包括用于可调气流控制的气体分流器的气体供应输送装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请在35u.s.c.§119(e)下要求于2014年10月17日提交的美国临时申请no.62/065,497的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

在等离子体处理装置中处理半导体结构，所述等离子体处理装置包括等离子体处理室、将处理气体供应到室中的气体源和由处理气体产生等离子体的能量源。半导体结构在这种装置中通过包括干法蚀刻工艺、沉积工艺(例如，金属、电介质和半导体材料的化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积或等离子体增强化学气相沉积(pecvd))和抗蚀剂剥离工艺的技术来处理。不同的处理气体用于这些处理技术以及处理半导体结构的不同材料。

技术实现要素：

本文公开了一种用于将处理气体供应到等离子体处理系统的室的气体供应输送装置，其中利用通过至少第一、第二和第三气体注射区域引入的气体来处理半导体衬底。所述气体供应输送装置包括多个处理气体供应入口和多个调节气体入口。混合歧管包括多个气体供应棒，每个气体供应棒适于提供与相应处理气体供应装置的流体连通，以及多个调节气体棒，每个调节气体棒适于提供与相应的调节气体供应装置的流体连通。第一气体出口适于将气体输送到所述第一气体注射区域，第二气体出口适于将气体输送到所述第二气体注射区域，并且第三气体出口适于将气体输送到所述第三气体注射区域。气体分流器与所述混合歧管流体连通，所述气体分流器包括第一阀装置，所述第一阀装置将离开所述混合歧管的混合气体分成可供应到所述第一气体出口的第一混合气体和可供应到所述第二和/或第三气体出口的第二混合气体。第二阀装置选择性地将调节气体从所述调节气体棒输送到所述第一、第二和/或第三气体出口。

本文还公开了一种使用气体供应输送装置来将处理气体供应到等离子体处理系统的室的方法，其中利用通过至少第一、第二和第三气体注射区域引入的气体来处理半导体衬底。所述气体供应输送装置包括：多个处理气体供应入口和多个调节气体入口；混合歧管，其包括多个气体供应棒，每个气体供应棒适于提供与相应处理气体供应装置的流体连通；多个调节气体棒，每个调节气体棒适于提供与相应调节气体供应装置的流体连通；适于将气体输送到所述第一气体注射区域的第一气体出口，适于将气体输送到所述第二气体注射区域的第二气体出口，以及适于将气体输送到所述第三气体注射区域的第三气体出口；与所述混合歧管流体连通的气体分流器，所述气体分流器包括第一阀装置，所述第一阀装置将离开所述混合歧管的混合气体分离成可供应到所述第一气体出口的第一混合气体和可供应到所述第二和/或第三气体出口的第二混合气体；以及第二阀装置，其选择性地将调节气体从所述调节气体棒输送到所述第一、第二和/或第三气体出口。所述方法包括操作所述第一阀装置以将所述第一混合气体输送到所述第一气体出口并将所述第二混合气体输送到所述第二和/或第三气体出口，以及操作所述第二阀装置以将一种或多种调节气体输送到所述第一、第二和/或第三气体出口。

本文进一步公开一种半导体衬底处理装置的气体供应输送装置，其包括：与多个气体源流体连通的气体面板；用于每个气体源的相应质量流量控制器，其可操作以控制从相应气体源通过所述气体面板供应气体；以及附接到所述气体面板的气体分流器，所述气体分流器与多个气体区域进料装置流体连通，所述多个气体区域进料装置被配置成与所述半导体衬底处理装置的处理室的相应气体注射区域流体连通，所述气体分流器可操作以接收从所述气体源中的相应气体源通过所述气体面板供应的一种或多种气体，并且控制由此接收到的供应到所述多个气体区域进料装置中的相应气体区域进料装置的所述一种或多种气体的比例。

附图说明

图1是可以与气体供应输送装置的优选实施方式一起使用的半导体衬底处理装置的示例性实施方式的截面图。

图2示出了包括多区域气体分流器的气体供应输送装置的气体面板的一部分的等距视图。

图3示出了包括混合歧管和气体分流器的气体供应输送装置的示意图。

图4示出了经由中心注射区域、中间注射区域和边缘注射区域接收受控且经调节的处理气体的半导体衬底的示意图。

图5示出了确定气体组成和流速以均匀地处理晶片的方法的流程图。

具体实施方式

用于处理半导体材料(例如，形成在半导体衬底(例如硅晶片)上的半导体器件)的半导体衬底处理装置(例如，等离子体处理装置)可以包括等离子体处理室或真空室以及供应处理气体到等离子体处理室中的气体供应输送装置。气体供应输送装置可以在等离子体处理期间通过到跨越半导体衬底的表面的相应区域的多个气流馈送将气体分布到跨越半导体衬底的表面上的多个区(或区域)。气体供应输送装置可以包括流量控制器，以控制相同处理气体或不同处理气体或相同或不同气体混合物到多个区域的流量比，从而使得能够在处理中或处理之间调整气体流量和气体组成的跨衬底均匀性，从而使得能够实现衬底处理的均匀性。

尽管与单区域系统相比，多区域气体供应输送装置可以提供改进的流控制，但是可能期望提供这样的多区域系统，其具有使得能够执行半导体衬底处理操作的装置，其中可以在每个相应的区域内调节气体组成和/或可以精细地控制气体流速，以便控制半导体衬底的对应于每个相应区域(例如，可包括中心区域、中间区域或边缘区域的径向区域)的区域的蚀刻或沉积速率。

提供多区域分配系统，以用于将不同气体组成和/或气体流速提供给真空室或处理室。在优选实施方式中，气体供应输送装置适于与真空室的内部(例如等离子体处理装置的等离子体处理室)流体连通，并且提供在处理操作期间将不同气体化学物质和/或气体流速供应到真空室的相应区域的能力。例如，可以通过电感耦合等离子体室的气体分配板、喷头电极组件的喷头电极、多区域气体注射器、侧面气体注射器、气体环或将气体输送到跨越半导体衬底的上表面的相应区域或区的其它合适装置的多个区域供应处理气体，如下所述。

等离子体处理装置可以是低密度、中密度或高密度等离子体反应器，其包括使用rf能量、微波能量、磁场等的能量源来产生等离子体。例如，高密度等离子体可以在变压器耦合等离子体(tcp^tm)反应器(也称为电感耦合等离子体室、电子回旋共振(ecr)等离子体反应器、电容式放电反应器、电容耦合等离子体处理室等)中产生。可以与气体供应输送装置的实施方式一起使用的示例性等离子体反应器包括可从位于加利福尼亚州弗里蒙特的lamresearchcorporation获得的exelan^tm等离子体反应器，例如2300excelan^tm等离子体反应器。在一个实施方式中，本文公开的等离子体处理系统可以包括室，该室是电感耦合等离子体处理室，其中气体注射系统是气体分配板，或者替代地，该室是电容耦合等离子体处理室，其中气体注射系统可以是喷头电极。在等离子体蚀刻工艺期间，可以将多个频率施加到结合有电极和静电卡盘的衬底支撑件。替代地，在双频等离子体反应器中，可以将不同的频率施加到衬底支撑件和与半导体衬底间隔开以便限定等离子体产生区域的电极(例如喷头电极)。

优选地，气体供应输送装置能够向等离子体处理室的多个注射区域提供可控且可调的气体输送，以便在等离子体处理期间将气体分布在跨越半导体衬底表面的相应区域上。本文所用的气体或气体混合物可以指一种或多种处理气体、一种或多种惰性气体、一种或多种调节气体或其组合。例如，在等离子体处理期间，当控制并调节到相应区域的气体输送的气体组成和/或流速时，将多区域气体供应到喷头电极组件的第一、第二和第三区域(例如，中心区域、围绕中心区域的中间区域、和围绕中间区域的边缘区域)可以改善等离子体处理室中正被蚀刻的半导体衬底的中心、中间以及边缘蚀刻速率均匀性。

如本文所公开的，气体供应输送装置可以包括一系列气体分配和控制部件，例如，与一个或多个相应气体供应装置流体连通的一个或多个质量流量控制器(mfc)、一个或多个压力传感器和/或调节器、加热器、一个或多个过滤器或净化器、以及截止阀。在给定的气体供应输送装置中使用的部件可以根据气体供应输送装置的设计和预期应用而变化。在半导体处理装置的一个实施方式中，超过十七种气体可以经由气体供应管线、气体分配部件和混合歧管连接到处理室。这些部件附接到形成称为“气体面板”或“气体箱”的完整系统的基板。

“气体棒”包括通过混合歧管的通道连接到其它气体控制部件的多个集成表面安装部件(例如，阀，过滤器等)，气体控制部件可以安装在该混合歧管上。气体棒的每个部件通常位于歧管块的上方。多个歧管块形成模块化基底、歧管块层，歧管块层产生通过气体棒的气体流动路径。随着特征尺寸的缩小，需要改进气体输送系统以改善正在处理的衬底上的蚀刻速率均匀性。

本文公开了一种气体供应输送装置(即，多区域气体输送系统)，其包括用于分离和分配精确量的处理气体和调节气体的多区域气体分流器，该多区域气体分流器可并入气体面板中，并调节到处理室的多个区域的气体组成和/或气体流速。

气体混合物可以被分离，从而由包括气体分流器的气体供应输送装置通过改变供给到每个区域的气体百分比控制，以便控制在半导体衬底表面的相应区域处的跨越半导体衬底表面的处理速率。可以通过多区域气体分流器来调整各区域之间的气体组成，以便控制在相应区域处的半导体衬底表面处的处理速率。因此，可以在可通过包括气体分流器的多区域气体输送系统实现的多种配置之间控制和调节通过多个区域的气体输送，以满足形成半导体衬底上表面的相应材料层的特定处理要求的需要。

多区域气体输送系统包括多区域气体进料装置(gasfeed)，其中每个气体进料装置可将气体输送到处理室的相应多个注射区域。多区域气体输送系统包括基于孔的气体分流器和可操作以向每个区域提供严密且准确的气体输送分配的若干调节气体输送棒。当按照某一处理方案比例来布置气体分流器的控制多个活性孔(activeorifice)的阀时，发生分流，每个活性孔基于其直径的相应公差可操作以以个性化的输出流速供应气体。按照通过活性孔中的一个或多个形成的期望比例，一定量的气流被分配到处理室的多个注射区域的每个注射区域。此外，每个调节气体棒具有连接到处理气体管线的能力，以与进料管线混合，或者替代地，以单独地输送到半导体衬底处理装置的处理室中的例如喷嘴电极的相应注射区域的注射点。包括气体分流器的气体供应输送装置的设计允许其修改，所述修改包括对处理室的多个注射区域的气流的独立调节。

多个气体进料装置是包括气体分流器的气体面板的延伸部分。多个气体进料装置具有向等离子体处理室中的多个注射区域分配混合物或单独地供应气体物质的能力，其中气体分流器可以将气体输送到多个气体进料装置的相应进料装置(即气体分流器可以采取单个气体进料输入并将其分成多个管线，例如相应的多个气体进料装置)到注射区域室)。多个气体进料装置改善了例如跨越正被处理的衬底的表面的相应区域上的中心区域、中间区域和边缘区域蚀刻速率均匀性。当气体分流器改变每个区域的气体进料百分比以及改变正被供应给相应区域中的一个或多个的气体组成时，气体混合物被分离和控制。用于向处理室的不同的相应区域供应气体的气体分流器中正被打开或关闭的阀的各种组合将混合气体的期望比例输送到多个气体进料装置，每个气体进料装置形成到相应气体注射区域的气体输送管线。为了实现这一功能，气体输送管线被从气体箱(即气体面板)路由到处理室。

上述设计使得多区域气体输送系统的多种配置能够满足特定处理要求的需要。例如，在多步骤蚀刻工艺中，对于给定的蚀刻工艺，半导体衬底的不同层将需要不同流速和气体组成到处理室的各个注射区域。半导体衬底的层可以包括：基底材料，例如硅晶片；在基底材料上方的要处理(例如，蚀刻或沉积在其上)的材料的中间层；以及在中间层上方的掩蔽层。中间层可以包括导电材料、介电材料和半导体材料。掩蔽层可以是具有用于在中间层中蚀刻期望特征(例如，孔、通孔和/或沟槽)的开口图案的图案化光刻胶材料。例如，在共同转让的美国专利no.8,668,835中公开了包括在多步骤蚀刻工艺中被处理的各种层的多层膜堆叠(半导体衬底)，该专利的全部内容通过引用并入本文。

可以处理的示例性介电材料是例如掺杂的氧化硅(例如氟化氧化硅)、未掺杂的氧化硅(例如氧化硅)、旋涂玻璃、硅酸盐玻璃、掺杂或未掺杂的热氧化硅、和掺杂或未掺杂的teos沉积氧化硅。介电材料可以是具有选定k值的低k材料。这种介电材料可以覆盖导电层或半导体层，例如，多晶硅、金属(例如，铝、铜、钛、钨、钼及其合金)、氮化物(例如氮化钛)、和金属硅化物(例如，硅化钛、硅化钨和硅化钼)。

形成半导体衬底层的每种上述材料的蚀刻需要不同的蚀刻气体化学物质并需要调整跨越衬底的气体化学物质以实现最佳蚀刻结果。包括在气体供应输送装置中的气体分流器中的阀和孔提供针对每个相应区域的0-100％和100-0％和以小于或等于约10％的步进增量从90-10％和10-90％的多流控制能力。此外，可以使用压力计作为诊断工具来确定多区域气体分流器的任何孔是否被堵塞。另外，调节到每个区域的气体调节可以以低至0.1sccm的微量进行，以微调每个区域中的蚀刻结果。

多区域气体分流器可操作以精确地控制通过处理室的相应注射区域的流速。在许多等离子体蚀刻工艺中，半导体衬底的中心蚀刻速率高于中间区域蚀刻速率和/或边缘区域蚀刻速率。因此，通过微调气体组成和流速，可以降低中心蚀刻速率，以便与中间区域蚀刻速率和边缘区域边缘速率一致。例如，为了微调中心区域的蚀刻结果，可以以0.1至1sccm气体添加的增量来添加处理气体和/或调节气体到中心区域，以实现更均匀的蚀刻结果。

基于孔的气体分流器和若干调节气体输送棒提供严密且精确的气体输送分布到每个区域，以便允许例如将要被输送到注射区的处理气体/调节气体的流速增加或减少约0.1至1sccm，同时向其他注射区提供较高流速的混合处理气体。气体分流器包括阀，阀被打开和关闭以通过具有固定尺寸的孔输送期望比例的混合气体，其中被选择的孔的组合控制气体通过其中的流速，以提供通过气体输送系统的气体出口输送的期望比例的混合气体。孔尺寸和其位置被控制为控制通过其输送的气体的气体流速的关键特征。多区域气体分流器被布置用于某些处理方案，并且由控制器控制，该控制器可操作以启动(fire)预定的阀组合，从而控制气体到每个相应区域的流速。此外，调节气体棒可以用于局部地改变每个区域中的气体的化学物质(即组成)。

气体供应输送装置的气体面板与气体供应部分流体连通，该气体供应部分连接到控制器以控制包括mfc的流量控制部件和气体分流器的阀的操作，从而使得能够控制两种或更多种气体的组合物，该两种或更多种气体的组合物可以由气体供应部分通过气体面板供应到气体分流器，然后再到达将气体输送到处理室的相应气体注射区域的多个气体进料装置。在一个实施方式中，气体供应部分包括多个气体源，例如17个单独的气体源，其中处理气体和调节气体与气体分流器流体连通，并且调节气体被布置成绕过气体分流器，以直接注入到气体注射区域中。因此，气体供应部分可以将许多不同的期望的气体混合物通过气体分流器和与相应气体注射区域流体连通的相应的多个气体进料装置供应到处理室的注射区域。

包括在气体供应输送装置中的气体源的数量不限于任何特定数量的气体源，而是优选地包括至少两个不同的气体源。例如，气体供应部分可以包括多于或少于八个气体源，例如多达17个气体源，每个气体源通过气体面板以及相应的mfc与气体分流器流体连通。可由相应气体源提供的不同气体包括单质气体(例如o2、ar、h2、cl2、n2等)以及气态碳氟化合物和/或氟代烃化合物(例如，cf4、ch3f等)。在一个实施方式中，处理室是等离子体处理蚀刻室，并且气体源可以供应ar、o2、n2、cl2、ch3、cf4、c4f8和ch3f或chf3(以其任何合适的顺序)。由相应气体源供应的特定气体可以基于在等离子体处理室中要执行的期望的工艺(例如，特定的干蚀刻工艺和/或材料沉积工艺)来选择，该特定气体由待处理的半导体衬底的上表面的特定材料组成决定。气体供应部分可以提供关于选择可被提供以用于进行蚀刻工艺的气体的广泛的通用性。

气体供应部分优选地还包括至少一个调节气体源以调节气体组成。调节气体可以是例如o2、惰性气体(例如氩气)、或反应性气体(例如，碳氟化合物或氟代烃气体(例如c4f8))。在该实施方式中，气体供应部分可以包括四个调节气体源，其中调节气体源可以供应调节气体，以在气体到达所述气体分流器之前调节正被输送到所述气体分流器的所述气体的组成，或者气体分流器可以组合调节气体和处理气体以调节通过相应的多个气体供应管线正被输送到相应气体注射区域中的任何一个的气体混合物的组成。替代地，气体供应输送装置可操作以将调节气体直接供应到多个气体进料装置中的相应一个，每个气体进料装置与处理室的相应气体注射区域流体连通。

优选地，气体分流器700的孔上游的压力被精确地测量并从经由阀v540与气体分流器700流体连通的500托压力计(例如压力计dgf-2)收集。该设计允许针对特定处理要求修改多区域气体输送系统，包括独立调整到室内的多个气体注射区域的气流，该多个气体注射区域对应于跨越正在处理的半导体衬底的上表面的相应区域。此外，气体分流器可以包括通过阀v605的输出afv，其中在一个实施方式中，输出afv可用于绕过气体分流器700，或提供通过气体分流器700输出的附加气流。

通过气体供应输送装置的气体面板的气体分流器实现的大量可能的阀组合允许通过其孔的许多可调且可控的气体流。例如，图2示出了气体供应输送装置100的气体面板701的一部分的等距视图，其包括多区域气体分流器700，气体分流器700包括用于执行分离的11个二态阀702。不同阀组合的最大数量为2¹¹＝4096，但是这些状态中的一些可能无效(例如，所有阀关闭、或到各个区域的过大或过小的分流)。在实践中，近1000种组合是可用的。使用算法方法来有效地选择这些组合的子集，以便控制通过相应的多个气体区域进料装置供应到处理室的每个注射区域的气体的比例。算法方法可以选择产生输出的组合，这些输出是针对彼此紧密空间上接近的每个相应气体注射区域的阀组合，或者替代地，算法可以基于各个孔的直径公差选择使气体的输出流中的总不确定度(totaluncertainty)最小化的阀组合。

图1描绘了可以与气体供应输送装置100的实施方式一起使用的示例性半导体材料等离子体处理装置10。装置10包括真空室或等离子体处理室12，室12具有包含衬底支撑件14的内部，在等离子体处理期间半导体衬底16被支撑在衬底支撑件14上。衬底支撑件14包括可操作以在处理期间将半导体衬底16夹紧在衬底支撑件14上的夹紧装置，优选静电吸盘18。半导体衬底可以被聚焦环和/或边缘环、接地延伸部分或其他部件包围，其他部件是例如在共同转让的美国专利no.6,984,288中公开的部件，该专利的全部内容通过引用并入本文。

在优选实施方式中，等离子体处理室12包括具有约1/2升至约4升(优选约1升至约3升)的体积的等离子体约束区，以用于处理200mm或300mm晶片。替代地，等离子体约束区可以具有约4升或更大的体积以用于处理450mm晶片。等离子体处理室12可以包括用于限定等离子体约束区的约束环装置，例如在共同转让的美国专利no.8,826,855中所公开的，该专利的全部内容通过引用并入本文。约束机构可以限制从等离子体体积到等离子体处理室12的处于等离子体体积之外的内部的部分的流体连通。优选地，在没有大量的反向扩散的情况下，气体供应输送装置可以在小于约1秒(优选小于约200ms)的时间段内用另一种气体替代等离子体约束区域中的这种体积的气体，其中气体分布可以包括诸如共同转让的美国专利no.8,772,171中所述的气体切换装置，该专利的全部内容通过引用并入本文。

图1所示的等离子体处理装置10包括气体分配系统，例如具有形成等离子体室的壁的支撑板20的喷头电极组件、和附接到支撑板的喷头22，其中喷头包括多个气体注射区域。挡板组件位于喷头22和支撑板20之间，以将处理气体均匀地分配到喷头22的多个注射区域的等离子体暴露表面28。挡板组件可包括一个或多个挡板。在该实施方式中，挡板组件包括挡板30a、30b和30c。在挡板30a、30b和30c之间以及在挡板30c和喷头22之间限定开放的充气室(plenum)48a、48b和48c。挡板30a、30b和30c以及喷头22包括用于使处理气体流入等离子体处理室12内部的通路。

在该实施方式中，板20和挡板30a之间的充气室和挡板30a、30b和30c之间的充气室48a、48b和48c被密封件38a、38b、38c、38d、38e、38f、38g和38h(例如o形环)分为中心区域72、围绕中心区域72的中间区域42、以及围绕中间区域42的边缘区域46。中心区域72、中间区域42和边缘区域46可以由本文所阐述的气体供应输送装置100优选地在控制器500的控制下供应具有不同的相应气体化学性质和/或流速的处理气体，控制器500控制多个气体源及其相应的mfc以及气体分流器。例如，气体从中心区域气体进料装置40供应到中心区域72中，气体从中间区域气体进料装置70供应到中间区域42，并且气体从边缘区域气体进料装置44供应到环形通道44a中，然后进入边缘区域46。处理气体流过挡板30a、30b和30c中的通道，并通过喷头22的相应注射区域，流入等离子体处理室12的内部，到达跨越半导体衬底16的上表面的相应区域上方。处理气体通过电源(例如，驱动电极22的rf源、或驱动衬底支撑件14中的电极的电源)在等离子体处理室12中被激励成等离子体状态。当优选地在小于约1s(更优选地在小于约200ms)的时间段内将不同的气体组成供应到等离子体处理室12中时，可以改变施加到电极22的rf功率。在一个实施方式中，中心区域72、中间区域42和边缘区域46可以由气体供应输送装置100供应具有不同的相应气体化学性质和/或流速的处理气体。

在其它优选实施方式中，等离子体处理装置10可以包括用于将处理气体注入到等离子体处理室中的可调节多区域气体注射器系统。例如，可调节多区域气体注射器系统可以具有如共同所有的美国专利申请公开no.2010/0041238中所公开的配置，该公开的全部内容通过引用并入本文。例如，与将处理气体供应到等离子体处理室的外部区域的侧壁注射器一起使用的两区域中心注射器，其中不同区域可以由气体供应输送装置100供应具有不同的相应气体化学性质和/或流速的处理气体(参见共同转让的美国专利申请2011/0056626，其公开内容通过引用整体并入本文)。气体供应输送装置100可以包括彼此流体连通的气体供应部分、流控制部分和可选的气体切换部分。等离子体处理装置10包括可操作以从室12排出处理气体和反应副产物的真空源88。

图3示出了如本文所公开的用于将处理气体供应到等离子体处理系统的室的气体供应输送装置100的示意图，其中半导体衬底利用通过至少第一、第二和第三气体注射区域引入的气体来处理。气体供应输送装置100包括多个处理气体供应入口和多个调节气体入口。混合歧管710包括多个气体供应棒200，每个气体供应棒200适于提供与相应处理气体供应装置的流体连通。多个调节气体棒，例如诸如调节气体棒300，每个调节气体棒适于与相应的调节气体供应装置流体连通，并且还可以通过相应的阀300a或v172、v162与混合歧管710流体连通。第一气体出口c1适于将气体输送到第一气体注射区域，第二气体出口c2适于将气体输送到第二气体注射区域，并且第三气体出口e1适于将气体输送到第三气体注射区域。气体分流器700与混合歧管710流体连通。气体分流器700包括第一阀装置，其将离开混合歧管710的混合气体分成可供应到第一气体出口c1的第一混合气体以及可供应到第二和/或第三气体出口c2、e1的第二混合气体。在一个实施方式中，混合歧管710可以经由阀540a与压力计dgf-2流体连通。

第二阀装置720可操作以选择性地将调节气体从调节气体棒300输送到第一、第二和/或第三气体出口c1、c2、e1。第二阀装置包括第一组阀、第二组阀、第三组阀和第四组阀；所述第一组阀可以选择性地将第一调节气体输送到与第一气体出口c1、第二气体出口c2、第三气体出口e1或其组合流体连通的第一调节气体管道；所述第二组阀选择性地将第二调节气体输送到与第一气体出口c1、第二气体出口c2、第三气体出口e1或其组合流体连通的第二调节气体管道；所述第三组阀选择性地将第三调节气体输送到与第一气体出口c1、第二气体出口c2、第三气体出口e1或其组合流体连通的第三调节气体管道；所述第四组阀选择性地将第四调节气体输送到与第一气体出口c1、第二气体出口c2、第三气体出口e1或其组合流体连通的第四调节气体管道。在上述实施方式中，替代的阀配置可操作以将相应的第一、第二、第三和/或第四调节气体输送到第一气体出口c1、第二气体出口c2、第三气体出口e1或其组合，如图3所示。此外，第二组阀包括将第一、第二、第三和第四调节气体棒300选择性地连接到混合歧管710和/或吹扫管线vac的阀。在一个实施方式中，第二阀装置720可以包括但不限于阀v162、v525、v8-v9、v8-v9a、v172、v526、v527、v527c、v525c、v526c、v527b、v527a、v526a、v525b、v525a、v173b、v173a、v526c、v526b、v527a、v525a、v525c和v173。第二阀装置720的阀之间的气体管线还可以包括沿着气体管线的压力传感器，例如但不限于压力传感器ps4c、ps4b、ps4a、ps4和ps3。

图3还示出气体分流器700可操作以控制不同气体的流速并且可选地还调节不同气体的组成，该气体可被供应到相应的第一、第二和第三气体出口c1、c2和e1。气体分流器700可以从气体源200通过其相应的阀200a、v3或v4供应来提供不同流速和/或化学性质的气体，其中气体源200可以是处理气体、惰性气体、调节气体之一或其组合，具体取决于要执行的处理操作。处理气体可以从相应的气体源200通过相应的阀200a经由气体管线以及通常包括如图3所示的标签“v”的相关阀供应到气体分流器700。在一实施方式中，混合歧管710可以通过阀v187、v188、v189中的一个或多个将气体供应到气体分流器700。

气体分流器700的第一阀装置可以包括第一阀组730a、第二阀组730b和第三阀组730c，第一阀组730a具有精确控制第一混合气体的比例并将第一混合气体输送到第一气体出口c1的关键孔，第二阀组730b具有控制第二混合气体的比例并将第二混合气体输送到第二和/或第三气体出口c2、e1的关键孔，第三阀组730c将混合气体输送到第二和/或第三气体出口c2、e1。在一个实施方式中，第一阀装置将第一混合气体仅输送到第一气体出口c1，并且将第二混合气体仅输送到第二和/或第三气体出口c2、e1。在一个实施方式中，第一阀组730a可以包括阀531a、532a、533a、534a和535a，并且第二阀组730b可以包括阀531、532、533、534、535和536。在一个实施方式中，第三阀组730c至少可以包括阀521、522、v512和v511。

此外，供应到等离子体处理室12(参见图1)的气体的流速和/或化学性质对于中心区域72、中间区域42和边缘区域46可以是不同的。因此，气体分流器700可以向跨越半导体衬底16的区域提供期望的气体流动和/或气体化学性质，从而增强半导体衬底处理的均匀性。在一个实施方式中，可以切换通过气体注射区域供应到真空室的气体，其中多区域气体分流器700可以可操作以将当前不使用的气体(例如用于处理操作的后续步骤的气体)转移到旁路管线，例如吹扫(即，旁路)管线vac，管线vac可以与例如在涡轮泵和粗抽泵之间的真空泵系统流体连通。吹扫管线vac可以经由阀cv1与处理气体供应装置和/或调节气体供应装置中的一个或多个流体连通。

在如图3所示的实施方式中，处理气体可以从处理气体源200中的一个或多个供应到气体分流器700，气体分流器700包括例如11个阀531、532、533、534、535、536、534、535、536、531a、532a、533a、534a和535a，其中上述阀的组合可以被调节到打开或关闭位置，以便通过处于所述打开位置的阀的孔向其供应一定比例的供给气体，并且将该一定比例的供给气体供应到相应的输出线e1、c1、c2、afv和/或vac，使得气体可以被供应到多个气体区域进料装置中的相应一个，并且随后被供应到与其流体连通的处理室的相应气体注射区域。阀531-535a可以优选在控制器500的控制下选择性地打开或关闭，以允许不同的气体混合物流到相应的输出管线，其中与每个相应的阀相关联的独特孔尺寸使得能够对流到处理室的每个相应气体注射区域的流速的比例进行微调。例如，通过打开与一种或多种气体源200相关联的一个或多个阀531-535a(同时与气体源200中的另一些关联的其余阀531-535a中的一个或多个关闭)允许将第一气体混合物供应到第一气体注射区域，将第二气体混合物供应到第二气体注射区域并将第三气体混合物供应到处理室的第三注射区域，其中第一、第二以及第三气体混合物可以以相同或不同的流速流动，并且其中气体混合物的组成可以相同，或者可以调节气体混合物中的组成，以便控制跨越待处理晶片的表面的相应区域处的蚀刻速率。因此，可以将气体的各种混合物和质量流量提供给输出管线e1、c1、c2、afv和vac(即，旁路/吹扫管线)，从而提供给处理室的多个气体区域进料装置和气体注射区域中的相应气体注射区域。在一个实施方式中，处理气体可以通过阀(包括但不限于阀v9pr8和v8)绕过气体分流器300。

在图3所示的实施方式中，11个阀531-535a中的每一个包括与其相关联的相应的孔，其中每个孔可以具有相对限制尺寸，例如直径。因此，当发生通过孔中的一个或多个的气体流动时，可以使用与相应阀531-535a相关联的孔的预定组合来控制输送到气体供应输送装置100的输出端的气体的总电导。可以打开任何数量的孔，以提供指向单个气体注射区域的孔的总电导相对于指向不同气体注射区域的孔的电导的不同比例，以便提供流到相应区域的不同比例的气体，以便控制处理室中的衬底的处理速率(例如，在跨越半导体衬底表面的相应区域处的蚀刻速率)。此外，打开某些孔可以向气体混合物供应调节气体以微调到达相应区域的气体组成，以便控制处理室中的衬底的处理速率(例如，在跨越半导体衬底表面的相应区域处的蚀刻速率)。

另一个实施方式可以包括不同数量的孔和相关联的阀，例如大于11的多个阀。阀531-535a优选地位于每个相应孔的上游，以控制流向孔的气流，然而在替代实施方式中，阀531-535a可设置在孔的下游。在优选实施方式中，阀531-536专用于控制输送到中间和/或边缘区域的气体的比例，而阀531a-535a专用于控制通过阀v511a输送到中心区域的气体的比例。

与相应阀531-535a相关联的孔可操作以当气体供应输送装置100将流入等离子处理室12中的气体从例如第一气体混合物改变为第二气体混合物时防止气流中的压力波动和流动不稳定性，反之亦然。

图4示出了半导体衬底16的示意图，该半导体衬底16通过中心注射区域72、中间注射区域42和边缘注射区域46接受受控且经调节的处理气体。例如，如图4所示，半导体衬底16可以包括被供应到中心注射区域72的第一和第二调节气体、被供应到中间注射区域42的处理气体和第三调节气体42，以及被供应到边缘注射区域46的第四调节气体和处理气体。通过控制气体组成以及供应到相应的中心区域、中间区域和边缘区域72、42和46的气体的流速，可以均匀地蚀刻衬底。

图5示出了在诸如图1或图4的示意图所示的处理室中在蚀刻或沉积工艺期间使用由气体分流器控制的多区域气体注射来确定气体组成和流速以均匀地处理晶片(即，半导体衬底)的方法的流程图。首先，在步骤800中，例如通过蚀刻工艺处理测试晶片，其中根据工艺配方将气体组成和流速提供给多个气体注射区域中的每一个，其中组成和/或流速由气体分流器700控制。在步骤801中，然后测量测试晶片以确定其上表面的蚀刻均匀性，以确定跨越测试晶片表面的相应区域的蚀刻速率。然后，在步骤802中，使用控制器软件或工艺工程师的输入，调整流向一个或多个气体注射区域的气体组成和/或流速，以增加跨越后续测试晶片的区域的蚀刻均匀性。在步骤803中，可以用其中流向一个或多个气体注射区域的气体组成和/或流速被改变的修改的蚀刻配方蚀刻下一个测试晶片。测量晶片的上表面的均匀性以确定跨越经蚀刻的测试晶片的表面的相应区域的蚀刻速率(步骤804)。如果在步骤804中测量的测试晶片的上表面的均匀性在期望公差内，那么可以根据修改的配方处理成批的晶片。如果在步骤804中测量的晶片的均匀性不在期望公差范围内，则可以重复步骤802-804，直到在期望公差内处理测试晶片。以这种方式，通过多个注射区域的处理气体的气体组成和/或流速可以被优化以用于均匀的晶片处理。

可以使用图5流程图中所示的优化过程来创建查找表，其中查找表可以存储在作为控制器500的一部分的适当存储器中，使得用户可以根据存储在查找表中的数据调整或修改给定的蚀刻工艺。替代地，预先存在的查找表可以包含在系统软件中，其中控制器500软件可以基于包括在查找表中的数据来修改工艺配方。在优化过程期间，控制器500还可以利用新生成的数据来更新存储的查找表，以说明在给定处理装置中改变处理条件。可以将控制器500中的软件配置为基于查找表来确定针对给定工艺配方的最佳气体比例和/或流速。

本文公开的等离子体处理装置10和相关的气体供应输送装置100可以与电子设备集成，以用于在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后控制其操作。电子设备被称为“控制器”，其控制一个或多个系统的各个组件或子部件。例如，如图1所示，等离子体处理装置10和/或气体供应输送装置100包括相关联的控制器500。根据等离子体处理装置10的处理要求和/或类型，控制器500可以被编程为控制在此公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(rf)发生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片传输进出连接到特定系统或与特定系统接口的工具和其他传输工具和/或装载锁。

从广义上来说，所述控制器被定义为电子设备，所述电子设备具有接收指令、发出指令、控制操作、实现清洗操作、实现终点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器、和/或软件。集成电路包括存储程序指令的固件的形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、限定为专用集成电路(asic)的芯片、plds，和/或一个或多个微处理器，或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令以各种单个的设置(或程序文件)的形式传送到所述控制器，定义执行在半导体晶片上的或用于半导体晶片的或针对系统的处理的操作参数的指令。在一些实施方式中，操作参数是由工艺工程师限定的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路、和/或晶片的管芯的制备过程中实现一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器500是计算机的一部分或耦合到计算机，所述计算机与系统集成或耦合到系统或以其他方式联网到系统或者这些的组合。例如，该控制器可以在“云”中，或在晶圆厂(fab)主机计算机系统的全部或部分中，其使得能够对晶片处理进行远程访问。该控制器能够远程访问系统以监控制备操作的目前进展，研究过去的制备操作的历史，从多个制备操作来研究趋势或性能指标，以改变当前处理的参数，设置当前处理之后的处理步骤，或开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)通过计算机网络向系统提供工艺配方，所述计算机网络包括本地网或互联网。远程计算机包括使得能够进入或编程参数和/或设置的用户界面，然后，所述参数和/或设置被从远程计算机传送到系统。在一些示例中，控制器以数据形式接收指令，该指令指定在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解的是，对于要执行的处理的类型和与控制器接口或由控制器控制的工具的类型，参数可以是特定的。因而，如上所述，该控制器500可以例如通过包括被联网在一起并朝着共同的目的(例如本文所描述的处理和控制)工作的一个或多个离散的控制器而是分布式的。用于这种目的的分布式控制器的示例可以是在室上的一个或多个集成电路，其与位于远程的一个或多个集成电路(例如，在平台水平(即等离子体处理装置10)的或作为远程计算机的一部分)通信，其结合以控制室上的处理。

示例性等离子体处理装置10可以包括但不限于处理室，该处理室包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与制备和/或制造半导体晶片相关联的或在制备和/或制造半导体晶片中使用的任何其它半导体处理装置或系统。

如上所述，根据将由等离子体处理装置10执行的一个或多个处理步骤，其控制器500可以与其他工具电路或模块、其它工具组件、集群工具、其它工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片的容器往返半导体制造工厂的工具的位置和/或装载口传送的材料运输中使用的工具中的一个或多个通信。

如本文公开的使用气体供应输送装置的方法用于将处理气体供应到等离子体处理系统的室，其中利用通过至少第一、第二和第三气体注射区域引入的气体来处理半导体衬底。所述气体供应输送装置包括：多个处理气体供应入口和多个调节气体入口；混合歧管，其包括多个气体供应棒，每个气体供应棒适于提供与相应处理气体供应装置的流体连通；多个调节气体棒，每个调节气体棒适于提供与相应调节气体供应装置的流体连通；适于将气体输送到所述第一气体注射区域的第一气体出口，适于将气体输送到所述第二气体注射区域的第二气体出口，以及适于将气体输送到所述第三气体注射区域的第三气体出口；与所述混合歧管流体连通的气体分流器，所述气体分流器包括第一阀装置，所述第一阀装置将离开所述混合歧管的混合气体分离成可供应到所述第一气体出口的第一混合气体和可供应到所述第二和/或第三气体出口的第二混合气体；以及第二阀装置，其选择性地将调节气体从所述调节气体棒输送到所述第一、第二和/或第三气体出口。所述方法包括操作所述第一阀装置以将所述第一混合气体输送到所述第一气体出口并将所述第二混合气体输送到所述第二和/或第三气体出口，以及操作所述第二阀装置以将一种或多种调节气体输送到所述第一、第二和/或第三气体出口。

已经参考优选实施方式描述了本发明。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以以除了上述以外的具体形式来体现本发明。优选实施方式是说明性的，并且不应以任何方式被视为限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非前面的描述给出，并且落入权利要求的范围内的所有变化和等同方案旨在被包含在其中。