TWI505318B - 離子能量分析儀與其中之電訊號產生方法、及其製造與操作方法 - Google Patents

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Description

離子能量分析儀與其中之電訊號產生方法、及其製造與操作方 法
概括而言，本發明係關於離子能量分析，而更具體來說，本發明是關於用以測量電漿處理系統中離子能量分布之離子能量分析儀、及其製造與使用方法。
本申請案主張2011年3月28日申請的美國臨時專利申請案第61/468,187號之優先權，茲此併入該案全文以供參考。本申請案亦和下列共同讓渡的美國專利案相關：2010年8月17日公告的美國專利第7,777,179號、與2011年1月25日公告的美國專利第7,875,859號，茲此併入該等專利全文以供參考。
電漿(或更概括性的電子放電)已廣泛用於包含材料處理的各式產業應用上。舉例而言，在半導體處理中，時常使用電漿輔助蝕刻製程，以促成沿著圖案化於基板上的精密線條或通孔(或接點)之中異向性地移除材料。此類的電漿輔助蝕刻實例包含反應式離子蝕刻法(RIE,reactive ion etching)，其本質上為一種離子激發的化學蝕刻製程。
於電漿處理中，離子能量(更具體而言為離子能量分布(IED,ion energy distribution))為強烈影響在基板上反應式製程結果的製程參數。舉例而言，當在半導體裝置上執行蝕刻製程時，離子能量影響蝕刻選擇性、蝕刻率一致性、側邊輪廓、殘餘控制等等。由於此製程參數影響顯著，在電漿處理系統中特定位置上測量離子能量與其分布對刻劃出電漿有效性相當重要。
一般而言，IED是藉由將格柵與離子收集器浸在離子束中來測量。格柵具有不同的電位，致使在該離子束中，只有具備足夠能量可克服由該偏壓格柵所施加之電位屏障的離子能夠通過該格柵並擊中離子收集器。藉由收集並測量作為格柵上電位之函數的離子流就可獲致IED的積分型式。將此積分式微分即得IED。
雖然在電漿製程中大量採用各式離子能量分析儀(IEA,ion energy analyzers)來測量IED已有數十年的歷史，但仍有進步的空間。舉例而言，最廣為人知的傳統分析儀擾動處理電漿的程度會使測量結果不再是於處理基板時具主導性的特徵狀況、無法在高電位下運作、以及/或是在分析儀中呈現出由次級電子放射引起的大量雜訊。
雖然已有許多企圖解決該等不足的作為，但仍需能針對該等與其他問題之改良、新穎、與實際的解決方案。
本發明克服前述問題以及先前技術中離子能量分析儀的其他不足與缺點。雖然本發明將以特定實施例來描述，但讀者當知本發明並不限於該等實施例。取而代之地，本發明包含所有可由本發明的精神與範疇涵蓋之替代、修正、以及等效者。
依照本發明一實施例，用以判定一電漿的離子能量分布之一種離子能量分析儀包含一入口格柵、一選擇格柵、以及一離子收集器。該入口格柵形成該離子能量分析儀的第一表面，並放置成暴露在該電漿中。該入口格柵包含尺寸小於該電漿之德拜長度的數個第一開口。該離子收集器形成該離子能量分析儀的第二表面，並可操作成透過一第一電壓源而耦合於該入口格柵。該選擇格柵係位於該入口格柵與該離子收集器之間，並可操作成透過一第二電壓源而耦合於該入口格柵。一離子流量計係可操作成耦合於該離子收集器，並用以測量流進該離子收集器的離子流量並傳送表示所測量離子流量的信號。
依照本發明另一實施例，一種診斷晶圓包含具有一電漿暴露表面之一基板。一凹陷部延伸至該電漿暴露表面，並用以容納該離子能量分析儀，致使該入口格柵和該基板的該電漿暴露表面共同延伸。
本發明又一實施例係指向包含一基板與該離子能量分析儀的一種診斷晶圓。該基板具有一電漿暴露表面，其包含該離 子能量分析儀的該入口格柵。
本發明另一實施例係指向一種能量分析儀。該離子能量分析儀係用以判定一電漿的離子能量分布，該離子能量分析儀包含一入口格柵、一選擇格柵、以及一離子收集器。該入口格柵形成該離子能量分析儀的第一表面，並放置成暴露在該電漿中。該入口格柵包含尺寸小於該電漿之德拜長度的數個第一開口。該離子收集器形成該離子能量分析儀的第二表面。一電壓源係可操作成耦合於該離子收集器，並用以相對該入口格柵選擇性及可變地偏壓該離子收集器。一離子流量計係可操作成耦合於該離子收集器，並用以測量流進該離子收集器的離子流量並傳送表示所測量離子流量的信號。
本發明另一實施例包含用以判定一電漿的離子能量分布之一種離子能量分析儀。該離子能量分析儀包含一入口格柵、一選擇格柵、以及一離子收集器。該入口格柵形成該離子能量分析儀的第一表面，並置放成暴露在該電漿中。該入口格柵包含尺寸小於該電漿之德拜長度的數個第一開口。該離子收集器形成該離子能量分析儀的第二表面，且該選擇格柵係位於該入口格柵與該離子收集器之間。一第一絕緣體係用以在電性上隔離該入口格柵和該選擇格柵，且一第二絕緣體係用以在電性上隔離該選擇格柵和該離子收集器。一離子流量計係可操作成耦合於該離子收集器，並用以測量流進該離子收集器的離子流量並傳送表示所測量離子流量的信號。
本發明一實施例包含一種信號產生方法，其係使用具有可操作成耦合於該選擇格柵之一離子能量分析儀。該信號產生方法包含相對於該入口格柵選擇性及可變地偏壓該選擇格柵。
依照本發明一實施例，一種信號產生方法包含在一第一格柵與該電漿之間並針對該二者施加一電位屏障，而該信號表示包含複數離子之一電漿的離子能量分布。該電位屏障限制通過該第一格柵的該複數離子為具有足夠能量可克服該電位屏障者。相對於該第一格柵，一第二格柵係經選擇性及可變地偏壓。該選擇 性與可變的偏壓進一步限制通過該第二格柵的該複數離子。通過該第二格柵的離子之流量係經測量。
依照本發明另一實施例，一種信號產生方法包含在入口格柵與該電漿之間並針對該二者施加一電位屏障，而該信號表示包含複數離子之一電漿的離子能量分布。該電位屏障限制通過該入口格柵的該複數離子為具有足夠能量可克服該電位屏障者。相對於該入口格柵，選擇格柵係經選擇性及可變地偏壓。該選擇性與可變的偏壓進一步限制通過該選擇格柵的該複數離子。通過該選擇格柵的離子之流量係於一離子收集器上接收並以一離子流量計測量。表示該離子流量的信號係接著傳送。
本發明又一實施例係指向一種離子能量分析儀以及製造該離子能量分析儀的一種製程。該製程包含處理一第一基板以形成一入口格柵，其具有一第一通道與數個第一開口延伸貫穿之。一第二基板係經處理以形成一選擇格柵，其具有一第二通道於其中與數個第二開口延伸貫穿之。一第三基板係經處理以形成一離子收集器，其具有一第三通道於其中。該入口格柵係操作成耦合於該選擇格柵並在電性上和該選擇格柵隔離，其接著係操作成耦合於該離子收集器並在電性上和該離子收集器隔離。
本發明另一實施例係指向一種離子能量分析儀以及形成至少一電氣連接於其中的一種製程。該製程包含施加一第一鉑-玻璃玻料，以及燒結該第一鉑-玻璃玻料以形成一接觸墊。一導體與一第二鉑-玻璃玻料係施加至該接觸墊，並經燒結以將該導體焊接至該接觸墊。
本發明另一實施例包含一種製造離子能量分析儀的方法，其包含處理一第一基板以形成一入口格柵，其具有一第一通道與數個第一開口延伸貫穿於其中。一第二基板係經處理以形成一選擇格柵，其具有一第二通道於其中與數個第二開口延伸貫穿於其中。一第三基板係經處理以形成具有一第三通道於其中的一離子選擇器。該入口格柵係操作成耦合於該選擇格柵並在電性上和該選擇格柵隔離，其接著係操作成耦合於該離子收集器並在電 性上和該離子收集器隔離。
依照本發明一實施例，一種診斷晶圓的形成方法包含將一凹陷部蝕刻至一介電基板的一電漿暴露表面中。接著將該離子能量分析儀置於該凹陷部中，致使該入口格柵和該基板的該電漿暴露表面共同延伸。
依照本發明另一實施例，一種診斷晶圓包含該離子能量分析儀。該診斷晶圓的該電漿暴露表面為該第一基板。
本發明另一實施例包含一種RC電路，用以過濾從一離子能量分析儀傳送至一離子能量分析儀控制器的高頻信號。該離子能量分析儀係用以判定一處理室中一電漿的離子能量分布。該RC電路包含一第一過濾器與一第二過濾器，其可分別操作成耦合於該離子能量分析儀的一入口格柵與一選擇格柵。該第一與第二過濾器包含含有氧化釕之一帶通過濾器或一低通過濾器。
為促進對本發明的透徹理解以及為用以說明而非加以限制，於以下敘述中提出具體細節，例如電漿處理系統的特定幾何形狀以及該系統元件的各式描述。然而，讀者當知可採不具該等具體細節的其他實施例來實行本發明。
然而，讀者當知儘管已解釋發明本質的一般性概念，敘述中所含內容亦為發明本質的特徵。
現在參照圖式，特別是圖1，圖中呈現依照本發明一實施例之電漿處理系統50的簡化示意圖。電漿處理系統50包含第一電極52與第二電極54，二電極大致位於處理室56的相對二側，其中第一電極52是配置在用以支撐診斷晶圓60或處理晶圓(未呈現)的基板支座58內。
第一電極52可操作成耦合於用以提供具第一無線射頻(RF,radio frequency)頻率與第一RF電壓的RF電力之第一RF電力系統62，而第二電極54可操作成耦合於用以提供具第二RF頻率與第二RF電壓的第二RF電力之第二RF電力系統64。舉例而言， 第二RF頻率可相對較高於第一RF頻率。供應至第一與第二電極52、54的RF電力係可操作來形成位於處理空間68內二個電極52、54之間的電漿66。
雖然第一與第二電極52、54二者係呈現為和RF電力系統62、64耦合，然而該等電極中至少一者可和其他電力系統耦合。舉例而言，第二電極54可操作成耦合於直流(DC,direct current)接地端或DC電壓源70。或者，第一電極52可耦合於DC接地端或DC電力系統72，而第二電極54係耦合於第二RF電力系統64。又或者，第一電極52可耦合於可操作成提供多種RF頻率(如第一RF頻率與第二RF頻率)的第一RF電力系統62，而第二電極54可耦合於DC接地端或DC電力系統72。或者，第二電極54可耦合於DC電力系統72，其為脈衝式或是以低頻波形調變。
此外，電漿處理系統50可另外選擇包含用以提供DC電壓至第二電極54的DC電力系統72。DC電力系統72可包含可變DC電源。此外，DC電力系統72可包含雙極DC電源。另外，DC電力系統72可用以執行監控、調整或控制極性、電流、電壓、或DC電力的開啟/關閉之中至少一者。一旦形成電漿66，DC電力系統72就可用以促成高能量電子束的形成。
若為所需，電濾波器(未呈現)可用以將RF電力系統62、64從DC電力系統72上解除耦合。舉例而言，由DC電力系統72施加至第二電極54的DC電壓之範圍可從約-2000伏特(V，volts)至約1000V。DC電壓的絕對值最好等於或大於約100V，而DC電壓的絕對值等於或大於約500V更好。此外，DC電壓的極性最好為負。另外，DC電壓最好為絕對值大於產生於第二電極54表面上之自偏壓的負電壓。第二電極54中面向第一電極52的表面可包含含矽材料。
將DC電壓(如負DC電壓)耦合於第二電極54可促進彈道電子束(ballistic electron beam)的形成，誠如以上所述。電子束的功率是由疊加負DC電壓至第二電極54上而導出。如美國專利第7,740,737號所述，施加負DC電力至電漿處理系統50會影響擊中 診斷晶圓60表面之彈道(或碰撞較少)電子束的形成。
現在轉而參照圖2，圖中呈現診斷晶圓60並予以詳加描述。診斷晶圓60包含可為任意尺寸的基底或載運基板61(此後稱為基板61)，例如300mm的矽基板；然而，亦可使用其他尺寸(包含約200mm至450mm)與材料。診斷晶圓的基板61包含(或可包含一部分)一或多個離子能量分析儀(IEA,ion energy analyzer)74，其係配置成用以測量、評估、以及/或是診斷入射至診斷晶圓60的離子之離子能量分布(IED,ion energy distribution)，而此時診斷晶圓60是浸沒於由第一RF電力系統62並透過第一電極52而偏壓之RF與電漿66中。每個IEA74皆可操作成和IEA測量電子系統76(此後稱為IEA控制器76)耦合，其係用以接收和IED相關的信號，誠如下文所詳加敘述般。
電漿處理系統50更包含控制器78，其可操作成耦合至第一RF電力系統62、第二RF電力系統64、DC電壓源70、DC電力系統72、與IED控制器76其中一或多者，且控制器78可用以和該等系統之各者交換資料。舉例而言，控制器78可用以接收和離子流以及/或是IED相關的信號，並處理該信號以判定電漿66的狀態。在其他實例中，控制器78可用以令變化信號以及/或是IED和電漿製程(例如電漿蝕刻)的終點相關連，包含例如蝕刻製程中的錯誤或電漿不穩定性。
診斷晶圓60可用於任何類型的電漿處理系統50。在此說明性實例中，IED測量是在RF供電的電容耦合式電漿(CCP,capacitively coupled plasma)處理系統中執行。然而，診斷晶圓60亦可用於電感耦合式電漿(ICP,inductively coupled plasma)、變壓耦合式電漿(TCP,transformer coupled plasma)、電子迴旋共振式(ECR,electron cyclotron resonance)電漿、螺旋波電漿、由例如開槽平面天線所形成的表面波電漿(SWP,surface wave plasma)等等。
繼續參照圖2，IEA 74係大致位在基板61中央的區域；然而，此位置並非必要，因為IEA 74可接近基板61的邊緣。若為所需，第二IEA(未呈現)可大致位在基板61的邊緣區域。
在繼續參照圖1與2的情況下，現在參照圖3與4，圖中呈現依照本發明一實施例之IEA 74。IEA 74大致為包含入口格柵80、離子選擇格柵82、與離子收集器84之組合，其中入口格柵80形成暴露在電漿66中的第一表面，離子選擇格柵82係靠近入口格柵80並和電漿66相對，而離子收集器84係靠近選擇格柵82、和入口格柵80相對、並形成IEA 74的第二表面。
如以下所將詳細描述般，每個格柵80、82與離子收集器84可製造在摻雜的或摻磷的矽基板90、92、94上。甚者，可選擇將診斷晶圓60建構成表現出和對應處理晶圓相同的RF電路要件。舉例而言，RF電路要件可包含導電性、RF阻抗等等。在特定實施例中，入口格柵80係直接形成在診斷晶圓60上且組成IEA 74的其他元件係藉由診斷晶圓60的背面耦合至入口格柵80。在其他實施例中，入口格柵80可形成在獨立的矽晶圓中且和選擇格柵82與離子收集器84一起組合，使其位於矽晶圓的凹陷部中並如以下所詳述般。
入口格柵80與選擇格柵82各包含其中具有複數開口的中央格柵部81、83，其中每個開口的尺寸(舉例而言，環形格柵的直徑、矩形或方形格柵的長度或寬度、或所需的其他形狀與適當尺寸)至多為德拜長度(Debye length)，德拜長度係取決電漿鞘(接近入口格柵80的電漿邊界)為最小寬度時的密度與電子溫度，而其一般係發生在RF擺幅最大時。需要選擇開口尺寸以確保接近IEA 74之電漿66邊界的電漿鞘保持相對未受擾動的狀態。另外，次德拜長度限制電漿鞘穿透入口格柵80並延伸至IEA 74的能力。對上述之300mm直徑晶圓與100mm直徑IEA而言，中央格柵部81、83的直徑範圍可介於約5mm至約200mm之間，然而再一次，不應將該等尺寸視為限制。
中央格柵部81、83亦分別具有針對入口與選擇格柵80、82之厚度。該等厚度的範圍可介於約開口的尺寸(即德拜長度)至約開口二倍的尺寸(即二倍德拜長度)之間，以提供足夠的材料來支撐電場與機械強度，並同時最小化穿過其間之離子的中和作用 (neutralization)。
含入口格柵80、選擇格柵82、與離子收集器84的基板90、92、94是由位於相鄰基板90、92、94之間的絕緣體86、88予以隔開。依照一實施例，舉例而言，絕緣體86、88可由厚度範圍大至介於約30μm至60μm之間的鋁酸鹽(Al2O3)或藍寶石類材料構成。
每個絕緣體86、88如同入口與選擇格柵80、82一般包含中央開口87、89，其實質上垂直對準中央格柵部81、83。中央開口87、89的直徑等於或大於入口與選擇格柵80、82之中央格柵部81、83的直徑。因為施加至格柵80、82、84的高電壓電位，絕緣體86、88可能會歷經電崩潰(electrical breakdown)以及/或是可能會在相鄰格柵80、82、84之間發生閃烙(flashover)。就此而言，且特別是圖5A與5B所呈現一般，絕緣體材料可配置成令絕緣體86、88之中央開口87、89的直徑小於形成在格柵80、82的中央格柵部81、83之下的通道96、98之直徑，但大於中央格柵部81、83的直徑。換言之，絕緣體86、88從基板92、94向內凸出至IEA 74的中央。絕緣體86、88因而由通道壁面向內凸出一重疊或凸出長度l ，此長度係經決定以足夠地彎折延伸於基板90、92、94之間的場力線(以虛線呈現)，用以在充電之前(圖5A)與之後(圖5B)減少或預防閃烙。
相較之下，絕緣體86、88的習知長度l 則為零。在此類情況下，沿著絕緣體86、88的表面會存在連接被分隔導體(例如格柵80、82與離子收集器84)的路徑。當所施加的連續電場係平行於絕緣體86、88的表面時，就可能會因電場夠大而引起電崩潰。相反地，如圖5A與5B所提供一般，絕緣體朝和絕緣體86、88表面平行的電場相對較小之區域凸出一長度l ，因而減少表面電弧發生的可能性。
或者，在一組沿著絕緣體86、88的表面延伸之所有可能路徑下，絕緣體86、88可具有經選擇的幾何形狀，致使緊密相鄰的格柵80、82、84之二點間無直線路徑存在。更具體而言，針 對特定所示實施例，此情況對第一絕緣體86而言是在入口格柵80與選擇隔柵82之間，而對第二絕緣體88而言則是在選擇格柵82與離子收集器84之間。
回頭參照圖3，IEA 74可由陶瓷間隔件99與石英蓋板101覆蓋。舉例而言，石英蓋板101可透過一個以上的螺栓103(可由陶瓷類材料構成)而和入口格柵80相接。在其他實施例中，組成IEA 74的分層可由黏合劑等等接合。
入口與選擇格柵82、84以及離子收集器84各者皆可操作成耦合至IEA控制器76的個別電壓源180a、182a(圖11)，且離子收集器84(圖11)可耦合至IEA控制器76的離子流量計，此處係具體圖示為安培計106(圖11)。在一實施例中，此係透過處理室56壁面中的饋通(feed-through)系統75(圖1)而達成。第一電壓源180a可操作成相對入口格柵電位施加穩定或交替偏壓至選擇格柵82。第二電壓源182a可操作成相對入口格柵電位施加負偏壓至離子收集器84。
如圖6所示，舉例而言，可透過正弦波形108來施加偏壓電位至選擇格柵82，致使選擇格柵82相對於入口格柵80(圖2)而在負電壓與正電壓之間偏壓。亦可使用其他波形，例如三角波形。相對於入口格柵80之選擇格柵82(圖3與4)的電壓電位可操作成用以決定通過選擇格柵82(圖3)的中央格柵部83之複數孔洞(圖3)並抵達離子收集器84(圖3)之離子的最小離子能(以及電荷)。或者，在若干格柵電壓下，第一所選能量之離子可轉向遠離(例如受斥)選擇格柵82(圖3)，而在離子收集器84(圖3)記錄到的若干較低電壓下，第二所選能量之離子則會穿越選擇格柵82(圖3)的中央格柵部83(圖3)之複數孔洞(在更低的選擇格柵電壓下具有更高的穿越機率)。
圖6的說明圖式呈現出沿著波形108不同時點上高能量離子的離子軌跡。離子會部份傳送的中等電壓範圍表示依照本發明一實施例之離子能量分析儀的解析度限制之一。
圖7為流程圖110，在一併參照圖1與3的情況下，描 繪依照本發明一實施例之電漿處理系統50的使用方法。在此特定實施例中，入口格柵80(圖2)的電壓係經感測，且施加至選擇格柵82(圖3)與離子收集器84(圖3)的電壓大小係參照此感測電壓而非處理室接地端或其他參考電壓。於選擇性步驟112中，併有IEA 74於其中的診斷晶圓60係置於處理室56中；然而，如以下將詳加敘述般，IEA 74的位置不必然要限制在診斷晶圓60上，而是可包含於處理晶圓或診斷系統的電漿暴露表面上。藉由決定選擇格柵82的電壓，離子通量的所需分量係經選擇成會抵達離子收集器84，且就此而言，於步驟114中，入口格柵80的浮動電位係經感測並用以作為選擇格柵與離子收集器電壓的參考電壓。耦合於電壓源180a(圖11)的離子收集器84係配置成使自身為負向偏壓。離子選擇電壓可包含範圍從約0V至等於最大離子能量之值之間的正DC電壓。離子選擇電壓的範圍係經選擇成寬至足以判別通過電漿邊界的電漿鞘並穿過入口格柵80進入IEA 74之離子的離子能量總範圍。
於步驟116中，針對電壓的依時變化波形係施加至選擇格柵82，且於步驟118中會測量離子收集器84所接收的離子流通量。電耦合至選擇格柵82的電壓源180a(圖11)可包含用以藉由負DC離子選擇電壓偏壓離子收集器84的可變DC電壓源。可變DC電壓源係配置成藉由將離子選擇電壓於第一電壓值與第二電壓值之間變化來掃描離子選擇電壓。離子選擇電壓可參照入口格柵80的浮動電位或接地電位，如以下所細述。
於步驟119中，測量的離子流係儲存為選擇格柵82之依時變化的離子選擇電壓之函數。就此而言，安培計106係耦合至離子收集器84以測量離子流。安培計106可包含操作放大器(op-amp,operational amplifier)或在本技術領域中具有通常知識者所知的其他裝置。
除其他功能以外，IEA控制器76係用以接收和離子收集器84上所選離子流相關的信號、處理該信號、儲存該信號、以及針對接收診斷的電漿匯編IED。在不只一個IEA 74浸沒於電漿 中的該等實施例中，IED可藉由改變選擇格柵82上的電位、並監控離子流來測量，而該離子流係關於具足夠能量可克服離子收集器84所設下之電位障礙並擊中離子收集器84的該等離子。透過收集並測量作為離子收集器84上電位之函數的所選離子流，就可獲致IED的積分型式。將此積分式微分即得IED。
依照本發明另一實施例，IEA控制器76可用以設定掃描輸出程度(sweeping output level)以透過電壓源182a(圖11)偏壓離子收集器84並負向偏壓選擇格柵82至固定的負電壓，而二個電壓皆和偵測到的入口格柵80電位有關。選擇格柵82的負偏壓係可操作成排斥進入入口格柵80的電子，而施加至離子收集器84的可變正電位係可操作成排斥能量低於和入口格柵相關之收集器的電位之該等離子。作為離子收集器電壓之函數的離子收集器電流可經微分而得IED。
在若干情況中，可用性、成本、或其他外部影響可能需縮減構成入口格柵的材料(如摻雜矽)量。具體而言，和直接將入口格柵形成至基板中的有關成本可能相當高。因此，限制形成入口格柵所需的基板材料量可具有優勢。
就此而言，現在參照圖8與9，圖中呈現依照本發明另一實施例之具有IEA 122的診斷晶圓120。診斷晶圓120包含凹陷部124於其中，其形狀與尺寸係做成用以承接IEA 122於其中，並使其中具有開口127的入口格柵126之暴露表面128和診斷晶圓120的暴露表面130共面。凹陷軌道132由凹陷部124向外徑向延伸並用以容納和IEA 122操作有關之電氣元件，如下所詳述般。
入口格柵126的尺寸需要大到足以在入口格柵126與診斷晶圓126的下方基板121之間提供良好的電容耦合。入口格柵126與下方基板121之間需要有良好的電容耦合，致使入口格柵126與基板121之間的RF阻抗小於在電線穿過處理室壁面中的饋通系統75(圖1)而連接入口格柵126至外側的情況下入口格柵126與接地端之間的RF阻抗。舉例而言，用以建構入口格柵126之 300mm直徑矽晶圓的IEA 122可具有接近100mm的直徑，而用以建構具有開口135延伸貫穿其中的選擇格柵134以及/或是離子收集器136之矽晶圓的直徑可小於100mm以進一步降低材料成本。一般而言，用以建構入口與選擇格柵126、134以及離子選擇器136的基板材料之厚度可在約10μm至500μm之間變化。
格柵126、134與離子收集器136亦是由採如先前詳述的方式所建構之第一與第二絕緣體138、140隔開。IEA 122可以石英蓋板144加以結合在一起，而後者係容納於晶圓120的另一凹陷部146中，且晶圓120與此組件可由一個以上可由陶瓷類材料構成的螺栓148接合在一起。另外的螺栓150亦可用以接合IEA 122與診斷晶圓120。
可包含陶瓷間隔件152以使電氣耦合件(即電線154)和矽診斷晶圓120絕緣。
此處所述診斷晶圓120的使用方法可和先前參照圖7之所述方法相似。
在其他處理方法中，可能必須進一步限制用以形成入口格柵之基板材料的總量。結果係如圖10所示一般，和包含矽基板163之診斷晶圓162一起使用的入口格柵160係呈現於圖中並加以描述。再一次，入口格柵160包含相似於前述的摻雜矽基板材料且係區分成第一區段164與第二區段166。在特定說明實施例中，第一區段164包含具複數開口170於其中的中央格柵部168，且第二區段166係放置成和第一區段165同心。然而，亦可採用其他的佈置與形狀。
第一與第二區段164、166係透過導線172連接，致使第一與第二區段164、166共同在電性上以單一物體運作。因此，第一與第二區段164、166的整體面積大至足以在第一與第二區段之集合區域與診斷晶圓162之間提供良好的電容RF耦合。相關技術係可用以加強任一格柵和診斷晶圓162的RF耦合。
當知導線172可為導電電線或其他已知裝置。
構成圖10之IEA 174的其餘元件可和參照圖8所述者 相似，且其後具有上標的相似元件符號當然指明該等實施例的對應元件。
在本技術領域中具有通常知識者可由此處描述而立即得知各式電路實施例皆可構成IEA控制器76(圖1)。然而，若干電路圖可能較其他電路圖具有優勢，舉例而言，藉由使一個以上的格柵群集在一起而最小化電氣連接數量的電路圖。IEA控制器組態的各式實施例係據此予以描述；然而，因為在本技術領域中具有通常知識者可實行任何數量的電路，所以不應將此處所述電路圖視為限制。
現在參照圖11，IEA控制器76a係參照此類實施例予以描述。具體而言，IEA控制器76a適合用於電漿電位可變之相對偏壓的電漿上。就此而言，入口格柵80上的偏壓電位至少可部分藉由該電漿電位來判定。IEA控制器76a係電耦合至IEA 74的入口格柵80、選擇格柵82、與離子收集器84。就此而言，IEA控制器76中的第一可調電壓源180係配置成相對入口格柵80選擇性偏壓選擇格柵82。IEA控制器76a中的第二可調電壓源182係配置成相對入口格柵80選擇性偏壓離子收集器84。一般而言，每個電壓源180、182係用以施加範圍由-V至+V的電壓電位，且可採各式方法構成。依照一實施例，電壓源180、182之一或二者可包含第一電壓產生器以及和其串聯而具相反極性的第二可變電壓產生器。舉例而言，第一電壓產生器可用以施加正偏壓於二電極之間，而第二可變電壓產生器則選擇性並負向偏壓該二電極以使其正向幅度較小或甚至為負向。
安培計106係電耦合至離子收集器84並用以測量由具有足夠能量的離子衝擊離子收集器84所產生的電流。透過硬體連線或無線的方式，代表所測量之總電流的信號係傳送至控制器78以進行處理。
依照如圖12所示之本發明另一實施例，在特定電漿條件下，入口格柵的浮動電壓可經量測並接著相對參考電壓(如接地電位)予以偏壓。除了相似於參照圖11所詳述於上的第一與第二電 壓源180a、182a之外，並聯的第三電壓源184亦可使IEA控制器76b電連接至接地端。
若為所需，其他離子流量計係可設置在選擇格柵82與可變電壓源180a之間。一般而言，從選擇格柵80偵測到的離子流可用以判定IED或評估IEA的表現。
在診斷晶圓包含數個IEA 74的該等實施例中，針對所有IEA 74併入單一選擇格柵186可能有益。圖13描繪本發明此類實施例。再一次，IEA控制器76c包含第一電壓源180c，其施加電壓於每個入口格柵80與單一選擇格柵186之間。和第二電壓源182c串聯的獨立安培計106電耦合離子收集器84與入口格柵80。如所示，IEA 74更耦合於內部接地源，而此處可為診斷晶圓60。
雖然圖13描繪多個電壓源182c係組合於單一IEA控制器76c中，然而讀者當可輕易得知此僅是為圖示方便，而實際上在若干實施例中，一獨立IEA控制器可操作成耦合於每個IEA並僅包含一組電壓源180、182於其中。
本發明實施例因而更包含獨立選擇格柵與離子收集器；然而，該等獨立元件所執行的功能可結合在一單一單元中。舉例而言，現在參照圖14與14A，依照本發明另一實施例之IEA 200係和IEA控制器206a實施例一起示意性呈現。IEA 200包含入口格柵202與收集器204，收集器204係藉由絕緣體207而和入口格柵202在電性上隔離，且其可操作成選擇性收集預定能量範圍中的離子。
藉由可以相似於上述可調電壓源180、182(圖11)的方式而配置之可調電壓源208a，收集器204係相對具有浮動電位之入口格柵為偏壓。安培計210a係電耦合於收集器204且係用以測量由具有足夠能量的離子撞擊收集器204所產生的電流。透過硬體線路連接或無線方式，代表所測量之總電流的信號係從安培計210a傳送至控制器78以進行處理。
IEA 200不僅減少構成IEA 200所必需的材料量(尤其 是摻雜矽)，亦降低IEA 200與IEA控制器206a之間的電氣連接及隔絕之複雜度。
在使用上，IEA 200係可配置成作為離子流探針來運作。在此配置中，離子收集器204可測量總離子流。更具體而言，離子收集器204係可相對入口格柵202(在中央格柵部205具有數個開口203)為負向偏壓，且離子流是藉由撞擊離子收集器204而測量。透過施加至離子收集器204的波形(例如參照圖6所述)，即可藉由令設置為微小簡單配置之單一格柵與單一收集器來判定IED。
圖15描繪具有IEA控制器206b的IEA 200，IEA控制器206b在電性上係配置成和穩定偏壓的入口格柵202一起使用。具體而言，除了可調電壓源208b之外，並聯的另一可調電壓源212亦可使IEA 200和接地端電連接。
圖16與17描繪診斷晶圓包含數個IEA 200的二個電氣配置。雖然圖中呈現三個IEA，讀者將可輕易得知所繪數量不應視為限制。在圖16中，IEA控制器206c係配置成使數個IEA 200中的每一個具有獨立的可調電壓源208c與安培計210c組合。代表所測量的總電流之信號可經傳送並辨識出來。因此，即可在診斷晶圓的數個位置上判定IED。如上所提，雖然電壓源208c係繪成設置於同一IEA控制器206c中，但其非必然，而是每個IEA 200皆可操作成耦合於獨立的IEA控制器206。
圖17和圖16之相似處在於每個IEA 200具有獨立的可調電壓源208d與安培計210d，但IEA控制器206d並未如同IEA 206c一般直接電耦合於入口格柵202。取而代之的是IEA 200係耦合於接近基板61的內部接地源。
照往例，要在高電壓電位與RF能量的操作環境中將電流測量結果從安培計傳送至IED用之IEA控制器(其通常為接地且處於明顯較低之電壓電位)一直相當困難。意即可能要在每個格柵與IEA控制器76之間設置一連串的RF濾波器以對每個格柵上之一或多種RF頻率的RF電壓提供高輸入阻抗。依照本發明一實 施例，傳送電流的一種方式-饋通系統75係參照圖18與19而予以呈現與描述。
在圖18中，饋通系統75包含電橋214、饋通件(feed-through)215、與RF扼流圈(RF choke)217。電橋214係用以使IEA 122與IEA控制器76(圖1)之間所建的電氣連接和診斷晶圓120與電漿66(圖1)隔開。電橋214透過饋通件215而和RF扼流圈217相接，這會減少由IEA 122所拾取的RF電壓並會造成RF電流因電線連接穿過腔壁而流至腔室接地端。最後，RF扼流圈217限制高頻交流電流的流動保持在遠離處理室56處(圖1)而允許較低頻交流電流與直流電流的流動，而IED的電流指標係包含於後者中。
為更加有利於過濾高頻AC與高RF電壓信號，可在饋通系統75中加入RC-電路219。舉例而言，每個RF濾波器216、218可包含由氧化釕(RuO2 )或氧化鋁(Al2 O3 )構成的帶拒或帶通濾波器(notch or band-pass filter)、或低通濾波器。藉由針對入口格柵126(圖8)與選擇格柵134(圖8)個別使用RuO2 電阻器216、218(舉例而言，各用以提供約5kΩ的電阻值)，且其中一電阻係位於診斷晶圓120中而另一電阻係位於電橋214中，電壓就可在抵達處理室56(圖1)之壁面前降到夠低。
為能針對在格柵126、134(圖8)與離子收集器136(圖8)之各者上一或多種RF頻率的RF電壓提供高輸入阻抗，可在各個格柵與IEA控制器76(圖1)之間設置一連串的RF濾波器。IEA 122可包含設置於入口格柵126(圖8)與IEA控制器76(圖1)之間的第一RF濾波器、設置於選擇格柵134(圖8)與IEA控制器76(圖1)之間的第二RF濾波器，以及設於離子收集器136(圖8)與IEA控制器76(圖1)之間的第三RF濾波器。舉例而言，各個RF濾波器皆可包含帶拒或帶通濾波器、或低通濾波器。
雖然未明確呈現，在調諧電路為必須之該等實施例中，可將一電感併入於電氣連接中。在一實施例中，電感可限於100MHz的鐵磁體且可置於參照圖18所述之電阻之間。
搭配詳加敘述的IEA細節，現在轉而參照圖20與21，其描述依照本發明一實施例之IEA 74(圖1)的製造方法。圖20為勾勒方法概要的流程圖230，且該方法係示意性呈現於圖21A-21H中。
依照微機電系統(MEMS,Microelectromechanical Systems)類製程，依照步驟232，圖21A描繪施加有光阻層236於其上的摻矽基板234。於步驟238中，藉由使用遮罩240來遮蔽光阻層236並使之成像，遮罩240的尺寸係經設計用以產生通道(如圖4的通道96)。之後，在步驟242中，依照習知程序烘烤、顯影、並處理成像的光阻層236，以設置抗蝕的光阻層236以及基板234的暴露表面244，如圖21B所示。接著在步驟246中蝕刻基板234以產生通道248，如圖21C所示。蝕刻可由任何已知方法執行，其中包含如乾或濕蝕刻。
如圖21C所示之具有通道248的基板234可用以作為離子收集器或經過進一步處理以形成入口格柵或選擇格柵其中一者。就此而言，現在轉而參照決策步驟250，若需要其中一個格柵(決策步驟250的「格柵」分支)，則製程繼續。另一方面，若需要離子收集器(決策步驟250的「離子收集器」分支)，則不需要進一步的處理且方法朝步驟276前進。
接著描述在任一情況下之基板234的進一步處理，於步驟252中施加另一光阻層254(圖21D)至基板234與通道248(圖21D)。遮罩258(圖21D)經施加、成像(步驟260)、烘烤、顯影、以及處理以形成抗蝕層光阻255(圖21E)。基板234可經蝕刻以形成入口或選擇格柵所用的開口266(圖21F)。
如此處所述的光阻層236、254可另外為除了光阻層本身以外尚包含硬遮罩層的雙遮罩層。晶圓可包含具有熱氧化物沉積於其上的薄層，其可用以作為雙遮罩層的硬遮罩層。
雖然流程圖230提供空腔係在格柵之前蝕刻的方法，然而於本技藝中具有通常知識者將可得知該等順序s並非必然且格柵可在處理空腔之前蝕刻。
繼續搭配圖20，現在轉而參照圖21G與21H，其係依照本發明一實施例描述對準(圖20的步驟268)與組合(圖20的步驟276)IEA的方法。就此而言，二個成形的格柵234”、234’係彼此相對垂直放置且其間具有絕緣體270，以分別形成入口與選擇格柵。雖然可採多種方式進行對準，然而所示方法包含位在格柵234”、234’背側的光源272以及和其相對的光電二極體274。下方格柵234’(此處為選擇格柵)係可藉由例如具有一或多個測微計(圖中呈現二個測微計228、229)的對準裝置224(圖25A與25B)而相對上方格柵234”移動，直到光電二極體274偵測到穿過格柵234”、234’所傳送的光為最大。測微計228、229可各自包含用以和凹陷表面286或診斷晶圓60周邊接合的支臂282、284。
一旦光線傳送為最大，依照決策步驟250的「離子收集器」分支所形成之收集器280會與絕緣體278相鄰第一與第二格柵234、234’置放，並由如螺栓148(圖8)加以固定。
讀者應知雖然此處已描述MEMS類製程，然而亦可另外使用其他形成格柵方法。例如雷射鑽孔、放電加工(如包含石墨電極的EDM(Electrical Discharge Machining))、電子束加工等等。
一旦IEA已組裝好，就將格柵與離子收集器電耦合於IEA控制器76(圖1)。不過，很難在矽基板61(圖1)上使用錫鉛焊料的習知焊接方式。就此而言，現將參照圖22-23D詳加描述前述電氣連接的形成方法。
如圖23A所示，鄰近用以電耦合之位置的入口或選擇格柵122、134、或離子收集器136(只要適當皆可)之周邊係示於圖中。狹縫294之形成可藉由在具入口或選擇格柵122、134或離子收集器136的基板中鑽孔、切割、蝕刻或其他方式。狹縫294於形成電氣連接之導體300的側邊周圍預留有介於例如約10μm至20μm範圍內的近接容許值。接著，在步驟292及如圖23B中所示，鉑(Pt)、以及玻璃厚膜(此後稱為「玻料(frit)」係透過例如氣相沉積製程而施加至狹縫。沉積的Pt層接著會於500℃退火約30分鐘以形成約5nm厚的Pt層226(步驟296)。
在圖23C中，導體300可接著置於狹縫294中、位於Pt層226上並覆蓋有第二玻料304(步驟298)。接著以二步驟燒結製程(分別約為300℃與950℃)燃燒診斷晶圓120(步驟302)，以在電性與機械上使導體300接合至入口或選擇格柵122、134、或離子選擇器136，如圖23D所示。機械以及特別是電性的接合透過形成矽化鉑於鉑與矽之間的介面上而得以強化。
此處依照實施例之IEA不需限於診斷晶圓。取而代之地，透過參照圖24與依照本發明另一實施例，將描述在電漿暴露表面上具有IEA 310的診斷系統50’。如所示，IEA 310係位在基板支座58’上以使其在電漿製程期間暴露於電漿66’中。雖然圖中呈現診斷晶圓60’係位在基板支座58’上，但此非必然。反而是藉由將IEA 310置於診斷系統50’中即可於電漿處理任何晶圓期間判定IED，無論是否包含獨立的IEA。再者，IEA 310的位置不受特定所示實施例限制。取而代之的是IEA 310的位置僅需限制在可暴露在電漿66’中的表面即可。事實上，在整個處理室56’中可置放多個IEA 310以於多個位置上判定IED，用以供評估電漿一致性。
雖然已藉由描述多個實施例來說明本發明，且雖然該等實施例係以大量細節予以描述，然而熟習本技藝者將可輕易得知可在未實質脫離本發明之新穎教示與優點的情況下，仍能針對示範實施例進行多種修正。在其較寬態樣下之本發明因而不限於所示與所述的特定細節與說明實例。因此，在未偏離本發明之範疇下仍可和該等細節不同。
50‧‧‧電漿處理系統
50'‧‧‧診斷系統
52‧‧‧第一電極
54‧‧‧第二電極
56、56'‧‧‧處理室
58、58'‧‧‧基板支座
60、120、162‧‧‧診斷晶圓
61、90、92、94、121、163‧‧‧基板
62‧‧‧第一RF電力系統
64‧‧‧第二RF電力系統
66、66'‧‧‧電漿
68‧‧‧處理空間
70‧‧‧DC電壓源
72‧‧‧DC電力系統
74、122、174、200、310‧‧‧離子能量分析儀(IEA)
75‧‧‧饋通系統
76、76a、76c、206a、206b、206c、206d‧‧‧IEA測量電子系統(IEA控制器)
78‧‧‧控制器
80、126、160、202‧‧‧入口格柵
81、83、168、205‧‧‧中央格柵部
82、134、186‧‧‧(離子)選擇格柵
84、136、204‧‧‧離子收集器
86、88、207‧‧‧絕緣體
87、89‧‧‧中央開口
96、98‧‧‧通道
99、152‧‧‧陶瓷間隔件
101、144‧‧‧石英蓋板
103、148、150‧‧‧螺栓
106、210a、210b、210c、210d‧‧‧安培計
108‧‧‧正弦波形
110‧‧‧流程圖
112、114、116、118、119‧‧‧步驟
124、146‧‧‧凹陷部
127、135、170、203、266‧‧‧開口
128、130‧‧‧暴露表面
132‧‧‧凹陷軌道
138‧‧‧第一絕緣體
140‧‧‧第二絕緣體
154‧‧‧電線
164‧‧‧第一區段
166‧‧‧第二區段
172‧‧‧導線
180、182、208a、208b、208c、208d、212‧‧‧可調電壓源
180a、180b‧‧‧第一電壓源
182a、182b‧‧‧第二電壓源
189‧‧‧處理器
214‧‧‧電橋
215‧‧‧饋通件
216、218‧‧‧RF濾波器
217‧‧‧RF扼流圈
219‧‧‧RC-電路
224‧‧‧對準裝置
226‧‧‧Pt層
228、229‧‧‧測微計
230‧‧‧流程圖
232、238、242、246、250、252、256、260、264、268、276‧‧‧步驟
234‧‧‧基板
234’、234”‧‧‧格柵
236、254‧‧‧光阻層
240、258‧‧‧遮罩
244‧‧‧暴露表面
248‧‧‧通道
255‧‧‧抗蝕層光阻
270‧‧‧絕緣體
272‧‧‧光源
274‧‧‧光電二極體
278‧‧‧絕緣體
280‧‧‧收集器
282、284‧‧‧支臂
286‧‧‧凹陷表面
290‧‧‧流程
292、296、298、302‧‧‧步驟
294‧‧‧狹縫
300‧‧‧導體
304‧‧‧玻料
併入此處並構成此說明書一部份的隨附圖式描繪本發明之實施例，並和上述提供之本發明的一般性敘述說明以及實施例的詳細說明一併用以解釋本發明之原則。
圖1為依照本發明一實施例之電漿處理系統的示意橫剖面圖。
依照本發明一實施例，圖2為用於圖1的電漿處理系統之診斷晶圓的示意上視圖並包含離子能量分析儀(IEA,Ion Energy Analyzer)。
圖3為圖2之IEA的透視圖。
圖4為圖2之IEA的示意橫剖面圖。
圖5A為表示在充電前圖4之IEA中圈起5A的圖式。
圖5B為相似於圖5A的圖式，表示在充電後的IEA。
圖6為圖2之IEA中選擇格柵的示意圖，其係依波形操作且有離子軌跡輪廓。
圖7為流程圖，圖示依照本發明一實施例之圖2的IEA之操作方法。
圖8為依照本發明一實施例之IEA的透視圖。
圖9為圖8所示IEA的透視展開圖。
圖10為依照本發明另一實施例之IEA的透視圖。
依照本發明一實施例，圖11為具有用以供電至三階層IEA實施例的IEA控制器之IEA的示意圖。
依照本發明一實施例，圖12為具有用以供電至三階層IEA實施例的IEA控制器之IEA的示意圖。
依照本發明特定實施例，圖13為用以供電至診斷晶圓實施例之IEA控制器的示意圖，該診斷晶圓具有數個三階層IEA於其上且其共享同一選擇格柵。
依照本發明一實施例，圖14為具有適於供電至二階層IEA實施例的IEA控制器之IEA的示意圖。
圖14A為圖14的二階層IEA之示意橫剖面圖。
依照本發明一實施例，圖15為具有適於供電至二階層IEA實施例的IEA控制器之IEA的示意圖。
依照本發明一實施例，圖16為適於供電至具有數個二階層IEA於其上的診斷晶圓之IEA控制器的示意圖。
依照本發明另一實施例，圖17為適於供電至具有數個二階層IEA於其上的診斷晶圓之IEA控制器的示意圖，。
依照本發明一實施例，圖18為圖1的電漿處理系統之饋通系統的透視圖。
圖19為圖18所示饋通系統之一部份的示意上視圖。
圖20為流程圖，圖示依照本發明一實施例之MEMS類的IEA製造方法。
圖21A-21H為圖示圖20方法之步驟的示意圖。
圖22為流程圖，依照本發明一實施例，圖示透過饋通系統電耦合IEA與IEA控制器的方法。
圖23A-23D為圖示圖22方法之步驟的示意圖。
依照本發明另一實施例，圖24為相似於圖1之診斷電漿處理系統的示意橫剖面圖。
依照本發明一實施例，圖25A與25B為用於對準圖20所示IEA的格柵之對準裝置的透視圖。
50‧‧‧電漿處理系統
52‧‧‧第一電極
54‧‧‧第二電極
56‧‧‧處理室
58‧‧‧基板支座
60‧‧‧診斷晶圓
61‧‧‧基板
62‧‧‧第一RF電力系統
64‧‧‧第二RF電力系統
66‧‧‧電漿
68‧‧‧處理空間
70‧‧‧DC電壓源
72‧‧‧DC電力系統
75‧‧‧饋通系統
76‧‧‧IEA測量電子系統(IEA控制器)
78‧‧‧控制器

Claims (45)

  1. 一種離子能量分析儀，用以判定一電漿的離子能量分布，包含：一入口格柵，形成該離子能量分析儀的第一表面，設置為當該離子能量分析儀位於一電漿處理設備中時其係暴露在該電漿中，該入口格柵包含數個第一開口，該數個第一開口的各個具有小於該電漿之德拜長度的尺寸，致使位於該電漿邊界的一電漿鞘保持相對未受擾動的狀態且該電漿鞘未穿透該數個第一開口；一離子收集器，形成該離子能量分析儀的第二表面；一第一電壓源，可操作成耦合於該離子收集器並用以相對該入口格柵偏壓該離子收集器；一選擇格柵，位於該入口格柵與該離子收集器之間並包含數個第二開口；一第二電壓源，可操作成耦合於該選擇格柵並用以選擇性及可變地偏壓該選擇格柵；一離子流量計，可操作成耦合於該離子收集器並用以測量流進該離子收集器的離子通量並傳送表示該測量離子通量的信號；一第一絕緣體，位於該入口格柵與該選擇格柵之間並用以在電性上隔離該入口格柵和該選擇格柵，其中該第一絕緣體的幾何形狀係從一組沿著該第一絕緣體的表面延伸之所有可能路徑中選擇，致使各在該入口格柵與該選擇格柵上的任二點間沒有任何直線路徑存在；以及一第二絕緣體，位於該選擇格柵與該離子收集器之間並用以在電性上隔離該選擇格柵和該離子收集器，其中該第二絕緣體的幾何形狀係從一組沿著該第二絕緣體的表面延伸之所有可能路徑中選擇，致使各在該選擇格柵與該離子收集器上的任二點間沒有任何直線路徑存在。
  2. 如申請專利範圍第1項之離子能量分析儀，更包含：一控制器，可操作成耦合於該離子流量計並用以接收由該離子流量計所傳送之表示該測量離子通量的該信號，以及儲存該信號 為該選擇格柵之可變偏壓的函數。
  3. 如申請專利範圍第1項之離子能量分析儀，其中該選擇格柵的該數個第二開口之尺寸至少和該數個第一開口的尺寸一樣大。
  4. 如申請專利範圍第1項之離子能量分析儀，其中該第二電壓源更用以依照時間與一所選波形而使一離子選擇電壓由第一電壓值變為第二電壓值。
  5. 如申請專利範圍第1項之離子能量分析儀，其中該第一絕緣體從該入口格柵與該選擇格柵的個別通道向內凸出以減少二者之間的電崩潰。
  6. 如申請專利範圍第5項之離子能量分析儀，其中該第二絕緣體從該選擇格柵與該離子收集器的個別通道向內凸出以減少二者之間的電崩潰。
  7. 一種診斷晶圓設備，包含：一基板，具有一電漿暴露表面與延伸至該電漿暴露表面的一凹陷部；以及如申請專利範圍第1項之離子能量分析儀，位於該凹陷部中且使該入口格柵和該基板的該電漿暴露表面共同延伸。
  8. 如申請專利範圍第7項之診斷晶圓設備，其中由該入口格柵至該基板的RF阻抗低於由該入口格柵至接地端的RF阻抗。
  9. 一種診斷晶圓設備，包含：一基板，具有一電漿暴露表面；以及如申請專利範圍第1項之離子能量分析儀，其中該基板的該電漿暴露表面包含該入口格柵。
  10. 如申請專利範圍第9項之診斷晶圓設備，其中該基板的背面包含用以承接該選擇格柵與該離子收集器的一凹陷部。
  11. 一種離子能量分析儀，用以判定一電漿的離子能量分布，包含：一入口格柵，形成該離子能量分析儀的第一表面，設置為當該離子能量分析儀位於一電漿處理設備中時其係暴露在該電漿中，該入口格柵包含數個第一開口，該數個第一開口的各個具有小於該電漿之德拜長度的尺寸，致使位於該電漿邊界的一電漿鞘保持相對未受擾動的狀態且該電漿鞘未穿透該數個第一開口；一離子收集器，形成該離子能量分析儀的第二表面；一第一電壓源，可操作成耦合於該離子收集器並用以相對該入口格柵選擇性及可變地偏壓該離子收集器；一離子流量計，可操作成耦合於該離子收集器並用以測量流進該離子收集器的離子通量並傳送表示該測量離子通量的信號；以及一絕緣體，位於該入口格柵與該離子收集器之間並用以在電性上隔離該入口格柵與該離子收集器，其中該絕緣體的幾何形狀係從一組沿著該絕緣體的表面延伸之所有可能路徑中選擇，致使各在該入口格柵與該選擇格柵上的任二點間沒有任何直線路徑存在。
  12. 如申請專利範圍第11項之離子能量分析儀，其中該絕緣體從該入口格柵與該離子收集器的個別通道向內凸出以減少二者之間的電崩潰。
  13. 一種診斷晶圓設備，包含：一基板，具有一電漿暴露表面與延伸至該電漿暴露表面的一凹陷部；以及 如申請專利範圍第11項之離子能量分析儀，位於該凹陷部中且使該入口格柵和該基板的該電漿暴露表面共同延伸。
  14. 如申請專利範圍第13項之診斷晶圓設備，其中由該入口格柵至該基板的RF阻抗低於由該入口格柵至接地端的RF阻抗。
  15. 一種診斷晶圓設備，包含：一基板，具有一電漿暴露表面；以及如申請專利範圍第11項之離子能量分析儀，其中該基板的該電漿暴露表面包含該入口格柵。
  16. 如申請專利範圍第15項之診斷晶圓設備，其中該基板的背面包含用以承接該選擇格柵與該離子收集器的一凹陷部。
  17. 一種離子能量分析儀，用以判定一電漿的離子能量分布，包含：一入口格柵，形成該離子能量分析儀的第一表面，設置為當該離子能量分析儀位於一電漿處理設備中時其係暴露在處於參考電壓下的該電漿中，該入口格柵包含數個第一開口，該數個第一開口的各個具有小於該電漿之德拜長度的尺寸，致使位於該電漿邊界的一電漿鞘保持相對未受擾動的狀態且該電漿鞘未穿透該數個第一開口；一離子收集器，形成該離子能量分析儀的第二表面；一選擇隔柵，位於該入口格柵與該離子收集器之間並包含數個第二開口；一第一絕緣體，用以在電性上隔離該入口格柵和該選擇格柵，該第一絕緣體的幾何形狀係從一組沿著該第一絕緣體的表面延伸之所有可能路徑中選擇，致使各在該入口格柵與該選擇格柵上的任二點間沒有任何直線路徑存在；一第二絕緣體，用以在電性上隔離該選擇格柵和該離子收集 器，該第二絕緣體的幾何形狀係從一組沿著該第二絕緣體的表面延伸之所有可能路徑中選擇，致使各在該選擇格柵與該離子收集器上的任二點間沒有任何直線路徑存在；以及一離子流量計，可操作成耦合於該離子收集器並用以測量離子通量並傳送表示該測量離子通量的信號。
  18. 如申請專利範圍第17項之離子能量分析儀，更包含：一第一電壓源，可操作成耦合於該離子收集器並用以相對該入口格柵偏壓該離子收集器；以及一第二電壓源，可操作成耦合於該選擇格柵並用以選擇性及可變地偏壓該選擇格柵。
  19. 如申請專利範圍第17項之離子能量分析儀，其中該第一絕緣體從該入口格柵與該選擇格柵的個別通道向內凸出以減少二者之間的電崩潰。
  20. 一種信號產生方法，其係使用如申請專利範圍第18項之離子能量分析儀，該信號產生方法包含：相對於該入口格柵選擇性及可變地偏壓該選擇格柵。
  21. 如申請專利範圍第20項之信號產生方法，更包含在選擇性及可變地偏壓該選擇格柵之前偵測該入口格柵的電位。
  22. 一種診斷晶圓設備，用以判定一電漿的離子能量分布，該診斷晶圓設備包含：一基板，具有一電漿暴露表面與延伸至該電漿暴露表面的一凹陷部；以及如申請專利範圍第17項之離子能量分析儀，位於該凹陷部中並和該基板的該電漿暴露表面共同延伸。
  23. 如申請專利範圍第22項之診斷晶圓設備，其中由該入口格柵至該基板的RF阻抗低於由該入口格柵至接地端的RF阻抗。
  24. 一種診斷晶圓設備，包含：一基板，具有一電漿暴露表面；以及如申請專利範圍第17項之離子能量分析儀，其中該基板的該電漿暴露表面包含該入口格柵。
  25. 如申請專利範圍第24項之診斷晶圓設備，其中該基板的背面包含用以承接該選擇格柵與該離子收集器的一凹陷部。
  26. 一種離子能量分析儀，用以判定一電漿的離子能量分布，該離子能量分析儀係由一製程加以製造，該製程包含：處理一第一基板，以形成一入口格柵，其具有一第一通道於其中與數個第一開口延伸貫穿之；處理一第二基板，以形成一選擇格柵，其具有一第二通道於其中與數個第二開口延伸貫穿之；處理一第三基板，以形成一離子收集器，其具有一第三通道於其中；以及藉由DC隔離該入口格柵和該選擇格柵以及DC隔離該選擇格柵和該離子收集器而操作性地耦合該入口格柵至該選擇格柵。
  27. 如申請專利範圍第26項之離子能量分析儀，該製程更包含：垂直對準該數個第一與第二開口。
  28. 如申請專利範圍第26項之離子能量分析儀，該製程更包含：以第一電壓源電耦合該離子收集器至該入口格柵，該第一電壓源係用以相對於該入口格柵可變地偏壓該離子收集器；以及以一第二電壓源電耦合該選擇格柵與該入口格柵，該第二電 壓源係用以相對於該入口格柵選擇性及可變地偏壓該選擇格柵。
  29. 如申請專利範圍第28項之離子能量分析儀，其中該入口格柵的偏壓電位係配置成隨電漿電位浮動。
  30. 如申請專利範圍第28項之離子能量分析儀，其中該入口格柵相對於一參考電位為偏壓。
  31. 如申請專利範圍第26項之離子能量分析儀，其中處理該第一、第二、與第三基板之至少一者包含基於微機電的方法。
  32. 如申請專利範圍第26項之離子能量分析儀，其中處理該第一、第二、與第三基板之至少一者包含雷射鑽孔方法、放電加工方法、與電子束加工方法之其中一或多者。
  33. 如申請專利範圍第26項之離子能量分析儀，其中該第一、第二、與第三基板之至少一者包含一導電基板。
  34. 如申請專利範圍第33項之離子能量分析儀，其中該導電基板包含摻雜矽。
  35. 如申請專利範圍第33項之離子能量分析儀，其中該導電基板包含導電矽。
  36. 一種離子能量分析儀，用以判定一電漿的離子能量分布，該離子能量分析儀具有至少一電氣連接於其中，該電氣連接係由一製程加以建構，該製程包含：施加一第一鉑-玻璃玻料；燒結該第一鉑-玻璃玻料以形成一接觸墊；施加一導體與一第二鉑-玻璃玻料至該接觸墊；以及 燒結該第二鉑-玻璃玻料以將該導體焊接至該接觸墊。
  37. 如申請專利範圍第36項之離子能量分析儀，其中燒結該第一與第二鉑-玻璃玻料是在約950℃的溫度下。
  38. 一種在離子能量分析儀中形成至少一電氣連接的方法，該離子能量分析儀用以判定一電漿的離子能量分布，該方法包含：施加一第一鉑-玻璃玻料；燒結該第一鉑-玻璃玻料以形成一接觸墊；施加一導體與一第二鉑-玻璃玻料至該接觸墊；以及燒結該第二鉑-玻璃玻料以將該導體焊接至該接觸墊。
  39. 如申請專利範圍第38項之在離子能量分析儀中形成至少一電氣連接的方法，其中燒結該第一與第二鉑-玻璃玻料是在約950℃的溫度下。
  40. 一種製造離子能量分析儀的方法，包含：處理一第一基板，以形成一入口格柵，其具有一第一通道於其中與數個第一開口；處理一第二基板，以形成一選擇格柵，其具有一第二通道於其中與數個第二開口；處理一第三基板，以形成一離子選擇器，其具有一第三通道於其中；以及操作耦合並電氣隔離該入口格柵與該選擇格柵以及該選擇格柵與該離子收集器。
  41. 如申請專利範圍第40項之製造離子能量分析儀的方法，更包含：垂直對準該數個第一與第二開口。
  42. 如申請專利範圍第40項之製造離子能量分析儀的方法，更包含：以一第一電壓源電耦合該離子收集器至該入口格柵，該第一電壓源係用以相對於該入口格柵可變地偏壓該離子收集器；以及以一第二電壓源電耦合該選擇格柵至該入口格柵，該第二電壓源係用以相對於該入口格柵選擇性及可變地偏壓該選擇格柵。
  43. 如申請專利範圍第40項之製造離子能量分析儀的方法，其中該第一、第二、與第三基板之至少一者包含一導電基板。
  44. 如申請專利範圍第43項之製造離子能量分析儀的方法，其中該導電基板包含摻雜矽。
  45. 如申請專利範圍第43項之製造離子能量分析儀的方法，其中該導電基板包含導電矽。
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