專利名稱：用于控制流到處理腔室的氣流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及用于控制流到處理腔室的氣流的方法和裝置。
技術(shù)背景對(duì)于許多微電子器件制造工藝，氣流的精確控制是重要的工藝控制因素。 在半導(dǎo)體處理腔室中在襯底和襯底支架之間提供氣體是一種用于改善襯底和 襯底支架之間的熱傳遞并從而增強(qiáng)襯底溫度控制的精確性和均勻性的眾所周 知的方法。另外，為了獲得所需的處理結(jié)果，特別是隨著關(guān)鍵尺寸和薄膜厚度 縮小，需要精確控制流到處理腔室中的工藝氣流。并且，可以將氣體添加到處理腔室流出物流(effluent shrink),以減輕襯底處理的環(huán)境影響。必須要很好地 控制添加到流出物流中的氣體，從而確保有效成本和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救。與半導(dǎo)體處理腔室一起使用的傳統(tǒng)氣體輸送系統(tǒng)一般包括氣體質(zhì)量流量 計(jì)(mass gas flow meter, MFC)作為主要的流量調(diào)整器件。然而，MFC的精 確度可能受到引起實(shí)際氣流的不確定性的多個(gè)因素影響。例如，MFC的精確 性通常將隨溫度、輸送管道壓力和容量(volume)的變化而改變。由于MFC 不準(zhǔn)確引起的從氣流設(shè)定點(diǎn)的偏差將引起處理缺陷、差的排放控制和昂貴氣體 的無(wú)效浪費(fèi)。盡管傳統(tǒng)的壓力控制系統(tǒng)已經(jīng)證明相對(duì)可靠，但是利用現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試 驗(yàn)己經(jīng)增加了對(duì)于流量進(jìn)行更準(zhǔn)確測(cè)量的要求。例如，在背側(cè)襯底冷卻應(yīng)用中 所使用的氣流的不良控制將導(dǎo)致不良的襯底溫度控制，從而導(dǎo)致差的薄膜沉積 或蝕刻結(jié)果，這在下一代電路設(shè)計(jì)中是無(wú)法容忍的。然而，傳統(tǒng)的氣體輸送系統(tǒng)一般具有固定的導(dǎo)管，用于將氣體從氣源發(fā)送 到處理腔室中。因而，只有預(yù)定組合的工藝氣體可在任意時(shí)間被傳送到處理腔 室中。該固定的氣體傳送路徑阻擋了工藝靈活性。例如，具有固定氣體傳送路 徑的處理腔室不能容納需要不同組合的工藝氣體的新的或修改的工藝菜單。另 外，一種具有設(shè)計(jì)以輸送一種組合的工藝氣體從而執(zhí)行第一工藝的處理腔室不能執(zhí)行利用不同組合氣體的第二工藝，從而阻止處理腔室用于其它工藝，并使半導(dǎo)體代工廠(FAB)擁有者投資其它的固定設(shè)備(capitol equipment)。因而，期望設(shè)計(jì)一種具有更好靈活性的氣體輸送系統(tǒng)。因此，需要一種用于控制至半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的氣體輸送的改進(jìn)的方法和裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用于將氣體輸送到半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的方法和裝置。在一個(gè) 實(shí)施方式中，用于將氣體輸送到半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的裝置包括具有入口的多個(gè)氣 體輸入管道和具有出口的多個(gè)氣體輸出管道。提供耦接各對(duì)氣體輸入和氣體輸 出管道的多個(gè)連接管道。連接閥配置為控制經(jīng)過(guò)各個(gè)連接管道的流量。多個(gè)氣 體質(zhì)量流量控制器配置為控制流入各自入口的流量。在另一實(shí)施方式中，提供一種用于控制到處理系統(tǒng)的氣流的方法，其中該處理系統(tǒng)包括經(jīng)過(guò)前級(jí)管道耦接到設(shè)備排氣裝置的處理腔室，該方法包括提 供具有至少第一、第二、第三和第四入口的歧管，該入口可選擇性耦接到第一、 第二、第三和第四出口的至少其中之一；在處理或到校準(zhǔn)管路之前，流動(dòng)一種 或多種氣體經(jīng)過(guò)歧管到旁通處理腔室的真空環(huán)境；以及在襯底處理期間，流動(dòng) 一種或多種氣體進(jìn)入處理腔室。在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于控制到處理系統(tǒng)的控制氣流的方法， 該處理系統(tǒng)包括經(jīng)過(guò)前級(jí)管道耦接到設(shè)備排氣裝置的處理腔室。該方法包括 流動(dòng)來(lái)自第一氣源的第一氣體進(jìn)入至少具有第一出口、第二出口、第三出口和 第四出口的歧管中；流動(dòng)來(lái)自第二氣源的第二氣體進(jìn)入歧管；選擇歧管內(nèi)闊的操作狀態(tài)，以在處理模式下使第一和第二氣體經(jīng)過(guò)第二或第三出口的至少其中之一排出；流動(dòng)第一和第二氣體進(jìn)入歧管并且進(jìn)入旁通處理腔室的前級(jí)管道直 到獲得歧管內(nèi)氣體的預(yù)定狀態(tài)；在已經(jīng)獲得預(yù)定狀態(tài)之后，導(dǎo)引從歧管排出的 第一和第二氣體進(jìn)入到處理腔室；并且處理所述處理腔室內(nèi)的襯底。


為了能詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征，將參照部分在附圖中示出的實(shí)施方式 對(duì)以上的概述進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)該注意到，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，并因此其不能被理解為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明 允許存在其它等效的實(shí)施方式。圖1是耦接到本發(fā)明的氣體輸送系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體處理腔室 的簡(jiǎn)要示意圖；圖2是圖1的氣體輸送系統(tǒng)的混合歧管的一個(gè)實(shí)施方式的簡(jiǎn)要視圖； 圖3是混合歧管的另一實(shí)施方式的簡(jiǎn)要視圖； 圖4是兩個(gè)彼此耦接的混合歧管的一個(gè)實(shí)施方式的簡(jiǎn)要視圖； 圖5是耦接到氣體輸送系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體處理腔室的簡(jiǎn)要視 圖；以及圖6是耦接到氣體輸送系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體處理腔室的簡(jiǎn)要視圖。為了有助于理解，盡可能使用相似的附圖標(biāo)記表示附圖中共有的相似元 件。應(yīng)該理解， 一個(gè)實(shí)施方式的特征可以有益地結(jié)合到其它實(shí)施方式中而不用 進(jìn)一步闡述。
具體實(shí)施方式
圖1描述了氣體輸送系統(tǒng)100的簡(jiǎn)要視圖，其用于將氣體供應(yīng)到示例性的 半導(dǎo)體處理腔室114。處理腔室114用于執(zhí)行化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣 相沉積(PVD)、蝕刻工藝、離子注入、熱處理、灰化、除氣、定向或其它真 空處理技術(shù)?？刂破?50耦接到處理腔室114和氣體輸送系統(tǒng)100，以控制其 操作?？刂破?50—般包括處理器、輔助電路和存儲(chǔ)器。位于處理腔室U4外部的氣體輸送系統(tǒng)IOO包括耦接到氣體歧管134的多 個(gè)氣源。歧管134包括能使任意組合的氣源耦接到處理腔室114的多個(gè)閥(將 在以下討論)。歧管134還用于允許獨(dú)立的系統(tǒng)組件和導(dǎo)管的快速排放和流量 校驗(yàn)(flow verification)。盡管系統(tǒng)100配置為與任意數(shù)目的氣源接口 ，但是 在圖1中示出的實(shí)施方式中示出了六個(gè)氣源102A-F。每個(gè)氣源102A-F耦接到各個(gè)歧管入口 104A-F。截止閥142和質(zhì)量流量計(jì) (MFC) 170設(shè)置在每個(gè)氣源102A-F和相應(yīng)的歧管入口 104A-F之間，以控制 從每個(gè)源102A-F進(jìn)入到歧管134的氣體的流量。歧管134包括多個(gè)歧管出口 106A-F，其可經(jīng)過(guò)歧管入口 104A-F而選擇性地耦接到氣源102A-F的任意一個(gè)。至少一個(gè)出口 106A-F耦接到校準(zhǔn)管路144禾Q/或凈化管道154。在圖1中示出的實(shí)施方式中，提供了六個(gè)氣體出口 106A-F。第一氣體輸 送出口 106A耦接到校準(zhǔn)管路144，其用于精確測(cè)量氣流。校準(zhǔn)管路144包括 孔130 (orifice),其設(shè)計(jì)大小以提供阻塞的流動(dòng)條件(chocked flow condition)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)孔130的大小，從而提供基本等于處理腔室的限制的 限制。孑L 130在歧管134中產(chǎn)生流動(dòng)條件(flow condition),其類似于當(dāng)氣體流 入處理腔室114中時(shí)存在的條件。校準(zhǔn)管路144可用于執(zhí)行MFC或其它系統(tǒng) 組件的流量校驗(yàn)，同時(shí)不需要流入實(shí)際的處理腔室114?？?30可通過(guò)實(shí)驗(yàn)、 經(jīng)驗(yàn)分析或通過(guò)其它適當(dāng)?shù)姆椒ǘ_定。在一個(gè)實(shí)施方式中，孔130可以通過(guò) 測(cè)量孔130的壓力下游(pressure downstream)以及調(diào)整孔尺寸直到實(shí)現(xiàn)所需 的壓力而確定。在一個(gè)實(shí)施方式中，校準(zhǔn)管路144包括氣源、分流閥(diverter valve)、 孔、調(diào)節(jié)器件和感應(yīng)管路。調(diào)節(jié)器件流體性耦接在氣源和分流閥的入口之間。 孔流體性耦接到分流閥的第一出口并具有與處理腔室基本相同的流動(dòng)阻力。感 應(yīng)管路用于接收經(jīng)過(guò)孔的氣體的流量。在另一實(shí)施方式中，校準(zhǔn)管路144利用 己校準(zhǔn)過(guò)的容積而接收氣流。通過(guò)從己校準(zhǔn)容積中的氣體所測(cè)量得到的性能和 /或?qū)傩裕蓹z驗(yàn)進(jìn)入感應(yīng)管路的氣體的流速和/或壓力。在另一實(shí)施方式中， 校準(zhǔn)管路144利用未校準(zhǔn)的容量而接收氣流。通過(guò)測(cè)量在未校準(zhǔn)容量中氣體的 性能和/或?qū)傩噪S著時(shí)間的變化，可檢驗(yàn)進(jìn)入感應(yīng)管路的氣體的流速和/或壓力。 在又一實(shí)施方式中，校準(zhǔn)管路144包括設(shè)置在已校準(zhǔn)容量中的振動(dòng)構(gòu)件。在其 它實(shí)施方式中，校準(zhǔn)管路144可包括感應(yīng)器，其用于檢測(cè)設(shè)置在已校準(zhǔn)容量中 的氣體的電特性或磁特性中至少之一。在再一實(shí)施方式中，校準(zhǔn)管路144包括 由懸臂支持的罐(tank)。離開(kāi)校準(zhǔn)管路144的流體通過(guò)校準(zhǔn)管路出口管道142而耦接到凈化管道 154。隔離閥140選擇性隔離校準(zhǔn)管路144與凈化管道154。凈化管道154耦 接到退出處理腔室114接到設(shè)備排氣裝置136的前級(jí)管道138。出口 106B-E耦接到處理腔室114的一個(gè)或多個(gè)入口，以供應(yīng)來(lái)自氣源 102A-F的各種工藝氣體。在圖1中示出的實(shí)施方式中，出口 106B-E分別耦接 到處理腔室114的入口 110A-D。多個(gè)最終閥116可分別耦接在歧管出口 106B-E和腔室入口 110A-D之間，以用作進(jìn)入處理腔室114的氣流的開(kāi)/關(guān)流量控制。第六口 106F經(jīng)過(guò)隔離閥172耦接到凈化管道154。當(dāng)隔離閥172被打開(kāi) 時(shí)，凈化管道154提供快速排放路徑，其有助于從氣體歧管134有效地去除氣 體以及有助于氣體進(jìn)入到設(shè)備排放裝置136。節(jié)流閥156可用于控制從歧管134 經(jīng)過(guò)凈化管道154的氣體的流量?？焖倥欧怕窂皆试S在氣體之間的串?dāng)_最小的 情況下實(shí)現(xiàn)快速氣體變化?？焖倥欧怕窂竭€可選擇性耦接到歧管出口 106A-E和校準(zhǔn)管路144。在圖 1中示出的實(shí)施方式中，旁通閥108A-E設(shè)置在歧管出口 106A-E和凈化管道 154之間。旁通閥108A-E可選擇性操作，以將出口 106A-E耦接到前級(jí)管道 138。例如，旁通閥108A可選擇性操作以導(dǎo)引從歧管出口 108A排出的氣體進(jìn) 入凈化管道154而，旁通校準(zhǔn)管路144。在另一實(shí)施例中，旁通閥108B-E可 選擇性操作以導(dǎo)引從歧管出口 106B-E排出的氣體進(jìn)入凈化管道154而，旁通 處理腔室114。隔離閥172控制從歧管134的第六口 106F進(jìn)入凈化管道154 的流量。還可在氣體輸送系統(tǒng)100中的各種位置處提供感應(yīng)器190，以提供表示在 系統(tǒng)100內(nèi)氣流和/或化學(xué)物質(zhì)的度量。控制器150可以利用由感應(yīng)器190提 供的度量以調(diào)整氣體輸送系統(tǒng)100的MFC 170或其它組件的輸出，從而使得 具有所需組分、壓力、速度或體積的氣體提供到腔室114。感應(yīng)器190可以是 壓力感應(yīng)器、化學(xué)物質(zhì)感應(yīng)器(chemistry sensor)、流速感應(yīng)器等等。圖2是在圖1中示出的歧管134的一個(gè)實(shí)施方式的簡(jiǎn)要視圖。每個(gè)歧管入 口 104A-F分別耦接到入口氣體輸送管道220A-F，以有助于將氣體從氣源 102A-F傳送到歧管134中。每個(gè)歧管出口 106A-F分別耦接到出口氣體輸送管 道232A-F。每個(gè)氣體輸送管道232A-F可選擇性耦接到一個(gè)或多個(gè)入口氣體輸 送管道220A-F。盡管歧管134可配置為與任意數(shù)目的入口氣體出口氣體輸送 管道接口，但是在圖2中示出的實(shí)施方式中示出了六個(gè)氣體輸送管道102A-F 和六個(gè)出口氣體輸送管道232A-F。通常，氣體入口輸送管道的數(shù)目與氣源的 數(shù)目相當(dāng)。入口氣體輸送管道220A包括多個(gè)連接管道250A-F，其將入口氣體輸送管 道220A耦接到各個(gè)出口氣體輸送管道232A-F。根據(jù)閥204A-F的所選操作狀 態(tài)，連接閥204A-F設(shè)置為與連接管道250A-F相通并且可操作以經(jīng)過(guò)入口氣體輸送管道220A將入口氣體輸送管道220A流體性地耦接到一個(gè)或多個(gè)出口 氣體輸送管道232A-F。連接閥204A-F將氣源102A選擇性地耦接到所選的出 口 106A-F,從而控制從源102A提供的氣體通過(guò)歧管134的路由(routing)。 例如，如果連接閥204A處于打開(kāi)操作狀態(tài)同時(shí)連接閥204B-F保持關(guān)閉，來(lái) 自源102A的氣體經(jīng)過(guò)出口 106A發(fā)送到校準(zhǔn)管路122。在另一實(shí)施例中，如 果連接閥204B-C處于打開(kāi)操作狀態(tài)同時(shí)連接閥204A、 D-F保持關(guān)閉，來(lái)自源 102A的氣體經(jīng)過(guò)出口 106B-C被發(fā)送。其它入口氣體輸送管道220B-F的每一 個(gè)都類似地配置有連接管道250A-F和閥204A-F，用于將入口氣體輸送管道 220B-F耦接到各個(gè)出口氣體輸送管道232A-F。省略與入口氣體輸送管道 220B-F相關(guān)的標(biāo)號(hào)250A-F和204A-F，以避免圖2的混亂。圖3描述了氣體歧管334的可選實(shí)施方式。氣體歧管334基本類似于在圖 2中描述的氣體歧管134，除了其中氣體歧管334包括多個(gè)可變連接閥304A-F， 其將氣體入口輸送管道220A耦接到每個(gè)氣體出口輸送管道232A-F?？烧{(diào)整可 變連接閥304A-F，以允許經(jīng)過(guò)氣體入口輸送管道220A的一定比例的流量進(jìn)入 各個(gè)氣體出口輸送管道?？勺冞B接閥304A-F可以是比例閥、夾管閥、節(jié)流閥、 質(zhì)量流量控制器、針閥或適于調(diào)節(jié)入口和出口管道之間的流量的其它流量控制 器件?？梢钥刂瓶勺冞B接閥304A-F的操作狀態(tài)以使通過(guò)閥的流量與旁通該閥的 流量為所需比率，從而閥304A-F作為管道220A中的流量比率控制器工作。 響應(yīng)通過(guò)感應(yīng)器190 (未在圖3中示出)提供的度量，可通過(guò)控制器150調(diào)整 可變連接閥304A-F的操作狀態(tài)。以這種方式，例如，響應(yīng)由感應(yīng)器190提供 的度量，可調(diào)整從單一氣體輸入輸送管道220A提供到兩個(gè)(或多個(gè))氣體出 口輸送管道232A-F中的氣體的比率，使得可在歧管334的出口 106A-F處獲 得目標(biāo)化學(xué)組分、流速和/或壓力。其它入口氣體輸送管道220B-F的每一個(gè)都 類似地配置有連接管道250A-F和閥304A-F，用于將入口氣體輸送管道220B-F 耦接到各個(gè)出口氣體輸送管道232A-F。省略與入口氣體輸送管道220B-F相關(guān) 的標(biāo)號(hào)250A-F和304A-F，以避免圖3的混亂。返回圖2，歧管134可另外地包括橋接管路202。橋接管路202包括橋接 管道260，其可通過(guò)各個(gè)選擇器閥262A-F而選擇性耦接到每個(gè)輸出管道 232A-F。使用橋接管路202，任意的流動(dòng)組件，例如，連接閥204中的一個(gè)，可以耦接到校準(zhǔn)管路144。橋接管路202還允許與例如源102A的流體源聯(lián)系 的MFC170經(jīng)由結(jié)合連接閥204A的阻力的第二路徑而耦接到校準(zhǔn)管路144。 而且，橋接管路202允許每個(gè)輸出管道232A-E從相對(duì)端耦接(經(jīng)過(guò)輸出管道 232F)到凈化管道154，從而減少凈化歧管134所需的時(shí)間。還可提供多個(gè)斷路器(disconnect)以允許多個(gè)氣體歧管134的耦接。在 圖2中示出的實(shí)施方式中，第一組的斷路器216A鄰近每個(gè)出口 106A-F設(shè)置， 而第二組斷路器216B設(shè)置在橋接管道260和閥262A-F之間的橋接管路202 中。例如，如在圖4中所示，第二組斷路器216B允許去除第一歧管434A的 橋接管道260，并且使用每個(gè)歧管434A、 434B的斷路器216A、 216B的配對(duì) 部分，允許第一歧管434A的氣體出口輸送管道232A的第一端402耦接到第 二歧管434B的出口管道232A的第二端404。其它出口管道232B-F (未在圖 3中示出)類似地耦接。應(yīng)該理解，任意數(shù)目的歧管以該方式耦接在一起。返回圖2，在以上所述的一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)器190可以與管道220A-F、 232A-F、 260、 154接口，以提供表示系統(tǒng)100內(nèi)的氣流和/或化學(xué)物質(zhì)的度量。 控制器150利用由感應(yīng)器l卯提供的度量調(diào)整MFC 170、閥262A-F、 204A-F、 304A-F或氣體輸送系統(tǒng)100的其它組件的操作狀態(tài)，從而使得具有所需組分、 壓力、速度或體積的氣體提供到腔室114。度量還可用于監(jiān)控氣體輸送系統(tǒng)100 的各種部分內(nèi)的氣體組分，使得可以實(shí)時(shí)檢測(cè)凈化、化學(xué)混合、氣體變化等等 的狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間并使昂貴工藝氣體的浪費(fèi)最小。圖5描述了用于供應(yīng)氣體到處理腔室114的另一實(shí)施方式的氣體輸送系統(tǒng) 500。氣體輸送系統(tǒng)500包括如上所述耦接到氣源102A-F、凈化管道154和校 準(zhǔn)管路144的歧管134。歧管134的出口 106B-E選擇性耦接到處理腔室114 的入口 516、 518，以有助于傳送氣體到處理腔室114。在圖5中所示的實(shí)施方 式中，兩個(gè)分離的氣體入口 516、 518用于將從歧管134供應(yīng)的氣體輸送到處 理腔室114。在一個(gè)實(shí)施方式中，入口 516提供氣體到處理腔室114的中央， 同時(shí)入口518設(shè)置得比入口518更靠外側(cè)并且提供氣體到處理腔室的外部區(qū)域 (例如，到設(shè)置在腔室內(nèi)的襯底的外圍)。例如，入口 516可提供氣體到噴頭 的中央?yún)^(qū)域，同時(shí)入口 518可提供氣體到噴頭的外部區(qū)域。在另一實(shí)施例中， 入口 516可設(shè)置在處理腔室的頂部中并且向下提供氣體到襯底，而入口 518 設(shè)置在處理腔室的側(cè)壁中并且提供氣體到襯底的外部區(qū)域。在又一實(shí)施方式中，氣體可分別經(jīng)由入口 516、 518而提供，使得氣體的混合僅在處理腔室114 的內(nèi)部空間內(nèi)發(fā)生一次。流量比率控制器(FRC) 502、 504耦接到每個(gè)出口 106D-E。 FRC 502、 504將從每個(gè)出口 106D-E排出的流量進(jìn)行劃分，使得在處理腔室114的每個(gè) 入口 516、 518之間提供預(yù)定流量比率。FRC 502、 504可具有固定的輸出比率， 或者可具有可調(diào)整的輸出比率。FRC 502、 504的輸出和歧管輸出口 106B-C可 分別結(jié)合到共同的輸送管道522、524。通過(guò)僅設(shè)置在處理腔室114的入口 516、 518的上游的最終閥508、 506控制經(jīng)過(guò)每個(gè)輸送管道522、 524的流量。旁通閥510、 512耦接到每個(gè)輸送管道522、 524。旁通閥510、 512可打 開(kāi)，以將每個(gè)輸送管道522、 524耦接到凈化管道154。所述的氣體輸送系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)提供多種優(yōu)點(diǎn)。除了系統(tǒng)的模塊 性，氣體輸送系統(tǒng)可操作以提供預(yù)流路徑、快速排放路徑、受控化學(xué)混合、更 有效地使用化學(xué)物質(zhì)、降低填充和排放時(shí)間、用于化學(xué)物質(zhì)輸送精細(xì)調(diào)節(jié)的閉 環(huán)控制和流量校驗(yàn)。預(yù)流路徑在一個(gè)模式的操作中，預(yù)流路徑限定為經(jīng)過(guò)氣體輸送系統(tǒng)100并且提供從 化學(xué)物質(zhì)源(例如，源102A-F)經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)閥至與處理腔室114分離的 真空環(huán)境的連接(例如，經(jīng)過(guò)凈化管道154的前級(jí)管道138)。在處理腔室114 中需求氣體之前，可在基本匹配氣體條件下，仿佛氣體正流入處理腔室114 中，將氣體供應(yīng)到氣體輸送系統(tǒng)100的歧管134的適當(dāng)管道中。這允許歧管 134內(nèi)的氣體快速達(dá)到就緒狀態(tài)條件，即基本保持一種氣體轉(zhuǎn)移到處理腔室 114中。由于預(yù)流路徑允許氣體輸送系統(tǒng)100內(nèi)的氣體在被輸送到處理腔室114 中之前在"工藝條件"下穩(wěn)定，所以一旦到腔室中的流動(dòng)開(kāi)始，則輸送系統(tǒng) IOO內(nèi)的流動(dòng)條件(flow condition)就很少或沒(méi)有變化，與通常經(jīng)歷壓力降低 和減少流速的傳統(tǒng)氣體輸送系統(tǒng)不同。因而，由于預(yù)流路徑提供基本相同的阻 力和流動(dòng)條件，好像氣體正在流入處理腔室中似的，所以可以快速建立在處理 腔室內(nèi)的氣體均勻性?？梢允褂霉?jié)流閥144以將預(yù)流氣體路徑中的條件與處理 腔室114中的條件匹配。另外，任何流量分配器件，諸如流量比率控制器502、 504或閥304A-F，可具有在處理之前被發(fā)送到預(yù)流路徑中的輸出，從而使得分配置器件的輸出在 流量被輸送到處理腔室之前穩(wěn)定。在一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)流路徑限定為經(jīng)過(guò)凈化管道154和通過(guò)歧管出口 106A-B經(jīng)過(guò)旁通閥108A-F并入進(jìn)入凈化管道154 中的旁通管道?？焖倥欧怕窂皆诹硪荒Ｊ降牟僮髦?，快速排放路徑限定為在氣體輸送系統(tǒng)100中并提供 從歧管134經(jīng)過(guò)凈化管道154到前級(jí)管道138的連接?？焖倥欧怕窂教峁幕?學(xué)物質(zhì)輸送源經(jīng)過(guò)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)閥的處理腔室輸送路徑到與處理腔室114 分離的真空環(huán)境的連接(例如，經(jīng)過(guò)凈化管道154的前級(jí)管道138)?？焖倥?放路徑耦接到每個(gè)腔室連接，從而在任何兩個(gè)流量限制之間存在至少一個(gè)連 接，諸如流量比率控制器502、 504，閥304A-F或其它流量限制。當(dāng)需要在處 理腔室114內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)變化時(shí)，將打開(kāi)到真空環(huán)境的隔離闊172和旁通閥 108A-E，從化學(xué)輸送路徑去除過(guò)剩的工藝化學(xué)物質(zhì)。如上所述，確定歧管134內(nèi)的各種閥的操作狀態(tài)的順序，從而最小化經(jīng)過(guò) 快速排放路徑從氣體輸送系統(tǒng)100去除化學(xué)物質(zhì)的凈化時(shí)間。另外，還可確定 閥204A-F的操作狀態(tài)的順序，從而當(dāng)歧管134的特定區(qū)域騰空在之前工藝中 使用的化學(xué)物質(zhì)，然后騰空的區(qū)域可由新的化學(xué)物質(zhì)填充，使得以最有效的方 式更換歧管134內(nèi)的氣體。而且，當(dāng)歧管134的一定部分可以相對(duì)于歧管的其 它部分更快速地排空時(shí)，以允許新的化學(xué)物質(zhì)替代舊的化學(xué)物質(zhì)的方式確定閥 204A-F的順序，以在盡可能短的時(shí)間中達(dá)到平衡(例如，工藝流量條件)。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將來(lái)自源102A-F的較高壓力、體積和/或流量的替 代氣體提供到歧管134的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中，以加速變換。當(dāng)從歧管134排出 的替代氣體的流量接近所需的化學(xué)物質(zhì)混合、壓力和/或體積時(shí)，以保持流出 歧管134的所需流量的方式，流入化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)100的化學(xué)物質(zhì)的流量可 被降低到所需級(jí)別。在化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)100將由來(lái)自較早工藝的化學(xué)物質(zhì)填 充的情形下，改變進(jìn)入化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)的流量(即，降低或增加，取決于所 需效果)，使得進(jìn)入處理腔室的所需流量盡可能快地達(dá)到所需值。當(dāng)流出歧管 的化學(xué)物質(zhì)接近所需的化學(xué)物質(zhì)混合和流速時(shí)，以保持進(jìn)入處理腔室114的所 需流量的方式將進(jìn)入歧管134的化學(xué)物質(zhì)流量調(diào)整朝向所需流速。在另一實(shí)施方式中，可通過(guò)確定閥204A-F的順序而加速化學(xué)物質(zhì)變化， 使得只有含有還沒(méi)有被替代的氣體的氣體輸送管道232A-F保持耦接到凈化管 道154。 一旦從其中一個(gè)氣體輸送管道232A-F或在其它預(yù)定位置檢測(cè)到替代 氣體退出歧管134，供應(yīng)替代氣體的氣體輸送管道232A-F從凈化管道154斷 開(kāi)，使得不浪費(fèi)替代氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，替代氣體可以被從凈化管道 154轉(zhuǎn)向至處理腔室114中，直到完成變換(changeover)。以這種方式，凈 化管道154的抽氣容量只專用于需要去除氣體的那些管道，使得以有效的方式 進(jìn)行處理氣體的變換。還應(yīng)該理解，對(duì)于至少部分變換時(shí)間，最快速的排放路 徑可包括氣流經(jīng)橋接管路202發(fā)送到凈化管道154?；瘜W(xué)物質(zhì)混合和閉環(huán)控制在另一模式的操作中，氣體輸送系統(tǒng)100可用于增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)混合。在一 個(gè)實(shí)施方式中，化學(xué)物質(zhì)混合使用閥304A-F或通過(guò)耦接兩個(gè)或多個(gè)源102A-F 到單一的氣體出口輸送管道232A-F可以發(fā)生在歧管134內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，感應(yīng)器190可用于提供氣體輸送系統(tǒng)內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)混 合的閉環(huán)控制。通過(guò)使用感應(yīng)器190監(jiān)控進(jìn)入腔室114的化學(xué)物質(zhì)，退出歧管 134的化學(xué)物質(zhì)和/或在氣體輸送系統(tǒng)100內(nèi)的任何其它點(diǎn)的化學(xué)物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn) 化學(xué)物質(zhì)參數(shù)，諸如所需的組分(例如，氣體混合)、速度和/或壓力的實(shí)時(shí) 調(diào)整。例如，如果感應(yīng)器在出口 106C處檢沒(méi)到從歧管排出的來(lái)自源102A-B 的化學(xué)物質(zhì)的流量比率不合適，則可以調(diào)整將入口輸送管道220A-220B耦接 到出口輸送管道232C的閥304C的操作狀態(tài)，以使化學(xué)物質(zhì)流達(dá)到所需的目 標(biāo)比率?？墒褂闷渌y或流量比率控制器執(zhí)行相同的處理。來(lái)自感應(yīng)器190 的信息還可以用于調(diào)整MFC設(shè)置、由源102A-F提供的氣體的流速和/或壓力。氣體和/或化學(xué)物質(zhì)的保存在另一模式的操作中，氣體輸送系統(tǒng)100增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)的有效使用。例如， 以從歧管134最有效地去除氣體并且具有氣體的最小混合的方式排列其中閥 204A-F、 172、 108A-E、 262A-F的操作狀態(tài)變化的次序，從而允許更快的響 應(yīng)時(shí)間和減小處理時(shí)間。因而，在氣體變化期間，可使用節(jié)流閥156調(diào)整氣體 經(jīng)過(guò)輸送路徑(例如，經(jīng)過(guò)出口管道232A-F)抽吸并進(jìn)入到凈化管道154的速度，從而使氣體快速經(jīng)過(guò)歧管134。然而，當(dāng)凈化管道154抽吸經(jīng)過(guò)歧管134 氣體時(shí)，含有預(yù)備進(jìn)行下一個(gè)處理次序的氣體的管道，諸如新的替代氣體、凈 化氣體和/或之前包含于歧管中的最后的剩余物，可從凈化管道154轉(zhuǎn)向并流 入處理腔室114。這允許耦接到凈化管道154的剩余管道更加快速地排空。在 一個(gè)實(shí)施方式中，由感應(yīng)器190提供的度量可用于表示從凈化管道154到腔室 114應(yīng)當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí)的時(shí)間，例如，通過(guò)氣體的組分、管道內(nèi)氣體的流速和/ 或壓力的變化或穩(wěn)定性。流量校驗(yàn)在另一模式的操作中，氣體輸送系統(tǒng)100可用于使用校準(zhǔn)管路144校驗(yàn)系 統(tǒng)內(nèi)任意組分的流速。例如，系統(tǒng)100的閥可提供從任意一個(gè)入口到校準(zhǔn)管路 144的流動(dòng)。在另一實(shí)施例中，可校驗(yàn)由系統(tǒng)的閥分流的多個(gè)流沿著分流后的 流的每個(gè)分支的流速。圖6是耦接到另一實(shí)施方式的氣體輸送系統(tǒng)600的半導(dǎo)體處理腔室114 的簡(jiǎn)要視圖。氣體輸送系統(tǒng)600基本類似于以上所述的氣體輸送系統(tǒng)配置，除 了其中系統(tǒng)600包括耦接到系統(tǒng)的歧管134的至少一個(gè)出口 106A-F的存儲(chǔ)罐 630。存儲(chǔ)罐630可耦接到處理腔室114、第二處理腔室614 (以虛線示出)、 第二處理腔室614的氣體輸送系統(tǒng)100 (500或600)、校準(zhǔn)管路144或設(shè)備 排氣裝置136的至少一個(gè)或多個(gè)?？商峁└袘?yīng)器190，以提供表示罐630內(nèi)的 氣體的度量。在一個(gè)實(shí)施方式中，度量可表示氣體壓力、氣體組分(例如，化 學(xué)物質(zhì))、溫度或其它屬性。在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)出口 106A-F可單獨(dú)地耦接到罐630。在另一實(shí) 施方式中，罐630可分段(如以虛線示出)，使得每個(gè)106A-F可以保持在罐 630中而不混合，然后單獨(dú)耦接到處理腔室114?？蛇x地，可以使用分離的罐 630。還應(yīng)該理解，罐630的入口可用于將氣體輸送到處理腔室114。因而，具有快速排放路徑的氣體輸送系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于使從氣體輸送系統(tǒng)供應(yīng) 的處理氣體以穩(wěn)定的氣流和最小的波動(dòng)而進(jìn)入到處理系統(tǒng)中。使用快速排放路 徑以提供可選的方式，以校驗(yàn)和/或校準(zhǔn)來(lái)自氣體輸送系統(tǒng)的氣流，從而提供 對(duì)供應(yīng)到處理系統(tǒng)的氣流的良好控制。雖然前述針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍下，本發(fā)明還有其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)所 確定。
權(quán)利要求
1、一種控制至處理系統(tǒng)的氣流的方法，其中該處理系統(tǒng)包括經(jīng)過(guò)前級(jí)管道而耦接到設(shè)備排氣裝置的處理腔室，該方法包含將來(lái)自第一氣源的第一氣體流入具有至少第一出口、第二出口、第三出口和第四出口的歧管中；將來(lái)自第二氣源的第二氣體流入所述歧管中；選擇所述歧管內(nèi)的閥的操作狀態(tài)，以在處理模式中時(shí)使第一和第二氣體經(jīng)過(guò)所述第二或第三出口中至少之一排出；使所述第一和第二氣體流過(guò)所述歧管并且流入旁通所述處理腔室的前級(jí)管道中，直到獲得所述歧管內(nèi)的氣體的預(yù)定狀態(tài)；在已經(jīng)獲得所述預(yù)定狀態(tài)之后導(dǎo)引所述第一和第二氣體排出所述歧管并流入處理腔室中；以及處理所述處理腔室內(nèi)的襯底。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 在完成襯底處理之后使所述第一和第二氣體流過(guò)所述歧管并流入旁通所述處理腔室的所述前級(jí)管道中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 用從第三氣源提供到所述歧管的第三氣體替代所述歧管中的第一氣體和第二氣體中至少一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 防止從所述歧管排出的第三氣體中至少之一進(jìn)入所述凈化管道或停止所述第三氣體的流動(dòng)；以及在所述第三氣體排出所述歧管時(shí)，繼續(xù)導(dǎo)引所述第一氣體或第二氣體中至 少一種進(jìn)入所述凈化管道。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，防止所述第三氣體進(jìn)入所 述凈化管道或停止所述第三氣體的流動(dòng)的步驟中至少之一進(jìn)一步包含將第三氣體流入所述處理腔室。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，防止所述第三氣體進(jìn)入所 述凈化管道或停止所述第三氣體的流動(dòng)的步驟中至少之一進(jìn)一步包含從所述凈化管道去耦一出口 ，其中經(jīng)過(guò)該出口所述第三氣體從所述歧管排出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 調(diào)整所述歧管中至少一個(gè)閥的操作狀態(tài)，以獲得從一個(gè)氣源經(jīng)過(guò)至少兩個(gè)出口的流量的比率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述歧管中至少一個(gè) 閥的操作狀態(tài)進(jìn)一步包含-感應(yīng)從所述歧管排出的氣體的度量；以及調(diào)整所述歧管中至少一個(gè)閥的操作狀態(tài)，以改變通過(guò)至少兩個(gè)出口的流量 的比率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 感應(yīng)從所述歧管排出的氣體的度量；以及響應(yīng)所感應(yīng)到的度量而調(diào)整進(jìn)入所述歧管的至少一種氣體的流量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含感應(yīng)進(jìn)入腔室的氣體的度量；以及 響應(yīng)所感應(yīng)到的度量而調(diào)整至少一個(gè)流量比率控制器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 感應(yīng)進(jìn)入腔室的氣體的度量；以及響應(yīng)所感應(yīng)到的度量而調(diào)整進(jìn)入所述腔室的氣體的組分。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含 感應(yīng)進(jìn)入腔室的氣體的度量；以及響應(yīng)所感應(yīng)到的度量而調(diào)整進(jìn)入所述腔室的氣體的壓力。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含選擇所述歧管內(nèi)的閥的操作狀態(tài)，以使所述第一氣體和第二氣體中至少一 種經(jīng)過(guò)所述第四出口排出并進(jìn)入校準(zhǔn)管路。
14、 一種控制至處理系統(tǒng)的氣流的方法，其中該處理系統(tǒng)包括經(jīng)過(guò)前級(jí)管道而耦接到設(shè)備排氣裝置的處理腔室，該方法包含提供具有第一、第二、第三和第四入口的歧管，所述第一、第二、第三和第四入口可選擇性耦接到第一、第二、第三和第四出口中至少之一；在處理或至校準(zhǔn)管路之前，將一種或多種氣體流過(guò)所述歧管至旁通所述處理腔室的真空環(huán)境；以及在襯底處理期間，將所述一種或多種氣體流入所述處理腔室。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將一種或多種氣體流過(guò) 所述歧管至真空環(huán)境的步驟進(jìn)一步包含在將所述氣流轉(zhuǎn)向所述處理腔室之前，等待直到氣體的流量滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為流速、壓力 或氣體組分中的至少一種。
17、 一種控制至包括處理腔室的處理系統(tǒng)的氣流的方法，該方法包含將來(lái)自第一氣源的第一氣體流入具有至少第一出口、第二出口、第三出口和第四出口的歧管，至少所述第二和第三出口耦接到處理腔室；以及選擇所述歧管內(nèi)閥的操作狀態(tài)，以使所述第一氣體經(jīng)過(guò)第二和第三出口同 時(shí)排出。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含使所述第一氣體流過(guò)所述歧管并進(jìn)入旁通所述處理腔室的前級(jí)管道，直到 獲得所述歧管內(nèi)的氣體的預(yù)定狀態(tài)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含感應(yīng)表示所述第一氣體的流量的度量；以及響應(yīng)所感應(yīng)到的度量，控制在所述第一和第二出口之間的第一氣量的比率。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述感應(yīng)進(jìn)一步包含感應(yīng)所述第一氣體的每個(gè)支流的化學(xué)物質(zhì)、壓力或速度中至少一種。
21、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含使用所感應(yīng)到的度量進(jìn)行校驗(yàn)，從而使得所述支流滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于將氣體輸送到半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于將氣體輸送到半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的裝置包括具有入口和出口的多個(gè)氣體輸入和輸出管道。連接管道耦接各自一對(duì)氣體輸入和氣體輸出管道。連接閥配置為控制經(jīng)過(guò)各個(gè)連接管道的流量。氣體質(zhì)量流量控制器配置為控制流入各個(gè)入口的流量。在另一實(shí)施方式中，一種方法包括提供具有至少多個(gè)入口的歧管，其中該多個(gè)入口可選擇性耦接到多個(gè)出口其中至少之一；在處理之前或到校準(zhǔn)管路之前，流動(dòng)一種或多種氣體經(jīng)過(guò)歧管到旁通處理腔室的真空環(huán)境；以及在襯底處理期間流動(dòng)一種或多種氣體進(jìn)入處理腔室。
文檔編號(hào)H01J37/08GK101256935SQ200810006330
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者埃茲拉·羅伯特·古德, 小道格拉斯·亞瑟·布赫伯格, 布拉諾·杰夫林, 理查德·查爾斯·福韋爾, 詹姆斯·帕特里克·克魯斯, 賈里德·阿曼德·李, 馬丁·杰弗里·薩利納斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司