專利名稱：一種應(yīng)用于等離子處理裝置的氣體分布系統(tǒng)及驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于等離子反應(yīng)室的多路氣體分布系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)晶圓進(jìn)行加工需要用到等離子加工設(shè)備，等離子設(shè)備包括射頻供應(yīng)系統(tǒng)和氣體供應(yīng)系統(tǒng)，隨著晶圓尺寸現(xiàn)在普遍已經(jīng)達(dá)到12英寸，甚至更大的尺寸也在研發(fā)中。為了在大面積的等離子反應(yīng)腔中獲得均勻的加工效果，需要向反應(yīng)腔不同區(qū)域供應(yīng)不同流量的氣體，以抵消其它硬件參數(shù)造成的加工效果不同。多種反應(yīng)氣體通過(guò)每種氣體上串聯(lián)的流量控制器(MFC)精確控制流量，最后經(jīng)過(guò)混合腔體混合成反應(yīng)氣體?；旌贤瓿珊笤偻ㄟ^(guò)互相隔離的管道或腔室分布到不同的氣體供應(yīng)區(qū)，分離后的反應(yīng)氣體具有設(shè)定的比例。現(xiàn)在工業(yè)界經(jīng)常用同一臺(tái)等離子加工設(shè)備如等離子刻蝕機(jī)進(jìn)行多種不同工藝的加工，在進(jìn)行不同的加工時(shí)要獲得最佳的加工效果就要使流到晶圓上的處理氣體具有不同的流量比例。但是前方的混合氣體流量是經(jīng)過(guò)MFC精確控制的，流到不同反應(yīng)區(qū)的氣體流量比率設(shè)定后卻沒(méi)有精確測(cè)量或驗(yàn)證，如果出現(xiàn)偏差或長(zhǎng)期使用后的偏移會(huì)造成相應(yīng)的加工效果同步會(huì)產(chǎn)生偏差。所以現(xiàn)有技術(shù)需要一個(gè)系統(tǒng)或方法能夠精確的測(cè)量分流器的分流精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用于等離子反應(yīng)腔的氣體分布系統(tǒng)及其驗(yàn)證方法。本發(fā)明揭露了一種應(yīng)用于等離子處理裝置的氣體分布系統(tǒng)，所述等離子處理器包括一個(gè)反應(yīng)腔和氣體分布器，所述氣體分布器包括至少兩個(gè)獨(dú)立的氣體分布區(qū)向反應(yīng)腔不同區(qū)域供應(yīng)處理氣體，一個(gè)抽氣裝置與反應(yīng)腔相聯(lián)通，排出反應(yīng)腔中的處理氣體；一個(gè)氣體供應(yīng)源供應(yīng)可控流量的處理氣體；一個(gè)氣體分流器通過(guò)聯(lián)通到所述氣體供應(yīng)源的供氣通道接收處理氣體；所述氣體分流器分流所述處理氣體并通過(guò)第一和第二氣體通道供應(yīng)到所述氣體分布器的兩個(gè)獨(dú)立氣體分布區(qū)；第一氣體通道還包括一個(gè)第一開關(guān)閥門連通到所述反應(yīng)腔，以及一個(gè)旁路通道通過(guò)第一旁路開關(guān)閥門連通到所述抽氣裝置。第二氣體通道包括一個(gè)第二開關(guān)閥門連通到所述反應(yīng)腔，以及一個(gè)旁路通道通過(guò)第二旁路開關(guān)閥門連通到所述抽氣裝置。本發(fā)明也可以用于將反應(yīng)氣體氣流分成三路供應(yīng)到反應(yīng)腔至少三個(gè)區(qū)的實(shí)施例，此時(shí)就需要至少測(cè)試兩路以上的實(shí)際氣體流量才能獲得精確的氣流分配比率，所以至少其中兩個(gè)氣體通道要包括一個(gè)旁路通道。比如第一路直通反應(yīng)腔供氣，第二路和第三路各包括一個(gè)可開關(guān)的旁路通道連通到抽氣裝置。在設(shè)定氣體流量分配比率后，首先旁路第二第三路的氣體，按照前述方法測(cè)量一次到兩次反應(yīng)氣壓獲得第一路氣體通道的流量測(cè)得值；其次旁路第三氣體通路，再次測(cè)量并獲得第一和第二通路開通狀況下的流量測(cè)得值。兩者相減就可獲得第二通路的流量值。由總流量值減去第一和第二流量的測(cè)得值就可獲得第三通路的流量值。其它更多路氣流的分區(qū)也可按照同樣的方法獲得驗(yàn)證，當(dāng)然2路或3路以上的氣體分流輸出口的每一條氣體通路都連接一個(gè)旁路通道是較佳方案，測(cè)試順序和方法可以有更多選擇。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明。圖1是本發(fā)明用于等離子體處理裝置氣體分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。一個(gè)氣體供應(yīng)源10提供一種或多種可控流量與混合比的氣體。氣體供應(yīng)源10內(nèi)包括多個(gè)氣體流量控制器可以精確的控制并調(diào)節(jié)不同氣體流量。氣體供應(yīng)源10輸出的反應(yīng)氣體流向下游的一個(gè)氣體分流調(diào)節(jié)器20，將輸出反應(yīng)氣體分為至少兩路輸出供應(yīng)到下游反應(yīng)腔100的不同區(qū)域。供應(yīng)到反應(yīng)腔第一區(qū)域的反應(yīng)氣體通過(guò)第一氣體管道連通到氣體分流調(diào)節(jié)器的一個(gè)輸出端。供應(yīng)到反應(yīng)腔第二區(qū)域的反應(yīng)氣體通過(guò)第二氣體管道連通到氣體比率調(diào)節(jié)器的另一個(gè)輸出端。通過(guò)控制氣體分流調(diào)節(jié)器兩個(gè)輸出端的輸出氣體流量比率可以適應(yīng)不同加工工藝對(duì)反應(yīng)氣體在反應(yīng)腔100內(nèi)不同的分布需要。在第一、第二氣體管道上還各包括一個(gè)可控制開合的閥門210、220。在閥門流入氣體的前端還各包括一個(gè)旁路氣體管道，分別通過(guò)一個(gè)可控制開合的旁路閥門211、221連接到抽氣裝置。此外氣體分流調(diào)節(jié)器上游也包括一個(gè)可控制開合的閥門11連接到該抽氣裝置。在本發(fā)明用于等離子處理裝置的氣體分布系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，包括兩種模式:等離子處理模式和氣流驗(yàn)證模式。在等離子處理模式下斷開上述閥門11、211、221，同時(shí)閉合閥門210和220使得整個(gè)反應(yīng)腔根據(jù)氣體分流調(diào)節(jié)器來(lái)根據(jù)需要輸出一定比率的氣體到反應(yīng)腔100的不同區(qū)域，流過(guò)第一氣體管道和第二氣體管道的氣體可以是50%: 50%，也可以是30%: 60%，任何比率都可以。在氣流驗(yàn)證模式下為了驗(yàn)證氣體分流調(diào)節(jié)器是否按設(shè)定的比率分流了反應(yīng)氣體，需要將至少一路氣體旁路之間流入抽氣裝置以驗(yàn)證。以驗(yàn)證流過(guò)第一氣體管道的流量為例，當(dāng)上游氣體流量輸出為2000sCCm時(shí)，如果氣體分流調(diào)節(jié)器設(shè)定的比率為1: 1，則準(zhǔn)確的流過(guò)第一氣體管道的流量應(yīng)該為lOOOsccm。這時(shí)可以開通閥門210，斷開閥門211使第一氣體管道內(nèi)的反應(yīng)氣體流入反應(yīng)腔，同時(shí)斷開220開通閥門221使第二氣體管道內(nèi)的反應(yīng)氣體不流入反應(yīng)腔直接流入抽氣裝置。這樣對(duì)氣體分流調(diào)節(jié)器20來(lái)說(shuō)與等離子加工模式下具有相同的工作狀態(tài)，而且兩路氣體不會(huì)互相影響，干擾測(cè)量結(jié)果。在測(cè)量流過(guò)第一氣體管道內(nèi)的流量時(shí)可以利用PV = nRT的公式來(lái)獲得。其中P代表反應(yīng)腔內(nèi)的氣壓，V代表容器體積在本發(fā)明中即是反應(yīng)腔內(nèi)部空間，是一個(gè)可以測(cè)量的固定值。η代表氣體量也就是流量與時(shí)間的乘積，隨著時(shí)間與流量的變化而變化。R是個(gè)常數(shù)，體現(xiàn)了不同參數(shù)之間的比例關(guān)系。T是指反應(yīng)腔溫度，氣體的氣壓會(huì)隨著反應(yīng)腔內(nèi)溫度的升聞而升聞。在測(cè)量流過(guò)第一氣體管道的流量時(shí)以上述lOOOsccm向反應(yīng)腔供氣，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間如10秒或者30秒后就獲得理論的氣體量，再測(cè)量反應(yīng)腔內(nèi)的溫度數(shù)值則公式PV = nRT中的反應(yīng)腔內(nèi)的理論氣壓P值可知，在用反應(yīng)腔本身就有的氣壓計(jì)獲得實(shí)測(cè)的氣壓與理論氣壓值P相比較就可以獲知?dú)怏w分流調(diào)節(jié)器20在第一氣體管道上的流量分配是否精確了。由于流入氣體分流調(diào)節(jié)器的總流量已知所以減輕測(cè)得的流量Xsccm，流過(guò)第二氣體管道的流量為(2000-X) seem。由于前端氣體供應(yīng)源的氣流也可能有略微誤差，比如設(shè)定值是2000SCCm，實(shí)際數(shù)值可能是在1950 2050之間偏移，為了抵消這一帶有誤差的理論值與實(shí)際測(cè)得的流量值相比較帶來(lái)的問(wèn)題，可以同時(shí)對(duì)氣體供應(yīng)源10的輸出氣體進(jìn)行流量測(cè)量。在測(cè)量時(shí)可以同時(shí)開通閥門210，220，或者關(guān)斷其中之一，保證斷開閥門211，221使得所有氣體都流入反應(yīng)腔，用上述測(cè)氣壓的方法獲得實(shí)測(cè)的流量，再與氣體分流后的測(cè)量值進(jìn)行比較，如果分流為總氣流的50%，則兩者數(shù)值也應(yīng)該是1: 50%，否則就說(shuō)明氣體分流調(diào)節(jié)器存在誤差。在某些情況下溫度數(shù)值T不穩(wěn)定，比如剛開機(jī)時(shí)和運(yùn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間后反應(yīng)腔內(nèi)溫度會(huì)發(fā)生很大變化，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)際測(cè)得的氣壓偏移造成誤判。為了抵消這一誤差，可以在完成一次測(cè)量后調(diào)節(jié)氣體分流調(diào)節(jié)器的分流比率，比如從50%: 50%改為40%: 60%，再次測(cè)量。由于兩次測(cè)量時(shí)間相隔很短所以溫度幾乎不會(huì)變，所以第一次測(cè)量的理論氣壓P1=Ii1Riyv與第二次測(cè)量的理論氣壓P2 = n2RT/V兩者的比率P1: P2 = H1: n2，所以在氣體流入時(shí)間已知的情況下，兩次測(cè)量的氣壓比也就是兩次測(cè)量的流量比。也就是如果兩次測(cè)得的氣壓比率為理論比率的50%: 40%時(shí)代表氣體分流調(diào)節(jié)器工作正常。處理通過(guò)第一氣體管道在不同流量比率下測(cè)試兩次以外，也可以在第二氣體管道測(cè)量氣體分流調(diào)節(jié)器的工作情況。與測(cè)量第一氣體管道一樣，在這種情況下需要關(guān)斷閥門210，開通閥門211使第一管道氣體直接流入抽氣裝置。同時(shí)開通閥門220，關(guān)斷閥門221使第二氣體管道內(nèi)的氣體直接流入反應(yīng)腔。然后采用與測(cè)試第一氣體管道相同的方法來(lái)根據(jù)反應(yīng)腔氣壓的大小換算獲得實(shí)際測(cè)得的流量，再與設(shè)定的理論值比較最后判斷是否氣體分流調(diào)節(jié)器正常工作。本發(fā)明在至少兩個(gè)氣體通道之一上添加了一個(gè)旁路通道后就可以通過(guò)測(cè)量反應(yīng)腔氣壓根據(jù)公PV = nRT中測(cè)得的反應(yīng)腔氣壓換算出未被旁路的氣體通道的實(shí)際流量，將實(shí)際測(cè)得值與分流后的理論測(cè)定值比較就可以判斷出氣體分流調(diào)節(jié)器的工作情況。其中測(cè)試值可以是在同一路通道上多次測(cè)量來(lái)獲得高精度數(shù)據(jù)，也可以是在對(duì)一條通道進(jìn)行測(cè)量后再對(duì)氣體供應(yīng)源10的輸出氣流或者另一條氣體通道進(jìn)行一次測(cè)量，將再次測(cè)量值與第一次測(cè)量值進(jìn)行比較來(lái)抵消如溫度等變量造成的影響。本發(fā)明也可以用于將反應(yīng)氣體氣流分成三路供應(yīng)到反應(yīng)腔至少三個(gè)區(qū)的實(shí)施例，此時(shí)就需要至少測(cè)試兩路以上的實(shí)際氣體流量才能獲得精確的氣流分配比率，所以至少其中兩個(gè)氣體通道要包括一個(gè)旁路通道。比如第一路直通反應(yīng)腔供氣，第二路和第三路各包括一個(gè)可開關(guān)的旁路通道連通到抽氣裝置。在設(shè)定氣體流量分配比率后，首先旁路第二第三路的氣體，按照前述方法測(cè)量一次到兩次反應(yīng)氣壓獲得第一路氣體通道的流量測(cè)得值；其次旁路第三氣體通路，再次測(cè)量并獲得第一和第二通路開通狀況下的流量測(cè)得值。兩者相減就可獲得第二通路的流量值。由總流量值減去第一和第二流量的測(cè)得值就可獲得第三通路的流量值。其它更多路氣流的分區(qū)也可按照同樣的方法獲得驗(yàn)證，當(dāng)然2路或3路以上的氣體分流輸出口的每一條氣體通路都連接一個(gè)旁路通道是較佳方案，測(cè)試順序和方法可以有更多選擇。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于等離子處理裝置的氣體分布系統(tǒng)， 所述等離子處理器包括一個(gè)反應(yīng)腔和氣體分布器，所述氣體分布器包括至少兩個(gè)獨(dú)立的氣體分布區(qū)向反應(yīng)腔不同區(qū)域供應(yīng)處理氣體，一個(gè)抽氣裝置與反應(yīng)腔相聯(lián)通，排出反應(yīng)腔中的處理氣體； 一個(gè)氣體供應(yīng)源供應(yīng)可控流量的處理氣體； 一個(gè)氣體分流器通過(guò)聯(lián)通到所述氣體供應(yīng)源的供氣通道接收處理氣體； 所述氣體分流器分流所述處理氣體并通過(guò)第一和第二氣體通道供應(yīng)到所述氣體分布器的兩個(gè)獨(dú)立氣體分布區(qū)； 其特征在于所述第一氣體通道還包括一個(gè)第一開關(guān)閥門連通到所述反應(yīng)腔，以及一個(gè)旁路通道通過(guò)第一旁路開關(guān)閥門連通到所述抽氣裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于等離子處理裝置的氣體分布系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分流器還包括一個(gè)第三氣體通道經(jīng)過(guò)一個(gè)第三開關(guān)閥門連通到反應(yīng)腔，以及一個(gè)旁路通道通過(guò)第三旁路開關(guān)閥門連通到所述抽氣裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于等離子處理裝置的氣體分布系統(tǒng)，其特征在于，所述第二氣體通道包括一個(gè)第二開關(guān)閥門連通到所述反應(yīng)腔，以及一個(gè)旁路通道通過(guò)第二旁路開關(guān)閥門連通到所述抽氣裝置。
4.一種應(yīng)用于等離子處理裝置氣體分布系統(tǒng)的驗(yàn)證方法， 所述等離子處理器包括一個(gè)反應(yīng)腔和氣體分布器，所述氣體分布器包括至少兩個(gè)獨(dú)立的氣體分布區(qū)向反應(yīng)腔不同區(qū)域供應(yīng)處理氣體，一個(gè)氣體分流調(diào)節(jié)器通過(guò)至少兩個(gè)氣體通道向所述氣體分布器的至少兩個(gè)氣體分布區(qū)供氣，一個(gè)抽氣裝置與反應(yīng)腔相聯(lián)通，排出反應(yīng)腔中的處理氣體； 提供一個(gè)具有設(shè)定流量值的處理氣體； 分流所述具有設(shè)定流量值的處理氣體為第一部分和第二部分處理氣體，使其中第一部分處理氣體流入所述反應(yīng)腔，其中第二部分處理氣體直接流入所述抽氣裝置； 測(cè)量所述流入反應(yīng)腔的第一部分氣體氣壓，并計(jì)算第一部分處理氣體流量； 比較所述測(cè)量所得的第一部分氣體流量值與氣流參考值，判斷氣體分流調(diào)節(jié)器分流狀態(tài)，其中氣流參考值是所述設(shè)定流量值。
5.一種應(yīng)用于等離子處理裝置氣體分布系統(tǒng)的驗(yàn)證方法， 所述等離子處理器包括一個(gè)反應(yīng)腔和氣體分布器，所述氣體分布器包括至少兩個(gè)獨(dú)立的氣體分布區(qū)向反應(yīng)腔不同區(qū)域供應(yīng)處理氣體，一個(gè)氣體分流調(diào)節(jié)器通過(guò)至少兩個(gè)氣體通道向所述氣體分布器的至少兩個(gè)氣體分布區(qū)供氣，一個(gè)抽氣裝置與反應(yīng)腔相聯(lián)通，排出反應(yīng)腔中的處理氣體； 提供一個(gè)具有設(shè)定流量值的處理氣體； 分流所述具有設(shè)定流量值的處理氣體為第一部分和第二部分處理氣體，使其中第一部分處理氣體流入所述反應(yīng)腔，其中第二部分處理氣體直接流入所述抽氣裝置； 測(cè)量所述反應(yīng)腔的氣壓，并計(jì)算第一部分處理氣體流量； 調(diào)整第一部分氣體和第二部分處理氣體比率再次測(cè)量反應(yīng)腔氣壓，計(jì)算獲得第一部分氣體流量； 比較兩次測(cè)得所得的值判斷氣體分流調(diào)節(jié)器分流狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于等離子處理裝置氣體分布系統(tǒng)的驗(yàn)證方法，其特征在于，還包括整體氣流測(cè)量步驟: 將氣體分流調(diào)節(jié)器輸出的第一部分和第二部分氣體流入反應(yīng)腔，測(cè)量反應(yīng)腔氣壓并計(jì)算獲得整體氣流流量； 整體氣體流量作為氣流參考值，與測(cè)量所得的第一部分氣體流量值比較，判斷氣體分流調(diào)節(jié)器分流狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于等離子處理裝置氣體分布系統(tǒng)的驗(yàn)證方法，其特征在于，還包括第二部分處理氣體流量測(cè)量步驟: 氣體分流調(diào)節(jié)器輸出的第一部分氣體直接流入抽氣裝置，第二部分氣體流入反應(yīng)腔，測(cè)量反應(yīng)腔氣壓并計(jì)算獲得第二部分處理氣體流量；第二部分處理氣體流量作為流量參考值和所述第一部分處理氣體流量比較；判斷氣體分流調(diào)節(jié)器分流狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的應(yīng)用于等離子處理裝置氣體分布系統(tǒng)的驗(yàn)證方法，其中在判斷氣體分流調(diào)節(jié)器分流狀態(tài)為正常后進(jìn)入等離子加工模式，根據(jù)工藝要求向反應(yīng)腔的不同區(qū)域通入設(shè)定流量的反應(yīng)氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于等離子體反應(yīng)室的氣體分布系統(tǒng)及其驗(yàn)證方法，其中，本發(fā)明在至少兩個(gè)氣體通道之一上添加了一個(gè)旁路通道后就可以通過(guò)測(cè)量反應(yīng)腔氣壓，換算出未被旁路的氣體通道的實(shí)際流量，將實(shí)際測(cè)得值與分流后的理論測(cè)定值比較就可以判斷出氣體分流調(diào)節(jié)器的工作情況。其中測(cè)試值可以是在同一路通道上多次測(cè)量來(lái)獲得高精度數(shù)據(jù)，也可以是在對(duì)一條通道進(jìn)行測(cè)量后再對(duì)氣體供應(yīng)源的輸出氣流或者另一條氣體通道進(jìn)行再次測(cè)量，將再次測(cè)量值與第一次測(cè)量值進(jìn)行比較來(lái)抵消如溫度等變量造成的影響。
文檔編號(hào)G01F5/00GK103177923SQ20111043101
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者周旭升, 周軍, 孫海輝, 范寶光 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司