在應用多區氣體供給裝置的等離子體處理室中的共用氣體面板的制作方法
【專利摘要】用于在等離子體處理室的多個多區氣體供給室中共用氣體面板的裝置和方法。各多區氣體供給室具備其自身的多區氣體供給裝置，以便可調節地將進入的氣流分入各室并且將不同的氣流提供至多區氣體供給室的不同區域。
【專利說明】在應用多區氣體供給裝置的等離子體處理室中的共用氣體面板

【背景技術】
[0001]襯底處理系統已長期被應用于處理襯底以制造電子器件(諸如集成電路芯片、或者平板顯示器或太陽能電池板)。在現代的襯底處理系統中，每個系統可具備多個處理模塊(PM)。這通常被稱為集群工具方法，并且集群工具通常被理解成包括用于并行地處理多個襯底的多個處理模塊。
[0002]一般來說，各處理模塊構造成根據相同或不同的方案/工藝來處理一個或多個襯底。因為襯底的處理通常需要多種工藝氣體(諸如蝕刻氣體或沉積氣體或調整氣體)，所以在過去各處理模塊(或者室，例如在本文中術語“室”與“處理模塊”可互換地使用)通常具備其自己的氣體面板，以便選擇性地將一組所需的工藝氣體提供至處理模塊以執行期望的方案。
[0003]為了詳細地說明，氣體面板代表執行接納多種工藝氣體、根據方案所規定的參數將多種工藝氣體選擇性地提供至處理模塊的功能的裝置。這些參數可包括例如:體積、壓力和溫度中的一個或多個參數。
[0004]然而，氣體面板是相當龐大并且在購買、操作和維護方面相對昂貴的物品。典型的氣體面板包括:多個輸入和輸出氣體管路、用于體積/壓力控制且用于單獨工藝氣體的安全性/隔離的多個閥、及相關的傳感器/控制器/通信電子器件。典型的氣體面板通常還包括用于在將這種工藝氣體提供給處理模塊之前將工藝氣體加以混合的混合歧管。大量的構件增加在獲取、操作和維護襯底處理系統方面的成本。
[0005]此外，一些等離子體處理室(諸如介電質蝕刻室)要求將多種氣體輸送至處理室的不同區域。在一個采用雙區域氣體輸送的示范性介電質蝕刻工具中，方案可規定將60%的工藝氣體引導至中心區域并且將40%的工藝氣體引導至邊緣區域。在相同室中的隨后方案可規定將72%的工藝氣體引導至中心區并且將28%的工藝氣體引導至邊緣區。采用多區域氣體輸送的、具有商業可行性的介電質蝕刻裝置需要準確地適應不同方案所規定的用于各種區域的一系列比率。
[0006]通過簡化氣體面板和/或減小氣體面板數量同時仍然高效率地適應單獨處理室的多區域氣體輸送要求，而降低在獲取、操作和維護襯底處理系統方面的成本。


【發明內容】

[0007]本發明的一個實施方式涉及一種用于將工藝氣體提供至等離子體處理系統中的多個多區氣體供給室的氣體供給輸送裝置。該裝置包括多個氣體供給管道和共用氣體面板，該共用氣體面板被連接以便接納來自多個氣體供給管道的不同氣體；該共用氣體面板將不同的氣體加以混合以形成混合氣體并且將該混合氣體均等地分開從而將混合氣體的一部分提供至多個多區氣體供給室的每個室。該裝置還包括多個多區氣體供給裝置，這些供給裝置包括至少兩個連接到共用氣體面板下游的多區氣體供給裝置。多個多區氣體供給裝置的各裝置構造成可調節地將來自共用氣體面板的由多個多區氣體供給裝置的各裝置所接納的混合氣體的一部分分成指定用于多個多區氣體供給室的多區氣體供給室的不同區域的多個氣體區域流。
[0008]在另一個實施方式中，本發明涉及一種用于將工藝氣體提供至等離子體處理系統的多個多區氣體供給室的方法。該方法包括提供多個多區氣體供給裝置；這些多區氣體供給裝置包括至少兩個多區氣體供給裝置，并且使來自多個氣體供給管道的不同氣體流動到共用氣體面板。共用氣體面板將不同氣體加以混合以形成混合氣體并且將該混合氣體均等地分開，從而將混合氣體的一部分提供給多個多區氣體供給裝置的每個裝置。該方法還包括:利用每個多區氣體供給裝置可調節地將混合氣體的一部分分成指定用于多個多區氣體供給室的多區氣體供給室的不同區域的多個氣體區域流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]通過附圖中的實例來說明本發明，但這些實例并非是限制性的，并且其中類似的附圖標記是指相似的元件，并且其中:
[0010]圖1示出了根據本發明一個實施方式的用于將工藝氣體提供至集群工具的一組處理模塊的裝置。
[0011]圖2概念性地示出了根據本發明一個實施方式的在共用氣體面板(SGP)內部的一些相關構件。
[0012]圖3示出了根據本發明一個或多個實施方式的共用氣體面板的一些相關構件的空間布置。
[0013]圖4示出了工業中常用類型的混合閥的另一個視圖。
[0014]圖5示出了構成共用氣體面板的兩個混合歧管的兩個焊接件的交錯排列。
[0015]圖6示出了典型的示范性現有技術多區氣體供給裝置，以便于論述。
[0016]圖7示出了其中在多個室中共用一些多區氣體輸送(MGF)的氣體輸送系統，以便于論述。
[0017]圖8示出了根據本發明一個或多個實施方式的、其中在多個室中可以共用氣體面板以降低成本同時各個多區室具備其自己的MGF的混合方法。
[0018]圖9示出了根據本發明一個或多個實施方式的、用于執行室匹配和/或工藝匹配的OES裝置。

【具體實施方式】
[0019]現在將參照附圖中所示的一些實施方式來詳細描述本發明。在下面的描述中陳述了許多具體細節，以便提供對本發明的詳盡理解。然而，對于本領域技術人員顯而易見的是，可以在不提供部分或全部的這些具體細節的情況下實施本發明。在其它情況下，對眾所周知的工序和/或結構未作詳細描述，從而不會不必要地使本發明難以理解。
[0020]下文中描述了各種實施方式，包括方法和技術。應記住的是本發明也可以包含制品，這些制品包括存儲用于實施本發明實施方式的計算機可讀指令的計算機可讀介質。計算機可讀介質可包括例如:半導體、磁性、光磁、光學、或者用于存儲計算機可讀代碼的其它形式計算機可讀介質。此外，本發明也可包括用于實施本發明實施方式的裝置。這種裝置可包括執行與本發明實施方式有關的任務的專用和/或可編程電路。這種裝置的實例包括通用計算機和/或專用計算裝置(當適當地編程時)，并且可包括適合于各種用途的計算機/計算裝置與專用/可編程電路的組合。
[0021]本發明的實施方式涉及用于減小襯底處理系統中氣體面板的數量和尺寸的方法和裝置。在一個或多個實施方式中，本發明人認識到如果構造襯底處理系統并且獲得最佳實踐，使得如果相同集群工具的多個處理模塊在相同時間執行相同方案以便在這些不同處理模塊中在不同襯底上執行相同處理，則不必提供具有可獨立控制的氣體箱的上述各處理模塊。在一個實施方式中，多個處理模塊共用一個氣體面板，由此減小需購買和維護的構件數量。各共用氣體面板(SGP)可以同時服務于兩個以上的處理模塊。
[0022]更重要地，本發明實施方式涉及用于使被共用氣體面板(SGP)的各構件所占據空間最小化的裝置和技術。例如，本發明實施方式涉及將混合歧管交錯排列，使得多個混合歧管的占用面積可以與一個現有技術歧管的占用面積相同。這是重要的，因為現代安全要求規定氣體面板的構件(諸如閥、質量流量控制器、氣體管路連接器)應當用容裝結構與周圍環境隔離。容裝結構中的空氣被不斷地泵送出和被凈化(即，將氣體面板構件中泄漏出的任何氣體去除或者使其相對無害化)。在一個目前使用的示范性氣體面板中，需要泵送和凈化大約每分鐘150CFM(立方英尺每分鐘)的容裝結構空氣。每當集群工具正在操作時需執行此泵送和凈化，并且當包括大量的大容量氣體面板時以非平凡的方式增加擁有和操作該集群工具的成本。
[0023]如果在集群工具中使用較少的氣體面板，則需要泵送和凈化較少的容裝結構空氣，由此降低擁有工具的成本。此外，如果可以將服務于多個處理模塊的本發明共用氣體面板(SGP)存放在小空間中以便共用氣體面板的構件容納在較小的容裝結構中，則需要泵送和凈化較少的容裝結構空氣，由此降低擁有和操作集群工具的成本。由于較少的氣體面板和氣體容裝結構，也可減小氣體泄漏到環境中的可能性。
[0024]在一個實施方式中，提供一種用于將選擇性工藝氣體提供給包括至少兩個處理模塊的一組處理模塊的裝置。該裝置包括氣體排出容裝結構(即，將容裝結構內部的構件與周圍環境隔離并且構造成將其內部的空氣頻繁或不斷地排出到處理系統的容裝結構)。在容裝結構的內部，設置多個三端口混合閥。各三端口混合閥包括輸入端口、第一輸出端口、和第二輸出端口。
[0025]利用多個上游主閥和/或質量流量控制器將工藝氣體選擇性地提供至混合閥的輸入端口。如果上游主閥和/或質量流量控制器關閉，那么與其中上游主閥和/或受控質量流量被關閉的氣體管路有關的工藝氣體不被輸送至混合閥的輸入端口并且不用于襯底的處理。
[0026]在一個實施方式中，在各三端口混合閥中，輸入端口連接到第一輸出端口和第二輸出端口，使得當三端口混合閥打開時，輸入端口將氣體提供至第一輸出端口和第二輸出端口。當三端口混合閥關閉時，輸入端口停止向第一輸出端口和第二輸出端口提供氣體。
[0027]在另一個實施方式中，在各三端口混合閥中，輸入端口選擇性地連接到第一輸出端口和第二輸出端口，使得當三端口混合閥打開時，輸入端口將氣體(基于控制輸入，可以是氣動、液壓或電動方式)提供至(I)第一輸出端口和第二輸出端口，或者(2)僅提供至第一輸出端口，或者(3)僅提供至第二輸出端口。當三端口混合閥關閉時，輸入端口停止向第一輸出端口和第二輸出端口提供氣體?；旌祥y的第一輸出端口連接到第一混合歧管的多個輸入端口，同時混合閥的第二輸出端口連接到第二混合歧管的多個輸入端口。第一混合歧管代表共用氣體歧管，在其中將來自各種混合閥的各種第一輸出端口的工藝氣體在經由第一混合歧管輸出端口被輸送至集群工具的第一處理模塊之前加以混合。第二混合歧管代表氣體歧管，在其中將來自各種混合閥的各種第二輸出端口的工藝氣體在經由第二混合歧管輸出端口被輸送至集群工具的第二處理模塊之前加以混合。盡管在本文的實例中僅描述了I個三端口混合閥和2個混合歧管，但應當理解的是它也可以具有與3個混合歧管一起工作的I個四端口混合閥(I個輸入端口和3個輸出端口)，或者與4個混合歧管一起工作的五端口混合閥(I個輸入端口和4個輸出端口)，等等。在一個實施方式中,第一混合歧管與第二混合歧管平行地取向，使得它們的縱向軸線平行于第一方向，或者使得它們的歧管輸入端口通常以平行于第一方向的方式排成直線。在一個實施方式中，這些混合歧管的每個混合歧管呈現具有縱向尺寸和截面的管狀長度的一般形狀。截面可以是圓形或者可以是正方形或矩形或者任何其它封閉形狀。在此實施方式中，縱向尺寸構成平行于前述第一尺寸的軸線。
[0028]各混合閥的包括輸入端口、第一輸出端口和第二輸出端口的各組的三個端口在平行于第二方向的直線中排成直線。更重要地，第二方向與混合歧管所取向的第一方向成一個角度。本文中使用的術語“第二方向”被認為當第二方向既不垂直于也不平行于第一方向時與第一方向“成一個角度”。通過使混合歧管交錯排列并因此使各混合閥形成角度使得其輸入端口、第一輸出端口和第二輸出端口在與混合歧管取向的第一方向成一個角度的方向上排成直線，可以將各混合歧管設置成更加靠近，由此減小共用氣體面板的構件的體積并且同時地減小容納這些構件的容裝結構的體積。在一些情況下，多個混合歧管可以占據以前用于容納現有技術歧管的相同占用面積。
[0029]在一個實施方式中，混合閥占據給定的平面。第一混合歧管被設置在位于混合閥平面下方的第一平面上，同時將工藝氣體提供至混合閥輸入端口的輸入管路被放置在位于混合閥下方的第二平面上，并且第二平面被設置在第一平面與混合閥之間。在一個實施方式中，第一混合歧管和第二混合歧管兩者被設置在位于混合閥下方的第一平面上，同時將工藝氣體提供給混合閥輸入端的輸入管路被設置在位于混合閥平面下方的第二平面上，并且第二平面被設置在第一平面與混合閥平面之間。通過將各種構件堆疊在不同的垂直面中，可進一步減小共用氣體面板的構件的體積。
[0030]參照附圖和下面的論述，可以更好地理解本發明實施方式的特征和優點。
[0031]圖1示出了根據本發明一個實施方式的、用于將工藝氣體提供至集群工具100的一組處理模塊PM1-PM4的裝置。圖中顯示氣體供給裝置110將工藝氣體提供至共用氣體面板I和共用氣體面板2。一般來說，氣體供給裝置包括多個氣體管路，每個氣體管路可提供來自氣體供給儲存裝置(諸如儲罐，經由適當的供給管)的一種特定的工藝氣體。圖中顯示共用氣體面板I將工藝氣體提供至兩個處理模塊PMl和PM2。在一個實施方式中，PMl和PM2兩者執行相同的方案。在另一個實施方式中，PMl和PM2可執行不同的方案。
[0032]盡管在圖1的實例中僅示出了兩個共用氣體面板，但集群工具可包括任意數量的共用氣體面板和單獨(每個處理模塊一個)的氣體面板或者其任意組合。此外，盡管示出了每個共用氣體面板中有兩個處理模塊，但共用氣體面板可將工藝氣體提供至所需數量的處理模塊。此外，盡管圖中僅示出了四個處理模塊，但集群工具可具有所需數量的處理模塊。圖中顯示共用氣體面板I具有氣體排出容裝結構102，容裝結構102代表用于將共用氣體面板的構件與周圍環境隔離的環境外殼。在使用中，周期性地或連續地(利用泵，例如)將氣體容裝結構102內部的氣體排出，用于處理(諸如凈化)。
[0033]圖2概念性地示出了根據本發明一個實施方式的、在共用氣體面板(SGP) 202內部的一些相關構件，諸如圖1的共用氣體面板I。圖中顯示SGP 202經過四個氣體輸入管道204A、206A、208A和210A接納四種工藝氣體，盡管典型的SGP可接納17種以上的氣體(氣體輸入管道的數量可根據需要變化)。每個氣體輸入管道204A、206A、208A和210A連接到各自的主閥204B、206B、208B和210B?？梢砸钥删幊痰姆绞娇刂聘髦鏖y，以便選擇將哪種工藝氣體提供至混合歧管250和/或252 (將在下面描述)。圖中還示出了是吹洗系統的一部分的一組吹洗閥204D、206D、208D和210D，盡管吹洗閥和吹洗系統是常規的并且不是本發明的一部分。
[0034]質量流量控制器(MFC)204C、206C、208C、210C與主閥 204A、206A、208A 和 210A 氣體連通，以便選擇性地接納來自主閥(基于哪個主閥是打開的)的輸入工藝氣體。眾所周知，利用質量流量控制器來調節(包括關閉)輸送氣體的流量和/或壓力。在質量流量控制器的下游是混合閥，各混合閥與各自的質量流量控制器氣體連通。在圖2的實例中，存在與各混合閥204E、206E、208E和210E氣體連通的兩個混合歧管250和252。因為各混合閥具有用于接納來自其各自歧管(例如，接納來自MFC 204C的工藝氣體的混合閥204E、接納來自MFC 208C的工藝氣體的混合閥208E、用于連接到兩個混合歧管250和252的兩個輸出端口)的工藝氣體的一個輸入端口，因此各混合閥是三端口閥(I個輸入端口和2個輸出端口)。例如，可以以氣動、電動、機械或液壓的方式操作混合閥204E-210E。
[0035]混合歧管250經由混合閥接納其輸入氣體，并且在將工藝氣體經由隔離閥260輸送至其處理模塊PM I之前將工藝氣體加以混合。同樣地，混合歧管252經由混合閥接納其輸入氣體，并且在將工藝氣體經由隔離閥262輸送至其處理模塊PM 2之前將工藝氣體加以混合。例如，隔離閥將處理模塊與氣體面板隔離，并且在處理和維護期間被應用于控制體積/流量的目的。
[0036]在圖2的實例中，混合閥是常用的單輸入二輸出閥。換句話說，當該閥打開時，同時地將來自輸入端口的氣體提供至兩個輸出端口，在這種情況下，各混合閥基本上是分流閥，并且混合歧管250和252兩者將接納相同類型的工藝氣體。
[0037]在另一個實施方式中，如前所述，混合閥可以選擇性地將來自其輸入端口的氣體提供至任一輸出端口、輸出端口的任意組合、或者所有的輸出端口。由于此能力，例如可以在混合歧管250和252中具有不同的混合物，以便在兩個處理模塊中執行與SGP 202有關的不同方案。如上所述，如果存在多于2個的混合歧管和/或多于2個的處理模塊，每個混合閥可具備多于2個的輸出端口。
[0038]根據一個實施方式，將混合歧管設置在混合閥的下方，從而節省空間并減小容裝外殼內部的體積。在圖3中可最佳地看出這種布置，其中混合歧管250和252被設置在平面部302的下方，該平面部302代表可設置混合閥緣(圖4的402)的平面的一部分。在圖3中，混合歧管250和252占據位于混合閥下方的Y維度中的相同平面。此外，連接到輸入端口(用附圖標記310A標示)的氣體管路部310在其底端占據在高于被混合歧管250和252所占據Y維度平面的Y方向上的不同平面。換句話說，輸入氣體管路(無論是豎直部或者其水平部的周邊)不向下延伸到被混合歧管250和252所占據的平面。通過使占用空間的氣體管路垂直地從混合閥自身中位移，能夠將混合歧管250和252更靠近擠壓到一起(在圖3的實例中，在Z維度上)以節省空間。因此，需要較小的水平空間(在圖3的X-Z平面中)，從而導致SGP體積減小。對于工業標準矩形箱形狀外殼而言尤其如此，因為這種外殼的高度通常取決于其最高的構件。如果構件在x-z平面中展開，不僅占用面積將會不適當地大而且因此許多內部體積空間將會浪費。
[0039]在圖3的實例中，經由氣體管路310提供工藝氣體，并且工藝氣體從氣體管路部310A在+Y方向上行進并經由孔320 (孔320代表在氣體管路部310A中的假想切開孔，用于說明的目的)到達混合閥的輸入端口。如果混合閥是打開的，工藝氣體將在-Y方向上向下行進到孔322和/或324中的一個或兩個孔，由此被分配至一個或兩個輸出端口?？?22和324代表氣體管路部250A和252A (分別與混合歧管250和252氣體連通)中的假想切開孔，用于分別在歧管252和250中將氣體混合。
[0040]正如圖3的實例中可見，將氣體從氣體管路部252A和250A經由T形管372和370提供至混合歧管252和250。將氣體經由L形管374提供至混合閥的輸入端口(通過向上行進到氣體管路部310A)。短的水平部310B可用于在高于(在Y方向上更正)混合歧管250和252所占據平面的平面中提供輸入氣體。
[0041]在一個或多個實施方式中，使從兩個混合閥輸出端口到其兩個混合歧管的兩個氣體通路的管長度、轉向次數、和/或管結構/直徑盡量地保持相似，以確保各混合歧管以相同的壓力、氣體流速和濃度接納來自MFC的相同質量流量。在一個或多個實施方式中，可將這些氣體通路優化而具有不同的管長度、轉向次數、和/或管直徑/結構。以確保各混合歧管以相同的壓力、氣體流速、和濃度接納來自MFC的相同質量流量。
[0042]圖3還示出了經由L形管368和氣體管路360提供至連接到平面部386的另一個混合閥并且經由管道362和364被分配至兩個混合歧管250和252的另一種工藝氣體。
[0043]圖3示出了沿X方向取向使得其輸入端口沿相同的X方向排成直線的混合歧管250和252。因此，連接到部分364和252A的歧管252的輸入端口( S卩，T形管366和372的朝上的部分)分別以平行于圖3的X方向(也平行于圖5的方向X)的方式排成直線。類似地，連接到部分250A和362的歧管250的輸入端口(即，T形管370和376的朝上部分)分別以平行于圖3的X方向的方式排成直線。類似地，連接到氣體管路部310A和360的混合閥的輸入端口(即，L形管374和368的朝上部分)分別以平行于圖3的方向X的方式排成直線。因為各混合歧管具有長的尺寸(例如，在管狀結構的情況下為縱向尺寸，例如圖3中所示)和截面(例如，在管狀結構的情況下，圓形或者一些其它多邊形截面)，所以在本文中混合歧管的長尺寸代表混合歧管方向。在圖3的實例中，此混合歧管方向也是在+/-X方向上。
[0044]各混合閥的三個輸入/輸出端口(或者至少I個輸入端口和I個輸出端口 )在與圖3的方向X成一個角度的方向上排成直線。在圖3的實例中，連接到平面部302的混合閥的輸入端口占據附圖標記320所標示的位置。連接到平面部302的混合閥的兩個輸出端口占據附圖標記322和324所標示的位置。正如從圖中可以看出，孔320、322和324沿管道380的方向排成直線，管道380的方向與X方向(即，混合歧管方向或者混合歧管的縱向方向)成一個角度(即，不同于垂直于或平行于X方向)。
[0045]圖4示出了混合閥的三個端口 404、406和408。輸入端口 406夾在輸出部404和408之間。共同地，端口 404、406和408在方向414上排成直線，方向411與混合歧管方向X成一個角度。換句話說，混合歧管可取向在圖4的方向X上，并且給定混合閥的端口(全部的三個端口或者連通到混合閥的輸入端口和連通到兩個混合歧管的任一輸出端口)沿方向414排成直線，方向414與混合歧管方向X成一個角度(即，不垂直于或平行于方向X)。例如，此角度可以被認為是對角的或者銳角(小于90度)，基于哪個方向被認為相對于基準方向X是正的。出于完整性，容納閥體和控制器的主體412也示于圖4。圖中還示出了安裝凸緣402及安裝孔414A、414B、414C和414D。實際上，圖4的凸緣402在由平面部302所表示平面上與圖3的管252A、310A和250A配合。
[0046]正如圖5的實例中可見，混合歧管是平行的并且基本上“交錯排列”使得各混合閥的各組的3個端口(連通到混合閥的I個輸入端口和連通到兩個混合歧管的2輸出端口)以平行于方向506的方式排成直線。在一個或多個實施方中，這兩個混合歧管是相同的焊接件，以節約存貨和制造成本。
[0047]類似地，連接到混合歧管輸入端口 510和514的混合閥的輸入端口占據附圖標記512所標示的位置。因此，此混合閥輸入端口及其兩個混合閥輸出端口(連接到混合歧管輸入端口 510和514)以平行于方向506的方式排成直線。如上所述,方向506被認為是與X方向(平行于混合歧管的經線)“成一個角度”，如果它們不相互垂直或平行。
[0048]圖5中還示出了混合組件的輸出端口 502，該輸出端口代表用于將混合工藝氣體輸出至連接到混合歧管250的處理模塊的端口。混合歧管252也具備另一個混合組件的輸出端口(圖5中未示出，以便更加清楚)。可在混合歧管的一端設置輸出端口，或者可在沿其共用長度的任意位置設置輸出端口。
[0049]通過將混合歧管交錯排列使得給定混合閥的端口沿相對于混合歧管縱向軸線方向X呈一個角度的一個方向(諸如506)上排成直線并且也使構件垂直地位移(使得部分310B占據與圖3中被混合歧管250和252所占據平面不同的平面并且混合閥占據不同平面)，可以將輸入管道(諸如圖3的部分310A)設置到在兩個混合閥輸出管道(諸如圖3的部分250A和252A)之間的混合閥并且仍然允許在圖3的方向Z上將混合歧管緊密地擠壓到一起。如果使用輸入端口和輸出端口在單個管道上排成直線的工業標準混合閥，則尤其如此。如果這些端口與混合歧管縱向軸線方向成一個角度并且被設置在不同平面上，那么由于這些工業標準閥因而將不會實現這種節約空間的布置。
[0050]正如基于前述內容可以理解的，本發明實施方式允許單個共用氣體面板將工藝氣體選擇性地提供至多個處理模塊。通過確保各混合歧管接納相同的質量流量，而消除了匹配問題。通過減小每個集群工具中氣體面板的數量，而需要獲得和/或維護較少的氣體面板構件(諸如閥、MFC、連接器、轉換器、傳感器等)。此外，本發明的一個或多個實施方式將混合歧管交錯排列(例如，在圖3的X-Z方向上)并且/或者使向混合閥的端口加料的管道及閥本身垂直地(例如，在圖3的Y方向中)位移(因而涉及至少3個平面)，可以將構件擠壓成較小的占用面積并因此擠壓成較小的體積，由此減小氣體面板構件所占據的空間。當這種空間減小時，需泵送和吹洗較少的空氣，從而導致操作費用降低。
[0051]在一些等離子體處理工具中，可利用一個或多個等離子體處理室來執行要求將氣體輸送至處理室的多個區(即，區域)的處理。例如，介電質蝕刻過程可采用同時地或者在不同時間將工藝氣體提供至處理室中的多個區域的多區氣體輸送。在一個具體實例中，一個氣體輸送裝置可將工藝氣體提供至處理室的中心區域(諸如在襯底中心的上方)同時另一個氣體輸送裝置可將工藝氣體提供至處理室的邊緣或者襯底的邊緣。
[0052]在過去，利用多區域氣體輸送(MGF)裝置來確?？烧{節地以方案所要求的適當比率將工藝氣體提供至不同的室區域。例如，一個方案會要求中心區域接納80%的氣流，同時邊緣區域接納20%的氣流。另一個方案在另一個時間會要求中心區域接納10%的氣流，同時邊緣區域接納90%的氣流。
[0053]一般來說，在典型的現有技術等離子體處理工具中，將MGF設置在氣體面板的下游，用以執行將進入的氣流分成用于處理室多個區域的多個氣流的任務。在Larson等人的名稱為“具有氣體調整的氣體分配系統”的一般指定的美國公布專利中更詳細地描述了一個示范性的MGF (專利號7，169，231B2，于2007年I月30日公布并且以參考的方式并入本文中)。
[0054]當在多個室(諸如兩個室，用于說明的目的，盡管多于兩個的室可以共用單個氣體面板)中共用氣體面板時，本發明人發現在多個室中共用MGF實際上是不利的方法。以反直覺的方式，即使在多個室中可以共用該氣體面板，但如果各室具備其自己的MGF，則實現最佳操作。
[0055]為了便于論述，圖6示出了典型的示范性現有技術多區氣體輸送裝置，其中將來自氣體面板602的進入的工藝氣體提供至MGF 604。在簡化的說明中，MGF 604具有多個輸入閥-孔口 -輸出閥組，將其中的六組示于圖6的實例中。因此，示出了與孔口 01流體連通的輸入閥II，孔口 01相應地與輸出閥El流體連通。同樣地，圖中示出了與孔口 02流體連通的輸入閥12，孔口 02相應地與輸出閥E2等流體連通。
[0056]來自氣體輸送606的工藝氣體從氣體面板602中流到輸入閥11-16。在一個實施方式中，輸入閥11-16通常是開啟的閥，盡管這不是要求。孔口 01-06具有不同的截面尺寸或者孔徑，以便提供對工藝氣體的不同流動阻力。這些孔徑是高度精確的。在一個實施方式中，孔口是由寶石材料(諸如紅寶石)制成，以確保高度的準確性。
[0057]可以選擇性地打開和關閉每個輸出閥E1-E6以控制提供至管道620和622的工藝氣體的流量比，由此控制工藝氣體與中心區域(管道620)或者與邊緣區域(管道622)的流量比。因此，當不同組合的輸出閥E1-E6關閉時，可獲得中心流量與邊緣流量的不同比率。盡管在此實例中僅描述了兩個輸出流(中心和邊緣)，但應當理解的是可提供多于兩個的輸出流。據說MGF可調節地將來自共用氣體面板的進入的混合氣體分開，以便可調節地以不同比率提供(或者可調節地流動)指定用于各種多區氣體供給室的不同氣流，因為可以打開和/或關閉這些閥的各種組合以獲得不同的比率。可響應于控制電路以電動、氣動或機械的方式控制閥，以便靈活地提供前述流量比以適應方案要求。
[0058]在過去，當涉及多個多區室時，自然的方法可以是在多個室中共用MGF。一種用于將從管道620中流出的中心流工藝氣體提供至多個室的方法可涉及分流閥的使用。同樣地，通過使用另一個分流閥，可將從管道622中流出的邊緣流工藝氣體分為多個邊緣流，用于多個室。
[0059]圖7中示出了此方法，其中利用分流閥740將從MGF 708流出的中心流(經由管道720)分成在管道742A和742B中的兩個氣流。例如，管道742A中的氣流可被指定用于第一等離子體處理室的中心區域，同時管道742B中的氣流可被指定用于第二等離子體處理室的中心區域。同樣地，利用分流閥750將從管道722中流出的邊緣流分為在管道752A和752B中的兩個氣流。例如，管道752A中的氣流可被指定用于第一等離子體處理室的邊緣區域，同時管道752B中的氣流可被指定用于第二等離子體處理室的邊緣區域。
[0060]雖然圖7的方法可實現在多個室中對MGF 708的共用，但本發明人發現此方法導致若干缺點。第一，為了向各室提供給定的中心流量，MGF 708必須提供兩倍的流量(假設在兩個室之間共用圖7中的MGF 708)以便各室將會在經由分流閥740和750分開氣流之后接納所需的流量。
[0061]盡管MGF是一個現成的部件，但各MGF是高度精確的裝置并且制造成具有為某個壓力范圍和流量范圍而優化的閥和孔口。MGF處理兩倍的流量和/或兩倍的輸入氣體壓力的要求，將會迫使MGF 708在其最佳范圍以外操作，由此降低MGF的精度。
[0062]即使新的MGF可以被設計用來處理較高的流量/壓力(假設不考慮成本，因為MGF設計和鑒定是費用大且耗時的過程)，但分流閥740和750的使用也導致不合需要的不準確性，因為分流閥的準確性通常比MGF低很多。因此，雖然MGF 708能夠準確地提供適當的中心/邊緣流量比，但分流閥740會不能將從MGF 708中流出的中心流均等地分成兩個相等的中心流，用于共用MGF的兩個室的兩個中心區。同樣地，分流閥750不能將從MGF 708中流出的邊緣流均等地分為兩個相等的邊緣流，這兩個邊緣流是用于共用MGF的兩個室的兩個邊緣區域。
[0063]因此，以反直覺的方式，特別是鑒于MGF的相對高的成本和在多個室中共用氣體輸送系統構件的愿望，本發明人發現如果各個要求多區域氣體輸送的室具備其自己的MGF，則將多區域氣體輸送入各室發揮最好的作用。由此也減少與市售質量流量控制器相關的低流量問題，正如將在下文中所論述的。
[0064]圖8中示出了根據本發明一個或多個實施方式的混合方法，從而在多個室中可共用氣體面板以便降低成本同時各多區域室具備其自己的MGF。圖8的裝置代表一組共用的氣體面板/相關的MGF/相關的室，盡管在給定的集群等離子體工具中可存在多個這種組件。如圖8中可見，共用的氣體面板802接納來自多個氣體管道810的不同工藝氣體。如前所述，根據期望的方案將工藝氣體在雙歧管中加以混合，并且經由管道812和814將混合氣體提供至兩個各自的處理室816和818。因為處理室816和818是多區氣體供給室(在圖8的實例中用于每個室的兩個氣體輸送區域，盡管三個或更多的區域是可能的)，所以在共用氣體面板802的下游設置MGF 804和806。
[0065]MGF 804接納來自共用氣體面板802的混合工藝氣體(經由管道812)并且將混合工藝氣體分為指定用于處理室816的各種區域的各種氣流。在圖8的實例中，MGF 804可將例如70%的來自管道812的進入的流提供至處理室816的中心區域(經由管道820)并且將30%的來自管道812的進入的流提供至處理室816的邊緣區域(經由管道822)。
[0066]同樣地，MGF 806接納來自共用氣體面板802 (經由管道814)的混合工藝氣體，并且將混合工藝氣體分為指定用于處理室818的各種區域的各種氣流。在圖8的實例中，MGF806將70%的來自管道814的進入的氣流提供至處理室818的中心區域(經由管道826)并且將30%的來自管道814的進入氣流提供至處理室818的邊緣區域(經由管道828)。
[0067]這樣，實現了混合方法，在此盡管在室816和室818之間共用氣體面板802，但各室具備其自己的MGF(804和806)以確保將氣體準確地輸送至各處理室的不同區域。
[0068]由圖8所舉例說明方法具有很多優點。例如，如上所述，眾所周知的是各MGF是高度精確的裝置并且具為某個壓力范圍和流量范圍而優化的閥和孔口。，與圖7的方法不同，圖8的方法不要求MGF在其最佳流量/壓力范圍之外操作。這是因為各MGF僅處理用于其自己的室的氣流/壓力，不共用氣體面板的現有等離子體工具正是如此。因此，可以在不損失準確性的情況下使用現有的MGF。
[0069]此外，不同于圖7中的情況，不必使用(相對地)不精確的分流閥(諸如，圖7的分流閥740和750)來適應處理室的多區氣體輸送要求。在圖8的實例中，流量準確性主要受到MGF(這些MGF由于具有高度精確的孔口公差因而是高度準確的)和共用氣體面板設計的限制。共用氣體面板往往也是高度準確的，因為如前所述在共用氣體面板中的歧管和輸入管道可被優化使得共用氣體面板可以在多個處理室之間準確地分配其進入的氣流。例如，可以在共用氣體面板中調整管道和歧管的長度及轉向次數和各處理室的氣流阻力，使得氣流分配是高度準確的(在一些實例中，差值低于0.5% )。因此，圖8的裝置導致流動到共用氣體面板的不同室的各種區域的高度準確的氣體輸送系統。另外，因為圖8的方法適應多區氣體供給室同時允許共用氣體面板，所以顯著地減少質量流量控制器(MFC)的數量以及與氣體面板相關的其它成本。
[0070]圖8的實例的此方法也減少與現有成品MFC相關的低流量問題。當給定方案要求用于特定類型的組成工藝氣體的低流量時產生低流量問題，該低流量通常遠低于現有成品MFC的最佳流量范圍。
[0071]例如，一些現有成品MFC在流量為5_20sccm(標準立方厘米每分鐘)時可最佳地運行。如果方案需要2sCCm的特定組成氣體，那么由該MFC輸送的氣體，并且相關的管道往往會具有較低的準確性，因為與設計MFC的最佳流量范圍相比所需的氣體流量相當地小。
[0072]通過在多個室之間共用氣體面板(及在其內部的MFC)，各MFC可處理更大量的氣流，因為MFC為多于一個的室輸送氣體。在上述實例中，MFC現在可處理4sCCm，這更接近于最佳范圍且往往將會更加準確。此外，如上所述，共用氣體面板也降低實際的不動產的使用(因為將存在具有較少氣體面板的較少管道)并降低環境修復成本。
[0073]在一個或多個實施方式中，在校準或處理期間可有利地使用OES (光發射光譜)以便使處理匹配和/或使室匹配。在此方面，將OES輸出用作反饋信號以控制與一個或多個室相關的閥以確保與另一個室的工藝匹配或室匹配。參照圖9，例如，可利用OES傳感器904從處理室816獲得OES信號。同樣地，可利用OES傳感器906從處理室818獲得OES信號。
[0074]如果方案需要在這兩個室中具有相等的流量，那么來自OES傳感器904的OES信號應大體上匹配來自OES傳感器906的OES信號。如果這兩個OES信號不同(基于由邏輯器件930執行的分析，邏輯器件930將來自OES傳感器904和906的OES信號作為其輸入)，那么可將控制信號發送至一個或多個MGF輸出閥910、912、914和/或916 (設置在MGF與處理室之間)以控制進入單獨的室的區域流量。邏輯器件930可以是專用硬件或可編程邏輯器件，并且可以包括執行計算機可讀代碼的處理器。
[0075]例如，控制策略可以是基于待被匹配的一系列以前從處理室獲得的OES信號和相應的閥控制設定值，從而實現室匹配和/或工藝匹配。可替代地或另外，可利用算法來確定閥控制設定值，考慮來自處理室的待被匹配的OES信號和/或來自這些處理室的其它室/工藝參數。與現有技術的OES方法相反，本發明實施方式提出考慮多個室并且考慮來自多個室的OES信號(和任選地其它室和/或來自多個室的工藝參數)以便控制閥設定值，由此實現多個室之間的工藝匹配和/或室匹配。這不同于現有技術的方法，其中與處理室相關的OES信號僅被用于該處理室的工藝控制，并且在該工藝控制中不考慮來自其它處理室的OES信號。
[0076]也可將來自邏輯器件930的控制信號發送至MGF輸入閥920和/或922 (設置在MGF與共用氣體面板之間)，以改進室匹配和/或工藝匹配。盡管在圖9中未示出，但可替代地或另外，可將來自邏輯器件930的控制信號發送至與單獨的輸入閥-孔口-輸出閥組(例如，在圖6的實例中，閥I1、12、El或E2)相關的單獨的MGF輸入閥或者單獨的MGF輸出閥，從而更精密地控制室/工藝匹配。
[0077]雖然已利用若干優選實施方式描述了本發明，但存在落在本發明范圍內的修改、變更、和等同物。盡管本文中提供了各種實例，但意圖是這些實例是說明性的而不是限制本發明。例如，盡管在實例中描述了所述裝置，但本發明也包括用于通過將構件連接到一起以形成所描述結構或者用于通過操作裝置來操作等離子體處理系統以利用其預期的功能和優點而提供、制造和/或組裝裝置的方法。另外，本文中所提供的發明名稱和
【發明內容】
是為了方便的目的，不應用來解釋本發明權利要求的范圍。此外，摘要是以高度簡略的形式寫出并且在本文中為了方便而給出，因此不應被用于解釋或限制在權利要求中所表示的本發明。如果本文中使用術語“組”，該術語意圖是具有包括零、一、或多于一個的構件的其通常所理解的數學含義；也應當指出的是存在實施本發明方法和裝置的許多替代方法。因此，意圖是所附權利要求可被解釋成包括落在本發明真實精神和范圍內的所有的上述修改、變更和等同物。
【權利要求】
1.一種用于將工藝氣體提供至等離子體處理系統的多個多區氣體供給室的氣體供給輸送裝置，包括: 多個氣體供給管道； 被連接以接納來自所述多個氣體供給管道的不同氣體的共用氣體面板，所述共用氣體面板將所述不同氣體加以混合以形成混合氣體并且將所述混合氣體均等地分開以便將所述混合氣體的一部分提供至所述多個多區氣體供給室的每個室； 包括連接到所述共用氣體面板的下游的至少兩個多區氣體輸入裝置的多個多區氣體供給裝置，所述多個多區氣體供給裝置中的每個構造成可調節地將從所述共用氣體面板被所述多個多區域氣體輸送裝置中的每個所接納的所述混合氣體的所述部分分成指定用于所述多個多區氣體供給室的多區氣體供給室的不同區域的多個氣體區域流。
2.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述多個多區氣體供給裝置中的每個將所述混合氣體的一部分提供至所述多個多區氣體供給室的單個多區氣體供給室。
3.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述多個多區氣體供給室由兩個多區氣體供給室組成。
4.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述不同區域的第一區代表所述多個多區氣體供給室的給定多區氣體供給室的中心部，所述不同區域的第二區代表所述多個多區氣體供給室的所述給定多區氣體供給室的邊緣部。
5.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述等離子體處理系統代表介電質等離子體蝕刻系統。
6.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述多個多區氣體供給裝置的第一多區氣體供給裝置包括具有不同孔徑的多個孔口。
7.如權利要求6所述的氣體供給輸送裝置，其中所述多個多區氣體供給裝置的所述第一多區氣體供給裝置還包括:連接到所述多個孔口的下游的多個輸出閥、所述多個輸出閥的單獨輸出閥的選擇性組合，所述輸出閥當打開時形成用于多區氣體供給室的不同區域的不同流量比。
8.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述等離子體處理室代表電感耦合等離子體處理室。
9.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，其中所述等離子體處理室代表電容耦合等離子體處理室。
10.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，還包括: 至少第一閥，所述第一閥被設置在所述多個多區氣體供給裝置的第一多區氣體供給裝置與所述共用氣體面板之間； 邏輯器件，所述邏輯器件是用于接收來自所述多個多區氣體供給室的至少兩個多區氣體供給室的光發射譜信號并且用于將控制信號提供給所述第一閥。
11.如權利要求1所述的氣體供給輸送裝置，還包括: 至少第一閥，所述第一閥被設置在所述多個多區氣體供給裝置的第一多區氣體供給裝置與所述多個氣體供給室的多區氣體供給室之間； 邏輯器件，所述邏輯器件是用于接收來自所述多個多區氣體供給室的至少兩個多區氣體供給室的光發射譜并且用于將控制信號提供給所述第一閥。
12.一種用于將工藝氣體提供至等離子體處理系統的多個多區氣體供給室的方法，包括: 提供多個多區氣體供給裝置，所述多區氣體供給裝置包括至少兩個多區氣體供給裝置； 使來自多個氣體供給管道的不同氣體流動到共用氣體面板，所述共用氣體面板將所述不同氣體加以混合以形成混合氣體并且將所述混合氣體均等地分開以便將所述混合氣體的一部分提供至所述多個多區氣體供給裝置的每個裝置； 利用所述多區氣體供給裝置中的每個裝置可調節地將所述混合氣體的所述部分分成指定用于所述多個多區氣體供給室的多區氣體供給室的不同區域的多個氣體區域流。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述多個多區氣體供給裝置中的每個裝置將所述混合氣體的一部分提供至所述多個多區氣體供給室的單個多區氣體供給室。
14.如權利要求12所述的方法，其中所述提供多個多區氣體供給裝置由提供兩個多區氣體供給裝置組成。
15.如權利要求12所述的方法，其中所述不同區域的第一區代表所述多個多區氣體供給室的給定多區氣體供給室的中心部，所述不同區域的第二區代表所述多個多區氣體供給室的所述給定多區氣體供給室的邊緣部。
16.如權利要求12所述的方法，其中所述等離子體處理系統代表介電質等離子體蝕刻系統。
17.如權利要求12所述的方法，其中所述多個多區氣體供給裝置的第一多區氣體供給裝置包括具有不同孔徑的多個孔口。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述多個多區氣體供給裝置的所述第一多區域氣體輸送裝置還包括連接到所述多個孔口的下游的多個輸出閥、所述多個輸出閥的單獨輸出閥的選擇性組合，所述輸出閥當打開時形成用于多區氣體供給室不同區域的不同流量比。
19.如權利要求12所述的方法，還包括執行在所述多個多區氣體供給室的兩個多區氣體供給室之間的室匹配；所述執行室匹配包括: 將來自所述多個多區氣體供給室的至少兩個多區氣體供給室的光發射譜信號接收至邏輯器件； 對所述光發射譜信號進行分析，以便基于至少所述光發射譜信號生成至少一個控制信號; 將所述控制信號至少提供至設置在所述多個多區氣體供給裝置的第一多區氣體供給裝置與所述共用氣體面板之間的第一閥。
20.如權利要求12所述的方法，還包括執行在所述多個多區氣體供給室的兩個多區氣體供給室之間的室匹配，所述執行室匹配包括: 將來自所述多個多區氣體供給室的至少兩個多區氣體供給室的光發射譜信號接收至邏輯器件； 對所述光發射譜信號進行分析，以便基于至少所述光發射譜信號生成至少一個控制信號; 將所述控制信號至少提供至被設置在所述多個多區氣體供給裝置的第一多區氣體供給裝置與所述多個氣體供給室的多區氣體供給室之間的第一閥。
21.一種用于將工藝氣體提供至等離子體處理系統的多個多區氣體供給室的氣體供給輸送裝置，包括: 多個氣體供給管道； 被連接以便接納來自所述多個氣體供給管道的不同氣體的第一構件，所述第一構件將所述不同氣體加以混合以形成混合氣體并且將所述混合氣體均等地分開以便將所述混合氣體的一部分提供至所述多個多區氣體供給室的每個室； 包括連接到所述第一構件的下游的至少兩個多區氣體供給裝置的多個多區氣體供給裝置，所述多個多區氣體供給裝置的每個裝置構造成可調節地將來自所述第一構件被所述多個多區氣體供給裝置的每個裝置所接納的所述混合氣體的所述部分分成指定用于所述多個多區氣體供給室的多區氣體供給室的不同區域的多個氣體區域流。
【文檔編號】C23C16/455GK104321462SQ201380027432
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月21日 優先權日:2012年3月27日
【發明者】伊克巴爾·沙瑞芙, 阿加瓦爾·皮施, 伊范格魯斯·斯派洛普魯斯, 馬克·塔斯卡爾 申請人:朗姆研究公司