谐振工艺监视器的制作方法

实施方式涉及半导体制造领域，并且具体来说，涉及用于对腔室性能进行实时监测中的谐振工艺监视器。

背景技术：

在半导体制造中，需要密切分析腔室性能，以便确保高产率、腔室匹配、工艺均匀性等。目前，腔室性能是由从腔室获得的输出来确定(即，检查经处理的基板以确定腔室是否正确地运作)。此外，可能在腔室处理一定数量的基板之后使腔室离线以进行清洁或校准。

半导体制造工具还可以包括消耗性产品。例如，边缘环和工艺环通常是需要周期性地被替换的消耗性产品。由于使工具离线来进行维护是昂贵的，因此知道消耗性部件的可用寿命是重要的。过早替换消耗性部件导致增加的停机时间。过迟替换消耗性部件导致不良的腔室性能。

技术实现要素：

本文所述的实施方式包括谐振工艺监视器以及形成这种谐振工艺监视器的方法。在一个实施方式中，谐振工艺监视器包括框架，所述框架具有第一开口和第二开口。在一个实施方式中，谐振主体密封框架的第一开口。在一个实施方式中，在谐振主体的第一表面上的第一电极接触框架，并且第二电极在谐振主体的第二表面上。实施方式还包括背板，所述背板密封框架的第二开口。在一个实施方式中，背板机械地耦接到框架，并且谐振主体、背板和框架的内表面限定空腔。

额外实施方式包括处理工具，所述处理工具包括谐振工艺监视器。在一个实施方式中，处理工具可包括腔室、基座和围绕所述基座的边缘环。在一个实施方式中，谐振工艺监视器可整合在腔室的壁中或整合在边缘环中。在一个实施方式中，谐振工艺监视器可包括框架，所述框架具有第一开口和第二开口。在一个实施方式中，谐振主体密封框架的第一开口。在一个实施方式中，在谐振主体的第一表面上的第一电极接触框架，并且第二电极在谐振主体的第二表面上。实施方式还包括背板，所述背板密封框架的第二开口。在一个实施方式中，背板机械地耦接到框架，并且谐振主体、背板和框架的内表面限定空腔。

额外实施方式包括一种形成谐振工艺监视器的方法。在一个实施方式中，所述方法可包括使谐振主体上的第一电极与框架接触。在一个实施方式中，谐振主体密封框架中的第一开口。实施方式随后可继续使接触组件的第一端与谐振主体上的第二电极接触。在一个实施方式中，接触组件的第二端由背板支撑。其后，实施方式可包括将背板固定到框架。在一个实施方式中，背板密封框架中的第二开口。在一个实施方式中，谐振主体、背板和框架的内侧壁限定空腔。实施方式随后可包括在第一电极的至少一部分之上形成阻挡层。

附图说明

图1a是根据一个实施方式的具有形成在第一电极的表面之上的阻挡层和框架的谐振工艺监视器的截面图。

图1b是根据一个实施方式的谐振工艺监视器的框架的截面图。

图1c是根据一个实施方式的具有主要形成在第一电极的表面之上的阻挡层的谐振工艺监视器的截面图。

图1d是根据一个实施方式的不具有阻挡层的谐振工艺监视器的截面图。

图2a是根据一个实施方式的基座和包括谐振工艺监视器的边缘环的截面图。

图2b是根据一个实施方式的基座和具有多个谐振工艺监视器的边缘环的平面图。

图3是根据一个实施方式的包括被整合到腔室的侧壁中的谐振工艺监视器的处理工具的示意图。

图4是根据一个实施方式的用于制造谐振工艺监视器的工艺的工艺流程图。

图5a是根据一个实施方式的被附接到框架的谐振主体的截面图。

图5b是根据一个实施方式的与第二电极接触的接触组件和被固定到背板的框架的截面图。

图5c是根据一个实施方式的在谐振工艺监视器之上形成阻挡层之后的截面图。

图6示出根据一个实施方式的可与包括实时监测仅径向的蚀刻工艺的蚀刻速率的工艺结合使用的示例性计算机系统的框图。

具体实施方式

根据各个实施方式来描述包括了谐振工艺监视器的系统以及谐振工艺监视器的使用。在以下描述中，阐述了很多具体细节来提供对实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员将明显的是，可在不具有这些具体细节的情况下实践实施方式。在其它实例中，不详细描述熟知方面，以便不会不必要地模糊实施方式。此外，将理解到，附图所示的各种实施方式是说明性表示，并且不一定按比例绘制。

如上文所提及的，腔室性能是对许多不同处理参数有贡献的因素。然而，目前难以实时测量所述参数。由此，本文所述的实施方式包括谐振工艺监视器，用于监测腔室性能以及消耗性产品的寿命。在一些实施方式中，本文所述的谐振工艺监视器可用于实时监测腔室性能。

具体来说，本文所述的实施方式包括使用谐振主体的谐振工艺监视器。谐振主体的质量的变化导致谐振主体的谐振频率的变化。如本文所使用的，“谐振主体的质量的变化”可指由谐振主体支撑的层的质量的变化。例如，在谐振主体之上沉积材料层在本文中可被称为“增加谐振主体的质量”，并且蚀刻由谐振主体支撑的材料层可被称为“减小谐振主体的质量”，尽管在两种情况下，谐振主体本身的质量可能不变化。

在一个实施方式中，随着谐振主体的质量变化，谐振主体的谐振频率单调地变化。例如，在蚀刻工艺中，由谐振主体支撑的层的质量减小引起谐振主体的谐振频率增加。谐振频率的增加可被实时测量，并且谐振频率的变化速率被转换为由谐振主体支撑的层的质量的变化速率。由于知道膜材料的密度，质量的变化速率随后可转换为由谐振主体支撑的层的厚度的变化速率。

现在参考图1a，根据一个实施方式示出了谐振工艺监视器150的截面图。在一个实施方式中，谐振工艺监视器150可包括框架120。如图1b所示，框架120可包括第一开口o1和第二开口o2。在一个实施方式中，框架120的第一开口o1和框架120的第二开口o2可具有不同尺寸，或尺寸可能基本上相似。在所示出的实施方式中，第一开口o1和第二开口o2具有基本上相似的中心线，然而，实施方式不限于这种构造。在一个实施方式中，框架120可以是任何导电材料。例如，框架120可包括al、ti、w、mo、si、sic、不锈钢、它们的合金或任何其它导体中的一种或多种。

现在回到图1a，在一个实施方式中，第一开口o1可由谐振主体140密封。在一个实施方式中，谐振主体140的第一电极141可与框架120的表面直接接触，以便密封第一开口o1。在一个实施方式中，第一电极141可以是任何导电材料。例如，第一电极141可包括al、ti、w、mo、tin、si、sic、ag、au、它们的合金或任何其它导体中的一种或多种。第二开口o2可利用背板130来密封。在一个实施方式中，可利用任何合适的紧固件来将背板130机械地耦接到框架120。例如，可利用螺钉等(未图示)将背板130固定到框架120。在一个实施方式中，背板130可以与框架140电隔离。在一个实施方式中，o形环或其它垫圈180可位于框架140与背板130之间的结处。如本文所使用，“密封的”开口指被覆盖的开口，并且“密封”开口的部件指覆盖开口的部件。将了解，“密封件”可具有不同的质量，并且实施方式不限于任何特定的密封质量。例如，在本文所述的一些实施方式中，“密封的开口”可被气密地密封。其它实施方式可包括不是被气密地密封的“密封的开口”。

密封的开口o1和o2在谐振工艺监视器150中形成空腔110。在一个实施方式中，空腔110可由框架120的内表面121、背板130和谐振主体140的第一电极141限定。因为空腔110减少或消除在谐振工艺监视器150与处理腔室之间的污染，所以空腔110是有益的。在一些实施方式中，空腔110可以是气密地密封的空腔。

在一个实施方式中，阻挡层160可形成在框架140的和第一电极141的表面之上。阻挡层160提供防止在谐振工艺监视器150与处理腔室之间的交叉污染的额外保护。在一个实施方式中，阻挡层160是抗蚀刻材料。如本文所使用，“抗蚀刻”指的是与期望被蚀刻的基板上的层相比更显著地抵抗蚀刻化学物质的材料。例如，抗蚀刻材料可以以1:10或更大、1:100或更大、1:1000或更大或者1:10000或更大的速率来蚀刻。实施方式可包括对于阻挡层160来说是抗蚀刻的任何合适的材料。例如，阻挡层160可包括y2o3、al2o3、hfo2、zro2、la2o3、或它们的组合；或者这些氧化物的氮化物y-o-n、al-o-n、hf-o-n、zr-o-n、la-o-n、或它们的组合；或这些氧化物的氟化物y-o-f、al-o-f、hf-o-f、zr-o-f、la-o-f、或它们的组合；或ain；或一种或多种阻挡层材料的堆叠等。在一个实施方式中，阻挡层160可以是与用于内部腔室壁涂层的材料相同的材料。在一个实施方式中，阻挡层160可以是与处理腔室中的边缘环相同的材料。在一个实施方式中，阻挡层160可具有在大约10nm与200μm之间的厚度t。

在一些实施方式中，第一电极141和框架120的表面可能不完全直接接触(例如，框架120和/或第一电极141的表面粗糙度可能不允许在两个表面之间形成气密的密封)。在这样的实施方式中，阻挡层160改进第一开口o1的密封。在一些实施方式中，阻挡层160可提供第一开口的气密密封。

在所示出的实施方式中，阻挡层160形成在框架120的整个上表面之上以及由第一开口o1暴露的第一电极141的整个表面之上。然而，将理解到，阻挡层160不需要覆盖框架120的整个表面。例如，图1c是截面图，其中阻挡层160仅覆盖在第一电极141附近的框架120的一部分。在一些实施方式中，阻挡层160可形成在第一电极141的整个暴露表面之上以及接缝148之上，在所述接缝148处框架120结束并且第一电极141的暴露表面开始。在这种实施方式中，在接缝148之上形成的阻挡层160可足以确保第一开口o1的气密密封。在额外的实施方式中，阻挡层160可仅形成在第一电极141之上(即，阻挡层160不接触框架120的顶表面)。

在图1d中所示出的又一实施方式中，可以在没有阻挡层160的情况下形成谐振工艺监视器150。在这种实施方式中，可以暴露框架120和第一电极141的表面。在这种实施方式中，第一电极141还可用作对谐振主体140的阻挡层(即，第一电极141是唯一覆盖谐振主体140的顶表面的层)。

参考回图1a，谐振主体140可以设置在第一电极141与第二电极142之间。谐振主体140可以是随着谐振主体的质量变化而改变谐振频率的材料。如上文所提及的，“谐振主体的质量变化”可指由谐振主体140支撑的层(例如，阻挡层160或沉积在阻挡层160上的任何其它层(未图示))的质量变化。在一个实施方式中，谐振主体140可以是压电材料。例如，谐振主体140可以是石英、蓝宝石、半导体材料(诸如硅、锗或其它ⅲ-v半导体材料)、锆钛酸铅等。

在一个实施方式中，第一电极141和第二电极142可以是任何合适的导电材料。在一个实施方式中，第一电极141和第二电极142可包括al、ti、w、mo、tin、si、sic、ag、au、它们的合金或任何其它导体中的一种或多种。在所示出的实施方式中，第二电极142不覆盖谐振主体140的整个下表面，但将理解，实施方式不限于这种构造。例如，在一些实施方式中，第二电极142可覆盖谐振主体140的整个下表面。第一电极141被示出为覆盖谐振主体140的整个上表面。然而，将理解，在一些实施方式中，第一电极141不需要覆盖谐振主体140的整个上表面。此外，实施方式可包括具有不同表面积的第一电极141和第二电极142。例如，第二电极142可具有与第一电极141相比更小的表面积。在又一实施方式中，第一电极141和第二电极142的表面积可基本上相同。

在一个实施方式中，接触组件138可从背板130朝向谐振主体140的第二电极142延伸。接触组件138的第一端可直接接触第二电极142，并且接触组件138的第二端可直接接触背板130。在一个实施方式中，接触组件138可包括任何数量的部件，所述部件提供在第二电极142与背板130之间的电连接。在所示出的实施方式中，一对导电销135被示出为提供电连接。额外实施方式可包括接触组件(所述接触组件包括导电主体)、具有多个突起的单个导电主体、或能够施加轴向力的任何其它电连接。

在一个实施方式中，背板130由不导电的材料形成。在这种实施方式中，接触组件138的第二端可接触背板130的导电垫132。导电垫132可通过形成到背板中的导电迹线和/或接线133来电耦接到频率电桥170。在一个实施方式中，导电迹线和/或接线133可包括同轴电缆。在这种实施方式中，由于同轴电缆133可与背板130电隔离，背板130可处于接地电位175。

在背板130是导电材料的实施方式中，可省略导电垫132。在这种实施方式中，导电迹线或接线可将背板电耦接到频率电桥170。在这种实施方式中，背板130与框架120电隔离。在一些实施方式中，垫圈180可足以将框架120与背板130电隔离。然而，在额外实施方式中，框架120和背板130中的一个或两个可具有用于提供电隔离的绝缘涂层。在一个实施方式中，电耦接到第一电极141的框架120可电耦接到频率电桥170。在一个实施方式中，框架120可以耦接到接地175，使得将第一电极保持在接地电位。

将理解，维持在背板130的导电部分与第二电极之间的电接触对于保证谐振工艺监视器150的正常运转而言是关键的。由此，轴向力(如由箭头指示的那样)可由接触组件138来施加。轴向力可足以在操作期间维持接触，而不压裂脆弱的谐振主体140。在一个实施方式中，总轴向力可以在大约0.1n与10.0n之间。在一个实施方式中，轴向力可以是大约1.0n。

在一些实施方式中，由接触组件138施加的轴向力还可保证在第一电极141与框架120之间形成正确的接触。例如，由接触组件138施加的轴向力可以是唯一的保持第一电极141与框架120直接接触的外力。在额外实施方式中，第一电极141可通过接合直接固定到框架。例如，一些实施方式可包括扩散接合到框架120的第一电极。在这种实施方式中，即使移除了接触组件138，谐振主体140的第一电极141仍可保持与框架120接触。

现在参考图2a，根据一个实施方式示出了基座264和包括被整合的谐振工艺监视器150的边缘环265的截面图。在所示出的实施方式中，谐振工艺监视器150被示出为块，以便不模糊实施方式的方面。然而，将理解，谐振工艺监视器150可基本上类似于上文关于图1a和图1b来描述的谐振工艺监视器。

在一个实施方式中，边缘环265可放置在基座264上。基座264可以是在处理工具(诸如半导体处理工具等)中使用的任何合适的基座。示意性示出基座，并且将理解，如在本领域中已知的，额外部件可整合到基座中。基板262可由基座264支撑。基板262可以是正在处理工具中被处理的任何基板，诸如半导体基板、蓝宝石基板、玻璃基板等。在一个实施方式中，边缘环265可环绕基板262的周边。

在一个实施方式中，谐振工艺监视器150可整合到边缘环265中。谐振工艺监视器150可定位在边缘环265的内边缘附近。在具体实施方式中，工艺监视器150的边缘可与基板162的边缘以距离d间隔开。在一个实施方式中，距离d可小于300mm。在一个实施方式中，距离d可小于100mm。在一个实施方式中，距离d可小于10mm。

在一个实施方式中，可由一个或多个导线251a将谐振工艺监视器150电耦合穿过基座264并且电耦合出工艺腔室(未图示)。将理解，一个或多个导线251可包括许多与腔室不同的出口路径。例如，线251a完全地形成在基座264中。在不同的实施方式中，线251b的长度的至少一部分可形成在基座264外部。在又一实施方式中，如线251c所示，导线可通过穿过壁来退出腔室。由此，可实时获得来自工艺监视器150的数据，以提供对腔室性能的“原位”分析。

具体来说，将谐振工艺监视器150整合到边缘环265中允许监测边缘环的状况。例如，牺牲层(未图示)可形成在阻挡层之上，所述阻挡层具有与边缘环相同的材料。在处理期间的牺牲层的厚度变化可以由谐振工艺监视器150来实时监测。由此，可以基于来自谐振工艺监视器150的信息来确定何时需要更换边缘环265(例如，由于被腐蚀低于某一阈值而需要更换边缘环265)。

现在参考图2b，根据一个实施方式示出了图2a中的系统的平面图。在所示出的实施方式中，将四个谐振工艺监视器150整合到边缘环265中。然而，将理解，可将任何数量的谐振工艺监视器150(例如，一个或多个谐振工艺监视器150)整合到边缘环265中。

现在参考图3，根据一个实施方式示出了具有整合的谐振工艺监视器150的处理工具300的截面图。在一个实施方式中，可使一种或多种处理气体穿过气体通口/通风口303/304流到腔室307中。可利用功率源(例如，射频源或微波频率源)将处理气体离子化，所述功率源耦接到施加器302来形成等离子体306。在一个实施方式中，施加器302可以是腔室的盖388的部件。等离子体306可与位于基座264上的基板262的表面相互作用。在一个实施方式中，边缘环265可包围基板262。尽管未在图3中示出，但将理解，工具300可包括被整合到边缘环265(类似于图2a中描述的边缘环)中的谐振工艺监视器150。将理解，图3中所示出的处理工具300本质上是示例性的，并且通过移除本领域的一般技术人员已知的部件(例如，真空泵、加热元件、电部件等)来高度简化，以便不模糊各个实施方式的方面。

在一个实施方式中，谐振工艺监视器150可以被定向使得第一电极的面从腔室300的壁308向外导向。如本文所使用的，腔室300的壁308可指侧壁、盖388的表面以及施加器302的表面。例如，谐振工艺监视器150a可沿着腔室300的侧壁308定位，谐振工艺监视器150b可沿着腔室300的盖壁308定位，或者谐振工艺监视器150c可沿着处理腔室300的施加器壁308定位。在一个实施方式中，谐振工艺监视器150形成腔室300的壁308的一部分。例如，框架120和/或背板130可形成腔室300的壁308的一部分。在一个实施方式中，谐振工艺监视器150的阻挡层160可以是与用于涂布腔室300的内壁308的材料相同的材料。如此，可对内表面涂层的变化进行实时监测。

现在参考图4以及图5a至图5c，根据一个实施方式示出了用于制造谐振工艺监视器150的工艺490的工艺流程图。现在参考操作491，如图5a所示，工艺490可以包括使谐振主体140上的第一电极与框架120接触。在一个实施方式中，谐振主体的第一电极141密封框架120中的第一开口o1。在一个实施方式中，第一电极141可接合到框架120。例如，第一电极141可扩散接合到框架120。在一些实施方式中，第一电极141可气密地密封第一开口o1。

现在参考操作492，如图5b所示，工艺490可包括使接触组件138的第一端与谐振主体140上的第二电极142接触。在一个实施方式中，接触组件138的第二端由背板130支撑。在一个实施方式中，如由箭头所示的那样，接触组件可将轴向力施加到谐振主体140上。例如，轴向力可在大约0.1n与10.0n之间。

现在参考操作493，工艺490可包括将背板130固定到框架120。在一个实施方式中，可利用诸如螺钉等的紧固件(未图示)将框架120固定到背板130。在一个实施方式中，背板130密封框架120中的第二开口o2。在一个实施方式中，垫圈或o形环可分开背板130与框架120。在一个实施方式中，框架120与背板130电隔离。在一个实施方式中，空腔110由第一电极141、背板130以及框架120的内表面121限定。在一个实施方式中，空腔110是气密密封的空腔。

现在参考操作494，如图5c所示，工艺490可包括在第一电极141的至少一部分之上形成阻挡层160。在一个实施方式中，阻挡层160形成在第一电极141以及框架120的表面之上。在一个实施方式中，阻挡层160气密地密封第一开口o1。在一个实施方式中，阻挡层160是抗蚀刻材料。例如，阻挡层160可包括y2o3、al2o3、hfo2、zro2、la2o3、或它们的组合；或这些氧化物的氮化物y-o-n、al-o-n、hf-o-n、zr-o-n、la-o-n、或它们的组合；或这些氧化物的氟化物y-o-f、al-o-f、hf-o-f、zr-o-f、la-o-f、或它们的组合；或ain；或一种或多种阻挡层材料的堆叠等。在一个实施方式中，利用任何合适的沉积工艺形成阻挡层160，所述合适的沉积工艺诸如溅射、ald、等离子体增强ald(peald)、cvd、等离子体增强cvd(pecvd)、蒸发、溅射、等离子体电弧涂布、气溶胶涂布或者一种以上工艺的组合。在一个实施方式中，阻挡层160可在大约10nm与200μm之间。在一个实施方式中，沉积工艺在小于200℃的温度下实施。在一个实施方式中，沉积工艺在小于150℃的温度下实施。

现在参考图6，根据一个实施方式示出了处理工具的示例性计算机系统660的框图。在一个实施方式中，计算机系统660耦接到处理工具，并且控制处理工具中的处理。计算机系统660可连接(例如，网络连接)到局域网(lan)、内联网、外联网或因特网中的其它机器。计算机系统660可在客户端-服务器网络环境中的服务器或客户端机器的能力中操作，或者作为在对等(或分布式)网络环境中的对等机器操作。计算机系统660可以是个人计算机(pc)、平板pc、机顶盒(stb)、个人数字助理(pda)、蜂窝电话、网络设备、服务器、网络路由器、交换机或桥接器、或者能够(连续或以其它方式)执行指令集的任何机器，所述指令集规定要由机器采取的动作。另外，尽管针对计算机系统660仅示出单个机器，但术语“机器”也应被认为包括独立地或联合地执行指令集(或多个指令集)以执行本文所述的方法中的任何一种或多种方法的机器(例如，计算机)的任何集合。

计算机系统660可包括具有其上存储有指令的非瞬态机器可读介质的计算机程序产品或软件622，所述计算机程序产品或软件可用于编程计算机系统660(或其它电子设备)以执行根据实施方式的工艺。机器可读介质包括用于以可由机器(例如，计算机)读取的形式来存储或传输信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存存储器设备等)、机器(例如，计算机)可读传输介质(电信号、光学信号、声学信号或其它形式的传播信号(例如，红外信号、数字信号等))等。

在一个实施方式中，计算机系统660包括经由总线630彼此通信的系统处理器602、主存储器604(例如，只读存储器(rom)、闪存存储器、动态随机存取存储器(dram)(诸如同步dram(sdram)或存储器总线dram(rdram)等)、静态存储器606(例如，闪存存储器、静态随机存取存储器(sram)等)和辅助存储器618(例如，数据存储设备)。

系统处理器602代表一个或多个通用处理设备，诸如微系统处理器、中央处理单元等。更具体来说，系统处理器可以是复杂指令集计算(cisc)微系统处理器、精简指令集计算(risc)微系统处理器、超长指令字(vliw)微系统处理器、实施其它指令集的系统处理器、或实施指令集组合的系统处理器。系统处理器602也可以是一个或多个专用处理装置，诸如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号系统处理器(dsp)、网络系统处理器等。系统处理器602经构造为执行用于执行本文所述的操作的处理逻辑单元626。

计算机系统660可进一步包括用于与其它设备或机器进行通信的系统网络接口设备608。计算机系统660也可包括视频显示单元610(例如，液晶显示器(lcd)、发光二极管显示器(led)、或阴极射线管(crt))、字母数字输入设备612(例如，键盘)、光标控制设备614(例如，鼠标)和信号生成设备616(例如，扬声器)。

辅助存储器618可包括其上存储有一个或多个指令集(例如，软件622)的机器可存取存储介质631(或更特定地，计算机可读存储介质)，所述指令集体现本文所述的方法或功能中的任何一种或多种方法或功能。软件622在由计算机系统660执行期间也可完全地或至少部分地驻留在主存储器604内和/或系统处理器602内，主存储器604和系统处理器602也构成机器可读存储介质。软件622可进一步在网络620上经由系统网络接口装置608传输或接收。

尽管在示例性实施方式中将机器可存取存储介质631示出为单个介质，但术语“机器可读存储介质”应被认为包括存储一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”也应被认为包括能够存储或编码指令集以用于由机器执行并且使机器执行方法中的任何一种或多种方法的任何介质。术语“机器可读存储介质”由此应被认为包括但不限于固态存储器、以及光学介质和磁性介质。

在以上描述中，已描述了特定的示例性实施方式。显而易见，可以在不脱离以下权利要求的范围的情况下对其进行各种修改。由此，说明书和附图将被视为说明性意义而非限制性意义。