用于改善室匹配的混合流量计量

摘要

一种衬底处理系统的气体输送系统包含气箱，气箱包含质量流量控制器以控制来自气体源的气流。气流路径与所述气箱流体连通。混合流量计量系统与所述气流路径流体连通，并且包含控制器，所述控制器被设置成：执行第一流量计量，以在由所述质量流量控制器中的至少一者所供应的气体的期望流率小于预定流率时，基于在预定时段期间在所述气箱和流量计量系统之间的所述气流路径中的气体的差动质量来校准所述质量流量控制器中的所述至少一者。所述控制器还被设置成在所述期望流率大于所述预定流率时执行第二流量计量。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月7日申请的美国专利申请No.16/056,980的优先权。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。

技术领域

本公开内容涉及衬底处理系统的流量计量，且更具体地涉及衬底处理系统的混合流量计量。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统可以用于对诸如半导体晶片之类的衬底执行蚀刻、沉积和/或其他处理。可以在衬底上执行的示例工艺包括但不限于蚀刻、沉积和清洁工艺。在处理期间，将衬底布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件上，例如基座、静电卡盘(ESC)等上。气体输送系统将气体混合物供应到处理室中以处理衬底。可能激励等离子体，以增强处理室内的化学反应。也可以将RF偏置提供给衬底支撑件以控制离子能量。

为了改善质量并减少缺陷，可使用一或更多计量系统以验证处理室的操作。举例而言，可使用流量计量系统以验证气体输送系统供应气体混合物的流量。当多个衬底处理室设置在衬底处理工具中时，使用气体管线将处理室的气体输送系统连接至多路流量计量系统。

流量计量系统可包含基于孔口的、稳态流测量装置。气体输送系统一般需要校准并供应从10-3000sccm的流率。以低流率流入气体管线的气体花费长时间以到达流量计量装置并积累用于测量的足够压强，这在工具起始期间对测量时间有不良影响。换句话说，校准从10到几百sccm的流率花费长的时间。最近，工艺配方还需要校准并供应从0.1-10sccm的流率。如可以理解的，在使用基于孔口的方法从0.1到10sccm的较低流率的室匹配或校准的期间可能发生无法接受的时间延迟。

发明内容

一种用于衬底处理系统的计量系统包含N个初级阀，其选择性地使气体分别从N个气体源流动，其中N是整数。N个质量流量控制器分别连接至所述N个初级阀，以用于使N种气体分别从所述N个气体源流动。N个二级阀选择性地使气体分别从所述N个质量流量控制器流动。气流路径将所述N个二级阀连接至远离所述N个二级阀定位的流量计量系统，其中所述气流路径包含气体管线。控制器被设置成通过以下操作对来自所述N个质量流量控制器中的一者的在期望流率下的选定气体执行第一流量计量：排空所述气流路径；测量所述气流路径中的初始压强；确定所述气流路径中的初始质量；使所述选定气体在预定时段期间以所述期望流率从所述N个质量流量控制器中的所述一者流动；测量在所述气流路径中的最终压强；确定在所述气流路径中的最终质量；以及基于所述初始质量、所述最终质量以及所述预定时段确定实际流率。

在其他特征中，所述控制器还被设置成针对所述选定气体和所述期望流率确定所述气流路径的有效容积。所述控制器还被设置成进一步基于所述有效容积确定所述实际流率。所述气流路径还包括歧管和阀。所述控制器被设置成：当在所述期望流率小于预定流率的情况下确定所述实际流率时，使用所述第一流量计量。所述预定流率是在从5sccm到15sccm的范围内。

在其他特征中，所述控制器被设置成：当所述期望流率大于所述预定流率时，使用不同于所述第一流量计量的第二流量计量来确定所述实际流率。所述预定流率是在从5sccm至15sccm的范围内。

在其他特征中，所述第二流量计量包含基于孔口的计量。阀连接至孔口的出口。压强传感器感测在所述孔口的入口处的压强。所述控制器被设置成当所述期望流率大于所述预定流率时，使用所述阀、所述压强传感器以及所述孔口来确定所述实际流率。

在其他特征中，所述控制器被设置成在排空所述气流路径之后并且在测量所述气流路径中的所述初始压强之前，等待第一预定调适时段。所述控制器被设置成：在使所述选定气体在预定时段期间以所述期望流率从所述N个质量流量控制器中的所述一者流动之后并且在测量所述气流路径中的所述最终压强之前，等待第二预定调适时段。

一种衬底处理系统的气体输送系统包含气箱，气箱包含N个质量流量控制器以分别控制来自N个气体源的气流，其中N为整数。气流路径与所述气箱流体连通。混合流量计量系统与所述气流路径流体连通，并且包含控制器，所述控制器被设置成：执行第一流量计量，以在由所述N个质量流量控制器中的至少一者所供应的气体的期望流率小于预定流率时，基于在预定时段Δt期间在所述气箱和流量计量系统之间的所述气流路径中的气体的差动质量(differential mass)来校准所述N个质量流量控制器中的所述至少一者。所述控制器还被设置成执行第二流量计量，以在所述N个质量流量控制器中的至少一者的所述期望流率大于所述预定流率时，校准所述N个质量流量控制器中的所述至少一者。

在其他特征中，所述第一流量计量和所述第二流量计量用于确定针对在所述期望流率下的所述气体的所述气流路径的有效容积。所述第一流量计量还基于针对在所述期望流率下的所述气体的所述气流路径的所述有效容积来确定所述差动质量。所述第二流量计量是一种基于孔口的方法。

在其他特征中，所述混合流量计量系统包含控制器，所述控制器被设置成确定针对选定气体和选定流率的所述气流路径的有效容积。所述控制器还被设置成进一步基于所述有效容积确定所述实际流率。所述气流路径还包括歧管和阀。所述预定流率是在从5sccm到15sccm的范围内。

在其他特征中，阀连接至孔口的出口。压强传感器感测在所述孔口的入口处的压强。所述控制器被设置成当所述期望流率大于所述预定流率时，使用所述阀、所述压强传感器以及所述孔口来确定实际流率。

在其他特征中，所述控制器被设置成通过以下操作来执行所述第一流量计量：排空所述气流路径；测量所述气流路径中的初始压强；确定所述气流路径中的初始质量；使所述选定气体在预定时段期间以所述期望流率从所述N个质量流量控制器中的所述一者流动；测量在所述气流路径中的最终压强；确定在所述气流路径中的最终质量；以及基于所述初始质量、所述最终质量以及所述预定时段来确定实际流率。

在其他特征中，所述控制器被设置成在排空所述气流路径之后并且在测量所述气流路径中的所述初始压强之前，等待第一预定调适时段。所述控制器被设置成：在使所述选定气体在预定时段期间以所述期望流率从所述N个质量流量控制器中的所述一者流动之后并且在测量所述气流路径中的所述最终压强之前，等待第二预定调适时段。

一种用于在衬底处理系统中执行气体流量计量的方法包括：提供气箱，其包含N个质量流量控制器以分别控制来自N个气体源的气流，其中N为整数；提供气流路径，其与所述气箱流体连通。该方法包括：使用第一流量计量，以在由所述N个质量流量控制器中的至少一者所供应的气体的期望流率小于预定流率时，基于在预定时段期间在所述气箱和流量计量系统之间的所述气流路径中的气体的差动质量来校准所述N个质量流量控制器中的所述至少一者。该方法包括：使用第二流量计量，以在所述N个质量流量控制器中的至少一者的所述期望流率大于所述预定流率时，校准所述N个质量流量控制器中的所述至少一者。

在其他特征中，所述第一流量计量和所述第二流量计量用于确定针对在所述期望流率下的所述气体的所述气流路径的有效容积。

在其他特征中，所述第一流量计量还基于针对在所述期望流率下的所述气体的所述气流路径的所述有效容积来确定所述差动质量。

在其他特征中，所述第二流量计量是一种基于孔口的方法。所述预定流率是在从5sccm到15sccm的范围内。

在其他特征中，所述第一流量计量包含：排空所述气流路径；测量所述气流路径中的初始压强；确定所述气流路径中的初始质量；使选定气体在预定时段期间以所述期望流率从所述N个质量流量控制器中的所述一者流动；测量在所述气流路径中的最终压强；确定在所述气流路径中的最终质量；以及基于所述初始质量、所述最终质量以及所述预定时段来确定实际流率。

在其他特征中，所述方法包括：在排空所述气流路径之后并且在测量所述气流路径中的所述初始压强之前，等待第一预定调适时段。所述方法包括：在使所述选定气体在预定时段期间以所述期望流率从所述N个质量流量控制器中的所述一者流动之后并且在测量所述气流路径中的所述最终压强之前，等待第二预定调适时段。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。

附图说明

根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：

图1为一种衬底处理系统的示例的功能性框图；

图2为衬底处理工具的示例的功能性框图；

图3为可用于图1和2的系统中的根据本公开内容的气体输送系统的功能性框图；

图4为根据本公开内容的气箱的示例的功能性框图；

图5为根据本公开内容的混合流量计量系统的示例的功能性框图；

图6为根据本公开内容的混合流量计量控制器的示例的功能性框图；

图7A和7B为根据本公开内容描绘的执行混合流量计量的方法的示例的流程图；

图8为根据本公开内容描绘的差动质量方法的示例的流程图；

图9为根据本公开内容描绘的差动质量方法期间压强与时间的函数关系图；以及

图10为根据本公开内容描绘的一种用于将给定气体的有效体积计算随时间的变化使用作为额外计量确认的方法的示例的流程图。

在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

诸如绝对流量验证(AFV)之类的基于孔口的流量计量系统将气体从质量流量控制器(MFC)通过孔口组(orifice bank)供应到泵。孔口组包含可使用对应阀进行选择的多个精密孔口。在孔口的所选定的一者的上游积累压强并以诸如压强计之类的压强传感器进行监控。压强值被用于基于根据经验形成的气体表来确定流率，该气体表以每种气体为基础将孔口压强与气体流率相关联。也可应用温度修正来解决温度变化并且确定MFC的真实气体流率。

由于在MFC的下游和在选定孔口的上游的气流路径填充并加压需要时间，因此AFV的测量时间在较低流率下很大程度地增加。气流路径一般包含气体供应管线、歧管、阀等等(其位于气箱和流量计量系统之间)。长的校准时段使在初始设置期间以及稍后在室匹配期间执行气流校准所需的停机时间增加。在非常低的流率且使用较长的气体供应管线的情况下，检测孔口流何时稳定(以得到稳态压强)是困难的。由于气体管线的容积增加，难以检测压强累积上的小改变。

根据本公开内容的混合流量计量系统和方法，针对低于预定流率的流率使用差动质量测量(DMM)方法，且针对高于预定流率的流率使用另一流量计量方法。在某些示例中，预定流率为10sccm，但可使用其他流率值。在一些示例中，基于孔口的流量计量用于高于预定流率的流率，但可使用其他流量计量方法。

如将在下方更进一步描述的，DMM方法填充气箱及流量计量系统之间的气体管线、阀、歧管等等中的气体容积。在某些示例中，将气体容积排空且在调适时段(a settlingperiod)之后测量初始压强。基于初始压强以及通过气体管线、歧管、阀的气流路径的有效容积和/或位于气箱和流量计量系统之间的其他容积，来确定初始质量。

在确定初始质量之后，将阀开启且MFC将气体以期望流率(待校准)流动一段预定的时段Δt。气箱及流量计量系统之间的气体容积内的压强稳定地上升。在预定的时段Δt之后，将阀关闭且测量最终压强。最终质量基于最终压强来计算。通过将最终质量和初始质量之间的差除以Δt来计算流率。

尽管DMM方法相似于室上升率(ROR)，DMM方法使用气体管线、阀、歧管等等的容积而非室/槽的容积来计算质量流率。在ROR中，计算质量流率的控制方程式是在计算状态方程式的时间导数之后而获得。在ROR槽中在气体压缩期间随时间推移对瞬间压强和温度进行采样，并且计算压强/温度的变化率。

更特别地，当执行针对低流率的DMM方法时，MFC气流被用于将已知容积V的外壳加压预定的时段Δt。在外壳中的初始和最终气压以及温度被用于基于以下气体状态方程式计算供应至该外壳的净气体质量：

PV＝mRTZ/MW (1)

其中P为压强、V为容积、m为质量、MW为分子量、R为通用气体常数，而Z为在条件(p、T)的气体可压缩率。

绝对气体流率Q的方程式为：

其中下标符号1及2分别表示初始状态和最终状态。

只对多原子气体而言且当压强和温度接近大气(ATM)条件时，压缩率效应是重要的。由于MFC下游压强是次大气压且当在DMM方法中将气体容积加压时可维持在比ATM压强小一个数量级，因此即使针对多原子气体，仍可忽略压缩率效应。因此，将流量方程式简化为：

在一些示例中，在测量初始和最终p与T之前，允许在外壳中的气体静置预定的调适时段。该调适时段降低了气体动能的影响，这消除了由于气流引起的压强梯度。该调适时段也使得气体温度能与环境稳定。换句话说，通过环绕的外壳(壁温Tw)将气体加热或冷却，这消除了分别由于气体膨胀或压缩引起的效应。

当(根据先前测量)将外壳排空以清除气体残留物时，气体膨胀现象在计量校准的开始时发生。随着气体供应至外壳中，气体经历将温度提升的压缩增温。由于在气体路径中使用快速温度传感器并不实际(因为暴露于腐蚀性气体而有潜在的传感器损坏的风险)，进行直接气体温度的准确测量是不可能的。

如果使气体能在调适时段期间稳定，则初始和最终气体温度将分别与初始和最终壁温(

如上所述，用于DMM方法的外壳(气体管线、阀、歧管等等的内部容积)与用于ROR的外壳表现不同。在ROR方法中，有效容积V与槽的真实容积相同。然而，用于DMM方法的外壳(气体管线、阀、歧管等等)的实验测试导致错误。换句话说，(使用已知流率计算的)有效容积V

容积上的一些差异可归因于几何制造公差的变化。而且，实验显示，校准的有效容积V

ROR方法使用具有相比于包含气体供应管线的气流路径而言更大容积的槽。如果没有恰当地考虑，由于气流粘度效应所导致的气体供应管线中的压强梯度对质量流量计算具有明显的影响且将对质量流量计算造成不准确性。因此，当使用作为外壳的气体管线的容积且以单点进行压强测量时，ROR方法并不适用。

然而，这个问题可通过使用各气体的校准的有效容积V

更具体地，可使用方程式4来计算有效容积V。起初，将对应MFC设定为低流率设定值中的一者，并且执行DMM方法。在DMM方法过程中，测量初始和最终压强与温度。使用孔口方法使MFC在相同流率设定值(以相同气体)运行。孔口方法提供MFC的绝对(真实)流率Q。使用方程式4、绝对流率Q、以及初始及最终压强及温度来确定有效容积V。

在初始工具起动的期间以及仅针对具有低流率的气体，仅需要一次针对有效容积的计算。一次校准也将考虑用于室流量匹配的工具之间的气体供应管线的制造公差的变化。因此，使用混合方法可以更快地执行室匹配。此外，以孔口技术方法(其用于较高流率)将DMM方法校准(用于低流率)而确保在两种方法之间切换时，在流率交叉或重合处没有偏差。所提出的混合流量计量的另一优点是可追踪并监控作为额外系统健康检查的在流率交叉处的计算以确保准确度没有随时间的推移而偏移。

关于AFV的额外细节可在共同转让的美国专利No.7,822,570中找到，该美国专利于2010年10月26日授权，且其发明名称为“Methods for Performing Actual FlowVerification”，其通过引用整体并入本文。相关于ROR的额外细节可在共同转让的美国专利No.9,778,083中找到。

现在参考图1，显示了示例性衬底处理系统120。尽管显示了使用电容耦合等离子体(CCP)进行蚀刻、化学气相沉积、或原子层沉积(ALD)的处理室的示例，然而此处所述的流量计量系统及方法可用于任何其他类型的系统或衬底处理系统。举例而言，此处所述的流量计量系统及方法可用于使用远程等离子体或感应耦合等离子体(ICP)的衬底处理系统。此外，此处所述的系统及方法可在需要精确流量计量的任何其他半导体设备中使用。

衬底处理系统120包含处理室122，处理室122包围衬底处理系统120的其他部件并且包含RF等离子体(如果使用的话)。衬底处理系统120包含上电极124和衬底支撑件126，例如静电卡盘(ESC)。在操作期间，将衬底128布置在衬底支撑件126上。

仅举例而言，上电极124可包括气体分配设备129，例如喷头，其引入和分配处理气体。气体分配设备129可包括杆部，杆部包括连接到处理室的顶部表面的一端。基部部分通常为圆柱形，并且在与处理室的顶部表面间隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头的基部部分的面向衬底的表面或面板包括让前体、反应物、蚀刻气体、惰性气体、载气、其他处理气体或清扫气体流过的多个孔。替代地，上电极124可包括导电板，并且可以以另一种方式引入处理气体。

衬底支撑件126包含用作下电极的基板130。基板130支撑加热板132，加热板132可以对应于陶瓷多区域加热板。可以在加热板132和基板130之间布置热阻层134。基板130可以包含一个或多个通道136，其用于使冷却剂流过基板130。

如果使用等离子体，则RF产生系统140产生RF电压并将RF电压输出到上电极124和下电极(例如，ESC 126的基板130)中的一个。上电极124和基板130中的另一个可以是DC接地、AC接地或浮置的。仅举例而言，RF产生系统140可以包含RF产生器142，该RF产生器142产生由匹配和分配网络144馈送到上电极124或基板130的RF功率。在其他示例中，等离子体可以感应地产生或远程地产生。

一种典型的气体输送系统150包含一个或多个气体源152-1、152-2、…和152-N(统称为气体源152)，其中N是大于零的整数。气体源152通过阀154-1、154-2、…和154-N(统称为阀154)和MFC 156-1、156-2、…和156-N(统称为MFC 156)连接至歧管160。二级阀可以用于MFC 156和歧管160之间。尽管示出了单个气体输送系统150，但是可以使用两个或多个气体输送系统。

温度控制器163可以连接到布置在加热板132中的多个热控制元件(TCE)164。温度控制器163可以用于控制多个TCE 164以控制衬底支撑件126和衬底128的温度。温度控制器163可与冷却剂组件166连通，以控制流过通道136的冷却剂流。例如，冷却剂组件166可包含冷却剂泵、贮存器和/或一个或多个温度传感器。温度控制器163操作冷却剂组件166以使冷却剂选择性地流过通道136，以冷却衬底支撑件126。阀170和泵172可用于从处理室122抽空反应物。系统控制器180可用于控制衬底处理系统120的部件。

现在参考图2，本文描述的流量计量系统和方法可用于为供应到一个或多个衬底处理工具210的气体提供流量计量，以降低成本。尽管示出了衬底处理工具210的一个示例，但是可以使用其他衬底处理工具。

衬底处理工具210包含设置在中央位置的机械手212。可在真空或大气压强下操作机械手212。衬底处理工具210包含设置成环绕机械手212的多个站(或衬底处理室)216-1、216-2、……以及216-S(统称为站216)(其中S为大于1的整数)。可将站216以等角或不规则角度的偏差环绕衬底处理工具210的中心设置。站216的示例可包含一或更多沉积、蚀刻、预清洁、后清洁、旋转清洁等等。

衬底可最初位在盒234中。一般在238识别的机械手和装载锁可用于将衬底从盒234移动至衬底处理工具210中。当处理完成时，机械手和装载锁238可使衬底返回至盒234和/或另一盒239。如将在下文更进一步描述的，气体输送系统将气体供应至站，且流量计量系统将气流校准。

现在参考图3，显示了包含多个气箱310-1、310-2、……以及310-10(统称为气箱310)的气体输送系统300。尽管显示了十个(10)气箱，但气体输送系统300可包含额外的或更少的气箱。气箱310-1、310-2、...、310-10由第一气体管线312-1、312-2、……、312-10(统称为第一气体管线312)连接至混合流量计量系统320。第一气体管线312可连接至歧管313且接着运送至混合流量计量系统320。来自混合流量计量系统320的返回气体可由第二气管线314-1、314-2、……、314-10(统称为第二气体管线314)连接至气箱310-1、310-2、……、310-10。第二气体管线314从混合流量计量系统320流入歧管315，并且分离成连接至气箱310-1、310-2、……、310-10的独立管线。

气体管线316-1、316-2、……、316-10(统称为气体管线316)将气箱310-1、310-2、……、310-10的输出连接至处理室。在一些示例中，清洁干空气(CDA)源330也连接至气箱310-1、310-2、……、310-10。如同可理解的，混合流量计量系统320由气箱310-1、310-2、……、310-10所共享或时间复用的，这降低了成本。

现在参考图4，显示了气箱310中的一者。气体源410-1、410-2、...以及410-G(统称为气体源410)连接至流量控制装置，该流量控制装置包含：初级阀420-1、420-2、.....以及420-G(其中G为大于1的整数)(统称为初级阀420)、质量流量控制器(MFC)430-1、430-2、…、430-G(统称为MFC430)、以及二级阀434-1、434-2、…以及434-G(统称为二级阀434)。二级阀434的输出连接至混合歧管435且输入至阀440、442、及448。阀440、442连接至混合流量计量系统320。阀442与在气体管线312中流至混合流量计量系统320的气体相关联。阀440与在气体管线314中从混合流量计量系统320返回的气体相关联。阀448与在气体管线316中流至相关于气箱310的处理室的气体相关联。一或更多温度传感器480可用于感测气体管线的温度。在某些示例中，气体管线的部分由电阻加热器(未显示)加热。

现在参考图5，显示了混合流量计量系统的部分。混合流量计量系统320的入口B连接至阀510。关联于气箱GB2、GB4、GB6、GB8以及GB10的入口B’连接至阀511。阀510及511的输出由歧管513连接至多个气体管线518-1、518-2、.....以及518-O(其中O为大于或等于1的整数)(统称为气体管线518)。气体管线518连接至精密孔口520-1、520-2、…以及520-O(统称为精密孔口520)。

在一些示例中，精密孔口520具有变化的孔口尺寸。如果精密孔口520具有预定的已知尺寸和形状且不被阻塞，则该孔口被视为“精密”。当精密孔口在阻流状态中运行时，一或更多压强传感器530感测来自精密孔口520上游的压强。当气体以音速离开精密孔口时，阻流状态发生。基于待校准的流率来选定精密孔口中的一者。

将压强传感器530连接至阀510和511的输出和精密孔口520的入口。举例而言，压强传感器530中的第一者在第一压强范围中运行，而压强传感器530中的第二者在与该第一压强范围相同或不同的第二压强范围中运行。举例而言，压强传感器530的第一者测量高达50T的压强，而压强传感器530中的第二者测量高达500T的压强，但可以使用其他压强范围。精密孔口520连接至阀524-1、524-2、……以及524-0(统称为阀524)的入口。阀524的出口连接在一起且输出至泵540。

现在参考图6，显示了混合流量计量控制器610。在一些示例中，混合流量计量控制器610包含AFV表620、V

混合流量计量控制器610与阀634、质量流量控制器636、压强传感器530以及温度传感器480通讯。如将在下文更进一步描述的，混合流量计量控制器610基于来自温度传感器480及压强传感器530的反馈来控制阀634。在一些示例中，V

现在参考图7A和7B，显示了一种用于执行混合流量计量的方法。在图7A中，执行方法700以确定用于低流率气体的校准的有效容积。换言之，在将使用DMM方法，仅需要针对待以低于预定流率的流率供应的气体确定校准的有效容积。此外，可对待使用的气体和流率中的每一者进行校准。替代地，可对一或更多种气体及一或更多流率进行一或更多次校准。内插法、公式、或其他补偿方式可用于确定其他气体的流率和/或其他流率(低于预定流率)，而不用对其进行单独校准。

在710，选定用于有效容积的校准的气体和流率。在714，使用该第一及第二流量计量方法确定在选定流率的选定气体的有效容积。

在一些示例中，可使用方程式4来计算有效容积V。起初，将对应的MFC设定为低流率设定值中的一者，并且执行DMM方法。在DMM方法过程中，测量初始和最终压强与温度。使用孔口方法使MFC在相同流率设定值(以相同气体)运行。孔口方法提供MFC的绝对(真实)流率Q。使用方程式4、绝对流率Q、以及初始和最终压强与温度来确定有效容积V。

如果需要额外样品，则在718继续进行该方法，且对选定气体的另一流率进行校准。当校准了选定气体的所有流率时，在722继续进行该方法，并确定是否对另一气体进行校准。如果722为真，则方法回到710。否则，该方法结束。

在图7B中，显示了根据本公开内容的一种用于操作混合流量计量系统的方法750。在760，该方法确定是否进行流量计量。如果760为真，则该方法确定待校准的期望流率是否低于或等于第一流率阈值TH1。如果764为真，则该方法使用DMM方法以及对应于选定气体以及/或者流率的校准的有效容积。如果764为假，则该方法使用第二流量计量方法。在一些示例中，该第二流量计量方法包含基于孔口的方法。

现在参考图8，显示了一种用于执行流量计量的方法800。在810，将气体管线从气箱至孔口进行抽排。在814，将阀关闭以将气体管线与MFC通向孔口的出口隔离。在816，该方法等待调适时段以允许动能消退且气体能到达壁温。在一些示例中，该调适时段是在从10秒到60秒的范围内。在820，将压强传感器的噪声过滤，测量压强且基于所测得的压强确定初始质量。在824，将MFC的二级阀开启且以所期望的流率供应流。以由MFC输出的期望流率将气体管线、歧管以及其他结构填充预定时段Δt。在830，将MFC的二级阀关闭且将流动停止。在834，该方法等待调适时段。在838，将压强传感器的噪声过滤，测量压强，并且基于所测得的压强以及有效容积(针对选定气体和/或选定流率)来确定最终质量。在842，基于最终质量、初始质量以及Δt来确定流率。

现在参考图9，对于示例的DMM方法，将所测得的压强显示为时间的函数。在将气体管线抽空之后，使得气体能静止并与诸如气体管线的内壁之类的表面达到平衡温度

现在参考图10，显示了一种用于在MFC的校准上提供额外确认的方法1000。在一些示例中，在操作期间，第一流量计量系统以及第二流量计量系统将具有在可比较的预定范围内的一或更多流率的重叠。举例而言，第一流量计量系统可用于校准低于或等于10sccm的流率，而第二流量计量系统可用于校准高于或等于10sccm的流率。在某些示例中，第一流量计量系统和第二流量计量系统两者可用于校准MFC的相同的期望流率。举例而言，两个计量系统可用于校准10sccm。

可将使用第一流量计量系统和第二流量计量系统的校准的结果相比较。如果结果落在预定公差内，则正确地执行第一和第二流量计量系统。如果结果不在预定公差内，则该系统发送通知，生成警示消息，开启警示灯和/或采取其他行动。

在1010，将MFC设定为将选定气体以在预定流率范围内的期望流率流动。在一些示例中，预定流率范围接近用于在第一计量系统和第二计量系统之间切换的预定流率。举例而言，MFC的期望流率可在从5sccm到15sccm的范围内。

在1020，使用第一计量系统测量第一流率MFR

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。

使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。

概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。