TW200406818A - Control of a gaseous environment in a wafer loading chamber - Google Patents

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200406818 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 相關申請案的參照 本案主張共同讓渡的2002年7月15日申請的名爲「熱 處理系統（Thermal Processing System)」的美國專利臨 時申請案序號第60/396,536號及2002年11月22日申請的名 爲「熱處理系統及其使用方法（Thermal Processing System and Method for Using the Same)」的美國專利臨 時申請案序號第60/428,526號的優先權，二者藉著參考整 個結合於此。 本發明相關於半導體製造設備，且更明確地說，相關 於用來控制晶圓裝載容室中的氣體環境的方法及設備。 【先前技術】 爐普遍地被用在廣泛不同的產業中，包括在從半導體 基板或晶圓的積體電路或半導體裝置的製造中。半導體晶 圓的熱加工處理包含例如熱處理，退火，摻雜劑材料的擴 散或驅動，材料層的沈積或生長（包括化學汽相沈積）， 以及材料從基板的蝕刻或移除。這些製程經常要晶圓在製 程之前及製程期間被加熱至高達攝氏250至1200度的溫度 。另外，這些製程典型上要求晶圓要在整個製程期間被保 持於均勻的溫度’縱使處理氣體的溫度或其被引入爐內部 的處理容室內的引入流量有變動。 在製造半導體晶圓時，決定性的製造步驟期間的氧的 -4- (2) 200406818 存在可能會使晶圓無用。明確地說，當晶圓在爐中被熱處 理時，在晶圓表面上或靠近晶圓表面的自由氧或水蒸氣可 能會與晶圓中的矽鍵結而形成氧化物，例如二氧化矽。氧 化物爲不導電膜。萬一此種反應發生在晶圓必須有導電性 的部份上，則晶圓的功能性會被完全破壞。因此，甚至是 痕量（在每百萬十份（ten parts per million)的數量級） 的氧也可能會破壞半導體製程。在不想要有的製造區域中 的氧可能導致生產延遲及過多成本。 · 另外，氧必須在爐以外的其他區域中被限制或去除。 在分段運輸（staging )或處理區域例如晶圓船處理單元（ BHU )中，氧濃度必須被減至最小，以防止氣體與晶圓一 起移入爐內。當晶圓載具（或「船（boat )」）在進入爐 內之前被預熱時，氧化可能甚至是在晶圓移入處理容室之 前就開始。船或晶圓載具至爐內的移動在俗話上被稱爲「 船推（boat push)」。 習知技術系統藉著將大量的氮引入密封容室內來將分 φ 段運輸區域中的氧減至最少。典型上，氮是經由手動設定 的質量流量控制器被引入，此控制器保持穩定的氮流動至 容室內。在加壓氮被泵唧至容室內的同時，容室內部的環 境氣體經由放氣（purge)或旁通閥被抽空。當氮充分地 稀釋容室內部的氧時（如由氧感測器所測量者），放氣閥 被關閉。 但是，氧有時可能會經由裂縫或其他流動路徑而移入 容室內。此可能造成氧位準升高超過最大限制。在此情況 -5· (3) (3)200406818 中’旁通閥再次被打開，直到氧濃度下降。如此，旁通閥 可能無限地循環，以嘗試保持正確的氧密度。 另外’因爲質量流量控制器被手動設定，所以其固定 地引入氮至BHU內。此造成兩個問題。第一，氮相當昂 貴。固定的氣流增加製造成本。第二，因爲氮被加壓，所 以容室壓力在放氣閥關閉時可能緩慢增加。 另外’雖然此系統可控制氧密度，但是對容室壓力只 有些許至完全沒有任何控制。過度加壓BHU可能造成面 板畸變’而此加速氧的移入。換句話說，高壓導致較大的 氧濃度，並且要求進一步的閥循環。 一般而言，習知技術解決方案向來忽略在此情況中的 壓力控制，因爲只有單一控制變數（氮流量）存在於系統 中。大多數的傳統系統無法使用單一變數來控制二輸出， 亦即壓力及氧密度。因此，壓力控制被忽略，以將氧化晶 圓的機會減至最小。 因此，對於克服上述問題的設備及方法有需求。 · 【發明內容】 一般而言，本發明的一實施例採取氣體流量控制系統 的形式。此流量控制系統在半導體製造環境中監視及控制 流入及流出一圍封空間例如船處理單元（BHU )的氣體位 準及氣體流量。在一實施例中，控制系統將船處理單元內 的氧密度減至最小，但是其他實施例可監視其他氣體的濃 度且將其減至最小。 -6 - (4) (4)200406818 第一感測器監視容室內的第一氣體密度，而第二感測 器監視容室壓力。感測器可分立或被整合。每一感測器傳 輸其監視資料至控制器。控制器可操縱流量控制器，以調 整氧密度或容室壓力。一般而言，流量控制器採取質量流 量控制器的形式，其調整流入容室的氮流量。藉著打開流 量控制器，較多的氮進入船處理單元，因而將BHU內部 的氧濃度減至最小。但是，因爲氮被加壓，所以此也增加 B HU內部壓力。在一實施例中，質量流量控制器可採取 完全打開與完全關閉之間的各種不同的位置。 類似地，控制器也可打開或關閉一放氣閥。放氣閥控 制氣體從BHU內部的抽空。當放氣閥打開時，一低壓通 風口從BHU內部排泄氣體。當放氣閥關閉時，氣體沒有 任何脫逸的路徑。因此，打開放氣閥降低BHU內部的壓 力，而將放氣閥保持關閉則增加壓力。另外，因爲船處理 單元內部的氧位準維持相當靜態（除了一些氧經由BHU 壁的裂縫或間隙移入），所以經由放氣閥來沖除BHU內 部的氣體混合物可快速地降低BHU內的氧密度。當抽空 氣體由流經質量流量控制器的氮來取代時特別是如此。 本發明也設計用來調節容室的操作參數的方法。一般 而言，此方法包含的步驟爲監視第一氣體密度；監視容室 壓力；根據第一氣體密度計算一比例基値（proportional c ο n t r i b u t i ο η );判定容室壓力是否在常態壓力範圍內； 在容室壓力不在常態壓力範圍內的情況中，根據第一氣體 密度計算一積分基値（integral contribution);及根據比 -7- (5) (5)200406818 例基値及積分基値調整操作參數。操作參數可包含容室壓 力及第一氣體密度。 更明確地說，此方法可藉著一比例/積分/微分（PID )控制器來實施’而PID控制器又經由軟體來實施。另外 的實施例可使用不同類型的控制器（例如模糊邏輯），或 可使用硬體實施方式。PID控制器調節流入容室內的氮流 量，並且可經由其操作來調整容室壓力或氧密度。一般而 g ’控制器的比例項（proportional term)應用於氧密度 ’而控制器的積分項（integral term)可應用於氧密度或 容室壓力。典型上，積分項只有在如果壓力是在可接受位 準內時才應用於氧密度。比例及積分項被分別用來計算比 例及積分基値。比例及積分常數又可被用來調整流入容室 內的氮流量。如果BHU壓力超過一最大値，則氧密度被 忽略以有利於應用積分向來減小壓力。 【實施方式】 1. 一般縱覽 本發明的一實施例1 00大致上採取如圖1所示的氣體流 量控制系統的形式。實施例1 00監視及控制氣體位準以及 流入及流出容室120或另一圍封空間的氣體流量。實施例 1 00可監視相同類型氣體的位準及控制相同類型氣體的流 量，或可監視第一氣體的氣體位準及控制第二氣體的流量 。此實施例監視氧（〇2 )位準及控制氮（N2 )氣體流量位 準。 (6) (6)200406818 此實施例100的操作包括監視及流量控制功能一般而 言是由控制器η 0來執行。控制器1 1 0在操作上連接於一或 多個感測器1 3 0，其監視容室1 20內的壓力及氣體位準。典 型上，感測器1 3 0電連接於控制器1 1 0。另外的實施例可使 用不同的連接，例如壓力或其他機械連接。氣體及壓力資 料從感測器130替續（relayed )至控制器1 10。控制器1 10 也在操作上連接於流量控制器1 65。控制器1 1 〇可將流量控 制器165打開，關閉，或節流，因而改變經由入口通口 140 流入容室120內的氣體的流量。流量控制器165被放置在將 氣體源150連接於容室120的氣體管件或管線160中。 另外，控制器1 10可在操作上連接於放氣或出口閥170 (此處稱爲「放氣閥」）。典型上，控制器與放氣閥被電 連接，使得控制器1 1 0可傳輸電控制訊號至放氣閥1 70。放 氣閥170沿著從容室120的出口 180引至通風口 195或其他低 壓區域的管件190同軸（in-line )放置。當放氣閥17〇打開 時，氣體從容室120脫逸，通過管件190，且最終至通風口 1 95。如同對於流量控制器1 65，控制器1 1 〇可依需要打開 或關閉放氣閥170，以確保容室120內部的正確氣體位準。 在此實施例1 〇〇中，閥只具有兩種狀態。在另外的實施例 中，可使用可調整的閥或節流閥成爲放氣閥。 在此實施例1 〇 0中，控制器1 1 〇採取比例/積分/微分（ PID )軟體控制器的形式。PID控制器的操作對於熟習此 項技術者而言爲已知的。此實施例的軟體控制器1 I 0將 PID演算法的比例項經由流量控制器1 65指定給氣體流量 (7) 200406818 。不像標準的PID控制器，軟體控制器1 ι〇包含二積分項 而非只有一個積分項。第一積分項調整容室120的壓力（ 亦即「壓力變數」），而第二積分項被指定給容室的被監 視的氣體位準。i軟體控制器11 0既不使變數與微分項相關 聯，也不計算微分項。另外的實施例可將一變數指定給微 分項，例如容室1 2 0內的壓力改變率，容室內的氣體位準 等。另外的實施例也可將比例（P )及/或微分（D )項指 定給壓力變數。 _ 雖然此實施例1 〇〇包含軟體控制器1 1 0，但是其他實施 例可採用各種不同的PID控制。例如，PID控制器可被實 施成爲硬體解決方案，例如可程式規劃邏輯控制器（P L C )，定製控制板等。另外，另外的實施例可採用PID邏輯 以外的其他不同的控制設計，例如純比例（或誤差）控制 或模糊邏輯實施方式。 回到此實施例1〇〇的討論，實施控制器1 10的軟體典型 上是駐留在位在監視站處或控制室內的電腦上。電腦可爲 φ 熟習此項技術者已知的任何類型，包括迷你電腦，微電腦 ，個人或桌上型電腦，NUIX站，SUN站，網路伺服器等 〇 仍然參考圖1，在此實施例1 〇〇中，感測器1 3 0爲組合 式氧位準與壓力感測器。當然，另外的實施例可使用二分 立的感測器，其中之一偵測氣體位準，而另一個偵測容室 120的壓力。一般而言，氧位準是以每百萬的份數（pprn )被偵測及表示，而壓力是以Torr (托）被偵測及表示。 -10- (8) (8)200406818

Torr爲等於大氣壓力的1 /7 60的壓力單位，或近似由一毫 米汞柱所施加的壓力。如前所述，感測器1 30電連接於控 制器1 1 〇。 此實施例100的流量控制器165典型上爲質量流量控制 器，但是其他實施例可採用不同類型的流量控制器，例如 壓力流量控制器，體積流量控制器，或流動速率控制器。 質量流量控制器165從P ID控制器1 10接收命令且據以調整 流入容室120內的氣體的質量流量。在此實施例100中，流 量控制器1 65可完全打開，完全關閉，或在二狀態之間節 流。不像以上討論的放氣閥1 70，流量控制器1 65可以可變 地調整氣體流量。另外的實施例可使用一或多個二狀態（ 亦即打開及關閉）質量流量控制器。 如此，實施例1〇〇—般而言監視二變數，亦即容室120 內的氧位準及壓力。類似地，實施例100可只經由單一輸 入（亦即通過質量流量控制器165至容室120內的氣體流量 )來改變二變數。應注意本案所用的術語「容室」係槪括 地指稱大致密封的區域或圍封物而非特定地指稱房室。 藉著改變通過質量流量控制器1 65的氣體流量，實施 例100可改變由感測器130測得的容室120的壓力及氣體密 度。在此實施例1⑼中，氮經由質量流量控制器165被進給 。一般而言，被引入容室120的氮越多，則氧密度越低。 當實施例1〇〇在一開始開始操作時，容室120含有相當高的 氧位準。此由氧感測器130測得，而感測器130又將資料替 續至控制器Π 〇。回應於此，PID控制器1 1 〇打開質量流量 200406818 Ο) 控制器1 6 5，將氮引入系統內。進給氮至容室1 2 0內強制地 加壓容室，因而經由放氣閥170抽空已經在容室中的氣體 。因爲氮在氣體混合物被抽空的同時被連續地進給至容室 1 2 0內，所以容室內部的氮濃度隨著時間增加，而氧濃度 減小。氮的流量是藉著將P ID軟體控制器1 1 〇的計算的比 例項施加於氮流量而被保持。一旦感測器1 3 0偵測到氧濃 度已經達到一標稱位準，控制器1 1 0就關閉放氣閥1 70。 一旦容室120的內部已經達到正確的氧位準，PID軟 體控制器110的積分項就將通過質量流量控制器165的氮流 量保持成爲穩定容室內部的氣體混合物所需者。此取決於 所用的質量流量控制器1 65的類型可用兩種方式之一達成 。首先，軟體控制器1 10可「顫振（flutter )」質量流量 控制器1 6 5，使其在完全打開位置與完全關閉位置之間擺 動。一般而言，此只在不可變的MFC (質量流量控制器 )之下使用。或者，PID控制器1 10可將質量流量控制器 1 6 5依需要節流，以確保固定的流量。 φ 此時，在理想上，容室120的壓力應在大氣壓力以上 大約2至4Torr。藉著稍微強制加壓容室120，可消除氧及 其他氣體從大氣移入容室的內部。但是，如果容室120被 太大地過度加壓，則容室壁可能會開始畸變及彎曲。當容 室壁畸變時，應力加在壁之間及/或在容室的流入及流出 區域周圍的密封件上。此種應力造成密封件較快地退化， 且最終可能導致出入容室1 20的不想要有的空氣流動路徑 的形成。 -12- (10) (10)200406818 爲避免過度加壓，感測器130持續地監視容室120的壓 力。如果感測器1 3 0偵測到容室1 2 0被過度加壓，則其將此 資料替續通過P1D控制器1 10。控制器1 10又可首先藉著減 少通過質量流量控制器1 65的氣體流量且其次藉著打開放 氣閥170來降低容室120的壓力。雖然容室的氧含量在減壓 期間被監視，但是其被忽略直到容室120的壓力回至可接 受的狀態。亦即，即使是減壓過程導致氧濃度超過由PID 控制器1 1 〇所決定的可接受値的極大値，通過質量流量控 制器1 65的氮流量也不被增加，直到達成正確壓力。實施 例1 00有效地將過度加壓狀態視爲優先於過氧狀態。另外 的實施例可顛倒此分類。 2.操作環境 圖2顯示用於本發明的實施例2 0 0的例示性操作環境。 明確地說，此操作環境爲半導體製造環境的船處理單元（ BHU )容室220。船處理單元220在晶圓在半導體爐2 05中 被處理之前接受及儲存半導體晶圓。術語「晶圓」在此處 被廣泛地用來指示含有多個積體電路，一或多個平板顯示 器，及類似者的任何基板。一般而言，晶圓從前方開口統 一莢件（front-opening unified pod，FOUP) 201 或晶圓卡 匣被載入BHU220內。晶圓由自動臂202從FOUP201取出 且被插入晶圓載具203內。 載具203藉著位在載具下方的升降機2 04而升高通過 BHU220且至爐205內。然後，藉著此船推（boat push )而 被放置在爐2 0 5中的晶圓根據熟習此項技術者已知的方法 (11) (11)200406818 被處理。例如，汽相沈積被用來在不造成與下方晶圓層化 學反應之下在晶圓表面上形成膜。 在將載具203載入爐205之前，載具203及相關聯的晶 圓可被預熱來加速處理過程。萬一氧在爐2 05中的沈積及/ 或預熱期間存留在晶圓表面上，則介電膜可能形成在晶圓 上。此破壞晶圓的一些或所有的功能性。氧可能在晶圓儲 存在BHU容室220內之下附著於晶圓。因此，在處理之前 ，應將BHU220的氧含量減至最小。 實施例200以與先前所述者相同的方式操作，以降低 BHU220內的氧（或周圍大氣）濃度。感測器230監視BHU 容室22 0的壓力以及氧濃度二者。此資料替續至軟體PID 控制器210，而控制器210又調整通過質量流量控制器265 至BHU22 0內的氮流量。PID控制器210也可打開或關閉放 氣閥270，以從容室抽空氧或避免過度加壓。 另外，PID控制器2 10連接於升降機204的控制系統（ 未顯示）。升降機204不會將晶圓載具203推入爐205內， 直到BHU容室220內部的氧位準落至最大臨限値以下。此 臨限値可藉著改變PID軟體控制器210內的設定點而被調 整。 3 .操作參數 在相關於圖2所討論的實施例2 0 0中，控制器2 1 0的操 作是由一或多個可由使用者設定的値來控制。在圖2的實 施例中，可由使用者設定的値包括（1 ) BHU220內部的想 (12) (12)200406818 要的氧位準’ （2 ) BHU內部的警示氧位準，（3 ) BHU 容室220內部的最大可容許氧位準，（4 ) BHU內部的最 小壓力，（5 ) BHU內部的最大可容許壓力，及（6) BHU 內部的安全壓力。以下會敘述這些變數的每一個。典型上 ，這些變數成爲軟體被執行，但是另外的實施例可對每一 變數採用硬體實施方式。 「想要的氧位準」變數指示控制器2 1 0在理想上藉著 調整MFC265及放氣閥270的位置而保持的BHU容室220內 的氧位準。在此實施例200中，此變數被設定爲每百萬十 份（1 0 p p m )。 「警示氧位準」變數被設定爲在對於BHU容室220而 言仍然可接受之下比想要的氧位準高的氧濃度。在此實施 例200中，此變數被設定爲二十ppm。 「最大氧位準」變數指示在船推期間於BHU220內的 最大可容許氧濃度。在此實施例200中，此値在標稱上被 設定爲每百萬三十份（30ppm)。 此實施例2 00中的下一個使用者可設定的變數爲「最 小容室壓力」變數。此變數的値指示在BHU容室220內部 由控制器2 1 0保持的標準或常態壓力範圍的底線。關於此 實施例，最小壓力變數在標稱上被設定爲大氣壓力以上 2 Torr 〇 另一使用者可設定的變數爲「最大容室壓力」變數， 其値代表BHU容室220內部的可接受壓力的標準或常態範 圍的上限。在此實施例2 〇 〇中，此變數被設定爲大氣壓力 (13) (13)200406818 以上4Torr。 此實施例2 0 0中最後一個使用者可選擇的變數爲「安 全容室壓力」變數。一般而言，此變數指示BHU容室220 中的壓力的安全臨限値。控制器2 1 0操作來將壓力保持在 安全容室壓力變數値以下。在此實施例中，此値被設定爲 大氣壓力以上9Torr。 一般而言，此實施例200經由控制器210採用這些變數 來控制 BHU220內部的氧位準及壓力位準二者。氧及壓力 位準一般而言是由感測器23 0採樣。以下爲舉例說明的目 的給予此實施例操作的例子。 在例子的一開始，當氧濃度超過最大氧位準變數的値 時，控制器2 1 0打開放氣閥2 7 0，以容許較大的氮流量通過 系統。此又有助於快速地降低BHU220中的氧濃度。在某 些實施例中，放氣閥可在氧濃度等於最大氧位準時被打開 〇 類似地，如果氧位準落至警示氧位準以下，則放氣閥 2 7 0被控制器210關閉，因爲氧位準趨近想要的位準，並且 容許氧移回BHU220內的任何路徑應被減至最少。如此， 如果BHU220中的氧密度超過最大氧位準，則放氣閥270 打開，而如果氧濃度小於警示氧位準，則放氣閥270關閉 〇 繼續此例子，如果BHU220的氧密度小於或等於想要 的氧位準（亦即想要的氧位準變數的値），且B HU壓力 在最小容室壓力變數的値與最大容室壓力變數的値之間， -16- (14) (14)200406818 則Βίίϋ220的操作情況一般而言是在典型或常態的範圍中 。因此，控制器2 1 0關閉放氣閥2 7 0 (如果放氣閥是打開的 )，且保持足以將容室壓力保持於常態範圍以及將氧密度 保持於想要的氧位準變數的値或其以下的氣體說量通過 MFC265。典型上，MFC2 65維持部份打開，以復原經由裂 縫或其他通過路徑從BHU220內部喪失至外部的氮。 此例子的另一部份爲如果BHU220的壓力超過最大容 室壓力變數，則通過MFC265的流量的計算（如由控制器 2 10所實施者）會強調減小氮流量，以將BHU壓力向下帶 回至常態範圍，即使是氧位準比所想要者高。換句話說， 控制器2 1 0強調保持想要的壓力優先於想要的氧位準。 類似地，如果容室2 2 0的壓力落至最小B HU壓力變數 値以下，則控制器210會增加通過MFC265的氣體流量， 以將容室壓力向上帶回至常態範圍，即使是此有害地影響 容室中的氧濃度。 此例子的最後一部份爲如果 BHU220的壓力超過安全 容室壓力變數的値，則控制器210關閉MFC265，且打開 放氣閥270。因此，在沒有氣體流入及放氣閥打開之下， 過大的壓力應快速地泄出。在此實施例2 0 0中，此種情況 在常態操作期間就算會也極少發生。然而，控制器2丨〇仍 然提供此種功能，以確保系統的安全。 應瞭解以上所述的特定變數以及所給的特定數値均只 是例示性質。另外的實施例可採用不同的變數，或對此種 變數使用不同的値。另外，另外的實施例可根據環境或其 -17- (15) (15)200406818 他變化的情況來改變一或多個變數的値。因此，以上的資 訊是以舉例的方式提供而非成爲限制。 4.實施例的操作 圖3爲顯示由圖1的實施例1 0 0的比例/積分/微分控制 器1 1 0使用的例示性常數組的表3 0 0。這些常數也可由圖2 的實施例200使用。應瞭解這些常數可在另外的實施例中 改變，並且可依需要爲零或非零的値。‘一般而言，任何給 定變數的零的値抑制控制器2 1 0的該部份（亦即比例，積 分，或微分）的操作。 一般而言，表300被分成三行及六欄。最上面的一行 代表當容室120的壓力在最小容室壓力變數以下時的常數 的値。中間的一行代表當容室壓力是在最小與最大容室壓 力變數之間時的常數値。最底部的最後一行代表當容室 120的壓力超過最大容室壓力變數時的常數的値。

一般而言，欄代表不同的常數。例如，「02-P」欄代 表以下相關於圖4的步驟435討論的比例氧帶（ proportional oxygen band) 。「02-1」欄代表以下相關於 圖4的步驟45 0討論的氧積分常數。「02-D」欄代表氧微 分常數，其可在某些實施例中由控制器1 1 0使用來調整通 過MFC 165的氣體流量。「壓力-P」欄代表比例壓力常數 。如同氧微分常數，此常數可由本發明的實施例使用來控 制通過MFC 165的氣體流量，以及相應地控制容室120內 的氧密度及整體壓力。「壓力-1」欄代表壓力積分常數， 其可由控制器1 1 〇用於類似的控制計算。最後，「壓力-D (16) (16)200406818 」欄代表微分壓力常數，其也可由控制器1 1 0使用來計算 通過MFC的氣體流量。 圖3的表3 00所示的値對於實施例1〇〇而言爲例示性。 在「02-D」，「壓力-P」，及「壓力-D」欄的所有的三 行中的零値指示這些特定常數未由實施例採用。但是，另 外的實施例可能會利用此種常數。 圖4顯示圖1所示的實施例1〇〇的一般操作細節的流程 圖。此流程圖也可應用於圖2所示的實施例。圖4所示的步 驟典型上是由軟體或硬體系統邏輯來執行。此種系統邏輯 通常（雖然並非永遠）被實施成爲比例/積分/微分控制器 1 1 0的一部份。 操作過程於步驟400開始，其中PID控制器1 10打開放 氣閥170，並且氮開始流動通過MFC 165。 一旦步驟400完成，實施例100執行包含步驟4 05至465 的迴路。此典型上是在設定的時間週期或已經經過某一時 間週期之後的週期性基礎上被執行，例如在一實施例中’ 迴路大約每四秒被執行一次。另外的實施例包含回應一觸 發器來執行迴路，例如回應環境變數的改變。例示性的觸 發器可包含被超過的變數或使用者啓始的命令。在另一另 外的實施例中，此迴路可只被執行一次，或其可被執行設 定的次數。 首先，在步驟405中，實施例100判定容室120的壓力 長否超過上述的安全容室壓力變數的値。如果超過’則實 施例執行步驟4 1 〇。在步驟4 1 0中，控制器Π 〇關閉 -19- (17) (17)200406818 MFC1 65且打開放氣閥170。在完成步驟410之後，實施例 100執行步驟46 5，其中實施例等候迴路的下一次重複。 如果實施例100判定容室120的壓力在安全容室壓力變 數的設定値以下，則步驟4 1 5被執行。在步驟4 1 5中’判定 氧濃度是否超過最大氧變數的値，如果超過，則步驟420 被執行，使得放氣閥1 70被打開（如果其尙未被打開）。 在步驟420之後，實施例執行步驟43 5，其細節如下。 如果氧密度在步驟4 1 5中未超過最大氧位準變數，則 步驟4 2 5被執行。在此步驟中，實施例1 〇 〇判定容室1 2 0中 的氧濃度是否小於警示氧位準變數値。如果氧濃度在此値 以上，則接達步驟4 3 5。否則，步驟4 3 0被執行。在步驟 43 0中，控制器1 10關閉如果是在打開狀態的放氣閥170。 在步驟43 5中，實施例1〇〇決定對於通過MFC165的氣 體流量的「比例基値（proportional contribution)」。此 比例基値是根據目前容室1 2 0的氧濃度。比例基値一般而 言等於目前的氧位準與想要的氧位準之間的差異除以「氧 比例帶（〇xygen Proportional band)」的尺寸。氧比例帶 爲使用者可改變的參數，其定義控制器1 1 0的比例項以比 例方式回應的範圍。 以數學方式表示，比例基値可用以下的方式決定：

Pc = ( 〇2C - 〇2D ) /02P ;其中 P c =比例基値； 〇2C= 目前的容室120的氧濃度； 02D =想要的容室120的氧濃度（亦即上面所討論的 (18) (18)200406818 「想要的氧位準」變數）；且 〇2P =氧比例帶（在此實施例100中，顯示在以上的 「02-P」欄）。 舉例而言，本發明的一實施例中的比例帶可能爲 lOOOppm (相對於圖3所示的5 000 )，而想要的氧位準變 數可能爲1 Oppm。因此，1 1 Oppm的目前容室的氧濃度會 導致MFC最大流量的10%的比例基値： (1 1 0- 1 0 ) / 1 000 = MFC 流動容量的 10% 在步驟43 5完成之後，實施例100在步驟445中判定目 前容室120的壓力是否在最小容室壓力變數與最大容室壓 力變數之間。如果壓力是在此常態範圍內，則步驟45 0被 執行。 在步驟450中，實施例100計算「積分基値（integral contribution)」。積分基値由控制器110使用來至少部份 地控制通過MFC165的氣體流量。一般而言，積分基値代 表流入容室120的氣體流量，在此處被表示成爲通過 MFC 165的最大氣體流量的百分比。積分及比例基値一般 而言被用來保持容室1 2 0內的操作參數。此處的「操作參 數」一般而言指的是容室1 20的氧密度及容室壓力。比例 及積分基値一起幫助來決定通過MFC 165的氣體流量，如 在步驟460中會更詳細說明的。 繼續步驟4 5 0的討論，實施例藉著求得目前容室1 2 0的 (19) (19)200406818 氧濃度與容室中想要的氧濃度之間的差且然後將其乘以氧 積分常數而計算積分基値。此公式可以用數學方式表示如 下：

Ic= (〇2C-02D) *〇21;其中 IC =積分基値； 〇2C=目前的容室120的氧濃度； 〇2D =想要的容室12〇的氧濃度（亦即上面所討論的 「想要的氧位準」變數）；且 φ 〇2l ==氧積分常數（在此實施例100中，顯示在圖3的 「02-1」欄中）。 舉例而言，如果目前的容室120的氧位準爲1 lOppm， 且實施例採用0·01的氧積分常數及l〇ppm的想要的氧位準 變數，則積分基値爲： (110-10) *0.01=MFC 流動容量的 1〇/〇 如果實施例1 0 0在步驟4 4 5中判定容室1 2 0的壓力在常 態範圍之外，則步驟440被執行。在步驟440中，實施例根 據容室壓力計算要對此次迴路的重複加入的積分基値（相 對於在步驟450中的使積分基値根據氧密度）。在步驟44〇 中，實施例1〇〇計算目前容室120的壓力與最小壓力（如果 目前的容室壓力是在最小壓力變數以下）或最大壓力·（如 果目前的容室壓力是在最大壓力以上）之間的差値，並且 將此差値乘以壓力積分常數。所得的數爲積分基値。以數 -22- (20) (20)200406818 ’當目前的容室壓力小於最小容室壓力變數時 ，積分常數的公式如下：

Ic ( Cvar - Ccurr ) *PI ;其中

Ic =積分基値；

Cvai·==所超過的容室壓力變數（在以上的第3節所討 論的最小或最大容室壓力變數）；

Ccurr =目前的容室1 20的壓力；且 pI =壓力積分常數（在此實施例1〇〇中，顯示在圖3 的「壓力-1」欄中）。 舉例而言，在具有1.9T〇rr的目前容室120的壓力， 2Torr的最小容室壓力變數，及〇1的壓力積分常數的實施 例中，積分基値爲： (2-1.9) *0.1=MFC 流動容量的 1% 另一例子可能有幫助。在具有被設定爲4T〇rr的最大 容室壓力變數，4.2 Torr的目前容室120的壓力，及0.1的 壓力積分常數的實施例中，積分基値爲： (4.0-4.2) *〇.l=MFC 流動容量的-2% 一旦積分基値在步驟440或步驟45〇中被決定，步驟 4 5 5就被執行。在此步驟中’實施例1 〇 〇將計算所得的積分 基値加入於「積分總和」。積分總和爲在先前的迴路重複 -23- (21) (21)200406818 中計算所得的所有積分基値的總和。因此，積分總和將積 分基値對連續的迴路重複進行積分。使用積分基値爲-2 % 的上述例子，且假設先前的積分總和爲6 5 %，則新的積分 總和爲63%。一般而言，積分總和的升高代表通過 MFC 165的氣體流量增加，而積分總和的減小代表通過 FMC的流量減小。 在步驟4 5 5完成之後，步驟4 6 0被執行。在步驟4 6 0中 ，實施例1 0 〇決定對於特定的迴路重複的MF C的最終流量 (或「操作百分比」）。流量控制器165又藉著調整MFC 的位置來實施操作百分比。一般而言，M F C 1 6 5的流量是 藉著將在步驟4 3 5中計算所得的比例項加入於在步驟4 5 5中 計算所得的積分總和。繼續上述的例子，比例項在步驟 4 3 5中被設定爲1 0 %，並且積分總和在步驟4 5 5中被設定爲 63%。因此，新的MFC165的操作百分比爲其最大可能流 量的7 3 %。如此，流量控制器1 6 5設定M F C 7 3 %打開。 在步驟4 6 0完成之後，步驟4 6 5被執行。在此步驟中， 實施例1 00等候一時計終止以啓始下一迴路循環。 在迴路回應觸發器被執行的另外實施例中，例如回應 容室1 2 0內部的氧密度或壓力的改變，一旦觸發器被偵測 到，迴路就在步驟405處再次開始。此種改變典型上是由 於MFC 165的定位被控制器1 10調整而發生。 5 .結論 如由熟習此項技術者從以上本發明的樣本實施例的敘 述會認知到的，在不離開本發明的精神及範圍下，可對所 -24 - (22) (22)200406818 述的實施例進行極多的改變。例如，氣體控制系統可使用 不同的設定點，流量控制器，PID/PI控制器的實施等。另 外，雖然本發明已經就特定的實施例及過程被敘述，但是 此種敘述只是舉例說明而非成爲限制。因此，本發明的正 確範圍是由附隨的申請專利範圍而非先前的例子來界定。 【圖式簡單說明】 圖1顯示本發明的一實施例。 圖2顯示用於本發明的一實施例的例示性操作環境。 圖3爲顯示圖1及2的實施例的例示性操作參數的表。 圖4顯不圖1及2的實施例的操作細節的流程圖。 [圖號說明] 1 00 實施例 110 控制器 120 容室 130 感測器 140 入口通口 1 5 0 氣體源 160 氣體管件或管線

165 流量控制器，MFC 17 0 放氣閥或出口閥 180 出□ 1 90 管件 -25- (23) 200406818 195 通風口 200 實施例 201 前方開口統一莢件（FOUP ) 202 自動臂 2 03 晶圓載具 204 升降機

205 半導體爐 2 10 控制器 220 船處理單元（BHU)容室，船處理單元（BHU) 23 0 感測器 26 5 質量流量控制器（MFC) 270 放氣閥

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Claims (1)

1. (1) (1)200406818 拾、申請專利範圍 1. 一種控制容室內的容室壓力及第一氣體密度的設備 ，包含： 一第一氣體密度感測器； 一第二壓力感測器； 控制機構，連接於該第一及第二感測器，該控制機構 從該第一及第二感測器接收與第一氣體密度及壓力有關的 資料；及 一流量控制器，連接於該控制機構，該流量控制器調 節一第二氣體流入容室的流量。 2. 如申請專利範圍第1項所述的設備，另外包含： 一放氣閥，連接於該控制機構，該放氣閥調節來自容 室的大氣氣流； 其中該控制機構可操作成爲回應來自該第一及第二感 測器之一的訊號而調整該流量控制器的位置。 3 .如申請專利範圍第2項所述的設備，其中該控制機 構另外可操作成爲回應來自該第一及第二感測器之一的訊 號而調整該放氣閥的位置。 4. 如申請專利範圍第1項所述的設備，其中該控制機 構包含一比例/積分/微分控制器。 5. 如申請專利範圍第4項所述的設備，其中該第一及 第二感測器互相整合。 6. 如申請專利範圍第4項所述的設備，其中該流量控 制器爲質量流量控制器。 -27- (2) (2)200406818 7 .如申請專利範圍第6項所述的設備，其中該質量流 量控制器可在打開位置與關閉位置之間被部份地調整。 8 .如申請專利範圍第2項所述的設備，其中該訊號係 擇自由指示第一氣體密度已經在一臨限値以上的訊號及指 示第一氣體密度已經在一臨限値以下的訊號所構成的群類 〇 9. 如申請專利範圔第8項所述的設備，其中 該放氣閥的操作位置可在打開與關閉之間連續地改變 ;且 該放氣閥的該操作位置隨著該訊號而改變。 10. 如申請專利範圍第7項所述的設備，其中第一氣體 與第二氣體爲不同的氣體。 11. 如申請專利範圍第1 〇項所述的設備，其中第一氣 體包含氧。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項所述的設備，其中第二氣 體包含氮。 13.如申請專利範圍第4項所述的設備，其中該控制機 構另外包含： 一系統邏輯，在操作上連接於該控制器；及 第一及第二設定點，在操作上連接於該系統邏輯。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述的設備，其中 該第一設定點包含一第一容室壓力設定點； 該第二設定點包含一第二容室壓力設定點； 該第一及第二容室壓力設定點界定從零延伸至該第一 -28- (3) (3)200406818 容室壓力設定點的一第一容室壓力範圍，從該第一容室壓 力設定點延伸至該第二容室壓力設定點的一第二容室壓力 範圍，及從該第二容室壓力設定點延伸至無限大的一第三 容室壓力範圍； 該控制器包含一比例/積分/微分控制器； 該系統邏輯另外包含在操作上連接於該比例/積分/微 分控制器的第一，第二，及第三組調諧常數；且 該第一，第二，及第三組調諧常數相應於該第一，第 二，及第三容室壓力範圍。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述的設備，其中該第一 ，第二，及第三組調諧常數中的一組中的調諧常數之一爲 零。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述的設備，其中 該比例/積分/微分控制器的一第一積分項被指定給容 室壓力；且 該第一積分項在容室壓力於該第二容室壓力範圍內時 不爲零，否則該第一積分項爲零。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項所述的設備，其中 該比例積分/微分控制器的一第二積分項被指定給容 室氧位準；且 該第二積分項在容室壓力於該第二容室壓力範圍內時 不爲零，否則該第二積分項爲零。 1 8 .如申請專利範圍第1 6項所述的設備，其中容室爲 在半導體製造環境中的船處理單元。 -29- (4) 200406818 1 9 · 一種調節容室的操作參數的方法，包含： 監視第一氣體密度； 監視容室壓力； 根據該第一氣體密度計算一比例基値； 判定該容室壓力是否在常態壓力範圍內； 在該容室壓力不在該常態壓力範圍內的情況中，根據 該第一氣體密度計算一積分基値；及

   根據該比例基値及該積分基値調整操作參數。 2 0 ·如申請專利範圍第i 9項所述的調節容室的操作參 數的方法’另外包含在該容室壓力在該常態壓力範圍內的 情況中根據該容室壓力計算一積分基値的步驟。 2 1 ·如申請專利範圍第2 〇項所述的調節容室的操作參 數的方法’其中該調整操作參數的步驟包含： 將該積分基値與先前計算的積分比例的總和合計以計 算一積分總和；

   將該比例基値與該積分總和合計以決定一操作百分比 ;及 根據該操作百分比調整操作參數。 22.如申請專利範圍第21項所述的調節容室的操作參 數的方法’其中該操作參數係選擇自由第—氣體密度及容 室壓力所構成的群類。 23·如申請專利範圍第”項所述的調節容室的操作 數的方法，其中根據該操作百分比調整操作參數的步騷 含將至該容室內的〜流動路徑以相等於該操作百分比的 -30 - (5) (5)200406818 分比打開。 24.如申請專利範圍第22項所述的調節容室的操作參 數的方法，其中根據該操作百分比調整操作參數的步驟包 含將一第二氣體引入該容室內。 2 5.如申請專利範圍第24項所述的調節容室的操作參 數的方法，其中 該第一氣體爲氧；且 該第二氣體爲氮。 Φ 2 6.如申請專利範圍第21項所述的調節容室的操作參 數的方法，另外包含： 判定該第一氣體密度是否超過一最大第一氣體密度； 及 在該第一氣體密度超過該最大第一氣體密度的情況中 ，減小該第一氣體密度。 2 7.如申請專利範圍第21項所述的調節容室的操作參 數的方法，另外包含： ® 判定該第一氣體密度是否小於一警示第一氣體密度； 及 在該第一氣體密度小於該警不第一氣體密度時，減小 該第一氣體密度。 2 8.如申請專利範圍第20項所述的調節容室的操作參 數的方法，另外包含： 判定該容室壓力是否超過一安全臨限値； 在該容室壓力超過該安全臨限値的情況中，減小該容 -31 - (6) 200406818 室壓力；及 進一步回應超過該安全臨限値的該容室壓力，不根據 該比例基値及該積分基値來調整該操作參數。 -32-