專利名稱：質(zhì)量流控制流量檢定和校準的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導體集成電路的制造，以及更具體地說，涉及用于質(zhì)量流控制器的檢定和校準的方法和裝置，通過該質(zhì)量流控制器，將氣體供給在集成電路制造期間使用的處理室(process chamber)。
背景技術(shù)：
集成電路(或芯片)包括具有用襯底內(nèi)的摻雜區(qū)形成的半導體器件，諸如晶體管的硅襯底。在覆蓋該半導體襯底的多個并行層(parallellayer)中形成的導電互連結(jié)構(gòu)電連接半導體器件以便形成集成電路內(nèi)的電子電路。
制造集成電路從硅晶片開始，該硅晶片經(jīng)過多個順序的制造工藝以便在晶片中形成多個相同的芯片，每個芯片包含進行協(xié)作以提供所需功能性的有源器件(例如晶體管)和無源器件(例如電容器和電阻器)。
執(zhí)行幾個不同的順序工藝以便形成和互連各器件。通常，這些工藝包括但不限于注入和擴散摻雜劑雜質(zhì)；通過物理和化學汽相沉積在襯底的上表面上淀積元件；掩膜，構(gòu)圖以及蝕刻導電和介電結(jié)構(gòu)；以及從表面生成介電和半導體材料。
在密封一個或多個晶片的處理室(也稱為處理工具(processtool))中執(zhí)行每個工藝。當該工藝結(jié)束時，從當前處理室移出晶片并轉(zhuǎn)移到執(zhí)行下一工藝的另一處理室。每個工藝包括自動地啟動并受工藝控制器控制的多個工藝步驟。在某些工藝步驟期間，各種氣體和材料被引入該處理室，同時仔細地控制處理室溫度和壓力。在輸入到工藝控制器以對每個工藝步驟實行控制的工藝制法中規(guī)定每個步驟的持續(xù)時間、供給該處理室的氣體和材料的量及時間，以及處理室溫度和壓力。
圖1示例說明用于從氣體供給(gas supply)1、2、3和4接收多個氣體種類中的一個或多個的處理室10。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，在圖1中所示的氣體供給的數(shù)量僅是示例性的。根據(jù)在處理室10中執(zhí)行的工藝，可以要求更多或更少的氣體供給。例如，在將鍺有選擇地淀積在硅上的處理室中，氣體可包括二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、氫氣(H2)、乙硼烷(B2H6)、鹽酸(HCl)和鍺烷(GeH4)。
氣體通過質(zhì)量流控制器12、14、16和18分別與氣動閥22、24、26和28的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，從氣體供給1、2、3和4的每一個供應(yīng)到流體節(jié)點19。質(zhì)量流控制器12、14、16和18調(diào)節(jié)進入處理室10的種類氣體的流量。精確的工藝控制要求仔細地調(diào)節(jié)氣體流量，當不能這樣做時，會導致制造有缺陷的集成電路。為確保精確的氣體流量，定期地檢查每個質(zhì)量流控制器的校準。
如圖1中進一步所述，在流體節(jié)點19和處理室10間的生產(chǎn)流水線20中布置氣動閥30。
可編程系統(tǒng)控制器40控制氣動閥22、24、26、28以及30，在指定工藝步驟期間，根據(jù)流入處理室10內(nèi)的氣體的需求打開或關(guān)閉這些閥門。另外，系統(tǒng)控制器40將設(shè)定值提供給每個質(zhì)量流控制器12、14、16和18以便根據(jù)用于每個工藝步驟的制法來確定氣體流率(flowrate)。通常按sccm(在標準溫度和壓力下，每分鐘立方厘米)或slm(在標準溫度和壓力下每分鐘升)測量氣體流率。
圖1還示例說明與流體節(jié)點19串聯(lián)流體相通的排氣管線46和氣動排氣閥48，用于當排氣閥48打開時排放種類氣體至排氣和消除。
已知當系統(tǒng)控制器40設(shè)置質(zhì)量流控制器流率時，要求用于氣體流量的有限瞬時間隔以便達到新的流率。為防止以不正確的流率將氣體引入處理室10內(nèi)，在這一瞬時間隔期間，經(jīng)排氣閥48將氣體供給排放到排氣管線46。在該瞬時間隔后，如由相對平坦或恒定的流率所示的，關(guān)閉排氣閥48，打開生產(chǎn)流水線閥30，以及氣體流入處理室10。
對特定的氣體種類校準每個質(zhì)量流控制器，只要安裝后，難以確定質(zhì)量流控制器是否正以工藝步驟所要求或所需的流率供給氣體。根據(jù)用于檢驗氣體流率的一種現(xiàn)有技術(shù)，取下質(zhì)量流控制器并用已知的、以所要求的流率供給氣體的質(zhì)量流控制器代替。這是耗時和勞動密集的工藝，因為如果在替換質(zhì)量流控制器前后破壞了處理室完整性，則必須凈化流體線路以及必須清潔處理室10。
根據(jù)另一種檢定技術(shù)，由處理室填充氣體的速率確定通過質(zhì)量流控制器的實際氣體流率。在排空處理室10后，來自試驗中的質(zhì)量流控制器的氣體流通過生產(chǎn)流水線20引入處理室10。由于處理室體積是已知的，可以由理想氣體定律PV＝nRT計算進入處理室內(nèi)的流率。處理室溫度和體積是已知的，常數(shù)R是已知的。將氣體供應(yīng)到處理室10直到處理室壓力等于氣體供給壓力，在此時，氣體流結(jié)束。使用這些參數(shù)，氣體的摩爾數(shù)能由理想氣體定律方程式確定。由于測量了填充處理室的持續(xù)時間，由摩爾數(shù)除以填充處理室所需的時間來確定流率。
已知這種“上升率(rate of rise)”測量技術(shù)易于出錯。例如，由于處理室壁內(nèi)的不均勻性，不可能精確地知道處理室體積。同時，也不可能使處理室溫度保持恒定或確定處理室溫度。
已知某些氣體種類與處理室部件起反應(yīng)，從而由于暴露向這些氣體而破壞這些部件。在常規(guī)處理室操作期間，僅當伴隨有與導致破壞的氣體反應(yīng)的中和氣體以便防止處理室部件破壞時，才將這些氣體提供到處理室。在這些工藝系統(tǒng)中，使用上升率技術(shù)來確定流率精確率是不可取的。
為確定用于這些處理室的流率，將多種氣體流引入處理室，在這一時間期間，在淀積在處理室內(nèi)的晶片上形成獨特的膜?？捎伤鶞y量的該膜的特性來確定特定氣體流率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于在進入處理室前，監(jiān)視或校準具有多種工藝氣體(process gas)的系統(tǒng)中的氣體流量的方法。該方法包括使幾種氣體的每一種在進入處理室前流過不同的質(zhì)量流控制器，以及使氣體流量轉(zhuǎn)向參考質(zhì)量流控制器以使參考質(zhì)量流控制器與專用于所述氣體的質(zhì)量流控制器之間的流率確定相互關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明進一步包括一種用于監(jiān)視或校準進入處理室的氣體流量的裝置。該裝置包括多種供給氣體和多個供給氣體質(zhì)量流控制器，其中，每種供給氣體與用于控制從此通過的供給氣體的流率的供給氣體質(zhì)量流控制器有關(guān)。供給氣體的一種或多種通過第一流體通路進入處理室。參考質(zhì)量流控制器位于第二流體通路中，其中，使至少一種供給氣體流過參考質(zhì)量流控制器，以便使參考質(zhì)量流控制器和與供給氣體有關(guān)的供給氣體質(zhì)量流控制器之間的流率確定相互關(guān)聯(lián)。


從下述對附圖中所述的本發(fā)明的更具體的描述，本發(fā)明的上述和其他特征將是顯而易見的，其中在不同圖中，相同的標記表示相同部件。這些圖不一定按比例，而是強調(diào)示例說明本發(fā)明的原理。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)處理室工藝配置的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導的處理室工藝配置的示意圖。
具體實施例方式
在詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的特定半導體集成電路工藝方法和裝置前，應(yīng)注意到本發(fā)明是硬件元件和工藝步驟的新穎的和非顯而易見的組合。因此，在附圖和說明書中，用傳統(tǒng)的元件表示這些元件，其中不很詳細地描述在本領(lǐng)域中傳統(tǒng)公知的各元件和工藝步驟，但是更詳細地描述與理解本發(fā)明有關(guān)的各元件和步驟。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明，用于流量校準或檢定的處理工具結(jié)構(gòu)包括位于排氣管線46內(nèi)的閥60、62、64以形成旁路環(huán)路68。閥60位于旁路環(huán)路68的流體入口通路中，以及閥62位于旁路環(huán)路68的流體出口通路中。在一個優(yōu)選實施例中，每個閥60、62和64包括手控閥。在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明，閥60、62和64能在啟動流量檢定或校準工藝前(經(jīng)圖2中未示出的導體)，由系統(tǒng)控制器40命令打開。在另一實施例中，當期望其監(jiān)視或校準供給氣體流時，可采用其他閥裝置來允許流體流過參考質(zhì)量流控制器70，以及允許在工藝執(zhí)行期間供給氣體流入處理室。例如，可將閥48、60、62和64的一個或多個組合成單個閥以便根據(jù)需要控制流體流。
旁路環(huán)路68進一步包括用于確定通過此的流率的參考質(zhì)量流控制器70。參考質(zhì)量流控制器70通過雙向電子鏈路73從計算機或可編程控制器72接收信息并將信息提供給該計算機或可編程控制器72。在一個優(yōu)選實施例中，質(zhì)量流控制器70包括數(shù)字質(zhì)量流控制器，因為已知數(shù)字質(zhì)量流控制器比模擬型更精確。在另一實施例中，質(zhì)量流控制器70包括模擬質(zhì)量流控制器。
為根據(jù)本發(fā)明的教導執(zhí)行對質(zhì)量流控制器12、14、16或18中的一個的檢定或校準，關(guān)閉閥64和打開閥60和62。同時，打開排氣閥48以及關(guān)閉生產(chǎn)流水線閥30。這些閥設(shè)置允許來自氣體供給1、2、3和4中一個的氣體種類流過其各自的質(zhì)量流控制器和旁路環(huán)路68。
假定選擇質(zhì)量流控制器12用于檢定或校準，系統(tǒng)控制器40將質(zhì)量流控制器12控制為具有一個氣體流率。氣體從氣體供給1流過，連續(xù)流過質(zhì)量流控制器12和旁路環(huán)路68，包括參考質(zhì)量流控制器70。計算機72確定由參考質(zhì)量流控制器70所測量的流率，即，參考流率。
參考流率可被記錄在計算機72和/或提供用作在計算用于質(zhì)量流控制器70的校正因子中的系統(tǒng)控制器40的輸入，該校正因子表示用于質(zhì)量流控制器12所要求的流率與由參考質(zhì)量流控制器70所測量的參考流率之間的差。當在一個工藝步驟期間質(zhì)量流控制器12可操作時，系統(tǒng)控制器40使用校正因子以便由所需要的氣體流率計算校正的氣體流率。系統(tǒng)控制器40將質(zhì)量流控制器12控制到具有所校正的氣體流率，以確保從此通過的實際流率等于所需流率。使用這一技術(shù)，還可校準剩余的質(zhì)量流控制器14、16和18。
參考流率(或校正因子)還表示用于質(zhì)量流控制器12的基線流率。在稍后的某一時間，質(zhì)量流控制器12對相同的氣體種類，經(jīng)受如上所述的另一檢定/校準工藝?；€流率和稍后確定的參考流率間的任何差異表示質(zhì)量流控制器12的流率控制機制中的變化。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法是用于參考質(zhì)量流控制器70中的故障的自檢查。在使用參考質(zhì)量流控制器70的氣體流率的常規(guī)檢定期間，如果所有流率偏離先前確定的基線流率，則指示參考質(zhì)量流控制器的不正確操作。
如本領(lǐng)域所公知的，將質(zhì)量流控制器校準到特定的氣體種類是有利的，因為質(zhì)量流控制器的流率控制機制基于氣體種類的某些特性(例如分子大小和氣體溫度)。在未將參考質(zhì)量流控制器70校準到特定的氣體種類的一個實施例中，能實施一系列校準測試以便確定對指定的氣體種類，由參考質(zhì)量流控制器70確定的參考流率與實際流率間的關(guān)聯(lián)。只要相關(guān)因子已知，就能使用數(shù)學算法由用于氣體種類的參考流率來計算實際氣體流率。
期望對“類屬”氣體，諸如氮，校準參考質(zhì)量流控制器。正確地校正參考質(zhì)量流控制器70以便識別約5％或更小的流量偏差是有利的。即，如果期望100sccm的流率，那么參考質(zhì)量流控制器應(yīng)當能提供從約95sccm(95％)至約105(105％)的流率。
使用下面闡述的過程，能校準用于任何氣體種類的參考質(zhì)量流控制器。為特定氣體種類生成的相關(guān)曲線和校準因子允許將參考質(zhì)量流控制器流量讀數(shù)轉(zhuǎn)換成用于任何種類氣體的實際氣體流率。相關(guān)曲線允許由參考質(zhì)量流控制器70所測量的流率來確定用于特定氣體的實際流率。例如，如果參考質(zhì)量流控制器表示氣體A的流率為40sccm，可使用一校準曲線來確定氣體A實際上正按50sccm流動。根據(jù)相關(guān)曲線，參考質(zhì)量流控制器讀數(shù)和實際氣體流量之間的偏移量是參考值的1.25倍(50/40＝1.25)。因此，校準因子是1.25。如果參考質(zhì)量流控制器70稍后測量用于氣體A的流率為80sccm，則計算機72使用該校準因子1.25來確定實際流率為100sccm(80*1.25＝100)。
下面描述確定用于每種氣體種類的相關(guān)曲線的一種方法。假定所選擇的質(zhì)量流控制器，諸如質(zhì)量流控制器12以及參考質(zhì)量流控制器70是已知的良好的質(zhì)量流控制器。識別用于感興趣的氣體(即，來自氣體供給1的氣體，因為選擇了質(zhì)量流控制器12)的流率，例如，流率為100sccm。選擇低流率和高流率間的流率范圍以確保在感興趣的流率的上下具有適當?shù)挠嗔俊＠?/-50％的余量通常被視為是適當?shù)?。選擇流率增量，即在每次檢查試驗期間流率將按其改變的量。所選擇的增量應(yīng)當小于制造工藝能容許的最大流率偏差，例如目標流量的5％或5sccm。
將所選定的質(zhì)量流控制器控制到低流率，以及按增量率遞增到高流率。例如，在本例子中，使用50、55、60、65、…140、145和150的流率。對這些流率的每一個，由參考質(zhì)量流控制器70確定參考流率。通過將所要求的氣體流量值繪在x軸上以及將參考流率繪在y軸上，創(chuàng)建相關(guān)曲線?？纱_定該曲線的方程式并將該方程式作為用于所選定的氣體種類的相關(guān)方程式或校準因子。能在相關(guān)方程式中使用由參考質(zhì)量流控制器70確定的未來的流率值以便確定由參考質(zhì)量流控制器所測量的、用于指定氣體種類的實際氣體流率。在該工藝系統(tǒng)中，執(zhí)行用于每種氣體種類的這種過程以生成用于每個氣體種類的相關(guān)曲線。
盡管參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出各種改變以及可以用等效的元件替代其中的各元件。本發(fā)明的范圍進一步包括來自在此闡述的各個實施例的元件的任何組合。另外，在不背離其本質(zhì)范圍的情況下，可以做出改進以便使特定的情形適應(yīng)于本發(fā)明的教導。例如，本發(fā)明的教導不限于在半導體制造工業(yè)中使用的質(zhì)量流控制器，而是也能應(yīng)用于食品和制藥工業(yè)中的質(zhì)量流控制器。因此，本發(fā)明意圖是不限于所公開的特定實施例，而是將包括落在附后權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于在進入處理室前，監(jiān)視或校準具有多種工藝氣體的系統(tǒng)中的氣體流量的方法，包括a)使幾種氣體中的每一種在進入處理室前流過不同的質(zhì)量流控制器；b)使氣體流轉(zhuǎn)向參考質(zhì)量流控制器以使參考質(zhì)量流控制器與專用于所述氣體的質(zhì)量流控制器之間的流率確定相互關(guān)聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1的方法，進一步包括響應(yīng)參考質(zhì)量流控制器和專用于所述氣體的質(zhì)量流控制器之間的流率確定來確定校準因子。
3.如權(quán)利要求2的方法，進一步包括將校準因子提供作為專用于所述氣體的質(zhì)量流控制器的輸入，用于根據(jù)校準因子調(diào)整其流率。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述轉(zhuǎn)向步驟進一步包括構(gòu)造允許氣體流過參考質(zhì)量流控制器以及防止氣體流向處理室的氣流通路。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中，所述構(gòu)造氣流通路的步驟進一步包括使氣體流向參考質(zhì)量流控制器位于其中的排氣流通路。
6.一種用于確定在包括多種工藝氣體種類的系統(tǒng)中用于特定氣體種類的參考質(zhì)量流控制器的校準因子的方法，其中，多種氣體種類中的每一種通過相關(guān)的工藝氣體質(zhì)量流控制器操作，該方法包括a)使特定的氣體種類以多種氣體流率流過相關(guān)的工藝氣體質(zhì)量流控制器；b)由參考質(zhì)量流控制器確定用于多種氣體流率中的每一個的參考流率；以及c)基于參考流率和氣體流率間的關(guān)系，確定用于特定氣體種類的校準因子。
7.一種用于監(jiān)視或校準進入處理室的氣體流量的裝置，包括多種供給氣體；多個供給氣體質(zhì)量流控制器，其中，每種供給氣體與用于控制從此通過的供給氣體的流率的供給氣體質(zhì)量流控制器有關(guān)；與所述多個供給氣體質(zhì)量流控制器選擇性地實現(xiàn)流體相通的第一和第二流體通路，其中，處理室位于第一流體通路中；以及位于第二流體通路中的參考質(zhì)量流控制器，其中，通過參考質(zhì)量流控制器的選定供給氣體的流量與參考質(zhì)量流控制器和與該選定的供給氣體有關(guān)的供給氣體質(zhì)量流控制器之間的流率確定相關(guān)聯(lián)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第二流體通路包括排氣通路和旁路環(huán)路，以及其中，參考質(zhì)量流控制器位于該旁路環(huán)路中。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，進一步包括一個或多個閥，所述閥具有用于將選定的供給氣體通過第二流體通路引向參考質(zhì)量流控制器的第一配置，和用于將供給氣體通過第一流體通路引向處理室的第二配置。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括用于將所述一個或多個閥控制到具有所述第一或第二配置的系統(tǒng)控制器。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，進一步包括響應(yīng)于參考質(zhì)量流控制器和供給氣體質(zhì)量流控制器之間的流率確定的系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器用于響應(yīng)此，控制供給氣體質(zhì)量流控制器。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，第二流體通路包括在此串聯(lián)設(shè)置的第一和第二閥、排氣端、從第一和第二閥之間的第二流體通路分支的入口流體通路、從第二閥和排氣端之間的第二流體通路分支的出口流體通路，以及進一步包括串聯(lián)設(shè)置在入口流體通路中的第三閥和串聯(lián)設(shè)置在出口流體通路中的第四閥，其中，參考質(zhì)量流控制器位于第三和第四閥之間。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，為監(jiān)視或校準氣體流量，第一、第三和第四閥處于打開位置以及第二閥處于關(guān)閉位置。
14.一種在制造半導體集成電路中使用的裝置，包括處理室；多個供給氣體；同樣多個供給氣體質(zhì)量流控制器，其中，該多個供給氣體的每一個與用于控制從此通過的氣體流率的該多個供給氣體質(zhì)量流控制器中的一個有關(guān)；與多個供給氣體質(zhì)量流控制器選擇性地實現(xiàn)流體相通的第一和第二流體通路，其中，處理室位于第一流體通路中；位于第二流體通路中的參考質(zhì)量流控制器，其中，由參考質(zhì)量流控制器確定選定的供給氣體的流率以便與由和所選定的供給氣體有關(guān)的供給氣體質(zhì)量流控制器所確定的流率相關(guān)聯(lián)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，第二流體通路包括排氣通路和旁路環(huán)路，其中參考質(zhì)量流控制器位于該旁路環(huán)路中。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，第二流體通路包括用于控制通過第二流體通路的氣體流量的排氣閥和用于控制通過旁路環(huán)路的氣體流量的排氣閥。
17.如權(quán)利要求14所述的裝置，進一步包括具有用于將氣體流量引向第一流體通路的第一配置和用于將氣體流量引向第二流體通路的第二配置的閥。
全文摘要
一種用于在半導體制造工藝中監(jiān)視或校準通過質(zhì)量流控制器的氣體流率的方法和裝置。參考質(zhì)量流控制器設(shè)置在用于從與同樣多個供給氣體有關(guān)的多個質(zhì)量流控制器的一個接收氣體流量的旁路環(huán)路中。選擇一個氣體供給質(zhì)量流控制器并將其控制為具有特定的氣體流率。通過選定的質(zhì)量流控制器的氣體流量，當氣體流向排氣管時還通過參考質(zhì)量流控制器。將氣體供給質(zhì)量控制器所要求的流率與由參考質(zhì)量流控制器確定的實際流率相比，從而監(jiān)視和校準氣體供給質(zhì)量流控制器。
文檔編號G01N29/02GK1574200SQ20041004314
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者威廉·丹尼爾·貝弗斯, 約瑟夫·威廉·巴克夫勒, 詹姆斯·L·弗萊克, 羅伯特·弗蘭西斯·瓊斯, 貝內(nèi)特·J·羅斯 申請人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司