用于改进晶片均匀性的装置和方法

用于改进晶片均匀性的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及半导体处理领域，更具体地涉及改进晶片均匀性的装置和方 法。
【背景技术】
[0002] 半导体晶片的均匀性在半导体处理方面是一个重要因素。传统上，往所处理的半 导体晶片的不同区域的输送处理气体是不能容易地调整的。半导体处理工具被设计成对称 地输送气体，但不能调整这些工具来处理由于该反应器而导致的非对称变化。不能补偿反 应器的不对称性对于所处理的半导体晶片的均匀性是一种局限。

【发明内容】

[0003] 提供了 一种用于处理气体的气流歧管和输送装置。该气流歧管和输送装置可用于 在不需要打开半导体处理室的条件下调节半导体处理气体的气流特性。在半导体衬底上的 沉积均匀性可以得到改善。
[0004] 在一些实现方案中，可以提供一种半导体处理工具的气流歧管。该气流歧管包括： 半导体处理气流歧管主体；和多个歧管气流路径，其从所述歧管主体的第一侧延伸到所述 歧管主体的第二侧，使得所述歧管气流路径能从所述歧管主体的第一侧单独调节，以改变 通过所述歧管的气流特性。
[0005] 在所述歧管的一些这样的实现方案中，所述歧管气流路径在所述歧管主体的内 部。
[0006] 在所述歧管的一些其他或附加的实现方案中，可以具有四个歧管气流路径。
[0007] 在所述歧管的一些其他或附加的实现方案中，可以通过将喷嘴插入所述歧管气流 路径来改变所述气流特性。该喷嘴可以包括喷嘴主体和孔，处理气流能穿过该孔。在一些 这样的实现方案中，可以通过去除第一喷嘴并插入第二喷嘴来改变所述气流特性。在一些 这样的实现方案中，所述第一喷嘴的孔允许的最大气流速率可以不同于由所述第二喷嘴的 孔所允许的最大气流速率。
[0008] 在所述歧管的一些其他或附加的实现方案中，所述歧管还可以包括喷射器。所述 喷射器可以包括：喷射器主体；以及多个喷射器气流路径，其从所述喷射器主体的第一侧 延伸到所述喷射器主体的第二侧，使得每个喷射器气流路径与相应的歧管气流路径流体地 连接。在一些这样的实现方案中，每个喷射器气流路径可以包括入口和出口，其中所述入口 和所述出口流体地连接，并且所述入口和所述出口形成介于30度和60度之间的角度。
[0009] 在所述歧管的一些其他或附加的实现方案中，所述歧管还可以包括喷头。所述喷 头可以包括喷头主体和喷头面板，喷头面板包括多个孔，其中每个孔与歧管气流路径流体 地连接。
[0010] 在所述歧管的一些其他或附加的实现方案中，所述歧管主体可以由铝制成。
[0011] 在一些实现方案中，可以提供半导体晶片处理工具。所述半导体晶片处理工具可 以包括：半导体晶片处理室，所述半导体晶片处理室包括真空密封室内部；以及在真空密 封室内部的外部的半导体处理工具的气流歧管。该气流歧管可以包括：半导体处理气流歧 管主体；和多个歧管气流路径，其从所述歧管主体的第一侧延伸到所述歧管主体的第二侧， 使得所述歧管气流路径能从所述真空密封室内部的外部单独调节，以改变通过所述歧管的 气流特性。所述半导体晶片处理工具可以包括处理气体分配装置。该处理气体分配装置可 以包括：第一侧，该第一侧与从所述歧管的第二侧出来的气流路径流体地连接；和第二侧， 使得该第二侧在真空密封室内部内，并且包括用于排放处理气体到所述真空密封室内部内 的特征。
[0012] 在所述半导体晶片处理工具的一些这样的实现方案中，所述半导体处理工具还可 以包括处理气体源，使得所述处理气体源与所述多个歧管气流路径流体地连接并且包括用 于提供处理气体到所述歧管气流路径的特征。在一些这样的实现方案中，所述半导体晶片 处理工具还可以包括具有存储器和一个或多个处理器的控制器。所述一个或多个处理器、 所述存储器和所述处理气体源通信地耦合，并且所述存储器可以存储用于控制所述一个或 多个处理器以使所述处理气体源提供处理气体到所述歧管气流路径的指令。在一些其它或 附加的实现方案中，所述半导体晶片处理工具还可以包括多个侧喷射器。所述侧喷射器可 以流体地连接到所述处理气体源，所述侧喷射器可以是在真空密封室内部内，所述侧喷射 器可以包括用于排放处理气体到真空密封室内部内的特征，并且所述存储器存储用于控制 所述一个或多个处理器以使所述处理气体源提供处理气体到所述侧喷射器的指令。
[0013] 在所述半导体处理工具的一些其它或附加的实现方案中，所述半导体处理工具还 可以包括处理气体进气装置。该处理气体进气装置可以包括：进气装置主体；进气装置入 口，使得所述进气装置入口接收处理气体；以及充气室，该充气室可以流体地连接到所述进 气装置入口和所述歧管气流路径，其中，所述充气室包括用于提供处理气体到所述歧管气 流路径的特征。
[0014] 在所述半导体处理工具的一些其它或附加的实现方案中，所述真空密封室内部可 以包括用于支撑半导体晶片的特征。该半导体晶片可以包括多个晶片区域，所述处理气体 分配装置的第二侧可以包括用于从多个分配区域排放处理气体的特征，使得来自各分配区 域的处理气体是瞄准晶片区域的。在一些这样的实现方案中，每个歧管气流路径可以供给 处理气体到一个分配区域。
[0015] 在所述半导体处理工具的一些其它或附加的实现方案中，用于排放处理气体的特 征可以包括从所述处理气体分配装置的第一侧到所述处理气体分配装置的第二侧的多个 气流路径的出口。
[0016] 在所述半导体处理工具的一些其它或附加的实现方案中，所述处理气体分配装置 的第二侧可以是喷头面板，而用于排放处理气体的特征可以包括在该喷头面板中的多个 孔。
[0017] 在所述半导体处理工具的一些其它或附加的实现方案中，所述半导体处理工具还 可以包括多个侧喷射器。所述侧喷射器可以是在真空密封室内部内并且包括用于排放处理 气体到真空密封室内部内的特征。
[0018] 在一些实现方案中，可以提供一种用于在半导体晶片处理过程中调节晶片上的均 匀性的方法。该方法可以包括：a)将处理气体施加到半导体处理室内部的半导体晶片，其 中，处理气体通过从歧管主体的第一侧延伸到所述歧管主体的第二侧的多个气流路径进入 所述半导体处理室，所述歧管主体的所述第一侧在所述半导体处理室外部；b)测量该半导 体晶片的均匀性；以及C)从所述歧管主体的第一侧，调整通过在所述歧管中的所述气流路 径中的至少一条的气流特性。
[0019] 在一些这样的实现方案中，所述方法还可以包括：d)确定所述半导体晶片的所述 均匀性是否超过均匀性阈值。在一些这样的实现方案中，所述均匀性阈值可以是小于1 %的 半范围百分t匕（a half range percentage) 〇
[0020] 在一些其它或附加的实现方案中，所述方法还可以包括：e)在c)之后，将处理气 体施加到所述半导体处理室内部的第二半导体晶片。
[0021] 在一些其它或附加的实现方案中，可以通过从气流路径内除去第一喷嘴并向所述 气流路径插入第二喷嘴来调整所述气流特性。
[0022] 参照本文中的几个实施方式来描述和说明本发明的这些和其它方面。
【附图说明】
[0023] 图1A示出了一种半导体处理工具的气流歧管的一个实施例。
[0024] 图1B示出了图1A的气流歧管的具有在歧管主体内部的突出显示的歧管气流路径 的简化示意图。
[0025] 图1C示出了示例性的具有附接的喷射器的气流歧管的不同的实现方案，其突出 显示了歧管气流路径的不同结构。
[0026] 图2A示出了图1B的具有安装在两个歧管气流路径内的喷嘴的气流歧管。
[0027] 图2B示出了图2A中的气流歧管的另一视图。
[0028] 图3示出了四个不同的示例性的喷嘴。
[0029] 图4示出了包括气流歧管、喷射器和喷嘴的半导体处理工具的气流歧管组件的一 个实施例。
[0030] 图5示出了具有在喷射器内的突出显示的喷射器气流路径的示例性喷射器。
[0031] 图6示出了包括气流歧管、喷射器、处理气体进气装置和喷嘴的半导体处理工具 的气流歧管组件的又一个实施例的剖面图。
[0032] 图7示出了具有所安装的气流歧管和喷射器的示例性半导体处理工具。
[0033] 图8示出了具有所安装的气流歧管和喷头的示例性半导体处理工具。
[0034] 图9示出了简化的气流歧管和具有四个半导体晶片部分的半导体晶片。
[0035] 图10示出了详细说明用气流歧管调节晶片上的均匀性的一实施例的流程图。
[0036] 图11示出了详细说明用气流歧管调节晶片上的均匀性的另外的实施例的流程 图。
[0037] 图12A示出了用气流歧管调节晶片上的均匀性的示例性结果。
[0038] 图12B示出了用气流歧管调节晶片上的均匀性的另一示例性结果。
【具体实施方式】
[ 0039] 在附图和以下说明中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的 细节。根据本说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。需要注意 的是，以下附图的相对尺寸可能没有按比例绘制，除非特别指明附图是按比例绘制的。
[0040] 描绘了一种气流歧管，其包括可单独调节的歧管气流路径，以使得流经该歧管的 处理气体的气流特性能够改变。气流歧管可安装在半导体处理工具中。气流歧管可直接输 送处理气体到半导体处理室中，或者喷射器、喷头或另一种类型的气体输送装置可以连接 到气流歧管以帮助输送处理气体到半导体处理室中。气流歧管可有助于由半导体处理工具 处理的半导体晶片的晶片上的均匀性的改善。
[0041] 应当理解的是，如本文所用的术语"半导体晶片"可以指由半导体材料（例如，硅） 制成的晶片和由一般不被确认为是半导体但是在半导体处理期间上面沉积有半导体材料 的材料（例如，环氧基）制成的晶片。在本公开中所描述的装置和方法可以在包括直径为 200mm、300mm、和450mm的半导体晶片在内的多种尺寸的半导体晶片的处理中使用。
[0042] 晶片的均匀性是在高质量的半导体晶片的处理中的一个重要因素。处理气体分布 对所处理的半导体晶片的均匀性有很大影响。在半导体处理中，调节施加到半导体晶片的 单个的部分的处理气体的量，而不会影响施加到半导体晶片的其余部分的处理气体，这可 能是理想的。以简易和有时间效率的方式，例如通过位于半导体处理工具的真空密封室内 部之外的歧管调节处理气流，来调整施加到半导体晶片的单个的部分的处理气体的量，也 可能是理想的。
[0043] 图1A示出了一种半导体处理工具的气流歧管的一个实施例。在图1A中示出的气 流歧管102的实现方案包括气流歧管主体104和歧管气流路径106a-d。气流歧管102可以 是半导体处理工具的一部分。
[0044] 歧管主体104可具有多种不同的几何形状。在图1A所示的实现方案的歧管主体 104具有圆柱形的几何形状。也可使用矩形、三角形、多边形、椭圆形或其它类型的主体几何 形状。歧管主体104也可以由任何适当的材料制造，所述材料包括铝、陶瓷、钢、钛、工程塑 料或其它工程金属和材料。
[0045] 在图1A所示的实现方案中，气流歧管102包括四个歧管的气流路径106a_d。其他 气流歧管的实现方案可以改变歧管气流路径的数量。在各种实现方案中，可以存在任何数 量的歧管气流路径。
[0046] 气流歧管102具有第一侧150和第二侧152(未示出）。所述歧管的气流路径 106a-d从第一侧150延伸到第二侧152。在图1A的实现方案中，处理气体从第一侧150进 入歧管气流路径l〇6a-d，然后从第二侧152排出。
[0047] 在图1A的实现方案中，第一侧150和第二侧152是在气流歧管102的位于平行平 面内的相对端。
[0048] 在各种实现方案中，第一侧150和/或第二侧152可包含特征，该特征诸如螺栓 孔、夹、定位特征和附接特征，这些特征用于使气流歧管102与半导体处理工具的诸如喷射 器、喷头、配管或其它部件之类的其它组件连接。
[0049] 其它实现方案可具有其它结构类型的第一侧和第二侧，如图1C所示。图1C示出 了示例性的具有附接的喷射器的气流歧管的不同的实现方案，其突出显示了歧管气流路径 的不同结构。在图1C中所示的每个实现方案具有气流歧管和喷射器416。气流歧管102a 是类似于图1A所示的气流歧管102的实现方案。在气流歧管102a中，第一侧150和第二 侦U152在气流歧管的相对端。气流歧管102b具有在非平行平面的第一侧和第二侧。气流 歧管102c具有在同一平面上的不同区域的第一侧和第二侧。
[0050] 图1B示出了图1A的气流歧管的具有在歧管主体内部的突出显示的歧管气流路径 的简化示意图。歧管气流路径l〇6a-d从第一侧150延伸到第二侧面152。在图1B所示的 实现方案中，歧管气流路径l〇6a_d是线性气流路径。其他实现方案可以包括不是线性的气 流路径和可具有分支的气流路径。
[0051] 歧管气流路径106a-d可以是能从歧管的第一侧单独调节的，使得该歧管的气流 特性可以改变。以这种方式，该歧管的气流特性可以在无需打开可以在其内部安装该歧 管的处理室/工具的情况下而被改变。在图1B所示的实现方案中，通过在歧管气流路径 106a-d中的一个或多个内安装具有各种孔尺寸的喷嘴（未示出，但在图2A中示出）来改变 气流特性。在图1B所示的实现方案中，歧管气流路径106a-d在路径靠近第一侧150的部 分具有较大的直径，而在路径靠近第二侧152的部分具有较小的直径。靠近第一侧150的 较大直径的尺寸设置成容纳可安装到歧管气流路径l〇6a-d内的喷嘴。其他实现方案可以 利用其他的调节气流特性的方法，该调节例如，通过节流机制（例如通过调节歧管气流路 径的长度）以及通过质量流量控制器、流量分配器和上游喷嘴进行。
[0052]图2A示出了图1B的具有安装在两个歧管气流路径内的喷嘴的气流歧管。气流 歧管102具有分别安装在歧管气流路径106b和106d中喷嘴208b和208d。歧管气流路径 106a和106c没有安装喷嘴。所述歧管气流路径106a-d从第一侧150延伸至第二侧（未示 出）。
[0053] 在图2A所示的实现方案中，歧管气流路径106a_d具有容纳在喷嘴的外主体上的 外螺纹的内螺纹。喷嘴208b和208d拧入歧管气流路径106b和106d中。
[0054] 当气流歧管102被安装在半导体处理工具中时，第一侧150可以是在半导体处理 室的外部，从而使得在不需要进入半导体处理室的内部的情况下能够调节歧管气流路径。 能够无需进入半导体处理室的内部而调整气流歧管的歧管气流路径大大减小了调节所述 歧管气流路径的气流特性的困难。
[0055] 图2B示出了图2A中的气流歧管的另一视图。歧管气流路径106a和106c处于它 们在气流路径开口 210a和210c处的最小横截面面积。同样地，歧管气流路径106b和106d 处于它们在喷嘴的开口 212b和212d处的最小横截面面积。喷嘴开口 212b和212d是喷嘴 的孔208b和208d。歧管气流路径处于其最小横截面面积的部分是其中流动限制部是最大 时的部分，即，其中歧管气流路径被"阻塞"。给定的歧管气流路径的最大气流速率可通过调 节歧管气流路径的部分处的尺寸进行调整，其中，例如，通过将喷嘴插入到歧管气流路径中 使得该部分处的横截面面积最小，该喷嘴的最小横截面面积比该歧管气流路径的最小横截 面面积小。
[0056] 相比于分别安装了喷嘴208b和208d的歧管气流路径106b和106d，没有安装喷 嘴的歧管气流路径l〇6a和106c能使得处理气流较大。由于气流路径开口 210a和210c在 面积上大于喷嘴开口 210b和210d，因此相比于歧管气流路径106b和106d，歧管气流路径 106a和106c能使得处理气流较大。
[0057] 在歧管气流路径安装喷嘴使得处理气流特性能够通过歧管进行调整。当期望通过 歧管气流路径的气流较小时，可以将喷嘴插入到歧管气流路径。通过改变插入了喷嘴的歧 管气流路径并还通过插入具有不同的气流路径开口的喷嘴，可以调节通过歧管的处理气体 总流量以及通过单个的歧管气流路径的处理气体流量。
[0058] 图3示出了四个不同的示例性喷嘴。喷嘴308a_d分别包括喷嘴开口 312a_d和喷 嘴主体314a_d。在图3中所示的每个喷嘴当安装在歧管气流路径内时被配置用于不同的最 大处理气流速率。
[0059] 喷嘴308a的喷嘴开口 312a是小的圆形开口。因为通常，当喷嘴308a插入到歧管 气流路径时，喷嘴开口 312a就成为歧管气流路径的具有最小横截面面积的部分，所以，可 以将喷嘴308a插入到歧管气流路径，以减少通过歧管气流路径的处理气体流量。
[0060] 喷嘴308b的喷嘴开口 312b是直径大于喷嘴开口 312a的直径的圆形开口。由于 喷嘴开口较大，因此相比于喷嘴308a，喷嘴308b可以使得处理气体流率较大。喷嘴308b可 以替换歧管气流路径中的喷嘴308a以便增大最大的处理气体流率。
[0061] 喷嘴308c不具有喷嘴开口。当喷嘴308c插入到歧管气流路径内时，喷嘴308c可 以阻断通过歧管气流路径的所有处理气体流。
[0062] 喷嘴308d示出了另一种喷嘴开口结构。喷嘴开口 312d包括三个小圆形开口，而 不是喷嘴开口 312a和312b的单个的圆形开口。其它喷嘴实现方案可具有其它结构的喷嘴 开口。例如，喷嘴开口可以包括如椭圆形或正方形开口等其它几何形状的开口，并且可以包 括任意数量的开口。开口可以均匀地分布在喷嘴的一端或分布可以变化。开口也可在喷嘴 上的一个以上的平坦表面上分布。此外，喷嘴的喷嘴开口可以是喷嘴主体的一部分，或者喷 嘴开口可以是独立部件，该独立部件可 以被组装到喷嘴主体上以创建充分运行的喷嘴。
[0063] 喷嘴可以具有特征以有助于当喷嘴被插入到歧管气流路径时，歧管气流路径保持 喷嘴。例如，喷嘴主体可具有螺纹使得喷嘴能被拧入相应地带螺纹的歧管气流路径。
[0064] 图4示出了包括气流歧管、喷射器和喷嘴的半导体处理工具的气流歧管组件的一 个实施例。在图4中，气流歧管102具有四个歧管气流路径106a-d。歧管气流路径106a-d 中的每一个具有插入的相应喷嘴208a_d。
[0065] 喷射器416包括喷射器主体418和喷射器处理气体出口 420a_c。喷射器416可以 包括图4中未不出的额外的处理气体出口。喷射器416还可以包括在图4中未不出的处理 气体入口。处理气体入口可以被布置成与气流歧管的歧管气流路径对应，使得处理气体可 从单个歧管气流路径流动通过单个喷射器气流路径进入半导体处理室中。
[0066] 将喷射器416安装到该气流歧管102的第二侧上。在图4中，喷射器416是通过将 喷射器和气流歧管保持在一起的螺栓附连到气流歧管102的。在其他实现方案中，喷射器 416可通过例如快速释放紧固件、摩擦配合或粘合剂等各种其他方式附连到气流歧管102。 [0067] 图5示出了具有在喷射器内的突出显示的喷射器气流路径的示例性喷射器。在图 5中，喷射器416包括喷射器气流路径522a-e以及未示出的附加的气流路径。
[0068] 喷射器气流路径522a是只有一个入口和一个出口的喷射器气流路径。喷射器气 流路径522a包括喷射器处理气体入口 524a和喷射器处理气体出口 520a。喷射器处理气 体入口 524a可以被布置成当喷射器被安装到气流歧管上时与气流歧管的歧管气流路径对 应。通过插入喷嘴到相应的歧管气流路径，可以调整通过喷射气流路径522a的处理气体的 流动特性。
[0069] 喷射器气流路径522a可含有喷射器处理气体入口 524a和喷射器处理气体出口 520a之间的弯道。在图5中所示的实现方案中，喷射器气流路径522a具有一个弯道。在多 种实现方案中，弯道的角度可以为介于30°至60°之间，例如30°、40°、50°或60°。其 他实现方案可具有带有诸如实现半导体处理的预期效果的任何角度之类的其它角度的弯 道。弯道角度可通过在半导体晶片和喷射器气体通道出口之间的距离来确定。另外的实现 方案可以在喷射器气流路径没有包含弯道、可以包含多个弯道、或可以包含具有不同角度 的弯道。
[0070] 喷射器气流路径522b的结构类似于喷射气流路径522a的结构。
[0071] 喷射器气流通道522c_e共用共同的喷射器处理气体入口 524c，分别具有独立喷 射器处理气体出口 520c_e。处理气体可通过喷射器处理气体入口 524c输入，然后在喷射器 气流路径522c-e之间分成三条道路。其他实现方案可以分成四条道路或任何数目的道路 以实现所期望的结果。
[0072] 在图5所示的实现方案中，喷射器气流路径522c_e具有相等横截面的直径和以相 等角度岔开的分支（喷射器气流路径522c的朝向观察者岔开的分支），从而可以让处理气 体能等体积地分布到喷射器气流路径522c_e。其它实现方案可被构造为通过在弯道角度、 喷射器气流路径长度、横截面直径、喷射器气流路径尺寸方面的变化等方面的差异和/或 通过插入特定流动路径的限制件，使得在分支的喷射器气流路径之间具有不相等的处理气 体分配，其中，所述限制件如在喷射器处理气体出口的附加的喷嘴。
[0073] 喷射器处理气体入口 524c可被布置成当喷射器被安装到气流歧管上时与气流歧 管的歧管气流路径对应。通过插入喷嘴到相应的歧管气流路径中，可以将通过喷射器气流 路径522c_e的处理气体的流动特性都一起调整。
[0074] 图6示出了包括气流歧管、喷射器、处理气体进气装置和喷嘴的半导体处理工具 的气流歧管组件的又一个实施例的剖面图。气流歧管102和喷射器416的结构类似于在图 5中描述的气流歧管和喷射器的结构。
[0075] 处理气体进气装置626包括进气装置入口 628和充气室630。进气装置入口 628 可连接到处理气体源。当连接处理气体源时，处理气体可以通过进气装置入口 628进入充 气室630。然后充气室630分配处理气体到每一个歧管气流路径，歧管气流路径包括歧管气 流路径106a和106b。充气室630可以是连接到气流歧管102的所有歧管气流路径的室。 在图6中所示的实现方案中，充气室630的形状为圆筒形。在其他实现方案中，充气室可以 是其它几何形状。
[0076] 图7示出了具有所安装的气流歧管和喷射器的示例性半导体处理工具。喷射器半 导体处理工具754包括控制器738、处理气体源736、处理气体输送路径758a和758b、处理 气体进气装置626、气流歧管102、喷射器416、RF线圈760、以及带侧喷射器740a和740b和 半导体晶片742的半导体处理室732,侧喷射器740a和740b和半导体晶片742位于半导体 处理室732的真空密封室内部734内。示例性的半导体处理工具754可以是高密度等离子 体化学气相沉积（HDP CVD)反应器。
[0077] 控制器738可控制处理气体源736、处理气体输送路径758a和758b、RF线圈760 和示例性的半导体处理工具的其它机构。控制器738可以包括一个或多个物理或逻辑控 制器、一个或多个存储器设备、以及一个或多个处理器。该处理器可以包括中央处理单元 (CPU)或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接件、步进电机控制器板、以及其他类似部 件。用于实现适当控制操作的指令可以由处理器来执行。这些指令可以被存储在与控制器 或与控制器的一部分相关联的存储器装置上，或者它们可以通过网络提供。在某些实现方 案中，控制器738执行系统控制软件或逻辑。
[0078] 该系统控制逻辑可以包括用于控制处理气体源、处理气体输送路径、RF线圈、以及 半导体工具中的任何额外的机构的指令。用于控制处理气体源的系统控制逻辑可以包括控 制处理气体源以提供处理气体、控制在提供处理气体时被提供给RF线圈的功率、以及控制 安装在处理气体输送路径中的任何阀或其它机构的操作。
[0079] 系统控制逻辑可以使用各种类型的技术提供，该各种类型的技术包括，但不限于， 本文所讨论的实施例。例如，在一般情况下，用于控制装置的指令可以以硬件和/或软件设 计或配置。可以说，指令通过"编程"提供。该编程可以例如在数字信号处理器中作为专用 集成电路径（ASIC)的一部分或作为具有实现为硬件的特定算法的其他设备而被硬编码。 在其他实现方案中，编程可以作为存储在易失性或非易失性存储器中的软件被提供。编程 也被理解为包括可以在通用处理器上执行的软件或固件指令。系统控制软件可以以任何合 适的计算机可读编程语言编码。
[0080] 各种子程序或控制的对象可以被写入以控制处理气体源、处理气体输送路径、以 及RF线圈的操作。在一些实现方案中，系统控制软件可以包括用于控制在本文描述的各种 参数的输入/输出控制（I0C)的测序指令。
[0081] 在一些实现方案中，可以有与系统控制器相关联的用户界面。所述用户界面可以 包括显示屏幕、装置和/或处理条件的图形软件显示器、和用户输入设备，用户输入设备如 定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等。这样的用户接口可以例如用于调整影响系统性能的各 种参数，例如，提供处理气体的时序、在处理气体输送路径中的任何阀或其它机构的操作、 以及被提供给RF线圈的功率。
[0082]在一些实现方案中，关于操作条件的参数可以通过系统控制器来调节。非限制性 的实施例包括半导体晶片的尺寸、半导体晶片的种类、所提供的处理气体、以及喷射器或喷 头的结构等。
[0083]用于监视半导体处理工具的信号可以通过系统控制器的模拟和/或数字输入连 接件利用包含在半导体处理工具中的一个传感器或多个传感器来提供。用于控制半导体处 理工具的信号可通过控制器经由模拟和/或数字输出连接件接收。
[0084] 处理气体源736可以包含在半导体晶片处理过程中使用的任何处理气体，包括0 2、 SiH4、H2、He、N2、CH 4、C2H2、Ar、PH3、NH3、NF 3、以及任何其他类型的处理气体。处理气体源736 可以包含在特定半导体晶片处理过程中使用的所有的多种处理气体。
[0085] 处理气体输送路径758a可从处理气体源736输送处理气体到处理气体进气装置 626。处理气体输送路径758b可从处理气源736输送处理气体到侧喷射器740a和740b。 处理气体输送路径可具有多个输送路径，如多个气体输送管线，以保持不同类型的处理气 体分开或以适应所要求的处理气体的流率。
[0086] 处理气体进气装置626、气流歧管102和喷射器416在结构上分别与在图4-6描述 的那些相似。处理气体进气装置626和气流歧管102两者都是在半导体处理室732外部。< br>[0087] 在图7所示的实现方案中，整个气流歧管102是在半导体处理室732的外部。可 以在不进入半导体处理室732的内部的情况下调节气流歧管102的歧管气流路径。在其他 实现方案中，只有气流歧管的第一侧可以是在半导体处理室的外部，在该第一侧调整气流 歧管的歧管气流路径。在这些实施方案中，仍然可以在不进入半导体处理室的内部的情况 下调整气流歧管的歧管气流路径。能够在不进入半导体处理室的内部的情况下调整气流歧 管的歧管气流路径减少了调整处理气体流以改善晶片均匀性的复杂化、所需的时间和所需 要的努力，从而提高晶片产率。此外，也降低污染的可能性。
[0088] 气流歧管102连接到喷射器416。喷射器处理气体出口是在半导体处理室732内。 从处理气体源736通过处理气体输送路径758a输送到处理气体进气装置626的处理气体 然后可以流经气流歧管102到达喷射器416,然后通过喷射器416的喷射器处理气体出口被 引入到真空密封室内部734。
[0089] 侧喷射器740a和740b也在半导体处理室732内，并且可以排放处理气体。处理气 体可以预先混合或不预先混合。处理气体可以在一个步骤中引入，或分多个阶段引入。不 同的处理气体可以在不同的阶段被引入。不同喷射器也可以在不同的阶段引入处理气体。 在图7中所示的实现方案中，由喷射器416以及侧喷射器740a和740b排放的处理气体可 瞄准半导体晶片742的不同部分。
[0090] 如前所述，可调整通过单个歧管气流路径的处理气体的流动特性。当调整通过歧 管的处理气体的流动特性时，所得的通过连接到歧管气流路径的喷射器气流路径的处理气 体的流动特性也受到影响。通过调整通过单个的歧管气流路径的处理气体流，可以实现处 理气体在半导体晶片上的更均匀分布。
[0091] 半导体处理室732具有真空密封室内部734。半导体处理室732也可包围在图 7中未描述的部件，并且可以用于包含在半导体晶片处理过程中的处理气体和/或等离子 体。在图7所示的实现方案包含RF线圈760作为等离子体源。RF线圈760可以是任何合 适的线圈。合适的反应器的实施例包括可从加利福尼亚州弗里蒙特的Lam Research获得 的 SPEED?和 SPEED MAX ?反应器。
[0092] 半导体晶片742也在如图7所示的实施例中的真空密封室内部734内。真空密封 室内部734可以容纳用于处理的一个或多个半导体晶片。真空密封室内部734可以将一个 或多个半导体晶片保持在一个或多个确定的位置。当在处理时，每一个半导体晶片可以由 基座、晶片卡盘、和/或其它的晶片保持装置保持在合适的位置。对于拟加热晶片的某些操 作，晶片保持装置可包括例如加热板之类的加热器。
[0093] 真空密封室内部734可以通过真空泵或通过其他技术保持在亚大气压下。在处理 结束时，处理气体可通过出口排出真空密封内部734。
[0094] 图8示出了示例性的半导体处理工具，其安装有气流歧管和喷头。喷射器半导体 处理工具856包括控制器738、处理气体源736、处理气体输送路径758a和758b、处理气体 进气装置626、气流歧管102、具有喷头入口 848a和848b和喷头面板846a和846b的喷头 844以及具有位于半导体处理室832的真空密封室内部834内的侧喷射器740a和740b和 半导体晶片742的半导体处理室832。
[0095] 在图8中的控制器738、处理气体源736、处理气体输送路径758a和758b、处理气 体进气装置626、侧喷射器740a和740b、以及半导体晶片742类似于在图7所描述的那些 部件。半导体晶片742可以以类似于图7的配置被容纳在半导体处理室832中。
[0096] 在图8所示的实现方案中，相比于在图7所示的半导体处理室732,半导体处理室 832以不同的几何形状构造。半导体处理室832包括真空密封室内部834,但可以缺乏附着 在半导体处理室732的RF线圈。在图8的实现方案中所使用的合适的工具包括来自Lam Research的VECTOR?和ALTUS ?半导体处理工具。
[0097] 喷头844可以是适于半导体处理的任何类型的喷头，并且可以包括喷头入口和喷 头面板，如喷头入口 848a和848b以及喷头面板846a和846b。
[0098] 气流歧管102在结构上与在图7中所描述的气流歧管类似。在图8中所示的实现 方案中，气流歧管102被连接到喷头入口 848a和848b。流经气流歧管102的处理气体被分 配给喷头入口 848a和848b。在图8中所示的实现方案中，来自气流歧管102的处理气体可 以在喷头入口 848a和848b之间均等地分配。在其他实现方案中，来自气流歧管102的处 理气体可在喷头入口 848a和848b被不均等地分配，或者可以存在两个以上的喷头入口。
[0099] 喷头入口 848a可以从与将处理气体分配至喷头入口 848b的歧管气流路径分离的 歧管气流路径接收处理气体。然后流入喷头入口 848a的处理气体与流入喷头入口 848b的 处理气体保持分离直到处理气体从喷头面板846a排出喷头844。流入喷头入口 848b的处 理气体从喷头面板846b排出喷头844。一旦处理气体进入气流歧管102,处理气体就可以 被分离到独立的歧管气流路径中，并且直到排出喷头面板846a和846b才会相互混合。可 以有与所需要的喷头面板部分一样多的喷头面板部分。
[0100] 在这种结构中，喷头面板的不同部分可以使处理气体瞄准半导体晶片742的不同 部分。可以通过调节穿过相应的歧管气流路径的气流特性来调整穿过喷头面板的每个部分 的处理气体的流动特性。
[0101] 图9示出了简化的气流歧管和具有四个半导体晶片部分的半导体晶片。
[0102] 气流歧管902包括四个歧管气流路径906a-d。所述歧管气流路径906a-d是类似 于图2B中的气流歧管的歧管气流路径。气流歧管902可以有在图9未不出的附加喷射器。 喷射器可以以4个喷射器气流路径为特征，每个分别连接到相应的歧管气流路径。
[0103] 半导体晶片942包括四个半导体晶片部分962a_d。四个喷射器气流路径中的每一 个可以具有被布置成施加处理气体主要到对应的半导体晶片部分上的喷射器处理气体出 口。处理气体的流动特性（如施加到每个半导体晶片部分的处理气体的流率）可通过插入 喷嘴到歧管气流路径内进行调节以改变最大处理气体流率。在图9所示的实施例中，歧管 气流路径906b和906d具有插入的喷嘴208b和208d。喷嘴208b和208d的插入可以限制 处理气体流过歧管气流路径906b和906d。因此，施加到半导体晶片部分962b和962d的处 理气体的数量可以少于施加到半导体晶片部分962a和962c的处理气体的量。
[0104] 图10示出了详细说明用气流歧管调节晶片上的均匀性的一实施例的流程图。
[0105] 在模块1002中，处理气体被施加到半导体处理室内部的半导体晶片。半导体处理 室可以类似于在图7和8中描述的处理室，或者它可以是不同类型的半导体处理室。处理 气体可通过连接到气流歧管的喷射器被施加到半导体晶片。气流歧管和喷射器可包括将处 理气体施加到半导体晶片的不同部分上的多个气流路径。
[0106] 在模块1004中，测量在模块1002中所处理的半导体晶片的均匀性。半导体晶片 的均匀性可作为径向值测量或可从印刷角度（typographically)测量。均匀性可以利用 任何适合测量半导体晶片均匀性的设备测量，该设备包括KLA Tencor F5或Therma-Wave Opti-Probe (热波光探针）。
[0107] 在模块1006中，调整通过歧管气流路径的气流特性。气流特性可通过插入喷嘴到 歧管气流路径内调整，或可针对具有不同喷嘴开口的不同的喷嘴通过改变已经被插入的喷 嘴来调节。通过调节气流特性，可调整通过各个歧管气流路径的处理气体的流率，从而改变 输送到半导体晶片的不同区域的处理气体。
[0108] 可通过试错法（例如，通过针对将在气流路径使用的喷嘴的孔直径的尺寸所作的 实验），或者通过由计算和/或流量建模辅助的调整以达到所需要的喷嘴的孔直径的尺寸， 从而调整气流特性，以实现所需的半导体均匀性。
[0109] 图11示出了详细说明用气流歧管调节晶片上的均匀性的另外的实施例的流程 图。
[0110] 模块1102和1104类似于图10中的模块1002和1004。在模块1106中，可以确定 半导体晶片的均匀性是否超过均匀性阈值。例如，半导体晶片的均匀性可以表示为通过下 式计算出的半范围百分比值：
在模块1102中处理的半导体晶片的半范围百分比值然后可以与阈值半范围百分比值 比较。例如，该阈值半范围百分比值可以是介于0. 01-2. 5%之间的半范围百分比，如0. 5% 或1%。其他实现方案可具有不同的阈值半范围百分 比值。如果半导体的半范围百分比值 超过阈值半范围百分比值，则均匀性阈值被超过。
[0111] 也可以使用比较半导体晶片的均匀性与均匀性阈值的其它方法，如西格玛 (sigma)值（标准偏差/平均值）或0均匀性。
[0112] 如果在模块1106中判定半导体晶片的均匀性不超过均匀性阈值，则进一步调整 是没有必要的，如于模块1112中所详述的。如果在模块1106中判定半导体晶片的均匀性 超过了均匀性阈值，则调整通过歧管气流路径的气流特性，如在模块1108中所详述的。模 块1108中的歧管气流路径的调整与在图10的模块1006中的调整类似。
[0113] 在模块1108中的歧管气流路径的调整后，将处理气体施加到半导体处理室内部 的第二半导体晶片。以类似于模块1102输送处理气体的方式通过气流歧管输送处理气体， 其中如在模块1108那样调整气流歧管的气流路径特性。
[0114] 在模块1110中处理气体被施加到所述第二半导体晶片后，在模块1104中测量第 二半导体晶片的均匀性。在模块1104测量第二半导体晶片的均匀性后，接着判定第二半导 体晶片的均匀性是否超过了均匀性阈值。如果均匀性阈值没有被超过，则进一步调整是没 有必要的。如果均匀性阈值被超过，则进一步调整气流路径特性。
[0115] 图12A示出了利用气流歧管调节晶片上的均匀性的示例性结果。图12B示出了利 用气流歧管调节晶片上的均匀性的另一示例性结果。图12A和12B是每个都示出了两个半 导体晶片的厚度的示例性图。在图中，实线对应于用可调节的气流歧管处理的半导体晶片 的厚度，而虚线对应于没有用可调节的气流歧管处理的半导体晶片的厚度。在图12A和12B 中，图中的y轴对应于经处理的半导体晶片的厚度，而图中的x轴对应于半导体晶片的49 个测量点。
[0116] 如在图12A和12B两图中所示，利用可调节的气流歧管（实线）处理的半导体晶片 的厚度比没有用可调的气流歧管（虚线）处理的半导体晶片的厚度较均匀。相比于虚线， 实线具有最大厚度和最小厚度之间的较小的差异。因此，实线比虚线显示出较好的晶片均 匀性。在图12A中，相比于实线，虚线既具有较大的最大晶片厚度，还具有较小的最低晶片 厚度。
【主权项】
1. 一种半导体处理工具的气流歧管，该气流歧管包括： 半导体处理气流歧管主体；和 多个歧管气流路径，其从所述歧管主体的第一侧延伸到所述歧管主体的第二侧，其中， 所述歧管气流路径能从所述歧管主体的所述第一侧单独调节以改变通过所述歧管的气流 特性。2. 根据权利要求1所述的气流歧管，其中所述歧管气流路径在所述歧管主体的内部。3. 根据权利要求1所述的气流歧管，其中具有四个歧管气流路径。4. 根据权利要求1所述的气流歧管，其中通过将喷嘴插入所述歧管气流路径内来改变 所述气流特性，该喷嘴包括： 喷嘴主体；和 孔，处理气流能穿过该孔。5. 根据权利要求4所述的气流歧管，其中，通过去除第一喷嘴并插入第二喷嘴改变所 述气流特性。6. 根据权利要求5所述的气流歧管，其中，所述第一喷嘴的所述孔允许的最大气流速 率不同于由所述第二喷嘴的所述孔所允许的最大气流速率。7. 根据权利要求1-6中任一项所述的气流歧管，其还包括喷射器，其中，所述喷射器包 括： 喷射器主体；以及 多个喷射器气流路径，其从所述喷射器主体的第一侧延伸到所述喷射器主体的第二 侦牝使得每个喷射器气流路径与相应的歧管气流路径流体地连接。8. 根据权利要求7所述的气流歧管，每个喷射器气流路径包括： 入口；和 出口，其中所述入口和所述出口流体地连接，并且所述入口和所述出口形成介于30度 和60度之间的角度。9. 根据权利要求1-6中任一项所述的气流歧管，其还包括喷头，其中所述喷头包括： 喷头主体；和 喷头面板，其包括多个孔，其中每个孔与歧管气流路径流体地连接。10. 根据权利要求1-6中任一项所述的气流歧管，其中所述歧管主体由铝制成。11. 一种半导体晶片处理工具，其包括： 半导体晶片处理室，所述半导体晶片处理室包括真空密封室内部； 在所述真空密封室内部的外部的半导体处理工具的气流歧管，该气流歧管包括： 半导体处理气流歧管主体；和 多个歧管气流路径，其从所述歧管主体的第一侧延伸到所述歧管主体的第二侧，其中， 所述歧管气流路径能从所述真空密封室内部的外部单独调节以改变通过所述歧管的气流 特性；以及 处理气体分配装置，其包括： 第一侧，其中该第一侧与从所述歧管的所述第二侧出来的所述气流路径流体地连接， 和 第二侧，其中该第二侧在所述真空密封室内部内，并且包括用于排放处理气体到所述 真空密封室内部内的特征。12. 根据权利要求11所述的半导体晶片处理工具，其还包括处理气体源，其中所述处 理气体源与所述多个歧管气流路径流体地连接，并且包括用于提供处理气体到所述歧管气 流路径的特征。13.根据权利要求11所述的半导体晶片处理工具，其还包括处理气体进气装置，该处 理气体进气装置包括： 进气装置主体； 进气装置入口，其中，所述进气装置入口接收处理气体；以及 充气室，该充气室流体地连接到所述进气装置入口和所述歧管气流路径，其中，所述充 气室包括用于提供处理气体到所述歧管气流路径的特征。14.根据权利要求11-13中任一项所述的半导体晶片处理工具，其中： 所述真空密封室内部包括用于支撑半导体晶片的特征，该半导体晶片包括多个晶片区 域；以及 所述处理气体分配装置的所述第二侧包括用于从多个分配区域排放处理气体的特征， 其中，来自各分配区域的处理气体是瞄准晶片区域的。15.根据权利要求14所述的半导体晶片处理工具，其中每个歧管气流路径供给处理气 体到一个分配区域。16.根据权利要求11-13中任一项所述的半导体晶片处理工具，其中，用于排放处理气 体的特征包括从所述处理气体分配装置的所述第一侧到所述处理气体分配装置的所述第 二侧的多个气流路径的出口。17.根据权利要求11-13中任一项所述的半导体晶片处理工具，其中所述处理气体分 配装置的所述第二侧是喷头面板，而用于排放处理气体的特征包括在该喷头面板中的多个 孔。18.根据权利要求12所述的半导体晶片处理工具，其还包括具有存储器和一个或多个 处理器的控制器，其中所述一个或多个处理器、所述存储器和所述处理气体源通信地耦合， 并且所述存储器存储用于控制所述一个或多个处理器以使所述处理气体源提供处理气体 到所述歧管气流路径的指令。19.根据权利要求11-13中任一项所述的半导体晶片处理工具，其还包括多个侧喷射 器，其中，所述侧喷射器是在所述真空密封室内部内，并且包括用于排放处理气体到所述真 空密封室内部内的特征。20. 根据权利要求18所述的半导体晶片处理工具，其还包括多个侧喷射器，其中： 所述侧喷射器流体地连接到所述处理气体源； 所述侧喷射器是在所述真空密封室内部内； 所述侧喷射器包括用于排放处理气体到所述真空密封室内部内的特征；以及 所述存储器存储用于控制所述一个或多个处理器以使所述处理气体源提供处理气体 到所述侧喷射器的指令。21. -种用于在半导体晶片处理中调节晶片上的均匀性的方法，该方法包括： a)将处理气体施加到半导体处理室内部的半导体晶片，其中，处理气体通过从歧管主 体的第一侧延伸到所述歧管主体的第二侧的多个气流路径进入所述半导体处理室，所述歧 管主体的所述第一侧在所述半导体处理室外部； b)测量该半导体晶片的所述均匀性；以及 C)从所述歧管主体的第一侧，调整通过在所述歧管中的所述气流路径中的至少一条的 气流特性。22. 根据权利要求21所述的方法，其还包括： d) 确定所述半导体晶片的所述均匀性是否超过均匀性阈值。23. 根据权利要求21所述的方法，其还包括： e) 在c)之后，将处理气体施加到所述半导体处理室内部的第二半导体晶片。24. 根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中通过从所述气流路径内除去第一 喷嘴并向所述气流路径插入第二喷嘴来调整所述气流特性。25. 根据权利要求22所述的方法，其中所述均匀性阈值是小于1%的半范围百分比。
【专利摘要】本发明涉及用于改进晶片均匀性的装置和方法，具体而言，提供了一种半导体处理气流歧管，其使得歧管气流路径的气体流动特性能在半导体处理室的外部单独进行调节。气流歧管可连接到所述半导体处理室内部的处理气体分配装置。处理气体分配装置可具有多个气流通道，每个通道单独地连接到歧管气流路径，并瞄准半导体晶片上的区域。单个歧管气流路径的调节可改变通过每个处理气体分配气流通道分配到半导体晶片的相应区域的处理气体的量。
【IPC分类】H01L21/677, H01L21/67
【公开号】CN104882399
【申请号】CN201510080217
【发明人】凯文·马丁戈尔, 弗朗斯·凯瑟琳·瑟拉亚, 李湘云, 凯寒·阿比迪·阿施蒂尼
【申请人】朗姆研究公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月13日
【公告号】US20150240361