CN114981476A - 用于利用浓度测量进行脉冲气体输送的方法和装置 - Google Patents
用于利用浓度测量进行脉冲气体输送的方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114981476A CN114981476A CN202180008989.9A CN202180008989A CN114981476A CN 114981476 A CN114981476 A CN 114981476A CN 202180008989 A CN202180008989 A CN 202180008989A CN 114981476 A CN114981476 A CN 114981476A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- pulsed
- pulse
- flow
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 287
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 46
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 96
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 20
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 claims description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 8
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 352
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 13
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012705 liquid precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display
- G01N33/0067—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display by measuring the rate of variation of the concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0073—Control unit therefor
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D11/00—Control of flow ratio
- G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
- G05D11/13—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
- G05D11/135—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by sensing at least one property of the mixture
- G05D11/138—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by sensing at least one property of the mixture by sensing the concentration of the mixture, e.g. measuring pH value
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D11/00—Control of flow ratio
- G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
- G05D11/13—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
- G05D11/139—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring a value related to the quantity of the individual components and sensing at least one property of the mixture
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D21/00—Control of chemical or physico-chemical variables, e.g. pH value
- G05D21/02—Control of chemical or physico-chemical variables, e.g. pH value characterised by the use of electric means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
- G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
- G05D7/0694—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means or flow sources of very small size, e.g. microfluidics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
- H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
- H01J37/32981—Gas analysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/3299—Feedback systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
- H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
- G01F15/005—Valves
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Immunology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种***和方法通过测量处理气体的浓度、并基于接收到的处理气体的浓度来控制在气流脉冲中输送的气体混合物的量，来针对脉冲气体输送的每个脉冲提供更精确的处理气体的摩尔输送量。可以通过调整流量设定点、脉冲持续时间或两者来实现针对每个脉冲的摩尔输送量的控制。
Description
相关申请
本申请是2020年1月14日提交的美国申请第16/742,172号的部分继续申请。上述申请的教导全部通过引用并入本文。
背景技术
对于诸如原子层沉积(ALD)处理和原子层蚀刻(ALE)处理之类的许多涉及脉冲气体输送的处理，前体或其他处理气体与载气混合。由于通常生成处理气体的方式，处理气体的浓度可能在处理期间变化，例如当生成处理气体的化学反应的输出随时间变化时。然而，向处理腔室提供精确的处理气体摩尔输送量是很重要的。
然而，现有的脉冲气体输送设备只能保证每个脉冲中的总摩尔量，其中总摩尔量包括处理气体和载气两者，并且因此每个脉冲中的处理气体的摩尔量可能变化。因此，对脉冲气体混合物中更精确的处理气体摩尔输送量存在持续的需求。
发明内容
一种用于利用浓度测量进行脉冲气体输送的方法和装置被公开。通过测量处理气体的浓度、并基于接收到的处理气体浓度来控制在气流脉冲中输送的气体混合物的量，该方法和装置针对脉冲气体输送的每个脉冲提供更精确的处理气体摩尔输送。可以通过调整流量设定点、脉冲持续时间或两者来实现对每个脉冲的摩尔输送量的控制。
一种脉冲气体控制***，包括气体浓度测量***，该气体浓度测量***被配置为测量气体混合物中的处理气体的浓度。脉冲气体输送***被配置为：感测气体混合物的流量并控制气体混合物的流量。该***接收由气体浓度测量***测量的气体混合物中的处理气体的浓度，并基于接收到的处理气体的浓度来控制在气流脉冲中输送的气体混合物的量，以控制在每个脉冲中输送到处理腔室的处理气体的摩尔量。
脉冲气体输送***可以被配置为在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点，并且该调整可以基于接收到的处理气体的浓度。脉冲气体输送***可以以与接收到的处理气体浓度成反比的气体混合物的方式设将初始目标流量设定点。初始目标流量设定点可以被设置为与每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值除以如下乘积成正比，该乘积是脉冲持续时间周期乘以接收到的处理气体的浓度的乘积。脉冲气体输送***可以在脉冲持续时间周期期间、基于在脉冲持续时间周期期间的处理气体浓度的变化测量值来调整流量设定点。流量设定点的调整可以基于以下关系：
其中Qsp(t)是流量设定点，k是摩尔到流量单位转换常数，Msp是每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值，Qm(t)是脉冲气体输送***测量的流量速率，C(t)是接收到的处理气体浓度，Δt是脉冲持续时间周期，t是当前时间，并且t0是脉冲持续时间周期的初始时间。脉冲气体输送***可以在脉冲持续时间周期期间随时间调整流量设定点，直到脉冲持续时间周期完成。在调整流量设定点的同时可以维持恒定的脉冲持续时间。
气体浓度测量***可以包括光学气体传感器、表面声波设备、超声传感器、质谱仪或导热检测器。气体浓度测量***可以被串联布置在气体混合物的源和脉冲气体输送***之间，以从源接收气体混合物、并将气体混合物提供给脉冲气体输送***。它可以被布置成从采样管线接收气体混合物的样本，该采样管线对从源到脉冲气体输送***的气体混合物的气流进行采样。脉冲气体输送***被配置为输送处理气体所到的处理腔室可以是以下之一：原子层沉积(ALD)处理、原子层蚀刻(ALE)处理、穿透硅通孔(TSV)处理、脉冲深反应离子蚀刻(DRIE)处理、等离子体增强化学气相沉积(CVD)处理和等离子体增强蚀刻处理。
脉冲气体输送***可以被配置为在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点。脉冲气体输送***可以被配置为调整被用来将气体混合物输送到处理腔室的脉冲持续时间；并且可以被配置为：通过在所输送的处理气体的总摩尔量大于或等于每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值时结束脉冲持续时间，调整脉冲持续时间。脉冲气体输送***可以被配置为：在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点，并且调整脉冲持续时间。
脉冲气体输送***可以被配置为：以至少十倍于对应脉冲气体输送***的脉冲持续时间周期的脉冲频率的更新速率，来接收气体混合物中的处理气体的浓度。该***可以包括加热器，该加热器被配置为将包括处理气体的气体混合物的流量的至少一部分流量在升高的温度。脉冲气体输送***可以被配置为控制加热器，以沿着源和处理腔室之间的气体混合物的流量的至少一部分，来维持处理气体的基本恒定的升高的温度。
一种控制脉冲气体输送***的方法，包括：测量气体混合物中的处理气体的浓度；利用脉冲气体输送***，接收气体混合物中的处理气体的浓度；基于接收到的处理气体浓度，控制脉冲气体输送***在气流脉冲中输送的气体混合物的量，以控制在每个脉冲中输送到处理腔室的处理气体的摩尔量。
该方法可以包括：在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点。可以基于接收到的处理气体的浓度，调整气体混合物的流量设定点。气体混合物的初始目标流量设定点可以被设置为与接收到的处理气体的浓度成反比。初始目标流量设定点可以被设置为与每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值除以如下的乘积成正比，该乘积是脉冲持续时间周期乘以接收到的处理气体浓度的乘积。该方法可以包括在脉冲持续时间周期期间、基于在脉冲持续时间周期期间的处理气体浓度的变化测量值来调整流量设定点。该方法可以包括基于以下关系调整流量设定点：
其中Qsp(t)是流量设定点，k是摩尔到流量单位转换常数，Msp是每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值，Qm(t)是脉冲气体输送***测量的流量，C(t)是接收到的处理气体浓度，Δt是脉冲持续时间周期，t是当前时间，并且t0是脉冲持续时间周期的初始时间。该方法可以包括在脉冲持续时间周期期间随时间调整流量设定点，直到脉冲持续时间周期完成。该方法可以包括在调整流量设定点的同时维持恒定的脉冲持续时间。
该方法可以包括使用光学气体传感器、表面声波设备、超声传感器、质谱仪或导热检测器来测量气体混合物中的处理气体的浓度。脉冲气体输送***可以被用来将处理气体输送到以下之一：原子层沉积(ALD)处理、原子层蚀刻(ALE)处理、穿透硅通孔(TSV)处理、脉冲深反应离子蚀刻(DRIE)处理、等离子体增强化学气相沉积(CVD)处理和等离子体增强蚀刻处理。该方法可以包括在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点。该方法可以包括调整被用来将气体混合物输送到处理腔室的脉冲持续时间；并且可以包括通过在所输送的处理气体的总摩尔量大于或等于每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值时结束脉冲持续时间来调整脉冲持续时间。该方法可以包括在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点并且调整脉冲持续时间。
该方法可以包括以至少十倍于对应脉冲气体输送***的脉冲持续时间周期的脉冲频率的更新速率接收气体混合物中的处理气体的浓度。该方法可以包括使用加热器将包括处理气体的气体混合物的流量的至少一部分维持在升高的温度；并且可以包括控制加热器以沿着源和处理腔室之间的气体混合物的流量的至少一部分维持处理气体的基本恒定的升高的温度。
附图说明
如附图中所图示，从下面对示例实施例的更具体描述中，前述内容将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记在不同视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是进行强调以说明实施例。
图1A是根据本发明实施例的在串联布置中使用浓度测量的脉冲气体控制***的示意框图。
图1B是根据本发明实施例的在采样管线布置中使用浓度测量的脉冲气体控制***的示意框图。
图2和图3是根据本发明实施例的通过在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点来控制脉冲气体输送***的过程的示意框图。
图4是根据本发明实施例的使用附加载气管线的脉冲气体控制***的示意框图。
图5是根据本发明实施例的与脉冲气体输送***交互的主控制器的示意框图。
图6是可以被用作此类组件(包括例如用作图5的脉冲摩尔量控制处理器)的控制器的简化示意框图。
图7和图8是根据本发明实施例的通过调整被用来将气体混合物输送到处理腔室的脉冲持续时间来控制脉冲气体输送***的过程的示意框图。
具体实施方式
下面是示例实施例的描述。
在先前的气体输送***中，前体气体或其他处理气体通常由在气体输送期间进行的化学或物理处理(诸如通过蒸发液体或固体)来生成。例如，诸如氮气之类的载气可以流过包含前体物质的安瓿(ampoule)，以产生蒸气，该蒸气从安瓿中冒泡并包含载气和前体气体的混合物。将安瓿加热到高温以蒸发固体或液体前体，因此蒸发速率常常高度取决于反应中涉及的压力、温度和表面积。被用来生成处理气体的化学反应或物理过程的速率可以在处理气体的生产过程中广泛变化。
由于处理气体的这种不同的生产速率，以前的脉冲气体输送***常常可以输送随脉冲广泛变化的处理气体摩尔量，即使处理气体和载气的组合总量保持相对恒定。然而，例如通过在原子层沉积(ALD)处理中产生沉积在表面上的不同厚度的层，处理气体量的这种变化可能会在使用处理气体的制造处理的结果中产生很大的变化。
为了解决先前***的这些和其他缺点，浓度测量被用来在脉冲气体输送***中提供气体混合物的精确摩尔输送，如本文将进一步描述的。
图1A是根据本发明实施例的在串联布置中使用浓度测量的脉冲气体控制***100a的示意框图。气体源101a使处理气体与载气的气体混合物流入到***中，并且气体混合物流过气体浓度测量***104a和脉冲气体输送***106a。在图1A的实施例中，气体浓度测量***104a和脉冲气体输送***106a处于“串联”或串联流量布置中。在该实施例中，气体浓度测量***104a被串联布置在气体混合物的源101a和脉冲气体输送***106a之间，以接收来自源101a的气体混合物并将气体混合物提供给脉冲气体输送***106a。应当了解，可以使用其他流量布置，例如图1B中的。在图1A中，脉冲气体输送***106a感测和控制气体混合物的流量。气体浓度测量***104a测量气体混合物中的处理气体的浓度108a。脉冲气体输送***106a接收由气体浓度测量***104a测量的处理气体的浓度108a，并且基于接收到的处理气体的浓度108a控制在气流脉冲中输送的气体混合物的量，以控制在每个脉冲中输送110a到处理腔室的处理气体的摩尔量。
图1B是根据本发明实施例的在采样管线布置中使用浓度测量的脉冲气体控制***的示意框图。在该实施例中，气体浓度测量***104b被布置为从采样管线107b接收气体混合物的样本，该采样管线107b对从源101b到脉冲气体输送***106b的气体混合物的气流进行采样。气体源101b将气体混合物流入到脉冲气体输送***106b中，并且气体浓度测量***104b从采样管线107b接收气体混合物的样本，采样管线107b对流量管线109b进行分支，气体源101b通过流量管线109b将气体混合物流入到脉冲气体输送***106b中。气体浓度测量***104b因此能够测量气体混合物中的处理气体的浓度108b，并将其提供给脉冲气体输送***106b。该***在其他方面类似于图1A的***。
使用气体浓度测量***104a/104b，图1A和图1B的***获得了气体混合物中的前体或其他处理气体的浓度108a/108b，该浓度108a/108b被馈送到脉冲气体输送***106a/106b中。脉冲气体摩尔输送设备106a/106b针对每个脉冲气体摩尔输送调整气体混合物的总摩尔量——包括处理气体和载气两者，以使得处理气体的摩尔量维持恒定。气体混合物的总摩尔量的调整可以通过调整流量设定点、脉冲持续时间或两者来实现。在一些实施例中，***可以仅改变流量设定点，而不改变脉冲持续时间，以使得脉冲气体输送与制造过程中的其他仪器同步，诸如与处理腔室中的射频(RF)生成同步。
脉冲气体输送***106a/106b例如可以是脉冲质量流量控制器(MFC)或摩尔输送设备。例如，脉冲气体输送***106a/106b可以是Ding等人的美国专利号10,353,408 B2、Shajii等人的美国专利号7,628,860 B2、Shajii等人的美国专利号7,615,120B2、Shajii等人的美国专利号7,829,353 B2、以及Ding等人的美国专利申请公开号2014/0190571和Ding等人的美国专利申请公开号2019/0243392A1中教导的任何脉冲气体输送***，其中每个的教导全部通过引用并入本文。
气体浓度测量***104a/104b例如可以是或包括光学气体传感器、表面声波设备、超声传感器、质谱仪或导热检测器。例如，可以使用基于红外(IR)吸收的气体传感器，诸如可调滤光光谱仪(TFS)、非色散红外(NDIR)传感器或傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)传感器。基于红外吸收的气体传感器具有良好的灵敏度和选择性，它们的测量是非侵入性的，并且它们可以被串联布置到输送***中。然而，也可以使用其他浓度测量方法，诸如其他光学气体传感器、表面声波(SAW)传感器、超声波传感器、质谱仪和热传导检测器。
脉冲气体输送***被配置为输送110a处理气体所到的处理腔室可以例如是以下之一：原子层沉积(ALD)处理、原子层蚀刻(ALE)处理、穿透硅通孔(TSV)处理、脉冲深反应离子蚀刻(DRIE)处理、等离子体增强化学气相沉积(CVD)处理、等离子体增强蚀刻处理或任何需要脉冲气体混合物的处理。例如，该处理可以是半导体制造处理的一部分，但是也可以被用于其他处理中。如本文中所使用的，脉冲深反应离子蚀刻(DRIE)处理是例如高度各向异性蚀刻处理，其被用来在晶片和其他衬底中产生深穿透、陡边孔和沟槽，通常具有高纵横比。在一个示例中，DRIE处理是一种脉冲或时间复用的蚀刻处理，诸如Laermer等人的美国专利号5,501,893A、Laermer等人的美国专利号6,531,068 B2和Laermer等人的美国专利号6,284,148 B1中所教导的任何一个，其中每个的教导全部通过引用并入本文。
图2和图3是根据本发明实施例的通过在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点来控制脉冲气体输送***的过程的示意框图。在图2和图3的实施例中，脉冲气体输送***在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点，以便在每个脉冲中实现精确的处理气体摩尔量。脉冲气体输送***可以在调整流量设定点的同时维持恒定的脉冲持续时间。然而，应当了解，脉冲气体输送***也可以调整被用来将气体混合物输送到处理腔室的脉冲持续时间；或者既可以在脉冲期间调整气体混合物的流量设定点又可以调整脉冲持续时间(例如，参见图7和图8)。
在图2的过程中，主控制器(参见图5的505，例如，其可以被实现为在其中使用脉冲气体输送***的工具的主机处理器)将前体(或其他处理气体)摩尔设定点(Msp)和脉冲持续时间周期(Δt)发送220到脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)，诸如脉冲质量流量控制器(MFC)。(摩尔设定点和脉冲持续时间可以在发送到图5的主控制器505和从图5的主控制器505发送的信号515中)。摩尔设定点例如可以是每脉冲大约100微摩尔的量级，但是应当了解，可以使用其他摩尔量。脉冲气体输送***可以以与接收到的处理气体浓度成反比的方式设置230气体混合物的初始目标流量设定点。例如，如图2的步骤230所示，脉冲气体输送***可以以与每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值(Msp)除以如下乘积的方式(例如，基于比例常数k)设置初始目标流量设定点Qsp(t)，该乘积是脉冲持续时间周期(Δt)乘以从气体浓度测量设备(参见图1A和图1B的104a/104b)接收到的接收处理气体浓度C(t)的乘积。主控制器(参见图5的505)然后将脉冲气体输送触发信号(其可以在发送到图5的主控制器505和从图5的主控制器505发送的信号515中)发送240到脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)以在脉冲持续时间周期的初始时间(t0)启动输送。如图3中所示，该过程继续242。
在图2和图3的技术中，脉冲气体输送***基于接收到的处理气体浓度，调整气体混合物的流量设定点。在图3中在242处继续图2的过程，脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)将其流量(例如通过控制图5的内部控制阀513)来调节350到目标流量设定点Qsp(t)。脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)基于脉冲持续时间周期期间的处理气体浓度的变化测量值，调整脉冲持续时间周期期间的流量设定点Qsp(t)。例如，在图3中的360处，脉冲气体输送***在输送期间、从气体浓度测量设备(参见图1A和图1B的104a/104b)获得更新后的前体气体(或其他处理气体)浓度信息C(t)。可以基于主处理器(图5的505)或脉冲摩尔量控制处理器(参见图5的511)或两者的时钟周期(在一个示例中，其可以是大约5毫秒)或另一个时钟周期，实时更新浓度信息C(t)。可以以相对于图5下面讨论的方式来设置浓度信息C(t)的更新率。接下来，例如，在图3中的370中，脉冲气体输送***(图1A和图1B的106a/106b)可以基于以下关系来调整流量设定点：
其中Qsp(t)是流量设定点，k是摩尔到流量单位转换常数，Msp是每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值，Qm(t)是脉冲气体输送***测量的流量速率，C(t)是接收到的处理气体浓度，Δt是脉冲持续时间周期，t是当前时间，并且t0是脉冲持续时间周期的初始时间。脉冲气体输送***(图1A和图1B的106a/106b)可以在脉冲持续时间周期期间随时间调整流量设定点，直到脉冲持续时间周期完成。例如，在图3的步骤380中，***106a/106b可以检查输送时间t远离初始时间是否大于脉冲持续时间周期(Δt)，也就是说，(t-t0)是否大于Δt。如果不是，那么通过将流量调节350到目标流量设定点Qsp(t)来重复该过程。如果是，那么如在390处，例如通过使脉冲气体输送***(图1A和图1B的106a/106b)关闭内部控制阀(参见图5的513)并完成气体脉冲的输送，该过程完成脉冲气体输送。以这种方式，图2和图3的实施例在脉冲期间基于更新后的处理气体浓度信息定期地更新流量设定点，以使得流量随着处理气体浓度的下降而增加，并且流量随着处理气体浓度的上升而减少。这意味着总气体流量量会变化，因为总流量会取决于处理气体浓度的变化而变化，但是由于流量以与处理气体浓度相反的方式变化，因此在脉冲气体输送的每个脉冲中输送受控的处理气体量。
应当了解，可以使用除了图2和图3的那些技术之外的其他流量设定点技术。例如，在另一种技术中，步骤370中的C(t)可以在脉冲持续时间的过程中被视为常数，理论上C(t)将在每个脉冲持续时间的过程中发生少量变化，同时仍然基于所测量的流量速率Qm(t)的变化来改变流量设定点Qsp(t)，流量速率Qm(t)在脉冲持续时间期间可能会更快地变化。
图7和图8是根据本发明实施例的通过在脉冲期间调整脉冲持续时间周期来控制脉冲气体输送***的过程的示意框图。尽管这些图示出了仅调整脉冲持续时间周期，但是也将了解，该方法可以包括调整脉冲持续时间周期和流量设定点两者。在图7中，主控制器(参见图5的505)将前体(或其他处理气体)摩尔设定点(Msp)和脉冲持续时间周期(Δt)发送720到脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)，诸如脉冲质量流量控制器(MFC)。主控制器(参见图5的505)然后将脉冲气体输送触发信号(其可以在发送到图5的主控制器505和从图5的主控制器505发送的信号515中)发送730到脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)以在脉冲持续时间周期的初始时间(t0)启动输送。如图7的步骤740所示，脉冲气体输送***从图1的气体浓度测量设备104a/104b获得初始处理气体浓度信息108a/108b，C(t0)，并将流量设定点计算为
如图8中所示，该过程继续742。
在图8中在742处继续图7的过程，脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)将其流量(例如通过控制图5的内部控制阀513)调节850到流量设定点Qsp。脉冲气体输送***(参见图1A和图1B的106a/106b)监控在输送期间输送的前体气体的总摩尔量。例如，在图8中的860处，脉冲气体输送***在输送期间、从气体浓度测量设备(参见图1A和图1B的104a/104b)获得更新后的前体气体(或其他处理气体)浓度信息C(t)。接下来，例如，在图8中的870中，脉冲气体输送***(图1A和图1B的106a/106b)可以将输送期间输送的前体气体的总摩尔量更新为
其中QM(t)是由脉冲气体输送***中的流量传感器所测量的流量速率。在图8的步骤880中，***106a/106b可以检查所输送的前体气体的总摩尔量即M(t)是否大于或等于前体摩尔设定点Msp。如果不是，那么通过将流量调节850到目标流量设定点Qsp来重复该过程，在该实施例中，该目标流量设定点Qsp被维持为与最初使用的相同的目标流量设定点Qsp。如果是，那么如在890处，例如通过使脉冲气体输送***(图1A和图1B的106a/106b)关闭内部控制阀(参见图5的513)并完成气体脉冲的输送，该过程完成脉冲气体输送。以这种方式，图7和图8的实施例在输送期间基于更新后的处理气体浓度信息定期地更新脉冲持续时间周期或脉冲气体输送时间，以使得脉冲持续时间随着处理气体浓度的下降而增加，并且脉冲持续时间随着处理气体浓度的升高而减少。应当了解，当总摩尔量M(t)在较短的时间内达到前体摩尔设定点Msp时，脉冲持续时间周期的更新是由于脉冲持续时间更短而实现的，并且当总摩尔量M(t)在较长时间内达到前体摩尔设定点Msp时，脉冲持续时间周期的更新是由于脉冲持续时间更长而实现的。因此，图7和图8的技术涉及通过在所输送的处理气体的总摩尔量大于或等于每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送时结束脉冲持续时间，调整脉冲持续时间。
图4是根据本发明实施例的使用附加载气管线的脉冲气体控制***的示意框图。在该实施例中，示出了压力控制器402，其控制载气通过前体(或生成的其他处理气体)安瓿403的流量。气体浓度测量设备404(例如，传感器404)将浓度信息408提供给脉冲气体输送***406(例如，脉冲质量流量控制器)，然后在每个脉冲中将精确摩尔量的处理气体提供给处理腔室412。在这里，气体浓度测量设备404和脉冲气体输送***406被集成在一起作为原子层沉积(ALD)前体递送控制器414，但是应当了解，***可以被使用在其他过程中。此外，在图4中，另一条载气管线416可以被用来将脉冲气体输送410与来自载气管线416的附加所期望的载气量混合，其流量可以由其自身的载气流量控制器418来控制(例如由图5的主控制器505控制)。应当了解，不需要使用附加的载气管线416，并且可以将其他流量回路添加到本文教导的***中。
图5是根据本发明实施例的与脉冲气体输送***506交互的主控制器505的示意框图。在图5中，气体混合物从气体源501通过气体浓度测量设备504流到脉冲气体输送***506。气体浓度测量设备504根据本文教导的技术来测量处理气体的浓度，并将浓度信号508提供给脉冲气体输送***506的脉冲摩尔量控制处理器511。脉冲摩尔量控制处理器511可以包括合适的组件(诸如专门编程的专用集成电路或微处理器)，其被编程以基于由气体浓度测量设备504提供的浓度信号508来实现本文导的技术，并且与脉冲气体输送***506的其他组件通信并控制其他组件。脉冲气体输送***506还包括用于调节流量的内部控制阀513。在脉冲持续时间完成后，脉冲气体输送***506在脉冲中将处理气体的精确摩尔量提供510给处理腔室512。脉冲气体输送***506还包括流量传感器507和流量控制处理器509，脉冲气体输送***506利用流量传感器507来感测流量，并且流量控制处理器509使用单独的常规技术来控制所测量的流量Qm以尽可能接近流量设定点Qsp。流量传感器可以是热流量传感器、差压流量传感器或使用在传统质量流量控制器中的其他传感器。此外，主控制器505经由信号515来与脉冲摩尔量控制处理器511通信，以协调由脉冲摩尔量控制处理器511与主工具所实现的本文教导的控制技术。例如，信号515可以包括由主控制器505提供给脉冲摩尔量控制处理器511的摩尔设定点、脉冲持续时间和脉冲气体输送触发信号。
气体浓度测量设备504可以发送浓度信号508，并且脉冲气体输送***506可以接收浓度信号508，其更新速率适当地快于***的脉冲持续时间周期(Δt)。该更新速率可以有效地设置***中的反馈环路的更新速率，诸如图3的步骤350、360、370和380中的环路。例如，快速更新速率有助于确保以足够快的速率感测浓度，以应对***中的温度和处理气体变化的转变速率。在一个示例中，已发现以至少是***脉冲频率的10倍的更新速率来发送浓度信号508并更新反馈环路是有用的。例如，200毫秒的脉冲持续时间周期具有5Hz频率，并且在这种情况下，浓度信号508和反馈环路(图3的步骤350、360、370和380)的更新速率应该具有至少50Hz的频率，也就是说，至少比脉冲持续频率快十倍。浓度信号508和反馈环路的更新速率可以以多种不同的可能方式来设置。例如，更新速率可以由气体浓度测量设备504的更新速率来设定；或者可以由主控制器505来控制；或者可以以固定速率或以基于由主控制器505提供的脉冲持续时间周期所调整的速率、由脉冲摩尔量控制处理器511(或与其通信的单独处理器)来控制。在一个示例中，脉冲摩尔量控制处理器511将更新速率设置为基于由主控制器505提供的脉冲持续时间周期(Δt)所确定的脉冲频率的10倍，并将该更新速率传送给气体浓度测量设备504。替代地，例如，可以预先选择气体浓度测量设备504以具有足够高的更新速率504以超过标准，诸如最大预期脉冲频率的10倍。
脉冲气体输送***506还可以包括加热器519，该加热器519被配置为将处理气体的流量的至少一部分维持在升高的温度。如上面所讨论的，前体气体或其他处理气体通常由在气体输送期间进行的诸如通过蒸发液体或固体之类的化学或物理处理来生成。因此，使用加热器519将处理气体的流量的部分或全部维持在使处理气体保持其气态的温度是有利的，以使得处理气体在气体流过***时不会通过冷却而恢复到固态或液态。加热器519可以加热处理气体流过的一个或多个组件，诸如气体源501、气体浓度测量设备504、流量传感器507和内部阀513，以及使气体在这些组件之间流动以及流向处理腔室512的气流管线。在一个示例中，***使用加热器519来加热气体浓度测量设备504、流量传感器507和内部阀513。例如，温度可以被维持在高于150C，诸如200C或更高，例如大约230C。加热器519可以被用来避免沿着气流路径的冷点，并且例如可以被用来沿着气流路径、或者沿着气源501和处理腔室512之间的气体流动路径的至少一部分维持基本恒定的升高的温度。“基本恒定”意指升高的温度例如可以被维持在所维持温度的正负20C内的范围内，诸如在所维持温度的正负10C内、或正负5C内。加热器519可以是有源或无源加热元件，并且可以被安装成与其所加热的一个或多个组件成导热关系，一个或多个组件诸如是气体源501、气体浓度测量设备504、流量传感器507和内部阀513，以及使气体在这些组件之间流动并流向处理腔室512的或在所有这些组件上的气体流量管线。加热器519可以在脉冲气体输送***506内部，或在其外部，或在其内部和外部两者。此外，加热器519的温度可以由加热器控制处理器517控制，该处理器517可以由脉冲摩尔量控制处理器511控制(或者可以是其一部分)。例如，加热器控制处理器可以接收来自温度传感器521的温度信息，该温度传感器521与加热器519或与它所加热的任何组件或与***的其他组件位于热感测布置中。基于温度信息，加热器控制处理器517可以向加热器519提供信号以调整被提供给一个或多个组件的加热程度或位置。
本文阐述的各种技术使用控制器来实现，并且可以包括计算机实现的组件，诸如脉冲摩尔量控制处理器511、流速控制处理器509和加热器控制处理器517(参见图5)。图6是可以被用作此类组件(包括例如用作图5的脉冲摩尔量控制处理器)的控制器的简化示意框图。本文讨论的控制技术可以使用如下方式来实现：硬件，诸如包括一个或多个处理器692的控制器691，一个或多个处理器692可以例如包括一个或多个专用集成电路(ASIC)693、694；在控制器691的一个或多个处理器692上运行的应用软件；和将电信号递送到本文阐述的***(诸如图5的气体浓度测量设备504、主控制器505、流量控制处理器509、流量传感器507、内部阀513、加热器控制处理器517、加热器519和温度传感器521)以及从其中递送电信号的传感器和/或致动器线路695-699，其中信号可以将电信号递送到本文阐述的***内的致动组件(诸如，将电子信号递送给致动阀或其他受控组件的致动器线路)以及从其中递送电信号。控制器691还可以包括用户输入模块681，其可以包括用于接收诸如设定点之类的用户输入的组件(诸如键盘、触摸板和与处理器692和存储器682连接的关联电子设备)。控制器691还可以包括存储器682以存储信息，并在计算机硬件和软件的控制下实现程序。应当了解，可以使用其他控制硬件，包括至少部分是气动的控制硬件。
上述方法和***的各部分可以使用一个或多个计算机***来实现，例如以许可利用浓度测量进行脉冲气体输送。例如，技术可以使用硬件、软件或其组合来实现。当以软件实现时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论是在单个计算机中提供还是分布在多个计算机之中。例如，脉冲摩尔量控制器处理器511、流量速率控制处理器509和加热器控制处理器517可以被提供在单个组件中，或者被分布在多个组件中。
实施例的优点可以例如包括在每个气体脉冲输送中提供前体或其他处理气体的精确摩尔量的能力。该方法和装置可以被应用于多种不同的处理，包括原子层沉积(ALD)和原子层蚀刻(ALE)处理，它们在混合物中具有前体或其他处理气体。此外，该方法和装置可以被应用于在处理期间前体或处理气体的浓度变化的情况，包括前体的变化范围广泛的情况。控制可以是快速的，从而无需控制气体的混合或反应的化学或物理。该方法和装置是集成的，并且简化了过程监控和控制。
如本文中所使用的，术语“气体”或“多个气体”包括术语“蒸汽”或“多个蒸汽”，如果这些术语被认为是不同的。
如本文中所使用的，“处理气体”可以是或包括前体气体，并且还可以是或包括在处理中使用的包括任何脉冲气体混合物在内的多种其他可能气体中的任何一种，无论它们是否是前体气体。例如，在一个实施例中，可以使用脉冲WF6气体混合物。使用处理气体的处理可以是例如原子层沉积(ALD)处理、原子层蚀刻(ALE)处理、穿透硅通孔(TSV)处理、脉冲深反应离子蚀刻(DRIE))处理、等离子增强化学气相沉积(CVD)处理、等离子增强蚀刻处理或任何需要脉冲气体混合物的处理。例如，该处理可以是半导体制造处理的一部分，但是也可以被使用于其他处理中。
本文所引述的所有专利、公开申请和参考文献的教导全部通过引用并入本文。
尽管已经具体示出和描述了示例实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求所涵盖的实施例的范围的情况下，可以在其中进行形式和细节的各种改变。
Claims (36)
1.一种脉冲气体控制***，所述***包括：
气体浓度测量***，所述气体浓度测量***被配置为测量气体混合物中的处理气体的浓度；以及
脉冲气体输送***，所述脉冲气体输送***被配置为：感测所述气体混合物的流量并控制所述气体混合物的所述流量；接收由所述气体浓度测量***测量的所述气体混合物中的所述处理气体的所述浓度；以及基于接收到的所述处理气体的所述浓度来控制在气流脉冲中输送的气体混合物的量，以控制在每个脉冲中输送到处理腔室的所述处理气体的摩尔量。
2.根据权利要求1所述的脉冲气体控制***，其中所述脉冲气体输送***被配置为在所述脉冲期间调整所述气体混合物的流量设定点。
3.根据权利要求2所述的脉冲气体控制***，其中所述脉冲气体输送***被配置为：基于接收到的所述处理气体的所述浓度，调整所述气体混合物的所述流量设定点。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述脉冲气体输送***以与接收到的所述处理气体的所述浓度成反比的方式设置所述气体混合物的初始目标流量设定点。
5.根据权利要求4所述的***，其中所述脉冲气体输送***以与每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值除以如下的乘积成正比的方式设置所述初始目标流量设定点，所述乘积是脉冲持续时间周期乘以接收到的所述处理气体的所述浓度的乘积。
6.根据权利要求2所述的***，其中所述脉冲气体输送***在脉冲持续时间周期期间、基于在所述脉冲持续时间周期期间的处理气体浓度的变化测量值，调整所述流量设定点。
7.根据权利要求6所述的***，其中所述脉冲气体输送***基于以下关系调整所述流量设定点：
其中Qsp(t)是所述流量设定点，k是摩尔到流量单位转换常数，Msp是每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值，Qm(t)是脉冲气体输送***测量的流量速率，C(t)是接收到的处理气体浓度，Δt是所述脉冲持续时间周期，t是当前时间，并且t0是所述脉冲持续时间周期的初始时间。
8.根据权利要求6所述的***，其中所述脉冲气体输送***在所述脉冲持续时间周期期间随时间调整所述流量设定点，直到所述脉冲持续时间周期完成。
9.根据权利要求2所述的***，其中所述脉冲气体输送***在调整所述流量设定点的同时维持恒定的脉冲持续时间。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述气体浓度测量***包括光学气体传感器、表面声波设备、超声传感器、质谱仪或导热检测器。
11.根据权利要求1所述的***，其中所述气体浓度测量***被串联布置在所述气体混合物的源和所述脉冲气体输送***之间，以从源接收所述气体混合物、并将所述气体混合物提供给所述脉冲气体输送***。
12.根据权利要求1所述的***，其中所述气体浓度测量***被布置成从采样管线接收所述气体混合物的样本，所述采样管线对从源到所述脉冲气体输送***的所述气体混合物的气流进行采样。
13.根据权利要求1所述的***，其中所述脉冲气体输送***被配置为输送所述处理气体所到的所述处理腔室是以下之一：原子层沉积(ALD)处理、原子层蚀刻(ALE)处理、穿透硅通孔(TSV)处理、脉冲深反应离子蚀刻(DRIE)处理、等离子体增强化学气相沉积(CVD)处理和等离子体增强蚀刻处理。
14.根据权利要求1所述的***，其中所述脉冲气体输送***被配置为：调整被用来将所述气体混合物输送到所述处理腔室的脉冲持续时间。
15.根据权利要求14所述的***，其中所述脉冲气体输送***被配置为：通过在所输送的处理气体的总摩尔量大于或等于每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值时结束所述脉冲持续时间，调整所述脉冲持续时间。
16.根据权利要求14所述的***，其中所述脉冲气体输送***被配置为：在所述脉冲期间调整所述气体混合物的流量设定点，并且调整所述脉冲持续时间。
17.根据权利要求1所述的***，其中所述脉冲气体输送***被配置为：以至少十倍于对应所述脉冲气体输送***的脉冲持续时间周期的脉冲频率的更新速率，来接收所述气体混合物中的所述处理气体的所述浓度。
18.根据权利要求1所述的***，包括加热器，所述加热器被配置为将包括所述处理气体的所述气体混合物的所述流量的至少一部分维持在升高的温度。
19.根据权利要求18所述的***，其中所述脉冲气体输送***被配置为控制所述加热器，以沿着源和所述处理腔室之间的所述气体混合物的所述流量的至少一部分，来维持所述处理气体的基本恒定的升高的温度。
20.一种控制脉冲气体输送***的方法，所述方法包括：
测量气体混合物中的处理气体的浓度；
利用所述脉冲气体输送***，接收所述气体混合物中的所述处理气体的浓度；以及
基于接收到的所述处理气体的所述浓度，控制所述脉冲气体输送***在气流脉冲中输送的气体混合物的量，以控制在每个脉冲中输送到处理腔室的所述处理气体的摩尔量。
21.根据权利要求20所述的方法，包括在所述脉冲期间调整所述气体混合物的流量设定点。
22.根据权利要求21所述的方法，包括基于接收到的所述处理气体的所述浓度，调整所述气体混合物的所述流量设定点。
23.根据权利要求22所述的方法，包括以与接收到的所述处理气体的所述浓度成反比的方式设置所述气体混合物的初始目标流量设定点。
24.根据权利要求23所述的方法，包括以与每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值除以如下的乘积成正比的方式设置所述初始目标流量设定点，所述乘积是脉冲持续时间周期乘以接收到的所述处理气体的浓度的乘积。
25.根据权利要求21所述的方法，包括在脉冲持续时间周期期间、基于在所述脉冲持续时间周期期间的处理气体浓度的变化测量值，调整所述流量设定点。
26.根据权利要求25所述的方法，包括基于以下关系调整所述流量设定点：
其中Qsp(t)是所述流量设定点，k是摩尔到流量单位转换常数，Msp是每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值，Qm(t)是脉冲气体输送***测量的流量速率，C(t)是接收到的处理气体浓度，Δt是所述脉冲持续时间周期，t是当前时间，并且t0是所述脉冲持续时间周期的初始时间。
27.根据权利要求25所述的方法，包括在所述脉冲持续时间周期期间随时间调整所述流量设定点，直到所述脉冲持续时间周期完成。
28.根据权利要求21所述的方法，包括在调整所述流量设定点的同时，维持恒定的脉冲持续时间。
29.根据权利要求20所述的方法，包括使用光学气体传感器、表面声波设备、超声传感器、质谱仪或导热检测器测量所述气体混合物中的所述处理气体的浓度。
30.根据权利要求20所述的方法，包括使用所述脉冲气体输送***将所述处理气体输送到以下之一：原子层沉积(ALD)处理、原子层蚀刻(ALE)处理、穿透硅通孔(TSV)处理、脉冲深反应离子蚀刻(DRIE)处理、等离子体增强化学气相沉积(CVD)处理和等离子体增强蚀刻处理。
31.根据权利要求20所述的方法，包括调整被用来将所述气体混合物输送到所述处理腔室的脉冲持续时间。
32.根据权利要求31所述的方法，包括通过在所输送的处理气体的总摩尔量大于或等于每个脉冲设定点的处理气体摩尔输送值时结束所述脉冲持续时间，调整所述脉冲持续时间。
33.根据权利要求31所述的方法，包括在所述脉冲期间调整所述气体混合物的流量设定点、并且调整所述脉冲持续时间。
34.根据权利要求20所述的方法，包括以至少十倍于对应所述脉冲气体输送***的脉冲持续时间周期的脉冲频率的更新速率，来接收所述气体混合物中的所述处理气体的所述浓度。
35.根据权利要求20所述的方法，包括使用加热器，以将包括所述处理气体的所述气体混合物的所述流量的至少一部分维持在升高的温度。
36.根据权利要求35所述的方法，包括控制所述加热器，以沿着源和所述处理腔室之间的所述气体混合物的所述流量的至少一部分，来维持所述处理气体的基本恒定的升高的温度。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/742,172 US11513108B2 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Method and apparatus for pulse gas delivery with concentration measurement |
| US16/742,172 | 2020-01-14 | ||
| PCT/US2021/012924 WO2021146132A1 (en) | 2020-01-14 | 2021-01-11 | Method and apparatus for pulse gas delivery with concentration measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114981476A true CN114981476A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=74626110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180008989.9A Pending CN114981476A (zh) | 2020-01-14 | 2021-01-11 | 用于利用浓度测量进行脉冲气体输送的方法和装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11513108B2 (zh) |
| EP (1) | EP4090787A1 (zh) |
| JP (1) | JP2023511545A (zh) |
| KR (1) | KR20220127830A (zh) |
| CN (1) | CN114981476A (zh) |
| TW (1) | TW202136570A (zh) |
| WO (1) | WO2021146132A1 (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040015300A1 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-22 | Seshadri Ganguli | Method and apparatus for monitoring solid precursor delivery |
| US20050095859A1 (en) * | 2003-11-03 | 2005-05-05 | Applied Materials, Inc. | Precursor delivery system with rate control |
| CN101023199A (zh) * | 2004-04-12 | 2007-08-22 | Mks仪器公司 | 脉冲质量流量输送***及方法 |
| US20120216888A1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Mks Instruments, Inc. | System for and Method of Fast Pulse Gas Delivery |
| CN102791906A (zh) * | 2010-01-19 | 2012-11-21 | Mks仪器公司 | 脉冲气体传送的控制和方法 |
| US20140190571A1 (en) * | 2011-02-25 | 2014-07-10 | Mks Instruments, Inc. | System for and Method of Fast Pulse Gas Delivery |
| US20190177850A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-13 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Concentration controller, gas control system, deposition apparatus, concentration control method, and program recording medium for concentration controller |
| US20190279888A1 (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | Lam Research Corporation | Mass Flow Controller for Substrate Processing |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4241045C1 (de) | 1992-12-05 | 1994-05-26 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium |
| DE19736370C2 (de) | 1997-08-21 | 2001-12-06 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silizium |
| DE19826382C2 (de) | 1998-06-12 | 2002-02-07 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium |
| US7735452B2 (en) | 2005-07-08 | 2010-06-15 | Mks Instruments, Inc. | Sensor for pulsed deposition monitoring and control |
| US8151814B2 (en) | 2009-01-13 | 2012-04-10 | Asm Japan K.K. | Method for controlling flow and concentration of liquid precursor |
| US10295518B2 (en) | 2015-12-14 | 2019-05-21 | Hitachi Metals, Ltd. | System and method for detecting concentration of a gas in a gas stream |
| JP6914063B2 (ja) | 2017-03-10 | 2021-08-04 | 株式会社堀場エステック | ガス制御システム、該ガス制御システムを備えた成膜装置、該ガス制御システムに用いるプログラム及びガス制御方法。 |
| US10351953B2 (en) | 2017-03-16 | 2019-07-16 | Lam Research Corporation | Systems and methods for flow monitoring in a precursor vapor supply system of a substrate processing system |
| US10822699B2 (en) | 2017-12-29 | 2020-11-03 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for controlling precursors in chemical deposition processes |
| US10649471B2 (en) | 2018-02-02 | 2020-05-12 | Mks Instruments, Inc. | Method and apparatus for pulse gas delivery with isolation valves |
-
2020
- 2020-01-14 US US16/742,172 patent/US11513108B2/en active Active
-
2021
- 2021-01-11 CN CN202180008989.9A patent/CN114981476A/zh active Pending
- 2021-01-11 KR KR1020227024587A patent/KR20220127830A/ko unknown
- 2021-01-11 WO PCT/US2021/012924 patent/WO2021146132A1/en unknown
- 2021-01-11 US US17/757,902 patent/US20230031118A1/en active Pending
- 2021-01-11 JP JP2022543029A patent/JP2023511545A/ja active Pending
- 2021-01-11 EP EP21705684.5A patent/EP4090787A1/en active Pending
- 2021-01-12 TW TW110101110A patent/TW202136570A/zh unknown
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040015300A1 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-22 | Seshadri Ganguli | Method and apparatus for monitoring solid precursor delivery |
| US20050095859A1 (en) * | 2003-11-03 | 2005-05-05 | Applied Materials, Inc. | Precursor delivery system with rate control |
| CN101023199A (zh) * | 2004-04-12 | 2007-08-22 | Mks仪器公司 | 脉冲质量流量输送***及方法 |
| CN102791906A (zh) * | 2010-01-19 | 2012-11-21 | Mks仪器公司 | 脉冲气体传送的控制和方法 |
| US20120216888A1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Mks Instruments, Inc. | System for and Method of Fast Pulse Gas Delivery |
| CN103608486A (zh) * | 2011-02-25 | 2014-02-26 | Mks仪器公司 | 快速脉冲气体传输***及其方法 |
| US20140190571A1 (en) * | 2011-02-25 | 2014-07-10 | Mks Instruments, Inc. | System for and Method of Fast Pulse Gas Delivery |
| US20190177850A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-13 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Concentration controller, gas control system, deposition apparatus, concentration control method, and program recording medium for concentration controller |
| US20190279888A1 (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | Lam Research Corporation | Mass Flow Controller for Substrate Processing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11513108B2 (en) | 2022-11-29 |
| WO2021146132A1 (en) | 2021-07-22 |
| US20210215655A1 (en) | 2021-07-15 |
| JP2023511545A (ja) | 2023-03-20 |
| KR20220127830A (ko) | 2022-09-20 |
| EP4090787A1 (en) | 2022-11-23 |
| TW202136570A (zh) | 2021-10-01 |
| US20230031118A1 (en) | 2023-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7615120B2 (en) | Pulsed mass flow delivery system and method | |
| US6909839B2 (en) | Delivery systems for efficient vaporization of precursor source material | |
| US8997686B2 (en) | System for and method of fast pulse gas delivery | |
| CN105483655B (zh) | 用于测量夹带蒸气的***和方法 | |
| US20060130744A1 (en) | Pulsed mass flow delivery system and method | |
| KR20080044905A (ko) | 운반체 가스를 혼합한 전구체 가스의 전달 | |
| US10031531B2 (en) | System for and method of multiple channel fast pulse gas delivery | |
| EP3746861A1 (en) | Method and apparatus for pulse gas delivery with isolation valves | |
| CN102791906A (zh) | 脉冲气体传送的控制和方法 | |
| EP0370311B1 (en) | Chemical vapor deposition system and reactant delivery section therefor | |
| CN114981476A (zh) | 用于利用浓度测量进行脉冲气体输送的方法和装置 | |
| US20130284090A1 (en) | Compensating concentration uncertainity | |
| US20210340674A1 (en) | Quartz crystal microbalance concentration monitor | |
| KR100237921B1 (ko) | 화학증기 증착장치 및 그 증착속도 제어방어방법 | |
| US20200321225A1 (en) | Method and Apparatus for Pulse Gas Delivery | |
| Kudrle et al. | Kotlárská 2, CZ-61137 Brno, Czech Republic | |
| JPWO2021146132A5 (zh) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: H.Ye Inventor after: V. Saptari Inventor after: J.Ding Inventor before: J.Ye Inventor before: V. Saptari Inventor before: J.Ding |