專利名稱：利用壓差測量的氣流控制的制作方法
利用壓差測量的氣流控制
背景技術：
在電子電路及顯示器制造中，例如半導體、介電材料及導體材料的材
料是沉積及圖樣化于 一 基材上。部分的此些材料由化學氣相沉積(C V D)或 物理氣相沉積(PVD)工藝來進行沉積，而其它材料則由基材材料的氧化作 用或氮化作用而形成。例如，在化學氣相沉積工藝中，工藝氣體導入反應 室中，并通過加熱或RF能激發的而沉積一膜于基材上。在物理氣相沉積 中， 一靶材是以工藝氣體濺鍍而沉積一層靶材材料于基材上。在蝕刻工藝 中， 一含有光阻或硬式光罩的圖樣化光罩通過微影術形成于基材表面上， 且暴露于光罩特征結構間的基材表面部分是由激發態的工藝氣體蝕刻的。 此工藝氣體可為單一氣體或一氣體混合物。沉積及蝕刻工藝，及額外的平 坦化工藝依序進行以處理基材而制造電子裝置及顯示器。
基材處理反應室包含有氣體分配器，其包括多個氣體噴嘴以導入工藝 氣體至反應室中。在一態樣中，氣體分配器為一包含具有多個氣體噴嘴的 板或密閉器的噴氣頭。另一態樣中，氣體分配器包含獨立氣體噴嘴，其通 過反應室側壁以由圍繞基材周邊的側向注入至反應室。在另一態樣中，多 個獨立氣體噴嘴由圍繞基材周邊垂直注入氣體至反應室。在再一態樣中， 氣體分配器包含具有面對基材的氣體出口數組的噴氣頭。
然而，傳統氣體分配器通常不能提供跨越基材表面的均 一分布的氣體
氣體流速，當例如氣體噴嘴的大小在噴嘴間彼此不同時。如另一例子，一 噴氣頭通常具有稍微不同直徑的出口孔，其將導致每一出口孔的不同流速。 再者，在某些設計中，含有具不同直徑出口數組的氣體噴氣頭可提供在一 特定出口數組中的不同出口的不同氣體流速。
更進一步的問題發生在當嘗試平衡多反應室處理設備的二分離反應室 的氣體流以獲得在每一反應室為實質相似處理速率時。在一方法中，使用 微計量閥調整通過一供應至反應室的一管的工藝氣體流，例如在共同受讓的美國專利第6,843,882號描述的，將其全文并入以做為本申請的參考。 可調整獨立的微計量閥以平衡或蓄意不平衡二不同反應室的氣體流。然而， 微計量計的人工調整為耗費人工且可造成操作人員的不精確。操作人員的 物理調整微計量計一定次數，且此調整可因操作者不經意的作動而改變。 再者，對每 一 反應室的平衡氣體流的精確等級亦通常難以決定。
亦可使用可分離輸入氣體流成為二獨立流的流量比裝置(flow ratio device)來控制氣體流至雙反應室。例如，美國麻州威明頓MKS Instruments公司的DELTA 流量比控制器可將輸入流分成二獨立流。另 一流體控制裝置，美國加州密耳比它斯Celerity公司的流量比分流器(Ratio Flow Splitter; RFS)模塊是基于傳送至反應室的多個區域或獨立反應室的 一特定設定點的比例而利用一閥將輸入氣體流轉向至二分支氣體流。在此 些裝置中，流至每一反應室的流體是以流量計量測。雖然此裝置為有效的， 但比例的精確性受流量計的精確性強力影響，其通常為流量比例的± 1 % 。 可使用較精確的流量計以得較佳精確性，然而，此流量計為昂貴的且增加 基材處理成本。
因此，需要具有一氣體分配器，其經由不同的噴嘴提供已知及可再現 的流速，以提供跨越基材表面的均勻或預設的處理流速。亦需要一精確量 測通過氣體分配器的不同噴嘴的氣體流速。又需要一可調整流至雙反應室 的氣體流量以獲得在每一反應室中的均勻流速。
為讓本發明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分 乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發明特定實施例，但 其并非用以限定本發明的精神與范圍，任何熟習此技藝者，當可作各種的 更動與潤飾而得等效實施例。
圖1A為氣流比較器的實施例的示意剖面圖1B為包含T型氣體聯結器的分流器的實施例的示意剖面圖1C為限流器的實施例的示意剖面圖1D為惠斯敦電橋電路的圖式；圖2為氣流比較器實施例的透視圖3A為氣流比較器的噴嘴托架的實施例的分解視圖；圖3B為圖3A的組合噴嘴托架的透視圖；圖4為氣體分配器的實施例的概要底視圖5為顯示用以測試氣體分配器的獨立噴嘴的相對流速的具有一取樣探針及一可調式針閥噴嘴的氣體流比較器組態的示意圖6為顯示用以測試裝設在一密閉器(真空反應室)中的氣體分配器的噴嘴數組的比較流速的氣流比較器組態的示意圖7為顯示用以測試包含一面板及一阻擋板的氣體分配器的噴嘴流速的氣流比較器組態的示意圖8為使用絕對量測流量計而獲得通過二氣體分配器的特定噴嘴的流動傳導性的二柱狀圖9為顯示藉壓力計于電壓量測的相對差異的數值圖，其是對應于通過氣體分配器的不同噴嘴所量測的流速；
圖10為一沉積在基材上的氧化硅薄膜的膜厚度變化的等高圖11為流經用于圖10的沉積工藝的氣體分配器的不同噴嘴的氣體流的等高圖；以及
圖12為一具有二反應室及一用于控制通過各反應室的氣體分配器的工藝氣體流速的氣流比較器組態的基材處理設備的示意圖。
主要組件符號說明
20氣流比較器24氣體控制單元
26(氣體)管28入口
30氣體源31氣體聯結器
32出口33氣體閥
34氣體供應器35氣體過濾器
36壓力調節器37壓力顯示器
38流量計40分流器
41氣體聯結器42中空管43 a-c 腳部44入口端口
46a-c聯結端48a第一輸出端口
48b第二輸出端口50(第一)限流器
51a、b 端部52(第二)限流器
53中空管54 、56 出口
55入口58檔板
59孔洞60、 62 第二分流器63入口端口64a 、b (第一)輸出端口
66入口端口68a 、b (第二)輸出端口
70壓差計80托架
82托架93電壓源
94惠斯敦電橋95接腳
96接腳97、 98 中點99電流計100、102 噴嘴
101、103 源電壓端104容設部
106插入件107肩部
■墊圏109內表面
110后端部112環形螺帽
111凹部116聯結器
120、122 通道126氣體分配器/板
126a、b 氣體分配器/板128a、b 數組
129(第一)管130探針
131(第二)管132針閥
134密封件135a、b 阻擋板
138密閉器138a、b 反應室
140(基材處理)設備141氣體流控制器
142壓力計144真空泵
148控制器150a、b 氣體管線
154a、b 歧管158a、b 流量調節閥160 a、 b基材 162a、 b 基材支撐座
163a、 b間隔控制單元164a、 b 溫度控制單元
165a、 b排放端口 166a、 b 排放管線
168共同排放管線 170 真空泵
174a、 b節流閥 180a、 b 氣體激發器
具體實施例方式
一氣流比較器20的實施例，如顯示于圖1A及圖2，是經由一壓差量測以量測通過多個噴嘴的氣體的氣體參數差異。所量測的氣體參數差異可為例如氣體的流速或壓力。氣流比較器20包含一安裝于氣體管26上的氣體控制單元24，以設定氣體通過氣體管26的氣體流速率或氣體壓力。氣體管26具有一入口 28及一出口 32，該入口 28連接至一氣體源30,且氣體是通過該出口 32而自氣體管26流出。氣體源30包括一氣體供應單元34 (例如一氣體加壓容器)及一用以控制氣體離開氣體供應單元的壓力的壓力調節器36。在一態樣中，氣體源30設定為在由約50至約150 psia的壓力提供一氣體，例如氮。
氣體控制單元24提供在一選定氣體流速或壓力的氣體至一設備。參考圖2,來自氣體源(未顯示)的氣流經由一氣體聯結器31進入氣體管26。以人工操作在氣體管26上的一氣體閥33，以設定通過管26的氣流。氣流接著通過氣體過濾器35,而氣體過濾器35可為傳統氣體過濾器，如美國喬治亞州亞特蘭市McMaster Carr公司可購得者。氣體控制單元24可為例如一氣流控制單元或一氣體壓力調節器。在一態樣中，氣體控制單元24為一流量計38，例如質流控制器(MFC)或體積流量控制器。氣體控制單元24可包含一氣流控制回饋環路，以控制氣體通過氣體管26的氣體流速，其一般已知為一流體控制是質量流量計。在流量計38設定的流速為氣體流出管出口 32的流速，且質量流量計38監測氣體流速，并響應量測的流速以調整 一 內部或外部閥而獲得 一 氣體的實質恒定流速。實質恒定意指流速變化低于5%。氣體控制單元24提供一實質恒定氣體流速，例如與標稱流速差異低于5。/。的流速。 一適當的流量計38為一質流控制器(MFC),為日本京都STE公司MFC型號4400的300 sccm氮。氣體控制單元24的另一態樣為壓力控制MFC,如美國麻州威明頓MKS Instruments公司的速率為3000 sccm的MFC。另 一適當的氣體控制單元24可包括美國加州猶耳巴林達的UNIT的MFC。另一氣體控制單元24為一壓力調節器36,如美國俄亥俄州克里夫蘭Parker Hannifin公司的Veriflo分公司的VARIFLO 壓力調節器，或一得自美國俄亥俄州索隆Swagelok公司的壓力調節器。一壓力顯示器37在流量計38后設置以讀取供應至氣流比較器20的氣體。
將處于恒定流速及/或壓力的氣體供應至一主要分流器40,其具有一連接至氣體管26的出口 32的入口端口 44以接收氣體。此分流器40將接收到的氣體流分流至第一及第二輸出端口 48a、 b。分流器40可將氣體流分流為二獨立且相等的氣流或依預定比例而分流氣流。在一例示中，分流器40于第一及第二輸出端口 48a、 b間平均將所接收到的氣流進行分流。此可通過將輸出端口 48a、 b定位而對稱于入口端口 44來達成。在一態樣中，主要分流器40包含一T型氣體聯結器41，如顯示于圖1B。 T型氣體聯結器41包含一 T型中空管42,中空管42的每一腳部43a-c具有一聯結端46a-c,其可與一氣體管形成氣密。 一適當的T型聯結器為一1/4"或1/2"直徑T-配件與一 VCR聯結單元，其可由美國俄亥俄州索隆Swagelok公司的分公司Cajon Pipe Fittings購得。
第一及第二限流器50、 52為各自連接至第一及第二輸出端口 48a、b。每一限流器50、 52提供一跨越限流器的壓降(pressure drop)。由各個限流器50， 52所提供的壓降基本上相同，但其亦可為不同。在一態樣中，第一限流器50具有一限流器出口 54，及第二限流器52具有一限流器出口56。限流器50的實施例的橫切面如圖1C所示，包含一具有限流器入口55及限流器出口 54的中空管53,且出口 54與入口 55是分別位于端部51a、 b中。端部51a、 b是經成形而與上方氣體管53提供一氣密封。限流器50更包含一具有孔洞59的檔板58，而孔洞59具有一預定大小且位于中空管53之中央部分。中空管53亦可在一收縮段由較大直徑縮減至一較小直徑(未顯示)以提供所欲的限流作用，以替代檔板58。另一態樣中，限流器50可包含一噴嘴。適合的限流器50、 52包括由美國麻州沃桑BIRDPrecision公司耳又4尋的Ruby Precision Orifices。
一對輔助分流器60、 62連接至限流器50、 52的限流器出口 54、 56。第一輔助分流器60包含一入口端口 63及一對第一輸出端口 64a、 b，而第二輔助分流器62亦具有一入口端口 66及一對第二輸出端口 68a、 b。第二分流器60、 62亦可包含前述的T型氣體聯結器41。
一壓差計70是連接跨過輔助分流器60、 62的輸出端口64a、 68a。在一態樣中，壓差計70適于量測至少1托耳(Torr)，或甚至至少5托耳，或甚至50托耳的壓力。壓差計70的精確度依通過氣流比較器20的氣體的壓力或流速而定。例如， 一具有壓力范圍量測能力為50托耳的壓差計70所具有的精確度為至少約±0.15托耳；反之，能量測一壓力范圍為1托耳的壓差計70具有的精確度為0.005托耳。 一適當的壓差計70為購自MKS Instruments公司的MKS 223B壓差傳感器。壓差計70通過在前向或反向的膜片位移而操作，膜片位移會對應于所量測的壓差而產生正或負電壓。
第一及第二噴嘴托架80、 82是連接至輔助分流器60、 62的一對輸出端口 64b、 68b上。可連接噴嘴托架80、 82以供給氣體至噴嘴100、 102,而用于量測經由噴嘴的比較性流速。例如，噴嘴托架80、 82可連接至第一參考噴嘴100及一用以測試相對于參考噴嘴的流速的第二測試噴嘴102;或可互相比較經由二噴嘴100、 102的相對流速。
為比較經由二噴嘴100、 102的流速，噴嘴100、 102是附接至噴嘴托架80、 82。在噴嘴托架82中安裝噴嘴102的分解視圖是顯示于圖3A。噴嘴102滑入一聚合物插入件106的凹陷容設部104中，以致噴嘴102的呈角度的肩部107接觸聚合物插入件106的呈角度的內表面109。 一鐵氟龍墊圏108安裝于噴嘴102之后端部110以形成一密封墊片。插入件106與噴嘴102的組件接著插入環形螺帽112的配合凹部111中。此組件然后螺鎖至基部聯結器116,并以手壓合以形成一良好密合。噴嘴托架82與往外延伸的噴嘴102的組合，如顯示于圖3B，是扣合裝配至氣流比較器20的氣體聯結器或氣體管。當以另一測試噴嘴替換噴嘴102時，噴嘴托架82的配件需以異丙醇擦拭干凈。
在操作中，氣體供應器34及氣體控制單元24為用以提供恒定流速或恒定壓力的氣體至氣流比較器20的氣體管26的入口 28。在一態樣中，設定壓力調節器36以提供在例如約10~約150 psig或甚至40 psig的恒定壓力的氣體至具有16密耳(mils)直徑的噴嘴，且設定流量計38以提供約100 ~ 3000 sccm的流速，及在 一 態樣中為300 sccm 。然而，當量測大量噴嘴102時，則設定的氣體流速或氣體壓力較大，例如具有數千個噴嘴的氣體分配器的扇形噴嘴102,則流速可設定至約80 slm-約140 slm，或甚至約100 slm 約120 slm。
壓差計70在每一測試階段開始時歸零。提供恒定流速或恒定壓力的氣體至主要分流器40，而分流器40將氣體導引通過具有第一及第二限流器50、 52的獨立的第一及第二流體通道120、 122。氣體在離開限流器50、52的出口 54、 56之后，則流經第一及第二噴嘴100、 102,且第一及第二噴嘴100、 102的至少其中之一者會經過測試。通過噴嘴100、 102的任何氣體流速的差異，或是跨越噴嘴100、 102的壓降會造成壓差計70呈現壓差，且該壓差是與氣體通過噴嘴100、 102的流速的變化成比例。量測噴嘴性能的傳統方法為直接使用一質量流量計量測通過噴嘴的流量，且此流量量測準確度受通過噴嘴的總流量的量測精確度的限制。相反的，氣流比
較器20允許經由噴嘴100、 102的標稱流速的約±1.5%內的流量變化的量測。噴嘴流速是量測為通過在二噴嘴100、 102及上游壓力間的壓差的噴嘴阻力的改變百分比。通過量測在阻力的差異，氣流比較器20可產生一流量量測的精確度，其至少為一優于傳統流量測試裝置的大小等級。
氣流比較器20的操作可以參照圖1D所示的惠斯敦電橋(WheatstoneBridge)94電路來解釋。 一惠斯敦電橋94是用于量測一未知電阻器的未知電阻值，其是通過平衡橋電路的二接腳，其中一接腳包括一未知電阻器，并由電壓源93供電。在惠斯敦電橋94中，f x表示未知的電阻器；及A、
尺2與尺3表示具有已知電阻值的電阻器，而尺2的電阻為可調整的。若在第
一接腳95的二己知電阻器比例(R2//^)相等于在第二接腳96的二未知電阻器比例(尺"尺3)，則在二中點97、 98間的電壓為零且沒有電流流過中點97、
98。變化尺2直至達到此一狀況。電流方向說明尺2為過高或過低。可完成 偵測零電流至非常高的精確性。因此，若A、尺2及尺3為已知至一高精準 的值，則隨著在Rx的小改變而中斷平衡，Rx可量測至一相同精準值，且
易于被偵測。當惠斯敦電橋94平衡時，其意指通過電流計99的電流(Rg) 等于零，在源電壓端101、 103間的電路的等效電阻(尺E)是將& +尺2 與尺3 +尺4做對比來決定的，如下
尺E = {(/^ +尺2).(尺3 +尺x》/ {尺，+尺2 +尺3 +尺4}
亦可替換的，若A、尺2、及尺3為己知，但尺2為不可調整，則可利用
Kirchhoff電路定律(亦稱為Kirchhoff法則)并使用流經電流計99的電壓或
電流來計算尺x值，。
在顯示于第1A及2圖的氣流比較器20中，限流器50、52及噴嘴100、 102為表示或相當于圖1D惠斯敦電橋94的固定電阻器、可調式電阻器， 及未知電阻器。針對氣流比較器20，限流器50、 52分別表示固定流阻& 及R2，其值相等，故R"!-R2-Ru。再者，噴嘴100、 102分別表示流阻 R3及R4，其在值上亦應相等，故R3 = R4 = Rd = k Ru，其中k〉1。然而， 若R4相對于Rs而改變AR，則壓差為
△P = Q { AR / [2(1+k) + AR/Ru]}
當此等式為線性，APaAR,且因此由氣流比較器20量測的壓差與二 噴嘴100、 102的流阻為成比例的。
在一態樣中，亦可使用校正噴嘴的套件，以辨識氣流比較器20處于適 當的操作狀態。此套件可具有不同型式噴嘴100、 102,或是相同型式的多 重噴嘴(意即具有相同孔徑大小)。例如，噴嘴套件可含有具有開口大小 為約0.013-至約0.0210英吋的噴嘴，是以0.0005英吋增量。校正噴嘴 套件亦可為日本Kyocera公司的陶瓷噴嘴，其具有一受控制的孔徑大小。 套件可助于校正測試用的噴嘴以決定測試噴嘴的實際流速。
在另 一態樣中，氣流比較器20適于連接至氣體分配器126的噴嘴102, 其中氣體分配器126是用于分布工藝氣體至基材處理反應室。氣體分配器 126， 一態樣為顯示于圖4，包含多個間隔設置的噴嘴102，例如噴嘴102可共計約100至約10,000個，或甚至約1000至約6000個。圖5顯示一 適用于測試氣體分配器126的獨立噴嘴102流速的組態。在此組態中，噴 嘴托架80包含一用于取樣氣體分配器126的每一獨立噴嘴102流速的取 樣探針130。在一型式的取樣操作中，取樣探針130為置于一特定噴嘴102 的上方以量測一獨立噴嘴相對于參考噴嘴100的相對流速。噴嘴托架82 為連接至參考噴嘴100，其可為一固定大小噴嘴，或是可調式噴嘴(其開 口大小可利用可調式針閥132做調整)，如顯示于圖5。在后者的例子中， 針閥132是設定以配合在氣體分配器126上單一選定噴嘴102所量測的 傳導率，且然后探針130于噴嘴之間移動以檢查流經每一噴嘴的流速。此 方法允許確認通過氣體分配器126的噴嘴102的氣體流速均一性。在此組 態中，氣體控制單元24包含一流量計38,其包括一設定以提供流速為1000 sccm的氮氣的質量流量控制器。在氣體流通道120、 122的限流器50、 52分別為具有孔徑為約0.35 mm (0.014 in)的噴嘴。壓差計70具有1托 耳的壓差量測范圍。
在一態樣中，取樣探針130包含具有第一直徑的第一管129，第一管 129是連接至具有第二直徑的第二管131，其中第二直徑小于第一直徑。 例如，第一管129可具有約6.4 mm(0.25英吋)的第一直徑，且容設一具有 第二較小直徑3.2 mm (0.125英吋)的第二管131。管129、 131可為塑料 管。一 0型環密封件134裝設于取樣探針130的第二管131的開口周圍 以形成密封，且O型環密封件134可為例如具有直徑為約3.2 mm (0.125 英吋)的內孔及外部尺寸為約6.4 mm (0,125英吋)或更大的的硅膠環。在 一態樣中，硅膠環具有約20的硬度量測值(Durometer hardness measurements硅膠環例如為購自美國喬治亞州亞特蘭大McMaster-Carr 公司的20硬度超軟硅膠。在另 一態樣中，取樣探針130包含一 VCO配件， 其適于與平坦表面形成一氣密封，并具有一含溝槽的平坦端，且一O型環 墊圏是容設于溝槽內。一適當的0型環可具有約3.2 mm (0.125英吋)直徑。 供應至氣流比較器20的氣體可為氮。
在另一量測方法中，使用氣流比較器20以量測安裝在密閉器138中 的單一氣體分配器126的噴嘴102的二或多個數組128a、b的相對氣體流傳導性，如顯示于圖6，該密閉器138可為基材處理設備140的真空反應 室或工藝反應室。在此組態中， 一噴嘴托架80是適于使氣體通過單一噴嘴 102,或通過氣體分配器126(例如顯示于圖4)的噴嘴102的一選定數組 128a、 b并同時密封住氣體分配器126的其它剩余孔。密閉器138具有一 壓力計142以量測反應室中的壓力，其為例如購自前述的MKS Instruments公司的BARATRON壓力計，其具有一膜片且可量測高達100 托耳的壓力。密閉器138亦具有一真空泵144,如一機械位移真空泵，例 如購自英國Edwards BOC公司的QDP-80。噴嘴托架80、 82是通過在二 扇形周圍形成氣密以適于量測二數組128a、 b的相對傳導性，其中二數組 128a、 b包含一氣體分配器126的一扇形噴嘴102。亦可使用一夾具(未顯 示)以封合其它不會經過量測的氣體分配器126的噴嘴102，以允許僅量測 通過開啟噴嘴102的氣體流速。夾具為一簡單的密封裝置以覆蓋噴嘴102。 通過量測通過在氣體分配器126的噴嘴102的獨立數組128a、 b的平均流 速，可比較通過不同扇形或區域的流速。此可用于做為一定性測試以除去 具有不均勻的噴嘴102的數組128a、 b的氣體分配器126，而此不均勻數 組128a、 b是歸因于不良機器制成或其它制造的噴嘴。
可與氣流比較器20使用的另一量測方法包含量測二氣體分配器 126a、 b的噴嘴的氣體流傳導率，各個氣體分配器126a、 b包含一面板， 其分別面向具有大量噴嘴100、 102的阻擋板135a、 b,且將氣體排放至 一無塵室環境，如顯示于圖7。通過各自安裝的板126a、 b(或單一板126) 的噴嘴102的流體的總流量及均一性應相同，不然的話，在使用該些氣體 分配器的基材處理期間會產生不均勻的操作。 一適于比較通過二板126a、 b的總流速的組態包含安裝氣流比較器20,以使每一噴嘴托架80、 82與 噴嘴102、或氣體分配器126a、 b的噴嘴102的數組128連接。氣流比較 器20通過量測二板126a、 b與氣體源30的上游或輸入氣體壓力之間的壓 差以量測流動阻力或流動傳導性的差異百分比。通過量測流動阻力的差異， 此氣流比較器20可用以獲得精確的流速以及流量資料的一致，其可用于改 進雙反應室138a、 b的氣體分配器126a、 b的配合。一適于比較通過二板126a、 b的總流速的組態包含安裝氣流比較器 20,以使每一噴嘴托架80、82與每一反應室138a、b的輸入氣體歧管144a、 b連接，而歧管144a、 b是供應各自的氣體分配器126a、 b。在此組態中， 氣流比較器20通過量測二歧管144a、 b及氣體源30的上游或輸入氣體壓 力之間的壓差以量測流動阻力或流動傳導性的差異百分比。通過量測流動 阻力的差異，此氣流比較器20可用以獲得精確的流速，以及流量資料的一 致，其可用于改進雙反應室138a、 b的氣體分配器126a、 b的配合。
氣體分配器126的不同噴嘴102之間，或是不同氣體分配器126a、 b 之間會發生的絕對流速變化，如使用傳統流量量測設備量測者為顯示于圖 8。通過二不同氣體分配器126a、 b的特定噴嘴102所獲得的流體氣導率 為提供于圖上。第一板126a具有大小為0.6 mm (0.024英吋)的噴嘴102 及第二板126b具有大小為0.7 mm (0.028英吋)的噴嘴。雖然通過噴嘴的 流速在各個板是相當不同，在第一板126a是由120至125 sccm間變化， 而第二板126b為在156至167 sccm間變化，當關閉在二板126a、 b中 特定的噴嘴102的少于1%，板126a、 b提供平衡的流速。比較包含板 126a、 b的扇形噴嘴的二對等數組128亦導致在扇形間的流速比1%更接 近的一致性。然而，通過不同噴嘴102的不同流速可在基材上產生顯著不 同的沉積或蝕刻速率。因此，此說明氣體分配器板126的獨立噴嘴102的 流量測量對量測為重要且可實質地改變。在此實施例中，流量量測裝置為 美國亞歷桑納州坦帕市DH Instruments公司的MOLBLOC。
一經由氣體分配器板126的獨立噴嘴102取樣的流速的相對差異變化 圖，藉壓差計70量測而以伏特表示的，為顯示于圖9。在此圖中，是顯示 氣體分配器126的不同噴嘴，+0.43 V相當于通過噴嘴的261 sccm流速， 而-0.80 V相當于267 sccm。對特定噴嘴102量測的差異流速的范圍以制 成一流量等高圖(flow contour map)，其與在基材160上處理的材料的 厚度或其它表面特性的均質性圖表相關。通過使用流量計以進行相對于絕 對流量量測的壓差量測，可在流速量測上獲得較高的精確度。在一實施例 中，當壓差計70的分辨率為1 mV時，流經具有阻擋器(blocker)的氣 體分配器126的140 slm N2會造成每一阻擋孔8 mV的變化。即使因流量變化，此可提供在板126中由多于一千個噴嘴覆蓋的單一孔的偵測能力。
因而在一傳統質量流量計提供精確度僅至約0.5%的絕對流量量測；本發明 方法可輕易的獲得相較于參考噴嘴102的優于0.1%的流量精確度。
在一工藝反應室中使用硅烷氣體而沉積于基材160上的氧化硅薄膜的 厚度可量測及顯示于圖10的等高圖。薄膜厚度全面差異在約52 A,平均 值為291 A,且范圍為由約266至約318 A。亦發現沉積厚度隨著反應室 中氣體分配器126的轉動而變化。然后使用氣流比較器20以量測用于處 理基材的氣體分配器126的流量均一性等高圖，如顯示于圖11。流量等高 圖與基材厚度沉積圖有關，因二圖呈現匹配的瀑布式圖樣，其中由氣體分 配器的較高流量提供對應的較高的沉積厚度。在此實施例中，其確定使用 鉆孔方法以產生小噴嘴孔的變化導致噴嘴102在遍及氣體分配器126上具 有不同直徑，該鉆孔方法為使用多個鉆頭并在鉆孔步驟中180。轉動板，或 是使用一單一鉆頭，且此鉆頭在鉆了大量的孔后會逐漸磨耗。
在另一量測組態中，可使用自動流量均量制圖裝置以量測氣體分配器 126的不同噴嘴102的流量均一性。例如，此裝置包括一氣流比較器及 X-Y-Z作動臺，以移動取樣探針130橫跨板126至不同噴嘴以測試每 一 噴 嘴102。此測試裝置允許針對各個新的氣體分配器126的完全流量等高圖 的量測。
一基材處理設備140亦可包含一氣體流控制器141以控制通過噴嘴 102的多個氣體流速以導入工藝氣體至多個基材處理反應室138a、 b中。 在一態樣中，氣體流控制器141包含一氣流比較器20,且用以自動調整工 藝氣體至反應室138a、 b的流速。工藝氣體可由一遠程等離子源激發，如 由美國加州爾灣市Astron公司制造的RPS源。每一反應室138a、 b包含 一輸入氣體管線150a、 b以供給工藝氣體至氣體歧管154a、 b，其接著將 氣體供應至一氣體分配器126a、 b。在操作中，工藝氣體通過氣流比較器 20的第一及第二限流器50、 52及噴嘴托架80、 82，且噴嘴托架80、 82 連接至供應反應室138a、b中的氣體分配器126a、b的輸入氣體管線150a、 b，此造成氣流比較器20的壓差計70指示一與流經噴嘴102的氣體流速 中的變化呈比例的壓差。在操作中， 一壓差訊號由壓差計70送至一控制器148，其相應于訊號 而調整連接至基材工藝反應室138a、 b的輸入氣體管線150a、 b的流量調 節閥158a、 b，以形成一密閉回路控制系統。流量調節閥158a、 b的一端 各自分別連接至輔助分流器60、 62的輸出端口64b、 68b，而另一端則連 接至反應室138a、 b的輸入氣體管線150a、 b，并供應反應室138a、 b中 的氣體分配器126a、 b。流量調節閥158a、 b響應由控制器148接收的流 量控制訊號以控制通過輸入氣體管線150a、 b的工藝氣體流量。在另一顯 示的態樣中，壓差計70置于流量調節閥158a、 b之前。因為壓差計70具 有一高流量阻抗，故壓差計70在工藝氣體通過流量調節閥158a、 b及氣 體管線150a、 b的流速上具有最小的影響。因此，壓差計亦可置于沿著氣 體供應通道的其它位置。
反應室138a、 b亦可用于做為真空測試設備以測試經板126a、 b的流 量差的密閉器138。壓差計測量施用至輸入管的氣體壓差，而輸入管是供 應工藝氣體至每一反應室138a、 b。
在一態樣中，流量調節閥158a、 b是經機械化以允許相應于壓差計70 的壓差訊號而進行流量調整自動化。例如，流量調節閥158a、 b可電力驅 動或人工驅動。在一實施例中，二流量調節閥158a、 b是經調整直至達到 所欲設定點為止，而此設定點為對應于得自壓差計70的0托耳的量測壓差 的訊號。相似地，例如當需要不對等的流速至各氣體分配器126a、 b時， 則所欲的設定點為-2托耳，閥158a、 b可依此調節。此容許在不同工藝 配方(process recipe)中設定壓差，且在設備140操作期間自動執行此 壓差。事實上，零壓差不能提供最好的結果，但可造成在二氣體管線150a、 b間的平均分流。小至0.1毫托耳的背壓差(differential backpressure) 的差異可有利地用于解析低至總流速的0.1。/。的流量差，或甚至流速的 0.01。/。的流量差，其與傳統流量控制計相反，傳統流量控制計只能提供總 流速的約1%的流量差的解析能力，此代表10倍佳的流量解析能力。
設備140可為例如得自美國加州Applied Materials公司的具有雙反應 室138a、 b的Producer 。此雙處理反應室138a、 b彼此上下設置，且 每一反應室提供處理一或多個基材160的能力。反應室138a、 b的多個可能應用中的一者為，用于以硅烷氣體沉積氧化硅薄膜于基材160 (包括硅
晶片)上，晶片尺寸為300 mm。在一實施例中，反應室138a、 b包括一 致的組件以進行相同的半導體工藝操作，或是相同的工藝操作組。相同的 組態可使反應室138a、 b同時進行相同的化學氣相沉積操作，其中絕緣或 傳導材料是沉積于放置在各反應室138a、 b的晶片上。在另一實施例中， 相同的半導體工藝反應室138a、 b為用以蝕刻基材160,如硅晶片， 一般 是經由在晶片表面上的光阻或其它型式屏蔽層的開口。當然，在反應室 138a、 b中可進行任何合宜的半導體操作，如等離子氣相沉積、外延層沉 積，或甚至蝕刻工藝如PAS蝕刻、回蝕(etch back)、或間隙壁蝕刻工 藝。如下文將描述，此操作的選擇在本文描述的系統背景中為可隨意的。
基材160a、 b例如硅晶片或其它型式的半導體晶片，是運送至各反應 室138a、 b以放置于一基材支撐座162a、 b上。每一基材支撐座162a、 b 可包括一溫度控制單元164a、 b，其含有一加熱器以加熱基材160a、 b。 若僅要使通過反應室138a、 b的氣體流均等，則不需要使薄膜沉積速率均 等或是在反應室138a、 b中產生相同工藝結果。例如，仍會因為其它因素 而使薄膜厚度具有變化，例如溫度差異及在氣體分配器126a、 b與基材 160a、 b間的間隔。晶片溫度是通過使用溫度控制單元164a、 b來改變基 材支撐座162a、 b的溫度而調整的。并利用連接至基材支撐座162a、 b之 間隔控制單元163a、 b來調整上述間隔。
每一反應室138a、 b具有一排放端口 165a、 b，其連接至各自的排放 管線166a、 b，而排放管線166a、 b是接合以形成一共同排放管線168， 其導引至一真空泵170。在操作中，反應室138a、 b可使用一泵以抽吸至 低壓力，如真空泵，且例如一粗抽泵、渦輪分子泵及其它泵的組合，以在 反應室138a、 b中提供所欲的壓力。在排放管線166a、 b中設置有下游節 流閥174a、 b以控制反應室138a、 b中的氣體壓力。
當用于等離子輔助工藝時，反應室138a、b亦可具有氣體激發器180a、 b。氣體激發器180a、 b可為在反應室138a、 b內的電極、反應室外側的 感應線圏、或遠程等離子源(如一微波或RF源)。氣體激發器180a、 b可用以設定施用以產生及維持在反應室138a、 b內的等離子或激發氣體物 種的能量。
前文已提供本發明的不同實施例的描述以用于了解本發明。說明部分 并非用以徹底詳盡說明或限制本發明至描述的較佳態樣。例如，本發明的 實施例可用于配合至少三反應室。再者，在多個反應室系統的至少一反應 室可建構為同時處理至少一晶片。據此，在前述示中的多種潤飾及變化為 可行的。
權利要求
1. 一種氣體流比較器，包含(a)氣體控制單元，安裝于氣體管上，該氣體控制單元包含氣體控制回饋環路以控制通過該氣體管的氣體的流速或壓力；(b)主要分流器，其包含入口端口及一對輸出端口，該入口端口用以接收來自該氣體管的該氣體；(c)一對限流器，各個該些限流器連接至該主要分流器的輸出端口，且各個該些限流器具有限流器出口；(d)一對輔助分流器，各個該些輔助分流器連接至限流器的限流器出口，且各個該些輔助分流器包含一對第一及第二輸出端口；(e)壓差計，連接至該些輔助分流器的該些第一輸出端口二者；以及(f)一對噴嘴托架，各個該些噴嘴托架連接至一輔助分流器的第二輸出端口，該些噴嘴托架可連接至第一及第二噴嘴，藉此，通過該些限流器及該些第一與第二噴嘴的氣體會造成該壓差計呈現與該氣體通過該些第一與第二噴嘴的流速的差異成比例的壓差。
2. 如權利要求1所述的氣體流比較器，其中該壓差計適于 量測至少約1托耳(Toir)的一壓力范圍；或 具有為至少約0.001托耳的一精確度。
3. 如權利要求1所述的氣體流比較器，其中該主要分流器及該些輔助 分流器各自包含T型氣體聯結器。
4. 如權利要求1所述的氣體流比較器，其中各個該些限流器包含具有 開孔的檔板。
5. 如權利要求1所述的氣體流比較器，其中該些噴嘴托架適于連接至 在處理室中的氣體分配器的一輸入管，該氣體分配器包含數個間隔設置的噴嘴。
6. 如權利要求5所述的氣體流比較器，其包含適于密封于該氣體分配器的至少一扇形的該些噴嘴周圍的夾具(jig)，藉以允許量測通過該扇形 的氣體流速。
7. 如權利要求1所述的氣體流比較器，其包含取樣探針以取樣具有數 個孔的氣體分配器的獨立孔的流速。
8. 如權利要求7所述的氣體流比較器，其中該取樣探針包含連接至第 二管的第一管，該第一管具有第一直徑，且該第二管具有小于該第一直徑 的第二直徑，且O型環密封件是安裝于該第二管的開口周圍。
9. 如權利要求8所述的氣體流比較器，其中該O型環密封件包含硅 膠環。
10. 如權利要求1所述的氣體流比較器，其更包含校正噴嘴套件。
11，如權利要求1所述的氣體流比較器，其中該第一噴嘴包含測試噴 嘴，且該第二噴嘴包含可調式針閥。
12. —種氣體流控制器，其包含如權利要求1所述的該氣體流比較器， 且其中該些第一及第二噴嘴各自包含流量調節閥，該些流量調節閥的一端 連接至輔助分流器的第二輸出端口 ，且另 一端則連接至基材處理反應室的 氣體入口管，該氣體入口管是供給在該反應室中的氣體分配器；且其中該氣體流控制器相應于由該壓差計所接收的 一訊號來調節流量調 節閥，以控制流經該些流量調節閥的氣體流量。
13. 如權利要求12所述的氣體流控制器，其中該些流量調節閥包含質量流量控制器。
14. 一種基材處理設備，其包含如權利要求12所述的該氣體流控制 器，且其中該設備包含第一處理反應室及第二處理反應室，而各個該些反 應室包含供應氣體分配器的氣體入口管、面向該氣體分配器的基材支撐座， 以及排出端口，氣體通過該排出端口而排出。
全文摘要
本發明揭露一種氣體流比較器，其包含一安裝于一氣體管上以設定通過氣體管的氣體的氣體流量或壓力的氣體控制單元。一主要分流器包含一連接至氣體管的入口端口。第一及第二限流器為連接至主要分流器。一對輔助分流器為各自連接至一限流器的限流器出口。一壓差計是連接至輔助分流器。一對噴嘴托架連接至第二分流器，且可連接至第一及第二噴嘴。在操作中，壓差計呈現與通過第一與第二噴嘴的氣體流速的差異成比例的壓差。
文檔編號C23C16/455GK101460659SQ200780020396
公開日2009年6月17日 申請日期2007年5月22日 優先權日2006年6月2日
發明者A·德塞, D·P·孫, D·科夫曼, S·E·賈諾拉基斯, S·M·韋拉斯特圭 申請人:應用材料股份有限公司