相關申請的交叉引用

本申請在35u.s.c.§119(e)下要求于2014年10月17日提交的美國臨時申請no.62/065,497的優(yōu)先權，該申請的全部內容通過引用并入本文。

背景技術：

在等離子體處理裝置中處理半導體結構，所述等離子體處理裝置包括等離子體處理室、將處理氣體供應到室中的氣體源和由處理氣體產生等離子體的能量源。半導體結構在這種裝置中通過包括干法蝕刻工藝、沉積工藝(例如，金屬、電介質和半導體材料的化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積或等離子體增強化學氣相沉積(pecvd))和抗蝕劑剝離工藝的技術來處理。不同的處理氣體用于這些處理技術以及處理半導體結構的不同材料。

技術實現(xiàn)要素：

本文公開了一種用于將處理氣體供應到等離子體處理系統(tǒng)的室的氣體供應輸送裝置，其中利用通過至少第一、第二和第三氣體注射區(qū)域引入的氣體來處理半導體襯底。所述氣體供應輸送裝置包括多個處理氣體供應入口和多個調節(jié)氣體入口?；旌掀绻馨ǘ鄠€氣體供應棒，每個氣體供應棒適于提供與相應處理氣體供應裝置的流體連通，以及多個調節(jié)氣體棒，每個調節(jié)氣體棒適于提供與相應的調節(jié)氣體供應裝置的流體連通。第一氣體出口適于將氣體輸送到所述第一氣體注射區(qū)域，第二氣體出口適于將氣體輸送到所述第二氣體注射區(qū)域，并且第三氣體出口適于將氣體輸送到所述第三氣體注射區(qū)域。氣體分流器與所述混合歧管流體連通，所述氣體分流器包括第一閥裝置，所述第一閥裝置將離開所述混合歧管的混合氣體分成可供應到所述第一氣體出口的第一混合氣體和可供應到所述第二和/或第三氣體出口的第二混合氣體。第二閥裝置選擇性地將調節(jié)氣體從所述調節(jié)氣體棒輸送到所述第一、第二和/或第三氣體出口。

本文還公開了一種使用氣體供應輸送裝置來將處理氣體供應到等離子體處理系統(tǒng)的室的方法，其中利用通過至少第一、第二和第三氣體注射區(qū)域引入的氣體來處理半導體襯底。所述氣體供應輸送裝置包括：多個處理氣體供應入口和多個調節(jié)氣體入口；混合歧管，其包括多個氣體供應棒，每個氣體供應棒適于提供與相應處理氣體供應裝置的流體連通；多個調節(jié)氣體棒，每個調節(jié)氣體棒適于提供與相應調節(jié)氣體供應裝置的流體連通；適于將氣體輸送到所述第一氣體注射區(qū)域的第一氣體出口，適于將氣體輸送到所述第二氣體注射區(qū)域的第二氣體出口，以及適于將氣體輸送到所述第三氣體注射區(qū)域的第三氣體出口；與所述混合歧管流體連通的氣體分流器，所述氣體分流器包括第一閥裝置，所述第一閥裝置將離開所述混合歧管的混合氣體分離成可供應到所述第一氣體出口的第一混合氣體和可供應到所述第二和/或第三氣體出口的第二混合氣體；以及第二閥裝置，其選擇性地將調節(jié)氣體從所述調節(jié)氣體棒輸送到所述第一、第二和/或第三氣體出口。所述方法包括操作所述第一閥裝置以將所述第一混合氣體輸送到所述第一氣體出口并將所述第二混合氣體輸送到所述第二和/或第三氣體出口，以及操作所述第二閥裝置以將一種或多種調節(jié)氣體輸送到所述第一、第二和/或第三氣體出口。

本文進一步公開一種半導體襯底處理裝置的氣體供應輸送裝置，其包括：與多個氣體源流體連通的氣體面板；用于每個氣體源的相應質量流量控制器，其可操作以控制從相應氣體源通過所述氣體面板供應氣體；以及附接到所述氣體面板的氣體分流器，所述氣體分流器與多個氣體區(qū)域進料裝置流體連通，所述多個氣體區(qū)域進料裝置被配置成與所述半導體襯底處理裝置的處理室的相應氣體注射區(qū)域流體連通，所述氣體分流器可操作以接收從所述氣體源中的相應氣體源通過所述氣體面板供應的一種或多種氣體，并且控制由此接收到的供應到所述多個氣體區(qū)域進料裝置中的相應氣體區(qū)域進料裝置的所述一種或多種氣體的比例。

附圖說明

圖1是可以與氣體供應輸送裝置的優(yōu)選實施方式一起使用的半導體襯底處理裝置的示例性實施方式的截面圖。

圖2示出了包括多區(qū)域氣體分流器的氣體供應輸送裝置的氣體面板的一部分的等距視圖。

圖3示出了包括混合歧管和氣體分流器的氣體供應輸送裝置的示意圖。

圖4示出了經(jīng)由中心注射區(qū)域、中間注射區(qū)域和邊緣注射區(qū)域接收受控且經(jīng)調節(jié)的處理氣體的半導體襯底的示意圖。

圖5示出了確定氣體組成和流速以均勻地處理晶片的方法的流程圖。

具體實施方式

用于處理半導體材料(例如，形成在半導體襯底(例如硅晶片)上的半導體器件)的半導體襯底處理裝置(例如，等離子體處理裝置)可以包括等離子體處理室或真空室以及供應處理氣體到等離子體處理室中的氣體供應輸送裝置。氣體供應輸送裝置可以在等離子體處理期間通過到跨越半導體襯底的表面的相應區(qū)域的多個氣流饋送將氣體分布到跨越半導體襯底的表面上的多個區(qū)(或區(qū)域)。氣體供應輸送裝置可以包括流量控制器，以控制相同處理氣體或不同處理氣體或相同或不同氣體混合物到多個區(qū)域的流量比，從而使得能夠在處理中或處理之間調整氣體流量和氣體組成的跨襯底均勻性，從而使得能夠實現(xiàn)襯底處理的均勻性。

盡管與單區(qū)域系統(tǒng)相比，多區(qū)域氣體供應輸送裝置可以提供改進的流控制，但是可能期望提供這樣的多區(qū)域系統(tǒng)，其具有使得能夠執(zhí)行半導體襯底處理操作的裝置，其中可以在每個相應的區(qū)域內調節(jié)氣體組成和/或可以精細地控制氣體流速，以便控制半導體襯底的對應于每個相應區(qū)域(例如，可包括中心區(qū)域、中間區(qū)域或邊緣區(qū)域的徑向區(qū)域)的區(qū)域的蝕刻或沉積速率。

提供多區(qū)域分配系統(tǒng)，以用于將不同氣體組成和/或氣體流速提供給真空室或處理室。在優(yōu)選實施方式中，氣體供應輸送裝置適于與真空室的內部(例如等離子體處理裝置的等離子體處理室)流體連通，并且提供在處理操作期間將不同氣體化學物質和/或氣體流速供應到真空室的相應區(qū)域的能力。例如，可以通過電感耦合等離子體室的氣體分配板、噴頭電極組件的噴頭電極、多區(qū)域氣體注射器、側面氣體注射器、氣體環(huán)或將氣體輸送到跨越半導體襯底的上表面的相應區(qū)域或區(qū)的其它合適裝置的多個區(qū)域供應處理氣體，如下所述。

等離子體處理裝置可以是低密度、中密度或高密度等離子體反應器，其包括使用rf能量、微波能量、磁場等的能量源來產生等離子體。例如，高密度等離子體可以在變壓器耦合等離子體(tcp^tm)反應器(也稱為電感耦合等離子體室、電子回旋共振(ecr)等離子體反應器、電容式放電反應器、電容耦合等離子體處理室等)中產生?？梢耘c氣體供應輸送裝置的實施方式一起使用的示例性等離子體反應器包括可從位于加利福尼亞州弗里蒙特的lamresearchcorporation獲得的exelan^tm等離子體反應器，例如2300excelan^tm等離子體反應器。在一個實施方式中，本文公開的等離子體處理系統(tǒng)可以包括室，該室是電感耦合等離子體處理室，其中氣體注射系統(tǒng)是氣體分配板，或者替代地，該室是電容耦合等離子體處理室，其中氣體注射系統(tǒng)可以是噴頭電極。在等離子體蝕刻工藝期間，可以將多個頻率施加到結合有電極和靜電卡盤的襯底支撐件。替代地，在雙頻等離子體反應器中，可以將不同的頻率施加到襯底支撐件和與半導體襯底間隔開以便限定等離子體產生區(qū)域的電極(例如噴頭電極)。

優(yōu)選地，氣體供應輸送裝置能夠向等離子體處理室的多個注射區(qū)域提供可控且可調的氣體輸送，以便在等離子體處理期間將氣體分布在跨越半導體襯底表面的相應區(qū)域上。本文所用的氣體或氣體混合物可以指一種或多種處理氣體、一種或多種惰性氣體、一種或多種調節(jié)氣體或其組合。例如，在等離子體處理期間，當控制并調節(jié)到相應區(qū)域的氣體輸送的氣體組成和/或流速時，將多區(qū)域氣體供應到噴頭電極組件的第一、第二和第三區(qū)域(例如，中心區(qū)域、圍繞中心區(qū)域的中間區(qū)域、和圍繞中間區(qū)域的邊緣區(qū)域)可以改善等離子體處理室中正被蝕刻的半導體襯底的中心、中間以及邊緣蝕刻速率均勻性。

如本文所公開的，氣體供應輸送裝置可以包括一系列氣體分配和控制部件，例如，與一個或多個相應氣體供應裝置流體連通的一個或多個質量流量控制器(mfc)、一個或多個壓力傳感器和/或調節(jié)器、加熱器、一個或多個過濾器或凈化器、以及截止閥。在給定的氣體供應輸送裝置中使用的部件可以根據(jù)氣體供應輸送裝置的設計和預期應用而變化。在半導體處理裝置的一個實施方式中，超過十七種氣體可以經(jīng)由氣體供應管線、氣體分配部件和混合歧管連接到處理室。這些部件附接到形成稱為“氣體面板”或“氣體箱”的完整系統(tǒng)的基板。

“氣體棒”包括通過混合歧管的通道連接到其它氣體控制部件的多個集成表面安裝部件(例如，閥，過濾器等)，氣體控制部件可以安裝在該混合歧管上。氣體棒的每個部件通常位于歧管塊的上方。多個歧管塊形成模塊化基底、歧管塊層，歧管塊層產生通過氣體棒的氣體流動路徑。隨著特征尺寸的縮小，需要改進氣體輸送系統(tǒng)以改善正在處理的襯底上的蝕刻速率均勻性。

本文公開了一種氣體供應輸送裝置(即，多區(qū)域氣體輸送系統(tǒng))，其包括用于分離和分配精確量的處理氣體和調節(jié)氣體的多區(qū)域氣體分流器，該多區(qū)域氣體分流器可并入氣體面板中，并調節(jié)到處理室的多個區(qū)域的氣體組成和/或氣體流速。

氣體混合物可以被分離，從而由包括氣體分流器的氣體供應輸送裝置通過改變供給到每個區(qū)域的氣體百分比控制，以便控制在半導體襯底表面的相應區(qū)域處的跨越半導體襯底表面的處理速率?？梢酝ㄟ^多區(qū)域氣體分流器來調整各區(qū)域之間的氣體組成，以便控制在相應區(qū)域處的半導體襯底表面處的處理速率。因此，可以在可通過包括氣體分流器的多區(qū)域氣體輸送系統(tǒng)實現(xiàn)的多種配置之間控制和調節(jié)通過多個區(qū)域的氣體輸送，以滿足形成半導體襯底上表面的相應材料層的特定處理要求的需要。

多區(qū)域氣體輸送系統(tǒng)包括多區(qū)域氣體進料裝置(gasfeed)，其中每個氣體進料裝置可將氣體輸送到處理室的相應多個注射區(qū)域。多區(qū)域氣體輸送系統(tǒng)包括基于孔的氣體分流器和可操作以向每個區(qū)域提供嚴密且準確的氣體輸送分配的若干調節(jié)氣體輸送棒。當按照某一處理方案比例來布置氣體分流器的控制多個活性孔(activeorifice)的閥時，發(fā)生分流，每個活性孔基于其直徑的相應公差可操作以以個性化的輸出流速供應氣體。按照通過活性孔中的一個或多個形成的期望比例，一定量的氣流被分配到處理室的多個注射區(qū)域的每個注射區(qū)域。此外，每個調節(jié)氣體棒具有連接到處理氣體管線的能力，以與進料管線混合，或者替代地，以單獨地輸送到半導體襯底處理裝置的處理室中的例如噴嘴電極的相應注射區(qū)域的注射點。包括氣體分流器的氣體供應輸送裝置的設計允許其修改，所述修改包括對處理室的多個注射區(qū)域的氣流的獨立調節(jié)。

多個氣體進料裝置是包括氣體分流器的氣體面板的延伸部分。多個氣體進料裝置具有向等離子體處理室中的多個注射區(qū)域分配混合物或單獨地供應氣體物質的能力，其中氣體分流器可以將氣體輸送到多個氣體進料裝置的相應進料裝置(即氣體分流器可以采取單個氣體進料輸入并將其分成多個管線，例如相應的多個氣體進料裝置)到注射區(qū)域室)。多個氣體進料裝置改善了例如跨越正被處理的襯底的表面的相應區(qū)域上的中心區(qū)域、中間區(qū)域和邊緣區(qū)域蝕刻速率均勻性。當氣體分流器改變每個區(qū)域的氣體進料百分比以及改變正被供應給相應區(qū)域中的一個或多個的氣體組成時，氣體混合物被分離和控制。用于向處理室的不同的相應區(qū)域供應氣體的氣體分流器中正被打開或關閉的閥的各種組合將混合氣體的期望比例輸送到多個氣體進料裝置，每個氣體進料裝置形成到相應氣體注射區(qū)域的氣體輸送管線。為了實現(xiàn)這一功能，氣體輸送管線被從氣體箱(即氣體面板)路由到處理室。

上述設計使得多區(qū)域氣體輸送系統(tǒng)的多種配置能夠滿足特定處理要求的需要。例如，在多步驟蝕刻工藝中，對于給定的蝕刻工藝，半導體襯底的不同層將需要不同流速和氣體組成到處理室的各個注射區(qū)域。半導體襯底的層可以包括：基底材料，例如硅晶片；在基底材料上方的要處理(例如，蝕刻或沉積在其上)的材料的中間層；以及在中間層上方的掩蔽層。中間層可以包括導電材料、介電材料和半導體材料。掩蔽層可以是具有用于在中間層中蝕刻期望特征(例如，孔、通孔和/或溝槽)的開口圖案的圖案化光刻膠材料。例如，在共同轉讓的美國專利no.8,668,835中公開了包括在多步驟蝕刻工藝中被處理的各種層的多層膜堆疊(半導體襯底)，該專利的全部內容通過引用并入本文。

可以處理的示例性介電材料是例如摻雜的氧化硅(例如氟化氧化硅)、未摻雜的氧化硅(例如氧化硅)、旋涂玻璃、硅酸鹽玻璃、摻雜或未摻雜的熱氧化硅、和摻雜或未摻雜的teos沉積氧化硅。介電材料可以是具有選定k值的低k材料。這種介電材料可以覆蓋導電層或半導體層，例如，多晶硅、金屬(例如，鋁、銅、鈦、鎢、鉬及其合金)、氮化物(例如氮化鈦)、和金屬硅化物(例如，硅化鈦、硅化鎢和硅化鉬)。

形成半導體襯底層的每種上述材料的蝕刻需要不同的蝕刻氣體化學物質并需要調整跨越襯底的氣體化學物質以實現(xiàn)最佳蝕刻結果。包括在氣體供應輸送裝置中的氣體分流器中的閥和孔提供針對每個相應區(qū)域的0-100％和100-0％和以小于或等于約10％的步進增量從90-10％和10-90％的多流控制能力。此外，可以使用壓力計作為診斷工具來確定多區(qū)域氣體分流器的任何孔是否被堵塞。另外，調節(jié)到每個區(qū)域的氣體調節(jié)可以以低至0.1sccm的微量進行，以微調每個區(qū)域中的蝕刻結果。

多區(qū)域氣體分流器可操作以精確地控制通過處理室的相應注射區(qū)域的流速。在許多等離子體蝕刻工藝中，半導體襯底的中心蝕刻速率高于中間區(qū)域蝕刻速率和/或邊緣區(qū)域蝕刻速率。因此，通過微調氣體組成和流速，可以降低中心蝕刻速率，以便與中間區(qū)域蝕刻速率和邊緣區(qū)域邊緣速率一致。例如，為了微調中心區(qū)域的蝕刻結果，可以以0.1至1sccm氣體添加的增量來添加處理氣體和/或調節(jié)氣體到中心區(qū)域，以實現(xiàn)更均勻的蝕刻結果。

基于孔的氣體分流器和若干調節(jié)氣體輸送棒提供嚴密且精確的氣體輸送分布到每個區(qū)域，以便允許例如將要被輸送到注射區(qū)的處理氣體/調節(jié)氣體的流速增加或減少約0.1至1sccm，同時向其他注射區(qū)提供較高流速的混合處理氣體。氣體分流器包括閥，閥被打開和關閉以通過具有固定尺寸的孔輸送期望比例的混合氣體，其中被選擇的孔的組合控制氣體通過其中的流速，以提供通過氣體輸送系統(tǒng)的氣體出口輸送的期望比例的混合氣體?？壮叽绾推湮恢帽豢刂茷榭刂仆ㄟ^其輸送的氣體的氣體流速的關鍵特征。多區(qū)域氣體分流器被布置用于某些處理方案，并且由控制器控制，該控制器可操作以啟動(fire)預定的閥組合，從而控制氣體到每個相應區(qū)域的流速。此外，調節(jié)氣體棒可以用于局部地改變每個區(qū)域中的氣體的化學物質(即組成)。

氣體供應輸送裝置的氣體面板與氣體供應部分流體連通，該氣體供應部分連接到控制器以控制包括mfc的流量控制部件和氣體分流器的閥的操作，從而使得能夠控制兩種或更多種氣體的組合物，該兩種或更多種氣體的組合物可以由氣體供應部分通過氣體面板供應到氣體分流器，然后再到達將氣體輸送到處理室的相應氣體注射區(qū)域的多個氣體進料裝置。在一個實施方式中，氣體供應部分包括多個氣體源，例如17個單獨的氣體源，其中處理氣體和調節(jié)氣體與氣體分流器流體連通，并且調節(jié)氣體被布置成繞過氣體分流器，以直接注入到氣體注射區(qū)域中。因此，氣體供應部分可以將許多不同的期望的氣體混合物通過氣體分流器和與相應氣體注射區(qū)域流體連通的相應的多個氣體進料裝置供應到處理室的注射區(qū)域。

包括在氣體供應輸送裝置中的氣體源的數(shù)量不限于任何特定數(shù)量的氣體源，而是優(yōu)選地包括至少兩個不同的氣體源。例如，氣體供應部分可以包括多于或少于八個氣體源，例如多達17個氣體源，每個氣體源通過氣體面板以及相應的mfc與氣體分流器流體連通?？捎上鄳獨怏w源提供的不同氣體包括單質氣體(例如o2、ar、h2、cl2、n2等)以及氣態(tài)碳氟化合物和/或氟代烴化合物(例如，cf4、ch3f等)。在一個實施方式中，處理室是等離子體處理蝕刻室，并且氣體源可以供應ar、o2、n2、cl2、ch3、cf4、c4f8和ch3f或chf3(以其任何合適的順序)。由相應氣體源供應的特定氣體可以基于在等離子體處理室中要執(zhí)行的期望的工藝(例如，特定的干蝕刻工藝和/或材料沉積工藝)來選擇，該特定氣體由待處理的半導體襯底的上表面的特定材料組成決定。氣體供應部分可以提供關于選擇可被提供以用于進行蝕刻工藝的氣體的廣泛的通用性。

氣體供應部分優(yōu)選地還包括至少一個調節(jié)氣體源以調節(jié)氣體組成。調節(jié)氣體可以是例如o2、惰性氣體(例如氬氣)、或反應性氣體(例如，碳氟化合物或氟代烴氣體(例如c4f8))。在該實施方式中，氣體供應部分可以包括四個調節(jié)氣體源，其中調節(jié)氣體源可以供應調節(jié)氣體，以在氣體到達所述氣體分流器之前調節(jié)正被輸送到所述氣體分流器的所述氣體的組成，或者氣體分流器可以組合調節(jié)氣體和處理氣體以調節(jié)通過相應的多個氣體供應管線正被輸送到相應氣體注射區(qū)域中的任何一個的氣體混合物的組成。替代地，氣體供應輸送裝置可操作以將調節(jié)氣體直接供應到多個氣體進料裝置中的相應一個，每個氣體進料裝置與處理室的相應氣體注射區(qū)域流體連通。

優(yōu)選地，氣體分流器700的孔上游的壓力被精確地測量并從經(jīng)由閥v540與氣體分流器700流體連通的500托壓力計(例如壓力計dgf-2)收集。該設計允許針對特定處理要求修改多區(qū)域氣體輸送系統(tǒng)，包括獨立調整到室內的多個氣體注射區(qū)域的氣流，該多個氣體注射區(qū)域對應于跨越正在處理的半導體襯底的上表面的相應區(qū)域。此外，氣體分流器可以包括通過閥v605的輸出afv，其中在一個實施方式中，輸出afv可用于繞過氣體分流器700，或提供通過氣體分流器700輸出的附加氣流。

通過氣體供應輸送裝置的氣體面板的氣體分流器實現(xiàn)的大量可能的閥組合允許通過其孔的許多可調且可控的氣體流。例如，圖2示出了氣體供應輸送裝置100的氣體面板701的一部分的等距視圖，其包括多區(qū)域氣體分流器700，氣體分流器700包括用于執(zhí)行分離的11個二態(tài)閥702。不同閥組合的最大數(shù)量為2¹¹＝4096，但是這些狀態(tài)中的一些可能無效(例如，所有閥關閉、或到各個區(qū)域的過大或過小的分流)。在實踐中，近1000種組合是可用的。使用算法方法來有效地選擇這些組合的子集，以便控制通過相應的多個氣體區(qū)域進料裝置供應到處理室的每個注射區(qū)域的氣體的比例。算法方法可以選擇產生輸出的組合，這些輸出是針對彼此緊密空間上接近的每個相應氣體注射區(qū)域的閥組合，或者替代地，算法可以基于各個孔的直徑公差選擇使氣體的輸出流中的總不確定度(totaluncertainty)最小化的閥組合。

圖1描繪了可以與氣體供應輸送裝置100的實施方式一起使用的示例性半導體材料等離子體處理裝置10。裝置10包括真空室或等離子體處理室12，室12具有包含襯底支撐件14的內部，在等離子體處理期間半導體襯底16被支撐在襯底支撐件14上。襯底支撐件14包括可操作以在處理期間將半導體襯底16夾緊在襯底支撐件14上的夾緊裝置，優(yōu)選靜電吸盤18。半導體襯底可以被聚焦環(huán)和/或邊緣環(huán)、接地延伸部分或其他部件包圍，其他部件是例如在共同轉讓的美國專利no.6,984,288中公開的部件，該專利的全部內容通過引用并入本文。

在優(yōu)選實施方式中，等離子體處理室12包括具有約1/2升至約4升(優(yōu)選約1升至約3升)的體積的等離子體約束區(qū)，以用于處理200mm或300mm晶片。替代地，等離子體約束區(qū)可以具有約4升或更大的體積以用于處理450mm晶片。等離子體處理室12可以包括用于限定等離子體約束區(qū)的約束環(huán)裝置，例如在共同轉讓的美國專利no.8,826,855中所公開的，該專利的全部內容通過引用并入本文。約束機構可以限制從等離子體體積到等離子體處理室12的處于等離子體體積之外的內部的部分的流體連通。優(yōu)選地，在沒有大量的反向擴散的情況下，氣體供應輸送裝置可以在小于約1秒(優(yōu)選小于約200ms)的時間段內用另一種氣體替代等離子體約束區(qū)域中的這種體積的氣體，其中氣體分布可以包括諸如共同轉讓的美國專利no.8,772,171中所述的氣體切換裝置，該專利的全部內容通過引用并入本文。

圖1所示的等離子體處理裝置10包括氣體分配系統(tǒng)，例如具有形成等離子體室的壁的支撐板20的噴頭電極組件、和附接到支撐板的噴頭22，其中噴頭包括多個氣體注射區(qū)域。擋板組件位于噴頭22和支撐板20之間，以將處理氣體均勻地分配到噴頭22的多個注射區(qū)域的等離子體暴露表面28。擋板組件可包括一個或多個擋板。在該實施方式中，擋板組件包括擋板30a、30b和30c。在擋板30a、30b和30c之間以及在擋板30c和噴頭22之間限定開放的充氣室(plenum)48a、48b和48c。擋板30a、30b和30c以及噴頭22包括用于使處理氣體流入等離子體處理室12內部的通路。

在該實施方式中，板20和擋板30a之間的充氣室和擋板30a、30b和30c之間的充氣室48a、48b和48c被密封件38a、38b、38c、38d、38e、38f、38g和38h(例如o形環(huán))分為中心區(qū)域72、圍繞中心區(qū)域72的中間區(qū)域42、以及圍繞中間區(qū)域42的邊緣區(qū)域46。中心區(qū)域72、中間區(qū)域42和邊緣區(qū)域46可以由本文所闡述的氣體供應輸送裝置100優(yōu)選地在控制器500的控制下供應具有不同的相應氣體化學性質和/或流速的處理氣體，控制器500控制多個氣體源及其相應的mfc以及氣體分流器。例如，氣體從中心區(qū)域氣體進料裝置40供應到中心區(qū)域72中，氣體從中間區(qū)域氣體進料裝置70供應到中間區(qū)域42，并且氣體從邊緣區(qū)域氣體進料裝置44供應到環(huán)形通道44a中，然后進入邊緣區(qū)域46。處理氣體流過擋板30a、30b和30c中的通道，并通過噴頭22的相應注射區(qū)域，流入等離子體處理室12的內部，到達跨越半導體襯底16的上表面的相應區(qū)域上方。處理氣體通過電源(例如，驅動電極22的rf源、或驅動襯底支撐件14中的電極的電源)在等離子體處理室12中被激勵成等離子體狀態(tài)。當優(yōu)選地在小于約1s(更優(yōu)選地在小于約200ms)的時間段內將不同的氣體組成供應到等離子體處理室12中時，可以改變施加到電極22的rf功率。在一個實施方式中，中心區(qū)域72、中間區(qū)域42和邊緣區(qū)域46可以由氣體供應輸送裝置100供應具有不同的相應氣體化學性質和/或流速的處理氣體。

在其它優(yōu)選實施方式中，等離子體處理裝置10可以包括用于將處理氣體注入到等離子體處理室中的可調節(jié)多區(qū)域氣體注射器系統(tǒng)。例如，可調節(jié)多區(qū)域氣體注射器系統(tǒng)可以具有如共同所有的美國專利申請公開no.2010/0041238中所公開的配置，該公開的全部內容通過引用并入本文。例如，與將處理氣體供應到等離子體處理室的外部區(qū)域的側壁注射器一起使用的兩區(qū)域中心注射器，其中不同區(qū)域可以由氣體供應輸送裝置100供應具有不同的相應氣體化學性質和/或流速的處理氣體(參見共同轉讓的美國專利申請2011/0056626，其公開內容通過引用整體并入本文)。氣體供應輸送裝置100可以包括彼此流體連通的氣體供應部分、流控制部分和可選的氣體切換部分。等離子體處理裝置10包括可操作以從室12排出處理氣體和反應副產物的真空源88。

圖3示出了如本文所公開的用于將處理氣體供應到等離子體處理系統(tǒng)的室的氣體供應輸送裝置100的示意圖，其中半導體襯底利用通過至少第一、第二和第三氣體注射區(qū)域引入的氣體來處理。氣體供應輸送裝置100包括多個處理氣體供應入口和多個調節(jié)氣體入口?；旌掀绻?10包括多個氣體供應棒200，每個氣體供應棒200適于提供與相應處理氣體供應裝置的流體連通。多個調節(jié)氣體棒，例如諸如調節(jié)氣體棒300，每個調節(jié)氣體棒適于與相應的調節(jié)氣體供應裝置流體連通，并且還可以通過相應的閥300a或v172、v162與混合歧管710流體連通。第一氣體出口c1適于將氣體輸送到第一氣體注射區(qū)域，第二氣體出口c2適于將氣體輸送到第二氣體注射區(qū)域，并且第三氣體出口e1適于將氣體輸送到第三氣體注射區(qū)域。氣體分流器700與混合歧管710流體連通。氣體分流器700包括第一閥裝置，其將離開混合歧管710的混合氣體分成可供應到第一氣體出口c1的第一混合氣體以及可供應到第二和/或第三氣體出口c2、e1的第二混合氣體。在一個實施方式中，混合歧管710可以經(jīng)由閥540a與壓力計dgf-2流體連通。

第二閥裝置720可操作以選擇性地將調節(jié)氣體從調節(jié)氣體棒300輸送到第一、第二和/或第三氣體出口c1、c2、e1。第二閥裝置包括第一組閥、第二組閥、第三組閥和第四組閥；所述第一組閥可以選擇性地將第一調節(jié)氣體輸送到與第一氣體出口c1、第二氣體出口c2、第三氣體出口e1或其組合流體連通的第一調節(jié)氣體管道；所述第二組閥選擇性地將第二調節(jié)氣體輸送到與第一氣體出口c1、第二氣體出口c2、第三氣體出口e1或其組合流體連通的第二調節(jié)氣體管道；所述第三組閥選擇性地將第三調節(jié)氣體輸送到與第一氣體出口c1、第二氣體出口c2、第三氣體出口e1或其組合流體連通的第三調節(jié)氣體管道；所述第四組閥選擇性地將第四調節(jié)氣體輸送到與第一氣體出口c1、第二氣體出口c2、第三氣體出口e1或其組合流體連通的第四調節(jié)氣體管道。在上述實施方式中，替代的閥配置可操作以將相應的第一、第二、第三和/或第四調節(jié)氣體輸送到第一氣體出口c1、第二氣體出口c2、第三氣體出口e1或其組合，如圖3所示。此外，第二組閥包括將第一、第二、第三和第四調節(jié)氣體棒300選擇性地連接到混合歧管710和/或吹掃管線vac的閥。在一個實施方式中，第二閥裝置720可以包括但不限于閥v162、v525、v8-v9、v8-v9a、v172、v526、v527、v527c、v525c、v526c、v527b、v527a、v526a、v525b、v525a、v173b、v173a、v526c、v526b、v527a、v525a、v525c和v173。第二閥裝置720的閥之間的氣體管線還可以包括沿著氣體管線的壓力傳感器，例如但不限于壓力傳感器ps4c、ps4b、ps4a、ps4和ps3。

圖3還示出氣體分流器700可操作以控制不同氣體的流速并且可選地還調節(jié)不同氣體的組成，該氣體可被供應到相應的第一、第二和第三氣體出口c1、c2和e1。氣體分流器700可以從氣體源200通過其相應的閥200a、v3或v4供應來提供不同流速和/或化學性質的氣體，其中氣體源200可以是處理氣體、惰性氣體、調節(jié)氣體之一或其組合，具體取決于要執(zhí)行的處理操作。處理氣體可以從相應的氣體源200通過相應的閥200a經(jīng)由氣體管線以及通常包括如圖3所示的標簽“v”的相關閥供應到氣體分流器700。在一實施方式中，混合歧管710可以通過閥v187、v188、v189中的一個或多個將氣體供應到氣體分流器700。

氣體分流器700的第一閥裝置可以包括第一閥組730a、第二閥組730b和第三閥組730c，第一閥組730a具有精確控制第一混合氣體的比例并將第一混合氣體輸送到第一氣體出口c1的關鍵孔，第二閥組730b具有控制第二混合氣體的比例并將第二混合氣體輸送到第二和/或第三氣體出口c2、e1的關鍵孔，第三閥組730c將混合氣體輸送到第二和/或第三氣體出口c2、e1。在一個實施方式中，第一閥裝置將第一混合氣體僅輸送到第一氣體出口c1，并且將第二混合氣體僅輸送到第二和/或第三氣體出口c2、e1。在一個實施方式中，第一閥組730a可以包括閥531a、532a、533a、534a和535a，并且第二閥組730b可以包括閥531、532、533、534、535和536。在一個實施方式中，第三閥組730c至少可以包括閥521、522、v512和v511。

此外，供應到等離子體處理室12(參見圖1)的氣體的流速和/或化學性質對于中心區(qū)域72、中間區(qū)域42和邊緣區(qū)域46可以是不同的。因此，氣體分流器700可以向跨越半導體襯底16的區(qū)域提供期望的氣體流動和/或氣體化學性質，從而增強半導體襯底處理的均勻性。在一個實施方式中，可以切換通過氣體注射區(qū)域供應到真空室的氣體，其中多區(qū)域氣體分流器700可以可操作以將當前不使用的氣體(例如用于處理操作的后續(xù)步驟的氣體)轉移到旁路管線，例如吹掃(即，旁路)管線vac，管線vac可以與例如在渦輪泵和粗抽泵之間的真空泵系統(tǒng)流體連通。吹掃管線vac可以經(jīng)由閥cv1與處理氣體供應裝置和/或調節(jié)氣體供應裝置中的一個或多個流體連通。

在如圖3所示的實施方式中，處理氣體可以從處理氣體源200中的一個或多個供應到氣體分流器700，氣體分流器700包括例如11個閥531、532、533、534、535、536、534、535、536、531a、532a、533a、534a和535a，其中上述閥的組合可以被調節(jié)到打開或關閉位置，以便通過處于所述打開位置的閥的孔向其供應一定比例的供給氣體，并且將該一定比例的供給氣體供應到相應的輸出線e1、c1、c2、afv和/或vac，使得氣體可以被供應到多個氣體區(qū)域進料裝置中的相應一個，并且隨后被供應到與其流體連通的處理室的相應氣體注射區(qū)域。閥531-535a可以優(yōu)選在控制器500的控制下選擇性地打開或關閉，以允許不同的氣體混合物流到相應的輸出管線，其中與每個相應的閥相關聯(lián)的獨特孔尺寸使得能夠對流到處理室的每個相應氣體注射區(qū)域的流速的比例進行微調。例如，通過打開與一種或多種氣體源200相關聯(lián)的一個或多個閥531-535a(同時與氣體源200中的另一些關聯(lián)的其余閥531-535a中的一個或多個關閉)允許將第一氣體混合物供應到第一氣體注射區(qū)域，將第二氣體混合物供應到第二氣體注射區(qū)域并將第三氣體混合物供應到處理室的第三注射區(qū)域，其中第一、第二以及第三氣體混合物可以以相同或不同的流速流動，并且其中氣體混合物的組成可以相同，或者可以調節(jié)氣體混合物中的組成，以便控制跨越待處理晶片的表面的相應區(qū)域處的蝕刻速率。因此，可以將氣體的各種混合物和質量流量提供給輸出管線e1、c1、c2、afv和vac(即，旁路/吹掃管線)，從而提供給處理室的多個氣體區(qū)域進料裝置和氣體注射區(qū)域中的相應氣體注射區(qū)域。在一個實施方式中，處理氣體可以通過閥(包括但不限于閥v9pr8和v8)繞過氣體分流器300。

在圖3所示的實施方式中，11個閥531-535a中的每一個包括與其相關聯(lián)的相應的孔，其中每個孔可以具有相對限制尺寸，例如直徑。因此，當發(fā)生通過孔中的一個或多個的氣體流動時，可以使用與相應閥531-535a相關聯(lián)的孔的預定組合來控制輸送到氣體供應輸送裝置100的輸出端的氣體的總電導。可以打開任何數(shù)量的孔，以提供指向單個氣體注射區(qū)域的孔的總電導相對于指向不同氣體注射區(qū)域的孔的電導的不同比例，以便提供流到相應區(qū)域的不同比例的氣體，以便控制處理室中的襯底的處理速率(例如，在跨越半導體襯底表面的相應區(qū)域處的蝕刻速率)。此外，打開某些孔可以向氣體混合物供應調節(jié)氣體以微調到達相應區(qū)域的氣體組成，以便控制處理室中的襯底的處理速率(例如，在跨越半導體襯底表面的相應區(qū)域處的蝕刻速率)。

另一個實施方式可以包括不同數(shù)量的孔和相關聯(lián)的閥，例如大于11的多個閥。閥531-535a優(yōu)選地位于每個相應孔的上游，以控制流向孔的氣流，然而在替代實施方式中，閥531-535a可設置在孔的下游。在優(yōu)選實施方式中，閥531-536專用于控制輸送到中間和/或邊緣區(qū)域的氣體的比例，而閥531a-535a專用于控制通過閥v511a輸送到中心區(qū)域的氣體的比例。

與相應閥531-535a相關聯(lián)的孔可操作以當氣體供應輸送裝置100將流入等離子處理室12中的氣體從例如第一氣體混合物改變?yōu)榈诙怏w混合物時防止氣流中的壓力波動和流動不穩(wěn)定性，反之亦然。

圖4示出了半導體襯底16的示意圖，該半導體襯底16通過中心注射區(qū)域72、中間注射區(qū)域42和邊緣注射區(qū)域46接受受控且經(jīng)調節(jié)的處理氣體。例如，如圖4所示，半導體襯底16可以包括被供應到中心注射區(qū)域72的第一和第二調節(jié)氣體、被供應到中間注射區(qū)域42的處理氣體和第三調節(jié)氣體42，以及被供應到邊緣注射區(qū)域46的第四調節(jié)氣體和處理氣體。通過控制氣體組成以及供應到相應的中心區(qū)域、中間區(qū)域和邊緣區(qū)域72、42和46的氣體的流速，可以均勻地蝕刻襯底。

圖5示出了在諸如圖1或圖4的示意圖所示的處理室中在蝕刻或沉積工藝期間使用由氣體分流器控制的多區(qū)域氣體注射來確定氣體組成和流速以均勻地處理晶片(即，半導體襯底)的方法的流程圖。首先，在步驟800中，例如通過蝕刻工藝處理測試晶片，其中根據(jù)工藝配方將氣體組成和流速提供給多個氣體注射區(qū)域中的每一個，其中組成和/或流速由氣體分流器700控制。在步驟801中，然后測量測試晶片以確定其上表面的蝕刻均勻性，以確定跨越測試晶片表面的相應區(qū)域的蝕刻速率。然后，在步驟802中，使用控制器軟件或工藝工程師的輸入，調整流向一個或多個氣體注射區(qū)域的氣體組成和/或流速，以增加跨越后續(xù)測試晶片的區(qū)域的蝕刻均勻性。在步驟803中，可以用其中流向一個或多個氣體注射區(qū)域的氣體組成和/或流速被改變的修改的蝕刻配方蝕刻下一個測試晶片。測量晶片的上表面的均勻性以確定跨越經(jīng)蝕刻的測試晶片的表面的相應區(qū)域的蝕刻速率(步驟804)。如果在步驟804中測量的測試晶片的上表面的均勻性在期望公差內，那么可以根據(jù)修改的配方處理成批的晶片。如果在步驟804中測量的晶片的均勻性不在期望公差范圍內，則可以重復步驟802-804，直到在期望公差內處理測試晶片。以這種方式，通過多個注射區(qū)域的處理氣體的氣體組成和/或流速可以被優(yōu)化以用于均勻的晶片處理。

可以使用圖5流程圖中所示的優(yōu)化過程來創(chuàng)建查找表，其中查找表可以存儲在作為控制器500的一部分的適當存儲器中，使得用戶可以根據(jù)存儲在查找表中的數(shù)據(jù)調整或修改給定的蝕刻工藝。替代地，預先存在的查找表可以包含在系統(tǒng)軟件中，其中控制器500軟件可以基于包括在查找表中的數(shù)據(jù)來修改工藝配方。在優(yōu)化過程期間，控制器500還可以利用新生成的數(shù)據(jù)來更新存儲的查找表，以說明在給定處理裝置中改變處理條件?？梢詫⒖刂破?00中的軟件配置為基于查找表來確定針對給定工藝配方的最佳氣體比例和/或流速。

本文公開的等離子體處理裝置10和相關的氣體供應輸送裝置100可以與電子設備集成，以用于在處理半導體晶片或襯底之前、期間和之后控制其操作。電子設備被稱為“控制器”，其控制一個或多個系統(tǒng)的各個組件或子部件。例如，如圖1所示，等離子體處理裝置10和/或氣體供應輸送裝置100包括相關聯(lián)的控制器500。根據(jù)等離子體處理裝置10的處理要求和/或類型，控制器500可以被編程為控制在此公開的任何處理，包括處理氣體的輸送、溫度設置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強設置、真空設置、功率設置、射頻(rf)發(fā)生器設置、rf匹配電路設置、頻率設置、流速設置、流體輸送設置、位置和操作設置、晶片傳輸進出連接到特定系統(tǒng)或與特定系統(tǒng)接口的工具和其他傳輸工具和/或裝載鎖。

從廣義上來說，所述控制器被定義為電子設備，所述電子設備具有接收指令、發(fā)出指令、控制操作、實現(xiàn)清洗操作、實現(xiàn)終點測量等的各種集成電路、邏輯、存儲器、和/或軟件。集成電路包括存儲程序指令的固件的形式的芯片、數(shù)字信號處理器(dsp)、限定為專用集成電路(asic)的芯片、plds，和/或一個或多個微處理器，或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令以各種單個的設置(或程序文件)的形式傳送到所述控制器，定義執(zhí)行在半導體晶片上的或用于半導體晶片的或針對系統(tǒng)的處理的操作參數(shù)的指令。在一些實施方式中，操作參數(shù)是由工藝工程師限定的配方的一部分，以在一或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路、和/或晶片的管芯的制備過程中實現(xiàn)一個或多個處理步驟。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器500是計算機的一部分或耦合到計算機，所述計算機與系統(tǒng)集成或耦合到系統(tǒng)或以其他方式聯(lián)網(wǎng)到系統(tǒng)或者這些的組合。例如，該控制器可以在“云”中，或在晶圓廠(fab)主機計算機系統(tǒng)的全部或部分中，其使得能夠對晶片處理進行遠程訪問。該控制器能夠遠程訪問系統(tǒng)以監(jiān)控制備操作的目前進展，研究過去的制備操作的歷史，從多個制備操作來研究趨勢或性能指標，以改變當前處理的參數(shù)，設置當前處理之后的處理步驟，或開始新的處理。在一些示例中，遠程計算機(例如服務器)通過計算機網(wǎng)絡向系統(tǒng)提供工藝配方，所述計算機網(wǎng)絡包括本地網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。遠程計算機包括使得能夠進入或編程參數(shù)和/或設置的用戶界面，然后，所述參數(shù)和/或設置被從遠程計算機傳送到系統(tǒng)。在一些示例中，控制器以數(shù)據(jù)形式接收指令，該指令指定在一個或多個操作期間將要執(zhí)行的每個處理步驟的參數(shù)。應當理解的是，對于要執(zhí)行的處理的類型和與控制器接口或由控制器控制的工具的類型，參數(shù)可以是特定的。因而，如上所述，該控制器500可以例如通過包括被聯(lián)網(wǎng)在一起并朝著共同的目的(例如本文所描述的處理和控制)工作的一個或多個離散的控制器而是分布式的。用于這種目的的分布式控制器的示例可以是在室上的一個或多個集成電路，其與位于遠程的一個或多個集成電路(例如，在平臺水平(即等離子體處理裝置10)的或作為遠程計算機的一部分)通信，其結合以控制室上的處理。

示例性等離子體處理裝置10可以包括但不限于處理室，該處理室包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉漂洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(pvd)室或模塊、化學氣相沉積(cvd)室或模塊、原子層沉積(ald)室或模塊、原子層蝕刻(ale)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及可以與制備和/或制造半導體晶片相關聯(lián)的或在制備和/或制造半導體晶片中使用的任何其它半導體處理裝置或系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)將由等離子體處理裝置10執(zhí)行的一個或多個處理步驟，其控制器500可以與其他工具電路或模塊、其它工具組件、集群工具、其它工具接口、相鄰工具、鄰近工具、位于整個工廠的工具、主計算機、另一控制器、或在將晶片的容器往返半導體制造工廠的工具的位置和/或裝載口傳送的材料運輸中使用的工具中的一個或多個通信。

如本文公開的使用氣體供應輸送裝置的方法用于將處理氣體供應到等離子體處理系統(tǒng)的室，其中利用通過至少第一、第二和第三氣體注射區(qū)域引入的氣體來處理半導體襯底。所述氣體供應輸送裝置包括：多個處理氣體供應入口和多個調節(jié)氣體入口；混合歧管，其包括多個氣體供應棒，每個氣體供應棒適于提供與相應處理氣體供應裝置的流體連通；多個調節(jié)氣體棒，每個調節(jié)氣體棒適于提供與相應調節(jié)氣體供應裝置的流體連通；適于將氣體輸送到所述第一氣體注射區(qū)域的第一氣體出口，適于將氣體輸送到所述第二氣體注射區(qū)域的第二氣體出口，以及適于將氣體輸送到所述第三氣體注射區(qū)域的第三氣體出口；與所述混合歧管流體連通的氣體分流器，所述氣體分流器包括第一閥裝置，所述第一閥裝置將離開所述混合歧管的混合氣體分離成可供應到所述第一氣體出口的第一混合氣體和可供應到所述第二和/或第三氣體出口的第二混合氣體；以及第二閥裝置，其選擇性地將調節(jié)氣體從所述調節(jié)氣體棒輸送到所述第一、第二和/或第三氣體出口。所述方法包括操作所述第一閥裝置以將所述第一混合氣體輸送到所述第一氣體出口并將所述第二混合氣體輸送到所述第二和/或第三氣體出口，以及操作所述第二閥裝置以將一種或多種調節(jié)氣體輸送到所述第一、第二和/或第三氣體出口。

已經(jīng)參考優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以以除了上述以外的具體形式來體現(xiàn)本發(fā)明。優(yōu)選實施方式是說明性的，并且不應以任何方式被視為限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權利要求而非前面的描述給出，并且落入權利要求的范圍內的所有變化和等同方案旨在被包含在其中。