质量流量计的流量控制方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及质量流量计的流量控制领域。


背景技术：

2.在现有技术中，对于半导体工艺设备例如cvd、ald设备，传统的传输腔室的压力控制方法主要包括：在硅片由传输腔室向反应腔室的传输过程中，获取传输腔室内的当前压力值；对比传输腔室内的当前压力值与目标压力值；通过传输腔室压力值与进气阀的进气量和抽气阀的抽气量之间的对应关系，同时控制进气阀和抽气阀的开关，使得传输腔室内的当前压力值达到目标压力值。
3.在硅片由传输腔室向反应腔室的传输过程中，当传输腔室内的压力达到要求的传输压力时，机械手会将硅片传输至反应腔室，目前设备质量流量计的流量在硅片传输过程中是固定不变的，因此硅片传输完成后，传输腔室的压力会降低至传片压力范围外，而此时如果需要去另一个反应腔室取片，传输腔室的压力需要依靠质量流量计恢复到传输压力，这个稳定压力的过程会消耗一定的时间，影响机台的产能。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的技术问题，本发明提出了一种质量流量计的流量控制方法，从而优化了传输腔室传片的过程，缩短了稳定压力所需要的时间。
5.该质量流量计的流量控制方法包括但不限于以下步骤：
6.设置质量流量计的初始流量为第一流量；
7.在将晶圆从传输腔室传输到第一反应腔室的过程中，将所述质量流量计的流量由所述第一流量提升到第二流量；
8.传片完成后，关闭所述传输腔室与所述第一反应腔室之间的真空阀门；
9.将所述质量流量计的流量由所述第二流量降低到所述第一流量；
10.所述传输腔室接收到打开所述传输腔室与第二反应腔室之间的真空阀门的指令后，判断传输腔室的压力是否符合传片压力范围；如果符合传片压力范围，则打开所述传输腔室与所述第二反应腔室之间的真空阀门。
11.在一个实施例中，所述在将晶圆从所述传输腔室传输到所述第一反应腔室的过程中，将所述质量流量计的流量由所述第一流量提升到所述第二流量的步骤之前还包括：
12.所述传输腔室接收到打开所述传输腔室与第一反应腔室之间的真空阀门的指令后，判断所述传输腔室的压力是否符合传片压力范围；如果符合所述传片压力范围，则打开所述传输腔室与所述第一反应腔室之间的真空阀门。
13.在一个实施例中，所述第二流量由以下方式确定：
14.所述第二流量由公式n2＝(n1*v2)/(v1*x)确定，其中，n2为传输后的气体物质的量，n1为传输前的气体物质的量；v1为所述传输腔室体积；v2为所述传输腔室体积与所述第一反应腔室体积的和；或者v2为所述传输腔室体积与所述第二反应腔室体积的和；x表示所
述传输腔室传输前的腔内压力与所述传输腔室传输后的腔内压力的比值。
15.在一个实施例中，所述第一流量为180sccm。
16.在一个实施例中，该第二流量为500sccm。
17.在一个实施例中，所述质量流量计与所述传输腔室连接，用于向所述传输腔室充入气体，并对所述充入气体的流量进行控制。
18.在一个实施例中，本发明的质量流量计的流量控制方法还包括：
19.提供质量流量计控制单元，所述质量流量计控制单元连接所述质量流量计，用于控制所述质量流量计的流量在第一流量和第二流量之间切换。
20.在一个实施例中，本发明的质量流量计的流量控制方法还包括：
21.提供前端气动隔膜阀，所述前端气动隔膜阀连接所述质量流量计控制单元，以控制所述质量流量计控制单元的启动和关闭。
22.在一个实施例中，所述前端气动隔膜阀在传输腔室需要一直抽真空的时候才关闭。
23.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行如上所述的质量流量计的流量控制方法。
24.本发明的质量流量计的流量控制方法能有效地应对传输腔室向反应腔室传输过程中，由于二者之间的压差导致的传输腔室的压降，在硅片传输完成后，传输腔体压力稳定(压力值满足传输目标压力值)的时间较短，可以较快的进行下一次的传片动作，有效地提升机台产能。
附图说明
25.本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
26.图1示出根据本发明一实施例的传输腔室与反应腔室之间的传输控制系统应用环境；
27.图2示出根据本发明一实施例的质量流量计(mfc)的流量控制方法的流程图；
28.图3示出根据本发明一实施例的质量流量计的流量控制方法与现有方式的对比图。
具体实施方式
29.以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
32.能理解的是，虽然在此可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种部件、通道、组件、区域、层和/或部分，这些部件、通道、组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的部件、通道、组件、区域、层和/或部分。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
34.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
35.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
36.在现有技术中，对于半导体工艺设备例如cvd、ald设备，传统的传输腔室(tm)的压力控制方法主要包括：在硅片由传输腔室向反应腔室(pm)的传输过程中，获取传输腔室内的当前压力值；对比传输腔室内的当前压力值与目标压力值；通过传输腔室压力值与进气阀的进气量和抽气阀的抽气量之间的对应关系，同时控制进气阀和抽气阀的开关，使得传输腔室内的当前压力值达到目标压力值。
37.在硅片由传输腔室向反应腔室的传输过程中，当传输腔室内的压力达到要求的传输压力时，机械手会将硅片传输至反应腔室，现有技术的质量流量计的流量在硅片传输过程中是固定不变的，因此硅片传输完成后，传输腔室的压力会降低至传片压力范围外，而此时如果需要去另一个反应腔室取片，传输腔室的压力需要依靠质量流量计恢复到传输压力，这个稳定压力的过程会消耗一定的时间，影响机台的产能。
38.质量流量计(mass flow controller，mfc)是一种用于对气体流量进行精确测量、控制的器件。本发明的质量流量计的流量控制方法通过提高质量流量计的流量使得传输腔室向反应腔室传片过程中能应对传输腔室的压降问题。
39.图1示出根据本发明一实施例的传输腔室与反应腔室之间的传输控制系统应用环境。
40.半导体工艺设备包括装载腔室6、传输腔室4、第一反应腔室9和第二反应腔室7。本领域技术人员应理解，本发明可应用于具有更多反应腔室的半导体工艺设备。
41.传输腔室4与第一反应腔室9连接。传输腔室4与第一反应腔室9之间设置有第一真空门阀10。传输腔室4通过第一真空门阀10将待工艺处理的晶圆传送至第一反应腔室9。
42.传输腔室4与第二反应腔室7连接。传输腔室4与第二反应腔室7之间设置有第二真空门阀8。传输腔室4通过第二真空门阀8将待工艺处理的晶圆传送至第二反应腔室7。
43.传输腔室4与装载腔室6连接。传输腔室4与装载腔室6之间设置有第三真空门阀5。传输腔室4通过第三真空门阀5将工艺结束后的晶圆传送回装载腔室6。
44.质量流量计(mfc)3连接传输腔室4。质量流量计3用于向传输腔室4充入气体，并对充入气体的流量进行控制。
45.mfc控制单元2连接质量流量计3，用于控制质量流量计3的流量。
46.mfc前端气动隔膜阀1连接mfc控制单元，控制mfc控制单元的启动和关闭。通常情况下，mfc前端气动隔膜阀1一直处于开启状态。在传输腔室需要一直抽真空的时候，mfc前端气动隔膜阀1才会关闭。
47.根据本发明的一实施例，当传输腔室4接收到打开第一真空门阀10的指令后，且传输腔室4内的压力判断为否符合传片压力范围后，传输腔室4将待工艺处理的晶圆经第一真空门阀10传送至第一反应腔室9，并且在该传送过程中，mfc控制单元2将质量流量计3的流量从第一流量提升到第二流量。传片结束后，第一真空门阀10被关闭，mfc控制单元2将质量流量计3的流量从第二流量降回到第一流量。
48.根据本发明的一实施例，当传输腔室4接收到打开第二真空门阀8的指令后，且传输腔室4内的压力判断为否符合传片压力范围后，传输腔室4将待工艺处理的晶圆经第二真空门阀8传送至第二反应腔室7，并且在该传送过程中，mfc控制单元2将质量流量计3的流量从第一流量提升到第二流量。传片结束后，第二真空门阀8被关闭，mfc控制单元2将质量流量计3的流量从第二流量降回到第一流量。
49.图2示出根据本发明一实施例的质量流量计(mfc)的流量控制方法的流程图。如图2所示，本发明的质量流量计的流量控制方法是在传输腔室和反应腔室之间传片时，增加一判定，当判定真空门阀(slit valve)打开后，mfc流量提升至更高的流量，当传片完成且真空门阀关闭后，mfc流量降低至原流量。
50.具体而言，该流量控制方法包括，但不限于，以下步骤：
51.步骤201：将质量流量计的流量设置为第一流量。
52.在一个实施例中，该第一流量为180sccm。
53.步骤202：传输腔室接收到打开传输腔室与第一反应腔室之间的真空阀门的指令。
54.步骤203：判断传输腔室的压力是否符合传片压力范围；如果符合传片压力范围，则执行步骤204。
55.步骤204：打开传输腔室与第一反应腔室之间的真空阀门。
56.步骤205：在将晶圆从传输腔室传输到第一反应腔室的过程中将质量流量计的流量由第一流量提升到第二流量。
57.在一个实施例中，该第二流量为500sccm。
58.步骤206：传片完成后，关闭传输腔室与第一反应腔室之间的真空阀门。
59.步骤207：将质量流量计的流量由第二流量降低到第一流量。
60.步骤208：传输腔室接收到打开传输腔室与第二反应腔室之间的真空阀门的指令。
61.步骤209：判断传输腔室的压力是否符合传片压力范围。如果符合传片压力范围，则执行步骤210。
62.步骤210：打开传输腔室与第二反应腔室之间的真空阀门。
63.不同于现有技术中是在传片结束后调整流量，本发明的质量流量计的流量由第一流量提升到第二流量的过程是在传片过程中进行的。
64.图3示出根据本发明一实施例的质量流量计的流量控制方法与现有方式的对比图。如图3所示，图中的曲线是在现有机台上监测的两种不同mfc控制模式的流量压力曲线，传片过程是传输腔室向第一反应腔室，再向第二反应腔室传片，反复进行此过程；后紫色的曲线代表装载腔室的压力，蓝色的曲线代表mfc的流量，可以看出两种模式下相比，mfc两段式模式可以显著的缩短稳压时间，并且缩小传输腔室的压力波动范围，从而可以有效地提升产能。
65.本发明的质量流量计(mfc)的第二流量由以下方式确定：
66.理想气体状态方程为pv＝nrt
67.其中，p代表腔体气体压力；v代表腔体气体体积；n代表气体物质的量；r代表摩尔气体常数；t代表气体温度。
68.假设：
69.传输腔室传输前的腔内压力为p1，腔体气体体积为传输腔室腔内体积v1；
70.传输腔室传输后的腔内压力降为p2，腔体气体体积为传输腔室腔内体积+反应腔室腔体内体积，总共为v2；
71.假定晶片在传输过程中，气体温度不变，摩尔气体常数不变，传输后腔体气体压力降低p2，p2为p1的x分之一，则根据理想气体状态方程，腔内压力p1＝n1*r*t/v2，p2＝n2*r*t/v2＝p1/x，可得，n2＝(n1*v2)/(v1*x)，其中，n2为传输后的气体物质的量，n1为传输前的气体物质的量。
72.在每次传片后，可以根据传输腔室的腔内压力降低至传输前的多少倍，通过气体物质的量与气体流量成正比的关系，可以根据计算出n2与n1的比例关系，也就可以得到mfc的第一流量与第二流量之间的比例关系。当第一流量确定后，第二流量就可以根据n2＝(n1*v2)/(v1*x)确定。
73.本领域技术人员将理解，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性组件、模块、框、单元、电路、系统和步骤可由硬件、软件(包括固件、常驻软件、微码等)、或这两者的组合实现。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、模块、框、单元、电路、系统和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可
用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
74.本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作或步骤。应当理解的是，前面或下面操作或步骤不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种操作或步骤。同时，或将其他操作或步骤添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作或步骤。
75.除非权利要求中明确说明，本技术所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本技术流程和方法的顺序。
76.此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
77.计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、rf、或类似介质、或任何上述介质的组合。
78.本技术各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如java、scala、smalltalk、eiffel、jade、emerald、c++、c#、vb.net、python等，常规程序化编程语言如c语言、visual basic、fortran 2003、perl、cobol 2002、php、abap，动态编程语言如python、ruby和groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(lan)或广域网(wan)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(saas)。
79.本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
80.结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
81.在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被
计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
82.上文采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
83.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。
84.同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。

技术特征：
1.一种质量流量计的流量控制方法，其特征在于，所述方法包括：设置质量流量计的初始流量为第一流量；在将晶圆从传输腔室传输到第一反应腔室的过程中，将所述质量流量计的流量由所述第一流量提升到第二流量；传片完成后，关闭所述传输腔室与所述第一反应腔室之间的真空阀门；将所述质量流量计的流量由所述第二流量降低到所述第一流量；所述传输腔室接收到打开所述传输腔室与第二反应腔室之间的真空阀门的指令后，判断传输腔室的压力是否符合传片压力范围；如果符合传片压力范围，则打开所述传输腔室与所述第二反应腔室之间的真空阀门。2.如权利要求1所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，所述在将晶圆从所述传输腔室传输到所述第一反应腔室的过程中，将所述质量流量计的流量由所述第一流量提升到所述第二流量的步骤之前还包括：所述传输腔室接收到打开所述传输腔室与第一反应腔室之间的真空阀门的指令后，判断所述传输腔室的压力是否符合传片压力范围；如果符合所述传片压力范围，则打开所述传输腔室与所述第一反应腔室之间的真空阀门。3.如权利要求1所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，所述第二流量由以下方式确定：所述第二流量由公式n2＝n1*v2/(v1*x)确定，其中，n2为传输后的气体物质的量，n1为传输前的气体物质的量；v1为所述传输腔室体积；v2为所述传输腔室体积与所述第一反应腔室体积的和；或者v2为所述传输腔室体积与所述第二反应腔室体积的和；x表示所述传输腔室传输前的腔内压力与所述传输腔室传输后的腔内压力的比值。4.如权利要求1所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，所述第一流量为180sccm。5.如权利要求1所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，该第二流量为500sccm。6.如权利要求1所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，所述质量流量计与所述传输腔室连接，用于向所述传输腔室充入气体，并对所述充入气体的流量进行控制。7.如权利要求1所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，还包括：提供质量流量计控制单元，所述质量流量计控制单元连接所述质量流量计，用于控制所述质量流量计的流量在第一流量和第二流量之间切换。8.如权利要求7所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，还包括：提供前端气动隔膜阀，所述前端气动隔膜阀连接所述质量流量计控制单元，以控制所述质量流量计控制单元的启动和关闭。9.如权利要求8所述的质量流量计的流量控制方法，其特征在于，所述前端气动隔膜阀在传输腔室需要一直抽真空的时候才关闭。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行如权利要求1至9中任一项所述的质量流量计的流量控制方法。

技术总结
本发明提供了质量流量计的流量控制方法及计算机可读存储介质。该质量流量计的流量控制方法包括：设置质量流量计的初始流量为第一流量；在将晶圆从传输腔室传输到第一反应腔室的过程中，将所述质量流量计的流量由所述第一流量提升到第二流量；传片完成后，关闭所述传输腔室与所述第一反应腔室之间的真空阀门；将所述质量流量计的流量由所述第二流量降低到所述第一流量；所述传输腔室接收到打开所述传输腔室与第二反应腔室之间的真空阀门的指令后，判断传输腔室的压力是否符合传片压力范围；如果符合传片压力范围，则打开所述传输腔室与所述第二反应腔室之间的真空阀门。室与所述第二反应腔室之间的真空阀门。室与所述第二反应腔室之间的真空阀门。


技术研发人员：牛沛泽 李慧
受保护的技术使用者：拓荆科技(上海)有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/7