用于快速脉冲气体输送的系统和方法与流程

本申请根据35U.S.C.§119要求于2014年3月13日提交的、题为“用于快速脉冲气体输送的系统和方法(SYSTEM FOR AND METHOD OF FAST PULSE GAS DELIVERY)”的号为14/209,216的美国申请优先权权益，该美国申请以Junhua Ding,Micjael L'Bassi和Tseng-Chung Lee的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0202(MKS-239)(“母案申请”)，该美国申请是于2012年1月5日提交的、题为“用于快速脉冲气体输送的系统和方法(SYSTEM FOR AND METHOD OF FAST PULSE GAS DELIVERY)”的号为13/344,387的待审美国申请的继续部分申请，号为13/344,387的待审美国申请以Junhua Ding,Micjael L'Bassi和Tseng-Chung Lee的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0087(MKS-224)(“母案申请”)；号为13/344,387的待审美国申请又是于2011年2月25日提交的、题为“用于多通道脉冲气体输送系统的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLE-CHANNEL PULSE GAS DELIVERY SYSTEM)”的号为13/035,534的待审美国申请的继续部分申请，号为13/035,534的待审美国申请以Junhua Ding的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0027(MKS-219)；母案申请还要求于2011年8月19日提交的、题为“快速脉冲气体输送的系统和方法(SYSTEM AND METHOD OF FAST PULSE GAS DELIVERY)”的号为61/525,452的美国临时专利申请的优先权，号为61/525,452的美国临时专利申请以Junhua Ding,Micjael L'Bassi和Tseng-Chung Lee的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0078(MKS-224PR)，所有申请都以其全文并入本文。

参考以下申请：于2012年1月5日提交的、题为“用于快速脉冲气体输送的系统和方法(SYSTEM FOR AND METHOD OF FAST PULSE GAS DELIVERY)”的号为13/344,387的美国专利申请，其以Junhua Ding,Micjael L'Bassi和Tseng-Chung Lee的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0087(MKS-224)；于2010年9月29日提交的、题为“用于快速脉冲气体输送的系统和方法(SYSTEM FOR AND METHOD OF FAST PULSE GAS DELIVERY)”的号为12/893,554的美国专利申请，其以Junhua Ding的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0015(MKS-218)；于2011年2月25日提交的、题为“用于多通道脉冲气体输送系统的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLE-CHANNEL PULSE GAS DELIVERY SYSTEM)”的号为13/035,534的美国专利申请，其以Junhua Ding的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0027(MKS-219)；以及于2011年7月28日提交的、题为“用于控制时间复用的深反应离子刻蚀工艺的系统和方法(Systems and Methods of Controlling Time-Multiplexed Deep Reactive-Ion Etching Processes)”的号为13/193393的美国专利申请，其以Vladislav Davidkovich等人的名义申请并转让给本受让人(代理人案卷号086400-0059(MKS-220)，所有申请以其全文并入本文。所有这些申请都在下文被称为“待审申请”。

技术领域

本公开总体上涉及摩尔或气体输送装置，以及更具体地，涉及用于脉冲气体输送的方法和系统。如本文所用的术语“气体”包括术语“蒸汽”，应将两个术语认为是不同的。

背景技术：

半导体装置的制作或制造通常需要将多达十几种的气体小心地同步和精确测量地输送到处理工具。对于本文的目的而言，术语“处理工具”可以包括或可以不包括处理腔室。各种修整法/方案(recipe)在制造过程中使用，涉及许多分立的过程步骤，其中半导体装置通常被清洗、抛光、氧化、施以掩膜、蚀刻、掺杂、金属化等。所用的步骤、其特定顺序、以及所涉及的材料都有助于特定装置的制备。

因为装置尺寸已缩减至低于90纳米，已知为原子层沉积或ALD的一项技术需要继续用于各种应用，诸如用于铜互连的屏障沉积，形成钨核化层，以及生产高传导电介质。在ALD工艺中，两种或更多种的前体气体以脉冲输送，并流过保持在真空下的处理工具中的晶片表面。所述两种或更多种的前体气体以交替或相继的方式流动，以使气体能够与晶片表面上的位点或官能团反应。当所有可用的位点从前体气体之一(例如，气体A)饱和时，反应停止并使用吹扫气体来将多余的前体分子从处理工具吹扫掉。当下一种前体气体(即，气体B)流过晶片表面时，重复该过程。对于涉及两种类前体气体的过程而言，循环可被限定为前体A的一个脉冲、吹扫、前体B的一个脉冲、和吹扫。循环可包括额外前体气体的脉冲，以及前体气体的重复，在前体气体的相继脉冲之间使用吹扫气体。重复该顺序直到达到最终几何特性，诸如厚度。这些相继的、自我限制表面反应导致每一个循环沉积薄膜的一个单层。

引入到处理工具内的前体气体的脉冲的输送可使用脉冲气体输送(PGD)装置来控制(使用入口和出口开/关式阀简单地通过定时出口截止阀打开的时间持续预定的时间段来将所需量(质量)的前体气体以脉冲的形式输送到处理工具的处理腔室内而控制进出输送腔室的气体流量)。备选地，质量流量控制器(“MFC”)已被用于在较短的时间间隔内以预定的和可重复的流动速率来输送一定量的气体，质量流量控制器是包括转换器、控制阀以及控制和信号处理电子设备的独立装置。

脉冲气体输送(PGD)装置通常是基于压力的且被优化以提供用于在半导体制造过程中诸如ALD过程中使用的可重复的和精确量(质量)的气体。通常情况下，如图1中所示，当前的PGD装置包括输送气体的腔室12、用于控制从气体供应源52进入到腔室12内气体流量的入口关闭阀14、和用于控制从输送腔室12到处理工具54的气体流量的出口关闭阀16。主机控制器或计算机50运行气体输送过程以及执行适于处理工具的所有控制和诊断功能，例如包括安全监控和控制、RF功率信号、以及其它常见任务。由于输送腔室12的体积是固定的并且是已知的，通过每次脉冲引入到输送腔室内的以摩尔测量的气体量是在从腔室12输送的脉冲的持续时间期间内的气体类型、腔室内的气体温度和气体压降的函数。因此压力传感器18和温度传感器20提供对控制器24的压力和温度的测量，从而在每一个脉冲期间的从腔室输送的气体可被确定。因此用于运行PGD装置的控制逻辑在传统上且通常已经位于与处理工具相关联的主机控制器50上。在待审申请中所述的改进通过提供专用控制器24来实现，所述专用控制器24用于通过入口阀14和出口阀16的操作分开地控制脉冲输送过程。

最近，已经开发了需要高速脉冲或时间复用处理的特定工艺。例如，半导体行业正在开发先进的三维集成电路直通硅通孔(TSV)以便给裸晶对裸晶(die-to-die)以及晶片到晶片堆叠提供互联能力。制造商们目前正在考虑各种各样的3-D集成方案，其呈现同样广泛范围的TSV蚀刻要求。已被广泛用于在记忆装置和MEMS生产中深硅蚀刻(诸如Bosch过程)的等离子体蚀刻技术非常适于TSV形成。也已知为高速脉冲或时间复用的蚀刻的Bosch过程在两个模式之间重复地交替以便使用SF6实现几乎竖直结构以及使用C4F8实现化学惰性钝化层的沉积。对于TSV而言商业成功所需的目标是具有足够的功能性、低成本、和久经考验的可靠性。

这些高速工艺在脉冲的转变时间期间需要快速的响应时间，以便更好地控制过程，使得使用基于压力的脉冲气体输送装置变得有问题。目前，为了增加响应时间的一种方法是使用快速响应的质量流量控制器(MFC)来根据从主机控制器所接收的信号打开和关闭输送到处理工具的输送脉冲气体的气流。然而使用具有主机控制器的快速响应的MFC的脉冲输送的重复性和准确性留下改善的余地，因为响应时间取决于主机控制器的工作负荷。如果主机控制器正在执行需要其关注的其它功能，则可防止它及时发送控制信号。此外，通过从主机控制器将短持续时间的控制信号发送到质量流量控制器，会发生通信抖震现象，导致气体脉冲输送的误差。主机控制器的工作负荷和通信抖震现象是误差的两种来源，当依赖于主机控制器和输送气体脉冲的质量流量控制器之间的快速通信时这两种来源降低脉冲气体输送的可重复性和准确性。

相关现有技术的描述

脉冲质量流输送系统的实例可在下述中找到：号为7615120；7615120；7628860；7628861；7662233；7735452和7794544的美国专利；号为2006/0060139和2006/0130755的美国专利公开；以及序列号为12/689,961的待审的美国申请，其题为“脉冲气体输送的控制和方法(CONTROL FOR AND METHOD OF PULSED GAS DELIVERY)”，提交日为2010年1月19日，以Paul Meneghini的名义提交并转让给本受让人(代理人案号56231-751(MKS-194))；和号为12/893,554的美国专利申请，其题为“快速脉冲气体输送的系统和方法”，提交日为2010年9月29日，以Junhua Ding的名义提交，并转让给本受让人(代理人案卷号86400-015(MKS-218))；和号为13/035,534的美国专利申请，其题为“用于多通道脉冲气体输送系统的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLE-CHANNEL PULSE GAS DELIVERY SYSTEM)”，提交日为2011年2月25日，以Junhua Ding的名义提交，并转让给本受让人(代理人案号86400-0027(MKS-219))。

技术实现要素：

如上所述，主机控制器的工作负荷和通信抖震现象降低脉冲气体输送的可重复性和准确性。因此，通过减少主机控制器的工作负荷以及将控制信号从主机移动到MFC控制器，这两个因素都被减小，从而提高气体脉冲输送的可重复性和精确性。

在一个实施例中，可编程质量流量控制器包括：配置成接收输入信号的输入部，以及配置成提供输出信号的输出部。通信端口配置成接收程序指令和编程数据，程序指令包括与质量流量控制器的编程配置相关的指令。流量传感器配置成感测通过质量流量控制器的气体流量；以及控制阀配置成控制通过质量流量控制器的气体流量。存储器配置和布置成接收编程数据，所述编程数据确定所述质量流量控制器的编程配置为数字配置或模拟配置；和处理器/控制器设置成根据编程配置来操作质量流量控制器。

在一个实施例中，编程的数字配置使得质量流量控制器能够响应于施加到输入部的数字信号。在一个实施例中，编程的模拟配置使得质量流量控制器能够响应于施加到输入部的模拟信号。在一个实施例中，通信端口也配置成接收与质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据。在一个实施例中，质量流量控制器的两种操作模式的至少一种包括典型质量流量控制器操作模式，其中输入信号表示用于以典型质量流量控制器操作模式操作MFC的流量设定点。在一个实施例中，质量流量控制器的两种操作模式的至少一种包括脉冲气体输送操作模式，其中输入信号表示脉冲触发信号，其用于操作MFC以便以脉冲气体输送操作模式输送脉冲序列。在一个实施例中，通信端口配置成接收适于脉冲气体输送的参数。在一个实施例中，参数与气体脉冲输送操作的摩尔输送模式相关联。在一个实施例中，参数包括脉冲开启时间段、脉冲关闭时间段、摩尔输送设定点、和脉冲数目。在一个实施例中，质量流量控制器还包括数字通信接口，其包括数字通信端口。在一个实施例中，质量流量控制器还包括模拟通信接口，其具有用于形成输入部并接收模拟触发信号输入的模拟输入接脚以及用于形成输出部并提供模拟同步信号输出的模拟输出接脚。在一个实施例中，质量流量控制器还包括数字通信接口和模拟通信接口两者。在一个实施例中，输出信号表示同步信号，其用于将脉冲序列的输送时序与另一装置的操作同步。在一个实施例中，另一装置是第二质量流量控制器。在一个实施例中，同步信号是输入到第二质量流量控制器的触发信号。在一个实施例中，另一装置是RF功率发生器。在一个实施例中，另一装置是压力控制器。在一个实施例中，同步信号在完成脉冲序列的输送之前产生。在一个实施例中，同步信号在脉冲序列输送完成的同时产生。在一个实施例中，同步信号在完成脉冲序列的输送之后经过预定的延迟产生。在一个实施例中，脉冲触发信号是数字信号。在一个实施例中，脉冲触发信号是模拟信号。在一个实施例中，输出信号是适于由另一装置使用的TTL同步输出信号。

在一个实施例中，系统包括：包括多个流动通道的多通道气体输送系统，每一个通道包括配置成控制通过相应通道的气体流量的质量流量控制器。每一个质量流量控制器包括：配置成接收输入信号的输入部；配置成提供输出信号的输出部；配置成接收程序指令的通信端口，程序指令包括关于每一个质量流量控制器的操作配置的指令；配置成感测通过质量流量控制器的气体流量的流量传感器；配置成控制通过相应通道的质量流量控制器的气体流量的控制阀；配置和布置成接收编程数据的存储器，所述编程数据确定所述质量流量控制器的编程配置为数字配置或模拟配置；以及用于根据编程配置来操作质量流量控制器的处理器/控制器。到质量流量控制器的输入信号启动所述质量流量控制器的操作以输送规定量的气体，并且输出信号作为输送时序的函数来产生，使得输出信号可用于将每一个质量流量控制器同步到至少一个其它装置。

在一个实施例中，至少一个质量流量控制器的输出信号用作输入信号来启动多通道快速脉冲气体输送系统的质量流量控制器中的另一个的操作，以输送规定量的气体，使得质量流量控制器限定了相继地提供输送规定量的气体通过相应通道的装置的菊花链(daisy chain)。

在一个实施例中，每一个质量流量控制器的输出信号用于提供施加到RF功率发生器的控制信号。在一个实施例中，每一个质量流量控制器的输出信号用于提供施加到压力控制器的控制信号。在一个实施例中，输入信号和输出信号是模拟信号。在一个实施例中，每一个质量流量控制器的数字通信端口配置成接收与质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据。在一个实施例中，每一个质量流量控制器的两种操作模式的至少一种包括脉冲气体输送操作模式，其中输入信号表示脉冲触发信号，其用于操作MFC以便以脉冲气体输送操作模式输送脉冲序列。在一个实施例中，数字通信端口配置成接收用于脉冲气体输送的参数。在一个实施例中，参数与气体脉冲输送操作的摩尔输送模式相关联。在一个实施例中，参数包括脉冲开启时间段、脉冲关闭时间段、摩尔输送设定点、和脉冲数目。在一个实施例中，所述系统还包括数字通信接口，其包括数字通信端口。在一个实施例中，所述系统还包括数字通信接口和模拟通信接口两者。在一个实施例中，所述系统还包括模拟通信接口，其具有用于形成输入部并接收模拟触发信号输入的模拟输入接脚以及用于形成输出部并提供模拟同步信号输出的模拟输出接脚。在一个实施例中，模拟同步信号在完成脉冲序列的输送之前产生。在一个实施例中，模拟同步信号与脉冲序列输送完成的同时产生。在一个实施例中，模拟同步信号在完成脉冲序列的输送之后经过预定的延迟产生。在一个实施例中，输出信号是适于由另一装置使用的TTL同步输出信号。

在一个实施例中，操作包括至少一个通信端口类型的质量流量控制器的方法包括：在通信端口处接收程序指令，其包括与质量流量控制器的操作配置有关的指令，以作为对数字输入信号或模拟输入信号的响应；以及根据编程的配置来操作质量流量控制器。

在一个实施例中，编程的数字操作配置使得质量流量控制器能够响应于施加到输入部的数字信号。在一个实施例中，编程的模拟操作配置使得质量流量控制器能够响应于施加到输入部的模拟信号。在一个实施例中，在通信端口处接收程序指令包括接收与质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据。在一个实施例中，质量流量控制器的两种操作模式的至少一种包括典型质量流量控制器操作模式，以及输入信号表示设置成用于以典型质量流量控制器操作模式操作MFC的设定点。在一个实施例中，质量流量控制器的两种操作模式的至少一种包括脉冲气体输送操作模式，并且还响应于输入信号以脉冲气体输送操作模式输送脉冲序列。在一个实施例中，在通信端口处接收程序指令包括接收适于脉冲气体输送的参数。在一个实施例中，适于脉冲气体输送的参数与气体脉冲输送操作的摩尔输送模式相关联。在一个实施例中，参数包括脉冲开启时间段、脉冲关闭时间段、摩尔输送设定点、和脉冲数目。在一个实施例中，方法进一步包括：在模拟通信接口的模拟输入接脚处接收模拟触发信号输入，并在模拟通信接口的模拟输出接脚处提供模拟同步信号输出。在一个实施例中，所述方法还包括产生表示同步信号的输出信号，所述同步信号用于将脉冲序列的输送时序与另一装置的操作同步。在一个实施例中，另一装置是第二质量流量控制器。在一个实施例中，同步信号是用于用作到第二质量流量控制器的输入的触发信号。在一个实施例中，另一装置是RF功率发生器。在一个实施例中，另一装置是压力控制器。在一个实施例中，该方法还包括在完成脉冲序列输送之前产生同步信号。在一个实施例中，该方法还包括在完成脉冲序列输送的同时产生同步信号。在一个实施例中，该方法还包括在完成脉冲序列输送之后经过预定的延迟产生同步信号。在一个实施例中，触发信号作为数字信号产生。在一个实施例中，触发信号作为模拟信号产生。在一个实施例中，输出信号是由另一装置使用的TTL同步输出信号。

在一个实施例中，提供对包括多个流动通道的多通道气体输送系统进行操作的方法。每一个通道包括质量流量控制器，其配置成控制通过相应通道的气体流量。该方法包括：将输入信号提供到质量流量控制器中的一个，以便启动所述质量流量控制器的操作以输送规定量的气体；作为规定量气体的输送时序的函数从所述质量流量控制器产生输出信号，使得输出信号可用于将每一个质量流量控制器同步到至少一个其它装置；在通信端口处接收程序指令，其包括关于每一个质量流量控制器的操作配置的指令；将所述质量流量控制器的编程配置确定为作为所接收到的指令的函数的数字或模拟配置；以及根据编程配置操作质量流量控制器。到质量流量控制器的输入信号启动所述质量流量控制器的操作，以输送规定量的气体，以及输出信号作为输送时序的函数产生，使得输出信号可用于将每一个质量流量控制器同步到至少一个其它装置。

在一个实施例中，所述方法还包括使用至少一个质量流量控制器的输出信号作为输入信号，以启动多通道快速脉冲气体输送系统的质量流量控制器中的另一个的操作，以输送规定量的气体，从而使得质量流量控制器限定了相继地提供规定量的气体通过相应通道的装置的菊花链。在一个实施例中，该方法还包括将每一个质量流量控制器的输出信号作为控制信号施加到RF功率发生器。在一个实施例中，所述方法包括将每一个质量流量控制器的输出信号作为控制信号施加到压力控制器。在一个实施例中，输入信号和输出信号是模拟信号。在一个实施例中，所述方法还包括在每一个质量流量控制器的数字通信端口处接收数据，所述数据与每一个这样的质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关。在一个实施例中，每一个质量流量控制器的两种操作模式的至少一种包括脉冲气体输送操作模式，其中输入信号表示脉冲触发信号，其用于操作MFC，以便以脉冲气体输送操作模式输送脉冲序列。在一个实施例中，在每一个质量流量控制器的数字通信端口处接收与每一个这样的质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据包括接收适于脉冲气体输送的参数。在一个实施例中，在每一个质量流量控制器的数字通信端口处接收与每一个这样的质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据包括接收与气体脉冲输送操作的摩尔输送模式相关联的参数。在一个实施例中，参数包括脉冲开启时间段、脉冲关闭时间段、摩尔输送设定点、和脉冲数目。在一个实施例中，每一个质量流量控制器的输出信号是模拟同步信号，并且还包括在由所述质量流量控制器完成脉冲序列输送之前产生模拟同步信号。在一个实施例中，在完成脉冲序列输送的同时产生模拟同步信号。在一个实施例中，在完成脉冲序列输送之后经过预定的延迟产生模拟同步信号。在一个实施例中，每一个质量流量控制器的输出信号是用于由另一装置使用的TTL同步输出信号。

这些、以及其它组件、步骤、特征、目的、益处和优点现在将从示例性实施例和附图的以下详细描述的审阅而变得清楚。

附图说明

附图公开了示例性实施例。它们不提出所有的实施例。其它实施例可另外或替代地使用。可能是显而易见或不必要的细节可能被省略以节省空间或进行更有效地说明。相反，一些实施例可在没有公开所有细节的情况下实施。当相同的附图标记出现在不同的附图中时，它指代相同或相似的组件或步骤。

图1是用于提供高速脉冲输送的现有技术的气体输送系统的框图；

图2是示出流动速率随着时间推移的测试气体脉冲的图解表示；

图3是使用高性能的MFC并根据本文所述的教导修改的气体输送系统的实施例；

图4示出典型的基于时间的脉冲气体输送分布图，其被下载到MFC以使得MFC可在无需与主机控制器相互作用的情况下输送气体脉冲序列，从而可自由地操作主机控制器的间接性(overhead)功能；

图5A和5B是用于配置MFC控制器的M个脉冲的轮廓设置的实例，使得MFC控制器能响应于来自主机控制器的触发信号通过打开和关闭自身而自动地输送M-脉冲轮廓，以便通过由主计算机所下载的修整法所指定的序列产生脉冲；

图6是质量流量控制器的电子系统的一个实施例的简化框图；

图7是系统布置的一个实施例的框图，其包括主计算机和多个连接的高性能质量流量控制器；

图8为示出图7中所示的质量流量控制器的操作的相互关系的一个实例的时序图；以及

图9为在图7所示的系统中使用的诸如图6中所示一个的质量流量控制器的一个实施例的典型流程控制图。

具体实施方式

现在论述示例性实施例。其它实施例可另外或替代地使用。可能是显而易见或不必要的细节可能被省略以节省空间或进行更有效地说明。相反，一些实施例可在没有公开所有细节的情况下实施。

使用测试设置来进行实验，测试设置用于使用由主计算机控制的快速响应的MFC来分析快速气体脉冲输送，以便示出从MFC输送的每一个气体脉冲的瞬时边缘的陡度，以便作为从零流量到全流量以及从全流量到零流量的MFC响应的测量。由MFC输送的气体的每一个脉冲通过主计算机控制，所述主计算机包括典型修整法的输送步骤序列。在图2中示出在输送阶段期间由快速响应的MFC所产生的一个脉冲。如图所示，气体脉冲的瞬时边缘(流动速率对时间)是相当陡峭的，指示MFC控制阀的快速响应时间。然而在分析实验的结果中，受损的性能使得系统对于诸如Bosch过程的高速处理而言不可靠。

更具体地，实验使用质量流检验器来测量从由主计算机控制的快速响应的MFC输送的气体量，并产生数据以确定系统的可重复性。由MFC输送的气体脉冲经受可重复性误差，因为MFC的对每一个脉冲的响应时序相对于对前一脉冲的响应时序的变化，即，相对于MFC响应对于来自主计算机的命令的可重复性误差从它基于前一脉冲的时序应该发生时与它实际发生时提供脉冲变化。确定的是导致此误差的原因是已针对主机控制器资源的高度需求。虽然主机控制器可将待发送到MFC的打开/关闭信号进行排队，但是该信号可能不会被立即发送，这取决于在那一时刻的主机控制器的工作负载。类似地，即使当打开/关闭信号被发送时，由短的和/或快速脉冲宽度导致的在主机控制器和MFC之间的通信抖震现象劣化脉冲气体输送的性能，包括可重复性和准确性的性能。脉冲的相对时序对于许多高速脉冲输送应用的成功是至关重要的。因此，期望提供一种适于高速脉冲输送应用(诸如用于形成TSV的Bosch过程)的解决方案，其减少或克服这些问题。

参照图3，适用于控制高速脉冲输送应用的高性能MFC 160的一个实施例配置成连接在气体源140和处理工具200之间，并且配置成从用户界面/主机控制器150接收一系列指令，以便将源气体的脉冲序列提供到处理工具200。高性能的质量流量控制器(MFC)160，诸如由本受让人制造和销售的πMFC，包括流量传感器170和可调节的控制阀190。传感器170感测通过传感器的质量流，并将代表所测量流量的信号提供到专用的MFC控制器180。专用的控制器180将所测量的流量与流量设定点相比较，从而提供用于控制可调节的控制阀190的控制信号，使得到处理工具200(诸如处理腔室)的阀的输出流量保持在设定点值。

在根据本公开的一个实施例中，MFC 160具有两种操作模式，提供优于基于压力的脉冲气体输送装置的显著优势。第一模式是传统的质量流量控制器(MFC)模式，其中主机控制器150将流量设定点信号发送到MFC 160，以控制输送到处理工具200的流量。第二模式是脉冲气体输送(PGD)模式。在PGD输送过程中，MFC 160布置成接收脉冲轮廓和必要的轮廓以及脉冲的排序，使得MFC可根据修整法将气体从供应源140输送到腔室200，所述修整法包括由用户提供的时序脉冲的轮廓和序列。脉冲的轮廓和排序可通过从用户界面/主机控制器150下载到专用MFC控制器180的信息开始编程。下载的轮廓和排序允许MFC响应于来自接口/控制器150的单个触发信号执行所有的排序步骤。使用专用的MFC 160，专用控制器可配置和布置成以良好地控制和及时的方式执行所有的排序步骤，释放主机控制器/接口以便在不干扰脉冲气体输送的情况下执行其所有其它功能。

PGD模式提供适于三种输送类型的脉冲气体输送过程的操作步骤，所述过程为基于时间的输送、基于摩尔的输送以及基于轮廓的输送，以上三种输送类型的脉冲气体输送过程提供优于基于压力的气体脉冲输送装置的进一步的优势。在基于时间的脉冲输送过程中，用户需要用适于待被控制的过程的下列参数来配置和布置专用的MFC控制器180：(1)至少一个目标流量设定点(Qsp)；(2)脉冲开启时间段(Ton)的至少一个时间长度；(3)脉冲关闭时间段(Toff)的至少一个时间长度；和(4)完成此过程所需的脉冲总数(N)。

如图4中所示，参数被配置或从主机控制器下载到MFC的专用MFC控制器，使得MFC控制器将脉冲输送控制为这些参数的函数。当脉冲气体输送序列待被输送时，主计算机只将触发信号提供到MFC以及MFC执行脉冲序列。如图4中所示，一旦MFC 160从主机控制器150接收触发信号以便启动输送，则MFC 160基于针对每一个脉冲时间段的规定的脉冲开启时间段和脉冲关闭时间段通过打开MFC(通过调节阀的开度而将流量控制到目标流量设定点)和关闭MFC(通过关闭阀而控制流量为零)根据修整法来控制PGD过程。这导致脉冲的排序、时序和持续时间的非常良好的控制。

对于基于摩尔的脉冲输送而言，用户指定以下参数：(1)摩尔输送设定点(nsp)；(2)脉冲开启时间段(Ton)的目标时间长度；(3)脉冲关闭时间段(Toff)的目标时间长度；和(4)脉冲数(N)。基于该信息，MFC 160的专用控制器180配置和布置成自动地调节流量设定点，用于在目标的脉冲开启时间段内基于由流量传感器170所进行的测量精确地输送目标摩尔量的气体，上述根据以下方程式：

其中Δn是在脉冲开启时间段(时间t1和t2之间)期间输送的气体摩尔数；以及

Q是在脉冲开启时间段期间由MFC 160的传感器170测得的流动速率。

因此，使用基于摩尔的脉冲输送模式，MFC根据需要控制并调节流量设定点，以便控制通过每一个脉冲所输送的摩尔数。基于这些参数，MFC 160以精确的时序序列自动地输送N个脉冲流，其中每一个脉冲在MFC打开的时间段(Ton)期间的每一个脉冲的部分期间输送Δn摩尔，并将MFC关闭脉冲关闭的时间段(Toff)。在基于摩尔的脉冲输送操作的操作期间，MFC 160将使用流量传感器测量值(Q)基于方程式(1)输送气体的计算摩尔量自动地调节流量设定点(QSP)，以便针对每一个脉冲在目标脉冲开启时间段(Ton)内精确地输送所期望的摩尔数。

当使用多个过程工具或要求流动到过程工具的不同部分或装置的流量需要相匹配时，基于摩尔的输送是优选的(但不是必需的)。在这样的情况下，多个高性能的MFC用于提供通过相应的多个输送通道的流动。为了确保摩尔输送是精确的，每一个MFC 160使用来自其流量传感器170的反馈控制环路来控制其阀190。因此，当使用多个输送通道时，在响应时间、阀传导性等方面可能有变化。在这样的情况下，基于摩尔的脉冲输送可用于确保通过每一个脉冲在每一个输送通道内输送的气体量(摩尔)是相同的，而不管这些因素如何，因为摩尔输送将独立于这些因素。在一个实施例中，反馈被用来校正在由阀响应时间所导致的被输送气体量上的误差。

可设想到其它参数或参数的其它组合可用于控制气体输送。例如，对于基于时间的输送而言，可在Toff期间输入适于输送气体的关闭流量设定点，而不是默认为零。

可使用MFC的专用控制器通过基于时间和基于摩尔的输送方法两者来改进可重复性和精确性，因为PGD控制责任已从主机控制器150除去(由于工作负载而减少延迟)以及因为信号传输更接近于MFC 160(且事实上在MFC 160内)(减少通信抖震现象)，并且MFC本身为了脉冲气体输送而被优化。

最后，第三操作模式是轮廓脉冲模式。在轮廓脉冲类型输送的一个实施例中，用户创建以一个或多个脉冲为表征的轮廓。对于轮廓中的每一个脉冲而言，用户指定流量设定点和相应的开启和关闭脉冲的时间段，即(1)流动设定点QSP1和相应的第一脉冲开启和关闭时间段(Tonl T0ff1)，(2)流动设定点QSP2和相应的第二脉冲开启和关闭时间段(Ton2T0ff2)，……，(m)流动设定点QSPm和相应的第一脉冲开启和关闭时间段(TonmT0ffm)等。因此针对整组脉冲的每一个脉冲提供一组参数，允许脉冲取决于运行的过程类型而变化。图5A和5B示出多组脉冲轮廓的两个实例。而在一些实施例中，用户可在Ton期间限定具有变化设定点的普通开启/关闭脉冲(如图5A中所示)，而在其它实施例中，用户可针对开启时间段和关闭时间段两者输入多于一个的流量设定点，使得可创建如图5B中所看到的阶梯式轮廓。因为MFC采用比例控制阀，因此后者是可能的。不像关闭/打开阀，比例控制阀可在完全打开位置和完全关闭位置之间的任何位置下设定，提供优于基于压力的PGD装置(诸如图1中所示的一个)的进一步的优点。在轮廓脉冲输送模式下，用户还可指定摩尔输送设定点(nSPi)而不是流量设定点QSPi连同在轮廓修整法中针对每一个脉冲的相应的脉冲开启和关闭时间段(Toni T0ffi)。

因此，MFC 160，而不是主机控制器150，协调控制阀190的打开和关闭操作，且因此协调气体输送。从历史上看，MFC是不能以这种相对短的脉冲精确地执行这种PDG控制责任的模拟装置。然而较新的数字MFC能够承担控制MFC的比例控制阀的责任。鉴于前述对于更快PGD过程的需求，通过使用专用的MFC控制器180来运行PGD输送过程实现比以其它可能的过程更高的可重复性和精确性。代替必须发送信号以打开和关闭MFC的主机控制器，可由图3的MFC 160单独执行处理功能，消除显著量的硬件，同时确保更精确地输送。所需的控制修整法参数基于所使用的PGD模式的类型而变化，如在下面更详细描述的那样。主机控制器150还可在任何时间将终止信号发送到MFC控制器180以便终止脉冲气体输送。例如，如果安全检查失败，则主机控制器150可要求MFC 160立即停止在过程中的被触发气体输送排序。类似地，如果主机控制器150检测正在执行不正确的气体输送，则主机控制器150可发送终止信号。以这种方式，主计算机150可继续监控其它过程，而气体输送步骤专用于MFC 160的专用控制器180。

在本公开的各种实施例中，主机控制器150可与多个MFC160一起使用，所述MFC160与如上所述的相应数量的输送通道一起使用。主机控制器150将触发信号及时发送到每一个MFC 160。从而主机控制器150可使触发信号偏移以按顺序地或同时地触发多个MFC160。在该配置中，主机控制器150可错开触发信号，使得输送通道不同时输送气体。例如，假设控制参数在两个MFC160中的每一个中限定0.25秒的Ton和0.75秒的T0ff。如果主机控制器150在触发第一MFC之后0.5秒将触发信号发送到第二MFC，则处理工具200将接收气体输送，所述气体输送相当于0.25秒的Ton和0.25秒的T0ff的气体输送(如果两个气体腔室填充有相同的气体)。

使用所公开的方法的测试结果表明在可重复性误差方面的改进超过使用主机计算机控制过程的实验方法达到两个数量级。

在图6至图9中示出结合进一步改进的实施例。如图6中所示，高性能的MFC 220可包括一个或多个接口230，其可配置成提供通信端口，所述通信端口能够接收如以240示出的至少一个数字信号输入部和至少一个模拟信号输入部250；和如以310示出的至少一个数字信号输出部和至少一个模拟信号输出部300。例如在这样的布置中，修整法可通过接口的数字输入部240下载到MFC存储器260，并且触发信号可通过接口的模拟输入部240提供以便根据所存储的修整法启动MFC输送气体。处理器/控制器270从MFC的流量传感器280接收信号，并且根据修整法和所感测到的流量来对控制阀290进行控制。一个或多个接口230还可配置成包括至少一个模拟信号输出部300和数字信号输出部310。例如这些输出部可用作提供给其它装置或工具的信号。

通过所示的配置，质量流量控制器(MFC)220的所示实施例从而是可编程的MFC，其包括配置成接收输入信号的至少一个输入部(诸如以250示出的模拟信号输入)，配置成提供输出信号的输出部(诸如模拟信号输出部300或数字信号输出部310)，和通信端口(诸如数字信号输入部240)，所述通信端口配置成接收程序指令，所述程序指令包括用于MFC 220的编程或操作配置的指令，以及由MFC使用的编程数据。MFC 220还包括配置成感测通过质量流量控制器的气体流量的流量传感器280、配置成控制通过质量流量控制器的气体流量的控制阀290、以及配置和布置成接收编程数据的存储器260，所述编程数据包括将质量流量控制器的编程配置确定作为用于触发气体输送的数字或模拟配置的数据。处理器/控制器270根据编程配置操作质量流量控制器220。当系统配置被编程为数字配置时，编程的数字配置使得质量流量控制器能够响应于施加到输入部240的数字信号。备选地，当系统配置被编程为模拟配置时，编程的模拟配置使得质量流量控制器能够响应于施加到输入部250的模拟信号。

在所示的实施例中配置成通信端口的输入部也被配置成接收与质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据。质量流量控制器的操作模式可包括典型质量流量控制器操作模式，其中输入信号表示用于以典型质量流量控制器操作模式操作MFC设置的设定点。其它操作模式可包括脉冲气体输送操作模式，其中输入信号表示脉冲触发信号，其用于操作MFC以便以脉冲气体输送操作模式输送脉冲序列。因此，通信端口配置成接收适于脉冲气体输送的参数。参数可与气体脉冲输送操作的摩尔输送模式相关联。参数也可包括脉冲开启时间段、脉冲关闭时间段、摩尔输送设定点、以及脉冲数目。

通信接口230的图示实施例因此包括数字通信端口；模拟输入或接脚，其用于形成布置成接收模拟触发信号输入的输入部；和模拟输出或接脚，其配置成形成用于提供模拟信号输出的输出部。模拟信号输出可用来将MFC的操作与另一装置或工具的操作同步。这在下述情况下是特别有用的，其中两个装置分别提供脉冲序列(其可以是相同或不同的序列)，其必须与彼此同步，或者这两个装置分别提供与其它装置的脉冲同步的脉冲。例如，如图7中所示，其它装置例如可以是另一高性能MFC和/或RF发生器和/或压力控制器。这使得各种工具装置在它们被用于同时执行用于共同处理或不同过程的并行步骤时同步。

如图7中所示，以350示出的主计算机可通过数字通信总线370将脉冲序列下载到每一个MFC 360。在示出的实施例中，MFC的输出部以连续的菊花链布置连接，并且每一个输出信号380也可以被分离并重新路由以提供到处理工具上的其它装置，诸如RF发生器、等离子体发生器或压力控制器和/或在其它实施例中提供到不同过程工具上的工具装置。在示例性的实施例中，当过程开始时，触发信号被发送到第一MFC 360a。第一MFC 360a根据在其存储器中编程的顺序输送脉冲序列。在特定的规定时间，第一MFC 360a的同步输出作为触发信号输入提供到第二MFC 360b，以及提供到例如RF发生器的工具装置。该序列以每一个连续的MFC 360继续。每一个触发信号从而将一个MFC的操作与在任何数量(在图7中以N表示)的MFC的菊花链布置中的下一MFC同步。一个MFC的同步信号可在由MFC完成脉冲序列输送之前产生。备选地，同步信号可在完成脉冲序列输送的同时产生，或者同步信号可在完成脉冲序列输送之后经过预定的延迟产生。应当指出的是，脉冲触发信号可以是数字信号或模拟信号。在一个实施例中，输出信号是用于由另一装置使用的TTL同步输出信号。

仍然参照图7，示出的示例性系统实施例可作为包括多个(N个)流动通道380的多通道气体输送系统来操作，每一个通道包括质量流量控制器360，所述质量流量控制器配置成控制通过相应通道的气体流量。在图示的布置中，每一个MFC可布置成提供至少一个气体脉冲，其中MFC串联连接(菊花链布置)。以这种方式，每一个MFC可给工具提供相同或不同的气体，每一个作为规定持续时间的脉冲，如图8中最佳可见。此外，每一个输送的脉冲的气体量(例如，质量)可随通道不同而有所变化。

如图8中所示，在该实施例中，MFC 360可被同步成在前一脉冲结束时同时输送每一个脉冲。如上所述，每一个连续的脉冲能够相对于前一脉冲延迟，或在前一脉冲结束之前开始，或任何两种或所有三种同步布置的某种组合。

如上所述，每一个质量流量控制器的数字通信端口可配置成接收与质量流量控制器的两种操作模式的至少一种相关联的参数有关的数据。MFC可配置成以气体输送操作的典型模式或气体输送操作的脉冲模式操作。如图9中所示，当在步骤400接收到输入触发时，如果MFC配置成在402以典型的质量流量控制器模式操作，则它进行到步骤404，并通过用传感器感测实际流量来输送规定量的气体，并基于所感测到的流量和所接收的流量设定点对控制阀进行控制。MFC然后进行到步骤406并为下一MFC提供输出信号，或者如果单独运行或者如果是链中的最后一个MFC，则该过程结束。类似地，如果以脉冲模式操作，则过程从步骤402进行到408以便以脉冲输送规定量的气体。该过程然后进行到步骤406。

当以脉冲模式输送操作时，参数可与气体脉冲输送操作的摩尔输送模式相关联。在这样的配置中，参数包括脉冲开启时间段、脉冲关闭时间段、摩尔输送设定点、和脉冲数目。

如所述的那样，气体输送系统可靠地测量流入到半导体工具内的材料量(质量)，并以可靠的和可重复的方式在相对较短的持续时间的脉冲中准确输送一定质量的气体。此外，系统采用更简单的操作，同时提供在宽泛范围值内提供所需气体摩尔数的输送，而无需转移气体来获得准确的、可靠的和可重复的结果。

已论述的组件、步骤、特征、目的、益处和优点仅仅是说明性的。它们以及关于它们的论述都不意旨以任何方式限制保护范围。也可设想到许多其它的实施例。这些包括具有更少的、附加的、和/或不同的组件、步骤、特征、目的、益处和优点的实施例。这些也包括其中组件和/或步骤被不同地布置和/或排序的实施例。

除非另有说明，否则所有的测量、数值、比率、位置、大小、尺寸以及在本说明书中(包括在以下的权利要求书中)提出的其它规格是近似的而非精确的。它们意旨具有合理的范围，其与它们相关的功能和它们所属领域内的惯用方式是一致的。

所有条款、专利、专利申请和已在本公开中引用的其它出版物由此均通过引用并入本文。

短语“用于……的装置”在权利要求中使用时意旨并应被解释成包括已被描述的相应结构和材料以及它们的等同物。类似地，短语“用于……的步骤”在权利要求中使用时意旨并应被解释成包括已被描述的相应动作和它们的等同物。在权利要求中缺少这些短语表示权利要求并不意旨且并不应被解释成限于任何的相应结构、材料、或动作、或它们的等同物。

不管它是否被记载在权利要求中，已被说明或示出的内容并不意旨且并不应被解释成导致任何组件、步骤、特征、目的、益处、优点的贡献或等同于公开。

保护范围只由现在所附的权利要求书限定。该范围意旨且并应被解释成与当依据该说明书解释时的范围一样宽泛，权利要求中所使用的语言的普通含义与以下审查历史相符并被解释成包括所有结构和功能的等同物。