[發(fā)明專利]用于等離子體處理室中的包括真空間隙的面向等離子體的探針裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980127002.4
• 申請日: 2009-07-07
• 公開（公告）號: CN102084475A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰-保羅·布斯;道格拉斯·L·凱爾
• 申請（專利權(quán)）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/3065;H01L21/205
• 代理公司: 上海勝康律師事務(wù)所 31263
• 代理人: 周文強(qiáng);李獻(xiàn)忠

背景技術(shù)

等離子體處理系統(tǒng)已長時間用于將襯底處理為成品電子產(chǎn)品以制造集成電路(IC)。可以使用各種等離子體產(chǎn)生技術(shù)產(chǎn)生等離子體，包括例如電感耦合等離子體、電容耦合等離子體、微波、電子回旋共振(ECR)等。

在襯底處理過程中，準(zhǔn)確而及時地監(jiān)控等離子體處理室內(nèi)部的各種工藝參數(shù)是非常需要的。面向等離子體的探針或傳感器技術(shù)(其涉及將由導(dǎo)電材料制成的探針或傳感器的表面暴露于等離子體)已經(jīng)長時間被用于這種監(jiān)控任務(wù)。已被用于測量該工藝參數(shù)的一類面向等離子體的監(jiān)控探針是離子通量探針，比如名稱為“Apparatus?For?Measuring?A?Set?Of?Electrical?Characteristics?In?A?Plasma”的美國專利7,319,316中所描述的。在上述美國專利7,319,316中，使用基本上共平面的探針測量該等離子體處理室內(nèi)的離子通量。然后使用測量的離子通量以確定例如室調(diào)整工藝的終點(diǎn)，用于測量等離子體的性質(zhì)(例如，離子飽和電流、電子溫度、空載電勢等)，用于室的匹配(例如，尋找名義上完全相同的室之間的差異)，用于檢測室中的缺陷和問題等。

在本領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了離子通量探針的一些量產(chǎn)型號，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)的機(jī)會是可能的。為了便于討論，圖1顯示了典型的離子通量探針裝置。在圖1中，離子通量探針102被設(shè)在等離子體處理室的上電極中的孔104中。該上電極通常是由鋁或石墨形成的，具有由合適材料(比如硅)形成的面向等離子體的表面106。

離子通量探針102包含用于與支撐結(jié)構(gòu)(顯示了它的一部分112)耦合的莖110。莖110通常是由導(dǎo)電導(dǎo)熱材料(比如鋁)形成的。隔離環(huán)114如圖所示圍繞莖110并被設(shè)計(jì)來為莖110在孔104內(nèi)提供中心定位支撐，以及將莖110從上電極的其它部分電氣隔離。

離子通量探針102還包括面向等離子體的探針頭120，該探針頭120是由被設(shè)計(jì)為在化學(xué)和電氣上基本類似于該上電極的面向等離子體的表面106的材料形成的以便于對來自等離子體(在圖1中位于該上電極下方)的參數(shù)進(jìn)行精確測量。在圖1的情況下，探針頭120也是由硅形成的。提供O形環(huán)130以阻止污染物通過離子通量探針102和孔104之間的間隙136落入該室。間隙136是由機(jī)械容差帶來的，也是為了適應(yīng)工藝循環(huán)期間的熱膨脹。O形環(huán)130通常是由有彈性的彈性體形成的，也用作密封該室內(nèi)部的工藝氣體，避免工藝氣體向上通過上述間隙逸出。

圖中顯示環(huán)132在探針頭120周圍。環(huán)132可以是由石英(如圖1的示例的情況)或其它合適的介電材料制成的。石英環(huán)132被設(shè)計(jì)為將探針頭120與該上電極的其它部分電氣隔離。石英環(huán)132的輔助功能是保護(hù)O形環(huán)130免于被該室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的更高能離子和基團(tuán)過度攻擊。

然而，已經(jīng)注意到，離子通量探針的設(shè)計(jì)和離子通量探針在該室中的安裝有改進(jìn)的機(jī)會。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)石英環(huán)132的存在在等離子體處理過程中在該室中產(chǎn)生化學(xué)負(fù)載狀態(tài)，因?yàn)槭h(huán)132是與探針頭120的硅材料或該上電極的面向等離子體的表面106的硅材料不同的材料。在某些刻蝕工藝過程中，比如在介電蝕刻過程中，石英環(huán)132的蝕刻會改變該室內(nèi)部的化學(xué)制品或等離子體的組成，導(dǎo)致該襯底上的不良的蝕刻結(jié)果。而且，隨著石英環(huán)132的耗費(fèi)，在該上電極的下表面和探頭120的面向等離子體的表面之間可能形成缺口，并可能形成“聚合物陷阱”，潛在增加了在后續(xù)處理循環(huán)過程中襯底上的顆粒污染的可能性。而且，當(dāng)石英環(huán)132被侵蝕時，離子通量探針的測量可能失真，因?yàn)槌尸F(xiàn)到該等離子體的該探針頭的幾何形狀已經(jīng)變化。

如圖1中所示，在平鋪(tile)等離子體(其形成于圖1的上電極下方)和O形環(huán)130之間存在直視線。此直視線允許等離子體組成成分(比如高能離子和基團(tuán))到達(dá)該O形環(huán)，從而促進(jìn)O形環(huán)更快速地退化。O形環(huán)130的加速退化迫使進(jìn)行更高頻率的維護(hù)，以替換O形環(huán)130，這導(dǎo)致更多的系統(tǒng)停機(jī)，減少了等離子體系統(tǒng)的吞吐量，并導(dǎo)致等離子體處理工具的更高的持有成本。

圖1的裝置的另一個問題涉及在離子通量探針102和該上電極的其它部分之間缺乏機(jī)械參照(mechanical?referencing)。因?yàn)殡x子通量探針102耦合于與該上電極機(jī)械獨(dú)立的支撐結(jié)構(gòu)112，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了確保探針頭120與該上電極的下表面106齊平，離子通量探針102在安裝過程中的精確定位是一個挑戰(zhàn)。