[发明专利]用于衬底处理腔室的气体供应系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理半导体衬底(例如，晶片、平板显示器等等)的方法和装置。尤其是，本发明涉及用于向配置为处理衬底的衬底处理腔室中供应处理气体的方法和装置。

背景技术

衬底处理包括，在其他处理步骤中，选择性的沉积和从衬底表面去除材料。很多沉积和蚀刻处理利用处理源气体来执行前述的沉积和蚀刻。等离子体增强蚀刻是一种示例性的沉积处理工艺，其在一个或多个处理步骤中利用了多种处理气体。

在下文中，等离子体增强蚀刻和等离子体增强蚀刻腔室被用来描述不同的概念和实现实施例。然而，应该理解的是，此处所讨论的概念和实施方式可以应用到在衬底的处理中采用一个或多个处理气体的任何处理系统或技术中。

在典型的等离子体处理腔室中，多种源气体对腔室是可用的。将可用的源气体提供给与等离子体处理腔室相关联的气体输送系统。根据配方的要求，在任何给定的处理步骤期间可用气体的子集可通过气体输送系统提供到腔室中。

例如，在给定的配方步骤期间，配方可要求使用20sccm(标准立方厘米)的N₂，60sccm的CHF₃，以及30sccm的Ar被输送到腔室中。为了控制(即，打开/关闭和/或测量)所需气体的流量，将特定气体从气体供给源运送到腔室的每一个馈线上可安装质量流量控制器(MFC：mass flow controller)。

这样的话，具有16种可用处理气体的腔室可安装采用16个MFC的气体供应系统，其中每一个MFC打开/关闭以及测量16种可用气体中的一种。在特定的处理步骤期间流动的各个组成气体(例如前面提到的N₂、CHF₃以及Ar)可以在输送到腔室之前在混合歧管中混合。

图1显示了现有技术中气体供应装置100的示例，其中16个MFC(102A-102P)与16个气体供应管线耦合(104A-104P，分别的)。每一个MFC可以控制到与其耦合的供应管线的处理气体的流量。通过打开/关闭MFC和/或使用MFC来测量流量，可将处理气体从处理步骤中排除或者以处理配方指定的流量速率来将处理气体提供给腔室。

尽管这样的设计已经证明了在过去的有用性，但是仍然有可以改进的地方。参考前面提到的实施例，使用16个MFC来控制16种供应气体指定了气体供应系统及其外壳110必须具有一定的尺寸来容纳至少16个MFC。16个MFC的使用也指定了混合歧管112必须足够长以能够耦合到16个MFC的出口。

此外，16个MFC以及大的混合歧管增加了气体供应系统的占地面积并且增加了气体供应外壳的内部容量(volume)。由于环境整治要求通常需要清洗存在于气体供应系统外壳内的任何气态物质或者从气体供应系统的外壳的内部空间中耗尽任何气态物质，因此，更大的内部容量将使得需要清洗的更大容量的气态物质的成本增加。

此外，更大的气体供应系统的外壳需要气体供应系统安装在远离腔室的位置(例如，相对于较小的气体供应系统来说)。因此，则需要更长的将腔室与混合歧管连接起来的腔室气体供应管线。

再进一步，某些配方需要供应气体的脉冲发生(pulsing)。例如，配方可需要在气体混合物1和气体混合物2之间的交替脉冲发生。在脉冲发生应用中，更长的混合歧管和更长的腔室气体供应管线增加了气体的停留时间，从而使得快速地从一种气体混合物切换到另一种气体混合物是不切实际的。

至少基于这些原因，需要用于衬底处理腔室的改进的气体供应装置及其方法。

发明内容

在一种实施方式中，本发明涉及用于向衬底处理腔室提供成组的处理气体的气体供应子系统，该成组的处理气体是能用于衬底处理腔室的多种处理气体的子集。包括多个处理气体导管来提供多种处理气体。在一种实施方式中，本发明也包括多个质量流量控制器，所述多个质量流量控制器具有与所述多种处理气体中的处理气体的总数量相比较少数量的质量流量控制器；其中所述多种处理气体中的至少第一处理气体通过所述多个质量流量控制器中的至少两个质量流量控制器而处于选择性气体流量控制之下，并且其中所述至少两个质量流量控制器中的至少第一质量流量控制器还提供了对所述多种处理气体中的第二处理气体的选择性的气体流量控制。