專利名稱：真空質量測量系統的制作方法
真空質量測量系統相關申請案本申請案主張2009年11月9日申請的第61/280，825號美國臨時申請案以及2010 年4月16日申請的第61/324，992號美國臨時申請案的權益。上述申請案的完整教示以引用的方式并入本文中。
背景技術：
質譜儀在工業和半導體制造領域已找到其過程應用，且已成功應用于解決與泄漏檢測、氣體污染和氣體成分控制有關的多種問題。由質譜數據提供的氣體成分信息的值被充分理解；然而，質譜儀仍被視為復雜的儀器，且數據解譯通常仍被移交給能夠收集和解譯相關數據的“專家”。與質譜儀相關聯的“復雜性特征”是應得的，且在某種程度上是技術的高成本的原因所在。大多數質譜儀器是昂貴的，且因此質譜儀制造商趨向于使儀器非常靈活，因此用戶可以所有可想到的模式來操作裝置。
發明內容
靈活性通常是質譜專家的期望特征，但可能為對此項技術不熟的人提供一組壓倒性的選擇。因此，需要氣體分析器，其最小化或消除上文所提到的復雜性。在一個實施例中，用于真空室的氣體分析器包含處理電子器件，其經配置以接收質譜數據,接收所述真空室中的總壓力的輸入,接收來自至少一個傳感器的外部輸入,且使用所述質譜數據、所述真空室中的所述總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。所述至少一個質量準則可為用戶可編程的。氣體分析器可進一步包含質譜儀，其經配置以提供質譜數據。處理電子器件可進一步經配置以基于質譜數據確定真空室中存在的至少一種化學種類的身份。在一個實施例中，處理電子器件進一步經配置以確定具有至少第一級和第二級的低溫泵的充滿度等級。在特定實施例中，所述至少一個傳感器包含低溫泵的第二級的溫度的溫度傳感器，存在于真空室中的至少一種化學種類為氫，且所述至少一個質量準則包含氫局部壓力與真空室中的總壓力的比率。在另一實施例中，處理電子器件進一步經配置以確定存在于真空室中的至少兩種化學種類的相對濃度，且使用所述相對濃度來計算真空質量指數。在又一實施例中，處理電子器件進一步經配置以確定存在于真空室中的至少一種化學種類的局部壓力，且使用所述局部壓力來計算真空質量指數。在一些實施例中，處理電子器件進一步經配置以確定存在于真空室中的至少兩種化學種類的局部壓力，且使用所述至少兩種化學種類的所述局部壓力來計算真空質量指數。在一些實施例中，氣體分析器可包含至少一種化學種類的局部壓力的顯示、至少一種化學種類的最小和最大局部壓力的顯示，以及至少一種化學種類的局部壓力的數字輸出。在某些實施例中，氣體分析器可包含真空質量指數的顯示、真空室中的總壓力的顯示，以及質譜數據的掃描范圍的顯示。所述至少一個傳感器可包含襯底溫度傳感器、真空泵速度傳感器、質量流量監視器、低溫泵溫度傳感器和/或離子泵電流傳感器。在一些實施例中，真空質量指數可控制二進制輸出。在某些實施例中，氣體分析器可包含真空質量指數的數字輸出，以及質譜數據的數字輸出。在一些實施例中，處理電子器件可進一步經配置以使用真空質量指數來控制過程。所述過程可為真空室的基礎輸出，且所述至少一個傳感器包含真空室的溫度的溫度傳感器。在此特定實施例中，所述至少一個質量準則包含真空室中的氫與所有其它化學種類的比率。在另一實施例中，所述過程可為真空室的基礎輸出，且所述至少一個傳感器包含真空室與用于排空真空室的真空泵之間的閘閥的位置傳感器。在此特定實施例中，所述至少一個質量準則包含真空室中的水與所有其它化學種類的比率。在另一實施例中，分析真空室中的氣體的方法包含接收質譜數據；接收所述真空室中的總壓力的輸入；接收來自至少一個傳感器的外部輸入；以及使用所述質譜數據、 所述真空室中的總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。所述方法可進一步包含使用真空質量指數來控制過程。在一些實施例中，控制所述過程包含前饋過程控制。在一些其它實施例中，控制所述過程包含反饋過程控制。在某些實施例中，控制所述過程包含隨著時間的推移而跟蹤真空室中的過程的質量。在某些其它實施例中，控制所述過程包含使不同真空室中的過程的質量匹配。在其它實施例中，所述方法可進一步包含使用真空質量指數來控制至少一種氣體到真空室中的流動。在又另一實施例中，分析真空室中的氣體的方法包含接收真空室中的至少一種氣體的所要濃度的輸入；計算真空室中的至少一種氣體的所要濃度的預期質譜儀掃描輸出；接收質譜數據；以及使用預期質譜儀掃描輸出和質譜數據來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。所述方法可進一步包含使用真空質量指數來控制過程。所述過程可包含到真空室中的氣體流。所述至少一個質量準則可包含預期質譜儀掃描輸出與質譜數據之間的相關。在另一實施例中，一種分析真空室中的氣體的方法包含接收質譜數據；接收所述真空室中的總壓力的輸入；接收來自離子束電流傳感器的外部輸入；以及使用所述質譜數據、所述真空室中的總壓力以及來自所述離子束電流傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。所述方法可進一步包含使用真空質量指數來控制過程。 所述過程可包含使用離子束的離子植入。所述至少一個質量準則可包含歸因于束中的離子與真空室中的中性氣體種類之間的電荷交換而導致的束電荷狀態改變的補償。在又一實施例中，一種用于真空室的氣體分析系統包含質譜儀；至少一個傳感器；以及用于真空室的氣體分析器，其包含處理電子器件，所述處理電子器件經配置以接收質譜數據,接收所述真空室中的總壓力的輸入,接收來自至少一個傳感器的外部輸入,且使用所述質譜數據、所述真空室中的所述總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。本發明具有許多優點，包含將總壓力信息、質譜數據和外部輸入組合成可用以驅動例如模擬電壓、數字電壓(數字邏輯)和繼電器閉合等輸出的單個數字指數。
上述內容將從對本發明的實例實施例的以下更明確描述中明了，如附圖中所說明，其中相同參考字符在不同視圖中始終指代相同部分。所述圖式不一定是按比例繪制的， 而是將重點放在說明本發明的實施例上。圖
圖
圖
圖說明。
圖明。
圖5是使用本發明的真空質量監視器來控制氣體到真空室中的流動的示意性說
具體實施例方式本發明的實例實施例的描述如下。在圖I中所不的一個實施例中，用于真空室110的氣體分析器100包含處理電子器件120，其經配置以接收質譜數據，接收所述真空室110中的總壓力的輸入，接收來自至少一個傳感器的外部輸入，且使用所述質譜數據、所述真空室中的所述總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數(VQI)。可將總壓力與質譜數據的組合視為特征或模式，其可接著用于(1)隨著時間的推移跟蹤室中的真空質量，(2)進行前饋和反饋過程控制，以及(3)提供改進室匹配的方法。或者，建置到真空質量監視器(VQM)控制器中的腳本創作引擎可用于從可接著鏈接到特定實時輸出的兩個數據源得出VQI。腳本創作引擎可用于基于用戶可編程的質量準則得出VQI。真空指數組合了來自(I)總壓力測量結果，(2)質譜數據以及(3)外部數據(S卩，真空泵速度或襯底溫度)的數據，來提供單個數字，即單個測量輸出，其可用于驅動實時輸出且提供實時過程控制。真空質量指數提供用以將復雜的氣體分析和質譜數據轉變為簡單的測量輸出的方法。也如圖I中所示，氣體分析器100可進一步包含質譜儀130，其經配置以提供質譜數據。質譜儀可為四極質譜儀，或優選為自動共振陷阱質譜儀(ARTMS)。見“離子陷阱質譜儀與四極質譜儀的比較(Comparison of Ion Trap Mass Spectrometer and Quadrupole Mass Spectrometer)”,真空鍛膜機協會(Society of Vacuum Coaters),第 52 次年度技術會議紀錄，加利福尼亞州圣克拉拉市，2009年5月9日到14日，第122到129頁；用于遠程感測應用的自動共振陷阱質譜(ART MS)，國際質譜期刊(295)第133到137頁(2010)； A · V ·厄馬科夫(A. V. Ermakov)等人在2007年11月13日申請的第12/514，339號美國專利申請案，其在2010年4月8日公布為第2010/0084549A1號美國公開案；G · A ·布魯克爾(G. A. fcucker)等人在2010年5月5日申請且公布為WO的第PCT/US2010/033750號國際申請案。處理電子器件可進一步經配置以基于質譜數據確定真空室中存在的至少一種化學種類的身份。需要高級數據處理來得出為質譜作貢獻的化學物質的身份，且確定其相對濃度。可在圖I中所示的PC 140上，或在圖2中所示的專用數據處理器150上或在處理電子器件120中執行數據處理。質譜中的峰值的位置和相對振幅用于得出真空系統中存在的化學物質的身份，且峰值的振幅用于確定系統中的不同物質的濃度。在具有ART MS技術的氣體分析器的情況下，靜電離子陷阱能夠保持固定量的電荷，因此質譜中的峰值的振幅并不隨著系統中的壓力而按比例調整。由ART MS提供的質譜數據可用于得出比率計化學成分，但為了用ART MS傳感器得出絕對局部壓力，將由所述傳感器提供的原始比率計成分分析與由圖I到2中所示的電離計160提供的總壓力信息進行組合。氣體分析器100包含用于來自電離計160 (例如,微龍(Microlon)ATM計模塊)的總壓力輸入的連接,其由氣體分析器100用來獲得與質譜掃描同步的總壓力讀數，且由氣體分析器檢視器軟件用來得出絕對局部壓力讀數。如上文所述，ART MS傳感器為靜電離子陷阱，其可僅保持固定量的離子電荷密度 (即，由靜電斥力限制)。假以足夠時間，陷阱將充滿離子。累積在陷阱內部的離子的相對密度隨著真空環境中的氣體種類的由不同種類的電離效率加權的相對密度而按比例調整。舉例來說，對于由50%N2和50%Ar組成的氣體環境，假定Ar的電離效率比氮高20%，那么預期陷阱內部的離子濃度將為54%Ar/46%N2。可操縱ART MS陷阱的射出效率，以最小化其質量依賴性(即，Ι/f掃描提供與質量無關的最佳離子射出)。測量由用于每一離子的陷阱射出的電荷提供了陷阱內部的相對離子電荷的近似表示。這是通過整合每一離子的質量峰值區域、 從離子電流對時間質譜開始，且接著計算每一峰值對總射出電荷的電荷貢獻來實現的。在先前實例中，預期對應于Ar的峰值貢獻總射出電荷的54%，且來自氮的峰值貢獻其余46%。 一旦計算出每一峰值的相對貢獻，且識別出對應于所述峰值的種類，就可接著應用化學種類的電離效率來得出氣體環境中的每一種類的確切比率計貢獻。ART MS傳感器本質上是比率計裝置。在以上實例中，一旦兩種氣體對總電荷的貢獻被確定(即，針對N2和Ar，分別為幾乎28和40amu峰值)，便可使用電離效率比率(即，I. 2)來確定兩種氣體以50%的比率存在于真空系統中。為了將譜中的峰值指派給實際化學種類，有必要通過(例如)譜去卷積程序來使質譜與氣體庫相關。在譜去卷積期間，假定總譜由來自選自氣體庫的若干不同氣體組份的質譜的線性組合組成。通過線性回歸算法計算與總譜匹配所需的每一種類的貢獻，且所得系數提供每一組份對總譜的貢獻。接著假定具有非零系數的氣體存在于氣體系統中，且使用所述系數來確定其對譜中的不同峰值的貢獻。譜去卷積方法是方便的，因為其考慮了分子種類的分段模式。ART MS傳感器可提供原始比率計信息。計算絕對局部壓力需要由也存在于圖I到 2中所示的系統100中的電離計160提供的額外信息。電離計通過以與ART MS傳感器相同的方式電離氣體分子來起作用。每一氣體對電離計的離子電流的貢獻等于由ART MS陷阱中的電離效率加權的濃度比率。在以上實例中，Ar貢獻離子電流的54%和總壓力讀數的 54%。為了將電離計所提供的總壓力分解成來自其離子中的每一者的貢獻，將總壓力乘以每一離子對從陷阱射出的總電荷的貢獻。舉例來說，如果電離計讀取1E-6托，那么5. 4E-7托對應于Ar，且4. 6E-7托對應于N2。由于電離計讀數針對氮而校準，因此系統中的N2的局部壓力為4. 6E-7。然而，由于Ar的電離效率比N2的電離效率高20%，因此系統中的Ar的局部壓力為5· 4E-7托/I. 2=4. 6E-7托。因此，真空系統具有N2和Ar的50%混合，具有4· 6E-7托的相等局部壓力。系統中的實際總壓力為9. 2E-7托，而不是電離計所提供的1E-6托讀數。大多數過程工程師要求“氣體分析器”是能夠提供他們所需要的“氣體成分”信息而不必解譯質譜或分析復雜的趨勢曲線圖的裝置。根據本發明的真空質量監視器以通過將總壓力測量數據(內部或外部)與從質譜的自動化分析得出的氣體成分分析進行組合而獲得的單個數字(本文描述為指數)提供真空質量度量。所述指數是在儀器內部得出，且由過程工程師用以在過程期間的不同步驟估定“氣體環境的質量”。基于預指定的用戶可編程的腳本(例如，Lablua, Rio de Janeiro, Brazil)計算所述指數,且所述指數可包含來自例如溫度計、真空(例如渦輪)泵速度監視器和質量流量控制器等外部源的信息。圖3中展示顯示真空質量指數(VQI)的實施方案的流程圖。在自動共振陷阱質譜(ARTMS)裝置的情況下，通過在質譜產生時分析質譜且使用預建立的規則來決定繼續進行是否是可接受的來實時得出真空質量指數。使用真空質量指數的優點是可通過同時監視真空系統中的總壓力和氣體成分來做出較好和較快的決定。將真空質量信息組合成單個數字指數，其可用于驅動例如模擬電壓、數字電壓和中繼器閉合等簡單輸出。為了使此方法最高效，可將所有傳感器建立到僅占用真空室的一個端口的單個傳感器封裝中。然而，如果用戶不希望放棄來自單獨傳感器的數據，那么也有可能組合所述數據。真空質量指數計算還可能包含來自同一或另一室中的另一測量的另一真空質量指數，例如在其中用戶可能需要實施前饋或反饋過程控制或使過程在兩個真空室之間匹配的情況。如所預期，“真空質量”因人而異，且甚至可能在過程的不同階段改變其意義。合適的真空質量監視器應根據其用戶的要求來配置，且包含用以檢測可能需要重新調整真空限定準則的過程中的改變的構件。從裝置中獲取單個數字還使得非常容易設置關鍵任務SPC (統計過程控制)，以及能夠在檢測到低質量真空的情況下關閉系統的互鎖。為了基于(I)質譜數據，(2)總壓力和(3)輔助信號而提供VQI，如果真空的質量準許向前移動或停止過程，那么有必要知道過程工程師用來量化的質量準則。這對于在不同過程上工作的用戶可能意義完全不同。沿涉及多個步驟的單個過程可能也意義不同。用戶用腳本來編程計算的能力實現了 VQI定義中的靈活性。也許，說明真空質量監視器的操作方式的最佳途經是在下文描述真空質量指數可用以提供“通止(go-no go ) ”指示的情況的一些實例。低溫泵充滿度傳感器圖I到2展示VQM氣體分析器100的代表性應用的說明，其中在離子植入器中或 UHV真空室110 (其中氫為主要組份)中使用低溫泵170。如圖I到2中所示，總壓力傳感器160和質譜儀130位于真空室110中。或者，總壓力傳感器160和質譜儀130可位于低溫泵170上方，且在到真空室110的閘閥180下方。低溫泵的抽吸速度隨著儲存在低溫泵的炭層中的氫的量增加而減小。通常推薦的是，當因H2容量達到其限制使得低溫泵抽吸速度損失50%而導致氫的水平在真空室中加倍時，回授低溫泵。一般來說，當仍在抽吸其它可凝縮氣體時，H2水平首次開始增加，使得使用 H2與總壓力的比率是監視低溫泵的充滿度的良好方式。真空室中的氫局部壓力由正從不銹鋼壁解除吸附的氫與從充滿的低溫泵流回的氫的混合物組成。壁水平受溫度影響。為了避免溫度效應，有必要根據執行H2局部壓力的讀取時的溫度來將H2水平標準化。低溫泵的第二級(T2)中的溫度也是泵處的高氫局部壓力的指示物。如果溫度升高到高于15K，那么這也指示低溫泵需要回授。識別低溫泵的充滿度的過程為步驟I)計算相對于總壓力的氫局部壓力比率，且根據室溫將其標準化(假定線性響應)。如果局部壓力水平是預期水平的兩倍，那么回授低溫泵。質量準則可為H2與總壓力的比率。如果氫比率過高，那么設定VQI彡I。如果VQK1，那么不需要回授。步驟2)如果圖I到2中所示的T2溫度升高到高于15K，那么設定VQI彡1，且開始低溫泵的回授。圖I到2中所示的輸入信號為I.總壓力(TP)2.質譜-H2局部壓力(PPH2)3. Ext信號#1 :用于H2水平標準化的Ext室溫(T)4. Ext信號#2 :T2溫度，來自低溫泵，用以決定低溫泵是否健全。可假定，健全的系統中具有最多90%的氫，使得在新鮮系統中，H2的局部壓力與總壓力之比為O. 9。隨著H2的局部壓力增加且加倍，假定系統轉為95%的氫。還假定，H2與 TP的比率隨絕對溫度線性地按比例調整。VQI為VQI= ([ (ΡΡΗ2/ΤΡ) * (298/Τ) ] /0. 95-0. 947) *18. 87 (I)當泵健全(B卩，90%的H2)時，且假定室溫T為298Κ，那么所得VQI = O。當泵需要回授時，其中室溫仍在298Κ，那么H2為95%，且所得VQI = I。基本壓力條件(基礎輸出)真空室的基礎輸出評估對所有高真空(HV，10_3到10_9托)系統來說是常見的。基礎輸出期間的理念是等待真空室抽空，且確保其在具有對進一步處理來說可接受的剩余化學種類的情況下達到可接受的基本壓力。半導體工藝等待室中的總壓力降低到目標高真空水平以下以觸發正確的時刻以移除工藝晶片且引入新的晶片是正常的。此需要并非唯一針對于半導體行業；磁性媒體制造工具也在逐步進行到下一室之前等待壓力降低到目標水平以下。本發明的方法在過程可開始之前需要等待從室評估所有氣體組份。這潛在地是對時間的低效使用，因為通常最充裕且花費最長時間來抽出的組份是對過程無害的。僅跟蹤有害組份且僅等待所述有害組份降低到有害水平以下將更加高效。這可用與合適的數據分析能力組合的質譜儀以及計算跟蹤有害組份的總濃度的指數的腳本創建機構來自動完成。在此情況下界定真空質量指數的一種可能方法是經驗上確定已知在室中出現的個別氣體組份變為對過程有害的水平，且接著界定查看所述組份中的任一者超過其已知有害閾值的腳本。可將有害組份(例如碳氫化合物)界定為包含45原子質量單位(amu)或較大質量下的任何質量峰值,而不對對應于所需要的特定峰值的特定化學種類進行化學識別。通過將有害組份的水平與其有害閾值進行比較，且合計所有正偏差來計算真空質量指數。所述計算中不包含低于有害閾值的氣體，除非所述氣體與其它組份相加地貢獻。真空質量指數可為所有氣體的高于閾值的所有正偏差的總和。只要真空質量指數為零，就準備好替換晶片。當真空質量指數為零時，用戶確信所有有害組份均低于損害閾值。用戶無需查看譜，而是僅等待真空質量指數變為零。注意，盡管有可能用任何質譜儀來執行此計算，只要自動化數據分析可用即可，但ART MS是將在圓盤涂覆室處于基本壓力的O. 5秒時間內實現VQI的測量的唯一可用技術。使用基于水與空氣的比率的質量準則，基礎輸出的VQI的另一實例為VQI = 0·625*Η20/空氣+0.5(如果總壓力〈1E-06 托)(2)對于在大體條件下抽空的真空室，所述室將在大多數為空氣的情況下來開始抽空。抽空將持續，直到VQI > I為止。隨著空氣被抽出，水將變為室中的主要組份。在室抽空開始時的VQI近似為零，因為H2O/空氣的比率為較小數字。隨著室被抽空，VQI增加， 但只要總壓力保持高于1E-06托，則VQKl，除非H2O/空氣>1. 6，這在水在抽空開始時很可能相當恒定而空氣是正被抽空的主要組份的真空室中是不可能的。當總壓力達到1E-06托時，如圖2中所示，VQI增加O. 5，且因此VQI=I所需的H2O/空氣比率為H2O/空氣=0. 8，其轉換為約為氣體環境的44%的水，其中總壓力低于1E-06托，這對于一些應用來說可為可接受的真空環境。UHV基礎輸出眾所周知的是被適當抽空的超高真空(10_9_10_12托(UHV))系統將具有由95%氫組成的殘余氣體環境。UHV用戶習慣于查看殘余氣體分析器(RGA)質譜，且簡單地評估氫與所有其它組份的比率，來決定UHV系統中的真空是否可接受，從而決定只要譜為清潔的，實驗就可繼續。用戶可使用根據本發明的氣體分析器來控制實驗，使得只要H2與所有其它組份 (整合)的比率>0.95，實驗就可繼續。在此情況下，這將是真空質量指數。UHV基礎輸出的 VQI的實例為步驟I)如果壓力高于目標值，且氫小于譜中的總氣體的25%，那么VQI=0。步驟2) VQI = H2對整個質量范圍內的質譜中的總電荷的％貢獻。只要VQI>90，過程就可開始。理念是VQI可為90的唯一方式是系統被完全抽空。 注意，如果真空室的溫度的(圖I到2中所示的)外部輸入190組合到VQI計算中，那么可使此VQI更準確。UHV室中的氫的水平非常依賴于外部溫度。有可能基于真空室中的氫水平來判斷室中的空氣調節是打開還是關閉的。如果用戶知道氫演變如何受溫度影響，那么其可用于標準化氫水平。以此方式，如果系統較暖，那么用戶并不決定真空室因溫度所導致的升高的H2水平而過快地處于UHV。此質量準則僅需要總壓力測量和比率計質譜數據，任選地與室溫輸入組合。具有碳氫化合物的基礎輸出基礎輸出的另一質量準則可為不具有碳氫化合物污染的清潔真空室。來自制造應用的實例情況當建立新的ART MS陷阱時，預期陷阱的抽空期間的事件序列為1)最初，陷阱大部分填有空氣。空氣出來，且接著譜由水控制。預期總壓力在3個小時內將下降到1E-8 托以下，且當達到所述水平時，預期譜將由至少80%的水組成。如果達到1E-8托的壓力，且譜由80%的水組成，那么ART MS陷阱將為可接受的，因為水將流走，且油(即，碳氫化合物) 構成10_9托范圍(S卩，充分低)內的貢獻。如果壓力尚未處于1E-8托，那么用戶等待3個小時，看水峰值是否變為在譜中占主導地位。如果在三個小時之后，陷阱未被抽空到1E-8托， 且水從未變為譜的80%，那么不滿足質量準則。在此情況下，VQI腳本可為由抽空已開始的信號啟動腳本。外部輸入為指示陷阱暴露于低溫泵的主要閘閥的位置。一旦如下文描述計算VQI，VQI=I就指示抽空成功。如果壓力>1E_8托，且抽空時間〈3小時，那么VQI=O. 5，如果壓力>1E_8托，且抽空時間>3小時，那么對于測試的剩余部分，VQI=O,且陷阱未通過抽空測試。所述ART MS陷阱是不可接受的。需要對陷阱進行烘干或等離子體清洗。 腳本停止執行，直到下一次抽空為止。一旦壓力〈1E-8，就計算水對質譜的分數貢獻。如果水分數貢獻小于O. 8，且抽空時間小于3小時，那么將水的分數貢獻報告為 VQI。如果水分數貢獻〈O. 8，且抽空時間長于3小時，那么對于測試的剩余部分，VQI=0。 ART MS陷阱不合格。腳本停止執行，直到下一次抽空為止。如果在3小時過去之前，水分數貢獻達到O. 8，那么VQI=I。ART MS陷阱合格。不更新VQI，直到下一次抽空為止。在3小時之后，操作者可確定報告零還是一的VQI。這是二進制VQI (合格(I)或不合格(O))的實例。在此情況下,水對譜的貢獻的計算涉及計算17amu和18amu峰值對掃描期間從陷阱射出的總電荷貢獻的電荷百分比。壓力補償存在使用壓力補償(P-COMP)來控制到達晶片中的離子束通量和化學劑量的較大已安裝離子植入器基礎。使用P-COMP的原因是補償因束中的離子與真空室中的中性氣體種類之間的電荷交換所導致的束電荷狀態改變而發生的劑量監視不準確性。見Hsu等人的第7，057，191號美國專利。本方法是響應于壓力的變化而校正在法拉第杯(FC)處觀察到的電流信號，以獲得離子束中的實際電流。隨著壓力改變，其影響發生在行進到FC的離子束中的電荷變化。隨著壓力增加，且較多電荷交換發生，應存在較多變化。校正因子是通過校準程序而界定，且僅基于總壓力來相當好地起作用，只要氣體環境的化學成分不改變即可。 如果壓力相同，但化學成分改變，那么可預期束電荷狀態改變的顯著移位。如果不僅知道總壓力而且知道化學成分，那么可計算用FC測量的離子電流(If。)的校正因子，其將與化學變化無關。圖4中所示的圖中描述所述情形，其說明使用總壓力(TP)計與ART MS的組合來得出用于使FC電流與離子束電流(Iib)相關的因子VQI=k(TP，氣體成分)(3)Ifc=Iib X k(TP，氣體成分)(4)FC所報告的電流Irc與定量供給晶片的電流Iib不同。校正因子VQI是隨總壓力 TP和氣體成分而變。VQI的實際計算取決于校準。然而，還可能的是基于對不同種類的電子親合力和電離效率的理解來近似不同氣體的VQI。一旦完成一次校準，那么用戶就可進行與氣體成分無關的P-C0MP。特定化學種類的泄漏檢測在檢測高能離子植入器中的SF6時，用戶可監視在19與128amu之間的多種峰值中出現的SF6的泄漏。見科夫曼(Coffman)等人的第6，286，362號美國專利，對特定化學種類的泄漏檢測的描述。SF6用于填充高壓盒，以避免在存在于高能離子植入器中的100KV電位下形成電弧。在此情況下，在束線處分析氣體環境。第一質量準則為當離子植入過程不在運行時，總壓力必須下降到目標值以下。一旦壓力下降到所請求值以下，那么第二質量準則為SF6對總壓力的貢獻預期低于1%。舉例來說在過程以小于1%的SF6開始之前，目標總壓力(TP)可為2E-7托。在此情況下的實例VQI如下步驟I)如果TP>2E-7托，那么VQI=2步驟2 ) VQI =來自SF6峰值的電荷對質譜中的總電荷的％貢獻。 只要VQI < I，過程就可運行。在此情況下，只要未達到目標基礎壓力，VQI就>1，且接著其轉為譜中的SF6的百分比，希望其保持低于1%。如果壓力變為高于目標TP，或％SF6變為高于1%，那么過程停止。可任選地包含外部輸入，其將監視到達高壓盒中的SF6的質量流。如果SF6不存在于氣體盒中，也許因為離子植入過程是在不需要其的較低電壓下操作，那么VQI值可設定為低于1，使得不進行SF6 檢測，因為那時可能不存在任何風險。在另一泄漏檢測應用中，在壓力不會達到所要基本水平的真空室中存在問題是常見的。在大多數情況下，用戶等待直到壓力穩定以進行質量分析為止，且確定空氣是系統中的僅有剩余氣體。有可能通過查看空氣與系統中的總壓力的比率來加速此過程。對于經合適密封的系統，從空氣濃度與所有其它氣體濃度的比率計算的VQI不應超過某一最大水平。舉例來說，如果在抽空的中途已經知道空氣代表氣體混合物的一半，那么不需要再等待。此VQI不需要絕對局部壓力信息，事實上，其可使用比率計濃度來完成。用于氣體流控制的真空質量監視器上述實例是可如何將質譜儀用作真空質量監視器(VQM)的示范，以及可如何使用單個數字來表示真空系統的質量以進行過程中的下一步驟的示范。真空質量指數可用于決定何時開始、繼續或停止過程。VQI也可先前或向后傳遞，以提供前饋或反饋信息。VQI還可包含輔助數據以及其它VQI。在圖5中所示的另一實施例中，真空質量監視器系統210附接到物理上接近于所關注過程點的真空室220。將氣體230,240和250的所要“配方”(例如，N2' CO、H2O)下載到VQM系統210中。VQM系統210基于配方的氣體成分和VQM傳感器輸出的已知特性(基于電離方法的譜庫、傳感器譜響應、系統和儀器噪聲以及其它因素)而產生預期的質譜儀掃描輸出(N2譜260、C0譜270和H2O譜280)。VQM系統210接著基于測得質譜290與經組合預期譜295之間的擬合(或相關)的閉環控制來控制氣體流。可將測得質譜數據290和預期譜 260,270和280處理成氣體特定部分，以提供對個別氣體流的控制。VQM系統輸出可直接控制氣體流閥，或將信息提供給氣體流控制系統。在又一實施例中，真空質量指數(VQI)包含預期譜和測得譜的正在進行的測量。可將氣體混合物的譜的復合擬合減少到單個VQI值，且用于過程監視和控制。可使用若干“擬合優度”方法中的一者。在本申請案中，將“相關”方法的一般用法用作確定兩個復合函數之間的“擬合優度”的代表性方法。給定兩個陣列M(S)和N(S)，其中“s”可表示質量、時間、指數或某一其它變量，其中
corr (M, N) =1是針對完美相關；corr (M, N) =0是針對無相關；corr (M, N) =_1 是針對負相關。在氣體成分未知的情況下，那么VQM系統像其它質譜儀一樣起作用，以提供不具有與已知氣體的相關的氣體譜。VQI還可用于污染物，其中可將對一種或一種以上污染物的預期測量預加載到 VQM系統中以供監視。高相關(VQI值)可用以指示污染物的存在，以及可采取行動。可用于真空質量指數(VQI)的相關函數的實例為VQI N2=Corr (M(s)，N2 (S))VQI C0=corr (M(s)，CO (S))VQI H2O=Corr (M(s)，H2O (S))VQI=Corr (M(s)，Sum(s))可通過減去預期其它氣體來增強M(S)以增加分辨率。當控制N2 氣體流時，X(s)=M(s)-C0(s)-H20(s)當控制CO 氣體流時，Y (s) =M (s) -N2 (s) -H2O (S)當控制H2O 氣體流時，Z(s)=M(s)-C0(s)-N2(s)。接著，通過以下函數來控制N2氣體流信號VQI N2' = a *corr (X (s)，N2 (S))其中α為標準化VQI N2'所必需的函數。舉例來說，當達到合適的流時，VQI N2' =I0接著，通過以下函數來控制CO氣體流信號VQI CO' = β *corr (Y (S)，CO (S))其中β為標準化VQI CO'所必需的函數。接著，通過以下函數來控制H2O氣體流信號VQI H2O' = Y *corr (Z (s), H2O (s))其中Y為標準化VQI H2CV所必需的函數。VQM系統的速度和數據處理能力的獨特性質允許依據計劃的氣體配方以交互方式將預期氣體組份編程到VQM系統中。VQM系統具有以下功能允許基于計劃的氣體配方產生預期譜，且接著對所述配方執行必要的相關功能，并基于相關結果而控制個別氣體流。儀器要求為I)快速的譜測量和數據處理/數據減少；2)用于產生預期譜的功能，包含譜庫和與量計性能匹配的建模能力；2a)使用充分快的網絡，較大的氣體庫可通過從中央存儲位置提取而可用；3)提供復合相關處理或可用以提供閉環控制系統的類似處理的能力；4)氣體與儀器的譜測量能力(質量、光學或其它譜測量)兼容。
本文所陳述的所有專利、公開申請案和參考的相關教示均以全文引用的方式并入本文中。雖然已參考本發明的實例實施例特別展示并描述了本發明，但所屬領域的技術人員將理解，可在不脫離由所附權利要求書包含的本發明的范圍的情況下，在本文中作出形式和細節的各種改變。
權利要求
1.一種用于真空室的包括處理電子器件的氣體分析器，其經配置以a)接收質譜數據；b)接收所述真空室中的總壓力的輸入；c)接收來自至少一個傳感器的外部輸入；以及d)使用所述質譜數據、所述真空室中的所述總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
2.根據權利要求I所述的氣體分析器，其中所述處理電子器件進一步經配置以基于所述質譜數據確定所述真空室中存在的至少一種化學種類的身份。
3.根據權利要求2所述的氣體分析器，其中所述處理電子器件進一步經配置以確定具有至少第一級和第二級的低溫泵的充滿度等級。
4.根據權利要求3所述的氣體分析器，其中所述至少一個傳感器包含所述低溫泵的所述第二級的溫度的溫度傳感器，存在于所述真空室中的至少一種化學種類為氫，且所述至少一個質量準則包含氫局部壓力與所述真空室中的所述總壓力的比率。
5.根據權利要求2所述的氣體分析器，其中所述處理電子器件進一步經配置以確定存在于所述真空室中的至少兩種化學種類的相對濃度，且使用所述相對濃度來計算所述真空質量指數。
6.根據權利要求2所述的氣體分析器，其中所述處理電子器件進一步經配置以確定存在于所述真空室中的所述至少一種化學種類的局部壓力，且使用所述局部壓力來計算所述真空質量指數。
7.根據權利要求6所述的氣體分析器，其中所述處理電子器件進一步經配置以確定存在于所述真空室中的所述至少兩種化學種類的局部壓力，且使用所述至少兩種化學種類的所述局部壓力來計算所述真空質量指數。
8.根據權利要求6所述的氣體分析器，其進一步包含所述至少一種化學種類的所述局部壓力的顯示。
9.根據權利要求6所述的氣體分析器，其進一步包含所述至少一種化學種類的最小和最大局部壓力的顯示。
10.根據權利要求2所述的氣體分析器，其進一步包含所述至少一種化學種類的所述局部壓力的數字輸出。
11.根據權利要求I到10中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述至少一個傳感器包含襯底溫度傳感器。
12.根據權利要求I到器包含真空泵速度傳感器。
13.根據權利要求I到器包含質量流量監視器。
14.根據權利要求I到器包含低溫泵溫度傳感器。
15.根據權利要求I到器包含離子泵電流傳感器。
16.根據權利要求I到 11中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述至少一個傳感 12中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述至少一個傳感 13中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述至少一個傳感 14中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述至少一個傳感 15中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述真空質量指數控制二進制輸出。
17.根據權利要求I到16中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述處理電子器件進一步經配置以使用所述真空質量指數來控制過程。
18.根據權利要求17所述的氣體分析器，其中所述過程為所述真空室的基礎輸出，且所述至少一個傳感器包含所述真空室的所述溫度的溫度傳感器。
19.根據權利要求18所述的氣體分析器，其中所述至少一個質量準則包含所述真空室中的氫與所有其它化學種類的比率。
20.根據權利要求17所述的氣體分析器，其中所述過程為所述真空室的基礎輸出，且所述至少一個傳感器包含所述真空室與用于排空所述真空室的真空泵之間的閘閥的位置傳感器。
21.根據權利要求20所述的氣體分析器，其中所述至少一個質量準則包含所述真空室中的水與所有其它化學種類的比率。
22.根據權利要求I到21中任一權利要求所述的氣體分析器，其進一步包含所述真空質量指數的顯示。
23.根據權利要求I到22中任一權利要求所述的氣體分析器，其進一步包含所述真空室中的所述總壓力的顯示。
24.根據權利要求I到23中任一權利要求所述的氣體分析器，其進一步包含所述質譜數據的掃描范圍的顯示。
25.根據權利要求I到24中任一權利要求所述的氣體分析器，其進一步包含所述真空質量指數的數字輸出。
26.根據權利要求I到25中任一權利要求所述的氣體分析器，其進一步包含所述質譜數據的數字輸出。
27.根據權利要求I到26中任一權利要求所述的氣體分析器，其中所述至少一個質量準則為用戶可編程的。
28.根據權利要求I到27中任一權利要求所述的氣體分析器，其進一步包含質譜儀，所述質譜儀經配置以提供所述質譜數據。
29.—種分析真空室中的氣體的方法，其包括a)接收質譜數據；b)接收所述真空室中的總壓力的輸入；c)接收來自至少一個傳感器的外部輸入；以及d)使用所述質譜數據、所述真空室中的總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
30.根據權利要求29所述的方法，其進一步包含基于所述質譜數據確定所述真空室中存在的至少一種化學種類的身份。
31.根據權利要求30所述的方法，其進一步包含確定具有至少第一級和第二級的低溫泵的充滿度等級。
32.根據權利要求31所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含所述低溫泵的所述第二級的溫度的溫度傳感器，存在于所述真空室中的至少一種化學種類為氫，且所述至少一個質量準則包含氫局部壓力與所述真空室中的所述總壓力的比率。
33.根據權利要求30所述的方法，其進一步包含確定所述真空室中存在的至少兩種化學種類的相對濃度，以及使用所述相對濃度來計算所述真空質量指數。
34.根據權利要求31所述的方法，其進一步包含確定所述真空室中存在的所述至少一種化學種類的局部壓力，以及使用所述局部壓力來計算所述真空質量指數。
35.根據權利要求34所述的方法，其進一步包含確定所述真空室中存在的所述至少兩種化學種類的局部壓力，以及使用所述至少兩種化學種類的所述局部壓力來計算所述真空質量指數。
36.根據權利要求35所述的方法，其進一步包含顯示所述至少一種化學種類的所述局部壓力。
37.根據權利要求36所述的方法，其進一步包含顯示所述至少一種化學種類的最小和最大局部壓力。
38.根據權利要求30所述的方法，其進一步包含輸出所述至少一種化學種類的所述局部壓力的數字輸出。
39.根據權利要求29到38中任一權利要求所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含襯底溫度傳感器。
40.根據權利要求29到39中任一權利要求所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含真空泵速度傳感器。
41.根據權利要求29到40中任一權利要求所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含質量流量監視器。
42.根據權利要求29到41中任一權利要求所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含低溫泵溫度傳感器。
43.根據權利要求29所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含離子泵電流傳感器。
44.根據權利要求29到43中任一權利要求所述的方法，其進一步包含使用所述真空質量指數來控制二進制輸出。
45.根據權利要求29到44中任一權利要求所述的方法，其進一步包含使用所述真空質量指數來控制模擬輸出。
46.根據權利要求29到45中任一權利要求所述的方法，其進一步包含使用所述真空質量指數來控制過程。
47.根據權利要求46所述的方法，其中所述過程為所述真空室的基礎輸出，且所述至少一個傳感器包含所述真空室與用于排空所述真空室的真空泵之間的閘閥的位置傳感器。
48.根據權利要求47所述的方法，其中所述至少一個質量準則包含所述真空室中的水與所有其它化學物質的比率。
49.根據權利要求46所述的方法，其中控制所述過程包含前饋過程控制。
50.根據權利要求46所述的方法，其中控制所述過程包含反饋過程控制。
51.根據權利要求46所述的方法，其中控制所述過程包含隨著時間的推移而跟蹤所述真空室中的所述過程的所述質量。
52.根據權利要求46所述的方法，其中控制所述過程包含使不同真空室中的所述過程的所述質量匹配。
53.根據權利要求46所述的方法，其中控制所述過程包含控制至少一種氣體到所述真空室中的流動。
54.根據權利要求29到53中任一權利要求所述的方法，其進一步包含顯示所述真空質量指數。
55.根據權利要求29到54中任一權利要求所述的方法，其進一步包含顯示所述真空室中的所述總壓力。
56.根據權利要求29到55中任一權利要求所述的方法，其進一步包含顯示所述質譜數據的掃描范圍。
57.根據權利要求29到56中任一權利要求所述的方法，其進一步包含輸出所述真空質量指數的數字輸出。
58.根據權利要求29到57中任一權利要求所述的方法，其進一步包含輸出所述質譜數據的數字輸出。
59.根據權利要求29到58中任一權利要求所述的方法，其中所述至少一個質量準則為用戶可編程的。
60.根據權利要求29到59中任一權利要求所述的方法，其中從質譜儀接收所述質譜數據。
61.一種分析真空室中的氣體的方法，其包括a)接收質譜數據；b)接收所述真空室中的總壓力的輸入；以及c)使用所述質譜數據和所述真空室中的總壓力來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
62.根據權利要求61所述的方法，其進一步包含使用所述真空質量指數來控制過程。
63.根據權利要求62所述的方法，其中所述過程是所述真空室的基礎輸出。
64.根據權利要求63所述的方法，其中所述至少一個質量準則包含所述真空室中的氫與所有其它化學種類的比率。
65.根據權利要求61到64中任一權利要求所述的方法，其進一步包含接收來自至少一個傳感器的外部輸入，以及使用所述外部輸入來計算所述真空質量指數。
66.根據權利要求65所述的方法，其中所述至少一個傳感器包含所述真空室的溫度的溫度傳感器。
67.一種分析真空室中的氣體的方法，其包括a)接收質譜數據；b)接收所述真空室中的總壓力的輸入；c)接收來自離子束電流傳感器的外部輸入；以及d)使用所述質譜數據、所述真空室中的總壓力以及來自所述離子束電流傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
68.根據權利要求67所述的方法，其進一步包含使用所述真空質量指數來控制過程。
69.根據權利要求68所述的方法，其中所述過程為使用離子束的離子植入。
70.根據權利要求69所述的方法，其中所述至少一個質量準則包含歸因于所述束中的離子與所述真空室中的中性氣體種類之間的電荷交換而導致的束電荷狀態改變的補償。
71.一種分析真空室中的氣體的方法，其包括a)接收所述真空室中的至少一種氣體的所要濃度的輸入；b)計算所述真空室中的所述至少一種氣體的所述所要濃度的預期質譜儀掃描輸出；c)接收質譜數據；以及d)使用所述預期質譜儀掃描輸出和所述質譜數據來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
72.根據權利要求71所述的方法，其進一步包含使用所述真空質量指數來控制過程。
73.根據權利要求72所述的方法，其中所述過程包含到所述真空室中的氣體流動。
74.根據權利要求71到73中任一權利要求所述的方法，其中所述至少一個質量準則包含所述預期質譜儀掃描輸出與所述質譜數據之間的相關。
75.一種用于真空室的氣體分析系統，其包括i)質譜儀ii)至少一個傳感器；以及iii)氣體分析器，其包括處理電子器件，所述處理電子器件經配置以a)接收質譜數據；b)接收所述真空室中的總壓力的輸入；c)接收來自至少一個傳感器的外部輸入；以及d)使用所述質譜數據、所述真空室中的所述總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
76.根據權利要求75所述的氣體分析系統，其中所述至少一個傳感器包含襯底溫度傳感器。
77.根據權利要求75到76中任一權利要求所述的氣體分析系統，其中所述至少一個傳感器包含真空泵速度傳感器。
78.根據權利要求75到77中任一權利要求所述的氣體分析系統，其中所述至少一個傳感器包含質量流量監視器。
79.根據權利要求75到78中任一權利要求所述的氣體分析系統，其中所述至少一個傳感器包含低溫泵溫度傳感器。
80.根據權利要求75到79中任一權利要求所述的氣體分析系統，其中所述至少一個傳感器包含離子泵電流傳感器。
全文摘要
一種用于真空室的氣體分析器包含處理電子器件，其經配置以接收質譜數據，接收所述真空室中的總壓力的輸入，接收來自至少一個傳感器的外部輸入，且使用所述質譜數據、所述真空室中的所述總壓力以及來自所述至少一個傳感器的所述外部輸入來基于至少一個質量準則計算真空質量指數。
文檔編號G01N21/25GK102612641SQ201080050648
公開日2012年7月25日 申請日期2010年11月8日 優先權日2009年11月9日
發明者小肯尼斯·D·凡安特衛普, 葛拉多·A·布魯克爾 申請人:布魯克機械公司