与所述真空吸盘泵连通。可选的，所述气冷单元的出气口设置有电子气压计。所述阀门控制单元与电子气压计电性连接，检测气冷单元内的气压。可选的，所述涡轮通气泵经由通气阀与反应腔连接。所述阀门控制单元在蝶形阀开启时，使得所述通气阀关闭；而在通气阀开启时，使得蝶形阀关闭。所述输气管道系统还包括与气冷单元连接的供气单元，用于提供冷却气体。所述供气单元包括液氮罐以及用于汽化液氮的汽化器。一种输气管道系统的控制方法，其中包括当晶圆送入反应腔中进行加工工艺时，开启粗泵，对涡轮通气泵的气冷单元抽气；所述阀门控制单元接收第一控制信号，将所述气冷单元内的气压与当前反应腔气压相比较，当气冷单元内的气压小于反应腔气压时，开启蝶形阀，使得粗泵对反应腔抽气；当晶圆完成加工工艺时从反应腔移除时，所述阀门控制单元第二控制信号，关闭所述蝶形阀；所述粗泵保持对涡轮通气泵的气冷单元抽气；开启涡轮通气泵，对反应腔通气。当反应腔气压与外界气压相平衡时，开启真空吸盘泵，使得机械传送装置吸附晶圆，并分流涡轮通气泵的气冷单元中的冷却气体。与现有技术相比，本发明具有以下优点所述涡轮通气泵的气冷单元与粗泵连通，使得粗泵在工作时总是对气冷单元抽气，能够降低气冷单元内的气压，使其与反应腔的气压保持平衡，所述阀门控制单元对上述气压进行比较，控制蝶形阀的开启或关闭，可以有效防止冷却气体反充入反应腔中；将所述涡轮通气泵的气冷单元与真空吸盘泵连通，起到分流冷却气体的作用，进一步降低了气冷单元反充入反应腔的可能性。
图1是现有反应腔的输气管道系统的示意图；图2是本发明所述反应腔的输气管道系统的示意图；图3是本发明在晶圆送入反应腔进行加工时的操作示意图；图4时本发明在晶圆完成加工从反应腔移除时的操作示意图。
具体实施例方式现有的反应腔输气管道系统，使用粗泵对反应腔抽气以及排出涡轮通气泵的冷却气体，在阀门切换时，由于反应腔与涡轮通气泵气冷单元之间存在气压差，容易出现所述冷却气体反充入反应腔污染晶圆的问题。本发明则通过降低气冷单元的气压，并监控反应腔与涡轮通气泵气冷单元之间的气压差，控制蝶形阀的开闭，解决上述问题。如图2所示，本发明所述的输气管道系统，其基本结构包括粗泵301，经由蝶形阀 401与反应腔300连接，用于对反应腔300抽气；涡轮通气泵302，所述涡轮通气泵302与反应腔300连接，用于对反应腔300通气；真空吸盘泵303，用于向机械传送装置提供吸附晶圆的负压。所述涡轮通气泵302还包括气冷单元30 ，用于对涡轮通气泵302的电机散热。 只有在气冷单元30 工作的前提下，涡轮通气泵302才能向反应腔300正常通气。所述气冷单元30 还与粗泵301连通，其基本工作原理是温度较低的冷却气体进入所述气冷单元30加，通过热传递吸收涡轮通气泵302电机的热量，然后再被粗泵301抽出。所述冷却气体可以是气冷单元30 直接从外界环境中抽取的，也可以是由其他供气源提供的，以避免带入杂质，保证输气管道内的气体纯净。作为优选方案，所述输气管道系统还可以包括供气单元305，所述供气单元305与所述气冷单元30 连接，向气冷单元30 提供冷却气体。具体的，所述供气单元305可以包括液氮罐以及用于汽化液氮的汽化器，所述冷却气体为氮气。作为可选的方案，所述气冷单元30 还与真空吸盘泵303连通，所述真空吸盘泵 303可以起到分流冷却气体的作用，也能够降低冷却气体反充入反应腔300的可能性。所述输气管道系统还包括阀门控制单元304，所述阀门控制单元304将所述气冷单元30 内的气压与反应腔300的气压相比较，控制所述蝶形阀401的开启或关闭。具体的，如果气冷单元30 内的气压大于反应腔300的气压，所述阀门控制单元304关闭蝶形阀401，以防止冷却气体经由蝶形阀401反充入反应腔300中。具体的，所述气冷单元30 的出气口设置有电子气压计302b，所述阀门控制单元304与电子气压计302b电性连接，检测气冷单元30 出气口的气压，也即气冷单元30 内的气压。在某些实施例中，涡轮通气泵302经由通气阀402与反应腔300连接。所述阀门控制单元304还控制通气阀402的开启或关闭。具体的，所述阀门控制单元304在蝶形阀 401开启时，使得所述通气阀402关闭；而在通气阀402开启时，使得蝶形阀401关闭，从而保证通气阀402与蝶形阀401无法同时开启。一方面防止粗泵301在对反应腔抽气时，所述涡轮通气泵302影响反应腔的真空度；另一方面防止涡轮通气泵302在对反应腔通气时， 所述粗泵301影响反应腔的气压提升速度。在本发明所述的输气管道系统中，只要粗泵301处于工作状态，便保持对涡轮通气泵302的气冷单元30 抽气，气冷单元30 内的气压一直处于较低水平。所述阀门控制单元304仅有在气冷单元30 内的气压不大于反应腔300内的气压时，才允许蝶形阀401 的开启，有效避免了冷却气体反充入反应腔300内，对晶圆造成污染。下面结合具体的半导体加工工艺中对所述输气管道系统的控制方法，进一步阐述本发明输气管道系统的优点。假设本发明的反应腔进行的半导体工艺为等离子刻蚀工艺， 反应环境为真空。在初始状态下，所述蝶形阀401以及通气阀402关闭，粗泵301、涡轮通气泵302以及真空吸盘泵303均不工作，所述涡轮通气泵302的气冷单元30 也不工作。当晶圆送入反应腔准备进行加工时，需要对反应腔300抽气以形成等离子刻蚀所需的真空环境。图3为上述过程中对输气管道系统的控制方法的流程示意图，结合图2以及图3所示，基本步骤包括执行步骤S101、启动粗泵301，对涡轮通气泵302的气冷单元30 抽气；
由于此时涡轮通气泵302尚未工作，其气冷单元30 内也未通入冷却气体，故粗泵301启动后，实际上先对气冷单元30 以及蝶形阀401之间的管路抽气，排出上述管路中残留的气体。经过一段时间后，气冷单元30 内的气压降至较低水平，近似于真空。执行步骤S102、向所述阀门控制单元304输入第一控制信号，开启蝶形阀401。当反应腔中的晶圆放置到位，且输气管路内残留气体已清除，所述晶圆已具备工艺条件。可以通过人工输入或由晶圆加工设备自动发出所述第一控制信号。所述阀门控制单元304在接收到所述第一控制信号后，并不是直接开启蝶形阀401。而是先判断蝶形阀401是否满足开启条件。所述开启条件为反应腔300内的气压不小于蝶形阀401另一侧的气压。具体的，所述阀门控制单元304将从电子气压计302b所读取的气压与反应腔300 的气压相比较，也即将气冷单元30 内的气压与反应腔300的气压相比较，如果气冷单元 30 的气压小于反应腔300的气压，则开启蝶形阀401。其中阀门控制单元304可以从晶圆加工设备获得所述反应腔300的气压的值。所述蝶形阀401开启后，使得处于工作状态的粗泵301与反应腔300连通，所述粗泵301开始对反应腔300抽气，反应腔300内的气压逐渐降低。当晶圆完成加工工艺时从反应腔移除时，需要先对反应腔300通气以恢复反应腔 300内的气压，使其与外界气压相平衡，才能打开反应腔300的舱门，进行传输晶圆的动作。 图4为上述过程中对输气管道系统的控制方法的流程示意图，结合图2以及图4所示，基本步骤包括执行步骤S103、向阀门控制单元304输入第二控制信号，关闭所述蝶形阀401 ；同样，当晶圆完成加工工艺，可以通过人工输入或由晶圆加工设备自动发出所述第二控制信号。实际上在本步骤中，涡轮通气泵302并未开始工作，其气冷单元30 内也未通入冷却气体，因此所述蝶形阀401在整个开启的过程中，并不会出现冷却气体反充入反应腔300的情况。此外当蝶形阀401彻底关闭后，还包括阀门控制单元304开启通气阀 402的步骤。执行步骤S104、开启涡轮通气泵302，对反应腔300通气。由于通气阀402已开启，所述涡轮通气泵302与反应腔300连通，涡轮通气泵302 开始工作，对反应腔300通气，使得反应腔300内的气压与外界气压相平衡。同时，所述冷却气体通入冷气单元30 内，对涡轮通气泵302的电机散热，并被粗泵301所抽出。当反应腔300内的气压与外界气压恢复平衡后，所述真空吸盘泵303开始工作，使得机械传输装置能够吸附抓取晶圆，进行晶圆的传输。此时真空吸盘泵303与粗泵301共同对气冷单元30 抽气，起到分流冷却气体，进一步降低气冷单元320a内气压的作用。在以上实施例中，由于蝶形阀401在开启以及关闭的过程中，涡轮通气泵302并未工作。但在更多的实际生产情况中，当粗泵301以及涡轮通气泵302工作后，并不会关停， 所述气冷单元30 中将总是存在冷却气体的通入以及排出。则进行后续的晶圆加工工艺时，输气管道的情况有所不同。当下一批晶圆送入反应腔准备进行加工时，同样需要对反应腔300抽气以形成等离子刻蚀所需的真空环境。再结合图2所示，此时与气冷单元30 连通的粗泵301保持对气冷单元30 抽气。此时所述蝶形阀401处于关闭状态，气冷单元30 内的气压处于较低的水平，而反应腔300的气压则与外界气压相同。阀门控制单元304先关闭通气阀402，以避免涡轮通气泵302继续对反应腔300通气，影响后续粗泵301对反应腔300排气。当向阀门控制单元304输入第一控制信号时，由于气冷单元30 内的气压低于反应腔300的气压，且通气阀402已先行关闭，所述阀门控制单元304开启蝶形阀401。当蝶形阀401开启后，粗泵301在保持从气冷单元30 中抽出冷却气体的同时，对反应腔300 进行抽气。需要指出的是，初始时反应腔300内的气体可能顺着气压差而充入气冷单元30 中，但并不会影响气冷单元30 的工作。而气冷单元30 与反应腔300中的气压达到平衡状态后，由于粗泵301的持续工作，气冷单元30 内的冷却气体并不会对反应腔300的真空状态造成较大影响，仅仅可能因为从气冷单元30 中抽出冷却气体占用了粗泵301部分的抽气能力，而延长反应腔300达到所需真空状态的时间。当晶圆完成加工工艺时从反应腔移除时，需要对反应腔300通气以恢复反应腔 300内的气压。向阀门控制单元304输入第二控制信号，所述阀门控制单元304首先关闭蝶形阀401，使得所述粗泵301停止对反应腔300抽气。待蝶形阀401彻底关闭后，所述阀门控制单元304再开启通气阀402。随着通气阀402的开启，涡轮通气泵302向反应腔300 中通入气体，提升反应腔300的气压。在上述过程中，由于阀门的开关有先后，并不会出现涡轮通气泵302通入的气体经由反应腔300、蝶形阀401进入气冷单元30 的情况。当反应腔300内气压恢复与外界气压相平衡后，真空吸盘泵303开始工作，一方面用于提供机械传输装置吸取晶圆的负压，另一方面帮助粗泵301分流气冷单元30 所排出的冷却气体。使得气冷单元30 内的气压始终保持在较低水平，以便于后续批次晶圆进入反应腔进行加工工艺时，阀门控制单元304能够较快的开启蝶形阀401。此外在发生意外情况时，例如，涡轮通气泵302的电机发热量过大，供气单元305 向气冷单元30 通入的冷却气体的流速产生较大波动，粗泵301来不及抽出所述冷却气体，导致气冷单元30 内的气压骤然上升。所述阀门控制单元304始终监控蝶形阀304两侧气压差情况，当所述气冷单元30 内的气压大于反应腔300的气压时，自动关闭所述蝶形阀304，以避免冷却气体反充入反应腔300，污染晶圆的情况发生。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种反应腔的输气管道系统，包括粗泵，经由蝶形阀与反应腔连接，用于对反应腔抽气；其特征在于，还包括涡轮通气泵，所述涡轮通气泵与反应腔连接，用于对反应腔通气， 其气冷单元与所述粗泵连通；阀门控制单元，所述阀门控制单元将气冷单元内的气压与反应腔的气压相比较，当所述气冷单元内的气压大于反应腔的气压时，使得所述蝶形阀关闭。
2.如权利要求1所述的输气管道系统，其特征在于，还包括真空吸盘泵，用于向机械传送装置提供吸附晶圆的负压；所述涡轮通气泵的气冷单元还与所述真空吸盘泵连通。
3.如权利要求1所述的输气管道系统，其特征在于，所述气冷单元的出气口设置有电子气压计。
4.如权利要求3所述的输气管道系统，其特征在于，所述阀门控制单元与电子气压计电性连接，检测气冷单元内的气压。
5.如权利要求1所述的输气管道系统，其特征在于，所述涡轮通气泵经由通气阀与反应腔连接。
6.如权利要求5所述的输气管道系统，其特征在于，所述阀门控制单元在蝶形阀开启时，使得所述通气阀关闭；而在通气阀开启时，使得蝶形阀关闭。
7.如权利要求1所述的输气管道系统，其特征在于，还包括与气冷单元连接的供气单元，用于提供冷却气体。
8.如权利要求7所述的输气管道系统，其特征在于，所述供气单元包括液氮罐以及用于汽化液氮的汽化器。
9.如权利要求2所述的输气管道系统的控制方法，其中包括当晶圆送入反应腔中进行加工工艺时，开启粗泵，对涡轮通气泵的气冷单元抽气；所述阀门控制单元接收第一控制信号，将所述气冷单元内的气压与当前反应腔气压相比较，当气冷单元内的气压小于反应腔气压时，开启蝶形阀，使得粗泵对反应腔抽气；当晶圆完成加工工艺时从反应腔移除时，所述阀门控制单元第二控制信号，关闭所述蝶形阀；所述粗泵保持对涡轮通气泵的气冷单元抽气；开启涡轮通气泵，对反应腔通气。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述涡轮通气泵对反应腔通气，当反应腔气压与外界气压相平衡时，开启真空吸盘泵，使得机械传送装置吸附晶圆，并分流涡轮通气泵的气冷单元中的冷却气体。
全文摘要
本发明提供了一种反应腔的输气管道系统及其控制方法，所述输气管道系统包括粗泵，经由蝶形阀与反应腔连接，用于对反应腔抽气；涡轮通气泵，所述涡轮通气泵与反应腔连接，用于对反应腔通气，其气冷单元与所述粗泵连通；阀门控制单元，所述阀门控制单元将气冷单元内的气压与反应腔的气压相比较，当所述气冷单元内的气压大于反应腔的气压时，使得所述蝶形阀关闭。本发明中粗泵在工作时总是对气冷单元抽气，能够降低气冷单元内的气压，使其与反应腔的气压保持平衡，所述阀门控制单元对上述气压进行比较，控制蝶形阀的开启或关闭，可以有效防止冷却气体反充入反应腔中。
文档编号H01J37/32GK102568991SQ20101059483
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者何伟业, 孔祥涛, 聂佳相, 陈碧钦 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司