專利名稱：用于半導體處理的氣體分配裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于處理半導體襯底，如集成電路晶片的反應室，具體地說，涉及用在這些反應室中的氣體分配系統的改進。
背景技術：
半導體處理包括淀積過程，如金屬、電介質以及半導體材料的化學汽相淀積(CVD)、對這些層的蝕刻、光刻膠掩蔽層的灰化等等。這些半導體處理通常是在真空室中進行的，其中生產氣體用來處理襯底如半導體晶片、平板顯示器襯底等等。通過氣體分配系統如噴射頭(showerhead)、氣體分配環、氣體噴射器等等，能將生產氣體供應到真空室內部。在U.S專利No.5,134,965、5,415,728、5,522,934、5,614,055、5,772,771、6,013,155和6,042,687中公開了具有多個氣體分配系統的反應器。
在蝕刻的情況下，通常使用等離子體蝕刻來蝕刻金屬、電介質和半導體材料。等離子體蝕刻反應器通常包括支撐底電極上的硅晶片的基座、將生產氣體激勵到等離子體狀態的能源以及將生產氣體提供給室的生產氣體源。
在集成電路制作中通常要求在電介質材料中蝕刻開孔，如觸點和通孔。電介質材料包括摻雜氧化硅，如氟化氧化硅(FSG)，無摻雜氧化硅，如二氧化硅、硅酸鹽玻璃，如硼磷硅玻璃(BPSG)和磷硅酸玻璃(PSG)、摻雜或無摻雜的熱生長氧化硅(grown silicon oxide)、摻雜或無摻雜TEOS淀積氧化硅等等。電介質摻雜劑包括硼、磷和/或砷。電介質能疊加在導體或半導體層，如多晶硅、金屬如鋁、銅、鈦、鎢、鉬或其合金，氮化物如氮化鈦、金屬硅化物如硅化鈦、硅化鈷、硅化鎢、硅化鉬等等上。在U.S.專利No.5,013,398中公開了一種等離子體蝕刻技術，其中平行板等離子體反應堆用于蝕刻氧化硅中的開孔。
U.S.專利No.5,736,457描述了單和雙“波紋”金屬化方法。在“單波紋”方法中，在單獨的步驟中形成通孔和導體，其中將用于導體或通孔的金屬化圖形蝕刻在電介質層中，將金屬層填充在電介質層的蝕刻槽或通孔中，通過化學機械平面化(CMP)或通過深腐蝕過程來去除過剩金屬。在“雙波紋”方法中，將用于通孔和導體的金屬化圖形蝕刻在電介質層中以及通過單金屬填充和過剩金屬去除過程，用金屬填充蝕刻槽和通孔。
希望在晶片的表面均勻地分配等離子體以便在晶片的整個表面上獲得均勻的蝕刻速率。當前的氣體分配室設計包括多條供應線和為室中的單個區域饋送的多個質量流量控制器(MFCs)。然而，當前的氣體分配設計要求許多元件，在設計上很復雜并且成本很高。因此，希望降低復雜性和成本來制造這些氣體分配裝置。

發明內容
本發明提供用于在半導體襯底處理中所用的反應室的氣體分配系統，包括多個氣體供給設備、將來自多個氣體供給設備的氣體混合在一起的混合歧管(mixing manifold)、將混合氣體輸送給室中的不同區的多條氣體供應線，該氣體供應線包括將混合氣體輸送給室中的第一區的第一氣體供應線以及將混合氣體輸送給室中第二區的第二氣體供應線、至少一個控制閥，用于控制在第一和/或第二氣體供應線中的混合氣體的流率以便在第一和第二氣體供應線中實現想要的混合氣體的流率的比率、至少一個測量第一和/或第二氣體供應線中的混合氣體的流率的流量測量設備以及響應由該至少一個流量測量設備測量的流率來操作該至少一個控制閥的控制器。
根據一優選實施例，控制器包括計算機或可編程邏輯設備，該控制器操作至少一個控制閥以便在處理室中的半導體襯底的過程中，被輸送給多條氣體供應線的至少一條的混合氣體的比例由第一設定值改變為第二設定值。在一個實施例中，該至少一個控制閥包括第一和第二控制閥，以及該至少一個流量測量設備包括第一和第二流量測量設備，沿第一氣體供應線設置第一控制閥以及第一測量設備，以及沿第二氣體供應線設置第二控制閥和第二流量測量設備。在另一實施例中，該至少一個控制閥包括單個控制閥，該至少一個流量測量設備包括沿第一或第二氣體供應線設置的單個流量測量設備。反應室可包括真空室，如等離子體蝕刻室或CVD室。
本發明還提供一種處理反應室中襯底的方法，該方法包括將半導體襯底提供給反應室，用至少一個流量測量設備測量第一和/或第二氣體供應線中混合氣體的流率，以及通過將混合氣體提供給第一和第二區來處理襯底，響應由至少一個流量測量設備測量的流率，由控制器調整該至少一個控制閥。在一個優選實施例中，控制器監視由氣體供給設備提供給混合歧管的總的氣體流量以及將總的氣體流量和一條氣體供應線中的測量的氣體流量與用于第二氣體供應線的目標流量進行比較，由控制器重復調整該至少一個控制閥來獲得想要的第一和第二氣體供應線中的流率的比率。半導體襯底可包括通過將材料層淀積在晶片上或通過等離子蝕刻晶片上的電介質、半導體或導體材料層來處理的硅晶片。


本發明的目的和優點通過結合附圖，閱讀下述的詳細說明將變得明白，其中圖1描述根據本發明的第一實施例的氣體分配裝置；圖2是描述根據本發明的第一實施例控制反應室中氣體分配的方法的流程圖；圖3描述根據本發明的第二實施例的氣體分配裝置；圖4是根據本發明的第二實施例，控制反應室中氣體分配的方法的流程圖；圖5描述根據本發明的第三實施例的氣體分配裝置；
圖6描述根據本發明的第四實施例的氣體分配裝置；圖7A描述根據本發明的第五實施例的氣體分配裝置；圖7B描述根據本發明的第六實施例的氣體分配裝置；圖8描述氣體分配裝置，其中固定的節流孔用來分流對等離子體反應室中各位置的氣體供給。
具體實施例方式
為更好地理解本發明，下述詳細描述參考附圖，其中舉例說明和描述了本發明的優選的示范性的實施例。另外，在圖中，用來標識相同元件的參考數字始終是相同的。
根據本發明，氣體供給裝置將所需比例的混合生產氣體提供給處理室中的多個區。可在任何類型的半導體處理裝置中使用氣體供給裝置，其中在半導體處理裝置中，希望選擇性地在半導體襯底上分配生產氣體。這種裝置包括CVD系統、灰化器(asher)、電容耦合等離子反應堆、電感耦合等離子反應堆、ECR反應器等等。
根據本發明的第一實施例，經氣體分配系統將混合氣體輸送給半導體處理室，如反應等離子蝕刻室或其他真空處理反應器中的多個區，同時根據給定的設定值和至少一個流率讀數反饋控制輸送給每個區的生產氣體部分。在蝕刻半導體晶片上的二氧化硅、鋁或多晶硅膜時，通常希望以受控制的比例將混合生產氣體提供給靠近晶片的中央和周邊(邊緣)的區域。氣體供給的最佳空間分配有助于實現整個晶片上均勻的蝕刻結果，盡管所需的比例可能根據應用而定。例如，對給定的應用，將生產氣體的75％供給邊緣以及將生產氣體的25％供給晶片的中央可能是有利的。在可能于相同的工具上執行的不同的蝕刻應用中，將生產氣體的10％供給邊緣以及將90％供給晶片的中央可能是有利的。另外，也可能希望在復雜的多步蝕刻方法中，一步一步地改變輸送給兩個區的生產氣體的比例。在現有技術的裝置中，根據利益和蝕刻均勻性要求的應用中的折衷，通常選擇氣體供給的固定空間分配(例如具有特定的孔圖形的噴射頭)。
本發明的氣體分配系統能提供實時控制輸送給處理室中的多個區的生產供給氣體部分的能力，以便在處理室中處理中性氣體合成物，從而幫助實現整個晶片上的均勻工藝(例如蝕刻)結果。對先進的半導體處理裝置來說，這是特別有用的特性，其中較大直徑的晶片正在集成電路制造中使用，同時設備上的部件尺寸卻繼續減小。
可在真空室中實現本發明的氣體分配系統，通過供給氣體供應線、壓力調節器、質量流量控制器(MFCs)、各種截流閥和相關管件，以及混合歧管，為真空室提供生產氣體。根據本發明，可物理地將氣體供給裝置設置在混合歧管和真空處理(蝕刻或CVD)室之間并用來將混合氣體流量分裂成用于輸送給室的多個區的多條線。最好由計算機控制從氣體箱輸送給室的流量，通常相同的計算機用來控制室的處理參數/操作。在操作中，用戶能將氣體分配系統設置成以特定的流率流動一種或多種氣體以便將混合生產氣體供給用于蝕刻晶片的反應器。例如，在鋁蝕刻應用中，在主蝕刻步驟中，用戶可能分別以100、200和4sccm的流率使Cl2、BCl3和N2的混合物流動。可由MFCs控制和監視生產氣體組分的流率。
在一個實施例中，本發明可包括至少一個流量測量設備、一個流量控制設備以及用于控制輸送給室中的至少兩個區的混合氣體流量的比例的反饋控制系統。該反饋控制系統可包括模擬電路和/或在可編程邏輯設備或計算機上執行的數字控制算法。
圖1表示根據本發明的氣體分配系統的第一實施例的示意圖，其中經氣體供應線12(能將生產氣體提供給噴射頭或在室的上部分中排列的其他氣體供給裝置)和氣體供應線14(將生產氣體提供給室的下面部分，如襯底支架周圍的氣體分配環或排列在襯底支座中的直通排氣管)將生產氣體提供給處理室10。然而，另一可替代的雙氣體供給裝置能將氣體提供給室的頂部中央和頂部周邊。將生產氣體從氣體供給設備16、18、20提供給氣體線12、14，來自供給設備16、18、20的生產氣體分別提供給質量流量控制器22、24、26。在質量流量控制器22、24、26將生產氣體提供給混合歧管28后，混合氣體經過可選的流量計30，該流量計30隨后將混合生產氣體引導至流量線12、14。流量線12可包括可選的流量限制設備32，流量線14可包括流量測量設備34和反饋控制閥36。控制系統40監視流量測量設備34并有效地控制質量流量控制器22、24、26和反饋控制閥36。該反饋控制系統允許調整輸送給處理室的兩個區的混合氣體的比例。可選的流量限制設備32可是固定的節流孔或針閥，等等。
在操作中，用戶將選擇用于氣體箱中的每一供給氣體的流量的設定值，以及將選擇輸送給處理室的每個區的混合流量的部分。例如，用戶可能選擇經線由12輸送75％和經由線14輸送25％的100Cl2/200BCl3/4sccm O2的流量。根據相對于其目標流量在線14中測量的實際流量，重復調整線14中的反饋控制閥來控制在各個輸送線中的混合流量部分。通過將總流量與由室輸送線12中的測量計測量的流量進行比較，控制器能調整線14中閥36的節流程度以便實現所需的流量分配，在這種情況下，可通過將氣體箱中所有的質量流量控制器22、24、26的流量讀數相加來測量總流量。或者，可將可選的總流量計正好安裝在混合歧管28的下游以便測量混合氣體的總流量，而不是通過將氣體箱中MFCs22、24、26的讀數相加來確定總流量。
在通過將氣體箱MFC讀數相加來確定總流量的情況下，可將這些測量的流率轉換成基準氣體，如氮氣的每分鐘等效的標準立方厘米(sccm)，以便在不同處理中氣體混合物可能不同的通常情況下提供精確和靈活的控制。因此，可執行計算來將混合氣體流量轉換成“氮當量流量”，并且可校準線14內的線內(in-line)流量測量設備以便測量“氮當量流量”，從而在相同的基礎上執行所有流量測量。例如，在典型的基于熱的質量流量測量計中，Cl2的100sccm相當于氮的116.5sccm、BCl3的200sccm相當于氮的444.4sccm以及O2的4sccm相當于氮的4.08sccm。因此，上述例子中的混合氣體的“氮當量流量”為564.98sccm，并且經具有反饋控制閥的線輸送25％，控制環路可調整閥門來實現用于該例子的氮的0.25*564.98＝141.2sccm的流量讀數。注意在穩態下，來自氣體箱的混合氣體的總流量將最終到達室，因為在該過程中不調整線12內的可選流量限制設備，并且壓力將自然地在混合歧管中建立，直到總流量等于總輸出流量。
圖2表示概述使用圖1的裝置控制分流氣體供給的方法的流程圖。在運行給定過程期間能以假定為1-500Hz(例如50Hz)的速率重復執行該過程，以便在實時基礎上適應于方法條件(recipe conditions)和流量的改變。如圖2所示，流程圖舉例說明各步驟，其中S1是輸入分流(flow splitting)設定值如提供給具體的處理室部分的流率百分比的步驟，S2是讀取或確定提供給處理室的總的混合氣體流率的步驟，S3圖示說明了基于分流設定值和總流率，計算用于線14的目標流量的步驟，S4圖示說明讀取線14中的氣體流率的步驟，S5圖示說明計算線14中的流量誤差的步驟，該誤差定義為線14中的目標和實際流率間的差別，以及S6圖示說明使用比例(P)、比例和積分(PI)或比例和積分以及微分(PID)補償來調整閥門的控制設定值(例如，開度百分比)，以便降低線14中的流量誤差的步驟。
圖3描述根據本發明的氣體流量裝置的第二和最優選的實施例，其中用流量計42和反饋控制節流閥44的組合來代替線12中的可選流量限制設備，即，實現用兩個節流閥和兩個流量計來分流生產供給氣體的實施例。根據用戶選擇的分流和流量計讀數的比較，可調整一個或兩個節流閥的開孔。通常，使用常規的質量流量控制器來實現流量計和節流閥的組合(用虛線框圈起)，其中控制系統將各個流量設定值控制發送給每個支線以便實現用戶選擇的分流。該實施方式提供比圖1稍大的靈活性，因為有效地調整和控制每個氣體輸送線的傳導性的能力。例如，這允許如有能力將在每條線中的分流假定從0調整到100％。相反，圖1的實施方式可能不允許經線14輸送100％流量而不對可選的流量限制設備32做一些(手動)調整。另外，圖3中的實施方式提供在每個混合氣體輸送線中流量的實時測量，這允許實時故障檢測(例如，檢測給定線中的流量阻塞或氣體箱MFC校準中的偏差)，同時處理生產中的晶片。在操作中，根據用戶選擇的分流設定值和由在線12或14中的測量的比率確定的實際分流部分與總流量(通過將線12和14中的各個流量計讀數相加測量)的比較，調整一個或兩個節流閥的開孔。通常，使用常規的質量流量控制器來實現線12和14中的一個或兩個流量計和節流閥的組合(用虛線框圈起)，其中控制系統將單獨流量設定值控制發送給線12和14中的每個MFC以實現用戶選擇的分流。
在將常規的MFCs用在線12和14的情況下，通常，最好命令一個MFC全開而另一個MFC由控制電路或在微處理器(或等效物)上執行的算法有效地控制，以便實現用戶選擇的分流。這確保總的混合流量等于總的混合流量輸出，因此，在線12和14中的MFCs的上游沒有會影響室中最終處理結果的不必要的或過剩氣體存儲。另外，這有效地消除了為了獲得氣體供給這些MFCs彼此競爭的可能性，這種MFCs間的彼此競爭會導致控制不穩定性。假定線12和14中的MFCs是相同的(例如，同樣的流量校準和容量，同樣的壓降，等等)，并且具有最大請求的設定值的線上的MFC通常被控制為全開狀態，而在另一條線上的MFC將根據各設定值和各個流量讀數有效地控制以實現該條線中的較低流量。下面將對此進行解釋。如果MFCs相同并且均控制到全開狀態，那么在每條線中的流量部分將是50％。為實現假定在線12中大于50％，必須降低線14的流量傳導性(flowconductance)(通過部分關閉線14節流閥)。該動作將引起混合歧管壓力的稍微增加，這將導致經12的流量的增加，因為給定線中的流量與那條線中的壓降成比例。為描述目的，將控制到全開狀態的MFC稱為“主”MFC以及將有效控制的MFC稱為“從”MFC。
實際上，由于制造公差，對兩個MFCs來說，使通過它們的壓降相同是難得的，即使流量控制和校準可能相同。事實上，在某些情況下，使用不同的MFC范圍來實現想要的控制性能是有用的。例如，一種情況可能使用1000sccm和250sccm MFCs的組合，以便在具有250sccm MFC的線中在低流量(例如，低于100sccm)時提供好4倍的流量控制精確度。由于MFCs通常僅精確地控制低于整個標度范圍的百分之幾的流量，從而實現具有較低范圍MFC的線中的改進的方案。(MFCs的內部PID調整將補償這些差值)。因此，對給定的分流設定值來說，選擇哪個MFC是主以及哪個MFC是從通常將根據校準試驗來確定，該校準試驗在與控制成全開狀態的兩個MFCs一起使用時測量具體的MFCs的固有的分流量。另外，該固有的分流量可是除正使用的MFCs的相對范圍(例如，1000和250sccm MFCs對1000和1000 MFCs)和流率外的正流動的氣體的類型的函數，因此，可能有必要使用查找表來選擇用于給定條件的適當的主和從MFC。另外，控制算法可包括控制環中的檢驗以便確定是否選擇了正確的主(全開)MFC并根據用戶選擇的分流公差按需調整該主選擇。
在圖4中示出的流程圖中概述了用于該實施方式的總的控制算法(減去(less)主/從檢查特征)，圖4示出了用于單獨地控制處理室的至少兩個不同區域的流量而執行的基本功能的流程圖，其中步驟S10是輸入用于混合氣體分流的總流量的設定值的步驟，S11是讀取每條氣體輸送線(如正處理的晶片的中央和邊緣)的實際流量并確定總流量的步驟，S12是根據分流設定值和總流率計算用于每條氣體輸送線的目標流量的步驟，S13是選擇主和從(受控)流量控制器的步驟，S14是計算從流量控制器設定值以滿足目標流量的步驟(通過計算當前分流誤差和實現對新設定值的計算的PID補償，該步驟可用來加快達到目標流量)，S15是將設定值寫入每條氣體輸送線流量控制器(如正處理的晶片的中央和邊緣)的步驟。通過將PID補償增加到計算出的從MFC的目標流量，可進一步提高分流供給控制的響應時間。例如，將比例補償加到新的從設定值可通過由下述公式計算新設定值來實現新的從MFXC流量設定值＝從MFC目標流量+比例增益×(從MFC目標流量-從MFC實際流量)圖5表示本發明的另一可能的實現，其中使用一個輸入兩個輸出的節流閥46分流生產供給氣體，根據預定的閥門校準，控制設定值選擇從每條支線排出的流量部分。這種實現的一個限制是閥門分流部分的校準是氣體合成的并與流量相關。沒有流量計來監視每條輸送通道中的相對流量，對于不同工藝條件，對給定氣體混合物在給定流量下的分流的精確性可能改變。缺少線內流量計也阻礙了對例如能導致晶片處理結果的工藝偏差的流量阻塞或校準偏差的情況的故障檢測。這種實現的另一缺點是與廣泛可獲得的商業質量流量計、流量控制閥和質量流量控制器相比，當前缺少商業上可獲得的一個輸入兩個輸出的節流閥。
圖6示出通過在氣體輸送線中提供至少一個流量計42、34以允許分流器閥門的反饋控制和故障檢測能力，從而增強圖5所示的實現方式。如果在圖6中僅使用一個流量計，則通過將氣體箱中MFCs的流量讀數相加來確定總的流量測量。如果實現兩個流量計，那么可通過將由線12和14中的流量計測量的流量相加來確定總流量。
圖7A示出了根據本發明的第五實施例的氣體噴射裝置，其中將來自氣體歧管28的氣體分流以提供給頂部氣體(top gas)供應線12和周邊氣體供應線14，每條供應線包括流量計42、34和反饋控制節流閥44、36。在所示的實施例中，在U.S.專利No.4,948,458(其所公開的內容在此引入作為參考)所示的室的電介質窗口的中央提供頂部氣體供給，并且將周邊氣體供給提供給窗口下的氣體環。
圖7B表示根據本發明的第六實施例的氣體噴射系統，其中氣體供給提供兩個區噴射頭，一個例子如共同擁有的U.S.申請No.09/343,690(P510)所述，其公開的內容在此引入作為參考。如圖所示，該氣體噴射系統將來自氣體歧管28的氣體經氣體供應線50提供給中央壓力通風系統并經氣體供應線52提供給向外設置在中央壓力通風系統50的環形外部壓力通風系統。中央壓力通風系統可具有各種結構，如圓形壓力通風系統或直徑小于外部壓力通風系統的環形壓力通風系統。
圖8表示一種裝置，其中混合歧管下游的一個或多個固定節流孔或者流量孔用來將氣體供給分流到處理室的多個位置。圖8的裝置已經在平板顯示蝕刻工具中實現，其中使用中央和邊緣氣體噴射。中央氣體供應線具有插入供給單一中央氣體供應噴射器的線中的固定節流孔，而邊緣供應線沒有固定的節流孔但提供多個邊緣噴射器。中央噴射器的固定節流孔的目的是限制到室中央的氣體供給。即，沒有該固定的節流孔，提供到室中央的流量的比例將大于所需。
根據本發明的氣體分配系統可用在高密度等離子反應堆中。這種等離子反應堆通常具有使用RF能源、微波能源、磁場等等的高能量源以便產生高密度等離子體。例如，可在變壓器耦合等離子體(TCPTM)中產生高密度等離子，變壓器耦合等離子體也可稱為電感耦合等離子反應堆、電子回旋加速器共振(ECR)等離子反應堆、螺旋波等離子反應堆，等等。能提供高密度等離子體的高流量等離子反應堆的一個例子在共同擁有的U.S.專利No.5,820,723中公開，其公開的內容在此引入作為參考。
根據本發明的氣體分配系統可用于等離子體蝕刻過程，其中可相對于彼此改變由上述實施例中的第一和第二氣體供給設備提供的生產氣體，舉例來說，在槽的蝕刻過程中，例如，可提供Ar、氧和碳氟化合物(例如，CHF3和C4F8)的混合物，并且在通孔的蝕刻過程中，通過降低提供給中央區的混合氣體的流量能降低到晶片的中央區的氧的流量。在蝕刻低k電介質層的情況下，生產氣體可包括碳氫化合物，如C2H4，可以徑向地改變晶片的中央和周界區域中碳氫化合物/氧氣氣體流率的比率以實現均勻蝕刻。因此，根據本發明，可調整提供給晶片的中央和邊緣的混合氣體量以補償等離子體室中的邊緣快速蝕刻和中央快速蝕刻情形。例如，在常規的等離子體蝕刻器中，可能發生邊緣快速蝕刻情形直到侵蝕光刻膠，之后發生中央快速蝕刻情況。利用根據本發明的氣體分配裝置，當晶片具有光刻膠層時在中央能提供更多的氧氣，而當侵蝕掉光刻膠層時，能降低到中央的氧氣的流量。結果，通過補償邊緣快速和中央快速蝕刻情形，可以實現更均勻的蝕刻。
本發明已經參考優選實施例進行了描述。然而，對本領域的技術人員來說，顯然可能以除上面描述過的特定實施例以外的其他實施例來具體化本發明而不脫離本發明的精神。優選實施例是描述性的而絕不應當認為是限制。本發明的范圍由附后的權利要求而不是前述的說明限定，落在權利要求書范圍內的所有改變和等效應認為包含在此之內。
權利要求
1.一種用于在半導體襯底處理中所用的反應室的氣體分配系統，包括多個氣體供給設備；混合歧管，其中將來自多個氣體供給設備的氣體混合在一起；多條氣體供應線，用于將混合氣體輸送給該室中的多個區，該氣體供應線包括將混合氣體輸送給室中的第一區的第一氣體供應線以及將混合氣體輸送給室中的第二區的第二氣體供應線；至少一個控制閥，用于控制第一和/或第二氣體供應線中的混合氣體的流率，以便在第一和第二氣體供應線中實現混合氣體的流率的想要的比率；至少一個流量測量設備，用于測量第一和/或第二氣體供應線中混合氣體的流率；以及控制器，用于響應由該至少一個流量測量設備所測量的流率來操作該至少一個控制閥。
2.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中控制器包括用于操作該至少一個控制閥的計算機或可編程邏輯設備，以便在室中處理半導體襯底期間，將輸送給多條氣體供應線中的至少一條的混合氣體的比例由第一設定值改變為第二設定值。
3.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中控制閥和流量測量設備沿著第一氣體供應線設置。
4.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中該至少一個控制閥包括第一和第二控制閥，該至少一個流量測量設備包括第一和第二流量測量設備，該第一控制閥和第一測量設備沿著第一氣體供應線設置，以及該第二控制閥和第二測量設備沿著第二氣體供應線設置。
5.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中該至少一個控制閥和至少一個流量測量設備包括沿著第一氣體供應線設置的單個控制閥和單個流量測量設備，該裝置進一步包括沿著第二氣體供應線設置的流量限制設備。
6.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中控制閥包括可通過操作將第一比例的混合氣體輸送給第一供應線以及將第二比例的混合氣體輸送給第二氣體供應線的可調分流閥。
7.如權利要求6所述的氣體分配系統，其中該至少一個流量測量設備包括第一和第二流量測量設備，該第一流量測量設備測量第一氣體供應線中混合氣體的流率，該第二流量測量設備測量第二氣體供應線中混合氣體的流率，控制器響應由第一和第二流量測量設備測量的流率來操作該至少一個控制閥。
8.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中該至少一個控制閥包括沿著第一氣體供應線設置的第一控制閥以及沿著第二氣體供應線設置的第二控制閥，控制器操作該第一控制閥以使其處于全開狀態，并且該控制器有效地操作該第二控制閥以便在第二氣體供應線中提供的流率低于在第一氣體供應線中提供的流率。
9.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中該至少一個控制閥包括沿著第一氣體供應線設置的第一控制閥以及沿著第二氣體供應線設置的第二控制閥，該控制器操作第一控制閥以使其處于全開狀態，并且該控制器有效地操作該第二控制閥以迫使更多的流量通過第一氣體供應線。
10.如權利要求1所述的氣體分配系統，進一步包括位于氣體供給設備和混合歧管之間的質量流量控制器，該質量流量控制器用于控制提供到混合歧管中的氣體的流率。
11.如權利要求1所述的氣體分配系統，其中所述室包括等離子體蝕刻室，其中RF能源用來將混合氣體激勵到等離子態。
12.一種用于處理反應室中的襯底的方法，其中一個氣體分配系統包括多個氣體供給設備；在其中將來自多個氣體供給設備的氣體混合在一起的混合歧管；將混合氣體輸送給該室中的不同區的多條氣體供應線，該氣體供應線包括將混合氣體輸送給該室中的第一區的第一氣體供應線以及將混合氣體輸送給該室中的第二區的第二氣體供應線；至少一個控制閥，用于控制第一和/或第二氣體供應線中混合氣體的流率，以便在第一和第二氣體供應線中實現混合氣體的流率的想要的比率；至少一個流量測量設備，用于測量在第一和/或第二氣體供應線中混合氣體的流率；以及控制器，用于響應由該至少一個流量測量設備所測量的流率來操作該至少一個控制閥，該方法包括將半導體襯底提供給反應室；用至少一個流量測量設備測量第一和/或第二氣體供應線中混合氣體的流率；以及通過將混合氣體提供給第一和第二區來處理襯底，響應由該至少一個流量測量設備測量的流率，由控制器調整該至少一個控制閥。
13.如權利要求12所述的方法，其中控制器操作該至少一個控制閥以便在處理襯底期間，將第一氣體供應線中的混合氣體的流率從第一設定值改變為第二設定值。
14.如權利要求12所述的方法，其中測量第一氣體供應線中混合氣體的流率，以及調整該至少一個控制閥來控制該第一氣體供應線中混合氣體的流率。
15.如權利要求12所述的方法，其中該至少一個控制閥包括在第一氣體供應線中的第一控制閥以及在第二氣體供應線中的第二控制閥，該方法包括測量第一和第二氣體供應線中混合氣體的流率并調整第一和/或第二控制閥以便控制該第一和第二氣體供應線中混合氣體的流率。
16.如權利要求12所述的方法，進一步包括測量第一氣體供應線中混合氣體的流率；調整該至少一個控制閥來控制第一氣體供應線中混合氣體的流率；以及引導混合氣體通過第二氣體供應線中的流量限制設備。
17.如權利要求12所述的方法，其中該至少一個控制閥包括可調分流閥，該方法包括操作該可調分流閥來將第一比例的混合氣體輸送給第一供應線以及將第二比例的混合氣體輸送給第二氣體供應線。
18.如權利要求17所述的方法，其中該至少一個流量測量設備測量第一和第二氣體供應線中混合氣體的流率，以便響應測量的流率操作控制閥。
19.如權利要求12所述的方法，其中半導體襯底包括硅晶片，并且該方法包括于蝕刻晶片上的電介質、半導體或導體材料層。
20.如權利要求12所述的方法，其中該方法包括將一材料層淀積在半導體襯底上。
21.如權利要求12所述的方法，進一步包括操作在氣體供給設備和混合歧管之間的質量流量控制器以便控制提供給混合歧管的氣體的流率。
22.如權利要求12所述的方法，其中，該室包括等離子體蝕刻室，其中RF能源電感性地耦合到該室中，該方法包括用等離子體蝕刻襯底。
23.如權利要求12所述的方法，其中，該室包括等離子體蝕刻室，其中在該室中生成等離子體，該方法包括用等離子體蝕刻襯底上的二氧化硅、鋁或多晶硅。
24.如權利要求12所述的方法，其中，該室包括等離子體蝕刻室，其中在該室中生成等離子體，該方法包括在混合歧管中，將從Cl2、HCl3和HBr中選擇的至少一種鹵素氣體與O2、N2或從CHF3和CF4中選擇的碳氟化合物混合，并將混合氣體激勵成等離子態，以及用該等離子體蝕刻襯底。
25.如權利要求12所述的方法，其中，該室包括等離子體蝕刻室，其中在該室中生成等離子體，該方法包括將碳氟化合物與O2或C2H4混合，將混合氣體激勵成等離子態，以及用該等離子體蝕刻襯底。
26.如權利要求12所述的方法，其中控制器監視由氣體供給設備提供給混合歧管的總氣體流量并將該總氣體流量和在一條氣體供應線中的測量的氣體流量與用于第二氣體供應線的目標流量進行比較，由控制器重復調整該至少一個控制閥以實現第一和第二氣體供應線中的流率的想要的比率。
27.如權利要求26所述的方法，其中使用第一和第二質量流量控制器，在全開狀態下操作該第一質量流量控制器以及重復調整該第二質量流量控制器設定值。
28.如權利要求26所述的方法，其中使用第一和第二質量流量控制器，根據當前流量讀數加上當前和目標流量之間的差值的倍數，通過重復地將新設定值應用到受控質量流量控制器來降低分流氣體流量穩定時間。
全文摘要
用于處理半導體襯底的氣體分配系統，包括多個氣體供給設備；在其中將來自多個氣體供給設備的氣體混合在一起的混合歧管；將混合氣體輸送給室中的各個區的多條氣體供應線；以及控制閥。氣體供應線包括將混合氣體輸送給室中的第一區的第一氣體供應線以及將混合氣體輸送給室中的第二區的第二氣體供應線。控制閥控制第一和/或第二供應線中混合氣體的流率以便在第一和第二氣體供應線中實現混合氣體的流率的想要的比率。在使用該裝置的方法中，將半導體襯底提供給反應室以及通過將混合氣體提供給第一和第二區來處理襯底，調整控制閥以便在第一和/或第二氣體供應線中的混合氣體的流率提供第一和第二區中混合氣體的流率的想要的比率。
文檔編號B01J4/00GK1468441SQ01816884
公開日2004年1月14日 申請日期2001年9月26日 優先權日2000年10月6日
發明者布賴恩·K·邁克米林, 布賴恩 K 邁克米林, 諾普, 羅伯特·諾普 申請人:蘭姆研究公司