用于快速气体交换、快速气体切换以及可编程的气体输送的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例关于气体输送系统。该气体输送系统包括与一个或更多个气体控制板及一处理腔室流体连通的快速气体交换模块。快速气体交换模块具有第一组流量控制器及第二组流量控制器且其中每一组流量控制器都具有多个流量控制器。配置流量控制器以使得将在第一组流量控制器及第二组流量控制器中的每一个流量控制器独立操作以选择性地打开，从而将气体分流至处理腔室或排气装置。操作第一组流量控制器及第二组流量控制器以将在流量控制器致动的预定时序中的气体的切换同步。本发明专利技术使处理腔室中的合成气流能够快速切换，同时将个别流量控制器以更低切换速度操作而提供更长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于快速气体交换、快速气体切换以及可编程的气体输送的方法与装置
本专利技术的实施例大体而言关于改良的基板处理系统。特定言之，本专利技术的实施例关于适合于蚀刻及/或沉积工艺的快速气体交换系统。
技术介绍
微电子器件的制造包括数个不同阶段，每一阶段包括多种工艺。在一个阶段期间，特定工艺可包括将等离子体给至诸如硅基板的基板的表面以改变基板的物理性质及材料性质。此工艺可称为蚀刻，此蚀刻工艺可包括移除材料以在基板中形成孔洞、通孔及/或其他开口(本文称为“沟槽”)。等离子体蚀刻反应器通常用于在半导体基板中蚀刻沟槽。这些反应器含有腔室，在该腔室内支撑基板。将至少一种反应气体供应至腔室且将射频信号耦接至反应气体以形成等离子体。等离子体蚀刻定位在反应器内的基板。亦可将基板耦接至射频信号以在蚀刻工艺期间将基板偏压，从而增强蚀刻性能及沟槽轮廓。直通硅穿孔(“TSV”)蚀刻为要求低频偏压及低温环境以在硅基板中形成深沟槽的独特应用。一种类型的蚀刻系统可包括原位等离子体蚀刻。使用此类型的蚀刻系统，可通过在具有移除等离子体及沉积等离子体的单个反应器中交替移除及沉积基板上材料来形成沟槽。另一类型的蚀刻系统可包括远程等离子体蚀刻。使用此类型的蚀刻系统，可与在原位系统中一样来形成沟槽，不同之处在于可在将等离子体引入位于主反应器中的基板上之前于远程反应器中产生等离子体。除这些类型的蚀刻系统外，每一系统的蚀刻工艺亦可不同。一些蚀刻工艺(诸如时间复用的气体调制(“TMGM”)系统或Bosch系统)使用多步骤方法，该多步骤方法包括若干制作步骤，诸如蚀刻及沉积步骤，或者蚀刻、闪蒸及沉积步骤。TMGM工艺蚀刻材料达一段时间且TMGM工艺随后在先前蚀刻的表面上沉积保护膜以保护表面不受进一步蚀刻，该表面通常为沟槽的侧壁。为了形成越来越深的沟槽，重复这两个步骤。随着工艺针对更小及更深的TSV几何结构继续发展，制作方法可要求在蚀刻气体、沉积气体、钝化气体或清洗气体之间的快速切换。因此，切换气体在控制蚀刻轮廓、侧壁保护、选择性及蚀刻速率(亦即，产量)方面变得更加关键。为了更快速的蚀刻速率及平滑的蚀刻轮廓，需要更快速的气体切换。更快速切换意谓每单位时间周期更多占空比。在常规的气体输送系统中，气体引入处理腔室的速度归因于系统的机械性质而受阀门切换速度的限制。另外，工艺制作方法要求气体以例如0.2秒的间隔切换，气体切换阀每年将循环7800万次以上。当典型阀门的使用寿命为约300万个循环时，需要具有延长的使用寿命的昂贵、高性能阀门或需要频繁替换阀门，如此非所要地增加用于服务的腔室停机时间及所有权的成本。因此，存在对用于蚀刻的改良方法及装置的需要。
技术实现思路
本专利技术的实施例通常关于用于蚀刻的改良基板蚀刻系统及方法。在一个实施例中，提供一种供应气体至处理腔室的方法。该方法包括以下步骤：在第一工艺期间将第一处理气体自第一气体控制板经由第一快速气体交换模块供应至处理腔室，包含将第一处理气体自第一流量控制器经由第二流量控制器选择性地分流至处理腔室或排气装置，或将第一处理气体自第一流量控制器经由第三流量控制器选择性地分流至处理腔室或排气装置，其中第二流量控制器不与第三流量控制器流体连通；及在第二工艺期间将第二处理气体自第二气体控制板经由第二快速气体交换模块供应至处理腔室，包含将第二处理气体自第四流量控制器经由第五流量控制器选择性地分流至处理腔室或排气装置，或将第二处理气体自第四流量控制器经由第三流量控制器选择性地分流至处理腔室或排气装置，其中第五流量控制器不与第六流量控制器流体连通，其中以交替顺序将第一处理气体及第二处理气体供应至处理腔室内。在另一实施例中，提供一种供应气体至处理腔室的方法。该方法包括以下步骤：在第一工艺期间将第一处理气体自第一气体控制板经由第一快速气体交换模块供应至处理腔室，其中第一快速气体交换模块包含耦接至第一气体控制板的第一流量控制器、耦接至第一流量控制器及处理腔室的第二流量控制器，及耦接至第一流量控制器及处理腔室的第三流量控制器，其中第一流量控制器可操作以将来自第一气体控制板流出的第一处理气体选择性地分流至第二流量控制器或第三流量控制器，第二流量控制器可操作以将来自第一流量控制器流出的第一处理气体选择性地分流至处理腔室或排气装置，且第三流量控制器可操作以将来自第一流量控制器流出的第一处理气体选择性地分流至处理腔室或排气装置；及在第二工艺期间将第二处理气体自第二气体控制板经由第二快速气体交换模块供应至处理腔室，其中第二快速气体交换模块包含耦接至第二气体控制板的第四流量控制器、耦接至第四流量控制器及处理腔室的第五流量控制器、及耦接至第四流量控制器及处理腔室的第六流量控制器，其中第四流量控制器可操作以将来自第二气体控制板流出的第二处理气体选择性地分流至第五流量控制器或第六流量控制器，第五流量控制器可操作以将来自第四流量控制器流出的第二处理气体选择性地分流至处理腔室或排气装置，且第六流量控制器可操作以将来自第四流量控制器流出的第二处理气体选择性地分流至处理腔室或排气装置。在一个实例中，该方法进一步包括以下步骤：将在第一快速气体交换模块及第二快速气体交换模块中的流量控制器的每一个的分流状态中的变化同步，以使得流入处理腔室内的第一处理气体或第二处理气体的频率为在第一快速气体交换模块及第二快速气体交换模块中的流量控制器的每一个的分流状态中的变化的频率的两倍。在又一实施例中，提供一种气体输送系统。该系统包括用于处理基板的处理腔室及快速气体交换模块，该快速气体交换模块与第一气体控制板及处理腔室流体连通，其中具有第一流量控制器配置的快速气体交换模块包含耦接至第一气体控制板的第一流量控制器、耦接第一流量控制器及处理腔室的第二流量控制器、及耦接第一流量控制器及处理腔室的第三流量控制器，其中第二流量控制器不与第三流量控制器流体连通，其中第一流量控制器可操作以将来自第一气体控制板流出的第一气体选择性地分流至第二流量控制器或第三流量控制器，第二流量控制器可操作以将来自第一流量控制器流出的第一气体选择性地分流至处理腔室或排气装置，且第三流量控制器可操作以将来自第一流量控制器流出的第一气体选择性地分流至处理腔室或排气装置。在一个实例中，将第五流量控制器及第六流量控制器在彼此相反的分流状态中同时操作。附图说明因此，可详细理解本专利技术的上述特征的方式，即上文简要概述的本专利技术的更特定描述可参照实施例进行，这些实施例中的一些实施例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本专利技术的典型实施例，且因此不将附图视为对本专利技术范畴的限制，因为本专利技术可允许其他同等有效的实施例。图1图示示例性基板蚀刻系统的示意图，在该基板蚀刻系统中可实现根据本专利技术的实施例的快速气体交换模块。图2图示根据本专利技术的一实施例的示例性快速气体交换模块。图3图示根据本专利技术的另一实施例的示例性快速气体交换模块。图4图示具有多个流量控制器的图3的替代快速气体交换模块。图5为针对本专利技术的示例性实施例图示作为时间的函数而绘制的流量控制器的开/关状态的图。具体实施方式如本文所阐述，将本专利技术的实施例描述为这些实施例是关于硅蚀刻系统及工艺。然而，应注意，本专利技术的实施例不局限于用于硅蚀刻，而亦适用于蚀刻其他类型的材料。在本专利技术的各种实施例中，提供气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将气体供应至处理腔室的方法，所述方法包含以下步骤：在第一工艺期间将第一处理气体自第一气体控制板经由第一快速气体交换模块供应至所述处理腔室，包含以下步骤：将所述第一处理气体自第一流量控制器经由第二流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或排气装置，或将所述第一处理气体自所述第一流量控制器经由第三流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置，其中所述第二流量控制器不与所述第三流量控制器流体连通；以及在第二工艺期间将第二处理气体自第二气体控制板经由第二快速气体交换模块供应至所述处理腔室，包含以下步骤：将所述第二处理气体自第四流量控制器经由第五流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或排气装置，或将所述第二处理气体自所述第四流量控制器经由第三流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置，其中所述第五流量控制器不与第六流量控制器流体连通，其中以交替顺序将所述第一处理气体及所述第二处理气体供应至所述处理腔室内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.30 US 61/503,3461.一种将气体供应至处理腔室的方法，所述方法包含以下步骤：在第一工艺期间将第一处理气体自第一气体控制板经由第一快速气体交换模块供应至所述处理腔室，所述第一工艺包含以下步骤：将所述第一处理气体自第一流量控制器经由第二流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或排气装置，或将所述第一处理气体自所述第一流量控制器经由第三流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置，其中所述第二流量控制器与所述第三流量控制器流体连通；以及在第二工艺期间将第二处理气体自第二气体控制板经由第二快速气体交换模块供应至所述处理腔室，所述第二工艺包含以下步骤：将所述第二处理气体自第四流量控制器经由第五流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或排气装置，或将所述第二处理气体自所述第四流量控制器经由第六流量控制器选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置，其中所述第五流量控制器与第六流量控制器流体连通，其中以交替顺序将所述第一处理气体及所述第二处理气体供应至所述处理腔室内；以及将在所述第一快速气体交换模块及所述第二快速气体交换模块中的每一个流量控制器的分流状态中的变化同步，从而使得流入所述处理腔室的所述第一处理气体或所述第二处理气体的频率为在所述第一快速气体交换模块或所述第二快速气体交换模块中的每一个流量控制器的分流状态中的变化的频率的两倍。2.一种将气体供应至处理腔室的方法，所述方法包含以下步骤：在第一工艺期间将第一处理气体自第一气体控制板经由第一快速气体交换模块供应至所述处理腔室，其中所述第一快速气体交换模块包含：耦接至所述第一气体控制板的第一流量控制器；耦接至所述第一流量控制器及所述处理腔室的第二流量控制器；以及耦接至所述第二流量控制器及所述处理腔室的第三流量控制器，其中所述第一流量控制器可操作以将来自所述第一气体控制板流出的所述第一处理气体选择性地分流至所述第二流量控制器或所述第三流量控制器，所述第二流量控制器可操作以将来自所述第一流量控制器流出的所述第一处理气体选择性地分流至所述处理腔室或排气装置，且所述第三流量控制器可操作以将来自所述第二流量控制器流出的所述第一处理气体选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置；以及在第二工艺期间将第二处理气体自第二气体控制板经由第二快速气体交换模块供应至所述处理腔室，其中所述第一处理气体和所述第二处理气体选自由蚀刻气体、沉积气体、钝化气体和清洗气体组成的组，其中所述第二快速气体交换模块包含：耦接至所述第二气体控制板的第四流量控制器；耦接至所述第四流量控制器及所述处理腔室的第五流量控制器；以及耦接至所述第五流量控制器及所述处理腔室的第六流量控制器，其中所述第四流量控制器可操作以将来自所述第二气体控制板流出的所述第二处理气体选择性地分流至所述第五流量控制器或所述第六流量控制器，所述第五流量控制器可操作以将来自所述第四流量控制器流出的所述第二处理气体选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置，且所述第六流量控制器可操作以将来自所述第五流量控制器流出的所述第二处理气体选择性地分流至所述处理腔室或所述排气装置；以及将在所述第一快速气体交换模块及所述第二快速气体交换模块中的每一个流量控制器的分流状态中的变化同步，从而使得流入所述处理腔室的所述第一处理气体或所述第二处理气体的频率为在所述第一快速气体交换模块或所述第二快速气体交换模块中的每一个流量控制器的分流状态中的变化的频率的两倍。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，控制所述第二流量控制器及所述第三流量控制器以在彼此相反的分流状态中同时操作。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·辛格，R·C·南古瓦，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：