專利名稱：脈沖質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備，更具體地，涉及用于將精確數(shù)量的工藝氣體輸送到半導(dǎo)體工藝室的系統(tǒng)和方法。更加具體地，本發(fā)明公開涉及用于將前體氣體(precursor gases)的脈沖質(zhì)量流量輸送到半導(dǎo)體工藝室中的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的制造或加工通常需要嚴(yán)格地同步并精確測(cè)量輸送到工藝室的許多氣體的輸送量。在制造工藝中使用各種方法和許多分立的工藝步驟，其中半導(dǎo)體器件需要被清洗、拋光、氧化、掩蔽、蝕刻、摻雜、金屬化等。所使用的步驟、其具體次序和所包括的材料都對(duì)具體器件的制備有影響。
由于器件尺寸持續(xù)縮小到90nm以下，半導(dǎo)體發(fā)展(roadmap)提出一種將在許多應(yīng)用中需要的原子層沉積(ALD)工藝，例如用于銅互連的阻擋層的沉積、鎢晶核層的制造和高傳導(dǎo)性介質(zhì)的生產(chǎn)。在ALD工藝中，兩種或更多種前體氣體流過保持真空的工藝室中的晶片表面上方。兩種或更多前體氣體以交替(或脈沖)方式流動(dòng)，以便使氣體可以與晶片表面上的結(jié)構(gòu)或功能組反應(yīng)。當(dāng)所有可用結(jié)構(gòu)都以前體氣體之一(例如，氣體A)飽和時(shí)，停止反應(yīng)并使用凈化氣體從工藝室清除過多的前體分子。當(dāng)下一前體氣體(即，氣體B)流過晶片表面上方時(shí)，重復(fù)該工藝。將一個(gè)循環(huán)定義為前體A的一個(gè)脈沖、凈化、前體B的一個(gè)脈沖和凈化。重復(fù)該順序直到達(dá)到最終的厚度。這些連續(xù)的、受自身制約的表面反應(yīng)在每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生沉積膜的一個(gè)單層。
一般使用開/關(guān)型閥門控制進(jìn)入工藝室的前體氣體的脈沖，開/關(guān)型閥門僅打開預(yù)定的時(shí)間段以便將所需量的前體氣體輸送到工藝室中?；蛘?，在短時(shí)間間隔中，使用質(zhì)量流量控制器輸送可重復(fù)的氣體流速，而不是一定質(zhì)量或數(shù)量的氣體，質(zhì)量流量控制器是由傳感器、控制閥和控制與信號(hào)處理電路構(gòu)成的自給(self-contained)裝置。在這兩種情況中，不能實(shí)際測(cè)量流到工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量。
仍然需要一種新的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，用于測(cè)量并將前體氣體的脈沖質(zhì)量流量輸送到半導(dǎo)體工藝室中。優(yōu)選地，該系統(tǒng)和方法將實(shí)際測(cè)量流到工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量。此外，優(yōu)選地，該系統(tǒng)和方法提供用在諸如原子層沉積(ALD)工藝的半導(dǎo)體制造工藝中的高重復(fù)性和精確數(shù)量的氣體質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了一種用于輸送所需質(zhì)量的氣體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括室；控制流入室中的氣體的第一閥門；控制流出室的氣流的第二閥門；提供室內(nèi)壓力測(cè)量的壓力傳感器；輸入裝置，用于提供將被該系統(tǒng)輸送的所需氣質(zhì)量體；連接到閥門、壓力傳感器和輸入裝置的控制器。將控制器編程為從輸入裝置接收所需氣體質(zhì)量；關(guān)閉第二閥門并打開第一閥門；接收來自壓力傳感器的室壓測(cè)量；當(dāng)室內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)關(guān)閉入口閥門；然后控制器被編程為等待預(yù)定的等待時(shí)間段，以使室內(nèi)部的氣體達(dá)到平衡狀態(tài)；在時(shí)間＝t0時(shí)打開出口閥門；并且當(dāng)釋放的氣體質(zhì)量等于所需質(zhì)量時(shí)在時(shí)間＝t*時(shí)關(guān)閉出口閥門。
根據(jù)本公開的一個(gè)方面，釋放的質(zhì)量Δm等于Δm＝m(t0)-m(t*)＝V/R[(P(t0)/T(t0))-(P(t*)/T(t*))]，其中，m(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)輸送室中的氣體質(zhì)量，m(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)輸送室中的氣體質(zhì)量，V是輸送室的容積，R等于普適氣體常數(shù)(8.3145J/mol K)，P(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)室內(nèi)的壓力，P(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)室內(nèi)的壓力，T(t0)是時(shí)間＝t0是室內(nèi)的溫度，T(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)室內(nèi)的溫度。
根據(jù)本公開的另一方面，系統(tǒng)還包括固定到輸送室并連接到控制器的溫度探針，而且溫度探針直接向控制器提供T(t0)和T(t*)。
根據(jù)本公開的再一方面，系統(tǒng)還包括固定到輸送室并連接到控制器的溫度探針。T(t0)和T(t*)由下式計(jì)算dT/dt＝(ρSTP/ρV)Qout(γ-1)T+(Nuk/l)(AW/VCvρ)(TW-T)。其中，ρSTP是標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(STP)條件下的氣體密度，ρ等于氣體密度，V是室的容積，Qout是流出輸送室的氣流，T等于絕對(duì)溫度，γ是比熱比，Nu是Nusslets數(shù)，k是氣體的熱傳導(dǎo)率，Cv是恒定體積下的比熱，l是輸送室的特征長(zhǎng)度，且TW是由溫度探針提供的室壁的溫度。
根據(jù)本公開的又一方面，流出輸送室的氣流Qout由下式計(jì)算Qout＝-(V/ρSTP)[(1/RT(dρ/dt)-(P/RT2)(dT/dt)]。
除了其他方面和優(yōu)點(diǎn)之外，本公開提供了一種用于將前體氣體的脈沖質(zhì)量流量輸送到半導(dǎo)體工藝室中的新的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。該質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)和方法實(shí)際測(cè)量流入工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量。此外，本系統(tǒng)和方法提供了在諸如原子層沉積(ALD)工藝的半導(dǎo)體制造工藝中使用的高重復(fù)性且精確數(shù)量的氣體質(zhì)量。
通過以下詳細(xì)描述本公開的其他方面和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得更加明顯，其中僅以說明方式示出并描述了本公開的示例性實(shí)施例。如可理解的那樣，本公開可以是其他不同的實(shí)施例，且其一些細(xì)節(jié)可以各種顯而易見的方面進(jìn)行修改，且完全不脫離本公開。因此，附圖和說明書應(yīng)被視為說明性的而不是限制性的。


參考附圖，其中全文中具有相同參考符號(hào)的元件表示相同元件，且其中圖1是根據(jù)本公開構(gòu)造的脈沖質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖；圖2是包括兩個(gè)圖1的脈沖質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)的原子層沉積系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖；圖3是說明根據(jù)本公開用于輸送脈沖質(zhì)量流量的方法的示例性實(shí)施例的流程圖，其中該方法可用于操作圖1的脈沖質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)；圖4是進(jìn)行圖3的方法時(shí)，圖1系統(tǒng)的室內(nèi)壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線圖；圖5是在完成圖3的方法后，圖1系統(tǒng)的室內(nèi)壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線圖；圖6是進(jìn)行圖3的方法時(shí)，圖1系統(tǒng)室內(nèi)的實(shí)際壓力、溫度和質(zhì)量與模擬溫度和質(zhì)量與時(shí)間的關(guān)系曲線圖；圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的原子層沉積系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，本公開提供了質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10的示例性實(shí)施例，并且，在圖2中，本公開提供了用于輸送質(zhì)量流量的方法100的示例性實(shí)施例。系統(tǒng)10和方法100具體用于將無污染的精確計(jì)量數(shù)量的工藝氣體輸送到半導(dǎo)體工藝室。質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10和方法100實(shí)際測(cè)量流到工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量。此外，該系統(tǒng)和方法提供了在諸如原子層沉積(ALD)工藝的半導(dǎo)體制造工藝中使用的高重復(fù)性和精確數(shù)量的氣體質(zhì)量。然而，在描述本公開的系統(tǒng)10和方法100之前，首先描述原子層沉積設(shè)備的例子以提供背景信息。
圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的原子層沉積系統(tǒng)30的示例性實(shí)施例的示意圖。系統(tǒng)30包括用于容納半導(dǎo)體晶片或襯底32的工藝室31。通常，晶片32位于支撐體(夾盤)33頂上并將加熱器34連接到夾盤以便加熱夾盤33和襯底32，以進(jìn)行等離子體沉積。通過位于室31一端的氣體分配器35將工藝氣體引入室31中。將真空泵36和節(jié)流閥37設(shè)置在相反的一端，以便使氣體流過晶片表面并調(diào)節(jié)工藝室內(nèi)的壓力。
系統(tǒng)30還包括用于混合各種工藝氣體的混合匯流管38、用于形成等離子體的等離子體形成區(qū)39?？梢岳酶鞣N用于組合氣體并形成等離子體的化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，包括修改現(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù)。然后將遠(yuǎn)程形成的等離子體送入氣體分配器35中，再送入工藝室31中。
混合匯流管38具有用于引入氣體和化學(xué)物質(zhì)的兩個(gè)入口。引入載氣和氣流，其在混合匯流管38處分開。載氣通常是惰性氣體，例如氮?dú)??；旌蠀R流管38還具有用于化學(xué)物質(zhì)的兩個(gè)入口。在圖7的示意圖中，示出了將化學(xué)物質(zhì)A和化學(xué)物質(zhì)B與載氣組合化學(xué)物質(zhì)A屬于第一前體氣體且化學(xué)物質(zhì)B屬于第二前體氣體，用于在工藝室31中的半導(dǎo)體晶片32上進(jìn)行原子層沉積。提供包括多個(gè)調(diào)節(jié)閥門的化學(xué)物質(zhì)選擇匯流管40和41，用于選擇分別可用作前體氣體A和B的化學(xué)物質(zhì)。開/關(guān)型閥門42和43分別調(diào)節(jié)向混合匯流管38引入前體氣體A和B。
一旦晶片32位于工藝室31中，就使室環(huán)境滿足所需的參數(shù)。例如，為了進(jìn)行原子層沉積而升高半導(dǎo)體晶片32的溫度。打開載氣流，以便在氣體被通過泵36建立的真空吸引時(shí)存在恒定調(diào)節(jié)流量的載氣。當(dāng)將要進(jìn)行原子層沉積時(shí)，打開閥門42使第一前體引入到載氣流中。在預(yù)選時(shí)間后，關(guān)閉閥門42，并用載氣從工藝室31中凈化任何殘留的活性成分。然后，打開閥門43將第二前體引入到載氣流中。再次在另一預(yù)選時(shí)間后，關(guān)閉閥門43并用載氣從工藝室31中凈化活性成分。將兩種化學(xué)物質(zhì)A和B交替引入到載氣流中，以進(jìn)行原子層沉積循環(huán)以便在半導(dǎo)體晶片32上沉積膜層。
由此，通過簡(jiǎn)單地將開/關(guān)型閥門42和43打開預(yù)定時(shí)間段，以將需要量的前體氣體輸送到工藝室31中，來控制進(jìn)入工藝室31中的前體氣體脈沖?；蛘?，可以使用質(zhì)量流量控制器取代開/關(guān)型閥門42和43，以便在定時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)向處理器31輸送可重復(fù)的氣體速度，質(zhì)量流量控制器是由傳感器、控制閥和控制及信號(hào)處理電路構(gòu)成的自給裝置。兩種情況下，沒有實(shí)際測(cè)量流入工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量。相反，控制流體速度來估計(jì)質(zhì)量流量。然而，本公開的質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10和方法100實(shí)際測(cè)量流入工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量，而不是控制流速以估計(jì)質(zhì)量流量。
再次參考圖1，所公開的質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10包括輸送室12、控制進(jìn)入室12的質(zhì)量流量的第一閥門14，和控制流出室12的質(zhì)量流量的第二閥門16。例如，根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，第一和第二閥門14、16包括開/關(guān)型閥門，且至少第二或出口閥門16具有約1至5毫秒的相對(duì)非常快的響應(yīng)時(shí)間。
質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10還包括用于提供室12內(nèi)壓力測(cè)量的壓力傳感器18，以及用于提供室12上或內(nèi)溫度測(cè)量的溫度傳感器20。例如，壓力傳感器18還具有約1至5毫秒的相對(duì)非常快的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，溫度傳感器20與室12的壁接觸并提供室12的壁的溫度測(cè)量。
用于本公開的輸送系統(tǒng)10的合適的壓力傳感器18的例子是可從本公開受讓人MKS Instruments of Andover，MA(http://www.mksinst.com)購(gòu)得的Baratron俳壓力傳感器。合適的閥門14、16也可從受讓人購(gòu)得。
質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10的輸入裝置22接收所需的質(zhì)量流量(直接來自人工操作者或間接通過晶片處理計(jì)算機(jī)控制器)，而且計(jì)算機(jī)控制器(即，計(jì)算機(jī)處理單元或“CPU”)24連接到壓力傳感器18、溫度傳感器20、閥門14、16和輸入裝置22。輸入裝置22也可以用于輸入其他處理指令。輸出裝置26連接到控制器24，并提供由系統(tǒng)10輸送的質(zhì)量的指示(直接來自人工操作者或者間接地通過晶片處理計(jì)算機(jī)控制器)。輸入和輸出裝置22、26可以組合到單個(gè)單元中，例如具有鍵盤和監(jiān)視器的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
如圖2所示，可以提供包括圖1的兩個(gè)質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10的原子層沉積系統(tǒng)130。該原子層沉積系統(tǒng)130類似于圖7現(xiàn)有技術(shù)的原子層沉積系統(tǒng)，因此相似的元件共用相同的參考數(shù)字。但是，圖2的原子層沉積系統(tǒng)130包括兩個(gè)圖1的質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10，用于分別調(diào)節(jié)向混合匯流管38中引入前體氣體A和B。
根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，圖1的質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)10的控制器24進(jìn)行圖3的方法100。參考圖1和3，如圖3的102所示，控制器24被編程為通過輸入裝置22接收所需的質(zhì)量流量(即，給定值)；如圖3的104所示，關(guān)閉出口閥門16；如圖3的106所示，打開到室12的第一入口閥門14；如圖3的108所示，使用壓力傳感器18測(cè)量室內(nèi)的壓力；如圖3的11O所示，并且當(dāng)室12內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)關(guān)閉入口閥門14。壓力的預(yù)定水平由使用者設(shè)定并可以通過輸入裝置22來提供。例如，壓力的預(yù)定水平可以包括200托。
在預(yù)定的等待時(shí)間段之后，在該等待時(shí)間段中室12內(nèi)部的氣體可以達(dá)到平衡狀態(tài)，打開出口閥門16以便從室12釋放氣體質(zhì)量，這如圖3的112所示。預(yù)定的等待時(shí)間段由使用者設(shè)定并且可以通過輸入裝置22提供。例如，預(yù)定的等待時(shí)間段可以包括3秒。然后當(dāng)釋放的氣體質(zhì)量等于使用者設(shè)定的所需質(zhì)量流量時(shí)，關(guān)閉出口閥門16，這如圖3的114所示。出口閥門16僅僅打開一個(gè)非常短的時(shí)間段(例如，100至500毫秒)。然后控制器24向輸出裝置26提供釋放的氣體質(zhì)量。
對(duì)于高壓應(yīng)用來說，可以使用溫度探針20來測(cè)量系統(tǒng)10的輸送室12內(nèi)氣體的溫度。但是，對(duì)于低壓應(yīng)用和快速溫度瞬變來說，使用探針測(cè)量溫度不能足夠快地得到精確讀數(shù)。在低壓應(yīng)用和快速溫度瞬變的情況下，使用如下所述的估計(jì)氣體溫度的實(shí)時(shí)物理模型。
根據(jù)理想氣體定律輸送室12中的總質(zhì)量為m＝ρV＝(P/RT)V(1)其中ρ等于密度，V等于體積，P等于絕對(duì)壓力，T等于絕對(duì)溫度，且R等于普適氣體常數(shù)(8.3145J/molK)。
輸送室12內(nèi)的密度的動(dòng)態(tài)變化為dρ/dt＝-(QoutρSTP/V)(2)其中Qout是流出室12的流量，ρSTP是標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(STP)條件下的氣體密度。
輸送室12內(nèi)的溫度動(dòng)態(tài)變化為dT/dt＝(ρSTP/ρV)Qout(γ-1)T+(Nuk/l)(AW/VCvρ)(TW-T)(3)其中，γ是比熱比，Nu是Nusslets數(shù)，k是氣體的熱傳導(dǎo)率，Cv是恒定體積下的比熱，l是輸送室的特征長(zhǎng)度，且TW是由溫度探針20提供的室12的壁的溫度。
流出流量Qout可以如下估計(jì)Qout＝-(V/ρSTP)[(1/RT)(dρ/dt)-(P/RT2)(dT/dt)](4)為了計(jì)算由室12輸送的總質(zhì)量Δm，與圖1中使用溫度探針20不同，將等式(4)代入等式(3)中的Qout以計(jì)算時(shí)間＝t時(shí)室12內(nèi)的氣體溫度T(t)。壓力傳感器18提供時(shí)間＝t時(shí)，室12內(nèi)的壓力P(t)。
時(shí)間t0和t*之間由室12輸送的總質(zhì)量Δm為Δm＝m(t0)-m(t*)＝V/R[(P(t0)/T(t0))-(P(t*)/T(t*))](5)圖4是進(jìn)行圖3的方法100時(shí)，圖1系統(tǒng)10的室12內(nèi)壓力P(t)與時(shí)間的關(guān)系曲線。圖5是完成圖3的方法后，圖1系統(tǒng)10的室12內(nèi)的壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線，并示出了室壓P(t)在出口閥門16關(guān)閉后稍微增大并穩(wěn)定。圖6是進(jìn)行圖3的方法100時(shí)，圖1系統(tǒng)10的室12內(nèi)計(jì)算出的或?qū)嶋H的性能與時(shí)間的關(guān)系曲線。具體地，圖6的曲線圖包括使用等式(3)計(jì)算的溫度或模型溫度“Tmodel”；由壓力傳感器18提供的室12內(nèi)的實(shí)際壓力“P”；由溫度探針20提供的室12的壁的實(shí)際溫度“Twall”；通過由等式(3)提供的模型溫度“Tmodel””使用等式(5)計(jì)算的由輸送室12輸送的氣體質(zhì)量Mmodel；以及通過由溫度探針20提供的壁溫度“Twall”使用等式(5)計(jì)算的由輸送室12輸送的氣體質(zhì)量Mwall。
除了其他方面和優(yōu)點(diǎn)，本公開提供了一種用于將前體氣體的脈沖質(zhì)量流量輸送到半導(dǎo)體工藝室中的新的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。質(zhì)量流量輸送系統(tǒng)和方法實(shí)際測(cè)量流入工藝室中的材料(質(zhì)量)數(shù)量。此外，該系統(tǒng)和方法提供了在諸如原子層沉積(ALD)工藝的半導(dǎo)體制造工藝中使用的高重復(fù)性且精確數(shù)量的氣體質(zhì)量。
已經(jīng)通過說明性而非限制性的方式說明了本說明書中所述的示例性實(shí)施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本公開更寬方面和所附權(quán)利要求所限定的精神或范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改、組合和置換。
權(quán)利要求
1.一種用于輸送所需質(zhì)量的氣體的系統(tǒng)，包括室；控制進(jìn)入該室中的氣流的第一閥門；控制流出該室的氣流的第二閥門；提供該室內(nèi)壓力測(cè)量的壓力傳感器；輸入裝置，用于提供將從該系統(tǒng)輸送的所需氣體質(zhì)量；連接到所述閥門、所述壓力傳感器和所述輸入裝置的控制器，其被編程為通過所述輸入裝置接收所需質(zhì)量的氣體，關(guān)閉所述第二閥門；打開所述第一閥門；從所述壓力傳感器接收室壓的測(cè)量；當(dāng)所述室內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)關(guān)閉所述入口閥門；等待預(yù)定的等待時(shí)間段以使所述室內(nèi)部的氣體達(dá)到平衡狀態(tài)；在時(shí)間＝t0時(shí)打開所述出口閥門；并且當(dāng)釋放的氣體質(zhì)量等于所需質(zhì)量時(shí)在時(shí)間＝t*時(shí)關(guān)閉所述出口閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述釋放的質(zhì)量Δm等于Δm＝m(t0)-m(t*)＝V/R[(P(t0)/T(t0))-(P(t*)/T(t*))](5)其中，m(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)所述輸送室中的氣體質(zhì)量，m(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)所述輸送室中的氣體質(zhì)量，V是所述輸送室的容積，R等于普適氣體常數(shù)(8.3145J/molK)，P(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)所述室內(nèi)的壓力，P(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)所述室內(nèi)的壓力，T(t0)是時(shí)間＝t0是所述室內(nèi)的溫度，T(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)所述室內(nèi)的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，還包括固定到所述輸送室并連接到所述控制器的溫度探針，其中該溫度探針直接向所述控制器提供T(t0)和T(t*)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，還包括固定到所述輸送室并連接到所述控制器的溫度探針，且其中T(t0)和T(t*)由下式計(jì)算dT/dt＝(ρSTP/ρV)Qout(γ-1)T+(Nuk/l)(AW/VCvρ)(TW-T)(3)其中，ρSTP是標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下的氣體密度，ρ等于氣體密度，V是所述室的容積，Qout是流出所述輸送室的氣流，T等于絕對(duì)溫度，γ是比熱比，Nu是Nusslets數(shù)，k是氣體的熱傳導(dǎo)率，Cv是恒定體積下氣體的比熱，l是所述輸送室的特征長(zhǎng)度，且TW是由所述溫度探針提供的所述室壁的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中流出所述輸送室的氣流由下式計(jì)算Qout＝-(V/ρSTP)[(1/RT)(dρ/dt)-(P/RT2)(dT/dt)](4)
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述壓力的預(yù)定水平通過所述輸入裝置提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的等待時(shí)間段通過所述輸入裝置提供。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括連接到所述控制器的輸出裝置并且所述控制器被編程為向所述輸出裝置提供釋放的氣體質(zhì)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括通過所述第二閥門連接到所述輸送室的工藝室。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器具有約1至5亳秒的響應(yīng)時(shí)間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述第二閥門具有約1至5毫秒的響應(yīng)時(shí)間。
12.一種用于輸送所需質(zhì)量的氣體的方法，包括提供室；接收將從所述室輸送的所需氣體質(zhì)量；阻止氣體流出所述室；使氣體流入所述室內(nèi)；測(cè)量所述室內(nèi)壓力；當(dāng)所述室內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，阻止更多的氣流流入所述室內(nèi)；等待預(yù)定的等待時(shí)間段，以使所述室內(nèi)部的氣體達(dá)到平衡狀態(tài)；在時(shí)間＝t0時(shí)使氣流流出所述室；以及當(dāng)釋放的氣體質(zhì)量等于所需質(zhì)量時(shí)，在時(shí)間＝t*時(shí)停止使氣體流出所述室。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述釋放的質(zhì)量Δm等于Δm＝m(t0)-m(t*)＝V/R[(P(t0)/T(t0))-(P(t*)/T(t*))](5)其中，m(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)所述輸送室中的氣體質(zhì)量，m(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)所述輸送室中的氣體質(zhì)量，V是所述輸送室的容積，R等于普適氣體常數(shù)(8.3145J/molK)，P(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)所述室內(nèi)的壓力，P(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)所述室內(nèi)的壓力，T(t0)是時(shí)間＝t0時(shí)所述室內(nèi)的溫度，T(t*)是時(shí)間＝t*時(shí)所述室內(nèi)的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括測(cè)量所述輸送室的壁的溫度并將所述壁的溫度測(cè)量結(jié)果T(t0)和T(t*)直接提供給所述控制器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括測(cè)量所述輸送室的壁的溫度，并且使用下式計(jì)算其中的T(t0)和T(t*)dT/dt＝(ρSTP/ρV)Qout(γ-1)T+(Nu k/l)(AW/VCvρ)(TW-T)(3)其中，ρSTPSTP是標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下的氣體密度，ρ等于氣體密度，V是所述室的容積，Qout是流出所述輸送室的氣流，T等于絕對(duì)溫度，γ是比熱比，Nu是Nusslets數(shù)，k是氣體的熱傳導(dǎo)率，Cv是恒定體積下氣體的比熱，l是所述輸送室的特征長(zhǎng)度，且TW是所述室的壁的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使用下式計(jì)算流出所述輸送室的氣體Qout＝-(V/ρSTP)[(l/RT)(dρ/dt)-(P/RT2)(dT/dt)](4)
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中壓力的預(yù)定水平通過所述輸入裝置接收。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中預(yù)定的等待時(shí)間段通過所述輸入裝置接收。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括向輸出裝置提供釋放到所述輸出裝置的氣體質(zhì)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括將工藝室連接到所述輸送室，用于接收從所述輸送室釋放質(zhì)量的氣體。
全文摘要
一種用于輸送所需質(zhì)量的氣體的系統(tǒng)，包括室；控制進(jìn)入室的流的第一閥門；控制流出室的流的第二閥門；連接到室的壓力傳感器；輸入裝置，用于提供將所輸送的所需氣體質(zhì)量；連接到閥門、壓力傳感器和輸入裝置的控制器?？刂破鞅痪幊虨閺妮斎胙b置接收所需氣體質(zhì)量，關(guān)閉第二閥門并打開第一閥門；從壓力傳感器接收室壓的測(cè)量；當(dāng)室內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)關(guān)閉入口閥門?？刂破鞅痪幊虨榈却A(yù)定的等待時(shí)間段以使室內(nèi)部的氣體達(dá)到平衡狀態(tài)；然后在時(shí)間＝t0時(shí)打開出口閥門；并且當(dāng)釋放的氣體質(zhì)量等于所需質(zhì)量時(shí)在時(shí)間＝t
文檔編號(hào)C23C16/52GK101023199SQ200580017313
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月12日
發(fā)明者阿里·沙吉, 西達(dá)爾斯·納加爾卡蒂, 馬修·M·貝森, 威廉·R·克拉克, 丹尼爾·A·史密斯, 博拉·阿克蓋爾曼 申請(qǐng)人:Mks儀器公司