TWI718200B - 用於表面奈米粒子量測的方法及設備 - Google Patents
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Abstract
在此描述的實施例大致有關用於在處理工具部件上收集粒子的粒子收集設備及探針頭。在一個實施例中，在此揭示用於計算存在於處理工具部件上的粒子的粒子收集設備。粒子收集設備包括粒子收集器。粒子收集器經配置以掃描處理工具部件並收集從處理工具部件收集的粒子。粒子收集器包括主體及耦合到主體的探針頭。探針頭具有探針主體及受控間隔元件。受控間隔元件耦合到探針主體，並經配置以在探針主體及處理工具部件之間形成均勻歧管。
Description
在此所描述的實施例有關處理工具部件的清潔性控制，並且更具體地有關用於在處理工具部件上收集粒子的粒子收集設備及探針頭。
「開箱時」的基板處理工具清潔性在工具啟動期間成為越來越重要的議題。為了一貫地提供乾淨的工具，在整個製造及組裝的各種階段中以部件及子系統等級控制基板處理工具的清潔性是有幫助的。為了控制清潔性，能夠以所期望的粒子大小量測基板處理工具的清潔性是有幫助的。
基板處理工具通常涉及複雜的幾何形狀。在各種材料及潛在複雜幾何形狀的部件上量測粒子濃度的問題是不同於在幾乎平面的基板上量測並特徵化粒子等級的問題。儘管能夠偵測26 nm(奈米)及更小的尺寸範圍的粒子的計量工具是可取得以用於基板的，且小於26 nm的粒子可在能夠放置於掃描式電子顯微鏡(SEM)中的小樣本上成像並量測，但沒有可用的商業或高量值得生產的產品來在構成基板處理工具的大多部件上以所期望的尺寸範圍量測粒子濃度。領先的半導體產業路線圖預測臨界缺陷尺寸(critical defect size)為一半的設計規則臨界尺寸(例如，對於20 nm的節點為10 nm的臨界缺陷尺寸，對於10 nm的節點為5 nm的臨界缺陷尺寸)。在本領域當前狀態中用於基板處理工具部件(而非基板)的表面粒子計量學被限制於大於或等於100 nm的粒子尺寸。為了確保基板處理環境的適當清潔，在基板處理工具中的所有部件表面必須保持特定的清潔度水平。此要求在整個工具製造過程中延伸。
因此，需要裝置及方法來改善基板處理工具部件上的粒子偵測。
在此描述的實施例大致有關用於在處理工具部件上收集粒子的粒子收集設備及探針頭。在一個實施例中，在此揭示用於計算存在於處理工具部件上的粒子的粒子收集設備。粒子收集設備包括粒子收集器。粒子收集器經配置以掃描處理工具部件並收集從處理工具部件收集的粒子。粒子收集器包括主體及耦合到主體的探針頭。探針頭具有探針主體及受控間隔元件。受控間隔元件耦合到探針主體，並經配置以在探針主體及處理工具部件之間形成均勻歧管。
在另一個實施例中，在此揭示粒子收集設備。粒子收集設備包括主體、耦合到主體的探針頭，及計數器。探針頭具有探針主體及受控間隔元件。受控間隔元件耦合到探針主體，並經配置以在探針主體及處理工具部件之間形成均勻歧管。計數器經配置以從處理工具部件的表面收集粒子。
在另一個實施例中，在此揭示一種從處理工具部件的表面收集粒子的方法。該方法包括在粒子收集器及處理工具部件之間維持恆定的體積、將氣體提供至處理工具部件的表面、將粒子從處理工具部件變位(dislodging)、從處理工具部件收集變位的粒子，及計算變位的粒子。
圖1根據一個實施例繪示用於處理工具部件零件的粒子偵測的無塵室環境100。無塵室環境100包括腔室102，該腔室具有腔室主體104，該腔室主體定義腔室102的內部體積106。腔室102包括粒子收集設備108及氣體過濾器110。氣體過濾器110經配置以減少在無塵室環境100中的粒子數量。
粒子收集設備108經配置以偵測處理工具部件零件上的粒子。粒子收集設備108包括測試台112及粒子收集器114。測試台112經配置以支撐處理工具部件116，而使用者以粒子收集器114掃描處理工具部件116，以從處理工具部件116的表面收集粒子。粒子收集設備能夠收集個位數奈米尺度的粒子。例如，粒子收集設備可能能夠收集具有1 nm至2.5 nm之尺寸的粒子。
粒子收集器114包括主體118及探針頭120。探針頭120經配置以被放置在處理工具部件116的表面上。探針頭120是空心的，並在掃描處理工具部件時，在探針頭120及處理工具部件116之間形成均勻歧管。均勻歧管藉由在探針頭120與處理工具部件116之間維持恆定體積，以將使用者錯誤的可能性最小化。若體積在掃描期間改變，則粒子可能被沖洗進入或離開探針頭120，此舉將導致不良的測試結果。排氣導管122藉由粒子收集設備108的主體118而形成，並延伸到探針頭120。排氣導管122耦合到粒子計數器124。粒子計數器124經配置以從粒子收集設備108泵送粒子，並計算所收集到的粒子數量。由於探針頭120能夠收集個位數奈米尺度之尺寸的粒子，粒子計數器124可提供處理工具部件的清潔性的更精確讀數。
在一個實施例中，粒子收集設備108進一步包括耦合到測試台112的電源126。電源126經配置以提供電壓到測試台112來產生圍繞處理工具部件116的電場。電場的產生激發了處理工具部件116的表面上的粒子。粒子的激發使得粒子從測試台112分離，並允許探針頭120更容易地收集粒子。
圖2繪示探針頭200的一個實施例。探針頭200包括探針主體202及耦合到探針主體202的受控間隔元件204。受控間隔元件204在處理工具組件116與探針主體202之間形成歧管206。受控間隔元件204確保在處理工具部件116與探針主體202之間所形成的歧管206在整個收集過程是均勻的。均勻歧管206提供一致的流動狀況，此舉導致更精準的粒子收集過程。在圖2所繪示的實施例中，受控間隔元件204是過濾環205。過濾環205允許無塵室環境100中的環境氣體被粒子計數器124拉入歧管206中，以將粒子從處理工具部件116分離。氣體可用足以將粒子從處理工具部件116的表面分離的速度而泵入歧管206中。在一個實施例中，歧管206中產生氣體的紊流。在另一個實施例中，氣體以音速(sonic speed)泵送通過歧管206。
圖2B繪示探針頭200的頂視圖。過濾環205包括複數個孔208，該等孔沿著過濾環205的周圍分佈。在一個實施例中，複數個孔208繞著過濾環205的周圍均勻地分佈，使得進入的氣體繞著周圍均勻地分佈。在另一個實施例中，複數個孔208是非對稱地繞著過濾環205的周圍分佈，以產生氣體紊流。在一個實施例中，過濾環205中的每個孔208各自具有其自身的過濾器。在另一個實施例中，孔可為傾斜的，以在歧管206中產生氣體渦流(亦即，紊流)。氣體被用於使粒子從處理工具部件116的表面分離，使得粒子更容易排出到粒子計數器124。過濾環205作為受控間隔元件的實現亦允許進入歧管206的氣體被再循環。氣體再循環減少過濾器負載，因為被過濾的氣體多次往返通過過濾環205。
探針頭200進一步包括開口210，該開口大約在探針主體202的中央形成。大約在探針主體202的中心形成開口210允許氣體均勻地透過開口210進入歧管206及離開歧管206。在另一個實施例中，例如在圖2C中顯示的實施例，開口210'形成在偏離探針主體202的中心的位置。開口210'的偏移定位是與過濾環205中的非對稱孔分佈來實現。圖2D繪示氣流，該氣流使用圖2C所繪示的偏移開口210'。
圖3繪示探針頭300的另一個實施例。探針頭300可進一步包括離子器網格環302，該離子器網格環設置在歧管206中。離子器網格環302經配置以中和處理工具部件116上的粒子，使得排氣導管122可更容易地從處理工具部件116的表面拉出粒子。
圖4繪示探針頭400的另一個實施例。探針頭400包括探針主體402。探針主體402幾乎類似於探針主體202。探針主體402包括延伸區段404。相較於探針主體402的剩餘部分，延伸區段404更遠地延伸到歧管206中，因此在延伸區段404的正下方產生歧管206中的較小體積。歧管206中的體積改變產生了導管中的音速頸部(sonic throat)406。音速頸部406增加了氣流通過歧管206的速度，從而產生音速流動。增加的流動導致較大的粒子分離可能性。較大的粒子分離可能性導致較大的粒子收集可能性，且因此更精準的測試。
圖5根據另一個實施例繪示探針頭500。探針頭500包括探針主體502及過濾環205。過濾環205被耦合到探針主體502。探針主體502包括形成於其中的儲存環504。儲存環504經配置以增加在部件零件及探針主體502之間所形成的歧管206的體積。增加歧管206的體積減慢了粒子通過開口210離開，進入導管122的速率，因為儲存環504以增加的體積收集脫落的粒子。此舉允許粒子收集器的收集速率匹配到粒子計數器計算粒子的速率，從而提供更精確的讀數。在一個實施例中，探針主體502亦可包括延伸區段，該延伸區段設置在儲存環504及開口210之間，以形成音速頸部，例如由圖4中的延伸區段404所形成的音速頸部。
圖6根據另一個實施例繪示用於處理工具部件零件的粒子偵測的無塵室環境600。無塵室環境600幾乎類似於無塵室環境100。無塵室環境600包括粒子收集設備608。粒子收集設備608經配置以在處理工具部件上偵測粒子。
粒子收集設備608包括測試台112及粒子收集器614。粒子收集器114經配置以掃描處理工具部件116的表面，以收集任何可能存在於其表面上的粒子。粒子收集器614能夠收集個位數奈米尺度的粒子。粒子收集器614包括主體618及探針頭620。探針頭620經配置以被放置在處理工具部件116的表面上。探針頭620在掃描處理工具部件116時，在探針頭620及處理工具部件116之間形成均勻歧管。
排氣導管622藉由粒子收集器614的主體618而形成，並延伸到探針頭620。排氣導管622耦合到粒子計數器124。粒子計數器124經配置以從粒子收集設備108泵送粒子，並計算所收集到的粒子數量。由於探針頭620能夠收集個位數奈米尺度之尺寸的粒子，粒子計數器124可提供處理工具部件116的清潔性的更精確讀數。氣體入口624藉由粒子收集器614的本體618形成，並且延伸到探針頭620。氣體入口624經配置以將氣體提供至處理工具部件116的表面上，以將粒子從處理工具部件116分離。在一個實施例中，氣體入口624是平行於排氣導管622。在另一個實施例中，氣體入口624相對於排氣導管622呈傾斜。氣體入口624耦合到氣源626。氣源626可提供氣體，例如空氣、氮氣，或其他清潔氣體。過濾器628可定位在氣源626及氣體入口624之間，以過濾進入氣體入口624的氣體。在一個實施例中，氣體可在穩定速率被提供至處理工具部件116的表面。在另一個實施例中，氣體可在脈衝速率被提供至處理工具部件116的表面。
在另一個實施例中，氣體入口624可被用來將流體提供至處理工具部件116的表面。流體用於將粒子從處理工具部件分離以便收集。在此實施例中，乾燥模塊(未顯示)用來使處理工具部件116快速乾燥。
圖7A根據一個實施例繪示用於粒子收集設備608的探針頭700。探針頭700包括探針主體702及受控間隔元件704。受控間隔元件704被耦合到探針主體702。受控間隔元件704在處理工具部件116與探針主體702之間形成歧管706。受控間隔元件704確保了在處理工具部件116與探針主體702之間形成的歧管706是在整個收集過程中均勻的。均勻歧管706提供了一致的流動狀況，此舉導致更高效率的粒子收集。在圖7所繪示的實施例中，受控間隔元件704是密封件，例如墊圈或O形環。受控間隔元件704經配置以防止氣體從歧管706逸出，並防止環境氣體進入歧管706。
圖7B繪示探針頭700的頂視圖。探針主體 702進一步包括氣體入口708及粒子出口710。氣體入口708與氣體入口624連通。在一個實施例中，氣體入口708可幾乎垂直於處理工具部件116的表面。在另一個實施例中，氣體入口708可相對於部件零件的表面呈傾斜。例如，氣體入口708可相對於處理工具部件116的表面約30°的角度形成。將氣體入口708傾斜允許更有效地將粒子從處理工具部件116移除，因為氣體接觸粒子的角度。粒子出口710是與排氣導管622連通。粒子出口710經配置以接收粒子以便收集。
圖8繪示用於粒子收集設備608的探針頭800的一個實施例。探針頭800包括探針主體802及受控間隔元件704。探針主體802包括形成於其中的儲存環808。儲存環808是類似於圖5中的儲存環504。氣體入口708在探針頭700的中心線812的第一側810處形成於儲存環808中，且粒子出口710在中心線的第二側814處形成於儲存環中。此舉允許進入歧管706的氣體從第一側810至第二側814掃過歧管706。在一個實施例中，探針主體802可進一步包括在儲存環808及粒子出口710之間的延伸構件，類似於圖4中的延伸區段404。延伸構件在歧管706中形成音速頸部。
圖9根據另一個實施例繪示探針頭900。探針頭900包括探針主體902及受控間隔元件704。複數個傾斜氣體入口908藉由探針主體902形成並開放至歧管706中。傾斜氣體入口908可以小於90度的角度相對於測試台而形成。在一個實施例中，傾斜氣體入口908被耦合到氣體入口624。在另一個實施例中，傾斜氣體入口908可耦合到注射器910，該注射器經配置以將氣體提供至傾斜氣體入口。在一個實施例中，注射器可對歧管706提供氣體的穩定串流。在另一個實施例中，注射器910可對歧管706提供氣體的脈衝噴射。
圖10根據一個實施例繪示從處理工具部件的表面收集粒子的方法1000。方法1000開始於方塊1002。在方塊1002處，粒子收集器及處理工具部件之間的恆定體積一旦建立後被維持住。恆定體積是透過使用受控間隔元件來維持，例如圖2中的受控間隔元件204及圖7中的受控間隔元件704。在一個實施例中，受控間隔元件是過濾環。在另一個實施例中，受控間隔元件是O形環。
在方塊1004處，氣體或其他流體被提供至處理工具部件的表面。在一個實施例中，氣體可藉由過濾環被泵入，該過濾環耦合到探針頭的探針主體。在另一個實施例中，氣體可透過氣體入口被提供，該氣體入口形成於粒子收集器的探針主體中。
在方塊1006處，粒子從處理工具部件的表面脫離。提供至處理工具部件的表面的氣體使得粒子脫離。在一個實施例中，氣體的紊流使得粒子脫離。在另一個實施例中，氣體的脈衝氣流使得粒子脫離。粒子的脫離允許粒子收集器從處理工具的表面收集更大數目的粒子。這是因為氣流可使小至1 nm至2.5 nm的粒子脫離，允許了粒子收集器收集先前粒子收集技術無法取樣的尺寸的粒子。
在方塊1008處，粒子收集器為了粒子計數器收集粒子。粒子收集器收集從處理工具部件的表面脫落的粒子。所收集的粒子被提供至粒子計數器，以用於計算存在於處理工具部件上的粒子數量。
在方塊1010處，粒子計數器計算所收集的粒子數量。知道所收集的粒子數量允許使用者知道存在於基板上的缺陷數量。此舉允許使用者產生工業標準內的基板。
儘管前述內容是針對具體實施例，但其他及進一步的實施例可在不脫離其基本範疇的情況下而設計，且其範疇是由隨後的請求項來判定。
100‧‧‧無塵室環境
102‧‧‧腔室
104‧‧‧腔室主體
106‧‧‧內部體積
108‧‧‧粒子收集設備
110‧‧‧氣體過濾器
112‧‧‧測試台
114‧‧‧粒子收集器
116‧‧‧處理工具部件
118‧‧‧主體
120‧‧‧探針頭
122‧‧‧排氣導管
124‧‧‧粒子計數器
126‧‧‧電源
200‧‧‧探針頭
202‧‧‧探針主體
204‧‧‧受控間隔元件
205‧‧‧過濾環
206‧‧‧均勻歧管
208‧‧‧孔
210‧‧‧開口
300‧‧‧探針頭
302‧‧‧離子器網格環
400‧‧‧探針頭
402‧‧‧探針主體
404‧‧‧延伸區段
406‧‧‧音速頸部
500‧‧‧探針頭
502‧‧‧探針主體
504‧‧‧儲存環
600‧‧‧無塵室環境
608‧‧‧粒子收集設備
614‧‧‧粒子收集器
618‧‧‧主體
620‧‧‧探針頭
622‧‧‧排氣導管
624‧‧‧氣體入口
626‧‧‧氣源
628‧‧‧過濾器
700‧‧‧探針頭
702‧‧‧探針主體
704‧‧‧受控間隔元件
706‧‧‧歧管
708‧‧‧氣體入口
710‧‧‧粒子出口
800‧‧‧探針頭
802‧‧‧探針主體
808‧‧‧儲存環
810‧‧‧第一側
812‧‧‧中心線
814‧‧‧第二側
900‧‧‧探針頭
902‧‧‧探針主體
908‧‧‧傾斜氣體入口
910‧‧‧注射器
1000‧‧‧方法
1002‧‧‧方塊
1004‧‧‧方塊
1006‧‧‧方塊
1008‧‧‧方塊
1010‧‧‧方塊
為了使本揭示內容的上述特徵可詳細地理解，以上簡要概述的本揭示內容的更詳細描述可參考實施例，其中某些實施例繪示於附圖中。然而將注意到，附圖僅繪示本揭示內容的典型實施例，且因此不該被認為是限制本揭示內容的範疇，因為本揭示內容可允許其他同等有效的實施例。
圖1根據一個實施例繪示用於處理工具部件零件的粒子偵測的無塵室環境。
圖2A根據一個實施例繪示在圖1的無塵室環境中使用的探針頭。
圖2B繪示圖2A的探針頭的頂視圖。
圖2C根據一個實施例繪示在圖1的無塵室環境中使用的探針頭。
圖2D繪示圖2C的探針頭的頂視圖。
圖3根據一個實施例繪示在圖1的無塵室環境中使用的探針頭。
圖4根據一個實施例繪示在圖1的無塵室環境中使用的探針頭。
圖5根據一個實施例繪示在圖1的無塵室環境中使用的探針頭。
圖6根據一個實施例繪示用於處理工具部件零件的粒子偵測的無塵室環境。
圖7A根據一個實施例繪示在圖6的無塵室環境中使用的探針頭。
圖7B繪示圖7A的探針頭的頂視圖。
圖8根據一個實施例繪示在圖6的無塵室環境中使用的探針頭。
圖9根據一個實施例繪示在圖6的無塵室環境中使用的探針頭。
圖10根據一個實施例繪示從處理工具部件的表面收集粒子的方法。
為了清楚起見，相同的參考符號在適用的地方被用來指定繪圖之間共有的相同元件。此外，一個實施例的元件可能有利地經適配以用於在此描述的其他實施例中。
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100‧‧‧無塵室環境
102‧‧‧腔室
104‧‧‧腔室主體
106‧‧‧內部體積
108‧‧‧粒子收集設備
110‧‧‧氣體過濾器
112‧‧‧測試台
114‧‧‧粒子收集器
116‧‧‧處理工具部件
118‧‧‧主體
120‧‧‧探針頭
122‧‧‧排氣導管
124‧‧‧粒子計數器
126‧‧‧電源
Claims (17)
- 一種粒子收集設備，該粒子收集設備用於計算存在於一處理工具部件上的粒子，該設備包括：一粒子收集器，該粒子收集器經配置以收集來自該處理工具部件的粒子，該粒子收集器包括：一主體；一探針頭，該探針頭耦合到該主體，該探針頭具有一探針主體及一受控間隔元件，其中該受控間隔元件耦合到該探針主體，且經配置以在該探針主體及該處理工具部件之間形成一歧管，其中該受控間隔元件是一過濾環；及一離子器網格環，該離子器網格環設置在該歧管中。
- 如請求項1所述之粒子收集設備，其中該探針主體包括一延伸區段，該延伸區段經配置以在該延伸區段下方的位置處減少該均勻歧管中的一體積。
- 如請求項1所述之粒子收集設備，其中該探針主體包括一儲存環。
- 如請求項1所述之粒子收集設備，其中一氣體入口藉由該探針主體而形成。
- 如請求項4所述之粒子收集設備，其中該探針主體包括一儲存環。
- 如請求項1所述之粒子收集設備，進一步包括：一測試台，其中該粒子收集器設置在該測試台上方；及一電源，該電源耦合到該測試台，該電源經配置以從該處理工具部件的一表面激發粒子。
- 如請求項1所述之粒子收集設備，進一步包括：一計數器，該計數器經配置以從該處理工具部件的一表面收集粒子。
- 如請求項7所述之粒子收集設備，其中該探針主體包括一延伸區段，該延伸區段經配置以在該延伸區段下方的位置處減少該歧管中的一體積。
- 如請求項7所述之粒子收集設備，其中該探針主體包括一儲存環。
- 如請求項1所述之粒子收集設備，其中該歧管進一步包括：一音速頸部(sonic throat)。
- 如請求項7所述之粒子收集設備，其中一氣體入口藉由該探針主體而形成。
- 一種粒子收集設備，該粒子收集設備用於計算存在於一處理工具部件上的粒子，該設備包括： 一粒子收集器，該粒子收集器經配置以收集來自該處理工具部件的粒子，該粒子收集器包括：一主體；一探針頭，該探針頭耦合到該主體，該探針頭具有一探針主體及一受控間隔元件，其中該受控間隔元件耦合到該探針主體，且經配置以在該探針主體及該處理工具部件之間形成一歧管，其中該受控間隔元件是一過濾環，該過濾環具有複數個孔，且其中該複數個孔是非對稱地繞著該過濾環的周圍分佈，以產生一氣體紊流；及一離子器網格環，該離子器網格環設置在該歧管中；及一計數器，該計數器經配置以計算來自該處理工具部件的一表面的粒子。
- 如請求項12所述之粒子收集設備，其中該探針主體包括一延伸區段，該延伸區段經配置以在該延伸區段下方的位置處減少該歧管中的一體積。
- 如請求項12所述之粒子收集設備，其中一排氣導管經形成以穿過該主體並延伸至該探針頭，且該排氣導管耦合至該計數器。
- 如請求項14所述之粒子收集設備，其中該計數器經配置以從該粒子收集器泵送該等粒子，並計 算所收集到的粒子數量。
- 一種粒子收集設備，該粒子收集設備用於計算存在於一處理工具部件上的粒子，該設備包括：一粒子收集器，該粒子收集器經配置以收集來自該處理工具部件的粒子，該粒子收集器包括：一主體；一探針頭，該探針頭耦合到該主體，該探針頭具有一探針主體及一受控間隔元件，其中該受控間隔元件耦合到該探針主體，且經配置以在該探針主體及該處理工具部件之間形成一歧管，其中該受控間隔元件是一過濾環；及一離子器網格環，該離子器網格環設置在該歧管中；一計數器，該計數器經配置以計算來自該處理工具部件的一表面的粒子；一測試台，其中該粒子收集器設置在該測試台上方；及一電源，該電源耦合到該測試台，該電源經配置以從該處理工具部件的該表面激發粒子。
- 如請求項16所述之粒子收集設備，其中一排氣導管經形成以穿過該主體並延伸至該探針頭，且該排氣導管耦合至該計數器。
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