DE69232759T2

DE69232759T2 - Strömungsüberwachung eines Prozessgases für eine Halbleiterscheibenbehandlungsanlage, Vorrichtung und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE69232759T2
Application number: DE69232759T
Authority: DE
Inventors: Fred W. Freerks; Richard C. Muh
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2012-02-21
Also published as: JP2500890B2; JPH05186296A; KR920020668A; EP0510791B1; US5220515A; DE69232759D1; EP0510791A3; EP0510791A2; KR100248367B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Prüfen des Durchsatzes eines Prozessgases in die Reaktionskammer eines Waferbehandlungssystems, und insbesondere ein Prüfen durch Vergleich mit dem bekannten Durchsatz eines Prüfgases.
Während der Waferherstellung hängen die Abscheidungsausbildungsrate und die Ätzentfernungsrate von dem Eingangsdurchsatz und dem Kammerdruck der Prozessgase ab. Änderungen in den Eingangsströmen erzeugen Änderungen im Kammerdruck. Diese Änderungen stehen jedoch nicht in einer direkten Korrelation mit Änderungen in der abgeschiedenen Schicht in einem Abscheidungssystem oder mit der Materialentfernung in einem Ätzsystem während einer vorgegeben Einwirkungszeit.
Bisher basierte die Bestimmung des Prozessgas-Eingangsdurchsatzes auf einer Bestmessung der Umgebungstemperatur der Reaktionskammer und auf einer Bestschätzung des Kammervolumens bei dieser Umgebungstemperatur. Die gemessene Temperatur erfordert eine absolute Basislinientemperatur, die mit geeichten Instrumenten bestimmt wird. Diese Basislinientemperatur war nur so genau wie die Qualität und der Zustand des Instruments und wie die Effektivität des Eichverfahrens. Außerdem führte die Erhöhung der Reaktionskammer auf Betriebstemperatur zu einem Grundübergangsfehler.
Die US-A-4901668 offenbart eine Photo-CVD-Vorrichtung, bei der ein Gegenstand, auf dem ein Dünnfilm zu ziehen ist, auf einem Halter in einer Hauptkammer angebracht wird. Der Halter wird in eine vorherbestimmte Richtung bewegt, um einen vorher festgelegten Punkt des Gegenstandes mit einem Bildpunkt des Lichts in Koinzidenz zu bringen, das von einer Lichtquelle abgestrahlt wird, so dass auf dem vorgegebenen Punkt des Gegenstandes ein Dünnfilm gezogen wird. In der Hauptkammer ist eine Prozesskammer für den Gegenstand ausgebildet und durch eine Dichtungswand abgetrennt. In die Prozesskammer wird zum Ziehen des Dünnfilms auf dem Gegenstand ein Prozessgas eingeführt, während dem übrigen Teil der Hauptkammer, der die Prozesskammer umgibt, ein Inertgas zugeführt wird. Ein Gasdruck in der Hauptkammer wird auf einem Wert gehalten, der etwas größer ist als der in der Prozesskammer, so dass das Prozessgas an einem Strömen in die Hauptkammer gehindert wird.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Prüfen des Durchsatzes des Prozessgases bereitzustellen.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zum Prüfen des Durchsatzes eines Prozessgases bereit, das in die Reaktionskammer des Waferbehandlungssystems eintritt und die Schritte aufweist
- Evakuieren der Kammer auf einen reduzierten Druck unter dem Prüfgasdruck P1ver bei fehlender Zufuhr von Prüfgas oder Prozessgas und anschließendes Beenden des Gasstroms aus der Kammer,
- Bereitstellen eines Prüfgasstroms mit einem bekannten konstanten Durchsatz n'ver in die Kammer,
- Messen eines ersten Drucks P1ver des Prüfgases in der Kammer zu einer ersten Prüfzeit t1ver,
- Messen eines zweiten Drucks P2ver des Prüfgases in der Kammer zu einer zweiten Prüfzeit t2ver,
- Beenden des Prüfgasstroms,
- Evakuieren der Kammer auf einen reduzierten Druck unter den Prozessgasdruck P1pro,
- Bereitstellen eines Prozessgasstroms mit einem konstanten Durchsatz n'pro für die Prüfung in die Kammer,
- Messen eines ersten Drucks P1pro des Prozessgases in der Kammer zu einer ersten Prozesszeit t1pro,
- Messen eines zweiten Drucks P2pro des Prozessgases in der Kammer zu einer zweiten Prozesszeit t2pro,
- Beenden des Prozessgasstroms,
- Konstanthalten der Kammertemperatur des Kammervolumens während des Schritts der Bereitstellung eines Prüfgasstroms oder eines Prozessgasstroms in die Kammer,
- Bestimmen der Änderungsrate P'ver des Prüfgasdrucks bezogen auf die Zeit nach der Gleichung
P'ver = (P2ver - P1ver)/(t2ver - t1ver),
wobei
P2ver der Druck des Prüfgases in der Kammer zur Zeit t2ver und P1ver der Druck des Prüfgases in der Kammer zur Zeit t1ver ist,
- Bestimmen der Änderungsrate P'pro des Prozessgasdrucks bezogen auf die Zeit nach der Gleichung
P'pro = (P2pro - P1pro)/(t2pro - t1pro),
wobei
P2pro der Druck des Prozessgases in der Kammer zur Zeit t2pro und P1pro der Druck des Prozessgases in der Kammer zur Zeit t1pro ist, und
- Bestimmen des Durchsatzes n'pro des Prozessgases in die Kammer entsprechend der Beziehung:
n'pro = (P'pro/P'ver)(n'ver),
und
- Ausführen der folgenden weiteren Schritte vor dem Schritt zur Bestimmung des Durchsatzes n'pro,
- Bereitstellen eines Stroms eines verwandten Gases, das weder das Prüfgas noch das Prozessgas ist, mit einem Durchsatz n'adj in die Kammer,
- Messen eines ersten Drucks P1adj des verwandten Gases in der Kammer bei einer ersten Einstelleinzeit t1adj,
- Messen eines zweiten Drucks P2adj des verwandten Gases in der Kammer bei einer ersten Einstellzeit t1adj,
- Messen eines zweiten Drucks P2adj des verwandten Gases in der Kammer bei einer zweiten Einstellzeit t2adj,
- Bestimmen der Änderungsrate P'adj des Drucks des verwandten Gases bezogen auf die Zeit nach der Gleichung
P'adj = (P2adj - P1adj)/(t2adj - t1adj),
wobei P2adj der Druck des verwandten Gases in der Kammer zur Zeit t2adj und P1adj der Druck des verwandten Gases in der Kammer zur Zeit t1adj ist, und
- Bestimmen des Durchsatzes n'pro des Prozessgases in die Kammer entsprechend der Beziehung:
Weitere Merkmale der vorliegenden Prüfvorrichtung und der Durchführung des Prüfverfahrens ergeben sich aus der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung und der Zeichnung, in der
Fig. 1 ein Schema eines Waferbehandlungssystems ist, das die Prüf Vorrichtung zeigt,
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Kammerdruck über der Zeit ist und die Änderung des Drucks für die Prüffolge (Kurve VER) und die Änderung des Drucks für die Prozesssequenz (Kurve PRO) zeigt, und
Fig. 3 ein Diagramm mit dem Kammerdruck über der Zeit ist und die Druckänderung für die Einstellsequenz des verwandten Gases (Kurve ADJ) zeigt.
Die erfindungsgemäßen Elemente sind mit Bezugszeichen mit zwei Ziffern bezeichnet. Die erste Ziffer gibt die Figur an, in der das Element das erste Mal offenbart oder primär beschrieben ist. Die zweite Ziffer zeigt die gleichen Eigenschaften und Aufbauten durch die Figuren an. An einige Bezugszeichen schließt sich ein Buchstabe an, der einen Unterabschnitt oder ein Untermerkmal dieses Elements bezeichnet.

ALLGEMEINE AUSGESTALTUNG (Fig. 1)

Ein Halbleiterwafer-Behandlungssystem hat eine Reaktionskammer 12 für die Aufnahme eines zu behandelnden Wafers 12W, eine Pumpe 14 zum Reduzieren des Drucks in der Kammer während der Behandlung und eine Vielzahl von Prozessdurchflussreglern 16 zur Bereitstellung eines konstanten Stroms von Prozessreaktionsgasen in die Kammer. Der Durchsatz des Prozessgases wird periodisch durch einen Vergleich mit einem Prüfgas geprüft, das mit einem bekannten Durchsatz n'ver durch einen Prüfdurchsatzregler 18 strömt, der eine Standardquelle ist. Der bekannte Durchsatz n'ver (Standarddurchsatz) ermöglicht eine Berechnung eines Kammerbetriebskoeffizienten Kc für jede Betriebstemperatur und das Kammervolumen (siehe Abschnitt über das Gesetz des idealen Gases). Wenn Kc für spezielle Betriebsbedingungen einmal bestimmt worden ist, kann der Durchsatz "n'pro" des Prozessgases bestimmt werden.
Die Prüfprozedur erfordert zwei Sequenzen. Erstens eine Prüfgassequenz zum Bestimmen von Kc basierend auf der Druckänderungsrate des Prüfgases "P'ver", wenn das Prüfgas in die evakuierte Kammer strömt. Der Kammerdruck wird durch die Drucküberwachung 14M in vorgegebenen Zeitintervallen (siehe Fig. 2) gemessen, um die Neigung der Druckänderung zu bestimmen. Zweitens eine Prozessgassequenz zur Bestimmung von n'pro basierend auf Kc und der Rate der Druckänderung des Prozessgases "P'pro".
Die Durchsatzregler können alle geeigneten Reguliervorrichtungen zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gasstroms in die evakuierte Kammer sein, beispielsweise ein thermischer Gasmassenstromregler, wie er in der Veröffentlichung "Massenstromregler" (Mai 1987), ausgegeben von Unit Instruments, Inc., 1247 West Grove Avenue, Orange, Kalifornien 92665 beschrieben ist. Solche Massenstromregler halten eine konstanten Durchgangsmassenstrom über einem Betriebsbereich eines Stromauf-Drucks und eines Stromab- Drucks aufrecht. Während der Gassequenzen strömt eine festgelegte Anzahl von Molekülen pro Zeiteinheit in die Kammer.
In jeder der Vielzahl von Prozessgasquellenleitungen zwischen dem Prozessstromregler 16 und der Reaktionskammer ist ein Prozessgasventil 16V für den Beginn und die Unterbrechung des Prozessgasstroms angeordnet. Das Ventil 16V für das ausgewählte Prozessgas stellt eine Fluidverbindung zwischen der Kammer her, wenn es während der Prozessgassequenz geöffnet wird. In gleicher Weise ist ein Prüfgasventil 18V in der Prüfgasquellenleitung zwischen dem Prüfgasdurchsatzregler 18 und der Reaktionskammer angeordnet, um eine Fluidverbindung herzustellen, wenn es während der Prüfgassequenz geöffnet wird.
Ein Drucküberwacher 14M kann irgendeine geeignete Druckmessvorrichtung sein, beispielsweise ein kapazitives Manometer, wie es in der Veröffentlichung "MKS Baratron, Kapazitätsmanometer" (November 1987), ausgefertigt von MKS Instruments, Inc., Six Shattuck Road, Andover, Maine 01810, beschrieben ist. Die MKS-Vorrichtungen verwenden eine vorgespannte Dehnungsmessfühlmembran aus Metall.
Der Rechner 15 ist eine geeignete Berechungsvorrichtung, beispielsweise in Form eines Computers, der auf Druckmessungen von dem Drucküberwacher zur Bestimmung von Kc und des Prozessgasdurchsatzes n'pro anspricht. Der Speicher 15M für den Rechner 15 empfängt die Rate der Druckänderungen, Koeffizienten, Durchsätze und andere Berechnungen, die vom Computer ausgeführt werden. Der Taktgeber 15C für den Rechner 15 stellt die Basiszeit zum Einstellen der Zeiträume, die zu der Prüfprozedur gehören, bereit und misst das abgelaufene Zeitintervall zur Berechnung der Druckänderungsrate.

DAS GESETZ FÜR DAS IDEALE GAS

Das Gesetzt für das ideale Gas, das zur Berechnung des abhängigen Betriebskoeffizienten Kc der Kammer und des Prozessgasdurchsatzes n'pro verwendet, basiert auf dem Boyleschen Gasgesetz. Das Gesetz berücksichtigt die Kompressibilität einer festen Gasmenge in einem geschlossenen System und wird insgesamt ausgedrückt als:
PV = n(RuT) (Gl-1)
wobei
P der Druck des Gases in dem geschlossenen System,
V das Volumen des geschlossenen Systems,
n die Gasmenge in Mol und
T die Temperatur des Gases in dem geschlossenen System,
und
Ru die universelle Gaskonstante ist.
Das Gesetz für das ideale Gas ist insbesondere auf die Betriebsbedingungen bei niedrigem Druck und hoher Temperatur anwendbar, wie sie sich bei typischen Waferherstellungsanweisungen ergeben. Die niedrige Dichte und die hohe Geschwindigkeit der Moleküle des Gases in der Kammer ergeben eine lange mittlere freie Weglänge zwischen Kollisionen.
Für die Prüfgassequenz (Bestimmung von Kc) lässt sich das Gesetz für das ideale Gas zweckmäßigerweise so ausdrücken:
Kc = RuT/V = Pver/nver (Gl-2)
wobei
Kc ein Betriebszustandskoeffizient der Kammer, eine Eigenschaft jeder Reaktionskammer, die für ein spezielles Volumen und eine spezielle Betriebstemperatur zuständig ist, Pver der Druck des Prüfgases in der Kammer
und
nver die Menge des Prüfgases ist.
Die Kammerzustände (Temperatur und Volumen) bleiben während der beiden Gassequenzen konstant, und der während der Prüfgassequenz bestimmte Koeffizient Kc gilt für die Prozessgassequenz. Die Temperatur ist durch eine regulierte, in der Kammer vorgesehene Heizung und durch die Kammerbauteile konstant gehalten. Das Volumen wird von den starren Seitenwänden der Kammer und den "Anschluss"-Einrichtungen bestimmt, die die Kammer normalerweise während der beiden Gassequenzen einnehmen, beispielsweise der Waferhalter 12H. Vorzugsweise ist der Wafer in der Reaktionskammer während jeder Gassequenz des Strömungsprüfvorgangs nicht vorhanden.
Bildet man die erste Ableitung bezüglich der Zeit sowohl für den Gasdruck Pver und die Gasmenge nver (in Gl-1), so erhält man:
Kc = (dPver/dtver)/(dnver/dtver) = P'ver/n'ver (Gl-3)
Somit kann der Koeffizient Kc basierend auf dem Durchsatz n'ver des Prüfgases (der bekannt ist) und der ersten Ableitung P'ver des Prüfgasdrucks berechnet werden (der genau bestimmt werden kann - siehe Betriebsabschnitte).
Für die Prozessgassequenz (Bestimmung von n'pro) lässt sich das Gesetz für das ideale Gas zweckmäßiger darstellen durch:
npro = Ppro/(RuT/V) = Ppro/Kc (Gl-4)
wobei
npro die Prozessgasmenge,
Ppro der Prozessgasdruck in der Kammer,
und
Kc der Betriebsbedingungskoeffizient der Kammer definiert während der Prüfgassequenz ist.
Bildet man die Ableitung bezogen auf die Zeit sowohl für den Gasdruck Ppro und die Gasmenge npro, ergibt sich der Durchsatz des Prozessgases zu:
n'pro = P'pro/Kc (Gl-5)
oder ausgedrückt in Ausdrücken des bekannten Prüfgasdurchsatzes
n'pro = (P'pro/P'ver)(n'ver) (Gl-6)
Der Durchsatz n'pro kann somit basierend auf dem Durchsatz n'ver des Prüfgases (der bekannt ist) und durch die erste Ableitung P'ver und P'pro der Gase berechnet werden (die bestimmt werden können - siehe Betriebsabschnitte).

ABLAUF DER PRÜFGASSEQUENZ (Fig. 2)

Die Bestimmung des Betriebsbedingungskoeffizienten Kc der Kammer basiert auf dem bekannten Durchsatz des Prüfgases und dem Gesetz für das ideale Gas. Fig. 2 zeigt das Ansprechen des Kammerdrucks über der Zeit (Kurve VER) für den Prüfgasdruck während der Prüfsequenz.
Vor Beginn des Vorgangs (zur Zeit = tB) ist das Trennventil 14V zwischen der Kammer und der Pumpe offen. Vor der Zeit tB sind auch alle Prozessgasventile 16V und das Prüfgasventil 18V geschlossen, und es strömt kein Prüfgas oder Prozessgas. Zum Zeitpunkt tB ist die Kammer auf einen reduzierten Basislinienkammerdruck evakuiert. Zum Zeitpunkt tB wird das Prüfgasventil geöffnet, und das Prüfgas strömt in die Kammer. Die Drosselungsübergangsvorgänge verringern sich während einer Stabilisierungsperiode (tB bis tS1 bestimmt durch den Taktgeber 15C), und der Prüfgasstrom stabilisiert sich auf den Kammerdruck P0. Der Rechner 15 empfängt Druckmessungen aus dem Drucküberwacher 14M während einer Stabilisierungsprüfperiode (tS1 bis tS2), um festzulegen, dass sich der Gasstrom stabilisiert hat.
Zum Zeitpunkt Null (Zeit = t0) wird das Trennventil geschlossen, und der Kammerdruck steigt aufgrund des Eingangsstroms des Prüfgases n'ver. Während der Ventilstellperiode (t0 und t1ver) nehmen die Übergangsvorgänge ab, die dem Schließen des Trennventils zugeordnet sind. Zur ersten Prüfzeit (t1ver) gibt der Druckmonitor einen ersten Prüfdruck (P1ver) an den Rechner 15. Bei einer darauf folgenden zweiten Prüfzeit (t2ver) gibt der Druckmonitor einen zweiten Prüfdruck (P2ver) an den Rechner 15.
Der Rechner berechnet die Druckänderungsrate (P'ver), indem er die Druckänderung durch den abgelaufenen Zeitraum teilt:
P'ver = (P2ver - P1ver)/(t2ver - t1ver). (Gl-7)
Die Änderungsrate des Prüfgasdrucks P'ver ist graphisch durch die Neigung der Druckansprechkurve VER von Fig. 2 zwischen t2ver und t1ver dargestellt. Die Neigung P'ver wird in dem Speicher 15M aufgezeichnet. Die beiden Messzeiten werden vorzugsweise so gewählt, dass die zwei Druckablesungen in dem mittleren Abschnitt des Betriebsbereichs des Überwachers erfolgen. Der Mittelabschnitt hat die Tendenz, dass er linearer ist als das untere und obere Ende des Bereichs, und ergibt deshalb eine genauere Druckablesung.
Der Betriebsbedingungskoeffizient der Kammer wird basierend auf dem Gesetz des idealen Gases berechnet zu:
Kc = P'ver/n'ver (Gl-8)
und ist unabhängig von dem Absolutdruck des Gases in der Reaktionskammer. In den Betriebsbedingungskoeffizienten ist die Wirkung der konstanten Kammertemperatur und des konstanten Kammervolumens eingeschlossen. Es gilt der gleiche Kammerkoeffizient sowohl für die Prüfgassequenz als auch für die Prozessgassequenz.
Das als Prüfgas verwendete Gas ist vorzugsweise ein inertes, nicht-toxisches, trockenes, leicht erhältliches Gas, wie gasförmiger Stickstoff (N&sub2;), gasförmiger Sauerstoff (O&sub2;), gasförmiges Stickoxid (N&sub2;O) oder gasförmiges Argon (Ar) mit geeigneter chemischer Reinheit, beispielsweise Halbleiterherstellungsqualität.

ABLAUF DER PROZESSGASSEQUENZ (Fig. 2)

Die Prozessgassequenz ist ähnlich der Prüfgassequenz mit der Ausnahme, dass vor der Zeit = tB das ausgewählte Prozessventil 16V sich in der Offenstellung befindet und das Prüfventil 18V geschlossen ist. Es strömt Prozessgas anstelle von Prüfgas. Die Änderungsrate des Prozessgasdrucks P'pro wird nach dem gleichen Zwei-Punkte-Verfahren, das in Fig. 2 gezeigt ist, bestimmt. Der Rechner bildet die Druckänderungsrate (P'pro), indem er die Druckänderung durch das abgelaufene Zeitintervall teilt, zu:
P'pro = (P2pro - P1pro)/(t2pro - t1pro) (Gl-9)
für eine Substitution in Gl-6, um den Prozessgasdurchsatz n'pro zu berechnen.
Die Änderungsrate des Prozessgasdrucks P'pro ist graphisch durch die Neigung der Druckansprechkurve PRO in Fig. 2 zwischen t2pro und t1pro veranschaulicht. Die Neigung P'pro wird im Speicher 15M aufgezeichnet. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung ist die Prozessgasneigung P'pro etwas größer als die Prüfgasneigung P'ver, was anzeigt, dass der Prozessgasstrom (n'pro) etwas größer ist als der Prüfgasstrom (n'ver). Die beiden Prozessgasdrucke werden ebenfalls vorzugsweise aus dem mittleren lineareren Abschnitt des Betriebsbereichs des Monitors ausgewählt.

DURCHSATZEINSTELLUNGEN (Fig. 3)

Eine Grundannahme, die zu der vorstehenden Erörterung der beiden Gassequenzen gehört, besteht darin, dass keine anderen Gase als das Prüfgas oder das Prozessgas in die Kammer strömen. Alle nicht ausgewiesenen Gase, die während der Prüfgassequenz strömen und nicht Prozessgas sind, erhöhen P'ver, was ein höheres Kc ergibt. In gleicher Weise führen Nicht-Prozessgase, die während der Prozessgassequenz strömen, einen Fehler in P'pro ein. Ströme von verwandtem Gas, die nicht Teil des Prüfvorgangs sind, die sich jedoch sowohl während der Prüfgassequenz als auch während der Prozessgassequenz ergeben, können von den vom Gasgesetz abgeleiteten Gleichungen subtrahiert werden.
Ein Hauptstrom von verwandtem Gas ist N&sub2;-Reinigungsgas, das in die Kammer von einer Turbomolekularpumpe strömt, die hauptsächlich bei Ätzprozessen verwendet wird, die besonders niedrige Kammerdrucke erfordern. Der Turbopumpenmotor arbeitet bei einer sehr hohen Drehzahl (etwa 27.000 UpM) und muss vor den korrosiven Einwirkungen des Ätzgases geschützt werden. Der Einstrom von Reinigungsgas (n'pur) verhindert, dass die Pumpenlager gegenüber dem Ätzgas freiliegen. Eine weitere Quelle für einen Strom eines verwandten Gases ist ein Leckstrom (n'lk) in die Kammer durch Dichtungen und Ventile hindurch aufgrund des reduzierten Kammerdrucks.
Die erste Ableitung des Drucks in der Kammerkoeffizientenbeziehung (Gl-3) kann für eine Korrektur dieses verwandten Stroms eingestellt werden, indem die ersten Druckableitungen jedes der verwandten Drucke abgezogen werden:
Kadj = [P'ver - (P'pur + P'lk)]/(n'ver) (Gl-10)
oder
Kadj = (P'ver - P'adj)/(n'ver) (Gl-11)
wobei sich
P'pur auf jeden absichtlichen Strom, beispielsweise einen Reinigungsstrom, über die Lagerflächen,
P'lk auf jeden zufälligen Strom, beispielsweise als Leckstrom, in den Niederdruckbereich des Systems,
und
P'adj auf den Gesamtstrom in die Kammer während des Prüfvorgangs, der weder Prüfgas noch Prozessgas ist, bezieht.
Der eingestellte Zustandskammerkoeffizient ist auf die speziellen Reinigungs- und Leckströme konditioniert, die zur Zeit der Prüfgassequenz vorhanden sind. Die ersten Druckableitungen der verwandten Ströme können kollektiv durch eine gesonderte Sequenz für verwandtes Gas bestimmt werden, die in Fig. 3 gezeigt und ähnlich der Prüfsequenz ist.
Während der Sequenz für verwandtes Gas sind sowohl das Prüfgasventil 18V als auch das Prozessgasventil 17 V geschlossen. Das einzige in die Kammer eintretende Gas ist das zu korrigierende verwandte Gas. Die Druckneigung P'adj zwischen t1adj und t2adj ergibt die kollektive Wirkung des Reinigungsgasstroms und des Leckgasstroms wieder. Die Reinigungskomponente des verwandten Gases ist durch eine Neigung P'pur (längs der Kurve PUR in gestrichelten Linien) gezeigt, während die Leckkomponente durch die Neigung P'lk (längs der Kurve LK, ebenfalls in gestrichelten Linien) gezeigt ist. Die Leckkomponente ist gewöhnlich viel geringer als die Reinigungskomponente.
Die erste Ableitung des Drucks in der Prozessgasbeziehung (Gl-6) kann zur Korrektur dieses verwandten Stroms eingestellt werden, indem die ersten Druckableitungen jedes der verwandten Drucke subtrahiert werden:
n'pro = [P'pro - (P'pur + P'lk)]/kadj. (Gl-12)
Ersetzt man für Kadj (Gl-10):
was allgemeiner ausgedrückt werden kann als:
Der Prozessgasdurchsatz kann also bezüglich Strömen von verwandtem Gas basierend auf Druckänderungsraten nachjustiert werden. Es ist nicht erforderlich, für den Prüfvorgang den tatsächlichen Reinigungsstrom oder Leckstrom zu kennen.

ERGEBNIS

Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die Ziele dieser Erfindung erreicht worden sind, wie vorstehend beschrieben. Natürlich können verschiedene Änderungen im Aufbau und bei den hier gezeigten Ausführungen vorgenommen werden, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale der in den verschiedenen Figuren gezeigten Ausführungen bei den Ausgestaltungen der anderen Figuren verwendet werden.
Der Rahmen der Erfindung wird deshalb durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen des Durchsatzes eines Prozessgases, das in die Reaktionskammer eines Waferbehandlungssystems eintritt, mit den Schritten:

- Evakuieren der Kammer auf einen reduzierten Druck unter dem Prüfgasdruck P1ver bei fehlender Zufuhr von Prüfgas oder Prozessgas und anschließendes Beenden des Gasstroms aus der Kammer,

- Bereitstellen eines Prüfgasstroms mit einem bekannten konstanten Durchsatz n'ver in die Kammer,

- Messen eines ersten Drucks P1ver des Prüfgases in der Kammer zu einer ersten Prüfzeit t1ver,

- Messen eines zweiten Drucks P2ver des Prüfgases in der Kammer zu einer zweiten Prüfzeit t2ver,

- Beenden des Prüfgasstroms,

- Evakuieren der Kammer auf einen reduzierten Druck unter den Prozessgasdruck P1pro,

- Bereitstellen eines Prozessgasstroms mit einem konstanten Durchsatz n'pro für die Prüfung in die Kammer,

- Messen eines ersten Drucks P1pro des Prozessgases in der Kammer zu einer ersten Prozesszeit t1pro,

- Messen eines zweiten Drucks P2pro des Prozessgases in der Kammer zu einer zweiten Prozesszeit t2pro,

- Beenden des Prozessgasstroms,

- Konstanthalten der Kammertemperatur und des Kammervolumens während des Schritts der Bereitstellung eines Prüfgasstroms oder eines Prozessgasstroms in die Kammer,

- Bestimmen der Änderungsrate P'ver des Prüfgasdrucks bezüglich der Zeit nach der Gleichung

P'ver = (P2ver - P1ver)/(t2ver - t1ver),

wobei P2ver der Druck des Prüfgases in der Kammer zur Zeit t2ver und P1ver der Druck des Prüfgases in der Kammer zur Zeit t1ver ist,

- Bestimmen der Änderungsrate P'pro des Prozessgasdrucks bezogen auf die Zeit nach der Gleichung

Ppro = (P2pro - P1pro)/(t2pro - t1pro),

wobei P2pro der Druck des Prozessgases in der Kammer zur Zeit t2pro und P1pro der Druck des Prozessgases in der Kammer zur Zeit t1pro ist, und

- Bestimmen des Durchsatzes n'pro des Prozessgases in die Kammer entsprechend der Beziehung

n'pro = (P'pro/P'ver)(n'ver) und

- Ausführen der folgenden weiteren Schritte vor dem Schritt zur Bestimmung des Durchsatzes n'pro:

- Bereitstellen eines Stroms eines verwandten Gases, das weder das Prüfgas noch das Prozessgas ist, mit einem Durchsatz n'adj in die Kammer,

- Messen eines ersten Drucks P1adj des verwandten Gases in der Kammer bei einer ersten Einstellzeit t1adj,

- Messen eines zweiten Drucks P2adj des verwandten Gases in der Kammer bei einer zweiten Einstellzeit t2adj,

- Bestimmen der Änderungsrate P'adj des Drucks des verwandten Gases bezogen auf die Zeit nach der Gleichung

P'adj = (P2adj - P1adj)/(t2adj - t1adj),

wobei P2adj der Druck des verwandten Gases in der Kammer zur Zeit t2adj und P1adj der Druck des verwandten Gases in der Kammer zur Zeit t1adj ist und

- Bestimmen des Durchsatzes n'pro des Prozessgases in die Kammer entsprechend der Beziehung:

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem nach dem Schritt der Bestimmung der Änderungsrate P'ver der weitere Schritt ausgeführt wird, einen Betriebsbedingungskoeffizienten Kc der Kammer entsprechend der Beziehung zu bestimmen: Kc = P'ver/n'ver.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem der Prüfgasstrom in die Kammer durch einen Prüfgas-Durchflussregler auf der bekannten Konstante gehalten wird und der Prozessgasstrom in die Kammer durch einen Prozessgas-Durchflussregler konstant gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Prüfgasstrom durch Öffnen eines Prüfgas- Strömungsventils, das zwischen dem Prüfgas-Durchflussregler und der Kammer angeordnet ist, und der Prozessgasstrom durch Öffnen eines Prozessgas-Strömungsventils bereitgestellt wird, das zwischen dem Prozessgas-Durchflussregler und der Kammer angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Evakuierungsstrom aus der Kammer durch eine Pumpeinrichtung aufrechterhalten und durch Schließen eines Trennventils beendet wird, das zwischen der Pumpeinrichtung und der Kammer angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem der Druck in der Kammer durch eine Drucküberwachungseinrichtung gemessen wird, die einen dynamischen Betriebsbereich mit einem insgesamt linearen Mittelabschnitt hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der erste und der zweite Druck des Prozessgases in der Kammer unter Verwendung des gleichen insgesamt linearen Mittelabschnitts des dynamischen Betriebsbereichs der Drucküberwachungseinrichtung gemessen wird, wie sie zur Messung des ersten und zweiten Drucks des Prüfgases verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3 und für den Fall, dass ein Gasleckstrom in die Kammer vorhanden ist, bei welchem der Durchsatz n'pro des Prozessgases in die Kammer entsprechend der Beziehung bestimmt wird:

wobei P'pur irgendein beabsichtigter Strom, beispielsweise ein Reinigungsstrom quer über Lagerflächen und P'lk irgendein zufälliger Strom, beispielsweise ein Leckstrom in den Niederdruckbereich des Systems ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Prüfgas ein Gas ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus gasförmigem Stickstoff (N&sub2;), gasförmigem Sauerstoff (O&sub2;), gasförmigem Distickstoffoxid (N&sub2;O) und gasförmigem Argon (Ar) besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Prüfgas gasförmiger Stickstoff (N&sub2;) ist.

11. Halbleiterwafer-Behandlungsvomchtung, bei welcher ein Prozessgasstrom nach dem Verfahren von Anspruch 1 berechnet wird,

- mit einer Reaktionskammer (12) für die Aufnahme von Wafern (12 W) während der Behandlung,

- mit einer Prozessgasquelle, die in Fluidverbindung mit der Kammer (12) steht, um ein Prozessgas bereitzustellen, das für die Waferbehandlung erforderlich ist,

- mit einer Prozessgas-Durchflussregeleinrichtung (16), die zwischen der Prozessgasquelle und der Kammer (12) angeordnet ist, um einen konstanten Prozessgasstrom während der Waferbehandlung aufrecht zu erhalten,

- mit einer Prozessgas-Ventileinrichtung (16v), die zwischen dem Prozessgas- Durchflussregler (16) und der Kammer (12) zum Starten und Anhalten des Prozessgasstroms zu der Kammer eingesetzt ist,

- mit einer Prüfgasquelle und einer Prüfgas-Durchflussregeleinrichtung (18), die in Fluidverbindung mit der Kammer (12) zur Bereitstellung eines vorgegebenen konstanten Prüfgasstroms zur Kammer stehen,

- mit einer Prüfgas-Ventileinrichtung (18v), die zwischen den Prüfgas-Durchflussregler (18) und die Kammer (12) zum Starten und Anhalten des Prüfgasstroms eingesetzt ist,

- mit einer Pumpeinrichtung (14) zum Evakuieren der Kammer auf einen reduzierten Gasdruck, der unter dem Druck liegt, der während der Waferbehandlung und vor der Gasstromprüfung erforderlich ist,

- mit einer Trennventileinrichtung (14v), die zwischen die Kammer und die Pumpeinrichtung (14) eingesetzt ist, um das Evakuieren der Kammer zu steuern, und

- mit einer Drucküberwachungseinrichtung (14M) zum Messen des reduzierten Gasdrucks in der Kammer,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Prüfgas-Ventileinrichtung (18v) und die Prozessgas-Ventileinrichtung (16v) zur Zuführung des einen oder des anderen Gases zur Reaktionskammer selektiv betätigbar sind und

- dass Rechnereinrichtungen (15) vorgesehen sind zum Ansprechen auf Werte des Drucks eines vorgegebenen und konstanten Stroms der Prüfgasdruckmessung aus der Drucküberwachungseinrichtung (14M) und auf Werte des Prozessgasdrucks über der Zeit, um den Prozessgasstrom bezüglich des Prüfgasstroms zu berechnen, während die Einflüsse von anderen Gasströmen in die Kammer außer dem Prozessgasstrom und dem Prüfgasstrom abgezogen werden.

12. Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Rechnereinrichtung weiterhin eine Speichereinrichtung für die Aufnahme und Speicherung der Gasdurchsätze n'pro und n'ver und der Raten der Druckänderung P'pro und P'ver aufweist.

13. Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Rechnereinrichtung weiterhin eine Taktgebereinrichtung zur Bereitstellung der Zeitbasis zur Bestimmung der Gasdurchsätze n'pro und der Raten der Druckänderung P'pro und P'ver aufweist.

14. Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Rechnereinrichtung so angeordnet ist, dass sie einen Kammerzustandskoeffizienten zur Speicherung in der Speichereinrichtung nach der Beziehung Kc = P'ver/n'ver berechnet.

15. Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Rechnereinrichtung so angeordnet ist, dass sie den Durchsatz des Prozessgases entsprechend der Beziehung n'pro = P'pro/Kc berechnet.

16. Behandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei welcher die Durchflussreguliereinrichtungen Massenstromregler zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gasdurchstroms sind.

17. Behandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei welcher

- die Prozessgas-Quelleneinrichtung eine Vielzahl von Gasquellen zur Bereitstellung einer Vielzahl von Prozessgasen aufweist,

- die Prozessgas-Ventileinrichtung eine Vielzahl von Gasventilen, nämlich ein Ventil für jedes der Vielzahl von Prozessgasen aufweist und

- die Prozessgasmassenstrom-Regeleinrichtung eine Vielzahl von Reglern, nämlich jeweils einen, der jede der Vielzahl von Prozessgasen regelt, aufweist.

18. Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem die Drucküberwachungseinrichtung ein kapazitives Manometer ist.