CN117612920B - 反应气体切换系统及等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及等离子处理领域，提供反应气体切换系统及等离子体处理装置，系统包括：第一压力控制器；第二压力控制器；第一阀组和第二阀组，分别包括：被配置成开/闭状态相反的进气阀和排气阀；控制单元，设置第一进气阀和第二进气阀状态，并设置第一进气阀的通气时长及第一压力控制器的预设压力参数达到对应第一预设流量；通过设置第二进气阀的通气时长及第二压力控制器的预设压力参数达到对应第二预设流量。第一和第二传输管路的连通反应腔的公用段设有限流器；反应腔设压力计；控制抽气泵与腔压泵之间抽速不变，且保持管路状态令阀组切换状态，调整限流器开度至压力计读数平稳，令公用段与排气通道阻力相同。压力控制配合排气及限流器避免波动。

Description

反应气体切换系统及等离子体处理装置

技术领域

本公开涉及等离子体处理装置技术领域，尤其涉及反应气体切换系统及等离子体处理装置。

背景技术

在等离子体处理装置的刻蚀工艺中，硅通孔刻蚀需要蚀刻（ETCH）与沉积（DEP）操作相互交替切换，以确保硅通孔拥有良好的深宽比等工艺需求，因此需要在刻蚀工艺中使用到两路气体并相互切换来达到目标工艺效果。

通常，刻蚀系统通常使用气体质量流量控制器（MFC）来控制两种工艺气体向反应腔（CHAMBER）的馈入与截止。由此，产生了一些缺陷。

首先，当MFC控制流量时，相应阀门关闭后造成连接反应腔的管路封闭憋气，导致管路内压力升高。当阀再打开时，阀与反应腔间高压气体馈入反应腔，导致MFC之后的管道会因为存在其他气路元件改变原有的压力与流速，导致流量不可控，且影响腔压。

其次，由于需要经常切换两种气体，MFC对两路气体控制和切换响应速度较慢（通常<300 毫秒）。并且，MFC通常安装在气源处（例如气柜），与反应腔过远，会造成MFC即使完全关闭后气源至反应腔之间的管路仍然继续供气的情况，再次降低了控制精度。由此，所导致的实际完全切换成功的时间可能远大于上述的300毫秒，延迟时间可能会达到2 秒。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供反应气体切换系统及等离子体处理装置，解决相关技术中的问题。

本公开第一方面提供一种反应气体切换系统，用于切换适于不同操作类型的至少第一反应气体或第二反应气体通入半导体处理设备的反应腔；所述反应气体切换系统包括：第一压力控制器，连通在输送第一反应气体的第一传输管路中；第二压力控制器，连通在第二反应气体输送的第二传输管路中；第一阀组，包括：第一进气阀，连通在所述第一传输管路至反应腔的第一进气管路中；第一排气阀，连通在所述第一传输管路至排气通道的第一排气管路中；其中，所述第一进气阀和第一排气阀被配置成开/闭状态相反；第二阀组，包括：第二进气阀，连通在所述第二传输管路至反应腔的第二进气管路中；所述第一进气管路和第二进气管路之间具有连通所述反应腔的公用段，所述公用段中设有用于增加管路阻力至令公用段与排气通道处的阻力相同的限流器；所述排气通道连通抽气泵，反应腔连通设置腔压泵；所述反应腔设有压力计；通过一控制单元控制所述抽气泵与腔压泵之间保持抽速不变，且反应腔同第一反应气源和第二反应气源之间气路、以及排气通道的阀开度保持不变，令第一阀组或第二阀组切换状态，以根据所述压力计所显示压力波动调整所述限流器开度直至所述压力计的读数平稳；第二排气阀，连通在所述第二传输管路至排气通道的第二排气管路中；其中，所述第二进气阀和第二排气阀被配置成开/闭状态相反；控制单元，用于设置所述第一进气阀、第一排气阀、第二进气阀和第二排气阀的开/闭状态，并通过设置所述第一进气阀的通气时长、及第一压力控制器的预设压参数达到对应的第一反应气体的第一预设流量；以及，通过设置所述第二进气阀的通气时长、及第二压力控制器的预设压参数达到对应的第二反应气体的第二预设流量。

在第一方面的实施例中，所述第一进气阀和第二进气阀被设置于相反的开/闭状态；和/或，所述反应气体切换系统包括：控制单元，用于设置所述第一阀组和第二阀组的阀门状态、以及设置所述第一压力控制器和第二压力控制器的预设压力参数；和/或，所述第一进气阀、第一排气阀、第二进气阀及第二排气阀为原子层沉积隔膜阀；和/或，所述第一反应气体和第二反应气体分别适于半导体蚀刻和沉积的反应气体。

在第一方面的实施例中，所述排气通道连通抽气泵，反应腔连通设置腔压泵；所述反应腔设有压力计；通过一控制单元控制所述抽气泵与腔压泵之间保持抽速不变，且反应腔同第一反应气源和第二反应气源之间气路、以及排气通道的阀开度保持不变，令第一阀组或第二阀组切换状态，以根据所述压力计所显示压力波动调整所述限流器开度直至所述压力计的读数平稳。

在第一方面的实施例中，第一组质量流量控制器，连通在第一反应气源和第一压力控制器之间；所述第一组质量流量控制器包括多个第一质量流量控制器；每个第一质量流量控制器用于控制一路第一反应气体，且所述多个第一质量流量控制器的输出管路相连，以将多路第一反应气体混合后向第一压力控制器输出；第二组质量流量控制器，连通在第二反应气源和第二压力控制器之间；所述第二组质量流量控制器包括多个第二质量流量控制器；每个第二质量流量控制器用于控制一路第二反应气体，且所述多个第二质量流量控制器的输出管路相连，以将多路第二反应气体混合后向第二压力控制器输出。

在第一方面的实施例中，所述第一进气阀和第一排气阀分别为常开阀和常闭阀中的一者及另一者；第一进气阀和第一排气阀被由第一先导阀模块供气的第一控制流道所控制以切换开/闭状态，所述第一控制流道中设有耦接并受控于所述控制单元的第一电磁阀。

在第一方面的实施例中，所述第一进气阀为常闭阀，所述第一排气阀为常开阀。

在第一方面的实施例中，所述第二进气阀和第二排气阀分别为常开阀和常闭阀中的一者及另一者；第二进气阀和第二排气阀被由第二先导阀模块供气的第二控制流道所控制以切换开/闭状态，所述第二控制流道中设有耦接并受控于所述控制单元的第二电磁阀。

在第一方面的实施例中，所述第二进气阀为常闭阀，所述第二排气阀为常开阀。

本公开第二方面提供一种等离子体处理装置，包括：如第一方面中任一项所述的反应气体切换系统。

如上所述，本公开实施例中提供反应气体切换系统及等离子体处理装置，反应气体切换系统包括：第一压力控制器，连通在输送第一反应气体的第一传输管路中；第二压力控制器，连通在第二反应气体输送的第二传输管路中；第一阀组，包括：第一进气阀和第一排气阀；所述第一进气阀和第一排气阀被配置成开/闭状态相反；第二阀组，包括：第二进气阀和第二排气阀；所述第二进气阀和第二排气阀被配置成开/闭状态相反；控制单元，设置所述第一进气阀和第二进气阀状态，并通过设置所述第一进气阀的通气时长、及第一压力控制器的预设压参数达到对应第一预设流量；以及，通过设置所述第二进气阀的通气时长、及第二压力控制器的预设压参数达到对应第二预设流量。一方面，压力控制计配合排气有效降低管路内压力，避免憋气导致压力波动；另一方面，利用阀组可以快速切换气体，且通过压力配合时间来精准控制气体流量。

附图说明

图1展示本公开一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。

图2展示本公开一实施例中第一进气阀和第一排气阀的开闭状态的示意图。

图3展示本公开一实施例中第二进气阀和第二排气阀的开闭状态的示意图。

图4展示本公开又一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。

图5展示本公开再一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。

图6展示本公开另一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。

图7展示本公开一实施例中等离子体处理装置的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体示例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本公开所揭露的消息轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用模块，本公开中的各项细节也可以根据不同观点与应用模块，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本公开的实施例进行详细说明，以便本公开所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本公开可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

在本公开的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本公开的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或一组实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本公开中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的表示中，“一组”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了明确说明本公开，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

虽然在一些示例中术语第一、第二等在本文中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组，但不排除一个或一组其他特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本公开。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成分具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成分的存在或附加。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本公开所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的消息相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

在等离子体处理装置的刻蚀工艺中，硅通孔刻蚀需要蚀刻（ETCH）与沉积（DEP）操作相互交替切换，因此需要在刻蚀工艺中使用到两路气体并相互切换。但是，在相关技术中，刻蚀系统通常使用气体质量流量控制器（MFC）来控制两种工艺气体向反应腔的馈入与截止，一方面，相关阀门关闭后会造成管路封闭憋气所导致压力升高，造成后续阀打开时高压气体馈入反应腔，导致气体流量不可控且影响腔压。另一方面，MFC的切换时间较慢，且由于其设置在气源处，即使关闭，MFC和反应腔之间管路内仍然存在反应气体，造成最终反应气体之间完全切换成功的时间存在较大延迟。

鉴于此，本公开实施例中提供反应气体切换系统，解决相关技术中的问题。

如图1所示，展示本公开一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。

所述反应气体切换系统100用于切换适于不同操作类型的至少第一反应气体或第二反应气体通入半导体处理设备的反应腔500。在一些实施例中，所述第一反应气体可以是用于蚀刻的反应气体，所述第二反应气体可以是用于沉积的反应气体；或者，所述第一反应气体可以是用于沉积的反应气体，所述第二反应气体可以是用于蚀刻的反应气体。在一些实施例中，待切换的不同操作类型的反应气体可以是两种以上，比如三种、四种或者更多种，实施例中只是以两种为示例，而非限制。

所述反应气体切换系统100包括两条气流传输路径，分别对应于提供第一反应气体的第一反应气源200、以及提供第二反应气体的第二反应气源300。具体的，所述反应气体切换系统100包括：对应于第一反应气体传输的第一压力控制器101和第一阀组，以及对应于第二反应气体传输的第二压力控制器102和第二阀组。

所述第一压力控制器101，连通在输送第一反应气体的第一传输管路103中。所述第一压力控制器101位于所述第一阀组的前级。所述第一压力控制器101可被预先设置预设压力值，用于使所述第一传输管路103向第一阀组输出的第一反应气体的压力匹配于所述预设压力值。

所述第一阀组包括第一进气阀104和第一排气阀105。所述第一进气阀104连通在所述第一传输管路103至反应腔500的第一进气管路106中，用于通/断所述第一进气管路106。所述第一排气阀105连通在所述第一传输管路103至排气通道（FORLINE）的第一排气管路107中，用于通/断所述第一排气管路107。

其中，所述第一进气阀104和第一排气阀105被配置成开/闭状态相反，即互为“共轭”关系，限制成只能通过第一进气管路106向反应腔500输送第一反应气体、或者通过第一排气管路107排放第一反应气体。具体的，当所述第一进气阀104处于开状态时，所述第一排气阀105会处于闭状态。或者，当所述第一进气阀104为闭状态时，所述第一排气阀105会处于开状态。在一些实施例中，所述第一进气阀104和第一排气阀105之间的相反开/闭状态可以是不存在同开同闭的“硬共轭”关系。示例性地，所述第一进气阀104和第一排气阀105分别为常开阀和常闭阀中的一者及另一者。常闭阀在正常情况下保持关闭状态，只有在需要时才打开。常开阀在正常情况下保持开放状态,只有需要时才关闭阀门。

可参考图2所示，所述第一进气阀104为常闭阀，所述第一排气阀105示例为常开阀。即，常态下保持排气而不向反应腔500进气的状态。所述第一进气阀104和第一排气阀105可被第一控制流道401所控制以切换开/闭状态，所述第一控制流道401可由一第一先导阀模块提供流体，所述流体可以是气体或液体等。在进一步示例中，所述第一控制流道401中设有第一电磁阀402，所述第一电磁阀402可以是两位两通电磁阀，可以接受控制信号以通/断所述第一控制流道401。由图2可见，常态下，第一电磁阀402断开第一控制流道401，第一进气阀104常闭状态，第一排气阀105常开状态。当需要第一反应气体向反应腔500进气时，第一电磁阀402改变状态以导通第一控制流道401，第一进气阀104开启，第一排气阀105关闭，第一反应气体通过第一传输管路103及第一进气管路106至反应腔500。

与第一压力控制器101对应地，所述第二压力控制器102连通在输送第二反应气体的第二传输管路108中。所述第二压力控制器102位于所述第二阀组的前级。所述第二压力控制器102可被预先设置预设压力值，用于使所述第二传输管路108向第二阀组输出的第二反应气体的压力值与预设压力值匹配。其中，所述第一压力控制器101和所述第二压力控制器102的预设压力值之间可以相同，也可以不同。

与第一阀组对应地，见图1所示，所述第二阀组包括第二进气阀109和第二排气阀110。所述第二进气阀109连通在所述第二传输管路108至反应腔500的第二进气管路111中，用于通/断所述第二进气管路111。所述第二排气阀110连通在所述第二传输管路108至排气通道的第二排气管路112中，用于通/断所述第二排气管路112。

其中，所述第二进气阀109和第二排气阀110被配置成开/闭状态相反，即互为“共轭”关系，限制成只能通过第二进气管路111向反应腔500输送第二反应气体、或者通过第二排气管路112排放第二反应气体。具体的，当所述第二进气阀109处于开状态时，所述第二排气阀110会处于闭状态。或者，当所述第二进气阀109为闭状态时，所述第二排气阀110会处于开状态。在一些实施例中，所述第二进气阀109和第二排气阀110之间的相反开/闭状态也可以是“硬共轭”关系。示例性地，所述第一进气阀104和第一排气阀105分别为常开阀和常闭阀中的一者及另一者。

可参考图3所示，所述第二进气阀109为常闭阀，所述第二排气阀110示例为常开阀。即，常态下保持排气而不向反应腔500进气的状态。所述第二进气阀109和第二排气阀110可被第二控制流道403所控制以切换开/闭状态，所述第二控制流道403可由一第二先导阀模块进行供气。在进一步示例中，所述第二控制流道403中设有第二电磁阀404，所述第二电磁阀404可以是两位两通电磁阀，可以接受控制信号以通/断所述第二控制流道403。由图3可见，常态下，第二电磁阀404断开第二控制流道403，第二进气阀109常闭状态，第二排气阀110常开状态。当需要第二反应气体向反应腔500进气时，第二电磁阀404改变状态以导通第二控制流道403，第二进气阀109开启，第二排气阀110关闭，第二反应气体通过第二传输管路108及第二进气管路111至反应腔500。

在一些实施例中，所述第一进气阀104、第一排气阀105、第二进气阀109、第二排气阀110可以选择响应快速控制精准的阀门，例如原子层沉积隔膜阀（ALD阀），具有快速响应时间（<8 ms），能快速切换两路以上气体的馈入和截止。

在一些实施例中，所述第一压力控制器101和第二压力控制器102为压力控制计（PRESSURE CONTROLLER / UNIVERSAL PRESSURE CONTROLLER，PC）实现，可被设置所述压力值。

由以上实施例可知，由于第一阀组和第二阀组中排气阀的存在，常态下不输送反应气体的一路则会保持排气阀开启进行排气，令整个系统的管路不会完全封闭而憋气，有利于管路压力的稳定。配合第一压力控制器101和第二压力控制器102的压力控制，就能更好地稳定管路压力于所需的压力值。

另外，利用第一/第二压力控制器精准控制的管路压力，配合通过第一/第二进气阀控制第一/第二进气管路导通的时间（即通气时间），就可以精准控制馈入反应腔的第一/第二反应气体的流量。

以下，对流体流量同管路压力、流速、时间之间的数学关系进行介绍。

流体的流量公式为：

Q=A·v （1）

其中，Q为流量；A为管道截面积。

A=πD²/4（2）

其中，D为管道直径；v为流速。

式（2）代入（1）中，可得：

Q=πD²·v/4 （3）

对于流体力学中的流速计算，压差(ΔP)也是一个重要的因素。根据波义耳定律，压差与流速之间存在关系:

（4）

其中，ΔP是压差，单位压强；η是流体的粘度；L是管道长度(单位是米)；D是管道直径；Q是流量。

根据式（3）和式（4），可得式（5）：

v=ΔP/(η·L) （5）；

设第一压力控制器或第二压力控制器的出口压力为P。而且，还可得v=Q·t，t设为第一进气阀或第二进气阀的通气时间。

若气体是质量为M，摩尔质量为μ的理想气体，其理想状态方程可表示为：

P·v=n·R·T （7）

其中，R为普适气体常数，其取值与状态参量的单位有关，在国际单位制中R=8.31J/(mol・K)；T为温度；n为M/μ，在实施例的场景中，即可表示反应腔的气体馈入量。

将之前公式代入式（7），可得：

n=P·v/（R·T）=P·Q·t/（R·T）=P·A·ΔP·t/（η·L·R·T） （8）

基于式（8）的原理，通过设置所述第一进气阀104开启状态下的通气时长、及第一压力控制器101的预设压参数，即可确定对应的第一反应气体的第一预设流量。以及，通过设置所述第二进气阀109开启状态下的通气时长、及第二压力控制器102的预设压参数，即可确定对应的第二反应气体的第二预设流量。

在一些实施例中，见图1中，所述反应气体切换系统100可以包括控制单元113。所述控制单元113用于设置所述第一进气阀104、第一排气阀105、第二进气阀109和第二排气阀110的开/闭状态。具体的，所述控制单元113可以耦接并控制图2、图3中的所述第一电磁阀402和第二电磁阀404，以通过设置第一控制流道401和第二控制流道403的通/断，以控制第一阀组和第二阀组的阀门状态，由此实现蚀刻和沉积的交替切换。示例性地，通常而言，所述控制单元113可设置所述第一进气阀104和第二进气阀109处于相反的开闭状态，以择一输送第一反应气体或第二反应气体至反应腔500。例如，所述控制单元113向所述第一电磁阀402和第二电磁阀404分别发送相反的阀控指令，令第一控制流道401导通且第二控制流道403断开，或者令第一控制流道401断开且第二控制流道403导通。或者，在某些特定情况下，所述控制单元113也可以发送相同的阀控指令至第一电磁阀402和第二电磁阀404，令第一进气阀104和第二进气阀109同开同闭。由此可知，所述第一进气阀104和第二进气阀109之间相反阀门状态实际可为“软共轭”状态，可以通过阀控指令来加以变化，具有较好的灵活度能适应两条气路开闭相反的常规场景、以及同开同闭的特定场景。

在一些实施例中，所述第一反应气源200可具有质量流量控制器，连通所述第一进气管路并位于所述第一压力控制器101的前级，用于向所述第一压力控制器101输出精准控制各种气体比例的第一反应气体。所述第二反应气源300可具有质量流量控制器，用于向所述第二压力控制器102输出精准控制各种气体比例的第二反应气体。

如图4所示，展示本公开又一实施例中反应气体切换系统100的结构示意图。

相比于图1实施例，除了第一压力控制器101、第二压力控制器102、第一阀组和第二阀组等以外，图4实施例中，第一反应气源200连通第一组质量流量控制器201，第二反应气源连通第二组质量流量控制器301。

所述第一组质量流量控制器201，连通在第一反应气源200和第一压力控制器101之间。所述第一组质量流量控制器201包括多个第一质量流量控制器。每个第一质量流量控制器用于控制一路第一反应气体，且所述多个第一质量流量控制器的输出管路相连，以将多路第一反应气体混合后向第一压力控制器101输出。在一些实施例中，各第一质量流量控制器所控制的各路第一反应气体之间的流量参数可以全部不同，也可以部分相同，通过将多路第一反应气体按预设比例混合以达到精准的所需比例，再将混合后的第一反应气体向第一压力控制器101输出，更有利于对管路压力及相应的馈入反应腔500的第一反应气体各种气体比例含量的精准控制。

所述第二组质量流量控制器301，连通在第二反应气源300和第二压力控制器102之间；所述第二组质量流量控制器301包括多个第二质量流量控制器；每个第二质量流量控制器用于控制一路第二反应气体，且所述多个第二质量流量控制器的输出管路相连，以将多路第二反应气体混合后向第二压力控制器102输出。在一些实施例中，各第二质量流量控制器所控制的各路第二反应气体之间的流量参数可以全部不同，也可以部分相同，通过将多路第二反应气体按预设比例混合以达到精准的所需比例，再将混合后的第二反应气体向第二压力控制器102输出，更有利于对管路压力及相应的馈入反应腔500的第二反应气体的各种气体比例含量的精准控制。

基于以上实施例，可以理解的，反应气体流向反应腔500一端，或者流向排气通道一端。排气通道处的气路阻力通常相比于反应腔500一端处的管路阻力要大。

为此，可见图5所示，展示本公开再一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。

图5实施例中反应气体切换系统，示例性地在图1中反应气体切换系统100基础上增加了限流器114。

具体来讲，所述第一进气管路106和第二进气管路111之间具有连通所述反应腔500的公用段，所述公用段中设有所述限流器114。所述限流器114用于增加管路阻力至令公用段与排气通道处的阻力相同。进而，使得第一阀组和第二阀组切换反应气体流向（切换流向反应腔500或者排气通道）时保持气路阻力环境尽可能相同，减小切换时产生的流速波动与压力波动。在进一步示例中，可以根据经验设置限流器114的阻力，或者根据测定排气通道处的流速来不断调整限流器114的阻力，在第一压力控制器101及第二压力控制器102控压稳定的情况下，反应腔500与排气通道两端阻力（或流速）相同即可。

在一些实施例中，关于自动化调整限流器114的阻力，例如可以通过在排气通道、以及公用段分别设置第一阻力感器和第二阻力传感器，通过反馈控制（例如PID）的方式调节限流器114的阻力至令第一阻力传感器和第二阻力传感器测到的阻力接近直至相等。进气阀出口处与排气阀出口压力一致（即保证两路压降一致），切换时方可保证压力不出现波动。

在一些实施例中，如图6所示，展示本公开另一实施例中反应气体切换系统的结构示意图。在图6的系统中，可以实现自动化调整限流器114阻力。示例性地，排气通道连通抽气泵700，反应腔500连通设置腔压泵600（例如分子泵）。反应腔500上安装压力计800。当调试限流器114阻力大小时，通过控制单元113控制所述抽气泵700与腔压泵600之间保持抽速不变，且反应腔500同第一反应气源和第二反应气源之间气路、以及排气通道的阀开度保持不变，令任意一组排气阀和进气阀切换状态，由排气和进气状态变为进气和排气状态。根据反应腔500的压力计800所显示压力波动调整限流器开度。通过多次调整，当切换状态时压力计800读数逐渐趋于平稳，此时限流器114开度即为目标开度，即调整至目标阻力。

在一些实施例中，所述限流器114可以为限流片，具体可由带孔的一个金属片实现，安装在管路接头处，由公头母头直接夹紧，虽然结构简单，但平衡两端流速效果较好。

本公开实施例中还可以提供一种等离子体处理装置，包括：如之前实施例中所述的反应气体切换系统。

可以参考图7所示，示例性地介绍等离子体处理装置的原理及可能结构。

所述等离子体处理装置具有反应腔500。所述反应腔500中可设置上电极501和下电极502，下电极502具有基座503及位于基座503上的静电吸盘504（ESC），静电吸盘504用于承载及吸附晶圆。基座503外围设置限制环505，以区隔出限制环505上方的上、下电极502之间的处理区域506，以及限制环505下方的排气区域507。所述处理区域506施加射频电场，用于将通入的反应气体电离为等离子体，以对晶圆蚀刻或沉积。排气区域507连通排气装置508，例如真空泵等，用于将反应产生的污染物抽出。

所述反应腔500通过本公开任一实施例中的反应气体切换系统100连通到至少第一反应气源200及第二反应气源300，用于蚀刻及沉积的气源。反应气体切换系统100中的排气通道可以连通至所述排气区域，以排放多余反应气体。

需特别说明的是，反应气源的数量并非以两个为限，比如基于不同蚀刻工艺和/或不同沉积工艺的要求，可能存在多种蚀刻反应气体和/或沉积反应气体的需求可能，故也可以设置更多数量的反应气源。可以理解的，可以参考图1或图4所示，每增加一路反应气源，则相应设置一路压力控制器、阀组，并可对增加的反应气源设置一组质量流量控制器。

综上所述，本公开实施例中提供反应气体切换系统及等离子体处理装置，反应气体切换系统包括：第一压力控制器，连通在输送第一反应气体的第一传输管路中；第二压力控制器，连通在第二反应气体输送的第二传输管路中；第一阀组，包括：第一进气阀和第一排气阀；所述第一进气阀和第一排气阀被配置成开/闭状态相反；第二阀组，包括：第二进气阀和第二排气阀；所述第二进气阀和第二排气阀被配置成开/闭状态相反；控制单元，设置所述第一进气阀和第二进气阀状态，并通过设置所述第一进气阀的通气时长、及第一压力控制器的预设压参数达到对应第一预设流量；以及，通过设置所述第二进气阀的通气时长、及第二压力控制器的预设压参数达到对应第二预设流量。一方面，压力控制计配合排气有效降低管路内压力，避免憋气导致压力波动；另一方面，利用阀组可以快速切换气体，且通过压力配合时间来精准控制气体流量。

上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种反应气体切换系统，其特征在于，用于切换适于不同操作类型的至少第一反应气体或第二反应气体通入半导体处理设备的反应腔；所述反应气体切换系统包括：

第一压力控制器，连通在输送第一反应气体的第一传输管路中；

第二压力控制器，连通在第二反应气体输送的第二传输管路中；

第一阀组，包括：第一进气阀，连通在所述第一传输管路至反应腔的第一进气管路中；第一排气阀，连通在所述第一传输管路至排气通道的第一排气管路中；其中，所述第一进气阀和第一排气阀被配置成开/闭状态相反；

第二阀组，包括：第二进气阀，连通在所述第二传输管路至反应腔的第二进气管路中；第二排气阀，连通在所述第二传输管路至排气通道的第二排气管路中；其中，所述第二进气阀和第二排气阀被配置成开/闭状态相反；

所述第一进气管路和第二进气管路之间具有连通所述反应腔的公用段，所述公用段中设有用于增加管路阻力至令公用段与排气通道处的阻力相同的限流器；所述排气通道连通抽气泵，反应腔连通设置腔压泵；所述反应腔设有压力计；通过一控制单元控制所述抽气泵与腔压泵之间保持抽速不变，且反应腔同第一反应气源和第二反应气源之间气路、以及排气通道的阀开度保持不变，令第一阀组或第二阀组切换状态，以根据所述压力计所显示压力波动调整所述限流器开度直至所述压力计的读数平稳；

其中，所述第一进气阀开启状态下的通气时长、及第一压力控制器的预设压参数能被设置，以确定对应的第一反应气体的第一预设流量；以及，所述第二进气阀开启状态下的通气时长、及第二压力控制器的预设压参数能被设置，以确定对应的第二反应气体的第二预设流量。

2.根据权利要求1所述的反应气体切换系统，其特征在于，所述第一进气阀和第二进气阀被设置于相反的开/闭状态；和/或，所述反应气体切换系统包括：控制单元，用于设置所述第一阀组和第二阀组的阀门状态、以及设置所述第一压力控制器和第二压力控制器的预设压力参数；和/或，所述第一进气阀、第一排气阀、第二进气阀及第二排气阀为原子层沉积隔膜阀；和/或，所述第一反应气体和第二反应气体分别适于半导体蚀刻和沉积的反应气体。

3.根据权利要求1所述的反应气体切换系统，其特征在于：

第一组质量流量控制器，连通在第一反应气源和第一压力控制器之间；所述第一组质量流量控制器包括多个第一质量流量控制器；每个第一质量流量控制器用于控制一路第一反应气体，且所述多个第一质量流量控制器的输出管路相连，以将多路第一反应气体混合后向第一压力控制器输出；

第二组质量流量控制器，连通在第二反应气源和第二压力控制器之间；所述第二组质量流量控制器包括多个第二质量流量控制器；每个第二质量流量控制器用于控制一路第二反应气体，且所述多个第二质量流量控制器的输出管路相连，以将多路第二反应气体混合后向第二压力控制器输出。

4.根据权利要求1所述的反应气体切换系统，其特征在于，所述第一进气阀和第一排气阀分别为常开阀和常闭阀中的一者及另一者；

第一进气阀和第一排气阀被由第一先导阀模块供气的第一控制流道所控制以切换开/闭状态，所述第一控制流道中设有耦接并受控于所述控制单元的第一电磁阀。

5.根据权利要求4所述的反应气体切换系统，其特征在于，所述第一进气阀为常闭阀，所述第一排气阀为常开阀。

6.根据权利要求1所述的反应气体切换系统，其特征在于，所述第二进气阀和第二排气阀分别为常开阀和常闭阀中的一者及另一者；

第二进气阀和第二排气阀被由第二先导阀模块供气的第二控制流道所控制以切换开/闭状态，所述第二控制流道中设有耦接并受控于所述控制单元的第二电磁阀。

7.根据权利要求6所述的反应气体切换系统，其特征在于，所述第二进气阀为常闭阀，所述第二排气阀为常开阀。

8.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：如权利要求1至7中任一项所述的反应气体切换系统。