关于Tempress设备.doc

关于Tempress设备设备的状况决定了制程的实际进行情况，作为核心制造工序扩散的主要承担者的Tempress设备的重要性不言而喻。对设备的的了解是异常排查、工艺调整和优化制程的基础，现将与工艺相关的Tempress设备的重要内容总结如下：一、Tempress设备调试流程：1. 检查设备状况是否完整和正确：如气路连接是否正确，源瓶、恒温槽状态是否正常，排风是否正常等。2. 运行Profile工艺： 用以对应Paddle和Spike温度。3. 饱和：可以运行30次P156程序，让石英管和舟对磷的吸收达到饱和状态。4. 调节方块电阻：插一舟假片，其中选择7个位置放未扩散的硅片，运行饱和工艺，结束后测量方块电阻并进行温度调节，使方块电阻达到要求。5. 效率跟踪：在方块电阻正常以后，试做三管并进行效率跟踪。6. 交付使用：在试产片效率达到要求以后，即可交付生产使用了。二、基本构造：1、主要部件（main parts）：1. Load Station 装载区2. Furnace 炉子3. Gas Cabinet 气体装置4. Main Power Cabinet 主电源装置5. DPC (Digital Process Controller) 数字程序控制器6. DTC (Digital Temperature Controller) 数字温度控制器7. ETC (Excess Temperature Controller) 扩展温度控制器8. Torch Screen 触摸屏9. TSC-2 电脑连接2、气路：在Tempress炉管尾部，有三条气管，分别为进气管，排气管，以及TC管。各气体，如大N2，POCL3以及O2在经过流量计，阀门等混合后通过进气管流入炉内；在排气管上另有一个氮气补足管，此管通过尾气管向管内补充氮气，起到控制炉内压力的作用；TC管内有温度传感器，用于测量炉内的温度，对扩散炉的Paddle控温方式的实现以及Profile过程有着关键作用。 3、主要参数：各温区温度、炉内气体压力、各气体流量、POCL3的温度等。三、基本操作：2、 主菜单：Tempress扩散炉控制界面的主菜单主要分为五部分，分别为：System control: 有关于系统设置的菜单Certifications: 关于各主要参数的设定的菜单Recipe: 程序的编写、修改和保存Tube Control: 对扩散炉进行控制，如选择、运行和终止程序等。Monitor: 系统状态监视和查看菜单3、 主要操作：选择程序：Tube Control-Select Recipe运行/停止程序：Tube Control-Start/Stop Recipe终止程序：Tube Control-Abort Process Recipe修改各温区温度：Certifications-Temperature Controller Certification图形控制：Tube Control-Graphic Process Controller修改程序：可以在住菜单Recipe中直接修改，也可以在Tube Control-Variable Command中修改程序中设置好的重要的可修改参数。3、方块电阻均匀性（Uniformity）的计算： Uniformity+-%=(maximum value-minimun value)/2*average value三、关于Tempress的输入输出：Tempress输入输出分为数字和模拟两种：Digital input/output和Analog input/output。两者的区为一个为二进制数字信号，一个是模拟信号。数字信号只有一位，0和1两种状态，主要是控制一些阀门和开关的开闭；模拟信号是连续电压信号，主要是用来控制一些流量计等。输入（input）是从检测装置传送到DPC的信号，是设备状态的一个反馈信号；输出（output）是从DPC发往一些控制装置比如阀门和流量计的控制信号。具体情况如下图所示：数字输入（Digital Input）：共有16个，分别为：Nr.MNEMONICConditionAlarm ActiveStatement1Press N2ONYES氮气压力是否正常2PressAirONYES压缩空气，用于气动阀3DoorCLSDOFFYES门是否关闭4RearEXHONYES尾气是否开启5UPSPOWERONYESUPS电源是否开启6UPSLOWONYESUPS电源是否电量太低7TempSCRONYESunknown8OverHeatONYES是否过热9FanSwitchONYES风扇开关是否打开10TempPOCL3ONYES源温是否正常11LevelPOCLONYES源液位是否在可用范围内12EXHDETECONYES厂务端尾气检测输入13GASDETECONYES厂务端气体检测输入14R2DALARMONYES以下是有关R2D装置的输入15*STARTONYES16*LOADINHOFFYES* 数字输入主要是一些设备当前的状态信息，DPC通过他们来判断程序是否正确运行。数字输出（Digital Output）：共有16个，但只有7个是有效的，分别为：Nr.MNEMONICConditionStatement1N2ON用以控制大氮的阀3O2-LOWOFF用以控制干氧的阀7N2 POCL3OFF用以控制小氮的阀12POCL3 VALVOFF源阀的控制信号14*FINNORMOFF和R2D相关15*FINABNOOFF和R2D相关16*RDY2LDOFF和R2D相关* 数字输出主要是控制一些气体阀门的开关，若他们关闭则无相应气体流入。模拟输入(Analog Input)：共有8个，但只有两个有作用。Nr.MNEMONICStatement1N2LMTSETMFC的设置信息6N2ACTEXH氮气补足量大小* 前者为流量计的设置值，是固定的，后者为氮气补足的流量大小，可供程序参考。模拟输出(Analog Output)：以下几个：Nr.MNEMONICConditionStatement1N2大氮的流量3O2-LOW干氧的流量6*EXHAUST尾气压力值7N2 POCL3小氮的流量8TEMPPOCL3设定源温 * 模拟输出信号主要是用来控制和设定一些流量计和源温的参数等。根据以上对于输入输出的了解我们再回过头来加深对扩散程序的理解：在第零步到第二步等待和进出舟中：开启和设置了大N2、O2流量，源温等模拟输出参数，如：5 Gas N2(1) at 6.5 slm /大N2流量为6.5slm6 Gas O2-Low at 5.0slm / O2流量为5.0slm7 Pressure control(6) at 5Pa /压力控制为5Pa8 Gas N2 POCL3(7) at 0slm /携源小N2流量为09 Gas TempPOCL3(8) at 20.0 degr. / POCL3温度为20.0度关闭了从9-16号的数字输出，也就是关闭了源阀和R2D的输出：62 Dig. Output(9-16) -0-000: ALL OFF /关闭数字输出9-16此时没有源通入炉内。因为没有什么特别重要模拟输出（如POCL3等），所以关闭了模拟输入输出信号限制报警：63 Alarm Limit Setting for ALL /关闭所有模拟输出通道Analogue Output channel at 0%(off)64 Alarm Limit Setting for Analogue Input N2ACTEXT(6) of 10.00slm at 0%(off) /关闭尾气补足量报警同时开启了数字输入信号的报警，用以监测系统状态，为程序的进行作准备：65 Alarm on Dig. Input (1-8) 11x11111; 1=Press N2 2=Press AIR 4=REAREXT 5=UPSPOWER 6=UPSLOW 7=TEMPSCR 8=OVERHEART66 Alarm on Dig. Input(9-16) 111111xx; 9=FANSWTCH10=TEMPOCL 11=LEVELPOCL 12=EXHDETEC 13=GASDETEC 14=R2DALARM在第三步和第四步升温和稳定中：再次关闭数字输出9-16，防止源通入炉内：38 Dig. Output(9-16) -0-000: ALL OFF (Variable Command)/关闭数字输出9-16若程序出现了尾气压力和电源的报警，则表示程序无法进行下去，直接跳至第8步COOLDOWN：39 Branch on Dig. input(4) RearEXT Alarm to Step 8 /若有尾气警报(Sonalert Alarm) 则跳至第8步40 Branch on Dig. Input(5) UPSPOWER Alarm to Step8 /若有UPSPOWER警报(Sonalert Alarm) 则跳至第8步在第五步预扩散程序中：并没有开启源气体阀门，只对尾气和UPS报警进行处理：55 Branch on Dig .Input(4) REAEXH Alarm to Step8 /若有尾气警报(Sonalert Alarm) 则跳至第8步56 Branch on Dig. Input(5) UPSPOWER Alarm to Step 7 /若有UPSPOWER警报(Sonalert Alarm) 则跳至第8步57 Branch on Dig. Input(5) UPS LOW Alarm to Step 12 /若有UPSLOW警报(Sonalert Alarm) 则跳至第12步在第六步扩散程序中：首先通过开启数字输出12开启了POCL3阀门，使POCL3通入炉内：61 Dig. Output(9-16) -1-000: 12=POCL3 /开启数字输出12此时扩散过程开始，需对炉内气体进行精确控制，所以设置了输出气体流量控制范围：62 Alarm Limit Setting for Gas N2 at 5% (+-1.5slm) /大N2流量报警范围为5%63 Alarm Limit Gas O2-Low at 5%(+_100 sccm) /O2流量报警范围为5%64 Alarm Limit Setting for Pressure Control at 5% /压力控制报警范围为5%65 Alarm Limit setting for Gas N2 POCL3 at 5% /小N2流量报警范围为5%并且设置了一些跳步指令，都是跳至step 7，原因是因为此时已经通源，所以要跳至第七步postpurge将炉内和管内的POCL3气体吹干净：66 Branch on Gas O2-Low out of limit Alarm to step7 /O2流量超出范围(Sonalert Alarm) 则跳至步767 Branch on Pressure Control (6) out of limit Alarm to step7 /压力控制超出范围(Sonalert Alarm) 则跳至步768 Branch on Dig. Input(4) REAREXT Alarm to step7 /尾气警报则跳至步7(Sonalert Alarm)69 Branch on Dig. Input(5) UPSPOWER Alarm to step7 / UPS电源警报则跳至步7(Sonalert Alarm)70 Branch on Dig. Input(6) UPSLOW Alarm to step7 /UPS低则跳至步7(Sonalert Alarm)第七步推进至第九步出舟中：首先通过关闭数字输出9-16关闭了源阀，关闭了POCL3，但此时小N2还继续通入炉内，起到一个清洗管道的作用：75 Dig.Outputs(9-16) -0-000: ALL OFF /关闭数字输出9-16因为此时已经没有什么危险的气体，扩散过程也结束，所以关闭了气体输出和氮气补足输入的报警限制：76 Alarm Limit Setting for All Analogue Output channels at 0% (off) /关闭所有模拟输出77 Alarm Limit Setting for Analogue Input N2ACTEXT(6) of 10.00slm at 0%(off) / N2补足限制关闭第十二步紧急停止等待程序的输入输出状态和报警基本上和第零步类似。四、关于Tempress的气路和压力控制Tempress的详细气路如下图所示：压力计ValveMass Flow ControllerN2补足小N2大N2干O2最上面为氧气管，第二管为大氮管，第三为小氮管，第四为氮补足管。每管都由Mass Flow Controller和阀门共同控制。右下角为测量压力炉内压力和炉外压力差的压力表。在源瓶柜里还有两个阀门，它们共同控制小氮的通路，若开启则小氮通过源瓶携带POCL3流如炉内，若关闭，则小氮直接通入炉内。如下图：POCL3 VALVEPOCL3 VALVE 所以在BadAbort程序中，虽然小氮的流量设定为1000sccm，但源阀是关闭的，不会有POCL3气体流入，这样也是为了清洗管道。Tempress的压力控制方式主要是通过氮气补足的方法，尾气抽气量是一定的（由厂务决定，当然可能有波动），在尾气管上增加一个由Mass Flow Controller控制的氮气补足管来平衡炉内压力，起到一个气体开关的作用。当炉内压力高的时候，减小补足，低的时候增大补足。如下图所示：五、关于调试过程中方块电阻异常的原因分析和解决方法Problem:Cause:Solution:扩散后方块电阻炉尾低炉口高门没有密封好尾气抽气量太大Insufficient number of dummy wafers调整门的开关状况减小尾气出气量Use more dummy wafers单片均匀性炉尾好炉口差炉门密封性不好尾气抽气量太大Insufficient number of dummy wafers调整门的开关状况减小尾气出气量Use more dummy wafers单片均匀性差源量不足尾气压太大扩散温度太高增加小氮流量减小尾气压力降低扩散温度方块电阻硅片顶部低，底部高舟被污染Test wafers are not prime(probably refurbished)硅片在炉管中放的位