TWI617765B - 利用孔比例傳導控制降低分流錯誤的方法與設備 - Google Patents

利用孔比例傳導控制降低分流錯誤的方法與設備 Download PDF

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Abstract

本文提供了對一處理腔室進行氣體傳送之方法與設備。在某些具體實施例中，一處理基板設備包含一流量控制器以提供一所需之總氣體流量；一第一流量控制歧管，該第一流量控制歧管包含一第一入口、一第一出口、及選擇性耦接於其間之複數個第一孔，其中該第一入口係耦接至該流量控制器；以及一第二流量控制歧管，該第二流量控制歧管包含一第二入口、一第二出口、及選擇性耦接於其間之複數個第二孔，其中該第二入口係耦接至該流量控制器。其中藉由選擇性使流體流經該第一歧管之該複數個第一孔中的一或更多第一孔以及該第二歧管之該複數個第二孔中的一或更多第二孔而可選擇性得到在該第一出口與該第二出口之間的一所需流量比例。

Description

利用孔比例傳導控制降低分流錯誤的方法與設備
本發明之具體實施例一般係與基板處理有關。
超大型積體(ULSI)電路係包含了形成於一半導體基板(例如矽(Si)基板)上、且共同運作以執行元件內各種功能之一個以上的電子元件(例如電晶體)。在電晶體與其他電子元件製造中常使用電漿蝕刻；在用以形成這些電晶體結構的電漿蝕刻處理期間，係將一或更多種處理氣體(蝕刻劑)提供至一處理腔室，該處理腔室中係置有一基板以蝕刻一或更多層材料。在某些蝕刻處理期間，係將該一或更多種氣體提供至處理腔室內兩個或兩個以上的區域。在這些應用中，係使用主動式流量控制器(例如流量偵測器與基於偵測流量而受控制之流量控制器)來主動控制提供至處理腔室區域之一或更多種氣體的流量。
然而，發明人觀察到在某些應用中，主動控制元件無法指示出測量流量在分流器控制路徑下游中的突然變化，發明人相信這與氣體混合及吸熱、放熱反應時所發生的熱反應有關，導致主動式流量偵測器會錯誤決定流量。此情形會因在不需校正時試圖校正氣體流量而不合意地導致產量變化或失敗，並在處理控制器預設處理腔室為失去控制時進一步導致處理腔室之中斷。此外，發明人也進一步觀察到主動式流量比例控制器中的一般處理偏差。
或者是，可利用固定孔之組合來試圖控制提供至處理腔室區域之一或更多種氣體的流量。然而，發明人已觀察到這些固定孔元件尚無法有效針對具有動態(例如變化)比例需求之處理來提供多種流量比例。
因此，發明人提出了控制氣體流量之改良方法與設備。
本文提供了對一處理腔室進行氣體傳送之方法與設備。在某些具體實施例中，一處理基板設備包含一流量控制器以提供一所需之總氣體流量；一第一流量控制歧管，該第一流量控制歧管包含一第一入口、一第一出口、及選擇性耦接於該第一入口與該第一出口之間之複數個第一孔，其中該第一入口係耦接至該流量控制器；以及一第二流量控制歧管，該第二流量控制歧管包含一第二入口、一第二出口、及選擇性耦接於該第二入口與該第二出口之間之複數個第二孔，其中該第二入口係耦接至該流量控制器。其中藉由選擇性使流體流經該第一歧管之該複數個第一孔中的一或更多第一孔以及該第二歧管之該複數個第二孔中的一或更多第二孔而可選擇性得到在該第一出口與該第二出口之間的一所需流量比例。
在某些具體實施例中，一種用於控制對多個氣體傳送區域之氣體分佈的方法係包含：選擇一第一氣體傳送區域與一第二氣體傳送區域之間的一所需氣體之一所需流量比例；自選擇性耦接至該第一氣體傳送區域之複數個第一孔中決定一第一選擇集合，且自選擇性耦接至該第二氣體傳送區域之複數個第二孔中決定一第二選擇集合，以便可提供該所需流量比例；以及使該所需氣體通過該第一與第二選擇集合之孔而流至該第一與第二氣體傳送區域。
本發明之其他與進一步具體實施例係說明如下。
本發明之具體實施例提供了一種用於傳送氣體至一腔室之氣體分佈系統與其使用方法。本發明設備與方法係有利地以所需流量比例對一處理腔室提供氣體傳送。該設備以被動方式提供、而未使用主動式流量控制。特別是，本發明設備係利用排列在兩流量控制歧管中的複數個精確孔，該等流量控制歧管可選擇性地耦接於一氣體來源與一所需氣體傳送區域之間。本發明之具體實施例更提供了決定正確孔大小的方法以被動地保持一氣阻流動條件供適當傳導控制之用，同時選擇孔大小以被動地保持上游壓力為夠低以避免低蒸汽壓力氣體在上游凝結。
因此，本發明方法與設備係有利地提供及選擇孔的大小以得到所需流量比例，且可進一步助於在各孔間之選擇以同時針對氣體流量之特定組合提供氣阻流動條件，並使上游壓力達最小以避免低蒸汽壓力氣體之相態改變，且可進一步在無法達到特定比例時提供指示，無論是因無法保持氣阻流動所致、或是因超過為避免流過氣體分佈系統之處理氣體的相態改變所需之上游壓力所致。
本發明之具體實施例提供了一種氣體分佈系統，該氣體分佈系統被動地將流經其間之一氣體分為所需流量比例。該設備係基於通過一孔之流量係直接與截面積成比例之基本原理，當一氣體流在兩孔(其中一者的截面積為另一者的兩倍大)之間分流時，流量的比例即2：1。然而，該原理係基於兩孔都有同樣的上游與下游壓力。在本發明中，耦接至設備的不同氣體傳送區域(例如：噴淋頭、不同處理腔室等之區域)會具有不同的傳導率或流動阻力，因此下游壓力可能會不一樣。在某些具體實施例中，發明人已經藉由將該設備設計為總是在氣阻流動條件(例如上游壓力等於下游壓力的至少兩倍)下操作而消除了此一問題；若流動產生氣阻，則流量將僅為上游壓力之函數。
舉例而言，第1圖說明了根據本發明某些具體實施例之示例氣體分佈系統100的示意圖。雖然在第1圖中所描述之系統基本上是與將一氣體流量提供至兩個氣體傳送區域(例如126、128)有關，但該系統係可根據本文所揭示之原理而擴充為可對其他氣體傳送區域(例如142，如虛線所示)提供氣體流量。該氣體分佈系統100一般包含一或更多流量控制器(圖中圖示出一個流量控制器104)、一第一流量控制歧管106、與一第二流量控制歧管108(其他流量控制歧管係以類似於本文所述般配置，如以虛線表示之元件140)。流量控制器104一般係耦接至一氣體分佈平板102，該氣體分佈平板102提供了一或更多氣體或氣相混合物(在本文中以及在申請專利範圍皆統稱為「氣體」)。流量控制器104控制氣體通過氣體分佈設備100的總流率，且其係耦接至第一與第二流量控制歧管106、108兩者之各別入口處。雖僅圖示出一個流量控制器104，但可有複數個流量控制器耦接至氣體分佈平板102，以測量來自氣體分佈平板102的各別處理氣體。所述一或更多流量控制器104的輸出一般係於分流及引導至各流量控制歧管(例如106、108)前即耦接(例如饋入一共同導管、混合器、風管等或其組合中)。
第一流量控制歧管106包含複數個第一孔110與複數個第一控制閥112，該複數個第一孔110與複數個第一控制閥112耦接於第一流量控制歧管106的入口114與出口116之間。複數個第一控制閥112係選擇性開啟或關閉，以選擇性地使複數個第一孔110中一或更多者耦接至流量控制器104的輸出(例如使氣體從流量控制器104流經選擇之第一孔110)。
同樣地，第二流量控制歧管108包含複數個第二孔118與複數個第二控制閥120，該複數個第二孔118與複數個第二控制閥120耦接於第二流量控制歧管108的入口122與出口124之間。複數個第二控制閥120係選擇性開啟或關閉，以選擇性地使複數個第二孔118中一或更多者耦接至流量控制器104(例如使氣體流經選擇之第二孔118)。類似的其他流量控制歧管(例如140)也可用於以一所需流量比例提供氣體至其他氣體傳送區域(例如142)。
第一與第二控制閥112、120可為工業環境中、或半導體製造環境中使用之任何適合控制閥。在某些具體實施例中，第一與第二控制閥112、120為氣動式致動閥。在某些具體實施例中，第一與第二控制閥112、120係固定在一基板(未圖示)上，其中各控制閥之密封件係具有建置在密封件結構中之一精確孔。在某些具體實施例中，孔係建置在控制閥的本體中。在某些具體實施例中，係提供了獨立的控制閥與孔。
在第1圖所示之具體實施例中圖示了六個第一孔110與六個第二孔118，該等孔各耦接至各別的第一控制閥112與各別的第二控制閥120。然而，各流量控制歧管不需要具有相同數量的孔，然具有相同數量和配置的孔有助於在第一與第二氣體傳送區域126、128之間輕易提供相同的流量比例，無論該比例是在第一與第二氣體傳送區域126、128之間、或是在第二與第一氣體傳送區域128、126之間。此外，各區域可具有比六個少或多之數量的孔。一般而言，較少的孔可提供的流量比例較少，而較多的孔則可提供更多的流量比例，但其成本與複雜性也較高。因此，孔的提供數量係根據特定應用所需之處理彈性而加以選擇。
氣體分佈系統100的配置係根據特定應用之預期操作條件與輸出需求而決定。舉例而言，在某些具體實施例中，氣體分佈系統100提供了氣體傳送區域126、128之間介於1：1和6：1的流量比例，比例增量為1/2(亦即1/1、1.5/1、2/1、2.5/1、...、6/1)，且可完全反過來(亦即1/1、1/1.5、1/2、1/2.5、...、1/6)。在某些具體實施例中，氣體流量分流的精確度係在5%內，舉例而言，以與現有設備之性能匹配。在某些具體實施例中，氣體分佈系統100係設計為可針對每一氣體傳送區域126、128氮當量介於50與500sccm間之氣體流量而調整適當比例，且與所有處理氣體相容。在某些具體實施例中，氣體分佈系統100的上游壓力(或反壓)係達最小，以降低氣體分佈系統100的反應時間。此外，氣體分佈系統100的上游壓力(或反壓)係受限制或達最小，以避免某些低蒸汽壓力氣體(例如四氯化矽SiCl4)之不當凝結。因此，在某些具體實施例中，限制之上游壓力係低至足以避免低蒸汽壓力氣體之凝結。舉例而言，第一與第二流量控制歧管提供了足以保持氣阻流動之壓力降，同時使孔上游的壓力達最低以避免任何半導體處理化學物質(其在使用溫度時之蒸汽壓係接近孔的上游壓力)的凝結。低蒸汽壓氣體包含了在操作壓力與溫度下都離開氣相(液化)之氣體。非限制之實例包含了SiCl4之約150托耳、C6F6之約100托耳、C4F8之約5psig等。在某些具體實施例中，最大容許限制上游壓力係設計為SiCl4在室溫下之蒸汽壓，或155托耳。
一般而言，使上游壓力降至最小，以使系統的反應時間達最低。舉例而言，在一既定流率下，會耗費一段時間來使流量控制器與孔之間的空間達到一所需壓力及提供穩態流動。因此，較高的壓力會需要較長的時間來填充空間至較高壓力，且因而耗費較久來達到穩態流動。在某些具體實施例中，流量控制器與孔之間的空間係達最小化以使回應時間達最小。然而，在某些具體實施例中，係控制受限制之上游壓力，以使系統的回應時間達最佳化，例如以控制至與其他系統匹配的一特定反應時間。因此，在某些具體實施例中，第一與第二流量控制歧管係提供一壓力降，該壓力降足以保持氣阻流動，同時控制孔上游的壓力以控制系統的回應時間。舉例而言，這樣的控制可藉由控制流量控制器與孔之間的空間、藉由故意選擇更多受限制孔來產生較高的反壓等而提供。不同的應用及/或處理係基於執行的特定處理(例如蝕刻、化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沈積等)而具有不同的所需回應時間(例如最佳化之回應時間)。在某些具體實施例中，所需反應時間係或兩秒或以下、或五秒或以下、或十秒或以下、或十五秒或以下。
在某些具體實施例中，可使用流量模型軟體(例如Macroflow)來針對各第一與第二流量控制歧管106、108選擇所需之第一與第二孔110、118之大小，以符合蝕刻處理之需求。舉例而言，在某些具體實施例中，這是藉由找出將產生最小所需處理氣體流量之氣阻流動的最大孔而決定。在某些具體實施例中，每一區域具有六個孔，其中孔大小之增量分別為1、1.5、2、4、8與12(例如倍增因子)。在某些具體實施例中，最小的孔直徑為0.0090”(例如以一最小所需流量提供氣阻流動)，且所有的孔直徑係最小孔直徑的倍數。在某些具體實施例中，孔直徑係0.009、0.011、0.013、0.018、0.025與0.031英吋。具有這些直徑之孔係市面上可供售之孔直徑，且可選擇不同於可提供截面積精確比例之直徑的直徑以提供更具成本效益的解決方案，其中可重複性與可再製性係比精確比例更為重要。舉例而言，模型顯示出由於此一配置，所有比例與每一區域介於10和1200sccm之間的氮當量之所有流量係可符合氣阻流動與最大反壓需求。
在某些具體實施例中，利用上述之孔直徑，氣體傳送系統100係可以1：1之流量比例提供從約16sccm至約2300sccm之氣體流量，以及以4：1之流量比例提供約40sccm至約1750sccm之氣體流量。這些流率範圍係以氮當量氣體流量來表示，下文中將更詳細說明。
第一與第二流量控制歧管106、108的出口116、124係分別耦接至一第一氣體傳送區域126與一第二氣體傳送區域128。各氣體傳送區域126、128係因而接收一所需百分比例的總氣體流量，該總氣體流量由流量控制器104基於第一孔110和第二孔118之選擇性耦接所致之一所需流量比例而提供。氣體傳送區域126、128一般為需要進行氣體流量比例控制之任何區域。
舉例而言，在某些具體實施例中，且如第2A圖所示，第一氣體傳送區域126係對應於一第一區域202，例如用於提供氣體至裝設有噴淋頭204之處理腔室之噴淋頭204的一內區域。第二氣體傳送區域128係對應至一第二區域206，例如噴淋頭204的一外區域。
在某些具體實施例中，如第2B圖所示，第一與第二氣體傳送區域126、128係分別提供至一噴淋頭210以及一處理腔室214的一或更多氣體入口212，該處理腔室214具有一基板支撐座216以支撐一基板S於其上。
在某些具體實施例中，如第2C圖上部所示，第一與第二氣體傳送區域126、128係分別提供至不同處理腔室224、226的噴淋頭220、222(及/或其他氣體入口)，該不同處理腔室224、226具有基板支撐座216以支撐一基板S於其上。舉例而言，在某些具體實施例中，第一與第二處理腔室224、226係一雙腔室處理系統的部分。可根據本文教示內容而加以修飾以併入本發明中之雙腔室處理系統的一個實例是美國臨時專利申請案第61/330,156號，該案於2010年4月30日，由Ming Xu等人所申請，該案名稱為「雙腔室處理系統」。
或者是，如第2C圖下部所示，第一與第二氣體傳送區域126、128係提供至不同處理腔室224的兩噴淋頭220、222(及/或其他氣體入口)。舉例而言，第一氣體傳送區域126係對應至各噴淋頭220、222中的一第一區域(例如第2A圖中所示之噴淋頭204的第一區域202)，而第二氣體傳送區域128係對應至各噴淋頭220、222中的一第二區域(例如第2A圖中所示之噴淋頭204的第二區域206)。
此外，雖未示於第2C圖中，然第一與第二氣體傳送區域126、128不需限制為提供至兩噴淋頭，第一與第二氣體傳送區域也可提供至複數個處理腔室中的任何適當之複數個噴淋頭。舉例而言，第一氣體傳送區域126係對應至複數個處理腔室之複數個噴淋頭中的一第一區域，而第二氣體傳送區域128係對應至複數個處理腔室的複數個噴淋頭中的一第二區域。
轉參第1圖，可提供一或更多壓力計來監測在氣體分佈設備100的所需位置處之壓力。舉例而言，壓力計132係用以監測氣體分佈設備100的上游壓力。在某些具體實施例中，壓力計132係置於耦接在流量控制器104以及第一和第二流量控制歧管106、108之間的一氣體線路中。壓力計134、136係用以分別監測氣體分佈設備100的下游壓力。在某些具體實施例中，壓力計134、136係分別置於氣體線路中，該等氣體線路分別耦接於第一和第二流量控制歧管106、108、以及第一和第二氣體傳送區域126、128之間。
控制器130係耦接至氣體分佈系統100以控制系統的組件。舉例而言，控制器130係耦接至氣體分佈平板102以選擇一或更多種處理氣體，以提供流量控制器104設定一所需流率，且至各第一與第二流量控制歧管106、108(或至其中所含之各第一與第二控制閥112、120)以控制哪些控制閥112、120為開啟以提供所需流量比例。控制器係進一步耦接至壓力計132、134、136以確保符合氣阻流動與最小反壓之壓力需求。
控制器130係任何適當的控制器，且為氣體分佈系統100所耦接之一處理腔室或處理工具之處理控制器、或某些其他控制器。適當的控制器130係如第6圖中所示，該圖說明了根據本發明某些具體實施例之一控制器600。如第6圖所示，控制器600一般包含一中央處理單元(CPU)602、一記憶體608與支援電路604。CPU 602係可用於工業設定之任何一種形式的通用電腦處理器。支援電路604係耦接至CPU 602、且可包含快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源供應器等。軟體常用程式606(例如用於操作本文所述之氣體分佈系統100，如關於第3、4與5圖所述者)係儲存在控制器600的記憶體608中。當由CPU 602執行時，軟體常用程式606係將CPU 602轉換為一專用電腦(控制器)600。軟體常用程式606也可儲存於位於控制器130遠端之一第二控制器(未示)中，及/或由其執行。
發明人係已以一所需流量比例範圍、數個流率、以及利用多種氣體來測試氣體分佈系統100之具體實施例。氣體分佈系統100在氣體流量為50至500sccm下都符合蝕刻處理之所有精確需求。氣體分佈系統100的重複性係達1%內。
第3圖說明了根據本發明某些具體實施例之用於使一氣體分為所需流量比例之方法300的流程圖。方法300一般係開始於302，選擇在一第一氣體傳送區域126與一第二氣體傳送區域128(以及可選之其他氣體傳送區域)間之一所需流量比例。所需流量比例一般為設計在上述氣體分佈系統100中的任何流量比例。舉例而言，根據第一與第二孔110、118的大小之間的關係，有數個流量比例可供選擇。
在選擇了所需流量比例之後，在304，決定選擇性耦接至第一氣體傳送區域126之複數個第一孔110中之一第一選擇集合、以及決定可提供所需流量比例、選擇性耦接至第二氣體傳送區域128之複數個第二孔118中之一第二選擇集合。在需要提供所需流量比例時，各第一與第二選擇集合係包含一或更多孔。
在某些具體實施例中，第一與第二選擇集合係藉由選擇任一或更多第一孔110、以及一起提供所需流量比例之任何一或更多第二孔118而決定。然而，僅選擇任何孔並無法提供氣阻流動條件，且/或無法提供足以避免低蒸汽壓氣體流經氣體分佈系統100時產生凝結之一所需反壓。因此，發明人係進一步提供了用於選擇第一孔110之集合與第二孔118之集合的方法。
決定孔之最佳集合係包含確保通過孔之流量係保持為臨界流量、同時使氣體分佈系統100之反壓達最低。孔之最佳集合為流動氣體組成、所需總流率、以及所需流量比例之函數。舉例而言，第4圖說明了根據本發明某些具體實施例之用於使一氣體分為所需流量比例之方法400的流程圖。方法400一般係開始於402，決定與所需氣體之所需總流率對應的氮當量流量。
舉例而言，在某些具體實施例中，係利用從熱力學方程式所得到的校正因子來計算氮當量氣體流量。具體而言，在已知固定壓力下之熱容量、固定體積下之熱容量、以及各氣體之分子量時，可利用熱力學第一定律來決定氮當量氣體流量。所有的所需氣體流量係可加在一起以決定一既定處方步驟的總流量。具體而言，總氮當量氣體流量可由下式(1)決定：
總氮當量流量=G1*CF1+G2*CF2+...Gn*CFn(1)
在式(1)中，Gn為特定氣體的流量，而CFn為該氣體之轉換因子。特定氣體之轉換因子可由式(2)至式(4)而得：
CF=(Γnp*Mwn2)/(Γn2*Mwnp)　(2)
Γ=SQRT(K*((2/(K+1))^((K+1)/(K-1))))　(3)
K=Cp/Cv　(4)
在式(2)中，Γnp與Γn2分別為關注氣體與氮氣之常數，該常數可由式(3)與(4)決定。Mwnp與Mwn2分別為關注氣體與氮氣之分子量。在式(3)中，K為式(4)所定義之常數。在式(4)中，Cp為關注氣體(在計算Γnp時)與氮氣(在計算Γn2時)在固定壓力下之熱容量、而Cv為在固定體積下之熱容量。
其次，在404，基於通過最小孔之最小氮當量流量來決定可能的孔組合。舉例而言，以上針對所需氣體流量而計算之氮當量流量係與容許最小氮當量流量表比較，以決定有助於該所需氣體流量之最小孔。
其次，在406，一旦決定了最小孔的大小，係決定第一與第二選擇集合之孔來提供該所需流量比例。舉例而言，在某些具體實施例中，一旦得知最小孔，係可選擇單一較大孔來提供該所需流量比例(亦即第一集合含有一個孔，且第二集合含有一個孔)。在某些具體實施例中，可於第一或第二集合、或兩者中提供一個以上的較大孔，以提供所需流量比例。舉例而言，可結合兩個或兩個以上的較大孔來提供通過其中一個流量控制歧管的一第一氣體流量，且可利用最小孔(或最小孔加上一或更多較大孔)來提供通過另一個流量控制歧管的一第二氣體流量。第一與第二氣體流量結合提供了總氣體流量，且以所需流量比例提供於一氣阻流動條件中。
或者是，在404，基於通過最小之大孔的最小氮當量流量來決定可能的孔組合，然後，在406，決定第一與第二選擇集合之孔來基於在404所決定之大孔的大小提供所需流量比例。舉例而言，一旦大孔的大小為已知，即可選擇單一小孔來提供所需流量比例(例如第一集合含有一個孔，且第二集合含有一個孔)、或在第一與第二集合、或者兩者中提供複數個小孔來提供所需流量比例。
在某些具體實施例中，可用於提供所需流量比例之孔組合係提供於可被例如控制器所參照之一表中，以基於一所需氣體流量以及人為輸入之流量比例而自動決定第一與第二集合、或成為一處理處方的一部分。在某些具體實施例中，該表係指出可選擇哪些孔組合來保持氣阻流動條件及/或保持所需最小上游壓力，如上所述。
此外，方法400(以及下述方法500)不需要限制為決定氮當量流量為對應至一所需氣體之一所需流率。舉例而言，可利用氬氣當量流量、壓力當量流量、模式化流體動力等來決定孔集合之選擇條件。
轉參第3圖，其次，在306，第一與第二氣體傳送區域126、128之氣體流量係通過第一與第二選擇集合之孔提供，藉此以所需流量比例提供氣體流量，如上所述。
在某些具體實施例中，本發明之決定所需集合之孔的方法係基於確保通過各孔之氣體流量可保持臨界流量、同時使氣體分佈系統100間之反壓達最低而提供，孔之所需集合為所需氣體、流率與所需比例之函數。舉例而言，第5圖說明了根據本發明某些具體實施例之用於使一氣體分為所需流量比例之流程圖，該流程圖有利地助於以提供上述優勢的方式來進行孔之選擇。第5圖之方法500係用以選擇兩個單一孔(例如，一第一孔110與一第二孔118)，該兩個單一孔提供相對於彼此之所需流量比例。
方法500一般係開始於502，決定與一所需氣體之所需總流率對應之一總氮當量流量。總氮當量流量(TNEF)係已如上述第4圖所述方式決定。在某些具體實施例中，可決定一表來提供一或更多種關注氣體之轉換因子。舉例而言，該表係包含一般在特定處理腔室、複數個處理腔室中、在製造廠房內所使用之氣體、或任何所需集合之氣體之轉換因子。在某些具體實施例中，該表係電子儲存，例如儲存於控制器(如600)之一記憶體(如608)、或是可由控制器存取之記憶體中，使得控制器可在需要時存取該表，例如當控制器正在執行方法500的全部或其一子集合時。
其次，在504，決定通過一孔之最小與最大氮當量流量。最小與最大氮當量容量係對應至正提供之氣體或複數氣體的總流率以及所需流量比例。通過一孔之最小與最大氮當量流量係分別由式(5)與式(6)決定：
Mmin=TNEF/(R+1)　(5)
Mmax=TNEF*R/(R+1)　(6)
在式(4)與式(5)中，Mmin為通過一孔之最小氮當量流量、而Mmax為最大氮當量流量，TNEF為上述502所計算之總氮當量流量，而R為以十進制表示之所需流量比例(例如1：1=1，2：1=2等)。
其次，在506，選擇一初始小孔。根據由哪一個氣體傳送區域(126、128)來接收該較少氣體流量而定，小孔係一第一孔110或一第二孔108(參照第1圖)。在某些具體實施例中，選擇之小孔係仍可提供氣阻流動之最大大小的孔，該孔係藉由例如使用上述模型軟體而決定。在某些具體實施例中，係提供了各孔之預定最小與最大流量之表，該表係儲存於可由控制器(如600)存取之記憶體(如608)中，因此可在表上查找令控制器執行方法500之軟體指令，並決定最小氮當量流量(Mmin)大於或等於該特定孔之最小流量的最大孔。若最小氮當量流量低於支援之最小的最小流量(亦即，最小孔所需之最小流量)，軟體即提供一警示以告訴使用者其請求之流量與比例係落於氣體分佈系統100的操作範圍外。
其次，在508，選擇一個提供所需流量比例所需要之初始大孔。根據由哪個氣體傳送區域(126、128)來接收較大氣體流量而定，大孔係一第一孔110或一第二孔118(參照第1圖)。大孔係由所選擇之小孔乘上所需流量比例而加以選擇。
其次，在510，必須決定所選擇之大孔的可用性。所選擇之大孔的可用性係由比較計算而得之最大氮當量流量(Mmax)而決定，以確保其落於所選擇之孔所支援的可用流量範圍內(亦即Mmax必須等於或大於通過孔所需之最小流量，且等於或小於通過孔所需之最大流量)。在某些具體實施例中，通過各孔之最小與最大流量係提供於一表中，且可由控制器加以存取，以使控制器決定所選擇之大孔是否為可用。
在510，若所選擇之大孔是可用的，則方法500前進至518，如下所述；然而，若所選擇之大孔不可用，則方法500係前進至512，選擇下一個較小的小孔並以上述506予以識別。在514，決定欲提供所需流量比例之下一個大孔，如上述508。在516，再次決定大孔的可用性，如上述510。在516，若所選擇之大孔是可用的，則方法200繼續至518，如下所述。但若所選擇之大孔是不可用的，則重複方法500中512至516，逐漸遞增地選擇較小的小孔、決定提供所需流率所需之對應大孔、以及識別大孔的可用性。若在任何時間下，常用程式運作完畢可選擇之孔，則該方法便終止，且氣體分佈系統100即無法提供所需氣體流量與流量比例、同時又保持所需氣阻流動與最小反壓。
在518，一旦決定了大孔，對應的控制閥即開啟以提供通過選擇孔之所需流率比例。在某些具體實施例中，係提供一表，該表指引各別的控制閥與對應的孔；因此，參照該表，操作者或控制器係可開啟與所選擇之孔對應的控制閥(112、120)。在決定所選擇集合之孔及開啟對應的閥時，方法500一般係終止。
可修改方法500以選擇每一組選擇集合之孔中的複數個孔。舉例而言，可進一步分流流量為通過複數個孔(而非單一孔)，據此計算通過各孔之最小與最大的氮當量流量。在決定所選擇集合之第一孔110與第二孔118來以所需總流率提供所需流量比例時，即開啟對應的控制閥112、120以提供氣體流量至氣體傳送區域126、128。
上述方法係可類似地使用上述相同技術而提供氣體至一第三或更多的其他氣體傳送區域。第三(或更多)氣體傳送區域係對應至一既定處理腔室、其他不同處理腔室、或其組合中的其他區域。舉例而言，類似於上述方法，可選擇在第三氣體傳送區域以及第一氣體傳送區域與第二氣體傳送區域中其一或兩者之間的所需氣體之一所需流量比例。接著，從耦接至可提供所需流量比例之第三氣體傳送區域的複數個第三孔中選擇一第三選擇集合。所需氣體係接著以所需流量比例通過第三選擇集合之孔而流至第三傳送區域。
因此，本發明之具體實施例提供了用於使一所需氣體流量以所需流量比例範圍分佈至兩個或兩個以上之所需氣體傳送區域的方法與設備。發明方法與設備係有利地提供了所需流量比例之範圍，同時為氣體流量之特定組合提供氣阻流動，並避免低蒸汽壓氣體的相態改變。發明方法與設備進一步在無法達到特定比例時提供指示，無論是因無法保持氣阻流動所致、或是因超過為避免流過氣體分佈系統之處理氣體的相態改變所需之上游壓力所致。
發明之氣體分佈系統並不使用感測器，因此其優點在於不會隨時間漂移。因此，發明之氣體分佈系統並不需要週期性的零值偏移與跨距檢查。此外，發明之氣體分佈系統具有之平均替換時間(mean time to replace,MTTR)係較感測器方式的流量控制器為佳，這是因為控制閥之高可靠度以及不使用主動式電子元件或感測器所致。同時，發明之氣體分佈系統並不具有加熱之感測器，因此混合氣體並不會暴露於高溫而產生不必要的反應。發明之氣體分佈系統進一步具有比傳統感測器方式流量比例控制器更廣的操作範圍，因為其並不受限於流量感測器標度。同時，本發明之氣體分佈系統的回應時間亦較短，因為操作時不需進行封閉迴圈控制。
前述係與本發明之具體實施例有關，在不背離發明基本範疇下，可修飾得到本發明之其他與進一步具體實施方式。
100．．．氣體分佈系統
102．．．氣體分佈平板
104．．．流量控制器
106．．．流量控制歧管
108．．．流量控制歧管
110．．．孔
112．．．控制閥
114．．．入口
116．．．出口
118．．．孔
120．．．控制閥
122．．．入口
124．．．出口
126．．．氣體傳送區域
128．．．氣體傳送區域
130．．．控制器
132．．．壓力計
134．．．壓力計
136．．．壓力計
140．．．流量控制歧管
142．．．氣體傳送區域
202．．．第一區域
204．．．噴淋頭
206．．．第二區域
210．．．噴淋頭
212．．．入口
214．．．處理腔室
216．．．基板支撐座
220．．．噴淋頭
222．．．噴淋頭
224．．．處理腔室
226．．．處理腔室
300．．．方法
400．．．方法
500．．．方法
600．．．控制器
602．．．中央處理單元(CPU)
604．．．支援電路
606．．．常用程式
608．．．記憶體
以上簡述之本發明具體實施例將於本文中詳細說明，可參照如附圖式中所描述之本發明具體實施例來加以了解。然應注意，如附圖式僅說明了本發明之一般具體實施例，因此其不應被視為對發明範疇之限制；本發明係允許有其他等效之具體實施例。
第1圖說明根據本發明某些具體實施例之示例氣體分佈系統的示意圖。
第2A-2C圖分別說明了根據本發明某些具體實施例、與第1圖之氣體分佈系統耦接之氣體傳送區域的部分示意圖。
第3圖說明了根據本發明某些具體實施例之用於使一氣體分為所需流量比例之流程圖。
第4圖說明了根據本發明某些具體實施例之用於使一氣體分為所需流量比例之流程圖。
第5圖說明了根據本發明某些具體實施例之用於使一氣體分為所需流量比例之流程圖。
第6圖說明了適合與本發明之具體實施例一起使用之控制器。
為助於理解，已盡可能使用相同的元件符號來表示圖式中相同的元件；這些圖式並未按比例繪製，且已經簡化以求清晰。應了解一個具體實施例的元件與特徵係可有利地合併於其他具體實施例中，無須進一步載明。
100．．．氣體分佈系統
102．．．氣體分佈平板
104．．．流量控制器
106．．．流量控制歧管
108．．．流量控制歧管
110．．．孔
112．．．控制閥
114．．．入口
116．．．出口
118．．．孔
120．．．控制閥
122．．．入口
124．．．出口
126．．．氣體傳送區域
128．．．氣體傳送區域
130．．．控制器
132．．．壓力計
136．．．壓力計
140．．．流量控制歧管
142．．．氣體傳送區域

Claims (20)

  1. 一種用於控制氣體分佈至多個氣體傳送區域的設備，該設備包含：一流量控制器，該流量控制器提供一所需之總氣體流量；一第一流量控制歧管，該第一流量控制歧管包含一第一入口、一第一出口、及複數個第一孔，該複數個第一孔選擇性耦接於該第一入口與該第一出口之間，其中該第一入口係耦接至該流量控制器；以及一第二流量控制歧管，該第二流量控制歧管包含一第二入口、一第二出口、及複數個第二孔，該複數個第二孔選擇性耦接於該第二入口與該第二出口之間，其中該第二入口係耦接至該流量控制器；其中在該第一出口與該第二出口之間的一所需流量比例是藉由選擇性使流體流經該複數個第一孔中的一或更多第一孔以及該複數個第二孔中的一或更多第二孔而提供，且其中在該流量控制器與該第一和該第二流量控制歧管之各別入口之間的一導管之傳導係足以在一氣體流經該設備時提供一氣阻流動條件，其中該第一出口係耦接至一第一區域以及該第二出口係耦接至一第二區域。
  2. 如請求項1之設備，其中該第一區域是一第一處理腔室的一第一氣體傳送區域，且該第二區域是該第一處 理腔室的一第二氣體傳送區域。
  3. 如請求項2之設備，其中該第一出口係進一步耦接至一第二處理腔室的一第一氣體傳送區域，且該第二出口係進一步耦接至該第二處理腔室的一第二氣體傳送區域。
  4. 如請求項1之設備，其中該第一區域是一第一處理腔室之一氣體傳送區域，而該第二區域是一第二處理腔室之一氣體傳送區域。
  5. 如請求項1至4中任一項之設備，其中該第一與該第二流量控制歧管提供一壓力降，該壓力降足以於該第一與該第二流量控制歧管上游維持一限制壓力。
  6. 如請求項5之設備，其中於該第一與該第二流量控制歧管上游的該限制壓力係下列至少一者：低於約155托耳(Torr)；夠低而足以避免低蒸汽壓力氣體凝結；或受控制以使系統的回應時間最佳化。
  7. 一種用於控制氣體分佈至多個氣體傳送區域的方法，該方法包含以下步驟：選擇一所需氣體在一第一氣體傳送區域與一第二氣體傳送區域之間的一所需流量比例；從選擇性耦接至該第一氣體傳送區域的複數個第一孔中決定一第一選擇集合，並從選擇性耦接至該第二氣體傳送區域的複數個第二孔中決定一第二選擇集合，該第一選擇集合及該第二選擇集合可提供該所 需流量比例；以及使該所需氣體經由該第一與該第二選擇集合之孔流動至該第一與該第二氣體傳送區域。
  8. 如請求項7之方法，其中決定該第一選擇集合與決定該第二選擇集合之步驟進一步包含以下步驟：決定與該所需氣體之一所需總流率相對應的一總氮當量氣體流量；以及根據通過最小選擇孔之最小氮當量氣體流量決定可能的孔組合。
  9. 如請求項7之方法，其中決定該第一選擇集合與該第二選擇集合之步驟進一步包含下列任一步驟：自該複數個第一孔中決定出一第一小孔，自該複數個第二孔中選擇出一對應第一大孔，並決定該第一大孔之一可用性；或自該複數個第一孔中決定出一第一大孔，自該複數個第二孔中選擇出一對應第一小孔，並決定該第一小孔之一可用性。
  10. 如請求項9之方法，其中自該複數個第一孔中決定出該第一小孔之步驟係根據通過一孔的預定容許最大和最小氮當量氣體流量而行，該孔與該第一小孔具有相同大小，且其中決定該第一大孔之該可用性之步驟係根據通過一孔的預定容許最大和最小氮當量氣體流量而行，該孔與該第一大孔具有相同大小；或其中自該複數個第一孔中決定出該第一大孔之步驟係根 據通過一孔的預定容許最大和最小氮當量氣體流量而行，該孔與該第一大孔具有相同大小，且其中決定該第一小孔之該可用性之步驟係根據通過一孔的預定容許最大和最小氮當量氣體流量而行，該孔與該第一小孔具有相同大小。
  11. 如請求項10之方法，其中通過各孔之該容許最大與最小氮當量氣體流量係預定以提供一上游壓力，該上游壓力大於或等於一下游壓力的兩倍，其中該上游壓力係測量於提供該所需氣體之一流量控制器與該等第一與第二孔之間，且其中該下游壓力係測量於該等第一與第二孔與該第一與該第二氣體傳送區域之間。
  12. 如請求項9之方法，其中在決定該第一大孔的一可用性時，進一步包含以下步驟：選擇一第二小孔，其中該第二小孔小於該第一小孔；選擇一對應第二大孔以提供該所需流量比例；以及決定該第二大孔之一可用性。
  13. 如請求項12之方法，其中在決定該第二大孔之一可用性時，進一步包含以下步驟：對連續的小孔與對應的大孔重複如請求項12之限制，直到該小孔與該大孔都可使用、或是沒有小孔與對應大孔被決定為可使用為止；以及視情況而定，在決定沒有小孔與對應大孔為可使 用時，指示無法提供該所需總流率與該所需流率。
  14. 如請求項7之方法，進一步包含以下步驟：對應於該第一與該第二選擇集合之孔而開啟控制閥，以提供通過該等選擇孔之所需流率比例。
  15. 如請求項7之方法，其中該第一氣體傳送區域係在一第一處理腔室內之一第一區域，且其中該第二氣體傳送區域係在該第一處理腔室內之一第二區域。
  16. 如請求項15之方法，進一步包含以下步驟：選擇在一第三氣體傳送區域以及該第一氣體傳送區域與該第二氣體傳送區域中任一者或兩者之間的該所需氣體之一所需流率比例，該第三氣體傳送區域係對應於該第一處理腔室內之一第三區域；自選擇性耦接至該第三氣體傳送區域的複數個第三孔中決定一第三選擇集合，該第三選擇集合可提供該所需流量比例；以及使該所需氣體以通過該第三選擇集合之孔的該所需流量比例流至該第三氣體傳送區域。
  17. 如請求項15之方法，其中該第一與該第二區域係對應於一噴淋頭的一內區域與一外區域，該噴淋頭設置在該第一處理腔室內。
  18. 如請求項7之方法，其中該第一氣體傳送區域係在一第一處理腔室內之一第一區域，且其中該第二氣體傳送區域係在一第二處理腔室內之一第一區域。
  19. 如請求項18之方法，其中該第一氣體傳送區域進一 步包含在該第二處理腔室中之一第二區域，且其中該第二氣體傳送區域進一步包含在該第一處理腔室中之一第二區域。
  20. 如請求項18之方法，進一步包含以下步驟：選擇一第三氣體傳送區域以及該第一氣體傳送區域與該第二氣體傳送區域中任一或兩者之間的該所需氣體之一所需流量比例，該第三氣體傳送區域係對應於一第三處理腔室中之一第一區域；自選擇性耦接至該第三氣體傳送區域的複數個第三孔中決定一第三選擇集合，該第三選擇集合可提供該所需流量比例；以及使該所需氣體以通過該第三選擇集合之孔之該所需流量比例流至該第三氣體傳送區域。
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