CN104321462B - 在应用多区气体供给装置的等离子体处理室中的共用气体面板 - Google Patents

在应用多区气体供给装置的等离子体处理室中的共用气体面板 Download PDF

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Abstract

用于在等离子体处理室的多个多区气体供给室中共用气体面板的装置和方法。各多区气体供给室具备其自身的多区气体供给装置，以便可调节地将进入的气流分入各室并且将不同的气流提供至多区气体供给室的不同区域。

Description

在应用多区气体供给装置的等离子体处理室中的共用气体面 板
背景技术
衬底处理系统已长期被应用于处理衬底以制造电子器件(诸如集成电路芯片、或者平板显示器或太阳能电池板)。在现代的衬底处理系统中，每个系统可具备多个处理模块(PM)。这通常被称为集群工具方法，并且集群工具通常被理解成包括用于并行地处理多个衬底的多个处理模块。
一般来说，各处理模块构造成根据相同或不同的方案/工艺来处理一个或多个衬底。因为衬底的处理通常需要多种工艺气体(诸如蚀刻气体或沉积气体或调整气体)，所以在过去各处理模块(或者室，例如在本文中术语“室”与“处理模块”可互换地使用)通常具备其自己的气体面板，以便选择性地将一组所需的工艺气体提供至处理模块以执行期望的方案。
为了详细地说明，气体面板代表执行接纳多种工艺气体、根据方案所规定的参数将多种工艺气体选择性地提供至处理模块的功能的装置。这些参数可包括例如：体积、压力和温度中的一个或多个参数。
然而，气体面板是相当庞大并且在购买、操作和维护方面相对昂贵的物品。典型的气体面板包括：多个输入和输出气体管路、用于体积/压力控制且用于单独工艺气体的安全性/隔离的多个阀、及相关的传感器/控制器/通信电子器件。典型的气体面板通常还包括用于在将这种工艺气体提供给处理模块之前将工艺气体加以混合的混合歧管。大量的构件增加在获取、操作和维护衬底处理系统方面的成本。
此外，一些等离子体处理室(诸如介电质蚀刻室)要求将多种气体输送至处理室的不同区域。在一个采用双区域气体输送的示范性介电质蚀刻工具中，方案可规定将60％的工艺气体引导至中心区域并且将40％的工艺气体引导至边缘区域。在相同室中的随后方案可规定将72％的工艺气体引导至中心区并且将28％的工艺气体引导至边缘区。采用多区域气体输送的、具有商业可行性的介电质蚀刻装置需要准确地适应不同方案所规定的用于各种区域的一系列比率。
通过简化气体面板和/或减小气体面板数量同时仍然高效率地适应单独处理室的多区域气体输送要求，而降低在获取、操作和维护衬底处理系统方面的成本。
发明内容
本发明的一个实施方式涉及一种用于将工艺气体提供至等离子体处理系统中的多个多区气体供给室的气体供给输送装置。该装置包括多个气体供给管道和共用气体面板，该共用气体面板被连接以便接纳来自多个气体供给管道的不同气体；该共用气体面板将不同的气体加以混合以形成混合气体并且将该混合气体均等地分开从而将混合气体的一部分提供至多个多区气体供给室的每个室。该装置还包括多个多区气体供给装置，这些供给装置包括至少两个连接到共用气体面板下游的多区气体供给装置。多个多区气体供给装置的各装置构造成可调节地将来自共用气体面板的由多个多区气体供给装置的各装置所接纳的混合气体的一部分分成指定用于多个多区气体供给室的多区气体供给室的不同区域的多个气体区域流。
在另一个实施方式中，本发明涉及一种用于将工艺气体提供至等离子体处理系统的多个多区气体供给室的方法。该方法包括提供多个多区气体供给装置；这些多区气体供给装置包括至少两个多区气体供给装置，并且使来自多个气体供给管道的不同气体流动到共用气体面板。共用气体面板将不同气体加以混合以形成混合气体并且将该混合气体均等地分开，从而将混合气体的一部分提供给多个多区气体供给装置的每个装置。该方法还包括：利用每个多区气体供给装置可调节地将混合气体的一部分分成指定用于多个多区气体供给室的多区气体供给室的不同区域的多个气体区域流。
附图说明
通过附图中的实例来说明本发明，但这些实例并非是限制性的，并且其中类似的附图标记是指相似的元件，并且其中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的用于将工艺气体提供至集群工具的一组处理模块的装置。
图2概念性地示出了根据本发明一个实施方式的在共用气体面板(SGP)内部的一些相关构件。
图3示出了根据本发明一个或多个实施方式的共用气体面板的一些相关构件的空间布置。
图4示出了工业中常用类型的混合阀的另一个视图。
图5示出了构成共用气体面板的两个混合歧管的两个焊接件的交错排列。
图6示出了典型的示范性现有技术多区气体供给装置，以便于论述。
图7示出了其中在多个室中共用一些多区气体输送(MGF)的气体输送系统，以便于论述。
图8示出了根据本发明一个或多个实施方式的、其中在多个室中可以共用气体面板以降低成本同时各个多区室具备其自己的MGF的混合方法。
图9示出了根据本发明一个或多个实施方式的、用于执行室匹配和/或工艺匹配的OES装置。
具体实施方式
现在将参照附图中所示的一些实施方式来详细描述本发明。在下面的描述中陈述了许多具体细节，以便提供对本发明的详尽理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不提供部分或全部的这些具体细节的情况下实施本发明。在其它情况下，对众所周知的工序和/或结构未作详细描述，从而不会不必要地使本发明难以理解。
下文中描述了各种实施方式，包括方法和技术。应记住的是本发明也可以包含制品，这些制品包括存储用于实施本发明实施方式的计算机可读指令的计算机可读介质。计算机可读介质可包括例如：半导体、磁性、光磁、光学、或者用于存储计算机可读代码的其它形式计算机可读介质。此外，本发明也可包括用于实施本发明实施方式的装置。这种装置可包括执行与本发明实施方式有关的任务的专用和/或可编程电路。这种装置的实例包括通用计算机和/或专用计算装置(当适当地编程时)，并且可包括适合于各种用途的计算机/计算装置与专用/可编程电路的组合。
本发明的实施方式涉及用于减小衬底处理系统中气体面板的数量和尺寸的方法和装置。在一个或多个实施方式中，本发明人认识到如果构造衬底处理系统并且获得最佳实践，使得如果相同集群工具的多个处理模块在相同时间执行相同方案以便在这些不同处理模块中在不同衬底上执行相同处理，则不必提供具有可独立控制的气体箱的上述各处理模块。在一个实施方式中，多个处理模块共用一个气体面板，由此减小需购买和维护的构件数量。各共用气体面板(SGP)可以同时服务于两个以上的处理模块。
更重要地，本发明实施方式涉及用于使被共用气体面板(SGP)的各构件所占据空间最小化的装置和技术。例如，本发明实施方式涉及将混合歧管交错排列，使得多个混合歧管的占用面积可以与一个现有技术歧管的占用面积相同。这是重要的，因为现代安全要求规定气体面板的构件(诸如阀、质量流量控制器、气体管路连接器)应当用容装结构与周围环境隔离。容装结构中的空气被不断地泵送出和被净化(即，将气体面板构件中泄漏出的任何气体去除或者使其相对无害化)。在一个目前使用的示范性气体面板中，需要泵送和净化大约每分钟150CFM(立方英尺每分钟)的容装结构空气。每当集群工具正在操作时需执行此泵送和净化，并且当包括大量的大容量气体面板时以非平凡的方式增加拥有和操作该集群工具的成本。
如果在集群工具中使用较少的气体面板，则需要泵送和净化较少的容装结构空气，由此降低拥有工具的成本。此外，如果可以将服务于多个处理模块的本发明共用气体面板(SGP)存放在小空间中以便共用气体面板的构件容纳在较小的容装结构中，则需要泵送和净化较少的容装结构空气，由此降低拥有和操作集群工具的成本。由于较少的气体面板和气体容装结构，也可减小气体泄漏到环境中的可能性。
在一个实施方式中，提供一种用于将选择性工艺气体提供给包括至少两个处理模块的一组处理模块的装置。该装置包括气体排出容装结构(即，将容装结构内部的构件与周围环境隔离并且构造成将其内部的空气频繁或不断地排出到处理系统的容装结构)。在容装结构的内部，设置多个三端口混合阀。各三端口混合阀包括输入端口、第一输出端口、和第二输出端口。
利用多个上游主阀和/或质量流量控制器将工艺气体选择性地提供至混合阀的输入端口。如果上游主阀和/或质量流量控制器关闭，那么与其中上游主阀和/或受控质量流量被关闭的气体管路有关的工艺气体不被输送至混合阀的输入端口并且不用于衬底的处理。
在一个实施方式中，在各三端口混合阀中，输入端口连接到第一输出端口和第二输出端口，使得当三端口混合阀打开时，输入端口将气体提供至第一输出端口和第二输出端口。当三端口混合阀关闭时，输入端口停止向第一输出端口和第二输出端口提供气体。
在另一个实施方式中，在各三端口混合阀中，输入端口选择性地连接到第一输出端口和第二输出端口，使得当三端口混合阀打开时，输入端口将气体(基于控制输入，可以是气动、液压或电动方式)提供至(1)第一输出端口和第二输出端口，或者(2)仅提供至第一输出端口，或者(3)仅提供至第二输出端口。当三端口混合阀关闭时，输入端口停止向第一输出端口和第二输出端口提供气体。混合阀的第一输出端口连接到第一混合歧管的多个输入端口，同时混合阀的第二输出端口连接到第二混合歧管的多个输入端口。第一混合歧管代表共用气体歧管，在其中将来自各种混合阀的各种第一输出端口的工艺气体在经由第一混合歧管输出端口被输送至集群工具的第一处理模块之前加以混合。第二混合歧管代表气体歧管，在其中将来自各种混合阀的各种第二输出端口的工艺气体在经由第二混合歧管输出端口被输送至集群工具的第二处理模块之前加以混合。尽管在本文的实例中仅描述了1个三端口混合阀和2个混合歧管，但应当理解的是它也可以具有与3个混合歧管一起工作的1个四端口混合阀(1个输入端口和3个输出端口)，或者与4个混合歧管一起工作的五端口混合阀(1个输入端口和4个输出端口)，等等。在一个实施方式中，第一混合歧管与第二混合歧管平行地取向，使得它们的纵向轴线平行于第一方向，或者使得它们的歧管输入端口通常以平行于第一方向的方式排成直线。在一个实施方式中，这些混合歧管的每个混合歧管呈现具有纵向尺寸和截面的管状长度的一般形状。截面可以是圆形或者可以是正方形或矩形或者任何其它封闭形状。在此实施方式中，纵向尺寸构成平行于前述第一尺寸的轴线。
各混合阀的包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口的各组的三个端口在平行于第二方向的直线中排成直线。更重要地，第二方向与混合歧管所取向的第一方向成一个角度。本文中使用的术语“第二方向”被认为当第二方向既不垂直于也不平行于第一方向时与第一方向“成一个角度”。通过使混合歧管交错排列并因此使各混合阀形成角度使得其输入端口、第一输出端口和第二输出端口在与混合歧管取向的第一方向成一个角度的方向上排成直线，可以将各混合歧管设置成更加靠近，由此减小共用气体面板的构件的体积并且同时地减小容纳这些构件的容装结构的体积。在一些情况下，多个混合歧管可以占据以前用于容纳现有技术歧管的相同占用面积。
在一个实施方式中，混合阀占据给定的平面。第一混合歧管被设置在位于混合阀平面下方的第一平面上，同时将工艺气体提供至混合阀输入端口的输入管路被放置在位于混合阀下方的第二平面上，并且第二平面被设置在第一平面与混合阀之间。在一个实施方式中，第一混合歧管和第二混合歧管两者被设置在位于混合阀下方的第一平面上，同时将工艺气体提供给混合阀输入端的输入管路被设置在位于混合阀平面下方的第二平面上，并且第二平面被设置在第一平面与混合阀平面之间。通过将各种构件堆叠在不同的垂直面中，可进一步减小共用气体面板的构件的体积。
参照附图和下面的论述，可以更好地理解本发明实施方式的特征和优点。
图1示出了根据本发明一个实施方式的、用于将工艺气体提供至集群工具100的一组处理模块PM1-PM4的装置。图中显示气体供给装置110将工艺气体提供至共用气体面板1和共用气体面板2。一般来说，气体供给装置包括多个气体管路，每个气体管路可提供来自气体供给储存装置(诸如储罐，经由适当的供给管)的一种特定的工艺气体。图中显示共用气体面板1将工艺气体提供至两个处理模块PM1和PM2。在一个实施方式中，PM1和PM2两者执行相同的方案。在另一个实施方式中，PM1和PM2可执行不同的方案。
尽管在图1的实例中仅示出了两个共用气体面板，但集群工具可包括任意数量的共用气体面板和单独(每个处理模块一个)的气体面板或者其任意组合。此外，尽管示出了每个共用气体面板中有两个处理模块，但共用气体面板可将工艺气体提供至所需数量的处理模块。此外，尽管图中仅示出了四个处理模块，但集群工具可具有所需数量的处理模块。图中显示共用气体面板1具有气体排出容装结构102，容装结构102代表用于将共用气体面板的构件与周围环境隔离的环境外壳。在使用中，周期性地或连续地(利用泵，例如)将气体容装结构102内部的气体排出，用于处理(诸如净化)。
图2概念性地示出了根据本发明一个实施方式的、在共用气体面板(SGP)202内部的一些相关构件，诸如图1的共用气体面板1。图中显示SGP 202经过四个气体输入管道204A、206A、208A和210A接纳四种工艺气体，尽管典型的SGP可接纳17种以上的气体(气体输入管道的数量可根据需要变化)。每个气体输入管道204A、206A、208A和21OA连接到各自的主阀204B、206B、208B和210B。可以以可编程的方式控制各主阀，以便选择将哪种工艺气体提供至混合歧管250和/或252(将在下面描述)。图中还示出了是吹洗系统的一部分的一组吹洗阀204D、206D、208D和210D，尽管吹洗阀和吹洗系统是常规的并且不是本发明的一部分。
质量流量控制器(MFC)204C、206C、208C、210C与主阀204A、206A、208A和210A气体连通，以便选择性地接纳来自主阀(基于哪个主阀是打开的)的输入工艺气体。众所周知，利用质量流量控制器来调节(包括关闭)输送气体的流量和/或压力。在质量流量控制器的下游是混合阀，各混合阀与各自的质量流量控制器气体连通。在图2的实例中，存在与各混合阀204E、206E、208E和210E气体连通的两个混合歧管250和252。因为各混合阀具有用于接纳来自其各自歧管(例如，接纳来自MFC 204C的工艺气体的混合阀204E、接纳来自MFC 208C的工艺气体的混合阀208E、用于连接到两个混合歧管250和252的两个输出端口)的工艺气体的一个输入端口，因此各混合阀是三端口阀(1个输入端口和2个输出端口)。例如，可以以气动、电动、机械或液压的方式操作混合阀204E-210E。
混合歧管250经由混合阀接纳其输入气体，并且在将工艺气体经由隔离阀260输送至其处理模块PM 1之前将工艺气体加以混合。同样地，混合歧管252经由混合阀接纳其输入气体，并且在将工艺气体经由隔离阀262输送至其处理模块PM 2之前将工艺气体加以混合。例如，隔离阀将处理模块与气体面板隔离，并且在处理和维护期间被应用于控制体积/流量的目的。
在图2的实例中，混合阀是常用的单输入二输出阀。换句话说，当该阀打开时，同时地将来自输入端口的气体提供至两个输出端口，在这种情况下，各混合阀基本上是分流阀，并且混合歧管250和252两者将接纳相同类型的工艺气体。
在另一个实施方式中，如前所述，混合阀可以选择性地将来自其输入端口的气体提供至任一输出端口、输出端口的任意组合、或者所有的输出端口。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，以便在两个处理模块中执行与SGP 202有关的不同方案。如上所述，如果存在多于2个的混合歧管和/或多于2个的处理模块，每个混合阀可具备多于2个的输出端口。
根据一个实施方式，将混合歧管设置在混合阀的下方，从而节省空间并减小容装外壳内部的体积。在图3中可最佳地看出这种布置，其中混合歧管250和252被设置在平面部302的下方，该平面部302代表可设置混合阀缘(图4的402)的平面的一部分。在图3中，混合歧管250和252占据位于混合阀下方的Y维度中的相同平面。此外，连接到输入端口(用附图标记310A标示)的气体管路部310在其底端占据在高于被混合歧管250和252所占据Y维度平面的Y方向上的不同平面。换句话说，输入气体管路(无论是竖直部或者其水平部的周边)不向下延伸到被混合歧管250和252所占据的平面。通过使占用空间的气体管路垂直地从混合阀自身中位移，能够将混合歧管250和252更靠近挤压到一起(在图3的实例中，在Z维度上)以节省空间。因此，需要较小的水平空间(在图3的X-Z平面中)，从而导致SGP体积减小。对于工业标准矩形箱形状外壳而言尤其如此，因为这种外壳的高度通常取决于其最高的构件。如果构件在X-Z平面中展开，不仅占用面积将会不适当地大而且因此许多内部体积空间将会浪费。
在图3的实例中，经由气体管路310提供工艺气体，并且工艺气体从气体管路部310A在+Y方向上行进并经由孔320(孔320代表在气体管路部31OA中的假想切开孔，用于说明的目的)到达混合阀的输入端口。如果混合阀是打开的，工艺气体将在-Y方向上向下行进到孔322和/或324中的一个或两个孔，由此被分配至一个或两个输出端口。孔322和324代表气体管路部250A和252A(分别与混合歧管250和252气体连通)中的假想切开孔，用于分别在歧管252和250中将气体混合。
正如图3的实例中可见，将气体从气体管路部252A和250A经由T形管372和370提供至混合歧管252和250。将气体经由L形管374提供至混合阀的输入端口(通过向上行进到气体管路部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所占据平面的平面中提供输入气体。
在一个或多个实施方式中，使从两个混合阀输出端口到其两个混合歧管的两个气体通路的管长度、转向次数、和/或管结构/直径尽量地保持相似，以确保各混合歧管以相同的压力、气体流速和浓度接纳来自MFC的相同质量流量。在一个或多个实施方式中，可将这些气体通路优化而具有不同的管长度、转向次数、和/或管直径/结构。以确保各混合歧管以相同的压力、气体流速、和浓度接纳来自MFC的相同质量流量。
图3还示出了经由L形管368和气体管路360提供至连接到平面部386的另一个混合阀并且经由管道362和364被分配至两个混合歧管250和252的另一种工艺气体。
图3示出了沿X方向取向使得其输入端口沿相同的X方向排成直线的混合歧管250和252。因此，连接到部分364和252A的歧管252的输入端口(即，T形管366和372的朝上的部分)分别以平行于图3的X方向(也平行于图5的方向X)的方式排成直线。类似地，连接到部分250A和362的歧管250的输入端口(即，T形管370和376的朝上部分)分别以平行于图3的X方向的方式排成直线。类似地，连接到气体管路部310A和360的混合阀的输入端口(即，L形管374和368的朝上部分)分别以平行于图3的方向X的方式排成直线。因为各混合歧管具有长的尺寸(例如，在管状结构的情况下为纵向尺寸，例如图3中所示)和截面(例如，在管状结构的情况下，圆形或者一些其它多边形截面)，所以在本文中混合歧管的长尺寸代表混合歧管方向。在图3的实例中，此混合歧管方向也是在+/-X方向上。
各混合阀的三个输入/输出端口(或者至少1个输入端口和1个输出端口)在与图3的方向X成一个角度的方向上排成直线。在图3的实例中，连接到平面部302的混合阀的输入端口占据附图标记320所标示的位置。连接到平面部302的混合阀的两个输出端口占据附图标记322和324所标示的位置。正如从图中可以看出，孔320、322和324沿管道380的方向排成直线，管道380的方向与X方向(即，混合歧管方向或者混合歧管的纵向方向)成一个角度(即，不同于垂直于或平行于X方向)。
图4示出了混合阀的三个端口404、406和408。输入端口406夹在输出部404和408之间。共同地，端口404、406和408在方向414上排成直线，方向411与混合歧管方向X成一个角度。换句话说，混合歧管可取向在图4的方向X上，并且给定混合阀的端口(全部的三个端口或者连通到混合阀的输入端口和连通到两个混合歧管的任一输出端口)沿方向414排成直线，方向414与混合歧管方向X成一个角度(即，不垂直于或平行于方向X)。例如，此角度可以被认为是对角的或者锐角(小于90度)，基于哪个方向被认为相对于基准方向X是正的。出于完整性，容纳阀体和控制器的主体412也示于图4。图中还示出了安装凸缘402及安装孔414A、414B、414C和414D。实际上，图4的凸缘402在由平面部302所表示平面上与图3的管252A、31OA和250A配合。
正如图5的实例中可见，混合歧管是平行的并且基本上“交错排列”使得各混合阀的各组的3个端口(连通到混合阀的1个输入端口和连通到两个混合歧管的2输出端口)以平行于方向506的方式排成直线。在一个或多个实施方中，这两个混合歧管是相同的焊接件，以节约存货和制造成本。
类似地，连接到混合歧管输入端口510和514的混合阀的输入端口占据附图标记512所标示的位置。因此，此混合阀输入端口及其两个混合阀输出端口(连接到混合歧管输入端口510和514)以平行于方向506的方式排成直线。如上所述，方向506被认为是与X方向(平行于混合歧管的经线)“成一个角度”，如果它们不相互垂直或平行。
图5中还示出了混合组件的输出端口502，该输出端口代表用于将混合工艺气体输出至连接到混合歧管250的处理模块的端口。混合歧管252也具备另一个混合组件的输出端口(图5中未示出，以便更加清楚)。可在混合歧管的一端设置输出端口，或者可在沿其共用长度的任意位置设置输出端口。
通过将混合歧管交错排列使得给定混合阀的端口沿相对于混合歧管纵向轴线方向X呈一个角度的一个方向(诸如506)上排成直线并且也使构件垂直地位移(使得部分310B占据与图3中被混合歧管250和252所占据平面不同的平面并且混合阀占据不同平面)，可以将输入管道(诸如图3的部分310A)设置到在两个混合阀输出管道(诸如图3的部分250A和252A)之间的混合阀并且仍然允许在图3的方向Z上将混合歧管紧密地挤压到一起。如果使用输入端口和输出端口在单个管道上排成直线的工业标准混合阀，则尤其如此。如果这些端口与混合歧管纵向轴线方向成一个角度并且被设置在不同平面上，那么由于这些工业标准阀因而将不会实现这种节约空间的布置。
正如基于前述内容可以理解的，本发明实施方式允许单个共用气体面板将工艺气体选择性地提供至多个处理模块。通过确保各混合歧管接纳相同的质量流量，而消除了匹配问题。通过减小每个集群工具中气体面板的数量，而需要获得和/或维护较少的气体面板构件(诸如阀、MFC、连接器、转换器、传感器等)。此外，本发明的一个或多个实施方式将混合歧管交错排列(例如，在图3的X-Z方向上)并且/或者使向混合阀的端口加料的管道及阀本身垂直地(例如，在图3的Y方向中)位移(因而涉及至少3个平面)，可以将构件挤压成较小的占用面积并因此挤压成较小的体积，由此减小气体面板构件所占据的空间。当这种空间减小时，需泵送和吹洗较少的空气，从而导致操作费用降低。
在一些等离子体处理工具中，可利用一个或多个等离子体处理室来执行要求将气体输送至处理室的多个区(即，区域)的处理。例如，介电质蚀刻过程可采用同时地或者在不同时间将工艺气体提供至处理室中的多个区域的多区气体输送。在一个具体实例中，一个气体输送装置可将工艺气体提供至处理室的中心区域(诸如在衬底中心的上方)同时另一个气体输送装置可将工艺气体提供至处理室的边缘或者衬底的边缘。
在过去，利用多区域气体输送(MGF)装置来确保可调节地以方案所要求的适当比率将工艺气体提供至不同的室区域。例如，一个方案会要求中心区域接纳80％的气流，同时边缘区域接纳20％的气流。另一个方案在另一个时间会要求中心区域接纳10％的气流，同时边缘区域接纳90％的气流。
一般来说，在典型的现有技术等离子体处理工具中，将MGF设置在气体面板的下游，用以执行将进入的气流分成用于处理室多个区域的多个气流的任务。在Larson等人的名称为“具有气体调整的气体分配系统”的一般指定的美国公布专利中更详细地描述了一个示范性的MGF(专利号7,169,231B2，于2007年1月30日公布并且以参考的方式并入本文中)。
当在多个室(诸如两个室，用于说明的目的，尽管多于两个的室可以共用单个气体面板)中共用气体面板时，本发明人发现在多个室中共用MGF实际上是不利的方法。以反直觉的方式，即使在多个室中可以共用该气体面板，但如果各室具备其自己的MGF，则实现最佳操作。
为了便于论述，图6示出了典型的示范性现有技术多区气体输送装置，其中将来自气体面板602的进入的工艺气体提供至MGF 604。在简化的说明中，MGF 604具有多个输入阀-孔口-输出阀组，将其中的六组示于图6的实例中。因此，示出了与孔口O1流体连通的输入阀I1，孔口O1相应地与输出阀E1流体连通。同样地，图中示出了与孔口O2流体连通的输入阀I2，孔口O2相应地与输出阀E2等流体连通。
来自气体输送606的工艺气体从气体面板602中流到输入阀I1-I6。在一个实施方式中，输入阀I1-I6通常是开启的阀，尽管这不是要求。孔口O1-O6具有不同的截面尺寸或者孔径，以便提供对工艺气体的不同流动阻力。这些孔径是高度精确的。在一个实施方式中，孔口是由宝石材料(诸如红宝石)制成，以确保高度的准确性。
可以选择性地打开和关闭每个输出阀E1-E6以控制提供至管道620和622的工艺气体的流量比，由此控制工艺气体与中心区域(管道620)或者与边缘区域(管道622)的流量比。因此，当不同组合的输出阀E1-E6关闭时，可获得中心流量与边缘流量的不同比率。尽管在此实例中仅描述了两个输出流(中心和边缘)，但应当理解的是可提供多于两个的输出流。据说MGF可调节地将来自共用气体面板的进入的混合气体分开，以便可调节地以不同比率提供(或者可调节地流动)指定用于各种多区气体供给室的不同气流，因为可以打开和/或关闭这些阀的各种组合以获得不同的比率。可响应于控制电路以电动、气动或机械的方式控制阀，以便灵活地提供前述流量比以适应方案要求。
在过去，当涉及多个多区室时，自然的方法可以是在多个室中共用MGF。一种用于将从管道620中流出的中心流工艺气体提供至多个室的方法可涉及分流阀的使用。同样地，通过使用另一个分流阀，可将从管道622中流出的边缘流工艺气体分为多个边缘流，用于多个室。
图7中示出了此方法，其中利用分流阀740将从MGF 708流出的中心流(经由管道720)分成在管道742A和742B中的两个气流。例如，管道742A中的气流可被指定用于第一等离子体处理室的中心区域，同时管道742B中的气流可被指定用于第二等离子体处理室的中心区域。同样地，利用分流阀750将从管道722中流出的边缘流分为在管道752A和752B中的两个气流。例如，管道752A中的气流可被指定用于第一等离子体处理室的边缘区域，同时管道752B中的气流可被指定用于第二等离子体处理室的边缘区域。
虽然图7的方法可实现在多个室中对MGF 708的共用，但本发明人发现此方法导致若干缺点。第一，为了向各室提供给定的中心流量，MGF708必须提供两倍的流量(假设在两个室之间共用图7中的MGF 708)以便各室将会在经由分流阀740和750分开气流之后接纳所需的流量。
尽管MGF是一个现成的部件，但各MGF是高度精确的装置并且制造成具有为某个压力范围和流量范围而优化的阀和孔口。MGF处理两倍的流量和/或两倍的输入气体压力的要求，将会迫使MGF 708在其最佳范围以外操作，由此降低MGF的精度。
即使新的MGF可以被设计用来处理较高的流量/压力(假设不考虑成本，因为MGF设计和鉴定是费用大且耗时的过程)，但分流阀740和750的使用也导致不合需要的不准确性，因为分流阀的准确性通常比MGF低很多。因此，虽然MGF 708能够准确地提供适当的中心/边缘流量比，但分流阀740会不能将从MGF 708中流出的中心流均等地分成两个相等的中心流，用于共用MGF的两个室的两个中心区。同样地，分流阀750不能将从MGF708中流出的边缘流均等地分为两个相等的边缘流，这两个边缘流是用于共用MGF的两个室的两个边缘区域。
因此，以反直觉的方式，特别是鉴于MGF的相对高的成本和在多个室中共用气体输送系统构件的愿望，本发明人发现如果各个要求多区域气体输送的室具备其自己的MGF，则将多区域气体输送入各室发挥最好的作用。由此也减少与市售质量流量控制器相关的低流量问题，正如将在下文中所论述的。
图8中示出了根据本发明一个或多个实施方式的混合方法，从而在多个室中可共用气体面板以便降低成本同时各多区域室具备其自己的MGF。图8的装置代表一组共用的气体面板/相关的MGF/相关的室，尽管在给定的集群等离子体工具中可存在多个这种组件。如图8中可见，共用的气体面板802接纳来自多个气体管道810的不同工艺气体。如前所述，根据期望的方案将工艺气体在双歧管中加以混合，并且经由管道812和814将混合气体提供至两个各自的处理室816和818。因为处理室816和818是多区气体供给室(在图8的实例中用于每个室的两个气体输送区域，尽管三个或更多的区域是可能的)，所以在共用气体面板802的下游设置MGF 804和806。
MGF 804接纳来自共用气体面板802的混合工艺气体(经由管道812)并且将混合工艺气体分为指定用于处理室816的各种区域的各种气流。在图8的实例中，MGF 804可将例如70％的来自管道812的进入的流提供至处理室816的中心区域(经由管道820)并且将30％的来自管道812的进入的流提供至处理室816的边缘区域(经由管道822)。
同样地，MGF 806接纳来自共用气体面板802(经由管道814)的混合工艺气体，并且将混合工艺气体分为指定用于处理室818的各种区域的各种气流。在图8的实例中，MGF 806将70％的来自管道814的进入的气流提供至处理室818的中心区域(经由管道826)并且将30％的来自管道814的进入气流提供至处理室818的边缘区域(经由管道828)。
这样，实现了混合方法，在此尽管在室816和室818之间共用气体面板802，但各室具备其自己的MGF(804和806)以确保将气体准确地输送至各处理室的不同区域。
由图8所举例说明方法具有很多优点。例如，如上所述，众所周知的是各MGF是高度精确的装置并且具为某个压力范围和流量范围而优化的阀和孔口。，与图7的方法不同，图8的方法不要求MGF在其最佳流量/压力范围之外操作。这是因为各MGF仅处理用于其自己的室的气流/压力，不共用气体面板的现有等离子体工具正是如此。因此，可以在不损失准确性的情况下使用现有的MGF。
此外，不同于图7中的情况，不必使用(相对地)不精确的分流阀(诸如，图7的分流阀740和750)来适应处理室的多区气体输送要求。在图8的实例中，流量准确性主要受到MGF(这些MGF由于具有高度精确的孔口公差因而是高度准确的)和共用气体面板设计的限制。共用气体面板往往也是高度准确的，因为如前所述在共用气体面板中的歧管和输入管道可被优化使得共用气体面板可以在多个处理室之间准确地分配其进入的气流。例如，可以在共用气体面板中调整管道和歧管的长度及转向次数和各处理室的气流阻力，使得气流分配是高度准确的(在一些实例中，差值低于0.5％)。因此，图8的装置导致流动到共用气体面板的不同室的各种区域的高度准确的气体输送系统。另外，因为图8的方法适应多区气体供给室同时允许共用气体面板，所以显著地减少质量流量控制器(MFC)的数量以及与气体面板相关的其它成本。
图8的实例的此方法也减少与现有成品MFC相关的低流量问题。当给定方案要求用于特定类型的组成工艺气体的低流量时产生低流量问题，该低流量通常远低于现有成品MFC的最佳流量范围。
例如，一些现有成品MFC在流量为5-20sccm(标准立方厘米每分钟)时可最佳地运行。如果方案需要2sccm的特定组成气体，那么由该MFC输送的气体，并且相关的管道往往会具有较低的准确性，因为与设计MFC的最佳流量范围相比所需的气体流量相当地小。
通过在多个室之间共用气体面板(及在其内部的MFC)，各MFC可处理更大量的气流，因为MFC为多于一个的室输送气体。在上述实例中，MFC现在可处理4sccm，这更接近于最佳范围且往往将会更加准确。此外，如上所述，共用气体面板也降低实际的不动产的使用(因为将存在具有较少气体面板的较少管道)并降低环境修复成本。
在一个或多个实施方式中，在校准或处理期间可有利地使用OES(光发射光谱)以便使处理匹配和/或使室匹配。在此方面，将OES输出用作反馈信号以控制与一个或多个室相关的阀以确保与另一个室的工艺匹配或室匹配。参照图9，例如，可利用OES传感器904从处理室816获得OES信号。同样地，可利用OES传感器906从处理室818获得OES信号。
如果方案需要在这两个室中具有相等的流量，那么来自OES传感器904的OES信号应大体上匹配来自OES传感器906的OES信号。如果这两个OES信号不同(基于由逻辑器件930执行的分析，逻辑器件930将来自OES传感器904和906的OES信号作为其输入)，那么可将控制信号发送至一个或多个MGF输出阀910、912、914和/或916(设置在MGF与处理室之间)以控制进入单独的室的区域流量。逻辑器件930可以是专用硬件或可编程逻辑器件，并且可以包括执行计算机可读代码的处理器。
例如，控制策略可以是基于待被匹配的一系列以前从处理室获得的OES信号和相应的阀控制设定值，从而实现室匹配和/或工艺匹配。可替代地或另外，可利用算法来确定阀控制设定值，考虑来自处理室的待被匹配的OES信号和/或来自这些处理室的其它室/工艺参数。与现有技术的OES方法相反，本发明实施方式提出考虑多个室并且考虑来自多个室的OES信号(和任选地其它室和/或来自多个室的工艺参数)以便控制阀设定值，由此实现多个室之间的工艺匹配和/或室匹配。这不同于现有技术的方法，其中与处理室相关的OES信号仅被用于该处理室的工艺控制，并且在该工艺控制中不考虑来自其它处理室的OES信号。
也可将来自逻辑器件930的控制信号发送至MGF输入阀920和/或922(设置在MGF与共用气体面板之间)，以改进室匹配和/或工艺匹配。尽管在图9中未示出，但可替代地或另外，可将来自逻辑器件930的控制信号发送至与单独的输入阀-孔口-输出阀组(例如，在图6的实例中，阀I1、I2、E1或E2)相关的单独的MGF输入阀或者单独的MGF输出阀，从而更精密地控制室/工艺匹配。
虽然已利用若干优选实施方式描述了本发明，但存在落在本发明范围内的修改、变更、和等同物。尽管本文中提供了各种实例，但意图是这些实例是说明性的而不是限制本发明。例如，尽管在实例中描述了所述装置，但本发明也包括用于通过将构件连接到一起以形成所描述结构或者用于通过操作装置来操作等离子体处理系统以利用其预期的功能和优点而提供、制造和/或组装装置的方法。另外，本文中所提供的发明名称和发明内容是为了方便的目的，不应用来解释本发明权利要求的范围。此外，摘要是以高度简略的形式写出并且在本文中为了方便而给出，因此不应被用于解释或限制在权利要求中所表示的本发明。如果本文中使用术语“组”，该术语意图是具有包括零、一、或多于一个的构件的其通常所理解的数学含义；也应当指出的是存在实施本发明方法和装置的许多替代方法。因此，意图是所附权利要求可被解释成包括落在本发明真实精神和范围内的所有的上述修改、变更和等同物。

Claims (17)

1.一种用于将工艺气体提供至等离子体处理系统的多个多区气体供给室的气体供给输送装置，包括：
多个气体供给管道；
被连接以接纳来自所述多个气体供给管道的不同气体的共用气体面板，所述共用气体面板将所述不同气体加以混合以形成混合气体并且将所述混合气体均等地分开以便将所述混合气体的一部分提供至所述多个多区气体供给室的每个室，其中所述共用气体面板构造成经由不同的各自的管道从所述共用气体面板输出所述混合气体的每个所述部分；
包括连接到所述共用气体面板的下游的至少两个多区气体供给装置的多个多区气体供给装置，所述多个多区气体供给装置中的每个构造成(i)经由所述不同的各自的管道直接从所述共用气体面板单独接收所述混合气体的所述部分，以及(ii)可调节地将从所述共用气体面板被所述多个多区气体供给装置中的每个所接纳的所述混合气体的所述部分分成指定用于所述多个多区气体供给室的多区气体供给室的不同区域的多个气体区域流；
第一各自的阀，其设置在所述多个多区气体供给装置的每个多区气体供给装置与所述共用气体面板之间；
第二各自的阀，其设置在所述多个多区气体供给装置中的每个多区气体供给装置和所述多个多区气体供给室之间；以及
逻辑器件，所述逻辑器件是用于接收来自所述多个多区气体供给室的至少两个多区气体供给室的光发射光谱信号并且用于基于所述接收的光发射光谱信号将控制信号提供给所述第一各自的阀和所述第二各自的阀。
2.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述多个多区气体供给装置中的每个将所述混合气体的一部分提供至所述多个多区气体供给室的单个多区气体供给室。
3.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述多个多区气体供给室由两个多区气体供给室组成。
4.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述不同区域的第一区代表所述多个多区气体供给室的给定多区气体供给室的中心部，所述不同区域的第二区代表所述多个多区气体供给室的所述给定多区气体供给室的边缘部。
5.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述等离子体处理系统代表介电质等离子体蚀刻系统。
6.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述多个多区气体供给装置的第一多区气体供给装置包括具有不同孔径的多个孔口。
7.如权利要求6所述的气体供给输送装置，其中所述多个多区气体供给装置的所述第一多区气体供给装置还包括：连接到所述多个孔口的下游的多个输出阀、所述多个输出阀的单独输出阀的选择性组合，所述输出阀当打开时形成用于多区气体供给室的不同区域的不同流量比。
8.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述多区气体供给室中的至少一个代表电感耦合等离子体处理室。
9.如权利要求1所述的气体供给输送装置，其中所述多区气体供给室中的至少一个代表电容耦合等离子体处理室。
10.一种用于将工艺气体提供至等离子体处理系统的多个多区气体供给室的方法，包括：
提供多个多区气体供给装置，所述多区气体供给装置包括至少两个多区气体供给装置；
使来自多个气体供给管道的不同气体流动到共用气体面板，所述共用气体面板将所述不同气体加以混合以形成混合气体并且将所述混合气体均等地分开以便将所述混合气体的一部分提供至所述多个多区气体供给装置的每个装置，其中所述共用气体面板经由不同的各自的管道从所述共用气体面板输出所述混合气体的每个所述部分；
经由所述不同的各自的管道直接从所述共用气体面板单独接收所述混合气体的所述部分；
利用所述多区气体供给装置中的每个装置可调节地将所述混合气体的所述部分分成指定用于所述多个多区气体供给室的多区气体供给室的不同区域的多个气体区域流；
提供第一各自的阀，该第一各自的阀设置在所述多个多区气体供给装置的每个多区气体供给装置与所述共用气体面板之间；
第二各自的阀，该第二各自的阀设置在所述多个多区气体供给装置中的每个多区气体供给装置和所述多个多区气体供给室之间；以及
接收来自所述多个多区气体供给室的至少两个多区气体供给室的光发射光谱信号并且基于所述接收的光发射光谱信号将控制信号提供给所述第一各自的阀和所述第二各自的阀。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述多个多区气体供给装置中的每个装置将所述混合气体的一部分提供至所述多个多区气体供给室的单个多区气体供给室。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述提供多个多区气体供给装置由提供两个多区气体供给装置组成。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述不同区域的第一区代表所述多个多区气体供给室的给定多区气体供给室的中心部，所述不同区域的第二区代表所述多个多区气体供给室的所述给定多区气体供给室的边缘部。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述等离子体处理系统代表介电质等离子体蚀刻系统。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述多个多区气体供给装置的第一多区气体供给装置包括具有不同孔径的多个孔口。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述多个多区气体供给装置的所述第一多区域气体输送装置还包括连接到所述多个孔口的下游的多个输出阀、所述多个输出阀的单独输出阀的选择性组合，所述输出阀当打开时形成用于多区气体供给室不同区域的不同流量比。
17.一种用于将工艺气体提供至等离子体处理系统的多个多区气体供给室的气体供给输送装置，包括：
多个气体供给管道；
被连接以便接纳来自所述多个气体供给管道的不同气体的第一构件，所述第一构件将所述不同气体加以混合以形成混合气体并且将所述混合气体均等地分开以便将所述混合气体的一部分提供至所述多个多区气体供给室的每个室，其中所述第一构件构造成经由不同的各自的管道从所述第一构件输出所述混合气体的每个所述部分；
包括连接到所述第一构件的下游的至少两个多区气体供给装置的多个多区气体供给装置，所述多个多区气体供给装置的每个装置构造成(i)经由所述不同的各自的管道直接单独接收所述混合气体的所述部分，以及(ii)可调节地将来自所述第一构件被所述多个多区气体供给装置的每个装置所接纳的所述混合气体的所述部分分成指定用于所述多个多区气体供给室的多区气体供给室的不同区域的多个气体区域流；
第一各自的阀，其设置在所述多个多区气体供给装置的每个多区气体供给装置与所述第一构件之间；
第二各自的阀，其设置在所述多个多区气体供给装置中的每个多区气体供给装置和所述多个多区气体供给室之间；以及
逻辑器件，所述逻辑器件是用于接收来自所述多个多区气体供给室的至少两个多区气体供给室的光发射光谱信号并且用于基于所述接收的光发射光谱信号将控制信号提供给所述第一各自的阀和所述第二各自的阀。
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