[发明专利]利用具有改良的光学访问的双区域气体注射器来访问工艺室的方法和设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体制造，尤其涉及进出工艺室的 方法和设备，其中该进出可以是通过光学访问窗口进行光学访问， 以及通过改良的注射器的双配置对工艺室条件的促进而保护光学 访问窗口免于损坏。

背景技术

在从基板上刻蚀材料以及将材料沉积到基板上时，会用 到真空工艺室。例如，基板可以是半导体晶圆。此处，将2001年5 月15日授权的Ni等人发明的美国专利6230651(授权于朗姆研究公 司，本发明的申请人)列入以供参考，并描述了工艺室顶端的电介 质室窗口的开口，或接口，用以进入工艺室的内部，例如，在半导 体基板的刻蚀工艺或者其他工艺中。对于大直径基板来说，通过该 电介质室的接口进行中央气体注射，被认为可以保证刻蚀和沉积的 一致性，并因此改进对这种工艺室的访问。

然而，随着工业标准的提升，需要作出进一步的改进以 对这种工艺室进行更好的访问。例如，需要监视室内的工艺，这需 要对工艺室的访问以及对气体供应的访问。当监测可能表征工艺室 内的工艺状态的光学信号时，开口，此处用以指代清晰光学孔，通 过电介质室窗口进行扩展。这种开口(或清晰光学孔)配有对视线 没有阻碍的直线，因此，“清晰”被用来描述该光学孔。然而，当 清晰光学孔物理开口于工艺室时，会出现困难，因为等离子体可能 在该清晰光学孔内形成。这种等离子体形成(plasma formation)与 初始化等离子体的阈值电场强度有关，该阈值强度是基于清晰光学 孔的内腔的气压和直径的，该清晰光学孔是用来供应室内气体的。 第二个在先申请描述了在气体供应内腔内等离子形成的那两个因 素。通常尝试减少气体供应内腔的直径，因为气压是由工艺要求规 定的，并且一般来说不能改变以防止等离子体的形成。该第二在先 申请还教授了，当多重使用(或同时使用)清晰光学孔时(例如， 在光学访问和气体供应功能上同时使用)，该多重使用会带来冲突 的需求。也就是说，为了便于监控(或诊断)表征工艺室内工艺条 件的光信号，需要增加清晰光学孔的气体供应内腔的直径。例如， 在提供光学访问以对室内工艺的干涉和衍射进行观察时，这种气体 供应内腔的直径一般必须不小于一个最小值，例如，该最小值被定 义为大约半英寸。该直径被描述为能够对光信号进行恰当访问所需 的最小直径，在该第二在先申请指的是“清晰光学孔的最小直径”。 然而，该第二在先申请的分析表明，为了对该气体供应进行多重使 用，需要一个具有相对小的直径(明显小于0.5英寸)的向工艺室供 应气体的清晰光学孔的气体供应内腔，例如，以避免在气体供应内 腔内的等离子形成。此分析还表明，为了便于多重使用，需要使用 光学访问窗口以密封该清晰光学孔从而保持工艺室内的真空环境， 而且，该光学访问窗口还应当安装在电场强度被实际减小的位置。 这样安装是为了降低对光学窗口的损害，例如，减少清晰光学孔中 的可以降低窗口清晰度的等离子体形成带来的损害。这种等离子体 能生成特定的污染物并增加光学访问窗口上的沉积。因此，该第二 在先申请的分析表明，不仅有清晰光学孔的气体供应内腔的最小直 径，这与小直径气体供应内腔的需要相冲突，还有清晰光学孔的气 体供应内腔的最小长度，以降低污染物和对便于多重使用的光学访 问窗口的损害。

在该第二在先申请中，将清晰光学孔的最小直径与屏蔽 气体入口提供的气体内腔通道进行比较，例如，在2002年12月31日 授权的发明人为Mett等人的美国专利6,500,299描述了该屏蔽气体 入口。尽管提供了这种通道中的多个，通道还是仅仅被用来向工艺 室供应气体。为了这种目的，气体是通过像陶瓷等电介质材料的颗 粒供应的，这些通道是由互连的多孔陶瓷的孔定义的，不会提供光 学信号传输所需的清晰的无阻碍的视线线路。因此，这些通道不适 合用来提供清晰的光学访问以对室内工艺的干涉和衍射进行观察。 甚至，在该第二在先申请中我们注意到，为了在金属杯内部的气体 内腔里加载这些通道并将金属杯插入工艺室的侧壁，例如，像在Mett 等人的专利中描述的那样，需要令人讨厌地将金属杯暴露于室内的 等离子体，并在将金属杯密封到工艺室内壁的时候引起问题。