等离子体处理装置中实现气体流量验证的系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种等离子体处理装置中实现气体流量验证的系统及方法，在气盒中安装有集成流量验证系统；在对质量流量控制器的校准或验证时，气体不经过反应腔体，而是通过集成流量验证系统的罐体，从而简化容积和温度的测算，并且不受反应腔体温度、刻蚀工艺、材料吸附性等不稳定因素的影响，提高重复度和稳定性，节约时间。集成流量验证系统包含多个不同容积的罐体时，可以相应地为不同流量大小的MFC进行校准和验证，结果更为准确。结果更为准确。结果更为准确。

【技术实现步骤摘要】
等离子体处理装置中实现气体流量验证的系统及方法


[0001]本专利技术涉及半导体加工等领域的气体流量控制技术，特别涉及一种等离子体处理装置中实现气体流量验证的系统及方法。

技术介绍

[0002]半导体加工设备中需要精确控制气体的质量流量；每种设备的每种工艺都需要气体有相应的流量配比。例如，现有技术中的电感耦合等离子体(ICP)机台，通过气体输送系统将若干路气体输送到反应腔体中，利用射频在反应腔体内的处理区域产生等离子体，对晶片进行刻蚀等工艺处理。每路气体的供气管路上均设置有相应的MFC(质量流量控制器)来进行气体流量的控制。机台安装时，需要对每路气体的MFC进行校准，得到有关于气体流量的一组基线。在机台使用过程中，还需要定期对每路气体的MFC进行验证，将当前求得的气体流量与基线进行比较，重复度不可超过阈值，示例的阈值为
±
1％甚至更小，从而防止由于MFC流出的气体不准而导致工艺的偏移。
[0003]如图1所示，在理想状态下，将一个密闭容器的后端阀门关闭，使一路气体以固定的流量持续通入到抽成真空的该密闭容器内，假设该密闭容器的容积固定，温度不变，通过计算某段时间内的压力变化可以得出气体流量。
[0004]理想气体状态方程：
[0005]PV＝nRT
[0006]式中，P为气体压强，V为气体体积，n为气体物质的量，R为气体常量，T为气体的热力学温度；由此，可以推导出气体流量Q的计算公式：
[0007][0008]进一步推导出：
[0009][0010]式中“760”指760Torr，体积V的单位是cc，
△
t的单位是分钟，“273.15”指热力学温度273.15K；一段通气时间(
△
t)开始及结束时测得的气压值分别为P1和P2，其差值为
△
P，单位是Torr；V代入密闭容器的容积；T代入测得的密闭容器内的热力学温度。求得的气体流量Q的单位是sccm。
[0011]现有技术中通常以半导体加工设备的反应腔体作为上述密闭容器，进行MFC的校准和验证。参见图2，示例的ICP机台中，气盒(Gas Box)处任意一路气体经相应的供气管路进入到反应腔体10中，所述供气管路上设置有MFC来控制流量；气体入口与MFC之间的管路设有阀门V1，MFC与反应腔体10之间的管路还依次设有阀门V2、阀门V3。反应腔体10还与抽真空用的分子泵20、干泵30依次连通，分子泵20与反应腔体30之间设有阀门V4。
[0012]配合参见图1、图2所示，“校准”是在装机时执行的，先将控制精准、不发生偏移的标准MFC(goldenMFC)接入每一路供气管路上待安装MFC的位置，使气体以标准MFC设定的流
量Q
’
，进入抽成真空的反应腔体内，关闭后端的阀门V4，反应腔体内的压力上升，测量压力的变化；在上述公式1或公式2中，Q
’
值代入气体流量Q处，将压力变化的数值及其对应的通气时间代入
△
P和
△
t处，将通过反应腔体的三维模型估算出的容积代入V处，用上式算出温度值T，对反应腔体进行校准，将反应腔体内的温度设定为T(或者对反应腔体的温度进行调整，直到实际测得的反应腔体内的温度为T)。
[0013]校准好的反应腔体，其容积和温度，被认为是通过上述过程获知的固定数值。利用校准好的反应腔体，对每一路气体的MFC分别进行校准。将待校准的MFC替换标准MFC接入到相应气体的供气管路，使气体以待校准MFC设定的流量，持续进入抽成真空的反应腔体内，该校准好的反应腔体的温度和容积已知，关闭阀门V4，一段时间后测试并计算该时间段内的压力变化，通过上述公式1或公式2，求得气体流量Q0，作为该MFC的基线。
[0014]在实际使用后，需要定期对每一路气体的MFC分别进行验证。待验证的MFC依照基线来设定流量Q0，使气体持续进入抽成真空的反应腔体内，该反应腔体内已稳定为校准时的温度，容积使用校准时的数值，关闭阀门V4，一段时间后测试并计算该时间段内的压力变化，通过上述公式1或公式2，求得实际的气体流量Q1。
[0015]计算重复度：
[0016][0017]若求得的重复度超出设定的阈值范围(如
±
1％)，则认为该路MFC流出的气体不准，需要对其进行重新校准。
[0018]然而，由于上述的现有技术是使用反应腔体进行校准和验证，而随着工艺时间的增加，腔体的状况与安装时不一样，如温度会变化，腔体的内部材料会吸附某些气体等，造成反应腔体的不稳定性。这可能会导致验证时获得的重复度超过阈值
±
1％，却不能说明MFC是否准确。为此，往往需要大量时间将腔体状态稳定到安装时的状态，使得排除问题花费的时间长，验证困难。此外，对于某些气体(如NH3)，吸附性太强，根本无法使用腔体进行验证。

技术实现思路

[0019]本专利技术提供一种等离子体处理装置中实现气体流量验证的系统及方法，通过气盒中的集成流量验证系统来进行MFC的校准和验证，避免气体经过反应腔体，不受反应腔体不稳定因素的影响，从而节约时间，获得更准确的测试结果。
[0020]为了达到上述目的，本专利技术的第一个技术方案是提供一种实现气体流量验证的气体输送系统，所述气体输送系统在气体的供气管路上对应设置有控制气体流量的质量流量控制器，其特征在于，所述气体输送系统设有集成流量验证系统，对质量流量控制器进行验证和/或校准；
[0021]所述集成流量验证系统设有连接至质量流量控制器输出端的至少一条气体流通路径；所述气体流通路径包含：
[0022]罐体，具有将从质量流量控制器输出的气体引入罐体的罐体入口，以及供气体从罐体输出的罐体出口；
[0023]第一阀门，与罐体出口连接，对罐体出口开启或关闭；
[0024]压力测量装置，对气体所在管路的压力进行测量；
[0025]温度测量装置，对气体所在管路的温度进行测量。
[0026]可选地，所述压力测量装置、温度测量装置和第一阀门均设置在罐体出口之后的管路，且所述压力测量装置、温度测量装置和第一阀门集成为流量测量系统。
[0027]可选地，所述罐体内部为中空结构。
[0028]可选地，还包括：位于所述中空结构内的气体导流结构，用于使所述气体在所述罐体内均匀分布。
[0029]可选地，所述气体导流结构包括若干个沿罐体入口至罐体出口方向堆叠的导流板，每个导流板具有至少一圈的引导通道，且相邻导流板的引导通道之间相互连通。
[0030]可选地，所述气体导流结构包括若干个相互分立的分布板，所述分布板与气体的流动方向具有夹角，各个所述分布板具有若干个贯穿所述分布板的通孔，所述气体由罐体入口进入罐体内，穿过所述通孔，通过所述罐体出口输出；所述压力侧壁装置和温度测量装置均设置在所述分布板内。
[0031]可选地，所述分布板的材料与罐体的材料相同。
[0032]可选地，所述集成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现气体流量验证的气体输送系统，所述气体输送系统在气体的供气管路上对应设置有控制气体流量的质量流量控制器，其特征在于，所述气体输送系统设有集成流量验证系统，对质量流量控制器进行验证和/或校准；所述集成流量验证系统设有连接至质量流量控制器输出端的至少一条气体流通路径；所述气体流通路径包含：罐体，具有将从质量流量控制器输出的气体引入罐体的罐体入口，以及供气体从罐体输出的罐体出口；第一阀门，与罐体出口连接，对罐体出口开启或关闭；压力测量装置，对气体所在管路上的压力进行测量；温度测量装置，对气体所在管路上的温度进行测量。2.如权利要求1所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述压力测量装置、温度测量装置和第一阀门均设置在罐体出口之后的管路，且所述压力测量装置、温度测量装置和第一阀门集成为流量测量系统。3.如权利要求1所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述罐体内部为中空结构。4.如权利要求3所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，还包括：位于所述中空结构内的气体导流结构，用于使所述气体在所述罐体内均匀分布。5.如权利要求4所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述气体导流结构包括若干个沿罐体入口至罐体出口方向堆叠的导流板，每个导流板具有至少一圈的引导通道，且相邻导流板的引导通道之间相互连通。6.如权利要求4所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述气体导流结构包括若干个相互分立的分布板，所述分布板与气体的流动方向具有夹角，各个所述分布板具有若干个贯穿所述分布板的通孔，所述气体由罐体入口进入罐体内，穿过所述通孔，通过所述罐体出口输出；所述压力测量装置和温度测量装置均设置在所述罐体内。7.如权利要求6所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述分布板的材料与罐体的材料相同。8.如权利要求1所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述集成流量验证系统设有分别连接至质量流量控制器输出端的多条气体流通路径；各条气体流通路径的罐体的容积不同；多条气体流通路径使用各自对应的独立压力测量装置，或使用共用的压力测量装置；多条气体流通路径使用各自对应的独立温度测量装置，或使用共用的温度测量装置。9.如权利要求8所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述气体输送系统的气盒包含多路气体的供气管路，其各自设置有控制气体流量的质量流量控制器；通过共用的集成流量验证系统，或通过各自对应的独立的集成流量验证系统，对各路气体的质量流量控制器进行验证和/或校准。10.如权利要求1中任意一项所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述集成流量验证系统的气体流通路径连接在质量流量控制器和干泵之间；所述罐体出口通过第一管路与所述干泵连接，所述第一阀门的开启或关闭，使该第一管路导通或阻断；
所述气体流通路径，进一步包含：第二阀门，设置在质量流量控制器输出端与罐体入口连接的第二管路上，使该第二管路导通或阻断。11.如权利要求10所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述气体输送系统设置在半导体加工设备中；所述集成流量验证系统设置在气盒处；所述气体输送系统还设有连接在质量流量控制器输出端与半导体加工设备的反应腔体之间的第三管路，所述第三管路上设有控制该第三管路导通或阻断的第三阀门；所述反应腔体的排气管路依次设置有分子泵和所述干泵。12.如权利要求10所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，所述气体输送系统包含与集成流量验证系统并联的气体旁路，所述气体旁路连接在质量流量控制器输出端与干泵之间，通过气体旁路上设有第四阀门控制该气体旁路的导通或阻断。13.如权利要求1所述实现气体流量验证的气体输送系统，其特征在于，第一阀门对罐体出口关闭，在质量流量控制器输出的气体稳定地向罐体内输送一段时间后，通过压力测量装置和温度测量装置分别测量气体所在管路的压力及温度，得出该段时间内的压力变化，进而根据理想气体状态方程或其推导的公式来求取质量流量控制器的气体流量。14.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括反应腔体，所述反应腔体内进行半导体工艺处理；设有权利要求1～13中任意一项所述实现气体流量验证的气体输送系统；在半导体工艺处理过程中，所述气体输送系统将气盒处的若干路气体，输送到所述反应腔体中，利用射频在反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：连增迪，魏强，陈琦，左涛涛，吴狄，王善文，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：