CN117836898A - 具有均匀调谐的多相旋转交叉流的等离子体腔室 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理腔室包含一个或多个侧壁并且在侧壁内的支撑表面固持工件。独立气体注入器的阵列围绕侧壁分布。泵送口沿着侧壁以从腔室喷射气体。在工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤控制：使用阵列气体注入器跨工件注入一个或多个气体流；从相邻独立气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻工件上的材料；以及同时从剩余气体注入器注入第二气体流。第二气体流稀释第一气体流以减小工件上具有较快蚀刻速率的区域、或用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。

Description

具有均匀调谐的多相旋转交叉流的等离子体腔室
相关申请的交叉引用
本申请案享有于2022年6月3日提交的美国专利申请第17/831,781号的优先权，该申请要求于2021年8月23日提交的美国临时专利申请第63/236,166号的权益，该申请的全部内容通过引用方式并入本文中。
领域
本公开内容的实施方式涉及半导体处理领域，并且特定而言，涉及具有旋转交叉流及均匀性调谐的等离子体腔室。
相关技术的描述
在等离子体蚀刻、沉积或其他处理工艺期间，工件(诸如半导体晶片)插入密封的等离子体反应器腔室，并且将气体注入腔室中经过晶片上方且随后从腔室泵送。等离子体腔室经常包含(1)平行板电容耦合等离子体(CCP)源，其中一个电极在其面向等离子体的表面上具有工件并且其他电极在面向等离子体的表面中具有气体入口孔(喷头)的阵列或(2)电感耦合等离子体(ICP)或微波源，具有大体与工件相对并且面向工件的射频(RF)窗，及在窗中或附近的气体入口孔的阵列。
利用上文描述的轴对称气体流动途径，压力及浓度梯度导致工件上的中心到边缘处理差异。此外，归因于靠近密集等离子体或归因于高电场而导致的击穿，外部等离子体可在气体入口孔中形成，从而导致不均匀性随着时间改变。更具体地，气体入口孔通常在材料(诸如硅或碳化硅)的板中形成。轰击孔边缘的高能离子可以随着时间使孔变形或形成刻面。变形的孔继而导致破坏板的较高强度等离子体，从而需要在若干小时(例如，600小时)之后改变喷头。在一些应用中，大约$15的半导体晶片成本可仅分配给喷头的成本。
概述
本文公开的实施方式包括等离子体处理腔室，包含一个或多个侧壁。在一个或多个侧壁内的支撑表面固持工件。独立气体注入器的阵列围绕一个或多个侧壁的周边分布。一个或多个泵送口沿着一个或多个侧壁以从等离子体处理腔室喷射气体。控制器经配置为在蚀刻应用期间控制等离子体处理腔室。在工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤调谐或控制：i)使用独立气体注入器的阵列在大体平行于并且跨工件表面的方向上注入一个或多个气体流；ii)从独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻工件上的材料；和iii)同时从独立气体注入器的至少剩余集合注入第二气体流。根据实施方式，第二气体流用于i)稀释第一气体流以减小工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。
本文公开的实施方式进一步包括等离子体处理腔室，包含一个或多个侧壁。在一个或多个侧壁内的支撑表面固持工件。独立气体注入器的阵列围绕一个或多个侧壁的周边分布。一个或多个泵送口沿着一个或多个侧壁以从等离子体处理腔室喷射气体。控制器经配置为在蚀刻应用期间控制等离子体处理腔室。在工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤调谐或控制：i)使用独立气体注入器的阵列在大体平行于并且跨工件表面的方向上注入气体流；和ii)在气体流注入之前或期间，通过在独立气体注入器中的相邻气体注入器的宽集合与独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合之间进行选择来改变跨工件的气体流注入角度，其中选择独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合减小气体注入角度。
本文公开的实施方式包括一种控制等离子体处理腔室中的工件上的材料的蚀刻速率均匀性的方法。方法包含在大体平行于并且跨工件表面的方向上从独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻工件上的材料。在大体平行于并且跨工件表面的方向上同时从独立气体注入器的剩余集合的至少一部分注入第二气体流，其中第二气体流用于i)稀释第一气体流以减小工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。
附图简要说明
图1A是根据一个实施方式示出具有多相旋转交叉流操作的等离子体处理腔室的俯视图的图。
图1B及图1C示出了在不同实施方式中的等离子体处理腔室的横截面图。
图2A是根据一实施方式的3相旋转交叉流等离子体处理腔室的成角度半透明视图的示意图。
图2B是根据另一实施方式的3相旋转交叉流等离子体处理腔室的俯视图的示意图。
图2C示出了由等离子体处理腔室执行的3相旋转交叉流操作的时序图。
图2D标出了根据一实施方式图示其之上的气体递送系统的腔室盖的顶部的成角度视图。
图2E示出了根据一实施方式的等离子体腔室的成角度横截面图。
图2F至图2H示出了根据一实施方式的其中形成泵送口的真空腔室的成角度及横截面图。
图2I至图2K是根据一个实施方式示出具有3相旋转交叉流的示例电感耦合等离子体(ICP)腔室的成角度半透明视图的图。
图3A是根据一实施方式示出具有4相旋转交叉流的等离子体处理腔室的俯视图的图。
图3B是根据一实施方式示出4相旋转交叉流操作的图。
图3C及图3D是根据所公开实施方式的进一步方面示出具有故意不均匀的中心及边缘气体注入及相对侧面口泵送的4相旋转交叉流操作的图。
图3E是根据一实施方式示出多相旋转交叉流操作的单相的图，其中气体流的至少一部分转向到工件的侧面，而非跨工件的100％交叉流。
图3F是根据一实施方式的多相循环的单相的图，其中气体流使用较小宽度的泵送点跨工件导引。
图3G是根据变化跨工件的气体流注入角度的蚀刻速率均匀性调谐的第一方面的4相旋转交叉流的图。
图3H至图3K是示出多相循环的单相的图，图示注入处理气体混合物及独立气体注入(IGI)混合物的蚀刻速率均匀性调谐的第二方面。
图3L是图示用于在工件上实现径向蚀刻速率均匀性的多个气体流相或旋转的结果的图。
图4A至图4C是根据一实施方式图示每60°以时间绘制的3相旋转交叉流中的旋转气体流的俯视图的图。
图5示出了根据一实施方式的可由具有旋转气体交叉流的等离子体处理腔室处理的包含堆叠的存储器器件的晶片的一部分的横截面图。
现参见图6，根据一实施方式图示了利用机器学习(ML)模型的处理工具的方块图。
图7A及图7B是根据一实施方式示出用于产生ML模型的工艺的流程图。
图8图示了根据一实施方式示出用于使用ML模型开发工艺配方的工艺的流程图。
图9图示了根据一实施方式示出用于对处理工具进行基线处理的工艺的流程图。
图10标出了在计算机系统的示例性形式中的机器的图形表示，其中可根据一实施方式执行用于导致机器执行本文描述的任何一个或多个方法论的指令集。
具体描述
所公开的实施方式涉及具有旋转调变交叉流及均匀性调谐的等离子体腔室。在以下描述中，阐述了数个具体细节，以便提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。本领域技术人员将显而易见，本公开内容的实施方式可在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况中，未详细描述熟知方面(诸如集成电路制造)以免不必要地混淆本公开内容的实施方式。此外，将理解，附图中所示的各个实施方式是说明性表示并且不一定按比例绘制。
传统等离子体腔室(即，CCP或ICP)通常从气体入口孔在工件上方轴对称地注入气体，所述气体入口孔通常直接在工件之上定位或在其周边周围对称地定位。如上文提及，轴对称气体流可以导致压力及浓度梯度并且气体孔入口可破坏，从而在工件中产生不均匀性。也就是说，随着在密集、高|E|等离子体区域中的气体孔中发生磨损，孔的几何形状改变并且随着等离子体穿透，孔可改质孔附近的局部等离子体特性。此外，局部气体流动速率及速度可随着几何形状改变而改变。由此，喷头需要相对频繁地替换，从而增加工件成本。
由此，本文公开的实施方式涉及具有用于蚀刻、沉积或其他材料处理的多相旋转调变气体交叉流的等离子体腔室(例如，CCP或ICP)。等离子体处理腔室沿着侧壁包括两个或更多个气体注入器及两个或更多个泵送口。在第一相中，气体注入器中的一者迫使气体在一个方向上流动，该方向大体平行并且跨工件或器件的表面，其中气体随后经由泵送口抽出。在第二相中，气体流通过使用另一气体注入器旋转以迫使气体在不同方向上流动，该方向大体平行并且跨过工件表面，其中气体随后经由另一泵送口抽出。在另一实施方式中，耦合到气体注入器的气体入口阀和/或耦合到泵送口的节流阀可以用于调变旋转气体流。
具有旋转调变气体交叉流的等离子体处理腔室消除在密集、高|E|等离子体区域中对喷头(及气体入口孔)的需要，并且由此防止等离子体不均匀性的来源。归因于靠近密集等离子体或归因于高电场的击穿，所公开的实施方式防止等离子体在气体孔中形成，从而导致不均匀性及等离子体特性随着时间改变而改变。所公开实施方式避免导致中心到边缘处理差异的高中心到边缘压力及浓度梯度。压力分布可以跨等离子体体积定制以最小化等离子体不均匀性。此外，所公开实施方式消除了用于均匀反应物及副产物移除的停滞低气体速度区域(即，工件的中心)。
图1A至图1C是示出具有多相旋转交叉流操作的等离子体反应器的等离子体处理腔室的实施方式的图。图1A是根据一个实施方式示出具有多相旋转交叉流操作的等离子体处理腔室的俯视图的图。图1B及图1C示出了在不同实施方式中的等离子体处理腔室的横截面图。
参见图1A及图1B两者，等离子体处理腔室100A包含一个或多个腔室侧壁122，其中具有支撑表面114以固持工件116(例如，半导体晶片)来用于处理。等离子体处理腔室100可用于通过在腔室内部分布气体来对工件116执行各种处理，诸如蚀刻、沉积、表面处理或材料改质。例如，等离子体处理腔室100A可包含但不限于等离子体蚀刻腔室、等离子体增强化学气相沉积腔室、物理气相沉积腔室、离子注入腔室、原子层沉积(ALD)腔室、原子层蚀刻(ALE)腔室、或其他适宜的真空处理腔室以促进各种器件。
在所示的一个实施方式中，一个或多个侧壁112围绕处理工件116(例如，晶片或基板)处理区域110。在所示的实例中，图标了具有轴对称形状(例如，圆柱形)的等离子体处理腔室100A，从而导致单个圆柱形侧壁112。然而，在其他实施方式中，等离子体处理腔室100A可具有任何其他形状，诸如卵形，此也导致单个侧壁112，或作为方形或矩形，在此情况下等离子体处理腔室100A将具有四个侧壁。
根据所公开的实施方式，等离子体处理腔室100包括大体沿着侧壁112定位的至少两个气体注入器118A及118B(统称为气体注入器118)及至少两个泵送口120A及120B(统称为泵送口120)。在一个实施方式中，气体注入器在穿过侧壁112的衬垫的开口中形成。等离子体处理腔室100A可经配置为使用气体注入器118及泵送口120横向地跨工件116旋转气体流124，用于提供多相旋转交叉流操作。在一个实施方式中，多相旋转交叉流操作包含至少2相循环，并且可包含3相循环、4相循环等等，其中在每相中，气体从等离子体处理腔室100A的一个侧面注入并且大体从相对侧面抽出。如本文使用，词组“大体沿着侧壁定位”意欲描述气体注入器118和/或泵送口120的任一者可在侧壁中定位或水平地抵靠或邻近侧壁，或在腔室盖的外周边区域或腔室底部的外周边区域中定位。
跨工件116横向地旋转气体流可导致改进气体速度及压力梯度的控制，从而导致跨晶片及晶片间的较佳处理均匀性。
参见图1B，等离子体处理腔室100A进一步包括在侧壁112上方的腔室盖104。支撑基座108可包括支撑表面114，其上放置工件116。在实施方式中，支撑基座108及支撑表面114是固定的并且不可旋转，并且固定到其的工件116在处理期间不旋转。在一实施方式中，工件116静电固定到支撑表面114。在另一实施方式中，支撑表面114可在轴向方向上移动，用于等离子体间隙调节或晶片传递。在等离子体处理腔室100A中的处理区域110由在腔室盖104、支撑基座108(及支撑表面114)、与侧壁112之间的区域定义。腔室底板106在侧壁112下方，并且腔室底板106在处理区域110之下。支撑基座108在腔室盖104之下且在腔室底板106之上，并且由侧壁112围绕。在实施方式中，腔室盖104及支撑表面114可由大约25mm-200mm的距离分离。在一实施方式中，等离子体处理腔室100A是平行板电容耦合等离子体(CCP)处理腔室，其中顶部电极105在工件116之上。底部电极包括在支撑表面114之下的支撑基座108中的位置113中。在一个实施方式中，顶部电极105耦合到具有在40-200MHz的范围中的频率的RF源，功率在200-10000瓦特的范围中。在一个实施方式中，底部电极耦合到接地。等离子体在晶片之上并且在两个电极之间产生。在一实施方式中，由支撑表面114中或之下的一个或多个夹持电极将工件116静电夹持到支撑表面114。在实施方式中，工件116耦合到偏压电极(例如，在0.1至20MHz的范围中的低RF频率下)，用于在处理期间的额外等离子体控制。产生的等离子体可通过将功率脉冲到第一电极105来在处理期间脉冲。
在一实施方式中，工件116可包含通常在半导体制造环境中使用的任何基板。例如，工具可包含半导体晶片。在一实施方式中，半导体材料可包含但不限于硅或III-V族半导体材料。半导体晶片可在一些实施方式中是绝缘体上半导体(SOI)基板。通常，半导体晶片具有标准尺寸(例如，200mm、300mm、450mm、或类似者)。然而，将了解工件116可具有任何尺寸。实施方式还可包括工件，所述工件包含非半导体材料，诸如玻璃或陶瓷材料。在一实施方式中，工件116可包含电路系统或使用半导体处理设备制造的其他结构。在又一实施方式中，工件116可包含主光罩或其他光刻掩模对象。
图1A及图1B示出了2相循环旋转交叉流操作的实例。在第一相中，气体注入器118A在第一方向上注入第一气体流124A，该方向大体平行于并且跨工件116的表面，并且具有大体与气体注入器118A相对的沿着一个或多个侧壁112的相对泵送口120A以抽出气体流124A。在第二相中，气体注入器118B在第二方向上注入第二气体流124B，该第二方向大体平行于并且跨工件116的表面，并且具有大体与气体注入器118B相对的沿着一个或多个侧壁112的相对泵送口120B以抽出气体流124B。在实施方式中，第二气体流124B的方向与第一气体流124A的方向不同。在一个实施方式中，大体平行意味着在大约0°至15°内，并且大体相对意味着在大约0°至30°内。
因此，气体注入器118A及相对泵送口120A形成一个气体注入器-泵送口对，而气体注入器118B及相对泵送口120B形成第二气体注入器-泵送口对。在一个实施方式中，如图1A所示，气体注入器118A及118B的每一者可包含独立气体注入器的阵列。在替代实施方式中，气体注入器118A及118B的每一者仅包括单个通气孔气体注入器。在一些实施方式中，气体注入器118A包含独立气体注入器的阵列，并且气体注入器118B系单个通气孔气体注入器，或反之亦然。
如图1A所示，沿着大体平行于工件116的定向的水平面，每个气体注入器-泵送口对(即，气体注入器及相对泵送口)沿着等离子体处理腔室100A的侧壁112对称地定位。可提供任何数量的气体注入器118及泵送口120。大体上，一个气体注入器-泵送口对可从相邻的注入器-泵送口对位置偏移达等于总计360度的角度除以注入器-泵送口对的数量以确保气体的相等分布。例如，利用两个注入器-泵送口对，注入器-泵送口对彼此偏移达180°(360°/2)。利用三个注入器-泵送口对，注入器-泵送口对偏移达120°(图2A及图2B)，并且依此类推。在一些实施方式中，如图所示，气体注入器跨距小于对应泵送口的跨距。在其他实施方式中，气体注入器跨距与对应泵送口的跨距相同。在其他实施方式中，气体注入器跨距大于对应泵送口的跨距。气体可以从各种几何形状的气体注入器开口(诸如孔、槽、及类似者)注入，并且不同气体注入器可以具有相同或不同的几何形状及大小。
尽管在一些实施方式中，气体注入器118及泵送口120的数量是相等的，在其他实施方式中，气体注入器118及泵送口120的数量可不同。在一些实施方式中，如所描绘，单个泵送口与对应气体注入器相关联。在其他实施方式中，泵送口的阵列与对应气体注入器相关联。
如图1B所示，气体注入器118定位在处理区域110中的侧壁112中的开口中。例如，开口可在侧壁112的衬垫内定位。在一实施方式中，侧壁112中的开口在垂直地在腔室盖104与基板支撑基座108之间的位置中。在所示的实施方式中，侧壁112中的开口邻近腔室盖104的底部。
沿着大体平行于支撑基座108的定向的水平面，泵送口120的位置可从气体注入器118的位置垂直地偏移达一距离，该距离大约等于在一个实施方式中在腔室盖104的底部与支撑基座108的顶部之间的距离。在此实施方式中，泵送口120可在侧壁112与支撑基座108之间的空腔中定位，并且在腔室底板106之上定位。在另一实施方式中，泵送口120可在腔室盖104与腔室底板106之间的任何地方定位在侧壁112中的额外开口中。在另一实施方式中，气体可以从腔室盖的周边区域注入，和/或从腔室底部的周边区域泵送，并且在工件处理区域上方且仍实质上平行于工件流动。
如上文描述，所公开实施方式的等离子体处理腔室100A大体平行并且跨工件116。此与从CCP源反应器中的“喷头”电极的常见轴对称自顶向下气体流注入相反，并且与在ICP或微波源反应器中的中心轴附近从喷嘴阵列的径向向外/向下气体注入相反。此外，不在工件的周边周围轴对称地定位的泵送口或泵送气室，在实施方式中，气体优先地从大体与注入侧面相对的工件的侧面抽出。
在实施方式中，每个交叉流相的气体流124可以接通及断开以控制气体流旋转。在另一实施方式中，不接通及断开气体流124，调变函数可应用于来自气体注入器118的气体流124的流动速率和/或应用于由泵送口120导致的出口传导率(或压力)，用于近似打开/关闭状态或使用诸如正弦的调变函数在状态之间斜变。如图1B所示，第一气体流124A及第二气体流124B的一者或两者的流动速率可以使用一个或多个气体入口阀122A及122B(例如，压电阀)调变，所述气体入口阀分别耦合到气体注入器118A及118B。在实施方式中，气体入口阀122A及122B耦合到一个或多个气体源126，使得单种类型的气体、或不同类型的气体的混合物可在每个旋转相期间注入处理区域110中。在一个实施方式中，恒定总气体流可由气体注入器118施加以在完整的循环中平滑且顺序地跨工件116的不同侧面注入气体流，可随后根据需要重复该循环。
此外，在一些实施方式中，可调变一个或多个泵送口120。例如，泵送口传导率(压力)可使用泵送口120A及120B上的独立压力控制阀127A及127B调变。还图示了泵送口120A及120B耦合到一个或多个泵132以抽空气体。在所示的实例中，泵送口120A中的压力控制阀127A在关闭位置中，而压力控制阀127B图标为在打开位置中以排出第一气体流124A。压力控制阀127A及127B可在两种传导率或压力状态之间平滑地操作，其随后以与气体注入器118A及118B相同的序列循环。在一个实施方式中，压力控制阀127A及127B包含节流阀。
等离子体腔室100A可注入各种类型的处理气体。示例性处理气体可包括下列：i)介电蚀刻气体，包括C4F8、C4F6、C3F6、CH2F2、C3H2F4中的一个或多个；ii)沉积气体，包括CH4、C2H2中的一个或多个；iii)用于蚀刻或沉积的共同流动的额外气体，包括Ar、N2、O2、He、Kr、Xe、COS中的一个或多个；iv)半导体材料蚀刻沉积气体，包括SiCl4、SiCH2Cl2中的一个或多个；v)基于氢化物的沉积气体，包括BH3、AlH3、GaH3、NH3中的一个或多个；vi)氧化物材料蚀刻沉积气体，包括SiCl4、SiCH2Cl2、及O2中的一个或多个；和vii)退火气体，包括NH3、N2、Ar中的一个或多个。
在一些实施方式中，等离子体处理腔室100A可进一步包括传感器131及用于以高灵敏度及实时测量监控处理腔室条件的系统，所述处理腔室条件包括气体流动、速度、压力、温度及类似者。特定实施方式可以包括电容壁传感器、片上或片外热传感器、压力传感器、和/或基板(诸如陶瓷基板或玻璃或硅或柔性基板)上集成的传感器(电容传感器及热传感器)。在一些实施方式中，传感器可以在整个腔室中分布以监控各个位置处的腔室条件，所述腔室条件随后可以与总处理性能相关，诸如蚀刻速率、蚀刻不均匀性、粒子产生、工艺漂移、压力均匀性等。在一个实施方式中，多个压力传感器或压力传感器阵列可以在整个腔室中分布以在处理期间提供关于气体流的数据(例如，旋转速率、均匀性、速度)。
图1B进一步图示了等离子体处理腔室100A可连接到控制器140，该控制器继而可连接到用户界面142。在一些实施方式中，控制器可耦合到气体入口阀122、压力控制阀127、气体源126、泵132及传感器131以控制等离子体处理腔室100A的操作。使用者可设置处理参数并且经由来自用户界面142的控制器140监控等离子体处理腔室100A的操作。
等离子体处理腔室的多相架构实现许多不同的配置选项。例如，图1C示出了在实施方式中的等离子体处理腔室100B的横截面图，该等离子体处理腔室包括自顶向下气体流以及提供侧对侧气体流的一或多对气体注入器118及泵送口120。在此实施方式中，腔室盖104可经配置有喷头板128(第1B的控制器及UI为了简便未图示)。喷头板128可具有中心歧管129及一个或多个外部歧管130，用于将气体连同由气体注入器118A及118B分布的气体一起分布到处理区域110中。使用喷头板128，可将额外气体引入具有垂直速度分量的腔室中，但由气体注入器118A从一侧注入气体并且由泵送口120B在工件116的另一侧上抽出大体导致气体速度跨大部分工件116的水平分量。同样，尽管泵送口120可在侧壁112上或在腔室的上表面或下表面上，泵送口120大体从注入侧面跨过。由此，尽管在垂直方向上可存在离开气体的速度分量，气体速度大体是水平的并且在工件116之上的区域中平行于工件116。
图2A至图2C是根据一个实施方式示出具有3相旋转交叉流操作的等离子体反应器的等离子体处理腔室的图。图2A是3相旋转交叉流等离子体处理腔室的成角度半透明视图的示意图。图2B是根据另一实施方式的3相旋转交叉流等离子体处理腔室的俯视图的示意图。
参见图2A，具有3相旋转交叉流操作的等离子体处理腔室200A类似于关于图1A至图1C图示的实施方式，因为腔室200包括围绕工件216的侧壁212。然而，除了两个气体注入器218A及218B以及两个相对泵送口220A及220B之外，等离子体处理腔室200进一步包括气体注入器218C及在侧壁212的大体相对侧面上定位的相对泵送口220C以抽出气体流。气体注入器218A及相对泵送口220A形成一个气体注入器-泵送口对，气体注入器218B及相对泵送口220B形成第二气体注入器-泵送口对，并且气体注入器218C及相对泵送口220C形成第三气体注入器-泵送口对。(气体注入器218A-218C统称为气体注入器218，并且泵送口220A-220C统称为泵送口220)。
在此实施方式中，如图所示，气体注入器218各自在侧壁212中包含单通气孔。在一个实施方式中，如图所示，气体注入器218围绕等离子体处理腔室200的中心轴对称地布置，并且泵送口220围绕等离子体处理腔室200的中心轴对称地布置。在包含三个注入器-泵送口对的3相旋转交叉流实施方式中，注入器-泵送口对彼此偏移达120°(360°/3)。更具体地，气体注入器218彼此以大约120°定位，并且泵送口220彼此以120°定位。在间隔开的气体注入器218之间横向分散的泵送口220以及与气体注入器218垂直地偏移。
图2B图示了包含独立气体注入器的阵列的等离子体处理腔室200B的俯视图，该阵列称为气体注入器阵列218D，其中独立气体注入器围绕侧壁212的周边分布。还图示了三个气体入口阀122A-122C，及三个压力控制阀127A-127C，每个泵送口120一个(参见图1B)。在气体注入器阵列218中的较小独立气体注入器的集合(诸如四个注入器，如图所示)可由单一气体入口阀122A-122C调变以跨工件216在各个方向上产生气体流。气体流随后由泵送口之一抽出，所述泵送口由大体与调变气体入口阀122A-122C相对的压力控制阀127A-127C的对应一者控制。在此情况下，在一实施方式中，气体注入器跨距大于对应泵送口的跨距，从而导致稍微汇聚的流(例如，流299)到达相对较窄的泵送口。
图2C进一步详细地示出了由等离子体处理腔室200B执行的3相旋转交叉流操作的时序图。时序图假设存在三个气体入口阀122(GV1、GV2、GV3)及存在三个压力控制阀127(PV1、PV2、PV3)。X轴表示时间并且Y轴表示i)在底部行中气体阀打开的百分比，在中间行中泵送口关闭的百分比，及在顶部行中由Baratron(压力计)测量的腔室压力。
控制器可耦合到等离子体处理腔室200并且经配置为控制气体入口阀122A-122C及压力控制阀127A-127C。控制器通过完全打开GV1至100％并且部分打开GV2及GV3(例如，以大约2-5％)开始第一相。在第一相期间，PV1打开而PV2及PV3关闭，并且腔室压力在1mT与500mT之间。
GV1在第一相与第二相之间的转变附近开始关闭，并且气体流的方向通过完全打开GV2至100％来旋转以开始第二相。GV1及GV3以大约2-5％部分打开。在第二相期间，控制器打开PV2并且保持PV1及PV3关闭。腔室压力可在一些实施方式中保持在1mT与500mT之间，或在其他实施方式中在10mT与200mT之间。
在第二相与第三相之间的转变附近，GV2斜降，并且气体流的方向通过将GV3打开到100％以开始第三相来旋转。GV1及GV2以大约2-5％部分打开。在第三相期间，控制器打开PV3并且保持PV1及PV2关闭。此完成3相循环，该循环可根据需要重复。如图所示，相对恒定的腔室压力在三个气体流相期间维持。在一实施方式中，打开及关闭GV1、GV2及GV3相继有效地产生旋转气体流，其可模拟晶片旋转。在一个实施方式中，以大约在100ms至10sec的范围中速率执行气体流的单个完全旋转。
在气体流相与循环之间的许多不同变化可发生。此是控制等离子体处理腔室的操作的每个参数可跨多个相及多个循环变化。例如，跨不同循环，完成整个循环的时间可以是相同或不同的。完成相的时间在循环内可以是相同或不同，并且可跨不同循环相同或不同。气体流旋转的方向(例如，顺时针、逆时针)在循环的相内可以是相同或不同的，可以是非连续的，或跨循环可以是相同或不同的。气体流的速度在循环的相内可以是相同或不同的，或跨循环可以是相同或不同的。气体阀的打开％及气体阀打开的时间在循环的相内可以是相同或不同的，或跨循环可以是相同或不同的。压力控制阀的打开％及压力控制阀打开的时间在循环的相内可以是相同或不同的，或跨循环可以是相同或不同的。例如，在一实施方式中，旋转针对工艺的第一部分以一个速率执行，并且随后针对工艺的第二部分减慢到第二速率。在一实施方式中，旋转针对工艺的第一部分以一个速率执行，并且随后针对工艺的第二部分加速到第二速率。在一实施方式中，针对单个旋转循环的第一部分，旋转是快的，并且针对旋转的第二部分减慢。在一实施方式中，针对单个旋转循环的第一部分，旋转是慢的，并且针对循环的第二部分加速。通过在单个循环内、或循环之间变化旋转速度，可补偿工艺不均匀性。在其他实施方式中，在循环内、循环之间、或在循环集合之间，方向在顺时针与逆时针之间改变。同样，在实施方式中，在第一相、第二相、及第三相之间的气体流动速率可在循环内、循环之间、或循环的集合之间变化。
图2D标出了图标了其之上的气体递送系统的腔室盖104的顶部的成角度视图。在一个实施方式中，气体递送系统225包含气体入口阀122的阵列，其中气体入口阀122的每一者在其之上定位，并且在腔室盖104的周边周围对称地布置。在所示的实施方式中，气体递送系统225包含6个气体入口阀122，但具体数量可变化，例如，两个或多个。气体入口阀122的每一者的顶侧可连接到以辐条及轮毂形成布置的气体管线组件250，其中轮毂连接到图1B及图1C所示的气体源126。气体入口阀122的底侧可连接到循环气体管线252的相应集合。循环气体管线252的每个集合可耦合到一个或多个气体注入器118。在所示的具体实施方式中，存在循环气体管线252的6个集合，其中4个入口各自耦合到气体注入器118，总计24个入口。
在实施方式中，气体入口阀122可包含模拟可变传导快速气体阀，该模拟可变传导快速气体阀允许快速响应而无导致气体点燃或发生电弧或难以达成RF匹配控制的过大压力尖峰。气体入口阀的具体实例包括商业可用的Swagelok eDE阀及Fujikin Piezo阀。Swagelok eDE阀可具有15-20msec的开/关时间，适用于密封大气/真空，并且具有40M循环的寿命。Fujikin Piezo阀具有比例流、10msec的开/关时间并且可具有远大于40M循环的寿命，取决于用途。两种阀均可提供最高2.5slm@400T上游压力的气体流。
图2E示出了等离子体腔室的成角度横截面图。此视图图示了在循环气体管线252与气体注入器118之间的连接。还图示了一个实施方式，侧壁112可包含外部侧壁112A及内部侧壁112B(或衬垫)，且气体注入器在外部侧壁112A与内部侧壁112B之间的空间中形成，并且气体穿过内部侧壁112B中的开口从循环气体管线252注入。
图2F至图2H示出了其中形成泵送口120的真空腔室的成角度及横截面图。在实施方式中，真空腔室275在由泵132(图1B及图1C)控制的动态真空下。在一个实施方式中，真空压力可从1mT至500mT变化。在一个实施方式中，腔室底板106包含上部腔室底板106A及下部腔室底板106B，并且泵送口120在上部腔室底板106A与下部腔室底板106B之间的真空腔室275中的空腔内形成。泵送口120也图示为在支撑基座108周围对称地布置。
致动器277耦合到压力控制阀127以控制泵送口120的每一者。图2H图示了泵送口120由致动器277之一关闭及打开，从而在每个泵送口120的空腔内升高及降低对应压力控制阀229。图2F图示了在一个实施方式中，压力控制阀229可包含单个整体以密封相关联的口，而图2G图示了在另一实施方式中，压力控制阀229可分为一个或多个相邻区段(在此情况中为2)，各自由对应致动器277控制。在一实施方式中，参见图2H，左侧的压力控制阀127向下(打开)，并且右侧的压力控制阀127向上(关闭)。在图2F及图2G中，所有压力控制阀图标为在关闭位置中。
图2I至图2K是根据一个实施方式示出具有3相旋转交叉流的示例电感耦合等离子体(ICP)腔室的成角度半透明视图的图。如图2I所示，ICP腔室280包括邻近腔室盖(未图示)以平面多螺旋线圈形式的电极282。电极282包括RF驱动的支柱286并且可包括沿着最大半径的三个接地末端284。图2J图示了在腔室盖的外部周边周围对称地布置而定位的气体注入器288。在一个实施方式中，气体注入器288可包含60°宽的入口，其间具有60°宽的空间。图2K图示了在腔室底部的外周边周围对称地布置的泵送口290，各自与气体注入器288之一相对地直接以180°定位。
图3A至图3F是根据一个实施方式示出具有4相旋转交叉流操作的等离子体处理腔室的俯视图的图。图3A示出可具有方形的等离子体处理腔室300的图，该方形具有四个侧壁312。四个侧壁312的每一者包括四个气体注入器阵列318A-318D之一及四个相对泵送口320A-320D之一。
图3B示出4相旋转交叉流操作的图。经由4相循环，气体从四个侧壁312的每一者注入并且从相对侧面抽出。每个泵送口320A-320D的传导率可以利用快速独立节流阀调变。相1图示了从左到右的第一气体流。相2图示了顺时针旋转到自顶向下第二气体流。相3图示了顺时针旋转到从右到左第三气体流。并且相4图示了顺时针旋转到自底向上的第四气体流。在一个实施方式中，取决于应用，每个相可持续大约0.5至2秒。
图3C及图3D是根据所公开实施方式的进一步方面示出具有故意不均匀的中心及边缘气体注入及相对侧面口泵送的4相旋转交叉流操作的图。在此实施方式中，在气体注入器阵列318A-318D的每一者中的独立气体注入器可以接通/断开或具有由气体入口阀122控制的调变流动速率。图3C图示了中心到边缘气体流的4相实例，其中在每相中，相对于气体注入器阵列318A-318D中的边缘气体注入器，从气体注入器阵列318A-318D的每一者中的独立气体注入器的中心气体注入器注入的气体流具有较大流动速率。图3D图示了边缘到中心气体流的4相实例，其中相对于气体注入器阵列318A-318D中的中心气体注入器，从气体注入器阵列318A-318D的每一者中的独立气体注入器的边缘气体注入器注入的气体流具有较大流动速率。所公开实施方式的此种不均匀的中心及边缘气体注入可随着时间故意改变及控制以控制工件处理均匀性。在一实施方式中，在一个循环期间、在循环之间、或在循环集合之间，一个或多个气体注入器的相对中心及边缘流变化。
图3E是示出多相(例如，4相)旋转交叉流操作的单相的图，其中气体流的至少一部分转向到工件的侧面，而非跨工件的100％交叉流。在此极端情况下，相对泵送口关闭，而侧面泵送口打开，从而最小化跨工件中心的气体流及速度。此工艺可用于控制均匀性。在实施方式中，如图3E所示的此种转向气体用于整个工艺、或用于循环的仅一部分或用于在工艺方案中的循环的一者或较小集合。在实施方式中，转向的气体流在腔室周围旋转达一个或多个循环。
图3F是多相循环的单相的图，其中气体流使用较小宽度的泵送点跨工件导引。如在图3C中，来自每个气体注入器阵列中的独立气体注入器的中心气体注入器的气体流相对于气体注入器阵列中的边缘气体注入器具有较大的流动速率，并且相对泵送口打开，而其他泵送口关闭。在进一步实施方式中，与上文描述的实施方式相比较小宽度的泵送口迫使气体跨工件的中心区域流动。在此实施方式中，对于常见的300mm晶片腔室，较小泵送口可具有3.5"宽x(1/多个)x(14")长中心线径向弧长的尺寸，而较大单个泵送口可具有3.5"宽x14"长中心线径向弧长的尺寸。大体上，泵送口的尺寸、或大小应当足以用于工艺应用流传导，而足够窄的口宽度开口用以促进在晶片上方从腔室的气体入口侧到泵送口侧的均匀“交叉流”。
用于蚀刻速率均匀性调谐的多相旋转交叉流
使用旋转调变的交叉流可以允许从腔室的周边边界的处理均匀性控制。在密集等离子体区域的周边边界及外部处使用气体注入和/或泵送作为控制输入而不引入几何形状不连续性(例如，气体注入孔)的此调谐能力允许形成均匀等离子体，其中归因于暴露的面向等离子体的表面(即，具有气体孔或气体喷嘴的电极/喷头)的蚀刻、磨损、或涂布而导致随着时间的漂移或改变最小。
所公开实施方式的蚀刻速率均匀性调谐包括两个方面。蚀刻速率均匀性调谐的第一方面包括跨工件变化气体流注入角度，如图3G所示。
可以单独使用或与第一方面结合使用的蚀刻速率均匀性调谐的第二方面包括同时跨工件注入处理气体混合物及独立气体注入(IGI)混合物，其中IGI混合物用作气帘以增加或减少工件的具有较快蚀刻速率的区域，如图3H至图3K所示。
参见图3G，根据跨工件变化气体流注入角度的蚀刻速率均匀性调谐的第一方面图示4相旋转交叉流。类似于图3A所示的实施方式，等离子体处理腔室包括一个或多个气体注入器阵列318，所述气体注入器阵列包含在工件316周围围绕侧壁的周边分布的独立气体注入器，除了侧壁在此实例中是圆柱形并且泵送口为了清楚未图示。在所示实例中，图标了三个气体注入器阵列318。在相1中，气体流324如由指向工件316的箭头的一个集合图标从顶部注入，并且如由背离工件316的箭头的另一集合图标从相对侧面抽出。
倀此实施方式中，在气体注入器阵列318的每一者中的独立气体注入器可以接通/断开或具有由气体入口阀122(图2B)控制的调变流动速率以改变跨工件316的气体流注入角度。控制器140(图1B)可以经配置为通过改变用于注入气体流324的相邻独立气体注入器的数量来改变相之间的气体流注入角度。在气体流注入之前、期间、或之后，控制器140可在相邻独立气体注入器的宽集合或相邻独立气体注入器的窄集合之间进行选择。选择相邻独立气体注入器的较宽集合(即，具有较大数量的注入器的集合)增加气体流注入角度。选择相邻独立气体注入器的较窄集合(即，具有较小数量的注入器的集合)减小气体注入角度。此外，如图所示，相邻气体注入器的集合可包含来自单个气体注入器阵列318的独立气体注入器、或来自相邻气体注入器阵列318的独立气体注入器。
在图3G的实例中，气体流316的注入角度从一个相到下一相减小。在第一相中的气体流注入角度是相对宽的，例如，大约116°。在第二相中的气体流注入角度减小到大约79°。在第三相中的气体流注入角度减小到大约42°。并且在第四相中的气体流注入角度减小到相对窄的注入角度6°。
增加或减小从一个相到下一相的气体流注入角度可提供具有不同流动速率的相并且更改工件上的蚀刻速率均匀性。所公开实施方式的此种不均匀的气体注入角度可随着时间故意改变及控制以控制工件处理均匀性。举例而言，减小气体注入角度可增加蚀刻速率均匀性。在一实施方式中，在一个相或循环期间、在相或循环之间、或在循环集合之间，一个或多个气体注入器的气体流注入角度可变化。
参见图3H至图3K，图示了示出多相循环的单相的图，其中处理气体混合物及独立气体注入(IGI)混合物均根据蚀刻速率均匀性调谐的第二方面注入。类似于图3G所示的实施方式，等离子体处理腔室包括一个或多个气体注入器阵列318，包含在工件316周围围绕侧壁的周边分布的独立气体注入器。控制器140(图1B所示)可经配置为在蚀刻应用期间控制等离子体处理腔室，其中在工件316上的材料的蚀刻速率均匀性及关键尺寸均匀性(CDU)通过使用气体注入器阵列318调谐或控制以在大体平行于并且跨工件316的表面的方向上注入一个或多个气体流。
每个交叉流相可注入气体流，该气体流包含处理气体混合物324A或324B(诸如蚀刻剂气体)、及IGI混合物326A或326B。根据所公开实施方式，IGI混合物326A用作气帘，其用作处理气体混合物324A的稀释增强剂，并且IGI混合物326B用作气帘，其用作处理气体混合物324B的蚀刻剂浓度比增强剂。
图3H及图3I示出了使用IGI混合物326A作为气帘，其用作处理气体混合物324的稀释增强剂以减小在工件316上具有最快蚀刻速率的区域。图3H图示了在操作中，包含处理气体混合物324A的第一气体流跨工件316从独立气体注入器的子集注入并且从相对侧面抽出。同时，包含IGI混合物326A的第二气体流跨工件316从剩余独立气体注入器的至少一部分注入。在一个实例中，第一气体流或处理气体混合物324A可包含基线气体，而第二气体流或IGI混合物326A可包含氪(Kr)气帘。未用于注入处理气体混合物324A的独立气体注入器的全部或仅一部分可用于注入IGI混合物326A。此外，在替代实施方式中，处理气体混合物及IGI混合物可在重叠的时间注入，而非同时注入。
图3I图示了当处理气体混合物324A包含蚀刻剂气体时，工件316具有不同蚀刻速率，由于处理气体混合物324A集中在工件316的仅一部分上方。最快蚀刻速率沿着邻近气体流源的工件316的边缘在区域328A中发生，而最低蚀刻速率沿着由IGI混合物326A覆盖的工件316的剩余边缘区域在区域330A中发生。因为IGI混合物326B稀释处理气体混合物324A，稀释的蚀刻剂减小工件的具有最快蚀刻速率的区域328A。因此，工件316的径向均匀性变成边缘缓慢轮廓。通过改变用于注入IGI混合物326B以增加或减小IGI混合物326B的稀释效应的气体注入器的数量，可以分别进一步减小或增加较快蚀刻速率的区域328A。
图3J示出了使用IGI混合物326B作为气帘，其用作处理气体混合物324B的蚀刻剂浓度增强剂以增加工件的具有最快蚀刻速率的区域。在操作中，包含处理气体混合物324B的第一气体流跨工件316从独立气体注入器的子集注入并且从相对侧面抽出。同时，包含IGI混合物326B的第二气体流跨工件316从独立气体注入器的剩余独立气体注入器注入。独立气体注入器的剩余独立气体注入器的全部或仅一部分可用于注入IGI混合物326B。举例而言，第一气体流或处理气体混合物324B可包含基线气体，而第二气体流或IGI混合物326B可包含C3F6/O2气帘。
图3K图标了最快蚀刻速率328B沿着邻近气体流源的工件316的边缘在区域328B中发生，而最低蚀刻速率沿着由IGI混合物326B覆盖的工件316的剩余边缘在区域330B中发生。因为IGI混合物326B浓缩处理气体混合物324B，故额外蚀刻剂增加具有最快蚀刻速率的工件316的区域328B。因此，径向均匀性变成边缘快速轮廓。
图3H至图3K图示了通过改变第一气体流或处理气体混合物324A或324B的气体流注入角度和/或第二气体流或IGI混合物330A及330B的气体流注入角度(例如，通过改变所使用的气体注入器的数量)，可以增加或减小蚀刻剂浓度，以分别增加或减小最快蚀刻速率的区域。图3H至图3K图示了在没有旋转的单相期间注入的处理气体混合物及IGI混合物。
图3L是图示用于在工件上实现径向蚀刻速率均匀性的多个气体流相或旋转的结果的图。如所描绘，通过在多个气体流相或旋转(例如，三个120°旋转)期间重复处理气体混合物及IGI混合物的同时注入，在较快与较慢蚀刻速率之间的差异可实现工件上的径向蚀刻速率均匀性。
在实施方式中，处理气体混合物324A及324B可包含蚀刻剂气体或沉积气体。蚀刻剂气体的实例可包括CXFY(诸如C3F6、C4F6、C4F8、C5F8等)、CXHYFZ(诸如CHF3、CH2F2、C3H2F4等)、富含氟的气体(诸如NF3、SF6等)、及CXHY(诸如CH4、C2H2等)。
处理气体混合物324A及324B或IGI混合物326A及326B可包含稀释剂、惰性或清洁气体。稀释剂气体的实例可包括He、Ne、Ar、Kr、Rn、N、及Xe，并且清洁气体的实例可包括OX、N2、SFx、NFx及类似者。如在等离子体蚀刻领域中熟知，大体上，较高碳与氟比率及较高氢与氟比率趋于增加表面沉积的概率，而较低速率增加表面蚀刻的概率。即，高碳与氟比率(例如，1/1)或高氢与氟(例如，3/1)比率的气体(诸如CH3F)通常更像沉积气体，而较低碳与氟比率(例如，1/3)或较低氢与氟(例如，1/3)比率的气体(诸如CHF3)更像蚀刻气体。介电蚀刻/沉积气体可以像蚀刻剂气体或沉积(聚合)气体，取决于等离子体(其他存在的气体或其在主体等离子体中浓度、电子密度及电子能量分布，表面处的离子能量分布)及表面条件(温度及材料组成)。
所公开实施方式的这些方面的优点包括：(1)交叉流气体流相比经由使用喷头具有沿着工件的边缘至少快2倍，及在中心快至多5倍的水平速度。(2)交叉流设计可以在任何时间在工件上的任何地方维持佩克莱数(Peclet number)大于1。此意味着平流运输可以使得等离子体下方的再解离最小化。(3)碳氟及蚀刻副产物的总体密度在交叉流操作中更均匀的，因此改进等离子体(鞘)均匀性。
图4A至图4C是图示每60°以时间绘制的3相旋转交叉流中的旋转气体流的俯视图的图。箭头表示向量，图标速度的量值并且轮廓表示压力梯度。气体流动速率的快照以0°、60°、120°、180°、240°、及300°图示。图4C中的曲线图图标了随着时间的气体注入器及泵送口压力在3相中是相对一致的。图4A至图4C所示的示例操作可在重复循环中独立使用或更可能组合使用，用于最大化处理均匀性。
反应性离子蚀刻
作为示例应用，等离子体处理腔室可用于在半导体制造期间执行精确反应性离子蚀刻。
图5示出了根据一个实施方式的由具有旋转气体交叉流的等离子体处理腔室处理的包含堆叠的存储器器件的晶片的一部分的横截面图。在一个实施方式中，图标在制造期间堆叠的存储器器件的中间结构。在一个实施方式中，中间结构400将包含3D-NAND结构并且包括基板402、基板402上方的交替层堆叠404、交替层堆叠404上方的层间介电(ILD)层406、以及ILD层406上方的掩模层408。交替层堆叠404可包含交错的绝缘体层404A及404B(例如，氮化硅、氧化硅及类似者)。ILD层406的实例可包括旋涂玻璃、SOC、非晶碳(a-C)、非晶硅(a-Si)、金属硬掩模(诸如W、WBC等)及SiON。
掩模层408可定义集成电路的图案，其中图案用以在后续图案化步骤中引导从晶片沉积或去除材料。在此实例中，反应性离子蚀刻通过等离子体处理腔室执行以去除掩模层408中的一些开口之间的材料，用于形成穿过ILD层406及交替层堆叠404到基板402的开口410，其中开口410及金属层404A的交点可最终形成存储器单元。由等离子体处理腔室注入的气体流(如上文描述)可以经定制以控制开口410的蚀刻深度均匀性以及深宽比(深度与宽度)均匀性。在一个实施方式中，一个或多个开口410可经蚀刻为具有穿过ILD层406的第一深宽比及穿过交替层堆叠404的第二深宽比。在实施方式中，如图所示，一个或多个开口410可具有穿过交替层堆叠404的变化深宽比，称为弯曲。在一个实施方式中，开口410可经蚀刻为具有大于8-1、9-1或10-1的高深宽比。在实施方式中，一个或多个开口410也可具有变化的蚀刻深度。
在实施方式中，3D-NAND离子蚀刻应用可包括如上文描述的柱蚀刻、狭缝蚀刻、周边接触蚀刻、阶梯接触蚀刻、单元接触-1蚀刻、及单元接触-1蚀刻。在实施方式中，深宽比、蚀刻深度及弯曲特性可以是由机器学习模型监控的参数，如下文描述。
使用机器学习(ML)模型来控制具有多相旋转交叉流的等离子体处理腔室
配置上文描述的等离子体处理腔室以在工件(例如，晶片)上提供期望结果需要包含可以独立地控制的许多不同处理参数(即，旋钮)的复杂组合的工艺配方。实例可包括总气体流混合物、气体压力(mTorr)、气体流斜变打开时间(msec)、气体流动时间(msec)、气体流斜变关闭时间(msec)及类似者。
为了开发用于大批量制造(HVM)的工艺配方，工艺工程师依赖于其经验及专业知识来识别基线配方，该基线配方可提供对晶片上的期望结果的粗略近似。随后在基线配方周围产生依赖于处理晶片集合(或试样)以便识别旋钮如何相互作用的实验设计(DoE)。DoE结果可由工艺工程师解读以进一步细化基线配方。还可执行额外DoE以便汇聚在晶片上的期望结果上。此种迭代工艺是时间及资源密集的。
此外，一旦已经开发最终工艺配方，在用于不同晶片的工艺的众多迭代期间的腔室漂移就可导致晶片上的结果的改变。腔室漂移可以是腔室的可消耗部分的腐蚀、部件(例如，传感器、灯等等)的劣化、在表面上方沉积副产物膜、或类似者的结果。由此，甚至在广泛的配方开发工艺之后，需要额外调谐。
随后，配方开发及腔室基线处理是时间及资源密集的。特定地，可用于调谐及优化给定工艺的工艺空间是非常大的，并且在实务中不可能在任何合理的时间范围内按照经验探索整个工艺空间。此外，归因于在处理参数之间的相互作用及其对处理性能的影响，非常难以通过一次手动扫描一个参数来预测多个处理参数的同时变化的组合效应。
所公开实施方式的第二方面包含利用一个或多个机器学习(ML)模型以控制具有多相旋转交叉流的等离子体处理腔室的半导体制造工具。ML模型可用于开发工艺配方和/或处理装置或工件。ML模型可将输入处理参数连接到装置输出。
在一实施方式中，控制处理的方法包含查询ML模型以控制气体流旋转的时序。在一实施方式中，用于开发半导体制造工艺配方的方法包含选择一个或多个器件结果，并且当由具有多相旋转交叉流的等离子体处理腔室处理时查询ML模型以获得适用于获得所述器件结果的工艺配方推荐。此可称为前馈工艺调节。在一实施方式中，方法可进一步包含对晶片集合执行实验设计(DoE)以验证由ML模型推荐的工艺配方。可进行DoE的测量并且其用于改变未来晶片的工艺配方，用于反馈工艺调节。
此外，随着工具上性能变得可用，可在处理腔室中的晶片期间更新ML模型，并且随后更新工艺推荐或主动改变配方。此可称为“动态(on the fly)”或实时工艺调节。
配方改变可包括修改步骤内的配方，例如，当蚀刻晶片的顶部时增加气体流的旋转频率并且随着蚀刻到达较低位置降低旋转速率，或反之亦然。另一实例是更新的机器学习模型修改单个旋转内的输入参数，诸如当处理图5的堆叠的存储器器件时使蚀刻深度在开始及结束气体流旋转时略微不同。更新的ML模型可以提供腔室漂移的准确追踪并且允许在不需要实体晶片的过度DoE或仅依赖于工艺工程师的经验及知识的情况下对工艺配方进行修正。
由此，本文公开的实施方式利用ML模型的使用来查询整个工艺空间，而不需要在大实验设计(DoE)中处理实体晶片。由此，可以显著减少专用于配方开发的时间及资源。
ML模型可由统计模型及实体模型的组合产生的工艺空间的模型。如本文使用，“工艺空间”可指将处理参数映射到晶片上的一个或多个器件结果的多维工艺空间。处理参数(有时称为旋钮)是可以经控制以控制工艺的变量。例如，旋钮或处理参数可包括但不限于下列的任何组合：温度、RF源功率、偏压功率、气体压力(mTorr)、气体流斜变打开时间(msec)、气体流动时间(msec)、气体流斜变关闭时间(msec)、在各个气体注入器处的气体流分数、在各个注入器处的气体组成、到各个注入器的气体流分数、气体流旋转频率、气体流组成频率、气体流动速率/速度(压力梯度)、气体流方向、气体旋转相、电子/等离子体密度、等离子体密度梯度、电子温度、离子电流密度、等离子体电位、鞘电场、电位、鞘电场倾斜角度、鞘电场z分量、质量分数、通量、及到工件的离子电流密度。
器件结果可指在处理之后的晶片上的特征的可测量性质。例如，所选器件结果可包含下列的任何组合：特征轮廓、层厚度、厚度均匀性、层的材料组成、组成均匀性、孔隙度、膜应力、跨设施中的多个腔室的处理均匀性(例如，腔室匹配)、晶片间的均匀性、在不同晶片批次之间的均匀性、及类似者。在蚀刻工艺期间，所选器件结果可进一步包括下列的任何组合：蚀刻速率、中心到边缘的蚀刻或均匀性、蚀刻速率均匀性方位角、蚀刻特征均匀性(通常由顶部与底部临界尺寸(CD)描述)、倾斜、弯曲、及掩模剩余、及类似者。即，器件结果不限于单个晶片上的结果。工艺空间中的每个点可表示处理参数值的集合及由处理参数集合产生的所得器件结果(或多个结果)的表示。
在一实施方式中，ML模型的统计模型可使用实际晶片的DoE构建以填充工艺空间的一部分。算法可随后用于外推工艺空间的剩余部分。实体模型是基于在处理腔室内发生的真实物理及化学相互作用。在不同处理参数的范围内的处理腔室中的物理及化学相互作用的仿真可用于实例化模型。在一实施方式中，实体模型与统计模型合并以提供ML模型。例如，实体模型可用于填充统计模型中的任何间隙及/或验证外推的数据点。
现在参见图6，根据一实施方式图标了利用ML模型的处理工具600的方块图。处理工具600包含对应于上文描述的等离子体处理腔室的工具硬件640、机器学习模型服务器620、前端服务器660、及控制服务器650。
在一实施方式中，ML模型服务器620可包括统计模型625及实体模型627。统计模型625及实体模型627可通信地耦合到用于存储输入数据(例如，传感器数据、模型数据、计量数据等)的数据库630，该输入数据用于构建和/或更新统计模型625及实体模型627。
在一实施方式中，统计模型625可由实体DoE产生并且使用内插提供扩展的工艺空间模型。所处理的实体晶片可用于提供处理参数到具体器件结果的映射。实体DoE也可用于识别在不同处理参数之间的相互作用。在提供实体晶片的数据(例如，计量数据、传感器数据、处理参数数据等)之后，外推用于填充工艺空间中的间隙。在一实施方式中，可使用通过数据链接(例如，有线或无线数据链接)通信地耦合到ML模型服务器620的外部工具获得数据(诸如计量数据)。内插可使用一个或多个任何适宜算法完成。算法可包括但不限于神经网络、深度学习或用于回归分析的任何其他已知的技术，(例如，线性、偏最小二乘、高斯、多项式、用于回归的卷积神经网络、回归树等等)。
在一实施方式中，可将统计模型625提供为出售或授权与处理工具结合使用的模块。也就是说，统计模型625的实体DoE可由处理工具的制造商执行。在其他实施方式中，统计模型625可通过现场执行实体DoE来产生。在又一实施方式中，一般统计模型625可由工具制造商提供并且后续实体DoE可现场执行以提供对统计模型625的校准来更紧密地模型化所研究的特定处理工具。
在一实施方式中，可使用真实物理及化学关系来实例化模型627。例如，在处理腔室内各种相互作用的物理及化学方程式可用于构建实体模型。实体模型627还可利用腔室几何形状或其他腔室配置来改进实体模型627的准确性。实体模型627可以是跨多个不同处理参数仿真处理工具内的实体及化学相互作用的结果。实体模型627可以是经出售或授权与处理工具结合使用的模块。
在一实施方式中，实体模型627及统计模型625可能够彼此参考(如由箭头指示)。在两个模型627及625之间的交叉参考允许验证模型的每一者并且填充独立模型中的任何间隙。在一实施方式中，实体模型627及统计模型625可结合以提供更稳固ML模型。
如图所示，ML模型服务器620可与处理工具600集成。例如，如箭头所指示，ML模型服务器620可由网络连接通信地耦合到前端服务器660。然而，在其他实施方式中，ML模型服务器620可在处理工具600外部。例如，ML模型服务器620可经由外部网络或类似者通信地耦合到处理工具600。
在一实施方式中，前端服务器660可包含用于ML模型服务器620的用户界面665。用户界面665提供用于工艺工程师利用ML模型化的界面，以便执行各种操作，诸如配方开发或腔室基线处理，如将在下文更详细描述。在一个实施方式中，用户界面665可对应于图1B的用户界面142。
控制服务器650可包含智能监控及控制区块655。智能监控及控制区块655可包含用于提供处理工具600的诊断及其他监控的模块。模块可包括但不限于健康检查、传感器漂移、故障恢复、及泄漏监测。智能监控及控制区块655可从工具硬件640内实现的各个传感器接收数据作为输入。传感器可包括标准传感器647，所述标准传感器通常在半导体制造工具600中提供以允许操作工具600。传感器还可包括添加到工具600中的模型化传感器645。模型化传感器645提供构建高度详细ML模型所必须的额外信息。例如，模型化传感器可包括虚拟传感器和/或见证传感器。虚拟传感器可利用从两个或多个实体传感器获得的数据并且实施内插和/或外推，以便提供不可单独从实体传感器获得的额外传感器数据。在特定实例中，虚拟传感器可利用上游压力传感器及下游压力传感器，以便计算穿过处理工具(诸如气体盒)的一部分的流动速率。通常，模型化传感器可包括任何类型的传感器，诸如但不限于压力传感器、温度传感器、及气体浓度传感器。在一实施方式中，智能监控及控制区块655可提供由ML模型服务器620使用的数据。在其他实施方式中，来自各个模型化传感器645的输出数据可直接提供到ML模型服务器620。在一个实施方式中，控制服务器650可对应于图1B的控制器140。
现在参见图7A，根据一实施方式图示了示出用于产生ML模型的工艺的方块图。在一实施方式中，将来自模型化DoE 715的输入输入到统计模型引擎724中。模型化DoE 715可包括处理数个实体晶片。DoE 715可包括馈送到统计模型引擎724的各个数据源。例如，在处理晶片期间或之后获得的计量数据716可提供到统计模型引擎724。此外，在处理工具中来自传感器的传感器数据217可提供到统计模型引擎724。处理参数数据718(即，在处理晶片期间各个处理参数的值)也可提供到统计模型引擎724。
在一实施方式中，统计模型引擎724可实施为适用于分析各个数据源并且输出统计模型725的硬件和/或软件。统计模型引擎724可利用基于神经网络的机器学习、或用于回归分析的任何其他已知技术(例如，线性、偏最小二乘、高斯、多项式、用于回归的卷积神经网络、回归树等等)以便内插与可单独获自实体DoE数据相比较大的工艺空间。
在一实施方式中，实体模型引擎726用于实例化模型727。在一实施方式中，实体模型引擎726可实施为硬件和/或软件。实体模型引擎726将腔室配置及真实物理及化学方程式作为输入。实体模型引擎726可跨多个不同处理参数实施处理工具内的物理及化学相互作用的仿真以便构建实体模型727。因此，修改处理工具中的物理和/或化学反应的处理参数的改变可映射到期望器件结果。
在一实施方式中，统计模型725及实体模型727用作产生ML模型728的输入。例如，统计模型725及实体模型727可以是ML模型引擎729的输入。ML模型引擎729处理实体模型727及统计模型725并且输出ML模型728。在一些实施方式中，实体模型727可用于推导不可以测量的一些实体测量，并且实体模型727的输出可被认为是统计模型的额外输入。在此种情况下，ML模型引擎729将来自实体模型727的信息添加到统计模型725以提供ML模型728。由此，ML模型728允许两个模型725及727用于验证工艺空间中的独立点，并且提供可以独立地定制到给定处理工具的更完整工艺空间。然而，在一些实施方式中，取决于输出，实体模型727及统计模型725可以是独立式模型。也即是说，在一些实施方式中，统计模型725及实体模型727可能不合并到ML模型中。
在一实施方式中，ML模型也被认为系统计模型725的另一实例。例如，在图7B中，由实体模型引擎726输出的实体模型727可用作统计模型引擎724的输入。统计模型引擎724由此具有额外输入以便产生包括来自实体模型727的信息的统计模型725。特定地，统计模型引擎724可能已经包括来自实体模型727的数据，并且使用ML模型引擎产生ML模型可能不是在所有实施方式中必要的。
现参见图8，根据一实施方式图示了用于使用ML模型开发工艺配方的工艺870的流程图。靶向的工艺配方是具有处理参数集合的工艺配方，所述处理参数将导致晶片上的期望器件结果。在一实施方式中，工艺870可开始于操作871，其包括确定期望器件结果。在一实施方式中，器件结果可能是晶片装置尺寸、材料组成、或类似者。例如，对于图5所示的堆叠的存储器器件，器件结果可包括层厚度、跨晶片的厚度均匀性、层的材料组成、或材料组成均匀性。
在一实施方式中，工艺870可以操作872继续，其包含查询ML模型以选择处理参数集合。在一实施方式中，ML模型可以是由统计模型及实体模型的组合产生的工艺空间的模型。统计模型可使用如上文描述的实际晶片的DoE产生。实体模型可基于真实物理及化学方程式。例如，实体模型可由跨多个不同处理参数模拟处理工具内的物理及化学相互作用的产生。在一实施方式中，ML模型可覆盖可用于处理工具的整个工艺空间。
ML模型允许识别稳定的工艺配方，而不仅仅依赖于工艺工程师的经验及知识。而是，期望产生紧密匹配靶向器件结果的器件结果的基线配方能够从ML模型的工艺空间中选择。
在一实施方式中，工艺870可以操作873继续，其包含执行小DoE以验证模型推荐。归因于ML模型的高精确性，小DoE(例如，20或更少的晶片)可以是需要验证模型推荐的所有DoE。在一实施方式中，DoE可由工艺工程师设计。在另一实施方式中，DoE可使用ML模型设计。
在一实施方式中，工艺870可以操作874继续，其包含利用一个或多个计量工具测量DoE晶片结果。计量数据可以用于验证已经在晶片上实现靶向器件结果。
在一实施方式中，工艺870可以操作875继续，其包含确定是否已经实现期望器件结果。若已经实现期望器件结果，则工艺继续到操作876并且完成工艺。若尚未实现期望器件结果，则工艺可循环或反馈到操作872。在一实施方式中，来自小DoE的数据可回馈到ML模型中以便更新ML模型。例如，若工艺迭代地循环回到操作872，则基于从先前循环中执行的DoE学习的额外知识，于操作873执行的DoE可基于关于缺乏ML模型(例如，对于特定工艺或等离子体腔室)的位置的知识来设计。可随后查询更新的ML模型以提供第二基线配方。以此方式，即使当第一迭代不成功时，工艺仍可快速地汇聚到适当配方，而不需要过量DoE及浪费资源。
现参见图9，根据一实施方式图示了示出用于对处理工具进行基线处理的工艺980的流程图。在一实施方式中，基线处理工艺可有利于考虑在处理工具中处理晶片期间的腔室漂移。在一实施方式中，基线处理工艺可以任何期望频率实施。例如，工艺980可每批、每计划维护(PM)事件、或当经处理的晶片具有指定范围之外的器件结果时执行。
在一实施方式中，工艺980可开始于操作981，其包含利用外部计量运行晶片的有限DoE以对腔室性能进行基线处理。在一实施方式中，有限的DoE可包括二十个晶片或更少。有限的DoE可利用记录为基线的工艺配方。外部计量可包括适用于决定经处理晶片的器件结果的任何计量。例如，在氧化工艺的情况下，椭圆偏振法可用于研究跨晶片的膜厚度及厚度均匀性。
在一实施方式中，工艺980可以操作982继续，其包含将器件结果及其他计量数据添加到ML模型。添加到ML模型的额外数据可称为校准数据集合。校准数据集合用于更新ML模型，使得ML模型更准确地反映处理工具的当前条件。例如，工艺580可包括操作583，其包含调节模型预测以考虑到具体腔室条件。也就是说，更新ML模型的工艺空间以更紧密匹配所研究的处理工具的条件。
在一实施方式中，ML模型可系由统计模型及实体模型的组合产生的工艺空间的模型。统计模型可使用如上文描述的实际晶片的DoE产生。实体模型可基于真实物理及化学方程式。例如，实体模型可由跨多个不同处理参数模拟处理工具(诸如具有旋转交叉流的等离子体处理腔室)内的物理及化学相互作用的产生。在一实施方式中，ML模型可覆盖可用于处理工具的整个工艺空间。
在一实施方式中，工艺980可以操作984继续，其包含预测优化的处理参数以实现后续在腔室中处理的晶片的期望晶片结果。优化的处理参数可在ML模型已经更新为包括校准数据集合之后选择。由此，除了改变腔室条件之外，新工艺配方提供导致更紧密匹配靶向值的晶片结果的晶片参数。因此，可监控并且考虑到腔室漂移以便维持紧密处理窗并且增加均匀性、可重复性、及产量。此外，由于工艺配方可以准确地调节以考虑到腔室漂移，工具的未排程停机时间减少。此外，当PM确实发生时，可实施工艺980以提供较短恢复时间，此改进工具利用。
在一实施方式中，ML模型可进一步用于提供工艺配方的连续(或几乎连续)修正以考虑到腔室漂移。例如，在处理装置晶片期间获得的晶片及处理数据可获得并且用于更新ML模型。也就是说，专属DoE可能不是提供校准数据集合所必须的。可针对每一个晶片或针对所处理晶片的子集获得来自装置晶片的晶片数据。
此种实施方式可包括提供处理工具的ML模型。类似于上文描述的ML模型，ML模型可包括统计模型及实体模型。在一实施方式中，工艺可开始于在处理工具中执行配方以处理第一晶片。在处理第一晶片之后，可获得关于执行配方的来自第一晶片的晶片数据及来自处理工具的处理数据。在一实施方式中，晶片数据可包含计量数据，诸如但不限于厚度、厚度均匀性、及轮廓。在一实施方式中，处理数据可包括从处理工具内的传感器获得的数据和/或工具配置信息。在一实施方式中，将晶片数据及处理数据提供到ML模型以产生更新的ML模型。在一实施方式中，更新的ML模型用于产生修改的配方以考虑到处理工具中的腔室漂移。实施方式可随后包括在处理工具中执行修改的配方以处理第二晶片。尽管在上文描述单个第一晶片的处理，将了解，多个第一晶片可在产生更新的ML模型之前处理。在此种实施方式中，晶片数据及处理数据的多个集合可用于产生更新的ML模型。
图10标出了在计算机系统1000的示例性形式中的机器的图形表示，其中可执行用于导致机器执行本文描述的任何一个或多个方法论的指令集。在替代实施方式中，机器可连接(例如，网络连接)到局域网络(LAN)、网内网络、网外网络、或因特网中的其他机器。机器可在客户端-服务器网络环境中在服务器或客户端机器的容量中操作，或作为同级间(或分布式)网络环境中的同级机器。机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、网页设备、服务器、网络路由器、开关或网桥、或能够执行指令集(连续或以其他方式)的任何机器，该指令集指定由彼机器采取的动作。另外，尽管仅示出单个机器，术语“机器”也应当被认为包括机器(例如，计算机)的任何集合，所述机器独立或联合地执行指令集(或多个指令集)以执行本文描述的任何一个或多个方法论。
示例性计算机系统1000包括处理器1002、主存储器1004(例如，只读存储器(ROM)、闪存、动态随机存取存储器(DRAM)诸如同步DRAM(SDRAM)、或Rambus DRAM(RDRAM)等)、静态存储器1006(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)、MRAM等)、及辅助存储器1018(例如，数据储存装置)，其等经由总线1030彼此通信。
处理器1002表示一个或多个通用处理装置，诸如微处理器、中央处理单元、或类似者。更特定地，处理器1002可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、极长指令词(VLIW)微处理器、实施其他指令集的处理器、或实施指令集的组合的处理器。处理器1002也可以是一个或多个专用处理装置，诸如专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、或类似者。处理器1002经构造为执行处理逻辑1026，用于执行本文描述的操作。
计算机系统1000可进一步包括网络接口装置1008。计算机系统1000还可包括视频显示单元1010(例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置1012(例如，键盘)、光标控制装置1014(例如，鼠标)、及信号产生装置1016(例如，扬声器)。
辅助存储器1018可包括机器可存取储存介质(或更具体地，计算机可读储存介质)1032，其上存储器现本文描述的任何一个或多个方法论或功能的一个或多个指令集(例如，软件1022)。软件1022还可在其执行期间由也构成机器可读储存介质的计算机系统1000、主存储器1004及处理器1002完全或至少部分驻存在主存储器1004内和/或处理器1002内。软件1022可进一步在网络1020上经由网络接口装置1008发送或接收。
尽管机器可存取储存介质1032在示例性实施方式中图标为单个介质，术语“机器可读储存介质”应当被认为包括储存一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存及服务器)。术语“机器可读储存介质”还应当被认为包括能够储存或编码指令集用于由机器执行并且导致机器执行本公开内容的任何一个或多个方法论的的任何介质。术语“机器可读储存介质”由此应当被认为包括但不限于固态存储器、以及光学及磁性介质。
根据本公开内容的一实施方式，机器可存取储存介质其上储存有指令，所述指令导致数据处理系统执行使用来自ML模型的洞察处理晶片的方法和/或更新或构建ML模型的方法。
已经公开了具有旋转调变的交叉流的等离子体腔室的实施方式。
示例实施方式1：一种等离子体处理腔室，包含一个或多个侧壁。在一个或多个侧壁内的支撑表面固持工件。独立气体注入器的阵列围绕一个或多个侧壁的周边分布。一个或多个泵送口沿着一个或多个侧壁以从等离子体处理腔室喷射气体。控制器经配置为在蚀刻应用期间控制等离子体处理腔室。在工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤调谐或控制：i)使用独立气体注入器的阵列在大体平行于并且跨工件表面的方向上注入一个或多个气体流；ii)从独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻工件上的材料；以及iii)同时从独立气体注入器的至少剩余集合注入第二气体流。根据实施方式，第二气体流用于i)稀释第一气体流以减小工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。
示例实施方式2：如实施方式1所述的等离子体处理腔室，其中第一气体流包含包括蚀刻剂气体的处理气体混合物，并且第二气体流包含独立气体注入(IGI)混合物。
示例实施方式3：如实施方式2所述的等离子体处理腔室，其中控制器进一步经配置为改变处理气体混合物的气体流注入角度或IGI混合物的气体流注入角度以分别增加或减小蚀刻剂气体的浓度。
示例实施方式4：如实施方式2所述的等离子体处理腔室，其中处理气体混合物及IGI混合物在没有气体流旋转的单相期间注入。
示例实施方式5：如实施方式2所述的等离子体处理腔室，其中处理气体混合物及IGI混合物在具有气体流旋转的多相期间注入以实现工件上的径向蚀刻速率均匀性。
示例实施方式6：如实施方式2所述的等离子体处理腔室，其中处理气体混合物及包含CXFY、CXHYFZ、及CXHY中的一者。
示例实施方式7：如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中IGI混合物包含稀释剂气体，包括He、Ne、Ar、Kr、Rn、N、或Xe。
示例实施方式8：如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中IGI混合物包含清洁气体，包括OX、N2、SFX、或NFX。
示例实施方式9：如实施方式1所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的阵列在一个或多个侧壁中的一个或多个开口中定位。
示例实施方式10：如实施方式1所述的等离子体处理腔室，其中一个或多个泵送口的位置从独立气体注入器的阵列的位置垂直地偏移。
示例实施方式11：如实施方式1所述的等离子体处理腔室，其中第一气体流及第二气体流接通并且断开以控制气体流旋转。
示例实施方式12：如实施方式2所述的等离子体处理腔室，进一步包含应用于第一气体流及第二气体流的至少一者的流动速率或应用于由第一泵送口及第二泵送口的至少一者导致的出口传导率的调变函数。
示例实施方式13：一种等离子体处理腔室，包含一个或多个侧壁。在一个或多个侧壁内的支撑表面固持工件。独立气体注入器的阵列围绕一个或多个侧壁的周边分布。一个或多个泵送口沿着一个或多个侧壁以从等离子体处理腔室喷射气体。控制器经配置为在蚀刻应用期间控制等离子体处理腔室。在工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤调谐或控制：i)使用独立气体注入器的阵列在大体平行于并且跨工件表面的方向上注入气体流；和ii)在气体流注入之前或期间，通过在独立气体注入器中的相邻气体注入器的宽集合与独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合之间进行选择来改变跨工件的气体流注入角度，其中选择独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合减小气体注入角度。
示例实施方式14：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的阵列包含多个气体注入器阵列，各自具有独立气体注入器中的多个气体注入器，其中相邻气体注入器的所选集合包含来自气体注入器阵列中的特定气体注入器阵列的独立气体注入器。
示例实施方式15：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的阵列包含多个气体注入器阵列，各自具有独立气体注入器中的多个气体注入器，其中相邻气体注入器的所选集合包含来自气体注入器阵列中的相邻气体注入器阵列的独立气体注入器。
示例实施方式16：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中气体流包含第一气体流，控制器进一步经配置为同时从独立气体注入器的剩余集合的至少一部分注入第二气体流，其中第二气体流用于i)稀释第一气体流以减少工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。
示例实施方式17：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中减小气体注入角度增加蚀刻速率均匀性。
示例实施方式18：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的阵列在一个或多个侧壁中的一个或多个开口中定位。
示例实施方式19：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中一个或多个泵送口的位置从独立气体注入器的阵列的位置垂直地偏移。
示例实施方式20：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，其中第一气体流及第二气体流接通或断开以控制气体流旋转。
示例实施方式21：如实施方式13所述的等离子体处理腔室，进一步包含应用于第一气体流及第二气体流的至少一者的流动速率或应用于由第一泵送口及第二泵送口的至少一者导致的出口传导率的调变函数。
示例实施方式21：本文公开的实施方式包括一种控制等离子体处理腔室中的工件上的材料的蚀刻速率均匀性的方法。方法包含在大体平行于并且跨工件表面的方向上从独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻工件上的材料。在大体平行于并且跨工件表面的方向上同时从独立气体注入器的剩余集合的至少一部分注入第二气体流，其中第二气体流用于i)稀释第一气体流以减小工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。
示例实施方式23：如实施方式21所述的方法，进一步包含查询机器学习(ML)模型以控制第一气体流及第二气体流的时序。
示例实施方式24：本文公开的实施方式包括在等离子体处理腔室中执行旋转气体交叉流的方法及上面储存有软件指令的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，所述软件指令通过执行以下步骤导致处理器在等离子体处理腔室中旋转气体交叉流：i)使用独立气体注入器的阵列在大体平行于并且跨工件表面的方向上注入一个或多个气体流；ii)从独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻工件上的材料；和iii)同时从独立气体注入器的至少剩余集合注入第二气体流。根据实施方式，第二气体流用于i)稀释第一气体流以减小工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在工件的具有较快蚀刻速率的区域中的蚀刻速率。
示例实施方式25：本文公开的实施方式包括在等离子体处理腔室中执行旋转气体交叉流的方法及上面储存有软件指令的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，所述软件指令通过执行以下步骤导致处理器在等离子体处理腔室中旋转气体交叉流：i)使用独立气体注入器的阵列在大体平行于并且跨工件表面的方向上注入气体流；和ii)在气体流注入之前或期间，通过在独立气体注入器中的相邻气体注入器的宽集合与独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合之间进行选择来改变跨工件的气体流注入角度，其中选择独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合减小气体注入角度。

Claims (23)

1.一种等离子体处理腔室，包含：
一个或多个侧壁；
支撑件，在所述一个或多个侧壁内以固持工件；
独立气体注入器的阵列，围绕所述一个或多个侧壁的周边分布；
一个或多个泵送口，沿着所述一个或多个侧壁以从所述等离子体处理腔室喷射气体；和
控制器，经配置为在蚀刻应用期间控制所述等离子体处理腔室，其中所述工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤调谐或控制：
使用独立气体注入器的所述阵列以在大体平行于并且跨所述工件的表面的方向上注入一个或多个气体流；
从所述独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻所述工件上的所述材料；和
同时从所述独立气体注入器的剩余集合的至少一部分注入第二气体流，其中所述第二气体流用于i)稀释所述第一气体流以减小所述工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加所述工件的具有所述较快蚀刻速率的所述区域中的所述蚀刻速率。
2.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中所述第一气体流包含包括蚀刻剂气体的处理气体混合物，并且所述第二气体流包含独立气体注入(IGI)混合物。
3.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中所述控制器进一步经配置为改变所述处理气体混合物的气体流注入角度或所述IGI混合物的气体流注入角度以分别增加或减小所述蚀刻剂气体的浓度。
4.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中所述处理气体混合物及所述IGI混合物在没有气体流旋转的单相期间注入。
5.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中所述处理气体混合物及所述IGI混合物在具有气体流旋转的多相期间注入以实现所述工件上的径向蚀刻速率均匀性。
6.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中所述处理气体混合物包含CXFY、CXHYFZ、及CXHY中的一者。
7.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中所述IGI混合物包含稀释剂气体，包括He、Ne、Ar、Kr、Rn、N、或Xe。
8.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，其中所述IGI混合物包含清洁气体，包括OX、N2、SFX、或NFX。
9.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的所述阵列定位在所述一个或多个侧壁中的一个或多个开口中。
10.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中所述一个或多个泵送口的位置从独立气体注入器的所述阵列的位置垂直地偏移。
11.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中所述第一气体流及所述第二气体流接通并且断开以控制气体流旋转。
12.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，进一步包含应用于所述第一气体流及第二气体流的至少一者的流动速率或应用于由所述一个或多个泵送口的至少一者导致的出口传导率的调变函数。
13.一种等离子体处理腔室，包含：
一个或多个侧壁；
支撑件，在所述一个或多个侧壁内以固持工件；
独立气体注入器的阵列，围绕所述一个或多个侧壁的周边分布；
一个或多个泵送口，沿着所述一个或多个侧壁以从所述等离子体处理腔室喷射气体；和
控制器，经配置为在蚀刻应用期间控制所述等离子体处理腔室，其中所述工件上的材料的蚀刻速率均匀性通过以下步骤调谐或控制：
使用独立气体注入器的所述阵列以在大体平行于并且跨所述工件的表面的方向上注入气体流；和
在气体流注入之前或期间，通过在所述独立气体注入器中的相邻气体注入器的宽集合与所述独立气体注入器中的相邻气体注入器的窄集合之间进行选择来改变跨所述工件的所述气体流注入角度，其中选择所述独立气体注入器中的相邻气体注入器的所述窄集合减小所述气体注入角度。
14.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的所述阵列包含多个气体注入器阵列，各自具有所述独立气体注入器中的多个气体注入器，其中相邻气体注入器的所选集合包含来自气体注入器阵列中的特定气体注入器阵列的所述独立气体注入器。
15.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的所述阵列包含多个气体注入器阵列，各自具有所述独立气体注入器中的多个气体注入器，其中相邻气体注入器的所选集合包含来自所述气体注入器阵列中的相邻气体注入器阵列的所述独立气体注入器。
16.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中所述气体流包含第一气体流，所述控制器进一步经配置为同时从所述独立气体注入器的剩余集合的至少一部分注入第二气体流，其中所述第二气体流用于i)稀释所述第一气体流以减小所述工件上具有较快蚀刻速率的一区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在所述工件的具有所述较快蚀刻速率的所述区域中的所述蚀刻速率。
17.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中减小所述气体注入角度增加所述蚀刻速率均匀性。
18.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中独立气体注入器的所述阵列定位在所述一个或多个侧壁中的一个或多个开口中。
19.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中所述一个或多个泵送口的位置从独立气体注入器的所述阵列的位置垂直地偏移。
20.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，其中所述第一气体流及所述第二气体流接通并且断开以控制气体流旋转。
21.如权利要求13所述的等离子体处理腔室，进一步包含应用于所述第一气体流及第二气体流的至少一者的流动速率或应用于由所述第一泵送口及第二泵送口的至少一者导致的出口传导率的调变函数。
22.一种控制等离子体处理腔室中的工件上的材料的蚀刻速率均匀性的方法，所述方法包含以下步骤：
在大体平行于并且跨所述工件的表面的方向上从独立气体注入器中的相邻气体注入器的第一集合注入第一气体流以蚀刻所述工件上的材料；和
在大体平行于并且跨所述工件的表面的方向上同时从所述独立气体注入器的剩余集合的至少一部分注入第二气体流，其中所述第二气体流用于i)稀释所述第一气体流以减小所述工件上具有较快蚀刻速率的区域；或ii)用作额外蚀刻剂以增加在所述工件的具有所述较快蚀刻速率的所述区域中的所述蚀刻速率。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包含以下步骤：查询机器学习(ML)模型以控制所述第一气体流及所述第二气体流的注入。
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