TWI414015B - 用於氣體分配系統之包含具有不同流量係數之閥的氣體切換區段 - Google Patents

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Description

用於氣體分配系統之包含具有不同流量係數之閥的氣體切換區段
半導體結構於在一電漿處理裝置內被處理，該電漿處理裝置包含：一電漿處理室、一供應製程氣體至該室內之氣源及一自該製程氣體產生電漿之能量源。藉由包含乾蝕刻製程、沈積製程(例如，化學蒸氣沈積(CVD)、物理蒸氣沈積、或金屬、電介質及半導體材料之電漿增強化學蒸氣沈積(PECVD))及抗蝕劑剝離製程之技術於該等裝置內處理半導體結構。不同製程氣體用於該等處理技術，以及處理半導體結構之不同材料。
提供一種可操作以將所選擇之氣體供應至一真空室(例如，一電漿處理室)之氣體分配系統。該等氣體可係蝕刻氣體組合物及/或沈積氣體組合物。該氣體分配系統之實施例具有快速氣體切換能力，藉此允許該系統在一短時間週期內於供應至該真空室之不同種氣體之間轉換。較佳地，氣體切換能夠在不發生任一氣體之不合意壓力波動或流量不穩定之情形下完成。該氣體分配系統之一些實施例可將所選擇之氣流(包括不同氣體化學組分及/或流速)提供至該真空室內部之不同區。
提供一種用於一供應製程氣體至一電漿處理室之氣體分配系統之氣體切換區段之一實施例，該氣體切換區段包含：一第一氣體通道，其適合於與一第一氣體管線及該電漿處理室流體連通；一第二氣體通道，其適合於與該第一氣體管線及一旁通管線流體連通；一沿該第一氣體通道之可操作以打開及關閉該第一氣體通道之第一快速開關閥門，該第一快速開關閥門具有一第一流量係數；及一沿該第二氣體通道之可操作以打開及關閉該第二氣體通道之第二快速開關閥門，該第二快速開關閥門具有一不同於該第一流量係數之第二流量係數以便當藉由關閉該第一快速開關閥門且打開該第二快速開關閥門將氣流自該第一氣體通道切換至該第二氣體通道，或藉由關閉該第二氣體通道且打開該第一氣體通道將氣流自該第二氣體通道切換至該第一氣體通道時該第一快速開關閥門之入口壓力大致等於該第二快速開關閥門之入口壓力。
提供用於一供應氣體至一電漿處理室之氣體分配系統之氣體切換區段之另一實施例，該電漿室包含一具有彼此流動隔離之中心及邊緣區之氣體分配部件。該氣體切換系統包含：一第一氣體通道，其適合於與一第一氣體管線及該電漿處理室之氣體分配部件之邊緣區流體連通；一第二氣體通道，其適合於與該第一氣體管線及一旁通管線流體連通；一第三氣體通道，其適合於與一第二氣體管線及該氣體分配部件之中心區流體連通；一第四氣體通道，其適合於與該第二氣體管線及該旁通管線流體連通；一第五氣體通道，其適合於與一第三氣體管線及該中心區流體連通；一第六氣體通道，其適合於與該第三氣體管線及該旁通管線流體連通；一第七氣體通道，其適合於與一第四氣體管線及該邊緣區流體連通；一第八氣體通道，其適合於與該第四氣體管線及該旁通管線流體連通；第一及第二快速開關閥門分別地沿著該第一及第二氣體通道，該第一快速開關閥門可操作以打開及關閉該第一氣體通道且具有一第一流量係數，該第二快速開關閥門可操作以打開及關閉該第二氣體通道且具有一不同於該第一流量係數之第二流量係數以便當氣流被自該第一氣體通道切換至該第二氣體通道或自該第二氣體通道切換至該第一氣體通道時該第一快速開關閥門之入口壓力大致等於該第二快速開關閥門之入口壓力；第三及第四快速開關閥門分別地沿著該第三及第四氣體通道，該第三快速開關閥門可操作以打開及關閉該第三氣體通道且具有一第三流量係數，該第四快速開關閥門可操作以打開及關閉該第四氣體通道且具有一不同於該第三流量係數之第四流量係數以便當氣流被自該第三氣體通道切換至該第四氣體通道或自該第四氣體通道切換至該第三氣體通道時該第三快速開關閥門之入口壓力大致等於該第四快速開關閥門之入口壓力；第五及第六快速開關閥門分別地沿著該第五及第六氣體通道，該第五快速開關閥門可操作以打開及關閉該第五氣體通道且具有一第五流量係數，該第六快速開關閥門可操作以打開及關閉該第六氣體通道且具有一不同於該第五流量係數之第六流量係數以便當氣流被自該第五氣體通道切換至該第六氣體通道或自該第六氣體通道切換至該第五氣體通道時該第五快速開關閥門之入口壓力大致等於該第六快速開關閥門之入口壓力；且第七及第八快速開關閥門分別地沿著該第七及第八氣體通道，該第七快速開關閥門可操作以打開及關閉該第七氣體通道且具有一第七流量係數，該第八快速開關閥門可操作以打開及關閉該第八氣體通道且具有一不同於該第七流量係數之第八流量係數以便當氣流被自該第七氣體通道切換至該第八氣體通道或自該第八氣體通道切換至該第七氣體通道時該第七快速開關閥門之入口壓力大致等於該第八快速開關閥門之入口壓力。
提供一種於一電漿處理室內處理一半導體基板之方法，該電漿處理室包括一包含中心及邊緣區之蓮蓬頭電極。該方法之一實施例包含：a)將一第一製程氣體供應至該蓮蓬頭電極組件之中心及邊緣區同時將一第二製程氣體轉向至一旁通管線，該電漿處理室含有一包含至少一層及一覆蓋該層之經圖案化抗蝕劑遮罩之半導體基板；b)自一第一製程氣體產生一第一電漿且(i)於該層內蝕刻至少一個形貌或(ii)於該遮罩上形成一聚合物沈積；c)切換該第一及該第二製程氣流以便將該第二製程氣體供應至該蓮蓬頭電極組件之中心及邊緣區，同時將該第一製程氣體轉向至該旁通管線；d)自該第二製程氣體產生一第二電漿且(iii)於該層內蝕刻至少一個形貌或(iv)於該層及該遮罩上形成一聚合物沈積；e)切換該第一及第二製程氣流以便將該第一製程氣體供應至該電漿處理室，同時將該第二製程氣體轉向至該旁通管線；且f)對該基板重複複數次a)－e)。
亦提供一種製造一氣體切換區段之方法，該氣體切換區段用於一供應製程氣體至一電漿處理室之氣體分配系統。該方法之一實施例包含：沿一適合於與一第一氣體管線及該電漿處理室流體連通之第一氣體通道佈置一第一快速開關閥門；沿一適合於與該第一氣體管線及一旁通管線流體連通之第二氣體通道佈置一第二快速開關閥門；且調整該第一快速開關閥門之一第一流量係數及/或調整該第二快速開關閥門之一第二流量係數以使該第一及第二流量係數彼此不同且當將一氣流自該第一氣體通道切換至該第二氣體通道或自該第二氣體通道切換到該第一氣體通道時該第一快速開關閥門之入口壓力大致等於該第二快速開關閥門之入口壓力。
用於處理半導體材料(例如，形成於半導體基板(例如，矽晶圓)上之半導體裝置)之電漿處理裝置包括一電漿處理室及一將製程氣體供應至該電漿處理室內之氣體分配系統。該氣體分配系統可在電漿處理期間將氣體分配至一基板表面上之一單個區域(或區)或多個區域(或區)。該氣體分配系統可包括流量控制器以控制相同製程氣體或不同製程氣體或相同或不同氣體混合物至該等區之流量比例，藉此允許基板上氣流及氣體組合物之均勻度之製程中調整。
儘管與一單區系統相比多區氣體分配系統可提供經改良之流量控制，但合意之情形可係，提供具有一佈置以允許在基板處理作業中可在一短時間週期內改變氣體組合物及/或氣流之此類多區系統。
提供一種用於將不同氣體組合物及/或流量比例供應至一室之氣體分配系統。在一較佳實施例中，該氣體分配系統適合於與一真空室之一內部(例如，一電漿處理裝置之一電漿處理室)流體連通，且提供在處理作業期間將不同氣體化學組分及/或氣體流速供應至該真空室之能力。該電漿處理裝置可係一包括一能量源之低密度、中密度或高密度電漿反應器，該電漿處理裝置使用RF能量、微波能量、磁場或類似能量來產生電漿。舉例而言，該高密度電漿可產生於一變壓器耦合電漿(TCPTM )反應器(亦習知為一電感耦合電漿反應器)、一電子回旋共振(ECR)電漿反應器、一電容型放電反應器或類似反應器內。可同該氣體分配系統之實施例一起使用之例示性電漿反應器包括：可自位於Fremont,California之Lam Research Corporation購得之ExelanTM 電漿反應器，例如，2300 ExcelanTM 電漿反應器。在電漿蝕刻製程期間，可將多個頻率施加至一併入一電極及一靜電吸盤之基板支撐件。或者，在雙頻電漿反應器內，可將不同頻率施加至該基板支撐及一自該基板隔開之電極(例如，一蓮蓬頭電極)以界定一電漿產生區域。
該氣體分配系統之一較佳實施例可經由一毗鄰一基板之欲處理暴露表面之氣體分配部件之單個區或多個區、較佳地至少一中心及邊緣區將一第一氣體供應至一真空室(例如，一電漿處理室)之內部。在該電漿處理室中，該等中心及邊緣區被彼此徑向地隔開且較佳地被彼此流動隔離。該氣體分配系統可同時將一不同於該第一氣體之第二氣體轉向至一真空室旁通管線。該旁通管線可與一真空幇浦或類似物流體連通。在一較佳實施例中，該第一氣體係一第一製程氣體且該第二氣體係一不同製程氣體。舉例而言，該第一製程氣體可係一蝕刻氣體化學組分或沈積氣體化學組分，且該第二氣體可係一不同蝕刻氣體化學組分或沈積氣體化學組分。該氣體分配系統可同時地提供分別至該等中心及邊緣區之該第一氣體之不同受控制流速，同時該將該第二氣體轉向至該旁通管線，且反之亦然。藉由將該等氣體中之一者轉向至該旁通管線，可在一短時間週期內達成供應至該真空室之氣體之轉換。
該氣體分配系統包括切換器件，該等切換器件允許在一短時間週期內於供應至一真空室(其包括一單個區或多個區)內部之第一與第二氣體之間進行氣體切換或氣體轉換。對於多區系統而言，該氣體分配系統可將該第一氣體供應至該等中心及邊緣區同時將該第二氣體轉向至該旁通管線，且然後在一短時間週期內切換該等氣體分配以便將該第二氣體供應至該等中心及邊緣區同時將該第一氣體轉向至該旁通管線。該氣體分配系統可交替地將該第一及第二氣體每一者供應至該真空室之內部內一合意時間週期以允許在使用不同氣體化學組分之不同處理作業(例如，一處理一半導體器件之方法之交替步驟)之間快速轉換。在一較佳實施例中，該等方法步驟可係不同蝕刻步驟，例如，脈衝蝕刻及沈積步驟，一較快蝕刻步驟(例如，一主蝕刻)及一相對較慢之蝕刻步驟(例如，一過度蝕刻步驟)；一蝕刻步驟及一材料沈積步驟；或將不同材料沈積至一基板上之不同材料沈積步驟。
在該氣體分配系統之一較佳實施例中，可在一短時間週期內藉由另一引入至一真空室內之氣體組合物替代(亦即，沖洗)該真空室內之一封閉區域(較佳地，一電漿封閉區)內之一體積之一氣體組合物。藉由於該氣體分配系統內提供具有一快速開關能力之閥門可較佳地在小於約1 s，更佳地在小於約200 ms內達成此氣體替代。對於一用於處理200 mm或300 mm晶圓之電漿處理室而言，該電漿封閉區可具有一約公升至約4公升之氣體體積。該電漿封閉區可由一堆(例如)公共擁有之第5,534,751號美國專利中所揭示之封閉環界定，該專利以引用方式全文併入本文中。
圖1描繪一可同氣體分配系統100之實施例一起使用之例示性半導體材料電漿處理裝置10。裝置10包含一具有一含有一在電漿處理期間支撐一基板16之基板支撐件14之內部之真空室或電漿處理室12。基板支撐件14包括一夾持器件，較佳地一靜電吸盤18，其可操作以在處理期間將基板16夾持於基板支撐件14上。該基板可由聚焦環及/或邊緣環、地面擴展件或其他零件環繞，例如公共擁有之第2003/0029567號美國專利公開申請案中所揭示之零件，該專利以引用方式全文併入本文中。
在一較佳實施例中，電漿處理室12包括一具有一約公升至約4公升，較佳地約1公升至約3公升之體積之電漿封閉區以處理200 mm或300 mm晶圓。舉例而言，電漿處理室12可包括一(例如)公共擁有之第5,534,751號美國專利中所揭示之封閉環佈置以界定該電漿封閉區。該氣體分配系統可在無實質反向擴散之情形下於一小於約1 s，較佳地於小於約200 ms之週期內用另一氣體替代該電漿封閉區內之此一體積之氣體。該封閉機構可限制自該電漿體積至在該電漿體積外之電漿處理室12之內部部分流體連通。
基板16可包括：一基材，例如，一矽晶圓；一在該基材上由一欲處理(例如，蝕刻)之材料製成之中間層；及一在該中間層上之遮罩層。該中間層可由一導電、介電或半導體材料製成。該遮罩層可係具有一用於在該中間層及/或一或多個其他層內蝕刻合意形貌(例如，洞、通孔及或溝道)之開口圖案之經圖案化光阻劑材料。依據形成於該基材上之半導體器件之類型，該基板可於該基底層及該遮罩層之間包括額外層導電、介電或半導體材料。
可處理之例示性介電材料係(例如)：經摻雜之氧化矽，例如，經氟摻雜之氧化矽；未經摻雜之氧化矽，例如，二氧化矽；旋塗玻璃；矽酸鹽玻璃；經摻雜或未經摻雜之熱氧化矽；及經摻雜或未經摻雜之TEOS沈積之氧化矽。該介電材料可係一具有一經選擇之k值之低k材料。該等介電材料可覆於以下層上：一導體或半導體層，例如，多晶矽；金屬，例如，鋁、銅、鈦、鎢、鉬及其合金；氮化物，例如，氮化鈦；及金屬矽化物，例如，矽化鈦、矽化鎢及矽化鉬。
圖1中所示之例示性電漿處理裝置10包括一蓮蓬頭電極組件，該蓮蓬頭電極組件具有一形成該電漿室之一壁之支撐板20，及一附著至該支撐板之蓮蓬頭22。一擋流板組件位於蓮蓬頭22與支撐板20之間以均勻地將製程氣體分配至該蓮蓬頭之一背側28。該擋流板組件可包括一或多個擋流板。在該實施例中，該擋流板組件包括擋流板30A、30B及30C。敞開通風管道48A、48B及48C被界定於擋流板30A、30B及30C之間；且界定於擋流板30C與蓮蓬頭22之間。擋流板30A、30B及30C及蓮蓬頭22包括用於將製程氣流至電漿處理室12之內部內之直通式通道。
在該實施例中，板20與擋流板30A之間之通風管道及擋流板30A、30B及30C之間之通風管道48A、48B及48C被密封38A、38B、38C及38D(例如，O形環)劃分為一中心區42及一邊緣區46。中心區42及邊緣區46可由氣體分配系統100(較佳地)於一控制器500之控制下供應具有各自不同之氣體化學組分及/或流速之製程氣體。氣體被自一中心區氣體供應40供應至中心區42內，且氣體被自一邊緣區氣體供應44供應至環形溝槽44a內且然後至邊緣區46內。製程氣體流經擋流板30A、30B及30C及蓮蓬頭22內之通道且流至電漿處理室12之內部內。該製程氣體於電漿處理室12由一電源(例如，一驅動電極22之RF源，或一驅動基板支撐件14內之一電極之電源)賦能至該電漿狀態內。當較佳地在一不到約1 s，更佳地在不到200 ms之時間週期內將不同氣體組合物供應至電漿處理室12內時可變化施加至電極22之RF能量。
在其他較佳實施例中，電漿處理裝置10可包括一用於將製程氣體注射至該電漿處理室內之氣體注射器系統。舉例而言，該氣體注射器系統可包括一如公共擁有之第2001/0010257美國專利公開申請案、第2003/0070620號美國專利申請公開案、第6,013,155號美國專利或第6,270,862號美國專利中所揭示之組態，該等專利中之每一者皆以引用方式全文併入本文中。該氣體注射器系統可包括將製程氣體供應至一電漿處理室之不同區之注射器。
圖2顯示一較佳實施例，其中該氣體分配系統100包括一氣體供應區段200、一流量控制區段300及一與其他每一者流體連通之氣體切換區段400。該氣體分配系統100較佳地亦包括一控制器500(圖1)，該控制器被以控制連通連接以控制氣體供應區段200、流量控制區段300及氣體切換區段400之作業。
在氣體分配系統100中，氣體供應區段200可分別經由第一及第二氣體管線235、245將不同氣體(例如，第一及第二製程氣體)供應至流量控制區段300。該第一及第二氣體可具有彼此不同的組合物及/或氣體流速。
流量控制區段300可操作以控制可被供應至切換區段400之不同氣體之流速，且視需要亦調整其組合物。流量控制區段300可分別經由氣體通道324、326及364、366將不同流速及/或化學組分之第一及第二氣體提供至切換區段400。另外，對於中心區42及邊緣區46而言，供應至電漿處理室12之第一及/或第二氣體(同時，其他氣體被轉向至旁通管線50，該旁通管線可與一真空幫浦系統流體連通，例如，在一渦輪幫浦與一低真空幫浦之間)之流速及/或化學組分可係不同。相應地，流量控制區段300可於基板16上提供合意氣流及/或氣體化學組分，藉此提高基板處理均勻度。
在氣體分配系統100中，切換區段400可操作以於一短時間段內自該第一氣體切換至該第二氣體以允許在一單個區或多個區(例如，中心區42或邊緣區46)內由該第二氣體替代該第一氣體，而且同時將該第一氣體轉向至該旁通管線，或反之亦然。氣體切換區段400較佳地可在不在任一氣流中發生不合意之壓力波動及流動不穩定之情形下於該第一與第二氣體之間切換。若需要，氣體分配系統100可維持第一及第二氣體流過電漿處理室12之一大致恆定之連續體積流速。
圖3顯示氣體分配系統100之氣體供應區段200之一較佳實施例。公共擁有之第2005/0241763美國專利申請公開案中闡述了圖3中所描繪之氣體供應區段200，該專利以引用方式全文併入本文中。較佳地，將氣體供應區段200連接至控制器500來控制流量控制組件(例如，閥門及流量控制器)之作業以允許控制可由氣體供應區段200供應之兩或多種氣體之組合物物。在該實施例中，氣體供應區段200包括多個氣源202、204、206、208、210、212、214及216，其中每一者與第一氣體管線235及第二氣體管線245流體連通。同樣地，氣體供應區段200可將諸多不同的合意氣體混合物供應至電漿處理室12。包括於氣體分配系統100內之氣源數量不限定於任一特定氣源數量，但較佳地包括至少兩個不同氣源。氣體供應區段200可包括多於或少於圖3中所示之實施例中所包括之八個氣源。舉例而言，氣體供應區段200可包括兩個、三個、四個、五個、十個、十二個、十六個或更多個氣源。可由各個氣源提供之不同氣體包括單一氣體(O2 、Ar、H2 、Cl2 、N2 及類似氣體)以及氣體氟代烴及/或氟烴化合物(例如，CF4 、CH3 F及類似物)。在一較佳實施例中，該電漿處理室係一蝕刻室且氣源202－216可供應Ar、O2 、N2 、Cl2 、CH3 、CF4 、C4 F8 及CH3 F或CHF3 (以其任一適合之順序)。可基於欲在電漿處理室12內實施之合意製程(例如，一特定幹蝕刻及/或材料沈積製程)選擇由各個氣源202－216所供應之特定氣體。氣體供應區段200可提供關於可被供應以實施蝕刻製程及/或材料沈積製程之氣體之選擇的廣泛多功能性。
氣體供應區段200較佳地亦包括至少一調諧氣源以調整該氣體組合物。該調諧氣體可係(例如)O2 、一惰性氣體(例如，氬)或一反應性氣體(例如，一氟代烴及/或氟烴化合物氣體(例如，C4 F8 ))。在圖3中所示之實施例中，氣體供應區段200包括一第一調諧氣源218及一第二調諧氣源219。如下文所述，第一調諧氣源218及第二調諧氣源219可供應調諧氣體以調整供應至氣體切換區段400之第一及/或第二氣體之組合物。
在圖3中所示之氣體供應區段200之實施例中，較佳地將一流量控制器件240安置於分別與氣源202、204、206、208、210、212、214及216流體連通之氣體通道222、224、226、228、230、232、234及236中之每一者內，且亦安置於分別與第一調諧氣源218及第二調諧氣源219流體連通之氣體通道242、244內。流量控制器件240可操作以控制由相關聯之氣源202－216及218、219供應之氣體之流量。流量控制器件240較佳地係質量流量控制器(MFC)。
在圖3中所示之實施例中，閥門250、252沿著氣源202－216中每一者之順流氣體通道定位。較佳地，在控制器500之控制下有選擇性地打開或關閉閥門250、252以允許將不同氣體混合物流至第一氣體管線235及/或第二氣體管線245。舉例而言，藉由打開與氣源202－216中之一或多者相關聯之閥門252(同時關閉與氣源202－216中之其他者相關聯之剩餘閥門252)，可將一第一氣體混合物供應至第一氣體管線235。同樣地，藉由打開與氣源202－216中之一或多者相關聯之閥門250(同時關閉與氣源202－216中之其他者相關聯之剩餘閥門250)，可將一第二氣體混合物供應至第一氣體管線245。相應地，藉由氣體供應區段200之受控作業可將各種混合物及質量流速之第一及第二氣體提供至第一氣體管線235及第二氣體管線245。
在一較佳實施例中，氣體供應區段200可操作以分別經由第一氣體管線235及第二氣體管線245提供一第一及第二氣體之連續流。將該第一或第二氣流至電漿處理室12，同時將其他氣體轉向至該旁通管線。可將該旁通管線連接至一真空幇浦或類似物。藉由連續地流動該第一及第二氣體兩者，氣體分配系統100可達成供應至該電漿處理室之製程氣體之快速轉換。
圖4顯示氣體分配系統100之流量控制區段300之一較佳實施例。公共擁有之地10/835,175號美國專利申請案中闡述了圖4中所描繪之流量控制區段300。流量控制區段300包括：一與來自氣體供應區段200之第一氣體管線235流體連通之第一流量控制區段305，及一與來自氣體供應區段200之第二氣體管線245流體連通之第二流量控制區段315。流量控制區段300可操作以控制分別供應至中心區42及邊緣區46之第一氣體之比例，同時將該第二氣體轉向至該旁通管線，且控制分別供應至中心區42及邊緣區46之第二氣體之比例，同時將該第一氣體轉向至該旁通管線。第一流量控制區段305將於第一氣體管線235引入之第一氣流劃分為該第一氣體之兩個獨立出口流，且第二流量控制區段315將於第二氣體管線245引入之第二氣流劃分為該第二氣體之兩個獨立出口流。第一流量控制區段305包括經由切換系統400分別地與中心區42及邊緣區46流體連通之第一及第二氣體通道324及326，且第二流量控制區段315包括經由切換系統400分別地與中心區42及邊緣區46流體連通之第一及第二氣體通道364及366。
在一較佳佈置中，第一流量控制區段305及第二流量控制區段315中之每一者包括至少兩個節流器。每一節流器較佳地具有一針對流過其之氣流之固定節流大小。該等節流器較佳地係節流孔。該等節流器限制氣流且在該等節流孔上游且靠近氣體通道之一區域內維持一近似恆定之氣體壓力。第一流量控制區段305及第二流量控制區段315中之每一者較佳地包括一節流孔網路(例如，兩個、三個、四個或更多個節流孔)，該等節流孔中之每一者較佳地具有一不同橫截面節流大小(例如，一不同直徑或一不同橫截面面積)。該等節流孔之節流大小較氣體分配系統100之氣流路徑之其他部分之橫截面面積為小。該等節流孔較佳地係聲學節流孔。較佳地，該等氣流在流量控制區段300內以臨界流動狀態運作以使一既定節流孔之導流率完全地由其節流大小及入口氣體壓力決定。隨著一節流孔之導流率之增加，以達成一流過該節流孔之既定流速之跨越該節流孔之壓力降減小。
在圖4中所示之實施例中，第一及第二流量控制區段305、315每一者包括五個節流孔330、332、334、336及338。舉例而言，節流孔330、332、334、336及338可分別具有1、1.5、2、3及3之相對節流大小(例如，直徑)。相應地，當出現經由最後兩個節流孔336及338之氣流時，該等節流孔具有近似相同之總導流率。或者，可打開上至節流孔330－336中之全部四個以與節流孔338之導流率相比提供節流孔330－336之總導流率之不同比例，以將不同比例之第一氣流及第二氣流供應至中心區42及邊緣區46。對於流量控制區段305而言，與氣體通道324、326、331及333流體連通之閥門320加倍至中心區42及邊緣區46至第一氣流及第二氣流之可能比例之數量，藉此減少該系統內所需之節流孔330－338之數量。流量控制區段315具有相同形貌以藉此減少該系統內所需之節流孔330－338之數量。
另一實施例可包括一不同數量之節流孔(例如，總共兩個節流孔)；該等節流孔包括節流孔338及一替代多個節流孔330－336之第二節流孔。舉例而言，該第二節流孔可具有與節流孔338相同之節流大小。在此實施例中，供應至中心區42及邊緣區46之第一氣體及/或第二氣體之流量比例係近似1：1。
閥門320較佳地位於各個節流孔330－338中之每一者之上游以控制該第一及第二氣體至該等節流孔之流量。舉例而言，在第一流量控制區段305及/或第二流量控制區段315中，可打開閥門320中之一或多者以允許該第一及/或第二氣體流至相關聯之節流孔330－336中之一或多者，同時打開其他閥門320以允許該第一氣體及/或該第二氣體流至節流孔338。
在第一流量控制區段305中，節流孔330－336係與氣體通道322流體連通。氣體通道322被劃分為與該氣體切換區段流體連通之第一及第二氣體通道324、326。一對閥門320定位於第一及第二氣體通道324、326內以控制流經第一流量控制區段305之節流孔330－336中之一或多者之第一氣體至中心區42及/或邊緣區46之流動。在一替代實施例中，沿氣體通道324、326定位之該對閥門320可被一單一四通閥門代替。
在第一流量控制區段305內，沿氣體通道319佈置節流孔338。氣體通道319被劃分為分別與第一及第二氣體通道324、326流體連通之氣體通道331、333。一對閥門320定位於氣體通道331、333內以控制流經節流孔338之第一氣體至第一及第二氣體通道324、326之流動。在一替代實施例中，沿氣體通道331、333定位之該對閥門320可被一單一四通閥門代替。
在第二流量控制區段315內，一對閥門320沿第一及第二氣體通道364、366定位以控制流經節流孔330－336中之一或多者之第二氣體至該電漿處理室之中心區42及邊緣區46之流動。在一替代實施例中，沿氣體通道364、366定位之該對閥門320可由一單一四通閥門代替。
在第二流量控制區段315中，沿氣體通道359佈置節流孔338。氣體通道359被劃分為分別與第一及第二氣體通道364、366流體連通之氣體通道372、374。一對閥門320定位於氣體通道372、374內以控制流經節流孔338之第二氣體至第一及/或第二氣體通道364、366之流動。在一替代實施例中，沿氣體通道372、374定位之該對閥門320可被一單一四通閥門代替。
節流孔330－338被包括於流量控制區段300內以當氣體分配系統100將流至電漿處理室12內之氣體自該第一氣體變成該第二氣體時防止該氣流內之壓力波動及流動不穩定，且反之亦然。
在圖4中所示之實施例中，第一調諧氣源324之氣體通道242經佈置以將該第一調諧氣體供應至第一流量控制區段305之第一氣體通道324及/或第二氣體通道326以調整該第一氣體組合物。第二調諧氣源219(圖3)之氣體通道244經佈置以將該第二調諧氣體供應至該第二流量控制區段315之第一氣體通道364及/或第二氣體通道366以調整該第二氣體組合物。該第一及第二調諧氣體可係相同調諧氣體或不同調諧氣體。
沿氣體通道242佈置一流量控制器件340(較佳地，一MFC)。閥門320沿通道337、339定位以分別控制該第一調諧氣體至氣體通道326、324內之流動。在一替代實施例中，沿氣體通道337、339定位之該對閥門320可被一單一四通閥門代替。
沿氣體通道244佈置一流量控制器件340(較佳地，一MFC)。閥門320沿氣體通道376、378定位以分別控制該第二調諧氣體至氣體通道366、364內之流動。在一替代實施例中，沿氣體通道376、378定位之該對閥門320可被一單一四通閥門代替。
在圖4中所示之流量控制區段300之實施例中，第一流量控制區段305及第二流量控制區段315包括以相同組態佈置之相同組件。然而，在氣體分配系統100之其他較佳實施例中，第一及第二流量控制區段305、315可具有彼此不同之組件及/或不同之組態。舉例而言，第一及第二流量控制區段305、315可包括不同數量之節流孔及/或具有彼此不同節流大小之節流孔。舉例而言，第一及第二流量控制區段305、315可包括多種調諧氣體。
在氣體分配系統100中，氣體切換區段400與流量控制區段300流體連通，且與該真空室內部及該第一及第二氣體流至之旁通管線流體連通。氣體切換區段400之一第一較佳實施例描繪於圖5中。氣體切換區段400可交替地將第一及第二氣體供應至電漿處理室12之中心區42及邊緣區46兩者。氣體切換區段400與第一流量控制區段305之第一氣體通道324及第二氣體通道326流體連通，且與第二流量控制區段315之第一氣體通道364及第二氣體通道366流體連通。
第一流量控制區段305之第一氣體通道324被劃分為氣體通道448、450；第一流量控制區段305之第二氣體通道326被劃分為氣體通道442、444；第二流量控制區段315之第一氣體通道364被劃分為氣體通道452、454；且第二流量控制區段315之第二氣體通道366被劃分為氣體通道456、458。在該實施例中，氣體通道442與電漿室12之邊緣區46流體連通，氣體通道448與電漿處理室12之中心區42流體連通，且氣體通道444提供一旁通管線。氣體通道456與至邊緣區46之氣體通道442流體連通。氣體通道452與至中心區42之氣體通道448流體連通。氣體通道450、454及458與至該旁通管線之氣體通道444流體連通。
沿氣體通道442、444、448、450、452、454、456及458中之每一者佈置一閥門440。較佳地，在控制器500之控制下有選擇性地打開及關閉閥門440以將該第一或第二氣體供應至該室，而且同時將其他氣體轉向至該旁通管線。
舉例而言，為將該第一氣體供應至電漿處理室12之中心區42及邊緣區46且將該第二氣體轉向至該旁通管線，打開沿氣體通道442、448及454、458之閥門440，同時關閉沿氣體444、450及452、456之閥門440。為切換該氣流以便將該第二氣體供應至電漿處理室12之中心區42及邊緣區46，同時將該第一氣體轉向至該旁通管線，打開沿氣體管道444、450及452、456之閥門440，同時關閉沿氣體管道442、448及454、458之閥門440。換言之，打開一第一組閥門440且關閉一第二組閥門440以將該第一氣體供應至電漿處理室12，且然後關閉該相同第一組閥門且打開該相同第二組閥門來改變該氣流以將該第二氣體供應至該電漿處理室。
在氣體切換區段400中，閥門440係快速開關閥門。如本文所使用，術語「快速開關閥門」意謂一可在為打開或關閉而被致動之後之一短時間段內(較佳地，小於約100 ms，例如，小於約50 ms或小於10 ms)被打開或關閉之閥門。一供氣體切換區段400內使用之適合的「快速開關閥門」係可自位於Solon,Ohio之Swagelok Company購得之SwagelokALD隔膜式氣動閥門。
該快速行動Swagelok ALD閥門係氣動起動。氣體切換區段400較佳地包括一用於控制該等閥門之打開及關閉之控制系統。在一實施例中，該控制系統包括一快速行動領示閥(電磁閥)以自控制器500收集一信號且將氣動空氣發送至一快速開關閥門。該快速開關閥門擔當該快速行動領示閥之一從屬。該領示閥通常可花費少於約5 ms(例如，約2 ms)，且該快速開關閥門可通常花費少於約10 ms(例如，約6 ms或更少)，自接收該控制信號直至該快速開關閥門被致動總計少於約10 ms(例如，約8 ms)。該快速開關閥門之致動時間可依據包括提供氣動空氣之流道之長度及大小及氣動供應壓力之因素而變化。可選擇該氣動供應壓力以便(例如)該快速開關閥門以約相同之速度打開及關閉，此可防止在開關及關閉期間閥門對之間之瞬時上游壓力混亂。
氣動空氣供應系統可具有任一適合的構造。在一實施例中，該供應系統可包括一儲氣器，該儲氣器可操作以在閥門致動之整個持續時間期間將該氣動供應壓力維持於一選定範圍(例如，自約80至85 psig)內。該供應系統可包括一上游止回閥及一調節器以自與氣動供應壓力降相關之其他系統隔離該儲氣器壓力。可基於快速開關閥門致動期間壓力之下降量及再填充至該調節器設定點壓力之時間量選擇該儲氣器體積。
氣體切換區段400可將該第一氣體供應至(例如)該真空室之內部，同時將該第二氣體轉向至該旁通管線，且然後，較佳地在控制500之控制下，迅速地切換該等氣流且將該第二氣體供應至該真空室同時將該第一氣體轉向至該旁通管線。可藉由控制器500控制在切換氣體之前該第一氣體或第二氣體被供應至該真空室之時間量。如上文所闡釋，氣體分配系統100可與一包括一電漿封閉區之電漿處理室一起使用以在一少於約1 s(更佳地，少於約200 ms)之時間段內替代一約公升至約4公升之氣體體積以藉此穩定該系統。
該氣體切換系統之閥門440具有一閥門流量係數Cv ，其表徵對該閥門之流動阻力。在標準ANSI/ISA－S75.02(1996)中規定了該流量係數Cv ，且可藉由標題為"Test Method for Determination of Flow Coefficient for High Purity Shutoff Valves"之SEMI(Semiconductor Equipment Industry)標準F32中所述之測試方法確定。對於一既定閥門440而言，隨著流量係數Cv 增加，對於一跨越閥門440之既定壓力降而言，存在一流過閥門440之更高氣體流速，亦即，增加Cv 使該閥門減小對氣流之節流。
如上文所述，在圖5中所示之氣體切換系統400之實施例中，與氣體通道326、324、364及366中之每一者流體連通地佈置閥門對440。對每一對閥門440而言，可打開一閥門440同時關閉另一閥門440以將製程氣體流至該處理室內，且然後可切換該等閥門以將氣流轉向至該旁通管線。已確定：為氣體自該處理室至該旁通管線之穩定切換且反之亦然，且為維持氣體動量，一對閥門440中之每一閥門440之入口壓力理想地係恆定。已進一步確定：可藉由調諧閥門440之各個流量係數Cv 將氣體切換系統400之一對閥門440中之每一閥門440之入口壓力維持恆定，以使每一對閥門中之閥門具有經錯配Cv 值。另外，已確定：藉由維持氣體切換系統400之一對閥門中之每一閥門440之一大致恆定(較佳地，恆定)入口壓力及供應相同處理室出口(中心或邊緣區)之多對閥門440之間之大致恆定(或較佳地，恆定)入口壓力，可最小化(且較佳地，消除)與氣體分配系統100之流量控制區段300相關聯之製程偏移。舉例而言，在一較佳實施例中，沿氣體通道442及456之閥門440之入口壓力係近似相同(當至該等閥門中之每一者之流量係近似相等時)，且沿氣體通道448及452之閥門440之入口壓力係近似相同(當至該等閥門中之每一者之流量係近似相等時)。此環境允許當在流量控制區段305與315之間切換該氣流時之平坦轉變。
舉例而言，一閥門440可具有一工廠預設Cv 值，且可被機械地調整(調諧)以將該預設Cv 值改變至一調諧值。舉例而言，在一實施例中，閥門440可被機械地調整以減小該Cv 值。可預期，其他閥門構造可經機械地調整以增加該Cv 值。根據氣體切換系統400之一較佳實施例，沿與該處理室流體連通之氣體通道442、448、452及456佈置之閥門440(依據，參考閥門)具有一預設Cv 值，且沿與該旁通管線流體連通之氣體通道444、450、454及458佈置之閥門440(亦即，經調諧閥門)具有一經調諧Cv 值。在一較佳實施例中，沿氣體通道442、448、452及456佈置之閥門440之預設Cv 值具有一來自該製造商之約＋/－ 2%之正常流量公差，及約＋/－ 1%之理想流量公差，且沿氣體通道444、450、454及458佈置之閥門440之經調諧Cv 值具有一來自製造商之約＋/－ 2%之正常流量公差，及約＋/－ 1%之理想流量公差。閥門對之預設及經調諧Cv 值經錯配以便在切換期間可將氣體切換系統400之一對閥門440中之每一閥門440之入口壓力維持恆定，且可在圖4中所示之流量控制區段305與315之間之切換期間將供應相同處理室出口之全部對閥門440之入口壓力維持恆定。在一較佳實施例中，沿氣體通道442、448、452及456佈置之參考閥門中之每一者可具有相同預設Cv 值。在另一較佳實施例中，該等參考閥門可具有不同預設Cv 值。在一較佳實施例中，沿氣體通道444、450、454及458佈置之經調諧閥門中之每一者可具有相同經調諧Cv 值。在另一較佳實施例中，該等經調諧閥門可具有不同經調諧Cv 值。在一較佳實施例中，該等處理室出口中之每一者之導流率係足夠接近以使沿氣體通道442、448、452及456(其與該處理室流體連通)佈置之閥門440中之每一者可具有相同預設Cv 值，且沿氣體通道444、450、454及458(其與該旁通管線流體連通)佈置之閥門440中之每一者可具有相同經調諧Cv 值，藉此簡化該氣體切換系統之調諧。
每一對閥門440可具有相同或不同Cv 錯配以提供一用於每一閥門對中之兩個閥門之恆定入口壓力環境。舉例而言，在圖5中所示之氣體切換系統400之實施例中，每一閥門對可具有一不同Cv 錯配。換言之，在一實施例中，對每一對閥門而言高Cv 值與低Cv 值之間之差值可係相同。在另一實施例中，對不同對閥門而言該高及低Cv 值可係不同，同時對每一對閥門而言該高與低Cv 值之間之差值係相同。在另一實施例中，對該等閥門對中之每一者而言該高Cv 值與低Cv 值之間之差值可係不同。
如上文所述，在一較佳實施例中，該等閥門對可包括具有相同預設Cv 值之閥門。在另一較佳實施例中，該等閥門對可包括具有不同預設Cv 值之閥門。在此實施例中，該等閥門中之一者可經調諧以錯配該等Cv 值以在切換期間達成一用於該對閥門中之每一閥門之恆定入口壓力。
參照沿氣體通道442及444佈置之閥門對，在一實施例中，沿與該處理室流體連通之氣體通道442佈置之閥門440可具有一標稱Cv 值。沿與該旁通管線流體連通之氣體通道444佈置之閥門440可經調諧以減少其Cv 值以藉此增加用於此閥門之入口壓力以匹配沿氣體通道442佈置之閥門440之彼入口壓力。舉例而言，在一實施例中，沿氣體通道442佈置之閥門440之Cv 值可係一約0.3之預設值，同時沿氣體通道444佈置之閥門可具有一約0.15之經調諧值以使在切換期間可將用於此閥門對中之每一閥門440之入口壓力維持恆定。在一閥門440之預設Cv 值係不合意地高之情形中，可調諧一閥門對中之兩個閥門440以提供合意Cv 錯配。較佳地，存在流過沿氣體通道444之閥門440(且亦流過與該旁通管線流體連通之其他閥門)之黏性臨界流動以避免回流，亦即，存在沿與氣流方向相反之方向跨越該閥門之氣體擴散。對於經由一孔徑之黏性臨界流而言，出口壓力之變化不會變化穿過該孔徑之流量。通常，存在一跨越該處理室流體連通之閥門之相對低的壓力降。
在一較佳實施例中，沿氣體通道444及458之閥門440可具有相同經調諧Cv 值，乃因該等閥門兩者皆與相同旁通管線(亦即，相同排出口)流體連通，且沿氣體通道442及456之閥門440與相同區(亦即，相同處理室輸送出口)流體連通且具有相同預設Cv 值。若氣體切換系統400之管道於該兩個管路之間係足夠類似，此情形通常亦適用。對於其中該兩個管路不具有足夠類似管道之其他氣體切換系統，沿氣體通道444及458之閥門可具有彼此不同之經調諧Cv 值。在圖5中所示之氣體切換系統400中，沿氣體通道450及454之閥門通常可具有相同經調諧Cv 值，乃因該等閥門與相同旁通管線流體連通，且沿氣體通道448、452佈置之閥門係與該處理室之相同區流體連通且具有相同預設Cv 值。
相應地，在氣體切換系統400之實施例中，閥門440之Cv 錯配形成一環境，在該環境中當一使用者將該氣流自一閥門(例如，沿氣體通道442佈置之閥門440)切換至另一閥門(亦即，沿氣體通道444佈置之閥門)且然後再次切回時閥門對(例如，沿氣體通道442、444佈置之閥門)之間之入口壓力係恆定。儘管上文闡述了沿與該旁通管線流體連通之氣體通道佈置之閥門440之調諧，但在其他實施例中，與該處理室流體連通之閥門440(亦即，沿氣體通道442、448、452及456之閥門440中之一或多者)可經調諧以形成一恆定入口氣體壓力環境。換言之，在此實施例中，對每一閥門對而言，任一閥門可經調諧以形成一恆定入口氣體壓力環境。另外，當錯配每一閥門對時，每一經調諧閥門可具有相同Cv 設定，或存在兩個、三個或四個用於圖5中所示之不同對閥門440之不同Cv 設定。該閥門對之未經調整之另一閥門具有標稱或預設Cv 值，藉此於此實施例中提供四個具有相同標稱Cv 值之閥門。
一用於調整一個或多個預設閥門之流量係數以產生一用於該氣體切換區段之閥門對之近似相等入口壓力環境之例示性過程係如下。選擇一處於該電漿處理室之臨界製程氣流操作範圍內(例如，在約中間)之測試氣流。舉例而言，該氣流可係約500 sccm氬。當使用流量控制區段300之(例如)第一流量控制區段305時，將以一對於中心及邊緣區合意之稱重值流至使所選擇氣流流至雙氣流分流器。當使用氣體切換區段400時，使來自第一流量控制區段305之全部氣流經過沿氣體通道442、448之具有工廠預設Cv 值之閥門流至該處理室。使用(例如)一或多個電容壓力計量測該等閥門之入口氣體壓力。當使用氣體切換區段400時，然後使來自第一流量控制區段305之全部氣流經過沿氣體通道444、450之亦具有工廠預設Cv 值之閥門440流至該旁通管線。量測該等閥門中之每一者之入口氣體壓力。將流至該電漿處理室之氣流及流至該旁通管線之氣流之閥門入口壓力與所量測值比較。依據哪一閥門具有一較低量測入口壓力，將沿氣體通道442、448(至該處理室)之任一閥門或閥門444、450(至該旁通)調整至一較低Cv 值。調整所選擇之閥門，再流入該測試氣體且再量測該入口壓力並與該閥門對之另一閥門之入口壓力相比較。可重複此過程直至達成合意入口壓力環境。可藉由針對各種流量範圍切換該氣流並確認在該切換期間不發生處理室壓力尖峰或電漿下降來確認該調整。
一根據一第二較佳實施例之氣體切換區段1400描繪於圖6中。在此實施例中，且氣體切換區段1400與一第一氣體通道405及一第二氣體通道415流體連通。第一及第二氣體通道405、415可分別係(例如)一流量控制區段(不同於圖4中所示之流量控制區段300，其不包括中心及邊緣區氣體出口兩者)之一第一氣體出口及一第二氣體出口。第一氣體通道405被劃分為氣體通道422、424，且第二氣體通道415被劃分為氣體通道426、428。氣體通道422及426與一真空室之一內部流體連通，且氣體通道424及428與一旁通管線流體連通。一閥門440沿氣體通道422、424及426、428中之每一者定位。
舉例而言，為將該第一氣體供應至該真空室且同時將該第二氣體定線至該旁通管線，打開沿流體通道422及428之閥門440且關閉沿氣體通道424及426之閥門440。為切換該等氣流以便將該第二氣體供應至該真空室且將該第一氣體轉向至該旁通管線，打開沿流體通道424及426之閥門440且關閉沿流體通道422及428之閥門440。
在圖6中所示之氣體切換系統1400之實施例中，沿氣體通道422及426之閥門通向相同處理室出口，且沿氣體通道424及428之閥門通向相同旁通管線。通常，沿氣體通道424及428佈置之閥門可具有相同調諧(減小的)Cv 值，同時沿氣體通道422及426之閥門可具有一標稱Cv 值。如上文所述，沿氣體通道422、424及426、428之閥門對可具有經錯配之Cv 值以便可將氣體切換系統400之一對閥門440中之任一閥門440之入口壓力維持恆定。
氣體分配系統100之較佳實施例可用於將不同氣體化學組分及/或流速供應至電漿處理室12以實施各種蝕刻及/或沈積製程。舉例而言，氣體分配系統100可將製程氣體供應至一電漿處理室以於一氧化矽(例如，藉由一覆蓋遮罩(例如，一UV光阻遮罩)保護之SiO2 層)內蝕刻形貌。該SiO2 層可形成於一具有一200 mm或300 mm直徑之半導體晶圓(例如，一矽晶圓)上。該等形貌可係(例如)通孔及/或溝道。在此蝕刻製程期間，合意之情形係，將一聚合物沈積於該遮罩之部分上以修復該遮罩內之條痕(例如，裂隙或裂紋)(亦即，填充該等條痕)以使蝕刻於該SiO2 內之形貌具有其所需形狀(例如，具有一圓形橫截面之通孔)。若未修復條痕，則在蝕刻期間它們可最終到達該在該遮罩下之層且實質上被轉移至彼層。同樣，可將一聚合物沈積於該等形貌之側壁上。
然而，已確定：沈積於所蝕刻形貌之側壁及基底上之聚合物之厚度影響蝕刻速率。在各向異性蝕刻製程中，在蝕刻期間大致地移除沈積於該形貌頂部上之聚合物。然而，若該等側壁及/或基底上之聚合物變得過厚，則減少且可能完全地停止SiO2 之蝕刻速率。若聚合物變得過厚，則其亦可能自表面剝離。相應地，較佳之情形係，控制將用於形成於該遮罩及形貌上之聚合物沈積之氣體混合物供應至該電漿處理室內之時間量以藉此控制形成於該SiO2 層上之聚合物沈積之厚度，同時亦提供該遮罩之足夠修復及保護。在該SiO2 層之蝕刻期間，定期地將聚合物自該遮罩移除。相應地，較佳之情形係，在該SiO2 層之蝕刻段之間將該聚合物沈積於該遮罩上以確保達成該遮罩之足夠修復及保護。
氣體分配系統100可用於將製程氣體供應至一電漿處理室內以蝕刻由一覆蓋遮罩(例如，一UV光阻遮罩)保護之SiO2 ，同時控制沈積於該等形貌上之聚合物之厚度且同時修復並保護該遮罩。氣體分配系統100之氣體切換區段可操作以允許將一用於蝕刻該SiO2 之第一製程氣體供應至該電漿處理室內達一第一時間週期，同時將一用於形成該聚合物沈積之第二氣體混合物轉向至一旁通管線，且然後迅速地切換該等氣流以便將該第二氣體混合物供應至該電漿處理室內以形成該聚合物沈積，同時將該第一氣體混合物供應至該旁通管線。較佳地在一少於約1 s，更佳地少於約200 ms之週期內用該第二氣體混合物至少大致地替代供應至該電漿處理室之一電漿封閉區之該第一氣體混合物，該電漿封閉區較佳地具有一約公升至約4之體積。
用於蝕刻SiO2 之第一氣體混合物可含有(例如)一氟代烴物質(例如，C4 F8 )、O2 及氬。C4 F8 /O2 /氬之流速可係(例如)20/10/500 sccm。用於形成一聚合物沈積之第二氣體混合物可含有(例如)一氟烴化合物物質(例如，CH3 F)及氬。CH3 F/氬之流速可係(例如)15/500 sccm。該第二氣體混合物視需要亦可包括O2 。對於一用於處理200 mm或300 mm晶圓之電容耦合電漿蝕刻反應器而言，該室壓力可矽(例如)70－90 mTorr。每一次將該第一氣體混合物引至該室內時(同時將該第二氣體轉向至該旁通管線)，較佳地將該第一氣體混合物流至該電漿處理室內達約5秒至約20秒，且每一次將該第二氣體混合物引至該室內時(同時將該第一氣體轉向至該旁通管線)，較佳地將該第二氣體混合物流至該電漿處理室內達約1秒至約3秒。在蝕刻一基板上之SiO2 期間，可在較佳時間週期內增加或減少該蝕刻週期及/或該聚合物沈積週期之長度。在該蝕刻製程(其通常持續上至約3分鐘)期間，該聚合物沈積較佳地達到一少於約100埃之最大厚度。在蝕刻期間，可將聚合物沈積於該遮罩上以修復條痕並提供遮罩保護。相應地，在該蝕刻製程期間較佳地可維持該遮罩內開口之形狀。
已參照較佳實施例闡述了本發明。然而，熟悉此項技術者將易於明白：還可以除上述形式外之多種具體形式實施本發明且此並不違背本發明之精神。該等較佳實施例係闡釋性而無論如何不應被視為限制性。本發明之範圍由附屬申請專利範圍而非先前說明給出，且所有屬於申請專利範圍內之改變及等效內容皆意欲包含在申請專利範圍內。
10．．．電漿處理裝置
12．．．電漿處理室
14．．．基板支撐件
16．．．基板
18．．．靜電吸盤
20．．．支撐板
22．．．蓮蓬頭
28．．．背側
30A．．．擋流板
30B．．．擋流板
30C．．．擋流板
38A．．．密封
38B．．．密封
38C．．．密封
38D．．．密封
40．．．中心區氣體供應
42．．．中心區
44．．．邊緣區氣體供應
44A．．．環形溝槽
46．．．邊緣區
48A．．．通風管道
48B．．．通風管道
48C．．．通風管道
50．．．旁通管線
100．．．氣體分配系統
200．．．氣體供應區段
202．．．氣源
204．．．氣源
206．．．氣源
208．．．氣源
210．．．氣源
212．．．氣源
216．．．氣源
218．．．第一調諧氣源
219．．．第二調諧氣源
222．．．氣體通道
224．．．氣體通道
226．．．氣體通道
228．．．氣體通道
230．．．氣體通道
232．．．氣體通道
234．．．氣體通道
235．．．第一氣體管線
236．．．氣體通道
240．．．流量控制裝置
242．．．氣體通道
244．．．氣體通道
245．．．第二氣體管線
250．．．閥門
252．．．閥門
300．．．流量控制區段
305．．．第一流量控制區段
315．．．第二流量控制區段
319．．．氣體通道
320．．．閥門
322．．．氣體通道
324．．．氣體通道
326．．．氣體通道
330．．．節流孔
331．．．氣體通道
332．．．節流孔
333．．．氣體通道
334．．．節流孔
336．．．節流孔
337．．．氣體通道
338．．．節流孔
339．．．氣體通道
340．．．流量控制器件
359．．．氣體通道
364．．．氣體通道
366．．．氣體通道
372．．．氣體通道
374．．．氣體通道
376．．．氣體通道
378．．．氣體通道
400．．．氣體切換區段
405．．．第一氣體通道
415．．．第二氣體通道
422．．．氣體通道
424．．．氣體通道
426．．．氣體通道
428．．．氣體通道
440．．．閥門
442．．．氣體通道
444．．．氣體通道
448．．．氣體通道
450．．．氣體通道
452．．．氣體通道
454．．．氣體通道
456．．．氣體通道
458．．．氣體通道
500．．．控制器
1400．．．氣體切換區段
圖1係一可與氣體分配系統之較佳實施例一起使用之電漿處理裝置之一例示性實施例之一剖視圖。
圖2圖解說明氣體分配系統之一較佳實施例。
圖3描繪該氣體分配系統之一氣體供應區段之一較佳實施例。
圖4描繪該氣體分配系統之一流量控制區段之一較佳實施例。
圖5描繪該氣體分配系統之一氣體切換區段之一第一較佳實施例。
圖6描繪該氣體分配系統之氣體切換區段之一第二較佳實施例。
10．．．電漿處理裝置
12．．．電漿處理室
14．．．基板支撐件
16．．．基板
18．．．靜電吸盤
20．．．支撐板
22．．．蓮蓬頭
28．．．背側
30A．．．擋流板
30B．．．擋流板
30C．．．擋流板
38A．．．密封
38B．．．密封
38C．．．密封
38D．．．密封
40．．．中心區氣體供應
42．．．中心區
44．．．邊緣區氣體供應
44A．．．環形溝槽
46．．．邊緣區
48A．．．通風管道
48B．．．通風管道
48C．．．通風管道
50．．．旁通管線
100．．．氣體分配系統
500．．．控制器

Claims (26)

  1. 一種用於一將製程氣體供應至一電漿處理室之氣體分配系統之氣體切換區段，該氣體切換區段包括：一第一氣體通道，其適合於與一第一氣體管線及該電漿處理室流體連通；一第二氣體通道，其適合於與該第一氣體管線及一旁通管線流體連通；一沿該第一氣體通道之第一快速開關閥門，其可操作以打開及關閉該第一氣體通道，該第一快速開關閥門具有一第一流量係數；及一沿該第二氣體通道之之第二快速開關閥門，其可操作以打開及關閉該第二氣體通道，該第二快速開關具有一不同於該第一流量係數之第二流量係數，以當藉由關閉該第一快速開關閥門並打開該第二快速開關閥門，而將氣流自該第一氣體通道切換至該第二氣體通道，或藉由關閉該第二快速開關閥門並打開該第一快速開關閥門，而將氣流自該第二氣體通道切換至該第一氣體通道時，使該第一快速開關閥門之入口壓力大致等於該第二快速開關閥門之入口壓力。
  2. 如請求項1之氣體切換區段，其中該第一及第二快速開關閥門適合於經致動以(a)打開該第一快速開關閥門且關閉該第二快速開關閥門以將一製程氣體供應至該電漿處理室，且(b)關閉該第一快速開關閥門且打開該第二快速開關閥門以將該製程氣體轉向至該旁通管線。
  3. 如請求項2之氣體切換區段，其中該第一及第二快速開關閥門可在被致動後一少於約100 ms或少於50 ms之時間段內被打開及/或關閉。
  4. 一種電漿處理裝置，其包含：一包括一蓮蓬頭電極組件之電漿處理室；及如請求項2之氣體切換區段，其與該蓮蓬頭電極組件流體連通。
  5. 如請求項4之電漿處理裝置，其進一步包含一可操作以控制該第一及第二快速開關閥門之打開及關閉之控制系統。
  6. 如請求項5之電漿處理裝置，其進一步包含一流量控制區段，該流量控制區段包括與該第一及第二氣體通道流體連通之該第一氣體管線。
  7. 如請求項6之電漿處理裝置，其進一步包含一與該流量控制區段流體連通之氣體供應區段。
  8. 一種用於一將氣體供應至一電漿處理室之氣體分配系統之氣體切換區段，該電漿處理室包括一氣體分配部件，該氣體分配部件具有彼此流動隔離之中心區及邊緣區，該氣體切換區段包含：一第一氣體通道，其適合於與一第一氣體管線及該電漿處理室之該氣體分配部件之該邊緣區流體連通；一第二氣體通道，其適合於與該第一氣體管線及一旁通管線流體連通；一第三氣體通道，其適合於與一第二氣體管線及該氣 體分配部件之該中心區流體連通；一第四氣體通道，其適合於與該第二氣體管線及該旁通管線流體連通；一第五氣體通道，其適合於與一第三氣體管線及該中心區流體連通；一第六氣體通道，其適合於與該第三氣體管線及該旁通管線流體連通；一第七氣體通道，其適合於與一第四氣體管線及該邊緣區流體連通；一第八氣體通道，其適合於與該第四氣體管線及該旁通管線流體連通；分別沿該第一及第二氣體通道之第一及第二快速開關閥門，該第一快速開關閥門可操作以打開及關閉該第一氣體通道且具有一第一流量係數，該第二快速開關閥門可操作以打開及關閉該第二氣體通道且具有一不同於該第一流量係數之第二流量係數，以使得當藉由關閉該第一快速開關閥門並打開該第二快速開關閥門，將氣流自該第一氣體通道切換至該第二氣體通道，或藉由關閉該第二快速開關閥門並打開該第一快速開關閥門，將氣流自該第二氣體通道切換至該第一氣體通道時，該第一快速開關閥門之入口壓力大致等於該第二快速開關閥門之入口壓力；分別沿該第三及第四氣體通道之第三及第四快速開關閥門，該第三快速開關閥門可操作以打開及關閉該第三 氣體通道且具有一第三流量係數，該第四快速開關閥門可操作以打開及關閉該第四氣體通道且具有一不同於該第三流量係數之第四流量係數，以使得當藉由關閉該第三快速開關閥門並打開該第四快速開關閥門，將氣流自該第三氣體通道切換至該第四氣體通道，或藉由關閉該第四快速開關閥門並打開該第三快速開關閥門，將氣流自該第四氣體通道切換至該第三氣體通道時，該第三快速開關閥門之入口壓力大致等於該第四快速開關閥門之入口壓力；分別沿該第五及第六氣體通道之第五及第六快速開關閥門，該第五快速開關閥門可操作以打開及關閉該第五氣體通道且具有一第五流量係數，該第六快速開關閥門可操作以打開及關閉該第六氣體通道且具有一較該第五流量係數不同之第六流量係數，以使得當藉由關閉該第五快速開關閥門並打開該第六快速開關閥門，將氣流自該第五氣體通道切換至該第六氣體通道，或藉由關閉該第六快速開關閥門並打開該第五快速開關閥門，將氣流自該第六氣體通道切換至該第五氣體通道時，該第五快速開關閥門之入口壓力大致等於該第六快速開關閥門之入口壓力；且分別沿該第七及第八氣體通道之第七及第八快速開關閥門，該第七快速開關閥門可操作以打開及關閉該第七氣體通道且具有一第七流量係數，該第八快速開關閥門可操作以打開及關閉該第八氣體通道且具有一較該第七 流量係數不同之第八流量係數，以使得當藉由關閉該第七快速開關閥門並打開該第八快速開關閥門，將氣流自該第七氣體通道切換至該第八氣體通道，或藉由關閉該第八快速開關閥門並打開該第七快速開關閥門，將氣流自該第八氣體通道切換至該第七氣體通道時，該第七快速開關閥門之入口壓力大致等於該第八快速開關閥門之入口壓力。
  9. 如請求項8之氣體切換區段，其中：該第一、第三、第六及第八快速開關閥門適合於經致動以打開，且該第二、第四、第五及第七快速開關閥門適合於經致動以關閉，以便將一第一製程氣體供應至該等中心及邊緣區且將一第二製程氣體轉向至該旁通管線；且該第二、第四、第五及第七快速開關閥門適合於經致動以打開，且該第一、第三、第六及第八快速開關閥門適合於經致動以關閉，以便將該第二製程氣體供應至該等中心及邊緣區且將該第一製程氣體轉向至該旁通管線。
  10. 如請求項8之氣體切換區段，其中該第一、第三、第五及第七流量係數大致彼此相等，且該第二、第四、第六及第八流量係數大致彼此相等。
  11. 如請求項8之氣體切換區段，其中該第一與第二流量係數之間的差值大致等於該第三與第四流量係數、該第五與第六流量係數及該第七與第八流量係數之間的差值。
  12. 如請求項8之氣體切換區段，其中：當流至該第一及第七快速開關閥門中之每一者之氣體流量近似相等時，該第一快速開關閥門之入口壓力近似等於該第七快速開關閥門之入口壓力；及當流至該第三及第五快速開關閥門中之每一者之氣體流量近似相等時，該第三快速開關閥門之入口壓力近似等於該第五快速開關閥門之入口壓力。
  13. 一種電漿處理裝置，其包含：一包括一蓮蓬頭電極組件之電漿處理室，該蓮蓬頭電極組件具有彼此流動隔離之中心區及邊緣區；及如請求項9之氣體切換區段，其與該蓮蓬頭電極組件之該等中心及邊緣區流體連通。
  14. 如請求項13之電漿處理裝置，其進一步包含一可操作以控制該第一、第二、第三及第四快速開關閥門之打開及關閉之控制系統。
  15. 如請求項14之電漿處理裝置，其進一步包含一流量控制區段，該流量控制區段包括：與該第一及第二氣體通道流體連通之該第一氣體管線、與該第三及第四氣體通道流體連通之該第二氣體管線、與該第五及第六氣體通道流體連通之該第三氣體管線，及與該第七及第八氣體通道流體連通之該第四氣體管線。
  16. 如請求項15之電漿處理裝置，其進一步包含一與該流量控制區段流體連通之氣體供應區段。
  17. 如請求項13之電漿處理裝置，其中： 該電漿處理室具有一約½至約4公升之內部體積；且該氣體分配系統可操作以在一小於約1s之週期內用該第一製程氣體或第二製程氣體中之另一者替代該電漿處理室之一電漿封閉區內之該第一製程氣體或該第二製程氣體。
  18. 一種在如請求項13之電漿處理裝置內處理一半導體基板之方法，其包含a)將該第一製程氣體供應至該蓮蓬頭電極組件之該等中心及邊緣區，同時將該第二製程氣體轉向至該旁通管線，該電漿處理室含有一包括至少一個層及一覆蓋該層之經圖案化光阻遮罩之半導體基板；b)自該第一製程氣體產生一第一電漿且(i)於該層內蝕刻至少一個形貌或(ii)於該遮罩上形成一聚合物沈積；c)切換該第一及第二製程氣體之流動以便將該第二製程氣體供應至該蓮蓬頭電極組件之該等中心及邊緣區，同時將該第一製程氣體轉向至該旁通管線；d)自該第二製程氣體產生一第二電漿且(iii)於該層內蝕刻該至少一形貌或(iv)於該層及該遮罩上形成一聚合物沈積；e)切換該第一及第二製程氣體之流動以便將該第一製程氣體供應至該電漿處理室內，同時將該第二製程氣體轉向至該旁通管線；且f)對該基板重複a)-e)複數次。
  19. 如請求項18之方法，其中該電漿處理室包括一電漿封閉 區，且於該電漿封閉區內由該第二製程氣體大致替代該第一製程氣體，且於該電漿封閉區內由該第一製程氣體大致替代該第二製程氣體，每一替代皆發生於一小於約1 s之週期內。
  20. 如請求項18之方法，其中該電漿封閉區具有一約½公升至約4公升之體積。
  21. 如請求項18之方法，其中在對該基板重複a)-e)複數次之後，將該聚合物沈積形成至一小於約100埃之最大厚度。
  22. 如請求項18之方法，其中該第一電漿於該層內蝕刻該至少一個形貌，且該第二電漿於該層及該遮罩上形成該沈積，該沈積修復該遮罩內之條痕。
  23. 如請求項18之方法，其中：該層係由SiO2 製成。該遮罩係一UV-光阻遮罩；該第一製程氣體包含C4 F8 、O2 及氬之混合物，且該第一電漿蝕刻該層；且該第二製程氣體包含CH3 F、氬及視需要O2 之混合物，且該第二電漿於該形貌及該遮罩上形成該聚合物沈積。
  24. 如請求項23之方法，其中每次將該第一及第二製程氣體分別供應至該電漿處理室內時，將該第一製程氣體供應至該電漿處理室內達一約5秒至約20秒之週期，且將該第二製程氣體供應至該電漿處理室內達一約1秒至約3秒之週期。
  25. 如請求項18之方法，其中以不同流速將該第一製程氣體 及該第二製程氣體供應至該中心區及該邊緣區。
  26. 一種製造一用於一氣體分配系統之氣體切換區段之方法，該氣體分配系統用於將一製程氣體供應至一電漿處理室，該方法包含：沿一適合於與一第一氣體管線及該電漿處理室流體連通之第一氣體通道佈置一第一快速開關閥門；沿一適合於與該第一氣體管線及一旁通管線流體連通之第二氣體通道佈置一第二快速開關閥門；且調整該第一快速開關閥門之第一流量係數及/或調整該第二快速開關閥門之第二流量係數，以使該第一與第二流量係數彼此不同且當將一氣流自該第一氣體通道切換至該第二氣體通道，或自該第二氣體通道切換至該第一通道時，該第一快速開關閥門之入口壓力大致等於該第二快速開關閥門之入口壓力。
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