TWI517280B - 半導體製造設備用之氣體供應設備 - Google Patents

半導體製造設備用之氣體供應設備 Download PDF

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Description

半導體製造設備用之氣體供應設備 【交互參考之相關申請案】
本申請案係依據2010年4月30日提出申請之日本專利申請案，特將其所有內容包含於此作為參考。
本發明係關於製造半導體元件用的氣體供應設備，尤其關於半導體製造設備用的氣體供應設備，其能夠縮小氣體供應設備的尺寸並降低設備的製造成本。
在半導體元件製造時，實際上常以切換方式廣泛使用各種氣體或同時使用不同流量的相同種類氣體。因此，在習知之半導體製造設備用的氣體供應設備中，會針對每個欲供應氣體的氣體系統提供質量流量控制器，俾以高度準確的方式控制供應氣體的流量。
例如，通常在複數個步驟中施行蝕刻製程(在半導體元件製造期間的主要製程之一)以依序蝕刻複數層。在每一蝕刻步驟中會使用三或四種氣體的組合來進行蝕刻。因此，單單是蝕刻製程用的氣體供應設備便需要總共至少十種氣體及流量控制器。整個半導體製造場所需要大量的流量控制器。
以CVD處理為例，此處理係通常藉著下列方式加以進行：自複數供應接口將流量相同或不同之相同類型的氣體同時供應至處理反應器。流量控制器通常設於與每一供應接口連接的管線中以控制供應氣體的流量。因此，整體而言需要大量的流量控制器。
雖然質量流量控制器最常為業界使用，但壓力型流量控制器近年來卻被大幅發展。然而，如上所述當大量的流量控制器被裝設在氣體供應設備中時，氣體供應設備勢必體型變大且涉及高製造與維護成本。又，裝設大量的流量控制器會使得流量控制器的維護變得困難費時，且需要大量的替換部件與備品，因此造成氣體供應設備的運行成本高昂。
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利公開號2000-323464
有鑑於上述問題，本發明人發明了本發明。因此本發明的目的為提供一種半導體製造設備用的氣體供應設備，其毋需針對每一個處理反應器裝設流量控制器且其能夠使流量控制器具有小巧的結構。
為了達到此目的，本發明一種將氣體供應至半導體製造設備之複數處理反應器用的氣體供應設備，其包含：複數氣體供應源；分別連接至氣體供應源的氣體導入管；主氣體管，氣體導入管會匯聚至此主氣體管中；自主氣體管分支出去且分別連接至處理反應器的分支管；及針對主氣體管與分支管設置的壓力型流量控制器。其中，該壓力型流量控制器包含：設於主氣體管中的壓力偵測器；設於每一分支管中的控制閥；設於控制閥之下游或上游的孔口；算術電路，從來自壓力偵測器的已偵測到壓力P1判定流量Qc=KP1(K為常數)；流量設定電路，用以輸出設定流量訊號Qs；及算術控制電路，依據來自算術電路的流量Qc及來自流量設定電路的設定流量訊號Qs而控制控制閥。
在本發明之一較佳實施例中，該壓力型流量控制器更包含設於主氣體管中的流動偵測熱感應器，來自熱感應器的訊號Qa會被送到算術控制電路，而算術控制電路判斷通過孔口的氣體的流動速度是否落在超音速範圍內。
在本發明之一較佳實施例中，旁通管係連接至複數氣體供應源之特定氣體供應源的氣體導入管，且旁通管與每一分支管係藉由交流管所連接。
在本發明之一較佳實施例中，該分支管係連接至叢集式單片晶圓處理反應器。
在本發明之一較佳實施例中，該分支管係連接至批次處理反應器。
在本發明之一較佳實施例中，該壓力型流量控制器更包含設於算術控制電路與控制閥電流間的氣體壓力調整器。
根據本發明，毋需針對每一處理反應器設置壓力型流量控制器；本發明能夠使壓力型流量控制器的結構極小巧。
第一實施例
現將參考圖示說明根據本發明第一實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備。
圖1至6的圖示顯示了根據本發明第一實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備。尤其，圖1的概略系統圖顯示了半導體製造設備用的氣體供應設備；圖2顯示了主要壓力與真實流量間的關係；圖3(a)與3(b)說明了孔口的異常監測，圖3(a)顯示了當控制閥開啟時觀察到的主要壓力而圖3(b)顯示了壓力偵測器偵測到的流量及熱感應器偵測到的流量；圖4顯示了比較性半導體製造設備用的氣體供應設備；圖5顯示了另一比較性半導體製造設備用的氣體供應設備；而圖6顯示了壓力型流量控制器的細節。
如圖1至6所示，半導體製造設備用的氣體供應設備10係用以將氣體供應至處理反應器27a、27b。處理反應器27a、27b可以是能夠同時處理大量晶圓的批次處理反應器(處理室)。此類處理反應器27a、27b可製造半導體元件，包含FPDs、LEDs與PV(光伏)電池。
半導體製造設備用的氣體供應設備10包含：氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；主氣體管15，氣體導入管13a、13b會匯集至該主氣體管15中；主氣體管15分支出去且分別連接至處理反應器(處理室)27a、27b的分支管21a、21b；及針對主氣體管15與分支管21a、21b共同設置的壓力型流量控制器30。
氣體供應源11a例如是惰性氣體供應源，而氣體供應源11b例如是處理氣體供應源。
來自氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b分別設有氣體供應閥12a、12b，且分支管21a、21b分別設有切換閥24a、24b。
現將參考圖1與6詳細地說明壓力型流量控制器30。如圖1與6所示，壓力型流量控制器30包含：設於主氣體管15中的壓力偵測器17；分別設於分支管21a、21b中的控制閥；分別設於控制閥23a、23b之下游的孔口22a、22b；及控制電路30A，依據自壓力偵測器17已偵測到的壓力P1而驅動並控制控制閥23a、23b。孔口22a、22b可設於控制閥23a、23b的上游。
主氣體管15具有設於壓力偵測器17之上游的流量調整器16，而溫度偵測器18與流動偵測熱感應器20皆設於壓力偵測器17的下游。
現將參考圖6更詳細地說明壓力型流量控制器30。
圖6顯示了壓力型流量控制器30的結構系統。參考圖6，當孔口22a、22b前、後的氣體壓力比P2/P1(P1：上游側壓力，P2：下游側壓力)係低於氣體的關鍵壓力比(對於空氣，氮氣等約為0.5)時，通過孔口22a、22b之氣體的流動速度通常會到達音速，於是孔口22a、22b下游氣體壓力的變化將不會被傳遞到上游側，因此可得到對應至孔口22a、22b之氣體上游狀態的穩定質量流量。因此，當上游側壓力P1被設定為約下游側壓力P2的兩倍時，在孔口22a、22b下游處流動之氣體的下游側流量Qc只會取決於上游側壓力P1，故下列線性關係會有高準確度Qc=KP1(K為常數)。具有相同直徑的孔口22a、22b具有相同的常數K(見圖2)。
位於孔口22a、22b上游的分支管21a、21b設有藉由驅動部60A而開啟與關閉的控制閥23a、23b，而位於孔口22a、22b下游的分支管21a、21b係分別藉由切換閥24a、24b而連接至處理反應器27a、27b。孔口22a、22b上游的壓力P1係由壓力偵測器17所偵測並藉著放大器電路36而顯示於壓力顯示器42上。又，經由A/D轉換器38將輸出數位化，利用算術電路40根據下列公式而計算出孔口22a、22b下游的流量Q：Q=KP1(K為常數)。不一定要設置壓力顯示器42。
另外一方面，孔口22a、22b上游的溫度T1係由溫度偵測器18所偵測並藉由放大器電路46與A/D轉換器48而輸出至溫度校正電路50，在溫度校正電路50處會對流量Q進行溫度校正，然後校正後的流量Qc會被輸出至比較電路56。比較電路56構成用以驅動並控制控制閥23a、23b的算術控制電路58。
另外一方面，自流量設定電路52輸出設定流量Qs並藉由A/D轉換器54將其發送至比較電路56。比較電路56計算出算術流量Qc與設定流量Qs之間的差值訊號Qy，Qy=Qc-Qs，並藉由放大器電路60將計算出的訊號輸出至控制閥23a、23b用的驅動部。驅動部60A控制了控制閥23a、23b的開啟/關閉而使得差值訊號Qy變成零，即控制閥23a、23b的下游流量會變得等於設定流量。
由於壓力型流量控制器30係藉由調整孔口22a、22b下游的壓力P1而控制次要流量，因此可在不受控制閥23a、23b之上游氣體壓的情況下控制孔口22a、22b下游的流量，故可獲得具有相對良好線性關係的流量特性。又，藉著事先判斷參考氣體的流動因子與參考流量，可相對輕易地針對各種不同類型的氣體及不同的氣體流量進行高準確度的流動控制。
包含了比較電路56、算術電路40、溫度校正電路50、流量設定電路52、A/D轉換器54、放大器電路60、放大器電路36、壓力顯示器42、轉換器38、放大器電路46與A/D轉換器48的算術控制電路58構成了控制電路30A。
如圖6所示，主氣體管15中的流量係由流動偵測熱感應器20所偵測，且偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。
如圖2所示，當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2時，通過孔口22a、22b之氣體的流動速度通常會落在超音速範圍內。在此情況下，可適當地藉由上述的壓力型流量控制器30來控制主氣體管15中的氣體流量。另外一方面，當主要壓力P1與次要壓力P2關係式P1<2 x P2時，次要流動速度不會落在超音速範圍內，因此難以藉由壓力型流量控制器30來控制主氣體管15中的氣體流量。
參考圖6，熱感應器20所偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。當主要壓力P1為低(例如緊接在開始操作後)時，算術控制電路58判斷出無法進行壓力型流動控制，而當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2且次要流動速度落在超音速範圍內時，會開始上述的壓力型流動控制。
如圖6所示，算術控制電路58除了驅動與控制控制閥23a、23b外亦可控制流量調整器16以調整主氣體管15中的壓力與流量。
現將說明本實施例以此方式建構之氣體供應設備的操作。
自氣體供應源11a、11b將不同的氣體分別供應至氣體導入管13a、13b氣體導入管13a、13b中的氣體會被導入至主氣體管15中匯聚。主氣體管15中的混合氣體會通過流量調整器16、壓力偵測器17、溫度偵測器18及流動偵測熱感應器20然後流進分支管21a、21b中。
被導入至分支管21a、21b中的混合氣體會流過控制閥23a、23b與孔口22a、22b然後被供應至對應的處理反應器(處理室)27a、27b。
如上所述，根據本實施例，壓力型流量控制器30包含：壓力偵測器17；設於分支管21a、21b中的控制閥23a、23b；設於控制閥23a、23b下游的孔口22a、22b；算術電路40，自壓力偵測器17所偵測到的壓力而判斷氣體流量；流量設定電路52；及算術控制電路58，依據自算術電路40所計算出的流量以及來自流量設定電路52的設定流量而控制控制閥23a、23b。因此，控制閥23a、23b與孔口22a、22b可內含於壓力型流量控制器30中，使壓力型流量控制器30整體的體積小巧。
又，裝設單一的壓力型流量控制器30更能滿足處理反應器27a、27b。這可以降低氣體供應設備的製造成本。
又，由於設於孔口22a、22b與處理反應器27a、27b間之分支管21a、21b中的壓力為次要壓力P2，因此毋需使用抗壓型管線來作為分支管21a、21b，因此不會增加氣體供應設備的製造成本。
為了監測異常狀況如孔口22a、22b受到堵塞，在此實施例中可以下列方式定期地進行異常監測：
例如，如圖3(a)所示，定期地停止氣體供應設備10的操作。接著關閉控制閥23a、23b，壓力偵測器17偵測到之充填主氣體管15之混合氣體的壓力(主要壓力P1)會被維持在預定值。接著開啟控制閥23a、23b，此後壓力偵測器17所偵測到的壓力(主要壓力P1)會隨著時間增加。定期地判定主要壓力P1的下降速率並與操作前的下降速率初始值比較。當主要壓力P1需要比操作前更長的時間來降低時便可判定孔口22a、22b受到阻塞。
或者，藉著在算術控制電路58中比較壓力型流量控制器30之算術電路40所判斷出的流量Qc與流動偵測熱感應器20所判斷出的流量，可監測孔口22a、22b的阻塞(圖3(b))。參考圖3(b)，當設有兩處理反應器27a、27b時，算術電路40所判斷出的流量Qc係給予每一處理反應器27a、27b使用，且約為熱感應器20所判斷出之流量的一半。
現將比較如圖4所示之比較性氣體供應設備而說明根據本發明之半導體製造設備用之氣體供應設備的優異效果。
如圖4所示，比較性的氣體供應設備包含：氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；及主氣體管15，氣體導入管13a、13b會匯聚至主氣體管而到達處理反應器(處理室) 27a。氣體導入管13a設有氣體供應閥12a，而氣體導入管13b設有切換閥2、流量調整器3、壓力偵測器4與氣體供應閥12b。
主氣體管15設有流量控制器1，流量控制器1包含；流動偵測熱感應器5；流量調整器4；及控制電路1A，依據來自熱感應器5所偵測到的流量而控制流量調整器4。
主氣體管15設有位在流量控制器1下游處的切換閥24a。
參考圖4，在處理等待時間期間流量調整器4會維持關閉以將氣體充填至流量控制器1中的主氣體管15中。開始處理控制後，開啟流量控制器1的流量調整器4以開始進行流量控制。由於主氣體管15充滿氣體，故在流量控制開始時供應至處理反應器27a之氣體的流量會暫時增加。
根據本發明，另外一方面，由於在控制閥23a、23b的下游或上游設置了孔口22a、22b，因此在開啟了控制閥23a、24b將氣體充滿主氣體管15後開始進行流量控制時，供應至處理反應器27a、27b之氣體的流量並不會暫時增加。
在圖4所示的比較性的氣體供應設備中，除了流量控制器1的流量調整器4外，在流量控制器1上游的氣體導入管13b中又額外設置了切換閥2與額外的流量調整器3。
根據本發明，另外一方面，壓力型流量控制器30本身設有控制閥23a、23b與流量調整器16。因此毋需在壓力型流量控制器30外再額外設置切換閥2與額外的流量調整器3。
現將與圖5所示之另一比較性的氣體供應設備比較來說明本發明。
如圖5所示，比較性的氣體供應設備包含：氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；主氣體管15，氣體導入管13a、13b匯聚至主氣體管15；及自主氣體管15分支出來且分別連接至處理反應器(處理室)27a、27b的分支管21a、21b。氣體導入管13a設有氣體供應閥12a，而氣體導入管13b設有切換閥2，流量調整器3，壓力偵測器4與氣體供應閥12b。
分支管21a、21b每一者皆設有流量控制器1，流量控制器1包含；流動偵測熱感應器5；流量調整器4；控制電路1A，依據熱感應器5所偵測到的流量來控制流量調整器4。
分支管21a設有切換閥29a、24a，而分支管21b設有切換閥29b、24b。
參考圖5，流量控制器1係針對處理反應器27a、27b的每一者所設置，因此流量控制器1有兩個，其數目等於處理反應器27a、27b的數目。
根據本發明，另外一方面，單片式壓力型流量控制器30係設置予處理室27a、27b兩者使用。這大幅降低了氣體供應設備的製造成本。
第二實施例
現將參考圖7說明根據本發明第二實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備。圖7中所示之第二實施例與圖1至6中所示之第一實施例的不同之處在於，第二實施例並未提供流動偵測熱感應器；第二實施例的其他結構係實質上與第一實施例相同。
半導體製造設備用的氣體供應設備10包含；氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；主氣體管15，氣體導入管13a、13b係匯聚至主氣體管15；自主氣體管15分支且分別連接至處理反應器(處理室)27a、27b的分支管21a、21b；及針對主氣體管15與分支管21a、21b共同設置的壓力型流量控制器30。
氣體供應源11a例如可以是惰性氣體供應源，而氣體供應源11b例如可以是處理氣體供應源。
來自氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b分別設有氣體供應閥12a、12b，分支管21a、21b分別設有切換閥24a、24b。
現將參考圖7詳細地設明壓力型流量控制器30。如圖7所示，壓力型流量控制器30包含：設於主氣體管15中的壓力偵測器17；分別設於分支管21a、21b中的控制閥；分別設於控制閥23a、23b下游的孔口22a、22b；及控制電路30A，依據自壓力偵測器17所偵測到的壓力P1而驅動與控制控制閥23a、23b。孔口22a、22b可設於控制閥23a、23b的上游。
主氣體管15設有位於壓力偵測器17上游的流量調整器16與位在壓力偵測器17下游的溫度偵測器18。
壓力型流量控制器30之控制電路30A的結構係與圖6中所示相同。
如圖6所示，算術控制電路58除了驅動與控制控制閥23a、23b外亦可控制流量調整器16以調整主氣體管15中的流量與壓力。
現將說明此實施例中以此方式所建構之氣體供應設備的操作。
自氣體供應源11a、11b分別將不同的氣體供應至氣體導入管13a、13b，而氣體導入管13a、13b中的氣體會被導入主氣體管15中匯聚。主氣體管15中的混合氣體會通過流量調整器16、壓力偵測器17與溫度偵測器18然後流入分支管21a、21b中。
被導入分支管21a、21b中的混合氣體會通過控制閥23a、23b與孔口22a、22b然後被供應給對應的處理反應器(處理室) 27a、27b。
如上所述，根據本實施例，壓力型流量控制器30包含：壓力偵測器17；設於分支管21a、21b中的控制閥23a、23b；設於控制閥23a、23b下游的孔口22a、22b；算術電路40，從壓力偵測器17已偵測到的壓力判斷氣體流量；流量設定電路52；及算術控制電路58，依據算術電路40所計算出的流量及來自流量設定電路52的設定流量值以控制控制閥23a、23b。因此，控制閥23a、23b及孔口22a、22b可內含於壓力型流量控制器30中，使得壓力型流量控制器30的整體體積小巧。
又，針對處理反應器27a、27b只要設置單一個壓力型流量控制器30便已足夠。這能夠降低氣體供應設備的製造成本。
又，由於孔口22a、22b與處理反應器27a、27b間之分支管21a、21b中的壓力為次要壓力P2，故毋需使用抗壓型管線作為分支管21a、21b，因此不會增加氣體供應設備的製造成本。
第三實施例
現將參考圖8說明根據本發明第三實施例之氣體供應設備。
圖8中所示的第三實施例與圖1至6中所示的第一實施例的不同之處在於，氣體供應設備係連接至四個批次處理反應器27a、27b、27c、27d；第三實施例的其他結構係實質上與第一實施例相同。
半導體製造設備用的氣體供應設備10包含；氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；主氣體管15，氣體導入管13a、13b會匯集至主氣體管；自主氣體管15分支出來且分別連接至處理反應器(處理室)27a、27b、27c、27d的分支管21a、21b、21c、21d；及針對主氣體管15與分支管21a、21b、21c、21d共同設置的壓力型流量控制器30。
氣體供應源11a例如可以是惰性氣體供應源，而氣體供應源11b例如可以是處理氣體供應源。
來自氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b分別設有氣體供應閥12a、12b，而分支管21a、21b、21c、21d分別設有切換閥24a、24b、24c、24d。
現將參考圖8詳細設明壓力型流量控制器30。如圖8所示，壓力型流量控制器30包含：設於主氣體管15中的壓力偵測器17；分別設於分支管21a、21b、21c、21d中的控制閥23a、23b、23c、23d；分別設於控制閥23a、23b、23c、23d之下游的孔口22a、22b、22c、22d；及控制電路30A，依據自壓力偵測器17已偵測到的壓力P1來驅動及控制控制閥23a、23b、23c、23d。
主氣體管15設有位在壓力偵測器17上游的流量調整器16，以及雙雙設在壓力偵測器17下游的溫度偵測器18與流動偵測熱感應器20。
壓力型流量控制器30之控制電路30A的結構係與圖6中所示相同。
如圖6所示，主氣體管15中的流量會被流動偵測熱感應器20所偵測到，而偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。
如圖2所示，當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式時：P1 2 x P2，流過孔口22a、22b之氣體的流動速度大致上會落在超音速範圍內。在此情況下，主氣體管15中的氣體流量可適當地藉由上述的壓力型流量控制器30來加以控制。另外一方面，當主要壓力P1與次要壓力P2滿足關係式P1<2 x P2時，次要流動速度不會落在超音速範圍內，故壓力型流量控制器30難以控制主氣體管15中的氣體流量。
參考圖6，熱感應器20偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。當主要壓力P1為低(例如緊接在開始操作後)時，算術控制電路58判斷出無法進行壓力型流動控制，而當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2且次要流動速度落在超音速範圍內時，會開始上述的壓力型流動控制。
如圖6所示，算術控制電路58除了驅動與控制控制閥23a、23b、23c、23d外亦控制流量調整器16以調整主氣體管15中的壓力與流量。
現將說明此實施例中以此方式所建構之氣體供應設備的操作。
自氣體供應源11a、11b分別供應不同氣體至氣體導入管13a、13b，然後氣體導入管13a、13b中的氣體會被導入至主氣體管15中匯聚。主氣體管15中的混合氣體會通過流量調整器16、壓力偵測器17、溫度偵測器18與流動偵測熱感應器20然後流入分支管21a、21b、21c、21d中。
被導入至分支管21a、21b、21c、21d中的混合氣體會通過控制閥23a、23b、23c、23d與孔口22a、22b、22c、22d然後被供應至對應的處理反應器(處理室)27a、27b、27c、27d中。
如上所述，根據本實施例，壓力型流量控制器30包含：壓力偵測器17；設於分支管21a、21b、21c、21d中的控制閥23a、23b、23c、23d；設於控制閥23a、23b、23c、23d下游的孔口22a、22b、22c、22d；算術電路40，從壓力偵測器17已偵測到的壓力來判斷氣體流量；流量設定電路52；及算術控制電路58，依據算術電路40所計算出的流量與來自流量設定電路52的設定流量來控制控制閥23a、23b、23c、23d。因此，控制閥23a、23b、23c、23d與孔口22a、22b、22c、22d內含於壓力型流量控制器30中，使得壓力型流量控制器30整體的體積小巧。
又，針對處理反應器27a、27b、27c、27d只需設置單一個壓力型流量控制器30便已足夠。這能夠降低氣體供應設備的製造成本。
又，由於孔口22a、22b、22c、22d與處理反應器27a、27b、27c、27d間之分支管21a、21b、21c、21d中的壓力為次要壓力P2，因此毋需使用抗壓型管線來作為分支管21a、21b、21c、21d，因此不會增加氣體供應設備的製造成本。
第四實施例
現將參考圖9(a)至9(c)說明根據本發明第四實施例之氣體供應設備。
在圖9(a)至9(c)所示的第四實施例中，氣體供應設備係連接至四個可以是叢集式單片晶圓處理反應器的處理反應器(處理室) 27a、27b、27c、27d。
這四個處理反應器27a、27b、27c、27d係繞著傳輸模組(TM) 61設置，傳輸模組(TM) 61係藉由加載互鎖模組(LLM) 62而連接至裝載/卸載部63。
又，壓力型流量控制器30具有電流/氣體壓力調整器30B。
圖9(a)至9(c)所示的第四實施例的其他建構方式係實質上與圖1至6所示的第一實施例相同。
半導體製造設備用的氣體供應設備包含；氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；主氣體管15，氣體導入管13a、13b會匯聚至主體氣管15；自主氣體管15分出且分別連接至處理反應器(處理室) 27a、27b、27c、27d的分支管21a、21b、21c、21d；及針對主氣體管15與分支管21a、21b、21c、21d共同設置的壓力型流量控制器30。
氣體供應源11a可以例如是惰性氣體供應源，而氣體供應源11b可以例如是處理氣體供應源。
圖9(a)至9(c)中所示的處理反應器27a、27b、27c、27d可以是叢集式單片晶圓處理反應器(包含短批次處理反應器)。
來自氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b分別設有氣體供應閥12a、12b。
現將參考圖9詳細說明壓力型流量控制器30。如圖9所示，壓力型流量控制器30包含；設於主氣體管15中的壓力偵測器17；分別設於分支管21a、21b、21c、21d中的控制閥23a、23b、23c、23d；分別設於控制閥23a、23b、23c、23d下游的孔口22a、22b、22c、22d；及控制電路30A，依據壓力偵測器17已偵測到的壓力P1經由電流/氣體壓力調整器30B而驅動並控制控制閥23a、23b、23c、23d。
主氣體管15設有位於壓力偵測器17上游的流量調整器16及雙雙位於壓力偵測器17下游的溫度偵測器18與流動偵測熱感應器20。
如圖6所示，主氣體管15中的流量會由流動偵測熱感應器20偵測到，偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。
如圖2所示，當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2時，通過孔口22a、22b之氣體的流動速度通常會落在超音速範圍內。在此情況下，可適當地藉由上述的壓力型流量控制器30來控制主氣體管15中的氣體流量。另外一方面，當主要壓力P1與次要壓力P2關係式P1<2 x P2時，次要流動速度不會落在超音速範圍內，因此難以藉由壓力型流量控制器30來控制主氣體管15中的氣體流量。
參考圖6，熱感應器20所偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。當主要壓力P1為低(例如緊接在開始操作後)時，算術控制電路58判斷出無法進行壓力型流動控制，而當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2且次要流動速度落在超音速範圍內時，會開始上述的壓力型流動控制。
如圖6所示，算術控制電路58除了驅動與控制控制閥23a、23b外亦可控制流量調整器16以調整主氣體管15中的壓力與流量。
現將說明此實施例中以此方式所建構之氣體供應設備的操作。
自氣體供應源11a、11b將不同的氣體分別供應至氣體導入管13a、13b，氣體導入管13a、13b中的氣體會被導入至主氣體管15中匯聚。主氣體管15中的混合氣體會通過流量調整器16、壓力偵測器17、溫度偵測器18及流動偵測熱感應器20然後流進分支管21a、21b、21c、21d中。
被導入分支管21a、21b、21c、21d中的混合氣體會通過控制閥23a、23b、23c、23d與孔口22a、22b、22c、22d然後被供應至對應的處理反應器(處理室)27a、27b、27c、27d。
如上所述，根據本實施例，壓力型流量控制器30包含：壓力偵測器17；設於分支管21a、21b、21c、21d中的控制閥23a、23b、23c、23d；設於控制閥23a、23b、23c、23d下游的孔口22a、22b、22c、22d；及算術電路40，自壓力偵測器17已偵測到的壓力判斷氣體流量；流量設定電路52；及算術控制電路58，依據算術電路40所計算出的流量與流量設定電路52所設定的流量值來控制控制閥23a、23b、23c、23d。因此，控制閥23a、23b、23c、23d與孔口22a、22b、22c、22d內含於壓力型流量控制器30中，使得壓力型流量控制器30整體的體積小巧。
又，針對處理反應器27a、27b、27c、27d只要安裝單一個壓力型流量控制器30便已足夠。這可以降低氣體供應設備的製造成本。
又，由於設於孔口22a、22b、22c、22d與處理反應器27a、27b、27c、27d間之分支管21a、21b、21c、21d中的壓力為次要壓力P2，因此毋需使用抗壓型管線來作為分支管21a、21b、21c、21d，因此不會增加氣體供應設備的製造成本。
如圖9(b)與9(c)中所示，在操作其他處理反應器27a至27c時會將處理反應器27d維持在預備狀態，然後當開始操作處理反應器27d時，需要開啟控制閥23d。當控制閥23d開啟時，由於主氣體管15中的壓降，供應至處理反應器27a至27c之氣體的流量可能會發生脈動(圖9(b))。
根據本實施例，控制電路30A經由電流/氣體壓力調整器30B驅動及開啟/關閉控制閥23a至23d。這使得控制閥23a至23d能夠和緩地移動，這能夠避免供應至處理反應器27a至27d之氣體的流量產生脈動。
第五實施例
現將參考圖10說明根據本發明第五實施例的氣體供應設備。
在圖10所示的第五實施例中，旁通管70係連接至自氣體供應源(N2氣體供應源) 11a延伸的氣體導入管，而旁通管70係藉由交流管81a、81b、81c、81d而分別連接至分支管21a、21b、21c、21d。
旁通管70設有額外的流量調整器76、額外的壓力偵測器77及額外的流動偵測熱感應器80，而交流管81a、81b、81c、81d係分別設有額外的控制閥83a、83b、83c、83d及額外的孔口82a、82b、82c、82d。
第五實施例的其他結構係實質上與圖9(a)至9(c)中所示的第四實施例相同。
半導體製造設備用的氣體供應設備包含：氣體供應源11a、11b；分別連接至氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b；主氣體管15，氣體導入管13a、13b會匯聚至主體氣體；自主氣體管15分支出來並分別連接至處理反應器(處理室) 27a、27b、27c、27d的分支管21a、21b、21c、21d；及針對主氣體管15與分支管21a、21b、21c、21d共同設置的壓力型流量控制器30。
氣體供應源11a例如可以是惰性氣體供應源，而氣體供應源11b可以例如是處理氣體供應源。
來自氣體供應源11a、11b的氣體導入管13a、13b分別設有氣體供應閥12a、12b。
現將參考圖10詳細地說明壓力型流量控制器30。如圖10所示，壓力型流量控制器30包含：設於主氣體管15中的壓力偵測器17；分別設於分支管21a、21b、21c、21d中的控制閥23a、23b、23c、23d；分別設於控制閥23a、23b、23c、23d下游的孔口22a、22b、22c、22d；及控制電路30A，依據壓力偵測器17已偵測到的壓力P1經由電流/氣體壓力調整器30B來驅動及控制控制閥23a、23b、23c、23d。
主氣體管15具有設於壓力偵測器17上游的流量調整器16及雙雙設於壓力偵測器17下游的溫度偵測器18與流動偵測熱感應器20。
如圖6所示，主氣體管15中的流量會由流動偵測熱感應器20偵測到，偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。
如圖2所示，當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2時，通過孔口22a、22b之氣體的流動速度通常會落在超音速範圍內。在此情況下，可適當地藉由上述的壓力型流量控制器30來控制主氣體管15中的氣體流量。另外一方面，當主要壓力P1與次要壓力P2關係式P1<2 x P2時，次要流動速度不會落在超音速範圍內，因此難以藉由壓力型流量控制器30來控制主氣體管15中的氣體流量。
參考圖6，熱感應器20所偵測到的流量會被發送至算術控制電路58。當主要壓力P1為低(例如緊接在開始操作後)時，算術控制電路58判斷出無法進行壓力型流動控制，而當主要壓力P1與次要壓力P2滿足下列關係式：P1 2 x P2且次要流動速度落在超音速範圍內時，會開始上述的壓力型流動控制。
如圖6所示，算術控制電路58除了驅動與控制控制閥23a、23b、23c、23d外亦可控制流量調整器16調整主氣體管15中的壓力與流量。
現將說明此實施例中以此方式所建構之氣體供應設備的操作。
自氣體供應源11a、11b將不同的氣體分別供應至氣體導入管13a、13b，氣體導入管13a、13b中的氣體會被導入至主氣體管15中匯聚。主氣體管15中的混合氣體會通過流量調整器16、壓力偵測器17、溫度偵測器18及流動偵測熱感應器20然後流進分支管21a、21b、21c、21d中。
被導入分支管21a、21b、21c、21d中的混合氣體會通過控制閥23a、23b、23c、23d與孔口22a、22b、22c、22d然後被供應至對應的處理反應器(處理室)27a、27b、27c、27d。
如上所述，根據本實施例，壓力型流量控制器30包含：壓力偵測器17；設於分支管21a、21b、21c、21d中的控制閥23a、23b、23c、23d；設於控制閥23a、23b、23c、23d下游的孔口22a、22b、22c、22d；及算術電路40，自壓力偵測器17已偵測到的壓力判斷氣體流量；流量設定電路52；及算術控制電路58，依據算術電路40所計算出的流量與流量設定電路52所設定的流量值來控制控制閥23a、23b、23c、23d。因此，控制閥23a、23b、23c、23d與孔口22a、22b、22c、22d內含於壓力型流量控制器30中，使得壓力型流量控制器30整體的體積小巧。
又，針對處理反應器27a、27b、27c、27d只要安裝單一個壓力型流量控制器30便已足夠。這可以降低氣體供應設備的製造成本。
又，由於設於孔口22a、22b、22c、22d與處理反應器27a、27b、27c、27d間之分支管21a、21b、21c、21d中的壓力為次要壓力P2，因此毋需使用抗壓型管線來作為分支管21a、21b、21c、21d，因此不會增加氣體供應設備的製造成本。
根據本實施例，控制電路30A經由電流/氣體壓力調整器30B驅動及開啟/關閉。這使得控制閥23a至23d能夠和緩地移動，這能夠避免供應至處理反應器27a至27d之氣體的流量產生脈動。
參考圖10，在處理反應器27a至27d的操作期間，控制閥23a至23d為開啟但額外的控制閥82a至82d為關閉。當僅停止處理反應器27a時，壓力型流量控制器30會關閉控制閥23a，然後僅開啟額外的控制閥82a但使額外的控制閥82b至82d維持關閉，使得N2氣體可以自氣體供應源11a藉由旁通管70與交流管81a而被導入至處理反應器27a中。
就如同控制閥23a至23d，額外的控制閥82a至82d可設有驅動及控制閥件的壓力型流量控制器30。額外的控制閥82a至82d亦可藉由未圖示之控制器依據來自額外的熱感應器80的訊號而加以控制。
1．．．流量控制器
1A．．．控制電路
2．．．切換閥
3．．．流量調整器
4．．．壓力偵測器
5．．．熱感應器
10．．．氣體供應設備
11a、11b．．．氣體供應源
12a、12b．．．氣體供應閥
13a、13b．．．氣體導入管
15．．．主氣體管
16．．．流量調整器
17．．．壓力偵測器
18．．．溫度偵測器
20．．．流動偵測熱感應器
21a、21b、21c、21d．．．分支管
22a、22b、22c、22d．．．孔口
23a、23b、23c、23d．．．控制閥
24a、24b、24c、24d．．．切換閥
27a、27b、27c、27d．．．處理反應器
29a、29b．．．切換閥
30．．．壓力型流量控制器
30A．．．控制電路
30B．．．電流/氣體壓力調整器
36．．．放大器電路
38．．．A/D轉換器
40．．．算術電路
42．．．壓力顯示器
46．．．放大器電路
50．．．溫度校正電路
52．．．流量設定電路
54．．．A/D轉換器
56．．．比較電路
58．．．算術控制電路
60．．．放大器電路
60A．．．驅動部
61．．．傳輸模組(TM)
62．．．加載互鎖模組(LLM)
63．．．裝載/卸載部
70．．．旁通管
76．．．流量調整器
77．．．壓力偵測器
80．．．熱感應器
81a、81b、81c、81d．．．交流管
82a、82b、82c、82d．．．孔口
83a、83b、83c、83d．．．控制閥
圖1概略系統圖顯示了根據本發明第一實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備；
圖2顯示了主要壓力與真實流量間的關係；
圖3(a)顯示了當控制閥開啟時所觀察到的主要壓力而圖3(b)顯示了壓力偵測器偵測到的流量及熱感應器偵測到的流量；
圖4顯示了比較性半導體製造設備用的氣體供應設備；
圖5顯示了另一比較性半導體製造設備用的氣體供應設備；
圖6顯示了壓力型流量控制器的細節；
圖7顯示了根據本發明第二實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備；
圖8顯示了根據本發明第三實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備；
圖9(a)至9(c)顯示了根據本發明第四實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備；及
圖10顯示了根據本發明第五實施例之半導體製造設備用的氣體供應設備。
10．．．氣體供應設備
11a、11b．．．氣體供應源
12a、12b．．．氣體供應閥
13a、13b．．．氣體導入管
15．．．主氣體管
16．．．流量調整器
17．．．壓力偵測器
18．．．溫度偵測器
20．．．流動偵測熱感應器
21a、21b．．．分支管
22a、22b．．．孔口
23a、23b．．．控制閥
24a、24b．．．切換閥
27a、27b．．．處理反應器
30．．．壓力型流量控制器
30A．．．控制電路

Claims (6)

  1. 一種氣體供應設備，用以將氣體供應至半導體製造設備的複數處理反應器，包含：複數氣體供應源；氣體導入管，分別連接至該氣體供應源；主氣體管，該氣體導入管匯聚至該主氣體管；分支管，自該主氣體管分支出並分別連接至該處理反應器；及壓力型流量控制器，針對該主氣體管與該分支管設置，其中，該壓力型流量控制器包含：壓力偵測器、溫度偵測器、及流動偵測熱感應器，設於該主氣體管中；控制閥，設於每一該分支管中；孔口，在分支管每一者中設於該控制閥之上游或下游；第一算術電路，自該壓力偵測器所偵測到的壓力P1而判斷流量Qc=KP1(K為常數)；流量設定電路，用以輸出該分支管每一者的設定流量訊號Qs；及算術控制電路，依據來自該算術電路的該流量Qc與來自該流量設定電路的該設定流量訊號Qs而控制該分支管每一者的該控制閥，其中，該孔口上游側的壓力P1及該孔口下游側的壓力P2滿足關係式P1 2 x P2，且該溫度偵測器及該流動偵測熱感應器各自提供一訊號至該算數控制電路。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體供應設備，其中，該算術控制電路會判斷流過該孔口之氣體的流動速度是否落在超音速範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項之氣體供應設備，其中，一旁通管係連接至該複數氣體供應源之特定氣體供應源的該氣體導入管氣體供應源，該旁通管與每一該分支管係藉由交流管所連接。
  4. 如申請專利範圍第1項之氣體供應設備，其中，該處理反應器係叢集式單片晶圓處理反應器。
  5. 如申請專利範圍第1項之氣體供應設備，其中，該處理反應器係批次處理反應器。
  6. 如申請專利範圍第1項之氣體供應設備，其中，該壓力型流量控制器更包含設於該算術控制電路與該複數控制閥間的電流/氣體壓力調整器。
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