專利名稱：按預定濃度輸送稀釋氣體的現場氣體混合與稀釋系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種裝置和方法，用于供應預定濃度的稀釋氣體，如用于摻雜半導體材料的源氣體。
背景技術：
在半導體行業，在源材料具有毒性或有害并且活性氣體類的劑量很小的應用中，要使用各種稀釋氣體。
例如，外延膜的化學氣相淀積摻雜要求高稀釋狀態的源氣體，如胂、磷化氫以及鍺烷等。例如，可從胂/氫氣體混合物中將砷引入半導體膜，用于摻雜半導體膜。在這種砷摻雜應用中，一種低胂含量，如含量百萬分之(ppm)50的源氣體，可進一步用氫稀釋，以獲得所期望的氫/胂氣體混合物。稀釋的起始材料胂以及加入其中以形成最終稀釋的胂氣體混合物的稀釋的氫，其流量由質量流量控制器控制，將最終稀釋胂按計量的量提供給氣相淀積工具。
通常，在半導體行業，在使用氣體混合物的期望應用中，主要使用兩種方法供應稀釋的活性氣體(下文將使用此術語來表示所關注的氣體成分，如摻雜氣體類)。
第一種稀釋氣體供應的技術使用預先混合的高壓氣體混合物(包含低濃度的活性氣體成分)作為源氣體介質，其從高壓供氣罐分配使用，如加壓氣瓶。該氣體供應方法有如下缺陷(1)由于供氣罐快速耗盡，因此在活性氣體消耗過程中需要多次更換供氣罐。
(2)由于新安裝的供氣罐供應的活性氣體濃度可能與先前安裝的供氣罐分配的活性氣體濃度不同，因此當供氣罐應耗盡而被更換時，需要重新考察活性氣體消耗過程。
(3)除了第(2)項的缺陷，任何給定的供氣罐所分配的活性氣體濃度由供氣罐制造商固定，在下游活性氣體消耗工序中，不能夠根據時間變化條件輸送變化的濃度。
(4)由于活性氣體成分的分解，存儲在供氣罐內的氣體混合物內的活性氣體的濃度可隨時間而改變，或該濃度隨連續的供氣罐的更換以未知和不可預測的方式發生改變，以及(5)供氣罐通常處于高壓狀態，以最大化罐內活性氣體的存儲量，如果供氣罐破裂或與其相關的頭部組件、閥門等發生泄漏，就會存在潛在的危險狀態。
第二種稀釋氣體供應技術涉及氣體的現場產生，使用固體或液體原材料，通過化學反應，產生期望的氣體類。現場產生氣體具有以下的相關缺陷(1)啟動氣體產生和獲得穩定狀態的氣體產物所要求的時間通常較長，不能得到氣體分配的快速響應式啟動。
(2)現場氣體生成中作為反應物的源材料，其特性常常是劇毒，從而產生安全和操作方面的問題。
(3)現場氣體產生器通常是相對復雜的系統，包括如氣體生成室、反應劑供應裝置、反應劑流路(因即使在使用固體反應物源的情況下，通常也有流體的輔助反應物)、分配管線，以及相關的管線內過濾器、凈化器、保險裝置等。
(4)常用的現場氣體產生器包括需要定期更換的消耗部件，如過濾器和凈化器；以及(5)現場氣體產生系統在資金支出和所有權的全部成本上都相對昂貴。
因此，半導體行業一直需要改善的氣體供應源用于向處理設備輸送稀釋氣體。
發明內容
本發明涉及一種用于輸送稀釋活性氣體的裝置和方法，如向半導體制造廠中下游的活性氣體消耗處理單元輸送稀釋的活性氣體。
一方面，本發明涉及一種用于輸送稀釋氣體的系統，其包括活性氣體源；稀釋氣體源；氣體流量計量裝置，其用于以預定流率分配活性氣體；混合裝置，設置該裝置用來將來自純活性氣體源的、由氣體流量計量裝置以所述預定流率分配的活性氣體與稀釋氣體混合，以形成稀釋的活性氣體混合物；以及監測器，設置其用來測量該稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體的濃度，并相應地調整氣體流量計量裝置，從而控制活性氣體的分配率，并將該稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體保持在預定的濃度。
另一方面，本發明涉及一種于輸送稀釋流體的系統，其包括活性流體源；稀釋流體源；流體流量計量裝置，其用于以預定流率分配純活性流體；混合裝置，設置該裝置用來將來自活性流體源的、由流體流量計量裝置以預定的流率分配的活性流體與稀釋流體混合，以形成稀釋的活性流體混合物；以及監測器，其用于測量稀釋的活性流體混合物中的活性流體的濃度，并相應地調整流體流量計量裝置，從而控制活性流體的分配率，并將稀釋的活性流體混合物中的活性流體保持在預定的濃度。
在又一方面，本發明涉及一種于輸送稀釋氣體的方法，其包括提供活性氣體源和稀釋氣體源；
以預定的流率從活性氣體源可控制地分配活性氣體；把按所述預定流率從活性氣體源中分配的活性氣體與來自稀釋氣體源的稀釋氣體混合，以形成稀釋的活性氣體混合物；以及監測該稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體的濃度，并相應地調整純活性氣體的分配率，并在稀釋的活性氣體混合物中保持活性氣體的預定濃度。
在又一方面，本發明涉及一種于傳輸稀釋流體的方法，其包括提供活性流體源和稀釋流體源；以預定流率從活性流體源可控制地分配活性流體；把來自活性流體源的、以所述預定流率分配的活性流體與來自稀釋流體源的稀釋流體混合，以形成稀釋的活性流體混合物；以及監測稀釋的活性流體混合物中的活性流體的濃度，并相應地調整活性流體的分配率，從而將稀釋的活性流體混合物中的活性流體保持在預定的濃度。
通過所公開的內容和權利要求書，本發明的其他方面、特征以及實施例會更加顯而易見。
圖1是根據本發明的一個實施例的稀釋氣體供應系統的示意圖。
圖2是真空壓力圖，按每分鐘升數的作為流率函數的托數示出了在本發明的實施中使用微型文丘里管得到的真空壓力。
圖3是示出按時:分:秒的作為時間函數的四氟化碳百萬分比濃度的FT-IR信號，，以及相應的作為時間函數的IR光度計信號(參考/實際)。
圖4是根據FT-IR響應(參考/實際)的四氟化碳百萬分比濃度的校準曲線，并示出相應的校準算法。
具體實施例方式
本發明基于對高效和經濟的用于輸送稀釋氣體的系統的發現，使用純活性氣體源、稀釋氣體源、用于分配純活性氣體的氣體流量計量裝置、用于將純活性氣體與稀釋氣體混合以形成稀釋活性氣體混合物的動態混合裝置、以及用于測量稀釋活性氣體混合物中的活性氣體濃度并相應地控制純活性氣體的分配速度的監測器，從而得到在稀釋活性氣體混合物中的活性氣體的預定濃度。
如下面更詳細說明的，在一個特定的實施例中，氣體流量計量裝置包括質量流量控制器，該質量流量控制器在用于把純活性氣體源和動態混合裝置相互連接的氣流管線中，監測器包括管線內氣體分析儀，其用于產生有關檢測到的稀釋活性氣體混合物中活性氣體濃度的輸出控制信號，將此控制信號發送給質量流量控制器來調整其設置值，從而實現對稀釋活性氣體混合物預期應用的預定的恒定活性氣體濃度。
氣體流量計量裝置可以是任何合適的類型，例如包括質量流量控制器、可致動用于從活性氣體供應裝置分配極低流率的活性氣體成分的微型閥門元件、連接至分配管線中的流量控制閥的流量計，或任何其他可有效地從活性氣體源供應選擇流率的活性氣體的元件或組件。
活性氣體源也可以是任何類型，如高壓或低壓氣體存儲與分配罐或存有用于稀釋的純活性氣體容器。在一個實施例中，純活性氣體源包括美國Glenn M.Tom等的專利No.5,518,528中說明的次大氣壓力純活性氣體存儲與分配罐，可從ATMI，Inc(Danbury，CT)購買，其商標為“SDS”，其中活性氣體吸附地保留在物理吸附物上，并有選擇地從其上解吸附，以便從該罐分配活性氣體。在另一個實施例中，純活性氣體源包括美國Luping Wang等的專利No.6,089,027中說明的氣體存儲與分配罐，可從ATMI，Inc(Danbury，CT)購買，其商標為“VAC”，其特征在于內部設置的調節元件，用于按調節器設置值所確定的壓力分配活性氣體。
用于混合純活性氣體和稀釋氣體以形成稀釋活性氣體混合物的動態混合裝置可以是任何合適的類型，由此，純活性氣體和稀釋氣體相互混合，以按照期望的活性氣體稀釋濃度排放，如流向下游的稀釋氣體混合物消耗工序。例如，動態混合裝置可包括文丘里管、靜態混合器、泵、壓縮器、轉動混合器、注入器、排放器、對置的裝有噴嘴的混合室，或其他有效混合純活性氣體和稀釋氣體以產生稀釋活性氣體混合物的裝置、結構或組件。
監測器用于測量稀釋活性氣體混合物中的活性氣體的濃度，并相應地控制純活性氣體的分配率，從而得到稀釋活性氣體混合物中的活性氣體的預定濃度，該監測器可以是任何合適的類型，包括光譜儀、色譜儀、色度儀、表面聲波儀(SAW)、光子及火焰電離子器等類型。優選的監測器類型包括傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)和光度計監測器。監測器可以按任何合適的方式設置，如設置在稀釋活性氣體混合物的排放管線的管線內，或通過側流采樣設置安置到樣品氣體上，或以任何其他合適的方式來設置。
監測器可包括一個或多個監測裝置或組件，如按本發明的給定應用所要求的。在使用多個監測裝置的例子中，為了通過不同的檢測方式提供監測，可處理由每個作為組成部分的監測裝置或組件產生的、表示稀釋活性氣體混合物中的活性氣體濃度的信號，以提供與稀釋活性氣體混合物中的活性氣體的濃度相關的平均的或校正的輸出信號。
這種信號處理可由可編程的通用計算機來執行，該計算機被編程，根據合適的算法或計算步驟，處理每個監測裝置或組件的每個輸出信號，從而提供與稀釋活性氣體混合物中的活性氣體的濃度相關的合成輸出信號。作為替換，可由比較器或橋接電路、微處理器、中央處理單元(CPU)或其他處理器來執行所述信號處理，以提供合適的輸出用來調節氣體流量計量裝置，從而實現稀釋活性氣體混合物中期望的活性氣體濃度。
在優選實施例中，監測器類型包括紅外熱電堆檢測系統，如于2002年5月8日提交的美國專利申請No.10/140,848中所描述的，該專利申請全文引入此處，作為參考。在此系統中，放射源發射紅外輻射經過氣體流的樣品，在紅外輻射經過氣體樣品傳輸后，熱電堆檢測器接收該紅外輻射。將與氣體樣品中至少一種成分的濃度相關的信號輸出至控制裝置，優選地該成分為活性氣體成分，該控制裝置用來接收熱電堆檢測器的輸出，并相應地控制一個或多個系統中的和/或影響系統的處理條件。
本發明的稀釋氣體供應系統內的活性氣體可以是任何合適的類型，其依賴于要對其提供稀釋活性氣體混合物的特定的稀釋活性氣體混合物耗用工序。例如該氣體可以是用于形成摻雜劑或痕量試劑類的源材料，用于半導體產品的制造過程。作為替換，可以稀釋該氣體，作為校定標準、作為消毒劑用于低于危險的濃度水平、作為用于毫微級濃度化學反應的反應物，用于準備低濃度誘變劑樣品，用于研究和測試等等。
稀釋活性氣體混合物使用工序可相應地不同，可包括各種工業處理(如化學氣相淀積)、醫療診斷、研究調查、農業化驗、用稀釋的放射療法藥劑做身體治療等等。
稀釋氣體可以是任何合適的類型，可包括各種單一成分稀釋組合物，以及多成分稀釋制備物。本發明的特定的應用中潛在的合適的稀釋氣體有氮、氬、氦、空氣、氪、氙、氙鹵化物、氫、氧、氨，以及氣態的有機金屬化合物等等。
現在參照附圖，圖1是包括純活性氣體源12的稀釋氣體供應系統10的示意圖，例如，純活性氣體源12可包括流體存儲與分配罐，如傳統的高壓氣瓶或次大氣壓力氣體分配系統，如美國Glenn M.Tom等人的專利No.5,518,528和美國Luping Wang等人的專利No.6,089,027中所公開的類型，這兩個專利公開的內容將分別全部引入此處，作為本申請的參考。
因此，如圖所示，純活性氣體源12可包括裝有閥頭50的罐，或作為替換，包括連接有外部調節器、限流孔流量控制元件、以及其他傳統的流路元件的罐。如圖所示，閥頭50可包含常用的流量控制閥(頭閥)，其可由手輪致動器來控制，或作為替換，其由自動閥門控制器控制，如氣動致動器，或電磁閥致動器等等。
純活性氣體源12按密閉的氣流傳送方式與排放管線14相連，排放管線14在其內設置有質量流量控制器16。在質量流量控制器16下游的排放管線14連接至文丘里管18，通過文丘里管提供吸力，以便從排放管線14將純活性氣體流引入文丘里管的喉部。
該系統內設置有稀釋氣體源20，用于沿管線22把稀釋氣體排放至文丘里管18，使氣流流經此處并從文丘里管沿管線24排出，管線22可選地包括質量流量控制器，管線24包含有管線內的氣體分析儀26。
構造和裝配管線內氣體分析儀26以產生表示稀釋氣體流內活性氣體濃度的輸出控制信號，該稀釋氣體流從管線24流過分析儀，并從分析儀26沿管線28分配，以流向下游的氣體耗用處理單元30，如外延生長設施或其他半導體處理工具或裝配處理。
通過信號傳輸線32，把管線內分析儀26產生的電信號發送給質量流量控制器16，控制器16相應地調整排放管線14內純活性氣體的流率，該純活性氣體流向文丘里管18用于稀釋，以產生成品氣體供下游使用。
在操作中，純(100％濃度)活性氣體由純氣體源12分配到包含有質量流量控制器16的排放管線14，質量流量控制器16運行以控制純氣體的輸送率。在排放管線14內產生的經調整流率的純氣體與從稀釋氣體源20經管線22流向文丘里管18的稀釋氣體流混合。代替文丘里管裝置，可使用具有或不具有靜態混合器的排放器或泵之類的裝置將稀釋氣體與活性氣體相混合。文丘里管或其他混合裝置提供跨越質量流量控制器16必要壓力差，以使活性氣體在整個供應系統的流路中流動。產生的混合稀釋氣體流(包括活性氣體和稀釋氣體)沿管線24流至管線內氣體分析儀26，該分析儀確定氣體混合物中的活性氣體的濃度，并根據此濃度相應地產生控制信號，通過信號傳輸線32，將此控制信號發送至質量流量控制器，由控制信號相應地調整質量流量控制器，以提高或降低活性氣體的輸送率，從而實現沿管線28流向下游處理單元30的稀釋活性氣體混合物內的期望的稀釋活性氣體濃度。
管線內氣體監測器/分析儀26可通過任何合適的操作模式操作，例如包括測光法、光譜法、電化學法、聲音監測、熱監測等等，或者是兩個或多個此類操作模式的組合，以確定氣體混合物中的活性氣體的濃度，稀釋的氣體混合物流向下游的用氣工序。
在上述處理的一個改型里，稀釋的氣體混合物監測器包括管線內監測器26，該處理系統可替換地或附加地使用旁路或側流環路，該環路包括岔開管線36和循環管線40，管線36把監測器38和管線24相互連接，循環管線40把監測器38和管線28連接在一起。監測器38產生與沿旁通回路的活性氣體的濃度相關的輸出控制信號，此輸出控制信號通過信號傳輸線44發送至中央處理單元(CPU)46。中央處理單元46處理來自線路44的濃度信號，并沿信號傳輸管線48把相應的經處理的信號發送至質量流量控制器16。
在上述系統的又一個改型中，CPU46可設置為并行地沿管線42接收來自管線內監測器26的濃度輸出信號，由此，來自濃度監測器26和38的信號由CPU46處理，并用來產生整體的控制信號，該控制信號通過信號傳輸線48發送至質量流量控制器16。通過這樣的設置，該系統可以處理來自相應的監測器26和38的兩個濃度監測信號，使各監測器相互之間按相同或不同的監測方式來運行，以此提高發送到質量流量控制器16的控制信號的精確性和可靠性。
所述的活性氣體可以是任何合適的類型，例如在半導體處理的情況下，如氫化物之類的氣體(如氬、磷、鍺烷等等)、酸性氣體(如SiHCl3、SiF4和SiH2Cl2)、硼烷等等。用于此類半導體制造應用的稀釋氣體可包括，如共核雙原子類(如H2、N2和O2)和原子氣體(如氬、氦等)。
可以理解，盡管是參考稀釋氣體類的輸送說明了本發明，本發明也可用于包括期望濃度活性液體的液相物質的混合物的輸送。
也可以理解，本發明的稀釋流體供應系統可被操作和裝配來供應多種活性類，如復雜摻雜物的混合。
當活性氣體源為次大氣壓力氣體源時，如前面所述的Tom等人和Wang等人的專利，使用本發明的系統具有提高安全性能的優勢。
因此，與在前面背景技術中所描述的傳統的方法相比，由于本發明使用了實時氣體監測器來提供連續的氣體混合物的監測，從而保證輸送的稀釋氣體混合物中的稀釋活性氣體濃度恒定。如果活性氣體濃度偏離設置值，氣體監測器向活性氣體計量裝置發送控制信號，以提高或降低活性氣體輸送率，從而保持所期望的濃度值。
下面非限制性的例子將更詳細地說明本發明的特征和優勢。
例1使用圖1所示類型的系統，用四氟化碳(CF4)作為活性氣體來說明本發明的操作。活性氣體源是次大氣壓力VAC氣源罐(可從ATMI，Inc.，Danbury，CT購買)，該罐安裝有內置的氣體調節器，用于把四氟化碳的輸送壓力穩定在500托。
使用連接至氣源罐并能夠以每分鐘低于毫升的流率輸送的微型閥門來配制該氣體，以產生期望的低濃度的混合物。通過使用快速電磁閥來調整閥門的開與關的速率來控制流體的分配操作。
閥門的入口和出口之間要有壓力差，以使得微型閥門可輸送氣體。該壓力差由小型的文丘里泵提供，文丘里泵由60psi的氮氣供應來驅動，氮氣作為稀釋氣體用于稀釋的成品氣體混合物。在文丘里泵的高低壓力界面上產生的擾動提供了純氣體與稀釋氣體的必要的混合。
圖2示出了使用文丘里泵得到的真空壓力水平，示出的真空壓力作為稀釋氮氣流率的函數。作為示例，在60psi下以每分鐘4標準升(slpm)(相當于在14.7psi下的7.8slpm)氮氣的流動產生250托的真空壓力。在微型閥門入口(500托)和出口(200托)之間有足夠的壓力差，足以產生期望的氣體流。
所產生的四氟化碳/氮氣被引入兩個管線內氣體分析儀。第一分析儀是可購買的傅里葉變換紅外(FT-IR)分光計。第二氣體分析儀為紅外光度計，其包括寬帶紅外(IR)光源和雙通道過濾的熱電堆檢測器。
在光度計中，使用一個過濾器元件來阻擋除了活性類(四氟化碳)吸光的區域之外的所有的IR能量。光度計中的第二過濾器元件過濾掉除了沒有常用物質吸光的區域中的窄帶之外的所有IR能量，因此可使用第二過濾器元件用于參考信號的目的。該光度計系統特征簡單，沒有活動部分，其提供與活性氣體(CF4)的濃度成比例的模擬信號。
圖3示出了隨著改變CF4輸送率，來自IP光度計和FT-IR分析儀的依賴時間的信號。同時，由于與FT-IR裝置相關聯的計算時段，FT-IR信號具有延時特性，IR光度計對變化的條件提供精確和快速的響應。
圖3也示出了用于控制活性氣體的小氣流的輸送率的微型閥門的用途。例如，每分鐘1標準升(slpm)N2按體積含百萬分之(ppmv)100濃度的CF4相當于每分鐘0.7標準立方厘米(sccm)CF4的輸送。通過降低閥門內的壓力，或者引入閥門出口和文丘里管入口之間的流量限制，可實現較低的流率。
圖4示出了通過比較FT-IR校驗信號和IR光度計的參考信號所產生的IR光度計的校準曲線。
以上示例說明了本發明輸送低流率活性氣體的用途，通過在分析儀和氣體流量計量元件之間使用簡單的反饋回路來混合、測量并動態控制。
盡管參照特定的方面、特征和實施例對本發明進行了描述，可以理解本發明并不因此受限制，而可實施各種其他的變更、修改以及替換的實施例。
因此，在本發明的權利要求的精神和范圍之內，本發明廣泛地包括此類變更、修改和替換的實施例。
權利要求
1.一種用于輸送稀釋氣體的系統，包括活性氣體源；稀釋氣體源；氣體流量計量裝置，其用于以預定的流率分配活性氣體；混合裝置，用于把來自所述活性氣體源的、由該氣體流量計量裝置以所述預定的流率分配的活性氣體與稀釋氣體混合，以形成稀釋的活性氣體混合物；以及監測器，用于測量該稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體的濃度，并相應地調整氣體流量計量裝置，從而控制活性氣體的分配率，并將稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體保持在預定的濃度。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述氣體流量計量裝置包括質量流量控制器。
3.根據權利要求2所述的系統，進一步包括用于把純活性氣體源和混合裝置相互連接的氣流管線，并且其中所述質量流量控制器設置在所述氣流管線內。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括管線內氣體分析儀。
5.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括位于旁通氣流環路中的氣體分析儀。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述氣體流量計量裝置包括質量流量控制器，以及設置所述監測器來產生與檢測的稀釋的活性氣體混合物中活性氣體濃度相關的輸出控制信號，將此控制信號發送給所述質量流量控制器來調整其設置值，從而實現稀釋的活性氣體混合物中的預定的恒定活性氣體濃度。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述氣體流量計量裝置包括一種裝置，該裝置從由質量流量控制器、可致動地從活性氣體源分配低流率的活性氣體的微型閥門、以及連接至流量控制閥的流量計組成的組中選出。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述活性氣體源包括純態的活性氣體。
9.根據權利要求1所述的系統，其中，所述活性氣體源包括保持該活性氣體的氣體存儲與分配罐。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述氣體存儲與分配罐包含吸附保持活性氣體的物理吸附介質，并從所述物理吸附介質解吸附活性氣體以便從所述罐分配活性氣體。
11.根據權利要求9所述的系統，其中，所述氣體存儲與分配罐包含內置的調節器，其用于以調節器設置值確定的壓力從所述罐分配活性氣體。
12.根據權利要求1所述的系統，其中，所述混合裝置包括一種裝置，該裝置從由文丘里管、靜態混合器、泵、壓縮機、旋轉混合器、注入器、排放器以及對置的裝有噴嘴的混合室組成的組中選出。
13.根據權利要求1所述的系統，其中，所述混合裝置包括文丘里管。
14.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括一種氣體監測裝置，該裝置從由光譜儀、色譜儀、色度儀、表面聲波儀(SAW)、光子及火焰電離子氣體監測器組成的組中選出。
15.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括傅里葉變換紅外(FT-IR)氣體分析儀。
16.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括IR光度計。
17.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括傅里葉轉換(FT-IR)氣體分析儀和IR光度計。
18.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括多個氣體監測裝置。
19.根據權利要求18所述的系統，其中，所述多個氣體監測裝置包括具有不同氣體濃度檢測方式的氣體監測裝置。
20.根據權利要求18所述的系統，其中，所述多個氣體監測裝置包括具有相同氣體濃度檢測方式的氣體監測裝置。
21.根據權利要求1所述的系統，進一步包括稀釋活性氣體混合物排放管線，其連接至稀釋活性氣體混合物耗用設施。
22.根據權利要求21所述的系統，其中，所述稀釋活性氣體混合物耗用設施包括半導體制造廠。
23.根據權利要求22所述的系統，其中，所述半導體制造廠包括化學氣相淀積單元。
24.根據權利要求1所述的系統，其中，所述監測器包括多個氣體監測裝置以及信號處理單元，多個氣體監測裝置中的每一個產生與稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體的濃度相關的輸出，每個這樣的輸出被發送到該信號處理單元用于處理，設置該信號處理單元用來傳輸由該多個氣體監測裝置的輸出所導出的控制信號，以相應地調整所述氣體流量計量裝置，從而控制純活性氣體的分配率，并把稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體保持在預定的濃度。
25.根據權利要求24所述的系統，其中，所述信號處理單元包括一種處理裝置，該裝置從由比較器電路、橋接電路、微處理器以及可編程的通用計算機組成的組中選出。
26.根據權利要求1所述的系統，以稀釋的活性氣體混合物饋送關系連接至半導體制造設施。
27.根據權利要求26所述的系統，其中，所述半導體制造設施包括化學氣相淀積處理單元。
28.根據權利要求27所述的系統，其中，所述活性氣體包括用于形成摻雜劑類的源材料。
29.根據權利要求28所述的系統，其中，所述源材料包括一種氫化物，該氫化物從由胂、磷和鍺烷組成的組中選出。
30.根據權利要求1所述的系統，其中所述稀釋氣體源包括一種稀釋氣體，該稀釋氣體從由氮、氬、氦、空氣、氪、氙、氙鹵化物、氫、氧、氨以及氣態的有機金屬化合物組成的組中選出。
31.根據權利要求1所述的系統，其中，所述活性氣體源包括一種活性氣體，該獲悉氣體從由氫化物、酸性氣體和硼烷組成的組中選出。
32.根據權利要求31所述的系統，其中，所述活性氣體從由胂、磷、鍺烷、SiHCl3、SiF4、SiH2Cl2以及上述兩種或多種的混合物所構成的組中選出。
33.根據權利要求1所述的系統，其中，所述稀釋氣體源包括一種稀釋氣體，其從由H2、N2、O2、氬、氦以及上述兩種或多種的混合物所組成的組中選出。
34.根據權利要求1所述的系統，其中，所述活性氣體源包括含有四氟化碳的活性氣體。
35.根據權利要求1所述的系統，其中，所述氣體流量計量裝置包括微型閥門。
36.根據權利要求1所述的系統，其中，所述混合裝置包括文丘里管，并且所述氣體流量計量裝置包括閥門和位于閥門和文丘里管之間的限流孔。
37.一種用于輸送稀釋流體的系統，包括活性流體源；稀釋流體源；流體流量計量裝置，其用于以預定流率分配純活性氣體；混合裝置，用于把來自活性流體源的、由該流體流量計量裝置以所述的預定流量分配的活性流體與稀釋流體混合，以形成稀釋的活性流體混合物；以及監測器，用于測量稀釋的活性流體混合物中的活性流體的濃度，并相應地調整流體流量計量裝置，從而控制活性流體的分配速度，并將稀釋的活性流體混合物中的活性流體保持在預定的濃度。
38.根據權利要求37所述的系統，其中，所述活性流體源包括作為活性流體的液體。
39.根據權利要求38所述的系統，其中，所述活性流體源包括作為活性流體的半導體處理氣體。
40.一種用于輸送稀釋氣體的方法，包括提供活性氣體源和稀釋氣體源；以預定的流率從活性氣體源可控制地分配活性氣體；把來自活性氣體源的、以所述預定的流量分配的活性氣體與來自稀釋氣體源的稀釋氣體混合，以形成稀釋的活性氣體混合物；以及監測稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體的濃度，并相應地調整純活性氣體的分配速度，從而將稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體保持在預定的濃度。
41.根據權利要求40所述的方法，其中，所述可控制地分配活性氣體的步驟包括用質量流量控制器調節活性氣體的流量。
42.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使稀釋活性氣體混合物流過管線內氣體分析儀。
43.根據權利要求40所述的方法，其中，所述可控制地分配活性氣體的步驟包括用質量流量控制器調節活性氣體的流量，并且所述監測步驟包括使稀釋活性氣體混合物流經管線內氣體分析儀，以產生與檢測的稀釋的活性氣體混合物中活性氣體濃度相關的輸出控制信號，將所述控制信號發送給所述質量流量控制器來調整其設置值，從而實現稀釋的活性氣體混合物中的預定的恒定活性氣體濃度。
44.根據權利要求40所述的方法，其中，所述可控制地分配活性氣體的步驟包括利用裝置來調節活性氣體的流量，所述裝置從由質量流量控制器、可致動地從活性氣體源分配低流率的活性氣體的微型閥門以及連接至流量控制閥的流量計組成的組中選出。
45.根據權利要求40所述的方法，其中，所述活性氣體源包括純態的活性氣體。
46.根據權利要求40所述的方法，其中，所述活性氣體源包括保存活性氣體的氣體存儲和分配罐。
47.根據權利要求46所述的方法，其中，所述氣體存儲和分配罐包含吸附保持活性氣體的物理吸附介質，并且從所述物理吸附介質解吸附活性氣體以便從該罐分配活性氣體。
48.根據權利要求46所述的方法，其中，所述氣體存儲和分配罐包含內置的調節器，其用于按照調節器設置值確定的壓力從該罐分配活性氣體。
49.根據權利要求40所述的方法，其中，所述混合步驟包括使用裝置來混合來自活性氣體源的活性氣體和來自稀釋氣體源的稀釋氣體，所述裝置從由文丘里管、靜態混合器、泵、壓縮器、旋轉混合器、注入器、排放器以及對置的裝有噴嘴的混合室組成的組中選出。
50.根據權利要求40所述的方法，其中，所述混合步驟包括使用接收活性氣體和稀釋氣體的文丘里管來混合來自活性氣體源的活性氣體和來自稀釋氣體源的稀釋氣體。
51.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使用氣體監測裝置，其選自由光譜儀、色譜儀、色度儀、表面聲波儀(SAW)、光子及火焰電離子氣體監測器所組成的組。
52.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使用傅里葉變換紅外(FT-IR)氣體分析儀。
53.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使用IR光度計。
54.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使用傅里葉變換紅外(FT-IR)氣體分析儀和IR光度計。
55.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使用多個氣體監測裝置。
56.根據權利要求55所述的方法，其中，所述多個氣體監測裝置包括具有不同氣體濃度檢測方式的氣體監測裝置。
57.根據權利要求55所述的方法，其中，所述多個氣體監測裝置包括具有相同氣體濃度檢測方式的氣體監測裝置。
58.根據權利要求40所述的方法，進一步包括使稀釋活性氣體混合物流向稀釋活性氣體混合物耗用設施。
59.根據權利要求58所述的方法，其中，所述稀釋活性氣體混合物耗用設施包括半導體制造廠。
60.根據權利要求59所述的方法，其中，所述半導體制造廠包括化學氣相淀積單元。
61.根據權利要求40所述的方法，其中，所述監測步驟包括使用多個氣體監測裝置以及信號處理單元，該多個氣體監測裝置的每個產生與稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體的濃度相關的輸出，并且每個這樣的輸出被發送到信號處理單元用于處理，并且設置信號處理單元用來發送由該多個氣體監測裝置的輸出所導出的控制信號，以相應地調整氣體流量計量裝置，從而控制純活性氣體的分配率，并將稀釋的活性氣體混合物中的活性氣體保持在預定的濃度。
62.根據權利要求61所述的方法，其中，所述信號處理單元包括處理裝置，其從由比較器電路、橋接電路、微處理器以及可編程的通用計算機組成的組中選出。
63.根據權利要求40所述的方法，包括使稀釋的活性氣體混合物流向半導體制造設施。
64.根據權利要求63所述的方法，其中，所述半導體制造設施包括化學氣相淀積處理單元。
65.根據權利要求64所述的方法，其中，所述活性氣體包括用于形成摻雜劑類的源材料。
66.根據權利要求65所述的方法，其中，所述源材料包括氫化物，其選自由胂、磷和鍺烷組成的組。
67.根據權利要求40所述的方法，其中，所述稀釋氣體源包括稀釋氣體，其從由氮、氬、氦、空氣、氪、氙、氙鹵化物、氫、氧、氨以及氣態的有機金屬化合物組成的組中選出。
68.根據權利要求40所述的方法，其中，所述活性氣體源包括活性氣體，其選自由氫化物、酸性氣體和硼烷組成的組。
69.根據權利要求40所述的方法，其中，所述活性氣體從由胂、磷、鍺烷、SiHCl3、SiF4、SiH2Cl2以及前述的兩種或多種的混合物所組成的組中選出。
70.根據權利要求40所述的方法，其中，所述稀釋氣體源包括稀釋氣體，其從由H2、N2、O2、氬、氦以及前述的兩種或多種的混合物所組成的組中選出。
71.根據權利要求40所述的方法，其中，所述活性氣體源包括含有四氟化碳的活性氣體。
72.根據權利要求40所述的方法，其中，所述以預定流率從活性氣體源可控制地分配活性氣體的步驟包括使活性氣體流過具有微型閥門的氣體流量計量裝置。
73.根據權利要求40所述的方法，其中，所述混合步驟包括使來自活性氣體源的活性氣體和來自稀釋氣體源的稀釋氣體流過文丘里管，并且所述的以預定流率從活性氣體源可控制地分配活性氣體的步驟包括使活性氣體流過具有閥門以及閥門與文丘里管之間的限流孔的氣體流量計量裝置。
74.一種用于輸送稀釋流體的方法，包括提供活性流體源和稀釋流體源；以預定的流率從活性流體源可控制地分配活性流體；把來自活性流體源的、以所述預定流率分配的活性流體與來自稀釋流體源的稀釋流體混合，以形成稀釋活性流體混合物；以及監測稀釋的活性流體混合物中的活性流體的濃度，并相應地調整活性流體的分配率，從而將稀釋的活性流體混合物中的活性流體保持在預定的濃度。
全文摘要
一種用于輸送稀釋活性流體的裝置和方法，如向半導體制造廠的下游活性流體消耗處理單元輸送稀釋流體。所述輸送系統包括活性流體源；稀釋流體源；流體流量計量裝置，其用于以預定流率分配活性流體；混合器，設置其用來把來自活性流體源的、由流體流量計量裝置以所述預定流率分配的活性流體與稀釋流體混合，以形成稀釋活性流體混合物；以及監測器，設置其用來測量稀釋活性流體混合物中的活性流體的濃度，并相應地調整流體流量計量裝置，從而控制活性流體的分配速度，并將稀釋活性流體混合物中的活性流體保持在預定濃度。
文檔編號G01N21/35GK1768312SQ200480008664
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月25日 優先權日2003年3月28日
發明者喬斯·I·阿爾諾, 詹姆斯·A·迪茨 申請人:高級技術材料公司