[發明專利]用于確定氣體濃度的設備

在審

• 申請號: 201710150431.X
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107192760A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 鄭志忠;利奧·陳;克里斯托弗·J·莫拉特;阿林達姆·辛哈洛伊;雷蒙德·C·洛格
• 申請（專利權）人: 威科儀器有限公司
• 主分類號: G01N29/024
• 分類號: G01N29/024
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 王龍

技術領域

本發明大體上涉及用于感測用于半導體制造過程中的前驅氣體的濃度的聲學系統。更具體來說，本發明涉及允許傳感器在更寬溫度和壓力范圍上使用的材料和接合方法的新改進。

背景技術

在半導體和LED制造領域中，例如化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相沉積和原子層沉積(ALD)的氣相沉積過程在將材料沉積于襯底上時發揮重要作用。所有這些過程都要求將前驅氣體準確地輸送到反應器腔室以便在襯底上產生具有所要均勻性和質量的層。準確地輸送此氣體/蒸氣混合物要求精確地測量前驅氣體的濃度。

目前市場中存在廣泛多種可用濃度傳感器，其使用例如聲學技術、光學技術和質譜法的不同感測技術。在這些技術當中；例如由維易科(VEECO)出售的氣體濃度傳感器(在下文中稱“Piezocon傳感器”)的聲學傳感器已展現高準確性和可重復實時濃度測量。其已廣泛使用并集成于CVD和MOCVD工具中以用于監視前驅體濃度并控制質量流量。

在常規Piezocon系統中，壓電組件堆疊于換能器的每一側上且以機械方式耦合到變換器。壓電組件與變換器之間的界面為提供機械接合且亦還準許發射聲學信號的環氧樹脂。然而，盡管傳感器的機械結構是穩定的，但已發現當傳感器以相對高的溫度(>100℃)操作時，壓電組件可分離于變換器。這是歸因于壓電組件與變換器之間的熱膨脹系數(CTE)失配，此情況在組件之間帶來導致機械接合故障的機械變形、應力和應變。

除了傳感器在高溫下的機械挑戰之外，還發現當傳感器在低壓狀態(低于約100托)中操作時測量的準確性降級。這是歸因于跨越間隙的信號強度隨著其中的氣體混合物的壓力降低而降低，從而導致較小信噪比且因此影響測量的準確性和可靠性。

因此，需要可在低壓和/或高溫環境中操作的傳感器，常規系統在所述環境中并不提供可用數據或將受損。

發明內容

在CVD或ALD過程中，當在襯底的表面上通過化學反應使晶體出現生長時，必須特別關心過程參數控制以確保化學反應在所要求條件下進行。即使過程條件發生較小變化也可不利地影響裝置質量和制造產率。因此，需要可在較高溫度下使用、最小化噪聲同時甚至在低壓(低于100托)下增加總信號的濃度傳感器。因此提供關于前驅氣體和運載氣體的更準確濃度信息。

根據實施例，揭示為氣體濃度傳感器提供較高信號、較低噪聲和/或較高信噪比的系統及方法。此類傳感器可用于CVD或ALD系統中且可用于比傳統傳感器更寬范圍的操作條件中。傳感器可包含由腔室分離的一對換能器，在腔室中可投送待測量的氣體。每一換能器可進一步耦合到變換器，所述變換器將換能器與腔室中的氣體分離且將換能器的振動變換成氣體的聲學數據。

在實施例中，通過在壓電換能器與變換器之間使用例如焊料的金屬材料或金屬耦合劑來達成這些改進，以減少包含變換器、耦合劑和換能器的整個系統的層之間的聲學失配。經減少聲學失配又減少內部反射。較少內部反射增加由變換器發射到鄰近氣體的可用信號以及減少無用的聲學噪聲。

此外，在一些實施例中，金屬材料或金屬耦合劑可用于將多個層或壓電組件的葉片連接在一起以形成每一換能器。此也具有增加所發射可用信號的總量的效果。

金屬材料或金屬耦合劑可能夠承受將毀壞常規耦合劑的較嚴苛操作條件(例如高溫)，同時歸因于金屬材料或金屬耦合劑、典型陶瓷壓電材料與組成變換器的塊體的金屬(例如，不銹鋼)之間的較好聲學匹配而發射較高電平的聲學信號。

在實施例中，補充或替代上文所描述的改進，可將在換能器的金屬主體與待測量氣體之間具有聲學發射性質的聚合物或其它材料層安置于變換器的表面上。因而，變換器內的內部反射減少，從而導致較大聲學信號發射到接收換能器。

另外或替代地，可將吸收性或高度聲學衰減材料的墊片安置于將換能器/變換器系統固持到聲學單元的托架之間。以此方式，在其它情況下將通過聲學單元的主體發生而非通過待測量氣體發生的聲學發射得到減少。此具有消除在換能器之間所發射的無用噪聲的效果。

上文所描述的特征可單獨或組合使用，從而相比于常規系統中所使用的傳感器，在CVD或ALD系統中帶來可用于更寬范圍的操作條件(例如相對高的溫度和低壓)中，同時提供較高信號電平、較低無用的噪聲電平和/或較高信噪比的氣體濃度傳感器。

上述發明內容并非旨在描述本發明的每一所說明實施例或每種實施方案。具體實施方式和隨附權利要求書更具體地舉例說明這些實施例。

附圖說明