(57)【要約】【課題】製造工程に１つまたは複数の気体を供給する１つまたは複数のＭＦＣの性能を容易に、再現性をもって、かつ確実に監視し、必要ならば調整する装置、方法、およびシステムを提供する。【解決手段】堆積、エッチング、およびその他の製造工程に気体を供給する１つまたは複数の質量流量コントローラの動作を監視する装置、方法、およびシステムが記載される。処理管または通気管のいずれかから流体接続されたバイパス・ループが備えられる。バイパス・ループ内にはデジタル質量流量コントローラのような流量検出器が配置される。流量検出器は質量流量コントローラから１つまたは複数の気体流量測定値を検出し、このような１つまたは複数の測定値からのデータは質量流量コントローラの正確さおよび／または精度に関する情報を提供するために利用される。さらに、処理管内の背圧または負の真空を修正する方法も開示される。【選択図】図２
2005106821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量流量コントローラによって処理管を介して処理室に供給される気体の流量を測定するシステムであって、
ａ．前記質量流量コントローラと、
ｂ．前記質量流量コントローラと前記処理室との間の前記処理管に流体接続された通気管とを備え、前記通気管が、
ｉ．バイパス・ループを前記通気管に流体接続する吸込合流点と戻り合流点とを有するバイパス・ループであって、
ａ．バイパス・ループを流れる気体の流れを測定するための流量検出器と、
ｂ．前記吸込合流点と前記流量検出器との間の第１バイパス制御バルブとを備えたバイパス・ループと、
ｉｉ．前記吸込合流点と前記戻り合流点との間の主通気管遮断バルブとを備え、さらに、
ｃ．前記流量検出器からデータ信号を受信するコンピュータ制御装置を備え、
それによって、前記バイパス・ループを通って誘導された前記気体の流れが前記質量流量コントローラの気体流量の測定値を供給し、該測定値が前記質量流量コントローラの定量化または校正のための情報を提供するシステム。
【請求項２】
前記流量検出器がデジタル質量流量コントローラである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バイパス・ループがさらに、前記流量検出器と前記戻り合流点との間に第２バイパス制御バルブを備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記通気管と前記処理室との間の合流点の間に配置された処理管遮断バルブをさらに備え、前記処理管遮断バルブを閉じると全ての気体が前記質量流量コントローラから前記通気管へと誘導される請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
２個以上の前記質量流量コントローラを前記通気管に流体接続するマニフォルドをさらに備え、それによって、該マニフォルドのバルビング制御が前記２個以上の質量流量コントローラのいずれか１個から前記測定のための気体を前記通気管に供給する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記通気管と前記処理室との間の合流点の間に配置された処理管遮断バルブをさらに備え、該処理管遮断バルブを閉じると全ての気体が前記質量流量コントローラから前記通気管へと誘導されると共に、前記バイパス・ループが、前記流量検出器と前記戻り合流点との間に第２バイパス制御バルブをさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記気体の使用中に前記処理室内に存在する背圧または負の真空を表す背圧または負の真空を、バイパス・ループ内の流量検出器内に供給するための背圧または負の真空補償システムをさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
質量流量コントローラによって処理管を介して処理室に供給される気体の流量を測定するシステムであって、
前記質量流量コントローラと、
前記質量流量コントローラと前記処理室との間の前記処理管に流体接続され、バイパス・ループを前記処理管に流体接続する吸込合流点と戻り合流点とを備えたバイパス・ループであって、
該バイパス・ループを通って流れる気体の流れを測定するための流量検出器と、
前記吸込合流点と前記流量検出器との間の第１バイパス制御バルブと、
前記吸込合流点と前記戻り合流点との間の処理管遮断バルブと、
前記流量検出器からデータ信号を受信するコンピュータ制御装置とを備えているバイパス・ループとを備え、それによって、該バイパス・ループを通って誘導される前記気体流が前記質量流量コントローラの定量化または校正のための情報を提供するシステム。
【請求項９】
前記流量検出器がデジタル質量流量コントローラである請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記バイパス・ループが、前記流量検出器と前記戻り合流点との間に第２のバイパス制御バルブをさらに備えている請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記バイパス・ループが、前記流量検出器と前記戻り合流点との間に圧力逃がしバルブをさらに備えている請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
２本以上の処理管を前記処理室に流体接続する第１マニフォルドをさらに備え、それによって、マニフォルドのバルビング制御が、前記２個以上の質量流量コントローラのいずれか１つからの気体を前記測定のために前記バイパス・ループへと供給する請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
２本以上の処理管を前記処理室に流体接続する第２マニフォルドをさらに備えていることによって、マニフォルドのバルビング制御が、前記バイパス・ループからの気体を前記処理室へと戻す請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
気体を計測する専用手段によって処理管を介して処理室に供給される気体の流量を測定するシステムであって、
前記計測用専用手段と、
前記質量流量コントローラと前記処理室との間の前記処理管に流体接続され、吸込合流点から始まる管であって、
前記吸込合流点と前記測定手段との間に位置する、前記気体の流れを制御する第１手段と、
前記管を通って流れる気体の流れを測定する手段と、
処理管または上記の「ｂ」の管を通って流れるように気体の流れを誘導する手段と、
前記気体の流れ測定手段からデータ信号を受信するコンピュータ制御装置とを備えている管とを備え、それによって、
上記の「ｂ」の管を通って流れるように誘導された前記気体の流れが前記計測用専用手段を通って流れる前記気体流量の測定値を供給し、該測定値が前記計測用専用手段の定量化または校正のための情報を提供するシステム。
【請求項１５】
前記測定が時間を経て繰り返され、前期測定用専用手段を通過する気体の流れを定量化するために利用される請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
少なくとも１つの追加の気体を計測するための少なくとも１つの追加の専用手段をさらに備えている請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記管を流れる気体の流れを測定するための前記手段による前記２個以上の計測用専用手段の設定された流量と測定された流量との比較によって、前記管を通って流れる気体の流れを測定する前記手段の修正係数が得られる請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
質量流量コントローラによって設定される処理室への気体の流れを校正する方法であって、
質量流量コントローラを特定の気体流量に設定する工程と、
校正気体の流れを前記質量流量コントローラから通気管を経て、吸込合流点と戻り合流点とによって前記通気管と流体連通されたバイパス・ループへと誘導するようにバルブを調整し、該バイパス・ループはこれを通って流れる前記校正気体の流れを測定するための流量検出器をさらに備えている工程と、
該流量検出器で前記校正気体の流れのバイパス・ループを通る気体流量を測定する工程と、
前記バイパス・ループを通る気体流量を前記所望の気体流量と比較する工程と、
前記バイパス・ループを通る気体流量と前記所望の気体流量との関係を計算し、それによって、前記関係が前記質量流量コントローラを定量化し、または校正し、または前記質量流量コントローラを交換または修理するための情報を提供する工程とを含む方法。
【請求項１９】
質量流量コントローラによって設定される処理室への気体の流れを校正する方法であって、
質量流量コントローラを特定の気体流量に設定する工程と、
校正気体の流れを前記質量流量コントローラから、吸込合流点と戻り合流点とによって前記処理管と流体連通されたバイパス・ループへと誘導するようにバルブを調整し、該バイパス・ループはこれを通って流れる前記校正気体の流れを測定するための流量検出器をさらに備えている工程と、
該流量検出器で前記校正気体の流れのバイパス・ループを通る気体流量を測定する工程と、
前記バイパス・ループを通る気体流量を前記所望の気体流量と比較する工程と、
前記バイパス・ループを通る気体流量と前記所望の気体流量との関係を計算し、前記処理管は前記処理室および前記質量流量コントローラと流体連通しており、それによって前記関係が前記質量流量コントローラを定量化し、または校正し、あるいは前記質量流量コントローラを交換または修理するための情報を提供する工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス・フロー・コントローラに関し、より詳細には、気体を堆積、エッチング、およびその他の製造工程へと供給する１つまたは複数の質量流量コントローラの性能を監視する装置、方法、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業工程には異なる気体の流れの正確かつ厳密な制御が必要である。このような工程の多くは工程中の異なる期間に処理室内に流れる気体の量または質量を正確かつ厳密に制御する必要がある。このような工程の例には、それに限定されるものではないが、（半導体製造の場合のように）基板に材料が堆積され、または基板から材料がエッチングされる堆積およびエッチング工程、その他の半導体製造工程、および医療製品および機器の製造が含まれる。
【０００３】
このような気体の流量制御は、しばしば工程内で使用される各気体用の質量流量コントローラ（「ＭＦＣ」）を利用して達成される。任意の所与の期間にわたって工程に供給される気体の量または質量は気体密度の関数となる。したがって、単位時間当たりの所与の体積（すなわち体積流量）で、例えばヘリウムのような軽い、または密度が低い気体の場合は、例えば窒素または酸素のような重い、または密度が高い気体よりも単位時間当たりに工程に供給される質量が少なくなる。
【０００４】
多くの特許は、産業工程中の気体の正確で、安定した供給の重要性、および質量流量コントローラ（「ＭＦＣ」）に関連する問題点について論述し、ＭＦＣを改良するための解決方法を提案してきた。これらの特許にはＬｏｗｅｒｙ他の米国特許第６，５６４，８２４号、Ｎｉｓｈｉｎｏ他の米国特許第５，７９１，３６９号、Ｂａｌａｚｙ他の米国特許第６，１５２，１６２号、Ｗａｌｄｂｕｓｓｅｒの米国特許第６，１３８，７０８号が含まれる。Ｆｏｒｂｅｓへの米国特許第５，７４４，６９５号は既製の気体制御パネルを修正し、質量流量コントローラの校正をチェックする装置を提案している。しかし、’６９５号特許はバイパス・ループを使用しておらず、１つの気体をチェックするために処理室への気体の流れをすべて停止する必要があり、他の方法での有用性に限界がある。本明細書に引用されているこれらの特許、および他のすべての特許および非特許文献は参照により本明細書に組み込まれている。
【０００５】
一般に、産業工程用の気体制御システムは各々の気体ごとにＭＦＣを含んでおり、このような各ＭＦＣはそのコントローラを通って流れる気体向けに独自に校正される。したがって、各ＭＦＣはＭＦＣを流れる気体独自の、ＭＦＣを流れる気体を表すアナログまたはデジタルの表示値を示す。
【０００６】
例えばマイクロプロセッサ・チップの製造に使用される堆積またはエッチング工程のような製造工程の所望のクオリティを保つために、ＭＦＣは所望の精度範囲内で動作しなければならず、再現性がある（すなわち正確な）性能をもたらさなければならない。特に、高価値の製品を製造するために多くの工程を必要とする進行中の製造動作中に、動作仕様内で動作しない特定のＭＦＣを迅速に特定することは製品の品質および製造効率にとって重要である。
【０００７】
上記に引用した特許文献に記載されているように、ＭＦＣのような気体計測装置を介して、進行中に正確かつ厳密に気体を送達することは１つの挑戦である。この挑戦性は、その気体の温度が上昇する場合に高まる。何故ならば、それによって「コールド・スタート」（ほとんど、または全部が室温またはその他の低温にある）から最終的な平衡動作温度（その後の気体計測装置のすべての部品の温度変化は重要ではない）への移行中に気体計測装置に付加的な変動性が加わるからである。さらに、平衡動作温度でさえも、装置がこのような上昇した温度で与えられる性能の不正確さの対象となることがより多いある種の部品を含んでいる場合には、装置の性能を信頼できないことがある。
【０００８】
さらに、いくつかの気体を単一の工程用に組み合わせる現在の産業処理システムでは、気体の流れの校正を検定することが極めて困難になることがある。基本線からのずれを判定するために流れ試験が行われる場合でも、このアプローチは流量問題の原因を２つの気体の可能性に狭めることができるだけであろう。例として、またいかなる意味でも限定するものではないが、シリコン・ゲルマニウム薄膜を堆積する処理で、１工程はＧｅＨ４およびシランまたはジクロロ・シラン（ＤＣＳ）の双方を同時に流す必要がある。この場合、ＧｅＨ４は単にドープ剤として作用し、薄膜はＧｅＨ４だけでは堆積できない。しかし、ＧｅＨ４は薄膜の堆積速度に重大な影響を及ぼす。他の全ての要因が同じである場合は、ＧｅＨ４の流量が大きいほど堆積速度は速くなる。しかし、ＧｅＨ４と組み合わせてＤＣＳが使用される場合は、ＤＣＳの流量が増加すると堆積速度も上昇する。このような環境で、通常の堆積速度よりも速い速度が観測されると、重要な疑問が生ずる。すなわち、ＧｅＨ４の流量が高いのか、ＤＣＳの流量が高いのかという疑問である。例えば「基本線からのずれ」のアプローチのような、上記のような疑問に答える伝統的なアプローチは有効ではない。何故ならば、これらは重要な製造関連問題を解決するための最良の推測、または試行錯誤努力であるので効率がよくないからである。
【特許文献１】米国特許第６，５６４，８２４号
【特許文献２】米国特許第５，７９１，３６９号
【特許文献３】米国特許第６，１５２，１６２号
【特許文献４】米国特許第６，１３８，７０８号
【特許文献５】米国特許第５，７４４，６９５号
【特許文献６】米国特許第５，１３１，９２９号
【特許文献７】米国特許第６，５８４，８０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、産業工程でＭＦＣによって制御される気体を校正するより良好なアプローチを提供する必要がある。上記に引用した文献のどれもＭＦＣを校正するバイパス・ループのアプローチを提案していない。本発明は製造工程に１つまたは複数の気体を供給する１つまたは複数のＭＦＣの性能を容易に、再現性をもって、かつ確実に監視し、必要ならば調整する装置、方法、およびシステムを提供することによって、現在の技術水準を進展させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は所望の体積流量、または所望の単位時間当たりの気体質量を産業上の処理施設に供給するために使用される質量流量コントローラ、特にＭＦＣによって供給される実際の流量の正確さおよび／または精度を判定する新規の方法、装置、およびシステムを提供するものである。本発明は流量検出器を備えたバイパス・ループを通気管内に備えることによってこれを達成する。バイパス・ループまたはその他のいずれかの位置には、特定の気体の流れをＭＦＣからこの流量検出器を経て誘導するためのバルブが適宜に配置される。流量検出器からのデータ信号に基づいて、ＭＦＣによって設定された気体流量、または単位時間当たりの気体質量と流量検出器を流れる実際の流量とを比較することによって、オペレータは性能をＭＦＣの関連する特定の動作性能仕様内にするために必要に応じてＭＦＣを校正することができる。
【００１１】
このように、本発明の１つの態様は、気体が通過する管内にバイパス・ループを使用した、ＭＦＣの流量を校正するデータを測定し、供給するシステムである。バイパス・ループは流量または単位時間当たりの気体質量を検出する流量検出器を有しており、この流量検出器からのデータがＭＦＣの流量を校正するために利用される。
【００１２】
本発明のある実施形態では、バイパス・ループは産業工程の通気管に接続される。本発明の他の実施形態では、バイパス・ループは産業工程の処理室に繋がる気体管に接続され、さらに別の実施形態では、バイパス・ループは産業工程の処理室に繋がる通気管または気体管のいずれかから気体を受ける手段を与える配管およびバルブを有している。特定のシステム、そのＭＦＣの動作要件、ＭＦＣの機能にとって適切であるならば、本発明の実施形態はさらに、バイパス・ループの下流にあり、本発明の動作中にバイパス・ループと流体連通する補償機構を含んでいてもよい。これらの補償機構は処理管内で使用中にＭＦＣが受ける圧力または真空に近づくように下流の圧力または真空を調整する。必要ならば、これは本発明の正確さおよび／または精度を高めるために実施される。
【００１３】
本発明のバイパス・ループ装置およびシステムを使用するバイパス・ループ定量化および校正方法は、産業工程内のＭＦＣの動作の単位時間当たり１回以上実施される。あるいは、これらの方法はＭＦＣが産業工程で使用される気体の供給前または供給後に実施される。
【００１４】
本発明の別の態様は流量検出器からデータ信号を受信し、産業工程のオペレータにデータ出力およびデータ出力の一覧を提供する汎用コンピュータのようなコンピュータ装置を使用することである。さらに、コンピュータ装置は加えて、流量検出器からのデータ入力および／またはその他のデータ入力に基づいて計算を行い、このような計算の結果に基づいてＭＦＣ、１つまたは複数の制御可能バルブ、および／または産業工程内のその他の装置に制御信号を送る能力を有するコンピュータ制御装置でもよい。
【００１５】
本発明の別の態様は、真の気体流量を得るために実際のＭＦＣ値への修正係数を計算し、および／または利用するコンピュータ装置のプログラミングを含んでいる。例えば、特定のＭＦＣを通過する特定の気体用に修正係数が得られると、その後コンピュータ装置はそのＭＦＣに必要な調整を計算する。本発明のこの態様は、リアルタイムでのフィードバック・ループで実施されれば動作精度を向上させる。
【００１６】
本発明の別の態様は単一のバイパスＭＦＣと複数の気体特有のバイパスＭＦＣの各々との比較による自己チェックである。進行中の、または周期的な比較によって、充分な比較数の後、どのＭＦＣが不適正であるかを結論付けることができる。例えば、限定的な意味ではなく、バイパスＭＦＣを調整する必要がある場合は、調べた気体のほとんど、または全てを同じ相対値で調整する必要があることを報告し、このような比較を分析することによって不適正なバイパスＭＦＣの結論が導かれる。
【００１７】
本発明の新規の方法、装置、およびシステムの上記の利点および特徴は、本発明の以下の詳細な説明、および関連図面、および添付の特許請求の範囲を考察することによって明らかになろう。
【００１８】
本発明の特徴および利点は、以下の本発明の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
特許請求の範囲を含む本明細書全体を通して、「流量」、または「気体流量」という用語はそれに限定されるものではないが、単位時間を経て気体用導管のポイントを通る気体の通過流量を含む意味である。例えば、この概念を表す「流量」、または「気体流量」の標準的な測定単位はリッター／分である。すなわち、所与の圧力と温度で、ｘリッターの気体が分当たりに所与のポイントを通過する。この用語は「体積流量」ということによってより具体的にすることができる。質量流量コントローラは通常は特定の気体の質量に関して測定し、特定の密度を有する単一の気体の流れを測定するように校正されている。しかし、特に特許請求の範囲で用いられる場合は、同じフレーズで体積流量が（質量流量コントローラのデータ出力、すなわち単位時間当たりの気体質量として一般に供給されるような）質量流量と区別されない場合は、「流量」、または「気体流量」の最も広義の意味は質量流量を含めるものと解釈されることに留意されたい。
【００２０】
特許請求の範囲を含めて、本明細書を通して用いられる用語「量子化する」、「定量化する」、および「定量化」は、それに限定されるものではないが、本発明のバイパス・ループ内の流量検出器のような第２の測定手段を使用して体積または質量のいずれかで気体の通過量を判定することを含む意味である。定量化はこのような流量検出器を使用して単一の測定を行い、または１分、または５分のような定められた短期間内で一連の測定を行い、または２時間に一度のようなある期間で何回かの測定を行うことによって実施される。このような測定から平均化、標準偏差の判定、変動値などのようなデータの標準的な数学的および統計的な処理がなされ、また精度の評価も同様に定量化工程の一部として行ってもよい。本明細書で用いられるこのような定量化はより広義の用語「測定する」、「計量」、および「測定」に含まれる。
【００２１】
特許請求の範囲を含めて、本明細書を通して用いられる本発明のバイパス・ループを経て流れる気体の流れを測定するための流量検出器は文字通りに記載されてもよく、また、より特定の用語である「質量流量コントローラ」（「ＭＦＣ」）、または「デジタル質量流量コントローラ」「（「ＤＭＦＣ」）で例示される。このように配置される流量検出器の代替の等価な略称は「バイパスＭＦＣ」、または「バイパスＤＭＦＣ」である。
特許請求の範囲を含めて、本明細書を通して用いられる特定の、一般には単一の気体供給源から流れる気体の流れを制御する流量コントローラは「専用」流量検出器と呼ばれてもよい。たとえば、製造管内の単一の気体を制御するＭＦＣは「専用ＭＦＣ」と呼ばれる。
【００２２】
特許請求の範囲を含めて、本明細書を通して用いられる用語「校正する」、および「校正」はそれに限定されるものではないが以下を含む意味である。すなわち、ａ：１）本発明のバイパス・ループ内の流量検出器（すなわちバイパスＭＦＣ）によって行われる流量測定値の差の判定、およびそのためにこれらの測定がなされた専用ＭＦＣでの設定。このような判定の結果、ＭＦＣでの読み取り値の修正率または調整百分率が計算される。２）＃１で規定された差を補償するための、ＭＦＣ自体での流量のアナログまたはデジタル読み取り値の調整。３）ＭＦＣを流れる気体の通過を物理的に制御する機構の調整。その結果、ＭＦＣでの流量のアナログまたはデジタル読み取り値は、関連する評価期間にバイパス・ループ流量検出器によって判定された流量の所望の許容差以内になる。または４）関連する評価期間にバイパス・ループ流量検出器によって判定された流量の所望の許容差以内になるように、ＭＦＣの流量を修正するための、この分野で公知である他のいずれかの手段である。
【００２３】
特許請求の範囲を含めて、本明細書を通して用いられる用語「コンピュータ装置」は、それに限定されるものではないが専用プログラム回路（それに限定されるものではないが、１つまたは複数のソースからデータ信号を受信できる集積回路またはマイクロプロセッサ；１つまたは複数のソースからデータ信号を受信できるコンピュータのようなプログラム可能汎用コンピュータ装置、および１つまたは複数のソースからデータ信号を受信できるコンピュータのようなプログラム可能専用コンピュータ装置を含む）を含む意味である。特許請求の範囲を含めて、本明細書を通して用いられる用語「コンピュータ制御装置」は、それに限定されるものではないが、集積回路またはマイクロプロセッサ；コンピュータのようなプログラム可能汎用コンピュータ装置、および制御信号を１つまたは複数の宛先に送信可能であるコンピュータのようなプログラム可能専用コンピュータ装置を含む意味である。
【００２４】
図面を参照すると、同様の参照番号は種々の図面を通して同様の部品を示すことを付記しておく。本明細書を通して用いられる通気管は１つまたは複数のＭＦＣから流れる気体用の代替通路であり、気体用の別の通路は１つまたは複数の処理室に繋がる処理管である。さらに、本明細書に記載する特定の実施形態に示すように、バイパス・ループは単位時間当たりに装置を通って流れる気体の質量（または体積）を検出可能であるデジタル質量流量コントローラまたはその他の装置のような、適宜のバルビングおよび流量検出器を含んでいる。
【００２５】
図１はシリコン・ウエーハ上に半導体チップを製造するための堆積システムで一般的である気体管およびその他の管の標準的な構造の概略図である。複数の気体供給源（図示せず）は図１で総称して１０で示されている気体の質量流量コントローラによって時間を経た質量（または体積）流量として制御される。これらのＭＦＣからの気体はバルブ１６が開いており、バルブ２４が閉じている場合は、処理管１２を通過して処理室１４へと流入することができる。これらのＭＦＣからの気体は、バルブ２４が開いており、バルブ１６が閉じている場合は、通気管２０を通過して排気および汚染低減システム２２へと流入することができる。酸貯蔵タンク３０、酸−通気バルブ３２、および酸−処理バルブ３４、および、名称が示唆するように酸貯蔵タンク３０からの酸の処理室１４への通路を提供する酸−処理管３６も示されている。この図面に示されている全てのバルブは空気圧バルブとして示されているが、実際には手動バルブであってもよく、または手動式、空気圧式、ソレノイド起動式、またはこの分野で公知であり、使用されているその他のいずれかの種類のバルブの組合せであってよい。
【００２６】
図２は本発明の一実施形態の構成の概略図である。図１の場合と同様に、この図面はシリコン・ウエーハ上に半導体チップを製造するための堆積システムで一般的である気体管およびその他の管の標準的な構造の概略図である。これも図１と同様に、複数の気体供給源（図示せず）は図１で総称して１０で示されている気体ＭＦＣによって時間を経た質量（または体積）流量として制御される。これらのＭＦＣからの気体は処理管制御バルブ１６が開いており、バルブ２４が閉じている場合は、処理管１２を通過して処理室１４へと流入することができる。これらのＭＦＣからの気体は、バルブ２４が開いており、バルブ１６が閉じている場合は、通気管２０を通過して排気および汚染低減システム２２へと流入することができる。さらに酸貯蔵タンク３０、酸−通気バルブ３２、および酸−処理バルブ３４、および、名称が示唆するように酸貯蔵タンク３０からの酸の処理室１４への通路を提供する酸−処理管３６も示されている。この図面に示されている全てのバルブは全て空気圧バルブまたは手動バルブのような１種類のものでもよく、または手動式、空気圧式、ソレノイド起動式、またはこの分野で公知であり、使用されているその他のいずれかの種類のバルブの組合せであってよい。
【００２７】
上記の標準的な配管およびバルブ制御に加えて、図２に示されている実施形態はバイパス・ループ４６の吸込合流点４２と戻り合流点４４との間に配置されている主通気管遮断バルブ４０を有している。バイパス・ループ４６は前記吸込合流点と流量検出器５０との間に配置された第１バイパス制御バルブ４８を備えている。バイパス・ループ４６はさらに、前記流量検出器５０と前記戻り合流点４４との間に配置されている第２バイパス制御バルブ５２を備えている。
【００２８】
流量検出器５０を通過する気体の流れによって発生されるデータ信号は、この図ではコンピュータ・モニター・スクリーン５６として示されているデータ出力手段と関連しているコンピュータ制御装置５４に通信される。その他のデータ出力手段には、それに限定されるものではないが、毎日の動作概要を供給する統計的工程制御（「ＳＰＣ」）チャートが含まれる。流量検出器５０からコンピュータ制御装置５４への、またそれ以降へのデータ信号の通信は導線を介した標準的な電気信号伝送、またはこの分野の当業者には公知であるその他の手段によって行われる。すなわち、このような信号は例えば銅線に沿った電気インパルスの送信のような従来の手段、信号を無線波に変換し、これらの無線波を送信して、受信機が信号を受信し、その後、これらを集積回路、マイクロプロセッサ、専用コンピュータ、または汎用コンピュータに送るようなより複雑な手段、または現在公知であり、または将来開発される他のいずれかの方法で通信可能である。
【００２９】
ある実施形態では、コンピュータ制御装置は流量検出器５０からデータを収集し、このデータを毎日の動作概要を供給するＳＰＣチャートに送信する専用パーソナル・コンピュータである。このように、流量検出器５０からのデータは１つまたは複数のＭＦＣを補償し、修正するリアルタイムの校正手段を供給するだけではなく、製品の品質を変化させる原因となる可能性がある要因を判定することを補助するため、製品の品質分析および事後のトラブルシューティングに利用できる履歴データをも供給する。
【００３０】
さらに、ある実施形態では、流量検出器５０はデジタル質量流量コントローラ（「ＤＭＦＣ」）である。これによって、従来のアナログＭＦＣと比較して測定範囲全体の変動が少なくなり、また、多くのモデルで応答時間が速くなると、ヒステリシスが少なくなるという利点が得られる。本発明で使用するのに適したデジタル質量流量コントローラはＡｅｒａ  ＦＭ−Ｄ８８０−４Ｖである。これは１  ｓｌｍ  Ｎ２  ＭＦＣである。本発明の他の実施形態は異なる気体用に校正された、またはより高い、または低い流量向けに定格されたＭＦＣを使用してもよいことが理解されよう。ハードウエアおよび初期校正のこのような変更は工程の用途の範囲によって左右され、かつ現在特許請求している発明の範囲内に含まれる。
【００３１】
本発明の設計、装置、方法、およびシステムの１つの利点は、バイパスＭＦＣがそのために校正される実際の気体密度とバイパスＭＦＣの気体密度との差に対処するため、バイパスＭＦＣ内の気体の流れのリアルタイムの読み取り値に修正係数を適用する自動計算プログラムを採用していることである。そこでプログラムは修正係数の実施に基づいて、システムで使用される特定の各気体ごとに上記のような修正済みの（「真の」）気体流量をオペレータに提供する。ある実施形態では、このような修正係数を適用したコンピュータ制御装置はバイパス流量検出器（すなわちバイパスＭＦＣまたはバイパスＤＭＦＣ）と、いくつかの専用の気体ＭＦＣとの進行中の、または周期的な比較を介して修正係数を設定し、更新するためにも利用される。
【００３２】
本発明の設計、装置、方法、およびシステムの１つの利点は、処理管またはその他のどこでも特別な処理薄膜を導通させる必要なく、リアルタイムの気体の流れを検定できることにある。ＭＦＣの正確さおよび／または精度を迅速に評価できることによる別の利点は、工程の動作パラメータに問題点が検出された場合、または中間製品の品質、または最終製品の品質に問題が検出された場合にＭＦＣまたはその他の部品の試験的交換、または交換ミスが少なくなり、またはなくなることである。
【００３３】
本発明の別の態様に関して、あるシステムおよびＭＦＣの場合、バイパス・ループ流量検出器５０による流量判定の正確さおよびまたは精度は、特定のＭＦＣが「オン管」にあり、気体を処理管に供給している場合に存在する背圧または真空と、そのＭＦＣの流量が本発明のバイパス・ループ装置、システム、および方法を採用して評価された場合に存在する背圧または真空との差によって悪影響を受けることがある。例えば、気体を処理管に供給する場合の動作条件で、ＭＦＣは２０ｍｍマーキュリーの真空にさらされ、または大気圧よりも平方インチ当たり（「ｐｓｉ」）１００ポンド高い背圧にさらされる。しかし、そのＭＦＣの流量の測定中にバイパス・ループ内の流量検出器の下流では、等価の背圧（または場合によっては真空）は存在しない（すなわち、海面で例えば１４．７ｐｓｉである「背圧」だけが大気圧である）。流量のメカニズムおよびＭＦＣの動作特性に応じて、背圧のこのような差は修正係数または校正を与えようとする際に誤差を生じることがある。
【００３４】
したがって、このような係数が妥当であると見なされ、背圧の修正が望ましい場合は、バイパス・ループ流量検出器に充分な等価の背圧を確立する任意の数の方法を実施してもよい。例えば、それに限定されるものではないが、実際にオン管での使用中に判明している背圧または真空が背圧／真空補償装置へと入力され、このような補償装置はそのＭＦＣの評価中にバイパス・ループ流量検出器の下流に前記の背圧または真空を印加する。背圧システムの確立のメカニズムは例えばＢｒｏｃｋｍａｎ他の米国特許第５，１３１，９２９号、およびＯａｋｅｙの米国特許第６，５８４，８０３号に記載されている。
【００３５】
この背圧補償を達成する別のアプローチは、処理管自体から、また処理管自体に繋がる本発明のバイパス・ループを提供し、また動作中のＭＦＣおよびその気体を実際に使用中にバイパス・ループを通った読み取り値を取り出すことである。図３はこのアプローチの一実施形態を示している。図３には各々がそれぞれの気体供給源８Ａ、８Ｂ、および８Ｃからの３つの異なる気体を制御するＭＦＣ１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃをそれぞれ有する３本の別個の処理管１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃが示されている。このような各処理管はバイパス・ループ４６のそれぞれの処理管と流量検出器５０とのそれぞれの流体連通を制御する第１バイパス制御バルブ４８Ａ、４８Ｂ、および４８Ｃよって別個に動作される。同様に、別個に動作される第２バイパス制御バルブ５２Ａ、５２Ｂ、および５２Ｃはバイパス・ループ４６のそれぞれの処理管と流量検出器５０とのそれぞれの流体連通をオン・オフに切り換えることができ、かつそれぞれの気体のそれぞれの処理管への戻りを制御する手段としての役割を果たすことを意味している。さらに３つの処理管制御バルブ１６Ａ、１６Ｂ、および１６Ｃが示されている。最後に、戻り管−処理管の代替を備えるために、流量検出器５０による検出後の気体を通気管２０へと誘導し、そこから気体が排気および汚染低減システム２２に流れるようにするため、バイパス−通気バルブ６２と共にバイパス−通気管６０が備えられている。このシステムのその他の特徴は以前の図について記載したとおりである。
【００３６】
そこで、気体が処理室１４で使用され、バルブ４８Ａ、４８Ｃ、５２Ａ、および５２Ｃが閉じたままであり、バルブ４８Ｂおよび５２Ｂが開いており、バルブ１６Ｂが閉じた場合の、ＭＦＣ１０Ｂからの気体の流れをバイパス・ループ測定した例を取り上げる。それによって、ＭＦＣ１０Ｂによって制御された気体は流量検出器５０を経てバイパス・ループ４６へと誘導される。気体流量の測定は別の実施形態および構成について上述したものと同様であり、流量データ信号はこの図ではコンピュータ・モニター・スクリーン５６として示されているデータ出力手段と関連しているコンピュータ制御装置５４に通信される。データ信号はＭＦＣ１０Ｂを定量化または校正するために上記のように処理される。
次に、１つの代替方法は気体を閉鎖されたバルブ１６Ｂの下流にある処理管１６Ｂに戻すことである。このような代替方法では、気体はこの気体が使用される場合の標準的な動作条件で一般的な背圧または真空条件にさらされる。ある条件の集合の下で、これは流量検出器５０によるより代表的な流量判定を行うことに役立つ。
【００３７】
あるいは、特定の気体および処理管用に適切であるように、バイパス・ループ４６内の流量検出器５０による測定後の気体は通気バルブ６２へのバイパスを開き、第２バイパス制御バルブを全て閉鎖位置に保つことによって通気管へと誘導される。このような代替方法では、他の流れによる干渉の機会をなくすために、一般にバルブ４０が閉じられ、または双方のバルブ２４と３２が閉じられる。
【００３８】
気体の流量判定の期間が終了すると、気体８Ｂの流れはバルブ１６Ｂを開き、バルブ４８Ｂおよび５２Ｂを閉じることによって通常の経路に戻される。（これは工程中の判定を想定している。勿論、オフラインＭＦＣを定量化または校正するために同じ装置が使用される。すなわち、気体を処理室に供給するために目下使用されていない装置である。）
【００３９】
すなわち、図３に示した装置の構成の場合、背圧または真空が（例えばＭＦＣによる制御が背圧または負の真空の結果として変動しない場合のように）関係ない場合は、ＭＦＣにより制御された気体の測定は、これが処理室１４で使用されていない場合に行うことができる。このような動作では、気体はバイパス・ループ４６の流量検出器５０を越えて誘導され、かつその後で通気管６０へのバイパス沿いに位置している通気バルブ６２へとバイパスしているバルブを開くことによって通気管２０へと誘導される。
【００４０】
図２および図３に示されている実施形態は、対象となる気体が工程で使用されていてもいなくても迅速な定量化または校正手順を行う手段を提供することに留意されたい。
さらに、いくつかの異なるバルブが上記に記載されているどの箇所にもマニフォルドを備えてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく、このようなバルブまたはマニフォルドの自動化を実施してもよいことに留意されたい。このような設計、およびその動作は当業者には公知である。
【００４１】
このように、本発明のある態様および実施形態を要約すると、本発明の一実施形態では、ＭＦＣからの気体の流量測定を行うべきであると（人であれ、コンピュータ化された装置であれ）システムのオペレータが判断すると、この方法が開始される。オペレータは手動であれ自動化された手段によってであれ、バイパス・ループの吸込合流点と戻り合流点との間にある通気管（または上記の図３に類似した実施形態の場合は処理管）に沿ったバルブを閉じる。それによって、通気管（または上記の図３に類似した実施形態の場合はそれぞれの処理管）内の全ての気体の流れがバイパス・ループを通って誘導される。バイパス・ループ内の１つまたは複数のバルブが開かれるので、バイパス・ループ内に位置する流量検出器は通気管を通って流れる全ての気体を検出する。特定の気体、およびその気体の特定の流量はオペレータによって設定され、その流量が評価されるＭＦＣへと入力され（または既に入力されており）、そのＭＦＣによって制御された気体の流れは配管を経て通気管内に流入する（その経路は気体供給源とバイパス・ループの間での適宜のバルブまたはマニフォルドの調整によって形成される）。
【００４２】
このように、ＭＦＣによって解放される全ての気体の流れは通気管に誘導され、バイパス・ループ内の流量検出器によって検出される。これによって基本的に、バイパス・ループ内の流量検出器との比較によってＭＦＣのリアルタイムの校正が可能になる。好適な実施形態では、バイパス・ループの流量検出器からのデータ信号は専用コンピュータに通信され、この専用コンピュータはＭＦＣ内に設定された、またはＭＦＣから要求された流量または質量流量と、バイパス・ループの流量検出器によって判定された流量または質量流量との比較を含むデータ出力を供給する。オペレータまたはその他は所望の流量とバイパス・ループ流量検出器によって検出された流量とに偏差があるか否かを点検する。バイパス・ループ流量検出器で測定された流量に適宜のレベルの一体性をもたらすために、ＭＦＣで修正または補償がなされるべきか否かの決定がなされる。このような修正、または補償は、必要であると判定された場合になされる。このような修正、または補償はＭＦＣの校正の形式でもよく、またはそのＭＦＣから流量をプログラムする場合に認識され、実施される定量化でもよい。
【００４３】
次に、必要ならば、バイパス・ループ流量検出器で再度流量または質量流量が判定される。これはＭＦＣの調整の不正確さを考慮にいれた修正または補償の適切さ、またはこのような修正または補償を非直線的にすることがあるその他の変数の適切さに関する一体性チェックである。（ゼロであることもある）所望数の一体性チェックの後、バルビングは定常位置に戻るので、通気管の気体はバイパス・ループを通って流れることはない。
【００４４】
さらに、ＭＦＣの流量の正確さおよび／または精度のバイパス・ループによる査定がＭＦＣによって制御されている気体の処理室での使用前または使用中に行われると、バルビングはチェック後に流れが遮断されるのではなく、その気体が処理管へと誘導されるように調整される。このように、前述のように、また特定のＭＦＣおよび処理システム用に本発明を利用することを考慮した場合、当業者が所望の手順を考えると実現可能であるように、本発明の方法によって広範囲の代替手順が可能である。
【００４５】
さらに、本発明の方法を実施するために、本発明の装置およびシステムを追加するように既存の設備を修正することが可能である。例えば、それに限定されるものではないが、半導体製造用の既存のＨＴ  ＡＭＡＴ  ＥＰＩ  Ｃｅｎｔｕｒａ堆積システムは図１および図２のバルブ１６、２４、３２および３４として指定されている位置で空気圧バルブを有している。図２に示されている手動バルブ４０、４８、および５２はバイパス・ループ４６および流量検出器５０のように、デジタル質量流量コントローラの形式でシステムに追加される。このデジタル質量流量コントローラはこれからデータ信号を受信する専用のパーソナル・コンピュータに接続され、ＭＦＣにより設定された流量と流量検出器により判定された流量とを比較するために、アルゴリズムに基づく適宜の計算を行う。オプションとして、この流量検出器、すなわちデジタル質量流量コントローラからの、専用のパーソナル・コンピュータによって収集されるデータは毎日の動作概要のためのＳＰＣチャートに送られる。上記の実施形態について開示した方法によって示され、または示唆されるように、バイパス・ループ内の流量検出器による測定が完了すると、ＭＦＣおよびシステムを再度定常動作モードに戻すために、バイパス・ループ測定を開始するために用いられた手順とは逆の順序で、単に手動バルブが開閉される。
【００４６】
さらに、特定の処理設備の設計および動作条件に基づいて、特定の圧力でバイパス・ループ内の気体の流量を測定することが重要である場合がある。このような環境では、上記の開示内容で記載したバルブは、チェック・バルブ、圧力逃がしバルブ、または流れ方向表示器、およびこのような流れ方向表示器からの信号に基づいて、あるバルブを開閉するシステムで代用してもよい。例えば、特定のシステムの気体を測定する際に一定量の背圧が望ましい場合は、圧力調整可能な圧力逃がしバルブをバイパス・ループ流量検出器の下流に配置することができる。次に、例えば背圧が５０ｐｓｉである場合だけ流量が測定されることになっており、圧力調整可能な圧力逃がしバルブがこの圧力に設定された場合、５０ｐｓｉが得られるまでこのバルブの上流に圧力が生成され、次にバルブは開いて約５０ｐｓｉに保たれ、その期間中にバイパス・ループ流量検出器によって流量の測定が行われる。
【００４７】
さらに、特定の処理設備の設計および動作条件に基づいて、特定の気体管を窒素のような不活性ガスで一掃する能力を含むように配管、バルブ構成、および制御システムを修正することが適切である場合がある。これは本発明を実施しつつ、当業者には公知である設計および技術を利用して容易に達成可能である。
【００４８】
このように、本明細書に本発明の好適な実施形態を図示し、説明してきたが、このような実施形態は例示のためだけに示されたことは明らかである。本発明から逸脱することなく、多くの変化形態、変更、代替、および修正が当業者には明白であろう。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲の趣旨と範囲によってのみ限定されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】シリコン・ウエーハ上に半導体チップを製造するための堆積システムで一般的である、先行技術の気体管および他の管の標準的な構成の概略図である。
【図２】通気管に接続されたバイパス・ループを備えた、図１の先行技術の構成に挿入された本発明の実施形態を備えた構成の概略図である。
【図３】処理管、および各気体供給源用の処理管バルブ、および各気体供給源の処理管および通気管と流体連通するバイパス・ループを備えた、本発明の実施形態を備えた構成の概略図である。
【図１】
2005106821.tif 000003
【図２】
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【図３】
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