CN104246008A - 在等离子体处理系统中供给处理气体的方法和装置 - Google Patents

在等离子体处理系统中供给处理气体的方法和装置 Download PDF

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Abstract

用于在采用单线滴注方案的等离子体处理系统中供给气体的方法和装置，其中调节器在多个质量流控制器之间被共享。在一个或多个实施方式中，蓄积器被提供并与共享歧管气体连通地耦合以降低压力尖峰和下陷。在一个或多个实施方式中，可更换或不可更换地与蓄积器分离的过滤器与蓄积器整合。

Description

在等离子体处理系统中供给处理气体的方法和装置
背景技术
离子体处理已经长期地被采用以将衬底(例如晶片或平板)处理成电子产品(例如集成电路或显示面板)。在等离子体处理中，可对一种或多种气体供能并使其转化成等离子体以处理(例如沉积、清洗或蚀刻)衬底。
为了最大化衬底处理吞吐量以节省空间并最大化效率，已采用成簇工具以并行地处理多个衬底。在成簇工具方案中，多个等离子体处理腔可一起被耦合到成簇等离子体处理系统中。这些腔可共享某些共同资源，例如某些数据处理能力、装载机械臂、晶片存储箱、尾气导管等。可在成簇工具中使用同一配方或使用不同配方同时处理多个衬底。
由于每个腔根据所采用的配方可能需要多种气体的组合，因此一般对每个腔提供多种气体进给源。每个气体进给源可供给特定气体(例如N2,O2,CHF3,C4F8等)。在每个腔与每个气体进给源关联的质量流控制器(MFC)计量对满足配方需求所需的时间量的所需气流量(例如每分钟给定立方英尺的N2)。由于对每种气体进给源需要独立的MFC，所以腔可具有多个MFC以处理可由配方要求的不同类型气体。
过去，每个腔接收并调整其本身的气体进给源供应以将MFC性能保持在规格之内。调整气体进给源以使至MFC的输入压力保持相对稳定，对于精确的MFC性能而言是重要的，即使对于那些广告上说是压力不敏感的MFC也是如此。由于成本和空间约束，趋势已变成为：如果这些MFC全部供给相同类型的气体(例如N2)，则在多个MFC间共享一调整器。被某些人称为“单线滴注”方案的方案涉及使用共享歧管(本质上是导管的分支网络)以将给定的气体(例如N2)从一个调节器提供给多个MFC。图1示出这样的单线滴注方法，其中调节器102被采用以调节MFC104、MFC106和MFC108的输入压力，它们所有的输入端口经由共享歧管110连接至共享调节器102。尽管图1中未示出，但MFC的输出被耦合以将气体供给至不同的处理腔。
单线滴注方案的一个优势是较低的获取和维护成本以及降低的复杂性，因为对于多个MFC只需要购买、校准、认证、维护、服务和/或监视一个调节器。单线滴注方案的另一优势是空间效率，因为每个腔附近的空间利用经常是最佳的。通过减少腔附近的调节器(经常是关联的测量仪器和其它关联的组件和管道)的数量，可为其它必需组件(例如控制电子器件、加热器、各种机电组件等)留出更多空间，这些组件必须在腔附近。如果调节器可位于MFC远端以使调节器不需要位于腔附近，则尤为如此。
然而，已发现当多个MFC共享单个调节器时，处理能力在许多情形下受到损害。例如，已发现蚀刻外形和/或均一性和/或产量在某些情形下受到影响。本发明的实施方式尝试提高使用单线滴注方案的成簇工具的处理性能。
发明内容
本发明在一实施方式中涉及采用成簇工具方案的以具有多个处理腔为特征的等离子体处理系统。等离子体处理系统包括提供处理气体的气体进给源以及耦合至气体进给源的调节器。等离子体处理系统包括与调节器气体连通的蓄积器以及与蓄积器气体连通的共享歧管。等离子体处理系统还包括与共享歧管气体连通的多个质量流控制器，藉此蓄积器被设置在多个质量流控制器和共享歧管之间。
在另一实施方式中，本发明涉及气体供给装置，其用于将处理气体供给至成簇等离子体处理系统的多个等离子体处理腔。气体供给装置包括调节器以及与调节器气体连通的蓄积器。气体供给装置也包括多个质量流控制器和歧管，所述歧管被耦合以将处理气体从蓄积器提供给多个质量流控制器，其中蓄积器和歧管的组合体积是没有蓄积器时歧管的体积的至少三倍。
附图说明
本发明在各附图中是以示例的方式而非以限制的方式示出的，在附图中相同的附图标记指代相同的元件，在附图中：
图1示出了现有技术的单线滴注方案，其中调节器用来调节多质量流控制器的输入压力。
图2示出了根据本发明实施方式的一种配置，其中提供共享蓄积器并且该共享蓄积器与共享歧管气体连通以增加共享歧管的无共享蓄积器体积以减少压力尖峰和下陷。
图3示出根据本发明一个或多个实施的实现方案，其中共享蓄积器与共享过滤器整合。
图4示出一优选实现方案，其中共享蓄积器是通过沿与共享歧管轴线正交的方向设置的其大块体积实现的。
图5示出根据本发明一个或多个实施方式将已有成簇工具改型为具有MFC串扰减少能力的方法。
图6示出根据本发明一个或多个实施方式的可更换过滤方案的简化图，其中蓄积器设有可更换过滤器。
具体实施方式
现在将参照如附图中所示的几个实施方式来详细描述本发明。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员而言将显而易见的是，没有这些具体细节中的一些或全部也可实施本发明。在其它实例中，公知的过程步骤和/或结构不被详细描述以不至于不必要地使本发明变得晦涩。
下文中描述了包括方法和技术的多个实施方式，应当记住，本发明也可覆盖包括计算机可读介质的制造产品，计算机可读介质上存储有用于执行本发明技术的实施方式的计算机可读指令。计算机可读介质可包括例如半导体、磁、磁光、光或其它形式用于存储计算机可读代码的计算机可读介质。此外，本发明也可覆盖实践本发明的实施方式的装置。这种装置可包括专用和/或编程的电路以执行与本发明的实施方式相关的任务。这种装置的例子包括当适当编程时的通用计算机和/或专用计算设备，并可包括计算机/计算设备的组合和专用/可编程电路，适用于多种
本发明的实施方式涉及尝试提高使用单线滴注方案的成簇工具的处理性能的方法和装置。回想单线滴注方案涉及经由共享歧管共享调节器的多MFC，本发明的实施方式尝试当多个MFC耦合至同一共享歧管以共享同一调节器时最小化MFC串扰。如本文中使用的MFC串扰指当同一共享歧管上的一个MFC改变其输出参数中的一个或多个(例如接通、断开、增加和/或减少其输出流至其关联的腔)时其它MFC所经历的歧管压力的波动。
在一个或多个实施方式中，存在披露的技术和装置以实现处理腔内的MFC串扰减少，在一个或多个实施方式中，存在披露的技术和装置，用以对已有的处理腔改型以使减小前面提到的MFC串扰所需的改变最小。
在一个或多个实施方式中，MFC串扰减小涉及在MFC和共享调节器之间纳入共享蓄积器腔，在一个或多个实施方式中，MFC串扰减小涉及将共享蓄积器腔纳入到共享歧管和共享调节器之间，在一个或多个实施方式中，MFC串扰减小涉及将共享蓄积器腔纳入到共享歧管的至少一部分和共享调节器之间。共享蓄积器被耦合至共享歧管以当耦合至共享调节器的一个或多个MFC改变其输出参数之一时吸收共享歧管所经历的压力的尖峰或下陷。例如，共享蓄积器可代表气体储积器以吸收或缓和共享歧管中由于一个或多个MFC减少或切断输出而导致的猝然的压力尖峰(例如压力的猝然增加)。又如，共享蓄积器可代表气体储积器以减少或缓和当一个或多个MFC开启或增加输出气流时共享歧管内的猝然压力降。
发明人在本文中实现的是MFC的精度(即便是被广告称为“压力不敏感的”)仍然倾向于受输入压力的波动的不利影响以使在MAC输入端处的输入压力中的尖峰或下陷可改变输出压力和/或流率。在一个或多个实施方式中，MFC串扰减小涉及在共享调节器及其MFC之间采用共享蓄积器以增加组合共享歧管/共享蓄积器体积至至少三倍于没有共享蓄积器存在时的共享歧管体积(即在以下假定条件下得到的共享歧管体积：将共享蓄积器移走并将成簇工具组件移至一起以使耦合至如今已移走的蓄积器的共享歧管端再焊接在一起，就像对于共享歧管没有蓄积器存在那样)。
在一个或多个实施方式中，MFC串扰减少涉及在共享调节器及其MFC之间采用共享蓄积器以将组合共享歧管/共享蓄积器体积增加至没有共享蓄积器存在时共享歧管体积的大约3-50倍。在一个或多个实施方式中，MFC串扰减少涉及在共享调节器及其MFC之间采用共享蓄积器以将组合共享歧管/共享蓄积器体积增加至没有共享蓄积器存在时共享歧管体积的大约5-20倍。在一个或多个实施方式中，MFC串扰减少涉及在共享调节器及其MFC之间采用共享蓄积器以将组合的共享歧管/共享蓄积器体积增加至没有共享蓄积器存在时共享歧管体积的大约7-15倍。在一个或多个实施方式中，MFC串扰减少涉及在共享调节器及其MFC之间采用共享蓄积器以将组合的共享歧管/共享蓄积器体积增加至没有共享蓄积器存在时共享歧管体积的大约8-12倍。
在一个或多个实施方式中，共享蓄积器与共享过滤器整合以使最小附加歧管轴线长度(沿共享蓄积器管道轴线测得的长度)成为设置共享蓄积器所必需的，在一个或多个实施方式中，共享蓄积器与共享过滤器整合以使共享蓄积器能设置在之前用于容纳共享过滤器的同一歧管轴线长度内。在一个或多个实施方式中，共享蓄积器与共享过滤器整合以使共享蓄积器能设置在之前用于容纳共享过滤器的同一外壳内，由此不需要对外壳作出任何变化或仅需制作出很少变化。当共享过滤器与共享蓄积器整合时，共享过滤器部分或全部地布置在共享蓄积器的歧管轴线长度之内。在共享蓄积器和共享过滤器不被整合的其它实施方式中，如果需要的话，共享蓄积器和共享过滤器可沿共享歧管的歧管轴向尺寸占据两个不同位置。
本发明的实施方式的特征和优势可参照附图和下面的讨论得到更好的理解。图2示出了根据本发明的实施方式的一种配置202，其中共享蓄积器204被提供并与共享歧管206气体连通以增加共享歧管206的无共享蓄积器体积。优选地，共享蓄积器204在一个或多个实施方式中在多个MFC210、MFC212和MFC214之间共享。尽管图2例子中仅示出3个MFC，然而要理解，共享单个共享蓄积器的多个MFC可与大于2的任何数目的MFC共享。
此外，在一个或多个实施方式中优选的是，共享蓄积器被布置在共享调节器220和每个MFC之间以使共享歧管206中的压力尖峰或下陷至少部分地由共享蓄积器204吸收，而不受共享调节器220妨碍。此外，在一个或多个实施方式中优选的是，共享蓄积器204被布置在用来容纳共享调节器220的同一外壳内，以使共享蓄积器204远离MFC及其关联的腔定位。以这种方式，共享蓄积器204不占据紧邻每个腔的许多必要空间。尽管共享蓄积器被图示为以图2的直列方式实现，然而共享蓄积器也可使用例如T耦接头耦合至共享歧管。
图3示出根据本发明一个或多个实施方式的实现方案，其中共享蓄积器302与共享过滤器304整合。共享过滤器304可代表例如镍或不锈钢(或其它材料，具体取决于所涉及的气体)过滤器，其用来过滤被供给至腔的过滤气体。蓄积器302包括输入端口310(朝向调节器布置)和输出端口312(朝向共享歧管布置)。过滤器以及它们的使用是等离子体气体供应中所公知的并且在这里不进一步讨论。在图3的整合实现方案中，共享过滤器至少部分地(或全部地)将其歧管轴向长度(其沿箭头360方向的长度)与共享蓄积器302的歧管轴向长度共享。
在其最简单的实现方案中，共享蓄积器代表具有输入端和输出端的密闭气体体积。例如，共享蓄积器可包括限定气密体积的外壳并具有输入端口和输出端口。在一个或多个实施方式中，共享蓄积器代表具有比与之附连的共享歧管的横截面尺寸大的横截面尺寸的组件。共享蓄积器增加的横截面用来提供附加的体积以吸收猝然的压力尖峰或下陷。蓄积器输入端朝向共享调节器耦合。输出端朝向MFC耦合。共享蓄积器由此被布置在共享调节器和MFC之间。不要求共享蓄积器输入端和共享调节器的耦合端是直的(尽管可以如此设置)。在一个或多个实施方式中，计量装置经常被插入到例如共享调节器和共享蓄积器之间。作为替代或附加，过滤器可例如被插入到(或集成于)共享蓄积器之间。同样，不要求共享蓄积器输出端与给定MFC的耦合是仅有共享歧管设置在两者之间的直接耦合(即其它组件可被插入到蓄积器输出端和MFC之间，只要这种插入不过度地对蓄积器的MFC串扰减少功能产生干扰)。
图4示出一优选实现方式，其中共享蓄积器402是通过沿与共享歧管轴线正交的方向设置的其大块体积实现的。在这种实现方式中，共享蓄积器402的最大尺寸沿箭头404的方向，该方向与共享歧管轴线(其沿箭头406的方向取向)正交。共享蓄积器402的最小尺寸平行于共享蓄积器402的另一正交轴线(箭头410)。在另一实施方式中，共享蓄积器402的最小尺寸平行于共享歧管轴线。优选地，共享蓄积器402沿方向410的尺寸被构造为适应整合的过滤器(下文中讨论)或将共享蓄积器402耦合至共享歧管的耦接件。应当理解，这种方案尝试通过扩大沿箭头404的正方向和/或负方向膨胀体积来最小化覆盖面积(沿箭头406或410的方向)。这是尤为有利的实现方式，因为共享蓄积器可根据绝大多数外壳的小覆盖面积需求来实现，由此使整合有过滤器的蓄积器配合到原先由过滤器占据的覆盖面积之内变得可能并简化了改型任务。
尽管图4的例子示出共享蓄积器形状是基本呈矩形和/或立方形的，然而共享蓄积器可具有任何形状，包括圆柱形、椭圆形等。此外，共享蓄积器在一个或多个实施方式中可具有不规则形状以适应不规则的空间。此外，共享蓄积器在一个或多个实施方式中可通过共享歧管的一个段中的较大直径管实现，在一个或多个实施方式中，共享蓄积器不是通过增加共享调节器与其MFC之间的整个共享歧管长度(或大于共享歧管长度的50％)的横截面尺寸来实现，因为这种方案将牵涉到在MFC附近或腔附近的受约束空间的不利使用。
图5示出根据本发明一个或多个实施方式用于改型已有成簇工具使其具有MFC串扰减少能力的方法。在步骤502中，提供可一种共享蓄积器，该共享蓄积器具有将共享歧管体积增加至没有共享蓄积器时歧管体积的至少3倍的体积。如果共享蓄积器与过滤器整合，则过滤器整合的共享蓄积器被采用以取代步骤504中的已有共享过滤器。在步骤504，共享蓄积器被设置在共享调节器和MFC之间。如果需要间隔管道或需要不同的耦接件，则将间隔管道或不同耦接件配合以确保共享蓄积器和已有的共享歧管是气密的。
如果共享蓄积器不与过滤器整合，则(在步骤506)将共享蓄积器同轴于共享歧管地插入，或通过使用共享调节器和MFC之间的T耦接件插入。如果需要间隔管道或需要不同的耦接件，则将间隔管道或不同耦接件配合以确保共享蓄积器和已有的共享歧管是气密的。
根据本发明一个或多个实施方式，采用不可更换的整合过滤器方案，其中过滤器意图以不可移除方式与共享蓄积器整合。这种方案简化了改型和更换，因为共享蓄积器可简单地代替已有过滤器并提供整合的共享蓄积器/过滤器功能。这种不可移除方案可例如采用图3的实施方式的形式。
图6示出了根据本发明一个或多个实施方式的可更换过滤器方案的简化图，其中蓄积器608设有可更换过滤器602。在图6的实现方式中，过滤器602可被插入到共享蓄积器中的孔腔604内并例如通过耦接件(未示出)俘获在其中。耦接件可例如用来将蓄积器输入端耦合至一管段(该管段可例如耦合至测量仪器或调节器)，并且过滤器可通过耦接件相对于蓄积器本体保持俘获。耦接件也可用来例如将蓄积器输入端耦合至测量仪器或调节器，并且过滤器可通过相对于蓄积器本体的耦合而保持俘获。为了获得最大MFC串扰减小性能，优选的是过滤器可设置在蓄积器的输入端(朝向调节器)而不是在蓄积器的输出端606(朝向共享歧管)，以在经由蓄积器输出端口离开前使过滤气体被释放入蓄积器的内部体积。如此，蓄积器的内部体积与共享歧管无阻地气体连通。耦接件(图6中未示出)可使用任何传统附连技术附连至共享蓄积器，所述附连技术包括螺接、压配合、压力条带配合等。
在一个或多个实施方式中，共享蓄积器被设置在用来容纳设施接口盒(FIB)的同一壳体内，该壳体容纳主要空气致动的常闭阀用于来自空气供给罐的供气进给源(例如N2、O2、CHF3等)。在同样采用该FIB的单线滴注实现方式中，每个供气进给源的主要空气致动的常闭阀代表用于导通或截止通往成簇工具的每种气体的主阀。在该实现方式中，FIB远离MFC(它一般被设置在更靠近腔的位置)。多个气体进给源(每个气体进给源具有其本身的主要空气致动的常闭阀)可实现在每个FIB外壳内。该FIB外壳内的每个共享蓄积器经由共享歧管耦合至其远程MFC。在这种实现方式中，改型被大大地简化，因为只有FIB外壳需要开启并通过共享蓄积器改型以提供远程布置的MFC/腔的MFC串扰减小。如果共享蓄积器以这样一种方式构造以使其能够与过滤器整合(如前所述)，则改型可以像滴入更换那样简单，这种配置对于每个气体进给源用过滤器整合的共享蓄积器取代过滤器。这对于希望减少单线滴注成簇工具中的MFC串扰的已有成簇工具的所有者来说是尤为有利的，因为使用本发明的共享蓄积器方案的这种改型技术是简单、快速和相对廉价的。尽管已按照若干优选实施方式对本发明进行了描述，然而有许多改变、置换和等效方案落在本发明的范围内。尽管这里给出了多个例子，然而这些例子意图是解说性的并且不对本发明构成限制。另外，标题和概述在这里为方便给出并且不应当用来解释本文权利要求书的范围。此外，摘要以高度简化形式书写并为了方便在这里提供，并因此不应当被用来解释或限制在权利要求书中表达的整个发明。如果在本文中采用术语“组”，该术语旨在具有其通常理解的数学含义以覆盖0、1或1以上的数，也应当注意，存在许多替代方式来实现本发明的方法和装置。因此旨在使下面的所附权利要求书被解释成包括落在本发明的真实精神和范围内的所有这些改变、置换和等效方案。

Claims (22)

1.一种采用成簇工具方案的以具有多个处理腔为特征的等离子处理系统，所述等离子体处理系统包括：
提供处理气体的气体进给源；
耦合至所述气体进给源的调节器；
与所述调节器气体连通的蓄积器；
与所述蓄积器气体连通的共享歧管；以及
与所述共享歧管气体连通的多个质量流控制器，藉此所述蓄积器被布置在所述多个质量流控制器和所述共享歧管之间。
2.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述蓄积器耦合至所述共享歧管，并且所述蓄积器代表气体容纳结构，所述气体容纳结构具有比与所述蓄积器附连的歧管部分的歧管横截面大的蓄积器横截面。
3.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其还包括过滤器，所述过滤器与所述蓄积器整合。
4.如权利要求3所述的等离子体处理系统，其中，所述过滤器被整合在所述蓄积器的输入端。
5.如权利要求4所述的等离子体处理系统，其中，所述过滤器是不可更换的。
6.如权利要求4所述的等离子体处理系统，其中，所述过滤器是可更换的过滤器。
7.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述蓄积器是与所述歧管同轴地设置的。
8.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述蓄积器使用T耦接件耦合至所述歧管。
9.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述蓄积器远离所述多个质量流控制器布置以使所述蓄积器不被布置在所述多个处理腔的任何一个处。
10.如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中，所述蓄积器和所述共享歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述共享歧管的体积的至少3倍。
11.一种将处理气体提供给成簇等离子体处理系统的多个等离子体处理腔的气体供给装置，包括：
调节器；
与所述调节器气体连通的蓄积器；
多个质量流控制器；以及
耦合以将所述处理气体从所述蓄积器提供至所述多个质量流控制器的歧管，其中所述蓄积器和所述歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述歧管的体积的至少3倍。
12.如权利要求11所述的气体供给装置，其中，所述蓄积器和所述歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述歧管的体积的大约3-50倍。
13.如权利要求11所述的气体供给装置，其中，所述蓄积器和所述歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述歧管的体积的大约3-50倍。
14.如权利要求11所述的气体供给装置，其中，所述蓄积器和所述歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述歧管的体积的大约5-20倍。
15.如权利要求11所述的气体供给装置，其中，所述蓄积器和所述歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述歧管的体积的大约7-15倍。
16.如权利要求11所述的气体供给装置，其中，所述蓄积器和所述歧管的组合体积是没有所述蓄积器时所述歧管的体积的大约8-12倍。
17.如权利要求11所述的气体供给装置，其中，所述蓄积器包括
限定气密体积的外壳；
输入端口；
输出端口；以及
过滤器，其耦合至所述输入端口以使所述过滤器的至少一部分被布置在所述气密体积内，并且由所述过滤器过滤的气体在经由所述输出端口退出之前被释放到所述气密体积内。
18.一种用于采用成簇工具方案的以具有多个处理腔为特征的等离子处理系统的蓄积器，所述蓄积器包括：
限定气密体积的外壳；
输入端口；
输出端口；以及
过滤器，其耦合至所述输入端口以使所述过滤器的至少一部分被布置在所述气密体积内，并且由所述过滤器过滤的气体在经由所述输出端口退出之前被释放到所述气密体积内。
19.如权利要求18所述的蓄积器，其中，所述过滤器由包括镍的材料形成。
20.如权利要求18所述的蓄积器，其中，所述过滤器由包括不锈钢的材料形成。
21.如权利要求18所述的蓄积器，其中，所述过滤器是可更换的。
22.如权利要求18所述的蓄积器，其中，所述过滤器是不可更换的。
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