(57)【要約】   所望の質量の気体を搬送するシステムであって、チャンバと、前記チャンバへの気体フローを制御する第１の弁と、前記チャンバからの気体フローを制御する第２の弁と、前記チャンバ内部の圧力の測定値を提供する圧力トランスデューサと、このシステムから搬送される所望の質量の気体を提供する入力装置と、前記第１及び第２の弁と前記圧力トランスデューサと前記入力装置とに接続されたコントローラであって、前記所望の質量の気体を前記入力装置を介して受け取り、前記第２の弁を閉鎖し、前記第１の弁を開放し、前記圧力トランスデューサからチャンバ圧力測定値を受け取り、前記チャンバ内部の圧力が所定のレベルに到達すると前記入口弁を閉鎖し、所定の待機期間を待機して前記チャンバ内部の気体が平衡状態に近づくことを可能にし、時刻ｔ０において出口弁を開放し、放出された気体の質量が前記所望の質量と等しくなる時刻ｔ＊において前記出口弁を閉鎖するようにプログラムされているコントローラと、を含む。
2007535617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の質量の気体を搬送するシステムであって、
チャンバと、
前記チャンバへの気体フローを制御する第１の弁と、
前記チャンバからの気体フローを制御する第２の弁と、
前記チャンバ内部の圧力の測定値を提供する圧力トランスデューサと、
このシステムから搬送される所望の質量の気体を提供する入力装置と、
前記第１及び第２の弁と前記圧力トランスデューサと前記入力装置とに接続されたコントローラであって、前記所望の質量の気体を前記入力装置を介して受け取り、前記第２の弁を閉鎖し、前記第１の弁を開放し、前記圧力トランスデューサからチャンバ圧力測定値を受け取り、前記チャンバ内部の圧力が所定のレベルに到達すると前記入口弁を閉鎖し、所定の待機期間を待機して前記チャンバ内部の気体が平衡状態に近づくことを可能にし、時刻ｔ０において出口弁を開放し、放出された気体の質量が前記所望の質量と等しくなる時刻ｔ＊において前記出口弁を閉鎖するようにプログラムされているコントローラと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記放出された質量Δｍは、
【数１】
2007535617.tif 000011
によって表され、ただし、ｍ（ｔ０）は時刻ｔ０における搬送チャンバ内部の気体の質量であり、ｍ（ｔ＊）は時刻ｔ＊における搬送チャンバ内部の気体の質量であり、Ｖは搬送チャンバの体積であり、Ｒは普遍気体定数（８．３１４５Ｊ／ｍｏｌＫ）であり、Ｐ（ｔ０）は時刻ｔ０におけるチャンバ内部の圧力であり、Ｐ（ｔ＊）は時刻ｔ＊におけるチャンバの中の圧力であり、Ｔ（ｔ０）は時刻ｔ０におけるチャンバの中の温度であり、Ｔ（ｔ＊）は時刻ｔ＊におけるチャンバの中の温度であることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、前記搬送チャンバに固定され前記コントローラに接続された温度プローブを更に含んでおり、前記温度プローブはＴ（ｔ０）及びＴ（ｔ＊）を前記コントローラに直接に提供することを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、前記搬送チャンバに固定され前記コントローラに接続された温度プローブを更に含んでおり、Ｔ（ｔ０）及びＴ（ｔ＊）は、
【数２】
2007535617.tif 000012
を用いて計算され、ρＳＴＰは標準状態（ＳＴＰ）における気体密度であり、ρは前記気体の密度に等しく、Ｖは前記チャンバの体積であり、Ｑｏｕｔは前記搬送チャンバからの気体フローであり、Ｔは絶対温度に等しく、γは比熱であり、Ｎｕはヌセルト数であり、κは気体の熱伝導率であり、Ｃνは一定圧力における気体の比熱であり、ｌは前記搬送チャンバの特性長であり、ＴＷは前記温度プローブによって提供されるチャンバの壁の温度であることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、前記搬送チャンバからの気体フローは、
【数３】
2007535617.tif 000013
を用いて計算されることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記所定のレベルの圧力は前記入力装置を介して提供されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記所定の待機期間は前記入力装置を介して提供されることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、前記コントローラに接続された出力装置を更に備えており、前記コントローラは前記出力装置に放出された気体の質量を提供するようにプログラムされていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記第２の弁を介して前記搬送チャンバに接続されたプロセス・チャンバを更に含むことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムにおいて、前記圧力トランスデューサは約１から５ミリ秒の応答時間を有することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記第２の弁は約１から５ミリ秒の応答時間を有することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
所望の質量の気体を搬送する方法であって、
チャンバを提供するステップと、
前記チャンバから搬送される所望の質量の気体を受け取るステップと、
前記チャンバからの気体フローを阻止するステップと、
前記チャンバへの気体フローを許容するステップと、
前記チャンバへの圧力を測定するステップと、
前記チャンバ内部の圧力が所定のレベルに到達したら前記チャンバへの更なる気体フローを阻止するステップと、
所定の待機期間を待機して前記チャンバ内部の気体が平衡状態に近づくことを可能にするステップと、
時刻ｔ０において前記チャンバからの気体フローを許容するステップと、
放出された気体の質量が前記所望の質量と等しくなる時刻ｔ＊において前記チャンバからの気体フローを停止するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記放出された質量Δｍは、
【数４】
2007535617.tif 000014
によって表され、ただし、ｍ（ｔ０）は時刻ｔ０における搬送チャンバ内部の気体の質量であり、ｍ（ｔ＊）は時刻ｔ＊における搬送チャンバ内部の気体の質量であり、Ｖは搬送チャンバの体積であり、Ｒは普遍気体定数（８．３１４５Ｊ／ｍｏｌＫ）であり、Ｐ（ｔ０）は時刻ｔ０におけるチャンバ内部の圧力であり、Ｐ（ｔ＊）は時刻ｔ＊におけるチャンバの中の圧力であり、Ｔ（ｔ０）は時刻ｔ０におけるチャンバの中の温度であり、Ｔ（ｔ＊）は時刻ｔ＊におけるチャンバの中の温度であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記搬送チャンバの壁の温度を測定するステップを更に含み、前記壁の温度測定はＴ（ｔ０）及びＴ（ｔ＊）を前記コントローラに直接に提供することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、前記搬送チャンバの壁の温度を測定するステップを更に含み、Ｔ（ｔ０）及びＴ（ｔ＊）は、
【数５】
2007535617.tif 000015
を用いて計算され、ρＳＴＰは標準状態（ＳＴＰ）における気体密度であり、ρは前記気体の密度に等しく、Ｖは前記チャンバの体積であり、Ｑｏｕｔは前記搬送チャンバからの気体フローであり、Ｔは絶対温度に等しく、γは比熱であり、Ｎｕはヌセルト数であり、κは気体の熱伝導率であり、Ｃνは一定圧力における気体の比熱であり、ｌは前記搬送チャンバの特性長であり、ＴＷは前記温度プローブによって提供されるチャンバの壁の温度であることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記搬送チャンバからの気体フローは、
【数６】
2007535617.tif 000016
を用いて計算されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の方法において、前記所定のレベルの圧力は前記入力装置を介して受け取られることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１２記載の方法において、前記所定の待機期間は前記入力装置を介して受け取られることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１２記載の方法において、前記出力装置に放出された気体の質量を提供するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１２記載の方法において、プロセス・チャンバを前記搬送チャンバに接続し前記搬送チャンバから放出された質量の気体を受け取るステップを更に含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、半導体製造機器に関し、詳しくは、半導体プロセス・チャンバに正確な量のプロセス気体を搬送するシステム及び方法に関する。更に詳しくは、本発明は、パルス化された質量流量の前駆気体を半導体プロセス・チャンバの中へ搬送するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造又は製作では、多くの場合、ほぼ１ダースほどの種類の気体を注意深く同期させ正確に測定してプロセス・チャンバの中へ搬送することが必要である。製造プロセスでは、様々な方法が用いられ、半導体デバイスが洗浄され、研磨され、酸化され、マスクされ、エッチングがなされ、ドーピングがなされ、メタライゼーションがなされ、というような多くの離散的な処理ステップが要求されうる。このようなシーケンスで用いられるステップと物質とが、すべて、特定のデバイスの製造に関係するのである。
【０００３】
デバイスのサイズが９０ｎｍ未満のレベルまで連続的に縮小されていくと、半導体ロードマップは、様々な応用例に原子相堆積（atomic layer deposition = ALD）が必要になる。このＡＬＤは、銅の相互接続に対するバリアの堆積、タングステン核化層の作成、導電性が高い誘電体の作成などに用いられ得る。ＡＬＤプロセスでは、２以上の前駆気体が、真空によって維持されたプロセス・チャンバの中でウエハの表面を流れるのである。この２以上の前駆気体は、交互の態様で、すなわちパルス化された態様で流れ、それによって、これらの気体は、ウエハ表面上の場所又は機能的なグループと反応することができる。利用可能な場所のすべてが前駆気体の１つ（例えば、気体Ａ）から飽和状態にあるときには、反応は停止し、排出気体を用いて、過剰な前駆気体の分子をプロセス・チャンバから排出する。次の前駆気体（すなわち、気体Ｂ）がウエハ表面に流れると、このプロセスが反復される。前駆気体Ａの１パルス、排出気体、前駆気体Ｂの１パルス、排出気体、というサイクルが定義される。このシーケンスは、最終的な厚さに到達するまで反復される。このようなシーケンシャルで自己規定的な表面反応は、結果的に、サイクルごとに、積層された膜の単一層を生じさせる。
【０００４】
プロセス・チャンバへの前駆気体のパルスは、通常は、所定の時間の間だけ単純に開放されてプロセス・チャンバの中へ所望の量の前駆気体を搬送するオン／オフ型の弁を用いて制御される。あるいは、トランスデューサと制御弁と制御及び信号処理電子装置とで構成されている質量流量コントローラを用いて、短い時間の間に、気体の質量や量ではなくて、反復可能な気体流率（フロー・レート）を搬送する。両方の場合共に、プロセス・チャンバの中へ流れ込む物質の量（質量）は、実際には測定されない。
【０００５】
依然として必要とされているのは、半導体プロセス・チャンバの中への前駆気体のパルス化された質量流量を測定し搬送する新規で改善されたシステム及び方法である。好ましくは、このシステム及び方法は、プロセス・チャンバの中へ流れ込む物質の量（質量）を実際に測定する。更に。このシステム及び方法は、ＡＬＤプロセスなどの半導体製造プロセスにおいて用いることができる気相質量の高度に反復可能で正確な量を提供することが好ましい。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、所望の質量の気体を搬送するシステムを提供する。このシステムは、チャンバと、前記チャンバへの気体フローを制御する第１の弁と、前記チャンバからの気体フローを制御する第２の弁と、前記チャンバ内部の圧力の測定値を提供する圧力トランスデューサと、このシステムから搬送される所望の質量の気体を提供する入力装置と、前記第１及び第２の弁と前記圧力トランスデューサと前記入力装置とに接続されたコントローラと、を含む。このコントローラは、前記所望の質量の気体を前記入力装置を介して受け取り、前記第２の弁を閉鎖し、前記第１の弁を開放し、前記圧力トランスデューサからチャンバ圧力測定値を受け取り、前記チャンバ内部の圧力が所定のレベルに到達すると前記入口弁を閉鎖するようにプログラムされている。
【０００７】
このコントローラは、更に、所定の待機期間を待機して前記チャンバ内部の気体が平衡状態に近づくことを可能にし、時刻ｔ０において出口弁を開放し、放出された気体の質量が前記所望の質量と等しくなる時刻ｔ＊において前記出口弁を閉鎖するようにプログラムされている。
【０００８】
本発明のある側面によると、前記放出された質量Δｍは、
【０００９】
【数７】
2007535617.tif 000003
【００１０】
によって表され、ただし、ｍ（ｔ０）は時刻ｔ０における搬送チャンバ内部の気体の質量であり、ｍ（ｔ＊）は時刻ｔ＊における搬送チャンバ内部の気体の質量であり、Ｖは搬送チャンバの体積であり、Ｒは普遍気体定数（８．３１４５Ｊ／ｍｏｌＫ）であり、Ｐ（ｔ０）は時刻ｔ０におけるチャンバ内部の圧力であり、Ｐ（ｔ＊）は時刻ｔ＊におけるチャンバの中の圧力であり、Ｔ（ｔ０）は時刻ｔ０におけるチャンバの中の温度であり、Ｔ（ｔ＊）は時刻ｔ＊におけるチャンバの中の温度である。
【００１１】
本発明の別の側面によると、このシステムは、前記搬送チャンバに固定され前記コントローラに接続された温度プローブを更に含んでおり、前記温度プローブはＴ（ｔ０）及びＴ（ｔ＊）を前記コントローラに直接に提供する。
【００１２】
本発明の追加的な側面によると、このシステムは、前記搬送チャンバの壁に固定され前記コントローラに接続された温度プローブを更に含んでいる。Ｔ（ｔ０）及びＴ（ｔ＊）は、
【００１３】
【数８】
2007535617.tif 000004
【００１４】
を用いて計算される。ここで、ρＳＴＰは標準状態（ＳＴＰ）における気体密度であり、ρは前記気体の密度に等しく、Ｖは前記チャンバの体積であり、Ｑｏｕｔは前記搬送チャンバからの気体フローであり、Ｔは絶対温度に等しく、γは比熱であり、Ｎｕはヌセルト数であり、κは気体の熱伝導率であり、Ｃνは一定圧力における気体の比熱であり、ｌは前記搬送チャンバの特性長であり、ＴＷは前記温度プローブによって提供されるチャンバの壁の温度である。
【００１５】
本発明の更なる側面によると、前記搬送チャンバからの気体フローは、
【００１６】
【数９】
2007535617.tif 000005
【００１７】
を用いて計算されることを特徴とするシステム。
他の側面及び効果の中では、本発明は、パルス化された質量流量の前駆気体（precursor gases）を半導体処理チャンバの中へ搬送する新規で改善されたシステム及び方法を提供する。本発明による質量流量搬送システム及び方法は、実際、プロセス・チャンバの中へ流れ込む物質の量（質量）を測定する。更に、このシステム及び方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスなど、半導体製造プロセスにおいて用いられる気相質量の高度に反復可能で正確な数量を提供する。
【００１８】
本発明の追加的な側面及び効果は、この技術分野の当業者にとっては、本発明の実施例が例示的に示され説明されている以下の詳細な説明から明らかとなる。理解されるであろうように、本発明は、以下で示され説明される以外の異なる実施例として実現することが可能であり、この発明から逸脱することなく、その詳細を様々な態様で修正することが可能である。従って、添付の図面や以下の詳細な説明は、その性質上説明に過ぎず、何ら制限的なものではない。
【００１９】
以下では添付の図面を参照するのであるが、同じ参照番号及び符号を有している要素は、複数の図面を通じて同じ要素を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１には質量流量（マスフロー）システム１０が示され、図２には質量流量を搬送する方法１００の実施例が示されている。システム１０及び方法１００は、特に、汚染物を含まず正確に計量された量のプロセス気体を半導体プロセス・チャンバへ搬送するためのものである。質量流量搬送システム１０及び方法１００は、プロセス・チャンバの中へ流れる物質の量（質量）を実際に測定する。更に、このシステム及び方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスなどの半導体製造プロセスにおいて用いられる気相質量の高度に反復可能で正確な量を提供する。しかし、本発明によるシステム１０及び方法１００を説明する前に、背景的な情報を提供するため、まず、ＡＬＤ装置の例について説明する。
【００２１】
図７は、従来技術に従って構築されたＡＬＤシステム３０の実施例の概略的な図解である。システム３０は、半導体ウエハすなわち基板３２のハウジングとなるプロセス・チャンバ３１を含む。典型的には、ウエハ３２はサポート（又は、チャック）３３の上に配置され、ヒータ３４がこのチャックに結合され、チャック３３とウエハ３２とをプラズマ蒸着のために加熱する。プロセス気体が、チャンバ３１の一端に配置された気体分配器３５を介してチャンバ３１の中に導かれる。真空ポンプ３６とスロットル弁３７とが他端に配置され、ウエハ表面全体に気体フローが引き込まれ、プロセス・チャンバ内部の圧力が調整される。
【００２２】
システム３０は、また、様々なプロセス気体を混合する混合マニホルド３８と、プラズマを形成するプラズマ形成領域３９とを含む。気体を混合しプラズマを形成するために様々な化学的気相成長法（ＣＶＤ）が用いられる。これには、この技術分野で知られている適用技術も含まれる。遠隔的に形成されたプラズマは、気体分配器３５の中に導かれ、更に、プラズマ・チャンバ３１の中に導かれる。
【００２３】
混合マニホルド３８は、気体と化学物質とを導入するために２つの入口を有する。キャリア気体が導かれ、流れは混合マニホルド３８において分割される。キャリア気体は、典型的には窒素などの不活性気体である。混合マニホルド３８も、化学物質のための２つの入口を有する。図７に示された例示的な図解では、化学物質Ａと化学物質Ｂとが、キャリア気体と混合される様子が示されている。化学物質Ａはプロセス・チャンバ３１に含まれる半導体ウエハ３２に対してＡＬＤを行うための第１の前駆気体、化学物質Ｂは第２の前駆気体に関係する。化学物質選択マニホルド４０及び４１は、調整された複数の弁を含むが、前駆気体Ａ及びＢとして用いることができる化学物質の選択を行う。オン／オフ型の弁４２及び４３は、それぞれが、前駆気体Ａ及びＢの混合マニホルド３８への導入を調整する。
【００２４】
いったんウエハ３２がプロセス・チャンバ３１の中に配置されると、チャンバ環境は所望のパラメータを満足する状態にされる。例えば、ＡＬＤを実行するために、半導体ウエハ３２の温度を上昇させる。キャリア気体のフローがオンにされることにより、ポンプ３６によって生じた真空によって気体が引き寄せられるにしたがって、キャリア気体の一定の調整されたフローが存在するようになる。ＡＬＤを実行する際には、弁４２が開放され、第１の前駆気体がキャリア気体フローの中に導かれる。予め選択された時間の後で、弁４２は閉鎖され、キャリア気体が、プロセス・チャンバ３１からの残っている反応性核種をすべて取り除く。次に、弁４３が開放され、第２の前駆気体をキャリア気体フローに中へ導く。再び別の予め選択された時間が経過した後で、弁４３は閉鎖され、キャリア気体が、プロセス・チャンバ３１からの反応性核種を取り除く。２つの化学物質Ａ及びＢは、キャリア気体のフローの中へ交互に導かれ、半導体ウエハ３２に対してＡＬＤのサイクルを実行する。
【００２５】
このようにして、プロセス・チャンバ３１の中への前駆気体のパルスは、単純に所定の時間の間だけ開放され所望の量の前駆気体をプロセス・チャンバ３１の中へ搬送するオン／オフ型の弁４２及び４３を用いることによって、制御される。あるいは、トランスデューサと制御弁と制御及び信号処理電子装置とで構成される質量流量（マスフロー）コントローラをオン／オフ型の弁４２及び４３の代わりに用いて、反復可能な気体フロー・レートを掲示された時間の間だけプロセス・チャンバ３１に搬送することも可能である。両方の場合とも、プロセス・チャンバの中に流れ込む物質の量（質量）は、実際には測定されない。その代わりに、フロー・レートが制御されることにより質量流量が評価されるのである。しかし、本発明による質量流量搬送システム１０及び方法１００は、フロー・レートを制御して質量流量を評価するのではなく、プロセス・チャンバの中に流れ込む物質の量（質量）を実際に測定する。
【００２６】
図１を参照すると、本発明による質量流量搬送システム１０は、搬送チャンバ１２と、チャンバ１２の中への質量流量を制御する第１の弁１４と、チャンバ１２からの質量流量を制御する第２の弁とを含む。本発明のある実施例によると、第１及び第２の弁１４及び１６は、オン／オフ型の弁で構成され、少なくとも第２のすなわち出口弁１６は、例えば、約１ないし５ミリ秒の比較的高速の応答時間を有する。
【００２７】
質量流量搬送システム１０は、更に、チャンバ１２内部の圧力の測定値を提供する圧力トランスデューサ１８と、チャンバ１２の表面上又は内部の温度の測定値を提供する温度センサ２０とを有する。圧力トランスデューサ１８は、また、例えば、約１ないし５ミリ秒の比較的高速の応答時間を有する。本発明のある実施例によると、温度センサ２０は、チャンバ１２の壁と接触しており、この壁の温度の測定値を提供する。
【００２８】
本発明による搬送システム１０と共に用いられる適切な圧力トランスデューサ１９の例は、この出願の出願人である米国マサチューセッツ州アンドーバー（Andover）所在のＭＫＳインスツルメンツ社（http//www.mksinst.com）から入手可能なバラトロン（Baratron）（登録商標）ブランドの圧力トランスデューサである。適切な弁１４及び１６はもまた出願人から入手可能である。
【００２９】
質量流量搬送システム１０の入力装置２２は、所望の質量流量を（人間であるオペレータから直接に、又は、ウエハ処理用のコンピュータ・コントローラを介して間接に）受け取り、コンピュータ・コントローラ（すなわち、コンピュータの処理ユニットであるＣＰＵ）２４が、圧力トランスデューサ１８と温度センサ２０と弁１４及び１６と入力装置２２とに接続されている。入力装置２２は、他の処理命令を入力するのにも用いることができる。出力装置２６は、コントローラ２４に接続されており、システム１０によって搬送される質量に関する指示を提供する（人間であるオペレータから直接に、又は、ウエハ処理用のコンピュータ・コントローラを介して間接に）。入力及び出力装置２２及び２６は、キーボード及びモニタを備えたパーソナル・コンピュータなど、単一のユニットの中に組み入れることができる。
【００３０】
図２に示されているように、図１の質量流量搬送システム１０を２つ含むＡＬＤシステム１３０を提供することができる。ＡＬＤシステム１３０は、図７の従来技術によるＡＬＤシステム３０と類似しており、類似する要素には、同じ参照番号が付されている。図２のＡＬＤシステム１３０は、前駆気体Ａ及びＢを混合マニホルド３８の中へ導く態様をそれぞれが調整する図１の質量流量システム１０を２つ含んでいる。
【００３１】
本発明のある実施例によると、図１の質量流量システム１０のコントローラ２４は、図３の方法１００を実行する。図１及び図３を参照すると、コントローラ２４は、図３の１０２に示されているように入力装置２２を介して所望の質量流量（すなわち、設定点）を受け取り、図３の１０４で示されているように出口弁１６を閉鎖し、図３の１０６に示されているように第１の弁すなわちチャンバ１２への入口弁１４を開放し、図３の１０８に示されているように圧力トランスデューサ１８を用いてチャンバ内部の圧力を測定し、図３の１１０に示されているようにチャンバ１２内部の圧力が所定のレベルに達したら入口弁１４を閉鎖する。ここで言う所定のレベルの圧力とは、ユーザが定義することができるし、入力装置２２を介して提供することができる。所定のレベルの圧力とは、例えば、２００ｔｏｒｒである。
【００３２】
チャンバ１２内部の気体が平衡状態に近づいていく所定の待機期間の後で、出口弁１６が開放され、図３の１１２に示されているように、チャンバ１２からある質量の気体が放出される。所定の待機期間は、ユーザが定義することができるし、入力装置２２を介して提供することができる。所定の待機期間は、例えば、３秒である。出口弁１６は、次に、図３の１１４に示されるように、放出された気体の質量がユーザが定義した所望の質量流量と等しくなったときに閉鎖される。出口弁１６は、非常に短い時間だけ開放状態にある（例えば、１００から５００ミリ秒）。コントローラ２４は、次に、出力装置２６に放出された気体の質量を提供する。
【００３３】
圧力が高い応用例の場合には、システム１０の搬送チャンバ１２内部の気体の温度は、温度プローブ２０を用いて測定することができる。しかし、圧力が低く温度変化が高速である場合には、プローブを用いて温度を測定するのでは、正確な読み取り値を得るには十分な速度が備わっていない。圧力が低く温度変化が高速であるような場合には、気体温度を評価するリアルタイムの物理モデルが、以下で示すように用いられる。
【００３４】
理想気体法則に基づく搬送チャンバ１２の中の全質量ｍは、次の通りである。
【００３５】
【数１０】
2007535617.tif 000006
【００３６】
数式１０では、ρは密度、Ｖは体積、Ｐは絶対圧力、Ｔは絶対温度、そして、Ｒは普遍気体定数（８．３１４５Ｊ／ｍｏｌＫ）である。
搬送チャンバ１２内部の密度変化は、次の通りである。
【００３７】
【数１１】
2007535617.tif 000007
【００３８】
数式１１では、Ｑｏｕｔは搬送チャンバ１２からのフロー、ρＳＴＰは標準温度及び圧力（ＳＴＰ）条件での気体密度である。
搬送チャンバ１２内部での温度変化は次の通りである。
【００３９】
【数１２】
2007535617.tif 000008
【００４０】
数式１２では、γは比熱であり、Ｎｕはヌセルト（Nusslets）数であり、κは気体の熱伝導率であり、Ｃνは一定圧力における気体の比熱であり、ｌは前記搬送チャンバの特性長であり、ＴＷは前記温度プローブ２０によって提供されるチャンバ１２の壁の温度である。
【００４１】
出口フローＱｏｕｔは、次の通りに評価される。
【００４２】
【数１３】
2007535617.tif 000009
【００４３】
チャンバ１２から搬送された全質量Δｍを計算するには、図１の温度プローブ２０を用いるのではなく、数式１３を数式１２のＱｏｕｔに代入し、時刻ｔにおけるチャンバ１２の内部における気体温度Ｔ（ｔ）を計算する。圧力トランスデューサ１８が、時刻ｔにおけるチャンバ１２内部の圧力Ｐ（ｔ）を提供する。
【００４４】
時刻ｔ０から時刻ｔ＊までにチャンバ１２から搬送された全質量Δｍは、次のように計算される。
【００４５】
【数１４】
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【００４６】
図４は、時間を横軸として、図３の方法１００が実行された場合の、図１のシステム１０のチャンバ１２内部の圧力Ｐ（ｔ）のグラフである。図５は、時間を横軸として、図３の方法１００が完了したときの、図１のシステム１０のチャンバ１２内部の圧力のグラフであり、チャンバの圧力Ｐ（ｔ）が僅かに上昇し、出口弁１６が閉鎖されると安定化する様子を示している。図６は、時間を横軸にとり、図３の方法１００が実行された場合の、図１のシステム１０のチャンバ１２内部の計算された及び実際の状態を示すグラフである。特に、図６のグラフは、数式１２を用いて計算された計算されたすなわちモデル温度Ｔｍｏｄｅｌと、圧力トランスデューサ１８によって提供されたチャンバ１２内部の実際の圧力Ｐと、温度プローブ２０によって提供されたチャンバ１２の壁の実際の温度Ｔｗａｌｌと、数式１４を用いて計算された搬送チャンバ１２から搬送された気体の質量Ｍｍｏｄｅｌと、数式１２によって提供されたモデル温度Ｔｍｏｄｅｌと、数式１４を用いて計算され温度プローブ２０によって壁の温度Ｔｗａｌｌが提供された場合の搬送チャンバ１２から搬送された気体の質量Ｍｗａｌｌと、を含む。
【００４７】
これ以外の側面及び効果の中で、本発明は、半導体処理チャンバの中へパルス化された質量流量の前駆気体を搬送する新規で改善されたシステム及び方法を提供する。本発明による質量流量搬送システム及び方法は、プロセス・チャンバの中に流れ込む物質の量（質量）を実際に測定する。更に、本発明によるシステム及び方法は、ＡＬＤプロセスなどの半導体製造プロセスにおいて用いられる気相の質量の高度の反復可能で正確な量を提供する。
【００４８】
この明細書で以上説明されている実施例は、限定を意味するものではなく、特許請求の範囲に記載されたより広い開示からその精神において逸脱することなく、この技術分野の当業者によって様々な修正、組合せ及び置換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に従って構築されたパルス化された質量流量搬送システムの実施例の概略的な図解である。
【図２】図１のパルス化された質量流量搬送システムを２つ含むＡＬＤシステムの例示的な実施例の概略的な図解である。
【図３】本発明によるパルス化された質量流量を搬送する方法の実施例を図解する流れ図であって、この方法は、図１のパルス化された質量流量搬送システムを動作させるのに用いることができる。
【図４】図３の方法を動作させた際の、横軸を時間とする図１のシステムのチャンバ内部の圧力のグラフである。
【図５】図３の方法を完了した後の、横軸を時間とする図１のシステムのチャンバ内部の圧力のグラフである。
【図６】図３の方法を動作させた際の、横軸を時間とする図１のシステムのチャンバ内部の実際の圧力、温度及び質量と、モデル化された温度及び質量とのグラフである。
【図７】従来技術によって構築されたＡＬＤシステムの実施例の概略的な図解である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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