TW202139299A - 用於氣體流量比控制的方法與組件 - Google Patents

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Abstract

本案方法和氣體流量控制組件經配置而將氣體依所需流量比輸送到處理腔室區域。在一些實施例中，組件包括一或多個MFC與背壓控制器（BPC）。組件包括控制器、處理氣體供應、分配歧管、壓力感測器、處理腔室、一或多個質量流量控制器與背壓控制器，該壓力感測器耦接至該分配歧管且經配置以感測該分配歧管的背壓，該一或多個質量流量控制器連接於該分配歧管與該處理腔室之間以控制該分配歧管與該處理腔室之間的氣體流量，該背壓控制器相對於該一或多個質量流量控制器以流體並聯關係（fluid parallel relationship）設置，其中實現精確的流量比控制。替代實施例包括上游壓力控制器，該上游壓力控制器經配置以控制載體氣體的流量，以控制背壓。本案描述用於控制區域氣體流量比之進一步方法與組件，以作為其他的態樣。

Description

用於氣體流量比控制的方法與組件
本申請案依專利法主張於2016年3月15日提出申請的名稱為「用於氣體流量比控制的方法與組件」（代理人號23700-02/USA）之美國非臨時專利申請案第15/070,342號之優先權權益，本申請案之參考整體上結合以上美國專利申請案之揭露。
本發明一般係關於到用於電子裝置製造的處理腔室之氣體流量控制，且更具體言之，係關於用於氣體流量比控制之方法和組件。
在處理腔室中處理基板之半導體處理可對於處理氣體流量的變化和干擾特別敏感。具體言之，例如，這些變化可能影響處理期間的一或多個臨界尺寸和（或）膜厚度。因此，用於半導體處理腔室的氣體輸送組件嘗試以精確的流動速率、流量比與壓力將穩定流輸送到處理腔室的多個輸入埠。
現有技術的氣體輸送組件可利用分流方法（flow-splitting methods）來改善在多個注入點與（或）多個腔室處理系統的流量比準確度、可重複性和再現性。可以藉由使用複數個質量流量控制器（MFC）來提供分流方法，複數個質量流量控制器（MFC）主動試圖控制在多個輸入埠位置處的分配的氣體之相對流動速率。然而，隨著新的腔室處理技術的不斷實現用於微電子元件更小的臨界尺寸，更高程度的流量控制精確度係有利的，且特別係流量比控制。因此，用於達到氣體流動速率控制的方法和組件係有其需求的，且特別係針對更精確的流量比控制。
在一或多個實施例中，提供了一種控制到處理腔室的氣體流量之方法。該方法包括以下步驟：提供流體耦接至處理腔室的分配歧管，提供流體耦接於處理腔室和分配歧管之間的一或多個質量流量控制器，提供流體耦接至分配歧管的背壓控制器，將通過該一或多個質量流量控制器中的各者之流量控制於動態可控流量設定點，及將背壓控制器上游的背壓控制於一背壓設定點。
在一些實施例中，提供一種氣體流量控制組件。氣體流量控制組件包括控制器、處理氣體供應、分配歧管、壓力感測器、處理腔室、一或多個質量流量控制器與背壓控制器，該分配歧管流體耦接該處理氣體供應，該壓力感測器耦接該分配歧管且經操作性地連接以感測該分配歧管的背壓，每個質量流量控制器流體地且操作性地連接於該分配歧管與該處理腔室以控制該分配歧管與該處理腔室之間的氣體流量，該背壓控制器流體地且操作性地連接該分配歧管。
在進一步的實施例中，提供了一種氣體流量控制組件。氣體流量控制組件包括控制器、處理氣體供應、分配歧管、背壓感測器、處理腔室、一或多個質量流量控制器與背壓控制器，該分配歧管流體耦接該處理氣體供應，該分配歧管具有至少兩個出口，該背壓感測器操作性地連接至該控制器且經配置而感測該分配歧管中的背壓，該一或多個質量流量控制器中的各者流體地且操作性地連接至該分配歧管的一出口且連接至該該處理腔室的一區域中以控制進入各區域的氣體流量百分比，該背壓控制器流體連接該分配歧管且操作性地連接該控制器以將該背壓控制器控制於一背壓設定點以回應來自該背壓感測器的輸出。
在進一步的實施例中，提供了一種控制流動到處理腔室的氣體流量之方法。該方法包括以下步驟：提供流體耦接至處理腔室的分配歧管，提供流體耦接至該分配歧管的處理氣體供應，該處理氣體供應包含上游壓力控制器及一或多個處理氣體，該上游壓力控制器操作性地耦接至載體氣體，該一或多個處理氣體的流量由一或多個供應質量流量控制器所控制，提供流體耦接於該處理腔室和該分配歧管之間的一或多個質量流量控制器； 將通過該一或多個質量流量控制器的各者之氣體流量控制於一動態可控流量設定點，及 藉由以該上游壓力控制器控制載體氣體流量來將該分配歧管的背壓控制於一背壓設定點。
根據一或多個實施例，提供了一種氣體流量控制組件。氣體流量控制組件包括控制器、處理氣體供應、分配歧管、背壓感測器、處理腔室、複數個質量流量控制器與上游壓力控制器，該處理氣體供應包含載體氣體和一或多個處理氣體，該分配歧管耦接該處理氣體供應，該背壓感測器流體連接該分配歧管且經配置而感測該分配歧管中的背壓，該處理腔室包含複數個區域，該複數個質量流量控制器中的各者流體地且操作性地連接於該分配歧管與該處理腔室之間且經配置而控制氣體流量進入該處理腔室的該複數個區域，該上游壓力控制器流體地且操作性地連接該分配歧管且經配置而控制該載體氣體的流量以回應該控制器所提供的一背壓設定點。
在又一個實施例中，提供了一種氣體流量控制組件。氣體流量控制組件包括控制器、處理氣體供應、分配歧管、背壓感測器、處理腔室、一或多個質量流量控制器與上游壓力控制器，該處理氣體供應包含經配置而在一接合點混合的一載體氣體和一或多個處理氣體，該分配歧管流體耦接至該接合點下游的該處理氣體供應，該分配歧管具有複數個出口，該背壓感測器操作性地連接至該控制器且經配置而感測該分配歧管中的背壓，該處理腔室包含複數個區域，該一或多個質量流量控制器中的各者流體地且操作性地連接至該分配歧管的一出口且連接至該複數個區域中的一者以控制進入該複數個區域的各者之氣體流量比，該上游壓力控制器流體連接該接合點上游的該載體氣體，且操作性地連接該控制器以將該背壓控制於一背壓設定點以回應來自該背壓感測器的一輸出訊號。
在根據本發明的這些和其他態樣，提供了許多其他的特徵。本發明實施例的其他特徵和態樣將從以下說明書、申請專利範圍及附圖中得以更完整彰顯。
本發明提供一種用於控制進入處理腔室（如半導體處理腔室或類似物）的氣體流量之改良方法和組件。具體言之，本發明實施例減少流量變化、顫動（dithering）及（或）當質量流量控制器（之後稱作MFC）競爭氣體流量而為了達到針對每個MFC所需的流量設定點控制流量比時，減少組件中MFC的流量匱乏。
現有技術方法的氣體流量比控制未試圖使通過耦接至處理腔室的MFC的流達到穩態流。每個現有技術的MFC被設置為它的流量設定點（其通常為總流量的百分比（percentage）），及從而試圖在該設定點百分比保持固定的流量。然而，輸入流中的任何變化導致背壓變化並使得各個MFC調整其流量需求。若壓力低，為了使通過特定MFC達到更多流量則僅有一個方法係使其他個MFC沒有流量（starving）。因此，組件中所有的MFC不斷互相競爭以達到其各自流量設定點之地方提供通過MFC的流為瞬變流（transient flow）。如此一來，不必要的流量變化可能會出現在每個處理腔室入口埠。這可能會影響到處理品質與（或）均勻性。例如，在一些實施例中，這可能會導致非均勻的蝕刻或沉積。本發明的實施例可實質消除MFC之間這種競爭及提供精確的流量設定點控制和流量比控制。
此外，本發明的實施例可允許使用簡單的反饋控制方法來將百分比設定點控制到所需的流量比。
本發明的一或多個實施例提供流量比設備中MFC與背壓控制器的新穎組合，以精確地控制MFC的各自流量比。參照圖1-4和8描述氣體流量控制組件和方法的示範實施例，其包括用於控制流動到處理腔室的氣體流量之背壓控制器。
參照圖4-7和9描述氣體流量控制組件和方法的示範實施例，其包括上游壓力控制器，上游壓力控制器經配置而控制離開處理氣體供應的載體氣體的壓力，以用於控制流到處理腔室的氣體流量與氣體流量比。
現在參照圖1，根據本發明繪示氣體流量控制組件100的第一示範實施例。氣體流量控制組件100包括控制器102（如具有處理器的數位控制器）、處理氣體供應104和流體耦接至處理氣體供應104的流量比設備105。流量比設備105可包括流體耦接至處理氣體供應104的分配歧管106，處理氣體供應104可提供載體氣體和一或多個處理氣體（如處理氣體1到處理氣體N）於處理腔室110中發生的處理中使用。
本說明書所用的「流體耦接」一詞是指藉由導管承載流體（如氣體）通過其中來耦接部件。氣體流量控制組件100的流量比設備105進一步包括背壓感測器108，背壓感測器108流體地且操作性地連接分配歧管106及操作性地連接控制器102並經配置而感測分配歧管106內的氣體壓力及提供將用於流量比控制的輸出訊號給控制器，將由以下所彰顯。
氣體流量控制組件100進一步包括處理腔室110，處理腔室110接收來自流量比設備105的氣體流量。流量比設備105包括一或多個質量流量控制器（MFC）112（一個示於所繪示的實施例中），其中每個MFC 112流體地且操作性地連接至分配歧管106與連接至處理腔室110且操作性地連接至控制器102，以控制流到處理腔室110的一或多個區域（如區域1、區域2A、區域2B）的氣體流量。處理腔室110可以是於其中在基板120（以虛線表示）上發生處理的任何腔室，如蝕刻處理腔室、沉積處理腔室（如原子層沉積（ALD）、物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD）的沉積）、磊晶沉積、清洗處理腔室等。
流量比設備105進一步包括流體地且操作性地連接至分配歧管106的背壓控制器114。在圖1的所示實施例中，背壓控制器114也可流體耦接至處理腔室110。在所示的實施例中，單一MFC 112與單一背壓控制器114以流體並聯的關係（fluid parallel relationship）設置。然而，後面的實施例將包括與單一背壓控制器114並聯的複數個MFC 112A、112B。
MFC 112是用於量測和控制氣體流量的裝置。MFC 112經設計與校準以將一特定類型或特定範圍類型的氣體控制在特定範圍的流動速率。MFC 112可以給予其全比例範圍的0%至100%的動態可調整設定點，但其通常以全比例範圍的約10%至90%操作，在此範圍內可實現最佳準確度。MFC 112接著將流動速率控制到個別流量設定點。MFC可以是類比的或數位的。多氣體和多範圍MFC通常能夠控制多於一個類型的氣體，及因此偏好於從處理氣體供應104供應多於一個的氣體配方至處理腔室110的狀況中。可使用一標準MFC，但可不限於為其校準的特定氣體配方。
所有MFC 112具有入口埠、出口埠、內部質量流量感測器及比例控制閥，比例控制閥可由致動器（如及適當的馬達或自動的使動元件）所致動。MFC 112通常可配備有封閉迴路控制系統，控制器102可給予封閉迴路控制系統一流量設定點控制訊號，流量設定點控制訊號接著與來自內部質量流量感測器的值比對並經由致動調整比例閥以達到所需的流動速率。流量設定點控制訊號通常可指定為它所校準的全比例流量的百分比（流量比），且可被作為來自控制器102的電壓供應至MFC 112。在一些實施例中，提供封閉迴路控制系統作為MFC 112內的電路，其操作性地連接到控制器102且接收來自控制器102的流量設定點控制訊號。在其他實施例中，封閉迴路控制可單獨藉由控制器102來完成。本說明書描述的所有MFC都是這種結構的。
在所示的實施例中，MFC 112在其入口埠設置有來自分配歧管106的氣體供應且該氣體供應在由控制器102所設定的一指定背壓。因為BPC 114確保在分配歧管106中達到一所需的背壓，所以本實施例的MFC 112不能缺乏氣體，及因此能夠精確地達到流量設定點和流動速率。
在所示的實施例中，每個MFC 112可以是任何適合型號之具有常閉閥的質量流量控制器，例如可自位於日本京都的HORIBA取得的質量流量控制器。MFC 112能夠處理如約10sccm至200 slm之間的流動速率。對於本案所述的所有實施例，背壓控制器114可以是用於背壓的封閉迴路控制之任何合適的壓力控制器或壓力調節器，如可自位於日本京都的HORIBA取得的數位自動壓力調節器（Digital Auto Pressure Regulator），或可自麻州（Mass.）的MKS of Andover取得的用於封閉迴路壓力控制的整合式壓力控制器。背壓控制器114包括內部控制閥，內部控制閥可由內部致動器致動且可包括內部數位電子元件以提供反饋控制迴路和致動訊號，以將背壓控制到由控制器102傳送到背壓控制器的一所需的壓力設定點。在一些實施例中，背壓感測器108可位於背壓控制器114內部以感測分配歧管106中的背壓。封閉迴路控制可任選地由控制器102單獨施行或由控制器102和內部數位電子元件的任意組合施行。
如圖1所示，處理氣體供應104透過饋線116流體地且操作性地連接至流量比設備105的分配歧管106及將處理氣體饋送至流量比設備105的分配歧管106。饋線116可以是導管或導管的集合。處理氣體供應104可包括複數個不同的氣體，其可經混合（如需要的話）以用於在處理腔室110中發生的各種處理。例如，在一個實施例中，可提供載體氣體118，其與一或多個處理氣體（處理氣體1-N）混合。載體氣體118可以是用於承載處理氣體的任意適合的氣體，如氮氣、氫氣、惰性氣體（如氦氣、氬氣）或以上各者之組合。
處理氣體供應104也可包括一或多個處理氣體，例如複數個處理氣體（如處理氣體1、處理氣體2、處理氣體3及高達處理氣體N）。處理氣體1-N可用於施行容納於處理腔室110中基板120上的一或多個處理。基板120可以是電子元件的前驅物製品，如半導體晶圓、結晶矽晶圓、矽晶圓、摻雜的矽晶圓、摻雜或未摻雜的多晶矽晶圓、遮罩的矽晶圓、圖案化或未圖案化的矽晶圓、或含矽的盤或板、其他含矽製品等。可靜置及支撐基板120以用於處理腔室110內適當支撐件（如基座或升舉銷）上的處理。處理腔室110可以是適於處理其中基板120的半導體處理腔室。處理氣體1-N可以是還原劑氣體，如氧氣（O2 ）、二氧化碳（CO2 ）、氧化氮（NO）、一氧化二氮（N2 O）、二氧化氮（NO2 ）、甲烷（CH4 ）、四氟化碳（CF4 ）、四氟甲烷（CHF4 ）、三氟甲烷（CHF3 ）、二氟甲烷（CH2 F2 ）、三氟化氯（ClF3 ）、六氟化硫（SF6 ）、六氟丁二烯（C4 F6 ）、六氟乙烷（C2 F6 ）、八氟環丁烷（C4 F8 ）、八氟環戊烯（C5 F8 ）、八氟丙烷（C3 F8 ）、丙烯（C3 H6 ）、三氟化氮（NF3 ）、二氯矽烷（H2 SiCl2 ）、磷化氫（PH3 ）、矽烷（SiH4 ）、三氯矽烷（TCS）、三甲基矽烷（3MS）、三氯化硼（BCl3 ）、氯（Cl2）、氨（NH3 ）、鍺（GeH4 ）、六氟化鎢（WF6 ）、氙（Xe）等。可使用其他合適的處理氣體。
更詳盡言之，處理氣體供應104可包括複數個供應MFC，如供應MFC 1241 至供應MFC 124N ，其中N可等於存在於其中的處理氣體的數量。例如，可以有三個或更多個供應MFC，如供應MFC 1241 、1242 、1243 與124N 。可使用其他數量的處理氣體及供應MFC。處理氣體供應104可進一步包括控制閥125、126，其操作性地連接至控制器102，以控制載體氣體118對於處理氣體（處理氣體1、處理氣體2、處理氣體3……處理氣體N）的相對流量和比率，及因此不僅控制載體氣體118對處理氣體的比率，而且控制供應至流量比設備105的分配歧管106之總氣體流量。根據對於特定處理或當時處理腔室110處發生的處理的階段，控制器102決定及設定針對供應MFC 1241 -124N 各者的處理氣體流量設定點及通過控制閥125、126的流量。
處理氣體供應104操作性地耦接至流量比設備105且與流量比設備105流體連通，流量比設備105包括分配歧管106、一或多個MFC 112、背壓控制器114和背壓感測器108。根據半導體基板處理期間所供應的處理配方，可改變從供應MFC 1241 -124N 供應到流量比設備105的不同處理氣體之數量。此外，亦可改變總流量到處理腔室110的各個區域（如區域1、區域2A和區域2B）之相對比例。
如此一來，處理腔室110可經調整以接收處理腔室110內多於一個的區域中的氣體，及因此可提供輸出歧管130耦接一或多個MFC 112與BPC 114，及輸出歧管130可包括在多個區域饋送進入處理腔室110的多個歧管部分130A-130C。流量比設備105的功能允許氣體流動通過該一或多個質量流量控制器112和背壓控制器114及進入處理腔室110的一或多個區域（如區域1、區域2A、區域2B）。可提供不同的流到兩個或兩個以上區域。
如圖1所示，流量比設備105可耦接至輸出歧管130，輸出歧管130可在輸出歧管部分130A-130C其個別的輸出處耦接處理腔室110的多個區域（如區域1、區域2A和區域2B）。例如，來自MFC 112的流可藉由輸出歧管部分130A佈線至內部區域（如區域1）及來自背壓控制器114的氣體流量可藉由輸出歧管部分130B、130C提供至一或多個外部區域（如區域2A和區域2B）。例如，輸出歧管部分130A、130B、130C可包括多個輸出通道，多個輸出通道可分佈於每個各自的區域內。在一些實施例中，區域（如區域1、區域2A和區域2B）可跨處理腔室110水平佈置，如圖所示。在其他實施例中，多個區域可被佈置為繞圓形中心區域作一或多個同心環佈置。其他區域佈置可用於提供區域性的氣體流量控制。在其他實施例中，一些輸出可佈置在處理腔室110的頂部，而其他輸出可佈置在處理腔室110的一側上或甚至在底部上或以上各者之任意組合。可以提供多個輸出埠到每個區域（如區域1、區域2A和區域2B）。
在所示的實施例中，MFC 112經由與控制器102互動及溝通的方法而被控制到一流量設定點。例如，MFC 112的流量設定點可經設定，使得來自氣體供應104在饋線116所提供的總流量的所需比率（如60%）被提供到區域1。接著可基於分配歧管106中所需的一經設計的背壓來設定到區域2A與區域2B的其餘氣體流量。具體言之，背壓控制器114經配置且可操作以將背壓控制到一預定的背壓設定點（Pb）。例如，經設計的背壓設定點（Pb）可介於約50Torr至約1600Torr之間，且例如，在一些實施例中，約350Torr。可使用其他的背壓設定點（Pb）。在一些實施例中，可基於氣體供應的壓力減去處理腔室110的壓力來設定背壓設定點（Pb）。
在其他實施例中，可使用多於一個的MFC 112。例如，耦接至分配歧管106的第一MFC 112可控制到第一區域（如區域1）的第一流量比及耦接至分配歧管106的第二MFC（未圖示）可控制到第二區域（如區域2A）的第二流量比，而BPC 114可控制流動到第三區域（如區域2B）的流量，以回應所需的背壓設定點（Pb）。可使用更多數量的MFC以提供到達處理腔室110的額外區域更為精細的流量比控制。以這種方式，因為可以將通過每個MFC的流量比控制到非常緊密的（tight）公差內（如甚至+/-1%或更少），所以多個MFC不為了流量彼此競爭。同樣地，可以針對每個MFC 112對於流量設定點提供約+/- 1%或更少的緊密誤差。
本說明書中的控制器102可包括適合的處理器、記憶體與軟體、韌體、或以上各者之結合、A/D轉換器、調節電子元件與（或）驅動器以控制來自處理氣體供應104的流量、將每個MFC 112控制於所需的流量設定點及接收背壓訊號以經由控制傳送到所期望的背壓設定點（Pb）的背壓控制器114之訊號來控制分配歧管106中的背壓。所期望的背壓設定點（Pb）可藉由背壓感測器108回應控制器102所接收到的壓力訊號。例如，在所示的實施例中，流量設定點可設置於整個全範圍流量的約0.5%至99.5%之間。在一些實施例中，流量設定點應在約5%至約95%之間。在一些實施例中，可提供感測器108與BPC 114整合為一體，及BPC 114的內部封閉迴路電子元件可接著將背壓控制到背壓設定點（Pb），該背壓設定點（Pb）藉由與其通訊連接的控制器102被供應到內部封閉迴路電子元件。在其他實施例中，可藉由內部封閉迴路電子元件和控制器102的任何合適的組合來實現封閉迴路控制。
圖2繪示氣體流量控制組件200的替代實施例之細節。氣體流量控制組件200包括控制器102、處理氣體供應104與處理腔室110，與如前面所描述的相同。沒有具體描述的其他項與圖1實施例中是一樣的。然而，在此實施例中，流量比設備205包括第一MFC1 112A與第二MFC2 112B，第一MFC1 112A操作性地且流體地耦接至處理腔室110的第一區域（如區域1-中心區域），第二MFC2 112B操作性地且流體地耦接至處理腔室110的至少一個其他區域（如耦接至區域2A與區域2B，如圖所示）。流量比設備205的此實施例中的BPC 114藉由以下方式將背壓控制於一背壓設定點（Pb）：控制器102經由背壓感測器108監控分配歧管206的背壓及對BPC 114中的內部控制閥作適當調整。
如上所指出的，在一些實施例中，感測器108可與BPC 114整合為一體，及可藉由BPC 114的內部封閉迴路電子元件實現封閉迴路控制來將背壓控制於控制器102提供給內部封閉迴路電子元件的背壓設定點（Pb），或在一些實施例中，可藉由BPC 114的內部封閉迴路電子元件與控制器102的組合所施行的處理來實現封閉迴路控制。
在圖2實施例中，BPC 114沒有饋送到處理腔室110，BPC 114的外流繞過處理腔室110並與排氣口或洗滌器232流體耦接及流到排氣口或洗滌器232。若來自排氣線234的排出氣體不需要任何處理的話，來自排氣線234的排出氣體可被送到排氣口（即排放到大氣），若這些氣體有毒或可燃的且需要處理的話，這些氣體則替代地被送到減弱（abatement）系統（如洗滌器）。可使用任何合適的減弱系統以用於以上的處理，如美國公開案US20100192773； US20100119984；US20090175771；與US20090056544；以及美國專利案第8,668,868號；第8,003,067號；與第6,277,347號所述。可使用其他合適的減弱系統。
質量流量控制器112A、112B的各者可具有被設定於總氣體流量的約0.5%至100%之的流量設定點。在一個實施例中，第一MFC 112A可被設定為總流量的約85%之一流量設定點，及第二MFC 112B可被設定為總流量的約10%之一流量設定點，及背壓設定點（Pb）可經由BPC 114的操作被設定為約800 Torr，使得少於總流量的約5%在排氣線234中被排出。考慮到到排氣口或洗滌器232的氣體損失，總流量可被設定稍微高點。因為有分配歧管206中所提供的（Pb）設定的固定背壓值，第一和第二MFC 112A、112B可以被精確地控制且精確地保持在其所選擇的流動設定點，及因此可達到進入處理腔室110的多個區域（如區域1、區域2A、區域2B）之精確流量比控制。各質量流量控制器（如MFC 112A、MFC 112B）可經配置且操作性地並聯連接到處理氣體供應104，以便在一些實施例中，以高於約90slm、高於95slm或甚至高於100slm的流動速率提供來自處理氣體供應104的高氣體流量。
圖3和4表示氣體流量控制組件300、400的額外實施例，其中流量比設備305包括多個MFC（如MFC1、MFC2、MFC3、MFC4……MFCN）。如前所述，這些實施例包括處理腔室310、410和分配歧管306，處理腔室310、410經配置而容納及處理基板120。在此實施例中，複數個MFC 112A-112N可流體耦接於處理腔室310、410和分配歧管306之間。如前所述，背壓控制器114流體耦接分配歧管306。然而，在圖3實施例中，通過BPC 114的流被引導到處理腔室310，而在圖4實施例中，通過BPC 114的流完全繞過處理腔室410並代替排出到排氣口或洗滌器232。
每個實施例中的流量比設備305包括複數個MFC 112A-112N、BPC 114、分配歧管306與背壓感測器108。如前所述，在一些實施例中，背壓感測器108可與BPC 114整合為一體。在每個實施例中，控制器102經配置而將通過一或多個MFC 112A-112N的各者之氣體流量控制於一動態可控流量設定點，即可以隨著處理配方的改變而改變。可基於使用者規定設定來針對每個MFC 112A-112N-1設置流量比設定點。可基於來自處理氣體供應的總質量流量比其他MFC1至MFCN-1所少的百分比來針對MFCN 112N設定。同樣地，在每個實施例中，可藉由控制器102將分配歧管306的背壓控制到已經由使用者設置的背壓設定點（Pb）。該控制可回應來自背壓感測器108的反饋訊號，及因此BPC 114接收總流量的剩餘平衡。在一些實施例中，背壓設定點（Pb）可係基於在處理氣體供應304上游的壓力減去在處理腔室310、410的壓力。在每個實施例中，饋線316中所提供到分配歧管306的總質量流量是回應來自控制器102訊號之來自載體氣體與處理氣體1-N的各MFC1-MFCN的設定質量流量之總和。處理氣體供應304可經由供應MFC 1261 -126N 的控制提供載體氣體118和處理氣體（如處理氣體1、處理氣體2、處理氣體3……處理氣體N）之所需混合。
如應當認識到的，在上述每個實施例中，可動態地調整流量比對處理腔室110、310、410的每個輸入埠之百分比的調整。由於當以流體並聯提供BPC 114時，MFC 112與112A-112N不再為了流量互相競爭，所以當個別流量比改變時，過渡時間（transient time）（即氣體流量控制組件100、200、300、400到達穩態條件的穩定時間（settling time））相對縮短。
因此，在圖3實施例中，顯而易見的，複數個質量流量控制器112A-112N將來自處理氣體供應104的氣體供應到處理腔室310的複數個區域（如區域Z1-Z4），及背壓控制器114將氣體供應至處理腔室410的另一區域（如Z5）。
在圖4實施例中，提供通過MFC1-N 112A-112N的流到多個區域（如區域Z1-Z4）及提供剩餘流到背壓控制器114且直接排出到排氣口或洗滌器232中的一者，背壓控制器114完全繞過處理腔室410。背壓控制器114的背壓設定點（Pb）可如上所述設置。
圖5繪示氣體流量控制組件500的另一個實施例，其包括處理氣體供應504和流量比控制器505，其中流量比控制器505類似於圖2實施例，除了BPC 114已被替換成上游壓力控制器514。上游壓力控制器514可用來控制供應到饋線116的載體氣體118的壓力，及因此可用於遠端控制歧管506中所提供的壓力。上游壓力控制器可包括閥和內部電子元件，及可能有內部壓力感測器。如前所述，在一些實施例中，背壓感測器108可與上游壓力控制器514整合為一體，及控制器102提供壓力設定點。在所示的實施例中，上游壓力控制器514可位於接合點536的上游，在接合點536處載體氣體118和一或多個處理氣體1-N混合在一起。分配歧管506流體耦接至接合點536下游的處理氣體供應504。在此實施例中，流量比控制器505僅包括兩個或兩個以上質量流量控制器（如MFC1 、MFC2 ）控制流量，但是沒有背壓控制器。因此，在此實施例中，因為來自處理氣體供應504流動的氣體的100%提供到處理腔室110，所以沒有氣體被浪費。如此也降低了減弱的需求。氣體流量可被提供到與MFC（如MFC1、MFC2）數量至少一樣多或更多個處理腔室110的區域（如區域1、區域2A、區域2B）。
圖6繪示氣體流量控制組件600的另一替代實施例，其包括流量比控制器605，其中流量比控制器605類似於圖3實施例，除了BPC 114已被替換成上游壓力控制器614。上游壓力控制器614可用來控制供應到饋線116的載體氣體118的壓力，及因此可用於遠端控制歧管606中所提供的壓力。如前所述，在一些實施例中，背壓感測器108可與上游壓力控制器614整合為一體。如圖5所示，上游壓力控制器614可位於接合點536的上游，在接合點536處載體氣體118和一或多個處理氣體1-N混合在一起。在此實施例中，流量比控制器605僅包括複數個質量流量控制器（如MFC1、MFC2、MFC3……MFCN）控制進入處理腔室610的流量，但是沒有背壓控制器114。因此，在此實施例中，因為氣體的100%提供到處理腔室410，所以沒有氣體被浪費，從而降低減弱需求。氣體流量可被提供到與MFC數量至少一樣多或更多個處理腔室410的區域（如區域Z1-Z4）。
圖7繪示氣體流量控制組件700的另一替代實施例，其包括處理氣體供應704和流量比控制器605，其中流量比控制器605與圖6實施例中所述相同。在此實施例中，上游壓力控制器714可用來控制供應到饋線316的載體氣體118的壓力，及因此可用於遠端控制歧管606中所提供的壓力。如前所述，在一些實施例中，背壓感測器108可與上游壓力控制器714整合為一體。如圖5和6所示，上游壓力控制器714可位於接合點536的上游，在接合點536處載體氣體118和一或多個處理氣體1-N混合在一起。在此實施例中，壓力控制器714可與載體氣體MFCC 726以流體並聯的關係設置。因此，亦在此實施例中，因為氣體的100%提供到處理腔室410，所以沒有氣體被浪費，從而降低減弱需求。載體氣體的僅有一部分流過上游壓力控制器714。因此，載體氣體MFCC 726可以設定為一所需的流量設定點，及上游壓力控制器714可經調節以將分配歧管606的背壓控制到該所需的流量設定點（Pb）。應當理解的是，在與載體氣體MFCC 726以流體並聯的關係設置的壓力控制器714之配置可應用於圖5中所示的結構，從而取代壓力控制器514，其中其他一切保持相同。
圖8繪示根據本發明一或多個實施例的控制流到處理腔室（如處理腔室110、310、410）之流量的示範方法之流程圖。方法800包括以下步驟：在802中，提供處理腔室（如處理腔室110、310、410）與分配歧管（如分配歧管106、206或306），在804中，提供流體耦接於處理腔室（如處理腔室110、310、410）和分配歧管（如分配歧管106、206、306）之間的一或多個質量流量控制器（如MFC 112、112A與112B、或112A-112N），及在806中，提供流體耦接至分配歧管（如分配歧管106、306）的背壓控制器（如背壓控制器114）。
該方法800進一步包括：在808中，將通過該一或多個質量流量控制器（如MFC 112、112A與112B、或112A-112N）的各者之流量控制於一動態可控流量設定點，及在810中，將背壓控制器（如背壓控制器114）上游的背壓控制於一背壓設定點（Pb）。
注意，儘管上述示例性方法800以順序的個別步驟描述，但本發明的實施例不限於此。所描述的步驟僅僅是為了說明的目的，以利於理解本發明的一或多個實施例。可包含任意數量的額外或中間步驟，可省略或組合幾個步驟，及可將任意步驟的任意部分分成子步驟。此外，步驟所呈現的特定順序僅是為了利於理解發明，及應瞭解到可依任意適當順序（包含同時）施行這些步驟或任意組合或子步驟。
針對一或多個質量流量控制器（如MFC 112、112A與112B、或112A-112N）的各者之步驟808中的動態可控流量設定點可設定於一允許範圍內總流動速率的任意百分比。在一些實施例中，針對一或多個質量流量控制器（如MFC 112、112A與112B、或112A-112N）的標稱流動速率可被控制為+/- 1%，及因此個別MFC之間非常精確的流量比控制是可能的。因此，應當認識到，對於2個或更多個通道的精確分流係可被實現的。此外，因為MFC不再彼此競爭，所以可減少流量不平衡，且對於質量流量控制器（如MFC 112、112A與112B、或112A-112N）的個別流量比之變化之穩定時間可達到小於約1秒。此外，可使用簡單的控制演算法施行背壓控制，如簡單的錯誤反饋控制、比例控制等。顯然，可使用更複雜的前饋控制或預測控制，但是使用簡單的反饋控制方法甚至可達到足夠的反應時間。
圖9繪示根據本發明一或多個實施例之控制流到處理腔室（如處理腔室110、410）之流量的另一示範方法之流程圖。方法900包括：在902中，提供流體耦接至處理腔室（如處理腔室110、410）的分配歧管（如分配歧管506、606）。方法900進一步包括以下步驟：在904中，提供流體耦接至分配歧管的處理氣體供應（如處理氣體供應504、604、704），處理氣體供應包含上游壓力控制器（如上游壓力控制器514、614、714），上游壓力控制器操作性地耦接至載體氣體（如載體氣體118）與一或多個處理氣體（如處理氣體1、處理氣體2、處理氣體3……處理氣體N），其流量由一或多個供應質量流量控制器（供應質量流量控制器1241 、1242 、1243 ……124N ）控制。
方法900進一步包括：在906中，提供流體耦接於處理腔室和分配歧管之間的一或多個質量流量控制器（如MFC1 112A和MFC2 112B、或MFC1 112A至MFCN 112N）。
在操作上，方法900包括以下步驟：在908中，將通過該一或多個質量流量控制器（如MFC1 112A和MFC2 112B、或MFC1 112A至MFCN 112N）的各者之氣體流量控制於一動態可控流量設定點，及在910中，藉由使用上游壓力控制器（如上游壓力控制器514、614、714）控制載體氣體流量來將分配歧管的背壓控制於一背壓設定點（如背壓設定點Pb）。
雖然本說明書描述了特定載體氣體和處理氣體及特定壓力範圍和流量，但是應當理解，本發明的實施例同樣可使用其他氣體、其他壓力範圍及其他氣體流動速率。
因此，雖然本發明已經結合示例實施例而揭露，但是應該理解的是，其他實施例可落於如以下專利申請範圍所界定的本發明範圍內。
100:氣體流量控制組件 102:控制器 104:處理氣體供應 105:流量比設備 106:分配歧管 108:背壓感測器 110:處理腔室 112:質量流量控制器（MFC） 112A,112B,112C,…112N:MFC 114:背壓控制器 116:饋線 118:載體氣體 120:基板 1241 ,1242 ,1243 ,…124N :MFC 125:控制閥 126:控制閥 1261 ,1262 ,1263 ,…,126N :MFC 130:輸出歧管 130A,130B,130C:輸出歧管部分 200:氣體流量控制組件 205:流量比設備 206:分配歧管 232:排氣口或洗滌器 234:排氣線 300:氣體流量控制組件 304:處理氣體供應 305:流量比設備 306:分配歧管 310:處理腔室 316:饋線 400:氣體流量控制組件 410:處理腔室 500:氣體流量控制組件 504:處理氣體供應 505:流量比控制器 506:分配歧管 514:上游壓力控制器 536:接合點 600:氣體流量控制組件 604:處理氣體供應 605:流量比控制器 606:歧管 614:上游壓力控制器 700:氣體流量控制組件 704:處理氣體供應 714:上游壓力控制器 800:方法 802:步驟 804:步驟 806:步驟 808:步驟 810:步驟 900:方法 902:步驟 904:步驟 906:步驟 908:步驟 910:步驟
圖1繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件之示意頂視圖，其包括質量流量控制器和背壓控制器。
圖2繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件的替代實施例之示意頂視圖，其包括質量流量控制器和背壓控制器，其中背壓控制器輸出繞行（bypass）處理腔室。
圖3繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件的另一實施例之示意頂視圖，其包括多個質量流量控制器和背壓控制器。
圖4繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件的另一替代實施例之示意頂視圖，其包括多個質量流量控制器和一背壓控制器，其中來自背壓控制器的輸出繞行（bypass）處理腔室。
圖5繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件的另一實施例之示意頂視圖，其包括多個質量流量控制器和一背壓控制器，其中來自載體氣體供應的輸出係以壓力控制。
圖6繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件的替代實施例之示意頂視圖，其包括多個質量流量控制器和一背壓控制器，其中來自載體氣體供應的輸出係以壓力控制。
圖7繪示根據一或多個實施例的氣體流量控制組件的替代實施例之示意頂視圖，其包括多個質量流量控制器和一壓力控制器，其中來自載體氣體供應的輸出係以壓力控制。
圖8繪示根據一或多個實施例的控制到處理腔室之氣體流量的方法之流程圖，其包括背壓控制。
圖9繪示根據一或多個實施例的控制到處理腔室之氣體流量的方法之流程圖，其包含來自載體氣體供應的輸出之壓力控制。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
102:控制器
108:背壓感測器
110:處理腔室
112:質量流量控制器(MFC)
112A,112B:MFC
116:饋線
118:載體氣體
120:基板
1241,1242,1243,…,124N:MFC
500:氣體流量控制組件
504:處理氣體供應
505:流量比控制器
506:分配歧管
514:上游壓力控制器
536:接合點

Claims (20)

  1. 一種控制一氣體到一處理腔室之流量的方法，該處理腔室包含複數個區域，該方法包括以下步驟： 控制通過複數個質量流量控制器之各者的氣體流量，該複數個質量流量控制器流體耦接於該處理腔室和一分配歧管之間，其中該複數個質量流量控制器中之一第一氣體流量控制器經配置以控制進入該複數個區域的一第一區域子集中的一第一氣體流量，該第一氣體流量經控制於一第一動態可控流量設定點，而該複數個質量流量控制器中之一第二氣體流量控制器經配置以控制進入該複數個區域的一第二區域子集中的一第二氣體流量，該第二氣體流量經控制於一第二動態可控流量設定點；及 將一背壓控制器的背壓上游控制於一背壓設定點。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該背壓控制器流體耦接至該分配歧管，及其中該方法進一步包括以下步驟： 控制通過該背壓控制器進入該處理腔室之該複數個區域的一第三區域子集中的一第三氣體流量，該第三區域子集不包括該第一區域子集或該第二區域子集中的任何區域。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該背壓控制器控制該分配歧管中的該背壓。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該背壓控制器經流體耦接至與該處理腔室流體耦接的一排氣口或一洗滌器中的至少一者。
  5. 如請求項4所述之方法，進一步包括以下步驟： 將提供至該背壓控制器的流量排出至該排氣口或該洗滌器中的至少一者。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該處理腔室是一半導體處理腔室。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一動態可控流量設定點及該第二動態可控流量設定點被設定為一標稱流動速率+/- 1%。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該背壓控制器將該背壓控制於一預定的背壓設定點。
  9. 一種控制到一處理腔室之一氣體混合物的一流量的方法，包括以下步驟： 藉由一處理氣體供應，提供一載體氣體和一或更多個處理氣體至一分配歧管，該分配歧管流體耦接至該處理氣體供應； 藉由連接至一第一控制器並流體耦接至該分配歧管的一背壓感測器，感測該分配歧管中的背壓； 藉由該背壓感測器，至少部分地基於該背壓來提供一信號至該第一控制器； 藉由該第一控制器，至少部分地基於該信號來決定一背壓設定點； 藉由一或更多個質量流量控制器，控制進入該處理腔室之一或更多個區域中的該氣體混合物的該流量，該氣體混合物包含該載體氣體和該一或更多個處理氣體，其中該一或更多個質量流量控制器經流體地且操作性地連接於該分配歧管與該處理腔室之間；及 藉由流體地且操作性地連接至該分配歧管的一上游壓力控制器，基於該背壓設定點來控制該載體氣體的流量。
  10. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由該第一控制器，設定通過該一或更多個質量流量控制器之每個質量流量控制器的一流量設定點，其中該第一控制器是包括一處理器的一數位控制器。
  11. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由該一或更多個質量流量控制器，將該氣體混合物以大於90slm的一流動速率流動。
  12. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由該上游壓力控制器，控制將與該一或更多個處理氣體混合的該載體氣體的一流量以回應該背壓設定點。
  13. 如請求項9所述之方法，其中該處理腔室包含複數個區域，其中該一或更多個質量流量控制器包含複數個質量流量控制器，及其中該複數個質量流量控制器的每個質量流量控制器經配置以控制該氣體混合物進入該複數個區域的一相應區域中的流量。
  14. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由與該上游壓力控制器以一流體並聯關係（fluid parallel relationship）經提供的一額外質量流量控制器，控制該載體氣體的一流動速率。
  15. 如請求項9所述之方法，其中該處理氣體供應包含一或更多個額外質量流量控制器，及其中該一或更多個額外質量流量控制器中的每個額外質量流量控制器關聯於該一或更多個處理氣體中的一者，該方法進一步包含以下步驟： 藉由該第一控制器，控制用於該一或更多個額外質量流量控制器中之各者的設定點，以控制該一或更多個處理氣體在該氣體混合物中的一比例。
  16. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 將包含該載體氣體及該一或更多個處理氣體的該氣體混合物流動進入該處理腔室的該一或更多個區域中。
  17. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由該上游壓力控制器，控制該載體氣體到一接合點的流量，該載體氣體與該一或更多個處理氣體於該接合點處混合。
  18. 一種方法，包括以下步驟： 藉由一處理氣體供應，提供一載體氣體和一或更多個處理氣體至一分配歧管，該分配歧管耦接至一處理腔室，其中該處理氣體供應包含一上游壓力控制器，該上游壓力控制器操作性地耦接至該載體氣體和該一或更多個處理氣體，該一或更多個處理氣體的流量由一或更多個第一質量流量控制器所控制； 控制包含該載體氣體和該一或更多個處理氣體的一氣體混合物通過一或更多個第二質量流量控制器中的各者的流量於一動態可控流量設定點，該一或更多個第二質量流量控制器中的各者流體地耦接於該處理腔室與該分配歧管之間；及 藉由以該上游壓力控制器控制載體氣體流量，來將該分配歧管的背壓控制於一背壓設定點。
  19. 如請求項18所述之方法，進一步包含以下步驟： 將該氣體混合物流動通過該一或更多個第二質量流量控制器並進入該處理腔室的一或更多個區域中。
  20. 如請求項18所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由該上游壓力控制器，控制該載體氣體到一接合點的流量，該載體氣體與該一或更多個處理氣體於該接合點處混合。
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