半导体热处理设备及其装卸载腔室中氧含量的控制方法
技术领域
本发明涉及半导体
技术领域
,特别是涉及半导体热处理设备及其装卸载腔室中氧含量的控制方法。背景技术
在半导体热处理设备中,具有用于装载和/或卸载硅片的腔室(LA,LoadingArea),腔室的微氧、微正压控制是一个关键的性能指标。
在硅片的传输过程中,会受到腔室中氧分子的影响产生非必要氧化层,通常可以在氧气分析仪和气体质量流量控制器(MFC,Mass Flow Controller)闭环控制下,采用惰性气体(如高纯氮)吹扫的手段来控制腔室中的含氧量。同时,为避免微氧控制过程中腔室压力变化超出安全范围,需控制装卸载腔室中的压力,确保微氧控制良好情况下微正压系统的可靠运行。
在控氧的过程中,通过一定流量的惰性气体吹扫腔室,将氧气排出腔室,使腔室的氧含量达到工艺要求,同时保持腔室的微正压,微正压可以有效阻止外界空气进入腔室,保证氧含量控制效果。
然而,现有的方案是一种迟滞窗口控制模式,其通常设置有大流量控氧和小流量控氧两种方式,即在到达一定临界点才选择其中一种流量的进行控氧,较为固化,难以及时适应腔室中的变化。
发明内容
鉴于上述问题,提出了以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的半导体热处理设备装及其卸载腔室中氧含量的控制方法,包括:
一种半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法,包括:
获取所述装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量;
根据所述检测氧含量和所述目标氧含量,确定第一偏差值;
根据所述第一偏差值确定初始吹扫流量;
获取所述装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据所述压力流量转换系数将所述压力值转换为参考吹扫流量;
根据所述初始吹扫流量和所述参考吹扫流量,确定第二偏差值;
根据所述第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用所述最终吹扫流量对所述装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量。
可选地,所述根据所述第一偏差值确定初始吹扫流量,包括:
基于当前的所述第一偏差值和历史的所述第一偏差值,采用预置的第一PID算法进行计算,确定所述初始吹扫流量;
所述根据所述第二偏差值确定最终吹扫流量,包括:
基于当前的所述第二偏差值和历史的所述第二偏差值,采用预置的第二PID算法进行计算,确定所述最终吹扫流量。
可选地,所述第一PID算法的公式为:
un=un-1+Δu
Δu=Kp*(en-en-1)+Ki*en+Kd*(en-2en-1+en-2)
其中,un为当前的所述初始吹扫流量,un-1为上一次的所述初始吹扫流量,Δu为所述初始吹扫流量的增量,en为当前的所述第一偏差值,en-1为上一次的所述第一偏差值,en-2为上一次之前的所述第一偏差值,Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为积分系数;
和/或,所述第二PID算法的公式为:
u′n=u′n-1+Δu′
Δu′=Kp*(e′n-e′n-1)+Ki*e′n+Kd*(e′n-2e′n-1+e′n-2)
其中,u′n为当前的所述最终吹扫流量,u′n-1为上一次的所述最终吹扫流量,Δu′为所述最终吹扫流量的增量,e′n为当前的所述第二偏差值,e′n-1为上一次的所述第二偏差值,e′n-2为上一次之前的所述第二偏差值,Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为积分系数。
可选地,在所述采用所述最终吹扫流量对所述腔室进行吹扫之前,还包括:
在当前的所述最终吹扫流量与上一次所述最终吹扫流量之间的差值小于或等于预设阈值时,采用所述上一次所述最终吹扫流量替换当前的所述最终吹扫流量。
可选地,在所述采用所述最终吹扫流量对所述腔室进行吹扫之前,还包括:
采用以下公式对所述最终吹扫流量值进行滤波处理:
yn=a1*ydn+a2*yn-1+a1*yn-2
其中,yn为本次输出的所述最终吹扫流量值,ydn为未进行滤波处理的所述最终吹扫流量值,yn-1为上一次输出的所述最终吹扫流量值,yn-2为上一次之前一次输出的所述最终吹扫流量值,a1为滤波参数,a2为滤波参数。
可选地,所述获取所述装卸载腔室的目标氧含量,包括:
根据以下公式获取所述目标氧含量:
在s′main<sv-d时,smain=s′main+t*rate;
在s′main>sv-d时,smain=s′main-t*rate;
在sv-d<s′main<sv+d时,smain=sv;
其中,smain为所述目标氧含量,s′main为当前设置的氧含量,sv为输入的氧含量,d为当前设置的氧含量与输入的氧含量之间的偏差,t为计算周期,rate为步进速率。
可选地,所述根据所述压力流量转换系数将所述压力值转换为参考吹扫流量,包括:
对所述压力值进行区间限定,获得区间限定后的所述压力值;
根据所述压力流量转换系数,将区间限定后的所述压力值转换为所述参考吹扫流量。
可选地,所述对所述压力值进行区间限定,包括:
在所述压力值大于第一压力阈值的情况下,将所述压力值更新为所述第一压力阈值;
在所述压力值小于第二压力阈值的情况下,将所述压力值更新为所述第二压力阈值;
其中,所述第二压力阈值小于所述第一压力阈值。
可选地,采用惰性气体对所述装卸载腔室进行吹扫。
一种半导体热处理设备,包括:控制器、装卸载腔室,所述装卸腔室上设置有检测装置、吹扫装置,其中,
所述检测装置用于检测所述装卸载腔室中的氧含量和压力值;
所述控制器用于获取所述装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量;根据所述检测氧含量和所述目标氧含量,确定第一偏差值;根据所述第一偏差值确定初始吹扫流量;获取所述腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据所述压力流量转换系数将所述压力值转换为参考吹扫流量;根据所述初始吹扫流量和所述参考吹扫流量,确定第二偏差值;根据所述第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用所述最终吹扫流量控制所述吹扫装置对所述装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量。
本发明实施例具有以下优点:
在本发明实施例中,通过获取装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量,根据检测氧含量和目标氧含量,确定第一偏差值,根据第一偏差值确定初始吹扫流量,然后可以获取装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量,根据初始吹扫流量和参考吹扫流量,确定第二偏差值,根据第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用最终吹扫流量对装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量,实现了自适应腔室中变化进行氧含量控制,兼顾腔室中的氧含量和压力值,提升了腔室中氧含量控制的准确性和及时性,保证了半导体的加工质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对本发明的描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a是本发明一实施例提供的一种氧含量变化的示意图;
图1b是本发明一实施例提供的另一种氧含量变化的示意图;
图1c是本发明一实施例提供的另一种氧含量变化的示意图;
图2是本发明一实施例提供的一种半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法的步骤流程图;
图3是本发明一实施例提供的另一种半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法的步骤流程图;
图4是本发明一实施例提供的一种PID控制的示意图;
图5是本发明一实施例提供的另一种PID控制的示意图;
图6a是本发明一实施例提供的另一种氧含量变化的示意图;
图6b是本发明一实施例提供的另一种氧含量变化的示意图;
图6c是本发明一实施例提供的另一种氧含量变化的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。显然,所描述的实施例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作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。
在实际应用中,可以设置有大流量控氧和小流量控氧两种方式,如大流量控氧MFC采用1000SLM/Min的惰性气体,打开排气阀,小流量控氧MFC采用500SLM/min的惰性气体,关闭排气阀。
在用于装载和/或卸载硅片的装卸载腔室控氧过程中,如图1a,纵坐标是腔室的氧含量(LA氧含量),横坐标是时间(T),曲线表征的是氧含量和时间的关系,氧含量10ppm为目标值,其能够达到工艺需求,氧含量800ppm为小流量控氧的窗口上限值,具体的:
①区域:腔室中氧含量初始时为大气氧含量,采用大流量控氧,从大气氧含量变化到微氧含量10ppm。
②区域:在硅片的传输过程中,由于开传片口或升降舟,氧气进入腔室,氧含量从小于微氧含量10ppm变化至800ppm,采用小流量控氧。
③区域:在氧含量大于800ppm时,采用大流量控氧,直到氧含量回到10ppm。
④区域,在氧含量小于等于10ppm时,切换小流量控氧,氧含量渐渐趋于5ppm左右。
然而,上述方式是一种迟滞窗口控制模式,即在到达一定临界点才选择其中一种流量进行控氧,较为固化,难以及时适应腔室中的变化,具体而言,至少存在以下缺点:
1、浪费惰性气体流量
在密封良好的情况下,氧含量的目标值是10ppm,固定的小流量控氧为500SLM/min,其会将氧含量吹到5ppm或者更低,要维持工艺需求的10ppm氧含量,实际需求的流量小于500SLM/min,造成浪费惰性气体流量。
如图1b,左纵坐标代表氧含量,右纵坐标代表惰性气体流量,横坐标代表时间,虚线代表氧含量随时间的变化,实线代表惰性气体流量的输出变化。
其中,氧含量(虚线)到达10ppm时,惰性气体流量(实线)由1000SLM/min切换为500SLM/min并维持不变,氧含量最后维持在3ppm左右,而惰性气体流量已经超过实际需求,实际需求惰性气体流量小于500SLM/min,维持工艺目标为氧含量在10ppm左右。
2、在氧含量发生突然变化时,无法及时恢复
由于氧含量小于800ppmm,惰性气体流量维持固定小流量不变,惰性气体吹扫效果无法抵消氧含量上升速度,氧含量无法快速恢复至工艺要求。
如图1c,左纵坐标代表氧含量,右纵坐标代表惰性气体流量,横坐标代表时间,虚线代表氧含量随时间的变化,实线代表惰性气体流量的输出变化。
其中,氧含量在a点位置,机台升舟,由于惰性气体流量500SLM/min保持不变,氧含量持续升高;直到c点,氧含量大于800ppm,惰性气体流量切换为1000SLM/min;在1000SLM/min的惰性气体吹扫下,装卸载腔室的氧含量逐渐减小,直到b点位置,氧含量恢复到10ppm,惰性气体流量切换为500SLM/min。
3、在密封不理想或氧含量目标值很小的情况下,难以达到工艺要求
在密封不理想的情况或氧含量目标值很小的情况,由于固定的惰性气体流量模式,无法根据氧含量的变化做出及时的惰性气体流量调整,惰性气体吹扫无法使氧含量降到更低,从而导致氧含量无法达到工艺要求。
基于此,本发明实施例提出通过获取装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量,根据检测氧含量和目标氧含量,确定第一偏差值,根据第一偏差值确定初始吹扫流量,然后可以获取装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量,根据初始吹扫流量和参考吹扫流量,确定第二偏差值,根据第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用最终吹扫流量对装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量,实现了自适应腔室中变化进行氧含量控制,兼顾腔室中的氧含量和压力值,提升了腔室中氧含量控制的准确性和及时性,保证了半导体的加工质量。
参照图2,示出了本发明一实施例提供的一种半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法的步骤流程图,具体可以包括如下步骤:
步骤201,获取装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量;
在对装卸载腔室进行氧含量控制的过程中,可以获取当前设置的目标氧含量,作为当前氧含量控制的目标,且为了及时适应装卸载腔室中氧含量的变化,可以实时检测装卸载腔室的氧含量,得到当前的检测氧含量。
在本发明一实施例中,可以获取初始输入的氧含量值(即氧含量控制的最终目标),然后可以采用步进式算法进行氧含量设置(即设置目标氧含量),以一定的速率逐步达到目标,避免由于调整差值过大产生输出的剧烈变化。
基于此,获取装卸载腔室的目标氧含量,可以包括:
根据以下公式获取目标氧含量:
在s′main<sv-d时,smain=s′main+t*rate;
在s′main>sv-d时,smain=s′main-t*rate;
在sv-d<s′main<sv+d时,smain=sv;
其中,s′main为当前设置的氧含量,smain为目标氧含量(即作为将要设置的氧含量),sv为初始输入的氧含量,d为当前设置的氧含量与初始输入的氧含量之间的偏差,t为预设的计算周期,rate为预设的步进速率。
在具体实现中,可以获取输入的初始氧含量sv,并可以获取当前设置的氧含量s′main,在当前设置的氧含量s′main与初始输入的氧含量sv之间偏差较小时,即当前设置的氧含量s′main在sv±d范围内,则确定当前的目标氧含量smain等于初始氧含量sv。
在当前设置的氧含量s′main与初始输入的氧含量sv之间偏差较大时,即当前设置的氧含量s′main在sv±d范围外,则以当前设置的氧含量s′main为基准,以速率rate步进式接近输入的氧含量sv,以在过程中确定目标氧含量smain。
步骤202,根据检测氧含量和目标氧含量,确定第一偏差值;
为了缩小腔室中当前的检测氧含量与目标氧含量之间的偏差,以达到偏差最小化,可以确定检测氧含量和目标氧含量的差值,得到第一偏差值。
步骤203,根据第一偏差值确定初始吹扫流量;
在获得当前第一偏差值后,即获得腔室中氧含量的偏差,进而可以根据氧含量的偏差,得到针对用于吹扫腔室的惰性气体的初始吹扫流量。
步骤204,获取装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量;
为了兼顾腔室中的压力值,确保微氧控制良好情况下微正压系统的可靠运行,可以实时测量腔室中的压力,进而得到当前的压力值,并可以根据预先设置的压力流量转换系数,将压力值转换为针对用于吹扫腔室的惰性气体的参考吹扫流量,以能够与初始吹扫流量在同一区间范围内进行比较。
具体的,可以根据机台压力值的需求范围、压力值和吹扫流量的关系,设置压力流量转换系数,使得转换后的压力值能够与初始吹扫流量进行比较,如初始吹扫流量的范围是0-1000.0,压力值经过转换后需要在该范围内。
例如,在标准机台中,理想的压力范围是3000mtorr±1000mtorr,若3000mtorr的压力值(xt)对应吹扫流量(yt)是500SLM/min,根据此对应关系得出比例k的基准值,根据公式得出k=1/6。
在本发明一实施例中,根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量,可以包括:
对压力值进行区间限定,获得区间限定后的压力值;根据压力流量转换系数,将区间限定后的压力值转换为参考吹扫流量。
在本发明一实施例中,对压力值进行区间限定,包括:
在压力值大于第一压力阈值的情况下,将压力值更新为第一压力阈值;在压力值小于第二压力阈值的情况下,将压力值更新为第二压力阈值;
其中,第二压力阈值小于第一压力阈值。
在实际应用中,可以设置由第一压力阈值和第二压力阈值构成的压力阈值范围,在压力值大于第一压力阈值的情况下,可以将压力值更新为第一压力阈值(压力阈值范围的上限),在压力值小于第二压力阈值的情况下,可以将压力值更新为第二压力阈值(压力阈值范围的下限),如下公式所示:
其中,xj为区间限定后的压力值,xp为初始的压力值,n为第一压力阈值,m为第二压力阈值。
步骤205,根据初始吹扫流量和参考吹扫流量,确定第二偏差值;
在获得初始吹扫流量和参考吹扫流量后,进而可以将两者进行比较,得到第二偏差值,即针对惰性气体的吹扫流量的偏差值。
步骤206,根据第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用最终吹扫流量对装卸载腔室进行吹扫,以控制氧含量。
其中,采用惰性气体对装卸载腔室进行吹扫,如高纯氮。
在获得第二偏差值后,可以根据第二偏差值确定最终吹扫流量,将最终吹扫流量作为MFC输出,进而可以以最终吹扫流量在腔室中充入惰性气体,以吹扫腔室,将氧气排出腔室,使腔室的氧含量达到工艺要求,同时保持腔室的微正压,微正压可以有效阻止外界空气进入腔室,保证氧含量控制效果。
在本发明一实施例中,为了避免输出的最终吹扫流量出现突然阶跃变化时产生尖峰的问题,保证流量的平稳输出,可以设计滤波输出,以平滑输出流量值,则在采用最终吹扫流量对腔室进行吹扫之前,还包括:
采用以下公式对最终吹扫流量值进行滤波处理:
yn=a1*ydn+a2*yn-1+a1*yn-2
其中,yn为本次输出的最终吹扫流量值,ydn为未进行滤波处理的最终吹扫流量值,yn-1为上一次输出的最终吹扫流量值,yn-2为上一次之前一次输出的最终吹扫流量值,a1为滤波参数,a2为滤波参数。
在本发明一实施例中,为了防止输出最终吹扫流量的频繁变化,在采用最终吹扫流量对所述腔室进行吹扫之前,还可以包括:
在当前的最终吹扫流量与上一次最终吹扫流量之间的差值小于或等于预设阈值时,采用上一次所述最终吹扫流量替换当前的最终吹扫流量。
具体的,若当前的最终吹扫流量与上一次输出的最终吹扫流量之间的差值小于或等于预设阈值时,采用上一次输出的最终吹扫流量替换当前的最终吹扫流量,即维持上一次输出的最终吹扫流量不变,仅在当前的最终吹扫流量与上一次输出的最终吹扫流量之间的差值大于预设阈值时,输出当前的最终吹扫流量,如下公式所示:
其中,y(n)是当前的最终吹扫流量,y(n-1)是上一次的最终吹扫流量,y0为预设阈值。
在本发明实施例中,通过获取装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量,根据检测氧含量和目标氧含量,确定第一偏差值,根据第一偏差值确定初始吹扫流量,然后可以获取装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量,根据初始吹扫流量和参考吹扫流量,确定第二偏差值,根据第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用最终吹扫流量对装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量,实现了自适应腔室中变化进行氧含量控制,兼顾腔室中的氧含量和压力值,提升了腔室中氧含量控制的准确性和及时性,保证了半导体的加工质量。
参照图3,示出了本发明一实施例提供的另一种半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法的步骤流程图,具体可以包括如下步骤:
步骤301,获取装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量;
步骤302,根据检测氧含量和目标氧含量,确定第一偏差值;
步骤303,基于当前的第一偏差值和历史的第一偏差值,采用预置的第一PID算法进行计算,确定初始吹扫流量;
为了使得控制达到较佳效果,可以采用基于氧含量值和压力值的前馈串级PID(ProportionIntegralDifferential,比例积分微分)控制,如图4,通过设置主控和副控,反馈值(即检测氧含量)和氧含量设置值(即目标氧含量)作为主控的输入,主控根据反馈值和氧含量设置值的差值(即第一偏差值)计算输出,主控的输出和经过比例换算的压力值作为副控的输入,副控根据主控的输出和经过比例换算的压力值计算输出,MFC输出等于副控输出。
在具体实现中,可以应用增量式PID,增量式PID是一种递推式的算法,其可以将当前时刻的控制量和上一时刻的控制量做差,以差值为新的控制量,应用于本发明实施例中,可以采用预置的第一PID算法处理当前的第一偏差值和历史的第一偏差值,得到初始吹扫流量。
作为一示例,第一PID算法的公式为:
un=un-1+Δu
Δu=Kp*(en-en-1)+Ki*en+Kd*(en-2en-1+en-2)
其中,un为当前的初始吹扫流量,un-1为上一次的初始吹扫流量,Δu为与初始吹扫流量的增量,en为当前的第一偏差值,en-1为上一次的第一偏差值,en-2为上一次之前的第一偏差值,Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为积分系数。
步骤304,获取装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量;
步骤305,根据初始吹扫流量和参考吹扫流量,确定第二偏差值;
步骤306,基于当前的第二偏差值和历史的第二偏差值,采用预置的第二PID算法进行计算,确定最终吹扫流量;
在具体实现中,可以应用增量式PID,增量式PID是一种递推式的算法,其可以将当前时刻的控制量和上一时刻的控制量做差,以差值为新的控制量,应用于本发明实施例中,可以采用预置的第二PID算法处理当前的第二偏差值和历史的第二偏差值,得到最终吹扫流量。
作为一示例,第二PID算法的公式为:
u′n=u′n-1+Δu′
Δu′=Kp*(e′n-e′n-1)+Ki*e′n+Kd*(e′n-2e′n-1+e′n-2)
其中,u′n为当前的最终吹扫流量,u′n-1为上一次的最终吹扫流量,Δu′为最终吹扫流量的增量,e′n为当前的第二偏差值,e′n-1为上一次的第二偏差值,e′n-2为上一次之前的第二偏差值,Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为积分系数。
步骤307,采用最终吹扫流量对装卸载腔室进行吹扫,以控制氧含量。
以下结合图5对本发明实施例进行是示例性说明:
1、主控回路PID控制:通过氧含量设置值smain(即目标氧含量)和反馈值x(n)(即检测氧含量)计算出差值e(n)=x(n)-smain(即第一偏差值),然后可以通过PID运算,得到主控输出ymain=u(即初始吹扫流量),其输出范围0.0-1000.0。
2、副控回路PID控制:压力值作为前馈值和主控制输出作为副控输入值,主控制输出作为副控设置值sassist=ymain,当前压力值经过区间限定及比例换算后作为副控输入xi,将其和主控输出做比较,得到差值e(n)=sassist-xi(即第二偏差值),然后可以进行PID运算,得到副控输出的惰性气体流量yassist=u(即最终吹扫流量),最后输出范围在0.0-1000.0SLM/min。
其中,压力值大于n(区间上限),按n处理,压力值小于m(区间下限),按m处理。经过区间限定后的压力值,可以按照比例k换算。
具体的,可以根据机台压力值的需求范围、压力值和扫吹流量的关系,调整转换参数,使得转换后的压力值能够与初始吹扫流量进行比较,如当前初始吹扫流量的范围是0-1000.0,则压力值经过转换后需要在该范围之内。
例如,在标准机台中,理想的压力范围是3000mtorr±1000mtorr,若3000mtorr的压力值(xt)对应惰性气体流量(yt)是500SLM/min,根据此对应关系得出比例k的基准值,根据公式得出k=1/6。
应用本发明实施例,至少具有以下效果:
1、节省惰性气体流量
在密封良好的情况下,当准备开始工艺时,需要将腔室的氧气含量控制在目标值,可以达到节约气流量的效果。
如图6a,纵坐标代表氧含量,右纵坐标代表惰性气体流量,横坐标代表时间,虚线代表氧含量随时间的变化,实线代表惰性气体流量的输出变化。
其中,目标值为10ppm,到达目标值后氧含量保持在10±1ppm,通过PID调节,最后惰性气体流量稳定在400SLM/min,相较于固定流程模式500SLM/min,节约了100SLM/min的惰性气体流量。
2、在氧含量发生突然变化时,能够及时恢复
当氧气含量稳定时,若腔室的氧含量发生突然变化,如在升舟过程或开传片口的过程中,氧气进入腔室,氧气含量突然增大,可以快速跟踪变化,调节输出,让氧含量恢复到工艺要求范围。
如图6b,纵坐标代表氧含量,右纵坐标代表惰性气体流量,横坐标代表时间,虚线代表氧含量随时间的变化,实线代表惰性气体流量的输出变化。
其中,目标值为10ppm,到达目标值后氧含量保持在10±1ppm。a点为机台开了升舟或传片口,氧气从片盒进入装卸载腔室,氧含量上升,惰性气体流量跟随着变化,从610SLM/min一直到1000SLM/min,通过15min左右时间将氧气含量恢复到11ppm左右(b点),并一直维持在10±1ppm。
3、在密封不理想或氧含量目标值很小的情况下,能够达到工艺要求
当设备密封情况不好时,需要将装卸载腔室的氧气含量控制在目标值,通过加大流量,让氧含量达到符合工艺要求的指标。
如图6c,纵坐标代表氧含量,右纵坐标代表惰性气体流量,横坐标代表时间,虚线代表氧含量随时间的变化,实线代表惰性气体流量的输出变化。
其中,目标值为5ppm,到达目标值后氧含量保持在5±1ppm,惰性气体流量从992SLM/min到510SLM/min,最后维持在690SLM/min左右;a点为到达目标值输出,惰性气体流量突然变化时平稳输出。
需要说明的是,对于方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明实施例,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
本发明一实施例提供一种半导体热处理设备,包括:控制器、装卸载腔室,装卸腔室上设置有检测装置、吹扫装置。
检测装置用于检测所述装卸载腔室中的氧含量和压力值;
控制器用于获取所述装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量;根据所述检测氧含量和所述目标氧含量,确定第一偏差值;根据所述第一偏差值确定初始吹扫流量;获取所述腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据所述压力流量转换系数将所述压力值转换为参考吹扫流量;根据所述初始吹扫流量和所述参考吹扫流量,确定第二偏差值;根据所述第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用所述最终吹扫流量控制所述吹扫装置对所述装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量。
在本发明一实施例中,所述根据所述第一偏差值确定初始吹扫流量,包括:
基于当前的所述第一偏差值和历史的所述第一偏差值,采用预置的第一PID算法进行计算,确定所述初始吹扫流量;
所述根据所述第二偏差值确定最终吹扫流量,包括:
基于当前的所述第二偏差值和历史的所述第二偏差值,采用预置的第二PID算法进行计算,确定所述最终吹扫流量。
在本发明一实施例中,所述第一PID算法的公式为:
un=un-1+Δu
Δu=Kp*(en-en-1)+Ki*en+Kd*(en-2en-1+en-2)
其中,un为当前的所述初始吹扫流量,un-1为上一次的所述初始吹扫流量,Δu为所述初始吹扫流量的增量,en为当前的所述第一偏差值,en-1为上一次的所述第一偏差值,en-2为上一次之前的所述第一偏差值,Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为积分系数;
和/或,所述第二PID算法的公式为:
u′n=u′n-1+Δu′
Δu′=Kp*(e′n-e′n-1)+Ki*e′n+Kd*(e′n-2e′n-1+e′n-2)
其中,u′n为当前的所述最终吹扫流量,u′n-1为上一次的所述最终吹扫流量,Δu′为所述最终吹扫流量的增量,e′n为当前的所述第二偏差值,e′n-1为上一次的所述第二偏差值,e′n-2为上一次之前的所述第二偏差值,Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为积分系数。
在本发明一实施例中,在所述采用所述最终吹扫流量对所述腔室进行吹扫之前,还包括:
在当前的所述最终吹扫流量与上一次所述最终吹扫流量之间的差值小于或等于预设阈值时,采用所述上一次所述最终吹扫流量替换当前的所述最终吹扫流量。
在本发明一实施例中,在所述采用所述最终吹扫流量对所述腔室进行吹扫之前,还包括:
采用以下公式对所述最终吹扫流量值进行滤波处理:
yn=a1*ydn+a2*yn-1+a1*yn-2
其中,yn为本次输出的所述最终吹扫流量值,ydn为未进行滤波处理的所述最终吹扫流量值,yn-1为上一次输出的所述最终吹扫流量值,yn-2为上一次之前一次输出的所述最终吹扫流量值,a1为滤波参数,a2为滤波参数。
在本发明一实施例中,所述获取所述装卸载腔室的目标氧含量,包括:
根据以下公式获取所述目标氧含量:
在s′main<sv-d时,smain=s′main+t*rate;
在s′main>sv-d时,smain=s′main-t*rate;
在sv-d<s′main<sv+d时,smain=sv;
其中,smain为所述目标氧含量,s′main为当前设置的氧含量,sv为输入的氧含量,d为当前设置的氧含量与输入的氧含量之间的偏差,t为计算周期,rate为步进速率。
在本发明一实施例中,所述根据所述压力流量转换系数将所述压力值转换为参考吹扫流量,包括:
对所述压力值进行区间限定,获得区间限定后的所述压力值;
根据所述压力流量转换系数,将区间限定后的所述压力值转换为所述参考吹扫流量。
在本发明一实施例中,所述对所述压力值进行区间限定,包括:
在所述压力值大于第一压力阈值的情况下,将所述压力值更新为所述第一压力阈值;
在所述压力值小于第二压力阈值的情况下,将所述压力值更新为所述第二压力阈值;
其中,所述第二压力阈值小于所述第一压力阈值。
在本发明一实施例中,采用惰性气体对所述装卸载腔室进行吹扫。
在本发明实施例中,通过获取装卸载腔室当前的目标氧含量和检测氧含量,根据检测氧含量和目标氧含量,确定第一偏差值,根据第一偏差值确定初始吹扫流量,然后可以获取装卸载腔室的压力流量转换系数和当前的压力值,并根据压力流量转换系数将压力值转换为参考吹扫流量,根据初始吹扫流量和参考吹扫流量,确定第二偏差值,根据第二偏差值确定最终吹扫流量,并采用最终吹扫流量对装卸载腔室进行吹扫,以控制所述氧含量,实现了自适应腔室中变化进行氧含量控制,兼顾腔室中的氧含量和压力值,提升了腔室中氧含量控制的准确性和及时性,保证了半导体的加工质量。
本发明一实施例还提供了一种电子设备,可以包括处理器、存储器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如上半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法。
本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如上半导体热处理设备装卸载腔室中氧含量的控制方法。
对于装置实施例而言,由于其与方法实施例基本相似,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白,本发明实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此,本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上,使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对所提供的半导体热处理设备及其装卸载腔室中氧含量的控制方法,进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。