一种用于真空处理装置的气体供应装置及其气体供应及切换方法

专利名称：一种用于真空处理装置的气体供应装置及其气体供应及切换方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制备エ艺流程中的处理气体共享控制技术，具体涉及ー种用于进行处理气体快速开关型エ艺流程的气体供应装置及其气体供应及切換方法。
背景技术：
博世法，即“Bosch”エ艺，为ー种用于刻蚀硅的时分复用(TDM)方法，该エ艺中淀积エ艺连续地与刻蚀エ艺交替进行，每个刻蚀-淀积エ艺对构成了一个エ艺周期。
目前，在进行处理气体快速开关型エ艺流程中，例如博世法、硅穿孔(TSV，Through Silicon Via)中会进行淀积エ艺连续地与刻蚀エ艺交替进行,需要在进行不同的エ艺过程时向エ艺模块(PM, process module)提供不同的反应气体，即需要实现输入エ艺模块(process module)的处理气体快速开关和切换,其中エ艺模块可以为真空处理装置(chamber)或者ー个真空处理装置中的若干个子腔室(station)。为实现处理气体的快速切換和快关，同时保证在快速开关和切換处理气体的过程中不发生处理气体供应不足的问题，现有技术的方案是保持处理气体的持续输出，以保证处理气体快速开关型エ艺流程的正常运作。如图I和图2所示，国际申请号为PCT/US2003/025290为发明专利中公开了ー种气体配送设备，该设备包含质量流量控制器(MFC) 11’和质量流量控制器13’(MFC)，质量流量控制器(MFC) 11’和质量流量控制器13’ (MFC)的输入口分别连接第一气体10’(气体A)和第二气体12’(气体B)，质量流量控制器11’的输出口分别连接室旁路阀2’和室入口阀4’的输入口，质量流量控制器13’的输出口分别连接室入口阀6’和室旁路阀8’的输入口。室入口阀4’与室入口阀6’的输出口连接至エ艺室14’，エ艺室14’设有排放ロ20’，该排放ロ 20’用于将エ艺室14’中经过反应的废气排出。室旁路阀2’与室旁路阀8，的输出口也都直接连接至排放ロ 20’处。其中第一气体10’(气体A)和第二气体12’(气体B)在整个エ艺过程中都保持持续输出。如图I所示，当エ艺室14’中需要采用第一气体10’进行エ艺时，室入口阀4’打开，室旁路阀2’关闭，室入口阀6’关闭，室旁路阀8，打开。第一气体10’通过质量流量控制器11’和室入口阀4’通入エ艺室14’，利用第一气体10’作为反应气体进行エ艺操作，完成反应后第一气体10’的废气由排放ロ 20’排出。第二气体12’通过质量流量控制器13’和室旁路阀8，直接由排放ロ 20’排出。如图2所示，当エ艺室14’中需要采用第二气体12’进行エ艺时，室入口阀4’关闭，室旁路阀2’打开，室入口阀6’打开，室旁路阀8，关闭。第二气体12’经过质量流量控制器13’和室入口阀6’通入エ艺室14’，利用第二气体12’作为反应气体进行エ艺操作，完成反应后第二气体12’的废气由排放ロ 20’排出。第一气体10’通过质量流量控制器11’和室旁路阀2’直接由排放ロ 20’排出。在整个エ艺流程中，根据エ艺需要，会快速切換通入エ艺室14’的是第一气体10’(气体A)或第二气体12’(气体B)，第一气体10’和第二气体12’的持续输送，保证了在快速开关和切換处理气体的过程中不会发生处理气体供应不足的问题。当エ艺室14’需要通入第一气体10’时，第二气体12’不关闭，而是直接由排放ロ 20’持续排出，同样当エ艺室14’通入第二气体12’进行エ艺操作时，第一气体10’不关闭，持续输出气体A，并直接由排放ロ 20’排出。其缺点在于，在整个エ艺流程中为保证エ艺正常运行，持续输出处理气体，在エ艺进行过程中总有ー个反应气体会不经过任何エ艺流程就直接排出，即导致了大量处理气体的浪费，提闻了成本。

发明内容
本发明提供一种用于真空处理装置的气体供应装置及其气体共享配送方法，解决了在进行处理气体快速开关型エ艺流程中处理气体浪费的问题，节约成本。为实现上述目的，本发明提供一种用于真空处理装置的气体供应装置，用于交替 地向至少两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室供应至少两种反应气体，其特点是，上述气体供应装置包含
第一气体源和第二气体源，其分别提供第一气体和第二气体；
第一气体开关，其输入端连接于第一气体源，其输出端分别可切换地连接于两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室的气体入口；
第二气体开关，其输入端连接于第二气体源，其输出端分别可切换地连接于两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室的气体入口；
控制装置，其用于控制第一气体开关和第二气体开关的切換，以使得当第一气体连接于两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室的其中之一的气体入口并通过该气体入口提供第一气体时，第二气体连接于两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室中另ー个的气体入口并通过该气体入口提供第二气体。上述的第一气体为刻蚀反应气体，上述第二气体为沉积反应气体。上述的第一气体包含SF6、CF4,第二气体包含C4F8、C3F6、N2。上述的第一气体开关和第二气体开关的切换时间的取值范围为小于3秒。在上述的第一气体源的输出端和第一气体开关的输入端之间以及第ニ气体源的输出端和第二气体开关的输入端之间还分别连接有流量控制器。上述的气体供应装置还包含
第一气体收集装置，其输入端连接有第一阀门，第一阀门设置于第一气体源的输出端，第一气体收集装置的输出端连接于第一气体源，用于将冗余的第一气体回收起来并送回第一气体源；
第二气体收集装置，其输入端连接有第二阀门，第二阀门连接于第二气体源的输出端，第二气体收集装置的输出端连接于第二气体源，用于将冗余的第二气体回收起来并送回第ニ气体源。上述的气体供应装置还包含ー气体旁路，用于将冗余的第一气体或第二气体排出
真空处理装置。ー种真空处理装置，其特点是，上述的真空处理装置包含上述任意ー项实施结构的气体供应装置。一种用于真空处理装置的气体供应及切換方法，用于交替地向至少两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室供应至少两种反应气体，其中，上述真空处理装置包含上述任意ー项实施结构的气体供应装置，其特点是，上述的气体供应及切換方法包含以下步骤
第一气体开关控制第一气体源与至少两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室中的ー个连通，第一气体源向其连通的该真空处理装置或子腔室提供第一气体；
第二气体开关控制第二气体源与至少两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室中的另ー个连通，第二气体源向其连通的该真空处理装置或子腔室提供第二气体；
控制装置控制第一气体开关与第二气体开关快速切換，使第一气体源与第二气体源交 换各自所连接的真空处理装置或真空处理装置中的子腔室；
循环进行上述流程。其中所有真空处理装置或者ー个真空处理装置中的所有子腔室中进行的エ艺流程所需要的时间相同或近似相同。各个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的各个子腔室中进行的エ艺流程所需要的时间不相同；
则将已经先完成现阶段エ艺流程的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源输出功率降低，降低该些真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内的反应速度，直至尚未完成现阶段エ艺流程的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室完成现阶段的エ艺操作；
当真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源降低输出功率时，所有反应气体源仍持续输送反应气体；
当所有真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室中的现阶段エ艺流程都完成后，第一气体开关和第二气体开关控制切換各真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室所连通的反应气体源，并使所有真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源正常输出功率。各个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的各个子腔室中进行的エ艺流程所需要的时间不相同；
则各真空处理装置或者ー个真空处理装置中的各个子腔室在进行需要时间短的エ艺流程时，降低该真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内进行该エ艺过程的整个阶段的反应速度，使所有真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内进行エ艺流程所需的时间相同或近似相同。各个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的各个子腔室中进行的エ艺流程所需要的时间不相同；
若刻蚀エ艺需要的时间比沉积エ艺长，则当沉积エ艺先完成时，第二阀门打开，第二气体通入第二气体收集装置，并通过第二气体收集装置返回至第二气体源；直至当前阶段刻蚀エ艺与沉积エ艺都完成，则闭合第二阀门，第一气体开关和第二气体开关快速切換第一气体源和第二气体源所连接的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室；
若沉积エ艺需要的时间比刻蚀エ艺长，则当刻蚀エ艺先完成时，第一阀门打开，第一气体通入第一气体收集装置，并通过第一气体收集装置返回至第一气体源；直至当前阶段刻蚀エ艺与沉积エ艺都完成，则闭合第一阀门，第二气体开关和第一气体开关快速切換第一气体源和第二气体源所连接的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。本发明ー种用于真空处理装置的气体供应装置及其气体供应及切換方法和现有技术中进行气体快速开关型エ艺时所采用的气体共享配送技术相比，其优点在于，本发明公开的半导体处理设备设有多路反应气体源和多个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室；每路反应气体源都分别与所有或部分真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室通过管路连通，管路上设有气体开关，气体开关分别根据エ艺要求控制其所连接的反应气体源与各个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室之间快速气路切換，使得当真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室切换输入的反应气体时，当前不需要的反应气体可根据エ艺需求通入其他需要该反应气体的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室中，进行エ艺操作，利用互补切换各真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室连通的反应气体源，实现完全利用全部输送的反应气体，而不会将暂时不便 用的反应气体直接排出，节省了成本，也提高了工作效率。


图I为现有技术中ー种气体配送设备的工作示意 图2为现有技术中ー种气体配送设备的工作示意 图3为本发明用于真空处理装置的气体配送设备的实施例一的结构示意 图4为本发明用于真空处理装置的气体配送设备的实施例ニ的结构示意 图5为本发明用于真空处理装置的气体配送设备与ー个真空处理装置中的两个子腔室的连接示意 图6为本发明一种用于真空处理装置的的气体供应及切換方法的时序图。
具体实施例方式以下结合附图，进ー步说明本发明的具体实施例。如图3所示，为本发明所公开的用于真空处理装置的气体配送设备的实施例一，本实施例中该气体配送设备设置于用于进行硅穿孔エ艺(TSV)的半导体处理设备中，在TSVエ艺中需要进行快速切换刻蚀与沉积的エ艺。该气体配送设备包含六个气体开关和六个反应气体源。该气体配送设备的输出端连接有两个真空处理装置(chamber)或者ー个真空处理装置中的两个子腔室(station)。本实施例中，本气体配送设备输出端连接两个真空处理装置(chamber),两个真空处理装置分别为第一真空处理装置307和第二真空处理装置308。六个反应气体源分别为第一反应气体源301、第二反应气体源302、第三反应气体源303、第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306。该六个反应气体源的输出，可设为六个反应气体源分别输出六种不同的反应气体，或者也可设为其中部分反应气体源输出同一种反应气体，该六个反应气体源输出至少两种反应气体。本实施例中，六路反应气体源分别输出六种不同的反应气体，该六路反应气体源分为两组，分别按エ艺配比成刻蚀反应气体和沉积反应气体。其中第一反应气体源301、第ニ反应气体源302和第三反应气体源303为一組，第一反应气体源301、第二反应气体源302和第三反应气体源303分别输出三种不同的气体，例如SF6、CF4等，该第一反应气体源301、第二反应气体源302和第三反应气体源303输出的反应气体的输出量具体设定，配比混合输出ー种用于进行刻蚀エ艺的刻蚀反应气体。在进行TSVエ艺中刻蚀反应气体的流量通常设为2000标况晕升姆分(seem)。第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306为ー组，第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306分别输出三种不同的气体，例如C4F8、C3F6、N2等，该第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306输出的反应气体的输出量具体设定，配比混合输出ー种用于进行沉积エ艺的沉积反应气体。在进行TSVエ艺中沉积反应气体流量通常设为1000标况毫升姆分(seem)。 在进行硅穿孔TSVエ艺中，为保证实现反应气体的快速切換，上述的六路反应气体源需要分别保持持续输出反应气体。本实施例中，六个气体开关分别为第一气体开关311、第二气体开关321、第三气体开关331、第四气体开关341、第五气体开关351和第六气体开关361。该六个气体开关采用三通阀，每个气体开关设有一个输入端和两个输出端，该三通阀可以采用电动三通阀或气动三通阀，该气体开关的触发切换时间小于三秒。每个气体开关的一个输入端通过管路连接至一个反应气体源第一气体开关311的输入端通过气体配送管路连接至第一反应气体源301 ;第二气体开关321的输入端通过气体配送管路连接至第二反应气体源302 ;第三气体开关331的输入端通过气体配送管路连接至第三反应气体源303 ;第四气体开关341的输入端通过气体配送管路连接至第四反应气体源304 ;第五气体开关351的输入端通过气体配送管路连接至第五反应气体源305 ；第六气体开关361的输入端通过气体配送管路连接至第六反应气体源306。上述六个气体开关的输入端与其各自连接的反应气体源之间还设有质量流量控制器(MFC)，质量流量控制器输入端通过管路连接反应气体源；输出端连接气体配送管路，通过气体配送管路连接至气体开关。每个气体开关的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关；该两个快速开关接收同一个控制信号，控制该两个快速开关以互补关系连通和断开，气体开关中互补的快速开关的切换时间小于两秒。具体如下所述。第一气体开关311的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关VAl和快速开关VBl，该快速开关VAl和快速开关VBl分别控制第一气体开关11的输入端与其两个输出端之间的连通或切断。快速开关VAl和快速开关VBl接收同一个控制信号，以互补关系连通和断开，当快速开关VAl连通时快速开关VBl切断，当快速开关VBl连通时快速开关VAl切断。第二气体开关321的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关VA2和快速开关VB2,该快速开关VA2和快速开关VB2分别控制第二气体开关21的输入端与其两个输出端之间的连通或切断。快速开关VA2和快速开关VB2接收同一个控制信号，以互补关系连通和断开，当快速开关VA2连通时快速开关VB2切断，当快速开关VB2连通时快速开关VA2切断。第三气体开关331的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关VA3和快速开关VB3,该快速开关VA3和快速开关VB3分别控制第三气体开关31的输入端与其两个输出端之间的连通或切断。快速开关VA3和快速开关VB3接收同一个控制信号，以互补关系连通和断开，当快速开关VA3连通时快速开关VB3切断，当快速开关VB3连通时快速开关VA3则切断。第四气体开关341的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关VA4和快速开关VB4,该快速开关VA4和快速开关VB4分别控制第四气体开关41的输入端与其两个输出端之间的连通或切断。快速开关VA4和快速开关VB4接收同一个控制信号，以互补关系连通和断开，当快速开关VA4连通时快速开关VB4切断，当快速开关VB4连通时快速开关VA4切断。第五气体开关351的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关VA5和快速开关 VB5,该快速开关VA5和快速开关VB5分别控制第五气体开关51的输入端与其两个输出端之间的连通或切断。快速开关VA5和快速开关VB5接收同一个控制信号，以互补关系连通和断开，当快速开关VA5连通时快速开关VB5切断，当快速开关VB5连通时快速开关VA5切断。第六气体开关361的输入端与两个输出端之间分别设有快速开关VA6和快速开关VB6,该快速开关VA6和快速开关VB6分别控制第六气体开关61的输入端与其两个输出端之间的连通或切断。快速开关VA6和快速开关VB6接收同一个控制信号，以互补关系连通和断开，当快速开关VA6连通时快速开关VB6切断，当快速开关VB6连通时快速开关VA6切断。具体地，当快速开关VAl连通时快速开关VBl切断时，气体送入第一真空处理装置307 ;当快速开关VBl连通时快速开关VAl切断时，气体送入第二真空处理装置308。本实施例中，本气体配送设备输出端连接两个真空处理装置(chamber),两个真空处理装置分别为第一真空处理装置307和第二真空处理装置308。每个气体开关的两个输出端分别通过气体配送管路连接至两个真空处理装置。上述六个气体开关分别根据エ艺要求控制其所在气体配送管路所连接的反应气体源在两个真空处理装置之间快速气路切換。本实施例一中，该气体配送设备的气体供应及切换方法具体包含以下步骤
根据TSVエ艺的要求分别确定各个真空处理装置所需要的反应气体。例如，若在当前
阶段的エ艺流程中，第一真空处理装置307中需要进行刻蚀エ艺，第二真空处理装置308中需要进行沉积エ艺，则在该阶段的エ艺流程下，第一真空处理装置307需要通入流量为2000标况毫升毎分(sccm)的按エ艺要求配比的SF6、CF4等的刻蚀反应气体。第二真空处理装置308中则需要通入流量为1000标况毫升每分(sccm)的按エ艺要求配比的C4F8、C3F6、N2等的沉积反应气体。各个反应气体源对应的气体开关分别控制各反应气体源与当前需要该种反应气体的真空处理装置之间气路连通，同时各气体开关切断相应反应气体源与其他不需要该种反应气体的真空处理装置之间的气路，并将其不需要的另ー种反应气体送入另一真空处理腔室，使得，在本实施例中，两个腔室交替地进行沉积/刻蚀制程。控制信号分别发送至第一气体开关311、第二气体开关321、第三气体开关331、第四气体开关341、第五气体开关351和第六气体开关361。控制信号触发第一气体开关311中快速开关VAl打开、快速开关VBl关闭，使第一反应气体源301中用于刻蚀的反应气体通入第一真空处理装置307。控制信号触发第二气体开关321中快速开关VA2打开、快速开关VB2关闭，使第二反应气体源302中用于刻蚀的反应气体也通入第一真空处理装置307。控制信号触发第三气体开关331中快速开关VA3打开、快速开关VB3关闭，使第三反应气体源303中用于刻蚀的反应气体也通入第一真空处理装置307。上述的第一气体开关311、第二气体开关321和第三气体开关331分别控制第一反应气体源301、第二反应气体源302和第三反应气体源303输出的刻蚀反应气体按一定配比通入第一真空处理装置307，第一真空处理装置307中则进行半导体的刻蚀エ艺。同时，控制信号触发第四气体开关341中快速开关VA4关闭、快速开关VB4打开，使第四反应气体源304中用于沉积的反应气体通入第二真空处理装置308。控制信号触发 第五气体开关351中快速开关VA5关闭、快速开关VB5打开，使第五反应气体源305中用于沉积的反应气体通入第二真空处理装置308。控制信号触发第六气体开关361中快速开关VA6关闭、快速开关VB6打开，使第六反应气体源306中用于沉积的反应气体通入第二真空处理装置308。上述的第四气体开关341、第五气体开关351和第六气体开关361中分别控制第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306输出的沉积反应气体按一定配比通入第二真空处理装置308，第二真空处理装置308中则进行半导体的沉积エ艺。当上述第一真空处理装置307中的刻蚀エ艺与第二真空处理装置308中的沉积エ艺进行了小于三秒的エ艺时间后，第一真空处理装置307与第二真空处理装置308即分别进入下一エ艺阶段，第一真空处理装置307中转为进行沉积エ艺，需通入用于沉积的反应气体；而第二真空处理装置308中转为进行刻蚀エ艺，需要通入用于刻蚀的反应气体。各个气体开关则分别根据上述エ艺要求，快速切換其对应反应气体源与各真空处理装置之间的气路。各个气体开关切断对应的反应气体源与其当前连通的真空处理装置之间的气路，并连通反应气体源与下一エ艺阶段中需要该种反应气体的真空处理装置之间的气路。控制信号触发第一气体开关311中快速开关VBl打开、快速开关VAl关闭，使第一反应气体源301中用于刻蚀的反应气体通入第二真空处理装置308。控制信号触发第二气体开关321中快速开关VB2打开、快速开关VA2关闭，使第二反应气体源302中用于刻蚀的反应气体也通入第二真空处理装置308。控制信号触发第三气体开关331中快速开关VB3打开、快速开关VA3关闭，使第三反应气体源303中用于刻蚀的反应气体也通入第二真空处理装置308。即上述的第一气体开关311、第二气体开关321和第三气体开关331分别控制第一反应气体源301、第二反应气体源302和第三反应气体源303输出的刻蚀反应气体通入第二真空处理装置308，第二真空处理装置308中则进行半导体的刻蚀エ艺。同时，控制信号触发第四气体开关341中快速开关VB4关闭、快速开关VA4打开，使第四反应气体源304中用于沉积的反应气体通入第一真空处理装置307。控制信号触发第五气体开关351中快速开关VB5关闭、快速开关VA5打开，使第五反应气体源305中用于沉积的反应气体通入第一真空处理装置307。控制信号触发第六气体开关361中快速开关VB6关闭、快速开关VA6打开，使第六反应气体源306中用于沉积的反应气体通入第一真空处理装置307。上述的第四气体开关341、第五气体开关351和第六气体开关361中分别控制第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306输出的沉积反应气体通入第一真空处理装置7，第一真空处理装置7中则进行半导体的沉积エ艺。当上述第一真空处理装置307中的沉积エ艺以及第ニ真空处理装置308中的刻蚀エ艺进行了小于三秒的エ艺时间后，则再次控制第一气体开关311、第二气体开关321、第三气体开关331、第四气体开关341、第五气体开关351和第六气体开关361进行切換，使第四反应气体源304、第五反应气体源305和第六反应气体源306输出的沉积反应气体通入第ニ真空处理装置308，而第一反应气体源301、第二反应气体源302和第三反应气体源303输出的刻蚀反应气体通入第一真空处理装置307。第二真空处理装置308与第一真空处理装置307也即相应分别进行沉积或刻蚀エ艺。循环进行以上流程，即实现本气体配送设备控制各真空处理装置按エ艺需求快速切換通入的反应气体，以完成半导体的TSVエ艺。
其中，在利用本发明所公开的气体配送设备进行气体共享配送时，为使各真空处理装置中的半导体处理工艺正常进行，其所有真空处理装置中进行的エ艺流程所需要的时间需为相同或近似相同。本实施例中，即TSVエ艺中快速切换进行刻蚀エ艺和沉积エ艺所需要的时间需为相同或近似相同。若TSVエ艺中，真空处理装置中进行的刻蚀エ艺和沉积エ艺流程所需要的时间不相同，使得某ー个真空处理装置中的エ艺流程已经完成吋，另ー个真空处理装置中的エ艺流程还没有结束，导致无法正常进行反应气体的切換。而又由于反应气体源持续输出反应气体，则会导致已经完成现阶段エ艺流程的真空处理装置中，其エ艺过度进行。为解决上述问题即可采用以下方法
当由于ー个真空处理装置中的エ艺所需时间较短，已经先完成现阶段エ艺流程，则在该真空处理装置中エ艺完成后或即将完成吋，将已经先完成现阶段エ艺流程的真空处理装置所连接的射频电源的输出功率降低，降低该真空处理装置内的反应速度。直至其余尚未完成现阶段エ艺流程的真空处理装置完成现阶段的エ艺操作。当所有真空处理装置中的现阶段エ艺流程都完成后，各个气体开关再控制切換各真空处理装置所连通的反应气体源，并使所有真空处理装置所连接的射频电源恢复正常输出功率，以进行下一阶段的エ艺流程。或者也可以采用以下方法
当本半导体处理设备的各个真空处理装置中，分别进行エ艺流程所需时间有差别时，则将其中时间较短的エ艺的整体反应速度相应减慢，使各个真空处理装置中进行的エ艺所需的时间相同或近似相同。减慢エ艺的反应速度，可采用改变真空处理装置内的温度、改变射频电源输入真空处理装置的功率等方法。
如图4所示，公开了ー种用于真空处理装置的气体供应装置的实施例ニ。该气体供应装置用于交替地向两个真空处理装置供应两种反应气体，该反应气体分别为蚀刻反应气体和沉积反应气体。气体供应装置在本实施例中，用于交替地向两个真空处理装置供应两种反应气体，该反应气体分别为蚀刻反应气体和沉积反应气体。需要说明的是，本发明不限于此，本发明提供的气体供应装置也适用于向ー个真空处理装置中的两个子腔室供应反应气体。此外，该气体供应装置至少向至少两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室供应至少两种反应气体，但是，本领域技术人员应当理解，本发明还适用于向多个多个真空处理装置或者子腔室交替地供应多种反应气体。在如图5所示的实施例中，气体供应装置510用于交替地向ー个真空处理装置中的两个子腔室，即第一子腔室520和第二子腔室530，供应蚀刻反应气体和沉积反应气体。气体供应装置包含第一气体源410、第二气体源420、第一气体开关414、第二气体开关424、控制装置430、第一流量控制器411、第二流量控制器421、第一阀门412、第二阀门 422、第一气体收集装置413、第二气体收集装置423。第一气体源410和第二气体源420分别输出第一气体和第二气体，其中第一气体为蚀刻反应气体，第二气体为沉积反应气体。蚀刻反应气体包含按エ艺要求配比的SF6XF4等，沉积反应气体包含按エ艺要求配比的C4F8、C3F6、N2等。为实现输入真空处理装置的反应气体的快速切換，第一气体源410和第二气体源420分别持续输出反应气体。第一气体开关414的输入端连接于第一气体源410，其输出端分别可切换地连接于第一真空处理装置440和第二真空处理装置450的气体入口。第二气体开关424的输入端连接于第二气体源420，其输出端分别可切换地连接于第一真空处理装置440和第二真空处理装置450的气体入口。控制装置430用于控制第一气体开关414和第二气体开关424的切換，以使得当第一气体源410连接于第一真空处理装置440和第二真空处理装置450中之一的气体入ロ并通过该气体入口提供蚀刻反应气体时，第二气体源420连接于第一真空处理装置440和第二真空处理装置450中另ー个的气体入口并通过该气体入口提供沉积反应气体。该第一气体开关414和第二气体开关424的切换时间的取值范围为小于3秒。第一流量控制器411设置于第一气体源410的输出端和第一气体开关414的输入端之间。第二流量控制器421设置于第二气体源420的输出端和第二气体开关424的输入端之间。该流量控制器(MFC)用于控制第一气体源410和第二气体源420输出的气体流量。由于不同的真空处理装置或同一真空处理装置的不同子腔室的制程速度并不是完全一致的，先完成制程的真空处理装置或子腔室需要等待后完成制程的真空处理装置或子腔室完成之后，才ー并进行气体切換。然而，气体是持续供应的，因此本发明设置了气体收集装置，将先完成制程的真空处理装置或子腔室的制程气体收集起来以循环使用。在第一流量控制器411与第一气体开关414之间的管路上设有旁路，该旁路连接至第一气体收集装置413的输入端，第一气体收集装置413的输出端连接至第一气体源410。第一阀门412设置在该第一气体收集装置413的输入端前，第一阀门412控制端连接控制装置430，由控制装置430控制第一阀门412的打开和闭合。假设第一真空处理装置440首先完成刻蚀制程，而第二真空处理装置450尚在进行沉积制程，第一真空处理装置440需等待第二真空处理装置450完成制程，然而第一气体源410持续输出蚀刻反应气体，当输出至真空处理装置的蚀刻反应气体超出真空处理装置进行刻蚀エ艺所需要的气体量时，可打开第一阀门412，将冗余的蚀刻反应气体引入第一气体收集装置413中，并通过第一气体收集装置413送回至第一气体源410。同理，在第二流量控制器421与第二气体开关424之间的管路上设有旁路，该旁路连接至第二气体收集装置423的输入端，第一气体收集装置423的输出端连接至第二气体源420。第二阀门422设置在该第二气体收集装置423的输入端前，第二阀门422控制端连接控制装置430，由控制装置430控制第二阀门422的打开和闭合。假设第二真空处理装置450首先完成沉积制程，而第一真空处理装置450尚在进行刻蚀制程，第二真空处理装置450需等待第一真空处理装置440完成制程，然而由于第二气体源420持续输出沉积反应气体，当输出至真空处理装置的沉积反应气体超出真空处理装置进行沉积エ艺所需要的气体量吋，可打开第二阀门422，将冗余的沉积反应气体引入第二气体收集装置423中，并通过第二气体收集装置423送回至第二气体源420。本发明ー种气体供应装置的另ー个实施例中，该气体供应装置还包含一气体旁 路，该气体旁路分别通过管路连接至第一真空处理装置440和第二真空处理装置450的输出端，用于将冗余的第一气体或第二气体排出第一真空处理装置440或第二真空处理装置450。
本实施例ニ中还公开一种用于真空处理装置的的气体供应及切換方法，用于交替地向两个真空处理装置440、450或者ー个真空处理装置中的两个子腔室520、530供应两种反应气体，即第一气体源410输出的刻蚀反应气体、第二气体源420输出的沉积反应气体。其中，该真空处理装置包含上述实施例ニ中所公开的气体供应装置。该气体供应及切换方法包含
每个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室中所进行的エ艺在刻蚀エ艺与沉积エ艺之间快速切換；其中，进行刻蚀エ艺时真空处理装置或真空处理装置中的子腔室内需通入刻蚀反应气体，进行沉积エ艺时真空处理装置或真空处理装置中的子腔室内需通入沉积反应气体。当ー个真空处理装置、或者ー个真空处理装置中的一个子腔室在进行刻蚀エ艺吋，另ー个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的另ー个子腔室则进行沉淀エ艺，反之亦然。当第一真空处理装置440或第二真空处理装置450，或者ー个真空处理装置中的第一子腔室520或第二子腔室530需要进行刻蚀エ艺吋，则控制装置430控制第一气体开关414使第一气体源410与该真空处理装置或ー个真空处理装置中子腔室的气体入口之间的连通。同时第二气体开关424控制第二气体源420与该真空处理装置或ー个真空处理装置中子腔室的气体入ロ之间不导通。当第一真空处理装置440或第二真空处理装置450，或者ー个真空处理装置中的第一子腔室520或第二子腔室530需要进行沉积エ艺吋，则控制装置430控制第二气体开关424使第二气体源420与该真空处理装置或ー个真空处理装置中子腔室的气体入口之间的连通.同时第一气体开关414控制第一气体源410与该真空处理装置或ー个真空处理装置中子腔室的气体入ロ之间不导通。
如图6所示，当所有真空处理装置或者ー个真空处理装置中的所有子腔室中进行的刻蚀エ艺流程和沉积エ艺流程所需要的时间相同或近似相同，上述的气体供应及切換方法具体包含以下步骤
以第一气体源410输出的刻蚀反应气体先通入第一真空处理装置440为例。在O时刻吋，控制装置430控制第一气体开关414使第一气体源410与第一真空处理装置440之间连通，且第一气体源410与第二真空处理装置450之间断开。同时，控制装置430控制第二气体开关424使第二气体源420与第二真空处理装置450之间连通，并且使第二气体源420与第一真空处理装置440之间断开。实现第一气体源410输出刻蚀反应气体至第一真空处理装置440进行刻蚀エ艺。同时，第二气体源420输出沉积反应气体至第二真空处理装置450进行沉积エ艺。
根据TSV或博世法等处理气体快速开关型エ艺流程的エ艺要求，当第一真空处理装置440和第二真空处理装置450中的エ艺进行三秒以下的エ艺时间tl后。控制装置430控制第一气体开关414和第二气体开关424进行气体供应切換。在tl时刻，控制装置430控制第一气体开关414切换使第一气体源410连通至第二真空处理装置450，而第一气体源410与第一真空处理装置440断开。同时，控制装置430控制第二气体开关424切換使第二气体源420连通至第一真空处理装置440，而第二气体源420与第二真空处理装置450断开。实现第二气体源420输出沉积反应气体至第一真空处理装置440进行沉积エ艺。同时，第一气体源410输出刻蚀反应气体至第二真空处理装置450进行刻蚀エ艺。根据TSV或博世法等处理气体快速开关型エ艺流程的エ艺要求，当第一真空处理装置440和第二真空处理装置450中的エ艺进行三秒以下的エ艺时间t2-tl后。控制装置430控制第一气体开关414和第二气体开关424进行气体供应切換。在t2时刻，控制装置430再控制第一气体开关414切換，使第一气体源410连通至第一真空处理装置440，而第一气体源410与第二真空处理装置450之间断开。同时，控制装置430控制第二气体开关424切換，使第二气体源420连通至第二真空处理装置450，而第二气体源420与第一真空处理装置440之间断开。实现第一气体源410输出刻蚀反应气体至第一真空处理装置440进行刻蚀エ艺。同时，第二气体源420输出沉积反应气体至第二真空处理装置450进行沉积エ艺。循环进行上述流程，该气体供应及切换即实现两个真空处理装置之间或ー个真空处理装置中两个子腔室之间互补地进行气体供应及切換。
若实施例ニ中的两个真空处理装置，或者ー个真空处理装置中的两个子腔室中进行的刻蚀与沉积エ艺流程所需要的时间不相同，可采用以下四种方法
一、若刻蚀エ艺所需时间大于沉积エ艺所需时间。当进行沉积エ艺的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室中已经先完成现阶段エ艺流程，则将该完成沉积エ艺的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源输出功率降低，降低该些真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内的反应速度，直至尚未完成现阶段刻蚀エ艺流程的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室完成现阶段的エ艺操作。
当进行刻蚀エ艺的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室中的现阶段エ艺流程都完成后，则将所有真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源正常输出功率。控制装置430控制第一气体开关414和第二气体开关424切换两个真空处理装置或者ー个真空处理装置中的两个子腔室所连通的反应气体源。若沉积エ艺所需时间大于刻蚀エ艺所需时间，也同理按照上述流程操作。
ニ、若刻蚀エ艺所需时间大于沉积エ艺所需时间。则在真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室在进行沉积エ艺流程时，降低该真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内进行该エ艺过程的整个阶段的反应速度，以减慢沉积エ艺进行的时间，使真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内进行沉积エ艺流程和刻蚀エ艺所需的时间相同或近似相同。若沉积エ艺所需时间大于刻蚀エ艺所需时间，也同理按照上述流程操作。
三、若刻蚀エ艺需要的时间比沉积エ艺长，则当沉积エ艺先完成吋，打开第二阀门422，沉积反应气体通入第二气体收集装置423，并通过第二气体收集装置423返回至第二气体源420。直至当前阶段刻蚀エ艺与沉积エ艺都完成，则闭合第二阀门422，控制装置430控制第一气体开关414和第二气体开关424快速互补切换第一气体源410和第二气体源420所连接的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。若沉积エ艺需要的时间比刻蚀エ艺长，则当刻蚀エ艺先完成时，第一阀门412打开，刻蚀反应气体通入第一气体收集装置413，并通过第一气体收集装置413返回至第一气体源410。直至当前阶段刻蚀エ艺与沉积エ艺都完成，则闭合第一阀门412，控制装置430控制第二气体开关424和第一气体开关414快速切換第一气体源410和第二气体源420所连接的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。
四、若刻蚀エ艺需要的时间比沉积エ艺长，则当沉积エ艺先完成时，将进行沉积エ艺的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内的沉积反应气体通过连接的气体旁路将冗余的沉积反应气体排出真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。直至当前阶段刻蚀エ艺与沉积エ艺都完成，则停止气体排出，并由控制装置430控制第二气体开关424和第一气体开关414快速切換第一气体源410和第二气体源420所连接的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。若沉积エ艺需要的时间比刻蚀エ艺长，则当刻蚀エ艺先完成时，将进行刻蚀エ艺的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室内的刻蚀反应气体通过连接的气体旁路将冗余的刻蚀反应气体排出真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。直至当前阶段刻蚀エ艺与沉积エ艺都完成，则停止气体排出，并由控制装置430控制第二气体开关424和第一气体开关414快速切換第一气体源410和第二气体源420所连接的真空处理装置或者ー个真空处理装置中的子腔室。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于真空处理装置的气体供应装置，用于交替地向至少两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室供应至少两种反应气体，其特征在于，所述气体供应装置包含 第一气体源和第二气体源，其分别提供第一气体和第二气体； 第一气体开关，其输入端连接于所述第一气体源，其输出端分别可切换地连接于两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室的气体入口； 第二气体开关，其输入端连接于所述第二气体源，其输出端分别可切换地连接于两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室的气体入口； 控制装置，其用于控制所述第一气体开关和所述第二气体开关的切换，以使得当所述第一气体连接于两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室的其中之一的气体入口并通过该气体入口提供第一气体时，第二气体连接于两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室中另一个的气体入口并通过该气体入口提供第二气体。
2.如权利要求I所述的用于真空处理装置的气体供应装置，其特征在于，所述的第一气体为刻蚀反应气体，所述第二气体为沉积反应气体。
3.如权利要求2所述的用于真空处理装置的气体供应装置，其特征在于，所述的第一气体包含SF6、CF4,第二气体包含C4F8、C3F6、N2。
4.如权利要求I所述的用于真空处理装置的气体供应装置，其特征在于，所述的第一气体开关和第二气体开关的切换时间的取值范围为小于3秒。
5.如权利要求I所述的用于真空处理装置的气体供应装置，其特征在于，在所述的第一气体源的输出端和所述第一气体开关的输入端之间以及所述第二气体源的输出端和所述第二气体开关的输入端之间还分别连接有流量控制器。
6.如权利要求I所述的用于真空处理装置的气体供应装置，其特征在于，所述的气体供应装置还包含 第一气体收集装置，其输入端连接有第一阀门，所述第一阀门设置于所述第一气体源的输出端，所述第一气体收集装置的输出端连接于所述第一气体源，用于将冗余的第一气体回收起来并送回所述第一气体源； 第二气体收集装置，其输入端连接有第二阀门，所述第二阀门连接于所述第二气体源的输出端，所述第二气体收集装置的输出端连接于所述第二气体源，用于将冗余的第二气体回收起来并送回所述第二气体源。
7.如权利要求I所述的用于真空处理装置的气体供应装置，其特征在于，所述的气体供应装置还包含一气体旁路，用于将冗余的第一气体或第二气体排出真空处理装置。
8.一种真空处理装置，其特征在于，所述的真空处理装置包含如权利要求I至权利要求7中任意一项所述的气体供应装置。
9.一种用于真空处理装置的气体供应及切换方法，用于交替地向至少两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室供应至少两种反应气体，其中，所述真空处理装置包含权利要求I至权利要求7中任意一项所述的气体供应装置，其特征在于，所述的气体供应及切换方法包含以下步骤 第一气体开关控制第一气体源与至少两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室中的一个连通，第一气体源向其连通的该真空处理装置或子腔室提供第一气体； 第二气体开关控制第二气体源与至少两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室中的另一个连通，第二气体源向其连通的该真空处理装置或子腔室提供第二气体； 控制装置控制第一气体开关与第二气体开关快速切换，使第一气体源与第二气体源交换各自所连接的真空处理装置或真空处理装置中的子腔室； 循环进行上述流程。
10.如权利要求9所述的半导体处理设备的气体共享配送方法，其特征在于，其中所有真空处理装置或者一个真空处理装置中的所有子腔室中进行的工艺流程所需要的时间相同或近似相同。
11.如权利要求9所述的半导体处理设备的气体共享配送方法，其特征在于，各个真空处理装置或者一个真空处理装置中的各个子腔室中进行的工艺流程所需要的时间不相同； 则将已经先完成现阶段工艺流程的真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源输出功率降低，降低该些真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室内的反应速度，直至尚未完成现阶段工艺流程的真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室完成现阶段的工艺操作； 当真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源降低输出功率时，所有反应气体源仍持续输送反应气体； 当所有真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室中的现阶段工艺流程都完成后，第一气体开关和第二气体开关控制切换各真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室所连通的反应气体源，并使所有真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室所连接的射频电源正常输出功率。
12.如权利要求9所述的半导体处理设备的气体共享配送方法，其特征在于，各个真空处理装置或者一个真空处理装置中的各个子腔室中进行的工艺流程所需要的时间不相同； 则各真空处理装置或者一个真空处理装置中的各个子腔室在进行需要时间短的工艺流程时，降低该真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室内进行该工艺过程的整个阶段的反应速度，使所有真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室内进行工艺流程所需的时间相同或近似相同。
13.如权利要求9所述的半导体处理设备的气体共享配送方法，其特征在于，各个真空处理装置或者一个真空处理装置中的各个子腔室中进行的工艺流程所需要的时间不相同； 若刻蚀工艺需要的时间比沉积工艺长，则当沉积工艺先完成时，第二阀门打开，第二气体通入第二气体收集装置，并通过第二气体收集装置返回至第二气体源；直至当前阶段刻蚀工艺与沉积工艺都完成，则闭合第二阀门，第一气体开关和第二气体开关快速切换第一气体源和第二气体源所连接的真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室； 若沉积工艺需要的时间比刻蚀工艺长，则当刻蚀工艺先完成时，第一阀门打开，第一气体通入第一气体收集装置，并通过第一气体收集装置返回至第一气体源；直至当前阶段刻蚀 工艺与沉积工艺都完成，则闭合第一阀门，第二气体开关和第一气体开关快速切换第一气体源和第二气体源所连接的真空处理装置或者一个真空处理装置中的子腔室。
全文摘要
一种用于真空处理装置的气体供应装置及其气体供应及切换方法。本发明公开一种用于真空处理装置的气体供应装置，其包含第一气体源和第二气体源；第一气体开关，其输入端连接于第一气体源，其输出端分别可切换地连接于两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室的气体入口；第二气体开关，其输入端连接于第二气体源，其输出端分别可切换地连接于两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室的气体入口；控制装置，其用于控制第一气体开关和第二气体开关的切换，使第一气体源与第二气体源在两个真空处理装置或者一个真空处理装置中的两个子腔室之间互补切换。本发明将反应气体在至少两个真空处理装置之间互补切换，实现完全利用反应气体，节省了成本，也提高了工作效率。
文档编号H01J37/32GK102832096SQ20121035100
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者许颂临, 倪图强, 魏强 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司