[发明专利]用于多腔室工具的臭氧系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及稀释气体传送系统，例如，诸如臭氧传送系统。尤其，本发明涉及使多腔室工具的稀释气体传送系统中所传送的气体浓度维持在要求的水平。

背景技术

可以在各种半导体处理系统中使用臭氧。例如，可以通过在晶片上生长绝缘膜或通过使薄膜氧化而在半导体晶片上形成绝缘层时使用臭氧。可以在沉积器件元件之前使用臭氧对半导体晶片进行表面调节。在半导体处理中，臭氧的另一个应用是用于清理半导体晶片和半导体设备的处理腔室。臭氧对于从半导体晶片的表面或从处理腔室中除去碳氢化合物是特别有用的。

半导体处理中臭氧的使用增加了对臭氧发生设备的需求。对于半导体处理应用，传送到处理腔室的臭氧以及其它气体必须是极纯的，以致所传送的气体不会把污染物引入到该处理中。某些臭氧发生器需要使用惰性掺杂剂气体，例如，诸如氮或二氧化碳，使臭氧浓度增加到可接受的水平。

一般，为了增加生产率，半导体处理工具可以利用多个腔室。而利用单个臭氧发生器把臭氧馈送到工具的不止一个腔室，对于减少设备和操作成本是有利的，由于腔室的启动和停止期间发生的困难，传统系统中的每个处理腔室都使用专用的臭氧发生器。例如，在20秒或更大的时间间隔上，半导体处理中比要求的浓度水平大大地增加或减少对于半导体器件质量会产生极坏的影响。当使用一个臭氧发生器来为多个腔室服务时，传统的控制系统一般具有30秒或更大的反应或稳定时间。例如，参见图1，示出了PID控制器的典型的响应时间，其中稳定时间约为70秒，以对于10slm的流速得到所要求的300g/m³的浓度。结果，在30秒稳定时间期间腔室中的浓度与所要求的水平不同，从而导致有损害的半导体产品。

发明内容

一般，本发明使所述方法和系统具有一些特征，当启动或停止到腔室的流动时，使传送到处理工具的一个或多个腔室的诸如臭氧之类的气体的浓度基本上维持恒定。使腔室在线或停止到腔室的流动都被称为EVENT(事件)。因此在包括多腔室工具的系统中，EVENT发生于：(1)当腔室受到激励时或(2)当停止到腔室的流动时。这里使用臭氧作为代表物质，虽然也可以使用这里描述的方法和系统来控制其它气体或其他稀释气体的生产过程。在各个实施例中，本发明的方法和系统可以简化系统设计，减少重要设备的成本，增加所生产的产品的可靠性和质量，在维持臭氧浓度的过程中提高动态响应和准确度，减少氧的消耗以及使臭氧的过度产生降到最小。

在一个方面，本发明涉及用于控制臭氧的流量和浓度的一种系统。该系统包括臭氧发生器、流量传感器、第一控制器、浓度传感器以及第二控制器。系统的臭氧发生器包括可连接到气源(例如，诸如氧气或氧气和掺杂剂气体的组合)的可调节的气体输入、可调节的功率输入以及可连接到多个处理腔室的气体输出。设置多个处理腔室的每一个，以允许当腔室受到激励时以预定流速通过。使用系统的流量传感器来测量通过多个处理腔室的总流速。第一控制器与流量传感器和臭氧发生器进行通信。使用第一控制器，通过对总流速与预定流速进行比较，而确定EVENT的发生。然后第一控制器在EVENT发生时根据存储在查找表中的数据，来调节臭氧发生器的可调节的功率输入。使用浓度传感器来测量臭氧发生器输出的气体中的臭氧浓度水平。第二控制器与浓度传感器和臭氧发生器进行通信。使用第二控制器，在EVENT发生之后的给定时刻调节可调节的功率输入。

作为使用第一和第二控制器的结果，在本发明一个实施例中的系统能够在一个或多个EVENT发生期间或之后把所要求水平的臭氧传送到多个腔室。实际上，第一控制器能够检测EVENT发生，并且能够向臭氧发生器提供指令以根据存储在查找表中的一个值来增加或减少功率。检测到EVENT后几乎立刻就把这些指令提供给臭氧发生器，以致可以在检测到EVENT后约10秒内使用具有9秒稳定时间的臭氧发生器把合适的浓度传送到一个或多个腔室。提供本发明的第二控制器，使之恒定地更新查找表中的数据以在EVENT之后维持所要求的浓度值。一般，第二控制器是PID控制器，与像第一控制器那样的简单算法控制器相比，第二控制器能够对臭氧浓度提供时间上的更准确和更稳定的控制。然而，第二控制器具有较长的稳定时间，数量级大约为30秒，其结果是在EVENT发生期间从系统屏蔽掉，以致第一控制器可以提供所需要的处理条件下的快速变化。