用于脉冲气体输送的方法和设备技术

在脉冲气体输送系统中，通过上游阀门将腔室预填充至规定压力。此后，打开下游控制阀门以在气体脉冲期间控制气体的流。专用控制器可以基于在脉冲期间检测到的压力和温度在脉冲期间在反馈回路中控制下游控制阀门。期间在反馈回路中控制下游控制阀门。期间在反馈回路中控制下游控制阀门。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于脉冲气体输送的方法和设备
[0001]相关申请
[0002]本申请是2019年4月5日提交的美国申请No.16/376,861的继续申请。上述申请的全部教导作为参考并入本文。

技术介绍

[0003]半导体制造工艺(例如原子层沉积(ALD)工艺)可以涉及在多个处理步骤上以各种量输送多种不同气体和气体混合物。通常，气体储存在加工设备的罐中，并且使用气体计量系统将计量的量的气体从罐输送到加工工具，例如化学气相沉积反应器、真空溅射机和等离子体蚀刻机。通常，在气体计量系统中或在从气体计量系统到加工工具的流动路径中包括诸如阀门、压力调节器、质量流控制器(MFC)和质量流比控制系统的部件。
[0004]已经开发了脉冲气体输送设备来将脉冲质量流的气体输送到半导体加工工具。高速工艺可以使用脉冲气体输送来制造先进的3D集成电路，其包括硅通孔(TSV)以提供管芯到管芯和晶片到水的互连。
[0005]传统的基于压力的脉冲气体输送设备在出口隔离阀门关闭的情况下通过入口隔离阀门将容积填充到预定压力。然后，在入口阀门关闭的情况下，打开出口阀门以将气体传送到加工工具，直到容积的压力下降到另一预定水平。根据理想气体定律，流过打开的出口阀门的气体的质量依赖于阀门打开和关闭时的压力差、气体的容积和温度。最近，质量流控制器已经适用于基于来自流传感器的反馈回路进行脉冲输送。通常，MFC包括入口端口、出口端口、质量流传感器和被调节以实现期望的质量流的比例控制阀门。使用快速关闭控制阀门，可以使流发生脉动。

技术实现思路

[0006]提供了对基于压力的脉冲气体输送系统的改进。特别地，用可调节控制阀门代替了腔室下游的通常的开/关隔离阀门。可以控制控制阀门的打开程度以限制流并能够在脉冲期间控制基于压力的输送。通过适当的控制，包括通过脉冲期间的反馈回路，可以在规定的脉冲持续时间内精确地输送规定剂量的气体。
[0007]一种脉冲气体输送系统，所述脉冲气体输送系统包括：具有容积的腔室，压力传感器，所述压力传感器被配置成检测所述腔室内的气体压力，以及温度传感器，所述温度传感器被配置成检测指示所述腔室内的所述气体的温度的温度。上游阀门，所述上游阀门被配置成控制进入所述腔室的气体的流。下游控制阀门，所述下游控制阀门被配置成控制离开所述腔室的气体的流。控制器，所述控制器被配置成控制所述上游阀门和所述下游控制阀门，以将所述腔室填充到初始压力，并且此后基于所检测到的压力和温度在流出所述腔室的气体的气体脉冲期间控制通过所述下游控制阀门的流以控制输送的剂量和气体脉冲的周期。
[0008]所述控制器可以被配置成在反馈回路中控制所述下游控制阀门以基于在所述脉冲期间检测到的压力和温度来在所述脉冲期间调节流。
[0009]所述控制器可以还被配置成计算离开所述腔室的气体的流量，并且控制所述下游控制阀门以基于所计算的流量和目标流设定点来调节离开所述腔室的气体的流量。
[0010]说啥控制器可以被配置成基于压力衰减率方程计算流量Q：
[0011][0012]其中，V表示所述腔室的容积，T
stp
表示标准温度，P
stp
表示标准压力，P表示所述腔室内的所述气体的压力，并且T表示所述腔室内的所述气体的温度。
[0013]所述控制器可以还被配置成计算输送出所述腔室的气体的剂量，并且控制所述下游控制阀门在所述气体脉冲期间输送规定剂量的气体。
[0014]所述控制器可以被配置成基于所述腔室的容积、在所述脉冲开始时由所述压力传感器检测到的所述腔室内的气体的初始压力、在所述脉冲期间由所述压力传感器检测到的所述腔室内的气体的压力、以及在所述脉冲期间由所述温度传感器检测到的所述气体的温度来计算输送出所述腔室的气体的所述剂量。在所述脉冲期间在时间t处输送出所述腔室的气体的剂量Δn(t)可以根据以下函数来计算：
[0015]Δn(t)＝V
×
(P
t0
‑
P
t
)/(R
×
T
t
),
[0016]其中，V表示所述腔室的容积，P
t0
表示在所述脉冲开始时所述腔室内的气体的压力，P
t
表示在所述脉冲期间在时间t处所述腔室内的气体的压力，并且T
t
表示在所述脉冲期间在时间t处所述气体的温度。
[0017]所述控制器可以被配置成在所述脉冲期间调节所述流量以实现规定的脉冲形状。所述控制器可以被配置成调节所述下游控制阀门以在所述脉冲期间实现基本恒定的流量。
[0018]在脉冲气体输送方法中，打开上游阀门的同时关闭下游控制阀门以用气体将腔室填充至初始压力。当达到所述初始压力时关闭所述上游阀门。在达到该初始压力并且在所述上游阀门关闭时，打开所述下游控制阀门以开始流出所述腔室的气体的脉冲。在流出所述腔室的气体的脉冲期间控制所述下游控制阀门以在所述脉冲的规定时段内输送规定剂量。
[0019]一种输送流体脉冲的方法可以包括：利用入口阀门控制进入腔室的流体的流；利用压力传感器检测所述腔室内的气体压力；利用温度传感器检测指示所述腔室内的气体温度的温度；以及在流体脉冲期间控制通过下游控制阀门的流体的流。
[0020]可以检测所述腔室内的气体的压力和温度，并且基于检测到的压力和温度来控制下游控制阀门。当达到规定的剂量或规定的脉冲时段时，可以关闭下游控制阀门。该方法的步骤可以在专用控制器的控制下在规定数量的脉冲内重复。
[0021]可以测量气体流出腔室的流量，并且在脉冲期间，可以控制下游控制阀门以将所测量的流量调节到流设定点。而且，可以计算在脉冲期间输送出腔室的气体的剂量，并且可以控制下游控制阀门以在规定的脉冲时间期间输送规定剂量的气体。
[0022]在脉冲期间，可以调节流量以实现规定的脉冲形状。可以在脉冲期间调节下游控制阀门，以在脉冲期间获得基本恒定的流量。
[0023]可以基于来自在脉冲期间检测到的压力和温度的反馈来控制通过下游控制阀门的流体的流。可以计算气体流出腔室的流量，并且可以控制下游控制阀门以基于所计算的流量和目标流设定点来调节气体流出腔室的流量。
[0024]该方法可以包括计算输送出腔室的气体的剂量并且控制下游控制阀门以在气体脉冲期间输送规定剂量的气体。
附图说明
[0025]如附图所示，通过以下对示例性实施方式的更具体的描述，上述内容将变得明显，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中表示相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施方式上。
[0026]图1例示了现有技术的基于压力的脉冲输送系统。
[0027]图2例示了图1的基于压力的脉冲气体输送系统的操作。
[0028]图3例示了使用热传感器的现有技术脉冲质量流控制器。
[0029]图4例示了使用基于压力的流传感器的现有脉冲质量流控制器。
[0030]图5例示了实现本专利技术的脉冲输送系统。
[0031]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种脉冲气体输送系统，所述脉冲气体输送系统包括：具有容积的腔室；压力传感器，所述压力传感器被配置成检测所述腔室内的气体压力；温度传感器，所述温度传感器被配置成检测指示所述腔室内的所述气体的温度的温度；上游阀门，所述上游阀门被配置成控制进入所述腔室的气体的流；下游控制阀门，所述下游控制阀门被配置成控制离开所述腔室的气体的流；以及控制器，所述控制器被配置成控制所述上游阀门和所述下游控制阀门，以将所述腔室填充到初始压力，并且此后基于所检测到的压力和温度在流出所述腔室的气体的气体脉冲期间控制通过所述下游控制阀门的流以控制输送的剂量和气体脉冲的周期。2.根据权利要求1所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成在反馈回路中控制所述下游控制阀门以基于在所述脉冲期间检测到的压力和温度来在所述脉冲期间调节离开所述系统的流。3.根据权利要求1所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器还被配置成计算离开所述腔室的气体的流量，并且控制所述下游控制阀门以基于所计算的流量和目标流设定点来调节离开所述腔室的气体的流量。4.根据权利要求3所述的基于压力的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成基于以下函数计算所述流量Q：其中，V表示所述腔室的容积，T
stp
表示标准温度，P
stp
表示标准压力，P表示所述腔室内的所述气体的压力，并且T表示所述腔室内的所述气体的温度。5.根据权利要求3所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器还被配置成计算输送出所述腔室的气体的剂量，并且控制所述下游控制阀门在所述气体脉冲期间输送规定剂量的气体。6.根据权利要求5所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成基于所述腔室的容积、在所述脉冲开始时由所述压力传感器检测到的所述腔室内的气体的初始压力、在所述脉冲期间由所述压力传感器检测到的所述腔室内的气体的压力、以及在所述脉冲期间由所述温度传感器检测到的所述气体的温度来计算输送出所述腔室的气体的所述剂量。7.根据权利要求6所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成根据以下函数来计算在所述脉冲期间在时间t处输送出所述腔室的气体的剂量Δn(t)：Δn(t)＝V
×
(P
t0
‑
P
t
)/(R
×
T
t
),其中，V表示所述腔室的容积，P
t0
表示在所述脉冲开始时所述腔室内的气体的压力，P
t
表示在所述脉冲期间在时间t处所述腔室内的气体的压力，并且T
t
表示在所述脉冲期间在时间t处所述气体的温度。8.根据权利要求1所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器还被配置成计算输送出所述腔室的气体的剂量，并且控制所述下游控制阀门在所述气体脉冲期间输送规定剂量的气体。9.根据权利要求8所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成基于所述腔室
的容积、在所述脉冲开始时由所述压力传感器检测到的所述腔室内的气体的初始压力、在所述脉冲期间由所述压力传感器检测到的所述腔室内的气体的压力、以及在所述脉冲期间由所述温度传感器检测到的所述气体的温度来计算输送出所述腔室的气体的所述剂量。10.根据权利要求9所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成根据以下函数计算在所述脉冲期间在时间t处输送出所述腔室的气体的剂量Δn(t)：Δn(t)＝V
×
(P
t0
‑
P
t
)/(R
×
T
t
),其中，V表示所述腔室的容积，P
t0
表示在所述脉冲开始时所述腔室内的气体的压力，P
t
表示在所述脉冲期间在时间t处所述腔室内的气体的压力，并且T
t
表示在所述脉冲期间在时间t处所述气体的温度。11.根据权利要求1所述的脉冲气体输送系统，其中，所述控制器被配置成在所述脉冲期间调节所述流量以实现规定的脉冲形状。12.根据权利要求1所述的脉冲气体输送系统，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁军华，M，
申请(专利权)人：万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：