本发明是关于处理控制系统及方法，并且尤其是关于气流处理控制系统及方法。
背景技术：
在集成电路(ic)制造及其它产业中，处理室内需要使用一或多种气体的程序典型为对包括组成及/或浓度等气体属性的变异非常敏感。举例而言，原子层沉积(ald)及原子层蚀刻(ale)程序使用处理室，以分别将材料的原子层沉积到半导体晶圆上以及将材料的原子层从半导体晶圆蚀刻掉。在处理过程中(即ald或ale期间)，第一气体及第二气体(亦称为先驱物)依序以脉冲形式进入处理室，并且于各该脉冲彼此间从该处理室被排净。通过在不同脉冲期间使处理室内半导体晶圆的表面反复曝露至两种气体然后进行排净，容许出现离散的自限制反应，由此导致材料的原子层沉积(或若适用的话，蚀刻)。这些气体的组成及/或浓度的变异会导致晶圆间变异，进而会导致错误。若要避免此类晶圆间变异，可进行进阶处理控制(apc)(例如：比例积分微分(pid)回授控制)技术。然而，目前的apc技术可能精密度不足及/或可能不具有成本效益。
技术实现要素：
鉴于前述，本文中所揭示为将晶体微天平(cm)(例如：石英晶体微天平(qcm))并入一或多条气流线的处理控制系统及方法，此一或多条气流线进入及/或离开处理室。举一实施例来说，在原子层沉积(ald)室或原子层蚀刻(ale)室的情况下，可将cm并入进入此腔室的气流线、及离开此腔室的气流线的各者。此一cm可在气体于内含于其中的晶体传感器上方流动时测量此晶体传感器(例如：石英晶体传感器)的共振，并且可由此用于实时准确监测气体的质量流率。实际质量流率可指出处理室内将不会达到所欲结果，并且可作出响应进行进阶处理控制(apc)(例如：控制器可调整气流以便达到所欲结果)。另外，质量流率可指出已出现气体污染或其它系统故障，并且控制器可作出响应停止气体流动。并入进入及/或离开处理室的气流线的此(等)cm可用最小成本对于程序监测提供精密测量。
更特别的是，本文中所揭示为处理控制系统的具体实施例。该系统可包括用于进行处理的处理室。该处理室可具有至少一个进气口。该系统可还包括气体源；将该气体源连接至该处理室的该进气口的管件(即气流线)；以及整合到该管件内处于该进气口前的晶体微天平(cm)(例如：石英晶体微天平(qcm))。气体可从该气体源经由该cm穿过该管件流至该处理室的该进气口，并且该cm可测定所流经(即在该气体进入该处理室之前)的该气体的实际质量流率。该系统可还包括控制该气体自该气体源流入该管件的阀件、以及与该cm连通的控制器，该控制器可操作性连接至该阀件，并且可基于该实际质量流率调整该阀件。
一个例示性系统可用于原子层沉积(ald)或原子层蚀刻(ale)。本系统可包括用于处理半导体晶圆的处理室，并且具体而言，用于在该半导体晶圆上沉积材料的原子层的ald室、或将材料的原子层从该晶圆蚀刻掉的ale室。在任一例中，该处理室可具有至少第一进气口、第二进气口以及排气口。
本系统可还包括第一气体的第一气体源；将该第一气体源连接至该第一进气口的第一管件(即第一气流线)；以及整合到该第一管件内的第一cm。第一阀件可控制该第一气体从该第一气体源流入该第一管件。具体而言，在第一脉冲期间，该第一气体可从该第一气体源经由该第一cm穿过该第一阀件与该第一管件流入该处理室的该第一进气口，并且该第一cm可测定所流经(即在该第一气体进入该处理室之前)的该第一气体的第一实际质量流率。
本系统可还包括第二气体的第二气体源；将该第二气体源连接至该第二进气口的第二管件(即第二气流线)；以及整合到该第二管件内的第二cm。第二阀件可控制该第二气体从该第二气体源流入该第二管件。具体而言，在该第一脉冲后的第二脉冲期间，该第二气体可经由该第二cm自该第二气体源穿过该第二阀件与该第二管件流入该处理室的该第二进气口，并且该第二cm可测量所流经(即在该第二气体进入该处理室之前)的该第二气体的第二实际质量流率。
本系统可还包括位于该处理室的该排气口处的排净阀、以及自该排气口延伸至例如通风或气体收集系统的第三管件(即第三气流线)。在上述各脉冲之后，所有气体均可穿过该排净阀排出该处理室的排气口并且进入到该第三管件。
本系统可还包括控制器，其与该第一cm及该第二cm连通、可操作性连接至该第一阀件及该第二阀件、以及可基于该第一实际质量流率调整该第一阀件并基于该第二实际质量流率调整该第二阀件。任选的是，本系统可还包括整合到该第三管件内的第三cm。该第三cm若存在，则可测定该已排净气体的第三实际质量流率。在这种情况下，该控制器可与该第三cm连通，并且亦可基于该第三实际质量流率调整该第一阀件及/或该第二阀件。
亦揭示的是处理控制方法的具体实施例。该方法可包括使用处理室进行程序，其中，该程序的该进行包括令气体穿过管件流入该处理室的进气口(即气流线)。本方法可还包括使用整合到该管件内的晶体微天平(cm)(例如：石英晶体微天平(qcm))以在该气体进入该处理室之前，先测定该气体的实际质量流率。该方法可还包括基于该实际质量流率，通过控制器调整阀件，该阀件控制该气体自该气体源流入该管件。
一个例示性方法可用于原子层沉积(ald)或原子层蚀刻(ale)。本方法可包括使用处理室(例如：ald室或ale室)进行程序(例如：ald程序，其中在半导体晶圆上沉积材料的原子层，或ale程序，其中将材料的原子层从半导体晶圆蚀刻掉)。具体而言，此程序(即该ald或ale程序)可使用处理室来进行。该程序的该进行可包括：在第一脉冲期间，令第一气体自第一气体源穿过第一阀件与第一管件(即第一气流线)进入该处理室的第一进气口，以及在第一气体进入该处理室之前，使用第一cm测定该第一气体的第一实际质量流率，该第一cm整合到该第一管件内。该程序的该进行可还包括：在该第一脉冲后的第二脉冲期间，令第二气体自第二气体源穿过第二阀件与第二管件(即第二气流线)进入该处理室的第二进气口，以及在第二气体进入该处理室之前，使用第二cm测定该第二气体的第二实际质量流率，该第二cm整合到该第二管件内。该程序的该进行可还包括：在上述各脉冲之后，将所有气体穿过排净阀排出该处理室的排气口并且进入第三管件(即第三气流线)。
本方法可还包括：通过控制器，基于该第一实际质量流率调整该第一阀件及/或基于该第二实际质量流率调整该第二阀件，其中，该第一阀件控制该第一气体自该第一气体源流入该第一管件，而该第二阀件控制该第二气体自该第二气体源流入该第二管件。
任选的是，该方法亦可包括在该已排净气体存在于该处理室时，使用第三cm测定其第三质量流率，该第三cm整合到该第三管件内。在这种情况下，该第一阀件及/或该第二阀件亦可基于该第三实际质量流率通过该控制器进行调整。
附图说明
本发明将会参照图式经由以下详细说明而更加让人了解，此等图式不必然按照比例绘制，其中：
图1为绘示处理控制系统的一具体实施例的示意图，该处理控制系统将晶体微天平并入进入处理室的气流线；
图2为绘示处理控制系统的一具体实施例的示意图，该处理控制系统将晶体微天平并入进入与离开处理室的气流线；
图3为绘示例示性晶体微天平的示意图，可将该晶体微天平并入图1与2的系统；
图4为绘示例示性振荡电路的示意图，可将该振荡电路并入图3的晶体微天平；
图5a至5b分别为例示性晶体传感器的正面与背面，可将该晶体传感器并入图3的晶体微天平；
图6为绘示处理控制方法的一具体实施例的流程图；
图7为绘示处理控制方法的另一具体实施例的流程图；以及
图8为绘示例示性计算器系统的示意图，该计算器系统用于实施所揭示具体实施例的态样。
具体实施方式
如上所述，在集成电路(ic)制造及其它产业中，处理室内需要使用一或多种气体的程序典型为对包括组成及/或浓度等气体属性的变异非常敏感。举例而言，原子层沉积(ald)及原子层蚀刻(ale)程序使用处理室，分别将材料的原子层沉积到半导体晶圆上以及将材料的原子层从半导体晶圆蚀刻掉。在处理过程中(即ald或ale期间)，第一气体及第二气体(亦称为先驱物)依序以脉冲形式进入处理室，并且于各该脉冲彼此间从该处理室被排净。通过在不同脉冲期间使处理室内半导体晶圆的表面反复曝露至两种气体然后进行排净，容许出现离散的自限制反应，由此导致材料的原子层沉积(或若适用的话，蚀刻)。所属技术领域中具有通常知识者将认识的是，“原子层”是指非常薄的膜片，其中该膜片的厚度是依照原子级来界定。在ald期间，处理室内第一气体或第二气体中(多种)材料浓度及/或组成的变异会导致沉积层厚度及/或组成的晶圆间变异。在ale期间，处理室内第一气体或第二气体中(多种)材料组成及/或浓度的变异会导致蚀刻深度的晶圆间变异。若要避免此类可能导致错误的晶圆间变异，可进行进阶处理控制(apc)(例如：比例积分微分(pid)回授控制)技术。举例而言，在ald及ale期间，可(例如：使用容积流率传感器)获得输入到处理室内的气体的容积流率的测量结果，及/或可(使用残留气体分析仪(rga))获得从处理室排净出去的气体的组成的测量结果。基于此类测量结果，可对后续处理期间所用的处理规格(例如阀调定)进行调整以便达到所欲结果。然而，此类容积流率传感器的精确度可能太低，而且rga可能太耗成本。近来，已开发出使用石英晶体微天平(qcm)夹具的apc技术，可在ald室内使用。具体而言，qcm夹具可置放于ald室内，并且在ald期间，可在此等夹具上沉积材料。由qcm夹具得出的测量结果可指出沉积层的厚度及/或组成。然而，这种技术会产生不希望的浪费(例如：若沉积层太厚或不含有所欲材料组成，从而导致晶圆报废)。
鉴于前述，本文中所揭示为将晶体微天平(cm)(例如：石英晶体微天平(qcm))并入一或多条气流线的处理控制系统及方法，此一或多条气流线进入及/或离开处理室。举一实施例来说，在原子层沉积(ald)室或原子层蚀刻(ale)室的情况下，可将cm并入进入此腔室的气流线、及离开此腔室的气流线的各者。此一cm可在气体于内含于其中的晶体传感器上方流动时测量此晶体传感器(例如：石英晶体传感器)的共振，并且可由此用于实时准确监测气体的质量流率。实际质量流率可指出处理室内将不会达到所欲结果，并且可作出响应进行进阶处理控制(apc)(例如：控制器可调整气流以便达到所欲结果)。另外，质量流率可指出已出现气体污染或其它系统故障，并且控制器可作出响应停止气体流动。并入进入及/或离开处理室的气流线的此(等)cm可用最小成本对于程序监测提供精密测量。
更具体地说，请参阅图1，本文中所揭示的是处理控制系统100的具体实施例。该系统100可包括处理室190。此处理室190可以是将气体用于进行程序的任何处理室。此类处理室可包括但不限于用于在工件(例如：半导体晶圆或其它工件)上沉积材料的化学气相沉积室、用于将材料从工件(例如：半导体晶圆或其它工件)蚀刻掉的化学气相蚀刻室、用于清理工件(例如：半导体晶圆或其它工件)的表面的腔室等。处理室190可具有至少一个用于接收气体114的进气口191(即容许气体通过进入该腔室的开口)、以及至少一个用于释放该气体的排气口193(即容许气体离开此腔室的开口)。
系统100可还包括用于提供气体114的气体源115、以及将气体源115连接至处理室190的进气口191的管件110(即气流线)。系统100可还包括控制气体114从气体源115流入管件110的阀件116、以及整合到管件110内处于处理室190的进气口191前的晶体微天平(cm)113(例如：石英晶体微天平(qcm)或其它适当的晶体型微天平)。举例而言，管件110可具有将气体源115连接至cm113的第一部分111、以及将cm113连接至进气口191的第二部分112。气体114可经由cm113从气体源115穿过阀件116与管件110流入处理室的进气口。举例而言，气体114可通过阀件116从气体源115释放到管110的第一部分内，通过cm113进入管件110的第二部分，然后通过进气口191进入处理室190。就本揭露的目的而言，cm是指组配有晶体传感器(例如：石英晶体传感器)用于测量质量变异的仪器。在这种情况下，cm113可测定(亦即，可适于测定、可组配成用来测定等)气体114流经管件110(亦即在气体114进入处理室190之前)的实际质量流率。就本揭露的目的而言，“质量流率”是指气体在已知压力与已知温度的条件下，每单位时间流经给定点的质量。“实际质量流率”是指如通过cm所测定气体在给定时间期内(例如：程序进行期间，允许气体从气体源流动至处理室进气口的给定脉冲期内)流经此cm的目前质量流率。所属技术领域中具有通常知识者将认识的是质量流率可与容积流率区别开来，此容积流率是指气体每单位时间流经给定点的体积。下面有详述且图3中有说明可并入图1的系统100的例示性cm。
通过cm113所测定的实际质量流率可指出气体114中(多种)材料(即(多种)元素或(多种)化合物)的组成及浓度将会达到处理室190内所论程序的目标，并且从而指出将会达到处理室190中的所欲结果。或者，此实际质量流率可指出气体114中(多种)材料(即(多种)元素或(多种)化合物)的组成及/或浓度将会偏离处理室190内所论程序的目标，并且从而指出将不会达到处理室190内的所欲结果，而且，有可能已出现系统故障(例如：气体污染或气体泄漏)。发现气体114中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离处理室190内的目标时，可触发系统100内的校正动作。
具体而言，系统100可还包括控制器160，该控制器160与cm113连通、可操作性连接至阀件116、以及可基于如cm113所测定的该实际质量流率调整阀件116。为达此目的，控制器160可包括内存161，其针对所论程序储存气体114的先前测定的目标质量流率。
就本揭露的目的而言，“目标质量流率”是指用于达到处理室内气体所欲组成和浓度的最佳质量流率，并且由此是指此程序产生的所欲结果。此一目标质量流率举例而言，可使用特定处理室针对特定程序的特定程序步骤来经验性测定。
控制器160可还包括处理器162，此处理器可存取内存161，并且可将如cm113所测定的气体114的实际质量流率与目标质量流率作比较。若气体114的实际质量流率等于目标质量流率，则控制器160可维持对于阀件116的调定。然而，若气体114的实际质量流率与目标质量流率不同，则控制器160可视需要调整阀件116上的调定，以便符合目标质量流率，并且由此达到处理室中的所欲结果。阀调定的调整举例而言，可包括调整脉冲期(气体114在此脉冲期内，穿过阀件116遭到释放)及/或调整阀件116的口孔尺寸(若口孔是可变的)。具体而言，当气体114的实际质量流率低于目标质量流率时，可增加用于打开阀件116的脉冲期及/或增大阀件116的口孔的尺寸；而当气体114的实际质量流率高于目标质量流率时，可缩减用于打开阀件116的脉冲期及/或减小阀件116的口孔的尺寸。
再者，若气体114的实际质量流率与目标质量流率不同，则控制器160亦可测定实际质量流率与目标质量流率之间的差异，并且可将此差异与内存161中储存的临限差作比较。当所测定的差异超出此临限差时，系统故障可能遭到指出。此系统故障可以是气体污染(例如：当实际质量流率比目标质量流率高至少临限差时)或气体泄漏(例如：当实际质量流率比目标质量流率低至少此临限差时)。当此一系统故障遭到指出时，控制器160可令阀件116关闭，由此停止所有处理。
请参阅图2，一个例示性处理控制系统200可具体地用于原子层沉积(ald)或原子层蚀刻(ale)。此系统200可包括用于处理半导体晶圆的处理室290。处理室290可以是用于在半导体晶圆上沉积材料的原子层的ald室。或者，处理室290可以是用于将材料的原子层从晶圆蚀刻掉的ale室。在任一例中，处理室290可包括罩体、以及位在罩体内的卡盘295，用于支撑半导体晶圆280并且容许半导体晶圆280在ald或ale程序期间曝露于选择气体。处理室290可复具有可供选择气体穿过而进入处理室290的多个进气口(例如：至少第一进气口291及第二进气口292)、以及可供气体穿过而离开处理室290(亦即，可遭到排净而离开处理室290)的至少一个排气口293。
系统200可还包括第一气体214(例如：活性气体)的第一气体源215；将第一气体源215连接至第一进气口291的第一管件210(即第一气流线)；以及整合到该第一管件210内的第一cm213。举例而言，第一管件210可具有将第一气体源215连接至第一cm213的第一部分211、以及将第一cm213连接至第一进气口291的第二部分212。第一阀件216可控制第一气体214从第一气体源215流入第一管件210。
系统200可还包括第二气体224(例如：载送气体)的第二气体源225；将该第二气体源225连接至第二进气口292的第二管件220(即第二气流线)；以及整合到第二管件220内的第二cm223。举例而言，第二管件220可具有将第二气体源225连接至第二cm223的第一部分221、以及将第二cm223连接至第二进气口292的第二部分222。第二阀件226可控制第二气体224从第二气体源225流入第二管件220。
系统200可还包括位于排气口293处的排净阀236、以及自排气口293延伸(例如：至通风或气体收集系统235)的第三管件230(即第三气流线)。排净阀236可控制已排净气体234从处理室290流入第三管件230(亦即，可控制气体排净离开处理室290)。任选的是，系统200可还包括整合进到或按另一种方式连接至第三管件230的第三cm233及/或残留气体分析仪237，使得离开处理室290的已排净气体236通过第三cm233及/或通过进入残留气体分析仪237。
系统200可还包括控制器260。控制器260可操作性连接至第一阀件216(其控制第一气体214从第一气体源215流入第一管件210)、第二阀件226(其控制第二气体224从第二气体源225流入第二管件220)、以及排净阀236(其控制已排净气体234从处理室290流入第三管件230)。控制器260亦可与第一cm213、第二cm223连通、以及第三cm233及残留气体分析仪237(若存在的话)连通。
如上所述，cm是指组配有晶体传感器(例如：石英晶体传感器)用于测量质量变异的仪器。图2的系统200中的各该cm213、223及233可以是石英晶体微天平(qcm)或一些其它适当的晶体型微天平，此等微天平各组配有用于测量质量变异的晶体传感器(例如：石英晶体传感器)，而且在这种情况下，此晶体传感器还测量气体流经管件的质量流率。下面有详述且图3中有说明可并入图2的系统200的例示性cm(举例如：第一cm213、第二cm223及第三cm233)。
在处理期间(亦即，在ald或ale期间)，控制器260可令第一气体214及第二气体224(亦称为先驱物)的交替脉冲进入处理室290，并且在各该脉冲之间将那些气体排出处理室。通过在不同气相脉冲期间使半导体晶圆280的表面反复曝露至两种气体然后进行排净，容许出现离散的自限制反应，由此导致材料的原子层沉积(或若适用的话，蚀刻)。
更具体地说，在第一脉冲期间，控制器260可令第一阀件216打开一预定时间期，由此容许第一气体214从第一气体源215流经第一管件210并且在第一进气口291处流入处理室290，使得半导体晶圆280的表面曝露至第一气体214。应注意的是，若第一阀件216具有可变的第一口孔，则控制器260亦可控制此第一口孔的尺寸。另外，应理解的是，可预定与第一脉冲相关联的时间期、以及(若适用的话)此第一口孔的尺寸，以使得第一气体(半导体晶圆的表面曝露至该第一气体)具有(多种)材料(即(多种)元素或(多种)化合物)的给定组成与浓度，以便在处理期间达到所欲结果。紧接第一脉冲之后，控制器260可令排净阀236打开，由此将所有残留气体(即已排净气体234)从处理室290排出排气口293，然后穿过第三管件230排至通风或气体收集系统235。
在第一脉冲后的第二脉冲期间，控制器260可令第二阀件226打开一预定时间期，由此容许第二气体224从第二气体源225流经第二管件220并且在第二进气口292处流入处理室290。应注意的是，若第二阀件226具有可变的第二口孔，则控制器260亦可控制此第二口孔的尺寸。另外，应理解的是，可预定与第二脉冲相关联的时间期、以及(若适用的话)此第二口孔的尺寸，以使得第二气体(半导体晶圆的表面曝露至该第二气体)具有(多种)材料(即(多种)元素或(多种)化合物)的特定组成与浓度，以便在处理期间达到所欲结果。紧接第二脉冲之后，控制器260可令排净阀236打开，由此将所有气体(即已排净气体234)从处理室290排出排气口293，然后穿过第三管件230排至通风或气体收集系统235。控制器260可令上述脉冲与排净步骤反复进行，直到材料的原子层出现沉积(或若适用的话，蚀刻)为止。
应理解的是，此所欲结果将会随着进行中的程序是否为ald程序或ale程序而变。对于ald程序，此所欲结果可以是组成与厚度已给定的原子层。对于ale程序，此所欲结果可以是深度已给定的蚀刻特征。再者，如上所述，ald与ale处理的结果可能对第一与第二脉冲中所用气体的组成及/或浓度敏感。因此，在本文所揭示的系统200中，遭并入气流线的cm213、223及233(若适用的话)容许实时监测与在线校正。
举例而言，当第一气体214流经第一管件210时，第一气体214通过第一cm213，而且第一cm213可测定(亦即，可适于测定、可组配成用来测定等)第一气体流经时(亦即在第一气体214进入处理室290之前)的第一实际质量流率。此“第一实际质量流率”是指当第一气体214在第一脉冲期间流经第一cm213时，如第一cm213对于第一气体214所测定的目前质量流率。此第一实际质量流率可指出第一气体214中(多种)材料的组成与浓度将会达到处理室290内的目标。或者，此第一实际质量流率可指出第一气体214中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离处理室290内的目标，并且从而指出将不会达到处理室290内的所欲结果，而且，有可能已出现系统故障(例如：第一气体的污染或第一气体的泄漏)。类似的是，第二气体224在流经第二管件220时，通过第二cm223，而且第二cm223可测定(亦即，可适于测定、可组配成用来测定等)第二气体流经时(亦即在第二气体224进入处理室290之前)的第二实际质量流率。此“第二实际质量流率”是指当第二气体224在第二脉冲期间流经第二cm223时，如第二cm213对于第二气体224所测定的目前质量流率。此第二实际质量流率可指出第二气体224中(多种)材料的组成与浓度将会达到处理室290内的目标。或者，此第二实际质量流率可指出第二气体224中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离处理室290内的目标，并且从而指出将不会达到处理室290内的所欲结果，而且，有可能已出现系统故障(例如：第二气体的污染或第二气体的泄漏)。
当发现第一气体214中及/或第二气体224中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离处理室290内的目标时，可触发系统200内的校正动作。
具体而言，控制器260可包括内存261，此内存针对所论程序，储存先前对于第一气体214测定的第一目标质量流率、以及先前对于第二气体224测定的第二目标质量流率。控制器260可还包括可存取内存261并且可进行进阶处理控制(apc)的处理器262，如下所述。
在第一脉冲期间，处理器262可将如第一cm213所测定的第一气体214的第一实际质量流率与第一目标质量流率作比较。若第一气体214的第一实际质量流率等于第一目标质量流率，则控制器260可维持对于第一阀件216的调定。然而，若第一气体214的第一实际质量流率与第一目标质量流率不同，控制器260可视需要调整第一阀件216上的调定，以便符合第一目标质量流率，并且由此达到处理室中的所欲结果。调整第一阀件216的调定举例而言，可包括调整第一脉冲期、及/或第一阀件216的口孔尺寸(若此口孔可变)。具体而言，当第一气体214的第一实际质量流率低于第一目标质量流率时，可增加第一脉冲期及/或增大第一阀件216的口孔的尺寸；而当第一气体214的第一实际质量流率高于第一目标质量流率时，可缩减第一脉冲期及/或减小第一阀件216的口孔的尺寸。再者，若第一气体214的第一实际质量流率与第一目标质量流率不同，则控制器260亦可测定第一实际质量流率与第一目标质量流率之间的差异，并且可将此差异与内存261中储存的第一临限差作比较。当所测定的差异超出此第一临限差时，系统故障可能遭到指出。此系统故障可以是第一气体遭到污染(例如：当第一实际质量流率比第一目标质量流率高至少第一临限差时)或第一气体出现泄漏(例如：当第一实际质量流率比第一目标质量流率低至少此第一临限差时)。当此一系统故障遭到指出时，控制器260可令第一阀件216关闭，由此停止所有处理。
类似的是，在第二脉冲期间，处理器262可将如第二cm223所测定的第二气体224的第二实际质量流率与第二目标质量流率作比较。若第二气体224的第二实际质量流率等于第二目标质量流率，则控制器260可维持对于第二阀件226的调定。然而，若第二气体224的第二实际质量流率与第二目标质量流率不同，控制器260可视需要调整第二阀件226上的调定，以便符合第二目标质量流率，并且由此达到处理室中的所欲结果。调整第二阀件226的调定举例而言，可包括调整第二脉冲期、及/或第二阀件226的口孔尺寸(若此口孔可变)。具体而言，当第二气体224的第二实际质量流率低于第二目标质量流率时，可增加第二脉冲期及/或增大第二阀件226的口孔的尺寸；而当第二气体224的第二实际质量流率高于第二目标质量流率时，可缩减第二脉冲期及/或减小第二阀件226的口孔的尺寸。再者，若第二气体224的第二实际质量流率与第二目标质量流率不同，则控制器260亦可测定第二实际质量流率与第二目标质量流率之间的差异，并且可将此差异与内存261中储存的第二临限差作比较。当所测定的差异超出此第二临限差时，系统故障可能遭到指出。此系统故障可以是第二气体遭到污染(例如：当第二实际质量流率比第二目标质量流率高至少第二临限差时)或第二气体在本系统某处出现泄漏(例如：当第二实际质量流率比第二目标质量流率低至少此第二临限差时)。当此一系统故障遭到指出时，控制器260可令第二阀件216关闭，由此停止所有处理。
任选的是，内存261亦可对于所论程序，在第一与第二脉冲之后，储存先前对于已排净气体234所测定的特定脉冲目标质量流率。应理解的是，已排净气体234的这些特定脉冲目标质量流率在各脉冲之后可因为各脉冲期间处理室290内发生不同的化学反应而改变。在排净期间，处理器261可将如第三cm233所测定的已排净气体234的第三实际质量流率与适于已排净气体234的特定脉冲目标质量流率作比较(视需要)。“第三实际质量流率”是指气体在给定时间周期内流经第三cm233时(例如：介于脉冲彼此间的排净期内)，如通过第三cm233对于已排净气体所测定的目前质量流率。举例而言，各脉冲后已排净气体234的第三实际质量流率若等于合适的目标质量流率，则控制器260可保持第一阀件216及第二阀件226的调定。然而，已排净气体234在第一脉冲后如通过第三cm233所测定的第三实际质量流率若与第一特定脉冲目标质量流率不同，则控制器260可调整第一阀件216上的调定。类似的是，已排净气体234在第二脉冲后如通过第三cm233所测定的第三实际质量流率若与第二特定脉冲目标质量流率不同，则控制器260可调整第二阀件226上的调定。如上所述，调整阀件216与226的调定举例而言，可包括调整脉冲期及/或口孔尺寸，或令此等阀件在系统故障(例如：气体污染或泄漏)时关闭。
任选的是，内存261亦可对于所论程序，在第一与第二脉冲之后，储存先前对于已排净气体234所测定的特定脉冲目标残留气体分布。就本揭露的目的而言，特定脉冲目标残留气体分布举例而言，是指上述气相脉冲其中一特定者后已排净气体组成及浓度的期望分布。此一特定脉冲目标残留气体分布举例而言，可使用特定处理室针对特定程序的特定程序步骤来经验性测定。视需要，在排净期间，残留气体分析仪237可分析已排净气体234，而控制器260可将分析的结果(例如：指出包括(多种)材料的已排净气体的目前状态及此(等)材料的浓度的实际残留气体分布)与合适的目标残留气体分布作比较，并且可采取校正动作(例如：调整或关闭第一及/或第二阀件216、226)。残留气体分析仪在所属技术领域中属于众所周知，本说明书因而省略此类分析仪的详细内容，以便容许读者聚焦于所揭示系统的突出态样。
下面有详述且图3中有说明可如cm113并入图1的系统100、或可如第一cm213、第二cm223及第三cm233并入图2的系统200的例示性cm。此cm举例而言，可包括具有整合型晶体传感器310的振荡电路320、频率计数器330以及处理器340。图4为绘示例示性振荡电路320的示意图，可将此振荡电路并入图3的cm，而图5a至5b分别为例示性晶体传感器310的正面与背面，可将此晶体传感器并入图4的振荡电路320。请同时参阅图3、4及5a至5b，晶体传感器310在qcm的情况下，可以是石英晶体传感器，或者可以是具有惰性晶体材料的一些其它适当的晶体型传感器，此惰性晶体材料经选择以达到最佳共振性质。在任一例中，晶体传感器310可包括平坦、实质圆形的晶体319，此晶体具有背面及与该背面对立的正面。晶体319的背面可包括背面电极311，而晶体319的正面可包括正面电极312。正面电极312举例而言，可安置于晶体319的外缘周围，将感测表面315合围，此感测表面将会曝露至通过cm的流动气体。振荡电路320可还包括一对串联反相器(即第一反相器321及第二反相器322)，第一反相器321的输入连接至晶体传感器310的正面电极312，而第一反相器321的输出同时连接至晶体传感器310的背面电极311、及第二反相器322的输入。频率计数器330可监测第二反相器322的输出处的频移，此频移是因晶体319对气体质量变化作出回应产生的共振变化所导致，此气体在已知压力与温度的条件下于感测表面315上方通过。基于此等频移，与频率计数器330连通的处理器340可测定气体的质量流率。如上所述，“质量流率”是指气体在已知压力与温度的条件下，每单位时间流经给定点(本例中为qcm)的质量。所属技术领域中具有通常知识者将认识的是质量流率可与容积流率区别开来，此容积流率是指气体每单位时间流经给定点的体积。
请参阅图6的流程图，本文中还揭示处理控制方法的具体实施例。本方法可包括提供处理控制系统，如上面详述且在图1中说明的系统100(602)。
本方法可还包括使用气体通过处理室190进行程序(604)。此程序举例而言，可以是用于在工件上沉积材料的化学气相沉积程序、用于将材料从工件蚀刻掉的化学气相蚀刻程序、用于清理工件的程序、或使用气体的任何其它适当的程序。
于步骤604进行此程序具体而言可包括：令气体114穿过阀件116与管件110(即气流线)从气体源115流入处理室190的进气口191。
本方法可还包括：在步骤604期间，使用整合到管件110内的晶体微天平(cm)113(例如：石英晶体微天平(qcm)或其它适当的晶体型微天平)，于气体进入处理室190之前，先测定气体114的实际质量流率(606)。此实际质量流率可指出，对于所论的程序，气体114中(多种)材料的组成与浓度将会达到处理室190内的目标。或者，此实际质量流率可指出气体114中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离处理室190内的目标，并且从而指出将不会达到此处理室内的所欲结果，而且，有可能已出现系统故障(例如：气体污染或气体泄漏)。
因此，在本方法中，阀件116上用于控制气体114从气体源115流入管件110的调定可基于如通过cm113所测定气体114的实际质量流率，通过控制器160来保持或变更。具体而言，本方法可还包括：通过系统110的控制器160，将如通过cm113所测定的气体114的实际质量流率与内存161中所储存的目标质量流率作比较。若气体114的实际质量流率等于目标质量流率，则阀件116的调定可通过控制器160来保持。然而，若气体114的实际质量流率与目标质量流率不同，可视需要调整阀件116上的调定，以便符合目标质量流率，并且由此达到处理室中的所欲结果。于步骤608进行阀调定的调整举例而言，可包括调整脉冲期(气体114在此脉冲期内，穿过阀件116遭到释放)及/或调整阀件116的口孔尺寸(若口孔是可变的)。具体而言，当气体114的实际质量流率低于目标质量流率时，可增加用于打开阀件116的脉冲期及/或增大阀件116的口孔的尺寸；而当气体114的实际质量流率高于目标质量流率时，可缩减用于打开阀件116的脉冲期及/或减小阀件116的口孔的尺寸。再者，若气体114的实际质量流率与目标质量流率不同，则可通过控制器160对亦储存于内存161中的临限差，测定并且比较实际质量流率与目标质量流率之间的差异。当所测定的差异超出此临限差时，系统故障可能遭到指出。此系统故障可以是气体污染(例如：当实际质量流率比目标质量流率高至少此临限差时)或气体泄漏(例如：当实际质量流率比目标质量流率低至少此临限差时)。当此一系统故障遭到指出时，控制器160可令阀件116关闭，由此停止所有处理。
请参阅图7的流程图，一个例示性处理控制方法可用于原子层沉积(ald)或原子层蚀刻(ale)。本方法可包括提供ald或ale处理控制系统，如上面详述且在图2中说明的系统200(702)。
本方法可还包括：使用系统200的处理室290，进行ald程序以在半导体晶圆280上沉积材料的原子层，或进行ale程序以将半导体材料的原子层从半导体晶圆280蚀刻掉(704)。具体而言，在步骤704期间，第一气体214及第二气体224(亦称为先驱物)可反复并且依序以脉冲形式进入处理室290。可于第一气体214与第二气体224的脉冲之间，将所有气体从处理室290排净出去。通过在不同气相脉冲期间使半导体晶圆280的表面反复曝露至两种气体然后进行排净，容许出现离散的自限制反应，由此导致材料的原子层沉积(或若适用的话，蚀刻)。
更具体地说，于步骤704，在第一脉冲期间，第一阀件216打开一预定时间期，由此容许第一气体214从第一气体源215流经第一管件210(即第一气流线)并且在第一进气口291处流入处理室290，使得半导体晶圆280的表面曝露至第一气体214。在第一脉冲后的第二脉冲期间，第二阀件226打开一预定时间期，由此容许第二气体224从第二气体源225流经第二管件220(即第二气流线)并且在第二进气口292处流入处理室290。紧接各脉冲之后(即第一脉冲之后，再经历第二脉冲之后)，排净阀236打开，由此将所有气体(即已排净气体234)从处理室290排出排气口293，然后穿过第三管件230(即第三气流线)排至通风或气体收集系统235。上述脉冲与排净程序反复进行，直到材料的原子层出现沉积(或若适用的话，蚀刻)为止。
应理解的是，此所欲结果将会随着进行中的程序是否为ald程序或ale程序而变。对于ald程序，此所欲结果可以是组成与厚度已给定的原子层。对于ale程序，此所欲结果可以是深度已给定的蚀刻特征。再者，如上所述，程序处理的结果可能对第一与第二脉冲中所用气体的组成及/或浓度敏感。因此，在本文所揭示的方法中，可将cm213、223及233(若适用的话)(例如：qcm或其它适当的晶体型微天平)并入气流线以容许实时监测与在线校正。
举例而言，本方法可还包括：在第一脉冲期间，当第一气体214流经第一管件210时，使用第一cm213测定所流经(即在第一气体进入处理室290之前)的第一气体214的第一实际质量流率，此第一cm213整合到第一管件210内(706)。此第一实际质量流率可指出第一气体214中(多种)材料的组成与浓度将会达到处理室290内的目标。或者，此第一质量流率可指出第一气体214中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离处理室290内的目标，并且从而指出将不会达到处理室290内的所欲结果，而且，有可能已出现系统故障(例如：第一气体的污染或第一气体的泄漏)。
因此，在本方法中，第一阀件216上用于控制第一气体214从第一气体源215流入第一管件210的调定可基于如通过第一cm213所测定的第一实际质量流率，通过控制器260来保持或变更(708)。具体而言，本方法可还包括：通过系统200的控制器260，将如通过第一cm213所测定的第一气体214的第一实际质量流率与内存261中所储存的第一目标质量流率作比较。若第一气体214的第一实际质量流率等于第一目标质量流率，则第一阀件216的调定可通过控制器260来保持。然而，若第一气体214的第一实际质量流率与第一目标质量流率不同，则可视需要调整第一阀件216上的调定，以便符合第一目标质量流率，并且由此达到处理室中的所欲结果。于步骤708进行阀调定的调整举例而言，可包括调整脉冲期(第一气体214在此脉冲期内，穿过第一阀件216遭到释放)及/或调整第一阀件216的口孔尺寸(若口孔是可变的)。具体而言，当第一气体214的第一实际质量流率低于第一目标质量流率时，可增加用于打开第一阀件216的脉冲期及/或增大第一阀件216的口孔的尺寸；而当第一气体214的第一实际质量流率高于第一目标质量流率时，可缩减用于打开第一阀件216的脉冲期及/或减小第一阀件216的口孔的尺寸。
再者，若第一气体214的第一实际质量流率与第一目标质量流率不同，则可通过控制器260对亦储存于内存261中的临限差，测定并且比较第一实际质量流率与第一目标质量流率之间的差异。当所测定的差异超出此临限差时，系统故障可能遭到指出。此系统故障可以是气体污染(例如：当第一实际质量流率比第一目标质量流率高至少临限差时)或气体泄漏(例如：当第一实际质量流率比第一目标质量流率低至少此临限差时)。当此一系统故障遭到指出时，控制器260可令第一阀件216关闭，由此停止所有处理。
类似的是，本方法可还包括：在第二脉冲期间，当第二气体224流经第二管件220时，使用第二cm223测定所流经(即在第二气体进入处理室290之前)的第二气体224的第二实际质量流率，此第二cm223整合到第二管件220内(716)。此第二实际质量流率可指出处理室内第二气体224中(多种)材料的组成与浓度将会达到目标。或者，此第二实际质量流率可指出处理室内第二气体224中(多种)材料的组成及/或浓度将会偏离目标，并且从而指出将不会达到处理室290内的所欲结果，而且，有可能已出现系统故障(例如：第二气体的污染或第二气体的泄漏)。
因此，在本方法中，第二阀件226上用于控制第二气体224从第二气体源225流入第二管件220的调定可基于如通过第二cm223所测定的第二实际质量流率，通过控制器260来保持或变更(718)。具体而言，本方法可还包括：通过系统200的控制器260，将如通过第二cm223所测定的第二气体224的第二实际质量流率与内存261中所储存的第二目标质量流率作比较。若第二气体224的第二实际质量流率等于第二目标质量流率，则第二阀件226的调定可通过控制器260来保持。然而，若第二气体224的第二实际质量流率与第二目标质量流率不同，则可视需要调整第二阀件226上的调定，以便符合第二目标质量流率，并且由此达到处理室中的所欲结果。于步骤718进行阀调定的调整举例而言，可包括调整脉冲期(第二气体224在此脉冲期内，穿过第二阀件216遭到释放)及/或调整第二阀件226的口孔尺寸(若口孔是可变的)。具体而言，当第二气体224的第二实际质量流率低于第二目标质量流率时，可增加用于打开第二阀件226的脉冲期及/或增大第二阀件226的口孔的尺寸；而当第二气体224的第二实际质量流率高于第二目标质量流率时，可缩减用于打开第二阀件226脉冲期及/或减小第二阀件216的口孔的尺寸。
再者，若第二气体224的第二实际质量流率与第二目标质量流率不同，则可通过控制器260对亦储存于内存261中的临限差，测定并且比较第二实际质量流率与第二目标质量流率之间的差异。当所测定的差异超出此临限差时，系统故障可能遭到指出。此系统故障可以是气体污染(例如：当第二实际质量流率比第二目标质量流率高至少临限差时)或气体泄漏(例如：当第二实际质量流率比第二目标质量流率低至少此临限差时)。当此一系统故障遭到指出时，控制器260可令第二阀件226关闭，由此停止所有处理。
任选的是，本方法可还包括：于第一与第二气体的脉冲之间将所有气体从处理室290排净出去期间，使用第三cm233在已排净气体234穿过第三管件230离开处理室290时测定其第三实际质量流率，此cm整合到第三管件230内(726)。任选的是，本方法可还包括使用残留气体分析仪237在已排净气体234穿过第三管件230离开处理室时进行其分析，此残留气体分析仪整合到第三管件230内。基于如第三cm233所测定已排净气体234的第三实际质量流率，及/或基于残留气体分析仪237分析已排净气体234所得的结果，可通过控制器260保持或变更第一阀件216及/或第二阀件226上的调定。如上所述，调整阀件216与226的调定举例而言，可包括调整脉冲期及/或口孔尺寸，或令此等阀件在系统故障(例如：气体污染或泄漏)时关闭。
如上所述，本发明可以是系统或方法。另外，本发明的态样(例如：上述的控制器)可实施成计算器程序产品的形式。此计算器程序产品可包括上有计算器可读程序指令的(多个)计算器可读取储存媒体，用于令处理器实行本发明的态样。
此计算器可读储存媒体可以是有形装置，可保留并且储存供指令执行装置使用的指令。此计算器可读储存媒体举例而言，可以是但不限于电子储存装置、磁性储存装置、光学储存装置、电磁储存装置、半导体储存装置、或任何前述合适的组合。以下包括计算器可读储存媒体的更多特定实施例的非穷举清单：可携式计算器盘片、硬盘、随机存取内存(ram)、只读内存(rom)、可抹除可编程只读内存(eprom或快闪内存)、静态随机存取内存(sram)、可携式光盘只读内存(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)、记忆条、软盘、诸如上有记录指令的凹槽中的打卡或隆起结构的机械编码装置、以及任何前述合适的组合。计算器可读储存媒体于本文中使用时，并非是要解读为暂存信号本身，诸如无线电波或其它自由传播的电磁波、穿过波导或其它传输介质传播的电磁波(例如：通过光纤电缆的光脉冲)、或穿过电线传输的电信号。
可将本文所述的计算器可读程序指令从计算器可读储存媒体下载至各别运算/处理装置，或经由例如因特网、局域网络、广域网及/或无线网络的网络下载至外部计算器或外部储存装置。此网络可具有铜传输缆线、光传输纤维、无线传输、路由器、防火墙、交换器、网关计算器及/或边缘服务器。各运算/处理装置中的网络配接卡或网络接口从网络接收计算器可读程序指令，并且转发此等计算器可读程序指令，以供储存于各别运算/处理装置内的计算器可读储存媒体中。
用于实行本发明的操作的计算器可读程序指令可以是组译器指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相依指令、微码、韧体指令、状态设定数据、或以一或多种程序语言的任何组合撰写之原始码或目标码，所述程序语言包括诸如smalltalk、c++或类似者的面向对象程序语言、以及诸如“c”程序语言或类似程序语言的习知程序性程序语言。计算器可读程序指令可完全在用户的计算器上、部分在使用者的计算器上当作独立软件包执行、部分在使用者的计算器上以及部分在远程计算器上或完全在远程计算器或服务器上执行。在后项情境中，远程计算器可透过任何类型的网络联机至用户的计算器，包括局域网络(lan)或广域网(wan)，或可(例如使用因特网服务提供商透过因特网)对外部计算器进行联机。在一些具体实施例中，包括例如可编程逻辑电路系统、场式可编程栅极数组(fpga)、或可编程逻辑数组(pla)的电子电路系统可通过利用计算器可读程序指令的状态信息来执行计算器可读程序指令以将电子电路系统个人化，以便进行本发明的态样。
本发明的态样在本文中根据本发明的具体实施例，参照方法、设备(系统)及计算器程序产品的流程图说明及/或方框图来说明。将理解的是，可通过计算器可读程序指令来实施流程图说明及/或方框图的各方框、以及流程图说明及/或方框图中的方框组合。
可对通用型计算器、特殊用途计算器、或其它可编程数据处理设备的处理器提供这些计算器可读程序指令以产生机器，使得指令经由计算器或其它可编程数据处理设备的处理器执行，建立用于实施流程图及/或方框图一或多个方框中所指明功能/动作的手段。这些计算器可读程序指令亦可储存于计算器可读储存媒体中，可指挥计算器、可编程数据处理设备、及/或其它装置以特定方式作用，使得内有储存指令的计算器可读储存媒体为包括指令的制品，此等指令实施流程图及/或方框图一或多个方框中所载明功能/动作的态样。
亦可将计算器可读程序指令加载到计算器、其它可编程数据处理设备、或其它装置上以在此计算器、其它可编程设备、或其它装置上进行一连串操作步骤，使得此计算器、其它可编程设备、或其它装置上执行的指令实施流程图及/或方框图一或多个方框中所指明的功能/动作。
图中的流程图及方框图根据本发明的各项具体实施例，说明系统、方法、以及计算器程序产品可能实作态样的架构、功能及操作。就此而言，流程图或方框图中的各方框可代表指令的模块、节段或部分，其包括用于实施此(等)所指明逻辑功能的一或多个可执行指令。在一些替代实作态样中，方框中所注记的功能可不依照图中注记的顺序出现。举例而言，两个接续展示的方框事实上，可予以实质同时执行，或此等方框的执行顺序有时可反过来，端视所涉及的功能而定。亦应注意的是，方框图及/或流程图说明的各方框、以及方框图及/或流程图说明中的方框组合可通过特殊用途硬件式系统来实施，此系统进行指明的功能或动作、或实行特殊用途硬件与计算器指令的组合。
图8中绘示的是用于实施本发明的态样(例如：控制器)的代表性硬件环境(即计算器系统)。此示意图根据本文的具体实施例，绘示信息处理/计算器系统的硬件组态。本系统合并至少一个处理器或中央处理单元(cpu)10。cpu10经由系统总线12互连至各项装置，例如：随机存取内存(ram)14、只读内存(rom)16、以及输入/输出(i/o)配接器18。i/o配接器18可连接至外围装置，例如：盘片单元11及磁带机13、或其它可由系统读取的程序储存装置。本系统可读取程序储存装置上的本发明指令，并且遵循这些指令执行本文具体实施例的方法。本系统总线还包括将键盘15、鼠标17、扬声器24、麦克风22、及/或其它诸如触控屏幕装置(图未示)等用户接口装置连接至总线12以搜集用户输入的用户接口配接器19。另外，通讯配接器20将总线12连接至数据处理网络25，而显示配接器21将总线12连接至显示设备23，可将此显示设备体现为举例如监测器、打印机或传送器的输出装置。
应了解的是本文中使用的术语是为了说明所揭示的系统及方法，并且用意不在于限制。举例而言，单数形的“一”(及其变形)及“该”于本文中使用时，用意在于同样包括复数形，除非内容另有清楚指示。另外，“包含”及/或“包括”(及其变形)等词于本文中使用时，指明所述特征、整体、步骤、操作、组件及/或组件的存在，但并未排除一或多个其它特征、整体、步骤、操作、组件、组件及/或其群组的存在或新增。再者，诸如“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“底下”、“下面”、“下层”、“上方”、“上层”、“平行”、“垂直”等用语用意在于说明此等用语在图式中取向及绘示时的相对位置(除非另有所指)，而“触及”、“上”、“直接接触”、“毗连”、“直接相邻于”等用语用意在于指出至少一个组件实体接触另一组件(此等所述组件之间没有用其它组件来分隔)。下面权利要求中所有手段或步骤加上功能组件的对应结构、材料、动作及均等者用意在于包括结合如具体主张的其它主张专利权的组件进行任何结构、材料或动作。
本发明的各项具体实施例的描述已为了说明目的而介绍，但用意不在于穷举或受限于所揭示的具体实施例。许多修改及变例对于所属技术领域中具有通常知识者将会显而易知，但不会脱离所述具体实施例的范畴及精神。本文中使用的术语是为了最佳阐释具体实施例的原理、对市场出现的技术所作的实务应用或技术改良、或让所属技术领域中具有通常知识者能够理解本文中所揭示的具体实施例而选择。
因此，以上所揭示为将晶体微天平(例如：石英晶体微天平(qcm))并入一或多条气流线的处理控制系统及方法，此一或多条气流线进入及/或离开处理室。举一实施例来说，在原子层沉积(ald)室或原子层蚀刻(ale)室的情况下，可将cm并入进入此腔室的气流线、及离开此腔室的气流线的各者。此一cm可在气体于内含于其中的晶体传感器上方流动时测量此晶体传感器(例如：石英晶体传感器)的共振，并且可由此用于实时准确监测气体的质量流率。气体的实际质量流率可指出处理室内将不会达到所欲结果，并且可作出响应进行进阶处理控制(apc)(例如：控制器可调整气流以便达到所欲结果)。另外，质量流率可指出已出现气体污染或其它系统故障，并且控制器可作出响应停止气体流动。并入进入及/或离开处理室的气流线的此(等)cm可用最小成本对于程序监测提供精密测量。