有源喷头的制作方法

本实施方案涉及将气体注入反应器的一种有源喷头和方法。

背景技术：

1、等离子体室用于处理基板。例如，等离子体室用于清洁晶片，或在晶片上沉积诸如氧化物之类的材料，或蚀刻晶片等。在处理基板期间，将气体供应到等离子体室。将气体供应到等离子体室的时间对于在工艺之间切换或在处理不同晶片中是重要的。

2、正是在这种背景下，出现了本公开中描述的实施方案。

技术实现思路

1、大多数气体输送系统适于处理通常具有大于1秒的持续时间的序列，其中大多数处理需要大于10秒的持续时间。作为气体输送系统的一部分的气箱包括流量测量和控制装置，例如压力测量装置等，以及每种气体种类的相关部件，例如质量流量控制器(mfc)、气杆组件等。mfc连接到高压气体供应源并将气流调节到给定流量设定点。气杆组件将经精确测量和控制的稳态流排出到气体混合歧管中。然后，气体混合歧管通过喷嘴或喷头将气体混合物排放到等离子体室中。替代地或附加地，使用气体分流器将气体混合物分成多个部分并将每个分开的部分排出到一个或多个区域或喷嘴中。

2、气体混合歧管是远离等离子体室几英尺长的管道。气体混合歧管的体积以及喷头、气箱和气体分流器的体积和流动阻力导致大的气体质量容量。这种大的气体质量容量延长了从一种气体混合物转变成等离子体室内的下一种气体混合物的时间。而且，气体混合物可能已经在气体混合歧管中反应。此外，mfc达到稳定状态是缓慢的，范围介于100毫秒和1000毫秒之间，具体取决于mfc技术和其他因素，例如气体类型。此外，气体输送系统的气体输送部件，例如气箱、气体分流器、气体混合歧管，由不锈钢合金制成，并且气体输送系统包括通过更多的微型配件连接的大量单独的原始设备制造商(oem)部件。这有可能导致金属污染。而且，首先控制流动以产生气体混合物然后将气体混合物导入一个区域或者在有气体分流器的情况下引导到多个区域而进入等离子体室的方法是缓慢且昂贵的。此外，由于大量的气体输送部件，基板的处理是复杂的。

3、本公开的实施方案提供与将气体注入等离子体反应器的有源喷头以及方法相关联的系统、装置、方法和计算机程序。应当理解，本实施方案可以以多种方式实现，例如，以工艺、设备、系统、装置或计算机可读介质上的方法实现。下面描述几个实施方案。

4、在一些实施方案中，描述了等离子体系统。等离子体系统包括致动器控制装置、气体管线和等离子体反应器。等离子体反应器耦合到气体管线和致动器控制装置。等离子体反应器包括卡盘组件和有源喷头。有源喷头包括多个基板层。基板层包括耦合到致动器控制装置的至少一个致动器和传送部件。致动器和传送部件通过气体通道耦合到气体管线。有源喷头还包括位于基板层下方的电极层。电极层和致动器和传送部件具有通向卡盘组件和有源喷头之间的间隙的开口。致动器控制装置控制致动器和传送部件，以使得从气体管线和气体通道接收的一种或多种工艺气体能经由开口流通进入间隙。

5、在多种实施方案中，描述了另一种等离子体系统。另一种等离子体系统还包括致动器控制装置，气体管线和等离子体反应器。等离子体反应器连接到气体管线和致动器控制装置。等离子体反应器包括卡盘组件和有源喷头。有源喷头包括多个基板层。基板层包括耦合到致动器控制装置的致动器和传送部件。致动器和传送部件经由气体通道耦合到气体管线。有源喷头包括位于基板层下方的电极层、位于电极层下方的混合室、以及位于混合室下方并具有多个开口的喷头板。电极层与致动器和传送部件具有通向混合室的开口。致动器控制装置控制致动器和传送部件，以使得从气体管线和气体通道接收的一种或多种工艺气体能通过电极层和致动器和传送部件的开口流通进入混合室并进一步经由喷头板的多个开口流通进入间隙。

6、在一些实施方案中，描述了一种有源喷头。有源喷头包括多个基板层。基板层包括致动器和传送部件。致动器和传送部件经由气体通道耦合到气体管线。有源喷头还包括位于基板层下方的电极层。电极层与致动器和传送部件具有开口。致动器和传送部件使得从气体管线和气体通道接收的一种或多种工艺气体能流通进入开口。

7、本文描述的系统和方法的一些优点包括提供本文所述的等离子体系统，其促进快速气体交换，为每个有源喷头提供大量区域，并将多种气体物质和气体波分布到等离子体反应器中并跨越晶片表面。等离子体系统的其他优点包括减少多个单独的气体输送部件，从而提高可靠性。例如，等离子体系统通过利用集成到有源喷头中的基于微机电系统(mems)的基板进行流量控制来消除每个等离子体反应器的气箱。由于消除了气箱和诸如mfc的部件，因此也实现了相当大的成本降低。此外，气箱占据了大量的固定资产(realestate)。通过消除气箱，节省了固定资产空间并可用于其他目的。

8、在一些实施方案中，本文所述的方法包括将流量控制装置集成在有源喷头中，例如，通过在有源喷头中结合流速计量工具，通过在有源喷头中结合应变传感器，通过在有源喷头中结合温度传感器等等来实现。其他优点包括在有源喷头中提供大量mems阀，例如致动器和隔膜和传送通道等，以及传感器。大量阀转换为大量区域。通过大量区域，可以微调晶片上的气体分布。

9、另外的优点包括在晶片上具有阀，例如致动器、隔膜、阀座、传送通道、通路通道、气体接收室、气体通路等。阀的这种位置使气体交换的时间和改变晶片上的气体物质分布的时间最小化。这使得能更快地进行工艺步骤测序和原位气体分布控制，例如在基板层内的气体分布控制。它实现了新的处理方法，例如滚动冲洗(a rolling flush)，这是气体波注入模式的应用，或气体分配调整，这是剂量控制的应用。

10、本文描述的系统和方法的其他优点包括消除气箱，从而导致大量节省和改进的室包装。而且，消除了气体分流器。而且，在晶片上方，例如在混合室等中，而不是在混合歧管中产生气体混合物。

11、通过以下结合附图的详细描述，其他方面将变得显而易见。

技术特征：

1.一种有源喷头，其包括：

2.根据权利要求1所述的有源喷头，其中，所述隔膜层具有顶表面和底表面，其中，所述顶表面附接到多个应变传感器，其中，所述多个应变传感器中的每一个被配置为测量在所述多个部分中的相应一个部分中的应变的量。

3.根据权利要求1所述的有源喷头，其中，所述隔膜层的所述多个部分包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述隔膜层包括第一应变传感器和第二应变传感器，其中，所述第二部分位于所述第一部分和所述第三部分之间，其中所述第一应变传感器位于所述第一部分上方，且所述第二应变传感器位于所述第二部分上方。

4.根据权利要求1所述的有源喷头，其中，所述阀座层包括第一部分、第二部分、第三部分，其中，所述阀座层的所述传送通道位于所述第一部分和所述第二部分之间，其中，所述第二部分位于所述阀座层的所述传送通道和所述气体通路之间，并且其中所述气体通路位于所述第二部分和所述第三部分之间。

5.根据权利要求4所述的有源喷头，其中，所述阀座层的所述传送通道包括过滤器。

6.根据权利要求1所述的有源喷头，其中，所述气体分配层包括第一部分和第二部分，其中，所述气体分配层的所述传送通道位于所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中，所述气体接收室是在所述第二部分内形成的空间。

7.根据权利要求6所述的有源喷头，其中，所述阀座层具有底表面，其中，所述第二部分具有顶表面，其中，所述通路通道位于所述气体分配层的所述第二部分的所述顶表面和所述阀座层的所述底表面之间。

8.根据权利要求1所述的有源喷头，其还包括位于所述隔膜层上方的测量层，其中，所述测量层包括被配置为测量与所述一种或多种工艺气体相关联的参数的集成计量工具。

9.根据权利要求8所述的有源喷头，其中，所述参数包括所述一种或多种工艺气体的流率。

10.根据权利要求1所述的有源喷头，其还包括位于所述隔膜层上方的基板支撑层。

11.根据权利要求10所述的有源喷头，其还包括：

12.根据权利要求1所述的有源喷头，其还包括位于所述隔膜层上方的致动器，其中所述致动器被配置为移动以控制所述隔膜层的所述多个部分中的一个部分的运动，以进一步控制所述一种或多种工艺气体从所述气体通路到所述阀座层的所述传送通道的流通。

13.一种等离子体反应器，其包括：

14.根据权利要求13所述的等离子体反应器，其中，所述隔膜层具有顶表面和底表面，其中，所述顶表面附接到多个应变传感器，其中，所述多个应变传感器中的每一个被配置为测量在所述多个部分中的相应一个部分中的应变的量。

15.根据权利要求13所述的等离子体反应器，其中，所述隔膜层的所述多个部分包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述隔膜层包括第一应变传感器和第二应变传感器，其中，所述第二部分位于所述第一部分和所述第三部分之间，其中所述第一应变传感器位于所述第一部分上方，且所述第二应变传感器位于所述第二应变传感器上方。

16.根据权利要求13所述的等离子体反应器，其中，所述阀座层包括第一部分、第二部分、第三部分，其中，所述阀座层的所述传送通道位于所述第一部分和所述第二部分之间，其中，所述第二部分位于所述阀座层的所述传送通道和所述气体通路之间，并且其中所述气体通路位于所述第二部分和所述第三部分之间。

17.根据权利要求16所述的等离子体反应器，其中，所述阀座层的所述传送通道包括过滤器。

18.根据权利要求13所述的等离子体反应器，其中，所述气体分配层包括第一部分和第二部分，其中，所述气体分配层的所述传送通道位于所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中，所述气体接收室是在所述第二部分内形成的空间。

19.根据权利要求18所述的等离子体反应器，其中，所述阀座层具有底表面，其中，所述第二部分具有顶表面，其中，所述通路通道位于所述气体分配层的所述第二部分的所述顶表面和所述阀座层的所述底表面之间。

20.根据权利要求12所述的等离子体反应器，其中所述有源喷头包括位于所述隔膜层上方的致动器，其中所述致动器被配置为移动以控制所述隔膜层的所述多个部分中的一个部分的运动，以进一步控制所述一种或多种工艺气体从所述气体通路到所述阀座层的所述传送通道的流通。

21.一种等离子体系统，其包括：

22.根据权利要求21所述的等离子体系统，其中，所述隔膜层具有顶表面和底表面，其中，所述顶表面附接到多个应变传感器，其中，所述多个应变传感器中的每一个被配置为测量在所述多个部分中的相应一个部分中的应变的量。

技术总结
描述了一种用于等离子体反应器的有源喷头。有源喷头包括多个基板层。基板层包括至少一个致动器和传送部件。致动器和传送部件通过气体通道耦合到气体管线。有源喷头还包括位于基板层下方的电极层。电极层与致动器和传送部件两者共用开口。致动器和传送部件使得从气体管线和气体通道接收的一种或多种工艺气体能流通进入开口，而不需要传统的气箱。

技术研发人员：马瑞斯·格雷戈尔,索斯藤·利尔,大卫·特鲁塞尔
受保护的技术使用者：朗姆研究公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23