專利名稱：具有快速氣體切換能力的氣體分配系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
在等離子處理設(shè)備中處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中等離子處理設(shè)備包括等離子處理腔室、供應(yīng)處理氣體到腔室中的氣體源、以及由處理氣體產(chǎn)生等離子體的能量源。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在這樣的設(shè)備中通過下列技術(shù)被處理，這些技術(shù)包括干法刻蝕處理、沉積處理、諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積，或金屬、介電和半導(dǎo)體材料的等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、和光刻膠剝離處理。不同處理氣體用于這些處理技術(shù)，以及處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的不同材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可操作地向真空腔室、諸如等離子處理腔室供應(yīng)所選擇的氣體的氣體分配系統(tǒng)。氣體可以是刻蝕氣體組分和/或沉積氣體組分。優(yōu)選實施例的氣體分配系統(tǒng)可提供快速氣體切換能力，這允許系統(tǒng)在短時間內(nèi)在供應(yīng)到真空腔室的不同氣體之間切換，優(yōu)選不出現(xiàn)不期望的任何氣體的壓力波動(pressure surge)或流動不穩(wěn)定性。某些優(yōu)選實施例的氣體分配系統(tǒng)可向真空腔室內(nèi)部不同區(qū)域提供所選擇的氣流，包括不同氣體化學(xué)成分和/或流動速率。
一個優(yōu)選實施例的氣體分配系統(tǒng)包括用于與第一氣體管線(gasline)流體連通的第一氣體通道和第二氣體通道，和用于與第二氣體管線流體連通的第三氣體通道和第四氣體通道。第一和第三氣體通道用于供應(yīng)氣體至真空腔室內(nèi)部，而第二和第四氣體通道用于供應(yīng)氣體至旁通管線(by-pass line)。第一、第二、第三和第四快速開關(guān)閥門分別沿第一、第二、第三和第四氣體通道設(shè)置。第一和第四快速開關(guān)閥門適于接收信號以在第二和第三快速開關(guān)閥門關(guān)閉時打開，從而經(jīng)第一氣體管線和第一及第三氣體通道向真空腔室供應(yīng)第一氣體，同時經(jīng)第二氣體管線和第二及第四氣體通道向旁通管線供應(yīng)第二氣體。第二和第三快速開關(guān)閥門適于接收信號以在第一和第四快速開關(guān)閥門關(guān)閉時打開，從而經(jīng)第二氣體管線和第三氣體通道向真空腔室供應(yīng)第二氣體，同時經(jīng)第一氣體管線和第二氣體通道向旁通管線供應(yīng)第一氣體。
本發(fā)明提供了用于供應(yīng)氣體至等離子處理腔室的氣體分配系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施例，其中等離子處理腔室包括具有彼此流動隔離的內(nèi)部和外部區(qū)域的氣體分配元件，其包括適于與第一處理氣體源、內(nèi)部區(qū)域和旁通管線流體連通的第一氣體通道；適于與第一處理氣體源、外部區(qū)域和旁通管線流體連通的第二氣體通道；適于與第二處理氣體源、內(nèi)部區(qū)域和旁通管線流體連通的第三氣體通道；和適于與第二處理氣體源、外部區(qū)域和旁通管線流體連通的第四氣體通道。氣體分配系統(tǒng)包括快速開關(guān)閥門，其適于接收信號以打開和關(guān)閉，以便(i)經(jīng)第一和第二氣體通道向內(nèi)部和外部區(qū)域供應(yīng)第一處理氣體，而第二處理氣體經(jīng)第三和第四氣體通道被供應(yīng)到旁通管線，和(ii)改變第一和第二處理氣體的流動，從而經(jīng)第三和第四氣體通道供應(yīng)第二處理氣體至內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，而第一處理氣體經(jīng)第一和第二氣體通道供應(yīng)到旁通管線。
本發(fā)明提供了用于供應(yīng)氣體至等離子處理腔室的氣體分配系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施例，其中等離子處理腔室包括具有彼此流動隔離的內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域的氣體分配元件，其包括具有多個第一氣體通道的氣體開關(guān)部件，其中每個第一氣體通道適于(i)與至少一個第一氣體通道和/或至少一個第二氣體通道流體連通，和(ii)與氣體分配元件的內(nèi)部區(qū)域、氣體分配元件的外部區(qū)域和旁通管線中至少一個流體連通。氣體開關(guān)部件也包括快速開關(guān)閥門裝置，其適于接收信號以(iii)打開第一組快速開關(guān)閥門并關(guān)閉第二組快速開關(guān)閥門，以便供應(yīng)第一處理氣體至內(nèi)部和外部區(qū)域，而第二處理氣體經(jīng)第一組第一氣體通道被轉(zhuǎn)向到旁通管線，和(iv)關(guān)閉第一組快速開關(guān)閥門并打開第二組快速開關(guān)閥門，從而切換第一和第二處理氣體流，以供應(yīng)第二處理氣體至內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，而第一處理氣體經(jīng)第二組第一氣體通道轉(zhuǎn)向到旁通管線。
本發(fā)明提供了在等離子處理腔室中處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的一個優(yōu)選實施例，其包括a)供應(yīng)第一處理氣體至等離子處理腔室，同時將第二處理氣體轉(zhuǎn)向到旁通管線，其中等離子處理腔室包含包括至少一個層的半導(dǎo)體襯底，并且圖案化光刻膠掩膜覆蓋該層；b)激勵第一處理氣體從而產(chǎn)生第一等離子體，并且(i)刻蝕該層中至少一個特征或(ii)在掩膜上形成聚合物沉積；(c)切換第一和第二處理氣體流，從而第二處理氣體被供應(yīng)到等離子處理腔室，同時將第一處理氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，第一處理氣體在小于約1秒鐘、或小于約200毫秒的時間里在等離子處理腔室的等離子體限制區(qū)域中被第二處理氣體基本取代；d)激勵第二處理氣體從而產(chǎn)生第二等離子體，并且(iii)在該層中刻蝕至少一個特征，或(iv)在該層和掩膜上形成沉積；e)切換第一和第二處理氣體流，使得第一處理氣體被供應(yīng)到等離子處理腔室，而將第二處理氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，其中第二處理氣體在小于約1秒鐘，或小于約200毫秒的時間里在等離子處理腔室的等離子體限制區(qū)域中被第一處理氣體基本取代；和f)對襯底重復(fù)步驟a)-e)多次。


圖1是等離子處理設(shè)備的一個示例性實施例的剖視圖，其可與氣體分配系統(tǒng)的優(yōu)選實施例一起使用。
圖2示出氣體分配系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例。
圖3描繪氣體分配系統(tǒng)的氣體供應(yīng)部件的一個優(yōu)選實施例。
圖4描繪氣體分配系統(tǒng)的流動控制部件的一個優(yōu)選實施例。
圖5描繪氣體分配系統(tǒng)的氣體開關(guān)部件的第一優(yōu)選實施例。
圖6描繪氣體分配系統(tǒng)的氣體開關(guān)部件的第二優(yōu)選實施例。
圖7描繪氣體分配系統(tǒng)的氣體開關(guān)部件的第三優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
用于處理半導(dǎo)體材料、諸如在半導(dǎo)體襯底、例如硅晶片上所形成的半導(dǎo)體器件的等離子處理設(shè)備，包括等離子處理腔室和向等離子處理腔室供應(yīng)處理氣體的氣體分配系統(tǒng)。氣體分配系統(tǒng)可在等離子體處理過程中在襯底表面上分配氣體至單個區(qū)域或多個區(qū)域。氣體分配系統(tǒng)可包括流動控制器，以控制到這些區(qū)域的相同或不同處理氣體、或氣體混合物的流動速率(flow rate)，從而允許在處理中調(diào)節(jié)氣體流動和氣體組分在襯底上的均勻性。
雖然多區(qū)域氣體分配系統(tǒng)相比于單區(qū)域系統(tǒng)可提供改進的流動控制，但可能需要為這樣的系統(tǒng)提供允許其中氣體組分和/或氣體流動可在短時間內(nèi)改變的襯底處理操作的結(jié)構(gòu)。
提供了一種用于供應(yīng)不同氣體組分和/或流動比率(flow ratio)到腔室的氣體分配系統(tǒng)。在一個優(yōu)選實施例中，氣體分配系統(tǒng)適于與真空腔室、諸如等離子處理設(shè)備的等離子處理腔室的內(nèi)部流體連通，并提供在處理操作過程中供應(yīng)不同氣體化學(xué)成分和/或氣體流動速率至真空腔室的能力。等離子處理設(shè)備可以是低密度、中等密度或高密度等離子體反應(yīng)器，其包括使用RF能量、微波能量、磁場等產(chǎn)生等離子體的能量源。例如，高密度等離子體可以在變壓器耦合等離子體(TCPTM)反應(yīng)器中產(chǎn)生，也被稱為感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器、電子回旋共振共振(ECR)等離子體反應(yīng)器、電容性放電等。優(yōu)選實施例的氣體分配系統(tǒng)可與其一起使用的示例性等離子體反應(yīng)器包括ExelanTM等離子體反應(yīng)器，諸如2300ExelanTM等離子體反應(yīng)器，其可從位于加利福尼亞州Fremont的Lam Research Corporation得到。在等離子刻蝕處理過程中，多個頻率可被應(yīng)用到包括電極和靜電吸盤的襯底支撐件上?？商鎿Q地，在雙頻率等離子體反應(yīng)器中，不同頻率可被應(yīng)用到襯底支撐件和與襯底隔開的電極上，諸如噴頭電極。
氣體分配系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例可經(jīng)單個區(qū)域或多個區(qū)域、優(yōu)選至少靠近待處理襯底的暴露表面的氣體分配元件的內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，供應(yīng)第一氣體到真空腔室的內(nèi)部，諸如等離子處理腔室。內(nèi)部和外部區(qū)域在等離子處理腔室中彼此徑向隔開，并優(yōu)選流動隔離。氣體分配系統(tǒng)可同時將與第一氣體不同的第二氣體轉(zhuǎn)向至真空腔室旁通管線。旁通管線可與真空泵等流體連通。在一個優(yōu)選實施例中，第一氣體是第一處理氣體，而第二氣體是另一處理氣體。例如，第一氣體可以是第一刻蝕氣體化學(xué)成分或沉積氣體化學(xué)成分，而第二氣體可以是另一刻蝕氣體化學(xué)成分或沉積氣體化學(xué)成分。氣體分配系統(tǒng)可同時分別提供第一氣體的不同受控流動速率至內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，而第二氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線，反之亦然。通過將一種氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，供應(yīng)到真空腔室的氣體的切換可在短時間內(nèi)實現(xiàn)。
氣體分配系統(tǒng)包括開關(guān)裝置，其允許在短時間內(nèi)在供應(yīng)到真空腔室內(nèi)部的第一和第二氣體之間實現(xiàn)氣體轉(zhuǎn)換或氣體切換，其中真空腔室包括單個區(qū)域或包括多個區(qū)域。對于多區(qū)域系統(tǒng)，氣體分配系統(tǒng)可以供應(yīng)第一氣體到內(nèi)部和外部區(qū)域，同時第二氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線，然后在短時間內(nèi)切換氣體分配，使得第二氣體被供應(yīng)到內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，同時第一氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線。氣體分配系統(tǒng)可替換地可以供應(yīng)第一和第二氣體到真空腔室的內(nèi)部，其中每種氣體被供應(yīng)一個期望的時間段，從而允許在使用不同氣體化學(xué)物質(zhì)的不同處理操作之間快速切換，例如處理半導(dǎo)體器件的方法的交替步驟。在一個優(yōu)選實施例中，該方法步驟可以是不同的刻蝕步驟，例如更快的刻蝕步驟，諸如主刻蝕(main etch)，和相對慢的刻蝕步驟，諸如過刻蝕(overetch)步驟；刻蝕步驟和材料沉積步驟；或不同材料沉積步驟，其在襯底上沉積不同材料。
在氣體分配系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例中，真空腔室內(nèi)限定區(qū)域、優(yōu)選為等離子體限制區(qū)域中氣體成分容積可由在短時間內(nèi)引入到真空腔室中的另一氣體成分取代(即沖走)。這樣的氣體置換優(yōu)選地可以通過在氣體分配系統(tǒng)中提供具有快速切換能力的閥門，而在小于約1秒、更優(yōu)選在小于約200毫秒的時間里實現(xiàn)。對于處理200毫米或300毫米晶片的等離子處理腔室，等離子體限制區(qū)域可具有約1/2升到約4升的氣體容積。等離子體限制區(qū)域可以通過限制環(huán)堆疊來限定，諸如在共同所有的美國專利No.5534751中所公開的，該專利被完整包括在此以供參考。
圖1描繪示例性半導(dǎo)體材料等離子處理設(shè)備10，其中氣體分配系統(tǒng)100的實施例可與其一起使用。設(shè)備10包括具有內(nèi)部空間的真空腔室或等離子處理腔室12，該內(nèi)部空間包含襯底支撐件14，在等離子處理過程中襯底16就支撐于襯底支撐件14上。襯底支撐件14包括夾持裝置，優(yōu)選為靜電吸盤18，其在處理過程中可操作地將襯底16夾緊在襯底支撐件14上。襯底可被焦環(huán)(focus rings)和/或緣環(huán)(edgerings)、底座延伸件(ground extensions)或其它部件包圍，諸如共同所有的美國專利申請No.US 2003/0029567中所公開的那些部件，該申請全部內(nèi)容包括在此以供參考。
在一個優(yōu)選實施例，等離子處理腔室12包括等離子體限制區(qū)域，其具有約1/2升到約4升、優(yōu)選約1升到約3升的容積。例如，等離子處理腔室12可包括限制環(huán)結(jié)構(gòu)、諸如在共同所有的美國專利No.5534751中所公開的那樣，以便限制等離子體限制區(qū)域，該專利全部內(nèi)容包括在此以供參考。氣體分配系統(tǒng)可在小于約1秒、優(yōu)選小于約200毫秒的時間段中以另一氣體取代等離子體限制區(qū)域中的這種容積的氣體，而沒有顯著反擴散。限制機構(gòu)可限制從等離子體容積到等離子體容積外部的等離子處理腔室12內(nèi)部的部分的流體流通。
襯底16可包括基體材料，諸如硅晶片；基體材料上待處理、例如刻蝕的材料的中間層；中間層上的掩膜層。中間層可以是導(dǎo)電的、介電的或半導(dǎo)體的材料。掩膜層可以是圖案化光刻膠材料，其具有開口圖案，用于在中間層和/或一個或多個其它層中刻蝕期望的特征，例如孔、通孔和/或溝槽。根據(jù)在基體材料上所形成的半導(dǎo)體器件的類型，襯底可包括在基體層和掩膜層之間的導(dǎo)電的、介電的或半導(dǎo)體的材料的附加層。
可被處理的示例性介電材料是例如攙雜的氧化硅，諸如含氟氧化硅(fluorinated silicon oxide)；未攙雜的氧化硅，諸如二氧化硅；旋涂玻璃(spin-on glass)；硅酸鹽玻璃；攙雜的或未攙雜的熱二氧化硅；攙雜或未攙雜的TEOS沉積的氧化硅。這樣的介電材料可位于導(dǎo)電的或半導(dǎo)體的層之上，諸如多晶硅；金屬，諸如鋁、銅、鈦、鎢、鉬和它們的合金；氮化物，諸如氮化鈦；以及金屬硅化物，諸如硅化鈦、硅化鎢和硅化鉬。
圖1中所示的示例性等離子處理設(shè)備10包括噴頭電極組件，其具有形成等離子體腔室壁的支撐板20，和連接到支撐板的噴頭22。擋板組件位于噴頭22和支撐板20之間，以均勻地將處理氣體分配到噴頭的背部28。擋板組件可包括一個或多個擋板。在該實施例中，擋板組件包括擋板30A、30B和30C。敞開的充氣室(plenum)48A、48B和48C被限定在擋板30A、30B和30C之間；以及擋板30C和噴頭22之間。擋板30A、30B和30C以及噴頭22包括將處理氣體流通進入等離子處理腔室12內(nèi)部的通道。
在該實施例中，板20和擋板30A之間的充氣室及擋板30A、30B和30C之間的充氣室48A、48B和48C被密封件38a、38b、38c和38d，諸如O形圈劃分為內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46。內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46可通過氣體分配系統(tǒng)100供應(yīng)以具有不同氣體化學(xué)成分和/或流動速率的處理氣體，優(yōu)選在控制器500的控制下。氣體被從內(nèi)部區(qū)域氣體供應(yīng)源40供應(yīng)到內(nèi)部區(qū)域42，并且氣體被從外部區(qū)域氣體供應(yīng)源44供應(yīng)到環(huán)行通道44a然后進入外部區(qū)域46。處理氣體流過擋板30A、30B和30C和噴頭22中的通道并進入等離子處理腔室12的內(nèi)部。處理氣體在等離子處理腔室12中通過功率源、諸如RF源驅(qū)動電極22、或驅(qū)動襯底支撐件14中電極的功率源激勵為等離子狀態(tài)。在不同氣體成分被供應(yīng)到等離子處理腔室12時，施加到電極22的RF功率可改變，優(yōu)選在小于約1秒、更優(yōu)選小于200毫米的時間內(nèi)。
在另一優(yōu)選實施例中，等離子處理設(shè)備10可包括將處理氣體注入等離子處理腔室中的氣體注入系統(tǒng)。例如，氣體注入系統(tǒng)可具有在共同所有的美國專利申請No.09/788365、美國專利申請No.10/024208、美國專利No.6013155、或美國專利No.6270862中所公開的配置，這些專利(申請)的全部內(nèi)容被包括在此以供參考。
圖2示出一個優(yōu)選實施例，其中氣體分配系統(tǒng)100包括彼此流體連通的氣體供應(yīng)部件200、流動控制部件300、和氣體開關(guān)部件400。氣體分配系統(tǒng)100優(yōu)選還包括控制器500(圖1)，其被以控制通信方式連接，以控制氣體供應(yīng)部件200、流動控制部件300和氣體開關(guān)部件400的操作。
在氣體分配系統(tǒng)100中，氣體供應(yīng)部件200可經(jīng)相應(yīng)的第一和第二氣體管線235、245向流動控制部件300供應(yīng)不同氣體，諸如第一和第二處理氣體。第一和第二氣體可具有彼此不同的組分和/或氣體流動速率。
流動控制部件300可操作地控制可供應(yīng)到開關(guān)部件400的不同氣體的流動速率，并可選地調(diào)整組分。流動控制部件300可分別經(jīng)氣體通道324、326和364、366提供第一和第二氣體的不同流動速率和/或化學(xué)成分至開關(guān)部件400。此外，對于內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46，供應(yīng)到等離子處理腔室12的第一氣體和/或第二氣體的流動速率和/或化學(xué)成分(同時另一種氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線50，該旁通管線可以與真空泵送系統(tǒng)、諸如渦輪泵和低真空泵之間流體連通)。因此，流動控制部件300可在襯底16上提供期望的氣體流和/或氣體化學(xué)成分，從而增強襯底處理的均勻性。
在氣體分配系統(tǒng)100中，開關(guān)部件400在短時間內(nèi)可操作地從第一氣體切換到第二氣體，從而允許在單個區(qū)域或多個區(qū)域、例如內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46中第一氣體被第二氣體置換，同時將第一氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，或反之。氣體開關(guān)部件400優(yōu)選地可在第一氣體和第二氣體之間切換，而不出現(xiàn)這兩種氣體的流動中的不期望的壓力波動和流動不穩(wěn)定性。如果需要，氣體分配系統(tǒng)100可維持流過等離子處理腔室12的第一和第二氣體的基本恒定的連續(xù)容積流動速率。
圖3示出氣體分配系統(tǒng)100的氣體供應(yīng)部件200的一個優(yōu)選實施例。氣體供應(yīng)部件200優(yōu)選地連接到控制器500，以控制流動控制部件的操作，諸如閥門和流動控制器，從而允許可由氣體供應(yīng)部件200供應(yīng)的兩種或多種氣體組分的控制。在該實施例中，氣體供應(yīng)部件200包括多個氣體源202、204、206、208、210、212、214和216，每個氣體源都與第一氣體管線235和第二氣體管線245流體連通。這樣，氣體供應(yīng)部件200可供應(yīng)多種所需的不同氣體混合物至等離子處理腔室12。包括在氣體分配系統(tǒng)100中的氣體源的數(shù)量不局限于任何特定數(shù)量的氣體源，但優(yōu)選包括至少兩個不同氣體源。例如，氣體供應(yīng)部件200可包括多于或少于圖3所示實施例中所包含的8種氣體源。例如，氣體供應(yīng)部件200可包括兩個、三個、四個、五個、十個、十二個、十六個或更多氣體源。可通過相應(yīng)氣體源提供的不同氣體包括單種氣體，諸如O2、Ar、H2、Cl2、N2等，以及氣態(tài)碳氟化合物和/或氟代烴(fluorohydrocarbon)化合物，諸如CF4、CH3F等。在一個優(yōu)選實施例中，等離子處理腔室是刻蝕腔室，且氣體源202-216可供應(yīng)Ar、O2、N2、Cl2、CH3、CF4、C4F8和CH3F或CHF3(以任意合適的順序)。各氣體源202-216供應(yīng)的特定氣體可基于在等離子處理腔室12中要執(zhí)行的期望處理來選擇，例如特定的干法刻蝕和/或材料沉積處理。氣體供應(yīng)部件200對于可被提供用于執(zhí)行刻蝕處理和/或材料沉積處理的氣體的選擇可提供廣泛的多功能性。
氣體供應(yīng)部件200優(yōu)選也包括至少一個調(diào)節(jié)氣體(tuning gas)源，以調(diào)節(jié)氣體組分。調(diào)節(jié)氣體可以是，例如O2、惰性氣體，諸如氬，或反應(yīng)氣體(reactive gas)，諸如碳氟化合物或氟代烴氣體，例如C4F8。在圖3所示的實施例中，氣體供應(yīng)部件200包括第一調(diào)節(jié)氣體源218和第二調(diào)節(jié)氣體源219。如下面所述，第一調(diào)節(jié)氣體源218和第二調(diào)節(jié)氣體源219可供應(yīng)調(diào)節(jié)氣體，以調(diào)節(jié)供應(yīng)到氣體開關(guān)部件400的第一和/或第二氣體的組分。
在圖3所示的氣體供應(yīng)部件200的實施例中，流動控制裝置240優(yōu)選地被設(shè)置在分別與氣體源202、204、206、208、210、212、214和216流體連通的氣體通道222、224、226、228、230、232、234和236的每個中，并且也被設(shè)置在分別與第一調(diào)節(jié)氣體源218和第二調(diào)節(jié)氣體源219流體連通的氣體通道242、244中。流動控制裝置240可操作地控制由相關(guān)氣體源202-216和218、219所供應(yīng)的氣體的流動。流動控制裝置240優(yōu)選是質(zhì)量流動控制器(MFCmass flowcontroller)。
在圖3所示的實施例中，閥門250、252沿氣體通道位于每個氣體源202-216下游。閥門250、252可以選擇性地打開或關(guān)閉，優(yōu)選在控制器500的控制下，從而允許不同氣體混合物流到第一氣體管線235和/或第二氣體管線245。例如，通過打開與一個或多個氣體源202-216關(guān)聯(lián)的閥門252(同時其余與其他氣體源202-216關(guān)聯(lián)的閥門252關(guān)閉)，第一氣體混合物可供應(yīng)到第一氣體管線235。相似地，通過打開與一個或多個其它氣體源202-216關(guān)聯(lián)的閥門250(同時其余與其它氣體源202-216關(guān)聯(lián)的閥門250關(guān)閉)，第二氣體混合物可供應(yīng)到第二氣體管線245。因此，第一和第二氣體的不同混合物和質(zhì)量流動比率(mass flow rate)可通過氣體供應(yīng)部件200的受控操作而被提供給第一氣體管線235和第二氣體管線245。
在一個優(yōu)選實施例中，氣體供應(yīng)部件200可操作地分別經(jīng)第一氣體管線235和第二氣體管線345提供第一和第二氣體的連續(xù)流動。第一氣體或第二氣體流入等離子處理腔室12，而其它氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線。旁通管線可連接到真空泵等。通過連續(xù)流動第一和第二氣體，氣體分配系統(tǒng)100可實現(xiàn)氣體流動的快速切換。
圖4示出氣體分配系統(tǒng)100的流動控制部件300的一個優(yōu)選實施例。流動控制部件300包括與來自氣體供應(yīng)部件200的第一氣體管線235流體連通的第一流動控制部件305、和與來自氣體供應(yīng)部件200的第二氣體管線245流體連通的第二流動控制部件315。流動控制部件300可操作地控制分別供應(yīng)到內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46的第一氣體的比率，同時第二氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線，并控制分別供應(yīng)到內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46的第二氣體的比率，同時第一氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線。第一流動控制部件305將在第一氣體管線235引入的第一氣體流分成第一氣體的兩個獨立出口流，而第二流動控制部件315將在第二氣體管線245引入的第二氣體流分成第二氣體的兩個獨立出口流。第一流動控制部件305包括經(jīng)開關(guān)系統(tǒng)400分別與內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46流體連通的第一和第二氣體通道324、326，而第二流動控制部件315包括經(jīng)開關(guān)系統(tǒng)400分別與內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46流體連通的第一和第二氣體通道364、366。
在一個優(yōu)選實施例中，第一流動控制部件305和第二流動控制部件315每個都包括至少兩個限流器(flow restrictor)。每個限流器優(yōu)選具有固定的限制尺寸，以便氣體流過它。限流器優(yōu)選是孔口。限流器限制氣流并在孔口上游和附近的氣體通道區(qū)域中保持近似恒定的氣體壓力。第一流動控制部件305和第二流動控制部件315中每個都優(yōu)選包括孔口網(wǎng)絡(luò)，例如兩個、三個、四個、五個或更多孔口，每個孔口優(yōu)選具有不同的橫截面限制尺寸，例如不同的直徑或不同的橫截面面積?？卓诘南拗瞥叽缧∮跉怏w分配系統(tǒng)100的氣流路徑的其它部分的橫截面面積。孔口優(yōu)選是音速孔(sonic orifice)。在流動控制部件300中氣流優(yōu)選以臨界流態(tài)(critical flow regime)操作，使得給定孔口的流導(dǎo)(flow conductance)由其限制尺寸和上游壓力唯一確定。隨著孔口的流導(dǎo)增加，實現(xiàn)穿過孔口的給定流動速率的孔口上壓力降降低。
在圖4所示的實施例中，第一和第二流動控制部件305、315每個都包括五個孔口330、332、334、336和338。例如，孔口330、332、334、336和338可分別具有1、2、4、8和16的相對的限制尺寸，例如直徑。因此，當(dāng)氣流穿過所有5個孔口330-338時，四個孔口330-336具有與單個孔口338近似相同的總流導(dǎo)?？商鎿Q地，四個孔口330-336中至多3個可以打開以提供孔口330-336的總流導(dǎo)與孔口338的流導(dǎo)的不同比率，以便供應(yīng)不同比率的第一氣流和第二氣流至內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46。
另一實施例可包括不同數(shù)量的孔口，例如總共兩個孔口；包括孔口338和取代多個孔口330-338的第二孔口。第二孔口優(yōu)選具有與孔口338相同的限制尺寸。在這樣的實施例中，供應(yīng)到內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46的第一氣體和/或第二氣體的流動比率約為1∶1。
閥門320優(yōu)選位于各個孔口330-338的上游，以控制第一氣體和第二氣體到孔口的流動。例如，在第一流動控制部件305和/或第二流動控制部件315中，一個或多個閥門320可被打開以允許第一氣體和/或第二氣體流動到一個或多個相關(guān)孔口330-336，同時其它閥門320被打開以允許第一氣體和/或第二氣體流到孔口338。
在第一流動控制部件305中，孔口330-336與氣體通道322流體連通。氣體通道322被分成第一和第二氣體通道324、326，其與氣體開關(guān)部件流體連通。一對閥門320位于第一和第二通道324、326中，以控制流過第一流動控制部件305的一個或多個孔口330-336的第一氣體到內(nèi)部區(qū)域42和/或外部區(qū)域46的流動。在一個可替換實施例中，一對沿氣體通道324、326設(shè)置的閥門320可由單個，四向閥門取代。
在第一流動控制部件305中，孔口338沿氣體通道319設(shè)置。氣體通道319被分成氣體通道331、333，其分別與第一和第二氣體通道324、326流體連通。一對閥門320位于氣體通道331、333中，以控制經(jīng)孔口338流進第一和第二氣體通道324、326的第一氣體的流動。在一個可替換實施例中，這對沿氣體通道331、333設(shè)置的閥門320可用單個的四向閥門取代。
在第二流動控制部件315中，一對閥門320沿第一和第二氣體通道364、366設(shè)置，從而控制經(jīng)孔口330-336中一個或多個流進等離子處理腔室的內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46的第二氣體的流動。在一個可替換實施例中，這對沿氣體通道364、366設(shè)置的閥門320可用單個的四向閥門取代。
在第二流動控制部件315中，孔口338沿氣體通道359設(shè)置。氣體通道359被分成氣體通道372、374，其分別與第一和第二氣體通道364、366流體連通。一對閥門320位于氣體通道372、374中，從而控制經(jīng)孔口338流進第一和/或第二氣體通道364、366的第二氣體的流動。在一個可替換實施例中，這對沿氣體通道372、374設(shè)置的閥門320可用單個的四向閥門取代。
孔口330-338被包括在流動控制部件300中，從而當(dāng)氣體分配系統(tǒng)100將流進等離子處理腔室12中的氣體從第一氣體改為第二氣體時防止氣流中壓力波動和流動的不穩(wěn)定性，反之也一樣。
在圖4所示的實施例中，第一調(diào)節(jié)氣體源218的氣體通道242(圖3)被設(shè)置，以供應(yīng)第一調(diào)節(jié)氣體至第一流動控制部件305的第一氣體通道324和/或第二氣體通道326，從而調(diào)節(jié)第一氣體組分。第二調(diào)節(jié)氣體源219的氣體通道244(圖3)被設(shè)置，以供應(yīng)第二調(diào)節(jié)氣體至第二流動控制部件315的第一氣體通道364和/或第二氣體通道366，從而調(diào)節(jié)第二氣體組分。第一和第二調(diào)節(jié)氣體可以是相同的也可以是不同的調(diào)節(jié)氣體。
流動控制裝置340、優(yōu)選為MFC被沿氣體通道242設(shè)置。閥門320沿氣體通道337、339設(shè)置，以分別控制第一調(diào)節(jié)氣體到氣體通道326、324的流動。在一個可替換實施例中，這對沿氣體通道337、339設(shè)置的閥門320可以用單個的四向閥門取代。
流動控制裝置340、優(yōu)選為MFC被沿氣體通道244設(shè)置。閥門320沿氣體通道376、378設(shè)置，以分別控制第二調(diào)節(jié)氣體到氣體通道366、364的流動。在一個可替換實施例中，這對沿氣體通道376、378設(shè)置的閥門320可以用單個四向閥門取代。
在圖4所示的流動控制部件300的實施例中，第一流動控制部件305和第二流動控制部件315包括以相同配置設(shè)置的相同元件。然而，在氣體分配系統(tǒng)100的其他優(yōu)選實施例中，第一和第二流動控制部件305、315彼此具有不同元件和/或不同配置。例如，第一和第二流動控制部件305、315可彼此包括不同元件和/或不同配置。例如，第一和第二流動控制部件305、315可彼此包括不同數(shù)量的孔口和/或具有不同限制尺寸的孔口。
在氣體分配系統(tǒng)100中，氣體開關(guān)系統(tǒng)400與流動控制部件300、并與真空腔室內(nèi)部和旁通管線流體連通，其中第一和第二氣體流進旁通管線。氣體開關(guān)系統(tǒng)400的第一優(yōu)選實施例在圖5中示出。氣體開關(guān)系統(tǒng)400可交替供應(yīng)第一和第二氣體至等離子處理腔室12的內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46。氣體開關(guān)系統(tǒng)400與第一流動控制部件305的第一氣體通道324和第二氣體通道326流體連通，并與第二流動控制部件315的第一氣體通道364和第二氣體通道366流體連通。沿每個氣體通道324、326、364和366設(shè)置孔口430，以在第一和第二氣體切換期間防止不期望的壓力波動。
第一流動控制部件305的第一氣體通道324被分成氣體通道448、450；第一流動控制部件305的第二氣體通道326被分成氣體通道442、444；第二流動控制部件315的第一氣體通道364被分成氣體通道452、454；第二流動控制部件315的第二氣體通道366被分成氣體通道456、458。在該實施例中，氣體通道442與等離子體腔室12的外部區(qū)域46流體連通，氣體通道448與等離子體腔室12的內(nèi)部區(qū)域42流體連通，氣體通道444提供旁通管線。氣體通道456與氣體通道442流體連通而到達外部區(qū)域46。氣體通道452與氣體通道448流體連通而到達內(nèi)部區(qū)域42。氣體通道450、454和458與氣體通道444流體連通而連到旁通管線。
閥門440沿氣體通道442、444、448、450、452、454、456和458中每一個而設(shè)置。在一個可替換實施例中，沿氣體通道442、444；448、450；452、454；和456、458設(shè)置的每一對閥門440可用單個四向閥門取代。閥門440可選擇性地打開或關(guān)閉，優(yōu)選在控制器500的控制下，從而供應(yīng)第一和第二氣體至腔室，同時將其它氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線。
例如，為了供應(yīng)第一氣體至等離子處理腔室12的內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46并將第二氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，沿氣體通道442、448和454、458的閥門440打開，同時沿氣體通道444、450和452、456的閥門440關(guān)閉。為了切換氣流以便第二氣體被供應(yīng)到等離子處理腔室12的內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域46，同時第一氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線，沿氣體通道444、450和452、456的閥門440打開，同時沿氣體通道442、448和454、458的閥門440關(guān)閉。換句話說，第一組閥門440打開而第二組閥門440關(guān)閉，從而供應(yīng)第一氣體至等離子處理腔室12，并且然后該第一組閥門關(guān)閉而該第二組閥門440打開，從而改變氣流以供應(yīng)第二氣體至等離子處理腔室。
在氣體開關(guān)系統(tǒng)400中，閥門440是快速開關(guān)閥門。如這里所用，術(shù)語“快速開關(guān)閥門”指可以在接收來自控制器500的打開或關(guān)閉信號后在短時間、優(yōu)選小于約100毫秒、更優(yōu)選小于約50毫秒內(nèi)打開或關(guān)閉的閥門。閥門440優(yōu)選是通過接收來自控制器500的打開或關(guān)閉信號而電子控制和致動的?？捎迷跉怏w開關(guān)系統(tǒng)400中的合適的“快速開關(guān)閥門”是型號為FSR-SD-71-6.35的閥門，可從位于美國加利福尼亞的Santa Clara的Fujikin得到。
因此，氣體開關(guān)系統(tǒng)400可供應(yīng)第一氣體例如至真空腔室的內(nèi)部，同時將第二氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，然后優(yōu)選在控制器500的控制下，快速切換這些氣流并供應(yīng)第二氣體至真空腔室，同時將第一氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線。第一氣體或第二氣體在氣體被切換之前被供應(yīng)至真空腔室的時間量可通過控制器500控制。相關(guān)孔口430和閥門440之間的氣體通道324、326、364和366的容積優(yōu)選小于約10cm3。如上所述，氣體分配系統(tǒng)可與包括等離子體限制區(qū)域的等離子處理腔室一起使用，從而在小于約1秒、更優(yōu)選小于約200毫秒的時間段內(nèi)置換約1/2升到約4升的氣體容積，從而穩(wěn)定系統(tǒng)。
按照第二優(yōu)選實施例的氣體開關(guān)系統(tǒng)1400在圖6中繪出。在氣體開關(guān)系統(tǒng)1400中，閥門440和位于閥門440下游的孔口430沿氣體通道442-458中每個而設(shè)置。否則，氣體開關(guān)系統(tǒng)1400可具有與氣體開關(guān)系統(tǒng)400相同的配置。在氣體切換過程中，孔口430防止不期望的壓力波動。在一個可替換實施例中，沿氣體通道442、444；448、450；452、454；和456、458的每對閥門440可用單個的四向閥門取代。
按照第三優(yōu)選實施例的氣體開關(guān)系統(tǒng)2400在圖7中描繪。在該實施例中，氣體開關(guān)系統(tǒng)2400與第一氣體通道405和第二氣體通道415流體連通。第一和第二氣體通道405、415可以例如分別是流動控制部件的第一氣體出口和第二氣體出口，這里的流動控制部件與圖4所示的流動控制部件300不同，不包括內(nèi)部和外部區(qū)域氣體出口。孔口430沿第一氣體通道405和第二氣體通道415中每個而設(shè)置。第一氣體通道405被分成氣體通道422、424，而第二氣體通道445被分成氣體通道426、428。氣體通道422和426與真空腔室的內(nèi)部流體連通，且氣體通道424和428與旁通管線流體連通。閥門440沿氣體通道422、424和426、428中每個而設(shè)置。在一個可替換實施例中，沿氣體通道422、424；和426、428的每對閥門440可以用單個的四向閥門取代。
例如，為了供應(yīng)第一氣體至真空腔室并同時將第二氣體引導(dǎo)到旁通管線，沿流體通道422和428的閥門440被打開，且沿氣體通道424和426的閥門被440關(guān)閉。為了切換氣流以便第二氣體被供應(yīng)到真空腔室且第一氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線，沿流體通道424和426的閥門440打開，且沿流體通道422和428的閥門440關(guān)閉。
在氣體開關(guān)系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施例中，可通過除去設(shè)置在閥門440上游的第一氣體通道405和第二氣體通道415中的孔口430、并在每個氣體通道422、424、426和428中在相關(guān)閥門440下游設(shè)置孔口而修改圖7中所示的實施例。
氣體分配系統(tǒng)100的優(yōu)選實施例可用于向等離子處理腔室12供應(yīng)不同氣體化學(xué)成分和/或流動速率，以執(zhí)行不同的刻蝕和/或沉積處理。例如，氣體分配系統(tǒng)100可供應(yīng)處理氣體至等離子處理腔室，以在被覆蓋的掩膜、諸如UV光刻膠掩膜保護的氧化硅、諸如SiO2層中刻蝕特征。SiO2層可在具有200mm或300mm直徑的半導(dǎo)體晶片、諸如硅晶片上形成。特征可以是例如通孔(via)和/或溝槽。在這樣的刻蝕處理中，期望在掩膜的某些部分上沉積聚合物以修復(fù)掩膜中的條紋、例如裂縫或縫隙(即，填充條紋)，使得在SiO2中所刻蝕的特征具有它們的期望形狀，例如通孔具有圓橫截面。如果條紋沒有被修復(fù)，則它們最終到達掩膜下的層，并實際上在刻蝕過程中被轉(zhuǎn)移到該層。而且，聚合物可以沉積在特征的側(cè)壁上。
然而，已經(jīng)確定，在所刻蝕特征的側(cè)壁和基底上所沉積的聚合物的厚度影響刻蝕速率。在各向異性刻蝕處理中，特征的底部上所沉積的聚合物在刻蝕過程中基本被除去。然而，如果側(cè)壁和/或基底上的聚合物變得太厚，則SiO2的刻蝕速率減小，且可能完全停止。如果變得太厚，則聚合物也可能剝落表面。因此，用于在掩膜和特征上形成聚合物沉積的氣體混合物被供應(yīng)到等離子處理腔室的時間量優(yōu)選被控制，從而控制在SiO2層上形成的聚合物沉沉積的厚度，同時也提供掩膜的足夠的修復(fù)和保護。在SiO2層的刻蝕過程中，周期性地從掩膜上除去聚合物。因此，聚合物優(yōu)選在SiO2層的刻蝕周期之間在掩膜上被沉積，從而確保實現(xiàn)掩膜的充分修復(fù)和保護。
通過控制在特征上所沉積的聚合物的厚度，并修復(fù)和保護掩膜，氣體分配系統(tǒng)100可用于供應(yīng)處理氣體至等離子處理腔室中，以刻蝕由覆蓋的掩膜、例如UV光刻膠掩膜所保護的SiO2層。氣體分配系統(tǒng)100的氣體開關(guān)系統(tǒng)可操作地允許用于刻蝕SiO2的第一處理氣體在第一時間段中被供應(yīng)到等離子處理腔室，而用于形成聚合物沉積的第二氣體混合物被轉(zhuǎn)向到旁通管線，并且然后快速切換氣流，使得第二氣體混合物被供應(yīng)到等離子處理腔室，以形成聚合物沉積，而第一氣體混合物被供應(yīng)到旁通管線。優(yōu)選地，供應(yīng)到等離子處理腔室的等離子體限制區(qū)域的第一氣體混合物在小于約1秒、更優(yōu)選小于約200毫秒的時間段內(nèi)至少基本上被第二氣體混合物置換。等離子體限制區(qū)域優(yōu)選具有約1/2升到約4升的容積。
用于刻蝕SiO2的第一氣體混合物可包含例如碳氟化合物，諸如C4F8、O2和氬。C4F8/O2/氬的流動比率可以是例如20/10/500sccm。用于形成聚合物沉積的第二氣體混合物可包含例如氟代烴種(fluorohydrocarbon species)，諸如CH3F和氬。C3FH/氬的流動比率可以是例如15/500sccm。第二氣體混合物可選也可包括O2。對于用于處理200mm或300mm晶片的電容耦合等離子體刻蝕反應(yīng)器，腔室壓力可以是例如70-90mTorr。每次第一氣體混合物被引入等離子處理腔室時，優(yōu)選流入約5秒到約20秒(同時第二氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線)，而每次第二氣體混合物被引入等離子處理腔室時，優(yōu)選流入約1秒到約3秒(同時第一氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線)。在刻蝕襯底上的SiO2時，刻蝕周期和/或聚合物沉積周期的長度可在優(yōu)選時間段內(nèi)增加或減小。聚合物沉積在刻蝕處理過程中優(yōu)選達到小于約100埃的最大厚度。在刻蝕過程中，聚合物可沉積在掩膜上，以修復(fù)條紋并提供掩膜保護。因此，掩膜中開口的形狀優(yōu)選可在刻蝕處理過程中保持。
本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實施例被描述。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以不同于上述的特定形式實施本發(fā)明，而不偏離本發(fā)明的精神。優(yōu)選實施例是說明性的并且不能認(rèn)為是任何形式上的限制。本發(fā)明的范疇由權(quán)利要求限定，而非前述說明，且所有落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的變化和等價物都包括在此。
權(quán)利要求
1.一種用于供應(yīng)氣體至真空腔室的氣體分配系統(tǒng)，包括第一氣體通道和第二氣體通道，用于與第一氣體管線流體連通；第三氣體通道和第四氣體通道，用于與第二氣體管線流體連通，其中所述第一和第三氣體通道適于供應(yīng)氣體至真空腔室，而所述第二和第四氣體通道適于供應(yīng)氣體至旁通管線；沿所述第一氣體通道設(shè)置的第一快速開關(guān)閥門；沿所述第二氣體通道設(shè)置的第二快速開關(guān)閥門；沿所述第三氣體通道設(shè)置的第三快速開關(guān)閥門；沿所述第四氣體通道設(shè)置的第四快速開關(guān)閥門；所述第一和第四快速開關(guān)閥門適于接收信號以在所述第二和第三快速開關(guān)閥門關(guān)閉期間打開，以便第一氣體經(jīng)第一氣體管線和第一及第三氣體通道供應(yīng)到真空腔室，而第二氣體經(jīng)第二氣體管線和第二及第四氣體通道供應(yīng)到所述旁通管線；并且所述第二和第三快速開關(guān)閥門適于接收信號以在所述第一和第四快速開關(guān)閥門關(guān)閉期間打開，以便第二氣體經(jīng)第二氣體管線和第三氣體通道供應(yīng)到真空腔室，而第一氣體經(jīng)第一氣體管線和第二氣體通道供應(yīng)到所述旁通管線。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括第一限流器，沿第一氣體管線設(shè)置在所述第一和第二快速開關(guān)閥門上游；以及第二限流器，沿第二氣體管線設(shè)置在所述第三和第四快速開關(guān)閥門上游；其中所述第一和第二限流器用于在所述第一和第二限流器上游和附近的第一和第二氣體管線的區(qū)域中維持近似恒定的氣壓。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述第一氣體管線在第一限流器和第一及第二快速開關(guān)閥門之間具有小于約10cm3的容積，所述第二氣體管線在第二限流器和第三及第四快速開關(guān)閥門之間具有小于約10cm3的容積。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括第三限流器，沿第一氣體通道設(shè)置在所述第一快速開關(guān)閥門下游；第四限流器，沿第二氣體通道設(shè)置在所述第二快速開關(guān)閥門下游；第五限流器，沿第三氣體通道設(shè)置在所述第三快速開關(guān)閥門下游；第六限流器，沿第四氣體通道設(shè)置在所述第四快速開關(guān)閥門下游；其中所述第三、第四、第五和第六限流器用于在所述第一、第二、第三、第四、第五和第六限流器上游及附近的第一、第二、第三和第四氣體通道的區(qū)域中維持恒定的氣壓。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括控制器，其可操作地控制所述第一、第二、第三和第四快速開關(guān)閥門的打開和關(guān)閉。
6.如權(quán)利要求1所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三和第四快速開關(guān)閥門可在接收信號后在小于約100毫秒、或小于約50毫秒的時間段內(nèi)打開和/或關(guān)閉。
7.一種等離子處理設(shè)備，包括等離子處理腔室，包括噴頭電極組件并具有約1/2升到約4升容積的等離子體限制區(qū)域；和如權(quán)利要求1所述的氣體分配系統(tǒng)，其與所述等離子處理腔室流體連通；其中所述氣體分配系統(tǒng)可在小于約1秒、或小于約200毫秒的時間段內(nèi)基本將等離子區(qū)中所述第一氣體或第二氣體用所述第一氣體或第二氣體中另一種氣體置換。
8.一種用于供應(yīng)氣體至等離子處理腔室的氣體分配系統(tǒng)，其中所述等離子處理腔室包括具有彼此流動隔離的內(nèi)部和外部區(qū)域的氣體分配元件，所述氣體分配系統(tǒng)包括適用于與第一處理氣體源、所述等離子處理腔室的氣體分配元件的內(nèi)部區(qū)域、和旁通管線流體連通的第一氣體通道；適用于與所述第一處理氣體源、所述等離子處理腔室的氣體分配元件的外部區(qū)域、和所述旁通管線流體連通的第二氣體通道；適用于與第二處理氣體源、所述內(nèi)部區(qū)域、和所述旁通管線流體連通的第三氣體通道；適用于與所述第二處理氣體源、所述外部區(qū)域、和所述旁通管線流體連通的第四氣體通道；多個快速開關(guān)閥門，適用于接收信號以打開或關(guān)閉，從而(i)所述第一處理氣體經(jīng)所述第一和第二氣體通道供應(yīng)至內(nèi)部和外部區(qū)域，同時第二處理氣體經(jīng)所述第三和第四氣體通道供應(yīng)至所述旁通管線，和(ii)改變第一和第二處理氣體的流動，使得第二處理氣體經(jīng)所述第三和第四氣體通道供應(yīng)至所述內(nèi)部和外部區(qū)域，同時第一處理氣體經(jīng)第一和第二氣體通道供應(yīng)至所述旁通管線。
9.如權(quán)利要求8所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括至少一個沿所述第一、第二、第三和第四處理氣體通道中每一個設(shè)置的限流器，所述限流器用于在所述限流器上游和附近的第一、第二、第三和第四氣體通道的區(qū)域中維持近似恒定的氣壓。
10.如權(quán)利要求8所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述快速開關(guān)閥門可在接收信號后在小于約100毫秒、或小于50毫秒的時間段內(nèi)打開和/或關(guān)閉。
11.一種等離子處理設(shè)備，包括等離子處理腔室，包括具有內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域的噴頭電極組件，且內(nèi)部容積約為1/2升到4升；和如權(quán)利要求8的氣體分配系統(tǒng)，其與所述噴頭電極組件的內(nèi)部和外部區(qū)域流體連通；其中所述氣體分配系統(tǒng)可操作地在小于約1秒、或小于約200毫秒的時間內(nèi)基本將等離子限制區(qū)中的所述第一處理氣體或第二處理氣體用所述第一處理氣體或第二處理氣體中另一種處理氣體置換。
12.一種用于供應(yīng)處理氣體至等離子處理腔室的氣體分配系統(tǒng)，其中所述等離子處理腔室包括具有彼此流動隔離的內(nèi)部和外部區(qū)域的氣體分配元件，所述氣體分配系統(tǒng)包括氣體開關(guān)部件，包括多個第一氣體通道，其中每個所述第一氣體通道(i)用于與至少一個第一氣體通道和/或至少一個第二氣體通道流體連通，和(ii)用于與等離子處理腔室的氣體分配元件的內(nèi)部區(qū)域、等離子處理腔室的氣體分配元件的外部區(qū)域和旁通管線中至少一個流體連通；以及快速開關(guān)閥門裝置，用于接收信號，以(iii)打開第一組快速開關(guān)閥門并關(guān)閉第二組快速開關(guān)閥門，從而經(jīng)第一組第一氣體通道供應(yīng)第一處理氣體至內(nèi)部和外部區(qū)域，同時第二處理氣體被轉(zhuǎn)向到所述旁通管線，和(iv)關(guān)閉所述第一組快速開關(guān)閥門并打開所述第二組快速開關(guān)閥門，從而改變第一和第二處理氣體流動，以便經(jīng)第二組第一氣體通道供應(yīng)所述第二處理氣體至所述內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，同時所述第一處理氣體被轉(zhuǎn)向到所述旁通管線。
13.如權(quán)利要求12所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括控制器，其可操作地控制所述第一和第二組快速開關(guān)閥門的打開和關(guān)閉。
14.如權(quán)利要求12所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括流動控制部件，包括至少一個第二氣體通道，適用于與第一氣體管線流體連通，其中所述第一氣體管線與至少一個第一處理氣體源流體連通；至少一個第一閥門，可操作地允許所述第一處理氣體被從所述第一氣體管線供應(yīng)至至少一個第二氣體通道；至少一個第三氣體通道，適用于與第二氣體管線流體連通，其中所述第二氣體管線與至少一個第二處理氣體源流體連通；至少一個第二閥門，可操作地允許所述第二處理氣體被從所述第二氣體管線供應(yīng)至至少一個第三氣體通道。
15.如權(quán)利要求14所述的氣體分配系統(tǒng)，進一步包括氣體供應(yīng)部件，包括所述第一氣體管線，適用于與多個所述第一處理氣體源流體連通；所述第二氣體管線，適用于與多個所述第二處理氣體源流體連通；至少一個第三閥門，可操作地允許供應(yīng)所述第一處理氣體至所述第一和第二氣體管線中至少一個；以及至少一個第四閥門，可操作地允許供應(yīng)所述第二處理氣體至所述第一和第二氣體管線中至少一個。
16.如權(quán)利要求14所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述流動控制部件包括分別與第二和第三氣體通道流體連通的至少一個第一限流器和至少一個第二限流器，所述第一和第二限流器用于在所述第一和第二限制器的上游和附近區(qū)域中保持近似恒定的氣壓。
17.如權(quán)利要求16所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述至少一個第一限流器包括至少兩個第一限制器，所述至少一個第二限流器包括一個第二限制器，且至少一個第一限制器具有與所述第二限流器不同的流導(dǎo)。
18.如權(quán)利要求17所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述第一限流器的總流導(dǎo)近似等于所述第二限流器的流導(dǎo)。
19.如權(quán)利要求14所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述第二和第三氣體通道用于與至少一個調(diào)節(jié)氣體源流體連通，其中所述調(diào)節(jié)氣體源可操作地供應(yīng)調(diào)節(jié)氣體至所述第二和第三氣體通道中至少一個。
20.如權(quán)利要求12所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述氣體開關(guān)部件包括沿每個所述第一氣體通道設(shè)置在相應(yīng)快速開關(guān)閥門上游的限流器，所述限流器用于在所述限流器上游和附近的相關(guān)第一氣體通道的區(qū)域中保持近似恒定的氣壓。
21.如權(quán)利要求12所述的氣體分配系統(tǒng)，其中所述快速開關(guān)閥門可以在接收信號后在小于約100毫秒、或小于約50毫秒的時間段內(nèi)打開和/或關(guān)閉。
22.一種等離子處理設(shè)備，包括等離子處理腔室，包括噴頭電極組件，并具有約1/2升到約4升的內(nèi)部容積；和如權(quán)利要求12所述的氣體分配系統(tǒng)，其與所述等離子處理腔室流體連通；其中所述氣體分配系統(tǒng)可操作地在小于約1秒、或小于約200毫秒的時間內(nèi)基本將等離子限制區(qū)中的所述第一處理氣體或第二處理氣體用所述第一處理氣體和第二處理氣體中另一種氣體置換。
23.一種在等離子處理腔室中處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括a)供應(yīng)第一處理氣體至所述等離子處理腔室，同時將第二處理氣體轉(zhuǎn)向至旁通管線，其中所述等離子處理腔室包含半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括至少一層和覆蓋所述層的圖案化光刻膠掩膜；b)激勵所述第一處理氣體以產(chǎn)生第一等離子體和(i)在所述層中刻蝕至少一個特征或(ii)在所述掩膜上形成聚合物沉積；c)切換所述第一和第二處理氣體流動，使得所述第二處理氣體被供應(yīng)到等離子處理腔室，同時將所述第一處理氣體轉(zhuǎn)向至所述旁通管線，在等離子處理腔室的等離子體限制區(qū)域中，所述第一處理氣體在小于約1秒、或小于約200毫秒的時間段內(nèi)基本被所述第二處理氣體置換；d)激勵所述第二處理氣體，以產(chǎn)生第二等離子體和(iii)在所述層中刻蝕至少一個特征或(iv)在所述層和掩膜上形成聚合物沉積；e)切換所述第一和第二處理氣體流動，使得所述第一處理氣體被供應(yīng)到等離子處理腔室，同時將所述第二處理氣體轉(zhuǎn)向至所述旁通管線，在等離子處理腔室的等離子體限制區(qū)域中，所述第二處理氣體在小于約1秒、或小于約200毫秒的時間段內(nèi)基本被第一處理氣體置換；以及f)對所述襯底多次重復(fù)步驟a)-e)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中在對所述襯底多次重復(fù)步驟a)-e)后，所述聚合物沉積被形成為小于約100埃的最大厚度。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一等離子體在所述層中刻蝕所述至少一個特征，而所述第二等離子體在所述層和掩膜上形成沉積，所述沉積修復(fù)掩膜中條紋。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述等離子體限制區(qū)域具有約1/2升到約4升的容積。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一層是SiO2；所述掩膜是UV光刻膠掩膜；所述第一處理氣體包括C4F8、O2和氬的混合物，且所述第一等離子體刻蝕所述層；和所述第二處理氣體包括CH3F、氬的混合物，并可選包括O2，所述第二等離子體在所述特征和掩膜上形成聚合物沉積。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中每次第一和第二處理氣體分別被供應(yīng)至等離子處理腔室中時，所述第一處理氣體在約5秒到約20秒的時間中被提供到等離子處理腔室中，而第二處理氣體在約1秒到約3秒的時間中被提供到等離子處理腔室中。
29.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述等離子處理腔室包括噴頭電極組件，其包括內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，所述第一處理氣體被供應(yīng)至內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，同時第二處理氣體被轉(zhuǎn)向到旁通管線，且第二處理氣體被供應(yīng)至內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，同時所述第一處理氣體被轉(zhuǎn)向至旁通管線。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第一處理氣體和/或第二處理氣體以不同的流動速率被供應(yīng)至所述內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于向腔室、諸如等離子處理設(shè)備的等離子處理腔室中供應(yīng)不同氣體組分的氣體分配系統(tǒng)。氣體分配系統(tǒng)可包括氣體供應(yīng)部件、流動控制部件和開關(guān)部件。氣體供應(yīng)部件提供第一和第二氣體、通常為氣體混合物至流動控制部件，流動控制部件控制第一和第二氣體到腔室的流動。腔室可包括多個區(qū)域，而流動控制部件可以所需的氣體流動速率供應(yīng)第一和第二氣體至多個區(qū)域。氣體分配系統(tǒng)可連續(xù)供應(yīng)第一和第二氣體至開關(guān)部件，而開關(guān)部件可操作地切換第一和第二氣體流動，使得第一和第二處理氣體中的一種被供應(yīng)至腔室，而另一種氣體被供應(yīng)至旁通管線，并然后切換氣體流動。開關(guān)部件優(yōu)選包括快速開關(guān)閥門，其可操作地快速地打開和關(guān)閉從而允許第一和第二氣體的快速切換，優(yōu)選在任一種氣體流動時不出現(xiàn)不期望的壓力波動或流動不穩(wěn)定性。
文檔編號C23F1/00GK1969060SQ200580013773
公開日2007年5月23日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者黃志松, 喬斯·T.·薩姆, 埃里克·蘭茲, 拉金德·丁德薩, 雷扎·薩德賈蒂 申請人:蘭姆研究公司