先进级的传感器的制作方法

各实施例涉及一种用于确定容器中剩余的前驱物的量的装置，且更具体而言，是有关于安瓿(ampoule)中剩余的固体前驱物的量。

背景技术：

半导体是通过使工件经受多个制程来制作。该些制程中的一些包括沉积、蚀刻及离子植入。为了执行离子植入，可使用掺杂剂材料。此种掺杂剂材料可呈气体、液体或固体的形式。为了执行蚀刻制程，可使用蚀刻材料。类似地，可针对沉积制程使用适合的材料。因此，在所有该些制程中，均可存在所关心材料，其可为气体、液体或固体。所关心材料常常存储于例如安瓿等容器中。

在正执行制程时，对所关心材料的量进行监测可为有利的。举例而言，若所关心材料用尽，则正被处理的工件将会有瑕疵。此外，为拆卸及更换容纳所关心材料的容器，需经历意外的停工时间。

对于某些材料，可监测剩余材料的量。举例而言，若所关心材料是气体，则可使用气体的流率来确定剩余材料的量。若所关心材料是液体，则可使用类似的方法。

遗憾地，若所关心材料是固体，则对剩余材料的量的测量较为复杂。通常，通过使载体气体能够向容器中流动来提取所关心材料。载体气体汲取在容器内蒸发的所关心的气相材料。由于载体气体是向容器中流动，且气相材料是自容器流出，因此非常难以准确地测量所关心材料的流率。

因此，一种使得能够确定容器内剩余的材料量的装置将为有益的。若所述装置能够持续地监测材料的量，则将为有利的。

技术实现要素：

本发明公开一种用于检测容器中剩余的材料量的装置。此种装置在与半导体处理器件一起使用时、尤其在材料呈固相时可为有益的。所述装置在设置于容器中的电极与容器的外侧之间测量阻抗，以关于容器可具有何种填充程度进行确定。在某些实施例中，仅使用阻抗的量值来进行此计算。在其他实施例中，使用阻抗的量值及相位。此可用于确定容器内的材料的拓扑。

根据一个实施例，公开一种用于测量容器中的材料量的装置。所述装置包括：容器，具有开口，其中所述容器是导电的；电极，经由所述开口进入所述容器且延伸至所述容器的内部中；以及用于测量阻抗的器件，其中在所述电极与所述容器的外表面之间测量阻抗。在某些实施例中，所述装置更包括与所述器件进行通讯的控制器，以将所述阻抗转换成填充电平。在某些实施例中，所述容器是圆柱形的，并且所述开口设置于所述容器的顶表面上且不与所述容器的中心同心。在某些其他实施例中，所述电极具有穿过所述开口的上部分及与所述容器的所述中心对准的下部分。在某些其他实施例中，所述电极具有u形状，所述u形状具有朝下部分及朝上部分，所述朝下部分穿过所述开口。

根据另一实施例，公开一种半导体处理系统。所述半导体处理系统包括：半导体处理器件；容器，其中设置有材料，其中所述容器包括与所述半导体处理器件连通的出口且包括开口；电极，经由所述开口延伸至所述容器的内部中；用于测量阻抗的器件；以及控制器，与所述器件进行通讯以确定所述容器中剩余的材料量，其中由所述器件测量的所述阻抗表示所述容器中剩余的所述材料量。在某些实施例中，若所述材料量少于预定临限值，则所述控制器命令所述半导体处理器件终止操作。

根据另一实施例，公开一种确定容器内剩余的材料量的方法。所述方法包括：在设置于所述容器内的电极与所述容器的外表面之间测量阻抗；以及基于所测量的所述阻抗，确定所述容器中剩余的材料量。在某些实施例中，所述确定是基于所述容器中的所述材料量与所测量的所述阻抗之间的关系而执行。在一些实施例中，所述关系是通过以下操作来确定：将已知量的材料放置于所述容器中；在所述电极与所述容器的所述外表面之间测量阻抗；以不同的材料量重复所述放置及所述测量，以获取多个数据点；以及使用所述多个数据点来确定所述关系。在某一实施例中，所述方法更包括：提供材料电平的指示，或者当所述材料量少于预定临限值时，采取校正动作。

附图说明

为更好地理解本发明，参照并入本文中供参考的附图，且其中：

图1示出根据一个实施例用于确定容器中剩余的材料量的装置；

图2示出说明电容、频率及容器中剩余的材料量之间的关系的曲线图；

图3示出曲线图，以示出在一个频率下电容与容器中剩余的材料量之间的关系；

图4示出根据一个实施例的流程图；

图5示出图1所示装置，其中容器内的材料并非是同高的；

图6a-6b各自示出根据另一实施例用于确定容器中剩余的材料量的装置；

图7示出说明相位及量值随着材料的倾斜而变化的曲线图。

具体实施方式

图1示出根据第一实施例用于确定容器30内剩余的材料20的量的装置10。容器30可由例如金属等导电材料制成。在某些实施例中，容器30可为不锈钢。在某些实施例中，容器30可被称为安瓿。在某些实施例中，容器30可呈圆柱形形状，具有底表面31、顶表面32及圆柱形侧壁33。容器30可具有约6英寸的直径及8英寸的高度，然而亦可使用其他尺寸。输出口36与半导体处理器件90连通，并将所关心的气态材料自容器30输送至半导体处理器件90。如以下更详细所述，使用开口35来确定容器30中的材料量。虽然在容器30的顶表面32上仅示出两个开口，然而应了解，可存在多个开口。举例而言，如上所述，第三开口可用于使载体气体能够进入容器30。此外，图1将开口35示出为被定位成相对于容器30的中心偏移。然而，在其他实施例中，开口35可位于顶表面32的中心处。在某些实施例中，开口35可设置于圆柱形侧壁33上。

在容器30内设置有材料20。如上所述，此材料20可用于例如沉积制程、蚀刻制程或植入制程等半导体制程中。此材料可呈固体形式，然而在其他实施例中，其可呈液体形式。此材料20可蒸发且在半导体处理器件90中被使用。因此，材料20可被视为前驱物。所述材料具有介电常数(κ)，在某些实施例中其可大于3。材料20的实际组成并不受本发明限制。

如上所述，半导体处理器件90可为沉积机器，例如能够进行原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)或等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedcvd，pecvd)的机器。作为另一选择，半导体处理器件90可为离子植入机，例如束线离子植入机(beamlineionimplanter)或等离子体腔室。另外，所述半导体处理器件可为蚀刻机器。

电极40经由开口35被插入至容器30中。电极40由例如金属等导电材料制成。在某些实施例中，电极40可为黄铜，然而亦可使用其他材料。电极40延伸至容器中，使得其在底表面31上方约5毫米(mm)处终止。当然，电极40可延伸至不同的深度。在一个特定实施例中，电极40具有4.5毫米的直径，然而在本发明的范围亦存在其他大小。通过使用绝缘体50，电极40在开口35内被保持于适当位置中。绝缘体50可呈圆柱形形状，且具有与开口35的内半径大致相等的外半径。绝缘体50亦可具有使电极40从中穿过的内开口。绝缘体50用于对电极40进行机械支撑且亦用于将电极40与容器30电性隔离。电极40延伸至绝缘体50的顶表面上方，以便可在容器30之外接近电极40。在某些实施例中，绝缘体50可由陶瓷或聚合物制成。

在电极40与容器30之间设置有能够测量阻抗的器件，例如网络分析器60。具体而言，网络分析器60具有两个引线：第一引线61，与电极40电性连通；以及第二引线62，与容器30电性连通。在某些实施例中，第二引线62与容器30的顶表面32连通。在其他实施例中，第二引线62与容器30的外表面的不同部分连通。网络分析器60能够较佳在一或多个频率下测量阻抗。

图2示出多个曲线，以示出由网络分析器60测量的阻抗与频率之间的关系。在此曲线图中，阻抗被表达为电容且是在介于100khz与10mhz之间的频率下测量得到。在此测试中，假设存在8厘米(cm)的材料即被视为完全填满。线101及102各自表示当容器30中未剩余材料20时的关系。应注意，网络分析器60在整个频谱上几乎测量不到电容。水平轴线的中间附近的分布表示共振状态。线103表示当容器30中剩余约1.5厘米的材料20时的关系。线104及线105各自表示当容器30中剩余约4厘米的材料20时的关系。线106及1线07各自表示当容器30中剩余约8厘米的材料20时的关系。因此，线106、线107表示填满的容器，线101、102表示空的容器，且线104、线105表示半填满的容器。应注意，除共振状态外，在每一频率下，阻抗的量值指示容器30中剩余的材料20的量。具体而言，所测量阻抗愈大，容器30中剩余的材料20的量就愈大。

图3示出在一个特定频率(其可为100khz)下阻抗(被表达为电容)与容器30中剩余的材料量的关系的曲线图。图3中使用了图2中在此特定频率下所测量的阻抗。此外，添加了表示最佳拟合线(lineofbestfit)的线110。应注意，在填充电平(filllevel)与阻抗之间存在线性关系。基于此曲线图，可确定出定义填充电平与阻抗的函数关系的方程式。因此，通过使用图1所示装置来测量阻抗，可对容器30内剩余的材料20的量作出估计。应注意，此曲线图是使用特定材料且在特定频率下创建。此曲线图中线110的斜率可随着测量频率以及材料20的介电常数而变化。此外，尽管图3示出在100khz下测量的关系，然而本发明并非仅限于此特定频率。在图2中易于看出，亦可使用其他频率来产生图3所示曲线图。此外，本发明并非仅限于图2所示频谱。举例而言，可在较图2所显示的频率低的频率或较图2所显示的频率高的频率下测量阻抗。

此外，虽然图3示出阻抗与填充电平之间的线性关系，然而本发明并非仅限于此实施例。举例而言，在标绘数个点之后，可绘制出并非线性的最佳拟合线。因此，所述关系并非仅限于线性，而是可为任何次数(degree)的多项式，可为指数函数、对数函数或某种其他函数。

在确定出在由网络分析器60测量的阻抗与容器30中剩余的材料20的量之间存在关系之后，可以若干方式向操作员指示此信息。

在某些实施例中，如图1中所示，网络分析器60可与控制器70进行通讯。控制器70具有处理单元及相关联的存储器器件。此存储器器件含有在由处理单元执行时使控制器70能够执行其既定功能的指令。此存储器器件可为非易失性存储器，例如快闪只读存储器(readonlymemory，rom)、电可抹除只读存储器或其他适合的器件。在其他实施例中，所述存储器器件可为易失性存储器，例如随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)或动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)。在某些实施例中，所述存储器器件可与处理单元封装于一起。所述处理单元可为任何适合的器件，包括但不限于通用处理器、应用专用处理器、嵌入式控制器或个人电脑(personalcomputer，pc)。

在利用控制器70的实施例中，控制器70可与网络分析器60连接。控制器70可提供容器30中剩余的材料20的量的指示。举例而言，控制器70可与视觉显示器连接或可包括视觉显示器，以显示容器30中剩余的材料20的量的指示。此视觉显示器可呈计量器(gauge)的形式或另一其他适合的形式。在另一实施例中，控制器70可包括指示材料的量少于预定义临限值的音频警报(audioalert)。在又一实施例中，控制器70与半导体处理器件90进行通讯，使得当填充电平降至低于预定义临限值时，控制器70命令半导体处理器件90停止对附加工件的处理。因此，控制器70可用于向操作员提供指示和/或可用于终止半导体处理器件90的操作。举例而言，控制器70可在第一预定义临限值下向操作员提供指示，因此使操作员能够采取校正动作。若材料电平达到低于第一预定义临限值的第二预定义临限值，则控制器70命令半导体处理器件90终止操作。

图4示出阐释根据一个实施例确定容器30中材料20的电平的方法的流程图。首先，在方框400中，将已知量的材料20设置于容器30中。然后，在方框410中，在一或多个频率下测量电极40与容器30之间的阻抗。然后，可针对不同量的材料20多次重复方框400、方框410中所示的过程。该些过程可得到一组曲线，例如图2所示曲线。当收集到充足数目的数据点之后，如方框420中所示，确定所测量阻抗与材料量之间的关系。此可得到例如图3所示的曲线图。因此，方框400、方框410及方框420中所示的过程可被视为校准过程，其确立阻抗与填充电平之间的将被加以利用的关系。此关系可为此种特定材料所独有的。因此，若使用不同的材料作为前驱物，则可重复校准过程。

一旦确立了此关系，便可将装置用于生产环境中。如方框430中所示，此可通过将其中设置有材料的容器安装于半导体处理器件中来执行。在正常操作期间，如方框440中所示，可测量电极40与容器30之间的阻抗。此测量可持续地、随机地或以固定时间间隔来执行。然后，如方框450中所示，基于所测量阻抗来确定容器中剩余的材料量。此可通过使用在方框420中发现的关系来执行。在某一时间点，如方框460中所示，容器30内材料20的电平降至低于预定临限值。在此点，如方框470中所示，可采取某种动作。此种动作可涉及提供材料电平的指示、提供警报或采取某种类型的校正动作。

在某些实施例中，容器30内材料20的拓扑可影响阻抗测量值。举例而言，图5示出图1所示装置。然而，在此实施例中，材料20并非是同高的。而是，其被装载成使得材料20在圆柱形侧壁33的左侧上的向上延伸量较在右侧上大得多。因此，在图5所示情景中，因材料20的拓扑，网络分析器60可能会测量到小于预期值的阻抗。此可归因于以下事实：电极40距右侧上的圆柱形侧壁33较距左侧上的圆柱形侧壁33更近。因此，在电极40与最近的圆柱形侧壁33之间存在的材料量可决定阻抗测量值。

可以数种方式来解决此种因拓扑引起的不准确性。首先，应注意，开口35偏移容器30的中心。将开口35放置成使得其与容器30同心可减弱或消除此种不准确性。

然而，在某些实施例中，开口35在容器30中的位置是固定的且无法改变。因此，在某些实施例中，改变电极的形状来补偿开口35的中心与容器30的中心之间的差异。图6a示出一个此种实施例。在此实施例中，电极140已被形成为u形状。所述u形状包括朝下部分141、朝上部分143及连接部分142。连接部分142可与朝上部分143及朝下部分141以直角相交。然而，本发明并非仅限于此实施例。连接部分142可被形成为使得u形状的朝上部分143距左侧上的圆柱形侧壁33与u形状的朝下部分141距右侧上的圆柱形侧壁33一样近。换言之，朝下部分141被设置成与最近的圆柱形侧壁33相距第一距离。连接部分被配置成使得朝上部分143被设置成与位于容器30的相对一侧上的侧壁相距相同的距离。此可使所测量阻抗能够表示材料20的平均电平。在另一实施例中，u形状的朝上部分143可被形成为使得其恰好设置于容器30的中心中。

图6b示出可使用的另一种形状。在此实施例中，电极240被形成为使得电极240的下部分243与容器30的中心对准。因此，电极240包括经由开口35伸出的上部分241。电极240包括与容器30的中心对准的下部分243。电极240亦具有用于连接上部分241与下部分243的连接部分242。尽管图6b示出连接部分242与上部分241及下部分243以直角相交，然而本发明并非仅限于此实施例。举例而言，连接部分242可为弯曲的。

图6a-6b示范尤其在开口35不与容器30的中心对准的情况中可用于补偿材料拓扑的两个实施例。该些实施例利用对电极的结构或形状的改变。此外，亦可存在其他实施例。

尽管图2及3示出由网络分析器60测量的阻抗，然而可自网络分析器60获得更多信息。举例而言，并非仅仅捕获并记录阻抗，而是可测量并记录阻抗的量值及相位。

图7示出对于两种不同的配置由网络分析器60测量的阻抗的量值及相位。在一种配置中，使所关心材料朝容器30的右侧倾斜。在另一种配置中，使所关心材料朝容器30的左侧倾斜。线701、线702分别示出当材料20朝容器30的右侧倾斜时的相位及量值。线703、线704分别示出当材料20朝容器30的左侧倾斜时的相位及量值。因此，不仅阻抗的量值随着填充电平而改变，而且阻抗的相位随着填充电平及材料20的拓扑而变化。具体而言，尽管所述两种配置使用相同量的材料，然而对于此两种配置而言，阻抗的相位及量值改变。当材料20向左倾斜时，量值较大(参见线704)。然而，当材料20向右倾斜时，相位较大(参见线701)。因此，使用相位及量值可使操作员能够确定材料20的拓扑及实际填充电平。

本发明装置具有诸多优点。难以估计半导体处理器件中的容器中剩余的材料量。因此，在一些实施例中，为确保材料不被完全用尽，容器过早地被再填充。在其他实施例中，材料可能在容器被再填充之前完全用尽，进而得到处理不当的工件，这种工件会被丢弃。此外，本发明装置利用低频率阻抗测量值，此可不必利用昂贵的仪器。因此，所述装置可被附接至每一半导体处理器件而具有有限的财务影响。

本发明的范围不应受本文中所述的具体实施例限制。而是，除本文中所述的实施例以外，此项技术中技术人员依据上述说明及附图亦将明了本发明的其他各种实施例及对本发明的润饰。因此，此类其他实施例及润饰旨在归属于本发明的范围内。此外，虽然本文中已出于特定目的在特定环境中以特定实施方案为背景阐述了本发明，然而此项技术中技术人员将认识到，本发明的效用并非仅限于此，且可出于任何数目种目的而在任何数目种环境中有益地实作本发明。因此，以下所述的申请权利要求应依据本文中所述的本发明的完整范围及精神来解释。