CN101460659A - 利用压差测量的气流控制 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种气体流比较器，其包含一安装于一气体管上以设定通过气体管的气体的气体流量或压力的气体控制单元。一主要分流器包含一连接至气体管的入口端口。第一及第二限流器为连接至主要分流器。一对辅助分流器为各自连接至一限流器的限流器出口。一压差计是连接至辅助分流器。一对喷嘴托架连接至第二分流器，且可连接至第一及第二喷嘴。在操作中，压差计呈现与通过第一与第二喷嘴的气体流速的差异成比例的压差。

Description

利用压差测量的气流控制

背景技术

在电子电路及显示器制造中，例如半导体、介电材料及导体材料的材料是沉积及图样化于一基材上。部分的此些材料由化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)工艺来进行沉积，而其它材料则由基材材料的氧化作用或氮化作用而形成。例如，在化学气相沉积工艺中，工艺气体导入反应室中，并通过加热或RF能激发的而沉积一膜于基材上。在物理气相沉积中，一靶材是以工艺气体溅镀而沉积一层靶材材料于基材上。在蚀刻工艺中，一含有光阻或硬式光罩的图样化光罩通过微影术形成于基材表面上，且暴露于光罩特征结构间的基材表面部分是由激发态的工艺气体蚀刻的。此工艺气体可为单一气体或一气体混合物。沉积及蚀刻工艺，及额外的平坦化工艺依序进行以处理基材而制造电子装置及显示器。

基材处理反应室包含有气体分配器，其包括多个气体喷嘴以导入工艺气体至反应室中。在一态样中，气体分配器为一包含具有多个气体喷嘴的板或密闭器的喷气头。另一态样中，气体分配器包含独立气体喷嘴，其通过反应室侧壁以由围绕基材周边的侧向注入至反应室。在另一态样中，多个独立气体喷嘴由围绕基材周边垂直注入气体至反应室。在再一态样中，气体分配器包含具有面对基材的气体出口数组的喷气头。

然而，传统气体分配器通常不能提供跨越基材表面的均一分布的气体流。例如，一含有不同气体喷嘴的气体分配器通常由不同喷嘴通过不同的气体流速，当例如气体喷嘴的大小在喷嘴间彼此不同时。如另一例子，一喷气头通常具有稍微不同直径的出口孔，其将导致每一出口孔的不同流速。再者，在某些设计中，含有具不同直径出口数组的气体喷气头可提供在一特定出口数组中的不同出口的不同气体流速。

更进一步的问题发生在当尝试平衡多反应室处理设备的二分离反应室的气体流以获得在每一反应室为实质相似处理速率时。在一方法中，使用微计量阀调整通过一供应至反应室的一管的工艺气体流，例如在共同受让的美国专利第6,843,882号描述的，将其全文并入以做为本申请的参考。可调整独立的微计量阀以平衡或蓄意不平衡二不同反应室的气体流。然而，微计量计的人工调整为耗费人工且可造成操作人员的不精确。操作人员的物理调整微计量计一定次数，且此调整可因操作者不经意的作动而改变。再者，对每一反应室的平衡气体流的精确等级亦通常难以决定。

亦可使用可分离输入气体流成为二独立流的流量比装置(flow ratiodevice)来控制气体流至双反应室。例如，美国麻州威明顿MKSInstruments公司的DELTA^TM流量比控制器可将输入流分成二独立流。另一流体控制装置，美国加州密耳比它斯Celerity公司的流量比分流器(RatioFlow Splitter；RFS)模块是基于传送至反应室的多个区域或独立反应室的一特定设定点的比例而利用一阀将输入气体流转向至二分支气体流。在此些装置中，流至每一反应室的流体是以流量计量测。虽然此装置为有效的，但比例的精确性受流量计的精确性强力影响，其通常为流量比例的±1％。可使用较精确的流量计以得较佳精确性，然而，此流量计为昂贵的且增加基材处理成本。

因此，需要具有一气体分配器，其经由不同的喷嘴提供已知及可再现的流速，以提供跨越基材表面的均匀或预设的处理流速。亦需要一精确量测通过气体分配器的不同喷嘴的气体流速。又需要一可调整流至双反应室的气体流量以获得在每一反应室中的均匀流速。

附图说明

为让本发明的上述特征更明显易懂，可配合参考实施例说明，其部分乃绘示如附图式。须注意的是，虽然所附图式揭露本发明特定实施例，但其并非用以限定本发明的精神与范围，任何熟习此技艺者，当可作各种的更动与润饰而得等效实施例。

图1A为气流比较器的实施例的示意剖面图；

图1B为包含T型气体联结器的分流器的实施例的示意剖面图；

图1C为限流器的实施例的示意剖面图；

图1D为惠斯敦电桥电路的图式；

图2为气流比较器实施例的透视图；

图3A为气流比较器的喷嘴托架的实施例的分解视图；

图3B为图3A的组合喷嘴托架的透视图；

图4为气体分配器的实施例的概要底视图；

图5为显示用以测试气体分配器的独立喷嘴的相对流速的具有一取样探针及一可调式针阀喷嘴的气体流比较器组态的示意图；

图6为显示用以测试装设在一密闭器(真空反应室)中的气体分配器的喷嘴数组的比较流速的气流比较器组态的示意图；

图7为显示用以测试包含一面板及一阻挡板的气体分配器的喷嘴流速的气流比较器组态的示意图；

图8为使用绝对量测流量计而获得通过二气体分配器的特定喷嘴的流动传导性的二柱状图；

图9为显示藉压力计于电压量测的相对差异的数值图，其是对应于通过气体分配器的不同喷嘴所量测的流速；

图10为一沉积在基材上的氧化硅薄膜的膜厚度变化的等高图；

图11为流经用于图10的沉积工艺的气体分配器的不同喷嘴的气体流的等高图；以及

图12为一具有二反应室及一用于控制通过各反应室的气体分配器的工艺气体流速的气流比较器组态的基材处理设备的示意图。

主要组件符号说明

20      气流比较器              24      气体控制单元

26      (气体)管                28      入口

30      气体源                  31      气体联结器

32      出口                    33      气体阀

34      气体供应器              35      气体过滤器

36      压力调节器              37      压力显示器

38      流量计                  40      分流器

41      气体联结器              42      中空管

43a-c   脚部                    44      入口端口

46a-c   联结端                  48a     第一输出端口

48b     第二输出端口            50      (第一)限流器

51a、b  端部                    52      (第二)限流器

53      中空管                  54、56  出口

55      入口                    58      档板

59      孔洞                    60、62  第二分流器

63      入口端口                64a、b  (第一)输出端口

66      入口端口                68a、b  (第二)输出端口

70      压差计                  80      托架

82      托架                    93      电压源

94      惠斯敦电桥              95      接脚

96      接脚                    97、98  中点

99      电流计                  100、102喷嘴

101、103源电压端                104     容设部

106     插入件                  107     肩部

108     垫圈                    109     内表面

110     后端部                  112     环形螺帽

111     凹部                    116     联结器

120、   122通道                 126     气体分配器/板

126a、b 气体分配器/板           128a、b 数组

129     (第一)管                130     探针

131     (第二)管                132     针阀

134     密封件                  135a、b 阻挡板

138     密闭器                  138a、b 反应室

140     (基材处理)设备          141     气体流控制器

142     压力计                  144     真空泵

148     控制器                  150a、b 气体管线

154a、b 歧管                    158a、b 流量调节阀

160a、b  基材           162a、b  基材支撑座

163a、b  间隔控制单元   164a、b  温度控制单元

165a、b  排放端口       166a、b  排放管线

168      共同排放管线   170      真空泵

174a、b  节流阀         180a、b  气体激发器

具体实施方式

一气流比较器20的实施例，如显示于图1A及图2，是经由一压差量测以量测通过多个喷嘴的气体的气体参数差异。所量测的气体参数差异可为例如气体的流速或压力。气流比较器20包含一安装于气体管26上的气体控制单元24，以设定气体通过气体管26的气体流速率或气体压力。气体管26具有一入口28及一出口32，该入口28连接至一气体源30，且气体是通过该出口32而自气体管26流出。气体源30包括一气体供应单元34(例如一气体加压容器)及一用以控制气体离开气体供应单元的压力的压力调节器36。在一态样中，气体源30设定为在由约50至约150psia的压力提供一气体，例如氮。

气体控制单元24提供在一选定气体流速或压力的气体至一设备。参考图2，来自气体源(未显示)的气流经由一气体联结器31进入气体管26。以人工操作在气体管26上的一气体阀33，以设定通过管26的气流。气流接着通过气体过滤器35，而气体过滤器35可为传统气体过滤器，如美国乔治亚州亚特兰市McMaster Carr公司可购得者。气体控制单元24可为例如一气流控制单元或一气体压力调节器。在一态样中，气体控制单元24为一流量计38，例如质流控制器(MFC)或体积流量控制器。气体控制单元24可包含一气流控制回馈环路，以控制气体通过气体管26的气体流速，其一般已知为一流体控制是质量流量计。在流量计38设定的流速为气体流出管出口32的流速，且质量流量计38监测气体流速，并响应量测的流速以调整一内部或外部阀而获得一气体的实质恒定流速。实质恒定意指流速变化低于5％。气体控制单元24提供一实质恒定气体流速，例如与标称流速差异低于5％的流速。一适当的流量计38为一质流控制器(MFC)，为日本京都STE公司MFC型号4400的300sccm氮。气体控制单元24的另一态样为压力控制MFC，如美国麻州威明顿MKS Instruments公司的速率为3000sccm的MFC。另一适当的气体控制单元24可包括美国加州犹耳巴林达的UNIT的MFC。另一气体控制单元24为一压力调节器36，如美国俄亥俄州克里夫兰Parker Hannifin公司的Veriflo分公司的VARIFLO^TM压力调节器，或一得自美国俄亥俄州索隆Swagelok公司的压力调节器。一压力显示器37在流量计38后设置以读取供应至气流比较器20的气体。

将处于恒定流速及/或压力的气体供应至一主要分流器40，其具有一连接至气体管26的出口32的入口端口44以接收气体。此分流器40将接收到的气体流分流至第一及第二输出端口48a、b。分流器40可将气体流分流为二独立且相等的气流或依预定比例而分流气流。在一例示中，分流器40于第一及第二输出端口48a、b间平均将所接收到的气流进行分流。此可通过将输出端口48a、b定位而对称于入口端口44来达成。在一态样中，主要分流器40包含一T型气体联结器41，如显示于图1B。T型气体联结器41包含一T型中空管42，中空管42的每一脚部43a-c具有一联结端46a-c，其可与一气体管形成气密。一适当的T型联结器为一1/4”或1/2”直径T-配件与一VCR联结单元，其可由美国俄亥俄州索隆Swagelok公司的分公司Cajon Pipe Fittings购得。

第一及第二限流器50、52为各自连接至第一及第二输出端口48a、b。每一限流器50、52提供一跨越限流器的压降(pressure drop)。由各个限流器50，52所提供的压降基本上相同，但其亦可为不同。在一态样中，第一限流器50具有一限流器出口54，及第二限流器52具有一限流器出口56。限流器50的实施例的横切面如图1C所示，包含一具有限流器入口55及限流器出口54的中空管53，且出口54与入口55是分别位于端部51a、b中。端部51a、b是经成形而与上方气体管53提供一气密封。限流器50更包含一具有孔洞59的档板58，而孔洞59具有一预定大小且位于中空管53之中央部分。中空管53亦可在一收缩段由较大直径缩减至一较小直径(未显示)以提供所欲的限流作用，以替代档板58。另一态样中，限流器50可包含一喷嘴。适合的限流器50、52包括由美国麻州沃桑BIRDPrecision公司取得的Ruby Precision Orifices。

一对辅助分流器60、62连接至限流器50、52的限流器出口54、56。第一辅助分流器60包含一入口端口63及一对第一输出端口64a、b，而第二辅助分流器62亦具有一入口端口66及一对第二输出端口68a、b。第二分流器60、62亦可包含前述的T型气体联结器41。

一压差计70是连接跨过辅助分流器60、62的输出端口64a、68a。在一态样中，压差计70适于量测至少1托耳(Torr)，或甚至至少5托耳，或甚至50托耳的压力。压差计70的精确度依通过气流比较器20的气体的压力或流速而定。例如，一具有压力范围量测能力为50托耳的压差计70所具有的精确度为至少约±0.15托耳；反之，能量测一压力范围为1托耳的压差计70具有的精确度为0.005托耳。一适当的压差计70为购自MKS Instruments公司的MKS 223B压差传感器。压差计70通过在前向或反向的膜片位移而操作，膜片位移会对应于所量测的压差而产生正或负电压。

第一及第二喷嘴托架80、82是连接至辅助分流器60、62的一对输出端口64b、68b上。可连接喷嘴托架80、82以供给气体至喷嘴100、102，而用于量测经由喷嘴的比较性流速。例如，喷嘴托架80、82可连接至第一参考喷嘴100及一用以测试相对于参考喷嘴的流速的第二测试喷嘴102；或可互相比较经由二喷嘴100、102的相对流速。

为比较经由二喷嘴100、102的流速，喷嘴100、102是附接至喷嘴托架80、82。在喷嘴托架82中安装喷嘴102的分解视图是显示于图3A。喷嘴102滑入一聚合物插入件106的凹陷容设部104中，以致喷嘴102的呈角度的肩部107接触聚合物插入件106的呈角度的内表面109。一铁氟龙垫圈108安装于喷嘴102之后端部110以形成一密封垫片。插入件106与喷嘴102的组件接着插入环形螺帽112的配合凹部111中。此组件然后螺锁至基部联结器116，并以手压合以形成一良好密合。喷嘴托架82与往外延伸的喷嘴102的组合，如显示于图3B，是扣合装配至气流比较器20的气体联结器或气体管。当以另一测试喷嘴替换喷嘴102时，喷嘴托架82的配件需以异丙醇擦拭干净。

在操作中，气体供应器34及气体控制单元24为用以提供恒定流速或恒定压力的气体至气流比较器20的气体管26的入口28。在一态样中，设定压力调节器36以提供在例如约10～约150psig或甚至40psig的恒定压力的气体至具有16密耳(mils)直径的喷嘴，且设定流量计38以提供约100～3000sccm的流速，及在一态样中为300sccm。然而，当量测大量喷嘴102时，则设定的气体流速或气体压力较大，例如具有数千个喷嘴的气体分配器的扇形喷嘴102，则流速可设定至约80slm～约140slm，或甚至约100slm～约120slm。

压差计70在每一测试阶段开始时归零。提供恒定流速或恒定压力的气体至主要分流器40，而分流器40将气体导引通过具有第一及第二限流器50、52的独立的第一及第二流体通道120、122。气体在离开限流器50、52的出口54、56之后，则流经第一及第二喷嘴100、102，且第一及第二喷嘴100、102的至少其中之一者会经过测试。通过喷嘴100、102的任何气体流速的差异，或是跨越喷嘴100、102的压降会造成压差计70呈现压差，且该压差是与气体通过喷嘴100、102的流速的变化成比例。量测喷嘴性能的传统方法为直接使用一质量流量计量测通过喷嘴的流量，且此流量量测准确度受通过喷嘴的总流量的量测精确度的限制。相反的，气流比较器20允许经由喷嘴100、102的标称流速的约±1.5％内的流量变化的量测。喷嘴流速是量测为通过在二喷嘴100、102及上游压力间的压差的喷嘴阻力的改变百分比。通过量测在阻力的差异，气流比较器20可产生一流量量测的精确度，其至少为一优于传统流量测试装置的大小等级。

气流比较器20的操作可以参照图1D所示的惠斯敦电桥(WheatstoneBridge)94电路来解释。一惠斯敦电桥94是用于量测一未知电阻器的未知电阻值，其是通过平衡桥电路的二接脚，其中一接脚包括一未知电阻器，并由电压源93供电。在惠斯敦电桥94中，R_x表示未知的电阻器；及R₁、R₂与R₃表示具有已知电阻值的电阻器，而R₂的电阻为可调整的。若在第一接脚95的二己知电阻器比例(R₂/R₁)相等于在第二接脚96的二未知电阻器比例(R_x/R₃)，则在二中点97、98间的电压为零且没有电流流过中点97、98。变化R₂直至达到此一状况。电流方向说明R₂为过高或过低。可完成侦测零电流至非常高的精确性。因此，若R₁、R₂及R₃为已知至一高精准的值，则随着在R_x的小改变而中断平衡，R_x可量测至一相同精准值，且易于被侦测。当惠斯敦电桥94平衡时，其意指通过电流计99的电流(R_g)等于零，在源电压端101、103间的电路的等效电阻(R_E)是将R₁+R₂与R₃+R₄做对比来决定的，如下：

R_E＝{(R₁+R₂)·(R₃+R_x)}/{R₁+R₂+R₃+R₄}

亦可替换的，若R₁、R₂、及R₃为已知，但R₂为不可调整，则可利用Kirchhoff电路定律(亦称为Kirchhoff法则)并使用流经电流计99的电压或电流来计算R_x值，。

在显示于第1A及2图的气流比较器20中，限流器50、52及喷嘴100、102为表示或相当于图1D惠斯敦电桥94的固定电阻器、可调式电阻器，及未知电阻器。针对气流比较器20，限流器50、52分别表示固定流阻R₁及R₂，其值相等，故R₁＝R₂＝R_u。再者，喷嘴100、102分别表示流阻R₃及R₄，其在值上亦应相等，故R₃＝R₄＝R_d＝kR_u，其中k>1。然而，若R₄相对于R₃而改变ΔR，则压差为：

ΔP＝Q{ΔR/[2(1+k)+ΔR/R_u]}

当此等式为线性，ΔPαΔR，且因此由气流比较器20量测的压差与二喷嘴100、102的流阻为成比例的。

在一态样中，亦可使用校正喷嘴的套件，以辨识气流比较器20处于适当的操作状态。此套件可具有不同型式喷嘴100、102，或是相同型式的多重喷嘴(意即具有相同孔径大小)。例如，喷嘴套件可含有具有开口大小为约0.013～至约0.0210英时的喷嘴，是以0.0005英时增量。校正喷嘴套件亦可为日本Kyocera公司的陶瓷喷嘴，其具有一受控制的孔径大小。套件可助于校正测试用的喷嘴以决定测试喷嘴的实际流速。

在另一态样中，气流比较器20适于连接至气体分配器126的喷嘴102，其中气体分配器126是用于分布工艺气体至基材处理反应室。气体分配器126，一态样为显示于图4，包含多个间隔设置的喷嘴102，例如喷嘴102可共计约100至约10,000个，或甚至约1000至约6000个。图5显示一适用于测试气体分配器126的独立喷嘴102流速的组态。在此组态中，喷嘴托架80包含一用于取样气体分配器126的每一独立喷嘴102流速的取样探针130。在一型式的取样操作中，取样探针130为置于一特定喷嘴102的上方以量测一独立喷嘴相对于参考喷嘴100的相对流速。喷嘴托架82为连接至参考喷嘴100，其可为一固定大小喷嘴，或是可调式喷嘴(其开口大小可利用可调式针阀132做调整)，如显示于图5。在后者的例子中，针阀132是设定以配合在气体分配器126上单一选定喷嘴102所量测的传导率，且然后探针130于喷嘴之间移动以检查流经每一喷嘴的流速。此方法允许确认通过气体分配器126的喷嘴102的气体流速均一性。在此组态中，气体控制单元24包含一流量计38，其包括一设定以提供流速为1000sccm的氮气的质量流量控制器。在气体流通道120、122的限流器50、52分别为具有孔径为约0.35mm(0.014in)的喷嘴。压差计70具有1托耳的压差量测范围。

在一态样中，取样探针130包含具有第一直径的第一管129，第一管129是连接至具有第二直径的第二管131，其中第二直径小于第一直径。例如，第一管129可具有约6.4mm(0.25英时)的第一直径，且容设一具有第二较小直径3.2mm(0.125英时)的第二管131。管129、131可为塑料管。一O型环密封件134装设于取样探针130的第二管131的开口周围以形成密封，且O型环密封件134可为例如具有直径为约3.2mm(0.125英时)的内孔及外部尺寸为约6.4mm(0.125英时)或更大的的硅胶环。在一态样中，硅胶环具有约20的硬度量测值(Durometer hardnessmeasurement)。硅胶环例如为购自美国乔治亚州亚特兰大McMaster-Carr公司的20硬度超软硅胶。在另一态样中，取样探针130包含一VCO配件，其适于与平坦表面形成一气密封，并具有一含沟槽的平坦端，且一O型环垫圈是容设于沟槽内。一适当的O型环可具有约3.2mm(0.125英时)直径。供应至气流比较器20的气体可为氮。

在另一量测方法中，使用气流比较器20以量测安装在密闭器138中的单一气体分配器126的喷嘴102的二或多个数组128a、b的相对气体流传导性，如显示于图6，该密闭器138可为基材处理设备140的真空反应室或工艺反应室。在此组态中，一喷嘴托架80是适于使气体通过单一喷嘴102，或通过气体分配器126(例如显示于图4)的喷嘴102的一选定数组128a、b并同时密封住气体分配器126的其它剩余孔。密闭器138具有一压力计142以量测反应室中的压力，其为例如购自前述的MKSInstruments公司的BARATRON压力计，其具有一膜片且可量测高达100托耳的压力。密闭器138亦具有一真空泵144，如一机械位移真空泵，例如购自英国Edwards BOC公司的QDP-80。喷嘴托架80、82是通过在二扇形周围形成气密以适于量测二数组128a、b的相对传导性，其中二数组128a、b包含一气体分配器126的一扇形喷嘴102。亦可使用一夹具(未显示)以封合其它不会经过量测的气体分配器126的喷嘴102，以允许仅量测通过开启喷嘴102的气体流速。夹具为一简单的密封装置以覆盖喷嘴102。通过量测通过在气体分配器126的喷嘴102的独立数组128a、b的平均流速，可比较通过不同扇形或区域的流速。此可用于做为一定性测试以除去具有不均匀的喷嘴102的数组128a、b的气体分配器126，而此不均匀数组128a、b是归因于不良机器制成或其它制造的喷嘴。

可与气流比较器20使用的另一量测方法包含量测二气体分配器126a、b的喷嘴的气体流传导率，各个气体分配器126a、b包含一面板，其分别面向具有大量喷嘴100、102的阻挡板135a、b，且将气体排放至一无尘室环境，如显示于图7。通过各自安装的板126a、b(或单一板126)的喷嘴102的流体的总流量及均一性应相同，不然的话，在使用该些气体分配器的基材处理期间会产生不均匀的操作。一适于比较通过二板126a、b的总流速的组态包含安装气流比较器20，以使每一喷嘴托架80、82与喷嘴102、或气体分配器126a、b的喷嘴102的数组128连接。气流比较器20通过量测二板126a、b与气体源30的上游或输入气体压力之间的压差以量测流动阻力或流动传导性的差异百分比。通过量测流动阻力的差异，此气流比较器20可用以获得精确的流速以及流量资料的一致，其可用于改进双反应室138a、b的气体分配器126a、b的配合。

一适于比较通过二板126a、b的总流速的组态包含安装气流比较器20，以使每一喷嘴托架80、82与每一反应室138a、b的输入气体歧管144a、b连接，而歧管144a、b是供应各自的气体分配器126a、b。在此组态中，气流比较器20通过量测二歧管144a、b及气体源30的上游或输入气体压力之间的压差以量测流动阻力或流动传导性的差异百分比。通过量测流动阻力的差异，此气流比较器20可用以获得精确的流速，以及流量资料的一致，其可用于改进双反应室138a、b的气体分配器126a、b的配合。

气体分配器126的不同喷嘴102之间，或是不同气体分配器126a、b之间会发生的绝对流速变化，如使用传统流量量测设备量测者为显示于图8。通过二不同气体分配器126a、b的特定喷嘴102所获得的流体气导率为提供于图上。第一板126a具有大小为0.6mm(0.024英时)的喷嘴102及第二板126b具有大小为0.7mm(0.028英时)的喷嘴。虽然通过喷嘴的流速在各个板是相当不同，在第一板126a是由120至125sccm间变化，而第二板126b为在156至167sccm间变化，当关闭在二板126a、b中特定的喷嘴102的少于1％，板126a、b提供平衡的流速。比较包含板126a、b的扇形喷嘴的二对等数组128亦导致在扇形间的流速比1％更接近的一致性。然而，通过不同喷嘴102的不同流速可在基材上产生显著不同的沉积或蚀刻速率。因此，此说明气体分配器板126的独立喷嘴102的流量测量对量测为重要且可实质地改变。在此实施例中，流量量测装置为美国亚历桑纳州坦帕市DH Instruments公司的MOLBLOC。

一经由气体分配器板126的独立喷嘴102取样的流速的相对差异变化图，藉压差计70量测而以伏特表示的，为显示于图9。在此图中，是显示气体分配器126的不同喷嘴，+0.43V相当于通过喷嘴的261sccm流速，而-0.80V相当于267sccm。对特定喷嘴102量测的差异流速的范围以制成一流量等高图(flow contour map)，其与在基材160上处理的材料的厚度或其它表面特性的均质性图表相关。通过使用流量计以进行相对于绝对流量量测的压差量测，可在流速量测上获得较高的精确度。在一实施例中，当压差计70的分辨率为1mV时，流经具有阻挡器(blocker)的气体分配器126的140slm N₂会造成每一阻挡孔8mV的变化。即使因流量变化，此可提供在板126中由多于一千个喷嘴覆盖的单一孔的侦测能力。因而在一传统质量流量计提供精确度仅至约0.5％的绝对流量量测；本发明方法可轻易的获得相较于参考喷嘴102的优于0.1％的流量精确度。

在一工艺反应室中使用硅烷气体而沉积于基材160上的氧化硅薄膜的厚度可量测及显示于图10的等高图。薄膜厚度全面差异在约

，平均值为，且范围为由约266至约

。亦发现沉积厚度随着反应室中气体分配器126的转动而变化。然后使用气流比较器20以量测用于处理基材的气体分配器126的流量均一性等高图，如显示于图11。流量等高图与基材厚度沉积图有关，因二图呈现匹配的瀑布式图样，其中由气体分配器的较高流量提供对应的较高的沉积厚度。在此实施例中，其确定使用钻孔方法以产生小喷嘴孔的变化导致喷嘴102在遍及气体分配器126上具有不同直径，该钻孔方法为使用多个钻头并在钻孔步骤中180°转动板，或是使用一单一钻头，且此钻头在钻了大量的孔后会逐渐磨耗。

在另一量测组态中，可使用自动流量均量制图装置以量测气体分配器126的不同喷嘴102的流量均一性。例如，此装置包括一气流比较器及X-Y-Z作动台，以移动取样探针130横跨板126至不同喷嘴以测试每一喷嘴102。此测试装置允许针对各个新的气体分配器126的完全流量等高图的量测。

一基材处理设备140亦可包含一气体流控制器141以控制通过喷嘴102的多个气体流速以导入工艺气体至多个基材处理反应室138a、b中。在一态样中，气体流控制器141包含一气流比较器20，且用以自动调整工艺气体至反应室138a、b的流速。工艺气体可由一远程等离子源激发，如由美国加州尔湾市Astron公司制造的RPS源。每一反应室138a、b包含一输入气体管线150a、b以供给工艺气体至气体歧管154a、b，其接着将气体供应至一气体分配器126a、b。在操作中，工艺气体通过气流比较器20的第一及第二限流器50、52及喷嘴托架80、82，且喷嘴托架80、82连接至供应反应室138a、b中的气体分配器126a、b的输入气体管线150a、b，此造成气流比较器20的压差计70指示一与流经喷嘴102的气体流速中的变化呈比例的压差。

在操作中，一压差讯号由压差计70送至一控制器148，其相应于讯号而调整连接至基材工艺反应室138a、b的输入气体管线150a、b的流量调节阀158a、b，以形成一密闭回路控制系统。流量调节阀158a、b的一端各自分别连接至辅助分流器60、62的输出端口64b、68b，而另一端则连接至反应室138a、b的输入气体管线150a、b，并供应反应室138a、b中的气体分配器126a、b。流量调节阀158a、b响应由控制器148接收的流量控制讯号以控制通过输入气体管线150a、b的工艺气体流量。在另一显示的态样中，压差计70置于流量调节阀158a、b之前。因为压差计70具有一高流量阻抗，故压差计70在工艺气体通过流量调节阀158a、b及气体管线150a、b的流速上具有最小的影响。因此，压差计亦可置于沿着气体供应通道的其它位置。

反应室138a、b亦可用于做为真空测试设备以测试经板126a、b的流量差的密闭器138。压差计测量施用至输入管的气体压差，而输入管是供应工艺气体至每一反应室138a、b。

在一态样中，流量调节阀158a、b是经机械化以允许相应于压差计70的压差讯号而进行流量调整自动化。例如，流量调节阀158a、b可电力驱动或人工驱动。在一实施例中，二流量调节阀158a、b是经调整直至达到所欲设定点为止，而此设定点为对应于得自压差计70的0托耳的量测压差的讯号。相似地，例如当需要不对等的流速至各气体分配器126a、b时，则所欲的设定点为-2托耳，阀158a、b可依此调节。此容许在不同工艺配方(process recipe)中设定压差，且在设备140操作期间自动执行此压差。事实上，零压差不能提供最好的结果，但可造成在二气体管线150a、b间的平均分流。小至0.1毫托耳的背压差(differential backpressure)的差异可有利地用于解析低至总流速的0.1％的流量差，或甚至流速的0.01％的流量差，其与传统流量控制计相反，传统流量控制计只能提供总流速的约1％的流量差的解析能力，此代表10倍佳的流量解析能力。

设备140可为例如得自美国加州Applied Materials公司的具有双反应室138a、b的Producer^TM。此双处理反应室138a、b彼此上下设置，且每一反应室提供处理一或多个基材160的能力。反应室138a、b的多个可能应用中的一者为，用于以硅烷气体沉积氧化硅薄膜于基材160(包括硅晶片)上，晶片尺寸为300mm。在一实施例中，反应室138a、b包括一致的组件以进行相同的半导体工艺操作，或是相同的工艺操作组。相同的组态可使反应室138a、b同时进行相同的化学气相沉积操作，其中绝缘或传导材料是沉积于放置在各反应室138a、b的晶片上。在另一实施例中，相同的半导体工艺反应室138a、b为用以蚀刻基材160，如硅晶片，一般是经由在晶片表面上的光阻或其它型式屏蔽层的开口。当然，在反应室138a、b中可进行任何合宜的半导体操作，如等离子气相沉积、外延层沉积，或甚至蚀刻工艺如PAS蚀刻、回蚀(etch back)、或间隙壁蚀刻工艺。如下文将描述，此操作的选择在本文描述的系统背景中为可随意的。

基材160a、b例如硅晶片或其它型式的半导体晶片，是运送至各反应室138a、b以放置于一基材支撑座162a、b上。每一基材支撑座162a、b可包括一温度控制单元164a、b，其含有一加热器以加热基材160a、b。若仅要使通过反应室138a、b的气体流均等，则不需要使薄膜沉积速率均等或是在反应室138a、b中产生相同工艺结果。例如，仍会因为其它因素而使薄膜厚度具有变化，例如温度差异及在气体分配器126a、b与基材160a、b间的间隔。晶片温度是通过使用温度控制单元164a、b来改变基材支撑座162a、b的温度而调整的。并利用连接至基材支撑座162a、b之间隔控制单元163a、b来调整上述间隔。

每一反应室138a、b具有一排放端口165a、b，其连接至各自的排放管线166a、b，而排放管线166a、b是接合以形成一共同排放管线168，其导引至一真空泵170。在操作中，反应室138a、b可使用一泵以抽吸至低压力，如真空泵，且例如一粗抽泵、涡轮分子泵及其它泵的组合，以在反应室138a、b中提供所欲的压力。在排放管线166a、b中设置有下游节流阀174a、b以控制反应室138a、b中的气体压力。

当用于等离子辅助工艺时，反应室138a、b亦可具有气体激发器180a、b。气体激发器180a、b可为在反应室138a、b内的电极、反应室外侧的感应线圈、或远程等离子源(如一微波或RF源)。气体激发器180a、b可用以设定施用以产生及维持在反应室138a、b内的等离子或激发气体物种的能量。

前文已提供本发明的不同实施例的描述以用于了解本发明。说明部分并非用以彻底详尽说明或限制本发明至描述的较佳态样。例如，本发明的实施例可用于配合至少三反应室。再者，在多个反应室系统的至少一反应室可建构为同时处理至少一晶片。据此，在前述示中的多种润饰及变化为可行的。

Claims (14)

1.一种气体流比较器，包含：

(a)气体控制单元，安装于气体管上，该气体控制单元包含气体控制回馈环路以控制通过该气体管的气体的流速或压力；

(b)主要分流器，其包含入口端口及一对输出端口，该入口端口用以接收来自该气体管的该气体；

(c)一对限流器，各个该些限流器连接至该主要分流器的输出端口，且各个该些限流器具有限流器出口；

(d)一对辅助分流器，各个该些辅助分流器连接至限流器的限流器出口，且各个该些辅助分流器包含一对第一及第二输出端口；

(e)压差计，连接至该些辅助分流器的该些第一输出端口二者；以及

(f)一对喷嘴托架，各个该些喷嘴托架连接至一辅助分流器的第二输出端口，该些喷嘴托架可连接至第一及第二喷嘴，藉此，通过该些限流器及该些第一与第二喷嘴的气体会造成该压差计呈现与该气体通过该些第一与第二喷嘴的流速的差异成比例的压差。

2.如权利要求1所述的气体流比较器，其中该压差计适于：

量测至少约1托耳(Torr)的一压力范围；或

具有为至少约0.001托耳的一精确度。

3.如权利要求1所述的气体流比较器，其中该主要分流器及该些辅助分流器各自包含T型气体联结器。

4.如权利要求1所述的气体流比较器，其中各个该些限流器包含具有开孔的档板。

5.如权利要求1所述的气体流比较器，其中该些喷嘴托架适于连接至在处理室中的气体分配器的一输入管，该气体分配器包含数个间隔设置的喷嘴。

6.如权利要求5所述的气体流比较器，其包含适于密封于该气体分配器的至少一扇形的该些喷嘴周围的夹具(jig)，藉以允许量测通过该扇形的气体流速。

7.如权利要求1所述的气体流比较器，其包含取样探针以取样具有数个孔的气体分配器的独立孔的流速。

8.如权利要求7所述的气体流比较器，其中该取样探针包含连接至第二管的第一管，该第一管具有第一直径，且该第二管具有小于该第一直径的第二直径，且O型环密封件是安装于该第二管的开口周围。

9.如权利要求8所述的气体流比较器，其中该O型环密封件包含硅胶环。

10.如权利要求1所述的气体流比较器，其更包含校正喷嘴套件。

11.如权利要求1所述的气体流比较器，其中该第一喷嘴包含测试喷嘴，且该第二喷嘴包含可调式针阀。

12.一种气体流控制器，其包含如权利要求1所述的该气体流比较器，且其中该些第一及第二喷嘴各自包含流量调节阀，该些流量调节阀的一端连接至辅助分流器的第二输出端口，且另一端则连接至基材处理反应室的气体入口管，该气体入口管是供给在该反应室中的气体分配器；且

其中该气体流控制器相应于由该压差计所接收的一讯号来调节流量调节阀，以控制流经该些流量调节阀的气体流量。

13.如权利要求12所述的气体流控制器，其中该些流量调节阀包含质量流量控制器。

14.一种基材处理设备，其包含如权利要求12所述的该气体流控制器，且其中该设备包含第一处理反应室及第二处理反应室，而各个该些反应室包含供应气体分配器的气体入口管、面向该气体分配器的基材支撑座，以及排出端口，气体通过该排出端口而排出。

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