KR100353957B1 - 반도체웨이퍼처리시스템용복합진단웨이퍼 - Google Patents

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Abstract

플라시보 웨이퍼를 포함하는 복합 진단웨이퍼는 반도체 웨이퍼와 동일한 크기를 가진다. 플라시보 웨이퍼는 하나 이상의 이온 전류 프로브 및 하나 이상의 이온 에너지 분석기를 한 표면에 부착한다. 이를테면, 분석기 및 프로브에 접속된 측정부재는 반도체 웨이퍼 처리시스템내에 플라즈마를 생성하는 동안 플라시보 웨이퍼상의 다양한 위치에서 이온 전류 및 이온 에너지를 결정한다.

Description

반도체 웨이퍼 처리시스템용 복합 진단웨이퍼
본 발명은 반도체 웨이퍼 처리시스템용 검사 및 측정장치, 특히 반도체 웨이퍼 처리시스템에 의한 플라즈마 생성동안 진단 웨이퍼상위의 다양한 위치에서 이온 에너지 및 이온 전류를 측정하기 위한 복합 진단 웨이퍼에 관한 것이다.
이온 전류 플럭스 및 이온 에너지는 반도체 처리시스템내의 반응 챔버에 포함된 플라즈마의 중요한 파라미터이다. 이들 파라미터는 처리 웨이퍼에서 반도체 웨이퍼 처리시스템의 유효성을 한정한다. 특히, 이온 전류플럭스는 에칭처리의 균일성에 영향을 미치며 웨이퍼의 전위손상을 나타낸다. 더욱이, 이온 에너지는 에칭, 에칭율 균일성 및 잔여제어의 선택도에 영향을 미친다. 이들 파라미터가 에칭처리에 중요하기 때문에, 챔버내의 주어진 위치에서 이온 전류 및 이온 에너지 모두의 측정은 웨이퍼를 처리할 때 플라즈마의 유효성을 특징지우기에 중요하다.
전형적으로, 이온 전류를 측정하기 위해서, 랭뮤어 프로브와 유사한 이온전류 프로브가 사용된다. 웨이퍼 표면에서 전류의 분포를 측정하기 위해서, 하나 이상의 전류 프로브는 플라시보 웨이퍼, 즉 반도체 웨이퍼와 동일한 크기 및 모양을 가진 양극화된 알루미늄 디스크중의 한 표면에 부착된다. 그때, 플라시보 웨이퍼는 웨이퍼가 전형적으로 위치하는 것과 유사한 위치에서 반도체 처리시스템내에 위치한다. 일단 플라프마가 처리시스템에 의해 발생되면, 이온 전류프로브는 플라즈마로부터 이온을 선택하기 위해 음으로 바이어스된다. 결과적으로, 전류는 프로브를 전류미터에 부착하는 와이어에서 발생된다. 측정전류는 플라시보 웨이퍼상의 위치에서 전류프로브위에서 발생한 이온의 수를 나타낸다. 플라시보 웨이퍼의 표면위의 배열에 전류프로브를 위치시킴으로서, 개개의 전류프로브에서 측정된 이온 전류는 플라시보 웨이퍼 표면상의 이온전류 분포를 추정하기 위해 결합된다. 이 전류분포는 플라즈마내에서 이온전류 플럭스를 나타낸다.
독립적으로, 이온 에너지 분석기는 반도체 웨이퍼에 대한 지지구조내에 삽입되며, 이같은 지지구조는 웨이퍼 척, 서셉터 또는 페데스탈로서 공지된다. 이온 에너지 분석기는 플라즈마내에서 이온의 에너지 특성을 결정하기 위한 공지된 장치이다. 이온 에너지 분석기의 상세한 기술을 위해, 여기에 참조에 의해 통합되는 R.L. Stenzel등의 "새로운 방향탐지 이온 에너지 분석기", Rev.Sci.Instrum.53(7), July 1982, pp. 1027-1031을 참조한다. 여기에 기술된 것처럼, 종래의 이온에너지 분석기는 금속 콜렉터, 제어 그리드 및 플로팅 그리드를 포함하며, 상기 모든 것은 콜렉터 및 각각의 그리드가 세라믹 절연 와셔에 의해 분리되는 실린더형 스택으로 형성된다. 특히, 콜렉터는 음전기로 바이어스된 금속디스크이다. 음극 바이어스는 클렉터로부터의 전자를 반발시키며 콜렉터에 이온을 끌어당긴다. 제어 그리드는 양극바이어스를 초과하지 않는 에너지를 가진 이온이 분석기에 의해 거절되도록 양으로 바이어스된다. 제어 그리드는 특정 에너지 레벨 보다 큰 에너지 레벨을 가지며 다른 모든 것을 거절하는 선택용 이온을 선택하기 위해 사용된다. 비바이어스(플로팅) 그리드는 메시 스크린 또는 마이크로-채널판중의 하나이며, 비바이어스될 때, 반도체 웨이퍼 표면을 시뮬레이션한다.
동작에서, 페테스탈에 삽입된 이온 에너지 분석기는 웨이퍼가 페데스탈에 위치하거나 또는 에너지 분석기를 플라즈마에 노출시키기 위해 홈을 가진 특별히 설계된 웨이퍼가 페데스탈에 위치하기전에 이온 에너지를 측정하기 위해 사용된다. 일단 플라즈마가 챔버내에서 생성되면, 제어 그리드 바이어스를 초과하는 에너지를 가진 이온은 콜렉터판에 의해 선택되며 콜렉터판에 접속된 전류계에서 전류를 발생시킨다. 플라즈마에서 이온 에너지는 제어 그리드 바이어스를 조절하며 전류계에 의해 측정된 전류를 검사함으로서 결정된다.
종래기술은 플라시보 웨이퍼위의 전류 프로브 및 웨이퍼 페데스탈에 삽입된 이온 에너지 분석기를 분리하여 사용한다. 이와같이, 이온 전류 및 이온 에너지 모두를 결정하기 위해서, 우선 이온 전류가 측정된다음 이온 에너지가 측정된다(역도 성립함). 두 개의 순차적인 측정을 필요로 하기 때문에, 플라즈마 검사 주기는 각각의 단일 측정보다 훨씬 길다. 더욱이, 전류 및 에너지 측정이 시간으로 분리되기때문에, 이같은 측정은 부정확할 수있다.
따라서, 하나 이상의 이온전류 프로브 와 하나 이상의 이온에너지 분석기를 결합한 단일 진단 웨이퍼는 반도체 웨이퍼 처리시스템내에서 이온전류 및 에너지 측정을 용이하게 하는 기술을 필요로 한다.
종래 기술과 연관된 단점은 단일 플라시보 웨이퍼상에서 하나 이상의 이온 전류 프로브 와 하나 이상의 이온 에너지 분석기를 결합한 본 발명에 의해 극복된다.
특히, 본 발명은 반도체 웨이퍼와 동일한 크기를 가진 양극화된 알루미늄 디스크로 제조된 플라시보 웨이퍼를 포함한 복합 진단 웨이퍼에 관한 것이다. 이 디스크는 하나 이상의 이온 전류프로브 및 하나 이상의 이온 에너지 분석기를 한 표면에 부착하거나 또는 한 표면내에 삽입한다. 이를테면, 분석기 및 프로브에 접속된 측정부재는 웨이퍼상의 다양한 위치에서 이온 전류 및 이온 에너지 모두를 결정한다. 결과적으로, 이온 전류 및 이온 에너지 모두는 플라시보 웨이퍼상의 동일 위치에서 동시에 측정된다. 따라서, 플라시보 웨이퍼 위에서 다수의 이온 전류 프로브 및 이온 에너지 분석기를 사용할 때, 플라즈마는 플라시보 웨이퍼상의 다수의 위치에서 완전히 특징지워진다.
분석기에 의해 허용된 이온 각을 제한하기 위해서, 각각의 분석기는 종래의 플로팅 그리드보다 마이크로-채널판이 더 적합하다. 판의 두께 및 채널의 길이는 판의 기하학적 필터링 특성을 제한한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로하여 실시예를 상세히 설명한다.
용이하게 이해하기 위해서, 도면에서 동일부재는 동일부호를 따른다.
제 1도는 플라시보 웨이퍼의 표면에 부착된 이온 에너지 분석기(104m,)(m은 1보다 크거나 또는 동일한 정수) 및 이온 전류 프로브(106n)(1보다 크거나 또는 동일한 정수) 모두를 가진 플라시보 웨이퍼(102)를 포함한 복합 진단 웨이퍼(100)에 대한 상부 평면도이다. 제 2도는 제 1도에 도시된 선 1-1따르는 복합 진단 웨이퍼 (100)에 대한 단면도이다. 본 발명을 최대로 이해하기 위해서, 제 1 및 제 2도는 동시에 참조되야 한다.
실시예를 기술하기 위해서, 5개의 분석기(1041, 1042, 1043, 1044, 1045) 및 5개의 프로브(1061, 1062, 1063, 1064, 1065)가 존재한다. 그러나, 당업자는 다수의 분석기 및 프로브가 본 발명을 실행하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
특히, 플라시보 웨이퍼(102)는 반도체 처리시스템내에서 교환할 수 있는 반도체 웨이퍼와 동일한 크기는 가진 양극화된 알루미늄 디스크이다. 특히, 플라시보 웨이퍼의 직경 및 두께는 플라시보 웨이퍼의 바닥 표면이 처리 시스템내에서 척 또는 웨이퍼 페데스탈에 장착될 수있도록 반도체 웨에퍼와 동일하다. 그때, 척은 반도체 웨이퍼가 경험하는 것과 동일한 플라즈마로 부터의 이온 충격을 플라시보 웨이퍼가 경험하는 동일 위치에서 처리시스템내의 플라시보 웨이퍼을 지지한다. 이와같이, 플라시보 웨이퍼에 부착된 측정 부재는 반도체 웨이퍼 근처에서 발생되는 처리시스템내의 환경을 측정한다. 본 발명에 이용할 수 있는 반도체 웨이퍼 처리시스템은 캘리포니아 산타 클라라에 위치한 어플라이트 머티어리얼스 인코포레이션에 의해 제조된 HDP 금속에칭 시스템이다.
플라시보 웨이퍼(102)는 다수의 에너지 분석기(104m) 및 에너지 분석기가 동축으로 정렬된 다수의 전류 프로브(106n)를 지지한다. 분석기 및 프로브는 플라즈마의 특성이 웨이퍼의 전체 표면위에서 결정될 수있도록 배열로 위치된다. 복합 진단 웨이퍼(플라시보 웨이퍼, 에너지 분석기 및 전류 프로브)의 전체 높이(두께)는 대략 100 내지 150밀이다.
선택적으로, 융통성 있게 측정하기 위해서, 플라시보 웨이퍼는 플라시보 웨이퍼 원주로부터 확장된 하나 이상의 확장부분 또는 날개를 포함할 수있다(하나의 확장부분은 제 1도에서 대시 영역(110)으로 도시된다). 이들 확장부분은 웨이퍼의 직경 외부에 있는 위치, 예를들어 반응챔버의 벽 근처의 위치에서 전류 프로브 및/또는 에너지 분석기를 지지하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 전형적으로 세라믹 물질로 제조된 다수의 디스크형 절연체(108)는 플라시보 웨이퍼(102)위에 스택된다. 본 발명의 이같은 실시예에 있어서, 다수의 분석기를 접착제를 사용하여 각각의 분석기(106)에 대한 콜렉터(200)를 플라시보 웨이퍼(102)에 부착함으로서 제조된다. 각각의 콜렉터(200)는 텅스턴 또는 스테인레스 강철과 같은 도전물질의 원판이다. 콜렉터는 와이어(도시안됨)에 의해 조절가능한 음전위로 콜렉터를 바이어스 하기 위한 전압원에 각각 접속된다.
개구부(204)를 포함하는 디스크형 절연체(202)는 콜렉터의 상부에 위치한다. 각각의 개구부는 각각의 콜렉터의 직경보다 약간 작은 직경을 가진다. 개구부는 약0.2 내지 0.4 인치의 직경을 가진다. 콜렉터의 외부 모서리에 위치함으로서, 디스크형 절연체(202)는 콜렉터의 두께만큼 플라시보 웨이퍼의 표면으로부터 일정한 간격을 유지한다. 텅스턴 또는 스테인레스 강철 와이어 또는 에칭된 니켈박으로 제조된 2차 전자 반발 그리드(206)는 절연체(202)위에 위치한다. 그리드는 약 4밀의 두께를 가지며 인치당 약 200 라인을 가진 메시를 포함한다. 각각의 개구부내에서, 2차 전자 반발 그리드(206)는 각각의 콜렉터(200)에서 평행하게 일정간격으로 떨어진다.
비록 2차 전자 반발 그리드가 이하에 기술된 선택적인 실시예 뿐만아니라 상기 실시예로 기술될 지라도, 상기 그리드 및 그것의 지지 절연체는 실제로 선택적이다. 전형적으로, 2차 전자 반발그리드는 고이온 에너지, 예를들어 10eV보다 큰 에너지를 경험하는 에너지 분석기에만 사용된다. 이와같이, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명이 고이온 에너지 환경에 사용되는 것을 가정한다. 그러나, 만일 본 발명이 저이온 에너지 환경에 사용된다면, 당업자는 2차 전자 반발 그리드 및 그것의 지지 절연체가 에너지 분석기에 통합되지않아야 한다는 것을 인식할 것이다.
제 1 및 제 2도에 기술된 실시예를 참조하면, 다른 디스크형 절연체(208)는 2차 전자 반발 그리드(206)위에 스택된다. 절연체(208)는 절연체(202)에서 개구부 (204)와 동축으로 정렬된 개구부(210)를 가진다. 판별기 그리드(212)(제어 그리드로서 공지됨)는 절연체(208)상부에 일정한 간격으로 위치한다. 판별기 그리드는 전형적으로 텅스텐 또는 스테인레스 강철 와이어 또는 에칭 니켈박으로 제조된다. 제 3 디스크형 절연체(214)는 판별기 그리드위에 일정한 간격으로 위치된다. 제 3 절연체는 절연체(208, 202)에서 개구부(210, 204)와 동축으로 정렬된 개구부(216)를 포함한다. 에너지 분석기(104m)를 완성하기 위해서, 플로팅 그리드(218)는 제 3 절연체위에 일정한 간격으로 위치한다. 다른 그리드와 같은 이같은 그리드는 대략 4밀의 두께 및 인치당 대략 200라인의 메시 크기를 가진 텅스텐 또는 스테인레스 강철 와이어 메시 또는 에칭된 니켈박으로 제조된다.
물리적으로, 그리드 및 절연체의 스택은 에칭층사이에 공급된 세라믹 에폭시 수지에 의해 함께 고정된다. 스택 구조를 형성하는 다른 방법은 제 6도에 의해 이하에서 기술되며, 그리드 및 절연체는 상호 고정된다.
전기적으로, 판별기 그리드 및 2차 전자 반발 그리드는 와이어를 통해 적절한 값으로 이들 그리드를 바이어스하는 전압원에 접속된다. 전형적인 바이어스 값 및 분석기의 전체 동작은 이하에 기술된다.
본 발명의 실시예 있어서, 전류 프로브(106)의 위치는 분석기(104)와 동축인 것으로 기술된다. 그러나, 일반적으로 전류 프로브는, 예를들어 전류 프로브(1066)로 표시된 것처럼, 고리형 절연체(214) 또는 확장부(110)위 임의의 위치에서 일정한 간격으로 위치된다. 각각의 전류 프로브의 특정 구조에서, 각각의 프로브는 세라믹과 같은 절연 물질 디스크(220) 및 텅스텐과 같은 도전 물질의 디스크(222)를 포함한다. 디스크(222)는 디스크(220)에 에폭시 수지로 접착되며, 디스크(220)은 차례로 플로팅 그리드(218), 제 3 절연체(214)의 표면 또는 확장부(110)에 에폭시 수지로 접착된다. 와이어(도시안됨)는 이온이 도전 디스크에 충돌함에 따라 이온전류를 측정하기 위한 부재에 도전 디스크(220)를 접속한다. 도전 디스크에 이온 충돌을 용이하게 하기 위해서, 디스크는 전형적으로 플라즈마 생성동안 척을 바이어스하기 위해 사용된 RF전압의 크기 더하기 웨이퍼상에 누적된 기대 DC바이어스의 합보다 더 음인 80 내지 100볼트로 바이어스된다.
제 3도는 각각의 에너지 분석기(104m)를 바이어스하기 위해서 사용된 회로(250)의 개략도이다. 플로팅 그리드(218)는 반도체 웨이퍼 표면이 반응기 챔버내의 척을 바이어스하는 RF에너지에 노출되는 것으로부터 DC바이어스를 누적하는 것과 동일한 방식으로 바이어스를 누적하도록 바이어스되지 않는다. 만일 플로팅 그리드가 반도체 웨이퍼의 표면을 시뮬레이션하기 위해서 적절한 바이어스를 누적하지 않는다면, 전압VREF은 플로팅 그리드를 바르게 바이어스하기 위해서 사용될 수있다. 판별기 그리드(212)는 전형적으로 전압원V로부터 램프 DC전압에 의해 양으로 바이어스된다. 램프전압은 제로볼트에서 시작하여 척을 바이어스하기 위해 사용된 RF전압의 크기 더하기 웨이퍼상의 기대 DC바이어스의 합보다 큰 전압에서 종료되는 크기를 가진다. 스위프(램프) 판별기 그리드 전압을 가짐으로서, 측정부재는 이온 에너지 분포를 결정한다. 2차 전자 반발 그리드(206)는 콜렉터보다 더 음으로 바이어스되며, 콜렉터는 일반적으로 대략 -200볼트(VBLAS)로 바이어스된다. 2차 전자 반발 그리드를 이같이 바이어스함으로서, 이온에 의해 콜렉터의 충돌 때문에 콜렉터로부터 방출된 임의의 전자는 그리드(206)에 의해 콜렉터쪽에서 다시 반발한다. 각각의 그리드는 그리드가 콜렉터에 RF결합되도록 커패시터C1를 통해 결합된다. 인덕터L 및 커패시터C2의 각각의 결합은 측정장비(예를들어, 전류계A) 또는 전력원(예를들어, VBLAS, VREF및 전압원V)으로부터 RF에너지를 막기위해서 저역통과필터를 형성한다.
콜렉터(200)에 의해 선택된 이온은 콜렉터에 접속된 와이어에 전류를 발생시킨다. 이온의 에너지 분포를 결정하기 위해서, 전류분석부재(예를들어, 전류계A)는 저역통과필터(252)를 통해 콜렉터(200)에 접속된다. 판별기 그리드(212)상의 전압이 스위프됨에 따라, 콜렉터(200)는 판별기 그리드에 의해 발생된 반발힘을 극복하는 에너지 레벨을 가진 이온만을 선택할 수있다. 이를테면, 이온 에너지 프로필은 진단 웨이퍼에서 각각의 이온에너지 분석기를 위해 발생될 수있다. 이온전류 프로브로부터 선택된 이온전류정보를 가진 이온 에너지 프로필을 결합함으로서, 복합 진단웨이퍼는 플라즈마의 특성 및 성질을 판단하기 위해 제공한다.
제 4도는 하나 이상의 독립적인 이온 에너지 분석기 및 플라시보 웨이퍼 (102)에 의해 지지된 이온 전류 프로브결합(300)을 가진 본 발명의 진단 웨이퍼 (301)의 선택적인 실시예에 대한 단면도를 기술한다. 각각의 분석기 및 프로브 결합(300)은 콜렉터(200)위의 2차 전자반발 그리드(206), 판별기 그리드(212) 및 플로팅 그리드(218)를 지지하기 위한 3개의 스택 절연체 와셔(302)를 포함한다. 콜렉터는 플라시보 웨이퍼(102)에 부착된다. 더욱이, 플로팅 그리드의 중심에 장착된 것은 앞서 기술된 구조를 가진 전류 프로브(106)이다. 앞의 실시예처럼, 전류 프로브는 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 플라시보 웨이퍼의 표면상에 위치할수있다.
본 발명의 선택적인 실시예는 앞서 기술된 것과 동일한 방법으로 동작한다. 그러나, 이온 에너지 분석기가 각각 독립적으로 제조되기 때문에, 그들은 제조된다음 측정될 플라즈마를 특징지우기 위해 필요한 배열의 형태에서 블라시보 웨이퍼에 부착된다. 또한, 각각의 분석기의 그리드는 플라즈마를 특징으로 할 때 더 융통성있게 제공하기 위해서 독립적으로 바이어스될 수있다.
제 5도는 "두꺼운" 플라시보 웨이퍼(400)내에 삽입된 하나 이상의 독립적인 이온 에너지 분석기 및 이온 전류 프로브 결합(300)을 가진 본 발명의 진단 웨이퍼(401)의 다른 선택적인 실시예에 대한 단면도이다. 이온 에너지 분석기 및 이온 전류 프로부 결합(300)은 제 4도를 참조하여 기술된 것처럼 독립적으로 제조된다. 제 5도에서, "두꺼운" 플라시보 웨이퍼(400)는 하나 이상의 개구부(404)를 가진 금속부(402) 및 금속부(402)의 표면위에 증착된 세라믹(비도전)층(406)를 포함한다. 사용할 때, 금속부는 인접하여 척(서셉터로서 공지됨)에 의해 지지된다. 대부분의 웨이퍼 처리시스템에서, RF전압은 바이어스 전압으로서 척에 공급된다. 플라시보 웨이퍼의 금속부는 척의 표면을 뻗는다. 금속부는 대략 60 내지 70밀 두께이다. 세라믹층은 척위에 위치한 반도체 웨이퍼와 유사하다. 세라맥층은 대략 5내지 10내지 두께이다. 이같은 방법에 있어서, 프로브 결합(300)은 플라시보 웨이퍼의 표면으로부터 돌출하지 않는다. 동작중, 이같은 제 2선택적인 실시예의 진단 웨이퍼는 앞서 기술된 제 1선택적인 실시예와 동일한 방식으로 기능을 한다.
제 6도는 앞서 기술된 플로팅 그리드대신에 사용될 수 있는 마이크로 -채널판(600)의 부분 단면도이다. 마이크로-채널판을 가진 하나 이상의 이온 에너지 분석기를 가진 복합 진단웨이퍼는 본 발명의 제 3실시예를 형성한다. 마이크로-채널 판을 가진 이같은 이온 에너지 분석기는 본 발명의 임의의 전술한 실시예에 사용될 수있다. 플로팅 그리드를 비교하여, 마이크로-채널 판(600)은 이온 에너지 분석기에 각각의 통로 및 이온 궤도식별, 즉 두꺼운 판, 기히학적으로 구별하는 분석기 및 이온이 분석기에 인입될 수 있는 좁은 각을 제공한다.
판(600)은 전형적으로 판을 통해 벌집형태로 형성된 다수의 홀(602)(또는 마이크로-채널)을 가진 유리로 제조된다. 이같은 마이크로-채널 판을 사용하는 것은 기하학적인 필터로서 공지된 궤도구별구조를 제공한다. 특히, 판 두께 및 마이크로 채널 직경은 주어진 마이크로-채널(602)의 긴축(606)으로부터 측정된 임계각(604)를 한정한다. 임계각보다 큰 궤도각으로 마이크로-채널에 입력되는 이온은 마이크로-채널의 벽과 충돌하여 에너지 분석기에 입력되지 않는다. 다른 한편으로, 임계각보다 작은 궤도각을 가진 이온은 판별기 그리드에 의해 더 판별(에너지 판별)하기 위해 분석기를 통과한다. R.L. Stenzel et al., "새로운 진단 이오 에너지 분석기", Rev. Sci. Instrum.53(7), July 1982, pp.1207 - 1031를 참조하면, 이온 에너지 분석기에서 마이크로-채널판의 종래 기술의 이온에서, 홀은 대략 0.6도의 임계각을 한정하는 0.015mm의 직경 및 0.6mm의 길이를 가진다. 물론, 실린더형 홀에서, 임계각은 구면각이다. 선택적으로, 마이크로-채널은 임계각을 더하거나 또는 빼는 임의의 궤도각을 가진 이온이 측정을 하기 위해 선택되도록 판의 평면각으로 형성될 수있다.
제 7도는 본 발명의 제 4선택적인 실시예에 대한 평면도를 기술한다. 제 8도는 제 7도에 도시된 선 8-8을 따르는 확장 단면도를 기술한다. 이같은 실시예를 이해하기 위해서, 제 7 및 제 8도는 동시에 도시된다.
제 7 및 제 8도는 플라시보 웨이퍼(102)위에 장착된 이온 에너지 분석기(104) 및 전류 프로브(106)를 포함하는 복합 진단 웨이퍼를 기술한다. 분석기 소자부분은 구조적으로 강한 분석기 장치를 형성하기 위해 에폭시 수지로 접착되기 보다는 함께 고정된다. 특히, 분석기(104)의 하우징(700)은 플라시보 웨이퍼 (102)내에 부착되거나 또는 삽입된다. 하우징(700)은 계단식 내부표면 및 실린더형 외부표면을 가진다. 하우징은 밀링된 계단식 내부표면을 가진 양극화된 고체 알루미늄 실린더로 구성된다. 그리드에 전기 억세스를 제공하기 위해서, 홀은 외부표면으로부터 하우징의 내부표면까지 드릴되며, 이것을 통해 와이어가 통과된다. 선택적으로, 하우징은 양극화된 알루미늄 와셔의 스택으로 형성될 수있다. 도전 트레이스 및 도전 스로우-홀은 스택전에 각각의 와셔에 형성될 수있다. 일단 스택되면, 와셔는 서로 용접되거나 또는 나사식으로 고정될 수있다. 도전 트레이스 및 스로우 홀은 분석기의 소자에 전기경로를 제공한다.
일단 하우징(700)이 형성되면, 콜렉터 디스크(200)는 하우징내에 위치한다. 콜렉터는 전류측정 부재가 콜렉터에 접속될 수있도록 도전 트레이스(704)에 인접한다. 고리형 절연체(202)는 제 1테라스(702)에 의해 지지된 콜렉터 위에 위치한다. 2차 전자 반발 그리드(206)는 절연체(202)위에 위치한다. 그리드(206)는 그리드에 바이어스 전압을 공급하는 트레이스(708)상에 위치한 도전 트레이스(706)에 인접한다. 제 2고리형 절연체(208)는 트레이스(708)위에 위치한다. 판별기 그리드(212)는 절연체(208)위에 위치하며 테라스(712)상에 위치한 도전 트레이스(710)에 인접한다. 제 3고리형 절연체(214)는 그리드(212)위에 위치하며 트레이스(712)에 의해 지지된다. 플로팅 그리드(218)는 하우징(700)의 상부 표면(718)상에 위치하며 도전 트레이스(714)에 인접한다. 클램핑 링(716)은 나사(720)에 의해 하우징(700)의 상부 표면(718)에 나사식으로 고정된다. 클램프 링은 압축힘에 의해 고정위치에서 분석기내에 절연체 및 그리드를 유지한다. 더욱이, 압축힘은 각각의 도전 트레이스와 전기적으로 접촉하는 그리드를 유지한다. 최종적으로, 전류 프로브(106)는 세라믹 에폭시수지에 의해 클램프 링(716)의 상부표면에 부착된다. 이같은 이온 에너지 분석기 및 전류 프로브 결합은 본 발명의 다른 실시예에 의해 기술된 결합과 동일한 방법으로 동작한다.
선택적으로, 제 5도의 "두꺼운" 플라시보 웨이퍼에서 개구부의 벽은 앞서 기술된 방식에서 계단식으로 될 수있다. 이를테면, 이온 에너지 분석기는 앞서 기술된 각각의 계단식 개구부내에서 제조될 수있다.
반응챔버내의 플라즈마를 완전히 특징지우기 위해서, 본 발명의 각각의 전술한 실시예는 이온 전류 및 이온 에너지 모두를 동시에 측정할 수있다. 더욱이, 양쪽 측정은 플라시보 웨이퍼와 같은 위치에서 실행될 수있다. 따라서, 플라시보 웨이퍼의 표면위에 분배된 다수의 이온 프로브 및 이온 에너지 분석기 결합를 사용함으로서, 2차 이온전류 및 이온에너지 맵은 플라시보 웨이퍼의 표면위의 플라즈마를 완전히 특징지우기 위해 발생될 수있다.
당업자는 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수 있으며, 따라서, 본 발명은 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.
제 1도는 본 발명에 따른 복합 진단 웨이퍼에 대한 평면도.
제 2도는 제 1도에서 선 2-2을 따르는 복합 진단 웨이퍼의 단면도.
제 3도는 이온 에너지 분석기내의 다양한 그리드를 바이어스하기 위한 회로의 개략도.
제 4도는 플라시보 웨이퍼상에 위치한 개개의 이온 에너지 분석기를 가진 복합 진단웨이퍼의 제 1선택적인 실시예에 대한 단면도.
제 5도는 "두꺼운" 플라시보 웨이퍼내에 삽입된 이온 에너지 분석기를 가진 복합 진단 웨이퍼의 제 2선택적인 실시예에 대한 단면도.
제 6도는 본 발명의 제 3실시예를 형성하는 복합 진단웨이퍼용 마이크로-채널판에 대한 평면도.
제 7도는 본 발명의 제 4선택적인 실시예에 대한 평면도.
제 8도는 제 7도에서 도시된 선 8-8를 따르는 본 발명의 선택적인 실시예에 대한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
102: 플라시보 웨이퍼 104, 301: 이온 에너지 분석기
106: 이온 전류 프로브 108: 디스크형 절연체
200: 콜렉터 202, 208, 214: 절연체
204, 210, 216, 404: 개구부 206: 2차 전자반발 그리드
212: 판별기 그리드 218: 플로팅 그리드
220: 절연물질 디스크 222: 도전물질 디스크
300: 이온 전류 프로브 결합 402: 금속부
401: 진단 웨이퍼 406: 세라믹층
600: 마이크로-채널판 700: 하우징
704, 706, 710, 714; 도전 트레이스 712: 계단

Claims (31)

  1. 플라시보 웨이퍼;
    상기 플라시보 웨이퍼위에 장착된 이온 전류 프로브; 및
    상기 플라시보 웨이퍼위에 장착된 이온 에너지 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼위에 장착된 다수의 이온 전류 프로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼위에 장착된 다수의 이온 에너지 분석기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼가 상기 플라시보 웨이퍼의 원주로부터 확장하는 적어도 하나의 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이온 전류 프로브가 상기 이온 에너지 분석기에 동축으로 장착되며, 상기 이온 에너지 분석기가 상기 플라시보 웨이퍼에 장착되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 이온전류 프로브 및 상기 이온 에너지 분석기가 플라시보 웨이퍼위에 동시에 위치되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 에너지 분석기가,
    상기 플라시보 웨이퍼에 장착된 콜렉터판;
    상기 콜렉터판에 부착되며, 상기 콜렉터판의 중심에 정렬된 중심 개구부를 가진 판별기 그리드 고리형 절연기;
    상기 판별기 그리드 고리형 절연체에 부착되며, 상기 중심 개구부의 양끝을 연결하여 상기 콜렉터판으로부터 떨어져 일정 간격을 유지하는 판별기 그리드;
    상기 판별기 그리드에 부착되며, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체의 상기 중심 개구부의 중심에 정렬된 중심 개구부를 가진 플로팅 그리드 고리형 절연체; 및
    상기 플로팅 그리드 고리형 절연체에 부착되며, 상기 중심 개구부의 양끝을 연결하며 상기 판별기 그리드로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하는 플로팅 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 에너지 분석기가,
    상기 콜렉터판 및 상기 판별기 그리드 고리형 절연체사이에 위치하며, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체의 상기 중심 개구부의 중심에 정렬된 중심 개구부를가진 2차 전자 반발 그리드 고리형 절연체; 및
    상기 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체에 부착되며, 상기 중심 개구부의 양쪽을 연결하며 상기 콜렉터판으로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하는 2차 전자반발 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 플로팅 그리드에 부착된 이온전류 프로브를 가지는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 플로팅 그리드가 마이크로-채널판인 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 에너지 분석기가 계단식 내부 표면을 가진 하우징내에 형성되며, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체가 제 1계단에 의해 콜렉터위에서 지지되며, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체가 제 2계단에 의해 지지되며, 상기 플로팅 그리드가 하우징의 상부표면에 의해 지지되며, 클램프 링이 상기 콜렉터, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체, 상기 판별기 그리드, 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체 및 상기 플로팅 그리드를 하우징내에 고정시키기 위해서 상기 하우징의 상기 상부표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 에너지 분석기가 계단식 내부표면을 가진 하우징내에형성되며, 상기 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체가 제 1계단에 의해 콜렉터위에서 지지되며, 상기 2차 전자반발 그리드 및 상기 판별기 그리드 고리형 절연체가 제 2계단에 의해 지지되며, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체가 제 3계단에 의해 지지되며, 상기 플로팅 그리드가 하우징의 상부표면에 의해 지지되며, 클램핑 링이 상기 콜렉터, 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체, 상기 2차 전자반발 그리드, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체, 상기 판별기 그리드, 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체 및 상기 플로팅 그리드를 상기 하우징내에 고정시키기 위해서 상기 하우징의 상부표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  13. 제 11항에 있어서, 다수의 도전 트레이스가 상기 하우징을 통해 상기 콜렉터, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드에 접속되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  14. 제 12항에 있어서, 다수의 도전 트레이스가 상기 하우징을 통해 상기 콜렉터, 상기 2차 전자반발 그리드, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드에 접속되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  15. 개구부를 가진 플라시보 웨이퍼;
    이온 에너지 분석기; 및
    이온 전류 프로브를 포함하며,
    상기 분석기 및 프로브가 상기 개구부를 가진 상기 플라시보 웨이퍼에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 이온 에너지 분석기가 상기 개구부내에 위치하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 이온전류 프로브가 상기 이온에너지 분석기와 동시에 위치하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 이온전류 프로브가 상기 이온 에너지 분석기에 부착되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼가 상기 도전부 및 상기 도전부의 표면위에 형성된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼가 다수의 개구부를 포함하며, 각각의 개구부가 이온 에너지 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 프로브 웨이퍼가 다수의 이온 전류 프로브를 지지하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 이온전류 프로브가 상기 이온 에너지 분석기에 동축으로 장착되며, 상기 이온 에너지 분석기가 상기 개구부내에 위치되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  23. 제 15항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼가 상기 플라시보 웨이퍼의 원주로부터 확장하는 적어도 하나의 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  24. 제 15항에 있어서, 상기 에너지 분석기가,
    상기 플라시보 웨이퍼에서의 상기 개구부내에 장착된 콜렉터판;
    상기 콜렉터판에 부착되며, 상기 콜렉터판의 중심에 정렬된 중심 개구부를 가진 판별기 그리드 고리형 절연체;
    상기 판별기 그리드 고리형 절연체에 부착되며, 상기 중심개구부의 양쪽을 연결하며 상기 콜렉터판으로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하는 판별기 그리드;
    상기 판별기 그리드에 부착되며, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체의 상기 중심 개구부의 중심에 정렬된 중심 개구부를 가진 플로팅 그리드 고리형 절연체; 및
    상기 플로팅 그리드 고리형 절연체에 부착되며, 상기 중심 개구부의 양쪽에 연결되며 상기 판별기 그리드로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하는 플로팅 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 에너지 분석기가,
    상기 콜렉터판 및 상기 판별기 그리드 고리형 절연체사이에 위치하며, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체의 상기 중심 개구부의 중심에 정렬된 중심 개구부를 가진 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체; 및
    상기 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체에 부착되며, 상기 중심 개구부의 양쪽에 연결되며 상기 콜렉터판으로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하는 2차 전자반발 그리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 플로팅 그리드에 부착된 이온 전류프로브를 가지는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 플로팅 그리드가 마이크로-채널판인 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  28. 제 24항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼에서의 상기 개구부가 계단식 내부표면를 가지며, 상기 에너지 분석기가 상기 계단의 내부표면위에 형성되며, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체가 제 1계단에 의해 콜렉터위에서 지지되며, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드 고리형 절연기가 제 2계단에 의해 지지되며,상기 플로팅 그리드가 하우징의 상부표면에 의해 지지되며, 클램프 링이 상기 콜렉터, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체, 상기 판별기 그리드, 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체 및 상기 플로팅 그리드를 상기 하우징내에 고정시키기 위해 상기 하우징의 상부표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  29. 제 25항에 있어서, 상기 플라시보 웨이퍼내에서의 상기 개구부가 계단식 내부 표면을 가지며 상기 에너지 분석기가 상기 계단식 내부표면위에 형성되며, 상기 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체가 제 1계단에 의해 콜렉터위에서 지지되며, 상기 2차 전자반발 그리드 및 상기 판별기 그리드 고리형 절연체가 제 2계단에 의해 지지되며, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체가 제 3계단에 의해 지지되며, 상기 플로팅 그리드가 하우징의 상부표면에 의해 지지되며, 클램프 링이 상기 콜렉터, 2차 전자반발 그리드 고리형 절연체, 상기 2차 전자반발 그리드, 상기 판별기 그리드 고리형 절연체, 상기 판별기 그리드, 상기 플로팅 그리드 고리형 절연체 및 상기 플로팅 그리드를 상기 하우징내에 고정시키기 위해 상기 하우징의 상기 상부표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  30. 제 28항에 있어서, 다수의 도전 트레이스가 상기 하우징을 통해 상기 콜렉터, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드에 접속되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
  31. 제 29항에 있어서, 다수의 도전 트레이스가 상기 하우징을 통해 상기 콜렉터, 상기 2차 전자반발 그리드, 상기 판별기 그리드 및 상기 플로팅 그리드에 접속되는 것을 특징으로 하는 진단 웨이퍼.
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