TWI491761B - 脈波式氣體傳輸之控制及方法 - Google Patents

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Description

脈波式氣體傳輸之控制及方法 【相關申請案】
本申請案主張於2010年1月19日申請之美國專利申請案第12/689,961號的權益，其全部內容併入本文作為參考資料。
本揭示內容大體有關於傳輸數量少又精確之氣體或蒸氣的測量與控制，且更特別的是一種經校準之控制系統與方法，用以準確傳輸氣體或蒸氣的計量脈波以便控制每個脈波所傳輸之氣體或蒸氣的確切莫耳量。
本文在上下文允許的任何地方，指稱“氣體”或“數種氣體”係涵蓋“蒸氣”或“數種蒸氣”。半導體元件的製造經常需要周密的同步化及十幾種氣體或更多經精確測量傳輸至加工工具(例如，處理腔室或反應爐)的氣體。製程會使用各種方法，以及需要許多離散的加工步驟。例如，半導體元件需要清潔、研磨、氧化、遮罩、蝕刻、摻雜、金屬化等等。所用的步驟及其特定順序和涉及材料都對特定裝置的製造有貢獻。
隨著尺寸縮小到90奈米以下，半導體藍圖建議對各種應用將需要原子層沉積(ALD)製程，例如沉積銅互連的阻障層，產生鎢成核層(tungsten nucleation layer)，以及製造高傳導電介質等等。在ALD製程中，在保持真空的處理腔室中，晶圓表面上方依序流過兩種或更多前驅氣體(precursor gases)。通常以一序列的連續脈波將兩種或更多前驅氣體導入一或更多反應爐，使得該等氣體可與晶圓表面上的部位或官能基起反應。該等脈波需要加以仔細控制使得傳輸氣體具有精確的莫耳數。事實上，就ALD製程而言，控制經常需要精確到可控制傳輸氣體每一個脈波的原子或分子數目。例如，請參考美國專利第7,615,120號(Shajii等人)；第6,913,031號(Nowata等人)及第6887521號(Basceri)；以及美國專利申請案公開號；2007/0022951(Spartz)與2006/0130755(Clark)。當所有可用部位與前驅氣體中之一(例如，氣體A)飽和時，反應中止以及常用沖洗氣體(purge gas)來沖洗處理腔室內過剩的前驅物分子。通常於下一個前驅氣體(例如，氣體B)流過晶圓表面時，重覆該製程。以只使用兩種前驅氣體的簡單製程而言，通常把循環定義成；前驅氣體A之一脈波，沖洗，前驅氣體B之一脈波，以及沖洗。常重覆此順序直到達致最終厚度。與前驅氣體起自限(self-limiting)表面反應的每個循環都會產生具有一層單原子的沉積薄膜。
引入工具(例如，加工腔室或反應爐)的前驅氣體脈波通常用開關型或切斷閥控制。一個用作待充氣之貯器的進氣閥，而第二個用作貯器的排氣閥以控制傳輸至工具的脈波。該排氣閥簡單地打開一段預定時間用以由儲存貯器傳輸具有想要莫耳量的前驅氣體。美國專利第7,615,120號(Shajii等人)的揭示內容有舉例當前用以控制脈波流動的方法，包含用以開關適當進氣閥以使儲存貯器充氣的定時控制技術。傳輸莫耳數基於具有已知容積之儲存貯器在排氣閥上游的壓降與即時氣體溫度模式，以處理儲存貯器容積中之氣體因閥操作(亦即，打開及關閉用於控制氣體或蒸氣進出貯器的進氣及排氣閥)的轉換而引起的溫度波動。此法依靠氣體的先前知識，因為它取決於流經系統之氣體的性質。
仍有需要的是一種新穎及改良的系統與方法，其係藉由與待傳輸氣體無關地控制每個脈波的持續時間，迅速及重覆地以氣體脈波傳輸數量可預測及可重覆的前驅氣體至工具(例如，加工腔室或反應爐)。
在一具體實施例中，藉由保證上游貯器的容積保持不變，以及系統所傳輸的每個氣體脈波由開始至結束都有均一的溫度，單獨基於待傳輸氣體之莫耳量與儲存貯器內之起動壓力(starting pressure)，即可產生脈波時間間隔值的表格。貯器可保持氣體及可預測地傳輸該氣體的壓力允許範圍係由該氣體決定，但只能保證對於待由工具執行的製程，氣體在此範圍內處於良好的狀態。一旦建立具有充分資料的表格，系統可以脈波為單位傳輸具有精確莫耳量的氣體，即使在傳輸脈波之前，腔室內氣體的起動壓力在允許範圍內變動。從而，系統可單獨根據每個脈波的持續時間來控制該脈波所提供的氣體原子或莫耳數，而脈波的持續時間是根據上游腔室(upstream chamber)的起動壓力來決定。該改良系統與方法在例如半導體製程(例如，ALD製程)特別有用。
此外，用於測量及傳輸各個前驅氣體之脈波式流動的改良系統與方法的其他優點及方面，可用來預測及偵測用來傳輸脈波之閥的一些或全部的閥失效模式。
在閱讀及了解參照附圖於此描述數個示範具體實施例的詳細說明後，會了解本揭示內容的其他特徵及優點。
在閱讀以下說明時參照用作圖解說明且不具限定性的附圖可更加明白本揭示內容的方面。
如前述，本揭示內容的具體實施例均針對一種系統及方法，其係根據由具有固定容積之腔室或貯器傳輸的每個脈波之時間間隔與該貯器內的氣體起動壓力，以固定溫度由該腔室準確及重覆地傳輸各具有精確莫耳量的氣體脈波至工具。在每個脈波開始之前，根據傳輸莫耳量與貯器內氣體的起動壓力，可產生內含資料可表示各個脈波之時間間隔值的查找表。根據每個脈波間隔之前及之後的氣體起動及結束壓力，可產生查找表之中的資料。脈波的時間間隔是用控制由該腔室流出之流動的閥來控制。由於該腔室的容積是固定的，因此有可能。可測量上游氣體腔室之中的氣體或蒸氣溫度而且應保持在定值，亦即，在脈波開始前及脈波傳輸後應有相同的數值。如果該腔室的容積及溫度在傳輸氣體脈波前後都相同，則理想氣體定律可根據單一變數(亦即，該腔室在傳輸脈波前後的氣體起動、結束壓力差)來提供一脈波間隔期間所傳輸的莫耳數。結果，在給定起動壓力下，可決定每個脈波的時間間隔以便傳輸具有已知莫耳量的氣體至工具。應注意，在傳輸脈波前後應有穩定的起動壓力與結束壓力以使氣體溫度保持不變。在時間間隔結束時，腔室內的最終壓力會變成可基於理想氣體定律來預測的數值。一旦資料產生後，就不必測量最終壓力，以便在起動壓力已知時，可決定以經仔細控制的時控脈波來傳輸具有預定莫耳量的氣體。
待由氣體脈波傳輸之莫耳量與脈波之時間間隔在初始或起動壓力的相關性可原位(in situ)決定。然後，可產生相關資料及儲存於可讀取查找表。
請參考附圖，第1圖圖示脈波式氣體傳輸系統或莫耳傳輸裝置(MDD)100之一示範具體實施例；第2圖圖示裝置100校準方法200之一示範具體實施例，而第3圖為方法300示範具體實施例的狀態圖，其係根據想要劑量水平與裝置100之腔室在開始傳輸每個脈波時的氣體或蒸氣之初始或起動壓力來控制每個氣體脈波的時間間隔。系統100與方法200、300係特地用來快速傳輸數量極少且經精確計量的加工氣體至半導體加工工具。此外，在藉由單獨根據劑量水平與傳輸系統內的起動壓力而與正被傳輸的氣體無關來控制傳輸各個氣體脈波持續時間的半導體製程中，藉由傳輸數量精確的各個氣體，該系統及方法可提供高度可重覆的效能結果。氣體保持根據正被傳輸之氣體或蒸氣來決定的固定均一溫度。在傳輸脈波之前測量開始壓力以便基於先前決定的相關資料來決定脈波的時間間隔。在一具體實施例中，在壓力穩定後可測量在傳輸脈波之後的結束壓力以確保氣體傳輸量的準確度。可監測氣體的溫度，以及在一替代具體實施例中，可控制氣體的溫度以便維持於想要及不變的水平。該等系統及方法特別有用於需要傳輸極少劑量的系統，例如原子層沉積(ALD)系統與方法，使得該等系統及方法更有效率。
藉由保持溫度於想要及不變的水平以及使用容積已知的腔室，使得持續時間只取決於僅僅兩個變數，亦即，待傳輸的想要劑量水平與在傳輸脈波前氣體或蒸氣在系統之腔室中的初始壓力。結果，可建立查找表以便在開始傳輸脈波之前基於待傳輸劑量的莫耳量與上游腔室內的測得壓力來提供每個脈波的持續時間。如上述，在溫度保持不變與該腔室之容積保持不變的情況下，給定開始壓力與脈波的持續時間，理想氣體定律表明可完全預測在傳輸每個脈波之後腔室內的最終壓力。結果，可測量在傳輸每個脈波之後的最終壓力以便判斷控制閥的操作是否正確，但是在已建立查找表時就不需要測量作為決定脈波持續時間的一部份。
如以下在說明第2圖時所詳述的，第1圖的系統實施例要求收集查找表的資料用以表示給定在傳輸脈波之前腔室內的測得起動壓力，系統可提供之脈波的持續時間，以便傳輸具有精確莫耳量的腔室內氣體或蒸氣。可合理地用來操作系統的資料範圍要求考慮到待傳輸至工具之氣體或蒸氣的規格，該等規格包含適於使傳輸材料保持氣體或蒸氣狀態的溫度及壓力範圍。許多應用具有較佳的特定溫度使得待傳輸材料可保持氣體或蒸氣狀態。因此，利用理想氣體定律，一脈波期間所傳輸的莫耳數為脈波開始時之初始壓力與該脈波之時間間隔的函數。在脈波完成時，完全可預測腔室內的壓力，因而不需要測量以便控制閥的操作。這提供一個優點，因為壓力與溫度會因正被傳輸之氣體脈波於時間間隔期間腔室內有氣體流動而容易波動，使得很難精確地控制閥的操作。每次測量腔室內氣體或蒸氣的初始或起動壓力是在每個壓力值已有機會穩定，使得氣體或蒸氣的溫度保持在固定的溫度值之後。結果使用者或系統可要求每個脈波所需要的氣體想要量或莫耳量，以及系統會藉由控制脈波的持續時間來傳輸該數量。
詳言之，圖示於第1圖的系統100包含具有預定容積之傳輸腔室102，控制氣體流入腔室102的第一或進氣閥104，以及控制氣體流出腔室102的第二或排氣閥106。在此實作中，該腔室係經組態成傳輸腔室的容積為已知，以及該腔室在傳輸脈波前後保持於均一不變的溫度。此外，第一、第二閥104、106包含開關型、切斷型閥為較佳，以及至少第二或排氣閥106具有相對極快的反應時間，例如，約1至5毫秒，然而實際的反應時間可取決於應用系統而有所不同。
圖示脈波式氣體傳輸系統100也包含用於提供腔室102內壓力之測量值之壓力傳感器108與用於提供腔室102壁溫度之測量值之溫度感測器110。壓力傳感器108也具有相對極快的反應時間為較佳，例如，約1至5毫秒，然而壓力傳感器的實際反應時間也可取決於應用系統而有所不同。
可用於本揭示內容之傳輸系統100的合適壓力傳感器108實施例為商標Baratron的壓力傳感器，它可由本申請案專利權人，位於美國麻州Andover的MKS儀器公司取得，(www.mksinst.com)。也可使用具有快速反應時間的其他壓力感測器。
圖示脈波式氣體傳輸系統100的輸入資料裝置114接收直接來自操作員或者是間接通過工具之控制器(例如，晶圓加工電腦控制器)的輸入112。輸入112提供由工具要求的想要氣體莫耳量，以及傳遞指令給電腦控制器或處理器(亦即，電腦處理單元或“CPU”)116，以建立必要的持續時間，以在取決於待傳輸氣體或蒸氣的初始壓力範圍內，根據在較佳溫度水平測量腔室102所得的初始壓力，用脈波傳輸各具有想要莫耳量的氣體。電腦控制器或處理器116連接至壓力傳感器108、溫度感測器110、閥104、106、查找表118及輸入介面114。此外，可提供由例如控制器116控制的加熱器120以在腔室內的壓力穩定時使腔室102內的氣體保持在較佳的溫度水平。
最好測量腔室內氣體的溫度，然而腔室內各處的溫度會改變使得氣體的測量即使可能也會很困難。因此，採用壁溫作為氣體或蒸氣的最佳估計溫度。測得壁溫會等於氣體溫度，只要腔室內氣體壓力保持穩定。此外，整個容積需要一個受控及均一的溫度，以儘量避免溫度具有梯度。由於校準資料為理想氣體定律的函數，以及許多前驅物只在高溫時才為氣體，因此氣體可維持在用來提供校準資料的溫度範圍是很重要的。此外，當氣體或蒸氣的壓力因轉換事件而改變時，例如當進氣閥打開以允許氣體流入該腔室，或排氣閥打開以允許氣體流出該腔室時，氣體的溫度可能改變。因此，轉換事件後允許氣體的壓力穩定是很重要的。如果容積使用於校準方法的溫度變成不同的溫度，或想要不同的工作溫度，則需要重新填入查找表。輸入資料介面114也可用來輸入其他的加工指令，例如需要傳輸之各種氣體的脈波數及脈波次序，以便在製程的過程中用脈波提供各有對應想要莫耳量的氣體。在一些具體實施例中，資料介面114也可包含經構造及配置成可提供系統100所傳輸之氣體量讀數(直接來自操作員或者是間接通過加工工具之電腦控制器，例如，晶圓處理器)的輸出介面。
輸入/輸出資料介面114可分開為獨立的單元或組合成單一單元。輸入/輸出介面114可連接至具有鍵盤及/或監視器的個人電腦。
根據本發明之一示範具體實施例，第1圖脈波式氣體傳輸系統100的控制器116可用來執行第2圖的校準方法200與第3圖的劑量傳輸方法300。
如第2圖所示，校準方法用來產生查找表，例如第4圖中圖示於400的。查找表400可儲存於為控制器116之一部件的合適記憶體。在一具體實施例(如第4圖所示，下文有更詳細的描述)中，產生給查找表的資料為一組時間間隔，其係傳輸一組具有對應莫耳數之氣體或蒸氣(在預定壓力範圍內各自根據腔室102中氣體的初始壓力(Pi)傳輸)的必要資料。
起初，作為校準方法的一部份，提供待傳輸氣體或蒸氣的某些規格給系統以便產生校準表。該等規格包含需要傳輸至加工工具的預期劑量範圍(單位為莫耳為較佳)，氣體或蒸氣的工作溫度(製程中通常保持均一)，以及超過就變成不適於該製程氣體或蒸氣的最大壓力(Pmax)。也有由允許排氣閥打開最大時間長度決定的最小壓力(Pmin)，此最小壓力係運算子定義(operator defined)，以及通常取決於正被執行的特定方法。最大及最小壓力會定義正被產生之查找表的初始壓力範圍。如下文所詳述的，永遠讓腔室102內氣體或蒸氣的初始壓力(如壓力傳感器108所測)在傳輸脈波之前穩定。脈波傳輸具有精確莫耳量之氣體的持續時間或間隔會取決於腔室內氣體或蒸氣的起動及結束壓力。具體言之，利用理想氣體定律，計算劑量如下：
其中：Δn=劑量；Pf =最終壓力；Pi =初始壓力；V=容積；R=通用氣體常數；以及T=容積溫度。
方程式(1)變成
n=K(Pi-Pf)　(2)
其中K為常數。
因此，莫耳數為初始壓力與最終壓力的函數。不過，如上述，在溫度保持不變與腔室內容積保持不變的情況下，給定開始壓力與脈波的持續時間，理想氣體定律表明可完全預測在傳輸每個脈波之後腔室內的最終壓力。結果，藉由產生具有適當資料的查找表，不需要測量傳輸脈波之後的最終壓力作為決定脈波之持續時間的一部份。因此，只用兩個變數，基於可接受壓力範圍(Pmin至Pmax)以及使腔室102內氣體或蒸氣保持均一溫度，可產生查找表。
請參考第2圖，校準方法200之一具體實施例在步驟202開始。在步驟204收到的資料為待引入腔室102用以傳輸至工具之氣體的某些規格。該等氣體或蒸氣規格包含用於特定製程的預期劑量，工作溫度及最大壓力(Pmax)。在步驟206，判斷是否需要進一步校準系統100。如果是，在步驟208，根據起動壓力與劑量，決定持續時間值(t)的資料。此資料可原位產生以及不需要在工場決定。結果，在製程開始運行之前，可校準該系統。如果在步驟206，對於步驟204所提供的規格，查找表已充分填入必要的資料，或者如果在步驟208產生給查找表的附加資料已完成，則該系統在步驟210繼續到完成該製程的狀態機(state machine)，如以下用第3圖具體實施例所描述的。
用感測溫度傳感器110的輸出來持續監測腔室102的溫度以及控制加熱器120的操作，以便使腔室內溫度保持固定在初始提供作為規格之一部份的指定值。
請參考第3圖，操作時，該系統接收一命令以提供具有選定莫耳數的腔室102內氣體給工具。然後，該狀態機會在充氣狀態(charge state)302下操作。因此，排氣閥關閉及進氣閥打開以允許腔室內壓力上升至在初始規格所界定之範圍內的適當水平。然後，在狀態304，進氣閥關閉以及允許壓力穩定。當氣體流進或流出該腔室時，氣體或蒸氣的溫度會波動離開它的均一值。因此，在繼續下一個狀態之前，允許氣體或蒸氣的壓力穩定於初始或開始壓力(Pi)水平，使得氣體或蒸氣的溫度可回到它的均一溫度。這可確保正確劑量的準確傳輸。
然後，系統前進到狀態306。用壓力傳感器108測量壓力Pi，以及根據待傳輸氣體或蒸氣的請求莫耳數由查找表取得Δt的數值。然後，狀態機300會轉換到狀態308，其中該系統等待傳輸要求劑量的命令。轉換到狀態310，排氣閥108會打開一段由查找表提供的時間Δt。例如，請參考第4圖，如果Pi對應至P3，以及要求莫耳數為n2，則查找表顯示排氣閥108需要打開的時間Δt為t32。
因此，再參考第3圖，在狀態310，閥打開一段如查找表所示的時間Δt，然後在Δt=t32時關閉排氣閥108。然後，系統轉換到狀態312以允許腔室102內壓力穩定及溫度安定於想要的工作溫度。這可藉由讀取壓力、溫度傳感器108、110來確認。轉換到狀態314，系統判定當下壓力(最終壓力Pf)，以及算出莫耳數(N)。然後，系統可繼續循環通過狀態302至314以傳輸下一個規定劑量。
在一替代具體實施例中，在第3圖的狀態314之後，系統可轉換到狀態316以確認已傳輸正確劑量，以及如有必要，更新查找表。這允許原位校準。
在另一替代具體實施例中，有可能由狀態314前往318以判斷最終壓力Pf是否小於由原始規格界定的Pmin。如果不是，在下一個循環以前進到狀態306來跳過狀態302及304可實現快速配量。如果Pf小於Pmin，則在狀態302，腔室102需要藉由打開進氣閥(而排氣閥保持關閉)來充氣以便允許更多氣體或蒸氣進入該腔室。然後，方法可前進至步驟304等等。
如上述，在產生查找表的資料時，可提供允許壓力範圍作為在第2圖校準步驟期間提供的規格中之一部份。系統100無法傳輸多於該腔室在脈波開始時含有的莫耳數。此外，下游情況(該腔室的壓力溫度與容積)會隨著工具而有所不同並決定氣流多快可離開腔室102。實務上，當用於初始壓力Pi的對應Δt變成製程過大負擔時，會限制靶劑量(target dosage)與最小壓力。最大Δt的典型例子為任何超過2秒者，不過這顯然取決於應用系統與環境。
請參考第5圖，以下為查找表填入必要資料的一具體實施例。請參考第5A圖，校準方法500在步驟502開始，其中該系統接收與待由系統執行之製程有關的資訊。在該實施例中，給定的資訊包含Pmax、Δt_max、Δn_target(靶劑量)以及貯器容積與溫度及收歛公差(convergence tolerance)Δn_tol。由下文可更加明白，Δn_tol為對應至貯器內氣體之特定起動壓力的實際莫耳值與用理想氣體定律算出的數值兩者可容許的差值。
在收到資訊後，該校準方法進行副程式504用於使貯器充氣至決定於步驟502的最大壓力Pmax。副程式504包含在步驟506打開進氣閥，在步驟508監測壓力，在步驟510於P=Pmax時關閉進氣閥，以及在步驟512等待P穩定成dP/dt=0。然後，系統繼續以使用圖示於第5B圖的副程式514來初始化校準表。
副程式514包含決定每個劑量值Δn的副程式516。副程式516包含如以下所取得的每個測量值。首先，記錄開始或初始壓力Pi的數值於表格中。然後，在步驟520，使用理想氣體定律(使用方程式2)，給定Δn與Pi，算出最終壓力Pf。一旦確定，則在步驟522打開排氣閥，以及在步驟524監測貯器內的壓力。當監測壓力等於Pf的預定值(P=Pf)時，在步驟526關閉排氣閥。然後，在步驟528記錄時間間隔的實際值Δt_actual。然後，系統在步驟530等待貯器內的壓力穩定(dP/dt=0)。一旦穩定，方法前往步驟532。然後，根據理想氣體定律，用Pi與Pf的實際測定值算出Δn值。
然後，在步驟534，系統由Δt的測定值、Δn_target及Δn的計算值內插出Δt_target的數值。應瞭解，在此步驟，可實作閥定時(valve timing)的PID控制供原位校準用。在步驟536，將Δt_target的結果值***校準表(於橫列=Pi，直行=Δn_target)。在步驟538，系統檢查以判斷Δt_target是否大於Δt_max。若不是，該方法則回到步驟518以及重覆步驟518至536。如果是，在步驟540記錄Pmin的數值，以及該方法前往副程式550的步驟552以檢查校準表。
副程式550包含第一步驟552，其中該系統設定CONVERGE=YES，其係表示初始所測量及計算的數值是在容許極限內。接著在步驟554，使貯器充氣至Pmax(重覆包含步驟506至510的副程式504)。該方法則根據時間間隔Δt繼續通過劑量測量常式(dose measurement routine)556。在常式期間，系統在步驟558記錄開始壓力Pi。在步驟560，由校準表取出Δt_target的數值。在步驟562由校準表中的Pi值與壓力值內插出Δt_target。在步驟564，打開排氣閥，以及系統在步驟566等待時間Δt_target的數值。一旦提供該等數值，系統關閉排氣閥568。然後，副程式550前往步驟570，其中系統等待貯器中的壓力穩定dP/dt=0。在步驟572，使用理想氣體定律算出及記錄Δn的數值。在步驟574，詢問收歛是否達成，亦即絕對值|Δn -Δn_target|是否小於Δn_tol(在方法開始時，在步驟502提供的)。如果是，系統前往如下文所述的步驟584。如果不是，收歛未達成，以及系統藉由設定CONVERGE=NO用步驟578開始運行副程式576。在步驟580，由Δt的測定值，與來自測定Δn的Δn_target內插出Δt_target的數值。然後，系統在步驟582將Δt_target的數值更新或***校準表。然後，系統前往步驟584。
在步驟584，系統隨後檢查以判斷Δt_target值是否大於Δt_max，或P小於Pmin。如果不是，方法返回以及重覆步驟558至574(以及步驟578至582，若有必要)。如果是，系統前往圖示於第5D圖的步驟590，在此判斷CONVERGE=YES是否已設定所有有關數值，亦即表中的每個數值是否已收歛。如果是，校準表的填入已用資料完成。如果不是，系統回到步驟552(第5C圖)，以及重覆步驟552至574(若有必要，步驟578至582)，以及步驟584。
應瞭解，在此可應用PID或其他標準算法來執行收歛副程式。剛剛描述的方法為第3圖的第二具體實施例，其中系統係以校準模式持續操作，除非客戶觸發劑量方法。
壓力範圍，壓力步幅、時間範圍及時間步幅可重新編碼或使用者定義以及可通過輸入資料介面116來提供。壓力範圍可包含例如步幅等於0.5托(Torr)的1至20托。時間範圍可包含例如步幅等於0.1秒的0.1至1.5秒，然而顯然時間範圍及步幅可部份取決於應用系統而有所不同。
應瞭解，描述及圖示於第5A圖至第5D圖的查找表校準常式為本發明脈波式氣體傳輸系統100之一示範具體實施例。可填入部份或全部查找表112的任何方法都在本揭示內容的範疇內。例如，在校準迴圈的重複期間可改變壓力與時間。由於壓力會隨著每次排放而降低而且重新充氣腔室102要花時間，控制器114可持續測試各種時間間隔直到壓力落在範圍外。查找表可以排序或未排序方式儲存於任何資料結構。
第6圖示意圖示原子層沉積系統600之一示範具體實施例。系統600包含形式為ALD反應爐631的加工工具用於容納半導體晶圓或基板632。通常，晶圓632駐留在支架(或吸盤)633上以及加熱器634耦合至吸盤以加熱吸盤633與晶圓632用以薄膜沉積。加工氣體係通過位於腔室631之一端的氣體分佈器(gas distributor)635導入腔室631。真空泵浦636位在另一端以抽吸氣體流動越過晶圓表面。可裝設節流閥637以調節處理腔室內的壓力。
可利用用以組合蒸氣及氣體的各種化學氣相沉積(CVD)技術，包含本技藝習知的適應技術。儘管未圖示，氣體也可以電漿(plasma)導入。氣體分佈器635接受來自一或更多莫耳傳輸裝置(MDD)100的氣體，例如圖示於第6圖的MDD 100a與100b。系統600也包含多路(multi-way)連接器638用於引導各種加工氣體及沖洗氣體進入氣體分佈器635及加工腔室631。
圖示多路連接器638具有用於引入氣體與化學物的兩個入口以及用於引入沖洗氣體的入口。在其他具體實施例中，多路連接器638具有許多連接至不同氣體源的不同入口。沖洗氣體通常為惰性氣體，例如氮。在此實施例中，圖示氣體A及氣體B與沖洗氣體組合。氣體A屬於第一前驅氣體而氣體B屬於第二前驅氣體，用於對容納於處理腔室631的半導體晶圓632執行原子層沉積。提供數個化學物選擇歧管(Chemical selection manifold，未圖示)用於選擇可用作前驅氣體A、B的化學物。每個MDD 100的排氣閥102(未圖示於第6圖)各自調節前驅氣體A、B進入多路連接器638的引進，同時控制型閥(control type valve)644調節沖洗氣體的流動。
一旦將晶圓632置於加工腔室631後，使該腔室之環境符合想要的參數。例如，增加半導體晶圓632的溫度以便進行原子層沉積。若要執行原子層沉積，打開MDD 100b的排氣閥以允許第一前驅物被導入處理腔室631。在經過一段預選時間後，關閉MDD 100b的排氣閥，打開閥644，以及沖洗氣體沖洗任何殘留反應性物質離開處理腔室631。然後，在經過另一段預選時間後，關閉閥644以中止沖洗氣體，以及打開MDD 100a的排氣閥以引進第二前驅物至處理腔室631內。再經過另一段預選時間後，關閉MDD 100a的排氣閥，打開閥644，以及沖洗氣體沖洗反應性物質離開處理腔室631。載流氣體流(carrier flow stream)內交替導入兩種化學物A與B以便進行原子層沉積循環而在半導體晶圓632上沉積一薄膜層。
因此，使用MDD 100a與100b的排氣閥102各自控制流入加工腔室631之前驅氣體的脈波，其係簡單地打開一段預定時間以傳輸具有想要數量的前驅氣體於加工腔室631內。如前文在說明第1圖至第5圖時所述，可校準及使用每個莫耳傳輸裝置。
熟諳此藝者明白可實作本揭示內容的具體實施例(包含用於控制電解的控制算法/軟體/訊號)於硬體、軟體、韌體或彼等之任何組合，以及透過一或更多網路。
以上已詳述本發明的具體實施例，熟諳此藝者會輕易想出不同的修改及改善。此類修改及改善仍落在本發明的範疇內。因此，以上說明係僅供圖解說明，而無限定性。本發明只受限於下列申請專利範圍及其等價陳述。因此，描述於本文的具體實施例，以及如隨附申請專利範圍所主張的，在各方面應被視為用來圖解說明本揭示內容而不是限定。
100．．．系統/裝置(MDD)
100a,100b．．．裝置(MDD)
102．．．腔室
104．．．(第一或進氣)閥
106．．．(第二或排氣)閥
108．．．壓力傳感器
110．．．溫度感測器
112．．．輸入
114．．．(輸入)(資料)裝置/介面
116．．．(電腦)控制器或處理器
118．．．查找表
120．．．加熱器
200．．．方法
202．．．開始
204．．．接收表規格(劑量、工作溫度、最大壓力)
206．．．校準？
208．．．校準：為每個N，求出Δt(P)及Pmin
210．．．轉到狀態機
300．．．方法
302．．．充氣
304．．．等到穩定(dP/dt=0)
306．．．記錄Pi,由查找表取得Δt
308．．．等待分配劑量命令
310．．．分配劑量：打開排氣閥一段Δt時間
312．．．等到穩定(dP/dt=0)
314．．．記錄Pf,計算N
316．．．監測及更新查找表
318．．．Pf<Pmin?
400．．．查找表
500．．．校準方法
502．．．接收以下數值：Pmax,Δt_max,Δn_target,腔室容積與溫度，以及Δn_tol
504．．．副程式
506．．．打開進氣閥
508．．．監測P
510．．．在P=Pmax時，關閉進氣閥
512．．．等到P穩定,dP/dt=0
514．．．副程式
516．．．副程式
518．．．記錄Pi
520．．．基於理想氣體定律算出Pf
522．．．打開排氣閥，記錄時間t
524．．．監測壓力
526．．．在P=Pf時關閉排氣閥
528．．．記錄Δt_actual
530．．．等到穩定dP/dt=0
532．．．計算&記錄Δn(理想氣體定律)
534．．．由Δt、Δn_target及Δn內插出Δt_target
536．．．將Δt_target***校準表(橫列=Pi，直行=Δn_target)
538．．．Δt_target<Δt_max？
540．．．記錄Pmin
550．．．副程式
552．．．設定CONVERGE=YES
554．．．充氣至Pmax(重覆第5A圖中之步驟506至510)
556．．．副程式
558．．．記錄Pi
560．．．由校準表取出Δt_target
562．．．由校準表中之Pi及壓力值內插出Δt_target
564．．．打開排氣閥
566．．．等待一段Δt_target時間
568．．．關閉排氣閥
570．．．等到穩定dP/dt=0
572．．．計算&記錄Δn(理想氣體定律)
574．．．|Δn-Δn_target|小於Δn_tol？
576．．．副程式
578．．．設定CONVERGE=NO
580．．．由Δt、Δn_target及Δn內插出Δt_target
582．．．Δt_target更新或***校準表
584．．．Δt_target<Δt_max或P<Pmin？
590．．．對所有數值，CONVERGE=YES都成立？
600．．．(原子層沉積)系統
631．．．ALD反應爐/腔室
632．．．晶圓/基板
633．．．支架/吸盤
634．．．加熱器
635．．．氣體分佈器
636．．．(真空)泵浦
637．．．節流閥
638．．．多路連接器
644．．．(控制型)閥
附圖不一定是按比例繪製，反而加以強調以顯示本發明的原理。
第1圖為脈波式氣體傳輸系統之一示範具體實施例的方塊圖，其係經組態成可傳輸氣體的脈波，每個脈波含有的規定或預測氣體莫耳量是各個脈波的持續時間與氣體在上游腔室的起動壓力的函數；
第2圖的流程圖圖示第1圖系統校準方法之一示範具體實施例；
第3圖的狀態圖圖示用於傳輸具有精確莫耳量之氣體或蒸氣的第1圖系統操作方法之一示範具體實施例；
第4圖圖示用於第1圖示範系統之一示範查找表；
第5A圖至第5D圖的流程圖圖示將必要資料填入查找表的一程序具體實施例；以及
第6圖示意圖示原子層沉積系統之一示範具體實施例，其係包含兩個第1圖脈波式氣體傳輸系統。
儘管描繪一些具體實施例於附圖，然而熟諳此藝者會明白該等具體實施例為圖解說明，在本揭示內容的範疇內仍可想出及實作其變體及其他描述於本文的具體實施例。
100．．．系統/裝置(MDD)
104．．．(第一或進氣)閥
106．．．(第二或排氣)閥
108．．．壓力傳感器
112．．．輸入
114．．．(輸入)(資料)裝置/介面
116．．．(電腦)控制器或處理器
118．．．查找表
120．．．加熱器

Claims (26)

  1. 一種脈波氣體傳輸系統，其係經組態成可傳輸一氣體之一精確範圍及可重覆劑量，包含：一具有已知容積之腔室，其係經構造及配置成各自在由該腔室傳輸每一氣體劑量之前與之後，可使該腔室內之該氣體在一壓力範圍內保持均一的溫度及穩定的壓力；一進氣閥，其係經構造及配置成可打開以引導氣體進入該腔室內；一排氣閥，其係經構造及配置成在一受控時間間隔期間可打開及關閉，以便在該時間間隔期間傳輸一要求劑量之一氣體脈波；一查找表，含有表示各種時間間隔之資料，每個時間間隔係為待由該腔室傳輸之對應氣體劑量與該腔室內之初始穩定壓力的函數；以及一控制器，其係經組態成可存取(access)該查找表，其中該控制器在傳輸每個脈波之前，單獨根據氣體的想要劑量水平與該氣體在該腔室內的初始穩定壓力來操作地控制該閥的時間間隔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該表係填入(populated)原位(in situ)產生的資料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，其中全部根據以下關係式，藉由測量該腔室中之氣體由在該排氣閥打 開時的初始壓力轉換到在該排氣閥關閉時的最終壓力所花費的時間來決定對應至一劑量及初始壓力的時間間隔：n=k(Pi-Pf)，其中n為以莫耳為單位的劑量，k為常數，Pi為該腔室內之初始穩定壓力，Pf為該腔室內之最終穩定壓力。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之脈波氣體傳輸系統，更包含一壓力測量子系統，其經構造及配置成可測量該氣體在該腔室中之初始及最終穩定壓力，其中藉由在時間期間打開該排氣閥以判斷該腔室內之壓力何時等於Pf來測量該腔室內之壓力，可對每一n與Pi值決定每個時間間隔之數值。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該壓力測量子系統經構造及配置成各自在打開及關閉該排氣閥之前及之後在該腔室中之壓力穩定時，可測量該氣體在該腔室中之初始及最終壓力之每一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，更包含一溫度控制子系統，用於使該腔室中之氣體保持該均一溫度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該溫度控制子系統包含一加熱器，其係經構造及配置成可加熱該 腔室中之氣體以便使該氣體保持該均一溫度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該控制器包含一壓力測量子系統，用於在該排氣閥被打開及關閉與該壓力已穩定之前及之後測量該氣體在該腔室中之初始及最終壓力，其中係基於要求劑量的大小與測得的初始壓力來產生資料，以及用關係式n=k(Pi-Pf)來決定最終壓力，其中n為以莫耳為單位的劑量，k為常數，Pi為初始壓力，以及Pf為最終壓力。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該最終壓力係與測定的最終壓力比較以確認該排氣閥操作正確。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之脈波氣體傳輸系統，更包含一壓力測量子系統，其係經構成及配置成各自在該排氣閥打開之前與之後可測量該氣體在該腔室中穩定後的初始及最終壓力。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之脈波氣體傳輸系統，其中在該脈波的持續時間之後測量該氣體在該腔室之中的最終壓力以確保該排氣閥的準確度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，其中在每一劑氣體由該腔室傳輸後，用氣體再裝填該腔室。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，其中在多劑氣體由該腔室傳輸後，用氣體再裝填該腔室。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，其中只在該腔室內之壓力落在一預設水平以下時，用氣體再裝填該腔室。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該進氣閥係經構成及配置成只要在該排氣閥關閉時就打開以便用氣體裝填該腔室，以及關閉以便保持該氣體於該腔室內，藉此可由該腔室依序傳輸一或更多個劑量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之脈波氣體傳輸系統，其中該控制器操作該進氣閥以便在該氣體在該腔室之中的壓力落在一預設水平以下時裝填該腔室。
  17. 一種氣體傳輸系統，其係包含：一工具，其係經構造及配置成可完成一使用數量精確的氣體來形成數個沉積層於一工件上之沉積製程；以及一莫耳傳輸裝置，其係包含：一脈波氣體傳輸裝置，其係經組態成可傳輸一氣體之一精確範圍及可重覆劑量至該工具；一具有固定容積之腔室，其係經構造及配置成各自 在由該腔室傳輸每一氣體劑量之前及之後，可使在該腔室內之該氣體保持一均一溫度以及使壓力穩定於一壓力範圍內；一進氣閥，其係經構造及配置成可打開以引導氣體至該腔室內；一排氣閥，其係經構造及配置成在一受控時間間隔期間可打開及關閉，以便在該時間間隔期間傳輸一要求劑量之一氣體脈波；一查找表，含有表示各種時間間隔之資料，每個時間間隔係為待由該腔室傳輸之對應氣體劑量與該腔室內之初始穩定壓力的函數；以及一控制器，其係經組態成可存取(access)該查找表，其中該控制器在傳輸每個脈波之前，單獨根據氣體之想要劑量水平與該氣體在該腔室內的初始穩定壓力來操作地控制該排氣閥的時間間隔。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中該系統為一原子層沉積系統。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之氣體傳輸系統，更包含至少兩個莫耳傳輸裝置，每一者經組態成可交替地傳輸兩前驅氣體(precursor gases)之數量經計量的脈波。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中該查找 表係填入原位產生的資料。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中全部根據以下關係式，藉由測量該腔室中之氣體由在該排氣閥打開時的初始壓力轉換到在該排氣閥關閉時的最終壓力所花費的時間來決定對應至一劑量及初始壓力的時間間隔：n=k(Pi-Pf)，其中n為以莫耳為單位的劑量，k為常數，Pi為該腔室內之初始穩定壓力，Pf為該腔室內之最終穩定壓力。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中在每一劑氣體由該腔室傳輸後，用氣體再裝填該腔室。
  23. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中在多劑氣體由該腔室傳輸後，用氣體再裝填該腔室。
  24. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中只在該腔室內之壓力落在一預設水平以下時，用氣體再裝填該腔室。
  25. 如申請專利範圍第17項所述之氣體傳輸系統，其中該進氣閥係經構成及配置成只要在該排氣閥關閉時就打開以便用 氣體裝填該腔室，以及關閉以便保持該氣體於該腔室內，藉此可由該腔室依序傳輸一或更多個劑量。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之氣體傳輸系統，其中該控制器操作該進氣閥以便在該氣體在該腔室之中的壓力落在一預設水平以下時裝填該腔室。
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DE (1) DE112011100280T5 (zh)
GB (1) GB2489372B (zh)
TW (1) TWI491761B (zh)
WO (1) WO2011090825A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8790464B2 (en) * 2010-01-19 2014-07-29 Mks Instruments, Inc. Control for and method of pulsed gas delivery
US9348339B2 (en) 2010-09-29 2016-05-24 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for multiple-channel pulse gas delivery system
US8997686B2 (en) 2010-09-29 2015-04-07 Mks Instruments, Inc. System for and method of fast pulse gas delivery
US10126760B2 (en) 2011-02-25 2018-11-13 Mks Instruments, Inc. System for and method of fast pulse gas delivery
US10353408B2 (en) * 2011-02-25 2019-07-16 Mks Instruments, Inc. System for and method of fast pulse gas delivery
US10031531B2 (en) 2011-02-25 2018-07-24 Mks Instruments, Inc. System for and method of multiple channel fast pulse gas delivery
TWI633200B (zh) * 2014-01-23 2018-08-21 烏翠泰克股份有限公司 蒸氣輸送系統
CN107460450B (zh) * 2015-11-11 2021-03-19 南通大学 用于制备组分渐变的铝镓酸铋薄膜的装置
US10515783B2 (en) * 2016-02-23 2019-12-24 Lam Research Corporation Flow through line charge volume
CN110195584B (zh) * 2018-02-26 2022-01-28 中国石油化工股份有限公司 随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法
CN111101115B (zh) * 2018-10-25 2022-03-22 北京北方华创微电子装备有限公司 气路切换装置及其控制方法、半导体加工设备
US11404290B2 (en) * 2019-04-05 2022-08-02 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for pulse gas delivery
US11718912B2 (en) * 2019-07-30 2023-08-08 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for calibrating concentration sensors for precursor delivery
US11513108B2 (en) * 2020-01-14 2022-11-29 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for pulse gas delivery with concentration measurement
CN112354210A (zh) * 2020-09-24 2021-02-12 清华大学 一种核用脉冲萃取柱的空气脉冲发生装置
CN112557990B (zh) * 2020-11-12 2024-07-09 珠海一多监测科技有限公司 电流互感器摩尔数量不均衡度在线监测诊断方法
CN113203443A (zh) * 2021-04-27 2021-08-03 西安热工研究院有限公司 一种压差型在线微量气体流量计及自动检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07217485A (ja) * 1993-12-27 1995-08-15 Ford Motor Co 燃料噴射器における圧力及び温度特性を補償する燃料噴射制御方法及び装置
US5742523A (en) * 1993-12-24 1998-04-21 Seva Method and device for supplying gas under pressure

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05127755A (ja) 1991-11-06 1993-05-25 Denki Kagaku Keiki Kk 気体流量制御装置
US6949202B1 (en) * 1999-10-26 2005-09-27 Reflectivity, Inc Apparatus and method for flow of process gas in an ultra-clean environment
US7189332B2 (en) * 2001-09-17 2007-03-13 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for detecting an endpoint in a vapor phase etch
TW552490B (en) 2001-10-18 2003-09-11 Ckd Corp Apparatus and method of pulse type flow rate adjustment
US6887521B2 (en) 2002-08-15 2005-05-03 Micron Technology, Inc. Gas delivery system for pulsed-type deposition processes used in the manufacturing of micro-devices
KR20040043861A (ko) * 2002-11-20 2004-05-27 태산엘시디 주식회사 디지털 게인 조정을 이용한 질량유량 제어기 및 동작방법
US20060060139A1 (en) * 2004-04-12 2006-03-23 Mks Instruments, Inc. Precursor gas delivery with carrier gas mixing
US20060207503A1 (en) * 2005-03-18 2006-09-21 Paul Meneghini Vaporizer and method of vaporizing a liquid for thin film delivery
US7628860B2 (en) * 2004-04-12 2009-12-08 Mks Instruments, Inc. Pulsed mass flow delivery system and method
US7628861B2 (en) * 2004-12-17 2009-12-08 Mks Instruments, Inc. Pulsed mass flow delivery system and method
US20060130755A1 (en) 2004-12-17 2006-06-22 Clark William R Pulsed mass flow measurement system and method
US7608549B2 (en) * 2005-03-15 2009-10-27 Asm America, Inc. Method of forming non-conformal layers
US7735452B2 (en) * 2005-07-08 2010-06-15 Mks Instruments, Inc. Sensor for pulsed deposition monitoring and control
US8790464B2 (en) * 2010-01-19 2014-07-29 Mks Instruments, Inc. Control for and method of pulsed gas delivery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5742523A (en) * 1993-12-24 1998-04-21 Seva Method and device for supplying gas under pressure
JPH07217485A (ja) * 1993-12-27 1995-08-15 Ford Motor Co 燃料噴射器における圧力及び温度特性を補償する燃料噴射制御方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101523976B1 (ko) 2015-06-10
US8790464B2 (en) 2014-07-29
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