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TWI693638B - 獨立於配置的氣體輸送系統 - Google Patents

獨立於配置的氣體輸送系統 Download PDF

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TWI693638B
TWI693638B TW104111078A TW104111078A TWI693638B TW I693638 B TWI693638 B TW I693638B TW 104111078 A TW104111078 A TW 104111078A TW 104111078 A TW104111078 A TW 104111078A TW I693638 B TWI693638 B TW I693638B
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gas
mixing
chamber
gas supply
manifold
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TW104111078A
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TW201608635A (zh
Inventor
馬克 塔斯卡
艾克柏 沙瑞夫
Original Assignee
美商蘭姆研究公司
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Abstract

一種用以供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的氣體輸送設備，包含：在其表面上具有複數氣體入口的混合歧管，該等氣體入口係自混合歧管之中央混合點平均地分隔；及可選的複數氣體供應源，與混合歧管之表面上的複數氣體入口連通。使用如此之氣體輸送設備、用以將氣體供應至電漿處理設備之處理腔室的方法涉及：設置與混合歧管之表面上的複數氣體入口連通的複數氣體供應源；使至少兩不同氣體從複數氣體供應源流至混合歧管，以產生第一混合氣體；及將第一混合氣體供應至耦接於混合歧管之下游的電漿處理腔室。

Description

獨立於配置的氣體輸送系統
本發明係關於氣體輸送系統。尤其，本發明有關用於氣體輸送系統的獨立於配置之氣體板裝置。
[相關申請案的交互參照]
本申請案基於35 U.S.C.§119(e)主張2014年7月4日提出申請之美國臨時專利申請案第61/976,255號的優先權，其整體內容係併入於此作為參考。
習知的半導體蝕刻處理系統典型地使用氣體棒。舉例來說，用語「氣體棒」意指一系列的氣體分配及控制構件，例如質流控制器(MFC)、一或更多壓力轉換器及/或調節器、加熱器、一或更多過濾器或淨化器、及關斷閥。給定氣體棒中所使用的該等構件及其特定配置可取決於其設計及用途而有所不同。在典型的半導體處理配置中。超過17種氣體可經由氣體供應管線、氣體分配構件和基板、及混合歧管連接至腔室。這些元件係附接至底板而形成稱為「氣體板」或「氣體箱」的完整系統。
習知的半導體蝕刻處理系統仰賴若干有害及無害處理氣體的使用、及以同步模式經小心測量之該等氣體從氣體源經由氣體供應管線至處理電漿腔室的輸送。晶圓蝕刻應用係對所需混合物至腔室之輸送時間具高度敏感性。必須達到極低流量及高流速之載體氣體的良好混合、並在無顯著延遲的情況下將其輸送至處理腔室，以執行各種應用，例如蝕刻。
在實施例中，本揭示內容提供一種用以供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的氣體輸送設備。在實施例中，氣體輸送設備包含舉有在其表面上之複數氣體入口的混合歧管，其中氣體入口係自混合歧管之中央混合腔室平均地分隔。在實施例中，複數氣體供應源係與混合歧管之表面上的複數氣體入口連通。在實施例中，氣體輸送設備更包含至少一混合歧管出口。
在進一步的實施例中，本揭示內容提供一種供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法。在實施例中，該方法包含設置複數氣體供應源，其與具有至少一混合歧管出口之混合歧管之表面上的複數氣體入口連通；使至少兩不同氣體自複數氣體供應源流至混合歧管，以產生第一混合氣體；及供應第一混合氣體至電漿處理腔室的內部，其中第一混合氣體充能成為電漿態而用以處理半導體基板。在實施例中，氣體入口係自混合歧管之中央混合點平均地分隔，使得對於至少兩不同氣體之每一者的路徑長度皆相同。
在進一步的實施例中，本揭示內容提供一種用以供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的氣體輸送設備之配置方法。在實施例中，該方法涉及設置具有其表面上之複數氣體入口及至少一混合歧管出口的混合歧管，該等 氣體入口係自混合歧管之中央混合點平均地分隔；設置複數氣體供應源；及配置複數氣體供應源，使得其與複數氣體入口連通。
100:氣體棒
114:主閥
118:質流控制器(MFC)
118a-118n:質流控制器(MFC)
120:混合閥
122:基底
126:混合歧管
140:混合歧管出口
142a-142n:氣體入口
144:隔離腔室
200:氣體箱
400a-400f:氣體供應源
400g-400n:氣體供應源
410:混合歧管
415a-415e:氣體入口
500:主MFC
510:MFC站
610:圓柱
620:圓柱
710:第一(前)混合轂
712a-h:連接件
720:第二(後)混合轂
722a-h:連接件
730:氣體出口
750:出口
800a-g:氣體供應源
800h-q:氣體供應源
805:氣體出口
810:第一混合轂(混合轂)
820:第二混合轂
830:混合歧管
840:中央混合腔室
850:出口
860:氣體入口
870:底板
A:流動路徑
B:流動路徑
C:流動路徑
D:流動路徑
圖1顯示通過氣體棒的氣體流動。
圖2為圖1的方塊圖，用以說明低流量氣體的延遲時間。
圖3顯示具有複數MFC之管狀/線性配置的典型氣體棒。
圖4顯示連接至圓柱形混合歧管之徑向(側面)表面的氣體供應源之示範性實施例。
圖5顯示使用主MFC之陣列組件的示範性實施例。
圖6顯示具有兩環的混合歧管之實施例。
圖7A顯示第一混合轂的示範性實施例。
圖7B顯示第二混合轂的示範性實施例。
圖8A顯示連接至包含兩混合轂之混合歧管的氣體供應源之俯視圖。
圖8B顯示連接至包含兩混合轂之混合歧管的氣體供應源之仰視圖。
圖8C顯示顯示連接至包含兩混合轂之混合歧管的氣體供應源之立視圖。
在此提供輸送氣體至電漿處理設備的電漿處理腔室之方法及設備。在以下的敘述中，提出諸多具體細節以提供對此處所述之實施例的透徹理解。然而，對於熟悉本技術領域者將顯而易見，此處的實施例可在不具有這些具體細節的一些或全部者之情況下實施。在其他情形中，為人熟知的製程步驟及/或構造並未加以詳述，以免不必要地混淆此處所述的方法及設備。
除非另外指明，否則本揭示內容及申請專利範圍中的所有表示數量、條件及類似者之數字皆應理解為在所有情形中藉由用語「約」加以修飾。舉例來說，用語「約」意指涵蓋數值之正或負10%之範圍的數值。與數量一起使用的修飾語「約」包含所述的數值。
在本說明書及後續的申請專利範圍中，除非內容中另外明確指出，否則例如「一」及「該」之單數形包含複數形式。
在實施例中，本揭示內容提供氣體輸送設備，其用以將處理氣體供應至電漿處理設備的處理腔室。用語「氣體」並非意圖為限制性，且應包含任何液體、氣體、或液體及氣體的組合。在實施例中，氣體輸送設備包含具有在其表面上之複數氣體入口及至少一混合歧管出口的混合歧管、及可選地與混合歧管之表面上之複數氣體入口連通的複數氣體供應源。在實施例中，氣體入口係自混合歧管之中央混合腔室平均分隔。
在先前的典型氣體板設備中，流體輸送板使用具有以線性管狀設計配置之專用流動構件(包含閥、調節器等等)的個別的氣體棒，換言之，許多氣體或MFC係沿著管路(或混合歧管)的長度而設置。處理氣體係於輸送至處理腔室(例如電漿反應腔室)前在MFC的下游而混合至混合歧管。舉例來說，在先前的氣體板設備中，混合歧管係配置成長管狀構造，且每一氣體管線/MFC係沿著管狀 構造的長度隔開一特定距離(使得歧管長度相依於氣體數目、且歧管長度隨著氣體數目增加而增加)。然而，在如此的配置中，若干物種固有地位於更加遠離混合氣體出口處(亦即氣體物種沿著混合歧管的長度而設置，且將沿歧管長度流動以到達混合氣體出口，並因此一些氣體物種必然比其他者更加靠近混合氣體出口)。所以，取決於氣體入口之相對位置上的差異，這些歧管的配置造成氣體混合並到達反應器腔室所需的時間量上的差異。
對於短製程配方而言，起因於朝向腔室的未穩定化或不穩定之流動，所以朝向處理腔室的短暫氣體流動延遲不利地影響蝕刻速率。該問題因不同氣體箱中之硬體差異而更加惡化，導致朝向處理腔室之不同運送延遲而產生蝕刻匹配問題。氣體管線位置在工具間並非一致，其影響氣體輸送效能，並產生協流(co-flow)及製程匹配問題。亦即，當兩氣體箱以不同順序配置其氣體時，氣體輸送效能將不匹配，導致降低之裝置產能及劣化的分組(binning)。再者，具有以任意氣體順序在空間上與各MFC分隔的複數高及低流速氣體之氣體饋給的氣體箱取決於該等氣體之擴散度及流速(動量或慣量)，而可能在不同時間輸送。
氣體延遲輸送問題可歸因於低流氣體所流過而與(複數)高流載體氣體混合的容積。關鍵處理蝕刻氣體對反應腔室的延遲輸送影響晶圓蝕刻速率及半導體晶圓上的臨界尺寸。在具有位處遠離高流氣體的受隔離之低流氣體的混合歧管中，低流氣體將耗費一實質時間長度來與高流氣體混合，用以加速氣體混合物對腔室的輸送。從MFC填充低流氣體容積直到低流氣體與高流氣體混合、以及低流氣體擴散通過高流氣體的所需時間決定了對反應腔室的總傳輸延遲。
再者，氣體板典型地以三或更多氣體棒加以製造，因為製造更少的氣體棒是昂貴的，且使用了可能並非必須使用的額外零件。因此，使用者除了擁有一定數目的氣體棒之外別無選擇。對於半導體應用而言，氣體棒的數目通常為3、6、9、12、及16。然而，若使用者有裝設九個氣體棒的氣體板，且要增加一或兩個額外的氣體棒，則使用者將需要購買最少具有至少三個氣體棒的氣體托板。在不移除整個氣體棒、冒著污染之風險、及/或使用額外人力及時間來移除並重新安裝氣體輸送構件的情況下，單一氣體棒係難以連接至現存的氣體板。
或者，若使用者有裝設九個氣體棒的氣體板且之後僅需要使用七個氣體棒，則氣體板上的兩個氣體棒將不被使用。此將造成氣體板的不被使用之多餘部件，且將不可能從氣體板移除多餘的氣體棒。此情況產生「盲管」(dead-leg)，亦即氣體不流過的導管或歧管之區段。盲管被認為是污染的來源。
圖1顯示通過氣體棒100的氣體流。氣體可朝流動路徑A之方向流出主閥114並進入MFC 118。然後如流動路徑D所示，氣體可流出MFC 118經由而進入基底122、通過混合閥120並進入混合歧管126。
圖2為圖1之方塊圖，其說明低流氣體的延遲時間。氣體箱200可具有複數MFC 118a、118b、118c、...118n(其中n為整數)。每一MFC可為高流MFC或低流MFC。低流氣體可具有例如小於或等於7sccm之流速。高流氣體可具有例如大於7sccm之流速。如圖2所示，MFC 118c為低流MFC，且MFC 118a為高流MFC。然而，此僅係針對例示目的且不欲為限制性，再者，任何MFC皆可為高流MFC或低流MFC。
每一MFC 118a-118n可經由氣體入口142a、142b、142c...142n與混合歧管126流體連通。氣體入口可為可手動或遠端控制的任何類型之入口。舉例來說，氣體入口可為可手動定位於開放或封閉位置的任何已知接頭。從MFC118a-118n至氣體入口142a-n的氣體體積可由V1表示。一旦氣體進入混合歧管126，其可朝流動路徑B的方向流動至接近高流MFC 118a的混合歧管出口140。高流載體氣體造成高強迫性對流以朝向混合歧管出口140驅動低流氣體，藉此試圖使與低流氣體之混合的延遲最小化。從氣體入口142c至混合歧管出口140的氣體體積可由V2表示。
一旦氣體混合物離開混合歧管126，氣體混合物可流動並保持在隔離腔室144中，直到其被用於處理腔室中。隔離腔室可為用以在氣體被使用前將其隔離的任何類型之腔室，例如雙氣體饋送件或類似者。
低流氣體與高流載體氣體混合的總延遲時間(總延遲時間低流氣體)可計算為低流氣體到達混合歧管所花費的時間(Tmm)加上氣體與高流載體氣體一起擴散所花費的時間(T擴散)，如以下方程式所示：總延遲時間低流氣體=Tmm+T擴散
低流氣體到達混合歧管126的時間、或低流氣體的慣量延遲(顯示為V1)可計算如下：Tmm=(V/φm)*(Pmm/P周圍)
其中V=氣體之體積；φm為低流氣體的質量流速；Pmm為混合歧管中的壓力；且P周圍為周圍壓力。
低流氣體與高流載體氣體一起擴散所花費的時間(T擴散)可計算如下： T擴散
Figure 104111078-A0305-02-0010-2
L2/D有效
亦即，擴散延遲與(L2/D)成比例，其中「L」為長度尺度(length scale)，且D為擴散係數，其對於較高的長度尺度為顯著。若藉由擴散而運送的物種僅與具有較高動量的另一物種混合，則經混合物種的運送時間因第二物種之對流性運送所賦予的動量而顯著增加。因為對於主要藉由擴散而運送之具有低速度的低流氣體之已知使用，所以相當難以利用MFCs的管狀/線性配置完全消除氣體箱中物種的緩慢運送，此使得對於藉著賦予動量的物種對流性運送而言必須使用「推動氣體」。
舉例來說，圖3顯示具有MFCs之管狀/線性配置的典型氣體棒(每一單獨氣體一個)。所繪示的配置包含低流MFC(具有7sccm之C4F6流速)、150sccm之N2流、及600sccm之Ar流，這些物種係僅用於示範性目的，且不欲為限制性。從C4F6低流MFC引入之氣體因其於氣體管線上的位置(亦即因低流MFC與N2流管線之間的長度L1)而具有相對長的擴散運送時間/長延遲(擴散運送時間=L2/D，而因L1造成長延遲)。C4F6從管線7至管線4的行進時間等於(L1/C4F6物種之速度)，而N2從管線4至出口管線的行進時間為(L2/(C4F6+N2物種)的速度)。在此設計中，物種的行進時間取決於物種的長度尺度及速度。
晶圓蝕刻應用對於所需混合物至腔室的輸送時間係極為敏感。利用具有MFCs之線性/管狀配置的氣體箱，難以輸送必需的氣體混合物至腔室且然後重複相同的晶圓上結果。在如此的實施例中，MFCs在氣體管線上的相對定位至關重要，當氣體入口係沿著具有一或更多下游出口之管狀混合歧管而線性配置時，氣體混合並到達反應腔室所需要的時間量依氣體入口的相對位置而變化。若MFC位置係隨意地相混(亦即若一特定MFC的位置在製程之間變換)，則製 程不匹配結果。換言之，當兩氣體箱以不同順序配有其氣體時，其氣體輸送效能將不匹配，而導致降低的元件產能。
因此在實施例中，本揭示內容提供具有不論氣體的相對位置、對於每一氣體(包括一氣體之流動對另一者的效應)而言皆一致(亦即相等)之長度尺度(路徑/流動長度)的氣體輸送設備。所以，只要兩氣體箱包含相同的氣體，其將提供匹配的氣體輸送效能，即使氣體的位置在製程之間變換亦然。因為依據本揭示內容的氣體輸送設備不論氣體供應源之相對定位為何皆提供一致的結果，所以此氣體輸送設備在其可支援的眾多應用方面提供更大的彈性。
更尤其在實施例中，本揭示內容提供包含多入口混合歧管的氣體輸送設備，其中氣體入口係自歧管的中央混合腔室平均地分隔。在如此的配置中，所有氣體物種的長度尺度趨近零、或為零。在實施例中，氣體入口分隔為使自氣體入口畫至中央混合腔室之中心點的徑向線為相同長度。在實施例中，混合歧管包含圓柱形混合腔室，且氣體入口可位於圓柱之側面及/或軸向端面上的圓周狀分隔之位置。以此方式將所有氣體配置在圓柱形表面上將線性管狀設計縮減成單一混合點，換言之，藉由將所有氣體配置在圓柱形表面上而使長度尺度趨近於零(或為零)，高及低流氣體便可立即混合，且協流效應(亦即起因於氣體定位或位置的氣體混合延遲)可被消除。
圖4繪示連接至混合歧管的氣體供應源之兩示範性實施例。舉例來說，六個氣體供應源400a-400f(包含例如六個MFC)係經由氣體入口415a-e裝設(圓周狀分隔)在具有約1英吋之直徑(但可使用其他尺寸的直徑)的圓柱形混合歧管410側面上。可設置更大或更小數目的氣體入口，然而並非所有氣體入口皆需連接至氣體供應源。如圖4所示，八個氣體供應源400g-400n係圓周狀分隔於具有 約1.75英吋之直徑的混合歧管上。即使留下一或更多氣體入口未連接至氣體供應源，盲管仍因氣體供應源及氣體入口之配置而不產生於混合歧管內。如圖4所示，氣體供應源與配置在混合歧管之圓柱形表面上的氣體入口連通。每一氣體物種的長度尺度皆相同，且所有氣體物種共享一共同混合點，因此，協流效應(亦即物種之間的延遲)被消除。
可為混合歧管選定任何適當的直徑，例如在實施例中，混合歧管的直徑可加以選定以對應至相等地分配氣體入口所需的直徑，該等氣體入口係對應至所需數目之氣體供應源。在實施例中，混合歧管的直徑可為約0.5英吋、或約0.75英吋、或約1英吋、或約1.25英吋、或約1.5英吋、或約1.75英吋、或約2英吋，或大於約2英吋，例如自約2至約8英吋、或自約3至約5英吋。
在依據本揭示內容的實施例中，每一氣體的流動路徑/長度皆相同。換言之，在實施例中，將混合歧管上的氣體入口分隔，而使複數氣體供應源之任一者連接至複數氣體入口之任一者時，從該氣體供應源至混合歧管之中央混合腔室的路徑長度皆相同。因此不論氣體供應源連接至哪一氣體入口，一特定氣體的流動路徑皆將相同。因為氣體供應源可連接至氣體入口的任一者，所以氣體輸送設備提供簡化的佈置，減少構件的冗餘量，並簡化控制系統。該系統亦較不沈重且改善製程變異性及彈性。
在實施例中，可將手動閥用於執行特定氣體供應源的供應或隔離。手動閥在其上方亦可具有閉鎖/警告裝置。工作人員安全規則通常要求電漿處理製造設備包含防止啟動能力，例如閉鎖/警告機構。舉例來說，閉鎖裝置通常指使用例如鎖定物(鑰匙或組合類型)之明確手段來將能量隔離裝置固定在安 全位置的裝置。舉例來說，警告裝置通常指任何顯眼的警告裝置，例如可依據所建立之程序牢固地栓緊至能量隔離裝置的標籤及附件手段。
調節器可用以調節氣體供應源的氣體壓力，且壓力計可用以監測氣體供應源的壓力。在實施例中，可預設壓力且不需加以調節。在其他實施例中，可使用具有用以顯示壓力之顯示器的壓力轉換器。壓力轉換器可定位於調節器旁。過濾器可用以移除供應氣體中的雜質。主要關閉閥可用以預防任何腐蝕性供應氣體殘留在氣體棒中。舉例來說，主要關閉閥可為具有自動氣動操作閥組件的雙埠閥，該自動氣動操作閥組件使閥變成停用(關閉)，而因此有效地使氣體棒內流動的電漿停止。一旦停用，可使用非腐蝕性沖洗氣體(例如氮)來沖洗氣體棒。舉例來說，受沖洗之氣體棒可具有提供給沖洗製程的三個埠口(亦即入口埠、出口埠、及排出埠)。
質流控制器(MFC)可位於鄰近沖洗閥處。MFC準確地量測供應氣體的流速。將沖洗閥定位於MFC旁容許使用者沖洗MFC中的任何腐蝕性供應氣體。MFC旁的混合閥可用以控制待於氣體板上與其他供應氣體混合的供應氣體量。
在實施例中，個別的MFC可獨立地控制每一氣體供應源。舉例來說，示範性氣體棒及氣體板配置、及氣體輸送(與控制氣體輸送之時間尺度)的方法及設備係敘述於美國公開專利申請案第2010/0326554號、美國公開專利申請案第2011/0005601號、美國公開專利申請案第2013/0255781號、美國專利公開申請案第2013/0255782、美國公開專利申請案第2013/0255883號、美國專利第7234222號、美國專利第8340827號、及美國專利第8521461號，其各者係共同受讓，且其整體揭示內容係並完整併入於此作為參考。
在其他實施例中，單一(主)MFC可用以針對個別的流體範圍啟動所需的流動設定點，且然後釋放個別流體以用於混合歧管中的立即混合。個別的流動量測及控制可從單一MFC印刷電路板(PCB)，在如此的實施例中，每一壓力轉換器將提示個別壓電閥的適當定位。依此方式，單一MFC控制器可操作複數流體。個別流體範圍可個別地加以設定，且然後被同時釋放以供混合，因此容許一般沖洗之情況下的完全MFC能力。因此，單一系統可提供任何步驟/製程或混合物，而增加製程可變性及彈性。
圖5繪示使用主MFC 500的陣列組件方式。如圖5所繪示，額外的MFC站510(包含轉換器、孔口等等)可位於主MFC旁。在實施例中，額外的MFC站可位於混合歧管周圍。
在實施例中，MFCs可由遠端伺服器或控制器所控制。每一MFC可為具有控制高流MFC或低流MFC之能力的廣域MFC。控制器可配置成控制並改變MFCs之每一者中之氣體的流速。
如以上所討論，在實施例中，混合歧管可包含圓柱形混合腔室(亦即在實施例中，混合歧管可為圓柱)。在實施例中，尤其是使用大量MFCs的實施例，氣體輸送系統可包含複數圓柱形表面，例如兩個圓柱形表面、或多於兩個圓柱形表面。換言之，在實施例中，混合歧管可與第二混合歧管流體連通。舉例來說，圖6顯示有具備兩環之混合歧管的一實施例。氣體入口輸送氣體至圓柱610，其中氣體係於被輸送至圓柱620前混合。
在實施例中，歧管包含圓柱形混合腔室，且MFCs及/或氣體供應源係裝設在歧管之側面及/或軸向端面上。藉由將MFCs裝設在包含圓柱形混合腔室之歧管的側面及/或軸向端面上，每一物種的長度尺度趨近於零(亦即為零或接 近零)。因此，每一物種的氣體運送時間皆相等，而消除混合延遲的問題。在其他實施例中，自MFC至混合歧管的徑向距離可製造成對於每一氣體物種而言皆相等的長度，以確保相同的氣體運送時間。
在實施例中，氣體歧管具有對應至各氣體供應源的氣體入口。在其他實施例中，氣體歧管具有比氣體供應源更多的氣體入口，因為有額外的氣體入口可用，且因為每一氣體的相對定位並未影響氣體輸送時間，所以增加另一氣體至如此之氣體箱可在不中斷已存在之氣體的情況下完成。氣體管線亦可在不中斷設備中之其他氣體的情況下加以移除。此在設備可支援之應用種類方面提供更大的彈性。再者，在實施例中，即使歧管可包含比氣體供應源更多的氣體入口(亦即，即使有一些未用到的氣體入口)，依據本揭示內容的歧管並不包含任何盲管(氣體並未流動通過的導管或歧管之區段)。「盲管」被認為是污染的來源，因為所產生的長滯留時間之氣體淤塞容許化學反應及可能的金屬污染。因為依據本揭示內容的氣體輸送設備在歧管中不具有「盲管」區域，所以氣體輸送設備避免這些負面結果。
圖7A及B與圖8A-C繪示其中氣體供應源係連接至兩件式混合歧管的實施例，其中第一(前)混合轂及第二(後)混合轂合併以形成具有中央混合腔室的混合歧管。圖7A繪示第一混合轂710的示範性實施例，第一混合轂710在實施例中可形成混合歧管的第一(例如：前)側。圖7B繪示第二(例如：後)混合轂720的示範性實施例，第二混合轂720在實施例中可形成混合歧管的第二(例如：後)側。在實施例中，第一混合轂710及第二混合轂720適配在一起以形成單一混合歧管，而混合歧管中的中央混合腔室藉由第一混合轂710及第二混合轂720的連接關係而形成。氣體供應源可經由氣體連接件712a-h連接至第一混合轂710，且 氣體供應源可經由連接件722a-h連接至第二混合轂720，其中該等氣體連接件導向混合歧管中的氣體入口。在圖7A及7B所繪示的實施例中，第一混合轂710及第二混合轂720可各容納/經由八個連接件712a-h及722a-h連接至八個氣體供應源，然而，在實施例中，可設置更大或更小數目的氣體連接件/氣體入口。舉例來說，在實施例中，混合歧管的至少一側(例如至少兩側)(亦即混合轂之至少一者)可包含三個氣體入口、或四個氣體入口、或12個以上的氣體入口。氣體可經由氣體供應源通過混合歧管中之氣體入口供應至混合歧管中之中央混合腔室，該中央混合腔室係由第一混合轂710及第二混合轂720所形成。
在實施例中，第一混合轂710及/或第二混合轂720可包含至少一氣體出口730，其可將來自混合歧管之混合腔室的混合氣體輸送至氣體輸送管線。在其他實施例中，混合轂710或720可包含其內不具有氣體出口的封閉表面或受阻之出口750。
圖8A-C繪示連接至混合歧管830之氣體供應源的示範性實施例，其中混合歧管830係藉由連接第一混合轂810及第二混合轂820而形成。圖8A顯示以圓周狀分隔之配置安裝至第一混合轂810之氣體供應源800a-g(例如包含8個MFC)的俯視圖。圖8B顯示以圓周狀分隔之配置安裝至第二混合轂820之氣體供應源800h-q的仰視圖。圖8A及8B所繪示的實施例顯示連接至混合轂之前及後側上之氣體入口的八個氣體供應源，但在實施例中，可設置更大或更小數目的氣體入口，其可或可不連接至氣體供應源，亦即，在一些實施例中，所有氣體入口皆連接至氣體供應源，而在其他實施例中，並非所有氣體入口皆需連接至氣體供應源。即使在一或更多氣體入口並未連接至氣體供應源的實施例中，仍不產生盲管。
圖8C繪示合併形成具有中央混合腔室840之混合歧管830的第一混合轂810及第二混合轂820之剖視圖。舉例來說，第一混合轂810可各含有一中央空間(例如中央半球形空間)，其係對應至第二混合轂820之中央空間(例如中央半球形空間)，以在第一混合轂810與第二混合轂820結合時形成中央混合腔室840，而底板870可選地圍繞混合轂810、820。在實施例中，中央混合腔室可具有其他形狀，例如球形、近球形(例如多面性)、卵形、或圓柱形。
如圖8C所示，氣體供應源(包含例如MFCs)可經由第一混合轂810及第二混合轂820安裝在混合歧管830的複數側(例如前側及後側)。在實施例中，第一混合轂810及第二混合轂820(亦即混合歧管830之前及後側)係連接至相同數目的氣體供應源。在其他實施例中，第一混合轂810及第二混合轂820係連接至不同數目的氣體供應源。
在實施例中，氣體供應源係經由氣體入口860連接至中央混合腔室。在實施例中，氣體入口860可包含第一混合轂810及/或第二混合轂820中之通道。如圖8C所示，氣體入口860之通道可為第一混合轂810及/或第二混合轂820中的從氣體供應源800a-q通向中央混合腔室840之對角通道。氣體供應源800a-q與通往混合腔室之氣體入口860連通。每一氣體物種的長度尺度皆相等，且所有氣體物種共享一共同混合點。因此，協流效應(亦即物種間的混合延遲)被消除。
在實施例中，中央混合腔室840具有約0.5英吋的直徑，但亦可使用其他尺寸，舉例來說，在實施例中，球狀轂具有約0.25英吋、或約0.3英吋、或約0.4英吋、或約0.6英吋、或約0.8英吋、或約1英吋、或約1.5英吋、或約2英吋的直徑。在於中央會合腔室840中混合後，混合氣體可例如經由氣體出口805連接至氣體氣體輸送管線。氣體出口805係顯示於混合轂810的一側，然而，氣 體出口可位於不干涉氣體入口860的任何處。舉例來說，混合轂可含有封閉之表面或受阻的出口850，且氣體出口可位於混合歧管之不同部分上。
在實施例中，本揭示內容更提供氣體輸送設備的配置方法，用以將處理氣體供應至電漿處理設備之處理腔室。舉例來說，如此的方法可包含：提供在其表面上具有複數氣體入口且具有至少一混合歧管出口的的混合歧管。氣體入口係自混合歧管之中央混合腔室平均地分隔，使得每一氣體物種的長度尺度皆相等，且當氣體自氣體供應源流至混合歧管時，每一氣體之氣體輸送時間皆相等。在實施例中，該方法更包含提供複數氣體供應源，並配置複數氣體供應源而使其與複數氣體入口連通(亦即，使氣體可自氣體供應源經由氣體入口流至混合歧管)。
在實施例中，本揭示內容提供供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法。舉例來說，如此的方法可包含：提供與混合歧管之表面上之複數氣體入口連通的複數氣體供應源，該混合歧管具有至少一混合歧管出口；使至少兩不同氣體從複數氣體供應源流至混合歧管，以產生第一混合氣體；及供應第一混合氣體至耦接於混合歧管下游的電漿處理腔室。氣體入口係自混合歧管之中央混合腔室平均地分隔，使得至少兩不同氣體之每一者的路徑長度皆相等，因此容許氣體(不論是高流或低流)之立即混合，並消除協流效應。
在實施例中，單一質流控制器針對至少兩不同氣體之各者啟動流動設定點、並將該等氣體同時釋放以供立即混合。在其他實施例中，離散質流控制器針對每一個別氣體啟動流動設定點，且離散質流控制器將氣體(同時)釋放以供立即混合。
在使用上，氣體經由混合歧管上之複數氣體入口進入混合歧管。針對每一氣體的路徑長度/行進時間皆相同，因此，氣體於相同時間到達混合歧管之中央混合點並混合。然後氣體混合物可經由混合歧管出口離開混合歧管。舉例來說，具有複數歧管出口的混合歧管係說明於共同受讓之美國公開專利申請案第2011/0005601號中，其整體揭示內容係全部於此併入作為參考。
於實施例中，在離開混合歧管後，可將第一混合氣體直接輸送至處理腔室。在其他實施例中，可將第一混合氣體添加至另一系列的氣體或混合氣體。
在實施例中，若有足夠的氣體入口可用，便可增加或從設備移除氣體供應源而不中斷其餘的氣體供應源。因此在使用上，一方法可額外地包含將至少一額外氣體供應源連接至混合歧管之表面上的氣體入口、使來自複數氣體供應源及該至少一額外氣體供應源的氣體流動至混合歧管以產生第二混合氣體、及將第二混合氣體供應至電漿處理腔室及/或在供應至混合腔室前使第二混合氣體與另一流體陣列混合。
在其他實施例中，從複數氣體供應源之至少一者的氣體供應可在第一混合氣體供應至處理腔室之後停止。在實施例中，氣體供應可藉由使氣體供應原從混合歧管分離、或關閉氣體供應源而停止。在實施例中，可使至少三不同氣體從複數氣體供應源流至混合歧管以產生第一混合氣體，且製程可更包含於第一混合氣體供應至處理腔室之後停止來自複數氣體供應源之至少一者的氣體供應、使氣體從複數氣體供應源之其餘氣體供應源流至混合歧管以產生第二混合氣體、及將第二混合氣體供應至處理腔室。從混合歧管移除氣體供應源並未在混合歧管內產生盲管。
在進一步的實施例中，可使至少一氣體供應源斷開，且可將至少一額外氣體供應源連接至混合歧管，以在不中斷其他氣體管線的情況下產生第二混合氣體。換言之，依據本揭示內容，可增加、移動、或移除氣體管線而不衝擊氣體輸送時間。
熟悉本技術領域者將察知，本發明可在不背離其精神或必要性質的情況下以其他具體形式體現。因此，目前揭示之實施例在各方面皆視為說明性且非受限性。本發明之範圍係由隨附請求項而非前述說明所指示，且欲使在其意義及範圍與其均等者內的所有改變皆包含在內。
118a-118n‧‧‧質流控制器(MFC)
126‧‧‧混合歧管
140‧‧‧混合歧管出口
142a-142n‧‧‧氣體入口
144‧‧‧隔離腔室
200‧‧‧氣體箱
B‧‧‧流動路徑

Claims (19)

  1. 一種電漿處理設備，具有一氣體輸送設備，該氣體輸送設備用以供應處理氣體至該電漿處理設備之一電漿處理腔室，該氣體輸送設備包含：一混合歧管，該混合歧管包含：一中央混合腔室；複數氣體入口，位於該中央混合腔室的一或更多表面上，該等氣體入口各自配置成與一對應的氣體供應源連接，其中該等氣體入口係經由相等長度的流動路徑而與該中央混合腔室流體連通；及至少一混合歧管出口，與該中央混合腔室流體連通。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，其中該等氣體入口係分隔成使得從該等氣體入口畫至該中央混合腔室之中心點的複數徑向線皆為相同長度。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，更包含：複數氣體供應源，每一氣體供應源包含一壓力轉換器以及一閥；一單一質流控制器，其係配置成藉由下列方式以針對該複數氣體供應源之每一氣體供應源控制流動設定點：基於來自該氣體供應源之該壓力轉換器的量測來調整該氣體供應源之該閥的定位。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，其中：該中央混合腔室包含一圓柱形混合腔室，該等氣體入口係位於該一或更多表面上的圓周狀分隔之位置，且該一或更多表面係選自於由下者所組成的群組：該混合歧管的一側表面、該混合歧管的一軸向端表面、以及其組合。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理設備，其中該混合歧管係與一第二歧管流體連通。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，更包含複數氣體供應源，其中：該複數氣體入口的氣體入口數係至少等於或大於該複數氣體供應源的氣體供應源數，且每一氣體供應源係連接至該等氣體入口中之對應的一者並且與其流體連通。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理設備，更包含：複數質流控制器，其中：每一質流控制器係與該等氣體供應源之一者連通，並且配置成獨立地針對該氣體供應源控制流動設定點。
  8. 如申請專利範圍第7項之電漿處理設備，其中從該複數質流控制器之每一質流控制器至該中央混合腔室的徑向距離為大約相等的長度。
  9. 如申請專利範圍第7項之電漿處理設備，其中該混合歧管包含一圓柱形混合本體，且該等質流控制器的每一者係裝設於該圓柱形混合本體的一或更多表面上，該一或更多表面係選自於由下者所組成的群組：該圓柱形混合本體的一側表面、該圓柱形混合本體的一軸向端表面、以及其組合。
  10. 如申請專利範圍第6項之電漿處理設備，其中該複數氣體供應源及該複數氣體入口係配置成使得缺少該等氣體供應源之任一者皆不在該混合歧管內產生盲管(dead leg)。
  11. 如申請專利範圍第1項之電漿處理設備，更包含該電漿處理腔室，其中該電漿處理腔室係在該混合歧管的下游與該至少一混合歧管出口流體連通。
  12. 一種供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，該方法包含：使來自複數氣體供應源的至少兩不同氣體流動至一氣體輸送設備，該氣體輸送設備用以將處理氣體供應至一半導體電漿處理設備的一處理腔室，該氣體輸送設備包含：一混合歧管，包含：一中央混合腔室；複數氣體入口，位於該中央混合腔室的一或更多表面上，該等氣體入口係各自與該等氣體供應源中之對應的一者連接，其中該等氣體入口係經由相等長度的流動路徑而與該中央混合腔室流體連通；及至少一混合歧管出口，與該中央混合腔室流體連通，其中該等氣體流入該混合歧管，以在該中央混合腔室中產生一第一混合氣體；將該第一混合氣體供應至一處理腔室的內部；在該處理腔室內，使該第一混合氣體充能成為電漿態；及使用處於該電漿態的該第一混合氣體來處理該處理腔室內的一半導體基板。
  13. 如申請專利範圍第12項之供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，更包含利用一單一質流控制器針對該至少兩不同氣體之每一者啟動一流動設定點。
  14. 如申請專利範圍第13項之供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，其中該單一質流控制器同時釋放該至少兩不同氣體，以供在該混合歧管中混合。
  15. 如申請專利範圍第12項之供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，更包含利用不同的質流控制器針對該至少兩不同氣體之每一者獨立地啟動一流動設定點。
  16. 如申請專利範圍第12項之供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，更包含：在將第一混合氣體供應至該處理腔室之後，使來自該複數氣體供應源之氣體及來自至少一額外氣體供應源之氣體流至該混合歧管以產生一第二混合氣體；及將該第二混合氣體供應至該處理腔室。
  17. 如申請專利範圍第12項之供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，其中至少三不同氣體係自該複數氣體供應源流至該混合歧管，以產生該第一混合氣體，且其中該方法更包含：在該第一混合氣體被供應至該處理腔室後，停止供應來自該複數氣體供應源之至少一氣體供應源的氣體；使來自該複數氣體供應源之其餘氣體供應源的氣體流至該混合歧管，以在該中央混合腔室中產生一第二混合氣體；供應該第二混合氣體至該處理腔室， 其中停止供應來自該複數氣體供應源之該至少一氣體供應源的氣體不在該混合歧管中產生盲管。
  18. 如申請專利範圍第12項之供應處理氣體至電漿處理設備之處理腔室的方法，更包含在供應該第一混合氣體至該處理腔室前，使該第一混合氣體與至少一額外氣體混合。
  19. 一種配置氣體輸送設備的方法，該氣體輸送設備係用以供應處理氣體至一電漿處理設備的一處理腔室，該方法包含：設置複數氣體供應源；設置一混合歧管，該混合歧管包含：一中央混合腔室；複數氣體入口，位於該中央混合腔室的一或更多表面上，該等氣體入口係各自與該等氣體供應源中之對應的一者連接，其中該等氣體入口係經由相等長度的流動路徑而與該中央混合腔室流體連通；及至少一混合歧管出口，與該中央混合腔室流體連通，其中氣體流入該混合歧管，以在該中央混合腔室中產生一第一混合氣體；及配置該複數氣體供應源，使得每一氣體供應源與該複數氣體入口中之對應的一氣體入口流體連通。
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