提供一种测量处理室内的工艺参数的装置。该装置包括设于上电极的开口中的探针装置。探针装置包括探针头，该探针头包括头部和法兰部。该装置还包括设在该上电极和该法兰部之间的Ｏ形环。该装置进一步包括由定位在该头部和该上电极的开口之间的电气隔离材料制成的衬垫，以阻止该探针装置碰到该上电极。该衬垫包括被配置为至少支撑该法兰部的下侧的圆盘部。该衬垫还包括被配置为环绕该头部的中空柱形部。该衬垫在该Ｏ形环和到该处理室的开口之间形成直角路径，由此阻止该Ｏ形环和到该处理室的该开口的直视线路径。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于等离子体处理室中的包括真空间隙的面向等离子体的探针装置
技术介绍
等离子体处理系统已长时间用于将衬底处理为成品电子产品以制造集成电路 (IC)。可以使用各种等离子体产生技术产生等离子体，包括例如电感耦合等离子体、电容耦 合等离子体、微波、电子回旋共振(ECR)等。在衬底处理过程中，准确而及时地监控等离子体处理室内部的各种工艺参数是非 常需要的。面向等离子体的探针或传感器技术(其涉及将由导电材料制成的探针或传感器 的表面暴露于等离子体)已经长时间被用于这种监控任务。已被用于测量该工艺参数的 一类面向等离子体的监控探针是离子通量探针，比如名称为“Apparatus For Measuring A Set Of Electrical Characteristics In A Plasma” 的美国专利 7，319，316 中所描述的。 在上述美国专利7，319，316中，使用基本上共平面的探针测量该等离子体处理室内的离子 通量。然后使用测量的离子通量以确定例如室调整工艺的终点，用于测量等离子体的性质 (例如，离子饱和电流、电子温度、空载电势等)，用于室的匹配(例如，寻找名义上完全相同 的室之间的差异)，用于检测室中的缺陷和问题等。在本领域中已经实现了离子通量探针的一些量产型号，而且已经发现，改进的机 会是可能的。为了便于讨论，图1显示了典型的离子通量探针装置。在图1中，离子通量探 针102被设在等离子体处理室的上电极中的孔104中。该上电极通常是由铝或石墨形成的， 具有由合适材料(比如硅)形成的面向等离子体的表面106。离子通量探针102包含用于与支撑结构(显示了它的一部分112)耦合的茎110。 茎110通常是由导电导热材料(比如铝)形成的。隔离环114如图所示围绕茎110并被设 计来为茎Iio在孔104内提供中心定位支撑，以及将茎110从上电极的其它部分电气隔离。离子通量探针102还包括面向等离子体的探针头120，该探针头120是由被设计为 在化学和电气上基本类似于该上电极的面向等离子体的表面106的材料形成的以便于对 来自等离子体(在图1中位于该上电极下方)的参数进行精确测量。在图1的情况下，探 针头120也是由硅形成的。提供0形环130以阻止污染物通过离子通量探针102和孔104 之间的间隙136落入该室。间隙136是由机械容差带来的，也是为了适应工艺循环期间的 热膨胀。0形环130通常是由有弹性的弹性体形成的，也用作密封该室内部的工艺气体，避 免工艺气体向上通过上述间隙逸出。图中显示环132在探针头120周围。环132可以是由石英(如图1的示例的情 况)或其它合适的介电材料制成的。石英环132被设计为将探针头120与该上电极的其它 部分电气隔离。石英环132的辅助功能是保护0形环130免于被该室内产生的等离子体的 更高能离子和基团过度攻击。然而，已经注意到，离子通量探针的设计和离子通量探针在该室中的安装有改进 的机会。例如，已经发现石英环132的存在在等离子体处理过程中在该室中产生化学负载 状态，因为石英环132是与探针头120的硅材料或该上电极的面向等离子体的表面106的 硅材料不同的材料。在某些刻蚀工艺过程中，比如在介电蚀刻过程中，石英环132的蚀刻会改变该室内部的化学制品或等离子体的组成，导致该衬底上的不良的蚀刻结果。而且，随着 石英环132的耗费，在该上电极的下表面和探头120的面向等离子体的表面之间可能形成 缺口，并可能形成“聚合物陷阱”，潜在增加了在后续处理循环过程中衬底上的颗粒污染的 可能性。而且，当石英环132被侵蚀时，离子通量探针的测量可能失真，因为呈现到该等离 子体的该探针头的几何形状已经变化。如图1中所示，在平铺(tile)等离子体(其形成于图1的上电极下方)和0形环 130之间存在直视线。此直视线允许等离子体组成成分(比如高能离子和基团)到达该0 形环，从而促进0形环更快速地退化。0形环130的加速退化迫使进行更高频率的维护，以 替换0形环130，这导致更多的系统停机，减少了等离子体系统的吞吐量，并导致等离子体 处理工具的更高的持有成本。图1的装置的另一个问题涉及在离子通量探针102和该上电极的其它部分之间缺 乏机械参照(mechanical referencing)。因为离子通量探针102耦合于与该上电极机械独 立的支撑结构112，已经发现，为了确保探针头120与该上电极的下表面106齐平，离子通量 探针102在安装过程中的精确定位是一个挑战。图1的离子通量探针装置的另一个可被改进的方面涉及热平衡。对于精确测量， 需要该离子通量探针(尤其是离子探针头120)尽可能快地与该上电极的其它部分处于热 平衡。然而，因为图1的离子通量探针102机械耦合于支撑结构112并且只通过隔离环114 和石英环132( 二者都是相对差的导热体)偶然接触该上电极的其它部分，在探针头120和 上电极之间实现快速局部热平衡的目标总是不能令人满意地达到。
技术实现思路
在一个实施方式中，本专利技术涉及一种测量等离子体处理系统的处理室内的工艺参 数的装置。该装置包括设于上电极的开口中的探针装置，其中该探针装置包括探针头。该 探针头包括头部，该头部是具有面向等离子体的表面的柱形塞并且被定位在该上电极的该 开口内。该探针头还包括法兰部，该法兰部是直径比该头部的直径更大的中空柱体结构并 被定位在该上电极的上表面上方。该装置还包括设在该上电极的该上表面和该探针头的该 法兰部的面向底部的表面之间的0形环。该装置进一步包括由定位在该探针头的该头部的 竖直侧壁和该上电极的该开口的竖直侧壁之间的电气隔离材料制成的衬垫，以阻止当该探 针装置被插入该上电极的该开口时该探针装置碰到该上电极。该衬垫包括被配置为至少支 撑该探针头的该法兰部的下侧的圆盘部。该衬垫还包括被配置为环绕该探针头的该头部的 中空柱形部，其中该中空柱形部具有比该圆盘部更小的直径。该衬垫在该0形环和到该处 理室的开口之间形成直角路径，由此阻止该0形环和到该处理室的该开口的直视线路径。上述
技术实现思路
只涉及此处披露的本专利技术的许多实施方式中的一个，并不是为了限 制本专利技术的范围，本专利技术的范围如权利要求所述。在下面本专利技术的具体实施方式部分，结合 附图，对本专利技术的这些及其他特征进行更加详细的描述。附图说明本专利技术是以附图中各图中的实施例的方式进行描绘的，而不是通过限制的方式， 其中类似的参考标号指示类似的元件，其中图1显示一种现有技术离子通量探针装置。图2显示，按照本专利技术的一个实施方式，一种改进的离子通量探针装置。 具体实施例方式现在参考附图中描绘的一些优选实施方式，对本专利技术进行详细描述。在下面的描 述中，阐明了许多具体细节以提供对本专利技术的彻底理解。然而，显然，对于本领域的技术人 员来说，本专利技术没有这些具体细节中的一些或全部仍然可以实施。在其它情况下，没有对已 知的工艺步骤和/或结构进行详细描述，以免不必要地模糊本专利技术。本专利技术的实施方式涉及一种改进的离子通量设计，其中消除了隔离/垫衬环的介 电材料(比如图1的石英环132的石英材料)对等离子体的直接暴露。而且，结合了创新 的设计变化(比如使用高纵横比真空间隙和成锐角的等离子体-到-ο形环路径)以延长 该0形环的寿命。而且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量等离子体处理系统的处理室内的工艺参数的装置，包含： 设于上电极的开口中的探针装置，其中所述探针装置包括探针头且所述探针头包括 头部，其中所述头部是具有面向等离子体的表面的柱形塞并且被定位在所述上电极的所述开口内，以及 法兰部，其中所述法兰部是直径比所述头部的直径更大的中空柱体结构并被定位在所述上电极的上表面上方； 设在所述上电极的所述上表面和所述探针头的所述法兰部的面向底部的表面之间的Ｏ形环；以及 由定位在所述探针头的所述头部的竖直侧壁和所述上电极的所述开口的竖直侧壁之间的电气隔离材料制成的衬垫，以阻止当所述探针装置被插入所述上电极的所述开口时所述探针装置碰到所述上电极，其中所述衬垫包括 被配置为至少支撑所述探针头的所述法兰部的下侧的圆盘部，以及 被配置为环绕所述探针头的所述头部的中空柱形部，其中所述中空柱形部具有比所述圆盘部更小的直径，其中所述衬垫在所述Ｏ形环和到所述处理室的开口之间形成直角路径，由此阻止所述Ｏ形环和到所述处理室的所述开口的直视线路径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰保罗·布斯，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US
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