专利名称：用于测量等离子体中电特性组的装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及基片制造技术，特别是涉及用于测量等离子 体中电特性组的装置。
背景技术：
在基片(例如，半导体晶片、MEMS器件、或诸如用于平板显 示器制造的玻璃板)的处理工艺中，往往使用等离子体。作为基片 处理(化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、 蚀刻，等)的一部分，例如，基片被分成多个模片(dies)或者矩 形区域，其中每个模片或矩形区域会形成一个集成电路。然后在一 系列步骤中处理该基片，在这些步骤中，有选择地去除(蚀刻)及 沉积(沉积)/人而在基片上形成电气元件。在一种示范性的等离子体处理中，基片在蚀刻前，涂以石更化乳 剂薄膜(例如光刻胶掩模)。然后有选择地去除硬化乳剂的区域， 从而使部分下层暴露。然后将该基片置于等离子体处理室中的基片 支持结构上，该基片支持结构包括单极性或双极性电极，称之为卡 盘。然后，合适的蚀刻剂源气体(例如，C4F8、 C4F6、 CHF3、 CH2F3、 CF4、 CH3F、 C2F4、 N2、 02、 Ar、 Xe、 He、 H2、 NH3、 SF6、 BC13、 Cl2，等)流入该处理室中，并激发形成等离子体，以蚀刻该基片的 暴露区域。
然后，为确保一致的等离子体处理结果，测量等离子体中的电 特性(即，离子饱和电流、电子温度、浮动电位等)往往是有利的。例子可包括检测室条件处理的端点、室匹配(chamber matching) (例如，寻找名义上应当相同的室之间的差异)、才企测该室内的环i 疯和问题，等。现参考图1,示出了感应耦合(inductively coupled)等离子体 处理系统的简化示意图。通常，合适的气体组可从气体分配系统122 流到等离子体室102，该等离子体室具有等离子体室壁117。随后 将这些等离子体处理气体在4妄近喷射器109的区域之上或者其中离 子化，以形成等离子体110,从而处理(例如，蚀刻或沉积)基片 114(例如半导体基片、玻璃平板)的暴露区域，该基片利用边缘 环115 i殳在l争电卡盘116上。第一RF发生器134产生等离子体，并控制该等离子体的密度， 而第二RF发生器138产生偏置RF,其通常用于控制DC (直流) 偏置和离子轰击能量。进一步连4妄到源RF发生器134的是匹配网 纟各136a,而连4妻到偏置RF发生器138的是匹配网络136b,该两个 匹配网络试图将该RF功率源的阻抗与等离子体110的阻抗匹配。 另外，真空系统113，包括阀112和泵组111,通常用于从等离子体 室102抽空环境大气，从而获得期望的压力，以实现维持等离子体 110和/或去除处理副产物所需的压力。现参考图2，示出了电容耦合(capacitively coupled )等离子体 处理系统的简化的示意图。通常，电容耦合等离子体处理系统可配 置为具有单个或多个分开的RF功率源。由源RF发生器234产生 的源RF通常用于产生等离子体，并通过电容耦合控制该等离子体 密度。由偏置RF发生器238产生的偏置RF通常用于控制DC偏置 和离子轰击能量。进一步连4妻到源RF发生器234和偏置RF发生 器238的是匹配网络236,该匹配网络236试图将该RF功率源的
阻:抗与等离子体220的阻抗匹配。其它形式的电容式反应器(capacitive reactors )具有连4妄到顶部电才及204的RF功率源和匹配 网络。另外，还具有遵循类似的RF和电^l配置的多阳4 l系统，例 3口三一及管。通常，合适的气体组经过顶部电4及204中的入口 ， 乂人气体分配 系统222流入等离子体室202,该等离子体室202具有等离子体室 壁217。随后将这些等离子体处理气体离子化，以形成等离子体220, 从而处理(例如，蚀刻或沉积)基片214 (例如半导体基片或玻璃 平板)的暴露区域，该基片214利用边缘环215设在静电卡盘216 上，该静电卡盘216还用作电才及。另外，真空系统213,包4舌阀212 和泵组211，通常用于从等离子体室202抽空环境大气，从而实现 维持等离子体220所需的压力。鉴于以上所述，需要用于测量等离子体中电特性组的装置。发明内容在一个实施例中，本发明涉及一种纟笨针装置，其配置为测量等 离子体处理室内的电特性组，该等离子体处理室包括配置为暴露于 等离子体的等离子体室表面组。该探针装置包括收集盘结构 (collection disk structure )，其酉己置为暴露于it等离子体，由A匕，4欠 集盘结构与所述等离子体室表面组中的至少 一个是共面的。该探针 装置还包括传导路径(conductive path ),其配置为将该电特性组由 该收集盘结构传输到转换器组，其中由该等离子体的离子通量产生 该电特性组。该4笨4十装置进一步包4舌绝》彖阻挡部(insulation barrier )， 其配置为大体上将收集盘结构和传导路径与所述等离子体室表面 纟且电分离。
在另一个实施例中，本发明涉及一种探针装置，其配置为测量 等离子体处理室内的电特性组，该等离子体处理室包括配置为暴露 于等离子体的等离子体室表面组。该探针装置包括收集盘结构，其配置为暴露于该等离子体，由此，该收集盘结构相对等离子体室表 面凹入，在该等离子体室表面内设置该收集盘结构。该探针装置还 包括传导路径，其配置为将该电特性组由该收集盘结构传输到转换 器组，其中由该等离子体的离子通量产生该电特性组。该探针装置 进一步包括绝缘阻挡部，其配置为大体上将该收集盘结构和该传导 ^各径/人该等离子体室表面《且电分离。本发明的这些和其它特点将会结合附图在以下本发明的详细 -说明中更具体地描述。
在附图中通过实例而不是限定来示出本发明，其中相同的标号指代相同的元件，其中图1示出了感应耦合等离子体处理系统的简化的示意图；图2示出了电容耦合等离子体处理系统的简化的示意图；图3示出了根据本发明的一个实施例的探针的简化的示意图；图4示出了 4艮据本发明的一个实施例的纟笨针的简化的示意图， 其中在传导3各径和收集盘结构之间进行直^妻^接触；以及，图5示出了根据本发明的一个实施例的包括导线(wire)的传 导路径的简化的示意图。
具体实施方式
现在结合在附图中示出的数个优选实施例，详细描述本发明。 在以下说明中，将阐明许多具体细节以 <提供对本发明的透彻的理 解。但是，对于本领域的技术人员而言，显然，本发明可不使用这 些特定细节中的某些或全部而实施。在另一些情形下，熟知的处理 才喿作将不具体描述，以避免不必要地混淆本发明。虽然不希望限制于理^仑，4旦本发明人相信，可通过利用传感器 测量离子通量，来确定等离子体处理系统中的等离子体的电性质 组，该传感器大体上与该等离子体处理室表面共面，可选地，传感 器凹入等离子体室壁。通量通常定义为给定的量在单位时间内通过固定边界的速率。 对等离子体处理系统而言，离子通量通常表示由穿过等离子体室表 面或边界的等离子体中的离子所产生的每单位时间的能量(或功 率)。然后，可分析该等离子体-表面(或边界)的交互作用，从 而确定该等离子体本身内的电特性组。共面指的是，该传感器相对于等离子体室表面的位置，其中该 传感器的测量表面和该等离子体室的表面大体上在同一个平面上。 凹入指的是该传感器相对于等离子体室表面的位置，其中等离子体 室的表面在该传感器测量表面和该等离子体之间。与其它间接的测量技术(例如使用经受变形的非共面或非凹入 的干涉计)不同，共面或凹入的传感器可直4妄测量该等离子体室内 的条件。例如，共面离子通量探针可用于4全测室调整过程(conditioning process )的终点来测量等离子体性质(例如，离子々包 和电流、电子温度、浮动电位等)，以用于室匹配(例如，寻找名
义上应当相同的室之间的差异)、用于4企测该室内的J艮-匕和问题， 等。在一个实施例中，探针暴露于等离子体和反应性气体的部分由 不会以颗粒或不需要的化学物污染等离子体的材料组成。例如，在 介电蚀刻系统中，合适的材料包括硅、二氧化硅、以及含氟聚合物。 另外，为适当地起作用，当在室温和等离子体处理中通常建立的升高的温度(常规地在2ocrc或之上)之间循环时，在探针传导表面(conductive surface)与供电(powering) /传感(sensing) 电子器 件(例如，转换器等)之间的连接应当具有低的和稳定的电阻。现参考图3，示出了根据本发明的一个实施例的探针的简化示 意图。大体上，该探针由收集盘结构、传导路径、以及绝缘阻挡部 构成。收集盘结构302面向该等离子体，并通常由传导表面区域303 构成，该传导表面区i或303与等离子体室表面共面或者凹入该等离 子体室表面。在一个实施例中，收集盘结构302由金属化的硅组成。 收集盘结构302进一步连接到传导^各径306，该传导路径进而一4殳 地连接到供电/传感电子器件[未示出]，该电子器件可当緩慢的瞬时 电流对电容充电和放电时，测量该离子通量探针的I-V特性。在一 个实施例中，该背面(即，与传导^各径306^姿触的表面)；故用金属 进4亍賊射。在一个实施例中，传导^各径306由铝组成。在一个实施 例中，传导路径306由不锈钢组成。在一个实施例中，收集盘结构 302通过片簧308进一步连4妄到传导^各径306。在一个实施例中， 片簧308大体上为圓4主形。绝纟彖阻挡部304进一步将收集盘结构302和传导^各径306与等 离子体室[未示出]分离。在一个实施例中，绝缘阻挡部304是4妄地 罩。在一个实施例中，绝缘阻挡部304包括电介质，例如石英。在 一个实施例中，绝多彖阻挡部304包括陶资，例如氮化铝(aluminum nitride )、 fU匕铝(aluminum oxide)等。在一个实施例中，纟色纟彖阻
挡部304包括空气(真空)间隙，其足够小以防止在该间隙内形成 等离子体，但也足够大，以防止在传导^各径306和等离子体室[未示 出]之间的电级U文电。现参考图4,示出了根据本发明的一个实施例的探针的简化示 意图，其中在传导路径和收集盘结构之间进行直接接触。大体上， 如前所述，该纟笨4十由收集盘结构、传导3各径、以及绝纟彖阻挡部组成。 收集盘结构402面向该等离子体110，并通常由传导表面区域403 构成，该传导表面区i或403与等离子体室表面共面或者凹入该等离 子体室表面。在一个实施例中，收集盘结构402由金属化的硅组成。大致上， 金属化的硅更优于可污染该等离子体的更常用的探针材料(例如， 钨和氧化铝)。收集盘结构402进一步连接到传导^各径406,该传导 3各径进而一^:地连^妻到供电/传感电子器件[未示出]，该电子器件可 当緩慢的瞬时电流对电容充电和放电时，测量该离子通量探针的 I-V特性。在一个实施例中，该背面(即，与传导路径406接触的 表面) 一皮利用金属进4亍濺射。在一个实施例中，传导^各径406由铝 组成。在一个实施例中，传导3各径406由不4秀钢组成。在一个实施 例中，收集盘结构402通过片簧408进一步连接到传导3各径406。 在一个实施例中，片簧408大体上为圆柱形。绝》彖阻挡部404进一 步将收集盘结构402和传导^各径406与等离子体室[未示出]隔绝。 在一个实施例中，绝缘阻挡部404是接地罩。在一个实施例中，绝 缘阻挡部404包括石英。在一个实施例中，绝缘阻挡部404包括陶 瓷，例如氮化铝、氧化铝等。在一个实施例中，间隙415a存在于传导^各径406和绝纟彖阻挡 部404之间，从而^是供热膨胀的空间。在一个实施例中，间隙415a 足够小，以防止在该间隙中形成等离子体。在一个实施例中，间隙 415b存在于绝缘阻挡部404和等离子体室壁结构414之间，以提供
热膨月长的空间。在一个实施例中，间隙415b足够小，以防止在该 间隙中形成等离子体。在一个实施例中，O形环410 i殳置于收集盘结构402和绝纟彖阻 挡部404之间。在一个实施例中，0形环411设置于收集绝缘阻挡 部(collection insulation barrier ) 404和等离子体室壁结构414之间。 在一个实施例中，O形环410和O形环411由全氟^f匕弹'l"生体 (perfluoronated elastomer )(即,Perlast、 Parofluor、 Kalrez等)组 成。在一个实施例中，O形环410和O形环411由Teflon (聚四氟 乙烯)组成。在一个实施例中，0形环410大大降低了在收集盘结 构402和传导路径406之间的间隙中的电弧放电或点燃现象。在一 个实施例中，O形环411大体上降低了在传导路径406和绝缘阻挡 部404之间的间隙中的电弧;改电或点燃现象。在一个实施例中，O 形环410和411可大大减少该等离子体的来自于金属的污染，该金 属可能已如前所述溅射在收集盘结构402的背面上。在一个实施例中，该4笨针的温度大体上与该等离子体室的温度 相同。通常，因为等离子体配方趋向对等离子体处理系统内部件的 温度波动(即，蚀刻质量，等)高度敏感，所以温度的均一性是有 利的。在一个实施例中，导热的粘结层设置于传导^各径406和绝缘阻 挡部404之间。在一个实施例中，通过在盘结构402中嵌入热电偶 [未示出],以及环绕传导3各径406的电阻导线(resistive wire )[未示 出],可实现温度的闭环控制。现参考图5,根据本发明的一个实施例，传导路径包括导线。 一^:地，如前所述，该探针由收集盘结构502、传导路径506、以 及绝》彖阻挡部504组成。收集盘结构502面向等离子体110,并通
常由传导表面区域503构成，传导表面区域503与等离子体室表面 共面或凹入该等离子体室表面。在一个实施例中，收集盘结构502由金属化的硅组成。收集盘 结构502进一步连4妾到传导i 各径506,该传导^各径进而一^:连^妻到 供电/传感电子器件[未示出],该电子器件可当缓慢的瞬时电流对电 容充电和放电时，测量该离子通量探针的I-V特性。在一个实施例 中，该背面(即，与传导路径506接触的表面)被利用金属进行賊 射。在一个实施例中，传导^各径506由铝组成。在一个实施例中， 传导路径506由不锈钢组成。绝缘阻挡部504进一步将收集盘结构 502和传导^各径506与等离子体室514隔绝。在一个实施例中，绝 缘阻挡部504是接地罩。在一个实施例中，绝缘阻挡部504包括石 英。在一个实施例中，绝缘阻挡部504包括陶资，例如氮化铝、氧 化铝等。在一个实施例中，绝缘阻挡部504包括空气间隙，其足够 小防止等离子体在该间隙内形成，^f旦足够大以防止在传导3各径1006 和等离子体室514之间的电弧放电。在一个实施例中，O形环510 i殳置于收集盘结构502和等离子 体室壁结构514之间。在一个实施例中，O形环510由全氟化弹性 体(即，Perlast、 Parofluor、 Kalrez等)纟且成。在一个实施例中，O 形环510由Teflon组成。在一个实施例中，O形环510提供了在探 针507背部与该等离子体室[未示]之间的压力。该压力显著地改进 了探针在运行期间散热的能力。在一个实施例中，该纟笨针的温度大体上与该等离子体室的温度 相同。在一个实施例中，导热的粘结层i殳置于传导^各径506和绝纟彖 阻挡部504之间。在一个实施例中，通过在盘结构502中嵌入热电 偶[未示出],以及环绕传导3各径506的电阻导线[未示出]，可实现温 度的闭环控制。在一个实施例中，传导路径506包括连接到供电/ 传感电子元件的导线509。在一个实施例中，该导线利用螺紋连接到传导路径506。在一个实施例中，该导线利用BNC连接器[未示 出]连接到传导路径506。在一个实施例中，传导路径506在512处 直4妻物理4妄触收集盘结构502。在一个实施例中，该:探针偏置基本上不高于额定浮动电位，通 常结合所应用的RF电位/人该等离子体完全地得到该#罙针偏置。在 一个实施例中，该探针的热接地可通过压力和材料的使用而实现， 该材料(如石墨507)提供低热接触阻抗。在一个实施例中，通过 在盘结构502中嵌入热电偶[未示出],以及环绕传导路径506的电 阻导线[未示出]，可实现温度的闭环控制。尽管4艮据多个优选实施例描述了本发明，但是存在落入本发明 的范围内的变化、置换和等同方式。还应当注意，有4艮多实现本发 明的方法和装置的可选方式。本发明的优点包括用于测量等离子体中电性质组的装置。其它 的优点包括维持探针和等离子体室表面之间的基本溫度均一性，以 及避免会污染等离子体环境的材料，例如鴒和氧化铝。尽管已经公开了示范性的实施例和最佳方式，但可对这些公开 的实施例进行修改和变化，而仍保持在权利要求所限定的本发明的 主题,口4青^申内。
权利要求
1.一种探针装置，其配置为测量等离子体处理室内的电特性组，所述等离子体处理室包括配置为暴露于等离子体的等离子体室表面组，所述探针装置包括收集盘结构，其配置为暴露于所述等离子体，由此，所述收集盘结构与所述等离子体室表面组中的至少一个是共面的；传导路径，其配置为将所述电特性组从所述收集盘结构传输到转换器组，其中，所述电特性组由所述等离子体的离子通量产生；以及绝缘阻挡部，其配置为大体上将所述收集盘结构和所述传导路径与所述等离子体室表面组电分离。
2. 根据权利要求1所述的探针装置，其中，所述电特性包括电压、 相位、和电流中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的探针装置，其中，所述收集盘结构由金 属化的硅组成。
4. 根据权利要求1所述的探针装置，其中，所述收集盘结构连接 到所述传导^各径的表面，所述表面^皮用金属賊射。
5. 根据权利要求1所述的探针装置，其中，所述收集盘结构通过 至少一个片簧连接到所述传导路径的表面。
6. 根据权利要求1所述的探针装置，其中，所述传导路径包括铝、 不4秀钢中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的探针装置，其中，所述绝缘阻挡部包括石英、氮^f匕铝、和陶瓷中的至少一种。
8. 根据权利要求1所述的探针装置，进一步配置有在所述传导路 径和所述绝纟彖阻挡部之间的间隙。
9. 才艮据权利要求8所述的探针装置，其中，所述间隙足够小，从 而不在所述间隙内形成所述等离子体。
10. 才艮据^又利要求1所述的^笨针装置，进一步配置有在所述绝缘阻 挡部和所述等离子体室表面《且中的至少一个之间的间隙。
11. 根据权利要求10所述的探针装置，其中，所述间隙足够小， /人而不在所述间隙内形成所述等离子体。
12. —种探针装置，其配置为测量等离子体处理室内的电特性组， 所述等离子体处理室包括配置为暴露于等离子体的等离子体 室表面组，所述探针装置包括收集盘结构，其配置为暴露于所述等离子体，由此，所 述收集盘结构相对于等离子体室表面凹入，在所述等离子体室 表面内设置所述收集盘结构；传导路径，其配置为将所述电特性组由所述收集盘结构 传输到转换器组，其中所述电特性组由所述等离子体的离子通 量产生；以及绝缘阻挡部，其配置为大体上将所述收集盘结构和所述 传导路径与所述等离子体室表面组电分离。
13. 根据权利要求12所述的探针装置，其中，所述电特性包括电 压、相^立、和电流中的至少一种。
14. 根据权利要求12所述的探针装置，其中，所述收集盘结构由 金属化的硅组成。
15. 根据权利要求12所述的探针装置，其中，所述收集盘结构连 4妻到所述传导if各径的表面，所述表面一皮用金属賊射。
16. 根据权利要求12所述的探针装置，其中，所述收集盘结构通 过至少 一个片簧连接到所述传导^^径的表面。
17. 根据权利要求12所述的探针装置，其中，所述传导路径包括 铝、不《秀钢中的至少一种。
18. 根据权利要求12所述的探针装置，其中，所述绝缘阻挡部包 4舌石英、氮^f匕铝、和陶瓷中的至少一种。
19. 根据权利要求12所述的探针装置，进一步配置有在所述传导 3各径和所述绝缘阻挡部之间的间隙。
20. 根据权利要求19所述的探针装置，其中，所述间隙足够小， /人而不在所述间隙内形成所述等离子体。
21. 根据权利要求12所述的探针装置，进一步配置有在所述绝缘 阻挡部和所述等离子体室表面组中的至少 一个之间的间隙。
22. 根据权利要求21所述的探针装置，其中，所述间隙足够小， /人而不在所述间隙内形成所述等离子体。
全文摘要
公开了一种探针装置，其配置为测量等离子体处理室内的电特性组，该等离子体处理室包括配置为暴露于等离子体的等离子体室表面组。该探针装置包括收集盘结构，其配置为暴露于所述等离子体，由此，收集盘结构与该等离子体室表面组中的至少一个是共面的。该探针装置还包括传导路径，其配置为将该电特性组由该收集盘结构传输到转换器组，其中由该等离子体的离子通量产生该电特性组。该探针装置进一步包括绝缘阻挡部，其配置为大体上将收集盘结构和传导路径与所述等离子体室表面组电分离。
文档编号C02F1/00GK101213147SQ200680023933
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月13日 优先权日2005年6月29日
发明者克里斯托弗·金博尔, 埃里克·赫德森, 道格拉斯·凯尔, 阿列克谢·马拉赫塔诺夫 申请人:朗姆研究公司