KR20210030991A - 개선된 챔버 매칭을 위한 하이브리드 플로우 계측 - Google Patents

개선된 챔버 매칭을 위한 하이브리드 플로우 계측 Download PDF

Info

Publication number
KR20210030991A
KR20210030991A KR1020217006851A KR20217006851A KR20210030991A KR 20210030991 A KR20210030991 A KR 20210030991A KR 1020217006851 A KR1020217006851 A KR 1020217006851A KR 20217006851 A KR20217006851 A KR 20217006851A KR 20210030991 A KR20210030991 A KR 20210030991A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
flow
flow rate
mass
flow path
Prior art date
Application number
KR1020217006851A
Other languages
English (en)
Inventor
에반젤로스 티. 스피로풀로스
피유시 아가월
제임스 룽
세이드 호세인 하셰미 게르메즈
이크발 샤리프
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 램 리써치 코포레이션 filed Critical 램 리써치 코포레이션
Publication of KR20210030991A publication Critical patent/KR20210030991A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/15—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters specially adapted for gas meters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/005—Electrical or magnetic means for measuring fluid parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/0092—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume for metering by volume
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67276—Production flow monitoring, e.g. for increasing throughput
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00211—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value
    • B01J2219/00216—Parameter value calculated by equations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/17—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters using calibrated reservoirs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

기판 프로세싱 시스템의 가스 전달 시스템이 가스 소스들로부터 가스의 플로우를 제어하기 위한 질량 유량 제어기들을 포함하는 가스 박스를 포함한다. 가스 박스와 유체로 연통하는 가스 플로우 경로. 하이브리드 플로우 계측 시스템이 가스 플로우 경로와 유체로 연통하고, 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 의해 공급된 가스에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 미리 결정된 기간 동안 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 가스 플로우 경로 내의 가스의 차동 질량에 기초하여 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 제 2 플로우 계측을 수행하도록 구성된다.

Description

개선된 챔버 매칭을 위한 하이브리드 플로우 계측
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 8월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 16/056,980 호의 우선권을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들을 위한 플로우 계측에 관한 것이고, 보다 구체적으로 기판 프로세싱 시스템들을 위한 하이브리드 플로우 계측에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들의 에칭, 증착, 및/또는 다른 처리를 수행하도록 사용될 수도 있다. 기판 상에서 수행될 수도 있는 예시적인 프로세스들은 에칭, 증착 및 세정 프로세스들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 프로세싱 동안, 기판은 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버의 페데스탈, 정전 척 (electrostatic chuck; ESC), 등과 같은 기판 지지부 상에 배치된다. 가스 전달 시스템이 기판을 처리하기 위해 프로세싱 챔버 내에 가스 혼합물을 공급한다. 플라즈마가 프로세싱 챔버 내에서 화학 반응들을 향상시키도록 스트라이킹될 (strike) 수도 있다. RF 바이어스가 또한 이온 에너지를 제어하기 위해 기판 지지부에 공급될 수도 있다.
품질을 개선하고 결함들을 감소시키기 위해, 하나 이상의 계측 시스템들이 프로세싱 챔버의 동작을 검증하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 플로우 계측 시스템이 가스 혼합물을 공급하는 가스 전달 시스템의 플로우 레이트들을 검증하도록 사용될 수도 있다. 복수의 기판 프로세싱 챔버들이 기판 프로세싱 툴에 배치될 때, 가스 라인들은 프로세싱 챔버들의 가스 전달 시스템들을 멀티플렉싱된 (multiplex) 플로우 계측 시스템에 연결하도록 사용된다.
플로우 계측 시스템은 오리피스-기반 (orifice-based), 정상-상태 (steady-state) 플로우 측정 디바이스를 포함할 수도 있다. 가스 전달 시스템들은 통상적으로 10 내지 3000 sccm의 플로우 레이트들을 캘리브레이팅하고 (calibrate) 공급하기 위해 필요하다. 저 플로우 레이트들로 가스 라인들 내로 흐르는 가스는 플로우 계측 디바이스에 도달하고 측정을 위해 충분한 압력을 구축하는데 긴 시간이 소요되고, 이는 툴-시동 (tool-startup) 동안 측정 시간들에 부정적으로 영향을 준다. 즉, 플로우 레이트들을 10 sccm로부터 수백 sccm으로 캘리브레이팅하는 것은 긴 시간이 소요된다. 보다 최근에, 프로세스 레시피들은 또한 0.1 내지 10 sccm의 플로우 레이트들의 캘리브레이션 (calibration) 및 공급을 필요로 한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 용인할 수 없는 시간 지연들은 오리피스-기반 방법을 사용하여 0.1 내지 10 sccm의 보다 낮은 플로우 레이트들의 캘리브레이션 또는 챔버 매칭 동안 발생할 수도 있다.
기판 프로세싱 시스템을 위한 계측 시스템이 N 개의 가스 소스들로부터 각각 선택적으로 가스를 흘리는 N 개의 1 차 밸브들을 포함하고, 여기서 N은 정수이다. N 개의 질량 유량 제어기들이 N 개의 가스 소스들로부터 각각 N 개의 가스들을 흘리도록 N 개의 1 차 밸브들 각각에 연결된다. N 개의 2 차 밸브들이 N 개의 질량 유량 제어기들로부터 각각 가스를 선택적으로 흘린다. 가스 플로우 경로가 N 개의 2 차 밸브들을 N 개의 2 차 밸브들로부터 멀리 위치된 플로우 계측 시스템에 연결한다. 가스 플로우 경로는 가스 라인들을 포함한다. 제어기가 가스 플로우 경로를 배기하는 동작; 가스 플로우 경로에서 최초 (initial) 압력을 측정하는 동작; 가스 플로우 경로의 최초 질량을 결정하는 동작; 미리 결정된 기간 동안 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘리는 동작; 가스 플로우 경로에서 최종 (final) 압력을 측정하는 동작; 가스 플로우 경로의 최종 질량을 결정하는 동작; 및 최초 질량, 최종 질량, 및 미리 결정된 기간에 기초하여 실제 플로우 레이트를 결정하는 동작에 의해 N 개의 질량 플로우 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스에 대한 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는 선택된 가스 및 목표된 플로우 레이트에 대한 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 더 구성된다. 제어기는 유효 체적에 더 기초하여 플로우 레이트를 결정하도록 더 구성된다. 가스 플로우 경로는 매니폴드 및 밸브를 더 포함한다. 제어기는 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 실제 플로우 레이트를 결정할 때 제 1 플로우 계측을 사용하도록 구성된다. 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위이다.
다른 특징들에서, 제어기는 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 실제 플로우 레이트를 결정하기 위해 제 1 플로우 계측과 상이한 제 2 플로우 계측을 사용하도록 구성된다. 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위이다.
다른 특징들에서, 제 2 플로우 계측은 오리피스-기반 계측을 포함한다. 밸브가 오리피스의 유출구에 연결된다. 압력 센서가 오리피스의 유입구에서 압력을 센싱한다. 제어기는 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 실제 플로우 레이트를 결정하기 위해 밸브, 압력 센서 및 오리피스를 사용하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는 가스 플로우 경로를 배기한 후 그리고 가스 플로우 경로의 최초 압력을 측정하기 전 제 1 미리 결정된 안정 (settling) 기간을 대기하도록 구성된다. 제어기는 미리 결정된 기간 동안 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘린 후 그리고 가스 플로우 경로에서 최종 압력을 측정하기 전 제 2 미리 결정된 안정 기간을 대기하도록 구성된다.
기판 프로세싱 시스템의 가스 전달 시스템이 N 개의 가스 소스들로부터 가스의 플로우를 각각 제어하기 위해 N 개의 질량 유량 제어기들을 포함하는 가스 박스를 포함하고, 여기서 N은 정수이다. 가스 박스와 유체로 연통하는 가스 플로우 경로. 하이브리드 플로우 계측 시스템이 가스 플로우 경로와 유체로 연통하고, N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 의해 공급된 가스에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 미리 결정된 기간 Δt 동안 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 가스 플로우 경로 내의 가스의 차동 질량에 기초하여 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 2 플로우 계측을 수행하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제 1 플로우 계측 및 제 2 플로우 계측은 목표된 플로우 레이트로 가스에 대한 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 사용된다. 제 1 플로우 계측은 목표된 플로우 레이트의 가스에 대한 가스 플로우 경로의 유효 체적에 기초하여 차동 질량을 더 결정한다. 제 2 플로우 계측은 오리피스-기반 방법이다.
다른 특징들에서, 하이브리드 플로우 계측 시스템은 선택된 가스 및 선택된 플로우 레이트에 대한 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 유효 체적에 더 기초하여 플로우 레이트를 결정하도록 더 구성된다. 가스 플로우 경로는 매니폴드 및 밸브를 더 포함한다. 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위이다.
다른 특징들에서, 밸브가 오리피스의 유출구에 연결된다. 압력 센서가 오리피스의 유입구에서 압력을 센싱한다. 제어기는 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 실제 플로우 레이트를 결정하기 위해 밸브, 압력 센서 및 오리피스를 사용하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는 가스 플로우 경로를 배기하는 동작; 가스 플로우 경로에서 최초 압력을 측정하는 동작; 가스 플로우 경로의 최초 질량을 결정하는 동작; 미리 결정된 기간 동안 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘리는 동작; 가스 플로우 경로에서 최종 압력을 측정하는 동작; 가스 플로우 경로의 최종 질량을 결정하는 동작; 및 최초 질량, 최종 질량, 및 미리 결정된 기간에 기초하여 실제 플로우 레이트를 결정하는 동작에 의해 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 제어기는 가스 플로우 경로를 배기한 후 그리고 가스 플로우 경로의 최초 압력을 측정하기 전 제 1 미리 결정된 안정 기간을 대기하도록 구성된다. 제어기는 미리 결정된 기간 동안 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘린 후 그리고 가스 플로우 경로에서 최종 압력을 측정하기 전 제 2 미리 결정된 안정 기간을 대기하도록 구성된다.
기판 프로세싱 시스템에서 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법이 N 개의 가스 소스들로부터 각각 가스의 플로우를 제어하기 위해 N 개의 질량 유량 제어기들을 포함하는 가스 박스를 제공하는 단계―여기서 N은 정수―, 및 가스 박스와 유체로 연통하는 가스 플로우 경로를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 의해 공급된 가스에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 미리 결정된 기간 동안 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 가스 플로우 경로 내의 가스의 차동 질량에 기초하여 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 1 플로우 계측을 사용하는 단계를 포함한다. 방법은 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 2 플로우 계측을 사용하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 플로우 계측 및 제 2 플로우 계측은 목표된 플로우 레이트로 가스에 대한 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 사용된다.
다른 특징들에서, 제 1 플로우 계측은 목표된 플로우 레이트의 가스에 대한 가스 플로우 경로의 유효 체적에 기초하여 차동 질량을 더 결정한다.
다른 특징들에서, 제 2 플로우 계측은 오리피스-기반 방법이다. 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위이다.
다른 특징들에서, 제 1 플로우 계측은 가스 플로우 경로를 배기하는 동작; 가스 플로우 경로에서 최초 압력을 측정하는 동작; 가스 플로우 경로의 최초 질량을 결정하는 동작; 미리 결정된 기간 동안 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘리는 동작; 가스 플로우 경로에서 최종 압력을 측정하는 동작; 가스 플로우 경로의 최종 질량을 결정하는 동작; 및 최초 질량, 최종 질량, 및 미리 결정된 기간에 기초하여 실제 플로우 레이트를 결정하는 동작을 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 가스 플로우 경로를 배기한 후 그리고 가스 플로우 경로의 최초 압력을 측정하기 전 제 1 미리 결정된 안정 기간을 대기하는 동작을 포함한다. 방법은 미리 결정된 기간 동안 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘린 후 그리고 가스 플로우 경로에서 최종 압력을 측정하기 전 제 2 미리 결정된 안정 기간을 대기하는 동작을 포함한다.
본 개시의 추가 적용 가능성의 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 2는 기판 프로세싱 툴들의 예의 기능적 블록도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 시스템들에서 사용될 수 있는 본 개시에 따른 가스 전달 시스템의 기능적 블록도이다.
도 4는 본 개시에 따른 가스 박스의 예의 기능적 블록도이다.
도 5는 본 개시에 따른 하이브리드 플로우 계측 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 6은 본 개시에 따른 하이브리드 플로우 계측 제어기의 예의 기능적 블록도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시에 따른 하이브리드 플로우 계측을 수행하기 위한 방법의 예를 예시하는 플로우 차트들이다.
도 8은 본 개시에 따른 차동 질량 방법의 예를 예시하는 플로우 차트이다.
도 9는 본 개시에 따른 차동 질량 방법 동안 시간의 함수로서 압력을 예시하는 그래프이다.
도 10은 본 개시에 따른 부가적인 계측 체크를 할 때 시간에 따른 미리 결정된 가스에 대해 유효 체적 계산들에 대한 변화들을 사용하기 위한 방법의 예를 예시하는 플로우 차트이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
AFV (Absolute Flow Verification) 와 같은 오리피스-기반 플로우 계측 시스템들은 질량 유량 제어기 (Mass Flow Controller; MFC) 로부터 오리피스 뱅크 (orifice bank) 를 통해 펌프로 가스를 공급한다. 오리피스 뱅크는 대응하는 밸브들을 사용하여 선택될 수 있는 복수의 정밀 오리피스들을 포함한다. 압력은 오리피스들 중 선택된 오리피스의 업스트림에 축적되고, 압력계와 같은 압력 센서에 의해 모니터링된다. 압력 값은 가스 당 기준으로 가스 플로우 레이트에 오리피스 압력을 관련시키는 경험적으로 전개된 가스 표에 기초하여 플로우 레이트를 결정하도록 사용된다. 온도 보정이 또한 온도 변동들을 설명하고 MFC의 실제 가스 플로우 레이트를 결정하도록 적용될 수도 있다.
AFV에 대한 측정 시간은 MFC로부터 다운스트림의 그리고 선택된 오리피스로부터 업스트림의 가스 플로우 경로를 충진하고 가압하기 위해 필요한 시간으로 인해 보다 낮은 플로우 레이트들에서 실질적으로 증가한다. 가스 플로우 경로는 통상적으로 (가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이에 위치된) 가스 공급 라인들, 매니폴드들, 밸브들, 등을 포함한다. 긴 캘리브레이션 기간은 초기 설정 동안 그리고 나중에 챔버 매칭 동안 가스 플로우 캘리브레이션을 수행하기 위해 필요한 정지 시간을 증가시킨다. 오리피스 플로우가 (정상 상태 압력 (steady state pressure) 을 얻기 위해) 매우 낮은 플로우 레이트들에서 그리고 보다 긴 가스 공급 라인들을 사용하여 안정화될 때의 검출은 어렵다. 압력 축적의 작은 변화들은 가스 라인들의 증가된 체적으로 인해 검출하기 어렵다.
본 개시에 따른 하이브리드 플로우 계측 시스템들 및 방법들은 미리 결정된 플로우 레이트 미만의 플로우 레이트들에 대해 차동 질량 측정 (Differential Mass Measurement; DMM) 방법 및 미리 결정된 플로우 레이트 이상의 플로우 레이트들에 대해 또 다른 플로우 계측 방법을 사용한다. 일부 예들에서, 미리 결정된 플로우 레이트는 10 sccm이지만, 다른 플로우 레이트 값들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 오리피스-기반 플로우 계측은 미리 결정된 플로우 레이트 이상의 플로우 레이트들에 대해 사용되지만, 다른 플로우 계측 방법들이 사용될 수 있다.
이하에 더 기술될 바와 같이, DMM 방법은 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 가스 라인들, 밸브들, 매니폴드들, 등의 가스 볼륨을 충진한다. 일부 예들에서, 가스 볼륨은 배기되고, 최초 (initial) 압력은 안정 (settling) 기간 후 측정된다. 최초 질량이 가스 라인들, 매니폴드, 밸브들 및/또는 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이에 위치된 다른 볼륨들을 통한 플로우 경로의 유효 체적 및 최초 압력에 기초하여 결정된다.
최초 질량을 결정한 후, 밸브들은 개방되고, MFC는 미리 결정된 기간 Δt 동안 (캘리브레이팅될) 목표된 플로우 레이트로 가스를 흘린다. 압력은 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 가스 체적 내부에서 꾸준히 상승한다. 미리 결정된 기간 Δt 후, 밸브들은 폐쇄되고 최종 (final) 압력이 측정된다. 최종 질량은 최종 압력에 기초하여 계산된다. 플로우 레이트는 최종 질량과 최초 질량 사이의 차를 Δt로 나눈 것을 취함으로써 계산된다.
DMM 방법은 챔버 상승 레이트 (Rate Of Rise; ROR) 와 유사하지만, DMM 방법은 질량 플로우 레이트들을 계산하기 위해 챔버/탱크 체적 대신 가스 라인들, 밸브들, 매니폴드, 등의 체적을 사용한다. ROR에서, 질량 플로우 레이트를 계산하기 위한 지배 방정식은 상태 방정식의 시간 미분을 취한 후 얻어진다. 과도 압력 및 온도는 ROR 탱크에서 가스 압축 동안 시간이 지나면서 샘플링되고, 압력/온도 변화 레이트가 산출된다.
보다 구체적으로, 저 플로우 레이트들에 대해 DMM 방법을 수행할 때, MFC 가스 플로우는 미리 결정된 시간 기간 Δt에 걸쳐 공지된 체적 V의 인클로저를 가압하도록 사용된다. 인클로저의 최초 및 최종 가스 압력과 온도는 가스 상태 방정식에 기초하여 인클로저에 공급된 순 가스 질량을 계산하도록 사용된다:
P V = m R T Z / MW (1)
여기서 P는 압력, V는 체적, m은 질량, MW는 분자량, R은 보편 가스 상수, 그리고 Z는 조건 (p, T) 에서의 가스 압축성이다.
절대 가스 플로우 레이트 Q에 대한 방정식은 다음과 같다:
Figure pct00001
(2)
여기서 첨자 1과 2는 각각 최초 상태와 최종 상태를 나타낸다.
압축성 효과들은 다원자 가스들에 대해서만 그리고 압력 및 온도가 대기 (ATM) 조건들에 접근함에 따라서 중요하다. MFC 다운스트림 압력이 대기압 이하이고 DMM 방법에서 가스 볼륨을 가압할 때 ATM 압력보다 10 배 작게 유지될 수 있기 때문에, 압축성 효과들은 다원자 가스들에 대해서조차 무시될 수 있다. 따라서, 플로우 레이트 방정식은 다음으로 단순화된다:
Figure pct00002
(3)
일부 예들에서, 인클로저 내의 가스는 최초 및 최종 p와 T를 측정하기 전 미리 결정된 안정 기간 동안 휴지되게 (rest) 된다. 안정 기간은 가스의 운동 에너지의 영향을 감소시키고, 이는 가스 플로우로 인한 압력 변화들 (gradients) 을 제거한다. 안정 기간은 또한 가스 온도로 하여금 분위기에 따라 안정되게 한다. 즉, 가스는 주변 인클로저 (벽 온도 Tw) 에 의해 가열되거나 냉각되고, 이는 가스 팽창 또는 압축으로 인한 영향들을 각각 제거한다.
가스 팽창 현상은 인클로저가 (이전 측정값들로부터) 가스 잔여물들을 제거하기 위해 배기될 때 계측 캘리브레이션의 시작에서 발생한다. 가스가 인클로저 내에 공급될 때, 가스는 온도를 상승시키는 압축 가열을 겪는다. (부식성 가스들에 대한 노출로부터 잠재적인 센서 손상에 대한 위험으로 인해) 가스 경로에서 고속 온도 센서들을 사용하는 것이 현실적이지 않기 때문에, 직접적인 가스 온도의 정확한 측정은 가능하지 않다.
가스가 안정 기간 동안 안정되도록 허용된다면, 최초 가스 온도 및 최종 가스 온도는 각각 최초 및 최종 벽 온도,
Figure pct00003
및
Figure pct00004
와 동일할 것이다. 유사하게, 최초 압력 및 최종 압력 (p1 및 p2) 은 가스 공급 라인의 길이를 따른 압력 변화들의 제거 및 가스 온도의 변화로 인해 각각
Figure pct00005
및
Figure pct00006
로 조정된다. 결과로서, 플로우 레이트 방정식은 다음으로 단순화된다:
Figure pct00007
(4)
상기 기술된 바와 같이, DMM 방법을 위한 인클로저 (가스 라인들, 밸브들, 매니폴드, 등의 내부 볼륨들) 는 ROR를 위한 인클로저와 상이하게 거동한다. ROR 방법에서, 유효 체적 V는 탱크의 실제 체적과 동일하다. 그러나, DMM 방법을 위한 인클로저 (가스 라인들, 밸브들, 매니폴드, 등) 에 대한 실험적 테스트는 에러들을 발생시킨다. 즉, (공지된 플로우 레이트를 사용하여 계산된) 유효 체적 Veff는 예상된 내부 체적과 상당히 상이하다.
체적의 차 중 일부는 기하학적 제작 허용오차들의 변동들이 원인이다. 또한, 실험은 보정된 유효 체적 Veff가 상이한 가스들 및 플로우 레이트들에 대해 상이할 수도 있다는 것을 보여준다. 이러한 차들은 다양한 다른 요인들이 원인일 수도 있다. 예를 들어, 차들은 (가스 라인들, 내부 밸브들 및/또는 기판 볼륨들의 제작 허용오차들의 변동들에 의해 보다 상당히 영향을 받는) 가스 공급 라인의 상대적으로 작은 체적이 원인일 수도 있다. 차들은 또한 ROR 방법에서 사용된 탱크의 단순하고 균일한 기하구조와 비교하여 공급 볼륨 어셈블리의 전체적인 복잡한 기하구조 (내부 밸브들을 갖는 긴 관형 형상) 가 원인일 수도 있다.
ROR 방법은 가스 공급 라인을 포함하는 가스 플로우 경로와 비교하여 훨씬 큰 체적을 갖는 탱크를 사용한다. 가스 플로우 점성 효과들로 인한 가스 공급 라인들의 압력 변화들은 상당한 효과를 갖고, 적절히 처리되지 않는다면 질량 플로우 레이트 계산에서 부정확성을 유발할 것이다. 따라서, ROR 방법은 인클로저로서 가스 라인들의 볼륨을 사용할 때 그리고 압력 측정을 위한 단일 지점을 가질 때 적용 가능하지 않다.
그러나, 이 문제는 가스 및/또는 플로우 레이트 각각에 대해 (이론적 실제 체적 대신) 캘리브레이팅된 유효 체적 Veff를 사용함으로써 경험적으로 해결될 수 있다. 이하에 더 기술될 바와 같이, 오리피스 기술 또는 또 다른 플로우 계측 방법은 캘리브레이팅된 유효 체적을 계산하도록 채용될 수 있다.
보다 구체적으로, 유효 체적 V는 방정식 4를 사용하여 계산될 수 있다. 처음에, 대응하는 MFC는 저 플로우 레이트 설정점들 중 하나로 설정되고, DMM 방법이 수행된다. DMM 방법 동안, 최초 압력 및 온도 그리고 최종 압력 및 온도가 측정된다. MFC는 오리피스 방법을 사용하여 (동일한 가스로) 동일한 플로우 레이트 설정점에서 동작된다. 오리피스 방법은 MFC의 절대 (진짜) 플로우 레이트 Q를 제공한다. 유효 체적 V는 방정식 4, 절대 플로우 레이트 Q 및 최초 압력 및 온도와 최종 압력 및 온도를 사용하여 결정된다.
유효 체적에 대한 계산들은 최초 툴 스타트업 동안 한 번만, 그리고 저 플로우 레이트들을 갖는 가스들에 대해서만 필요하다. 1 회 캘리브레이션은 또한 챔버 플로우 매칭을 위해 툴에서 툴로 (from tool-to-tool) 가스 공급 라인의 제조 허용오차들의 변동들을 처리할 것이다. 따라서, 챔버 매칭은 하이브리드 방법을 사용하여 보다 신속하게 수행될 수 있다. 더욱이, 오리피스 기술 방법 (보다 높은 플로우 레이트들에 사용됨) 을 사용하여 DMM 방법 (저 플로우 레이트들에 사용됨) 을 캘리브레이팅하는 것은 두 방법들 사이에서 스위칭할 때 플로우 레이트 교차점 (junction) 에서 불일치 또는 오버랩이 없다는 것을 보장한다. 제안된 하이브리드 플로우 계측의 또 다른 장점은 플로우 레이트 접합부에서의 계산이 시간에 따른 정확도의 드리프트가 없다는 것을 보장하기 위한 부가적인 시스템 상태 체크 (health check) 로서 추적되고 모니터링될 수 있다는 것이다.
AFV에 관한 부가적인 상세들은 2010년 10월 26일에 허여되고, 명칭이 "Methods for Performing Actual Flow Verification"인, 공동으로 양도된 미국 특허 번호 제 7,822,570 호에서 발견될 수 있고, 이는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. ROR에 관한 부가적인 상세들은 공동으로 양도된 미국 특허 번호 제 9,778,083 호에서 발견될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 예시적인 기판 프로세싱 시스템 (120) 이 도시된다. 에칭, CCP (Capacitively Coupled Plasma) 를 사용하는 CVD (Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD (Atomic Layer Deposition) 를 위한 프로세싱 챔버의 예가 도시되지만, 본 명세서에 기술된 플로우 계측 시스템들 및 방법들은 임의의 다른 타입의 시스템 또는 기판 프로세싱 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 플로우 계측 시스템들 및 방법들은 리모트 플라즈마 또는 유도 결합 플라즈마 (inductively coupled plasma; ICP) 를 사용하는 기판 프로세싱 시스템들에서 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 정밀한 플로우 계측을 필요로 하는 임의의 다른 반도체 장비에서 사용될 수 있다.
기판 프로세싱 시스템 (120) 은 기판 프로세싱 시스템 (120) 의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고 (사용된다면) RF 플라즈마를 담는 프로세싱 챔버 (122) 를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템 (120) 은 상부 전극 (124) 및 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 과 같은 기판 지지부 (126) 를 포함한다. 동작 동안, 기판 (128) 이 기판 지지부 (126) 상에 배치된다.
단지 예를 들면, 상부 전극 (124) 은 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드와 같은 가스 분배 디바이스 (129) 를 포함할 수도 있다. 가스 분배 디바이스 (129) 는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 연결된 일 단부를 포함하는 스템 부분을 포함할 수도 있다. 베이스 부분은 일반적으로 원통형이고, 프로세싱 챔버의 상단 표면으로부터 이격되는 위치에서 스템 부분의 반대편 단부로부터 방사상 외측으로 연장한다. 샤워헤드의 베이스 부분의 기판-대면 표면, 또는 대면플레이트는 복수의 홀들을 포함하고, 이를 통해 전구체, 반응물질들, 에칭 가스들, 불활성 가스들, 캐리어 가스들, 다른 프로세스 가스들 또는 퍼지 가스가 흐른다. 대안적으로, 상부 전극 (124) 은 도전 플레이트를 포함할 수도 있고 프로세스 가스들은 또 다른 방식으로 도입될 수도 있다.
기판 지지부 (126) 는 하부 전극으로서 작용하는 베이스플레이트 (130) 를 포함한다. 베이스플레이트 (130) 는 세라믹 멀티-존 가열 플레이트에 대응할 수도 있는, 가열 플레이트 (132) 를 지지한다. 내열 층 (134) 이 가열 플레이트 (132) 와 베이스플레이트 (130) 사이에 배치될 수도 있다. 베이스플레이트 (130) 는 베이스플레이트 (130) 을 통해 냉각제를 흘리기 위한 하나 이상의 채널들 (136) 을 포함할 수도 있다.
플라즈마가 사용되면, RF 생성 시스템 (140) 이 RF 전압을 생성하고 상부 전극 (124) 및 하부 전극 (예를 들어, ESC (126) 의 베이스플레이트 (130)) 중 하나로 출력한다. 상부 전극 (124) 및 베이스플레이트 (130) 중 다른 하나는 DC 접지되거나, AC 접지되거나, 또는 플로팅할 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (140) 은 매칭 및 분배 네트워크 (144) 에 의해 상부 전극 (124) 또는 베이스플레이트 (130) 에 피딩되는 RF 전력을 생성하는 RF 전력 생성기 (142) 를 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 플라즈마는 유도적으로 또는 리모트로 생성될 수도 있다.
통상적인 가스 전달 시스템 (150) 이 하나 이상의 가스 소스들 (152-1, 152-2, …, 및 152-N) (집합적으로 가스 소스들 (152)) 을 포함하고, 여기서 N은 0보다 큰 정수이다. 가스 소스들 (152) 은 밸브들 (154-1, 154-2, …, 및 154-N) (집합적으로 밸브들 (154)) 및 MFC들 (156-1, 156-2, …, 및 156-N) (집합적으로 MFC들 (156)) 에 의해 매니폴드 (160) 에 연결된다. 2 차 밸브들이 MFC들 (156) 과 매니폴드 (160) 사이에 사용될 수도 있다. 단일 가스 전달 시스템 (150) 이 도시되지만, 2 개 이상의 가스 전달 시스템들이 사용될 수 있다.
온도 제어기 (163) 가 가열 플레이트 (132) 에 배치된 복수의 TCEs (Thermal Control Elements) (164) 에 연결될 수도 있다. 온도 제어기 (163) 는 기판 지지부 (126) 및 기판 (128) 의 온도를 제어하기 위해 복수의 TCEs (164) 을 제어하도록 사용될 수도 있다. 온도 제어기 (163) 는 채널들 (136) 을 통한 냉각제 플로우를 제어하도록 냉각제 어셈블리 (166) 와 연통할 수도 있다. 예를 들어, 냉각제 어셈블리 (166) 는 냉각제 펌프, 저장부 및/또는 하나 이상의 온도 센서들을 포함할 수도 있다. 온도 제어기 (163) 는 기판 지지부 (126) 를 냉각하기 위해 채널들 (136) 을 통해 냉각제를 선택적으로 흘리도록 냉각제 어셈블리 (166) 를 동작시킨다. 밸브 (170) 및 펌프 (172) 가 프로세싱 챔버 (122) 로부터 반응물질들을 배기하도록 사용될 수도 있다. 시스템 제어기 (180) 가 기판 프로세싱 시스템 (120) 의 컴포넌트들을 제어하도록 사용될 수도 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 명세서에 기술된 플로우 계측 시스템들 및 방법들은 비용을 감소시키기 위해 하나 이상의 기판 프로세싱 툴들 (210) 에 공급된 가스에 대한 플로우 계측을 제공하도록 사용될 수 있다. 기판 프로세싱 툴 (210) 의 예가 도시되지만, 다른 기판 프로세싱 툴들이 사용될 수 있다.
기판 프로세싱 툴 (210) 은 중심 위치에 배치된 로봇 (212) 을 포함한다. 로봇 (212) 은 진공 또는 대기압에서 동작될 수도 있다. 기판 프로세싱 툴 (210) 은 로봇 (212) 둘레에 배치된 복수의 스테이션들 (또는 기판 프로세싱 챔버들) (216-1, 216-2, …, 및 216-S) (집합적으로 스테이션들 (216)) (S는 1보다 큰 정수이다) 을 포함한다. 스테이션들 (216) 은 동일하거나 불규칙한 각도 오프셋을 갖고 기판 프로세싱 툴 (210) 의 중심 둘레에 배치될 수도 있다. 스테이션들 (216) 의 예들은 증착, 에칭, 전-세정, 후 세정, 스핀 세정, 등 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
기판들은 처음에 카세트 (234) 내에 위치될 수도 있다. 일반적으로 (238) 에서 식별된 로봇 및 로드 록이 카세트 (234) 로부터 기판 프로세싱 툴 (210) 로 기판들을 이동시키도록 사용될 수도 있다. 프로세싱이 완료될 때, 로봇 및 로드 록 (238) 은 기판들을 카세트 (234) 및/또는 또 다른 카세트 (239) 로 되돌릴 수도 있다. 이하에 더 기술될 바와 같이, 가스 전달 시스템들은 스테이션들에 가스를 공급하고, 플로우 계측 시스템은 가스 플로우들을 캘리브레이팅한다.
이제 도 3을 참조하면, 복수의 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) (집합적으로 가스 박스들 (310)) 을 포함하는 가스 전달 시스템 (300) 이 도시된다. 10 개의 가스 박스들이 도시되지만, 가스 전달 시스템 (300) 은 부가적인 또는 보다 적은 가스 박스들을 포함할 수 있다. 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) 은 제 1 가스 라인들 (312-1, 312-2, …, 312-10) (집합적으로 제 1 가스 라인들 (312)) 에 의해 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 에 연결된다. 제 1 가스 라인들 (312) 은 매니폴드 (313) 에 연결될 수도 있고, 이어서 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 으로 라우팅될 수도 있다. 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 으로부터의 리턴 가스들은 제 2 가스 라인들 (314-1, 314-2, …, 314-10) (집합적으로 제 2 가스 라인들 (314)) 에 의해 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) 에 연결된다. 제 2 가스 라인들 (314) 은 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 으로부터 매니폴드 (315) 내로 흐르고, 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) 에 연결되는 개별 라인들로 분리된다.
가스 라인 (316-1, 316-2, …, 316-10) (집합적으로 가스 라인들 (316)) 은 프로세싱 챔버들에 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) 의 출력부들을 연결한다. 일부 예들에서, CDA (Clean Dry Air) 의 소스 (330) 가 또한 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) 에 연결된다. 인식될 수 있는 바와 같이, 비용을 감소시키는 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 은 가스 박스들 (310-1, 310-2, …, 310-10) 에 의해 공유되거나 시간 멀티플렉싱된다.
이제 도 4를 참조하면, 가스 박스들 (310) 중 하나가 도시된다. 가스 소스 (410-1, 410-2, …, 및 410-G) (집합적으로 가스 소스들 (410)) 는 1 차 밸브들 (420-1, 420-2, …, 및 420-G) (여기서 G는 1보다 큰 정수) (집합적으로 1 차 밸브들 (420)), 질량 유량 제어기들 (MFC) (430-1, 430-2, …, 430-G) (집합적으로 MFC (430)), 및 2 차 밸브들 (434-1, 434-2, …, 및 434-G) (집합적으로 2 차 밸브들 (434)) 을 포함하는 플로우 제어 디바이스들에 연결된다. 2 차 밸브들 (434) 의 출력부들은 믹싱 매니폴드 (435) 에 연결되고, 밸브들 (440, 442 및 448) 로 입력된다. 밸브들 (440, 442) 은 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 에 연결된다. 밸브 (442) 는 가스 라인들 (312) 의 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 으로 흐르는 가스와 연관된다. 밸브 (440) 는 가스 라인들 (314) 의 하이브리드 플로우 계측 시스템 (320) 으로부터 리턴하는 가스와 연관된다. 밸브 (448) 는 가스 라인들 (316) 에서 가스 박스 (310) 와 연관된 프로세싱 챔버로 흐르는 가스와 연관된다. 하나 이상의 온도 센서들 (480) 이 가스 라인들의 온도를 센싱하도록 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 가스 라인들의 부분들은 저항성 히터들 (미도시) 에 의해 가열된다.
이제 도 5를 참조하면, 하이브리드 플로우 계측 시스템의 일부가 도시된다. 하이브리드 플로우 계측 시스템 (220) 에 대한 유입구 (B) 가 밸브 (510) 에 연결된다. 가스 박스들 (GB2, GB4, GB6, GB8 및 GB10) 과 연관된 유입구 (B') 가 밸브 (511) 에 연결된다. 밸브들 (510 및 511) 의 유출구들은 매니폴드 (513) 에 의해 복수의 가스 라인들 (518-1, 518-2, …, 및 518-O) (여기서 O는 1 이상의 정수이다) (집합적으로 가스 라인들 (518)) 에 연결된다. 가스 라인들 (518) 은 정밀 오리피스들 (520-1, 520-2, …, 및 520-O) (집합적으로 정밀 오리피스들 (520)) 에 연결된다.
일부 예들에서, 정밀 오리피스들 (520) 은 가변하는 오리피스 사이즈들을 갖는다. 정밀 오리피스 (320) 는 오리피스가 미리 결정된 공지의 사이즈 및 형상을 갖고 방해받지 않는다면 "정밀한 (precise)" 것으로 간주된다. 하나 이상의 압력 센서 (530) 는 정밀 오리피스가 초크된 플로우 조건 (choked flow condition) 에서 동작할 때 정밀 오리피스 (520) 로부터 업스트림 압력을 센싱한다. 가스들이 음속으로 정밀 오리피스를 나갈 때 초크된 플로우 조건이 발생한다. 정밀 오리피스들 중 하나는 캘리브레이팅될 플로우 레이트에 기초하여 선택된다.
압력 센서들 (530) 은 밸브들 (510 및 511) 의 유출구 및 정밀 오리피스들 (520) 의 유입구들에 연결된다. 예를 들어, 압력 센서들 (530) 중 제 1 압력 센서는 제 1 압력 범위에서 동작하고, 압력 센서들 (530) 중 제 2 압력 센서는 제 1 압력 범위와 동일하거나 상이한 제 2 압력 범위에서 동작한다. 예를 들어, 압력 센서들 (530) 중 제 1 압력 센서는 50 T까지의 압력을 측정하고, 압력 센서들 (530) 중 제 2 압력 센서는 500 T까지의 압력을 측정하지만, 다른 압력 범위들이 사용될 수 있다. 정밀 오리피스들 (520) 은 밸브들 (524-1, 524-2, …, 및 524-O) (집합적으로 밸브들 (524)) 의 유입구들에 연결된다. 밸브들 (524) 의 유출구들은 함께 연결되고 펌프 (540) 로 출력된다.
이제 도 6을 참조하면, 하이브리드 플로우 계측 제어기 (610) 가 도시된다. 일부 예들에서, 하이브리드 플로우 계측 제어기 (610) 는 AFV 표 (620), Veff 표 (622) 및 Veff 추정 모듈 (624) 을 포함한다. AFV 표 (620) 는 가스 당 기준으로 오리피스 압력을 플로우 레이트에 관련시키는, 경험적으로 전개된 표이다. Veff 표 (622) 는 캘리브레이팅되고 가스 및/또는 목표된 플로우 레이트에 의해 인덱싱되는 Veff 값들을 포함한다.
하이브리드 플로우 계측 제어기 (610) 는 밸브들 (634), 질량 유량 제어기들 (636), 압력 센서들 (530) 및 온도 센서들 (480) 과 통신한다. 하이브리드 계측 제어기 (610) 는 이하에 더 기술될 바와 같이 온도 센서들 (480) 및 압력 센서들 (530) 로부터의 피드백에 기초하여 밸브들 (634) 을 제어한다. 일부 예들에서, Veff 추정 모듈 (624) 은 보간, 공식들, 또는 다른 기법들을 사용하여 다른 캘리브레이팅된 Veff 값들에 기초하여 Veff를 추정하도록 사용될 수도 있다.
이제 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 하이브리드 플로우 계측을 수행하기 위한 방법이 도시된다. 도 7a에서, 방법 (700) 이 저 플로우 레이트 가스들에 대해 캘리브레이팅된 유효 체적을 결정하도록 수행된다. 즉, 캘리브레이팅된 유효 체적은 DMM 방법이 사용될 미리 결정된 플로우 레이트보다 작은 플로우 레이트로 공급될 가스들에 대해서만 결정되어야 한다. 더욱이, 캘리브레이션은 사용될 플로우 레이트들 및 가스들 각각에 대해 수행될 수도 있다. 대안적으로, 하나 이상의 캘리브레이션들은 하나 이상의 가스들 및 하나 이상의 플로우 레이트들에 대해 수행될 수도 있다. 보간, 공식들 또는 다른 보상들은 다른 가스들에 대한 플로우 레이트들을 결정하도록 그리고/또는 개별적인 캘리브레이션 없이 다른 플로우 레이트들 (미리 결정된 플로우 레이트 미만) 에서 사용될 수도 있다.
710에서, 유효 체적의 캘리브레이션을 위해 가스 및 플로우 레이트가 선택된다. 714에서, 제 1 플로우 계측 방법 및 제 2 플로우 계측 방법을 사용하여 선택된 플로우 레이트로 선택된 가스에 대한 유효 체적이 결정된다.
일부 예들에서, 유효 체적 V는 방정식 4를 사용하여 계산될 수 있다. 처음에, 대응하는 MFC는 저 플로우 레이트 설정점들 중 하나로 설정되고, DMM 방법이 수행된다. DMM 방법 동안, 최초 압력 및 온도 그리고 최종 압력 및 온도가 측정된다. MFC는 오리피스 방법을 사용하여 (동일한 가스로) 동일한 플로우 레이트 설정점에서 동작된다. 오리피스 방법은 MFC의 절대 (진짜) 플로우 레이트 Q를 제공한다. 유효 체적 V는 방정식 4, 절대 플로우 레이트 Q 및 최초 압력 및 온도와 최종 압력 및 온도를 사용하여 결정된다.
부가적인 샘플들이 필요하다면, 방법은 718에서 계속되고, 선택된 가스에 대한 또 다른 플로우 레이트가 캘리브레이팅된다. 모든 플로우 레이트들이 선택된 가스에 대해 캘리브레이팅될 때, 방법은 722로 계속되고, 또 다른 가스가 캘리브레이팅되는지 여부를 결정한다. 722가 참이면, 방법은 710으로 돌아간다. 그렇지 않으면, 방법은 종료된다.
도 7b에서, 본 개시에 따른 하이브리드 플로우 계측 시스템을 동작시키기 위한 방법 (750) 이 도시된다. 760에서, 방법은 플로우 계측이 수행되는지 여부를 결정한다. 760이 참이면, 방법은 캘리브레이팅될 목표된 플로우 레이트가 제 1 플로우 레이트 문턱값 TH1 이하인지 여부를 결정한다. 764가 참이면, 방법은 DMM 방법 및 선택된 가스 및/또는 플로우 레이트에 대응하는 캘리브레이팅된 유효 체적을 사용한다. 764가 거짓이면, 방법은 제 2 플로우 계측 방법을 사용한다. 일부 예들에서, 제 2 플로우 계측 방법은 오리피스-기반 방법을 포함한다.
이제 도 8을 참조하면, 플로우 계측을 수행하기 위한 방법 (800) 이 도시된다. 810에서, 가스 라인들은 가스 박스들로부터 오리피스로 펌핑된다. 814에서, 밸브들은 MFC들의 유출구로부터 오리피스로 가스 라인들을 격리하도록 폐쇄된다. 816에서, 방법은 운동 에너지로 하여금 줄어들게 (subside) 하고 가스로 하여금 벽 온도에 도달하게 하도록 안정 기간을 대기한다. 일부 예들에서, 안정 기간은 10 초 내지 60 초의 범위이다. 820에서, 압력 센서 잡음이 필터링되고, 압력이 측정되고, 그리고 측정된 압력에 기초하여 최초 질량이 결정된다. 824에서, MFC의 2 차 밸브가 개방되고, 플로우가 목표된 플로우 레이트로 공급된다. 가스 라인들, 매니폴드 및 다른 구조체들은 미리 결정된 기간 Δt 동안 MFC에 의해 출력된 목표된 플로우 레이트로 충전된다. 830에서, MFC에 대한 2 차 밸브가 폐쇄되고, 플로우는 중단된다. 834에서, 방법은 안정 기간을 대기한다. 838에서, 압력 센서 잡음이 필터링되고, 압력이 측정되고, 그리고 (선택된 가스 및/또는 선택된 플로우 레이트에 대해) 측정된 압력 및 유효 체적에 기초하여 최종 질량이 결정된다. 842에서, 플로우 레이트는 최종 질량, 최초 질량 및 Δt에 기초하여 결정된다.
이제 도 9를 참조하면, 측정된 압력은 DMM 방법의 예에 대해 시간의 함수로서 도시된다. 가스 라인들이 배기된 후, 가스는 가스 라인들의 내측 벽들과 같은 표면들과 평형 온도 (Tw1) 에 도달하고, 이는 최초 압력 p1의 약간의 상승을 유발한다. 후속하여, MFC는 기간 Δt 동안 캘리브레이팅될 목표된 플로우 레이트로 설정된다. 기간 Δt 후에, 가스는 가스 공급 라인을 따라 압력 변화들을 제거하고 가스 라인들의 내측 벽들과 같은 표면들과 평형 온도 (Tw2) 에 도달하도록 휴식하고, 이는 최종 압력 p2의 약간의 변화를 유발한다.
이제 도 10을 참조하면, MFC의 캘리브레이션에 대한 부가적인 체크들을 제공하기 위한 방법 (1000) 이 도시된다. 일부 예들에서, 동작 동안 제 1 플로우 계측 시스템 및 제 2 플로우 계측 시스템은 비교될 수 있는 미리 결정된 범위의 하나 이상의 플로우 레이트들의 오버랩을 가질 것이다. 예를 들어, 제 1 플로우 계측 시스템은 10 sccm 이하의 플로우 레이트들을 캘리브레이팅할 수도 있고, 제 2 플로우 계측 시스템은 10 sccm 이상의 플로우 레이트들을 캘리브레이팅하도록 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 제 1 플로우 계측 시스템 및 제 2 플로우 계측 시스템 모두는 MFC의 동일한 목표된 플로우 레이트를 캘리브레이팅하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 두 계측 시스템들은 10 sccm을 캘리브레이팅하도록 사용될 수 있다.
제 1 플로우 계측 시스템과 제 2 플로우 계측 시스템을 사용한 캘리브레이션의 결과들은 비교될 수 있다. 결과들이 미리 결정된 허용 오차 내에 있다면, 제 1 플로우 계측 시스템 및 제 2 플로우 계측 시스템은 정확하게 수행된다. 결과들이 미리 결정된 허용 오차 내에 있지 않다면, 시스템은 통지를 전송하고, 경고 메시지를 생성하고, 경고등을 턴 온하고 그리고/또는 다른 액션을 취한다.
1010에서, MFC는 미리 결정된 플로우 레이트 범위의 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘리도록 설정된다. 일부 예들에서, 미리 결정된 플로우 레이트 범위는 제 1 계측 시스템과 제 2 계측 시스템 사이를 스위칭하기 위해 미리 결정된 플로우 레이트에 가깝다. 예를 들어, MFC의 목표된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위일 수 있다.
1020에서, 제 1 플로우 레이트 MFR1이 제 1 계측 시스템을 사용하여 측정된다. 1030에서, 제 2 플로우 레이트 MFR2가 제 2 계측 시스템을 사용하여 측정된다. 1040에서, 제 1 플로우 레이트 MFR1 및 제 2 플로우 레이트 MFR2가 비교된다. 1050에서, 시스템은 제 1 플로우 레이트 MFR1과 제 2 플로우 레이트 MFR2 사이의 차가 미리 결정된 값 미만이거나 미리 결정된 허용 오차 이내인지 여부를 결정한다. 1050이 참이면, 방법은 종료된다. 그렇지 않으면, 시스템은 1052에서 통지를 전송하거나, 경고 메시지를 생성하거나, 경고등을 턴 온하거나 다른 액션을 취한다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않더라도 임의의 다른 실시 예들의 피처들에서 그리고/또는 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (32)

  1. 기판 프로세싱 시스템을 위한 가스 플로우 계측 시스템에 있어서,
    N 개의 가스 소스들로부터 각각 가스를 선택적으로 흘리는, N 개의 1 차 밸브들―여기서 N은 정수―;
    상기 N 개의 가스 소스들로부터 각각 N 개의 가스들을 흘리도록 상기 N 개의 1 차 밸브들에 각각 연결된, N 개의 질량 유량 제어기들;
    상기 N 개의 질량 유량 제어기들로부터 각각 가스를 선택적으로 흘리는 N 개의 2 차 밸브들;
    상기 N 개의 2 차 밸브들을 상기 N 개의 2 차 밸브들로부터 멀리 위치된 플로우 계측 시스템에 연결하는 가스 플로우 경로로서, 상기 가스 플로우 경로는 가스 라인들을 포함하는, 상기 가스 플로우 경로; 및
    제어기로서,
    상기 가스 플로우 경로를 배기하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최초 (initial) 압력을 측정하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최초 질량을 결정하는 동작;
    미리 결정된 기간 동안 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘리는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최종 (final) 압력을 측정하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최종 질량을 결정하는 동작; 및
    상기 최초 질량, 상기 최종 질량, 및 상기 미리 결정된 기간에 기초하여 실제 플로우 레이트를 결정하는 동작에 의해 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스에 대해 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된, 상기 제어기를 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 선택된 가스 및 상기 목표된 플로우 레이트에 대한 상기 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 더 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 유효 체적에 더 기초하여 상기 실제 플로우 레이트를 결정하도록 더 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 플로우 경로는 매니폴드 및 밸브를 더 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 상기 실제 플로우 레이트를 결정할 때 상기 제 1 플로우 계측을 사용하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위인, 가스 플로우 계측 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 목표된 플로우 레이트가 상기 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 상기 실제 플로우 레이트를 결정하기 위해 상기 제 1 플로우 계측과 상이한 제 2 플로우 계측을 사용하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위인, 가스 플로우 계측 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 플로우 계측은 오리피스-기반 계측을 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    오리피스;
    상기 오리피스의 유출구에 연결된 밸브; 및
    상기 오리피스의 유입구에서 압력을 센싱하기 위한 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 목표된 플로우 레이트가 상기 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 상기 실제 플로우 레이트를 결정하기 위해 상기 밸브, 상기 압력 센서 및 상기 오리피스를 사용하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 가스 플로우 경로를 배기한 후 그리고 상기 가스 플로우 경로의 상기 최초 압력을 측정하기 전 제 1 미리 결정된 안정 (settling) 기간을 대기하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 미리 결정된 기간 동안 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 상기 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스를 흘린 후 그리고 상기 가스 플로우 경로에서 상기 최종 압력을 측정하기 전 제 2 미리 결정된 안정 기간을 대기하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  13. 기판 프로세싱 시스템의 가스 플로우 계측 시스템에 있어서,
    N 개의 가스 소스들로부터 가스의 플로우를 각각 제어하기 위해 N 개의 질량 유량 제어기들을 포함하는, 가스 박스―여기서 N은 정수―;
    상기 가스 박스와 유체로 연통하는 가스 플로우 경로;
    하이브리드 플로우 계측 시스템으로서, 상기 가스 플로우 경로와 유체로 연통하고,
    상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 의해 공급된 상기 가스에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 미리 결정된 기간 동안 상기 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 상기 가스 플로우 경로 내의 가스의 차동 질량에 기초하여 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 상기 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 1 플로우 계측; 및
    상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 대해 상기 목표된 플로우 레이트가 상기 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 상기 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 2 플로우 계측을 수행하도록 구성된 제어기를 포함하는, 상기 하이브리드 플로우 계측 시스템을 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 계측 및 상기 제 2 플로우 계측은 상기 목표된 플로우 레이트로 상기 가스에 대한 상기 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 사용되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 계측은 상기 목표된 플로우 레이트의 상기 가스에 대한 상기 가스 플로우 경로의 상기 유효 체적에 기초하여 상기 차동 질량을 더 결정하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 플로우 계측은 오리피스-기반 방법인, 가스 플로우 계측 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 하이브리드 플로우 계측 시스템은 선택된 가스 및 선택된 플로우 레이트에 대한 상기 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 구성된 제어기를 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 유효 체적에 더 기초하여 상기 실제 플로우 레이트를 결정하도록 더 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 플로우 경로는 매니폴드 및 밸브를 더 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위인, 가스 플로우 계측 시스템.
  21. 제 13 항에 있어서,
    오리피스;
    상기 오리피스의 유출구에 연결된 밸브; 및
    상기 오리피스의 유입구에서 압력을 센싱하기 위한 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 목표된 플로우 레이트가 상기 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 실제 플로우 레이트를 결정하기 위해 상기 밸브, 상기 압력 센서 및 상기 오리피스를 사용하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 가스 플로우 경로를 배기하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최초 압력을 측정하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최초 질량을 결정하는 동작;
    미리 결정된 기간 동안 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 상기 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스를 흘리는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최종 압력을 측정하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최종 질량을 결정하는 동작; 및
    상기 최초 질량, 상기 최종 질량, 및 상기 미리 결정된 기간에 기초하여 실제 플로우 레이트를 결정하는 동작에 의해 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스에 대해 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된, 상기 제어기를 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 가스 플로우 경로를 배기한 후 그리고 상기 가스 플로우 경로의 상기 최초 압력을 측정하기 전 제 1 미리 결정된 안정 기간을 대기하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 미리 결정된 기간 동안 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 상기 하나로부터 상기 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스를 흘린 후 그리고 상기 가스 플로우 경로에서 상기 최종 압력을 측정하기 전 제 2 미리 결정된 안정 기간을 대기하도록 구성되는, 가스 플로우 계측 시스템.
  25. 기판 프로세싱 시스템에서 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법에 있어서,
    N 개의 가스 소스들로부터 각각 가스의 플로우를 제어하기 위해 N 개의 질량 유량 제어기들을 포함하는 가스 박스를 제공하는 단계―여기서 N은 정수―;
    상기 가스 박스와 유체로 연통하는 가스 플로우 경로를 제공하는 단계;
    상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 의해 공급된 상기 가스에 대해 목표된 플로우 레이트가 미리 결정된 플로우 레이트보다 작을 때 미리 결정된 기간 동안 상기 가스 박스와 플로우 계측 시스템 사이의 상기 가스 플로우 경로 내의 가스의 차동 질량에 기초하여 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 상기 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 1 플로우 계측을 사용하는 단계; 및
    상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 적어도 하나에 대해 상기 목표된 플로우 레이트가 상기 미리 결정된 플로우 레이트보다 클 때 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 상기 적어도 하나를 캘리브레이팅하기 위한 제 2 플로우 계측을 사용하는 단계를 포함하는, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 계측 및 상기 제 2 플로우 계측은 상기 목표된 플로우 레이트로 상기 가스에 대한 상기 가스 플로우 경로의 유효 체적을 결정하도록 사용되는, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 계측은 상기 목표된 플로우 레이트의 상기 가스에 대한 상기 가스 플로우 경로의 상기 유효 체적에 기초하여 상기 차동 질량을 더 결정하는, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 플로우 계측은 오리피스-기반 방법인, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 플로우 레이트는 5 sccm 내지 15 sccm의 범위인, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 계측은,
    상기 가스 플로우 경로를 배기하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최초 압력을 측정하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최초 질량을 결정하는 동작;
    미리 결정된 기간 동안 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 상기 목표된 플로우 레이트로 선택된 가스를 흘리는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최종 압력을 측정하는 동작;
    상기 가스 플로우 경로의 최종 질량을 결정하는 동작; 및
    상기 최초 질량, 상기 최종 질량, 및 상기 미리 결정된 기간에 기초하여 실제 플로우 레이트를 결정하는 동작에 의해 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 하나로부터 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스에 대해 제 1 플로우 계측을 수행하도록 구성된, 상기 제어기를 포함하는, 가스 플로우 계측 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 가스 플로우 경로를 배기한 후 그리고 상기 가스 플로우 경로의 상기 최초 압력을 측정하기 전 제 1 미리 결정된 안정 기간을 대기하는 동작을 더 포함하는, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 기간 동안 상기 N 개의 질량 유량 제어기들 중 상기 하나로부터 상기 목표된 플로우 레이트로 상기 선택된 가스를 흘린 후 그리고 상기 가스 플로우 경로에서 상기 최종 압력을 측정하기 전 제 2 미리 결정된 안정 기간을 대기하는 동작을 더 포함하는, 가스 플로우 계측을 수행하기 위한 방법.
KR1020217006851A 2018-08-07 2019-07-30 개선된 챔버 매칭을 위한 하이브리드 플로우 계측 KR20210030991A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/056,980 2018-08-07
US16/056,980 US10760944B2 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Hybrid flow metrology for improved chamber matching
PCT/US2019/044148 WO2020033188A1 (en) 2018-08-07 2019-07-30 Hybrid flow metrology for improved chamber matching

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210030991A true KR20210030991A (ko) 2021-03-18

Family

ID=69405704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217006851A KR20210030991A (ko) 2018-08-07 2019-07-30 개선된 챔버 매칭을 위한 하이브리드 플로우 계측

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10760944B2 (ko)
JP (2) JP7442499B2 (ko)
KR (1) KR20210030991A (ko)
CN (1) CN112543992A (ko)
WO (1) WO2020033188A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10658222B2 (en) 2015-01-16 2020-05-19 Lam Research Corporation Moveable edge coupling ring for edge process control during semiconductor wafer processing
US10957561B2 (en) * 2015-07-30 2021-03-23 Lam Research Corporation Gas delivery system
US10651015B2 (en) 2016-02-12 2020-05-12 Lam Research Corporation Variable depth edge ring for etch uniformity control
US11733081B2 (en) * 2021-04-13 2023-08-22 Applied Materials, Inc. Methods, systems, and apparatus for conducting a calibration operation for a plurality of mass flow controllers (MFCs) of a substrate processing system
JP2023018337A (ja) * 2021-07-27 2023-02-08 東京エレクトロン株式会社 基板処理システム及び基板処理方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4421393B2 (ja) * 2004-06-22 2010-02-24 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
US7822570B2 (en) 2006-11-17 2010-10-26 Lam Research Corporation Methods for performing actual flow verification
US8340827B2 (en) * 2008-06-20 2012-12-25 Lam Research Corporation Methods for controlling time scale of gas delivery into a processing chamber
US7891228B2 (en) * 2008-11-18 2011-02-22 Mks Instruments, Inc. Dual-mode mass flow verification and mass flow delivery system and method
US8381700B2 (en) * 2009-12-03 2013-02-26 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for exhaust gas recirculation control in homogeneous charge compression ignition engine systems
US20110265883A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for reducing flow splitting errors using orifice ratio conductance control
JP5538119B2 (ja) * 2010-07-30 2014-07-02 株式会社フジキン ガス供給装置用流量制御器の校正方法及び流量計測方法
JP5723678B2 (ja) * 2011-05-31 2015-05-27 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びそのガス供給方法
US9772629B2 (en) * 2011-09-29 2017-09-26 Applied Materials, Inc. Methods for monitoring a flow controller coupled to a process chamber
US9778083B2 (en) 2013-05-16 2017-10-03 Lam Research Corporation Metrology method for transient gas flow
US9951423B2 (en) * 2014-10-07 2018-04-24 Lam Research Corporation Systems and methods for measuring entrained vapor
JP6047540B2 (ja) 2014-11-05 2016-12-21 Ckd株式会社 流量検定ユニット
US9934956B2 (en) * 2015-07-27 2018-04-03 Lam Research Corporation Time multiplexed chemical delivery system
WO2017122714A1 (ja) * 2016-01-15 2017-07-20 株式会社フジキン 流量測定可能なガス供給装置、流量計、及び流量測定方法
JP6767232B2 (ja) * 2016-10-14 2020-10-14 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法
JP6956014B2 (ja) * 2018-01-09 2021-10-27 東京エレクトロン株式会社 ガスの流量を求める方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7442499B2 (ja) 2024-03-04
CN112543992A (zh) 2021-03-23
TW202022329A (zh) 2020-06-16
US10760944B2 (en) 2020-09-01
JP2024026267A (ja) 2024-02-28
WO2020033188A1 (en) 2020-02-13
US20200049547A1 (en) 2020-02-13
JP2021533567A (ja) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210030991A (ko) 개선된 챔버 매칭을 위한 하이브리드 플로우 계측
KR102528434B1 (ko) 비말 동반된 증기를 측정하기 위한 시스템들 및 방법들
TWI837137B (zh) 具備擁有經冷卻面板之噴淋頭的基板處理腔室
KR102533847B1 (ko) TCE들 (thermal control elements) 을 사용한 ESC 온도 추정을 위한 가상 계측 방법
US11908715B2 (en) Dynamic temperature control of substrate support in substrate processing system
US10351953B2 (en) Systems and methods for flow monitoring in a precursor vapor supply system of a substrate processing system
KR20200130473A (ko) Mems 코리올리 가스 유량 제어기
KR102527489B1 (ko) 웨이퍼의 다른 cd (critical dimension) 를 예측하기 위해 피드포워드 cd 데이터를 사용하는 가상 계측 시스템들 및 방법들
JP7507234B2 (ja) 基板処理システムの処理チャンバの整合を改善するための流量計測較正
US10725485B2 (en) System and method for calculating substrate support temperature
TWI845537B (zh) 用於改善腔室匹配的混合流量計量
US11255017B2 (en) Systems and methods for flow monitoring in a precursor vapor supply system of a substrate processing system
US12020960B2 (en) Determining and controlling substrate temperature during substrate processing
KR20220159431A (ko) 빔 투과형 레이저 센서를 사용한 인-시츄 (in-situ) 웨이퍼 두께 및 갭 모니터링
TW202422013A (zh) 用於改善腔室匹配的混合流量計量
US20240255341A1 (en) Flow metrology calibration for improved processing chamber matching in substrate processing systems
KR102688484B1 (ko) 비말 동반된 증기를 측정하기 위한 시스템들 및 방법들
KR20240116690A (ko) 비말 동반된 증기를 측정하기 위한 시스템들 및 방법들

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal