CN101156054A - 气体流速校验系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体流速校验设备，它可以在多工具半导体处理平台中共用。此气体流速校验设备用来测量测试体积内的压力增长速率和温度，以确定相应的气体流速。此设备包括第一和第二体积，其中第二体积大于第一体积。此设备还包括第一和第二压力测量装置，其中第二压力测量装置能测量较高的压力。根据要测量的目标气体流速，可以选择第一或第二体积作为测试体积，并可选择第一或第二压力测量装置来测量测试体积内的压力。此设备的构造使它能够在较短时间内精确测量很宽范围的气体流速。

Description

气体流速校验系统和方法
发明背景
有些现代半导体晶片制造过程要求给反应室提供精心控制的处理气体，这种处理气体被用来支持或完成该半导体晶片的处理。举例来说，在等离子体刻蚀过程中，为刻蚀室提供一种处理气体，这种刻蚀气体被转化为刻蚀晶片表面材料的等离子体。在大多数情况下，半导体晶片制造过程要求所提供的处理气体是经过精心控制的。更具体地说，反应室处理气体的流速需要维持在由制造过程清单所规定的范围内。通常处理气体的流速由反应室上游的质量流控制器(MFC)来控制。因此，处理气体流速的控制精度一般由处理气体要通过的MFC的精度决定。
应该了解，MFC装置是一种复杂而灵敏的仪器，它具有取决于很多因素的现实气体流速控制精度。在MFC装置制造过程中，由MFC提供的气体流速控制应经过校验，确定它是处于规定的MFC设计指标误差以内。这种在制造过程中的MFC校验，一般是在使用N2气的受控实验室环境中进行的。因此，这种在制造过程中的MFC校验的环境条件不一定是MFC的实际工作条件。此外，将使用N2气的MFC校验结果转变为代表实际气体的相应校验结果，牵涉到一些转换因素。应该知道，这些转换因素具有固有的不确定性。还有，在MFC装置运到终端用户并在终端用户系统中安装之后，MFC装置的误差可能超出设计指标。再者，MFC装置的气体流速控制能力需要定期校验，以确保误差超出状况不会以校正漂移，零点漂移，或气体校正误差的形式出现，这些漂移或误差可能在MFC装置启动或运行的过程中产生。
考虑到以上情况，人们希望校验使用实际气体的现实环境中MFC装置的气体流速控制能力。然而，用来校验MFC装置的气体流速控制能力的终端用户设备，一般不满足MFC设计指标的严格误差要求。所以，需要改进在预定工作条件下与精确校验MFC装置的气体流速控制能力有关的工艺。
发明内容
应该指出，本发明可以按许多方式实施，如过程、设备、系统、装置或方法等。下面将对本发明的几个有创意的实施例加以说明。
在一个实施例中，介绍了一种气体流速校验设备。此设备包括被限定在第一室内的第一体积，和被限定在第二室内的第二体积。第二体积大于第一体积。该装置还包括第一压力测量装置和第二压力测量装置。第一和第二压力测量装置中的每一个在结构上做成与第一体积、第二体积中的任一个，或者第一和第二体积两者，通过流体联通相连接。第二压力测量装置能比第一压力测量装置测量更高的压力。该装置还能使第一体积，第二体积中的一个，或第一和第二体积两者，被选作测量气体流速的测试体积。此外，第一压力测量装置或第二压力测量装置中每一个，都可以被选择来测量该测试体积内的压力。
在另一个实施例中，介绍一种用于半导体处理的中央组合工具平台。该工具平台包括一些可以从中央位置进入的晶片处理模块。该工具平台还包括一些供气控制系统，其中每一个系统与晶片处理模块的相应一个相联系。该工具平台还包括一个气体流速校验装置，它处于相对于那些晶片处理模块的中央位置。这个气体流速校验装置通过流体连通选择性地与那些供气控制系统中的每一个相连接。此气体流速校验装置可测量由气体流速校验装置选择性地连接的供气控制系统提供的气体流速。
在另一个实施例中，介绍一种气体流速校验装置的操作方法。此方法包括鉴别目标气体流速范围。然后依据鉴别出的目标气体流速范围选择气体流速校验装置内的测试体积。被选择的测试体积为小体积或大体积。同时根据鉴别出的目标气体流速范围选择气体流速校验装置内的压力测量装置。被选择的压力测量装置为较低的压力测量装置或较高的压力测量装置。接着对被选择的测试体积抽气。方法的下一步是让该测试体积对要测量气体流速的气体敞开。然后测量该测试体积内的压力增长速率。另外，还要测量该测试体积内的温度。利用所测量的测试体积内的压力增长速率和温度来确定进入测试体积的流速。
从下面结合举例说明本发明的附图所作的详细描述中，我们将更清楚地了解本发明的其它形式和优点。
附图说明
图1A是根据本发明一个实施例的包括多个处理模块的中央组合工具平台的顶视图；
图1B是根据本发明一个实施例的处理模块的侧视图；
图2是根据本发明一个实施例的气体盒的简化示意图；
图3是根据本发明一个实施例的如图1A的工具平台示意图，其中安装了一个专用的压力增长速率气体流速测量装置；
图4是根据本发明一个实施例示意图，示出了安装在工具平台内的流速校验装置；
图5是根据本发明一个实施例的流速校验装置示意图；
图6是根据本发明一个实施例的流速校验装置操作方法流程图。
详细说明
在下面的说明中，为了全面了解本发明，提供了许多具体细节。不过本专业技术人员清楚，离开这些具体细节中的一些或全部也可以实现本发明。在另一些情况下，为了突出本发明的特点，对大家熟知的处理操作这里不作说明。
图1A是按照本发明一个实施例的中央组合工具平台(“工具平台”)100的顶视图，它包含多个处理模块103a-103d。此工具平台包含一个中央区101，由此可进入每个处理模块103a-103d的入口105a-105d。晶片传送机构107处于该中央区101，使得晶片可被传给每个处理模块103a-103d，或者从那儿往回传。在一个实施例中，传送机构107是一个机械手操作装置。虽然图1A的工具平台例显示有四个处理模块103a-103d，但在工具平台100的其它实施例中可包含更多或更少的处理模块。另外，如本专业技术人员所知，每个处理模块103a-103d可以进行一种或数种晶片处理操作。
图1B是根据本发明一个实施例的处理模块103a-103d的侧视图。每个处理模块103a-103d包含一个处理室111a-111d。每个处理室111a-111d的入口105a-105d用来将晶片传入和传出处理室111a-111d，同时处理室111a-111d在动作过程中可以密封。在一个实施例中，入口105a-105d是一个狭缝阀门。每个处理模块103a-103d还配备一个气体盒109a-109d，它们处在处理室111a-111d上面。气体盒109a-109d以适当的气体流速给处理室111a-111d提供需要的处理气体。每个处理模块103a-103d还包含一个用于其它设备的区域113a-113d，它处在处理室111a-111d下面。此其它设备包括处理室111a-111d运行所需的各种类型设备，如电源、电气设备、控制设备等。应知道，每个处理室103a-103d代表包含许多相关元件的很复杂的系统。为了突出本发明的特点，这里不对处理室111a-111d和其它设备113a-113d作详细说明。
图2是根据本发明一个实施例的气体盒109a-109d的简化示意图。如前所述，气体盒109a-109d用来控制适当的气体混合物以适当的气体流速进入处理室111a-111d。气体盒109a-109d包含一些气体杆201a-201p。在图2的实施例中，气体盒109a-109d包含16个气体杆201a-201p。但在不同的实施例中，可以采用不同数量的气体杆201a-201p。每个气体杆201a-201p可用来以受控制的流速为处理室111a-111d提供特定的气体或气体混合物。例如，图2显示被连接到每个气体杆201a-201p的输入，分别接收气体1至气体16。每个气体杆201a-201p的输出与公共管道217连接。管道217通过隔离阀门219接到处理室111a-111d。
每个气体杆201a-201p包括手动阀门203a-203p，气体调节器205a-205p，压力测量装置207a-207p，过滤器209a-209p，控制阀门211a-211p和215a-215p，及质量流控制器(MFC)213a-213p。应该指出，在不同的实施例中，每个气体杆201a-201p可以没有上述元件的某一些，或者还有附加的元件。在运行中各气体杆201a-201p受到控制，以按规定的流速为处理室111a-111d提供特定的气体。从每个气体杆201a-201p出来和以后进入处理室111a-111d的气体流速的精度决定于MFC 213a-213p的精度。因此，让每个MFC 213a-213p能把相应的气体流速控制在许可的误差范围内是很重要的。为了确保进入处理室111a-111d的气体流速合格，需要校验每个处理室111a-111d的校准状态。
在一个实施例中，可以使用压力增长速率方法(以下称为“RoR”方法)对每个MFC 213a-213p进行校正。在RoR方法中，是通过测量气体进入已知体积室内的压力增长速率和温度来确定气体流速。可利用下面的方程1来确定被测量的气体流速。
Figure A20068001177600101
式中C代表常数变换因子，RoR表示增长速率。
将测得的气体流速和MFC的气体流速设定值相比较，以确认MFC是工作在它的流速误差之内。通常每个气体杆201a-201p的MFC 213a-213p是分别校正的。此外，最好对每个MFC 213a-213p进行至少10点气体校正。这10点气体校正包括在MFC 213a-213p的工作范围内对10个等距气体流速设定值的校验，从最小气体流速开始，到最大气体流速结束。在图2的实施例中，对16个气体杆201a-201p中每一个的10个气体流速校正点要求进行160次气体校正测量。因此，在比较短的时间内完成每次气体校正测量是很重要的。
按惯例是利用处理室111a-111d来进行校正MFC 213a-213p的气体流速测量。在开始处理室111a-111d中气体流速测量之前，需把处理室111a-111d抽空。因此，由于处理室111a-111d的体积很大，为了测量气体流速，要花很长时间来抽空处理室111a-111d和观测处理室111a-111d内气体压力的充分增长。例如，利用处理室111a-111d进行单次气体流速测量可能要花费长达5分钟。因此，完成全部气体校验，比如对每个气体杆201a-201p做10点校正，可能要花很长时间，其间处理室111a-111d不能用来作晶片加工处理。所以，利用处理室111a-111d来进行气体校正测量可能严重影响系统的利用率。
除上面所说的以外，处理室111a-111d的大体积及其中的许多结构使得处理室111a-111d具有很大而不均匀的热质量。处理室111a-111d的这种热质量特性，对于在气体流速校正测量过程中在处理室111a-111d内获得并维持均匀温度分布很不利。通常与处理室111a-111d相关的温度反馈机构，一般不足以有效地控制处理室111a-111d内的温度。
为避免与处理室111a-111d相关的非均匀温度分布问题，可以利用在室温下的室进行气体流速测量。但是，为使处理室111a-111d从正常工作温度冷却至室温可能要相当长时间，例如半天或更长。因此，不得不让处理室111a-111d达到在室温下的热平衡，可能严重影响晶片加工的生产率。
总之，利用处理室111a-111d来进行气体流速校正测量不太理想，因为处理室111a-111d的大体积会在控制温度方面带来困难。此外，利用处理室111a-111d进行多点气体流速校正太费时间，且要求处理室111a-111d的停工时间太长。还有，诸如体积确定和温度控制等处理室111a-111d的特性，使得气体流速测量的精度不足以校验所要求的MFC 213a-213p性能指标。
为解决上述问题，本发明提供一种气体流速校验设备，它能为工具平台100内的多个气体盒109a-109d服务。图3是按本发明一个实施例中象图1A那样的工具平台100，但其中装备了小型气体流速校验设备300。为了讨论方便，在本说明书其余部分把本发明的气体流速校验设备300称为流速校验装置300。应注意，流速校验装置300是安装在工具平台100内用来提供精确而重复的气体流速测量，以校验每个处理模块103a-103d的每个气体盒109a-109d中的MFC 213a-213p校正情况。下面将会详细讨论到，流速校验装置300包括准确知道的室体积，压力传感装置和温度传感装置，后者是与每个处理模块103a-103d的处理室111a-111d分开的。
流速校验装置300处在工具系统100的中央。利用从每个气体盒109a-109d的输出管道217伸至流速校验装置300的单管线，将每个气体盒109a-109d连接到流速校验装置300。流速校验装置300可以被安装在工具系统100上的任何处理模块103a-103d使用。但是，在任何给定时间，只应有一个处理模块103a-103d使用流速校验装置300来进行气体流速测量。
图4是按照本发明一个实施例，安装在工具平台100内的流速校验装置300的示意图，如上面对图1B和2所讨论的，工具平台100包括气体盒109a-109d，其中每个气体盒109a-109d包括一组相应的气体杆201a-201p。每个气体杆201a-201p用来接收输入气体/气体混合物，并以相应于气体杆201a-201p的MFC 213a-213p设定的控制流速将气体/气体混合物提供给输出管道217。如上面对图2所作的讨论，每个气体盒109a-109d的输出管道217通到公用处理模块103a-103d内的处理室111a-111d。输出管道217和处理室111a-111d间的流体联通可通过隔离阀门219来控制。
处于中央的流速校验装置300被接到每个气体盒109a-109d的输出管道217。在一个实施例中，利用单个管线建立每个输出管道217和流速校验装置300间的流体联通。在处于输出管道217和流速校验装置300之间的各管线内，在靠近每个输出管道217处安装隔离阀门401a-401d。此隔离阀门401a-401d在处理室111a-111d工作过程中用来隔离输出管道217。另外，将隔离阀门401a-401d置于输出管道217附近，是为了限制在处理室111a-111d工作过程中输出管道217和处理室111a-111d的管线体积。在一个实施例中，每个从气体盒109a-109d进入流速校验装置300的管线还包括隔离阀403a-403d，它位于流速校验装置300的入口处。将隔离阀403a-403d置于流速校验装置300附近，是为了限制流速校验装置300和气体盒109a-109d(它们目前还没有到流速校验装置的入口)之间的管线体积。另外，流速校验装置300与泵405流体连通，后者提供流速校验装置300抽气和排气的真空源。
参看上面的方程1，用来确定由特定MFC 213a-213p提供的气体流速的体积，包括所有从特定MFC 213a-213p输出直至流速校验装置300的流体连接管线体积。因此，很好地界定和了解每个气体盒109a-109d和流速校验装置300之间，以及每个气体盒109a-109d和流速校验装置300内的管线是很重要的。流速校验装置300处于工具平台100的中央位置，同时知道每个气体盒109a-109d和流速校验装置300之间的管线体积，可以在使用流速校验装置300进行气体流速测量时准确地确定体积。另外，每个气体盒109a-109d和流速校验装置300之间及流速校验装置内的管线布局，应适合要测量的预期气体流速和要求的气体流速测量时间控制特性。
图5是按照本发明一个实施例的流速校验装置300示意图。流速校验装置300包括输入管道501，它与每个隔离阀门403a-403d的输出连接。输入管道501通过隔离阀门503和输入管线507与第一室511连接。输入管道501还通过隔离阀门505和输入管线509与第二室513连接。第一室511与输出管线515连接。第二室513与输出管线517连接。第一室511的输出管线515与放气阀门535连接，后者又和放气管线539连接。类似地，第二室513的输出管线517与放气阀门537连接，后者又与放气管线545连接。如上面对图4讨论过的，两个放气管线539和545与泵405连接。
流速校验装置300还包括连接在第一室511的输出管线515和第二室513的输出管线517之间的第一桥式管线519。此第一桥式管线519分别被阀门521和523与输出管线515和517分离。第一压力测量装置525与第一桥式管线519相连接。
与第一桥式管线519相似，流速校验装置300包括连接在第一室511的输出管线515和第二室513的输出管线517之间的第二桥式管线527。此第二桥式管线527分别被阀门519和531与输出管线515和517分离。第二压力测量装置533与第二桥式管线527相连接。
流速校验装置300还包括加热器541，它用来使第一室511和第二室513中的每一个维持较高的温度。另外，为了测量在第一室511和第二室513中的每一个内的温度，提供了一个或几个温度测量装置543。在一个实施例中，流速校验装置300与控制系统547相连接，该系统用来控制流速校验装置300内每个阀门的动作，控制加热器541，并从温度和压力测量装置543、525和533获取数据。
在第一室511和第二室513的内部分别是第一体积和第二体积。在一个实施例中，规定第二体积至少比第一体积大10倍。例如，在一个实施例中，小体积是在第一室511内约1升的体积，大体积是在第二室513内约10升的体积。应指出，在其它实施例中，第二体积与第一体积的比可以小于或大于10。但是，第二体积与第一体积的比应该这样来确定，使得在预定的气体流速工作范围和为气体流速测量确定的时间限度内，能精确测量气体流速。
在一个实施例中，规定第二压力测量装置533测量的压力至少比第一压力测量装置525可测量的最大压力大100倍。在一个实施例中，第一和第二压力测量装置525/533是第一和第二压力计，其中第一压力计可测量1乇以下的压力，第二压力计可测量100乇以下的压力。应指出，在其它一些实施例中，第二压力测量装置533能测量的最大压力可比第一压力测量装置525能测量的最大压力的100倍大或小。但是，第一和第二压力测量装置525/533最大的可测量压力应该这样来确定，使得在预定的气体流速工作范围和为气体流速测量确定的时间限度内，能准确测量气体流速。
在其它实施例中，在第一室511的输出管线515和第二室513的输出管线517之间可以连接两个以上的桥式管线，其中每个桥式管线各包含一个压力测量装置。应指出，在有多个桥式管线的实施例中，与桥式管线相关的压力测量装置，可以做到在整个压力范围和灵敏度方面具有更精确的压力测量能力。
在一个实施例中，第一室511和第二室513是用实心铝块机械加工而成。在此实施例中使用铝可使加热时室内的热均匀性更好。在此实施例中，第一室511和第二室513都被各自的盖和O圈密封。使用活动盖可让第一和第二室511/513更容易维护和清洗。另外，穿入第一和第二室511/513内的管线可以使用O圈密封而不用焊接。使用O圈密封引起的泄漏速率可以在利用流速校验装置300进行的气体流速测量中计及。在另一些实施例中，第一和第二室511/513可以不是铝，例如用不锈钢。此外，在另一些实施例中，可以采用不是O圈的密封机构。
两个室511/513和两个压力测量装置525/533可为流速校验装置300提供在很宽流速范围(例如0.5至5000sccm，此处sccm代表每分钟标准立方厘米)内精确而重复的测量流速的能力。更具体地说，流速校验装置300可以选择第一体积(即第一室511)，或第二体积(即第二室513)，或者第一和第二体积两者，作为测试体积，在该体积内进行气体流速测量。另外，流速校验装置300可以选择第一或第二压力测量装置525/533用来进行气体流速测量。应指出，在测量过程中使用的测试体积的选择和压力测量装置的选择，是通过安装在流速校验装置300内的各种隔离阀门503、505、521、523、529和531来实现的。
鉴于流速校验装置300的结构特性，气体流速测量的精确分辨能力是基于测试体积和压力测量装置的适当选择。适当选择用于给定气体流速测量的测试体积和压力测量装置，要根据预计要测量的气体流速和在该测试体积内预期的压力增长速率。在一个实施例中，为能选择适当的测试体积和压力测量装置，规定了4个气体流速范围：0.5至5sccm，5至50sccm，50至500sccm，和500至5000sccm。应注意，这4个气体流速范围中每一个的边缘值的误差在±10％以内。此外，当预期要测量的气体流速处在任意两个气体流速范围的重叠部分内时，两个重叠的气体流速范围中的任何一个可用来选择测试体积和压力测量装置。下面的表1是按照本发明一个实施例，根据预期的气体流速范围所选择的测试体积和压力测量装置。表1中测试体积的“小”和“大”分别是指第一室511和第二室513。而在表1中压力测量装置的“小”和“大”分别是指第一压力测量装置525和第二压力测量装置533。
表1测试体积和压力测量装置的选择
  预期的气体流速范围   测试体积   压力测量装置
  0.5sccm至5sccm   小   小
  5sccm至50sccm   大   小
  50sccm至500sccm   小   大
  500sccm至5000sccm   大   大
在利用流速校验装置300测量气体流速的过程中，利用定时器和选定的压力测量装置来测量测试体积内的压力增长速率。另外，还要测量测试体积内的温度。然后，利用上面的方程1确定被测量的气体流速。方程1中所用的体积应为从被校验的MFC输出端起的下游的流体联通的全部体积。一旦用方程1确定了气体流速，则可从所测得的气体流速中减去流速校验装置300测得的泄漏速率(如果有的话)，而确定经过修正的气体流速。
在一个实施例中，可通过测量被抽空的室内由于从流速校验装置300测试体积的气体泄漏的压力增长速率，来确定流速校验装置300的泄漏速率。然后利用上面的方程1确定所测量的泄漏速率。在确定流速校验装置300的泄漏速率时方程1所用的体积，应为气体从流速校验装置300的测试体积泄漏到被抽空室的体积。
可以把由流速校验装置300测得的气体流速，与被测试的MFC校准曲线上的相应气体设定点相比较，以确定该MFC是否工作在它规定的气体流速误差之内。若该MFC不是工作在它规定的误差之内，则可通过估算确定是否可以采用合适的等效流速调整因子(即使用补偿因子)，或者该MFC是否需要更换。
在流速校验装置300工作过程中，利用加热器541来维持第一和第二室511/513内较高(即高于外界的)而均匀的温度。温度较高使得对在较低温度下冷凝的气体的流速测量成为可能。在MFC出口下游的气体冷凝可能引起气体流速测量的误差，因为被冷凝气体占据的体积不包含在上面方程1的自由体积参数中。另外，冷凝气体可能对利用压力测量装置525/533进行压力测量产生不利的影响。此外，通到第一和第二室511/513中每一个的气体入口可以设计成让气体流放慢，并在气体流和气体入口被加热的壁之间提供很大的接触表面积。因此，可以把气体入口设计成在气体进入测试体积之前将它预热，以避免气体进入测试体积时冷凝。
该可做成一定形状的流速校验装置300的测试结构，在气体流速测量(尤其是在如表1所标示的每个气体流速范围的低端)过程中使用较大的压差。该可做成一定形状的流速校验装置300的测试结构，还可使完成气体流速测量所需的时间最少，尤其是在如表1所标示的每个气体流速范围的高端。在一个实施例中，流速校验装置300可以在约5至60秒的时间内完成对如表1所标示的每个气体流速范围的精确气体流速测量，同时利用被选定的压力测量装置至少40％的压力范围。
如上所述，可以把流速校验装置300与控制系统547相连接。利用数字和模拟控制装置的组合，控制系统547可以按照用户给定的输入控制流速校验装置300的运行。另外，控制系统547还能获取与流速校验装置300有关的数据(如压力，温度，阀门的状态)，作为分析之用并提供给用户。在一个实施例中，将控制流速校验装置300的图形用户接口(GUI)提供在与工具平台100相关的计算机系统显示器上。此GUI为用户提供一些构建流速校验装置300的选择。在一个实施例中，此GUI可根据要进行的特定气体流速校正测试，提供自动构建流速校验装置300的选择。例如，通过GUI提供的用户界面，用户可以指明在特定处理模块的气体盒内一个或几个气体杆上进行多点气体校正。此外，可为用户提供几种选择，规定对每个气体杆要测试的最大和最小流速。应该指出，与流速校验装置300或其运行有关的任何其它结构参数，都可以作为GUI内的可由用户构建的项目提出。
与工具平台100相关的计算机系统，还可用来进行与流速校验装置300所作的每次气体流速测量有关的数学计算。举例来说，该计算机系统可以利用从流速校验装置300获得的数据来计算气体流速，计算泄漏速率，计算修正过后的气体流速，并将修正过后的气体流速与MFC的校正记录相比较。此外，该计算机系统可对气体流速测量就非理想气体性质等其它影响进行修正，这种性质与压力，温度和具体气体的特性有关。该计算机系统和GUI可用来把气体流速校正结果归档。对已归档的气体流速校正加以分析，可以鉴别与时间有关的趋势或与处理模块有关的趋势。
图6是按照本发明一个实施例操作流速校验装置300的方法的流程图。此方法包括鉴别要测量的目标气体流速范围的操作601。接着进行操作603，选择小体积或大体积用作测量气体流速的测试体积。还要进行操作605，选择较低的压力测量装置或较高的压力测量装置用在气体流速测量过程中。在操作603和605中，测试体积和压力测量装置的选择是根据要测量的目标气体流速范围确定的。在一个实施例中，可以利用上面讨论过的表1设定的指南，来选择测试中所用的测试体积和压力测量装置。
该方法还包括抽空测试体积的操作607。在下一个操作609中，测试体积对要测量气体流速的气体敞开。然后进行操作611，测量测试体积内的压力增长速率。在一个实施例中，操作611中的压力增长速率测量在5至60秒时间内完成。此外，进行操作613以测量测试体积内的温度。在一个实施例中，测试体积和周围结构的温度保持高于测试体积为之敞开的气体的冷凝温度。一旦完成操作611和613，则进行操作615，利用测试体积内测得的压力增长速率和温度确定进入测试体积内的气体流速，如前面方程1所示。
在一个实施例中，这种方法还包括以下操作：将测试体积与要测量的气体流速隔离，并测量与测试体积相关的气体泄漏速率。然后，对操作615中确定的气体流速加以修正，以考虑所测得的气体泄漏速率。
由于已准确知道两个流速校验装置300的体积(511/513)，所以可以利用流速校验装置300进行每个压力测量装置525/533的校正自检。例如，可以在对小体积511排气的同时，将较大的体积513加压到给定的压力。然后，打开大小体积间的隔离，使得大小体积间的压力达到平衡。在这个过程中，可以利用压力测量装置525/533相互校验，以确定它们是否仍然处于适当校准状态。
另外，因为流速校验装置300的体积(511/513)相对于气体盒109a-109d和流速校验装置300之间的外部互联管线体积而言很大，故可利用流速校验装置300来校验外部互联管线体积。例如，在对外部体积排气的同时，可以将流速校验装置300体积(511/513)中的一个或两个加压至给定的压力。然后，撤去被加压的流速校验装置300的体积和外部体积之间的隔离，使压力达到平衡。因为被加压的流速校验装置300的体积已知，而且起始和最终压力已知，故可通过P1V1＝P2V2确定外部体积。
使用两个室体积和两个压力测量装置，可使流速校验装置300在很大的气体流速范围(如0.5至5000sccm)内精确而重复地校验气体流速。流速校验装置300的两个室体积是这样确定的，使得在整个气体流速范围内每个气体流速校验点可以在5至60秒时间内测量完。另外，作为工具平台100内的一个公用装置，流速校验装置300的尺寸不很严格。因此，流速校验装置300设计时不必考虑流速校验装置300的尺寸限制，而是追求气体流速测量的最大灵活性，因而可以使单个流速校验装置适用于整个气体流速范围内气体流速的测量。此外，可以把流速校验装置300设计成可清洁和洗涤的。当测量有毒、腐蚀性、或冷凝气体的气体流速时，流速校验装置300的可清洁性特别有用。
除了流速校验装置300的上述特性外，它还能测量压力响应，以表征MFC的瞬态流动效应。更具体地说，对于给定的气体流，可以这样来选择压力测量装置和测试体积，以提供关于相对于MFC气体流设定值的瞬时MFC接通过冲量和下冲量的信息。另外，在通过给定体积内的压力变化监测瞬态效应的同时，气体可以按照扫气模式通过流速校验装置300。可以把这种压力变化与质量流联系起来，以鉴别各MFC内的差别。这类瞬态信息对于要求同时知道稳态流动控制和瞬态流动控制的最新半导体工艺过程控制，正变得越来越重要。
虽然本发明是通过几个实施例来说明的，但本专业技术人员阅读上面的说明并研究各附图后会明白，可以有各种各样的更改、添加、替换和等同物。因此，我们认定本发明涵盖所有这些更改、添加、替换和等效物，因为它们都属于本发明的真实思想和范围之内。

Claims (20)

1.一种气体流速校验设备，包括：
限定在第一室内的第一体积；
限定在第二室内的第二体积，第二体积大于第一体积；
第一压力测量装置，它在结构上与第一体积或第二体积，或者第一和第二体积两者，通过流体联通连接；
第二压力测量装置，它在结构上与第一体积或第二体积，或者第一和第二体积两者，通过流体联通连接，第二压力测量装置能比第一压力测量装置测量更高的压力；
其中第一体积和第二体积中的每一个，或第一和第二体积两者，可选为测量气体流速的测试体积；
其中第一压力测量装置或第二压力测量装置的每一个，可选择来测量测试体积内的压力。
2.如权利要求1的设备，其中第一体积和第二体积的每一个，通过流体联通与要测量气体流速的气体源连接，第一和第二体积中的每一个与该气体源单独隔离。
3.如权利要求1的设备，还包括：
加热器，用来维持第一体积和第二体积内的较高温度；及
温度测量装置，它能测量第一体积和第二体积内的温度。
4.如权利要求1的设备，还包括：
用来从许多气体源中的每一个接收气体供应的输入管道，此输入管道还将接收到的气体供应引向选定的测试体积。
5.如权利要求1的设备，还包括：
用来连接第一体积和第二体积的第一桥式管线，此第一桥式管线包括第一阀门和第二阀门，其中第一压力测量装置处在该第一阀门和第二阀门之间；以及
用来连接第一体积和第二体积的第二桥式管线，此第二桥式管线包括第三阀门和第四阀门，其中第二压力测量装置处在第三阀门和第四阀门之间。
6.如权利要求1的设备，还包括：
将第一体积与泵连接的第一放气管线，此第一放气管线包括将第一体积与泵隔离的第一放气阀门；和
将第一体积与泵连接的第二放气管线，此第二放气管线包括将第二体积与泵隔离的第二放气阀门。
7.如权利要求1的设备，其中第二体积至少比第一体积大10倍，且第二压力测量装置能测量的压力至少比第一压力测量装置大100倍。
8.如权利要求1的设备，还包括：
控制系统，用来使气体流速测量设备的压力增长速率结构构成气体流速测量的测试结构，此测试结构由选定的测试体积和选定的压力测量装置界定；其中
范围在0.5标准立方厘米每分钟(sccm)至5sccm左右的气体流速测试结构由第一体积和第一压力测量装置界定；
范围在5sccm至50sccm左右的气体流速测试结构由第二体积和第一压力测量装置界定；
范围在50sccm至500sccm左右的气体流速测试结构由第一体积和第二压力测量装置界定；
范围在500sccm至5000sccm左右的气体流速测试结构由第二体积和第二压力测量装置界定。
9.一种用于半导体处理的中央组合工具平台，包括：
若干可从中央位置进入的晶片处理模块；
若干气体供应控制系统，其中所述若干晶片处理模块的每一个与相应的所述若干气体供应控制系统中的一个相关联；及
相对于所述若干晶片处理模块处于中央位置的气体流速校验装置，此气体流速校验装置通过流体联通选择性地与所述若干气体供应控制系统的每一个连接，其中该气体流速校验装置用来测量由与它选择性地连接的气体供应控制系统提供的气体流速。
10.如权利要求9所述的用于半导体处理的中央组合工具平台，还包括：
计算机系统，用来管理从气体流速校验装置获取数据和控制气体流速校验装置，此计算机系统还用来提供为监测和控制气体流速校验装置的图形用户界面。
11.如权利要求9所述的用于半导体处理的中央组合工具平台，其中气体流速校验装置用来在测量气体流速时对泄漏速率作修正。
12.如权利要求9所述的用于半导体处理的中央组合工具平台，其中气体流速校验装置用来测量范围在0.5至5000标准立方厘米每分钟的气体流速。
13.如权利要求9所述的用于半导体处理的中央组合工具平台，其中气体流速校验装置包括：
限定在第一室内的第一体积；
限定在第二室内的第二体积，第二体积大于第一体积；
第一桥式管线，用来连接第一体积和第二体积，此第一桥式管线包括第一阀门和第二阀门；
位于第一阀门和第二阀门之间的第一压力测量装置；
第二桥式管线，用来连接第一体积和第二体积，此第二桥式管线包括第三阀门和第四阀门；
位于第三阀门和第四阀门之间的第二压力测量装置，此第二压力测量装置能比第一压力测量装置测量更高的压力；
其中第一体积或第二体积，或第一和第二体积两者，可选作测量气体流速的测试体积；
其中第一压力测量装置或第二压力测量装置可选择来测量该测试体积内的压力。
14.如权利要求13所述的用于半导体处理的中央组合工具平台，其中第二体积至少比第一体积大10倍。
15.如权利要求13所述的用于半导体处理的中央组合工具平台，其中第二压力测量装置能测量的压力至少比第一压力测量装置大100倍。
16.一种操作气体流速校验装置的方法，包括：
鉴别目标气体流速范围；
选择气体流速校验装置内的测试体积，其中被选定的体积为小体积或大体积，测试体积的选择是根据所鉴别的目标气体流速范围确定的；
选择气体流速校验装置内的压力测量装置，其中所选择的压力测量装置为较低的压力测量装置或较高的压力测量装置，所选择的压力测量装置是根据所鉴别的目标气体流速范围确定的；
对测试体积抽气；
将测试体积向要测量气体流速的气体敞开；
测量测试体积内的压力增长速率；
测量测试体积内的温度；及
利用所测得的测试体积内的压力增长速率和温度，确定进入测试体积的气体流速。
17.如权利要求16的方法，还包括：
维持测试体积和限定该测试体积的结构的温度高于该测试体积为之敞开的气体的冷凝温度。
18.如权利要求16的方法，其中测量测试体积内的压力增长速率在大约5至60秒时间内完成。
19.如权利要求16的方法，还包括：
确定从测试体积的泄漏流速；及
利用该泄漏流速修正进入测试体积内的气体流速。
20.如权利要求16的方法，其中所鉴别的目标气体流速范围在大约0.5标准立方厘米每分钟(sccm)至5sccm时，选择小体积和较低的压力测量装置，所鉴别的目标气体流速范围在大约5sccm至50sccm时，选择大体积和较低的压力测量装置，所鉴别的目标气体流速范围在大约50sccm至500sccm时，选择小体积和较高的压力测量装置，所鉴别的目标气体流速范围在大约500sccm至5000sccm时，选择大体积和较高的压力测量装置。
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