TWI437928B - 可調整高度的電漿離子通量探針 - Google Patents

Description

可調整高度的電漿離子通量探針

本發明大致上有關基板製造技術，且特別有關用於測量電漿中之一組電特徵的設備。

於一基板、例如半導體晶圓、MEMS裝置、或玻璃面板、諸如於平坦面板顯示器製造中所使用者之處理中，電漿通常被使用。譬如，當作一基板之處理的部份(化學蒸氣沈積、電漿增強式化學蒸氣沈積、物理蒸氣沈積、蝕刻等)，該基板被分成複數小方塊、或長方形區域，每一小方塊將變成一積體電路。該基板係接著於一系列步驟中處理，其中材料被選擇性地移去(蝕刻)及沈積(沈積)，以便在其上面形成電性組件。

於一示範電漿製程中，一基板於蝕刻之前被塗以一硬化乳膠液(諸如光阻光罩)之薄膜。該硬化乳膠液之區域接著被選擇性地移除，造成該在下面之層的各部份變得暴露。該基板係接著在一基板支撐結構上被放置於一電漿處理室中，該基板支撐結構包含一單極或雙極電極，稱為一夾頭。適當之蝕刻劑來源氣體(例如C₄ F₈ 、C₄ F₆ 、CHF₃ 、CH₂ F₃ 、CF₄ 、CH₃ F、C₂ F₄ 、氮、氧、氬、氙、氦、氫、NH₃ 、SF₆ 、BCl₃ 、氯等)係接著流入該室及撞擊，以形成一電漿，以蝕刻該基板之已暴露區域。

隨後，其通常有益的是測量一電漿中之電特徵(亦即，離子飽和電流、電子溫度、浮動電位等)，以便確保一致之電漿處理結果。範例可包含偵測一室調節過程之終點、室匹配(例如尋求應額定地為完全相同的室間之差異)、偵測該室中之過誤及問題等。

由於前面之觀點，在此有用於測量電漿中之一組電特徵的想要之設備。

為達成該前面觀點及按照本發明之目的，提供一用於電漿處理室中之電漿探針總成。提供一在該半導體探針元件之第一端部具有探針表面的半導體探針元件。一電連接器係電連接至該半導體探針元件。一電絕緣套筒圍繞著至少部份該探針元件。一調整裝置係連接至該半導體探針，以致該探針表面係與該電漿處理室之內部室表面共面。

於本發明之另一表現形式中，提供一供用於電漿處理室中之電漿探針總成。提供一半導體探針元件，其在該半導體探針元件之第一端部設有一半導體探針表面。一電連接器係電連接至該半導體探針元件之第二端部。一電絕緣套筒包圍至少部份該探針元件。一調整裝置係連接至該半導體探針元件，以調整該半導體探針元件，以致該探針表面係與該電漿處理室之內部室表面共面。一套筒調整裝置調整該電絕緣套筒，其中該電絕緣套筒具有一外部邊緣，且該套筒調整裝置將該外部邊緣調整至與該探針表面共面。感測電子儀器係電連接至該電連接器，其中該感測電子儀器包含一安培計。

本發明之這些及其他特色將在下方於本發明之詳細敘述中及會同以下之圖面更詳細地敘述。

現在將參考其一些較佳具體實施例詳細敘述本發明，如於所附圖面中所示。於以下之敘述中，提出極多特定之細節，以便提供本發明之一完全理解。然而，對於一熟諳此技藝者將變得明顯的是，本發明可被實踐，而沒有一些或所有這些特定之細節。於其他情況中，不詳細地敘述熟知之製程步驟及/或結構，以便不會不需要地使本發明變得不清楚。

圖1係一感應式耦合電漿處理系統之簡化圖，其中使用本發明之電漿離子通量(PIF)探針140。大致上，一組適當之氣體可由氣體分佈系統122流入具有電漿室壁117之電漿室102。這些電漿處理氣體可隨後在或於一接近注射器109之區域中離子化，以形成一電漿110，以便處理(例如蝕刻或沈積)基板114之暴露區域，該基板諸如一半導體基板或一玻璃方格，以邊緣環件115定位在一靜電夾頭116上。

第一高頻(RF)產生器134產生該電漿以及經過一上電極104控制該電漿密度，而第二高頻產生器138產生偏壓RF，一般用於控制該DC偏壓及該離子撞擊能量。進一步耦接至來源高頻產生器134者係匹配網路136a，及耦接至偏壓高頻產生器138者係匹配網路136b，其企圖將該等RF電源之阻抗匹配至電漿110之阻抗。再者，包含一閥112及一組泵111之真空系統113一般被用於由電漿室102抽空該周圍之大氣，以便達成該所需之壓力，以維持電漿110及/或移除製程副產物。

安裝該電漿離子通量探針140，以致一探針元件之表面係與該室壁117之內部共面。感測電子儀器142係電連接至該電漿離子通量探針140。

圖2係一電容式耦合電漿處理系統之簡化圖，其中使用本發明之電漿離子通量探針(PIF)240。大致上，電容式耦合電漿處理系統可被組構成具有單一或具有多數分開之RF電源。藉由來源高頻產生器234所產生之來源RF

一般係用於產生該電漿以及經由電容式耦接控制該電漿密度。藉由偏壓高頻產生器238所產生之偏壓RF係一般用於控制該DC偏壓及該離子撞擊能量。進一步耦接至來源高頻產生器234及偏壓高頻產生器238者係匹配網路236，其意圖將該等RF電源之阻抗匹配至電漿220之阻抗。電容式反應器之其他形式具有該RF電源及連接至一頂部電極209之匹配網路。此外，在此有諸如三極體之多－陽極系統，其亦遵循類似之RF及電極配置。

大致上，一組適當之氣體係由氣體分佈系統222流經該頂部電極209中之一入口流入具有電漿室壁217之電漿室202。這些電漿處理氣體可隨後被離子化，以形成一電漿220，以便處理(例如蝕刻或沈積)基板214之暴露區域，該基板諸如一半導體基板或一玻璃方格，以邊緣環件215定位在一靜電夾頭216上。，該靜電夾頭亦具有一電極之作用。再者，包含一閥212及一組泵211之真空系統213一般被用於由電漿室202抽空該周圍之大氣，以便達成該所需之壓力，以維持電漿220。

圖3係藉由本發明的一具體實施例所提供之PIF探針140的透視圖。圖4係一沿著圖3切線A－A之PIF探針140的橫截面圖。一矽探針元件304在該探針元件之第一端部提供一探針表面308，其係一用於電漿偵測之表面。一鋁電連接器312被放置在該探針元件之遠離該探針表面308的第二端部。一電絕緣套筒316係放置環繞著該探針元件304之第一端部。一分段式蓋子320係放置環繞著該探針元件304之第二端部及該電連接器312。於此具體實施例中，該分段式蓋子320具有藉著O型環324固持在一起之上半部320a及下半部320b。

該探針元件304具有一寬廣之第一端部，以提供一寬廣之探針表面308。一較狹窄之頸部310將該探針元件304之第一端部連接至該探針元件304之第二端部314。於此具體實施例中，該探針元件304的第二端部314之後表面被金屬化，以於該探針元件304及該鋁電連接器312之間提供一好的電接觸。

每一分段式蓋子半部320a,b具有用於與該探針元件的第二端部314嚙合之第一唇部332、及用於與該電連接器312嚙合之第二唇部336。於此具體實施例中，該第二唇部336具有一成斜角之表面，其在一斜角與該電連接器312嚙合，以形成一傾斜之連接，如所示，以致當該O型環324一起下壓該分段式蓋子半部320a,b時，該電連接器312係壓抵靠著該探針元件304的第二端部314之金屬化表面，以提供一好的電接觸。於其他具體實施例中，該電連接器312具有一成斜角之表面，以在該第二唇部及該電連接器之間建立該傾斜之連接。於其他具體實施例中，該探針元件之第二端部314與該分段式蓋子之唇部具有一傾斜之連接。

一軸桿352係連接至該電連接器312。該軸桿352可旋緊進入該電連接器312。

於此具體實施例中，為污染目的，該探針元件304係由矽所製成。較佳地是，該探針元件係為一在該蝕刻期間將可用來自其他來源之材料。此外，其較佳的是該探針元件係由半導體材料所製成。於此具體實施例中，該套筒316係由石英所製成。該蓋子320係由一含氟聚合物所製成。

於組裝該探針140中，至少一間隔裝置340係放置環繞著該探針元件304之頸部310。該探針元件之第二端部314通過一具有該套筒316之孔口。一由該套筒所形成之唇部338嚙合該間隔裝置340。當該唇部係抵靠著該等間隔裝置340時，該等間隔裝置340被加入或移除，直至該套筒316之外部邊緣係大約與該探針表面308變平。吾人相信該石英套筒將比該矽探針元件304更快地侵蝕，故最初間隔裝置係想要的，以便該套筒316更快侵蝕，間隔裝置可被移去，以保持該探針表面大約與該套筒316之外部邊緣變平。

該電連接器312係放置抵靠著該探針元件304之第二端部314。該分段式蓋子320係放置環繞著該探針元件304之第二端部314及該電連接器312。O型環324係放置環繞著該分段式蓋子320，將該分段式蓋子320壓縮在一起，其將該電連接器312推抵靠著該探針元件304的第二端部314之金屬化表面，以提供一好的電接觸，如此形成該探針140。該探針140可由該室內側被放置進入一探針孔口，該軸桿352延伸進入該探針孔口。該軸桿352可被插入該電連接器312中之一孔洞，在此該軸桿352及該孔洞具有匹配之螺紋。該軸桿352對於該探針140提供一電接觸及機械式支撐。

該軸桿352允許該探針140之輕易安裝。該軸桿352可被調整或允許該探針之調整，以致該探針表面308及該套筒316之外部邊緣係大體上與該室表面共面。

較佳地是，該探針表面308及該套筒316之外部邊緣係與該室之表面共面。該套筒316之石英外部邊緣、該探針表面308、及該上電極104可由不同材料所製成，且因此可在不同速率下磨損或侵蝕，造成該探針表面308或該套筒316之外部邊緣與該室之表面不共面。

圖5係一室壁117及一探針140之放大橫截面視圖。該軸桿352由該探針140延伸，且係連接至一軸桿夾具360之第一端部。該軸桿夾具之第二端部係連接至一電真 空穿透式裝置(feed-through)364之第一端部。該穿透式裝置之接地部份366係固定於該室壁117之背面。該穿透式裝置364及該軸桿夾具360間之彈簧368維持該室壁117及該軸桿夾具360間之良好熱接觸所需的力量。該軸桿夾具360係藉著一電絕緣及導熱材料362由該室壁117電絕緣。此等材料包含、但不限於氮化鋁、氧化鋁、氮化矽、氮化硼、及充滿這些陶瓷之聚合物。

於操作中，一螺絲起子、扳手、或其他驅動裝置可用來旋轉已用螺紋鎖至該探針軸桿352之軸桿夾具360。此操作係以移除該電穿透式裝置364所完成。視該軸桿夾具360之旋轉而定，該探針軸桿352及探針140係滑向或滑離該軸桿夾具360及該室壁117之背面，允許該探針表面308關於該室壁117之內表面作調整。

獨立地調整該探針及套筒之能力允許該探針被安裝在該室內側，供更容易之調整性能。如果該石英套筒316係比該探針元件304更快侵蝕，在該石英套筒316之顯著腐蝕之後，一間隔裝置340可被移去，以致該石英套筒316之外部邊緣係大約與該探針表面308共面。

在操作中，該探針140藉著在該探針表面測量該電流而測量該電漿。該電流可由該探針表面流經該探針元件至該電連接器，且接著至該支撐軸桿至該感測電子儀器。因此，該感測電子儀器包含一用於測量及記錄電流之裝置，諸如一安培計。該電漿造成該套筒之外部邊緣及該探針元件之探針表面蝕刻。如果該外部邊緣被更快蝕刻，以致該 外部邊緣係比該探針表面進一步被蝕刻，該探針被移去，且接著一間隔裝置係由該探針移去，直至該外部邊緣係大約與該探針表面共面。該蝕刻可接著繼續。

於其他具體實施例中，可使用其他探針調整機件，以將該探針之表面調整至與該室表面共面，諸如允許該探針被進一步旋緊至該軸桿上。此等探針調整機件較佳地是連接至該軸桿，但可經過其他裝置施行。當該套筒之外部邊緣及該探針之表面在不同速率下侵蝕時，該等間隔裝置允許該套筒之外部邊緣將與該探針之表面保持共面。於其他具體實施例中可使用其他套筒調整機件，以將該套筒之外部邊緣調整至保持與該探針之表面共面。此等套筒調整機件較佳地係設置於該探針及該套筒之間。

圖6係藉由本發明之另一具體實施例所提供的探針640之橫截面視圖。該探針640包含一具有探針表面608之探針元件604。一導線網彈簧及一彈性體黏接劑620電及機械式地連接該探針元件604之第二端部至一電連接器612。一支撐軸桿652係連接至該電連接器612。一電絕緣套筒616圍繞該探針元件604及該電連接器612。於另一選擇具體實施例中，探針元件604能藉著銅焊一導線而被接合至電連接器612。於又一選擇性具體實施例中，導線可被銅焊至探針元件604且被銅焊至電連接器612。

雖然已由數個較佳具體實施例之觀點敘述本發明，在此有落在本發明之範圍內的修改、置換、及各種替代之同等項。亦應注意的是在此有提供本發明之方法及設備之很多另外選擇方式。因此其係意欲使下文所附申請專利範圍被解釋為包含所有此等修改、置換、及各種替代之同等項，如同落在本發明之真實精神及範圍內。

102．．．電漿室

104．．．上電極

109．．．注射器

110．．．電漿

111．．．泵

112．．．閥

113．．．真空系統

114．．．基板

115．．．邊緣環件

116．．．夾頭

117．．．室壁

122．．．氣體分佈系統

134．．．高頻產生器

136a．．．匹配網路

136b．．．匹配網路

138．．．高頻產生器

140．．．探針

142．．．感測電子儀器

202．．．電漿室

209．．．頂部電極

211．．．泵

212．．．閥

213．．．真空系統

214．．．基板

215．．．邊緣環件

216．．．夾頭

217．．．室壁

220．．．電漿

222．．．氣體分佈系統

234．．．來源高頻產生器

236．．．匹配網路

238．．．偏壓高頻產生器

240‧‧‧探針

304‧‧‧探針元件

308‧‧‧探針表面

310‧‧‧頸部

312‧‧‧連接器

314‧‧‧第二端部

316‧‧‧套筒

320‧‧‧蓋子

320a‧‧‧半部

320b‧‧‧半部

324‧‧‧O型環

332‧‧‧第一唇部

336‧‧‧第二唇部

338‧‧‧唇部

340‧‧‧間隔裝置

352‧‧‧連接器

360‧‧‧軸桿夾具

362‧‧‧材料

364‧‧‧穿透式裝置

366‧‧‧接地部份

368‧‧‧彈簧

604‧‧‧探針元件

608‧‧‧探針表面

612‧‧‧連接器

616．．．套筒

620．．．膠合劑

640．．．探針

652．．．支撐軸桿

於所附圖面之各圖示中，本發明係藉由範例所說明，且非藉由限制，且其中類似之參考數字意指類似元件，及其中：圖1係一使用電漿探針之製程室的概要視圖。

圖2係使用電漿探針之另一製程室的概要視圖。

圖3係一電漿探針之透視圖。

圖4係一沿著圖3切線A－A之電漿探針的橫截面圖。

圖5係一室壁及一探針之放大橫截面視圖。

圖6係另一電漿探針之橫截面視圖。

140．．．探針

304．．．探針元件

308．．．探針表面

310．．．頸部

312．．．連接器

314．．．第二端部

316．．．套筒

320a．．．半部

320b．．．半部

324．．．O型環

332．．．第一唇部

336．．．第二唇部

338．．．唇部

340．．．間隔裝置

352．．．連接器

Claims (20)

1. 一種用在電漿處理室中之電漿探針總成，包含：一探針元件，其在該探針元件之第一端部設有一探針表面；一電連接器，其電連接至該探針元件；一電絕緣套筒，其包圍至少部份該探針元件：及一調整裝置，其連接至該探針元件，以調整該探針元件，以致該探針表面係與該電漿處理室之內部室表面共面。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，另包含一用於調整該電絕緣套筒之套筒調整裝置，其中該電絕緣套筒具有一外部邊緣，且該套筒調整裝置將該外部邊緣調整至與該探針表面共面。
3. 如申請專利範圍第2項之電漿探針總成，其中該探針元件係一半導體探針元件，其中該探針表面係一半導體探針表面。
4. 如申請專利範圍第3項之電漿探針總成，其中該套筒調整裝置包含至少一可移除之間隔裝置，該間隔裝置放置於該電絕緣套筒及該半導體探針元件之間。
5. 如申請專利範圍第4項之電漿探針總成，另包含：一分段式蓋子，其包圍該電連接器及至少部份該探針元件；及至少一O型環，其包圍該分段式蓋子。
6. 如申請專利範圍第5項之電漿探針總成，另包含一支撐軸桿，其中該調整裝置係機械式地連接至該支撐軸桿及於調整期間運動該支撐軸桿。
7. 如申請專利範圍第6項之電漿探針總成，其中該探針元件包含：一第一端部，其設有該探針表面；一第二端部，其與該第一端部相隔開；及一頸部，其延伸於該第一端部及該第二端部之間，其中該頸部具有一比該第一端部之橫截面及該第二端部之橫截面較小的橫截面。
8. 如申請專利範圍第7項之電漿探針總成，其中該絕緣套筒另包含一唇部，該唇部形成一孔口，該第二端部及該探針元件之頸部能夠通過該孔口，但該探針元件之第一端部不能夠通過該孔口，且其中該至少一可移除之間隔裝置被放置在該唇部及該探針元件之第一端部的側面之間，該探針元件之第一端部的側面與該探針表面相反。
9. 如申請專利範圍第8項之電漿探針總成，其中該分段式蓋子包含：一第一唇部，其與該探針元件之第二端部嚙合；及一第二唇部，其與該電連接器嚙合，其中該第一唇部及第二唇部迫使該探針元件之第二端部抵靠著該電連接器。
10. 如申請專利範圍第9項之電漿探針總成，其中該第二唇部具有一表面，該表面與該電導體呈傾斜連接，以迫使該探針元件之第二端部抵靠著該電連接器。
11. 如申請專利範圍第9項之電漿探針總成，其中該第一唇部具有一表面，該表面與該電導體呈傾斜連接，以迫使該探針元件之第二端部抵靠著該電連接器。
12. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，另包含一導線網彈簧及彈性體黏接劑，其將該探針元件之第二端部電連接至該電連接器。
13. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，另包含一銅焊至該探針元件及銅焊至該電連接器之導線。
14. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，另包含：一分段式蓋子，其包圍該電連接器及至少部份該探針元件；及至少一O型環，其包圍該分段式蓋子。
15. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，其中該探針表面為矽。
16. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，另包含電連接至該電連接器之感測電子儀器，其中該感測電子儀器包含一安培計。
17. 如申請專利範圍第1項之電漿探針總成，其中該電絕緣套筒係石英。
18. 一種用在電漿處理室中之電漿探針總成，包含：一半導體探針元件，其在該半導體探針元件之第一端部設有一半導體探針表面；一電連接器，其電連接至該半導體探針元件之第二端部；一電絕緣套筒，其包圍至少部份該探針元件；一調整裝置，其連接至該半導體探針元件，以調整該半導體探針元件，以致該探針表面係與該電漿處理室之內部室表面共面；一套筒調整裝置，用於調整該電絕緣套筒，其中該電絕緣套筒具有一外部邊緣，且該套筒調整裝置將該外部邊緣調整至與該探針表面共面；及感測電子儀器，其電連接至該電連接器，其中該感測電子儀器包含一安培計。
19. 如申請專利範圍第18項之電漿探針總成，其中該探針表面為矽。
20. 如申請專利範圍第19項之電漿探針總成，其中該電絕緣套筒係石英。