TWI506391B - 氣體及液體注射系統 - Google Patents

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Henri Jon
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Description

氣體及液體注射系統
本發明係有關於氣體及液體注射系統及方法，更特別係有關於用於膜沉積或其他製程的氣體及液體注射系統及方法。
此處所提供之背景內容係一般用以表示本發明之前後關係。就於此背景部分敘述之發明人的作品而言，不適格作為申請時之先前技術，亦不應表達或暗示性地被當作核駁本發明之先前技術。
在半導體製程期間，大部分需將膜沉積於基板上，且半導體製程系統係於製程室中沉積膜。可將基板定位於位於製程室中的基座上。為進行膜的沉積，可將前驅物氣體以預定時段供應至製程室，且該前驅物氣體可於沉積基板後從製程室排出。其後，可實施氧化或電漿處理，並可重覆此等步驟數次至累積膜厚於基板上。
質流控制器可用以計量氣化成供應至製程室之前驅物氣體的前驅物液體流。對某些膜而言，一旦前驅物氣體在製程室中達到飽和，則任何額外添加的前驅物氣體便浪費掉，因此便要求甚為精確地計量前驅物液體及/或氣體以將生產成本降至最低。然而，質流控制器亦甚為昂貴，其會增加半導體製程設備的成本。
一種製程室用的液體注射系統包括一液體注射器，其從液體供應器接受液體並選擇性地以脈衝輸送液體至導管內。一控制模組，其選擇該液體注射器的脈衝數及脈衝寬度。一氣體供應器，其供應氣體至該導管內。一感測器，其感測該導管內的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並分別產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一。該控制模組基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認所選之脈衝數的產生。
其他形態中，一熱歧管圍繞該導管。該感測器感測該導管中由該熱歧管加熱的部分的該第一溫度及該第一壓力的至少其中之一。該控制模組包括：一脈衝計數模組，其與該感測器通訊並基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一計數脈衝；一脈衝參數模組，其選擇脈衝的脈衝數及脈衝寬度；以及一比較模組，其比較所選擇之脈衝數與所計數之脈衝數。
其他形態中，該控制模組進一步包含脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)模組，其產生輸出至該液體注射器的控制訊號。感測器感測來自該液體供應器之液體的第二溫度及第二壓力的至少其中之一，並產生第二溫度訊號及第二壓力訊號的至少其中之一。該脈衝參數模組基於該第二溫度訊號及該第二壓力訊號的至少其中之一決定脈衝數及脈衝寬度的至少其中之一。
其他形態中，該液體注射器包括一自動式燃料注射器。該液體注射器包括軸樞式注射器、圓盤式注射器及球座式注射器的至少一種。該液體注射器與該氣體供應器與連接於該導管的配件耦合。該製程室包含一半導體製程室。
一系統包括該液體注射系統並進一步包括一微影圖案化工具。
一種用於操作製程室的方法，包含：在液體注射器處從液體供應器接受液體；選擇該液體注射器的脈衝數及脈衝寬度；使用該液體注射器選擇性地以脈衝輸送液體至導管內；將氣體從氣體供應器供應至該導管內；感測導管內之第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並分別產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一；以及基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認所選之脈衝數的產生。
該方法進一步包含：加熱該導管；感測該導管中加熱的部分的該第一溫度及該第一壓力的至少其中之一；基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一計數脈衝；以及比較所選擇之脈衝數與所計數之脈衝數。
其他形態中，該方法包含：產生輸出至該液體注射器的脈衝寬度調變控制訊號；感測來自該液體供應器之液體的第二溫度及第二壓力的至少其中之一，並產生第二溫度訊號及第二壓力訊號的至少其中之一；以及基於該第二溫度訊號及該第二壓力訊號的至少其中之一決定該脈衝數及該脈衝寬度的至少其中之一。
其他形態中，該液體注射器包括一自動式燃料注射器。該液體注射器包括軸樞式注射器、圓盤式注射器及球座式注射器的至少一種。該液體注射器與該氣體供應器與連接於該導管的配件耦合。該製程室包含一半導體製程室。
一種半導體製造方法，在將基板置入該製程室之前及之後進一步包含至少以下其中之一：將光阻塗抹至該基板上；將該光阻曝露於光線下；對該光阻進行圖案化並將該圖案轉移至該基板上；以及從該基板選擇性地移除該光阻。
非暫時性電腦機械可讀媒體包含用於控制製程室的程式指令。該程式指令包含供以下所用的碼：選擇液體注射器的脈衝數及脈衝寬度，該液體注射器從液體供應器接受液體；使用該液體注射器選擇性地以脈衝輸送液體至導管內；將氣體供應至該導管內；感測該導管內的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並分別產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一；以及基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認所選之脈衝數的產生。
一種製程室用的液體注射系統包括一界定從氣體供應器接受氣體之流體通道的歧管。一液體注射器配置於該歧管內，其從液體供應器接受液體並選擇性地以脈衝輸送液體至該流體通道。一控制模組選擇該液體注射器的脈衝數及脈衝寬度。一感測器配置於該歧管內，其感測該流體通道內的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一。該控制模組基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認所選之脈衝數的產生。
其他形態中，該歧管為熱歧管。該控制模組包括：一脈衝計數模組，與該感測器通訊並基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一計數脈衝；一脈衝參數模組，選擇脈衝的脈衝數及脈衝寬度；以及一比較模組，比較所選擇之脈衝數與所計數之脈衝數。
其他形態中，該控制模組進一步包含一脈衝寬度調變模組，其產生輸出至該液體注射器的控制訊號。一感測器感測來自該液體供應器之液體的第二溫度及第二壓力的至少其中之一，並產生第二溫度訊號及第二壓力訊號的至少其中之一。
其他形態中，該脈衝參數模組基於該第二溫度訊號及該第二壓力訊號的至少其中之一決定脈衝數及脈衝寬度的至少其中之一。該液體注射器包括一自動式燃料注射器。該製程室包含一半導體製程室。
其他形態中，一噴嘴配置於該注射器之上游側的流體通道內。該注射器配置成與該流體通道垂直。該液體注射器包括軸樞式注射器、圓盤式注射器及球座式注射器的至少一種。
一種半導體製造系統包括該液體注射系統，並進一步包括一微影圖案化工具。
一種用於操作製程室的方法，包含：將液體注射器配置於界定從氣體供應器接受氣體之流體通道的歧管內；選擇該液體注射器的脈衝數及脈衝寬度；再液體注射器從液體供應器接受液體，並選擇性地以脈衝輸送液體至該流體通道內；感測該流體通道內之第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一；以及基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認所選之脈衝數的產生。
該方法進一步包含：加熱該歧管；基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一計數脈衝；以及比較所選擇之脈衝數與所計數之脈衝數。
其他形態中，該方法包含：產生輸出至該液體注射器的脈衝寬度調變控制訊號；感測來自該液體供應器之液體的第二溫度及第二壓力的至少其中之一，並產生第二溫度訊號及第二壓力訊號的至少其中之一；以及基於該第二溫度訊號及該第二壓力訊號的至少其中之一決定該脈衝數及該脈衝寬度的至少其中之一。
其他形態中，該液體注射器包括一自動式燃料注射器。該製程室包括一半導體製程室。該方法包括將噴嘴配置於位於該注射器之上游側的該流體通道中。該方法包括將該液體注射器配置成與該流體通道垂直。
其他形態中，該液體注射器包括軸樞式注射器、圓盤式注射器及球座式注射器的至少一種。
一種半導體製造方法，包括所述方法，並在該製程室中對基板進行處理之前及之後進一步包含至少以下其中之一：將光阻塗抹至該基板上；將該光阻曝露於光線下；對該光阻進行圖案化並將該圖案轉移至該基板上；以及從該基板選擇性地移除該光阻。
一種製程室用的氣體注射系統包括一從氣體供應器接受氣體的氣體注射器。一感測器配置於該氣體注射器的上游側，以便感測該氣體供應器與該氣體注射器之間流體通道中的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一。一控制模組與該氣體注射器通訊，並基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一選擇該氣體注射器的脈衝數及脈衝寬度，以便提供預定氣流至該製程室。
其他形態中，該控制模組包括一脈衝參數模組及一脈衝寬度調變模組，該脈衝參數模組選擇脈衝的脈衝數及脈衝寬度，該脈衝寬度調變模組則產生輸出至該氣體注射器的控制訊號。
其他形態中，該氣體注射器包括至少一個自動式燃料注射器。該氣體注射器包括軸樞式注射器、圓盤式注射器及球座式注射器的至少一種。該製程室包括一半導體製程室。該控制模組改變脈衝寬度至預定脈衝寬度以上，以便由注射氣體引發該半導體製程室中的電漿脈波。
其他形態中，該控制模組改變脈衝寬度至預定脈衝寬度以下，以防止因注射氣體而引發該半導體製程室中的電漿脈波。
一種半導體製造系統包括該氣體注射系統，並進一步包括微影圖案化工具。
一種用於操作製程室的方法，包含：將感測器配置於從氣體供應器接受氣體之氣體注射器的上游側；感測該氣體供應器與該氣體注射器之間流體通道中的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一；以及基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一選擇該氣體注射器的脈衝數及脈衝寬度，以便提供預定氣流至該製程室。
其他形態中，該方法包括產生輸出至該氣體注射器的控制訊號。該氣體注射器包括一自動式燃料注射器。該氣體注射器包括軸樞式注射器、圓盤式注射器及球座式注射器的至少一種。該製程室包括一半導體製程室。
其他形態中，該方法包括將脈衝寬度調至預定脈衝寬度以上，以便由注射氣體引發該半導體製程室中的電漿脈波。該方法包括將脈衝寬度調至預定脈衝寬度以下，以防止因注射氣體而引發該半導體製程室中的電漿脈波。
一種半導體製造方法，包括所述方法，並在將基板置入該製程室之前及之後進一步包含至少以下其中之一：將光阻塗抹至該基板上；將該光阻曝露於光線下；對該光阻進行圖案化並將該圖案轉移至該基板上；以及從該基板選擇性地移除該光阻。
本發明的進一步可應用領域將於後述之詳細實施方式、申請專利範圍及圖式中更趨明顯。應理解詳細實施方式與特殊例僅意圖進行說明，並非意圖限定本發明之範圍。
以下所述僅為實際說明而非意圖限定本發明之揭示、其應用或用途。為了清楚說明，將於圖式中使用相同的參照符號來辨識相似的元件。如其中所使用，應使用非專有之「邏輯OR」來對詞組「A、B與C的至少其中之一」進行解釋以意指一邏輯關係(A或B或C)。應理解一方法中的步驟可在不改變本發明之揭示的原則下以不同順序來執行。
本發明第1圖至第7圖係有關於各種供精確傳送液體及/或氣體至製程中的液體注射系統。該液體注射系統包括自動式燃料注射器及控制系統，以確保所要之液體或氣體量傳送至製程中。該自動式燃料注射器能以不同材料、流率或其他操作參數來調整，以合乎特殊製程的需求。某些實例中，所注射的液體由熱歧管氣化而產生氣體。該液體注射系統可更接近製程地注射液體及/或氣體，而當進行(條件)變化時此可減少時間延遲。該液體注射系統亦有助於減少浪費。
此外，本發明第8圖至第13圖係有關於供精確傳送氣體至製程中的氣體注射系統。該氣體注射系統亦包括自動式燃料注射器及控制系統，以確保所要之氣體量傳送至製程中。該自動式燃料注射器能以不同材料、流率或其他操作參數來調整，以合乎特殊製程的需求。根據本發明，該控制系統監測注射器之上游側的溫度及/或壓力，以控制供應至製程之氣體的下游壓力、流率或濃度。亦可監測下游溫度及/或壓力。
請參考第1圖，其示出根據本發明之供製程室用的液體注射系統10的實例。液體注射系統10將液體從液體供應器12經由導管16供應至具有注射器末端22的注射器20。
氣體供應器24經由連接至配件29的導管28供應氣體。該氣體可經加熱或未經加熱。注射器末端22可配置於配件29內部，以使氣體流向製程室時流過注射器末端22。
熱歧管32接受來自配件29的氣體流及前驅物流。注射器20將較小的前趨物液滴注射至熱歧管32中，且該液滴由氣體剪切並由熱歧管32加熱而成為氣態。前趨物氣體被傳送至製程室36。如上所述，可理解：重要的是防止前趨物液滴到達製程室36及污染基板。
感測器48(如溫度感測器或壓力感測器)感測前趨物氣體的溫度或壓力。感測器48產生輸出至控制模組38的溫度訊號或壓力訊號，該控制模組38則監測溫度訊號及/或壓力訊號以確保所選之脈衝數N產生，其中N為大於零之整數。如上所論述，沉積膜(如保形膜(conformal film))或進行其他製程時重要的是具備正確的前趨物量、其他液體或氣體量而未過量，以將成本降至最低。
控制模組38可包括輸出工作週期、脈衝寬度及脈衝數N至脈衝寬度調變控制模組52的脈衝參數模組40，該脈衝寬度調變控制模組52則輸出開關訊號至注射器20。可於脈衝寬度調變控制模組52與注射器20之間使用繼電器。
控制模組38包括決定實際所產生之脈衝數的脈衝計數模組42。控制模組38又包括比較所要之脈衝數N與實際所產生之脈衝數的比較模組44。該比較模組44可在發生失配時產生錯誤訊號。
一個或一個以上的附加感測器56(如溫度感測器及/或壓力感測器)監測如注射器20入口側上的溫度及/或壓力。脈衝參數模組40可調整一個或一個以上的脈衝參數如工作週期、脈衝寬度及脈衝數N，以響應注射器20入口側處所感測到的條件變化。僅為例示，脈衝參數模組40可對脈衝參數進行變化，以響應溫度及/或壓力條件的變化。可基於離散時間、情況或採用其他基準來連續進行變化。
請參考第2圖，其為在注射液體前趨物至熱歧管32的期間示出溫度及壓力值的圖。如上述，於某些應用中傳送預定液體量而無浪費甚為重要，因此重要的是確定所有N個脈衝已產生與否。當注射器堵塞且/或在控制系統中發生電性問題時，則脈衝便有可能無法產生。
當注射器注射液體前趨物至熱歧管時，熱歧管中的氣體溫度及壓力會改變。更特別言之，壓力會響應注射脈衝而上升後下降。同樣地，熱歧管的溫度會先降後升。當感測器可量測到壓力或溫度時，則合適的溫度感測器便有助於達到較低的成本。
請參考第3圖，其示出供操作第1圖之注射器20的實例方法100。於步驟110，決定供產生所要之氣體量的液體(如前趨物)量。所需液體轉換為氣體的量可為一種基於上游感測器之回授來進行調整的計算。該計算可由脈衝參數模組或脈衝寬度調變模組來執行；液體量則可由操作者來設定。於步驟114，決定每個脈衝的脈衝數N與脈衝寬度，以及工作週期。若於注射器20入口側處存有感測到的條件變化(如感測器56所量測者)時，控制係決定是否改變一個或一個以上的脈衝參數。於步驟118發射N個脈衝之一。於步驟122，控制確定脈衝已產生與否；若脈衝已產生，則控制便確定所有N個脈衝是否已發射。倘使步驟124為「否」，則控制便接著進行步驟118。倘若控制無法確認脈衝之一已發生，則產生錯誤(步驟128)。此外，當所有N個脈衝既已發射時，控制便結束。第3圖中係示出脈衝與脈衝的確認，然所有的脈衝可與確認「所有脈衝已產生」之時序無關而發射。仍可考量其他變化。
請參考第4圖，該液體注射系統可用來供應前趨物氣體以沉積膜，如保形膜。如上所述，可理解該液體注射系統可用於其他系統。僅為例示，該液體注射系統可用來沉積其他類型的膜，及/或傳送氣體或液體至其他類型的製程等。其示出供沉積保形膜之方法140的一部分的實例。如前述，氣態前趨物由注射液體前趨物而產生，其後將該氣態前趨物傳送至製程室(步驟144)。在一預定期間之後將該前趨物氣體排出(步驟148)，而在另一預定期間之後實施電漿或氧化處理(步驟152)。可重覆方塊圖之步驟144、148及152至累積保形膜厚度。
請參考第5A圖及第5B圖，其示出一液體注入系統200，其中之系統具有多個製程室或相同製程室的多個工作站。第5A圖中，每一個製程室210A、210B、210C及210D分別包含噴頭214A、214B、214C及214D。每一個製程室210A、210B、210C及210D將液體218A、218B、218C及218D從供應器傳送至液體注射系統(LIS)216A、216B、216C及216D(統稱液體注射系統216)。
第5B圖中，液體注射系統216中的每一個包含連接於熱歧管241的液體注射器240。感測器243監測溫度或壓力；控制模組(CM)244監測該溫度或壓力以確認脈衝實際上已產生。該控制模組244發送控制訊號至脈衝寬度調變控制模組252，該脈衝寬度調變控制模組252則輸出控制訊號至注射器240。額外的感測器256(如溫度及/或壓力感測器)以類似於上述感測器56的方式來監測注射器240入口側處的條件。
第5A圖及第5B圖中，導管供應氣體至熱歧管241的入口。該氣體亦可從氣體供應器222經注射器224供應。另一系統控制模組228可與液體注射系統216及氣體注射器224通訊以控制製程。
請參考第6圖，其示出根據本發明之製程室用的另一液體注射系統290。於此例中，注射器20安裝於熱歧管32上。該注射器20可配置成與流經該熱歧管32之氣體的方向垂直，惟可採用其他位向。氣體從氣體供應器24經導管28供應至可增加氣體速度的噴嘴294。僅為例示，該噴嘴294可為漸縮漸擴噴嘴(convergent divergent(CD) nozzle)。該噴嘴294可將氣體速度增至高速、音速或超音速，且該噴嘴藉由增加管/導管中的氣流速度來增大液滴的剪力(shear)。於一例中係採用大小小於10微米、流率10slm左右且流經音速噴嘴的液滴。
如上所述，可理解該注射器20可配置成與流經該熱歧管32之氣體的方向夾各種角度。例如導管28及注射器20可彼此夾120°左右，並可與流經該熱歧管32之氣體的方向夾120°左右，惟可採用其他角度。
請參考第7圖，其示出自動式燃料注射器的一實例。如上所述，可理解雖示出樞軸式注射器，惟可使用他種自動式燃料注射器之設計。僅為例示，可使用圓盤式注射器、球座式注射器及/或其他類型注射器。注射器20包括入口端295。該注射器20的開啟及關閉位置可由控制終端296電性控制，該控制終端296可對線圈297充能及去能。當該線圈297充能時，注射器20之柱塞298便移動而自注射器末端22注射液體。
第1圖至第7圖之實例係供應氣化且供應至半導體製程系統之製程室的液體，惟該液體注射系統可用來供應液體及/或氣體至其他類型的系統或製程。
請參考第8A圖及第8B圖，其示出根據本發明之氣體注射系統300。第8A圖至第12C圖之實例係供應氣體至膜製程系統之製程室，惟該氣體注射系統可用來供應氣體至其他類型的系統或製程。該氣體注射系統300將氣體從氣箱304經導管及止回閥310供應至注射器320。感測器322監測注射器320上游側的氣體壓力並產生壓力訊號，且該感測器322亦可用來監測供應至注射器320上游側的氣體溫度。控制模組324接收來自壓力感測器322的壓力訊號並產生控制訊號，以控制注射器320的脈波。例如該控制模組324可輸出訊號至一控制注射器320的繼電器(如固態繼電器)。注射器320之輸出以預定的質流率供應氣體至腔室332的噴頭330。亦可監測下游溫度及/或壓力。第8B圖示出了控制模組324的一實例。第8B圖之控制模組包括決定足以提供所要之氣體濃度的脈衝寬度與脈衝數的脈衝參數模組336。脈衝寬度調變模組338基於來自脈衝參數模組336的控制訊號而對注射器320產生控制訊號。
參考第9圖，使用第8圖之氣體注射系統的質流率係表示為上游壓力的函數。如上所述，可理解各種氣體(如氬(Ar)、氦(He)及氮(N2 ))其質流率為上游壓力之相對呈線性的函數。該質流率以下式表示：
其中m為質流率(kg/s)，C為排放係數，A為排放孔之截面積(m2 )，k等於c p /c v ，其中c p 為氣體於定壓下之比熱，c v 為氣體於定體積下之比熱，p為真實氣體於P及T下之密度(kg/m2 )，P為氣體之絕對上游壓力(Pa)且M為氣體分子量(kg/mole)。
由於存有壓力上的線性相依性，流經注射器320的氣流因而顯現出被阻節之現象。因此可適用「可壓縮氣流理論」。只要符合阻節條件，則氣流便與下游壓力無關，故下游氣流可藉由控制上游壓力來保持。氣流的準確度係相依於壓力感測器322的準確度。壓力感測器具有讀數的1%或0.25%的全刻度的準確度，而此係類似於較昂貴之質流控制器的準確度。
如上所述，可理解注射器320可位於氣箱304與噴頭330(或製程室332)間各處。請參考第10A圖至第10C圖，其示出相對不同脈衝週期之製程室332內的電漿量測阻抗(值)，其中注射器320位於或靠近氣箱304。第10A圖至第10C圖之實例係以製程室壓力2 Torr(托耳)及電漿500瓦(Watt,W)而產生。製程室332內的阻抗係以配置於製程室332的電壓和電流探針來量測。流經氣體注射器320的氣流率(氮氣)為10標準升/分(standard liters per minute,slm)。氣體注射器320的工作週期則設為50%。
第10A圖及第10B圖中，製程室332中的阻抗脈波係在脈衝週期分別為166ms及80ms之時產生。然，第10C圖中阻抗脈波在脈衝週期為40ms之時並未產生，因此，脈波並未在小於預定脈衝寬度的情況下產生。當脈衝確實產生時，電漿之阻抗脈波便會符合注射器320的脈波。對於相同的流率，較長的注射周期勢必會具有更多的電漿脈波。
請參考第11A圖及第11B圖，其示出注射器320位於不同位置時相同脈衝週期之結果。第11A圖中注射器320位於氣箱304附近，第11B圖中注射器320則位於噴頭附近。其採用3slm左右的潔淨乾燥空氣(CDA)流。第11A圖及第11B圖皆示出40ms的脈衝週期。當注射器320位於噴頭附近時，注射器320的脈波會影響電漿之阻抗。惟，當注射器320相鄰於氣箱304時，則注射器的脈波在電漿之阻抗中並不明顯。如上所述，可理解自注射點至電漿的行進時間勢必會對「注射器之脈波是否影響電漿之阻抗」造成影響。
請參考第12A圖至第12C圖，注射器320相鄰於噴頭。此例中係使用週期160ms且製程室壓力設為2 Torr。第12A圖顯示8ms脈衝後152ms無脈衝。第12B圖顯示32ms脈衝後128ms無脈衝。第12C圖則顯示80ms脈衝後80ms無脈衝。較大的脈衝寬度勢必會對電漿之阻抗造成較大的影響，而相同週期下較高的流率亦勢必會對電漿之阻抗造成更顯著的影響。
本發明可藉由調整脈衝寬度調變參數及/或注射器位置來使不同的電漿條件具有相同的總流率。本發明可達注射器的分異用途，其中可控制流率以外的參數。本發明亦可使不同的沉積條件具有相同的流率。本發明可如同較昂貴之技術(如電漿脈衝器對電漿以脈衝輸送射頻(RF)或一般激發能)提供較廉價之方式來達到相同的效果。
僅為例示，用於液體及氣體注射系統兩者的注射器可包括自動式燃料注射器，或經調整而用於半導體應用的自動式燃料注射器。多數自動式燃料注射器係包括黃銅組件或銅組件。某些實例中，該黃銅組件或銅組件可由鋼製組件、鋁製組件、其他不含銅金屬組件或其他不含銅合金組件取代。又可改為其他材料。同樣亦可改變自動式注射器的流率以合乎特殊的半導體應用。
此處所述之裝置/程序可用於在基板上對膜進行沉積、蝕刻、清潔、化學處理及/或加工的製程中。
請參考第13圖，供操作製程室用之氣體注射器的方法係示於400。於步驟404，決定製程室所要之氣流率。於步驟408，感測氣體注射器入口側處的條件(溫度及壓力)。於步驟412，則基於氣體注射器入口側處所感測到的條件決定並調整脈衝數N、脈衝寬度及工作週期。
請參考第14圖，半導體製造系統450包括製程室458及微影圖案化工具460，該製程室458如上述包含氣體或液體注射系統。
此處所述之裝置/程序可與微影圖案化工具或製程(如半導體裝置、顯示器、發光二極體(LEDs)、太陽電池面板(光電伏打面板)等的製作或製造)連同使用。雖非必需，但典型上所述工具/程序可共同使用或實施於共有的製作設備中。膜的微影圖案化典型上係包含下述中的某一些或全部(每一者能以多種可用之工具來達成)：(1)使用光阻塗抹器工具462(如旋轉塗佈或噴灑塗佈工具)將光阻塗抹於工件(即基板)上；(2)使用固化工具464(如加熱板、爐或紫外線固化工具)使光阻固化；(3)使用光阻曝露工具466(如晶圓步進器)將光阻曝露於可見光、紫外光或X光下；(4)使光阻顯影以選擇性地移除光阻，以便使用工具(如濕檯(wet bench))對其進行圖案化；(5)使用轉移工具468(如乾式蝕刻工具或電漿輔助工具)將光阻圖案轉移至下層膜或工件中；以及(6)使用去除工具470(如射頻或微波電漿光阻去除器)來移除光阻。
如此處所使用，術語「模組」可指：包括(或為其一部分)特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)；電子電路；組合邏輯電路；現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)；連接於記憶體並執行碼的處理器(共享、專屬或群組)；提供所述功能性的其他合適組件；或者上述幾個或全部的組合。如上所使用，術語「碼」可包括軟體、韌體及/或微碼，並可指程式、常用程式、函數、類別及/或目標。如上所使用，術語「共享」意指來自多個模組的幾個碼或所有的碼可使用單一(共享)處理器來執行。此外，來自多個模組的幾個碼或所有的碼可由單一(共享)記憶體來儲存。如上所使用，術語「群組」意指來自單一模組的幾個碼或所有的碼可使用一組處理器來執行。此外，來自單一模組的幾個碼或所有的碼則可使用一組記憶體來儲存。
此處所述之裝置及方法可由一個或一個以上的電腦程式來實施，該電腦程式則由一個或一個以上的處理器執行。該電腦程式包括儲存於非暫時性可觸式電腦可讀媒體上的處理器可執行的指令。該電腦程式亦可包括所儲存之資料。非暫時性可觸式電腦可讀媒體之未限制實例係為非揮發性記憶體、磁性儲存裝置及光學儲存裝置。
本發明之廣泛教示內容能夠以多種形式來實施。因此，當本發明包括特殊實例時，由於在研討圖式、說明書與後述申請專利範圍時顯然可加以適當加以變化或修正，故不應限定本發明之揭示的範圍。
【相關應用之交叉參考】
本申請案主張以下美國臨時專利申請案之效益：第61/324,710號(申請日為2010年4月15日)、第61/372,367號(申請日為2010年8月10日)、第61/379,081號(申請日為2010年9月1日)、第61/417,807號(申請日為2010年11月29日)、以及第61/439,619號(申請日為2011年2月4日)。
上述申請案之揭示整體載入此處以供參照。
10．．．液體注射系統
12．．．液體供應器
16．．．導管
20．．．注射器
22．．．注射器末端
24．．．氣體供應器
28．．．導管
29．．．配件
32．．．熱歧管
36．．．製程室
38．．．控制模組
40．．．脈衝參數模組
42．．．脈衝計數模組
44．．．比較模組
48．．．感測器
52．．．脈衝寬度調變控制模組
56．．．感測器
100、140、400．．．方法
110、114、118、122、124、128．．．步驟
144、148、152、404、408、412．．．步驟
200．．．液體注入系統
210．．．A～D製程室
216、216．．．A～D液體注射系統
214A～D．．．噴頭
222．．．氣體供應器
228．．．系統控制模組
241．．．熱歧管
244．．．控制模組
256．．．感測器
294．．．噴嘴
296．．．控制終端
298．．．柱塞
304．．．氣箱
320．．．注射器
324．．．控制模組
332．．．製程室
338．．．脈衝寬度調變模組
458．．．製程室
462．．．光阻塗抹器工具
466．．．光阻曝露工具
470．．．去除工具
218A～D．．．液體
224．．．注射器
240．．．液體注射器
243．．．感測器
252．．．脈衝寬度調變控制模組
290．．．液體注射系統
295．．．入口端
297．．．線圈
300．．．氣體注射系統
310．．．止回閥
322．．．感測器
330．．．噴頭
336．．．脈衝參數模組
450．．．半導體製造系統
460．．．微影圖案化工具
464．．．固化工具
468．．．轉移工具
由詳細說明與附圖，本發明將趨於更完整的瞭解，其中：
第1圖為根據本發明製程腔室用之液體注射系統的實例的功能性方塊圖；
第2圖為說明根據本發明傳送液體前驅物至熱歧管中之溫度及壓力監控的圖；
第3圖為說明根據本發明供操作第1圖之注射器的方法的實例的流程圖；
第4圖為說明根據本發明供沉積膜之液體注射系統的用途的流程圖；
第5A圖及第5B圖係說明多腔室系統用的氣體及液體注射系統；
第6圖為根據本發明製程腔室用之另一液體注射系統的功能性方塊圖；
第7圖為自動式燃料注射器之實例的剖視圖；
第8A圖及第8B圖為根據本發明製程室用之氣體注射系統的功能性方塊圖；
第9圖係說明使用第8A圖及第8B圖之氣體注射系統的質流率為上游壓力的函數；
第10A圖至第10C圖係顯示使用位於氣箱中的注射器時，不同脈衝週期對製程腔室內之電漿阻抗的結果；
第11A圖及第11B圖係顯示相較於注射器位於噴頭附近，當注射器位於氣箱附近時相同脈衝週期的結果；
第12A圖至第12C圖係顯示不同脈衝寬度或工作週期的結果；
第13圖為使用氣體注射器供應氣體至製程室之實例方法的流程圖；以及
第14圖為包括微影圖案化工具之半導體製造系統的功能性方塊圖。
10．．．液體注射系統
12．．．液體供應器
16．．．導管
20．．．注射器
22．．．注射器末端
24．．．氣體供應器
28．．．導管
29．．．配件
32．．．熱歧管
36．．．製程室
38．．．控制模組
40．．．脈衝參數模組
42．．．脈衝計數模組
44．．．比較模組
48．．．感測器
52．．．脈衝寬度調變控制模組
56．．．感測器

Claims (31)

  1. 一種液體注射系統，包含：一液體注射器，其從一液體供應器接受液體並在該液體轉換成蒸汽之前選擇性地以脈衝輸送該液體至一導管內；一控制模組，其選擇用於將該液體以脈衝輸送至該導管內之該液體注射器的脈衝數及脈衝寬度；一氣體供應器，其供應氣體至由該液體注射器以脈衝輸送至該導管內的該液體內，以將該導管內的該液體轉換成蒸汽；以及一感測器，其感測該導管內的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並分別產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一，其中該控制模組(i)基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認該所選之脈衝數是否產生，及(ii)基於確認該所選之脈衝數是否產生而選擇性地產生一錯誤訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製程室用的液體注射系統，進一步包含一圍繞該導管的熱歧管。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之製程室用的液體注射系統，其中該感測器感測該導管中由該熱歧管加熱的部分的該第一溫度及該第一壓力的至少其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製程室用的液體注射系統，其中該控制模組包括：一脈衝計數模組，其與該感測器通訊並基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一計數脈衝；一脈衝參數模組，其選擇該等脈衝的脈衝數及脈衝寬度；以及一比較模組，其比較該所選擇之脈衝數與該所計數之脈衝數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之製程室用的液體注射系統，其中該控制模組進一步包含一脈衝寬度調變模組，其產生輸出至該液體注射器的控制訊號。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之製程室用的液體注射系統，進一步包含一感測器，其感測來自該液體供應器之液體的第二溫度及第二壓力的至少其中之一，並產生第二溫度訊號及第二壓力訊號的至少其中之一。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之製程室用的液體注射系統，其中該脈衝參數模組基於該第二溫度訊號及該第二壓力訊號的至少其中之一決定脈衝數及脈衝寬度的至少其中之一。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之製程室用的液體注射系統，其中該液體注射器包括一自動式燃料注射器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製程室用的液體注射系統，其中該液體注射器包括一軸樞式注射器、一圓盤式注射器及一球座式注射器的至少一種。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製程室用的液體注射系統，其中該液體注射器和該氣體供應器與一連接於該導管的配件耦合。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之製程室用的液體注射系統，其中該製程室包含一半導體製程室。
  12. 一種製程室用的液體注射系統，包括：一歧管，界定從一氣體供應器接受氣體的一流體通道；一液體注射器，配置於該歧管內，其從一液體供應器接受液體並在該液體轉換成蒸汽之前選擇性地以脈衝輸送液體至該流體通道； 一控制模組，其選擇用於將該液體以脈衝輸送至該流體通道內之該液體注射器的脈衝數及脈衝寬度；以及一感測器，配置於該歧管內，其感測該流體通道內的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一，其中該控制模組(i)基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認該所選之脈衝數是否產生，及(ii)基於確認該所選之脈衝數是否產生而選擇性地產生一錯誤訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該歧管為熱歧管。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該控制模組包括：一脈衝計數模組，與該感測器通訊並基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一計數脈衝；一脈衝參數模組，其選擇該等脈衝的脈衝數及脈衝寬度；以及一比較模組，其比較該所選擇之脈衝數與該所計數之脈衝數。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該控制模組進一步包含一脈衝寬度調變模組，其產生輸出至該液體注射器的控制訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之製程室用的液體注射系統，進一步包含一感測器，其感測來自該液體供應器之液體的第二溫度及第二壓力的至少其中之一，並產生第二溫度訊號及第二壓力訊號的至少其中之一。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之製程室用的液體注射系統，其中該脈衝參數模組基於該第二溫度訊號及該第二壓力訊號的至少其中之一決定脈衝 數及脈衝寬度的至少其中之一。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該液體注射器包括一自動式燃料注射器。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該製程室包含一半導體製程室。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，進一步包含一噴嘴，其配置於該注射器之上游側的該流體通道內。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該注射器配置成與該流體通道垂直。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，其中該液體注射器包括一軸樞式注射器、一圓盤式注射器及一球座式注射器的至少一種。
  23. 一種半導體製造系統，包括如申請專利範圍第12項所述之製程室用的液體注射系統，並進一步包括一微影圖案化工具。
  24. 一種製程室用的氣體注射系統，包括：一氣體注射器，其從一氣體供應器接受氣體；一感測器，配置於該氣體注射器的上游側，以便感測該氣體供應器與該氣體注射器之間流體通道中的第一溫度及第一壓力的至少其中之一，並產生第一溫度訊號及第一壓力訊號的至少其中之一；以及一控制模組，其與該氣體注射器通訊，並(i)基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一選擇該氣體注射器的脈衝數及脈衝寬度，以 便提供一預定氣流至該製程室，(ii)基於該第一溫度訊號及該第一壓力訊號的至少其中之一確認該所選之脈衝數產生，及(iii)基於確認該所選之脈衝數是否產生而選擇性地產生一錯誤訊號。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之製程室用的氣體注射系統，其中該控制模組包括：一脈衝參數模組，其選擇該等脈衝的脈衝數及脈衝寬度；以及一脈衝寬度調變模組，其產生輸出至該氣體注射器的控制訊號。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之製程室用的氣體注射系統，其中該氣體注射器包括至少一個自動式燃料注射器。
  27. 如申請專利範圍第24項所述之製程室用的氣體注射系統，其中該氣體注射器包括一軸樞式注射器、一圓盤式注射器及一球座式注射器的至少一種。
  28. 如申請專利範圍第24項所述之製程室用的氣體注射系統，其中該製程室包括一半導體製程室。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之製程室用的氣體注射系統，其中該控制模組改變脈衝寬度至一預定脈衝寬度以上，以便由注射氣體引發該半導體製程室中的電漿脈波。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之製程室用的氣體注射系統，其中該控制模組改變脈衝寬度至該預定脈衝寬度以下，以防止因注射氣體而引發該半導體製程室中的電漿脈波。
  31. 一種半導體製造系統，包括如申請專利範圍第24項所述之製程室用的 氣體注射系統，並進一步包括一微影圖案化工具。
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