專利名稱：用于脈沖沉積監(jiān)測和控制的傳感器的制作方法
用于脈沖沉積監(jiān)測和控制的傳感器 5相關(guān)申請的交叉參考本申請涉及2004年4月12日(案號MKS-143)提交的系列號 為10/822,358 ("'358申請")的共同-未決申請、2004年12月17 日(案號MKS-147)提交的系列號為11/015,465 ("，465申請")的 共同-未決申請、2005年3月18日(案號MKS-156)提交的系列 io 號為11/083,586 ("'586申請")的共同-未決申請，其全部轉(zhuǎn)讓給本 申請的受讓人，其全部內(nèi)容在此引為參考。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體生產(chǎn)需要反應(yīng)氣體精細(xì)同步并且準(zhǔn)確測定地傳輸至反 15 應(yīng)室。在ALD (原子層沉積)工藝中，例如，可以產(chǎn)生分層膜， 一次產(chǎn)生一個原子層?？梢赃B續(xù)地將兩個或多個前驅(qū)體氣體脈沖傳 輸至維持在真空下的反應(yīng)室。每個前驅(qū)體氣體可以從基底表面上流 過以在表面形成吸附單層。然后可以將第二前驅(qū)體氣體導(dǎo)入室(清 洗第一前驅(qū)體的室之后)，并且可以與第一前驅(qū)體反應(yīng)以通過自-限 20 制表面反應(yīng)形成要求的單層薄膜。可以通過重復(fù)必要的沉積循環(huán)獲 得要求的膜厚度?？梢酝ㄟ^計算沉積循環(huán)的次數(shù)來控制膜的厚度至 原子層精確度。同樣，與ALD工藝不同，脈沖沉積系統(tǒng)需要準(zhǔn)確 測量至反應(yīng)室的氣體脈沖的傳輸。為了在ALD工藝或其它脈沖沉積工藝中獲得高水準(zhǔn)的性能， 25 可以以高可靠性和準(zhǔn)確度的方式測量和監(jiān)測流入半導(dǎo)體處理室的 前驅(qū)體氣體的脈沖質(zhì)量流量的傳輸。由于在所考慮的時間量程(毫秒)各種計時的不準(zhǔn)確性，基于流量和壓力控制的ALD控制技術(shù) 可能是不準(zhǔn)確的。而且，這些技術(shù)不是控制總劑量，而是控制流量 或壓力，由于溫度和計時的影響這可能導(dǎo)致顯著的劑量變化。為用于ALD工藝和其他半導(dǎo)體制造工藝中，需要傳輸氣體的 5高可重復(fù)性和精確質(zhì)量。需要用于實(shí)際測量流入到處理室的氣體的 量以及用于在每個脈沖過程中精確傳輸需要量的前驅(qū)體原子的方 法和系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容io 本發(fā)明提供一種設(shè)備，其包括被構(gòu)造為以一個或多個脈沖傳輸氣體的脈沖氣體傳輸裝置、與脈沖氣體傳輸裝置相連的傳感器，以 及控制器。傳感器被設(shè)置為響應(yīng)通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸 的存在或缺乏?？刂破鞅辉O(shè)置為根據(jù)傳感器的響應(yīng)來確定通過脈沖 氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量。15 本發(fā)明還提供一種用傳感器監(jiān)測通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣 體傳輸?shù)姆椒?，包括在包括氣體的吸收頻率的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生光 輻射，以及傳輸光輻射通過容器，該容器中容納有通過氣體傳輸裝 置傳輸?shù)臍怏w。該方法還包括在使光輻射傳輸通過容器中的氣體之 后確定光輻射的強(qiáng)度。該方法還包括根據(jù)所檢測的強(qiáng)度確定通過容20 器中氣體吸收的光輻射的吸收量來確定由氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量。監(jiān)測通過脈沖氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸?shù)姆椒ò▽⒈?構(gòu)造為響應(yīng)通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸?shù)拇嬖诨蛉狈Φ膫?感器與脈沖氣體傳輸裝置相連。該方法還包括由傳感器的響應(yīng)來確 25 定通過脈沖氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量。


圖1A是脈沖氣體傳輸系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。圖IB仍然示出圖1A所示的脈沖氣體傳輸系統(tǒng)中的氣體傳輸 裝置。5 圖2是用于監(jiān)測氣體傳輸?shù)墓鈱W(xué)傳感器的概念框圖。
具體實(shí)施方式
下面描述精確監(jiān)控通過脈沖氣體傳輸系統(tǒng)進(jìn)行的氣體傳輸?shù)?系統(tǒng)和方法。概括地說，所述系統(tǒng)可以包括被構(gòu)造為以一個或多個 io 脈沖傳輸氣體的脈沖氣體傳輸裝置、與脈沖氣體傳輸裝置相連的傳 感器，以及控制器。傳感器被設(shè)置為響應(yīng)通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的 氣體傳輸?shù)拇嬖诨蛉狈?。控制器被設(shè)置為根據(jù)傳感器的響應(yīng)來確定 通過脈沖氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量。在圖1A所示的一個實(shí)施例中，傳感器可以是光學(xué)傳感器，脈 15沖氣體傳輸裝置可以是ALD (原子層沉積)系統(tǒng)的一部分。圖1A 是用于原子層沉積的脈沖氣體傳輸系統(tǒng)100，和用來監(jiān)測ALD系 統(tǒng)100中氣體傳輸?shù)墓鈱W(xué)傳感器200的框圖。當(dāng)圖1A所示實(shí)施例 示出ALD系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)理解為該公開描述的技術(shù)也適用于ALD系 統(tǒng)以外的脈沖沉積系統(tǒng)，并且不同的實(shí)施例可以涉及不同的脈沖沉 20 積系統(tǒng)。概括地說，ALD系統(tǒng)可以包括液體前驅(qū)體源110; ALD氣 體傳輸裝置120;和處理室130。源110可以將液體前驅(qū)體供給ALD 氣體傳輸裝置120。 ALD氣體傳輸裝置120可以以脈沖次序?qū)⑶膀?qū) 體氣體傳輸至處理室130。處理室130可以容納至少一個半導(dǎo)體基 25底132，半導(dǎo)體基底132暴露在前驅(qū)體氣體中。在。58申請、、65申請和'586申請中描述了示例性ALD系統(tǒng)，其全部內(nèi)容在此引 為參考。ALD氣體傳輸裝置120可以包括蒸發(fā)器(未示出)，蒸發(fā)器蒸 發(fā)由源IIO供給的液體前驅(qū)體來由此產(chǎn)生前驅(qū)體氣體。在所示的實(shí) 5 施例中，ALD氣體傳輸裝置120可以放置在集成加熱器/蒸發(fā)器模 塊中，盡管這樣，在其他的實(shí)施例中，加熱器和蒸發(fā)器也可以放置 在單獨(dú)的模塊中。首先可以通過液體質(zhì)量流量控制器(未示出)來 計量來自源110的液體，該液體質(zhì)量流量控制器可以是單獨(dú)的裝置， 或者也可以與蒸發(fā)器結(jié)合成集成單元。然后可以通過蒸發(fā)器蒸發(fā)所 io計量的液體，因此形成用于ALD工藝的前驅(qū)體氣體。ALD反應(yīng)一般可以在大約200攝氏度到大約400攝氏度的溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行。原子層沉積工藝基于交替地將基底132暴露在高反 應(yīng)性前驅(qū)體氣體的脈沖中。使用氣體的脈沖，沉積薄膜， 一次一個 原子層，允許極高的均勻性和精確的厚度控制。在每個脈沖期間，15 發(fā)生自-限制氣體-固體表面反應(yīng)。在一般的ALD處理沉積循環(huán)中， 兩種或多種前驅(qū)體或反應(yīng)氣體的每一種順序地導(dǎo)入處理室130，以 不產(chǎn)生氣相相互混合。第一反應(yīng)氣體單層吸附在基底表面上。多余 的反應(yīng)物排出， 一般通過惰性凈化氣體來進(jìn)行。第二反應(yīng)物導(dǎo)入到 處理室130中，并通過自-限制表面反應(yīng)與第一反應(yīng)物反應(yīng)形成預(yù)20 期的薄膜單層。 一旦第一反應(yīng)物完全與第二反應(yīng)物反應(yīng)，這種自-限制反應(yīng)結(jié)束。在此將多余的第二反應(yīng)物排出， 一般通過惰性凈化 氣體來進(jìn)行。通過重復(fù)必要的沉積循環(huán)獲得預(yù)期的膜厚度。根據(jù)應(yīng)用場合不同可以大大地改變ALD前驅(qū)體氣體。對于不 同的基底和沉積膜的要求，繼續(xù)開發(fā)和試驗(yàn)新的前驅(qū)體。三種常用 25的前驅(qū)體是AL(CH3)3 ( A1203沉積膜)、HfCU(Hf02沉積膜)和ZrCl4 (Zr02沉積膜)。對于每個這些氣體的氧氣前驅(qū)體一般是H20或02或03?？梢酝ㄟ^ALD或CVD技術(shù)沉積的其他膜類包括Ni、 W、 Si02、 Ta2Os、 TaN、 Ti02、 WN、 ZnO、 Zr02、 WCN、 Ru、 Ir、 Pt、 Ru窗、Ti、 Mo、 ZnS、 WNxCy、 HfSiO、 LaxCayMn03、 CuInS2、 In2S3、 HfN、 TiN、 Cu、 V205和SiN。然而，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的公開不 5 局限于使用任何特定的前驅(qū)體或工藝。處理室130—般可以維持在真空下。放置在處理室130中的基 底132—般保存在支撐架或卡盤133的頂部。加熱器134可以與卡 盤133相連來加熱卡盤133和基底132?？梢允故业臍夥諠M足預(yù)定 的參數(shù)。例如，為了進(jìn)行原子層沉積可以增加基底溫度。io 圖1B提供了 ALD氣體傳輸裝置120的截面圖。在所示的實(shí)施例中，ALD氣體傳輸裝置120是傳輸氣體脈沖至圖1A所示處理室 130的脈沖傳輸裝置。概括地說，所示的ALD氣體傳輸裝置120的實(shí)施例可以包括氣體傳輸開-關(guān)閥122;清洗閥124; —個或多個加熱器126;以及壓力轉(zhuǎn)換器128。15 如上所述，在液體前驅(qū)體被傳輸至保持容器之前，可以通過蒸發(fā)器蒸發(fā)來自源110的液體前驅(qū)體?？梢酝ㄟ^加熱器126將保持容 器加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?。在所示的?shí)施例中，加熱器可以是6-區(qū)加熱 器，當(dāng)然盡管這樣，此公開不限定為6-區(qū)加熱器。壓力轉(zhuǎn)換器128可以被構(gòu)造為提供處理室130中的壓力測量。 20用于ALD氣體傳輸裝置120的適當(dāng)?shù)膲毫D(zhuǎn)換器128的實(shí)例可以 是來自本公開受讓人的商標(biāo)為Bamtnm牌的壓力轉(zhuǎn)換器， Andover，MA的MKS裝置。開-關(guān)型氣體閥122可以用于從加熱的保持容器傳輸預(yù)期量的 前驅(qū)體到處理室130中。換句話說，傳輸?shù)教幚硎?30種的前驅(qū)體 25氣體的脈沖可以用氣體傳輸開-關(guān)閥122和清洗閥124來控制。閥122和124可以打開預(yù)定時間段以分別傳輸預(yù)定量的前驅(qū)體氣體和 凈化氣體，進(jìn)入處理室130。閥122和124可以是現(xiàn)場可更換閥。ALD沉積工藝可能需要非常精確地測量和控制的傳輸?shù)教幚?室130的前驅(qū)體氣體的量。然后應(yīng)當(dāng)以高準(zhǔn)確和可重復(fù)方式監(jiān)測和 5控制前驅(qū)體氣體的傳輸。同樣，其他類型的脈沖沉積工藝同樣需要 氣體傳輸?shù)木_和準(zhǔn)確地監(jiān)測和控制。由于在所考慮的時間量程 (即毫秒)各種計時的不準(zhǔn)確性，流量和壓力模式的技術(shù)可能是不 準(zhǔn)確的，在流量和壓力模式的技術(shù)中氣體的質(zhì)量流量是通過檢測壓 力和閥開/關(guān)時間段來估計的。這些技術(shù)不能控制總劑量，即不能 io測量流入到處理室130中的氣體的實(shí)際量，而是可以控制流量或壓 力。由于溫度和i+時的影響，這可能導(dǎo)致顯著的劑量變化?；貋韰⒁妶D1A，傳感器200可以用于實(shí)時監(jiān)測由ALD氣體傳 輸裝置120進(jìn)行的氣體傳輸。傳感器200可以設(shè)置在ALD氣體傳 輸裝置120和處理室130之間。傳感器200可以是光學(xué)傳感器，該15 光學(xué)傳感器能夠通過檢測由于通過被傳輸?shù)臍怏w導(dǎo)致的光輻射吸 收而產(chǎn)生的光輻射減少來測量通過氣體傳感器120傳輸?shù)拿總€脈 沖中的氣體濃度。光學(xué)傳感器可以是例如IR (紅外線)傳感器， 其構(gòu)造為檢測紅外輻射、并通過檢測由于通過氣體的IR輻射吸收 導(dǎo)致的IR輻射減少來測量每個脈沖中氣體的濃度?？蛇x擇地，光20學(xué)傳感器可以是被構(gòu)造為檢測IR頻率范圍外的光輻射的傳感器， 包括但不限定為UV (紫外線)傳感器，或者是被構(gòu)造為檢測可見 光的傳感器。對于每個脈沖，傳感器200可以允許預(yù)定量前驅(qū)體氣體原子的 的精確傳輸。由于溫度和壓力的變化可以被完全考慮在內(nèi)，傳感器 25200可以允許更加嚴(yán)格的控制。圖2是用于ALD系統(tǒng)(圖1A所示)以在ALD工藝中監(jiān)測和控制氣體傳輸?shù)墓鈱W(xué)傳感器200的概念性圖示。盡管圖2示出的是 光學(xué)傳感器200，其他實(shí)施例可以使用其他類型的傳感器，其能通 過檢測相對于傳輸氣體濃度和分壓的信號來測量通過氣體傳輸裝 置120傳輸?shù)拿總€氣體脈沖中的氣體濃度。這些傳感器包括，但不5 限定為聲學(xué)傳感器；光聲傳感器；質(zhì)譜儀；熒光分光計；和電解 傳感器。雖然圖2示出的是被構(gòu)造為產(chǎn)生和檢測IR輻射的IR(紅外線)光學(xué)傳感器，其他實(shí)施例可以使用被設(shè)計為用于光學(xué)吸收落入紅外除外的光譜范圍(包括但不限定為可見光或uv光譜范圍)的氣體10 的光學(xué)傳感器。概括地說，光學(xué)傳感器200包括被構(gòu)造為在包括通過ALD 氣體傳輸裝置120 (圖1A和1B所示)傳輸?shù)那膀?qū)體氣體的吸收光 譜的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生光輻射的輻射源210;能夠檢測通過源210產(chǎn) 生的光輻射的檢測器230;以及朝向待檢測前驅(qū)體氣體開口并且在 15 檢測器230和源210之間提供光路的容器或樣品管220。前驅(qū)體氣 體由氣體傳輸裝置120流入樣品管220。檢測器230被構(gòu)造為檢測IR輻射的光譜頻率(或頻率)和/或 光譜范圍(或范圍)，并產(chǎn)生一個或多個代表檢測強(qiáng)度的檢測器信 號，源210產(chǎn)生該IR輻射，該IR輻射在通過樣品管220中的前驅(qū) 20體氣體傳輸后到達(dá)檢測器230?？刂破?40與檢測器230相連，控制器240包括被構(gòu)造為通過 處理檢測器信號來測量傳輸氣體量的信號處理電路?？刂破?40由 IR輻射的檢測強(qiáng)度來確定被樣品管220中氣體吸收的IR輻射的量。 當(dāng)樣品管220中的氣體吸收由源210產(chǎn)生的光輻射的能量時，檢測 25 器230檢測到比如果源210的輻射在滿強(qiáng)度到達(dá)檢測器230時應(yīng)當(dāng) 具有的強(qiáng)度小的強(qiáng)度。這個輻射的減少允許測量傳輸氣體的濃度。在一個實(shí)施例中，輻射的減少可以與吸光率直接成比例。在其他的 實(shí)施例中，可以使用不同的代數(shù)方法來推導(dǎo)出輻射的減少。在圖2所示的光學(xué)傳感器的實(shí)施例中，源210產(chǎn)生在包括通過 氣體傳輸裝置120傳輸?shù)那膀?qū)體氣體的吸收光譜的光譜范圍內(nèi)的 5 IR光。如果僅具有準(zhǔn)確匹配吸收頻率的IR光到達(dá)檢測器，那么將 會檢測到任何由前驅(qū)體氣體的吸收。由于多數(shù)源產(chǎn)生覆蓋寬光譜范 圍的輻射，并且多數(shù)檢測器檢測覆蓋寬光譜的輻射，應(yīng)當(dāng)限制源 210產(chǎn)生的能量以使檢測器230主要觀察樣品管220中前驅(qū)體氣體 吸收的光子。io 因此光學(xué)傳感器200 —般包括波長選擇裝置225。例如，波長選擇裝置225可以是適當(dāng)頻率的IR窄波段濾光器225，波長選擇 裝置225被構(gòu)造為選擇地傳輸適當(dāng)預(yù)期頻率的光到檢測器。波長選 擇裝置225還可以包括多于一個在適當(dāng)頻率下運(yùn)行的IR窄波段濾 光器225。波長選擇裝置225也可以工作在包含適當(dāng)頻率的一個或15 多個IR波段下?？蛇x擇地，波長選擇裝置225可以是下述中的一 個或多個光柵、棱鏡、干涉儀、激光器、特定頻率二極管和聲光 濾光器。用于通過傳輸裝置120傳輸?shù)那膀?qū)體氣體的樣品管229可以具 有允許IR光由源210傳輸至樣品管220，并由樣品管220至檢測 20器230的輻射-傳輸窗222。在一個實(shí)施例中，樣品管220可以是 ALD處理室130 (圖1A所示)的一部分?？梢栽O(shè)置聚焦反射鏡或 透鏡215，以將源210產(chǎn)生的光聚焦在樣品管220上。當(dāng)源210產(chǎn)生的IR光碰撞樣品管220中的氣體分子時，由于 IR光通過樣品管220傳輸，如果光子的能量與氣體分子的特征能 25量狀態(tài)(振動、旋轉(zhuǎn)等)精確匹配，IR光的一個或多個光子的能 量可以被氣體分子吸收。每個氣體分子表現(xiàn)出一個非常具體的吸收波長值，這依賴于組成氣體分子的原子之間的化學(xué)鍵的強(qiáng)度。為了減少傳感器漂移和校準(zhǔn)漂移，可以實(shí)時調(diào)整IR光源210， 以提供可被監(jiān)測的無漂移信號。可以以大約10Hz或更快速率調(diào)整 源210。在一些實(shí)施例中，可以以100 Hz或更快的速率調(diào)整源210。 5 ALD脈沖可以是大約1秒的持續(xù)時間。這些參數(shù)可以確定需要的 敏感度、需要的檢測器的類型，來進(jìn)行必要的測量。如果10Hz是 足夠快的，通過實(shí)例的方式檢測器230可以被構(gòu)造為LiTa03檢測 器。如果需要更快的檢測器，檢測器230可以包括，但不限于一 個或多個下述檢測器DTGS檢測器、PbS檢測器、PbSe檢測器或 io MCT檢測器?？刂破?40可以包括電路，該電路允許傳感器200在當(dāng)沉積氣 體不流動時沉積處理之前或之后或者沉積脈沖之間自動-回零?？?制器可以被構(gòu)造為確定通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸是否處 于零值，如果是，重置傳感器來記錄零值?？刂破鬟€可以包括校正 15 電路，該校正電路可以被構(gòu)造為用已知的氣體量或參考資料來初始 校正光學(xué)傳感器200，然后通過使用已知?dú)怏w量或參考資料來重置 傳感器200的校正。如上所述，盡管描述的是ALD氣體傳輸，但本文中描述的技 術(shù)適用于任何脈沖氣體傳輸系統(tǒng)，而并不限定為ALD系統(tǒng)。20 控制器240可以被構(gòu)造為通過響應(yīng)于由檢測器信號指示的檢測強(qiáng)度而產(chǎn)生和傳輸將被傳輸氣體量適應(yīng)性調(diào)整至預(yù)定量的一個 或多個控制信號，來實(shí)時監(jiān)測氣體的傳輸?？刂破?40可以確定和 監(jiān)測在每個ALD脈沖期間傳輸?shù)臍怏w的量，即可以測量和監(jiān)測從 ALD氣體傳輸裝置傳輸至室130的ALD前驅(qū)體氣體的量。25 控制器240還可以確定和監(jiān)測在包含多個ALD脈沖的一個時間周期內(nèi)傳輸?shù)臍怏w的總量。例如，控制器240可以測量和監(jiān)測每 個ALD循環(huán)的ALD前驅(qū)體的總量。因此，可以用絕對濃度方法監(jiān) 測ALD系統(tǒng)100 (圖1A所示)。還可以用信號(或帶)強(qiáng)度或面 積的代數(shù)組合來監(jiān)測ALD系統(tǒng)100以提供絕對濃度或者在結(jié)果之 5間進(jìn)行辨別以提供最優(yōu)終產(chǎn)物?？刂破?40可以以大約1%測量精 確度和準(zhǔn)確度、10 Hz或更快分析速率來提供用于ALD傳輸系統(tǒng)的 實(shí)時反饋?？蛇x擇地，可設(shè)置一個單獨(dú)的監(jiān)測裝置(未示出)，該監(jiān)測裝 置被構(gòu)造為通過產(chǎn)生和傳輸可適當(dāng)?shù)貙怏w傳輸調(diào)節(jié)至預(yù)定量的 io —個或多個控制信號來實(shí)時監(jiān)測氣體的傳輸?？刂破?40可以被構(gòu)造為監(jiān)測通過ALD系統(tǒng)傳輸?shù)臍怏w的漂 移?？刂破?40還可以被構(gòu)造為監(jiān)測ALD氣體傳輸裝置的上升時 間和下落時間?？刂破?40還可以被構(gòu)造為監(jiān)測ALD氣體傳輸系 統(tǒng)120的絕對零值?？刂破?40還可以被構(gòu)造為監(jiān)測閥122和/或 15 124的任何失效，以確定是否和何時閥需要更換，以及氣體傳輸裝 置120是否需要維護(hù)?？刂破?40可以被構(gòu)造為靜態(tài)處理控制系統(tǒng)， 監(jiān)測和/或控制對ALD工藝的多種影響因素。上述方法允許適當(dāng)?shù)目刂?。換句話說，控制器240通過響應(yīng)于 用于檢測待傳輸脈沖中包含的氣體的量來產(chǎn)生表示應(yīng)當(dāng)傳輸?shù)念A(yù) 20定量的適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，來適當(dāng)控制氣體傳輸至預(yù)定量。該方法還允許控制器240確定是否和何時閥122和/或124不 正確運(yùn)行，例如如果閥滲漏，或如果閥處于開和關(guān)公差范圍之外。 由于傳感器非常敏感并且允許每個脈沖中預(yù)定量前驅(qū)體原子的精 確傳輸，控制器240可以被構(gòu)造為檢測無論何時至少一個閥在關(guān)閉 25或"關(guān)"狀態(tài)滲漏。以這種方式，上述方法提供用于將重要反應(yīng)物傳輸至ALD室 的閉環(huán)控制，前驅(qū)體的一致和準(zhǔn)確傳輸對沉積膜層的質(zhì)量和性能是 重要的。上述的方法和系統(tǒng)允許每個脈沖中預(yù)定量前驅(qū)體原子的準(zhǔn) 確傳輸。上述的傳感器和控制器允許ALD工藝的嚴(yán)格控制，充分 5 考慮溫度和壓力的變化?？梢詼p小例如由于閥與閥的不同、隨使用 時間延長產(chǎn)生閥的退化、和/或傳輸條件的變化而產(chǎn)生的ALD工藝 的可變性?？傊鲜龅姆椒ê驮O(shè)備允許用絕對濃度方法監(jiān)測和控制ALD 系統(tǒng)。上述光學(xué)傳感器允許ALD氣體的傳輸被監(jiān)測在讀數(shù)的幾個 io百分比，即100ppm脈沖或負(fù)2ppm。上述的傳感器還可以用于除 ALD系統(tǒng)之外的任何具有脈沖傳輸?shù)臍怏w傳輸系統(tǒng)。由于這些工 藝一般持續(xù)時間相當(dāng)短，因此傳感器還可以與端點(diǎn)裝置聯(lián)合使用。盡管描述的是用于脈沖沉積監(jiān)測和控制的設(shè)備和方法的某些 實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解的是，在這些實(shí)施例中暗示的概念也可以用于其 15他實(shí)施例中。本申請的保護(hù)范圍僅限于后附的權(quán)利要求。在這些權(quán)利要求中，除非特殊聲明，單個元件的參考不意指"一 個及僅一個"，而是指"一個或多個"。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本 文中所結(jié)合作為參考的已公開或?qū)⒐_文獻(xiàn)中所述的各實(shí)施例元 件在結(jié)構(gòu)或功能上的等效物將被包含于權(quán)利要求中。而且，本文公 20 開的內(nèi)容并不是要貢獻(xiàn)給公眾，不管這種公開是否在權(quán)利要求中清 楚地陳述。權(quán)利要求不應(yīng)該按35 U.S.C.§112第六款的規(guī)定來解釋， 除非使用了術(shù)語"用于……的裝置"清楚地表達(dá)的要素，或，在方 法權(quán)利要求的情況下，用術(shù)語"用于……的步驟"表達(dá)的要素。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括脈沖氣體傳輸裝置，其被構(gòu)造為以一個或多個脈沖傳輸氣體；傳感器，其與脈沖氣體傳輸裝置相連并被構(gòu)造為響應(yīng)通過該氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸?shù)拇嬖诨蛉狈Γ灰约翱刂破?，其被?gòu)造為通過傳感器的響應(yīng)來確定由脈沖氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器包括光學(xué)傳感器； 其中所述光學(xué)傳感器包括-光源，其被構(gòu)造為在包括氣體吸收頻率的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生光 輻射；15 容器，其被構(gòu)造為檢測從光源通過該容器中氣體傳輸之后到達(dá)檢測器的光輻射的強(qiáng)度；檢測器，其被構(gòu)造為檢測從光源通過該容器中氣體傳輸之后 到達(dá)檢測器的光輻射強(qiáng)度；以及20 其中所述控制器被構(gòu)造為根據(jù)檢測器確定的強(qiáng)度導(dǎo)出容器中 氣體吸收的光輻射吸收量從而確定由氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述檢測器還 25 被構(gòu)造為產(chǎn)生一個或多個表示檢測的光輻射強(qiáng)度的檢測器信號，且其中控制器還被構(gòu)造為通過處理檢測器信號來測量傳輸?shù)臍怏w 的量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器被 5 構(gòu)造為通過響應(yīng)于所述檢測器信號而產(chǎn)生和傳輸可將被傳輸氣體量適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)至預(yù)定量的一個或多個控制信號，來實(shí)時監(jiān)測氣體 的傳輸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括監(jiān)測裝 io置，其被構(gòu)造為通過產(chǎn)生和傳輸可將氣體傳輸適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)至預(yù)定量的一個或多個控制信號，來實(shí)時監(jiān)測氣體傳輸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還 被構(gòu)造為確定由氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸是否為零值，如果15是，重置傳感器來記錄零值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器被構(gòu)造為確定和監(jiān)測每一個脈沖期間傳輸?shù)臍怏w 的量；以及20 其中所述控制器還被構(gòu)造為確定和監(jiān)測在包括多個脈沖的時 間周期內(nèi)傳輸?shù)臍怏w的總量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣體傳輸 裝置包括被構(gòu)造為傳輸至少一種ALD前驅(qū)體氣體至ALD處理室25的ALD (原子層沉積)氣體傳輸裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還 被構(gòu)造為確定和監(jiān)測在每個脈沖期間從ALD氣體傳輸裝置至ALD處理室傳輸?shù)腁LD前驅(qū)體氣體的濃度，以及其中所述控制器還被構(gòu)造為確定和監(jiān)測在包括ALD氣體傳輸 裝置、ALD處理室和用于ALD氣體傳輸裝置的液體前驅(qū)體源的 ALD系統(tǒng)的一個循環(huán)期間傳輸?shù)腁LD前驅(qū)體氣體的總量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還 被構(gòu)造為監(jiān)測ALD系統(tǒng)的氣體傳輸?shù)淖兓?br> 11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還 io 被構(gòu)造為監(jiān)測脈沖氣體傳輸裝置的上升時間和下落時間中的至少一個。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還 被構(gòu)造為監(jiān)測脈沖氣體傳輸裝置的絕對零值。15
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述輻射源包 括調(diào)制的輻射源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述源在大 20約大于10Hz下被調(diào)制。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)傳感 器還包括波長選擇裝置，該波長選擇裝置被構(gòu)造為將所需帶寬的 光輻射從容器選擇性地傳輸?shù)綑z測器；且其中該波長選擇裝置是25 下述中的至少一個濾光器；光柵；棱鏡；激光器；特定頻率二極管； 干涉儀；和 聲光濾光器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述檢測器包 括感光檢測器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述容器包括 10 下述中的至少一個允許從源到容器的光輻射傳輸?shù)妮椛?傳輸窗；以及允許從容器到檢測器的光輻射傳輸?shù)妮椛?傳輸窗。
18. —種用傳感器來監(jiān)測通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸 的方法，該方法包括 在包括氣體吸收頻率的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生光輻射；通過容器傳輸該光輻射，由氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w已容納 在該容器中；在光輻射通過容器中的氣體進(jìn)行傳輸之后確定光輻射的強(qiáng)度； 通過所檢測的強(qiáng)度確定由容器中氣體吸收的光輻射吸收量， 從而確定通過氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括將被 氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量適當(dāng)調(diào)節(jié)至預(yù)定量的步驟。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，測量由氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的量的所述步驟還包括以下步驟測量通過脈沖氣體傳輸裝置產(chǎn)生的每個獨(dú)立脈沖傳輸?shù)臍怏w的量；以及測量包括多個脈沖的脈沖循環(huán)周期內(nèi)由脈沖氣體傳輸裝置傳 輸?shù)臍怏w的總量。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在多個脈沖傳輸之前使傳感器初步回零；以及在多個脈沖的 每個之間使傳感器回零。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括以下 步驟監(jiān)測脈沖氣體傳輸裝置的漂移；監(jiān)測脈沖氣體傳輸裝置的上升時間和下落時間中的至少一個。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生光輻射 的所述步驟包括調(diào)制該光輻射以充分估算傳感器的傳感器漂移。
24.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)傳感器包括IR(紅外線)傳感器，所述源包括IR源，所述光輻射包括 IR輻射，所述吸收頻率包括IR吸收頻率，所述檢測器包括IR檢 測器。
25.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)傳感器包括下述中的至少一種包括UV (紫外線)輻射源的UV傳感 器、以及UV檢測器；以及包括可見光源的可見光傳感器、以及被構(gòu)造為檢測可見光的 檢測器。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還被構(gòu)造為確定氣體傳輸裝置是否需要維護(hù)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣體傳輸裝置包括一個或多個閥，每個閥被構(gòu)造為在處 io于開狀態(tài)時允許從傳輸裝置到處理室的氣體流動，每個閥還被構(gòu) 造為在處于關(guān)閉狀態(tài)時阻止從傳輸裝置到處理室的氣體流動；以 及其中所述控制器還被構(gòu)造為確定所述一個或多個閥是否發(fā)生 故障。15
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣體傳輸裝置被構(gòu)造為傳輸氣體至一室中，其中所述設(shè)備還包括被構(gòu)造為測量該室中壓力的壓力轉(zhuǎn)換器，以及其中維護(hù)包括維護(hù)下述裝 置中的至少一個20 所述壓力轉(zhuǎn)換器；所述一個或多個閥；以及 控制器中的軟件。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器 25 還被構(gòu)造為監(jiān)測當(dāng)至少一個閥處于關(guān)閉狀態(tài)時通過氣體傳輸裝置的氣體排出。
30. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器還 被構(gòu)造為在每個脈沖之間重置傳感器以記錄零值。
31. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器包 5 括下述至少一種-聲學(xué)傳感器；光聲傳感器；質(zhì)譜儀；熒光分光計；和 10 電解傳感器。
32. —種監(jiān)測通過脈沖傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸?shù)姆椒ǎ摲?法包括將一傳感器與脈沖氣體傳輸裝置相連，該傳感器被構(gòu)造為響 15應(yīng)通過氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸?shù)拇嬖诨蛉狈?；以及由傳感器的響?yīng)來確定通過脈沖氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的
33. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，所述感光檢 20 測器包括下述至少一種LiTa03檢測器；PbS檢測器；PbSe檢測器； DTGS檢測器；和 25 MCT檢測器。
全文摘要
用傳感器監(jiān)測通過脈沖氣體傳輸裝置進(jìn)行的氣體傳輸。傳感器可以包括在包括待傳輸氣體的吸收頻率的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射的源。光輻射通過容納有被傳輸氣體的容器來傳輸。通過容器中氣體的光輻射傳輸之后檢測器確定由源到達(dá)檢測器的輻射的強(qiáng)度?？刂破魍ㄟ^所檢測的強(qiáng)度來確定容器中氣體的光輻射吸收量，從而測量由氣體傳輸裝置傳輸?shù)臍怏w的精確的量?？刂破鬟€通過將被傳輸?shù)臍怏w的量適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)至預(yù)定量而實(shí)時地監(jiān)控制臺氣體的傳輸。傳感器和控制器還可以監(jiān)測氣體傳輸裝置的故障或超出故障行為。
文檔編號C23C16/52GK101253283SQ200680031477
公開日2008年8月27日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者M·斯帕策 申請人:Mks儀器公司