TWI647332B - 氣流處理控制系統及使用晶體微天平之方法 - Google Patents

氣流處理控制系統及使用晶體微天平之方法 Download PDF

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羅伯特Ｂ 費拉
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Abstract

所揭示為將晶體微天平(CM)(例如：石英晶體微天平(QCM))併入(多條)氣流線之處理控制系統及方法，此(等)氣流線進入及/或離開處理室。CM在氣體於內含於其中之石英晶體感測器上方流動時測量此晶體感測器之共振，並且可藉此用於即時準確監測氣體之質量流率。質量流率可指出已出現氣體污染，並且控制器可作出回應停止氣體流動。另外，質量流率可指出處理室內將不會達到所欲結果，並且可作出回應進行進階處理控制(APC)(例如：控制器可調整氣流)。併入進入及/或離開處理室之氣流線的(多個)CM可用最小成本對於程序監測提供精密測量。

Description

氣流處理控制系統及使用晶體微天平之方法
本發明係關於處理控制系統及方法，並且尤其是關於氣流處理控制系統及方法。
在積體電路(IC)製造及其它產業中，處理室內需要使用一或多種氣體之程序典型為對包括組成及/或濃度等氣體屬性之變異非常敏感。舉例而言，原子層沉積(ALD)及原子層蝕刻(ALE)程序使用處理室，以分別將材料之原子層沉積到半導體晶圓上以及將材料之原子層從半導體晶圓蝕刻掉。在處理過程中(即ALD或ALE期間)，第一氣體及第二氣體(亦稱為先驅物)依序以脈衝形式進入處理室，並且於各該脈衝彼此間從該處理室被排淨。藉由在不同脈衝期間使處理室內半導體晶圓的表面反復曝露至兩種氣體然後進行排淨，容許出現離散的自限制反應，藉此導致材料之原子層沉積(或若適用的話，蝕刻)。這些氣體之組成及/或濃度的變異會導致晶圓間變異，進而會導致錯誤。若要避免此類晶圓間變異，可進行進階處理控制(APC)(例如：比例積分微分(PID)回授控制)技術。然而， 目前的APC技術可能精密度不足及/或可能不具有成本效益。
鑑於前述，本文中所揭示為將晶體微天平(CM)(例如：石英晶體微天平(QCM))併入一或多條氣流線之處理控制系統及方法，此一或多條氣流線進入及/或離開處理室。舉一實施例來說，在原子層沉積(ALD)室或原子層蝕刻(ALE)室的情況下，可將CM併入進入此腔室之氣流線、及離開此腔室之氣流線的各者。此一CM可在氣體於內含於其中之晶體感測器上方流動時測量此晶體感測器(例如：石英晶體感測器)之共振，並且可藉此用於即時準確監測氣體之質量流率。實際質量流率可指出處理室內將不會達到所欲結果，並且可作出回應進行進階處理控制(APC)(例如：控制器可調整氣流以便達到所欲結果)。另外，質量流率可指出已出現氣體污染或其它系統故障，並且控制器可作出回應停止氣體流動。併入進入及/或離開處理室之氣流線的此(等)CM可用最小成本對於程序監測提供精密測量。
更特別的是，本文中所揭示為處理控制系統之具體實施例。該系統可包括用於進行處理之處理室。該處理室可具有至少一個進氣口。該系統可復包括氣體源；將該氣體源連接至該處理室之該進氣口的管件(即氣流線)；以及整合到該管件內處於該進氣口前之晶體微天平(CM)(例如：石英晶體微天平(QCM))。氣體可從該氣體源 經由該CM穿過該管件流至該處理室之該進氣口，並且該CM可測定所流經(即在該氣體進入該處理室之前)之該氣體的實際質量流率。該系統可復包括控制該氣體自該氣體源流入該管件之閥件、以及與該CM連通之控制器，該控制器可操作性連接至該閥件，並且可基於該實際質量流率調整該閥件。
一個例示性系統可用於原子層沉積(ALD)或原子層蝕刻(ALE)。本系統可包括用於處理半導體晶圓之處理室，並且具體而言，用於在該半導體晶圓上沉積材料之原子層的ALD室、或將材料之原子層從該晶圓蝕刻掉的ALE室。在任一例中，該處理室可具有至少第一進氣口、第二進氣口以及排氣口。
本系統可復包括第一氣體之第一氣體源；將該第一氣體源連接至該第一進氣口之第一管件(即第一氣流線)；以及整合到該第一管件內之第一CM。第一閥件可控制該第一氣體從該第一氣體源流入該第一管件。具體而言，在第一脈衝期間，該第一氣體可從該第一氣體源經由該第一CM穿過該第一閥件與該第一管件流入該處理室之該第一進氣口，並且該第一CM可測定所流經(即在該第一氣體進入該處理室之前)之該第一氣體的第一實際質量流率。
本系統可復包括第二氣體之第二氣體源；將該第二氣體源連接至該第二進氣口之第二管件(即第二氣流線)；以及整合到該第二管件內之第二CM。第二閥件 可控制該第二氣體從該第二氣體源流入該第二管件。具體而言，在該第一脈衝後的第二脈衝期間，該第二氣體可經由該第二CM自該第二氣體源穿過該第二閥件與該第二管件流入該處理室之該第二進氣口，並且該第二CM可測量所流經(即在該第二氣體進入該處理室之前)之該第二氣體的第二實際質量流率。
本系統可復包括位於該處理室之該排氣口處的排淨閥、以及自該排氣口延伸至例如通風或氣體收集系統之第三管件(即第三氣流線)。在上述各脈衝之後，所有氣體均可穿過該排淨閥排出該處理室之排氣口並且進入到該第三管件。
本系統可復包括控制器，其與該第一CM及該第二CM連通、可操作性連接至該第一閥件及該第二閥件、以及可基於該第一實際質量流率調整該第一閥件並基於該第二實際質量流率調整該第二閥件。任選的是，本系統可復包括整合到該第三管件內之第三CM。該第三CM若存在，則可測定該已排淨氣體之第三實際質量流率。在這種情況下，該控制器可與該第三CM連通，並且亦可基於該第三實際質量流率調整該第一閥件及/或該第二閥件。
亦揭示的是處理控制方法的具體實施例。該方法可包括使用處理室進行程序，其中，該程序之該進行包括令氣體穿過管件流入該處理室之進氣口(即氣流線)。本方法可復包括使用整合到該管件內之晶體微天平(CM)(例如：石英晶體微天平(QCM))以在該氣體進入該 處理室之前，先測定該氣體之實際質量流率。該方法可復包括基於該實際質量流率，藉由控制器調整閥件，該閥件控制該氣體自該氣體源流入該管件。
一個例示性方法可用於原子層沉積(ALD)或原子層蝕刻(ALE)。本方法可包括使用處理室(例如：ALD室或ALE室)進行程序(例如：ALD程序，其中在半導體晶圓上沉積材料之原子層，或ALE程序，其中將材料之原子層從半導體晶圓蝕刻掉)。具體而言，此程序(即該ALD或ALE程序)可使用處理室來進行。該程序之該進行可包括：在第一脈衝期間，令第一氣體自第一氣體源穿過第一閥件與第一管件(即第一氣流線)進入該處理室之第一進氣口，以及在第一氣體進入該處理室之前，使用第一CM測定該第一氣體之第一實際質量流率，該第一CM乃整合到該第一管件內。該程序之該進行可復包括：在該第一脈衝後之第二脈衝期間，令第二氣體自第二氣體源穿過第二閥件與第二管件(即第二氣流線)進入該處理室之第二進氣口，以及在第二氣體進入該處理室之前，使用第二CM測定該第二氣體之第二實際質量流率，該第二CM乃整合到該第二管件內。該程序之該進行可復包括：在上述各脈衝之後，將所有氣體穿過排淨閥排出該處理室之排氣口並且進入第三管件(即第三氣流線)。
本方法可復包括：藉由控制器，基於該第一實際質量流率調整該第一閥件及/或基於該第二實際質量流率調整該第二閥件，其中，該第一閥件控制該第一氣 體自該第一氣體源流入該第一管件，而該第二閥件控制該第二氣體自該第二氣體源流入該第二管件。
任選的是，該方法亦可包括在該已排淨氣體存在於該處理室時，使用第三CM測定其第三質量流率，該第三CM乃整合到該第三管件內。在這種情況下，該第一閥件及/或該第二閥件亦可基於該第三實際質量流率藉由該控制器進行調整。
10‧‧‧中央處理單元
11‧‧‧碟片單元
12‧‧‧中央處理單元
13‧‧‧磁帶機
14‧‧‧隨機存取記憶體
15‧‧‧鍵盤
16‧‧‧唯讀記憶體
17‧‧‧滑鼠
18‧‧‧I/O配接器
19‧‧‧使用者介面配接器
20‧‧‧通訊配接器
21‧‧‧顯示配接器
22‧‧‧麥克風
23‧‧‧顯示裝置
24‧‧‧揚聲器
25‧‧‧資料處理網路
100‧‧‧處理控制系統
110‧‧‧管件
111‧‧‧第一部分
112‧‧‧第二部分
113‧‧‧晶體微天平
114‧‧‧氣體
115‧‧‧氣體源
116‧‧‧閥件
160‧‧‧控制器
161‧‧‧記憶體
162‧‧‧處理器
190‧‧‧處理室
191‧‧‧進氣口
193‧‧‧排氣口
200‧‧‧處理控制系統
210‧‧‧第一管件
211‧‧‧第一部分
212‧‧‧第二部分
213‧‧‧第一CM
214‧‧‧第一氣體
215‧‧‧第一氣體源
216‧‧‧前閥件
220‧‧‧第二管件
221‧‧‧第一部分
222‧‧‧第二部分
223‧‧‧第二CM
224‧‧‧第二氣體
225‧‧‧第二氣體源
226‧‧‧第二閥件
230‧‧‧第三管件
233‧‧‧第三CM
234‧‧‧已排淨氣體
235‧‧‧氣體收集系統
236‧‧‧排淨閥
237‧‧‧殘留氣體分析儀
260‧‧‧已排淨氣體
261‧‧‧記憶體
262‧‧‧處理器
280‧‧‧半導體晶圓
290‧‧‧處理室
291‧‧‧第一進氣口
292‧‧‧第二進氣口
293‧‧‧排氣口
295‧‧‧卡盤
310‧‧‧整合型晶體感測器
311‧‧‧背面電極
312‧‧‧正面電極
315‧‧‧感測表面
319‧‧‧晶體
320‧‧‧振盪電路
321‧‧‧第一反相器
322‧‧‧第二反相器
330‧‧‧頻率計數器
340‧‧‧處理器
602~608、702~728‧‧‧步驟
本發明將會參照圖式經由以下詳細說明而更加讓人了解，此等圖式不必然按照比例繪製，其中：第1圖為繪示處理控制系統之一具體實施例的示意圖，該處理控制系統將晶體微天平併入進入處理室之氣流線；第2圖為繪示處理控制系統之一具體實施例的示意圖，該處理控制系統將晶體微天平併入進入與離開處理室之氣流線；第3圖為繪示例示性晶體微天平之示意圖，可將該晶體微天平併入第1與2圖之系統；第4圖為繪示例示性振盪電路之示意圖，可將該振盪電路併入第3圖之晶體微天平；第5A至5B圖分別為例示性晶體感測器之正面與背面，可將該晶體感測器併入第3圖之晶體微天平；第6圖為繪示處理控制方法之一具體實施例的流程圖； 第7圖為繪示處理控制方法之另一具體實施例的流程圖；以及第8圖為繪示例示性電腦系統的示意圖，該電腦系統乃用於實施所揭示具體實施例的態樣。
如上所述，在積體電路(IC)製造及其它產業中，處理室內需要使用一或多種氣體之程序典型為對包括組成及/或濃度等氣體屬性之變異非常敏感。舉例而言，原子層沉積(ALD)及原子層蝕刻(ALE)程序使用處理室，分別將材料之原子層沉積到半導體晶圓上以及將材料之原子層從半導體晶圓蝕刻掉。在處理過程中(即ALD或ALE期間)，第一氣體及第二氣體(亦稱為先驅物)依序以脈衝形式進入處理室，並且於各該脈衝彼此間從該處理室被排淨。藉由在不同脈衝期間使處理室內半導體晶圓的表面反復曝露至兩種氣體然後進行排淨，容許出現離散的自限制反應，藉此導致材料之原子層沉積(或若適用的話，蝕刻)。所屬技術領域中具有通常知識者將認識的是，「原子層」係指非常薄的膜片，其中該膜片之厚度乃是依照原子級來界定。在ALD期間，處理室內第一氣體或第二氣體中(多種)材料濃度及/或組成之變異會導致沉積層厚度及/或組成之晶圓間變異。在ALE期間，處理室內第一氣體或第二氣體中(多種)材料組成及/或濃度之變異會導致蝕刻深度之晶圓間變異。若要避免此類可能導致錯誤的晶圓間變異，可進行進階處理控制(APC)(例如：比例積分微分(PID)回授 控制)技術。舉例而言，在ALD及ALE期間，可(例如：使用容積流率感測器)獲得輸入到處理室內之氣體之容積流率的測量結果，及/或可(使用殘留氣體分析儀(RGA))獲得從處理室排淨出去之氣體之組成的測量結果。基於此類測量結果，可對後續處理期間所用的處理規格(例如閥調定)進行調整以便達到所欲結果。然而，此類容積流率感測器的精確度可能太低，而且RGA可能太耗成本。近來，已開發出使用石英晶體微天平(QCM)夾具之APC技術，可在ALD室內使用。具體而言，QCM夾具可置放於ALD室內，並且在ALD期間，可在此等夾具上沉積材料。由QCM夾具得出的測量結果可指出沉積層的厚度及/或組成。然而，這種技術會產生不希望的浪費(例如：若沉積層太厚或不含有所欲材料組成，從而導致晶圓報廢)。
鑑於前述，本文中所揭示為將晶體微天平(CM)(例如：石英晶體微天平(QCM))併入一或多條氣流線之處理控制系統及方法，此一或多條氣流線進入及/或離開處理室。舉一實施例來說，在原子層沉積(ALD)室或原子層蝕刻(ALE)室的情況下，可將CM併入進入此腔室之氣流線、及離開此腔室之氣流線的各者。此一CM可在氣體於內含於其中之晶體感測器上方流動時測量此晶體感測器(例如：石英晶體感測器)之共振，並且可藉此用於即時準確監測氣體之質量流率。實際質量流率可指出處理室內將不會達到所欲結果，並且可作出回應進行進階處理控制(APC)(例如：控制器可調整氣流以便達到所欲結果)。另 外，質量流率可指出已出現氣體污染或其它系統故障，並且控制器可作出回應停止氣體流動。併入進入及/或離開處理室之氣流線的此(等)CM可用最小成本對於程序監測提供精密測量。
更具體地說，請參閱第1圖，本文中所揭示的是處理控制系統100之具體實施例。該系統100可包括處理室190。此處理室190可以是將氣體用於進行程序的任何處理室。此類處理室可包括但不限於用於在工件(例如：半導體晶圓或其它工件)上沉積材料之化學氣相沉積室、用於將材料從工件(例如：半導體晶圓或其它工件)蝕刻掉之化學氣相蝕刻室、用於清理工件(例如：半導體晶圓或其它工件)之表面的腔室等。處理室190可具有至少一個用於接收氣體114之進氣口191(即容許氣體通過進入該腔室之開口)、以及至少一個用於釋放該氣體之排氣口193(即容許氣體離開此腔室之開口)。
系統100可復包括用於提供氣體114之氣體源115、以及將氣體源115連接至處理室190之進氣口191的管件110(即氣流線)。系統100可復包括控制氣體114從氣體源115流入管件110之閥件116、以及整合到管件110內處於處理室190之進氣口191前之晶體微天平(CM)113(例如：石英晶體微天平(QCM)或其它適當的晶體型微天平)。舉例而言，管件110可具有將氣體源115連接至CM 113之第一部分111、以及將CM 113連接至進氣口191之第二部分112。氣體114可經由CM 113從氣體源115穿 過閥件116與管件110流入處理室之進氣口。舉例而言，氣體114可藉由閥件116從氣體源115釋放到管110之第一部分內，通過CM 113進入管件110之第二部分，然後通過進氣口191進入處理室190。就本揭露之目的而言，CM係指組配有晶體感測器(例如：石英晶體感測器)用於測量質量變異的儀器。在這種情況下，CM 113可測定(亦即，可適於測定、可組配成用來測定等)氣體114流經管件110(亦即在氣體114進入處理室190之前)的實際質量流率。就本揭露之目的而言，「質量流率」係指氣體在已知壓力與已知溫度的條件下，每單位時間流經給定點的質量。「實際質量流率」係指如藉由CM所測定氣體在給定時間期內(例如：程序進行期間，允許氣體從氣體源流動至處理室進氣口之給定脈衝期內)流經此CM的目前質量流率。所屬技術領域中具有通常知識者將認識的是質量流率可與容積流率區別開來，此容積流率係指氣體每單位時間流經給定點之體積。下面有詳述且第3圖中有說明可併入第1圖之系統100的例示性CM。
藉由CM 113所測定的實際質量流率可指出氣體114中(多種)材料(即(多種)元素或(多種)化合物)的組成及濃度將會達到處理室190內所論程序的目標，並且從而指出將會達到處理室190中的所欲結果。或者，此實際質量流率可指出氣體114中(多種)材料(即(多種)元素或(多種)化合物)之組成及/或濃度將會偏離處理室190內所論程序的目標，並且從而指出將不會達 到處理室190內的所欲結果，而且，有可能已出現系統故障(例如：氣體污染或氣體洩漏)。發現氣體114中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離處理室190內之目標時，可觸發系統100內之校正動作。
具體而言，系統100可復包括控制器160，該控制器160與CM 113連通、可操作性連接至閥件116、以及可基於如CM 113所測定的該實際質量流率調整閥件116。為達此目的，控制器160可包括記憶體161，其針對所論程序儲存氣體114之先前測定的目標質量流率。
就本揭露之目的而言，「目標質量流率」係指用於達到處理室內氣體所欲組成和濃度的最佳質量流率，並且藉此係指此程序產生之所欲結果。此一目標質量流率舉例而言，可使用特定處理室針對特定程序之特定程序步驟來經驗性測定。
控制器160可復包括處理器162，此處理器可存取記憶體161，並且可將如CM 113所測定之氣體114的實際質量流率與目標質量流率作比較。若氣體114之實際質量流率等於目標質量流率，則控制器160可維持對於閥件116的調定。然而，若氣體114之實際質量流率與目標質量流率不同，則控制器160可視需要調整閥件116上的調定，以便符合目標質量流率，並且藉此達到處理室中的所欲結果。閥調定之調整舉例而言，可包括調整脈衝期(氣體114在此脈衝期內，乃穿過閥件116遭到釋放)及/或調整閥件116的口孔尺寸(若口孔是可變的)。具體而 言，當氣體114之實際質量流率低於目標質量流率時，可增加用於打開閥件116之脈衝期及/或增大閥件116之口孔的尺寸；而當氣體114之實際質量流率高於目標質量流率時，可縮減用於打開閥件116之脈衝期及/或減小閥件116之口孔的尺寸。
再者，若氣體114之實際質量流率與目標質量流率不同，則控制器160亦可測定實際質量流率與目標質量流率之間的差異，並且可將此差異與記憶體161中儲存的臨限差作比較。當所測定的差異超出此臨限差時，系統故障可能遭到指出。此系統故障可以是氣體污染(例如：當實際質量流率比目標質量流率高至少臨限差時)或氣體洩漏(例如：當實際質量流率比目標質量流率低至少此臨限差時)。當此一系統故障遭到指出時，控制器160可令閥件116關閉，藉此停止所有處理。
請參閱第2圖，一個例示性處理控制系統200可具體地用於原子層沉積(ALD)或原子層蝕刻(ALE)。此系統200可包括用於處理半導體晶圓之處理室290。處理室290可以是用於在半導體晶圓上沉積材料之原子層的ALD室。或者，處理室290可以是用於將材料之原子層從晶圓蝕刻掉之ALE室。在任一例中，處理室290可包括罩體、以及位在罩體內之卡盤295，用於支撐半導體晶圓280並且容許半導體晶圓280在ALD或ALE程序期間曝露於選擇氣體。處理室290可復具有可供選擇氣體穿過而進入處理室290之多個進氣口(例如：至少第一進氣口291及 第二進氣口292)、以及可供氣體穿過而離開處理室290(亦即，可遭到排淨而離開處理室290)之至少一個排氣口293。
系統200可復包括第一氣體214(例如：活性氣體)之第一氣體源215；將第一氣體源215連接至第一進氣口291之第一管件210(即第一氣流線)；以及整合到該第一管件210內之第一CM 213。舉例而言，第一管件210可具有將第一氣體源215連接至第一CM 213之第一部分211、以及將第一CM 213連接至第一進氣口291之第二部分212。第一閥件216可控制第一氣體214從第一氣體源215流入第一管件210。
系統200可復包括第二氣體224(例如：載送氣體)之第二氣體源225；將該第二氣體源225連接至第二進氣口292之第二管件220(即第二氣流線)；以及整合到第二管件220內之第二CM 223。舉例而言，第二管件220可具有將第二氣體源225連接至第二CM 223之第一部分221、以及將第二CM 223連接至第二進氣口292之第二部分222。第二閥件226可控制第二氣體224從第二氣體源225流入第二管件220。
系統200可復包括位於排氣口293處的排淨閥236、以及自排氣口293延伸(例如：至通風或氣體收集系統235)之第三管件230(即第三氣流線)。排淨閥236可控制已排淨氣體234從處理室290流入第三管件230(亦即，可控制氣體排淨離開處理室290)。任選的是，系統200可復包括整合進到或按另一種方式連接至第三管件230之 第三CM 233及/或殘留氣體分析儀237，使得離開處理室290之已排淨氣體236通過第三CM 233及/或通過進入殘留氣體分析儀237。
系統200可復包括控制器260。控制器260可操作性連接至第一閥件216(其控制第一氣體214從第一氣體源215流入第一管件210)、第二閥件226(其控制第二氣體224從第二氣體源225流入第二管件220)、以及排淨閥236(其控制已排淨氣體234從處理室290流入第三管件230)。控制器260亦可與第一CM 213、第二CM 223連通、以及第三CM 233及殘留氣體分析儀237(若存在的話)連通。
如上所述，CM係指組配有晶體感測器(例如：石英晶體感測器)用於測量質量變異的儀器。第2圖之系統200中的各該CM 213、223及233可以是石英晶體微天平(QCM)或一些其它適當的晶體型微天平，此等微天平各組配有用於測量質量變異之晶體感測器(例如：石英晶體感測器)，而且在這種情況下，此晶體感測器還測量氣體流經管件之質量流率。下面有詳述且第3圖中有說明可併入第2圖之系統200的例示性CM(舉例如：第一CM 213、第二CM 223及第三CM 233)。
在處理期間(亦即，在ALD或ALE期間)，控制器260可令第一氣體214及第二氣體224(亦稱為先驅物)之交替脈衝進入處理室290，並且在各該脈衝之間將那些氣體排出處理室。藉由在不同氣相脈衝期間使半導 體晶圓280的表面反復曝露至兩種氣體然後進行排淨，容許出現離散的自限制反應，藉此導致材料之原子層沉積(或若適用的話，蝕刻)。
更具體地說，在第一脈衝期間，控制器260可令第一閥件216打開一預定時間期，藉此容許第一氣體214從第一氣體源215流經第一管件210並且在第一進氣口291處流入處理室290，使得半導體晶圓280之表面曝露至第一氣體214。應注意的是，若第一閥件216具有可變的第一口孔，則控制器260亦可控制此第一口孔之尺寸。另外，應理解的是，可預定與第一脈衝相關聯之時間期、以及(若適用的話)此第一口孔之尺寸，以使得第一氣體(半導體晶圓之表面曝露至該第一氣體)具有(多種)材料(即(多種)元素或(多種)化合物)之給定組成與濃度，以便在處理期間達到所欲結果。緊接第一脈衝之後，控制器260可令排淨閥236打開，藉此將所有殘留氣體(即已排淨氣體234)從處理室290排出排氣口293，然後穿過第三管件230排至通風或氣體收集系統235。
在第一脈衝後的第二脈衝期間，控制器260可令第二閥件226打開一預定時間期，藉此容許第二氣體224從第二氣體源225流經第二管件220並且在第二進氣口292處流入處理室290。應注意的是，若第二閥件226具有可變的第二口孔，則控制器260亦可控制此第二口孔之尺寸。另外，應理解的是，可預定與第二脈衝相關聯之時間期、以及(若適用的話)此第二口孔之尺寸，以使得 第二氣體(半導體晶圓之表面曝露至該第二氣體)具有(多種)材料(即(多種)元素或(多種)化合物)之特定組成與濃度，以便在處理期間達到所欲結果。緊接第二脈衝之後，控制器260可令排淨閥236打開，藉此將所有氣體(即已排淨氣體234)從處理室290排出排氣口293，然後穿過第三管件230排至通風或氣體收集系統235。控制器260可令上述脈衝與排淨步驟反復進行，直到材料之原子層出現沉積(或若適用的話，蝕刻)為止。
應理解的是，此所欲結果將會隨著進行中的程序是否為ALD程序或ALE程序而變。對於ALD程序，此所欲結果可以是組成與厚度已給定的原子層。對於ALE程序，此所欲結果可以是深度已給定之蝕刻特徵。再者，如上所述，ALD與ALE處理之結果可能對第一與第二脈衝中所用氣體的組成及/或濃度敏感。因此，在本文所揭示的系統200中，遭併入氣流線之CM 213、223及233(若適用的話)容許即時監測與在線校正。
舉例而言，當第一氣體214流經第一管件210時，第一氣體214通過第一CM 213，而且第一CM 213可測定(亦即，可適於測定、可組配成用來測定等)第一氣體流經時(亦即在第一氣體214進入處理室290之前)的第一實際質量流率。此「第一實際質量流率」係指當第一氣體214在第一脈衝期間流經第一CM 213時，如第一CM 213對於第一氣體214所測定之目前質量流率。此第一實際質量流率可指出第一氣體214中(多種)材料之組成 與濃度將會達到處理室290內的目標。或者，此第一實際質量流率可指出第一氣體214中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離處理室290內的目標，並且從而指出將不會達到處理室290內的所欲結果，而且，有可能已出現系統故障(例如：第一氣體之污染或第一氣體之洩漏)。類似的是，第二氣體224在流經第二管件220時，通過第二CM 223，而且第二CM 223可測定(亦即，可適於測定、可組配成用來測定等)第二氣體流經時(亦即在第二氣體224進入處理室290之前)的第二實際質量流率。此「第二實際質量流率」係指當第二氣體224在第二脈衝期間流經第二CM 223時，如第二CM 213對於第二氣體224所測定之目前質量流率。此第二實際質量流率可指出第二氣體224中(多種)材料之組成與濃度將會達到處理室290內的目標。或者，此第二實際質量流率可指出第二氣體224中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離處理室290內的目標，並且從而指出將不會達到處理室290內的所欲結果，而且，有可能已出現系統故障(例如：第二氣體之污染或第二氣體之洩漏)。
當發現第一氣體214中及/或第二氣體224中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離處理室290內之目標時，可觸發系統200內之校正動作。
具體而言，控制器260可包括記憶體261，此記憶體針對所論程序，儲存先前對於第一氣體214測定之第一目標質量流率、以及先前對於第二氣體224測定之 第二目標質量流率。控制器260可復包括可存取記憶體261並且可進行進階處理控制(APC)之處理器262，如下所述。
在第一脈衝期間，處理器262可將如第一CM 213所測定之第一氣體214的第一實際質量流率與第一目標質量流率作比較。若第一氣體214之第一實際質量流率等於第一目標質量流率，則控制器260可維持對於第一閥件216的調定。然而，若第一氣體214之第一實際質量流率與第一目標質量流率不同，控制器260可視需要調整第一閥件216上的調定，以便符合第一目標質量流率，並且藉此達到處理室中的所欲結果。調整第一閥件216之調定舉例而言，可包括調整第一脈衝期、及/或第一閥件216的口孔尺寸(若此口孔可變)。具體而言，當第一氣體214之第一實際質量流率低於第一目標質量流率時，可增加第一脈衝期及/或增大第一閥件216之口孔的尺寸；而當第一氣體214之第一實際質量流率高於第一目標質量流率時，可縮減第一脈衝期及/或減小第一閥件216之口孔的尺寸。再者，若第一氣體214之第一實際質量流率與第一目標質量流率不同，則控制器260亦可測定第一實際質量流率與第一目標質量流率之間的差異，並且可將此差異與記憶體261中儲存的第一臨限差作比較。當所測定的差異超出此第一臨限差時，系統故障可能遭到指出。此系統故障可以是第一氣體遭到污染(例如：當第一實際質量流率比第一目標質量流率高至少第一臨限差時)或第一氣體出現洩漏(例如：當第一實際質量流率比第一目標質量流率低至少 此第一臨限差時)。當此一系統故障遭到指出時，控制器260可令第一閥件216關閉，藉此停止所有處理。
類似的是，在第二脈衝期間，處理器262可將如第二CM 223所測定之第二氣體224的第二實際質量流率與第二目標質量流率作比較。若第二氣體224之第二實際質量流率等於第二目標質量流率，則控制器260可維持對於第二閥件226的調定。然而，若第二氣體224之第二實際質量流率與第二目標質量流率不同，控制器260可視需要調整第二閥件226上的調定，以便符合第二目標質量流率，並且藉此達到處理室中的所欲結果。調整第二閥件226之調定舉例而言，可包括調整第二脈衝期、及/或第二閥件226的口孔尺寸(若此口孔可變)。具體而言，當第二氣體224之第二實際質量流率低於第二目標質量流率時，可增加第二脈衝期及/或增大第二閥件226之口孔的尺寸；而當第二氣體224之第二實際質量流率高於第二目標質量流率時，可縮減第二脈衝期及/或減小第二閥件226之口孔的尺寸。再者，若第二氣體224之第二實際質量流率與第二目標質量流率不同，則控制器260亦可測定第二實際質量流率與第二目標質量流率之間的差異，並且可將此差異與記憶體261中儲存的第二臨限差作比較。當所測定的差異超出此第二臨限差時，系統故障可能遭到指出。此系統故障可以是第二氣體遭到污染(例如：當第二實際質量流率比第二目標質量流率高至少第二臨限差時)或第二氣體在本系統某處出現洩漏(例如：當第二實際質量流 率比第二目標質量流率低至少此第二臨限差時)。當此一系統故障遭到指出時，控制器260可令第二閥件216關閉，藉此停止所有處理。
任選的是，記憶體261亦可對於所論程序，在第一與第二脈衝之後，儲存先前對於已排淨氣體234所測定之特定脈衝目標質量流率。應理解的是，已排淨氣體234之這些特定脈衝目標質量流率在各脈衝之後可因為各脈衝期間處理室290內發生不同的化學反應而改變。在排淨期間，處理器261可將如第三CM 233所測定之已排淨氣體234的第三實際質量流率與適於已排淨氣體234之特定脈衝目標質量流率作比較(視需要)。「第三實際質量流率」係指氣體在給定時間週期內流經第三CM 233時(例如：介於脈衝彼此間之排淨期內)，如藉由第三CM 233對於已排淨氣體所測定之目前質量流率。舉例而言，各脈衝後已排淨氣體234之第三實際質量流率若等於合適的目標質量流率，則控制器260可保持第一閥件216及第二閥件226之調定。然而，已排淨氣體234在第一脈衝後如藉由第三CM 233所測定之第三實際質量流率若與第一特定脈衝目標質量流率不同，則控制器260可調整第一閥件216上之調定。類似的是，已排淨氣體234在第二脈衝後如藉由第三CM 233所測定之第三實際質量流率若與第二特定脈衝目標質量流率不同，則控制器260可調整第二閥件226上之調定。如上所述，調整閥件216與226之調定舉例而言，可包括調整脈衝期及/或口孔尺寸，或令此等閥件在系 統故障(例如：氣體污染或洩漏)時關閉。
任選的是，記憶體261亦可對於所論程序，在第一與第二脈衝之後，儲存先前對於已排淨氣體234所測定之特定脈衝目標殘留氣體分布。就本揭露之目的而言，特定脈衝目標殘留氣體分布舉例而言，係指上述氣相脈衝其中一特定者後已排淨氣體組成及濃度之期望分布。此一特定脈衝目標殘留氣體分布舉例而言，可使用特定處理室針對特定程序之特定程序步驟來經驗性測定。視需要，在排淨期間，殘留氣體分析儀237可分析已排淨氣體234，而控制器260可將分析之結果(例如：指出包括(多種)材料之已排淨氣體之目前狀態及此(等)材料之濃度的實際殘留氣體分布)與合適的目標殘留氣體分布作比較，並且可採取校正動作(例如：調整或關閉第一及/或第二閥件216、226)。殘留氣體分析儀在所屬技術領域中屬於眾所周知，本說明書因而省略此類分析儀的詳細內容，以便容許讀者聚焦於所揭示系統的突出態樣。
下面有詳述且第3圖中有說明可如CM 113併入第1圖之系統100、或可如第一CM 213、第二CM 223及第三CM 233併入第2圖之系統200的例示性CM。此CM舉例而言，可包括具有整合型晶體感測器310之振盪電路320、頻率計數器330以及處理器340。第4圖為繪示例示性振盪電路320的示意圖，可將此振盪電路併入第3圖之CM，而第5A至5B圖分別為例示性晶體感測器310之正面與背面，可將此晶體感測器併入第4圖之振盪電路320。 請同時參閱第3、4及5A至5B圖，晶體感測器310在QCM的情況下，可以是石英晶體感測器，或者可以是具有惰性晶體材料之一些其它適當的晶體型感測器，此惰性晶體材料乃經選擇以達到最佳共振性質。在任一例中，晶體感測器310可包括平坦、實質圓形的晶體319，此晶體具有背面及與該背面對立之正面。晶體319之背面可包括背面電極311，而晶體319之正面可包括正面電極312。正面電極312舉例而言，可安置於晶體319之外緣周圍，將感測表面315合圍，此感測表面將會曝露至通過CM之流動氣體。振盪電路320可復包括一對串聯反相器(即第一反相器321及第二反相器322)，第一反相器321之輸入乃連接至晶體感測器310之正面電極312，而第一反相器321之輸出乃同時連接至晶體感測器310之背面電極311、及第二反相器322之輸入。頻率計數器330可監測第二反相器322之輸出處的頻移，此頻移乃是因晶體319對氣體質量變化作出回應產生之共振變化所導致，此氣體在已知壓力與溫度的條件下於感測表面315上方通過。基於此等頻移，與頻率計數器330連通之處理器340可測定氣體之質量流率。如上所述，「質量流率」係指氣體在已知壓力與溫度的條件下，每單位時間流經給定點(本例中為QCM)的質量。所屬技術領域中具有通常知識者將認識的是質量流率可與容積流率區別開來，此容積流率係指氣體每單位時間流經給定點之體積。
請參閱第6圖的流程圖，本文中還揭示處 理控制方法之具體實施例。本方法可包括提供處理控制系統，如上面詳述且在第1圖中說明之系統100(602)。
本方法可復包括使用氣體藉由處理室190進行程序(604)。此程序舉例而言，可以是用於在工件上沉積材料之化學氣相沉積程序、用於將材料從工件蝕刻掉之化學氣相蝕刻程序、用於清理工件之程序、或使用氣體之任何其它適當的程序。
於步驟604進行此程序具體而言可包括：令氣體114穿過閥件116與管件110(即氣流線)從氣體源115流入處理室190之進氣口191。
本方法可復包括：在步驟604期間，使用整合到管件110內之晶體微天平(CM)113(例如：石英晶體微天平(QCM)或其它適當的晶體型微天平)，於氣體進入處理室190之前，先測定氣體114之實際質量流率(606)。此實際質量流率可指出，對於所論之程序，氣體114中(多種)材料之組成與濃度將會達到處理室190內的目標。或者，此實際質量流率可指出氣體114中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離處理室190內的目標，並且從而指出將不會達到此處理室內的所欲結果，而且，有可能已出現系統故障(例如：氣體污染或氣體洩漏)。
因此，在本方法中，閥件116上用於控制氣體114從氣體源115流入管件110之調定可基於如藉由CM 113所測定氣體114之實際質量流率，藉由控制器160來保持或變更。具體而言，本方法可復包括：藉由系統110 之控制器160，將如藉由CM 113所測定之氣體114之實際質量流率與記憶體161中所儲存之目標質量流率作比較。若氣體114之實際質量流率等於目標質量流率，則閥件116之調定可藉由控制器160來保持。然而，若氣體114之實際質量流率與目標質量流率不同，可視需要調整閥件116上的調定，以便符合目標質量流率，並且藉此達到處理室中的所欲結果。於步驟608進行閥調定之調整舉例而言，可包括調整脈衝期(氣體114在此脈衝期內，乃穿過閥件116遭到釋放)及/或調整閥件116的口孔尺寸(若口孔是可變的)。具體而言，當氣體114之實際質量流率低於目標質量流率時，可增加用於打開閥件116之脈衝期及/或增大閥件116之口孔的尺寸；而當氣體114之實際質量流率高於目標質量流率時，可縮減用於打開閥件116之脈衝期及/或減小閥件116之口孔的尺寸。再者，若氣體114之實際質量流率與目標質量流率不同，則可藉由控制器160對亦儲存於記憶體161中的臨限差，測定並且比較實際質量流率與目標質量流率之間的差異。當所測定的差異超出此臨限差時，系統故障可能遭到指出。此系統故障可以是氣體污染(例如：當實際質量流率比目標質量流率高至少此臨限差時)或氣體洩漏(例如：當實際質量流率比目標質量流率低至少此臨限差時)。當此一系統故障遭到指出時，控制器160可令閥件116關閉，藉此停止所有處理。
請參閱第7圖之流程圖，一個例示性處理控制方法可用於原子層沉積(ALD)或原子層蝕刻(ALE)。本 方法可包括提供ALD或ALE處理控制系統，如上面詳述且在第2圖中說明之系統200(702)。
本方法可復包括：使用系統200之處理室290，進行ALD程序以在半導體晶圓280上沉積材料之原子層，或進行ALE程序以將半導體材料之原子層從半導體晶圓280蝕刻掉(704)。具體而言，在步驟704期間，第一氣體214及第二氣體224(亦稱為先驅物)可反復並且依序以脈衝形式進入處理室290。可於第一氣體214與第二氣體224的脈衝之間，將所有氣體從處理室290排淨出去。藉由在不同氣相脈衝期間使半導體晶圓280的表面反復曝露至兩種氣體然後進行排淨，容許出現離散的自限制反應，藉此導致材料之原子層沉積(或若適用的話，蝕刻)。
更具體地說，於步驟704，在第一脈衝期間，第一閥件216打開一預定時間期，藉此容許第一氣體214從第一氣體源215流經第一管件210(即第一氣流線)並且在第一進氣口291處流入處理室290，使得半導體晶圓280之表面曝露至第一氣體214。在第一脈衝後的第二脈衝期間，第二閥件226打開一預定時間期，藉此容許第二氣體224從第二氣體源225流經第二管件220(即第二氣流線)並且在第二進氣口292處流入處理室290。緊接各脈衝之後(即第一脈衝之後，再經歷第二脈衝之後)，排淨閥236打開，藉此將所有氣體(即已排淨氣體234)從處理室290排出排氣口293，然後穿過第三管件230(即第三氣流線)排至通風或氣體收集系統235。上述脈衝與排 淨程序反復進行，直到材料之原子層出現沉積(或若適用的話，蝕刻)為止。
應理解的是，此所欲結果將會隨著進行中的程序是否為ALD程序或ALE程序而變。對於ALD程序，此所欲結果可以是組成與厚度已給定的原子層。對於ALE程序，此所欲結果可以是深度已給定之蝕刻特徵。再者，如上所述，程序處理之結果可能對第一與第二脈衝中所用氣體的組成及/或濃度敏感。因此，在本文所揭示的方法中，可將CM 213、223及233(若適用的話)(例如：QCM或其它適當的晶體型微天平)併入氣流線以容許即時監測與在線校正。
舉例而言，本方法可復包括：在第一脈衝期間，當第一氣體214流經第一管件210時，使用第一CM 213測定所流經(即在第一氣體進入處理室290之前)之第一氣體214的第一實際質量流率，此第一CM 213乃整合到第一管件210內(706)。此第一實際質量流率可指出第一氣體214中(多種)材料之組成與濃度將會達到處理室290內的目標。或者，此第一質量流率可指出第一氣體214中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離處理室290內的目標，並且從而指出將不會達到處理室290內的所欲結果，而且，有可能已出現系統故障(例如：第一氣體之污染或第一氣體之洩漏)。
因此，在本方法中，第一閥件216上用於控制第一氣體214從第一氣體源215流入第一管件210之 調定可基於如藉由第一CM 213所測定之第一實際質量流率，藉由控制器260來保持或變更(708)。具體而言，本方法可復包括：藉由系統200之控制器260，將如藉由第一CM 213所測定之第一氣體214之第一實際質量流率與記憶體261中所儲存之第一目標質量流率作比較。若第一氣體214之第一實際質量流率等於第一目標質量流率，則第一閥件216之調定可藉由控制器260來保持。然而，若第一氣體214之第一實際質量流率與第一目標質量流率不同，則可視需要調整第一閥件216上的調定，以便符合第一目標質量流率，並且藉此達到處理室中的所欲結果。於步驟708進行閥調定之調整舉例而言，可包括調整脈衝期(第一氣體214在此脈衝期內，乃穿過第一閥件216遭到釋放)及/或調整第一閥件216的口孔尺寸(若口孔是可變的)。具體而言，當第一氣體214之第一實際質量流率低於第一目標質量流率時，可增加用於打開第一閥件216之脈衝期及/或增大第一閥件216之口孔的尺寸；而當第一氣體214之第一實際質量流率高於第一目標質量流率時，可縮減用於打開第一閥件216之脈衝期及/或減小第一閥件216之口孔的尺寸。
再者，若第一氣體214之第一實際質量流率與第一目標質量流率不同，則可藉由控制器260對亦儲存於記憶體261中的臨限差，測定並且比較第一實際質量流率與第一目標質量流率之間的差異。當所測定的差異超出此臨限差時，系統故障可能遭到指出。此系統故障可以 是氣體污染(例如：當第一實際質量流率比第一目標質量流率高至少臨限差時)或氣體洩漏(例如：當第一實際質量流率比第一目標質量流率低至少此臨限差時)。當此一系統故障遭到指出時，控制器260可令第一閥件216關閉，藉此停止所有處理。
類似的是，本方法可復包括：在第二脈衝期間，當第二氣體224流經第二管件220時，使用第二CM 223測定所流經(即在第二氣體進入處理室290之前)之第二氣體224的第二實際質量流率，此第二CM 223乃整合到第二管件220內(716)。此第二實際質量流率可指出處理室內第二氣體224中(多種)材料之組成與濃度將會達到目標。或者，此第二實際質量流率可指出處理室內第二氣體224中(多種)材料之組成及/或濃度將會偏離目標，並且從而指出將不會達到處理室290內的所欲結果，而且，有可能已出現系統故障(例如：第二氣體之污染或第二氣體之洩漏)。
因此，在本方法中，第二閥件226上用於控制第二氣體224從第二氣體源225流入第二管件220之調定可基於如藉由第二CM 223所測定之第二實際質量流率，藉由控制器260來保持或變更(718)。具體而言，本方法可復包括：藉由系統200之控制器260，將如藉由第二CM 223所測定之第二氣體224之第二實際質量流率與記憶體261中所儲存之第二目標質量流率作比較。若第二氣體224之第二實際質量流率等於第二目標質量流率，則第二 閥件226之調定可藉由控制器260來保持。然而，若第二氣體224之第二實際質量流率與第二目標質量流率不同，則可視需要調整第二閥件226上的調定，以便符合第二目標質量流率，並且藉此達到處理室中的所欲結果。於步驟718進行閥調定之調整舉例而言，可包括調整脈衝期(第二氣體224在此脈衝期內，乃穿過第二閥件216遭到釋放)及/或調整第二閥件226的口孔尺寸(若口孔是可變的)。具體而言，當第二氣體224之第二實際質量流率低於第二目標質量流率時，可增加用於打開第二閥件226之脈衝期及/或增大第二閥件226之口孔的尺寸；而當第二氣體224之第二實際質量流率高於第二目標質量流率時，可縮減用於打開第二閥件226脈衝期及/或減小第二閥件216之口孔的尺寸。
再者，若第二氣體224之第二實際質量流率與第二目標質量流率不同，則可藉由控制器260對亦儲存於記憶體261中的臨限差，測定並且比較第二實際質量流率與第二目標質量流率之間的差異。當所測定的差異超出此臨限差時，系統故障可能遭到指出。此系統故障可以是氣體污染(例如：當第二實際質量流率比第二目標質量流率高至少臨限差時)或氣體洩漏(例如：當第二實際質量流率比第二目標質量流率低至少此臨限差時)。當此一系統故障遭到指出時，控制器260可令第二閥件226關閉，藉此停止所有處理。
任選的是，本方法可復包括：於第一與第 二氣體的脈衝之間將所有氣體從處理室290排淨出去期間，使用第三CM 233在已排淨氣體234穿過第三管件230離開處理室290時測定其第三實際質量流率，此CM乃整合到第三管件230內(726)。任選的是，本方法可復包括使用殘留氣體分析儀237在已排淨氣體234穿過第三管件230離開處理室時進行其分析，此殘留氣體分析儀乃整合到第三管件230內。基於如第三CM 233所測定已排淨氣體234之第三實際質量流率，及/或基於殘留氣體分析儀237分析已排淨氣體234所得之結果，可藉由控制器260保持或變更第一閥件216及/或第二閥件226上的調定。如上所述，調整閥件216與226之調定舉例而言，可包括調整脈衝期及/或口孔尺寸，或令此等閥件在系統故障(例如：氣體污染或洩漏)時關閉。
如上所述，本發明可以是系統或方法。另外，本發明之態樣(例如：上述的控制器)可實施成電腦程式產品的形式。此電腦程式產品可包括上有電腦可讀程式指令之(多個)電腦可讀取儲存媒體，用於令處理器實行本發明之態樣。
此電腦可讀儲存媒體可以是有形裝置，可保留並且儲存供指令執行裝置使用之指令。此電腦可讀儲存媒體舉例而言，可以是但不限於電子儲存裝置、磁性儲存裝置、光學儲存裝置、電磁儲存裝置、半導體儲存裝置、或任何前述合適的組合。以下包括電腦可讀儲存媒體之更多特定實施例的非窮舉清單：可攜式電腦碟片、硬碟、隨 機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可編程唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、可攜式光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、數位多功能光碟(DVD)、記憶條、軟碟、諸如上有記錄指令之凹槽中的打卡或隆起結構之機械編碼裝置、以及任何前述合適的組合。電腦可讀儲存媒體於本文中使用時，並非是要解讀為暫存信號本身，諸如無線電波或其它自由傳播之電磁波、穿過波導或其它傳輸介質傳播之電磁波(例如：通過光纖電纜之光脈衝)、或穿過電線傳輸之電信號。
可將本文所述之電腦可讀程式指令從電腦可讀儲存媒體下載至各別運算/處理裝置，或經由例如網際網路、區域網路、廣域網路及/或無線網路之網路下載至外部電腦或外部儲存裝置。此網路可具有銅傳輸纜線、光傳輸纖維、無線傳輸、路由器、防火牆、交換器、閘道電腦及/或邊緣伺服器。各運算/處理裝置中之網路配接卡或網路介面從網路接收電腦可讀程式指令，並且轉發此等電腦可讀程式指令，以供儲存於各別運算/處理裝置內之電腦可讀儲存媒體中。
用於實行本發明之操作的電腦可讀程式指令可以是組譯器指令、指令集架構(ISA)指令、機器指令、機器相依指令、微碼、韌體指令、狀態設定資料、或以一或多種程式語言之任何組合撰寫之原始碼或目標碼，所述程式語言包括諸如Smalltalk、C++或類似者之物件導向程式語言、以及諸如「C」程式語言或類似程式語言之習知 程序性程式語言。電腦可讀程式指令可完全在使用者的電腦上、部分在使用者的電腦上當作獨立套裝軟體執行、部分在使用者的電腦上以及部分在遠端電腦上或完全在遠端電腦或伺服器上執行。在後項情境中，遠端電腦可透過任何類型的網路連線至使用者的電腦，包括區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)，或可(例如使用網際網路服務提供者透過網際網路)對外部電腦進行連線。在一些具體實施例中，包括例如可編程邏輯電路系統、場式可編程閘極陣列(FPGA)、或可編程邏輯陣列(PLA)之電子電路系統可藉由利用電腦可讀程式指令之狀態資訊來執行電腦可讀程式指令以將電子電路系統個人化，以便進行本發明之態樣。
本發明之態樣在本文中乃根據本發明之具體實施例，參照方法、設備(系統)及電腦程式產品之流程圖說明及/或方塊圖來說明。將理解的是，可藉由電腦可讀程式指令來實施流程圖說明及/或方塊圖之各方塊、以及流程圖說明及/或方塊圖中之方塊組合。
可對通用型電腦、特殊用途電腦、或其它可編程資料處理設備之處理器提供這些電腦可讀程式指令以產生機器，使得指令經由電腦或其它可編程資料處理設備之處理器執行，建立用於實施流程圖及/或方塊圖一或多個方塊中所指明功能/動作的手段。這些電腦可讀程式指令亦可儲存於電腦可讀儲存媒體中，可指揮電腦、可編程資料處理設備、及/或其它裝置以特定方式作用，使得內有儲存指令之電腦可讀儲存媒體為包括指令之製品，此等指令 實施流程圖及/或方塊圖一或多個方塊中所載明功能/動作之態樣。
亦可將電腦可讀程式指令載入到電腦、其它可編程資料處理設備、或其它裝置上以在此電腦、其它可編程設備、或其它裝置上進行一連串操作步驟，使得此電腦、其它可編程設備、或其它裝置上執行之指令實施流程圖及/或方塊圖一或多個方塊中所指明之功能/動作。
圖中的流程圖及方塊圖根據本發明之各項具體實施例，說明系統、方法、以及電腦程式產品可能實作態樣之架構、功能及操作。就此而言，流程圖或方塊圖中的各方塊可代表指令之模組、節段或部分，其包括用於實施此(等)所指明邏輯功能之一或多個可執行指令。在一些替代實作態樣中，方塊中所註記的功能可不依照圖中註記的順序出現。舉例而言，兩個接續展示的方塊事實上，可予以實質同時執行，或此等方塊的執行順序有時可反過來，端視所涉及的功能而定。亦應注意的是，方塊圖及/或流程圖說明之各方塊、以及方塊圖及/或流程圖說明中之方塊組合可藉由特殊用途硬體式系統來實施，此系統進行指明的功能或動作、或實行特殊用途硬體與電腦指令之組合。
第8圖中繪示的是用於實施本發明之態樣(例如：控制器)的代表性硬體環境(即電腦系統)。此示意圖根據本文之具體實施例，繪示資訊處理/電腦系統之硬體組態。本系統合併至少一個處理器或中央處理單元(CPU) 10。CPU 10乃經由系統匯流排12互連至各項裝置，例如：隨機存取記憶體(RAM)14、唯讀記憶體(ROM)16、以及輸入/輸出(I/O)配接器18。I/O配接器18可連接至週邊裝置，例如：碟片單元11及磁帶機13、或其它可由系統讀取之程式儲存裝置。本系統可讀取程式儲存裝置上的本發明指令，並且遵循這些指令執行本文具體實施例之方法。本系統匯流排復包括將鍵盤15、滑鼠17、揚聲器24、麥克風22、及/或其它諸如觸控螢幕裝置(圖未示)等使用者介面裝置連接至匯流排12以蒐集使用者輸入的使用者介面配接器19。另外，通訊配接器20將匯流排12連接至資料處理網路25，而顯示配接器21將匯流排12連接至顯示裝置23，可將此顯示裝置體現為舉例如監測器、印表機或傳送器之輸出裝置。
應了解的是本文中使用的術語乃是為了說明所揭示之系統及方法，並且用意不在於限制。舉例而言，單數形之「一」(及其變形)及「該」於本文中使用時，用意在於同樣包括複數形，除非內容另有清楚指示。另外，「包含」及/或「包括」(及其變形)等詞於本文中使用時，指明所述特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並未排除一或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或新增。再者，諸如「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂端」、「底端」、「上」、「下」、「底下」、「下面」、「下層」、「上方」、「上層」、「平行」、「垂直」等用語用意在於說明此等用語在圖式中取向及繪示時的相對 位置(除非另有所指)，而「觸及」、「上」、「直接接觸」、「毗連」、「直接相鄰於」等用語用意在於指出至少一個元件實體接觸另一元件(此等所述元件之間沒有用其它元件來分隔)。下面申請專利範圍中所有手段或步驟加上功能元件之對應結構、材料、動作及均等者用意在於包括結合如具體主張之其它主張專利權之元件進行任何結構、材料或動作。
本發明之各項具體實施例的描述已為了說明目的而介紹，但用意不在於窮舉或受限於所揭示的具體實施例。許多修改及變例對於所屬技術領域中具有通常知識者將會顯而易知，但不會脫離所述具體實施例的範疇及精神。本文中使用的術語是為了最佳闡釋具體實施例之原理、對市場出現之技術所作的實務應用或技術改良、或讓所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解本文中所揭示之具體實施例而選擇。
因此，以上所揭示為將晶體微天平(例如：石英晶體微天平(QCM))併入一或多條氣流線之處理控制系統及方法，此一或多條氣流線進入及/或離開處理室。舉一實施例來說，在原子層沉積(ALD)室或原子層蝕刻(ALE)室的情況下，可將CM併入進入此腔室之氣流線、及離開此腔室之氣流線的各者。此一CM可在氣體於內含於其中之晶體感測器上方流動時測量此晶體感測器(例如：石英晶體感測器)之共振，並且可藉此用於即時準確監測氣體之質量流率。氣體之實際質量流率可指出處理室內將不會達到所欲結果，並且可作出回應進行進階處理控制(APC) (例如：控制器可調整氣流以便達到所欲結果)。另外，質量流率可指出已出現氣體污染或其它系統故障，並且控制器可作出回應停止氣體流動。併入進入及/或離開處理室之氣流線的此(等)CM可用最小成本對於程序監測提供精密測量。

Claims (27)

  1. 一種氣流處理控制系統，其包含：處理室，具有進氣口；氣體源；管件，將該氣體源連接至該進氣口；單一閥件，其控制氣體從該氣體源穿過該管件並且流入該處理室之流率，其中工件之表面曝露於該氣體；晶體微天平，整合到該處理室外的該管件內，其中，該晶體微天平測定由該氣體源穿過該管件並且流入該處理室之該氣體的實際質量流率；以及控制器，其與該晶體微天平連通並可操作性連接至該閥件，其中，該控制器測定在該實際質量流率與目標質量流率之間的差異，其中，該目標質量流率為用於達到在該處理室內的該氣體所欲組成和濃度的最佳質量流率，以便在該處理期間進一步於該工件之該表面上達到特定結果，以及其中，該控制器調整給出該差異之該閥件，以便符合該目標質量流率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氣流處理控制系統，其中，該管件包含將該氣體源連接至該晶體微天平的第一部分以及將該晶體微天平連接至該處理室之該進氣口的第二部分，以及其中，該氣體從該氣體源穿過該第一部分、穿過該晶體微天平、穿過該第二部分以及穿過該進氣口流入該處理室。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氣流處理控制系統，其中，透過該控制器對該閥件之調整包含：當該實際質量流率低於該目標質量流率時，增大用於打開該閥件之脈衝期以及增大該閥件之口孔的尺寸的至少一者；以及當該實際質量流率高於該目標質量流率時，減小用於打開該閥件之脈衝期以及減小該閥件之口孔的尺寸的至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之氣流處理控制系統，其中，透過該控制器對該閥件之調整包含當該實際質量流率與該目標質量流率間的差異大於臨限差時，關閉該閥件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之氣流處理控制系統，該晶體微天平包含石英晶體微天平。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氣流處理控制系統，該晶體微天平包含：振盪電路，其具有整合型晶體感測器以及一對串聯反相器，其中，該對串聯反相器包含第一反相器及第二反相器，其中，該整合型晶體感測器具有正面及相對於該正面之背面，該正面具有感測表面與正面電極以及該背面具有背面電極，以及其中，該第一反相器之輸入連接至該正面電極，以及該第一反相器之輸出連接至該背面電極及該第二反相器之輸入；頻率計數器，其連接至該第二反相器之輸出並監測該第二反相器之該輸出處的頻移，該頻移乃因該晶體感測器對當通過該管件時流過該感測表面之該氣體質量變化作出回應產生之共振變化所導致；以及處理器，其與該頻率計數器連通且基於該頻移以測定該氣體之質量流率，其中，該實際質量流率係在已知的壓力和溫度下於單位時間內流經通過該晶體微天平之該管件的該氣體之質量。
  7. 一種氣流處理控制系統，其包含：處理室，其用於處理半導體晶圓之表面，該處理室具有第一進氣口、第二進氣口及排氣口；第一氣體源；第一管件，將該第一氣體源連接至該第一進氣口；單一第一閥件，其控制第一氣體從該第一氣體源穿過該第一管件並且流入該處理室之流率，其中該半導體晶圓之該表面曝露於該第一氣體；第一晶體微天平，整合到該處理室外的該第一管件內，其中，該第一晶體微天平測定由該第一氣體源穿過該第一管件流入該處理室之該第一氣體的第一實際質量流率；第二氣體源；第二管件，將該第二氣體源連接至該第二進氣口；單一第二閥件，其控制第二氣體從該第二氣體源穿過該第二管件並且流入該處理室之流率，其中該半導體晶圓之該表面曝露於該第二氣體；第二晶體微天平，整合到該處理室外的該第二管件內，其中，該第二晶體微天平測定由該第二氣體源穿過該第二管件流入該處理室之該第二氣體的第二實際質量流率；第三閥件，其在該排氣口；控制器，其與該第一晶體微天平及該第二晶體微天平連通並可操作性連接至該第一閥件、該第二閥件及該第三閥件，其中，該控制器控制於該處理室中之該半導體晶圓之該表面的處理係透過：令該第一閥件及該第二閥件交替脈衝該第一氣體及該第二氣體各別穿過該第一管件及該第二管件以進入該處理室，且在脈衝之間進一步令該第三閥件將任何氣體排出該處理室，藉此使離散的自限制反應出現在該半導體晶圓之該表面；在透過該第一閥件的該第一氣體之第一脈衝期間，測定在該第一實際質量流率與第一目標質量流率之間的第一差異；在透過該第二閥件的該第二氣體之第二脈衝期間，測定在該第二實際質量流率與第二目標質量流率之間的第二差異；在該第一氣體及該第二氣體之後續脈衝期間，調整給出該第一差異之該第一閥件以符合該第一目標質量流率以及給出該第二差異之該第二閥件以符合該第二目標質量流率的至少一者，其中，該第一目標質量流率為用於利用每一第一脈衝達到在該處理室內該第一氣體之第一所欲組成和濃度的第一最佳質量流率，其中，該第二目標質量流率為用於利用每一第二脈衝達到在該處理室內該第二氣體之第二所欲組成和濃度的第二最佳質量流率，以及其中，該第一氣體的該第一所欲組成和濃度及該第二氣體的該第二所欲組成和濃度係預先測定，藉以在該處理期間於該半導體晶圓之該表面上達到特定結果。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之氣流處理控制系統，其中，該第一管件包含將該第一氣體源連接至該第一晶體微天平的第一部分以及將該第一晶體微天平連接至該處理室之該第一進氣口的第二部分，其中，該第一氣體從該第一氣體源穿過該第一管件之該第一部分、穿過該第一晶體微天平、穿過該第一管件之該第二部分以及流入該處理室之該第一進氣口，其中，該第二管件包含將該第二氣體源連接至該第二晶體微天平的第一部分以及將該第二晶體微天平連接至該處理室之該第二進氣口的第二部分，其中，該第二氣體從該第二氣體源穿過該第二管件之該第一部分、穿過該第二晶體微天平、穿過該第二管件之該第二部分以及流入該處理室之該第二進氣口。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之氣流處理控制系統，該調整包含：當該第一實際質量流率與該第一目標質量流率間的該第一差異高於第一臨限差時，關閉該第一閥件；以及當該第二實際質量流率與該第二目標質量流率間的該第二差異高於第二臨限差時，關閉該第二閥件。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之氣流處理控制系統，該調整包含下列至少一者：當該第一實際質量流率低於該第一目標質量流率時，增大該第一脈衝之第一脈衝期以及增大該第一閥件之第一口孔的第一尺寸，該調整包含下列至少一者：當該第一實際質量流率高於該第一目標質量流率時，減小該第一脈衝期以及減小該第一口孔的該第一尺寸，該調整包含下列至少一者：當該第二實際質量流率低於該第二目標質量流率時，增大該第二脈衝之第二脈衝期以及增大該第二閥件之第二口孔的第二尺寸，以及該調整包含下列至少一者：當該第二實際質量流率高於該第二目標質量流率時，減小該第二脈衝期以及減小該第二口孔的該第二尺寸。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之氣流處理控制系統，該系統復包含第三晶體微天平、及將該排氣口連接至該第三晶體微天平之第三管件，該第三晶體微天平測定出自該處理室之已排淨氣體的第三實際質量流率，以及該控制器復與該第三晶體微天平連通，並且基於該第三質量流率調整該第一閥件與該第二閥件中任一者。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之氣流處理控制系統，其復包含連接至該第三管件並且接收及分析該已排淨氣體之殘留氣體分析儀，該控制器復與該殘留氣體分析儀連通並且基於該分析之結果調整該第一閥件與該第二閥件中任一者。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之氣流處理控制系統，該處理室包含原子層沉積室與原子層蝕刻室中任一者。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之氣流處理控制系統，該第一晶體微天平與該第二晶體微天平包含石英晶體微天平。
  15. 一種氣流處理控制之方法，該方法包含：使用處理室進行程序，該程序之該進行包含令氣體穿過管件流入該處理室之進氣口；以及測定該氣體穿過該管件流到該進氣口前之實際質量流率，該測定乃是使用整合到該管件內之晶體微天平來進行。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其復包含基於該實際質量流率，藉由控制器調整閥件，該閥件控制該氣體由氣體源流入該管件。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，該調整包含當該實際質量流率與目標質量流率間的差異大於臨限差時，關閉該閥件。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，該調整包含當該實際質量流率低於目標質量流率時，增大用於打開該閥件之脈衝期以及增大該閥件之口孔的尺寸的至少一者，以及該調整包含當該實際質量流率高於該目標質量流率時，減小用於打開該閥件之脈衝期以及減小該閥件之該口孔的該尺寸的至少一者。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之方法，該程序之該進行復包含令第二氣體穿過第二管件流入該處理室之第二進氣口，該氣體於第一脈衝期間流入該處理室，並且該第二氣體於該第一脈衝後出現之第二脈衝期間流入該處理室，並且該方法復包含：藉由整合到該第二管件內之第二晶體微天平，測定該第二氣體穿過該第二管件流到該第二進氣口前之第二實際質量流率；以及基於該第二實際質量流率，藉由該控制器調整第二閥件，該第二閥件控制該第二氣體由第二氣體源流入該第二管件。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，該程序之該進行復包含在各脈衝之後，將所有氣體由該處理室穿過排氣口排淨到第三管件內，並且該方法復包含：進行下列至少一者：藉由整合到該第三管件內之第三晶體微天平，測定出自該處理室之已排淨氣體的第三實際質量流率；以及藉由連接至該第三管件之殘留氣體分析儀，進行該已排淨氣體之分析；以及基於該第三實際質量流率與該分析之結果其中至少一者，調整該閥件與該第二閥件中任一者。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之方法，該晶體微天平包含石英晶體微天平。
  22. 一種氣流處理控制系統，其包含：處理室，其用於在半導體晶圓之表面上沉積材料之原子層，該處理室具有第一進氣口、第二進氣口及排氣口；第一氣體源；第一管件，將該第一氣體源連接至該第一進氣口；單一第一閥件，其控制第一氣體從第一氣體源穿過該第一管件並且流入該處理室之流率，其中該半導體晶圓之該表面曝露於該第一氣體；第一晶體微天平，整合到該處理室外的該第一管件內，其中，該第一晶體微天平測定由該第一氣體源穿過該第一管件流入該處理室之該第一氣體的第一實際質量流率；第二氣體源；第二管件，將該第二氣體源連接至該第二進氣口；單一第二閥件，其控制第二氣體從第二氣體源穿過該第二管件並且流入該處理室之流率，其中該半導體晶圓之該表面曝露於該第二氣體；第二晶體微天平，整合到該處理室外的該第二管件內，其中，該第二晶體微天平測定由該第二氣體源穿過該第二管件流入該處理室之該第二氣體的第二實際質量流率；第三閥件，其在該排氣口；以及控制器，其與該第一晶體微天平及該第二晶體微天平連通並可操作性連接至該第一閥件、該第二閥件及該第三閥件，其中，該控制器控制於該處理室中之該半導體晶圓之該表面的處理係透過：令該第一閥件及該第二閥件交替脈衝該第一氣體及該第二氣體各別穿過該第一管件及該第二管件以進入該處理室，且在脈衝之間進一步令該第三閥件將任何氣體排出該處理室，藉此使離散的自限制反應出現在該半導體晶圓之該表面；在透過該第一閥件的該第一氣體之第一脈衝期間，測定在該第一實際質量流率與第一目標質量流率之間的第一差異；在透過該第二閥件的該第二氣體之第二脈衝期間，測定在該第二實際質量流率與第二目標質量流率之間的第二差異；在該第一氣體及該第二氣體之後續脈衝期間，調整給出該第一差異之該第一閥件以符合該第一目標質量流率以及給出該第二差異之該第二閥件以符合該第二目標質量流率的至少一者，其中，該第一目標質量流率為用於利用每一第一脈衝達到在該處理室內該第一氣體之第一所欲組成和濃度的第一最佳質量流率，其中，該第二目標質量流率為用於利用每一第二脈衝達到在該處理室內該第二氣體之第二所欲組成和濃度的第二最佳質量流率，以及其中，該第一氣體的該第一所欲組成和濃度及該第二氣體的該第二所欲組成和濃度係預先測定，以便在該處理期間內於該半導體晶圓之該表面上達到該原子層的沉積，藉此該原子層具有特定之組成及厚度。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之氣流處理控制系統，該調整包括：當該第一實際質量流率與該第一目標質量流率間的該第一差異高於第一臨限差時，關閉該第一閥件；以及當該第二實際質量流率與該第二目標質量流率間的該第二差異高於第二臨限差時，關閉該第二閥件。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之氣流處理控制系統，該調整包含當該第一實際質量流率低於該第一目標質量流率時，增大該第一脈衝之第一脈衝期以及增大該第一閥件之第一口孔的第一尺寸的至少一者，該調整包含當該第一實際質量流率高於該第一目標質量流率時，減小該第一脈衝期以及減小該第一口孔的該第一尺寸的至少一者，該調整包含當該第二實際質量流率低於該第二目標質量流率時，增大該第二脈衝之第二脈衝期以及增大該第二閥件之第二口孔的第二尺寸的至少一者，以及該調整包含當該第二實際質量流率高於該第二目標質量流率時，減小該第二脈衝期以及減小該第二口孔的該第二尺寸的至少一者。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之氣流處理控制系統，其復包含：第三晶體微天平以及將該排氣口連接至該第三晶體微天平之第三管件，該第三晶體微天平測定出自該處理室已排淨氣體的第三實際質量流率，以及該控制器復與該第三晶體微天平連通，並且基於該第三真實質量流率調整該第一閥件與該第二閥件中任一者。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之氣流處理控制系統，其復包含連接至該第三管件並且接收及分析該已排淨氣體之殘留氣體分析儀，該控制器復與該殘留氣體分析儀連通並且基於該分析之結果調整該第一閥件與該第二閥件中任一者。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之氣流處理控制系統，該第一晶體微天平、該第二晶體微天平及該第三晶體微天平包含石英晶體微天平。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111831022B (zh) * 2019-04-18 2022-03-18 北京七星华创流量计有限公司 腔室压力控制方法及装置、半导体设备
US11359286B2 (en) 2020-05-01 2022-06-14 Applied Materials, Inc. Quartz crystal microbalance concentration monitor
DE102020122800A1 (de) 2020-09-01 2022-03-03 Apeva Se Vorrichtung zum Abscheiden von OLED-Schichten mit einer Run-/Vent-Leitung
CN112763368B (zh) * 2020-12-25 2022-03-15 浙江大学 可调节不同工况的qcm实验系统及其调节方法
WO2023172320A2 (en) * 2021-12-17 2023-09-14 Washington University Quartz crystal microbalance impactor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI427791B (zh) * 2010-01-07 2014-02-21 Hitachi Int Electric Inc 半導體裝置、半導體裝置的製造方法及基板處理裝置
CN104380101A (zh) * 2012-02-22 2015-02-25 安捷伦科技有限公司 质量流量控制器以及在不关闭质量流量控制器的情况下自动调零流量传感器的方法
US20150286222A1 (en) * 2014-04-05 2015-10-08 Kevin William Goldstein Automatic Fluid Flow Control System
US20150323441A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Jason W. Lachance High Pressure Utilization of Quartz Crystal Microbalance

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003305831A (ja) * 2002-04-15 2003-10-28 Sharp Corp インクジェットプリンタ
US7235138B2 (en) * 2003-08-21 2007-06-26 Micron Technology, Inc. Microfeature workpiece processing apparatus and methods for batch deposition of materials on microfeature workpieces
JP2007211326A (ja) * 2006-02-13 2007-08-23 Nec Electronics Corp 成膜装置および成膜方法
US20080236481A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Intevac Corporation Method of and apparatus for monitoring mass flow rate of lubricant vapor forming lubricant coatings of magnetic disks
CN102478475B (zh) * 2010-11-30 2014-04-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种自清洁式内循环气路的石英晶体微天平分析装置
US8951615B2 (en) 2011-02-16 2015-02-10 Uchicago Argonne, Llc Doping control by ALD surface functionalization
US9856563B2 (en) 2012-08-22 2018-01-02 Uchicago Argonne, Llc Micro-balance sensor integrated with atomic layer deposition chamber
KR101541361B1 (ko) * 2013-07-15 2015-08-03 광주과학기술원 나노코팅 입자 제조를 위한 유동층 원자층 증착 장치
US9548188B2 (en) * 2014-07-30 2017-01-17 Lam Research Corporation Method of conditioning vacuum chamber of semiconductor substrate processing apparatus
CN205069606U (zh) * 2015-10-27 2016-03-02 上海集成电路研发中心有限公司 一种硅片承载基座及原子层沉积设备
CN105951058B (zh) * 2016-05-26 2018-09-07 华中科技大学 一种基于流化床的纳米颗粒空间隔离原子层沉积设备及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI427791B (zh) * 2010-01-07 2014-02-21 Hitachi Int Electric Inc 半導體裝置、半導體裝置的製造方法及基板處理裝置
CN104380101A (zh) * 2012-02-22 2015-02-25 安捷伦科技有限公司 质量流量控制器以及在不关闭质量流量控制器的情况下自动调零流量传感器的方法
US20150286222A1 (en) * 2014-04-05 2015-10-08 Kevin William Goldstein Automatic Fluid Flow Control System
US20150323441A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Jason W. Lachance High Pressure Utilization of Quartz Crystal Microbalance

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