專利名稱：旁路環(huán)氣體流量校準的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣體流量控制器，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視一個或幾個質量流量控制器的性能的設備、方法和系統(tǒng)，所述質量流量控制器用于供應用來淀積、刻蝕和其它制造工藝的氣體。
背景技術：
許多工業(yè)控制要求對不同氣體的流量進行精確的和精密的控制。許多這種處理要求對在處理期間的不同的時間間隔流入處理室內的氣體的數量或質量進行精確的和精密的控制。這種處理的例子包括但不限于，淀積和刻蝕處理，其中一種物質被淀積在襯底上或者被從襯底上刻蝕(例如半導體制造)，在半導體制造中的其它步驟和醫(yī)療產品與器械的制造。
通常，對于在處理中使用的每種氣體，這種氣體流量控制是利用質量流量控制器(MFC)實現的。在任何給定的時間間隔內提供給所述處理的氣體的數量或質量是氣體密度的函數。因此，在每單位時間一個給定的體積(即體積流率)下，對于較輕或密度較低的氣體，例如氦氣，和較重或密度較大的氣體，例如氮氣或氧氣相比提供用于處理的質量較小。
許多專利討論了在工業(yè)處理期間精確地、一致地提供氣體的重要性和與質量流量控制器(MFC)的正確校準相關的問題，并提出了用于改善MFC的解決方案。在這些專利當中，有Lowery等人的US6564824，Nishino等人的US 5791369，Balazy等人的US 6152162，以及Waldbusser等人的US 6138798。Forbes的US 5744695提供了一種設備，其包括現有的氣體控制板的一種改型，并且可用于質量流量控制器的校準檢查。不過，‘695專利沒有利用旁路環(huán)，其需要所有的氣體都流入要被中斷的處理室，以便檢查一種氣體，并且其實用性在以其它的方式應用時受到限制。在本說明中引用的這些專利和所有其它的專利以及非專利參考文件都被包括在本說明中作為參考。
一般地說，用于工業(yè)處理的氣體控制系統(tǒng)包括用于每種氣體的MFC，并且每個MFC只對通過那個控制器流動的氣體進行校準。因而，每個MFC提供一個輸出，或者是模擬的或者是數字的，其對于流過MFC的氣體是唯一的，并且代表所述氣體。
為了維持制造工藝所需的質量，例如在微處理器芯片的生產中使用的淀積或刻蝕處理，MFC必須在一個所需的精度范圍內操作，并且必須提供可重復的(即精密的)性能。具體地說，在包括用于生產高值產品的許多步驟的正在進行的生產操作期間，對于產品質量和生產效率而言，快速地識別未在其操作規(guī)范內操作的特定的MFC是重要的。
如在上面引用的專利參考文件中所述，實現通過氣體計量裝置例如MFC的氣體的精確而精密的正在進行的供應是一種挑戰(zhàn)。當氣體的溫度升高時，這種挑戰(zhàn)更為嚴峻，因為這在從“冷啟動”(當大部分或全部部件都在室溫下或其它低的溫度時)到最終的平衡操作溫度(在此之后，對于氣體測量裝置的所有元件的時間溫度改變都不是實質的)的過渡期間，對氣體計量裝置強加了附加的可變性。此外，即使在均衡的操作溫度下，如果裝置含有某些在這種升高的溫度下更易于使性能不精確的部件，則裝置的性能也是不可靠的。
此外，在組合幾種氣體用于一種處理的當前的工業(yè)處理系統(tǒng)中，氣體流量校準的檢驗可能是非常困難的。即使當進行流量試驗以便確定從基線的漂移時，這種方法也只能使流率問題的來源縮減到兩種可能的氣體。例如，但不限于，在淀積硅鍺膜的處理中，一個步驟需要同時流入GeH4和硅烷或二氯硅烷(DCS)。其中，GeH4只作為摻雜劑，并且一個膜不能只利用GeH4淀積。不過，GeH4對于膜的淀積速率具有重大影響。在所有其它因素都相同的情況下，GeH4流量越大，淀積速率越快。不過，當DCS和GeH4結合使用時，DCS流量的增加也使得淀積速率增加。在這種環(huán)境下，如果觀察到高于正常的淀積速率，則產生的一個重要的問題是是GeH4的流量高還是DCS的流量高？回答諸如這類問題的傳統(tǒng)方法例如“從基線漂移法”是低效的，因為它們導致利用最好猜想，或者試錯法來解決重要的和與生產相關的問題。
因而，需要提供一種用于校準在工業(yè)處理中由MFC控制的氣體的較好的方法。上面引用的參考文件都沒有提供用于校準MFC的旁路環(huán)方法。本發(fā)明通過提供一種設備、方法和系統(tǒng)，用于容易地、重復地、和可靠地監(jiān)視，并且如果需要，調整一個或幾個用于對制造處理提供一種或幾種氣體的MFC的性能，從而推進了現有技術的狀態(tài)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種新的方法、設備和系統(tǒng)，用于確定由質量流量控制器尤其是MFC提供的實際流率的精度和/或準確度，所述MFC用于對工業(yè)處理設備提供所需的氣體的體積流率或每單位時間所需的氣體的質量。本發(fā)明通過在一個排氣管道中提供旁路環(huán)來實現上述目的，其中所述旁路環(huán)包括流量檢測器。在旁路環(huán)和其它位置，合適地設置閥門，用于引導特定氣體從MFC通過這個流量檢測器流動。根據來自流量檢測器的數據信號，將每單位時間內的MFC設置的氣體流率或質量與通過流量檢測器的實際流率進行比較，使得操作者能夠根據需要校準MFC，使其性能處于所述MFC相關的特定的操作性能規(guī)范內。
因而，本發(fā)明的一個方面是一種用于校準MFC的流率的測量并提供數據的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)利用在氣體通過的通路中的旁路環(huán)。所述旁路環(huán)中具有流量檢測器，其檢測每單位時間通過的氣體的流量或質量，并且來自這個流量檢測器的數據被用于校準MFC的流率。
在本發(fā)明的某些實施例中，所述旁路環(huán)和工業(yè)處理的排氣管路相連。在本發(fā)明的另一些實施例中，旁路環(huán)和通向工業(yè)處理的處理室的氣體管路相連，在另一些實施例中，旁路環(huán)具有管路系統(tǒng)和閥門，它們提供用于接收來自排氣管路或通向工業(yè)處理的處理室的氣體管路的氣體的裝置。對于特定的系統(tǒng)、其MFC的操作要求、MFC的功能，本發(fā)明的實施例還可以包括在旁路環(huán)下游的補償機構，其在本發(fā)明的操作期間和旁路環(huán)流體連通。這些補償機構用于調節(jié)下游壓力或真空度近似為在MFC的使用期間在處理管路中MFC受到的壓力或真空度。根據需要，這可以被實施，以便改善本發(fā)明的精度和/或準確度。
在工業(yè)處理中在MFC操作的每個單位時間使用本發(fā)明的旁路環(huán)設備和系統(tǒng)的旁路環(huán)計量和校準方法一次或幾次?；蛘撸贛FC提供用于工業(yè)處理的氣體之前或之后實施這些方法。
本發(fā)明的另一個方面是使用計算裝置，例如通用計算機，其接收來自流量檢測器的數據信號，并向工業(yè)處理的操作者提供數據輸出和數據輸出的匯總。此外，所述計算裝置還可以是計算控制裝置，其能夠根據從流量檢測器輸入的數據和/或其它輸入數據進行計算，并根據所述計算的結果向MFC、一個或幾個可控閥門、和/或工業(yè)處理中的其它裝置發(fā)送控制信號。
本發(fā)明的另一個方面包括對計算裝置的編程，所述計算裝置對于實際的MFC值計算和/或利用校正系數，以便獲得實際的氣體流量。例如，一旦獲得通過特定的MFC的特定的氣體的校正系數，計算裝置便可計算該MFC所需的調節(jié)。本發(fā)明的這個方面當其在實時的反饋環(huán)中執(zhí)行時，能夠改善性能精度。
本發(fā)明的另一個方面是根據一個旁路MFC和對多種氣體特定的旁路MFC中的每一個的比較而實現的自檢。借助于正在進行的或定期進行的比較，在進行足夠數量的比較之后，可以斷定哪一個MFC不正確。例如但不限于，如果旁路MFC需要被調節(jié)，其將報告被檢查的大部分或者全部氣體需要被調節(jié)一個相同的相對值，并且這種比較的分析將使得能夠判斷不正確的旁路MFC。
通過結合附圖考慮本發(fā)明的下面的詳細說明，可以清楚地看出本發(fā)明的新的方法、設備和系統(tǒng)的這些和其它優(yōu)點與特征。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點通過結合附圖閱讀下面的本發(fā)明的詳細說明將會更加清楚地看出，其中圖1是表示現有技術中用于在硅晶片上生產半導體芯片的淀積系統(tǒng)的典型的氣體和其它的管路的標準結構的示意圖；圖2是表示一種結構的示意圖，其提供在圖1的現有技術的結構中利用的本發(fā)明的一個實施例，提供連接到排氣管路的旁路環(huán)；以及圖3是提供本發(fā)明的一個實施例的一種結構的示意圖，其對每種氣源提供一個處理管路和處理管路閥門以及旁路環(huán)，所述旁路環(huán)和每種氣源的處理管路以及排氣管路呈流體連通。
具體實施例方式
在本說明書中，包括權利要求，使用的術語“流率”或“氣體流率”指的是，包括但不限于，在單位時間內通過氣體管路中的一點的氣體的通過率(rate of passage)。例如，表達這個概念的“流率”或“氣體流率”的一個典型的測量單位是升/分鐘。這就是說，在給定的壓力和溫度下，每分鐘有x升的氣體通過一個給定點。通過將這個術語表述為“體積流率”可以使這個術語更加具體。質量流量控制器一般提供特定氣體的質量的測量，并被校準用于測量具有特定密度的單種氣體的流率。不過，應當說明，特別是在權利要求中使用時，當在同一個短語中體積流率和質量流率不加區(qū)分時(例如一般作為質量流量控制器的數據輸出被提供時，即每單位時間的氣體質量)，取術語“流率”或“氣體流率”的最寬的意義，以便包括質量流率的概念。
如在本說明中包括權利要求中使用的術語“定量(quantitate)”指的是，包括但不限于，使用第二測量裝置例如在本發(fā)明的旁路環(huán)中的流量檢測器確定氣體的通過率，不管是用體積還是用質量表示?！岸俊笨梢赃@樣來實施使用這種流量檢測器進行單次測量；在一個固定的短的時間間隔例如1或5分鐘內進行一系列測量；或者以特定時間間隔例如每兩個小時一次進行若干次測量。對由這種測量獲得的數據進行標準的算術和統(tǒng)計處理，例如求平均、確定標準偏差、變分等，并且作為定量處理的一部分同樣地可以進行準確度的估計。這里使用的這種定量落在較寬的術語“測量”之內。
如在本說明書中(包括權利要求中)使用的用于測量流過本發(fā)明的旁路環(huán)的氣體流量的流量檢測器可以用這種普通的寫法被這樣描述，并通過更具體的術語“質量流量控制器”(MFC)或“數字質量流量控制器”(DMFC)被示例。這種位置的流量檢測器的另一種等效的簡寫是“旁路MFC”和“旁路DMFC”。
如在本說明書中(包括權利要求中)使用的，一種用于控制來自特定的、一般是單個氣源的氣體流量的流量控制器可被稱為“專用的”流量控制器。例如用于在生產線中控制單種氣體的MFC被稱為“專用的MFC”。
如在本說明中(包括權利要求中)使用的，術語“校準”指的是，包括但不限于，a1)確定由在本發(fā)明的旁路環(huán)中的流量檢測器(即旁路MFC)進行的流率測量的差值，以及設置一個專用的MFC，這些測量是對該MFC進行的，這種確定導致計算在MFC上的讀數的校正比或百分數調節(jié)；2)調節(jié)MFC本身的流率的模擬讀數或數字讀數，以便補償在1)中定義的差值；3)調節(jié)在物理上控制通過MFC的氣體的機構，其結果使得在MFC上的流量的模擬或數字讀數處于由旁路環(huán)流量檢測器在一個相關的評價時間間隔內確定的所需的流率允差內；或4)本領域內任何已知的用于提供MFC流率校正的其它方法，這些方法使得所述流率處于由旁路環(huán)流量檢測器在一個相關的評價時間間隔內確定的所需的流率允差內。
如在本說明書中(包括權利要求中)使用的術語“計算裝置”指的是，包括但不限于，一種專用的被編程的電路(包括但不限于)能夠從一個或幾個源接收數據信號的集成電路或微處理器；可編程的通用計算裝置，例如計算機，其能夠從一個或幾個源接收數據信號，以及可編程的專用計算裝置，例如計算機，其能夠從一個或幾個源接收數據信號。如在本說明書中(包括權利要求中)使用的術語“計算控制裝置”指的是，包括但不限于，集成電路或微處理器；可編程的通用計算裝置，例如計算機，以及可編程的專用計算裝置，例如計算機，其能夠向一個或多個目的地發(fā)送控制信號。
參見附圖，應當說明，在幾個附圖中，相同的標號表示相同的部件。如在本說明書中使用的，排氣管路是用于從一個或幾個MFC流動的氣體的可替換通路，另一個通路是引入一個或幾個處理室內的處理管路。此外，如這里所述的特定實施例中所示，旁路環(huán)包括合適的閥系和流量檢測器，例如數字質量流量控制器或其它裝置，所述裝置能夠檢測每單位時間通過其中的氣體的質量(或體積)。
圖1是表示用于在硅晶片上生產半導體芯片的淀積系統(tǒng)的典型的氣體管路和其它的管路的標準結構的示意圖。多個氣源(未示出)被氣體質量流量控制器隨時間進行質量(或體積)流率控制，在圖1中集體地用標號10表示。當閥門16打開且閥門24關閉時，來自這些MFC的氣體可以通過處理管路12到處理室14。當閥門24打開且閥門16關閉時，來自這些MFC的氣體可以通過排氣管路20到排氣和消除系統(tǒng)22。還示出了酸存儲容器30，酸-排氣閥門32，和酸-處理閥門34，以及酸-處理管路36，顧名思義，其為來自所述酸存儲容器30的酸提供到達處理室14的通路。在該圖中所示的所有閥門都被表示為氣動閥，但是實際上可以是手動閥，或者是手動閥、氣動閥、電磁閥或本領域已知的和使用的任何其它類型的閥門的組合。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的結構示意圖。如圖2所示，該圖提供一種用于在硅晶片上生產半導體芯片的淀積系統(tǒng)的氣體管路和其它管路的典型結構。如圖2所示，多個氣源(未示出)由氣體MFC隨時間進行流率或質量流率控制，其中MFC在圖2中用標號10表示。當處理線控制閥16打開并且閥門24關閉時，來自這些MFC的氣體可以通過處理線12到達處理室14。當閥門24打開且閥門16關閉時，來自這些MFC的氣體可以通過排氣管路20到達排氣和消除系統(tǒng)22。還示出了酸存儲容器30，酸-排氣閥門32，酸-處理閥門34，以及酸-處理管路36，顧名思義，該管路為酸提供從酸存儲容器30到處理室14的通路。在圖中示出的所有閥門可以全都是一種類型的，例如氣動閥或手動閥，或者是手動閥、氣動閥、電磁啟動閥、或本領域已知的和使用的任何其它類型的閥門的組合。
除去上述的一般的管路和閥門控制之外，圖2所示的實施例具有主排氣管路截止閥40，其位于旁路環(huán)46的進入節(jié)點42和返回節(jié)點44之間。旁路環(huán)46包括第一旁路控制閥48，其位于所述進入節(jié)點和流量檢測器50之間。旁路環(huán)46還包括第二旁路控制閥52，其位于所述流量檢測器50和所述返回節(jié)點44之間。
由通過流量檢測器50的氣流產生的數據信號被傳遞到計算控制裝置54，其具有和其相關的數據輸出裝置，圖中表示成計算機監(jiān)視器屏56。其它數據輸出裝置包括但不限于，統(tǒng)計處理控制(SPC)圖表，其提供日常的性能檢查。來自流量檢測器50的數據信號向計算控制裝置54等的傳遞通過導線由標準的電信號傳輸或者由本領域技術人員熟知的其它方法實現。即，所述信號可以利用常規(guī)的方法傳遞，例如通過沿著銅導線發(fā)送電脈沖；通過更復雜的裝置，例如通過把信號轉換成無線電波并發(fā)送這些波，使得接收器接收所述信號，然后把它們發(fā)送到集成電路、微處理器、專用計算機或通用計算機；或者通過現在已知的或今后研制的任何方法來傳遞所述信號。
在一些實施例中，計算控制裝置是專用個人計算機，其收集來自流量檢測器50的數據，并發(fā)送所述數據到用于日常性能檢查的SPC表。因而，來自流量檢測器50的數據不僅提供實時的校準方法，用于補償和校正一個或多個MFC，其還提供歷史數據，用于產品質量分析和在故障后用于進行故障查找以幫助確定可能的故障原因，以便改善產品質量。
此外，在某些實施例中，流量檢測器50是一種數字質量流量控制器(DMFC)。這提供如下的優(yōu)點和常規(guī)的模擬的MFC相比，在測量范圍內具有較低的總的偏差；以及，對于許多模型，具有較快的響應時間和較小的滯后。一種合適的用于本發(fā)明的數字質量流量控制器是Aera FM-D880-4V。這是一種1 slm N2 MFC。應當理解，本發(fā)明的其它實施例可以使用對于不同的氣體校準的或者具有較低或較高流量的定額的MFC。這種在硬件和初始校準方面的不同和處理應用的范圍有關，并且在本發(fā)明要求保護的范圍內。
本發(fā)明的設計、設備、方法和系統(tǒng)的一個優(yōu)點是使用自動的計算程序，其對旁路MFC中的氣體流量的實時的讀數應用一個校正系數，使得調節(jié)在實際的氣體密度和對其校準旁路MFC的旁路MFC中的氣體密度之間的差。所述程序還根據校正系數的實施向操作者提供在系統(tǒng)中使用的每種特定氣體的這種校正的(真實的)氣體流量。在一些實施例中，應用這種校正系數的計算控制裝置還用于通過在旁路流量檢測器(即旁路MFC或旁路DMFC)和若干個專用的氣體MFC之間的正在進行的或定期的比較，產生和更新校正系數。
本發(fā)明的設計、設備、方法和系統(tǒng)的一個優(yōu)點是，可以實時地進行氣體流量檢驗，而不必在處理管路或其它位置設置專用的處理膜。能夠快速評價MFC的精度和/或準確度的另一個優(yōu)點是，當檢測到處理操作參數中的問題時，或者當檢測到中間產品質量問題或最終產品質量問題時，可以減輕或者消除MFC或其它部件的試錯法替換。
關于本發(fā)明的另一個方面，對于某種系統(tǒng)和MFC，由旁路環(huán)流量檢測器50進行的流率確定的精度和/或準確度，可能受到當特定的MFC“在線”并對處理管路供應氣體時存在的背壓(back pressure)或真空度與當利用本發(fā)明的旁路環(huán)設備、系統(tǒng)和方法估算所述MFC的流率時存在的背壓或真空度之間的差的不利影響。例如，在向處理管路供應氣體的操作條件下，MFC具有20mm汞柱的真空度，或者在環(huán)境以上的每平方英寸(psi)100磅的背壓。但是，在該MFC的流率測量期間，在旁路環(huán)中的流量檢測器的下游沒有一個相等的背壓(或真空度，視情況而定)(即唯一的“背壓”是環(huán)境壓力，例如在海平面為14.7psi)。根據MFC的流率機構和性能特性，這種在背壓中的差異可能在打算提供的校正系數或校準中產生誤差。
因而，當這種系數被認為是有關的并且需要背壓校正時，任何數量的用于對旁路環(huán)流量檢測器建立足夠相等的背壓的方法都可以被實施。例如，但不限于，在在線使用期間實際上已知的背壓或真空度被輸入到背壓/真空度補償器，所述補償器把所述的背壓或真空度在所述MFC的評價期間提供給旁路環(huán)流量檢測器的下游。提供用于建立背壓系統(tǒng)的機構，例如見Brockman等人的美國專利5131929以及Oakey等人的美國專利6584803。
另一種實現這種背壓補償的方法是對處理管路本身提供本發(fā)明的旁路環(huán)，并在操作期間在MFC及其氣體的實際使用時通過所述旁路環(huán)獲得讀數。圖3提供了這種方法的一個實施例。圖3示出了3個單獨的處理管路12A，12B，12C，每個具有各自的MFC 10A，10B，10C，用于控制來自各自的氣源8A，8B，8C的3種不同的氣體。每個所述處理管路由第一旁路控制閥48A，48B，48C獨立地操作，它們控制各個處理管路和旁路環(huán)46的流量檢測器50之間的流體連通。同樣，被獨立操作的第二旁路控制閥52A，52B，52C可以截止或導通各個處理管路和旁路環(huán)46的流量檢測器50之間的各流體連通，就是說作為控制各氣體返回其處理管路的裝置。還示出了3個處理管路控制閥16A，16B，16C。最后，為了提供返回處理管路的另一個通路，提供對排氣管路的旁路60，其具有一個旁路到排氣管路的閥門62，用于在由流量檢測器50檢測之后引導氣體到排氣管路20，從那里氣體流到排出和除去系統(tǒng)22。該系統(tǒng)的其它特征如結合前面的

的。
因而，作為一個例子，當氣體在處理室14中正在被使用的情況下進行來自MFC 10B的氣體流量的旁路環(huán)測量時，閥門48A，48C，52A和52C保持關閉，閥門48B，52B被打開，并且閥門16B被關閉。這引導由MFC 10B控制的氣體通過旁路環(huán)46中的流量檢測器50。對于其它實施例和其它的結構，氣體流量的測量和上述的相同，并且流量數據信號被傳遞給計算控制裝置54，其和數據輸出裝置相連，此處被表示為計算機監(jiān)視器屏幕56。數據信號被按照上述處理，用于對MFC10B進行定量或者校準。
然后，一種替代方案是把氣體返回關閉著的閥門16B下游的處理管路16B。在這種替代方案中，氣體經受背壓力或真空度條件，一般是當該氣體正被使用時的標準操作條件。在某組條件下，這用于由流量檢測器50提供更有代表性的流率確定。
另外，當對于一種特定的氣體和處理管路合適時，氣體在旁路環(huán)46中由流量檢測器50進行測量之后，通過打開旁路到排氣管路的閥門62并通過保持所有第二旁路控制閥處于其閉合位置被引入排氣管路。在這種替代的方案中，閥門40一般是閉合的，或者閥門24和32是閉合的，以便消除對其它流動的干擾。
當用于氣體流量確定的時間間隔結束時，通過打開閥門16B并關閉閥門48B和52B，使氣體8B的氣流返回其正常通路。(這假定是在處理期間進行流量確定。當然，使用相同的設備對一個離線的MFC進行定量或校準，即，一個當前未被使用向處理室供應氣體的MFC。)這就是說，當設備的配置如圖3所示時，當背壓或真空度不被關注時(例如當MFC的控制不因背壓或背壓真空度而改變時)，可以在氣體未被在處理室14中使用時進行由MFC控制的氣體的測量。在這種操作中，氣體被引導通過旁路環(huán)46的流量檢測器50，然后借助于打開旁路到排氣管路的旁路閥門62把氣體引向排氣管路20，旁路閥門62沿著到排氣管路60的旁路設置。
應當注意，圖2和圖3所示的實施例提供了一種用于進行快速計量或校準處理的裝置，而不管相關的氣體在處理中是否正被使用。
此外，應當注意，可以對上述若干個閥門的不同位置提供歧管，并且可以實現這些閥門或歧管的自動化，而不脫離本發(fā)明的構思。這種結構及其操作是本領域普通技術人員熟知的。
因而，概括本發(fā)明的某些方面和實施例，在本發(fā)明的一個實施例中，當系統(tǒng)操作者(人或計算機化的裝置)確定要進行來自MFC的氣體的流率測量時，本發(fā)明的方法開始。該操作者，不論是人還是自動化裝置，關閉位于旁路環(huán)的進入節(jié)點和返回節(jié)點之間的、沿著排氣通路(或處理管路，對于類似于上面的圖3的實施例)的閥門。這引導在排氣管路(或處理管路，對于類似于上面的圖3的實施例)中的所有的氣體通過旁路環(huán)流動。在旁路環(huán)中的一個或幾個閥門被打開，使得位于旁路環(huán)中的流量檢測器檢測到通過排氣管路流動的所有的氣體。特定的氣體以及對于所述氣體的特定流率由操作者設置，所述流率被輸入到(或者已經被輸入)要被評價的MFC中，由所述MFC控制的氣流通過管系(由在氣源和旁路環(huán)之間的合適的閥門或歧管調節(jié)裝置構成的通路)流入排氣管路。
因而，由MFC釋放的所有的氣流被引導到排氣管路，并由在旁路環(huán)中的流量檢測器檢測。通過比較在旁路環(huán)中的流量檢測器，這在本質上使得能夠實時地校準MFC。在優(yōu)選實施例中，來自旁路環(huán)流量檢測器的數據信號被傳遞到專用計算機，其提供輸出數據，所述輸出數據包括在MFC中設置的或者MFC所請求的流率或質量流率與由旁路環(huán)流量檢測器確定的流率或質量流率的比較。操作者或者其它裝置檢查在所需的流率和由旁路環(huán)流量檢測器檢測的流率之間的任何偏差。確定是否對MFC進行校正或補償，以便得到和旁路環(huán)流量檢測器測量的流率一致的合適的值。如果確定需要進行校正或補償，則進行所述的校正或補償。這種校正或補償可以采取校準MFC的形式，或者以定量的形式，當對來自所述MFC的流率編程時，所述定量便被識別和執(zhí)行。
然后，如果需要，再次由旁路環(huán)流量檢測器確定流率或質量流率?？紤]到MFC的調節(jié)的不精確性或者使所述校正和補償為非線性的其他變量，這是對校正或補償的合適度進行的驗證性檢查。在經過所需次數(可以是0)的驗證檢查之后，使閥系返回其正常位置，以便排氣管路的氣體不再通過旁路環(huán)。
此外，當在處理室使用由所述MFC控制的氣體之前或者期間進行MFC流率精度和/或準確度的旁路環(huán)測量時，可以調節(jié)閥系使得把氣體引入處理管路代替在檢查之后關斷氣流。因而，如上所述，并且按照普通技術人員當認為使用本發(fā)明用于特定的MFC和處理系統(tǒng)時考慮的用于實現的順序，本發(fā)明的方法可以具有若干可替換的順序。
此外，現有的設備可被修改，以便添加本發(fā)明的設備和系統(tǒng)，從而實施本發(fā)明的方法。例如，但不限于，用于生產半導體的現有的HTAMAT EPI Centura淀積系統(tǒng)在圖1和圖2的閥門16，24，32和34的位置具有氣動閥。在系統(tǒng)中增加在圖2所示的手動閥40，48和52，作為旁路環(huán)46和流量檢測器50，其呈數字質量流量控制器的形式。該數字質量流量控制器和專用的個人計算機相連，所述計算機接收來自數字質量流量控制器的數據信號，并根據各算法進行合適的計算，以便提供MFC設置的和流量檢測器確定的流率的比較?？蛇x擇地，來自流量檢測器即數字質量流量控制器的數據，其由專用個人計算機采集，并被發(fā)送給用于日常性能檢查的SPC圖表。按照上述實施例的本發(fā)明的方法，當由旁路環(huán)中的流量檢測器完成測量時，為了把MFC和系統(tǒng)恢復到正常操作模式，按照和用于啟動所述旁路環(huán)測量的順序簡便地相反的順序把手動閥關閉和打開。
此外，根據特定的處理設備的設計和操作條件，在一個特定的壓力下測量旁路環(huán)中的氣體流量可能是重要的。在這種情況下，上述的閥門可以用檢驗閥、壓力釋放閥、或者流向指示器和根據來自這種流向指示器的信號打開或關閉某些閥門的系統(tǒng)代替。例如，如果當測量一個特定系統(tǒng)的氣體時需要一定量的背壓，則可以在旁路環(huán)流量檢測器的下游設置一個可調壓力的壓力釋放閥。此時，例如，如果只測量當背壓為50psi時的流量，并把可調壓力的壓力釋放閥設置到這個壓力，則在這個閥的上游將建立壓力，直到達到50psi，然后該閥門被打開，以便在由旁路環(huán)流量控制器進行流量測量期間內維持大約50psi。
此外，根據特定處理設備的設計和操作條件，修改管路系統(tǒng)、閥系和控制系統(tǒng)，使得能夠利用惰性氣體例如氮來清洗特定的氣體管路可能是合適的。當使用本領域普通技術人員熟知的設計和技術實施本發(fā)明，這是容易實現的。
因而，雖然這里對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了說明，顯然，這種實施例只是作為例子提供。不脫離本發(fā)明的范圍，本領域普通技術人員可以作出各種改變和改型。因而，本發(fā)明只由所附權利要求的范圍和構思來限制。
權利要求
1.一種用于測量由質量流量控制器通過處理管路提供給處理室的氣體的氣體流率的系統(tǒng)，包括a.所述質量流量控制器；b.排氣管路，其與在所述質量流量控制器和所述處理室之間的所述處理管路呈流體相連，所述排氣管路包括i.旁路環(huán)，其具有把所述旁路環(huán)流體地連接到所述排氣管路的進入節(jié)點和返回節(jié)點，并且包括a.流量檢測器，用于測量流過所述旁路環(huán)的氣體流量；b.在所述進入節(jié)點和所述流量檢測器之間的第一旁路控制閥；ii.在所述進入節(jié)點和所述返回節(jié)點之間的主排氣管路截止閥；以及c.計算控制裝置，其接收來自所述流量檢測器的數據信號；由此使通過所述旁路環(huán)導入的所述氣體流量提供所述質量流量控制器的氣體流率的測量，所述測量提供用于所述質量流量控制器的定量或校準的信息。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流量檢測器是數字質量流量控制器。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述旁路環(huán)還包括在所述流量檢測器和所述返回節(jié)點之間的第二旁路控制閥。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括被設置在所述排氣管路之間的節(jié)點與所述處理室之間的處理管路截止閥，其中關閉所述處理管路截止閥將把來自所述質量流量控制器的所有氣體引導到所述排氣管路。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括使兩個或多個質量流量控制器和所述排氣管路呈流體連接的歧管，由此通過歧管的閥系控制把來自所述兩個或多個質量流量控制器中的任何一個的氣體提供給所述排氣管路用于所述測量。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括被設置在所述排氣管路之間的節(jié)點與所述處理室之間的處理管路截止閥，其中關閉所述處理管路截止閥將把來自所述質量流量控制器的所有氣體引導到所述排氣管路，并且其中所述旁路環(huán)還包括在所述流量檢測器和所述返回節(jié)點之間的第二旁路控制閥。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括背壓或背部真空度補償系統(tǒng)，用于對旁路環(huán)中的流量檢測器提供背壓或背部真空度，其表示在所述氣體的使用期間在所述處理室具有的背壓或背部真空度。
8.一種用于測量由質量流量控制器通過處理管路提供給處理室的氣體的氣體流率的系統(tǒng)，包括所述質量流量控制器；旁路環(huán)，其流體地連接到所述所述質量流量控制器和所述處理室之間的所述處理管路，所述旁路環(huán)包括進入節(jié)點和返回節(jié)點，所述返回節(jié)點將所述旁路環(huán)流體地連接到所述處理管路，所述旁路環(huán)包括流量檢測器，用于測量流過所述旁路環(huán)的氣體流量；在所述進入節(jié)點和所述流量檢測器之間的第一旁路控制閥；在所述進入節(jié)點和所述返回節(jié)點之間的處理管路截止閥；以及計算控制裝置，其接收來自所述流量檢測器的數據信號；由此通過所述旁路環(huán)引導的所述氣體流量提供所述質量流量控制器的氣體流率的測量，所述測量提供用于所述質量流量控制器的定量或校準的信息。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述流量檢測器是數字質量流量控制器。
10.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述旁路環(huán)還包括在所述流量檢測器和所述返回節(jié)點之間的第二旁路控制閥。
11.如權利要求8所述的系統(tǒng)，還包括在所述流量檢測器和所述返回節(jié)點之間的壓力釋放閥。
12.如權利要求8所述的系統(tǒng)，還包括第一歧管，用于把兩個或多個處理管路和所述處理室流體地相連，由此通過歧管的閥系控制把來自所述兩個或多個質量流量控制器中的任何一個的氣體提供給所述旁路環(huán)用于所述測量。
13.如權利要求8所述的系統(tǒng)，還包括第二歧管，用于把兩個或多個處理管路和所述處理室流體地相連，由此通過歧管的閥系控制把來自所述旁路環(huán)的氣體返回所述處理室。
14.一種用于測量由用來計量通過處理管路提供給處理室的氣體的專用裝置提供的氣體流率的系統(tǒng)，包括所述用于計量的專用裝置；與所述質量流量控制器和所述處理室之間的所述處理管路呈流體連接的管路，所述管路在一個進入節(jié)點開始，并且包括位于所述進入節(jié)點和所述用于測量的裝置之間的第一裝置，用于控制所述氣體流量；以及用于測量流過所述管路的氣體流量的裝置；用于引導氣體流量通過處理管路或者通過在上述“b”中的管路的裝置；以及接收來自所述用于測量氣體流量的裝置的數據信號的計算控制裝置；由此使得通過在上述的“b”中的所述管路引導的所述氣體流量提供通過所述用于計量的專用裝置的氣體的所述流率的測量，該測量提供用于定量或校準所述用于計量的專用裝置的信息。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述測量隨時間被重復，并用于定量通過所述用于測量的專用裝置的氣體流量。
16.如權利要求14所述的系統(tǒng)，還包括至少一個用于計量至少一種附加氣體的附加專用裝置。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中在兩個或多個所述用于計量的專用裝置的設置的流率和測量的流率之間的比較，通過用于測量流過所述管路的氣體流量的所述裝置，提供用于測量流過所述管路的氣體流量的所述裝置的校正系數。
18.一種用于校準由質量流量控制器設置的提供給處理室的氣體的流量的方法，包括以下步驟把質量流量控制器設置為一個特定的氣體流率；調節(jié)閥門以引導來自所述質量流量控制器的校準氣體流量通過一個排氣管路并進入一個旁路環(huán)，所述旁路環(huán)通過進入節(jié)點和返回節(jié)點與所述排氣管路呈流體連通，所述旁路環(huán)還包括流量檢測器，用于測量流過所述旁路環(huán)的所述校準氣體流量；利用所述流量檢測器測量所述校準氣體流量的旁路環(huán)氣體流率；比較所述旁路環(huán)氣體流率和所述需要的氣體流率；以及計算所述旁路環(huán)氣體流率和所述需要的氣體流率之間的關系，由此使所述關系提供用于定量或校準所述質量流量控制器的信息，或者提供用于更換或修理所述質量流量控制器的信息。
19.一種用于校準由質量流量控制器設置的提供給處理室的氣體流量的方法，包括以下步驟把質量流量控制器設置為一個特定的氣體流率；調節(jié)閥門以把來自所述質量流量控制器的校準氣體流量引導進入一個旁路環(huán)，所述旁路環(huán)通過進入節(jié)點和返回節(jié)點與處理管路呈流體連通，所述旁路環(huán)還包括流量檢測器，用于測量流過所述旁路環(huán)的所述校準氣體流量；利用所述流量檢測器測量所述校準氣體流量的旁路環(huán)氣體流率；比較所述旁路環(huán)氣體流率和所述需要的氣體流率；以及計算所述旁路環(huán)氣體流率和所述需要的氣體流率之間的關系，其中所述處理管路和所述處理室以及所述質量流量控制器呈流體連通，由此使所述關系提供用于定量或校準所述質量流量控制器的信息，或者提供用于更換或修理所述質量流量控制器的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于監(jiān)視一個或幾個質量流量控制器的性能的設備、方法和系統(tǒng)，所述質量流量控制器用于提供用來淀積、刻蝕和其它制造處理的氣體。提供一個旁路環(huán)，其和處理管路或排氣管路呈流體連接。在旁路環(huán)中設置有流量檢測器例如數字質量流量控制器。流量檢測器進行來自質量流量控制器的氣體流量的一次或多次測量，使用所述一次或幾次測量的數據提供關于所述質量流量控制器的精度與/或準確度的信息。還披露了一種用于校正處理管路中的背壓或背部真空度的方法。
文檔編號G01F25/00GK1603991SQ20041001208
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權日2003年9月30日
發(fā)明者威廉·D·貝弗斯, 羅伯特·F·瓊斯, 貝內特·J·羅斯, 約瑟夫·W·巴可費勒, 詹姆斯·L·弗拉克 申請人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司