TWI821281B - 基於氣體脈衝的共享前驅物分佈系統及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

說明一種用以從單一源提供均勻氣流至多重處理腔室之氣體分配裝置。調節器定位在具有複數個下游端的共享的容量的上游端處。流體控制器定位在共享的容量的各個下游端處，流體控制器包含孔口及快速脈衝閥。亦說明一種使用氣體分配裝置及校正流體控制器之方法。

Description

基於氣體脈衝的共享前驅物分佈系統及其使用方法
本揭露案的實施例大致關於氣體分配裝置。更具體而言，本揭露案的實施例關於使用脈衝氣體流分配氣體至多重處理腔室之裝置。
半導體設備的形成通常在含有多重腔室的基板處理平台中進行。在某些實例中，多重腔室處理平台或叢集工具的目的為在控制的環境中於基板上依序實行二或更多處理。然而，在其他實例中，多重腔室處理平台可僅在基板上實行單一處理步驟；額外的腔室意圖最大化藉由平台處理的基板的速率。在後者情況中，於基板上實行的處理通常為批量處理，其中在給定腔室中同時處理相對大量的基板，例如25或50個。批量處理特別有益於對經濟上可行方式的個別基板上實行太過於耗時的處理，例如原子層沉積（ALD）處理及某些化學氣相沉積（CVD）處理。
在處理期間，昂貴的前驅物氣體當未使用時經常被轉移至前線而浪費。此外，用於提供前驅物流的傳送硬體為昂貴的且常常需要專用的氣體條用於傳送前驅物至每一個晶圓處理站。
此外，本領域中需要均勻且相對不昂貴的傳送氣體至多重處理腔室或處理區域之裝置及方法。
本揭露案的一或更多實施例導向一種氣體分配裝置，包含共享的容量，具有上游端及複數個下游端。壓力計連接至共享的容量。壓力控制器連接至共享的容量的上游端。流體控制器在共享的容量的下游端之各者處。各個流體控制器包含孔口及快速脈衝閥。
本揭露案的額外實施例導向一種校準流體控制器之方法，流體控制器包含快速脈衝閥及孔口。方法包含開啟在共享的容量的上游端處的壓力控制器，以加壓共享的容量。共享的容量具有上游端及複數個下游端，且各個下游端具有流體控制器。關閉在上游端處的壓力控制器，以隔絕在共享的容量中的壓力。量測在共享的容量中的壓力。開啟一個流體控制器的快速脈衝閥預定的時間量，且在開啟快速脈衝閥之後，量測在共享的容量中的壓力。對於此流體控制器，決定快速脈衝閥的每一脈衝在共享的容量中的壓力損失。
本揭露案的實施例提供用於連續基板沉積的基板處理系統，以最大化產量且改善處理效率。本揭露案的一或更多實施例關於空間原子層沉積腔室而說明。
本揭露案的實施例提供將前驅物分配至晶圓處理腔室之中的多重站台，及至用於原子層沉積（ALD）應用的叢集工具之中的多重腔室的新的方式。共享的容量有利地用於單一前驅物分配至整個叢集工具或批量處理腔室的多重氣體出口。某些實施例有利地提供氣體脈衝技術，以確保精確及可重複/可反覆前驅物傳送至叢集工具之中所有腔室的所有站台，而不會浪費任何昂貴的前驅物。
本揭露案的某些實施例有利地提供裝置及方法，以最小化因為當未使用時轉移前驅物至前線的昂貴前驅物的浪費。某些實施例有利地提供裝置及方法而最小化因為使用專用氣體條將前驅物傳送至ALD腔室的每一個晶圓處理站的高前驅物傳送硬體花費。
第1圖顯示本揭露案的範例實施例。氣體分配裝置100包含共享的容量110，以分配氣體至多重處理站101。「處理站」一詞的使用代表任何腔室或腔室的處理區域。舉例而言，處理站101可為分開的處理腔室或可為單一批量處理腔室的分開的處理區域。儘管第1圖圖示三個處理站101，技藝人士將認知比三個處理站101更多或更少的數量可連接至裝置氣體分配裝置100。
共享的容量110具有上游端111及複數個下游端112。如圖式中所顯示，某些實施例的共享的容量110包括一或更多個氣體儲存器120或分配線路。在某些實施例中，共享的容量110包括從共享的容量110的上游端111至氣體儲存器120的上游分配線路130。在某些實施例中，共享的容量110包括從氣體儲存器120至複數個下游端112的下游分配線路140。
壓力計150可連接至共享的容量110以量測介於上游端111及複數個下游端112之間的壓力。壓力計150可定位於上游端111及下游端112之間的任何點。在某些實施例中，壓力計150配置成量測在氣體儲存器中的壓力。在某些實施例中，具有超過一個壓力計配置成在共享的容量110的不同點處量測壓力。
壓力控制器160連接至共享的容量110的上游端111。以此方式使用，當氣體流動部件連接至另一氣體流動部件時，在部件之間具有流體連通，使得氣流實質上無干擾。如第2圖中顯示的區域II的放大視圖，某些實施例的壓力控制器包含一或更多調節器162或質量流量控制器。調節器162或質量流量控制器可為對技藝人士已知的任何適合的氣體調節器或質量流量控制器。調節器提供供應壓力（或輸入壓力）至共享的容量110。調節器162可為任何機械或電子控制的比例壓力控制部件。
在某些實施例中，壓力控制器160包括快速脈衝閥164。快速脈衝閥164可定位於調節器162及共享的容量110的上游端111之間。在某些實施例中，快速脈衝閥164在調節器162的上游。快速脈衝閥164可為可在50毫秒內開啟及/或關閉的任何閥。在某些實施例中，快速脈衝閥164可在40毫秒內、30毫秒內、20毫秒內或10毫秒內開啟及/或關閉。在某些實施例中，快速脈衝閥164可在50、40、30、20或10毫秒內開啟及關閉。在某些實施例中，快速脈衝閥164為完全開啟或完全關閉任一者的閥。在某些實施例中，快速脈衝閥164為可變開啟閥，而可允許調制通過閥的流體輪廓。
在第1圖中，氣源102通過入口線路166連接至調節器162。調節器162藉由壓力控制器導管168與快速脈衝閥164隔開。壓力控制導管168的長度及/或容量可分別為任何適合的長度及/或容量。在某些實施例中，壓力控制導管168的長度及/或容量最小化，使得快速脈衝閥164與調節器162接觸。
參照第1圖及第3圖，氣體分配裝置100包括在共享的容量110的下游端112之各者處的流體控制器170。第3圖顯示第1圖的區域III的放大視圖。各個流體控制器170包括孔口172及快速脈衝閥174。如圖式中所顯示，孔口172可在快速脈衝閥174的上游。在某些實施例中，孔口172在快速脈衝閥174的下游。
孔口172通過流體控制導管176與快速脈衝閥174流體連通。流體控制導管176的容量可為任何適合的容量。在某些實施例中，介於孔口172及快速脈衝閥174之間的容量最小化，使得孔口172與快速脈衝閥174接觸。在某些實施例中，孔口172在快速脈衝閥174的入口端173處或內。在某些實施例中，孔口172在快速脈衝閥174的出口端175處或內。
某些實施例的孔口172為盤狀部件，具有延伸通過的精確孔洞171。孔口172作用為流體路徑中的限流器。在某些實施例中，氣體分配裝置100包括下游氣體導管180，連接至且與各個流體控制器170的下游端178流體連通。離開任何流體控制器至下游氣體導管180中的氣體的流率為在下游氣體導管中孔口的下游壓力與孔口的上游壓力之差值的函數。
在某些實施例中，於各個流體控制器170中孔口172的上游壓力實質上為相同的。如此方式所使用，「實質上相同」一詞代表緊接在孔口172之前的壓力相對於所有孔口172處的平均壓力在5%、4%、3%、2%或1%內。
某些實施例的共享的容量110足夠大，使得在各個下游氣體導管180中相對於平均壓力的壓力擾動為小於±5%、±4%、±3%、±2%或±1%。
本揭露案的某些實施例導向一種校準包含快速脈衝閥174及孔口172的流體控制170之方法。壓力控制器160在共享的容量110的上游端111處開啟，以加壓共享的容量110。開啟壓力控制器160可包括開啟調節器及/或開啟快速脈衝閥164。在加壓期間，各個流體控制器170為關閉的。在加壓共享的容量110之後，關閉壓力控制器160以隔絕共享的容量。
共享的容量110的壓力可以壓力控制器160監控，且當共享的容量110加壓時關閉流體控制器170。使用壓力計150量測的壓力的漂移可代表系統中的洩漏。
量測共享的容量110中的壓力作為初始壓力。流體控制器170之一者的快速脈衝閥174之一者開啟且關閉預定的時間量，且量測共享的容量的最終壓力。最終壓力相對於初始壓力的差值除以閥脈衝的時間量給予此快速脈衝閥174的每一脈衝的壓力損失。
此處理對各個流體控制器170可重複，以校準各個快速脈衝閥174的每一脈衝的壓降。可改變一或更多的快速脈衝閥174的脈衝時窗，以補償個別孔口172及快速脈衝閥174的差異。
第4圖圖示另一壓力控制器160連接至共享的容量110的上游端111。圖示根據本揭露案的另一實施例，顯示第1圖的區域II的放大視圖。在此實施例中，在調節器162或質量流量控制器之後，存在對壓力控制導管168的兩個流體路徑169a、169b。各個流體路徑169a、169b具有分別的快速脈衝閥164a、164b。分開的流體路徑169a、169b可分別藉由閥177a-d、177e-h彼此隔絕，以允許流體路徑169a、169b之一者的快速脈衝閥164a、164b的替換而無須停止所使用的任何處理。如技藝人士將理解，可使用在快速脈衝閥的任一側上的雙閥，以隔絕至流體路徑之一者的流動。
某些實施例的氣體分配裝置100進一步包含控制器190。控制器190可耦合至氣體分配裝置100的各種部件，以控制其操作。控制器190可為控制裝置的單一控制器，或控制裝置的個別部分的多重控制器。舉例而言，氣體分配裝置100可包括用於壓力控制器160及流體控制器170之各者的分開的控制器。
在某些實施例中，控制器190包括中央處理單元、記憶體及支援電路。控制器190可直接控制氣體分配裝置100，或透過與特定處理腔室及/或支援系統部件相關聯的電腦（或控制器）來控制。控制器190可為可在工業設定中使用於控制各種腔室及子處理器的通用電腦處理器之任何形式之一者。控制器的記憶體或電腦可讀取媒體可為立即可取得記憶體之一或更多者，例如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、軟碟、硬碟、光學儲存媒體（例如，光碟或數位影像碟）、快閃驅動或任何其他形式的數位儲存，局部或遠端的。支援電路耦合至CPU 196用於以傳統方式支援處理器。此等電路包括快取、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出電路及子系統、及類似者。一或更多處理器可儲存在記憶體中作為軟體常式，而可經執行或調用，以此處所述的方式控制裝置或個別部件的操作。控制器190可包括一或更多配置，而可包括任何命令或功能，以控制用於實行各種配置的流率、氣體閥、氣源或其他處理。
控制器190可連接至壓力控制器160、流體控制器170、壓力計150、調節器162、快速脈衝閥164或快速脈衝閥174之一或更多者。控制器190可具有一或更多配置。在某些實施例中，控制器190具有配置以開啟及/或關閉一或更多快速脈衝閥164、174。在某些實施例中，控制器190具有配置以使用壓力計150監控壓力。在某些實施例中，控制器190具有配置以控制調節器162。在某些實施例中，控制器190具有配置以校準流體控制器170。
本揭露案的某些實施例導向處理平台。舉例而言，在第1圖中圖示的實施例可考慮為具有三個處理腔室（處理站101）的處理平台。各個處理站101於共享的容量110的下游端處通過下游氣體導管180連接至一個流體控制器170。
儘管以上導向本揭露案的實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離其基本範疇，且其範疇藉由以下申請專利範圍決定。
100‧‧‧氣體分配裝置 101‧‧‧處理站 102‧‧‧氣源 110‧‧‧共享的容量 111‧‧‧上游端 112‧‧‧下游端 120‧‧‧氣體儲存器 130‧‧‧上游分配線路 140‧‧‧下游分配線路 150‧‧‧壓力計 160‧‧‧壓力控制器 162‧‧‧調節器 164‧‧‧快速脈衝閥 166‧‧‧入口線路 168‧‧‧壓力控制導管 169a、169b‧‧‧流體路徑 170‧‧‧流體控制器 171‧‧‧孔洞 172‧‧‧孔口 173‧‧‧入口端 174‧‧‧快速脈衝閥 175‧‧‧出口端 177a-h‧‧‧閥 178‧‧‧下游端 180‧‧‧下游氣體導管 190‧‧‧控制器
本揭露案的實施例的以上所載特徵可以此方式詳細理解，以上簡要概述的本揭露案的實施例的更具體說明可藉由參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且因此不應考量為其範疇之限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據本揭露案的一或更多實施例，顯示氣體分配裝置的概要代表圖；
第2圖顯示第1圖的區域II的放大視圖；
第3圖顯示第1圖的區域III的放大視圖；且
第4圖根據本揭露案的一或更多實施例，顯示第1圖的區域II的放大視圖。
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
100‧‧‧氣體分配裝置
101‧‧‧處理站
102‧‧‧氣源
110‧‧‧共享的容量
111‧‧‧上游端
112‧‧‧下游端
120‧‧‧氣體儲存器
130‧‧‧上游分配線路
140‧‧‧下游分配線路
150‧‧‧壓力計
160‧‧‧壓力控制器
162‧‧‧調節器
164‧‧‧快速脈衝閥
166‧‧‧入口線路
170‧‧‧流體控制器
172‧‧‧孔口
174‧‧‧快速脈衝閥
180‧‧‧下游氣體導管
190‧‧‧控制器

Claims (18)

  1. 一種氣體分配裝置，包含：一共享的容量，具有一上游端及複數個下游端；一壓力計，連接至該共享的容量；一壓力控制器，連接至該共享的容量的該上游端；一流體控制器，在該共享的容量的該等下游端之各者處，各個流體控制器包含一孔口及一快速脈衝閥；及一控制器，該控制器連接至該壓力計與各個流體控制器，且該控制器經配置在開啟該等流體控制器中的至少一個流體控制器一預定的時間量之前與之後，基於來自該壓力計的反饋來校準該等流體控制器中的該至少一個流體控制器。
  2. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該共享的容量包含一氣體儲存器、從該氣體儲存器至該共享的容量的該複數個下游端的分配線路、及從該共享的容量的該上游端至該氣體儲存器的分配線路。
  3. 如請求項2所述之氣體分配裝置，其中該壓力計配置成量測該氣體儲存器中的壓力。
  4. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該壓力控制器包含一調節器或質量流量控制器之一或更多者。
  5. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該壓力控制器包含在一調節器及該共享的容量之間的一快速脈衝閥。
  6. 如請求項1所述之氣體分配裝置，進一步包含一下游氣體導管，連接至各個流體控制器的一下游端。
  7. 如請求項6所述之氣體分配裝置，其中該孔口包含一限流器，以限制來自該等下游端的一氣流。
  8. 如請求項6所述之氣體分配裝置，其中離開該等流體控制器之任一者至該下游氣體導管中的氣體的流率為在該下游氣體導管中該孔口的下游壓力與該孔口的上游壓力之差值的一函數。
  9. 如請求項8所述之氣體分配裝置，其中該孔口的上游壓力實質上對該共享的容量的各個下游端為相同的。
  10. 如請求項6所述之氣體分配裝置，其中在各個下游氣體導管中的壓力擾動小於或等於±2%。
  11. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該流體控制器的該快速脈衝閥配置成在50毫秒下開啟或關閉。
  12. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中介於該孔口及該快速脈衝閥之間的一容量經最小化。
  13. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該流體控制器的該快速脈衝閥在該孔口的下游。
  14. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該流體控制器的該快速脈衝閥在該孔口的上游。
  15. 如請求項1所述之氣體分配裝置，其中該控制器具有選自以下之一或更多的配置：一第一配置以控制該壓力控制器；一第二配置以在該共享的容量的至少一個下游端上開啟及關閉該流體控制器的該等快速脈衝閥。
  16. 一種包含複數個處理腔室的處理平台，各個腔室通過如請求項1所述之氣體分配裝置的一下游氣體導管，而在該共享的容量的該下游端處連接至一個流體控制器。
  17. 一種氣體分配裝置，包含：一共享的容量，具有一上游端的一上游分配線路、一氣體儲存器及複數個下游分配線路，各個下游分配線路具有一下游端；一壓力計，連接至該共享的容量；一壓力控制器，連接至該共享的容量的該上游端，該壓力控制器在一調節器及該共享的容量之間包含一快速脈衝閥，該快速脈衝閥配置成在50毫秒內開啟或關閉； 一流體控制器，在該共享的容量的該等下游端之各者處，各個流體控制器包含一孔口及一快速脈衝閥，在該等流體控制器的該等孔口之各者的上游壓力實質上相同；一下游氣體導管，連接至該流體控制器且與該流體控制器流體連通且在該流體控制器下游；及一控制器，具有選自以下之一或更多的配置：一第一配置以控制該壓力控制器；一第二配置以在該共享的容量的至少一個下游端上開啟及關閉該流體控制器的該等快速脈衝閥，該控制器經配置在開啟該等流體控制器中的至少一個流體控制器一預定的時間量之前與之後，基於來自該壓力計的反饋來校準該等流體控制器中的該至少一個流體控制器。
  18. 如請求項17所述之氣體分配裝置，其中離開該等流體控制器之任一者至該下游氣體導管中的氣體的流率為在該下游氣體導管中該孔口的下游壓力與該孔口的上游壓力之差值的一函數。
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