離子能量分析儀、在該離子能量分析儀中發(fā)電信號的方法及制造和操作該離子能量分析 ...的制作方法
【專利摘要】一種離子能量分析儀（74，122，174），用于確定等離子體（66）的離子能量分布，并且包括進入柵網（80，126，160）、選擇柵網（82，134，134’）和離子收集器（84，136，136’）。進入柵網（80，126，160）包括尺寸小于等離子體（66）的德拜長度的第一多個開口。離子收集器（84，136，136’）經由第一電壓源（182）耦合到進入柵網（80，126，160）。選擇柵網（82，134，134’）位于進入柵網（80，126，160）與離子收集器（84，136，136’）之間并且經由第二電壓源（180）耦合到進入柵網（80，126，160）。離子電流計（106）耦合到離子收集器（84，136，136’），以測量離子收集器（84，136，136’）上的離子通量并傳送與該離子通量相關的信號。
【專利說明】離子能量分析儀、在該離子能量分析儀中發(fā)電信號的方法及制造和操作該離子能量分析儀的方法
[0001]本申請要求2011年3月28日提交的共同未決美國臨時專利申請第61/468，187號的優(yōu)先權，其全部公開內容在此通過引用而合并于本申請中。本申請與以下申請相關:標題為ION ENERGY ANALYZER、序列號(代理機構號為TEA-51US1)的共同未決美國申請；標題為METHODS OF ELECTRICAL SIGNALING IN AN ION ENERGY ANALYZER、序列號(代理機構號為TEA-84)的美國申請；以及標題為 ION ENERGY ANALYZER AND METHODS OF MANUFACTURINGTHE SAME、序列號(代理機構號為TEA-85)的美國申請。這些相關的共同未決申請是與本申請在同一日期提交的并且每個的全部公開內容均通過引用合并于本申請中。本申請還與2010年8月17日發(fā)布的共同轉讓美國專利第7，777，179號以及2011年I月25日發(fā)布的美國專利第7，875，859號相關，它們的全部公開內容在此也通過引用合并于本申請中。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明一般涉及離子能量分析，更具體地，涉及用于測量等離子體處理系統(tǒng)內的離子能量分布的離子能量分析儀、包括制造和使用該離子能量分析儀的方法。
【背景技術】
[0003]等離子體或者更一般地放電已在包括材料處理的多種エ業(yè)應用中得到廣泛使用。例如，在半導體處理期間，通常利用等離子體來輔助蝕刻處理以有利于沿著在半導體基底上圖案化的細線或者在過孔(或接觸部)內對材料進行各向異性去除。這樣的等離子體輔助蝕刻的示例包括反應離子蝕刻(“RIE”)，其實質上是離子激活化學蝕刻處理。
[0004]在等離子體處理期間，離子能量以及更具體地離子能量分布(“IED”)是對基底處的反應處理的結果具有強影響的處理參數。例如，當對半導體裝置執(zhí)行蝕刻處理時，離子能量影響蝕刻選擇性、蝕刻速率均勻性、側壁輪廓、殘留控制等。由于該處理參數的重要性，在等離子體處理系統(tǒng)內的特定位置處的離子能量及其分布的測量對于表征等離子體的有效性是重要的。
[0005]一般地，通過將柵網(grid)和離子收集器浸入離子束內來測量IED。柵網的電勢發(fā)生變化以使得該束中的僅具有足以克服偏置柵網強加的勢壘的能量的離子將通過柵網并撞擊離子收集器。通過收集和測量作為柵網上的電勢的離子電流，可獲取IED的積分形式。該積分的微分得到IED。
[0006]盡管幾十年來已使用多種離子能量分析儀(“IEA”)廣泛地在等離子體處理中測量IED，但是仍需要改進。例如，大部分公知的常規(guī)分析儀使得處理等離子體受到如下程度的干擾:測量不再是對基底進行處理時主要的條件的特性，不能以高電勢工作，和/或呈現(xiàn)出由于分析儀內的二次電子發(fā)射而導致的顯著噪聲。
[0007]盡管已做出了許多嘗試來解決這些不足，但是仍需要對這些和其它問題的改進、新穎且實際的解決方案。
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的離子能量分析儀的上述問題以及其它不足和缺點。盡管將結合特定實施例來描述本發(fā)明，但是應理解，本發(fā)明不限于這些實施例。相反地，本發(fā)明包括可包括在本發(fā)明的范圍內的所有替選、修改和等同方案。
[0009]根據本發(fā)明的一個實施例，一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀包括進入柵網、選擇柵網和離子收集器。進入柵網形成離子能量分析儀的第一表面并且被定位成暴露于等離子體。進入柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口的尺寸小于等離子體的德拜(Debye)長度。離子收集器形成離子能量分析儀的第二表面并且經由第一電壓源工作上耦合到進入柵網。選擇柵網位于進入柵網與離子收集器之間并且經由第二電壓源工作上耦合到進入柵網。離子電流計工作上耦合到離子收集器并且被配置成測量離子收集器上的離子通量以及傳送表示所測量的離子通量的信號。
[0010]根據本發(fā)明的另一實施例，診斷晶片包括具有等離子體暴露表面的基底。凹入部分延伸到等離子體暴露表面中，并且被配置成收納離子能量分析儀，以使得進入柵網與基底的等離子體暴露表面是同延的。
[0011]本發(fā)明的又一實施例涉及一種包括基底和離子能量分析儀的診斷晶片?；装ǖ入x子體暴露表面，該等離子體暴露表面包括離子能量分析儀的進入柵網。
[0012]本發(fā)明的另一實施例涉及一種離子能量分析儀。離子能量分析儀用于確定等離子體的離子能量分布，其包括進入柵網、選擇柵網和離子收集器。進入柵網形成離子能量分析儀的第一表面并且被定位成暴露于等離子體。進入柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口的尺寸小于等離子體的德拜長度。離子收集器形成離子能量分析儀的第二表面。電壓源工作上耦合到離子收集器，并且被配置成相對于進入柵網而選擇性地并可變地對離子收集器進行偏置。離子電流計工作上耦合到離子收集器，并且被配置成測量離子收集器上的離子通量并且傳送表示所測量的離子通量的信號。
[0013]根據本發(fā)明的另一實施例，一種診斷晶片包括具有等離子體暴露表面的基底。凹入部分延伸到等離子體暴露表面中，并且被配置成收納離子能量分析儀，以使得進入柵網與基底的等離子體暴露表面是同延的。
[0014]本發(fā)明的又一實施例涉及一種包括基底和離子能量分析儀的診斷晶片。基底包括等離子體暴露表面，該等離子體暴露表面包括離子能量分析儀的進入柵網。
[0015]本發(fā)明的又一實施例包括一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀。離子能量分析儀包括進入柵網、選擇柵網和離子收集器。進入柵網形成離子能量分析儀的第一表面并且被定位成暴露于等離子體。進入柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口的尺寸小于等離子體的德拜長度。離子收集器形成離子能量分析儀的第二表面，并且選擇柵網位于進入柵網與離子收集器之間。第一絕緣體被配置成將進入柵網與選擇柵網電隔離，并且第二絕緣體被配置成將選擇柵網與離子收集器電隔離。離子電流計工作上耦合到離子收集器并且被配置成測量離子收集器上的離子通量并傳送表示所測量的離子通量的信號。
[0016]根據本發(fā)明的另一實施例，一種診斷晶片包括具有等離子體暴露表面的基底。凹入部分延伸到等離子體暴露表面中，并且被配置成收納離子能量分析儀，以使得進入柵網與基底的等離子體保留表面是同延的。[0017]本發(fā)明的又ー實施例涉及ー種包括基底和離子能量分析儀的診斷晶片?；装ǖ入x子體暴露表面，該等離子體暴露表面包括離子能量分析儀的進入柵網。
[0018]本發(fā)明的ー個實施例涉及ー種利用離子能量分析儀生成信號的方法，該離子能量分析儀具有工作上耦合到選擇柵網的電壓源。該方法包括:相對于進入柵網選擇性地且可變地對選擇柵網進行偏置。
[0019]根據本發(fā)明的一個實施例，ー種生成表示包括多個離子的等離子體的離子能量分布的信號的方法包括:在第一柵網與等離子體之間并且關于第一柵網和等離子體施加勢壘。勢壘將多個離子中的通過第一柵網的離子限制為具有足以克服勢壘的能量的離子。關于第一柵網選擇性地且可變地對第二柵網進行偏置。選擇性的且可變的偏置進ー步限制多個離子中的通過第二柵網的離子。測量通過第二柵網的離子通量。
[0020]根據本發(fā)明的另ー實施例，ー種生成表示包括多個離子的等離子體的離子能量分布的信號的方法包括:在進入柵網與等離子體之間并且關于進入柵網和等離子體施加勢壘。勢壘將多個等離子中的通過進入柵網的離子限制為具有足以克服勢壘的能量的離子。關于進入柵網選擇性地且可變地對選擇柵網進行偏置。選擇性的且可變的偏置進ー步限制多個離子中的通過選擇柵網的離子。在離子收集器處接收通過選擇柵網的離子通量并且利用離子電流計對其進行測量。然后傳送表示所測量的離子通量的信號。
[0021]本發(fā)明的又一實施例涉及ー種離子能量分析儀和制造該離子能量分析儀的過程。方法包括:對第一基底進行處理，以形成具有第一溝道和第一多個開ロ的進入柵網，所述第一多個開ロ延伸通過該進入柵網。對第二基底進行處理，以形成其中具有第二溝道和第二多個開ロ的選擇柵網，所述第二多個開ロ延伸通過該選擇柵網。對第三基底進行處理，以形成其中具有第三溝道的離子收集器。將進入柵網工作上耦合到選擇柵網以及與選擇柵網電隔離，選擇柵網進而工作上耦合到離子收集器以及與離子收集器電隔離。
[0022]本發(fā)明的又一實施例涉及ー種離子能量分析儀和其中形成至少ー個電連接的過程。該過程包括施加第一鉬-玻璃熔塊(platinum-glass frit)以及燒結第一鉬-玻璃熔塊以形成接觸襯墊。將導體和第二鉬-玻璃熔塊施加到接觸襯墊并且進行燒結，以將導體接合到接觸襯墊。
[0023]根據本發(fā)明的另ー實施例，提供了在離子能量分析儀內形成至少ー個電連接的方法。該方法包括施加第一鉬-玻璃熔塊以及燒結第一鉬-玻璃熔塊以形成接觸襯墊。將導體和第二鉬-玻璃熔塊施加到接觸襯墊并且進行燒結，以將導體接合到接觸襯墊。
[0024]本發(fā)明的另ー實施例包括一種制造離子能量分析儀的方法，該方法包括:對第一基底進行處理，以形成具有第一溝道和第一多個開ロ的進入柵網，所述第一多個開ロ延伸通過該進入柵網。對第二基底進行處理，以形成其中具有第二溝道和第二多個開ロ的選擇柵網，所述第二多個開ロ延伸通過該選擇柵網。對第三基底進行處理，以形成其中具有第三溝道的離子收集器。將進入柵網工作上耦合到選擇柵網以及與選擇柵網電隔離，選擇柵網進而工作上耦合到離子收集器以及與離子收集器電隔離。
[0025]根據本發(fā)明的另ー實施例，ー種形成診斷晶片的方法包括將凹入部分蝕刻到介電基底的等離子體暴露表面中。然后將離子能量分析儀定位在凹入部分內，以使得進入柵網與基底的等離子體暴露表面是同延的。
[0026]根據本發(fā)明的另ー實施例的另ー種形成診斷晶片的方法，包括離子能量分析儀。診斷晶片的等離子體暴露表面是第一基底。
[0027]本發(fā)明的另一實施例包括用于對從離子能量分析儀傳遞到離子能量分析儀控制器的高頻信號進行濾波的RC電路。離子能量分析儀用于確定處理室內的等離子體的離子能量分布。RC電路包括分別工作上耦合到離子能量分析儀的進入柵網和選擇柵網的第一濾波器和第二濾波器。第一濾波器和第二濾波器包括具有氧化釕的低通濾波器或帶通濾波器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]并入本說明書中并且構成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同以上給出的本發(fā)明的一般描述和以下給出的實施例的詳細描述一起用于說明本發(fā)明的原理。
[0029]圖1是根據本發(fā)明的一個實施例的等離子體處理系統(tǒng)的示意橫截面表示。
[0030]圖2是根據本發(fā)明的一個實施例的、用在圖1的等離子體處理系統(tǒng)中并且包括離子能量分析儀(“IEA”)的診斷晶片的示意性頂視圖表示。
[0031]圖3是圖2的IEA的透視圖。
[0032]圖4是圖2的IEA的示意性橫截面視圖。
[0033]圖5A是表示充電之前的圖4的IEA的環(huán)繞的5A的圖。
[0034]圖5B是與圖5A類似的、表示充電之后的IEA的圖。
[0035]圖6是根據波形而工作的并且具有所描繪的離子軌跡的圖2的IEA的選擇柵網的示意性表示。
[0036]圖7是示出根據本發(fā)明的一個實施例的操作圖2的IEA的方法的流程圖。
[0037]圖8是根據本發(fā)明的另一實施例的IEA的透視圖。
[0038]圖9是圖8所示的IEA的分解透視圖。
[0039]圖10是根據本發(fā)明的另一實施例的IEA的透視圖。
[0040]圖11是根據本發(fā)明的一個實施例的、具有被配置成對三層IEA的實施例進行供電的IEA控制器的IEA的示意性表示。
[0041]圖12是根據本發(fā)明的一個實施例的、具有被配置成對三層IEA的實施例進行供電的IEA控制器的IEA的示意性表示。
[0042]圖13是根據本發(fā)明的某些實施例的、被配置成對其上具有多個三層IEA并且共享共同的掃描柵網的診斷晶片的實施例的進行供電的IEA控制器的示意性表示。
[0043]圖14是根據本發(fā)明的一個實施例的、具有適合于對兩層IEA的實施例進行供電的被配置成對兩層IEA的實施例進行供電的IEA控制器的IEA的示意性表示。
[0044]圖14A是圖14的兩層IEA的示意性橫截面視圖。
[0045]圖15是根據本發(fā)明的一個實施例的、具有適合于對兩層IEA的實施例進行供電的被配置成對兩層IEA的實施例進行供電的IEA控制器的IEA的示意性表示。
[0046]圖16是根據本發(fā)明的一個實施例的、適合于對其上具有多個兩層IEA的診斷晶片進行供電的IEA控制器的示意性表示。
[0047]圖17是根據本發(fā)明的另一實施例的、適合于對其上具有多個兩層IEA的診斷晶片進行供電的IEA控制器的示意性表示。[0048]圖18是根據本發(fā)明的一個實施例的、圖1的等離子體處理系統(tǒng)的饋通系統(tǒng)(feed-through system)的透視圖。
[0049]圖19是圖18所示的饋通系統(tǒng)的一部分的示意性頂視圖。
[0050]圖20是示出根據本發(fā)明的實施例的基于MEMS制造IEA的ー種方法的流程圖。
[0051]圖21A至圖21H是示出圖20的方法的步驟的示意性表示。
[0052]圖22是示出根據本發(fā)明的一個實施例的經由饋通系統(tǒng)將IEA與IEA控制器電耦合的ー種方法的流程圖。
[0053]圖23A至圖23D是示出圖22的方法的步驟的示意性表示。
[0054]圖24是與圖1類似的、根據本發(fā)明的另ー實施例的診斷等離子體處理系統(tǒng)的示意性橫截面表示。
[0055]圖25A和圖25B是根據本發(fā)明的一個實施例的用于對準圖20所提供的IEA的柵網的對準裝置的透視圖。
【具體實施方式】
[0056]在以下描述中，為了便于透徹理解本發(fā)明以及為了說明的目的而非限制，闡述了具體細節(jié)，諸如等離子體處理系統(tǒng)的特定幾何結構和系統(tǒng)部件的各種描述。然而，應理解，本發(fā)明可以以背離這些具體細節(jié)的其它實施例來實踐。
[0057]盡管如此，應理解下述特征包含在描述中:所述特征雖然是說明的一般概念的發(fā)明性質，但是也具有發(fā)明性質。
[0058]現(xiàn)在參照附圖，并且具體參照圖1，示出了根據本發(fā)明的一個實施例的等離子體處理系統(tǒng)50的簡化示意圖。等離子體處理系統(tǒng)50包括設置在處理室56的大致相對側的第ー電極52和第二電極54,其中,第一電極52被配置在基底保持件58內以支持診斷晶片60或處理晶片(未示出)。
[0059]第一電極52可以工作上耦合到第一射頻(“RF”)電カ系統(tǒng)62，第一 RF電カ系統(tǒng)62被配置成以第一 RF頻率和第一 RF電壓提供RF電力，而第二電極54可以工作上耦合到第ニ RF電カ系統(tǒng)64，第二 RF電カ系統(tǒng)64被配置成以第二 RF頻率和第二 RF電壓來提供RF電力。例如，第二 RF頻率可以是比第一 RF頻率相對較高的RF頻率。提供給第一和第二電極52、54的RF電カ工作上用于在位于兩個電極52、54之間的處理空間68內形成等離子體660
[0060]盡管第一和第二電極52、54均被示出為耦合到RF電カ系統(tǒng)62、64，但是至少ー個電極可耦合到其它電カ系統(tǒng)。例如，第二電極54可以工作上耦合到直流(“DC”)地或DC電壓源70。替選地，第一電極52可耦合到DC地或DC電カ系統(tǒng)72，而第二電極54耦合到第二RF電カ系統(tǒng)64。再者替選地，第一電極52可耦合到可操作用于提供多個RF頻率(例如，第一 RF頻率和第二 RF頻率)的第一 RF電カ系統(tǒng)62，而第二電極54可耦合到DC地或DC電カ系統(tǒng)72。替選地，第二電極54可耦合到以低頻波形發(fā)脈沖或調制的DC電カ系統(tǒng)70。[0061 ] 另外，等離子體處理系統(tǒng)50可以可選地包括被配置成向第二電極54提供DC電壓的DC電カ系統(tǒng)72。DC電カ系統(tǒng)72可包括可變DC電源。另外，DC電カ系統(tǒng)72可包括雙極DC電源。此外，DC電カ系統(tǒng)72可被配置成執(zhí)行以下操作中的至少ー個:監(jiān)視、調節(jié)或控制DC電カ的極性、電流、電壓或開/關態(tài)。一旦形成了等離子體66，DC電カ系統(tǒng)72就可用于促進高能量電子束形成。
[0062]如果期望這樣，可利用電濾波器(未示出)來將RF電力系統(tǒng)62、64與DC電力系統(tǒng)72解耦。例如，由DC電力系統(tǒng)72施加到第二電極54的DC電壓可在從大約-2000伏(“V”)到大約1000V的范圍內。期望的是，DC電壓的絕對值具有等于或大于大約100V的值，并且更加期望的是，DC電壓的絕對值具有等于或大于大約500V的值。另外，期望DC電壓具有負極性。此外，期望DC電壓是具有如下絕對值的負電壓:該絕對值大于在第二電極54的表面上生成的自偏壓。第二電極54的面對第一電極52的表面可包括含娃材料。
[0063]如上所述，將諸如負DC電壓的DC電壓耦合到第二電極54可有利于彈道電子束形成(ballistic electron beam formation)。根據將負DC電壓疊加到第二電極54上而得到電子束的電力。如在美國專利第7，740，737號中所描述的，將負DC電力施加到等離子體處理系統(tǒng)50會影響撞擊診斷晶片60的表面的彈道(或無碰撞)電子束形成。
[0064]現(xiàn)在轉到圖2，更詳細地示出并描述了診斷晶片60。診斷晶片60包括具有任何大小的基部或承載基底61(下文中稱為“基底”61)，包括例如300_硅基底；然而，也可使用其它大小(包括大約200mm到大約450mm)和材料。診斷晶片的基底61包括或者可包括一個或更多個離子能量分析儀(“IEA”)74的一部分，一個或更多個離子能量分析儀74被配置成:在診斷晶片60浸在等離子體66中并且由第一 RF電力系統(tǒng)62通過第一電極52進行RF偏置的情況下，測量、評估和/或診斷入射在診斷晶片60上的離子的離子能量分布(“IED”)。如以下更詳細地描述的，每個IEA74可以工作上耦合到IEA測量電子系統(tǒng)76 (下文中稱為“IEA控制器”76)，IEA測量電子系統(tǒng)76被配置成接收與IED相關的信號。
[0065]等離子體處理系統(tǒng)50還包括控制器78，控制器78可以工作上耦合到第一 RF電力系統(tǒng)62、第二 RF電力系統(tǒng)64、DC電壓源70、DC電力系統(tǒng)72和IEA控制器76中的一個或更多個，并且可被配置成與這些系統(tǒng)中的每個交換數據。例如，控制器78可以被配置成接收與離子電流和/或IED相關的信號，以及對該信號進行處理以確定等離子體66的狀態(tài)。在其它示例中，控制器78可用于使變化信號和/或IED與等離子體處理(諸如等離子體蝕亥IJ)的終結點(包括例如蝕刻處理中的故障或等離子體不穩(wěn)定性)相關。
[0066]診斷晶片60的使用可以以任何類型的等離子體處理系統(tǒng)50來實現(xiàn)。在該說明性示例中，在RF供電的電容性耦合等離子體(“CCP”)處理系統(tǒng)中執(zhí)行IED的測量。然而，診斷晶片60還可用在以下等離子體中:例如可使用槽形平面天線形成的表面波等離子體(“SWP”)、電感性耦合等離子體(“ICP”)、變壓器耦合等離子體(“TCP”)、電子回旋共振(“ECR”)等離子體、螺旋波等離子體等。
[0067]仍參照圖2，IEA74位于基底61的大致中央區(qū)域中；然而，該位置不是必須的，因為IEA74可位于更靠近基底61的邊緣。如果期望這樣，則第二 IEA (未示出)可位于基底61的大致邊緣區(qū)域處。
[0068]現(xiàn)在參照圖3和圖4并且繼續(xù)參照圖1和圖2，示出了根據本發(fā)明的一個實施例的IEA74。IEA74 —般是這樣的組件，其包括:進入柵網80，形成暴露于等離子體66的第一表面；離子選擇柵網82，被布置成鄰近進入柵網80并且與等離子體66相對；以及離子收集器84，被布置成鄰近選擇柵網82、與進入柵網80相對并且形成IEA74的第二表面。
[0069]如以下更詳細地描述的，每個柵網80、82和離子收集器84可被制造在摻雜或替選地慘有憐的娃基底90、92、94上。另外，診斷晶片60的構造可被選擇為用作與相應處理晶片相同的RF電路要素。RF電路要素可包括例如傳導性、RF阻抗等。在具體實施例中，進入柵網80被直接形成到診斷晶片60上，并且包括IEA74的其它部件經由診斷晶片60的背側耦合到進入柵網80。在其它實施例中，進入柵網80可形成在分開的硅晶片中并且與選擇柵網82和離子收集器84裝配在一起以位于硅晶片的凹入部分中并且在以下更詳細地進行描述。
[0070]進入柵網80和選擇柵網82均包括其中具有多個開ロ的中央柵網部分81、83，其中，每個開ロ具有基于在鄰近進入柵網80的等離子體邊界處的等離子體殼層(sheath)為其最小寬度(通常發(fā)生在RF擺動的最大值處)時的密度和電子溫度的、至多為德拜(Debye)長度的尺寸(例如，對于圓形柵網為直徑；對于矩形或方形柵網為長度或寬度；或者期望的其它形狀和適當尺寸)。開ロ大小的選擇是必要的，以保證位于鄰近IEA74的等離子體66的邊界處的等離子體殼層保持為相對未受干擾。此外，子德拜長度限制了等離子體殼層穿透進入柵網80以及延伸到IEA74中的能力。對于上述300mm直徑的晶片和IOOmm直徑的IEA,中央柵網部分81、83可具有在從大約5mm到大約20mm范圍內的直徑；然而，再者，這些尺寸不應認為是限制性的。
[0071]中央柵網部分81、83還可具有分別針對進入柵網80和選擇柵網82的厚度。厚度可在從大約開ロ尺寸(即，德拜長度)到大約兩倍開ロ尺寸(即，兩倍德拜長度)的范圍，以便在使通過的離子的中和最小化的同時提供支持電場和機械強度的足夠的材料。
[0072]包括進入柵網80、選擇柵網82和離子收集器84的基底90、92、94由布置在基底90、92、94中的相鄰基底之間的絕緣體86、88在空間上隔開。根據一個實施例，絕緣體86、88可由例如具有大致在從大約30 ii m到大約60 ii m的范圍的厚度的、基于鋁酸鹽(Al2O3)或藍寶石的材料構成。
[0073]與進入柵網80和選擇柵網82相似，每個絕緣體86、88均包括基本上與中央柵網部分81、83垂直對準的中央開ロ 87、89。中央開ロ 87、89的直徑符合(meet)或超過進入柵網80和選擇柵網82的中央柵網部分81、83的直徑。由于施加到柵網80、82、84的高電壓電勢，絕緣體86、88可經受發(fā)生在柵網80、82、84中的相鄰柵網之間的電擊穿和/或飛弧(flashover)的可能性。在這點上，并且如圖5A和圖5B更具體地示出的,絕緣體材料可被配置成使得絕緣體86、88的中央開ロ 87、89的直徑小于形成在柵網80、82的中央柵網部分81、83之下的溝道96、98的直徑但是大于中央柵網部分81、83的直徑。換言之,絕緣體86、88從基底92、94朝向IEA74的中心向內突伸。因此絕緣體86、88從溝道壁向內突伸了重疊或凸起的長度1，該長度I被確定為使在基底90、92、94之間延伸的場線(以虛線示出)充分彎曲，以減少或防止充電之前(圖5A)和之后(圖5B)的飛弧。
[0074]相比較，對于絕緣體86、88的常規(guī)長度I將為零。在這樣的實例中，存在沿著絕緣體86、88的表面的、連接分開的導體(例如，柵網80、82和離子收集器84)的路徑。當所施加的連續(xù)電場與絕緣體86、88的表面平行時，對于充分大的電場存在擊穿的可能性。替代地，并且如圖5A和圖5B所提供的，絕緣體的長度I突伸到與絕緣體86、88的表面平行的電場相對小的區(qū)域，從而減小了表面電弧的可能性。
[0075]替選地，并且在存在沿著絕緣體86、88的表面延伸的所有可能路徑的集合的情況下，絕緣體86、88可包括如下幾何結構:該幾何結構被選擇為使得不存在介于緊鄰的柵網80,82,84的兩點之間的直線路徑。更具體地，關于具體示出的實施例，關于第一絕緣體86在進入柵網80與選擇柵網82之間，并且關于第二絕緣體88在選擇柵網82與離子收集器84之間。
[0076]再次參照圖3，IEA74可蓋有陶瓷間隔物99和石英蓋板101。石英蓋板101可經由例如一個或更多個螺栓103耦合到進入柵網80，螺栓103可由基于陶瓷的材料構成。在其它實施例中，可通過粘合劑等結合包括IEA74的層。
[0077]進入和選擇柵網82、84以及離子收集器84中的每個工作上耦合到IEA控制器76的相應電壓源180a、182a (圖11)，并且離子收集器84 (圖11)工作上耦合到IEA控制器76的離子電流計(在這里被具體示出為安培計106 (圖1))。在一個實施例中，這經由處理室56 (圖1)的壁中的饋通系統(tǒng)75來實現(xiàn)。第一電壓源180a可操作用于相對于進入柵網電勢將恒定或交變的偏置施加到選擇柵網82。第二電壓源182a可操作用于相對于進入柵網電勢將負偏置施加到離子收集器選擇柵網84。
[0078]如圖6所示，可由例如正弦波形108將偏置電勢施加到選擇柵網82，以使得關于進入柵網80 (圖2)在負電壓與正電壓之間偏置選擇柵網82?？墒褂闷渌ㄐ?，包括例如三角波形。選擇柵網82 (圖2)相對于進入柵網80的電壓電勢可操作用于確定通過選擇柵網82 (圖3)的中央柵網部分83 (圖3)中的多個孔并到達離子收集器84 (圖3)的離子的最小離子能量(和電荷)。替選地，第一選擇能量的離子可在某些柵網電壓處被遠離(例如，排斥)選擇柵網82 (圖3)，而第二選擇能量的離子將在略低的電壓處橫穿選擇柵網82 (圖3)的中央柵網部分83 (圖3)中的多個孔，以便甚至在較低的選擇柵網電壓下也以較高概率記錄在離子收集器84 (圖3)處。
[0079]圖6的示例性圖示示出了在不同的時間點沿著波形108的高能量離子的離子軌跡。中間電壓范圍表示對根據本發(fā)明的一個實施例的離子能量分析儀的分辨率的限制之一，在該中間電壓范圍期間存在離子的部分傳送。
[0080]圖7是示出也參照圖1和圖3的、使用根據本發(fā)明的一個實施例的等離子體處理系統(tǒng)50的一種方法的流程圖110。在該具體實施例中，感測進入柵網80 (圖2)的電壓，并且施加到選擇柵網82 (圖3)和離子收集器84 (圖3)的電壓的幅值以該感測電壓而不是以室地或其它基準電壓為基準。在可選步驟112中，將其中合并了 IEA74的診斷晶片60放置在處理室56內；然而，如以下更詳細地描述的，IEA74的位置不必限于診斷晶片60，替代地可包括在診斷系統(tǒng)的等離子體暴露表面或處理晶片上。通過確定選擇柵網82的離子電壓來選擇到達離子收集器84的離子通量的期望部分(fraction)，并且在這點上，在步驟114中，感測進入柵網80的浮置電勢并且將該浮置電勢用作選擇柵網電壓和離子收集器電壓的基準電壓。耦合到電壓源180a (圖11)的離子收集器84被配置成對離子收集器84進行負偏置。離子選擇電壓可包括在從大約OV到等于最大離子能量的值的范圍內的正DC電壓。離子選擇電壓的范圍被選擇為足夠寬的，以允許區(qū)分通過等離子體邊界處的等離子體殼層并經由進入柵網80進入IEA74的離子的離子能量的全范圍。
[0081]在步驟116中，將電壓的時變波形施加到選擇柵網82，并且在步驟118中測量在離子收集器84處接收的離子電流通量。電耦合到選擇柵網82的電壓源180a (圖11)可包括可變DC電壓源，可變DC電壓源被配置成以負DC離子選擇電壓對離子收集器84進行偏置?？勺僁C電壓源被配置成通過在第一電壓值與第二電壓值之間改變離子選擇電壓而掃描離子選擇電壓。如以下更詳細地描述的，離子選擇電壓可以以進入柵網80上的浮置電勢或地為基準。
[0082]在步驟119中，將所測量的離子電流存儲為選擇柵網82的時變離子選擇電壓的函數。在這點上，安培計106耦合到離子收集器84以測量離子電流。如本領域普通技術人員所理解的，安培計106可包括運算放大器(op-amp)或其它裝置。
[0083]IEA控制器76被配置成除了其它方面之外針對經受診斷的等離子體，接收與離子收集器84處的所選擇的離子電流相關的信號、對信號進行處理、存儲該信號以及裝配IED等。在多于ー個IEA74浸在等離子體中的這些實施例中，可通過改變選擇柵網82上的電勢以及監(jiān)視與具有足以克服離子收集器84強加的勢壘并撞擊離子收集器84的能量的這些離子相關聯(lián)的離子電流來測量IED。通過收集并測量作為離子收集器84上的電勢的函數的所選擇的離子電流，可獲取IED的積分形式。該積分的微分得到IED。
[0084]根據本發(fā)明的另ー實施例，IEA控制器76可被配置成設置掃描輸出電平以經由電壓源182a (圖11)對離子收集器84進行偏置，以及將選擇柵網82負偏置到固定負電壓，這兩個電壓均是相對于所檢測的進入柵網80的電勢。選擇柵網82的負偏置可操作用于排斥進入該進入柵網80的電子，而施加到離子收集器84的變化正電勢可操作用于排斥相對于進入柵網具有低于收集器電勢的能量的那些離子?？蓪ψ鳛殡x子收集器電壓的函數的離子收集器電流進行微分以給出IED。
[0085]在其它實例中，可用性、成本或其它外部影響可能需要減少包括進入柵網的材料(諸如摻雜硅)的量。具體地，與將進入柵網直接形成到基底中相關聯(lián)的成本可能變得非常高。因此，限制進入柵網形成所需要的基底材料的量會是有益的。
[0086]在這點上，并且現(xiàn)在參照圖8和圖9，示出了根據本發(fā)明的另ー實施例的具有IEA122的診斷晶片120。診斷晶片120中包括凹入部分124，凹入部分124被成形并被定尺寸為在其中收納IEA122并且使得其中具有開ロ 127的進入柵網126的暴露表面128與診斷晶片120的暴露表面130共平面。如以下更詳細地描述的，凹入軌道132從凹入部分124徑向向外延伸并且被配置成包含工作上與IEA122相關聯(lián)的電部件。
[0087]進入柵網126的尺寸需要是充分大的，以提供進入柵網126與診斷晶片120的底層基底121之間的良好電容性耦合。進入柵網126與底層基底121之間的良好電容性耦合是必要的，以使得在線經由室壁中的饋通系統(tǒng)75 (圖1)將進入柵網126連接到外部世界的情況下，進入柵網126與基底1221之間的RF阻抗小于進入柵網126與地之間的RF阻杭。例如，用于構造進入柵網126的具有300mm直徑的硅晶片的IEA122可具有大致IOOmm的直徑，而用于構造選擇柵網134 (具有延伸通過的開ロ 135)和/或離子收集器136的硅晶片的直徑可小于100mm，以進一歩降低材料成本。一般地，用于構造進入和選擇柵網126、134以及離子收集器136的基底材料的厚度可從大約10 ii m變化到大約500 u m。
[0088]柵網126、134和離子收集器136再次由按以上詳細描述的方式構造的第一和第二絕緣體138、140分隔開。IEA122可與石英蓋板144保持在一起，石英蓋板144收納在晶片120的另ー凹入部分146內并且經由一個或更多個螺栓148裝配耦合在一起，一個或更多個螺栓148可由基于陶瓷的材料來構造。其它螺栓150可用于將IEA122耦合到診斷晶片120。
[0089]可包括陶瓷間隔物152以將電耦合(即，線154)與硅診斷晶片120絕緣。
[0090]如這里所述的診斷晶片120的使用可與先前關于圖7描述的方法類似。[0091]在其它處理方法中，可能需要對用于形成進入柵網的基底材料的量的進一步限制。結果，如圖10所示，示出并描述了根據本發(fā)明的另一實施例的、用于與包括硅基底163的診斷晶片162—起使用的進入柵網160。進入柵網160再者包括可能與先前所述材料類似的并且被劃分成第一節(jié)段164和第二節(jié)段166的摻雜硅基底材料。在具體示出的實施例中，第一節(jié)段164包括其中具有多個開口 170的中央柵網部分168，并且第二節(jié)段166與第一節(jié)段164同心放置。然而，也可使用其它布置和形狀。
[0092]第一節(jié)段164和第二節(jié)段166經由引線172而耦合，以使得第一節(jié)段164和第二節(jié)段166在電學上一起作為單個主體。結果，第一節(jié)段164和第二節(jié)段166的總面積充分大，以提供第一和第二節(jié)段全體上與診斷晶片162之間的良好電容性RF耦合。相關的技術可用于增強任意柵網到診斷晶片162的RF耦合。
[0093]應理解，引線172可以是導線或其它已知裝置。
[0094]圖10的包括IEA174的其余部件可與以上參照圖8描述的部件類似，并且實際上，此后具有素數的相似附圖標記指示實施例的相應部件。
[0095]根據這里的描述，本領域普通技術人員將容易理解，多種電路實施例可包括IEA控制器76 (圖1)。然而，一些電路圖可能比其它電路圖(例如，通過用金屬線加固(gange)柵網中的一個或更多個而使電連接數量最小化的電路圖)更有益。因此，描述了 IEA控制器配置的各種實施例；然而，這里描述的電氣圖不應認為是限制性的，本領域普通技術人員可實現(xiàn)任意數量的電路。
[0096]現(xiàn)在參照圖11，描述了根據一個這樣的實施例的IEA控制器76a。具體地，IEA控制器76a適合與等離子體電勢可變的、相對偏置的等離子體一起使用。在這點上，至少部分由等離子體電勢來確定進入柵網80上的偏置電勢。IEA控制器76a電耦合到IEA74的進入柵網80、選擇柵網82和離子收集器84。在這點上，IEA控制器76a內的第一可調電壓源180被配置成關于進入柵網80選擇性地偏置選擇柵網82。IEA控制器76a內的第二可調電壓源182被配置成相對于進入柵網80選擇性地偏置離子收集器84。一般地，每個電壓源180、182被配置成施加在從-V到+V的范圍內的電壓電勢并且可以以多種方法來構造。根據一個實施例，電壓源180、182中的一個或兩者可包括與具有相反極性的第二可變電壓發(fā)生器串聯(lián)的第一電壓發(fā)生器。例如，第一電壓發(fā)生器可被配置成在兩個電極之間施加正偏置，而第二可變電壓發(fā)生器選擇性地以負極性將兩個電極進行偏置為較小的正電壓或者甚至為負。
[0097]安培計106電耦合到離子收集器84，并且被配置成測量從具有撞擊離子收集器84的足夠的能量的離子得到的電流?？山浻捎簿€連接或者以無線的方式將表示所測量的所得電流的信號傳送給控制器78進行處理。
[0098]在某些等離子體條件中，根據如圖12所示的本發(fā)明的另一實施例，可測量進入柵網浮置電壓，然后相對于基準電壓(諸如，地)進行偏置。除了與以上參照圖11描述的類似的第一和第二電壓源180a、182a之外，第三電壓源184可將IEA控制器76b并聯(lián)電耦合到地。
[0099]如果期望的話，可在選擇柵網82與可調電壓源180a之間設置另一離子電流計。通常，從選擇柵網80檢測的離子電流可用于確定IED或者用于評估IEA的性能。
[0100]在診斷晶片包括多個IEA74的這些實施例中，針對所有IEA74包括單個選擇柵網186會是有益的。圖13示出了本發(fā)明的一個這樣的實施例。IEA控制器76c再者包括在每個進入柵網80與單ー選擇柵網186之間施加電壓的第一電壓源180b。與第二電壓源182b串聯(lián)的各個安培計106將離子收集器84與進入柵網80電耦合。如所示出的，IEA74進ー步耦合到內部地源，該內部地源在這里可以是診斷晶片60。
[0101]盡管圖13示出了在單個IEA控制器76c內組合的電壓源182b，但是容易理解，這僅是為了圖示方便，并且實際上，在一些實施例中，単獨的IEA控制器可以工作上耦合到每個IEA并且僅在其中包括一組電壓源180、182。
[0102]本發(fā)明的實施例至此已包括分開的選擇柵網和離子收集器；然而，這些分開的部件執(zhí)行的功能可被組合到單個單元中。例如，現(xiàn)在參照圖14和圖14A，根據本發(fā)明的另ー實施例的IEA200被示意性地示出為具有IEA控制器206a的一個實施例。IEA200包括進入柵網202和收集器204，由絕緣體207將收集器204與進入柵網202電隔離，該絕緣體207可操作用于選擇性地收集預定能量范圍的離子。
[0103]由可調電壓源208a關于具有浮置電勢的進入柵網對收集器204進行偏置，該可調電壓源208a可以以與上述可調電壓源180、182 (圖11)類似的方式來配置。安培計210a電耦合到收集器204并且被配置成測量從具有撞擊收集器204的足夠的能量的離子得到的電流?？山浻捎簿€連接或以無線的方式將表示所測量的所得電流的信號從安培計210傳送給控制器78的處理器189進行處理。
[0104]IEA200不僅減少了構造IEA200所需要的材料(特別是摻雜硅)的量，而且還降低了 IEA200與IEA控制器206a之間的電連接及其隔離的復雜度。
[0105]在使用中，IEA200可被配置成用作離子電流探針。在該配置中，離子收集器204可測量總離子電流。更具體地，可相對于進入柵網202(在中央柵網部分205中具有多個開ロ203)對離子收集器204進行負偏置，并且通過撞擊離子收集器204來測量離子電流。在將諸如參照圖6描述的波形施加到離子收集器204的情況下，可使用單個柵網和單個收集器來確定IED，從而使得該布置為小型且簡單的配置。
[0106]圖15示出了具有IEA控制器206b的IEA200，該IEA控制器206b被電配置用于與恒定偏置的進入柵網202 —起使用。具體地，除了可調電壓源208b之外，另一可調電壓源212可將IEA200并聯(lián)電耦合到地。
[0107]圖16和圖17示出了診斷晶片包括多個IEA200的兩種電配置。盡管示出了三個IEA，但是容易理解，所示出的數量不應認為是限制性的。在圖16中，IEA控制器206c被配置為使得多個IEA中的每個IEA200具有分別的可調電壓源208c和安培計210c的組合?？蓚魉筒^(qū)分表示所測量的所得電流的信號。因此，可在診斷晶片的多個位置確定IED。如上所述，盡管電壓源208c被示出為設置在同一 IEA控制器206c內，但是這不是必須的，因為每個IEA200可操作用于耦合到單獨的IEA控制器206。
[0108]圖17的相似之處在于每個IEA200，并且包括分別的可調電壓源208d和安培計210d，IEA控制器206d不是如IEA206d那樣直接電耦合到進入柵網202。替代地，IEA200耦合到靠近基底61的內部地源。
[0109]將在操作高電壓電勢和RF能量的環(huán)境內的來自安培計的電流測量傳遞給通常接地并且為低得多的電壓電勢的用于IED的IEA控制器，常規(guī)上是困難的。S卩，一系列RF濾波器可布置在每個柵網與IEA控制器76之間，以在每個柵網上為ー個或更多個RF頻率的RF電壓提供高輸入阻抗。示出了根據本發(fā)明的一個實施例的傳遞電流的一種方式，參照圖18和圖19示出并描述了饋通系統(tǒng)75。
[0110]在圖18中，饋通系統(tǒng)75包括橋214、饋通器215和RF扼流器217。橋214被配置成將在IEA122與IEA控制器76 (圖1)之間形成的電連接與診斷晶片120和等離子體66(圖1)隔離。橋214經由饋通器215與RF扼流器217接口，這降低了 IEA122獲得的并且可在線連接通過室壁時使得RF電流流到室地的RF電壓。最終，RF扼流器217限制了剩余的高頻交流遠離處理室56 (圖1)的移動，同時允許包括表示IED的電流的低頻交流和直流。
[0111]為了進一步便于對高頻AC和高RF電壓信號進行濾波，可將RC電路219引入到饋通系統(tǒng)75。例如，每個RF濾波器216、218可包括由氧化釕(RuO2)或氧化鋁(Al2O3)構造的低通濾波器或者陷波濾波器或帶通濾波器。通過針對進入柵網126 (圖8)和選擇柵網134(圖8)中的每個實現(xiàn)RuO2電阻器216、218，其中一個電阻器在診斷晶片120內并且一個電阻器在橋214內，每個均被配置成提供例如大約5kΩ的電阻，于是在到達處理室56 (圖1)的壁之前可充分降低電壓。
[0112]一系列RF濾波器可布置在每個柵網與IEA控制器76(圖1)之間，以便為柵網126、134 (圖8)和離子收集器136 (圖8)中的每個上的一個或更多個RF頻率的RF電壓提供高輸入阻抗。IEA122可包括布置在進入柵網126 (圖8)與IEA控制器76 (圖1)之間的第一RF濾波器、布置在選擇柵網134 (圖8)與IEA控制器76 (圖1)之間的第二 RF濾波器以及布置在離子收集器136 (圖8)與IEA控制器76 (圖1)之間的第三RF濾波器。例如，每個RF濾波器可包括陷波濾波器或帶通濾波器或者低通濾波器。
[0113]盡管沒有具體示出，在需要調諧電路的這些實施例中，可在電連接內并入電感器。在一個實施例中，電感可被限制為IOOMHz的鐵氧體并且可放置在參照圖18描述的電阻器之間。
[0114]通過詳細描述的IEA的細節(jié)并且現(xiàn)在轉向圖20和圖21，描述了根據本發(fā)明的一個實施例的制造IEA74 (圖1)的方法。圖20是概述在圖21A至圖21H中示意性示出的方法的流程圖230。
[0115]根據該基于MEMS (微機電系統(tǒng))的處理，圖21A示出了根據步驟232施加了光刻膠層236的摻雜硅基底234。在步驟238中，使用用于生成溝道(諸如圖4的溝道96)而定尺寸的掩模240對光刻膠層236進行遮掩和成像。此后，在步驟242中，根據常規(guī)過程對所成像的光刻膠層236進行烘烤、顯影和處理，以提供基底234的抗蝕刻光刻膠層236和暴露表面244，如圖2IB所示。然后，在步驟246中對基底234進行蝕刻以生成溝道248，如圖21C所示?？捎砂ɡ鐫裎g刻或干蝕刻的任何已知方法來執(zhí)行蝕刻。
[0116]如圖21C所示的具有溝道248的基底234可用作離子收集器或者進行進一步處理以形成進入柵網或選擇柵網。在這點上，現(xiàn)在轉向判定步驟250，如果需要柵網之一(判定步驟250的“柵網”分支)，則處理繼續(xù)。否則，如果需要離子收集器(判定步驟250的“離子收集器”分支)，則不需要進一步處理并且方法進行到步驟276。
[0117]在任何情況下，為了描述基底234的進一步處理，在步驟252中，向基底234和溝道248 (圖21D)施加另一光刻膠層254 (圖21D)。掩模258 (圖21D)被施加、成像(步驟260)、烘烤、顯影和處理以形成抗蝕刻層光刻膠255 (圖21E)。可對基底234進行蝕刻以針對進入柵網或選擇柵網產生開口 266 (圖21F)。[0118]如這里所描述的光刻膠層236、254可替選地為雙掩模層，雙掩模層除了包括光刻膠層本身之外還包括硬掩模層。晶片可包括其上沉積的熱氧化物層，該熱氧化物層可用作雙掩模層的硬掩模層。
[0119]盡管流程圖230提供了在柵網之前對室進行蝕刻的方法，但是本領域普通技術人員將理解，該順序不是必須的并且可以在室之前對柵網進行蝕刻。
[0120]現(xiàn)在轉向圖21G和圖21H并且進一歩參照圖20，根據本發(fā)明的一個實施例描述了對IEA進行對準(圖20的步驟268)和裝配(圖20的步驟276)的ー種方法。在這點上，兩個形成的柵網234、234’相對于彼此垂直放置，以分別形成進入柵網和選擇柵網，其中在柵網234、234’之間具有絕緣體270。盡管可以以多種方式來實現(xiàn)對準，但是所說明的方法包括位于柵網234、234’的背側的燈272和相對側的光電ニ極管274?？芍T如由具有一個或更多個測微計(示出了兩個測微計228、229)的對準裝置224 (圖25A和圖25B)相對于頂柵網234移動底柵網234’(這里為選擇柵網)，直到光電ニ極管274所檢測的通過柵網234、234’傳送了最大光為止。測微計228、229均可包括被配置成接合診斷晶片60的周界或凹入表面 286 的臂 282、284。
[0121]一旦光傳送被最大化，則根據判定步驟250的“離子收集器”分支而形成的具有絕緣體278的收集器280與第一和第二柵網234、234’相鄰放置，并且例如利用螺栓148 (圖8)固定。
[0122]應理解，盡管這里描述了基于MEMS的處理，但是可替選地使用其它形成柵網的方法。例如，激光鉆孔、放電加工(“EDM”，諸如包括石墨電極)、電子束加工等。
[0123]一旦裝配了 IEA，則柵網和離子收集器電耦合到IEA控制器76 (圖1)。但是，使用錫鉛焊料的常規(guī)焊接做法對硅基底61 (圖1)是困難的。在這點上，現(xiàn)在參照圖22至圖23D，詳細描述形成上述電連接的方法。
[0124]如圖23A所示，示出了適當地鄰近電耦合的位置的進入或選擇柵網122、134或者離子收集器136的周界?？稍诎ㄟM入或選擇柵網122、134或者離子收集器136的基底中通過鉆孔、切割、蝕刻或者創(chuàng)建來形成縫隙294?？p隙294在形成電連接的導體300的側面周圍準備有例如在從大約10 ii m到大約20 ii m的范圍內的緊密容差(close tolerance)。然后，在步驟292中并且如圖23B所示，例如經由氣相沉積處理將鉬Pt和玻璃厚膜(下文中稱為“熔塊”)施加到縫隙。然后，以500°C對所沉積的Pt層進行退火大約30分鐘，以形成大約5nm厚的Pt層226 (步驟296)。
[0125]在圖23C中，然后在縫隙294內放置導體300，其在Pt層226頂部并且涂覆有第二熔塊304 (步驟298)。然后，利用兩步驟燒結處理(分別為大約300°C和大約950°C )燒制對診斷晶片120 (步驟302)，以將導體300以電方式和機械方式接合到進入或選擇柵網122、134或者離子收集器136，如圖23D所示。通過在鉬與硅之間的界面處形成鉬硅化物化合物來增強機械接合，特別是電接合。
[0126]根據本文的實施例的IEA不必限于診斷晶片。替代地，參照圖24并且根據本發(fā)明的另ー實施例，描述了在等離子體暴露表面上具有IEA310的診斷系統(tǒng)50’。如所示出的，IEA310位于基底支持物58’上，以在等離子體處理期間暴露于等離子體66’。盡管診斷晶片60’被示出為位于基底支持物58’上，但是這不是必須的。替代地，通過將IEA310放置到診斷系統(tǒng)50’中，可在任何晶片的等離子體處理期間確定IED，而無論是否包括単獨的IEA。此外，IEA310的位置不必限于具體示出的實施例。替代地，IEA310的位置僅需要限于可暴露于等離子體66’的表面。實際上,多個IEA310可遍布處理室56’放置，以用于多個位置處的IED確定，從而用于評估等離子體均勻性。
[0127]盡管通過各個實施例的描述示出了本發(fā)明并且盡管相當詳細地描述了這些實施例，但是本領域技術人員將容易理解，在示例性實施例中可以有多種修改，而不會實質上背離本發(fā)明的新穎教導和優(yōu)點。因此，本發(fā)明在其較寬方面不限于所示出和描述的具體細節(jié)和說明性示例。因此，可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下背離這樣的細節(jié)。
【權利要求】
1.一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀，包括: 進入柵網，形成所述離子能量分析儀的第一表面，所述第一表面被定位成當所述分析儀位于等離子體處理設備中時暴露于所述等離子體，所述進入柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口中的每個開口具有小于所述等離子體的德拜長度的尺寸，以使得所述等離子體的邊界處的等離子體殼層保持相對未受干擾并且所述等離子體殼層不穿透所述第一多個開口 ； 離子收集器，形成所述離子能量分析儀的第二表面； 第一電壓源，工作上耦合到所述離子收集器并且被配置成相對于所述進入柵網對所述離子收集器進行偏置； 選擇柵網，被定位在所述進入柵網與所述離子收集器之間，并且包括第二多個開口 ； 第二電壓源，工作上耦合到所述選擇柵網，并且被配置成選擇性地且可變地對所述選擇柵網進行偏置；以及 離子電流計，工作上耦合到所述離子收集器，并且被配置成測量所述離子收集器上的離子通量以及傳送表示所測量的離子通量的信號。
2.根據權利要求1所述的離子能量分析儀，還包括: 控制器，工作上耦合到所述離子電流計，并且被配置成接收由所述離子電流計傳送的表示所測量的離子電流的信號、以及把所述信號存儲為所述選擇柵網的可變偏置的函數。
3.根據權利要求1所述的離子能量分析儀，其中，所述選擇柵網的所述第二多個開口具有至少與所述第一多個開口的尺寸一樣大的尺寸。
4.根據權利要求1所述的離子能量分析儀，其中，所述第二電壓源還被配置成關于時間并且根據所選擇的波形，從第一電壓值到第二電壓值改變離子選擇電壓。
5.根據權利要求1所述的離子能量分析儀，還包括: 第一絕緣體，被定位在所述進入柵網與所述選擇柵網之間，并且被配置成將所述進入柵網與所述選擇柵網電隔離；以及 第二絕緣體，被定位在所述選擇柵網與所述離子收集器之間，并且被配置成將所述選擇柵網與所述離子收集器電隔離。
6.根據權利要求5所述的離子能量分析儀，其中，所述第一絕緣體的幾何結構被選擇為使得在沿著所述第一絕緣體的表面延伸的所有可能路徑的集合中，不存在介于分別在所述進入柵網和所述選擇柵網上的任兩點之間的直線路徑。
7.根據權利要求5所述的離子能量分析儀，其中，所述第二絕緣體的幾何結構被選擇為使得在沿著所述第二絕緣體的表面延伸的所有可能路徑的集合中，不存在介于分別在所述選擇柵網和所述離子收集器上的任兩點之間的直線路徑。
8.根據權利要求5所述的離子能量分析儀，其中，所述第一絕緣體從所述進入柵網和所述選擇柵網的各自溝道向內突伸，以減少所述進入柵網與所述選擇柵網之間的電擊穿。
9.根據權利要求8所述的離子能量分析儀，其中，所述第二絕緣體從所述選擇柵網和所述離子收集器的各自溝道向內突伸，以減少所述選擇柵網與所述離子收集器之間的電擊穿。
10.一種診斷晶片，包括: 基底，具有等離子體暴露表面和延伸到所述等離子體暴露表面的凹入部分；以及根據權利要求1所述的離子能量分析儀，位于所述凹入部分內并且使得所述進入柵網與所述基底的等離子體暴露表面是同延的。
11.根據權利要求10所述的診斷晶片，其中，從所述進入柵網到所述基底的射頻阻抗低于從所述進入柵網到地的射頻阻抗。
12.—種診斷晶片，包括: 基底，具有等尚子體暴露表面；以及 根據權利要求1所述的離子能量分析儀，其中，所述基底的等離子體暴露表面包括所述進入柵網。
13.根據權利要求12所述的診斷晶片，其中，所述基底的背側包括凹入部分，所述凹入部分被配置成收納所述選擇柵網和所述離子收集器。
14.一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀，包括: 進入柵網，形成所述離子能量分析儀的第一表面，所述第一表面被定位成當所述分析儀位于等離子體處理設備中時暴露于所述等離子體，所述進入柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口中的每個開口具有小于所述等離子體的德拜長度的尺寸，以使得在所述等離子體的邊界處的等離子體殼層保持相對未受干擾并且所述等離子體殼層不穿透所述第一多個開口； 離子收集器，形成所述離子能量分析儀的第二表面； 電壓源，工作上耦合到所述離子收集器，并且被配置成相對于所述進入柵網選擇性地且可變地對所述離子收集器進行偏 置；以及 離子電流計，工作上耦合到所述離子收集器，并且被配置成測量所述離子收集器上的離子通量以及傳送表示所測量的離子通量的信號。
15.根據權利要求14所述的離子能量分析儀，還包括: 絕緣體，被定位在所述進入柵網與所述離子收集器之間，并且被配置成將所述進入柵網與所述離子收集器電隔離。
16.根據權利要求15所述的離子能量分析儀，其中，所述第一絕緣體的幾何結構被選擇為使得在沿著所述第一絕緣體的表面延伸的所有可能路徑的集合中，不存在介于分別在所述進入柵網與所述選擇柵網上的任兩點之間的直線路徑。
17.根據權利要求15所述的離子能量分析儀，其中，所述絕緣體從進入柵網和所述離子收集器的各自溝道向內突伸，以減少所述進入柵網與所述離子收集器之間的電擊穿。
18.一種診斷晶片，包括: 基底，具有等離子體暴露表面和延伸到所述等離子體暴露表面中的凹入部分；以及 根據權利要求14所述的離子能量分析儀，被定位在所述凹入部分內并且使得所述進入柵網與所述基底的等離子體暴露表面是同延的。
19.根據權利要求18所述的診斷晶片，其中，從所述進入柵網到所述基底的射頻阻抗低于從所述進入柵網到地的射頻阻抗。
20.一種診斷晶片，包括: 基底，具有等尚子體暴露表面；以及 根據權利要求14所述的離子能量分析儀，其中，所述基底的等離子體暴露表面包括所述進入柵網。
21.根據權利要求20所述的診斷晶片，其中，所述基底的背側包括凹入部分，所述凹入部分被配置成收納所述選擇柵網和所述離子收集器。
22.一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀，包括: 進入柵網，形成所述離子能量分析儀的第一表面，所述第一表面被定位成當所述分析儀位于等離子體處理設備中時暴露于所述等離子體，所述進入柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口中的每個開口具有小于所述等離子體的德拜長度的尺寸，以使得所述等離子體的邊界處的等離子體殼層保持相對未受干擾并且所述等離子體殼層不穿透所述第一多個開口 ； 離子收集器，形成所述離子能量分析儀的第二表面； 選擇柵網，被定位在所述進入柵網與所述離子收集器之間并且包括第二多個開口 ； 第一絕緣體，被配置成將所述進入柵網與所述選擇柵網電隔離； 第二絕緣體，被配置成將所述選擇柵網與所述離子收集器電隔離；以及離子電流計，工作上耦合到所述離子收集器，并且被配置成測量離子電流以及傳送表示所測量的離子電流的信號。
23.根據權利要求22所述的離子能量分析儀，還包括: 第一電壓源，工作上耦合到所述離子收集器，并且被配置成相對于所述進入柵網對所述離子收集器進行偏置；以及 第二電壓源，工作上 耦合到所述選擇柵網并且被配置成選擇性地并且可變地對所述選擇柵網進行偏置。
24.根據權利要求22所述的離子能量分析儀，其中，所述第一絕緣體的幾何結構被選擇為使得在沿著所述第一絕緣體的表面延伸的所有可能路徑的集合中，不存在介于分別在所述進入柵網和所述選擇柵網上的任兩點之間的直線路徑。
25.根據權利要求22所述的離子能量分析儀，其中，所述第二絕緣體的幾何結構被選擇為使得在沿著所述第二絕緣體的表面延伸的所有可能路徑的集合中，不存在介于分別在所述選擇柵網和所述離子收集器上的任兩點之間的直線路徑。
26.根據權利要求22所述的離子能量分析儀，其中，所述第一絕緣體從所述進入柵網和所述選擇柵網的各自溝道向內突伸，以減少所述進入柵網與所述選擇柵網之間的電擊穿。
27.一種利用根據權利要求23所述的離子能量分析儀生成信號的方法，所述方法包括: 相對于所述進入地選擇性地且可變地對所述選擇柵網進行偏置。
28.根據權利要求27所述的方法，還包括: 在選擇性地且可變地對所述選擇柵網進行偏置之前，檢測所述進入柵網的電勢。
29.—種診斷晶片，其被配置成確定等離子體的離子能量分布，所述診斷晶片包括: 基底，具有等離子體暴露表面和延伸到所述等離子體暴露表面的凹入部分；以及 根據權利要求22所述的離子能量分析儀，被定位在所述凹入部分內并且與所述基底的等離子體暴露表面是同延的。
30.根據權利要求29所述的診斷晶片，其中，從所述進入柵網到所述基底的射頻阻抗低于從所述進入柵網到地的射頻阻抗。
31.一種診斷晶片，包括: 基底，具有等尚子體暴露表面；以及 根據權利要求22所述的離子能量分析儀，其中，所述基底的等離子體暴露表面包括所述進入柵網。
32.根據權利要求31所述的診斷晶片，其中，所述基底的背側包括凹入部分，所述凹入部分被配置成收納所述選擇柵網和所述離子收集器。
33.一種生成表示包括多個離子的等離子體的離子能量分布的信號的方法，所述方法包括: 在第一柵網與所述等離子體之間并且關于所述第一柵網和所述等離子體施加勢壘，以將所述多個離子中的通過所述第一柵網的離子限制為具有足以克服所述勢壘的能量的離子; 關于所述第一柵網，選擇性地且可變地對第二柵網進行偏置，以進一步限制所述多個離子中的通過所述第二柵網的離子；以及 測量通過所述第二柵網的離子通量。
34.根據權利要求33所述的方法，還包括: 當在所述第一柵網與所述等離子體之間施加所述勢壘之前，檢測所述第一柵網的電勢。`
35.根據權利要求33所述的方法，還包括: 將所述第一柵網暴露于所述等離子體，其中，所述第一柵網包括第一多個開口，所述第一多個開口中的每個開口具有小于所述等離子體的德拜長度的尺寸，以使得所述等離子體的邊界處的等離子體殼層保持相對未受干擾并且所述等離子體殼層不穿透所述第一多個開口。
36.根據權利要求35所述的方法，其中，所述第二柵網包括第二多個開口。
37.根據權利要求36所述的方法，其中，所述離子收集器工作上耦合到所述第一柵網和所述第二柵網，并且測量所述離子通量還包括: 以所述離子通量撞擊所述離子收集器； 生成表不撞擊的尚子通量的尚子電流。
38.根據權利要求35所述的方法，其中，所述第二柵網還被配置成生成表示所述離子通量的離子電流，所述離子電流用于測量所述離子通量。
39.根據權利要求33所述的方法，其中，由第一電壓源施加所述勢壘，由第二電壓源施加選擇性的且可變的偏置，并且由離子電流計測量所述離子通量。
40.根據權利要求33所述的方法，還包括: 在第三柵網處接收所述離子通量；以及 傳送表示所接收的離子通量的信號。
41.根據權利要求33所述的方法，還包括: 傳送表示所測量的離子通量的信號。
42.一種生成表示包括多個離子的等離子體的離子能量分布的信號的方法，所述方法包括: 在進入柵網與所述等離子體之間并且關于所述進入柵網和所述等離子體施加勢壘，以將所述多個離子中的通過所述進入柵網的離子限制為具有足以克服所述勢壘的能量的離子; 關于所述進入柵網，選擇性地且可變地對選擇柵網進行偏置，以進一步限制所述多個離子中的通過所述選擇柵網的離子；以及 在離子收集器處接收通過所述選擇柵網的離子通量；以及 利用離子電流計測量所述離子通量；以及 傳送表示所測量的離子通量的信號。
43.根據權利要求42所述的方法，還包括: 當在所述第一柵網與所述等離子體之間施加所述勢壘之前，檢測所述第一柵網的電勢。
44.一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀，所述離子能量分析儀是通過包括下述處理的過程來制造的: 對第一基底進行處理，以形成其中具有第一溝道和第一多個開口的進入柵網，所述第一多個開口延伸通過所述進入柵網； 對第二基底進行處理，以形成其中具有第二溝道和第二多個開口的選擇柵網，所述第二多個開口延伸通過所述選擇柵網； 對第三基底進行處理，以形成其中具有第三溝道的離子收集器；以及通過將所述進入柵網與所述 選擇柵網直流隔離，以及將所述選擇柵網與所述離子收集器直流隔離，工作上將所述進入柵網耦合到所述選擇柵網。
45.根據權利要求44所述的過程，還包括: 垂直對準所述第一多個開口和所述第二多個開口。
46.根據權利要求44所述的過程，還包括: 通過第一電壓源將所述離子收集器電耦合到所述進入柵網，所述第一電壓源被配置成相對于所述進入柵網可變地對所述離子收集器進行偏置；以及 通過第二電壓源將所述選擇柵網與所述進入柵網電耦合，所述第二電壓源被配置成相對于所述進入柵網選擇性地且可變地對所述選擇柵網進行偏置。
47.根據權利要求46所述的過程，其中，所述進入柵網的偏置電勢被配置成以等離子體電勢浮置。
48.根據權利要求46所述的過程，其中，關于基準電勢對所述進入柵網進行偏置。
49.根據權利要求44所述的過程，其中，對所述第一基底、第二基底和第三基底中的至少一個進行處理包括基于微機電的方法。
50.根據權利要求44所述的過程，其中，對所述第一基底、第二基底和第三基底中的至少一個進行處理包括激光鉆孔方法、放電加工方法和電子束加工方法中的一個或更多個。
51.根據權利要求44所述的過程，其中，所述第一基底、第二基底和第三基底中的至少一個包括導電基底。
52.根據權利要求44所述的過程，其中，所述導電基底包括摻雜硅。
53.根據權利要求44所述的過程，其中，所述導電基底包括導電硅。
54.一種用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀，所述離子能量分析儀中具有至少一個電連接，所述電連接是通過包括下述處理的過程產生的:施加第一鉬-玻璃熔塊； 燒結所述第一鉬-玻璃熔塊以形成接觸襯墊； 將導體和第二鉬-玻璃熔塊施加到所述接觸襯墊；以及 燒結所述第二鉬-玻璃熔塊以將所述導體接合到所述接觸襯墊。
55.根據權利要求54所述的處理，其中，燒結所述第一鉬-玻璃熔塊和所述第二鉬-玻璃熔塊是以大約950°C的溫度進行的。
56.一種在用于確定等離子體的離子能量分布的離子能量分析儀內形成至少ー個電連接的方法，所述方法包括: 施加第一鉬-玻璃熔塊； 燒結所述第一鉬-玻璃熔塊以形成接觸襯墊； 將導體和第二鉬-玻璃熔塊施加到所述接觸襯墊；以及 燒結所述第二鉬-玻璃熔塊以將所述導體接合到所述接觸襯墊。
57.根據權利要求56所述的方法,其中,燒結所述第一鉬-玻璃熔塊和所述第二鉬-玻璃熔塊是以大約950°C的溫度進行的。
58.一種制造離子能量分析儀的方法，所述方法包括: 對第一基底進行處理，以形成其中具有第一溝道和第一多個開ロ的進入柵網；` 對第二基底進行處理，以形成其中具有第二溝道和第二多個開ロ的選擇柵網； 對第三基底進行處理，以形成其中具有第三溝道的離子收集器；以及工作上將所述進入柵網耦合到所述選擇柵網以及將所述選擇柵網耦合到所述離子收集器，并且將所述進入柵網與所述選擇柵網電隔離以及將所述選擇柵網與所述離子收集器電隔離。
59.根據權利要求58所述的方法，還包括: 垂直對準所述第一多個開口和所述第二多個開ロ。
60.根據權利要求58所述的方法，還包括: 通過第一電壓源將所述離子收集器電耦合到所述進入柵網，所述第一電壓源被配置成相對于所述進入柵網可變地對所述離子收集器進行偏置；以及 通過第二電壓源將所述選擇柵網與所述進入柵網電耦合，所述第二電壓源被配置成相對于所述進入柵網選擇性地且可變地對所述選擇柵網進行偏置。
61.根據權利要求58所述的方法，其中，所述第一基底、第二基底和第三基底中至少ー個包括導電基底。
62.根據權利要求58所述的方法,其中,所述導電基底包括摻雜娃。
63.根據權利要求58所述的方法，其中，所述導電基底包括導電硅。
64.一種用于對從離子能量分析儀傳遞到離子能量分析儀控制器的高頻信號進行濾波的RC電路，所述離子能量分析儀用于確定處理室內的等離子體的離子能量分布，所述RC電路包括: 第一濾波器，工作上耦合在所述離子能量分析儀的進入柵網與所述離子能量分析儀控制器之間；以及 第二濾波器，工作上耦合在所述離子能量分析儀的選擇柵網與所述離子能量分析儀控制器之間，其中，所述第一和濾波器和所述第二濾波器中的每個均包括具有氧化釕的低通濾波器或帶通濾波器。
65.根據權利要求64所述的RC電路，其中，所述氧化釕被層疊到氧化鋁上。
66.根據權利要求64所述的RC電路，還包括: 第三濾波器，工作上耦合在所述離子能量分析儀的離子收集器與所述離子能量分析儀控制器之間，其中，所述第 三濾 波器包括具有氧化釕的低通濾波器或帶通濾波器。
【文檔編號】H01J49/04GK103534780SQ201280023721
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月28日 優(yōu)先權日:2011年3月28日
【發(fā)明者】陳立, 巴頓·萊恩, 麥里特·法克, 趙建平, 拉達·孫達拉揚 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社