CN101039543A - 可调整高度的等离子体离子流探头 - Google Patents

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Abstract

提供了用于等离子体处理室内的等离子体探头组件。提供了在其第一端处带有探头表面的半导体探头元件。电连接器电气地连接到半导体探头元件。电绝缘套筒围绕了探头元件的至少部分。调整装置连接到半导体探头，使得探头表面与等离子体处理室的内部室表面共平面。

Description

可调整高度的等离子体离子流探头
技术领域
本发明一般地涉及基片制造技术，且更特定地涉及用于测量在等离子体内的一组电气特性的设备。
背景技术
在基片处理中，例如处理半导体晶片、MEMS装置或如用于制造平板显示器的玻璃板的处理中，经常使用等离子体。作为处理基片(化学蒸汽沉积、等离子体增强化学蒸汽沉积、物理蒸汽沉积、蚀刻等)的部分，例如基片被分为多个芯片或矩形区，它们的每个将变成集成电路。基片然后在一系列步骤中处理，其中材料被选择地移除(蚀刻)且沉积(沉积)以在其上形成电气部件。
在典型的等离子体处理中，基片在蚀刻前涂敷以硬化的感光乳剂(例如光致抗蚀剂掩模)的薄层。硬化的感光乳剂区然后选择地被移除，导致下方的层的部分变得被暴露。基片然后放置在等离子体处理室内称为卡盘的包括单极或双极的电极的基片支承结构上。然后适当的蚀刻剂源气体(例如C4F8、C4F6、CHF3、CH2F3、CF4、CH3F、C2F4、N2、O2、Ar、Xe、He、H2、NH3、SF6、BCl3、Cl2等)流入到室内且被放电以形成等离子体来蚀刻基片的暴露区。
随后，经常有利的是测量在等离子体内的电气特性(即，离子饱和电流、电子温度、浮动电位等)，以保证一致的等离子体处理结果。例子可以包括检测室调节过程端点、室匹配(例如查找通常地应相同的室之间的差异)、检测在室内的故障和问题等。
考虑到前述情况，存在用于测量在等离子体内的一组电气特性的希望的设备。
发明内容
为实现前述的情况且根据本发明的目的，提供了用于等离子体处理室内的等离子体探头组件。提供了在其第一端处带有探头表面的半导体探头元件。电连接器电气地连接到半导体探头元件。电绝缘套筒围绕探头元件的至少部分。调整装置连接到半导体探头，使得探头表面与等离子体处理室的内部室表面共平面。
在本发明的另一个实施例中，提供了用在等离子体处理室内的等离子体探头组件。提供了在其第一端处带有半导体探头表面的半导体探头元件。电连接器电气地连接到半导体探头元件的第二端。电绝缘套筒围绕探头元件的至少部分。调整装置连接到半导体探头元件以调整半导体探头元件，使得探头表面与等离子体处理室的内部室表面共平面。套筒调整装置调整了电绝缘套筒，其中电绝缘套筒具有外边沿且套筒调整装置将外边沿调整为与探头表面共平面。感测电子器件电气地连接到电连接器，其中感测电子器件包括安培计。
本发明的这些和其他的特征将在以下的本发明的详细描述中且结合如下的附图更详细地描述。
附图说明
本发明通过在附图的各图中的例子阐明，且不通过限制阐明，附图中相同的参考数字指示了类似的元件，且在附图中：
图1是使用等离子体探头的处理室的示意图。
图2是使用等离子体探头的另一个处理室的示意图。
图3是等离子体探头的透视图。
图4是图3的等离子体探头沿线A-A切开的截面图。
图5是室壁和探头的放大的截面视图。
图6是另一个等离子探头的截面视图。
具体实施方式
现在将参考本发明的几个在附图中图示的优选实施例来详细描述本发明。在如下的描述中，数个特定的细节被阐明以提供对本发明的更完整的理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，本发明可以没有这些特定的细节的一些或全部来实践。在其他的例子中，熟知的过程步骤和/或结构未被详细描述以不会不必要地使本发明模糊。
图1是电感地联接的等离子体处理系统的简化图，其中使用了本发明的等离子体离子流(PIF)探头140。一般地，适当的气体组可以从气体分配系统122流入到等离子体室102内，室102具有等离子体室壁117。这些等离子体处理气体可以随后在注入器109处或附近区域离子化以形成等离子体110，以处理(例如蚀刻或沉积)以边沿环115定位在静电卡盘116上的例如半导体基片或玻璃格块的基片114的暴露区。
第一射频发生器134生成等离子体以及通过上电极104控制等离子体密度，而第二射频发生器138生成偏压射频，通常用于控制DC偏压和离子轰击能量。进一步联接到源射频发生器134的是匹配网络136a，且联接到偏压射频发生器138的是匹配网络136b，它们试图将射频功率源的阻抗与等离子体110的阻抗匹配。此外，包括阀112和一组泵111的真空系统113通常用于从等离子体室102排空环境气体，以实现维持等离子体110的要求的压力和/或去除过程副产品。
安装了PIF探头140，使得探头元件的表面与室壁117的内部共平面。感应电子器件142电气地连接到PIF探头140。
图2是电容地联接的等离子体处理系统的简化图，其中使用了本发明的等离子体离子流(PIF)探头240。一般地，电容地联接的等离子体处理系统可以构造为带有单个或多个分开的射频功率源。由源射频生成器234生成的源射频通常地用于生成等离子体以及通过电容的联接来控制等离子体的密度。由偏压射频生成器238生成的偏压射频通常地用于控制DC偏压和离子轰击能量。进一步联接到源射频发生器234和偏压射频发生器238的是匹配网络236，它试图将射频功率源的阻抗与等离子体220的阻抗匹配。电容反应器的其他形式具有连接到顶电极209的射频功率源和匹配网络。另外，存在多阳极系统，例如三极管，它们也遵循类似的射频和电极布置。
一般地，适当的气体组通过在顶电极209内的入口从气体分配系统222流入到具有等离子体室壁217的等离子体室202内。这些等离子体处理气体可以随后离子化以形成等离子体220，以处理(例如蚀刻或沉积)以边沿环215定位在静电卡盘216上的例如半导体基片或玻璃格块的基片214的暴露区，卡盘216也用作电极。此外，包括阀212和一组泵211的真空系统213通常用于从等离子体室202排空环境气体，以实现维持等离子体220的要求的压力。
图3是由本发明的实施例提供的PIF探头140的透视图。图4是图3的PIF探头140沿线A-A的截面视图。硅探头元件304提供了在探头元件第一端处的探头表面308，探头表面308是用于等离子体检测的表面。铝的电连接器312放置在探头元件的与探头表面308分开的第二端处。电绝缘套筒316围绕探头元件304的第一端放置。分段的覆盖件320围绕探头元件304的第二端和电连接器312放置。在此实施例中，分段的覆盖件320具有第一半体320a和第二半体320b，它们被O型圈324保持在一起。
探头元件304具有宽的第一端，以提供宽的探头表面308。较窄的颈部310将探头元件304的第一端连接到探头元件304的第二端314。在此实施例中，探头元件304的第二端314的背侧表面被金属化以提供在探头元件304和铝的电连接器312之间的良好的电接触。
分段覆盖件半体320a、320b的每个具有第一唇部332用于与探头元件的第二端314接合，还具有第二唇部336用于与电连接器312接合。在此实施例中，第二唇部336具有倾斜的表面，倾斜的表面与电连接器312以倾斜的角度接合以形成倾斜连接，如所示出，使得当O型圈324将分段的覆盖件半体320a、320b压在一起时电连接器312压靠在探头元件304的第二端314的金属化表面上，以提供良好的电接触。在其他的实施例中，电连接器312具有倾斜的表面以造成在第二唇部和电连接器之间的倾斜的连接。在其他实施例中，探头元件的第二端314具有与分段的覆盖件的唇部的倾斜的连接。
轴352连接到电连接器312。轴352可以螺旋到电连接器312上。
探头元件304在此实施例中由硅制成用于污染的目的。优选地，探头元件是由在蚀刻期间可从其他来源获得的材料制成的。另外，优选地的是探头元件由半导体材料制成。在此实施例中，套筒316由石英制成。覆盖件320由含氟聚合物制成。
在组装探头140时，将至少一个间隔件340围绕探头元件304的颈部310放置。探头元件的第二端314通过套筒316的孔口。由套筒形成的唇部338与间隔件340接合。间隔件340被添加或移除，直至当唇部靠着间隔件340时套筒316的外边沿大约与探头表面308齐平。石英套筒被认为将比硅探头元件304腐蚀得更快，所以间隔件最初是希望的，使得当套筒316腐蚀得更快时，可以移除间隔件，以保持探头表面与套筒316的外边沿大约齐平。
电连接器312放置为靠着探头元件304的第二端314。分段的覆盖件320围绕探头元件304的第二端314和电连接器312放置。O型圈324围绕分段的覆盖件320放置，将分段的覆盖件320压在一起，分段的覆盖件320将电连接器312推靠探头元件304的第二端314的金属化表面，以提供良好的电接触，因此形成探头140。探头240可以从室的内侧放置到探头孔口内，轴352延伸到探头孔口内。轴352可以插入到电连接器312的孔内，其中轴352和孔具有匹配的螺纹。轴352提供了用于探头140的电接触和机械支承。
轴352允许容易地安装探头140。轴352可以被调整或允许探头的调整，使得探头表面308和套筒316的外边沿大体上与室表面共平面。
优选地，探头表面308和套筒316的外边沿与室的表面共平面。套筒316的石英外边沿、探头表面308和上电极104可以由不同的材料制成，且因此可能以不同的速度磨损或腐蚀，从而导致探头表面308或套筒316的外边沿不与室的表面共平面。
图5是室壁117和探头140的放大的截面视图。轴352从探头140延伸且连接到轴保持器360的第一端。轴保持器的第二端连接到电气真空馈通364的第一端。馈通的接地部分366固定到室壁117的背侧。在馈通364和轴保持器360之间的弹簧368维持了在室壁117和轴保持器360之间良好的热接触所要求的力。轴保持器360与室壁117通过电绝缘的且热传导的材料362被电绝缘。这样的材料包括但不限制于氮化铝、氧化铝、氮化硅、氮化硼和以这些陶瓷填充的聚合物。
在操作中，改锥、扳手或其他驱动装置可以用于旋转以螺纹连接到探头轴352上的轴保持器360。此操作在将电气馈通364移除的情况进行。取决于轴保持器360的旋转，探头轴352和探头140可以滑向或滑离轴保持器360和室壁117的背侧，从而允许探头表面308相对于室壁117的内表面被调整。
独立地调整探头和套筒的能力允许探头被安装在室的内部用于更简单的可调整性。如果石英套筒316比探头元件304腐蚀得更快，则在石英套筒316显著地腐蚀后，可以移除间隔件340，使得石英套筒316的外边沿与探头表面308大约共平面。
在运行中，探头140通过测量探头表面处的电流来测量等离子体。电流可以从探头表面通过探头元件流到电连接器且然后流到支承轴，到感测电子器件。因此，感测电子器件包括用于测量和记录电流的装置，例如安培计。等离子体导致了套筒的外边沿和探头元件的探头表面被蚀刻。如果外边沿被蚀刻得较快，使得外边沿比探头表面被蚀刻得更多，则将探头移开且然后从探头移除间隔件直至外边沿与探头表面大约共平面。然后可以继续蚀刻。
在其他实施例中可以使用其他探头调整机构来调整探头的表面以使其与室表面共平面，例如允许探头被进一步螺旋到轴上。这样的探头调整机构优选地连接到轴，但可以通过其他装置进行。当套筒的外边沿和探头的表面以不同的速度腐蚀时，间隔件允许套筒的外边沿被保持为与探头表面共平面。其他的套筒调整机构可以使用在其他的实施例中，以调整套筒的外边沿使其保持与探头的表面共平面。这样的套筒调整机构优选地布置在探头和套筒之间。
图6是由本发明的另一个实施例提供的探头640的截面视图。探头640包括带有探头表面608的探头元件604。丝网弹簧和弹性体粘合剂连结件620将探头元件604的第二端电气地和机械地连接到电连接器612。支承轴652连接到电连接器612。电绝缘套筒616围绕探头元件604和电连接器612。在替代实施例中，探头元件604可以通过钎焊连结到电连接器612。
虽然本发明已根据数个优选实施例描述，存在落在本发明的范围内的替代、改变和多种代替的等价物。也应注意的是存在许多实施本发明的方法和设备的替代方式。因此，意图的是如下的附带权利要求书被解释为包括所有这些落在本发明的实际精神和范围内的替代、改变和多种代替的等价物。

Claims (20)

1.一种用于等离子体处理室内的等离子体探头组件，其包括：
在其第一端处带有探头表面的探头元件；
电气地连接到探头元件的电连接器；
围绕探头元件的至少部分的电绝缘套筒；和
连接到探头元件以调整探头元件的调整装置，使得探头表面与等离子体处理室的内部室表面共平面。
2.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，进一步包括用于调整电绝缘套筒的套筒调整装置，其中电绝缘套筒具有外边沿且套筒调整装置将外边沿调整为与探头表面共平面。
3.根据权利要求2所述的等离子体探头组件，其中探头元件是半导体探头元件，其中探头表面是半导体探头表面。
4.根据权利要求3所述的等离子体探头组件，其中套筒调整装置包括至少一个放置在电绝缘套筒和半导体探头元件之间的可移除间隔件。
5.根据权利要求4所述的等离子体探头组件，进一步包括：
围绕电连接器和探头元件的至少部分的分段的覆盖件；和
围绕分段的覆盖件的至少一个O型圈。
6.根据权利要求5所述的等离子体探头组件，进一步包括支承轴，其中调整装置机械地连接到支承轴且在调整期间移动支承轴。
7.根据权利要求6所述的等离子体探头组件，其中探头元件包括：
带有探头表面的第一端；
与第一端分开的第二端；和
在第一端和第二端之间延伸的颈部部分，其中颈部部分的截面小于第一端的截面和第二端的截面。
8.根据权利要求7所述的等离子体探头组件，其中绝缘套筒进一步包括形成了孔口的唇部，探头元件的第二端和颈部可通过孔口，但探头元件的第一端不能通过孔口，且其中在唇部和与探头表面相对的探头元件的第一端侧之间放置了至少一个可移除的间隔件。
9.根据权利要求8所述的等离子体探头组件，其中分段的覆盖件包括：
与探头元件的第二端接合的第一唇部；和
与电连接器接合的第二唇部，其中第一唇部和第二唇部促使探头元件的第二端靠着电连接器。
10.根据权利要求9所述的等离子体探头组件，其中第二唇部具有带与电导体的倾斜连接的表面，以促使探头元件的第二端靠着电连接器。
11.根据权利要求9所述的等离子体探头组件，其中第一唇部具有带与电导体的倾斜连接的表面，以促使探头元件的第二端靠着电连接器。
12.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，进一步包括将探头元件的第二端电气地连接到电连接器的丝网弹簧和弹性体粘合剂。
13.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，进一步包括钎焊到探头元件且钎焊到电连接器的丝。
14.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，进一步包括：
围绕电连接器和探头元件的至少部分的分段的覆盖件；和
至少一个围绕分段的覆盖件的O型圈。
15.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，其中探头表面是硅。
16.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，进一步包括电气地连接到电连接器的感测电子器件，其中感测电子器件包括安培计。
17.根据权利要求1所述的等离子体探头组件，其中电绝缘套筒是石英。
18.一种用在等离子体处理室内的等离子体探头组件，其包括：
在其第一端处带有半导体探头表面的半导体探头元件；
电气地连接到半导体探头元件的第二端的电连接器；
围绕探头元件的至少部分的电绝缘套筒；
连接到半导体探头元件的调整装置，以调整半导体探头元件，使得探头表面与等离子体处理室的内部室表面共平面；
用于调整电绝缘套筒的套筒调整装置，其中电绝缘套筒具有外边沿且套筒调整装置将外边沿调整为与探头表面共平面；和
电气地连接到电连接器的感测电子器件，其中感测电子器件包括安培计。
19.根据权利要求18所述的等离子体探头组件，其中探头表面是硅。
20.根据权利要求19所述的等离子体探头组件，其中电绝缘套筒是石英。
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