TW201430264A - 氣體分配網路中之流動平衡 - Google Patents

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Abstract

流量分配網路，用於將製程氣體供給至一多站沉積腔室之中的二個以上的站。各個流量分配網路包含一入口及用於將製程氣體輸送至該等站的流量分配管線。該等流量分配管線包含該入口下游的一分支點、及該分支點下游的二個以上分支。各個分支供給一站。該流量分配網路亦包含在各分支中的高度可變流量元件。限制構件係配置在各分支中該可變流量元件的下游。這些限制構件係標稱相等且設計成用以將大部分的壓力降由該等可變流量元件轉移，以改善流動平衡且不過度增加入口壓力。在若干實例中，該負載轉移使較具變化性的流量元件能夠操作於非扼流狀態。

Description

氣體分配網路中之流動平衡
本申請案主張申請於西元2012年8月17日的美國專利暫時申請案第61/684,261號、及申請於西元2012年11月2日的美國專利申請案第13/667,282號的優先權，其全部內容藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分。
本發明係關於在低壓流量分配網路中平衡輸送至多個站的可壓縮流體流動的技術。
現有的流量分配網路依賴對稱性、大的元件、和精密公差以將流量均勻地分配至多個分支。雖然對於液體或高壓氣體這是合適的，低壓可壓縮流體的速度將射流元件輕微的變化放大，造成流動不平衡。此問題在複雜的幾何結構下特別嚴重，例如在截流閥(shutoff valve)中所觀察到的。
在電漿開啟下改變氣流的製程序列，例如申請於西元2010年12月16日的美國專利申請案第12/970,846號之中所述者(於此其全部內容藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分)，通常需要閥儘可能靠近製程站(例如腔室)。這因而需要將截流閥設置於網路的各分支，此舉可產生流動不均衡。其他的應用，特別是涉及至一反應器或多個反應器之中多個站的同時氣流的那些應用，亦可遇到對於個別站或反應器的流動不平衡的問題。
利用習知技術平衡流率需要多個分支間的對稱性，這在若干應用中是不可能或不期望的。舉例來說，對稱性可能排除例如習知的截流 閥的高度可變射流元件的使用。將這些射流元件製造成達到非常低的公差以維持多個分支間的對稱性可能是過分地昂貴。或者是，使用大的構件以平衡流量需要在系統中顯著的壓力降，這可增加成本及限制最大流量。
提供在低壓流量分配網路中平衡輸送至多個站的可壓縮流體流動的技術。為平衡流動，將流量限流器加入在輸送至站的出口附近的分配管線的多個分支的端部之處。該等流量限流器係標稱相等且設計成用以將大部分的壓力負載自位於分支上游相對高度可變的射流元件轉移至較低變化的下游限流器，且不過度地增加入口壓力。將壓力負載轉移至較低變化限流器，可使更具變化性的射流元件能夠操作於非扼流狀態且可改善流動平衡。這些技術有助於抵消高度可變射流元件和多個分支間的其他不對稱的不平衡效應，且不需要使用大的射流構件。
在實施例中，一流量分配網路將製程氣體供給至一多站沉積腔室之中的二個以上的站。該流量分配網路包含：至少一入口，用於接收製程氣體；及一流量分配管線網路，用於輸送該氣體。該流量分配管線網路包含該入口下游的一分支點、及該分支點下游的二個以上分支。各分支具有一出口，用於將製程氣體供給至一對應的站。該流量分配網路亦包含一可變流量元件(例如一截流閥)，具有一流量係數Cv數值，該Cv數值在該等分支的元件之間變化至少約2%。一限制構件位在各分支中該可變控制元件下游。該限制構件可為例如在該可變控制元件下游相關聯流量分配管線中的一收縮件。該等限制構件係標稱相等。製程氣體的流動產生橫跨流量分配網路自入口至出口的系統壓力降，其至少與出口處的壓力同樣大。在若干實例中，流量分配網路的可變流量元件可操作於非扼流狀態。
流量分配網路的該等可變流量元件平均產生流量分配網路中的系統壓力降的第一部分。該等限制構件平均產生流量分配網路中的壓力降的第二部分。在若干實例中，第二部分對第一部分的比例可介於約5：1至約20：1之間。
在若干實例中，流量分配網路可更包含一控制器，用於控制 系統壓力降。該控制器可連通於該入口、一個以上出口、及/或網路的其他構件。
在實施例的一個實施態樣中，該等限制構件可平均產生在分支中橫跨該等限制構件的若干系統壓力降。舉例來說，該等限制構件可產生橫跨該等限制構件平均至少約3%的系統壓力降。在另一範例中，限制構件可產生橫跨該等限制構件的平均至少約50%的系統壓力降。在又另一範例中，該等限制構件可產生橫跨該等限制構件的平均介於10%和80%之間的系統壓力降。
在另一實施態樣中，可變流量元件可平均產生在多個分支中橫跨該等元件的若干系統壓力降。舉例來說，可變流量元件可產生橫跨該等可變流量元件的平均至多約5%的流量分配網路中的總壓力降。在另一範例中，可變流量元件可產生橫跨該等可變流量元件的平均至多約10%的流量分配網路中的總壓力降。
在又另一實施態樣中，一流量分配網路可具有產生一質量流率的可變流量元件，當多個分支中的各個元件經受實質上相同的壓力降時，該質量流率在多個分支中的元件之間平均變化例如至少約2%。在另一範例中，在可變流量元件處的質量流率可變化至少5%或10%。
在另一實施態樣中，一流量分配網路可具有在多個分支中的限制構件，其具有流量係數Cv數值，該Cv數值在分支之間平均變化小於若干百分比。舉例來說，該等限制構件可在多個分支中的構件之間平均變化1%以下。作為另一範例，該等限制構件可在多個分支中的構件之間平均變化4%以下。
在另一實施態樣中，該等限制構件可將製程氣體以標稱均勻流率提供至供給多個站的各別出口。標稱均勻質量流率，在若干實例中在出口之間變化例如小於約1%。在另一範例中，標稱均勻質量流率在出口之間可變化小於約2%。
這些和其他的實施態樣以下參照圖式進一步加以描述。
10‧‧‧流量分配網路
12‧‧‧分配管線
20(a、b、c、d)‧‧‧站
30(a)、30(b)‧‧‧入口
40(a)、42(a)、及42(b)‧‧‧分支點
50(a)、50(b)‧‧‧入口
60(a、b、c、d)‧‧‧可變流量元件
70‧‧‧限制構件
80‧‧‧出口
圖1A係根據實施例在多站流量分配網路中四個沉積站的標準化沉積速率的圖表。
圖1B係圖1A的多站流量分配網路之中的四個沉積站的標準化沉積速率和流量係數Cv的圖表。
圖2A係根據此處所述若干實施例的具有四個站的流量分配網路的構件的示意圖。
圖2B係圖2A的流量分配網路的構件的示意圖，顯示具有和不具有限制構件(限流器)的網路中的節點處的壓力。
圖2C係圖表，描繪沿著圖2A和圖2B的流量分配網路的分支，在不同距離處的壓力降。
圖2D係根據實施例具有四個站的流量分配網路的構件的輪廓圖。
圖2E係根據實施例具有二個站的流量分配網路的構件的輪廓圖。
圖3A和3B係示意圖，顯示用以包含一限制構件的圖2A和2B的流量分配網路的一部分的設計變化。
圖4A係圖表，描述根據實施例用以改善一流量分配網路的多個分支間的流動平衡的限制構件的設計方法。
圖4B係圖4A中的圖表的一部分的更詳細的視圖。
圖4C係圖表，描繪具有和不具有限流器的圖2A和2B的流量分配網路之中對於各種容積流率的入口壓力Pinlet的變化。
圖5A係圖表，描繪在實施例的射流元件處容積流率(slm)對於上游壓力Pin的圖表。
圖5B描繪在圖5A的射流元件中壓力降對於下游壓力的圖表。
圖5C係圖表，顯示流率的變化和可變流量元件處的壓力比例與圖2A和2B中流量分配網路的限制構件的程度或限制性的關係。
圖6係對於實施例的流量分配網路的流動平衡的電路類比圖。
在以下說明中，描述許多特定細節以提供對所示實施例的完整理解。所揭露的實施例可在沒有一些或全部這些特定細節下加以實施。另一方面，眾所周知的製程操作不再詳細描述，以免不必要地混淆所揭露的實施例。雖然所揭露的實施例將結合特定實施例加以描述，吾人將理解這無意圖限定所揭露的實施例。
流動平衡的流量分配網路
在實施例中，將流量限制構件(限流器)配置於流量分配網路中的分配管線的多個分支的每一者。這些流量限制構件是標稱相等的。此等網路包含一個以上入口，用於自供給來源接收氣體。這些網路亦包含該等入口下游的至少一個分支點，以及該分支點下游的二個以上分支。來自入口的氣體在到二個以上出口的路徑上分成多個分支。各個分支透過關聯的出口將氣體供給到不同的站。此處所顯示的若干實施例使用四個站，其每一者由一流體分配網路供給製程氣體。此處所示其他實施例使用二個站。一般而言，流量分配網路的實施例可包含二個以上的站。
實施例的流量分配網路的此等站可為例如腔室(如反應腔室)或腔室的部分，一個以上的以下製程可進行於其中：化學汽相沉積、原子層沉積、保形膜沉積、電漿輔助化學汽相沉積等等。在若干實例中，流量分配網路的此等站可為一多站沉積反應器。這些站每一者可為配備有噴淋頭的反應腔室，該噴淋頭自流量分配網路的一出口接收製程氣體且提供製程氣體至該站的內部。
多站反應器容許在一個腔室環境中同時執行相同或不同的製程，從而增加工件處理的效率。一般而言，在單一腔室內可有任何數量的站。此等站可具有相同或不同的功能。在一個實例中，個別的站可在不同的製程條件下操作，且可實質上彼此隔離。舉例來說，一個站可操作於一個溫度狀況，而另一個站可操作於一個不同的溫度狀況。若干操作可能需要不同的溫度狀況(例如一較高的溫度)，且可在一個或多個不同的站執行。根據若干實施例，各個製程腔室操作於相等的條件或於使完全相同厚 度的矽氧化物、矽氮化物或其他材料能夠同時沉積於各站的條件。
在多個製程站的製程條件或製程流程本身，可藉由一控制器加以控制，該控制器包含程式指令，用於監控、維持、及/或調整若干製程變數、流率和時間、溫度、入口壓力、出口壓力等等。該等指令可具體指性用以執行製程操作的一些或全部參數。該控制器可包含不同設備站的不同的或相同的指令，如此容許該等站獨立地或同步地操作。
該控制器通常包含一個以上記憶體裝置及一個以上的處理器。該處理器可包含一中央處理單元(CPU)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接部、步進馬達控制器板、及其他類似元件。用於實現適當的控制操作的指令係執行於處理器。這些指令可儲存於與該控制器連結的記憶體裝置，或者這些指令可透過網路加以提供。通常，具有一使用者介面，與系統控制器相關聯。該使用者介面可包含顯示螢幕、顯示製程條件的圖形軟體、及使用者輸入裝置，例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風、及其他類似元件。
控制不同製程操作的電腦程式碼，可以任何習知的電腦可讀程式語言撰寫：舉例來說，組合語言、C、C++、Pascal、Fortran等等。經編譯的目的碼或腳本係藉由處理器加以執行，以執行程式中所確認的工作。
用於監控製程的訊號可藉由系統控制器的類比及/或數位輸入連接部加以提供。用於控制製程的訊號係輸出於處理系統的類比和數位輸出連接部之上。
在實施例中，流量分配網路係設計成或建構成輸送例如製程氣體的可壓縮流體至一個以上的站。先質氣體可為用於許多實施例應用的製程氣體。該製程氣體可在廣範圍的壓力下經由流量分配網路輸送至該等站，舉例來說，該廣範圍壓力包含大氣壓以上、於大氣壓、次大氣壓、和接近真空的出口壓力。在若干實例中，網路入口氣體壓力(Pinlet)可介於50和1000托之間。通常，與輸送氣體所至的該等站的絕對壓力(Poutlet)相較，在流量分配網路中從入口至出口之通過網路的總壓力降(△Psystem)相對係大的。亦即是，比例△Psystem/Poutlet係大於1。在若干實施方式中，比例△Psystem/Poutlet係介於1和20之間。除非另行敘述，應假設此處所述實施例和特徵部使用： (1)一流量分配網路，具有至多個出口的分支，(2)用於將可壓縮流體輸送至這多個出口，及(3)與出口壓力相較，通過流量分配網路的此可壓縮流體的總壓力降係大的。
在若干所揭露的實施例中，將精確的限制構件(例如製作達到精密公差的孔或管)加入至流量分配網路中的分支的端部每一者處。該精確限制構件係在出口處或其附近，該出口將於低出口壓力Poutlet(例如5托、6托、7托等等)的製程氣體提供至該等站。通常，該等限制構件係標稱(nominally)相同，在多個分支的限制構件之間的流量係數Cv具有相對低的數值變化(例如0.5%以下、1%以下、2%以下、3%以下、4%以下等等)。限制構件可設計成與最具限制性分支的典型壓力降匹配，其中例如在分配網路係非對稱之時該等分支不具有相同的流量特性。藉由在緊接在限制構件(限流器)上游的位置處提高壓力，增加在分支中的氣體密度，降低速度，從而降低分支上游部分的損耗(即壓力降)。這些上游部分經常含有高度可變的射流元件，例如若干形式的閥。降低在這些高度可變構件中的損耗降低分支到分支間的變化性，增加站和站之間的流動均勻性，此結果對堆疊膜係特別重要的。
儘管有分支間的射流元件變化性(非對稱)，用於分配低壓氣體的此處所揭露設計和技術可改善流量分配網路的各分支的流量匹配。此等設計和技術亦可將若干網路壓力降自高度變化射流元件(例如截流閥)轉移至較低變化射流元件(「負載轉移」)。較低變化射流元件的例子，包含可輕易且一致地製作成精密公差的限制構件，例如孔或經加工的管。這些限制構件可具有流量係數Cv數值上較低的變化性，當配置於各分支時可改善流動平衡。
流量分配網路可經歷在高度變化射流元件處的扼流(choked flow)。加入高度變化射流元件下游的限制構件，可將扼流轉移至較低變化限制構件。將扼流自較具變化性的射流元件轉移至較低變化限制構件可為有益的，這是因為有關聯於扼流的較大壓力降。通過一射流元件的可壓縮流體的扼流，需要在射流元件中的壓力降為入口壓力的大百分比(例如50%)。藉由如此處所述的負載轉移，將總壓力降的較大部分轉移至較低變 化限制構件，這有助於流率的相對較低變化。
在若干實施例中，所揭露的設計利用所輸送氣體的可壓縮性，在不顯著增加流量分配網路中的總壓力降或不顯著增加流量分配網路的一個以上入口處的壓力的情況下，顯著改善流動平衡。若干實施方式的其他益處包含：1)由於高度變化流量元件處的相對壓力降係顯著降低，容許使用限制構件上游的高度變化流量元件，2)由於可將限制構件(限流器)的尺寸製作成與最具限制性的分支中的壓力降匹配，消除在網路射流元件中對稱的需求，這可顯著地將所有質量流率平衡，3)由於藉由較高壓力將網路中的氣流的速度降低，容許使用較小的網路元件，及/或4)能夠利用將低壓氣體的壓力改變的顯著功效以藉由利用「負載轉移」更有效率的解決平衡問題。
圖1A和圖1B顯示在一多站流量分配網路中的觀察結果，該網路用於輸送低壓氣體至四個不同的反應站，其中進行例如矽氧化物、矽氮化物、多晶矽、及/或其他材料的沉積。舉例來說，此流量分配網路可用於製造垂直整合記憶體(VIM,vertically integrated memory)。此等結果係在沒有將此處所述較低變化限制構件設置於分支的端部處的情況下所觀察到。
在圖1A中，將流量分配網路中的四個沉積站的標準化沉積速率(即在特定站的沉積速率/在該等站的最高沉積速率)加以描繪。在許多應用中，期望在多個站中沉積速率自最高速率變化小於約一最大變化。在所述應用中，期望沉積速率在四個沉積站中變化小於大約1%的最大可容許變化。在圖1A中，在受觀測的網路中觀察到顯然較高的在站2處的3%變化及在站1和4處7%的變化。沉積速率所觀測變化的來源，可能係由於反應物濃度的變化、射頻功率的變化(在電漿輔助沉積反應的情況)、及輸送至系統的個別站或腔室的先質或其他製程氣體的質量流率的變化。在此揭露內容中，質量流率的變化係將針對處理的變化。吾人應理解此處所處理的「氣體流率」或「流率」或「流量」的變化係製程氣體的質量流率的變化。由於沉積速率係質量流率的函數，製程氣體的質量流率的變化直接影響沉積速率。
質量流率對沉積速率的影響，顯示於圖1B所示圖表。更具體而言，圖1B中的圖表顯示在四個站的標準化沉積速率對應控制至該等站的氣流的射流元件(例如閥)的流量係數Cv數值且係其某種測度。參數Cv將質量流率關聯於例如閥之特定射流元件的壓力降。對於橫跨一射流元件的固定壓力降，較高的Cv數值對應較高的質量流率。當然，較高的質量流率亦對應接收氣流的站之中的較高沉積速率。
實施例的技術和設計可提供流至流量分配網路的多個站的製程氣體的標稱均勻質量流率。在實施例中，站與站間標稱均勻質量流率變化小於一小的百分比(例如1%、2%、0.5%等等)。在多個站中標稱均勻質量流率可對應在該多個站中標稱均勻的沉積速率。可受益於實施例的此等技術和設計的應用係製造使用堆疊介電層的VIM。堆疊可包含例如交替的氧化物層和氮化物層、及/或交替的氧化物層和多晶矽層。重要的是，在諸如VIM的應用中個別層的厚度係良好控制且在站與站間一致。當然，此處揭露的技術和設備不限定於VIM應用。與積體電路製造者、LED製造者、光伏打元件製造者等等相關聯的許多其他應用，可受益於此處所揭露的技術和設備。
圖2A係示意圖，描述根據此處所述若干實施例的流量分配網路10的構造。在所述構造中，流量分配網路10係多站沉積反應器。流量分配網路10包含輸送製程氣體至四個站20的流量分配管線12的網路，該四個站包含站1[20(a)]、站2[20(b)]、站3[20(c)]、及站4[20(d)]。在此圖示中，站20係反應器腔室中的沉積站。站20每一者包含一噴淋頭，其接收製程氣體，且將該製程氣體提供至站20的內部。在其他實例中，站20可包含其他元件。
製程氣體可經由各個歧管的二個入口30(a)和30(b)其中一者以上提供至流量分配網路10。所述流量分配網路10具有在流量分配管線12中於T接頭處(此處亦標示為T或T形接頭)處的三個分支點40(a)、42(a)、及42(b)。從歧管1和2的入口30(a)和30(b)，氣體在第一分支點40(a)處遇到第一T接頭，將氣流分成二個部分，其中一個部分提供氣體至站2[20(b)] 和站3[20(c)]，且另一部分提供氣體至站1[20(a)]和站4[20(d)]。這些管線每一者具有在第一分支點40(a)下游的T接頭處的二個二級分支點42(a)和42(b)，將氣流分成至站1[20(a)]、站2[20(b)]、站3[20(c)]、及站4[20(d)]的四個獨立的分支。
此外，如圖2A的流量分配網路10的圖示所示，站20每一者具有局部入口50(a)和50(b)，將氣體直接提供至相關聯的站20。在所述範例中，局部入口50(a)係歧管3的入口，且局部入口50(b)係TEOS入口。TEOS係一先質，有時用以形成矽氧化物和相關材料。實際上，可使用這些局部入口50(a)和50(b)以直接提供一些不同氣體的任一者至相關聯的站20。
在所示流量分配網路10中關注的是在個別分支的不同站20處質量流率和相關沉積速率之變化的來源。此處所述變化主要的來源係在於射流元件(例如閥、限制構件、分配管線等等)的設計，在給定條件組下，質量流率在具有相同設計的元件間變化或在單一元件中不時變化。在閥和限制構件的實例中，具有相同設計的多個元件之間的不對稱係來自製造公差和其他製造變化。其中變化的來源係在於分支之間流量分配管線的不對稱，該不對稱可能關聯於分配管線12的不對稱長度、阻礙物(例如在分配管線中的殘餘物)、接頭、及/或彎管(例如肘管)。
射流元件的變化經常展現為具有相同設計的射流元件之間的流量係數Cv數值的變化。如先前所提及，流量係數Cv將質量流率關聯於橫跨一射流元件的壓力降。在所述實施例中，分支之間質量流率變化的主要來源基於在該等分之中可變流量元件60之間的流量係數Cv數值的變化。雖然可變流量元件60在所述範例中描繪成閥，在其他實施例中，可變流量元件可為其他變化來源，或可為分支之間變化來源的組合。
可為流量分配網路10中變化的主要來源的閥的例子係一截流閥(例如Veriflo ® ISO 9001閥)。習知截流閥的特徵的變化可為約±10%。在習知截流閥之中變化的來源可關聯於關閉該閥的機械致動器，以及膜片的變形性或該等閥之中的流量控制機構。
在實施例中，在流量分配網路10之中的可變流量元件60的流量係數Cv在該等分支的元件之間平均變化至少約例如1%、2%、5%、10% 等等。舉例來說，各個可變流量元件60的流量係數Cv，可從流量分配網路10之中由所有可變流量元件60所計算出的標稱流量係數Cv變化至少約2%。
在若干實例中，在流量分配網路10之中的可變流量元件60的係數Cv在多個分支中的元件之間變化至少約最小百分比變化(例如2%、5%等等)，以對應超過最大可容許變化(例如1%、2%等等)之在多個站的質量流率或沉積速率變化。舉例來說，該網路尚未含有精確的限流器的情況下，流量係數Cv數值可能需要變化至少最小百分比變化2%以產生超過1%最大可容許變化的沉積速率變化。由於沉積速率係超過最大可容許變化，可使用藉由配置在高度變化射流元件下游的較低變化射流元件之流動平衡，以將沉積速率變化降低至低於最大可容許變化。
回到圖2A，流量分配網路10包含可變流量元件60(a)、60(b)、60(c)、及60(d)下游的四個限制構件70。限制構件70係標稱相等，具有流量係數Cv數值，其在多個分支中元件之間由所有限制構件70的標稱Cv數值以一最大變化(例如0.5%、1%、2%、3%、4%等等)以下之範圍變化。標稱相等限制構件70具有相同的設計特徵，具有可在小於例如0.5%、1%、2%、3%、4%等等的公差之內加以製作的尺寸(例如內徑)，以不大於流量係數Cv數值的最大變化。
製程氣體流通過限制構件70下游的出口80提供至該等站。在實施例中，限制構件70將製程氣體提供至各個出口80，其以標稱均勻質量流率及/或標稱均勻沉積速率供給站20。標稱均勻速率自所有站20的標稱速率變化不超過最大可容許變化(例如1%、2%等等)。舉例來說，在分支中的限制構件70可以各出口80之間變化小於約1%的質量流率提供製程氣體。
圖2B描述在圖2A的流量分配網路10之中當含有如所述的限制構件70之時以及當未含有限制構件70之時壓力如何變化。對於上述二種網路10所計算的壓力值，顯示於圖示中的不同節點。括號中的節點壓力係當網路10未包含限制構件70之時的壓力。括號外的節點壓力係當網路10包含限制構件70之時的壓力。在網路10之中當包含限制構件70之時所示壓力顯示負載(壓力降)自可變流量元件60轉移至限制構件70。重要的 是，在具有限制構件70(限流器)的所示設計中，在可變流量元件60之中的壓力降對網路10之中總壓力降△Psystem的貢獻，由56%降低至9%。此壓力降△Psystem參照圖2C所示圖表進一步描述。
在實施例中，可變流量元件60對含有限制構件70的流量分配網路10之中的總壓力降△Psystem平均最多貢獻約一最大閥貢獻量(例如5%、10%、15%、20%等等)。舉例來說，可變流量元件60可在該等分支間平均貢獻網路10之中的總壓力降△Psystem的至多約20%。作為另一範例，可變流量元件60可在分支間平均貢獻網路10之中的總壓力降△Psystem的至多約10%。在又另一例子中，可變流量元件60可在分支間平均貢獻網路10之中的總壓力降△Psystem的至多約5%。
在實施例中，限制構件70對總壓力降△Psystem平均貢獻至少約一最小貢獻，例如3%、5%、10%、25%、50%、60%、或70%。在一個實施例中，限制構件70平均貢獻至少約3%。在另一實施例中，限制構件70平均貢獻至少約50%。在又另一實施例中，限制構件70平均貢獻介於10%和80%之間。
圖2B之中所顯示的壓力值係利用Mathcad ®模型加以計算。Mathcad ®模型包含自第一分支點40(a)至在四個站20處的出口80(例如噴淋頭歧管)的流量分配網路10部分。所使用氣體係12slm的N2O、5slm的N2、及4slm的He的混合物。在模型中所使用的ρ、μ、Cp及k係基於該混合物的特性。將Darcy-Weisbach方程式使用於管路，且將Colebrook方程式用於摩擦因數。等效長度方法係用於流量分配管線12之中的接頭(例如肘管、T形接頭)。Swagelok ® MS-06-84閥用於模型作為可變流量元件60。所有的方法假設完全發展的流動。Cv係由量測加以計算(0.301-0.314)。出口壓力Poutlet係6托且各處的溫度係25℃。
圖2C係在圖2A和2B的流量分配網路10的各種節點處所計算的壓力隨與入口之距離變化的圖表。在圖2C中的圖表包含一第一曲線，顯示在含有如所述限制構件70的流量分配網路10之內壓力如何變化。該圖表亦包含一第二曲線，顯示當不含有限制構件70之時流量分配網路10之內壓力如何變化。在與第一分支點最遠距離處的出口壓力在二個實例中 係6托。在實施例中，藉由具有遠超過製程用流量的出口歧管處的泵速度，可將出口壓力Poutlet維持於低壓。
在不含有限制構件70的流量分配網路10之中，入口壓力係97.5托。特別關注的是，通過在不含有限制構件70的分配網路10的四個分支每一者之中的閥，壓力自~70托下降至~18.7托。入口壓力、壓力降及出口壓力在分支(支線(leg))每一者之中些微變化。如上所述，閥係所述流量分配網路10之中流率變化的主要來源。亦如上所述，在沒有限制構件70的流量分配網路10之中總壓力降的大約56%發生於通過這些閥的流動。因此，在這些閥中的變化直接轉變成輸送至站20每一者的氣體質量流率的變化。並且，質量流率的變化當然對應於沉積速率的變化。
在含有限制構件70的流量分配網路10之中，入口壓力係128.7托。在此實例中，壓力通過閥自~108托下降至~97托，且壓力在限制構件70下游的出口處自~97托下降至6托。在此實例中，已將壓力降轉移至限制構件70。重要的是，在具有限制構件70的設計中，閥對於流量分配網路10之中的總壓力降的貢獻，由56%降低至9%。並且，入口壓力自流量分配網路10不含限制構件70時的97.5托增加至當流量分配網路10含有限制構件70之時的128.7托。將壓力降轉移至限制構件70增加總系統壓力降。在若干實施方式中，可採取步驟以避免當增加系統壓力降之時過度施壓氣體不連續。
在圖2C的圖表亦顯示可變流量元件60(此處的閥)貢獻總壓力降△Psystem的第一部分(△Pv)，且限制構件70貢獻總壓力降△Psystem的第二部分(△PR)。並且，亦具有來自流量分配網路10的其他構件的相對小的貢獻。當流量分配網路10含有限制構件70之時，壓力降自可變流量元件60轉移至限制構件70。在此實例中，來自可變流量元件60的壓力降對網路10之中的總壓力降的貢獻，自56%下降至9%。在實施例中，平均由限制構件70所貢獻的第二部分對平均由可變流量元件60所貢獻的第一部分的比例係至少一最小數值，例如5：1、10：1、15：1、20：1等等。在若干實施方式中，限制構件70可設計成將入口壓力維持於低於一最大數值(例如150托、200托、300托、400托、500托、600托等等)。
圖2D係根據實施例具有四個站的流量分配網路10的構件的輪廓圖。流量分配網路10包含將製程氣體輸出至四個站(未顯示)的流量分配管線12的網路。製程氣體自一入口(未顯示)提供至流量分配網路10。所示流量分配網路10在流量分配管線12之中的T接頭處具有三個分支點40(a)、42(a)、及42(b)。從該入口，氣體在第一分支點40(a)處遇到第一T接頭，其將氣流分成二部分，其中一個部分提供氣體至二個站且另一部分提供氣體至二個其他的站。這些管線每一者在第一分支點40(a)下游的T接頭處具有二個二級分支點42(a)和42(b)。氣流因而分成四個獨立的分支至對應的站。
在圖2D中所示的流量分配網路10亦包含四個可變流量元件60(a)、60(b)、60(c)、及60(d)，此處將其描繪成閥。流量分配網路10亦包含可變流量元件60(a)、60(b)、60(c)、及60(d)下游的四個限制構件70。流量分配網路10亦包含至四個站的四個出口80。四個限制構件70係配置於出口80處或鄰近出口80。限制構件70係標稱相等，且設計成將大部分的壓力降自較多變的流量元件轉移至較少變化的限制構件。
圖2E係根據實施例的包含二個站的流量分配網路10的構件的輪廓圖。流量分配網路10包含將製程氣體輸出至二個站(未顯示)的流量分配管線12的網路。製程氣體由一入口(未顯示)提供至流量分配網路10。流量分配網路10具有在T形接頭處的單一分支點40(a)。由入口30，氣體在分支點40(a)處遇到第一T形接頭，其將氣流分成通過二個分支的二個部分。一個分支提供氣體至一個站，且另一分支提供氣體至另一個站。流量分配網路10亦包含二個可變流量元件60(a)和60(b)，其在此處描述成閥。流量分配網路10亦包含在可變流量元件60(a)和60(b)下游的二個限制構件70。流量分配網路10亦包含至該二個站的兩個出口80。兩個限制構件70係位於出口80處或接近出口80。限制構件70係標稱相等，且設計成將大部分的壓力降自較多變的流量元件轉移至較少變化的限制構件。
吾人應理解此處所揭露的發明特徵不限定於如圖2A、2B、2C、及2D所描繪的流量分配網路10。舉例而言，若干實施例不使用位於個別站的獨立局部站入口。此外，若干流量分配網路僅使用單一歧管入口。 又進一步來說，雖然在所示網路中描繪二個站和四個站，所揭露的實施例不限定於二個和四個站。實際上，可使用用於輸送可壓縮流體至二個以上的站的任何網路。相同地，雖然在所示網路中描繪包含二個分支和四個分支的分配管線的網路，所揭露實施例可具有任何數量的分支。並且，雖然在所示範例中將可變流量元件60描繪成閥，可包含任何變化來源或變化來源的組合。作為另一範例，若干實施例可包含一個以上控制器，用於控制在網路10的各種構件處的壓力，以控制在特定元件處的壓力及/或控制通過網路10的壓力降。
圖3A和3B係在如圖2A和2B所顯示的流量分配網路10的射流元件之中設計變化的示意圖。該變化在反應器之中介於一閥和至站20的出口80之間加入一限制構件70。圖3A描繪未改變(基線)的射流元件設計。圖3B描繪在流量分配網路10的一分支的主要流動路徑之中具有一限制構件70的經修改的射流元件版本。圖3A和3B所描繪的二個元件之間的差異僅在於圖3B在饋入噴淋頭(進入反應器站的分配網路的流動出口)的下導管之中含有限制構件70。饋入圖3A和3B所顯示的射流元件的上導管，係關聯於圖2A和2B的歧管3的局部入口50(a)。限制構件70描繪成位於分支中的閥下游的入口中的收縮件。該收縮件描繪成具有大約0.09英吋的內徑(ID,inner diameter)。未改變的下導管的ID係大約0.180英吋。在其他實施例中，可使用其他的ID。
吾人應理解，限制構件70可用於許多不同型態的流量分配網路10，而非僅用於如圖3A和3B所顯示有獨立局部歧管入口的具有U形或V形的設計。並且，吾人應理解，可使用限制構件70的其他設計。
由設計觀點，可注意到限制構件70係添加在閥或其他可變流量元件60的下游，以降低可變流量元件60的壓力比且將其疏通。此外，一致性構件(例如限制構件70)應為流量分配網路10的各分支中的最具限制性的射流元件。換言之，在任何分支中大部分的壓力降大多發生於該一致性構件。此外，用以平衡在多個支線(分支)之中的流動及將壓力負載自可變流量元件60轉移開的流量分配網路10的修改，應以不造成流量分配網路10的總壓力降△Psystem顯著增加及網路10的入口壓力Pinlet可能顯著增加 的方式加以進行。
設計限制構件以平衡流動
如上所述，期望具有一流量分配網路10，其中流量分配網路10的多個分支間的質量流率或沉積速率的變化係相當小的，例如小於約1%、2%等等。此外，期望達成此目標且不會過度增加流量分配網路10之中的入口壓力Pinlet。
圖4A係一圖表，描述根據實施例藉由選擇平衡流動而不過度增加入口壓力Pinlet的一限制構件設計而在流量分配網路10之中多個分支間平衡流動於低程度的變化之內的技術。此方法在具有圖2A和2B的四個站的流量分配網路10之中改變限制構件70的內徑。此等結果係基於Mathcad ®模型，如先前所述。
圖4A中的圖表具有二曲線。第一曲線顯示當限制構件70的內徑由0.04英吋變動至0.18英吋時四個站之間的質量流率變化。第二曲線顯示當限制構件70的內徑由0.04英吋變動至0.18英吋時網路的入口壓力。選擇內徑，以使質量流率的變化小於一最大可容許變化(在此實例中係1%)，且維持相對低的入口壓力。如圖表所顯示，具有0.090英吋內徑的限制構件70，在供給通過各個分支的質量流率的變化上提供適當小的變化，且同時維持流量分配網路10之中相對低的入口壓力。
圖4B係圖4A中圖表一部分的更詳細的圖示，包含第一曲線的一部份，顯示對於限制構件70的內徑自0.0895至0.0905英吋之不同數值之在四個站處質量流率的變化。該圖表顯示接近0.09英吋的限制構件70的內徑的些微變化對於質量流率變化的效應。0.09英吋內徑附近的±0.0002英吋實際公差顯示對於在±0.0002英吋實際公差之內所製作的不同限制構件70的質量流率的變化。較小的實際公差(例如±0.0001英吋)可能是可取得的，例如在雷射切割構件中。
圖4C係一圖表，顯示對於由圖2A和2B的流量分配網路10的Mathcad ®模型所計算出的各種容積流率，入口壓力Pinlet的變化。該圖表包含一第一曲線，顯示在分配網路10之內當不含限制構件70之時入口壓力如何變化。在此實例中，饋入噴淋頭的下導管的內徑係如圖3A所示的 0.18英吋基線值。該圖表亦包含一第二曲線，顯示在分配網路10之內當含有限制構件70之時入口壓力Pinlet對於不同的容積流率如何變化。在此實例中，內徑係如圖3B所顯示之0.09英吋。該比較係對於在流量分配網路中容積流率的一範圍加以提供，其中slm係每分鐘標準公升。如模型化分配網路所顯示，加入限制構件70增加入口壓力Pinlet約10至50托。此增加係完全在可容許範圍之內。
扼流
當上游壓力Pin對下游壓力Pout的比例大於或等於根據方程式2a的臨界壓力比例P*(定義於方程式1)。當此比例Pin/Pout小於基於方程式3a的臨界壓力比例P*之時非扼流(unchoked flow)發生。扼流和非扼流的流率Q係分別顯示於方程式2b和3b。如所顯示，係數Cv使流率Q相關於在射流元件中的壓力。
(方程式1)
其中：P*=臨界壓力比例
k=cp/cv=流體之比熱的比例
對於通過一射流元件的可壓縮流體的扼流(扼流狀況)：(方程式2a)
對於通過一射流元件的可壓縮流體的非扼流(非扼流狀況)：(方程式3a)
其中：Cv=射流元件的流量係數
Q=流率
N=基於單位的常數
Pin=射流元件上游壓力
Pout=射流元件下游壓力
△P=通過射流元件的總壓力降(Pin-Pout)
Sg=流體的比重
Tin=射流元件入口溫度
在例如閥的射流元件中的流動，當其下游壓力Pout下降至低於上游壓力Pin達一數值，該數值將上游壓力Pin對下游壓力Pout的比例增加至大於臨界壓力比例P*的數值(取決於流體特性)，該流動可受到扼制。當受到扼制時，根據方程式2b，射流元件的上游壓力Pin和流率Q變成獨立於出口壓力Pout。
為了疏通射流元件，下游壓力Pout可增加以降低上游氣體速度(這增加上游氣體密度)，且將上游壓力Pin對下游壓力Pout的比例降低至低於臨界壓力比例P*。用於疏通射流元件的一個技術，係配置射流元件下游的一限制件，以將壓力負載轉移至該限制件，以將Pin/Pout比例降低至低於臨界壓力比例P*。
圖5A係一圖表，顯示容積流率(slm)如何隨在例如閥的射流元件處上游壓力Pin的增加而變化。下游壓力Pout保持固定於300托，且流量係數Cv係0.55。此圖表顯示就上游壓力Pin和容積流率而言射流元件的扼流狀況和非扼流狀況。如所顯示，當入口壓力Pin超過下游壓力Pout達一數值，其將上游壓力對下游壓力的比例增加至大於臨界壓力比例P*，射流元件處的流動受到扼制。
圖5B係一圖表，顯示藉由增加在射流元件中的下游壓力Pout(例如閥出口壓力)，可降低通過射流元件的速度，從而降低通過射流元件的壓力降。藉由加入閥出口下游的限制構件70，將下游壓力Pout增加。
圖5C係一圖表，描述根據實施例藉由導入限制構件70，在具有四個站20的流量分配網路10(例如圖2A和2B所顯示的網路)之中進 行流動平衡。該圖表具有一第一曲線，顯示對於基於限制構件70內徑的不同限制，橫跨可變流量元件60的比例Pout/Pin如何改變。此圖表具有一第二曲線，顯示對於基於限制構件70內徑的不同限制，橫跨站的流率變化如何改變。就Pout/Pin比例顯示扼流和非扼流狀況。當可變流量元件60下游的內徑超過約0.130英吋，可變流量元件60係在扼流區域。在此區域，可變流量元件60的Pout低於Pin的50%。
在非扼流區域，增加限制構件70的內徑可改善對於四個站的流率變化。在扼流區域，當內徑超過0.130英吋時，第二曲線相對平坦，且流率變化較無關於限制構件70的內徑改變。亦即是，該圖表顯示對於內徑改變之流率變化的改變，當可變流量元件60係在非扼流狀況時係相對較大於當可變流量元件60係在扼流狀況時。此外，藉由將壓力負載轉移至限制構件70(其與閥相較呈現較低變化)，增加流量分配網路的分支每一者之中的整體流率一致性或準確性。
此處所述流量分配網路10可疏通(unchoke)通過可變流量元件60或其他射流元件的流動。這些流量分配網路10，藉由設置扼流元件每一者下游的限制構件70以將壓力降自扼流元件轉移至該限制構件70，將流動疏通。壓力降係以一數值轉移，該數值將扼流元件之中上游壓力Pin對下游壓力Pout的比例降低至低於由等式1所定義的臨界壓力比例P*。舉例來說，限制構件70可設計成平均產生一壓力降，其至少為將限制構件上游的可變流量元件60疏通所需的最小壓力降。疏通可變流量元件60所需的此最小壓力降可由等式1加以決定。疏通流量分配網路10之中的可變流量元件60，可降低分支之間流率的總變化，且從而改善流動平衡。負載轉移的結果，限制構件70可變成受扼制。由於限制構件70具有相對固定的Cv數值，扼制這些元件，與先前受扼制的可變流量元件60所造成的流率變化相較，造成相對小的流率變化，且因而整體改善流動平衡。
圖6係在實施例的流量分配網路10之中的流動平衡的電路類比圖。在此類比圖中，一電阻器代表一射流元件，其中橫跨電阻器的電壓對應橫跨射流元件的壓力降，且通過電阻器的電流對應通過射流元件的質量流。在串聯電路中的電阻係Rtotal=R1和R2。若電路中的二個支線由於 不一致的元件而不平衡，加入較高電阻和一致性的安定器將平衡改善。如所顯示，在電路的各個支線加入大的電阻器，將電路的個別支線中的總電阻比例的「誤差」降低。藉由類比，導入提供大的壓力降(即大的流體流阻)的射流元件，類似地將通過射流網路的分支的流率比例的「誤差」降低。因此，導入這些限制性射流元件改善網路的整體平衡。
控制流量分配網路
此處所揭露的流量分配網路10可用於許多不同類型的處理工具。舉例來說，先前藉由參照納入的美國專利申請案第12/970,846號中所述的多站反應器，可配備如此處所述的流量分配網路10。
在若干實施例中，系統控制器(其可包含一個以上物理或邏輯控制器)控制製程工具的若干或全部操作。舉例來說，系統控制器可控制在實施例的流體分配網路10的一個以上入口處的壓力。系統控制器執行在一處理器上所執行的系統控制軟體。系統控制軟體可包含指令，用於控制時序、氣體混合物、入口壓力、腔室及/或站壓力、腔室及/或站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板基座、夾頭、及/或接收器位置、及由該製程工具所執行的特定製程的其他參數。系統控制軟體可以任何適合的方式加以建構。舉例來說，各種製程工具元件子程式或控制物件可被撰寫，以控制執行各種製程工具製程所需的製程工具元件的操作。系統控制軟體可以任何適合的電腦可讀程式語言加以編碼。
在實施例中，系統控制器可控制入口壓力、在一個以上出口的壓力、及/或跨過流體分配網路10的平均系統壓力降。系統控制器可連通於流體分配網路10的一個以上元件，例如入口、出口、站等等。系統控制器可傳送訊號至一個以上元件以控制壓力。
在若干實施例中，系統控制軟體包含輸入/輸出控制(IOC)序列指令，用於控制上述各種參數。舉例來說，CFD製程的各個階段可包含用於藉由系統控制器執行的一個以上指令。用於設定一CFD製程階段的製程條件的指令，可包含於對應的CFD配方階段。在若干實施例中，CFD配方階段可循序配置，俾使CFD製程階段的所有指令可與那個製程階段同時執行。
其他電腦軟體及/或程式可用於若干實施例之中。用於此目的的程式或程式片段的例子，包含基板定位程式、製程氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、及電漿控制程式。
基板定位程式可包含用於製程工具元件的程式碼，該等製程工具元件用以將基板裝載至基座且用以控制基板和該製程工具其他部件之間的間隔。
製程氣體控制程式可包含程式碼，用於控制氣體成分和流率，且選用性地用於在沉積之前將氣體流入一個以上製程站，以穩定在製程站之中的壓力。壓力控制程式可包含程式碼，用於藉由調節例如在製程站的排氣系統中的節流閥、進入製程站的氣流等等，控制在製程站20的壓力。舉例來說，壓力控制程式可包含程式碼，用於：1)控制在入口30處的壓力，2)控制在出口80處的壓力，3)控制在站20處的壓力，及/或4)控制橫跨流量分配網路10的分支的平均總系統壓力降。
加熱器控制程式可包含程式碼，用於控制流至用以加熱基板的加熱單元的電流。或者是，加熱器控制程式可控制至基板之熱傳氣體(例如氦)的輸送。
電漿控制程式可包含程式碼，用於設定施加至一個以上製程站之中的製程電極的RF功率位準。
在若干實施例中，可具有與系統控制器相關聯的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件的圖形化軟體顯示、及使用者輸入裝置，例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等等。
在若干實施例中，由系統控制器所調整的參數可相關於製程條件。非限制性的例子包含製程氣體成分和流率、溫度、壓力、電漿條件(例如RF偏壓功率位準)、壓力、溫度等等。這些參數可以配方形式提供予使用者，該配方可利用使用者介面加以輸入。
用於監控製程的訊號可由來自各種製程工具感測器的系統控制器的類比及/或數位連接部加以提供。用於控制製程的訊號可輸出於製程工具的類比及數位輸出連接部之上。可監控之製程工具感測器的非限制性例子包含質量流量控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱電偶等等。適 當編程的回授和控制演算法可與來自這些感測器的資料一起使用，以維持製程條件。
系統控制器可提供用於實施上述沉積製程的程式指令。該等程式指令可控制各種製程參數，例如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等等。此等指令可根據此處所述各種實施例控制此等參數而操作膜堆疊的原位沉積。
上述設備/製程可與微影圖案化工具或製程結合而加以使用，例如用於製造或生產半導體元件、顯示器、LED、光電板等等。通常，雖非必要，此等工具/製程可在一共同的製造設施中一起加以使用或執行。膜的微影圖案化通常包含一些或全部以下操作，每一操作係以若干個可能的工具進行：(1)利用旋塗或噴塗工具，塗佈光阻於工件(即基板)之上；(2)使用一熱板或爐或UV固化工具固化光阻；(3)使用例如晶圓步進器之工具，將光阻暴露於可見光或UV或x光；(4)使用例如濕台之工具，將光阻顯影以選擇性移除光阻且藉此將其圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具，將光阻圖案轉移至下層膜或工件之中；及(6)使用例如RF或微波電漿光阻剝除器之工具，將光阻移除。
要理解到，此處所述配置及/或方法係本質上例示性的，且這些特定實施例或範例係不視為限定性的，因為各種變化係可能的。此處所述特定程序或方法可代表一個以上任何數量的處理對策。如此，所述各種操作可以所述順序、以其他順序、或平行地加以執行，或在若干實例中加以省略。同樣地，上述製程的順序可加以改變。
10‧‧‧流量分配網路
12‧‧‧分配管線
20(a、b、c、d)‧‧‧站
30(a)、30(b)‧‧‧入口
40(a)、42(a)、及42(b)‧‧‧分支點
50(a)、50(b)‧‧‧入口
60(a、b、c、d)‧‧‧可變流量元件
70‧‧‧限制構件
80‧‧‧出口

Claims (27)

  1. 一種流量分配網路，用於將一製程氣體供給至一多站沉積腔室之中的二個以上的站，該流量分配網路包含：一入口，用於接收該製程氣體；一流量分配管線網路，用於輸送該製程氣體，該流量分配管線網路包含該入口下游的一分支點、及該分支點下游的二個以上分支，其中各分支具有一出口，用於將製程氣體供給至一對應的站；在各分支的一可變流量元件，其具有一流量係數Cv數值，該Cv數值在該等分支的元件之間變化至少約2%；及在各分支中該可變控制元件下游的一限制構件，其中該等限制構件係標稱相等，其中該製程氣體的流動產生橫跨該流量分配網路自該入口至該等出口的系統壓力降，該系統壓力降至少與在該等出口處的壓力同樣大。
  2. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等可變流量元件操作於非扼流狀態。
  3. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等限制構件產生橫跨該等限制構件的平均至少約3%的系統壓力降。
  4. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等限制構件產生橫跨該等限制構件的平均至少約50%的系統壓力降。
  5. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等限制構件產生橫跨該等限制構件的平均介於10%和80%之間的系統壓力降。
  6. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等可變流量元件產生橫跨該等可變流量元件的平均至多約10%的流量分配網路中的總壓力降。
  7. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等可變流量元件產生橫 跨該等可變流量元件的平均至多約5%的流量分配網路中的總壓力降。
  8. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等可變流量元件產生平均在該流量分配網路中的壓力降的第一部分，且該等限制構件產生平均在該流量分配網路中的壓力降的第二部分，且其中該第二部分對該第一部分的比例係介於約5：1至約20：1之間。
  9. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中當該等可變流量元件每一者經受實質上相同的壓力降時，該等可變流量元件產生一質量流率，該質量流率在該等分支的元件之間平均變化至少約2%。
  10. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中在該等分支中的該等限制構件具有Cv數值，其在該等分支的構件之間平均變化1%以下。
  11. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中在該等分支中的該等限制構件具有Cv數值，其在該等分支的構件之間平均變化4%以下。
  12. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中在各分支中的該可變流量元件包含一閥。
  13. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該限制構件係在該可變控制元件下游的一相關聯流量分配管線中的一收縮件。
  14. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中該等限制構件以標稱均勻質量流率提供製程氣體到供給各站的各別出口。
  15. 如申請專利範圍第14項的流量分配網路，其中該標稱均勻質量流率在出口之間變化小於約1%。
  16. 如申請專利範圍第14項的流量分配網路，其中該標稱均勻質量流率在 出口之間變化小於約2%。
  17. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，更包含一控制器，與該入口及該等出口連通，以控制該系統壓力降。
  18. 如申請專利範圍第1項的流量分配網路，其中入口壓力小於約200托。
  19. 一種平衡流動的方法，在一多站沉積腔室中平衡至二個以上的站的流動，該方法包含：在一入口處接收製程氣體；通過一流量分配管線網路輸送製程氣體，該流量分配管線網路包含該入口下游的一分支點、及該分支點下游的二個以上分支，其中各分支具有一可變流量元件，該可變流量元件具有一Cv數值，該Cv數值在該等分支的元件之間變化至少約2%；通過在各分支中的一出口將製程氣體供給至一對應的站；在各分支中各個可變控制元件的下游配置一限制構件，其中該等限制構件在該等分支間標稱相等；及產生橫跨流量分配網路自該入口至該等出口的系統壓力降，該系統壓力降至少與在該等出口處的壓力降同樣大。
  20. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，更包含操作該可變流量於一非扼流狀態。
  21. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，其中產生該系統壓力降的步驟包含：藉由該等限制構件產生橫跨該等限制構件的平均介於10%和80%之間的系統壓力降。
  22. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，其中產生該系統壓力降的步驟包含：藉由該等可變流量元件產生橫跨該等可變流量元件的平均至多約10%的流量分配網路中的總壓力降。
  23. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，其中產生該系統壓力降的步驟包含：藉由該等可變流量元件平均產生壓力降的第一部分；及藉由該等限制構件平均產生壓力降的第二部分，其中該第二部分對該第一部分的比例係介於約5：1至約20：1之間。
  24. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，其中在該等分支中的該等限制構件具有Cv數值，其在該等分支的構件之間平均變化1%以下。
  25. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，更包含藉由該等限制構件以標稱均勻質量流率將製程氣體提供到供給各站的各別出口。
  26. 如申請專利範圍第25項的平衡流動的方法，其中該標稱均勻質量流率在出口之間變化小於約1%。
  27. 如申請專利範圍第19項的平衡流動的方法，其中產生該系統壓力降的步驟包含：藉由與該入口和該等出口連通的一控制器，控制該系統壓力降。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111986971A (zh) * 2019-05-23 2020-11-24 北京北方华创微电子装备有限公司 微波源进气装置及半导体工艺设备
TWI813535B (zh) * 2016-03-10 2023-09-01 日商東京威力科創股份有限公司 調整處理流程之方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7896967B2 (en) * 2006-02-06 2011-03-01 Tokyo Electron Limited Gas supply system, substrate processing apparatus and gas supply method
US8741394B2 (en) 2010-03-25 2014-06-03 Novellus Systems, Inc. In-situ deposition of film stacks
US9028924B2 (en) 2010-03-25 2015-05-12 Novellus Systems, Inc. In-situ deposition of film stacks
US9117668B2 (en) 2012-05-23 2015-08-25 Novellus Systems, Inc. PECVD deposition of smooth silicon films
US8925588B2 (en) 2012-08-17 2015-01-06 Novellus Systems, Inc. Flow balancing in gas distribution networks
JP5837962B1 (ja) * 2014-07-08 2015-12-24 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびガス整流部
TW201634738A (zh) * 2015-01-22 2016-10-01 應用材料股份有限公司 用於在空間上分離之原子層沉積腔室的經改良注射器
US10147597B1 (en) 2017-09-14 2018-12-04 Lam Research Corporation Turbulent flow spiral multi-zone precursor vaporizer
CN118382919A (zh) * 2021-12-13 2024-07-23 朗姆研究公司 用于平衡流向衬底处理系统的多个站的气体流量的阀系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5307568A (en) * 1991-09-09 1994-05-03 Tokyo Electron Limited Gas supply system
US6210482B1 (en) 1999-04-22 2001-04-03 Fujikin Incorporated Apparatus for feeding gases for use in semiconductor manufacturing
US6333272B1 (en) * 2000-10-06 2001-12-25 Lam Research Corporation Gas distribution apparatus for semiconductor processing
US6752166B2 (en) 2001-05-24 2004-06-22 Celerity Group, Inc. Method and apparatus for providing a determined ratio of process fluids
US8088248B2 (en) * 2006-01-11 2012-01-03 Lam Research Corporation Gas switching section including valves having different flow coefficients for gas distribution system
US7896967B2 (en) * 2006-02-06 2011-03-01 Tokyo Electron Limited Gas supply system, substrate processing apparatus and gas supply method
US8741394B2 (en) 2010-03-25 2014-06-03 Novellus Systems, Inc. In-situ deposition of film stacks
JP5562712B2 (ja) * 2010-04-30 2014-07-30 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置用のガス供給装置
US20110265951A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Applied Materials, Inc. Twin chamber processing system
US8925588B2 (en) 2012-08-17 2015-01-06 Novellus Systems, Inc. Flow balancing in gas distribution networks

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI813535B (zh) * 2016-03-10 2023-09-01 日商東京威力科創股份有限公司 調整處理流程之方法
CN111986971A (zh) * 2019-05-23 2020-11-24 北京北方华创微电子装备有限公司 微波源进气装置及半导体工艺设备
CN111986971B (zh) * 2019-05-23 2024-05-17 北京北方华创微电子装备有限公司 微波源进气装置及半导体工艺设备

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Publication number Publication date
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