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

摘要

一种沿着轴向路径从工艺室外的分析末端点经过光学访问窗口对该工艺室提供光学访问的注射器。中空罩本体容纳第一及第二工艺气体，并环绕该轴向路径。该本体中的轴套被推向该本体以最小化微粒的产生，并定义将该第一工艺气体注射入该工艺室的第一气体内腔。轴套的第二气体内腔环绕该轴向路径以将该第二工艺气体注射入该工艺室，允许光学信号在该末端点具有想要的信噪比(SNR)。一种方法，在该第二内腔中提供隔膜，将该第二内腔分割为被配置为减少对该光学访问窗口的刻蚀以及该光学访问窗口上的沉积并在分析末端点保持该想要的SNR的孔。

说明书

技术领域

[0001]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

[0002]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。

[0003]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。

[0004]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。

[0005]本发明的申请人认为，工业要求和标准已经升高到超出了在该第一和第二在先申请中所寻求的，也超出了气体供应中陶瓷材料的互连毛孔的使用，需要作出进一步的改进，以提供对这种工艺室的更好的访问，以通过清晰光学孔同时供应气体并进行光学访问，同时要降低元件的费用。例如，本申请人认为存在进一步改进的需要，提供第二在先申请中的全陶瓷、单片注射器的所有优点，在该第二在先申请中提供对工艺室的多重访问(例如同时进行气体供应和光学访问)，以及有这些优势但不需考虑下述全部因素：(1)需要注射器是由陶瓷材料制成的，而是允许在合适的时候使用陶瓷材料，或(2)需要注射器被沉积在通孔上的像铈氧化物，锆氧化物，钇稳定氧化锆，热喷涂的铝氧化物或钇氧化物这样的材料包覆，以保护陶瓷材料免受工艺等离子体的影响，或(3)在通向注射器的光学访问窗口上沉积颗粒的损害性沉积，或(4)需要光学访问窗口与工艺室窗口之间有长空隙以避免对光学访问窗口的损害，同时使改良的注射器具有几何优势。

[0006]鉴于前述，有对进出工艺室的进一步改进的方法和装置的需求，包括提供对工艺室的改进的多重访问(例如，通过清晰光学孔进行的同步的气体供应和光学访问)的需求。该需求还包括提供，当访问是为了提供双区域气体供应时及当该光学访问要满足该清晰光学孔的相对大的最小直径(以最优化光学访问)和向室内供应气体的气体内腔的相对小的直径间的冲突需求(例如为了避免气体内腔里等离子体的形成时)的改进的访问。那么，面临的问题是如何提供访问工艺室的进一步的改进，以及如何提供在访问是为了双区域气体供应时以及在该光学访问面临上述冲突的需求时，在没有上述四种考虑的情况下，提供进一步的改进。

发明内容

[0007]大体上说，本发明的实施方式通过提供访问工艺室的方法和装置满足了这些需要，其中该访问可以是同时将气体供应到该工艺室并通过光学访问窗口对该工艺室进行清晰的光学访问，并有助于保护该光学访问窗口免于受到来自该工艺室的条件引起的损害。这些实施方式通过提供在该第二在先申请中的全陶瓷单片注射器的优点以及通过提供不考虑前述因素的优点，同时使其具有改进的注射器的几何学上的优势而满足了上述需求，其中在该第二在先申请中注射器提供了对工艺室的多重访问(例如通过一个清晰光学孔同时进行气体供应和清晰的光学访问)。

[0008]本发明的实施方式包括一种用于工艺室的气体注射器，该工艺室配有光学访问窗口，该光学访问窗口允许光线进出该工艺室。轴套，配有定义气体和光学访问路径的内腔。该内腔配有访问区域，该访问区域被配置为流通工艺气体并传送具有想要的信噪比(SNR)的光学访问信号。隔膜，被配置为容纳于该内腔，该隔膜被进一步配置为将该内腔的该访问区域分割为至少两个独立的通孔。至少两个独立的通孔中的每一个都被配置为与其他通孔协作，以流通该工艺气体并通过该光学访问窗口传送该具有该想要的SNR的该光学访问信号。

[0009]本发明的实施方式还包括一种同时将光学信号沿着光学路径从工艺室经过光学访问窗口传送到该工艺室之外的诊断末端点，并将第一工艺气体注射入该工艺室的气体注射器。该气体注射器包括配置为接收该工艺气体的罩，该罩进一步配有中空本体，该中空本体环绕该光学路径并将该光学访问窗口装设到该诊断末端点附近。轴套，其被配置为容纳于该中空本体以定义内腔，该内腔环绕该光学路径并配有光学访问区域以同时将该工艺气体注射入该工艺室并允许从该工艺室经过该光学访问窗口的光学信号的光学访问，该光学信号具有至少一最小信噪比(SNR)。隔膜，被配置为容纳于该气体内腔，该隔膜被进一步配置为将该光学访问区域分割为多个光学信号孔，该光学信号孔中的每一个都被配置，从而该光学信号孔共同地将具有至少该最小SNR的该光学信号通过该光学访问窗口进行传送。

[0010]本发明的实施方式还包括一种对发生在工艺室中的工艺事件进行光学访问的方法。该方法包含一种操作，该操作定义一体的气体和光学访问路径，该路径被配置为运送气体并将光学信号从该工艺室传送到分析工具，该分析工具响应具有想要的信噪比(SNR)的该信号以进行工艺分析。该定义的路径配置能够传送该想要的SNR，该想要的SNR足够高，从而该工具可以精确地指示该工艺分析。该方法还包括一种操作，该操作将该一体的气体和光学访问路径分割为位于工艺室和分析工具之间的多个独立的气体和光学通孔。该分割配置该独立的孔从而该孔共同地保持传送到该工具的该光学信号该想要的SNR，同时持续提供该光学访问。

[0011]然而，显然，在没有其中一些或全部细节的情况下，本领域的技术人员仍然能够实施本发明。在其他情况下，我们没有对熟知的操作进行详细描述以免模糊本发明的重点。

附图说明

[0012]通过下述详细说明，并结合附图，可以很容易的理解本发明的具体实施方式，其中相似的参考数字表示同类的结构元件，其中：

[0013]图1是本发明的装置的实施方式的示意图，该装置用于对工艺室的多重访问，该访问是在具有改进的配置的注射器的帮助下完成的；

[0014]图2A是具有开口的工艺室窗口的实施方式的侧面横断面图，本发明的实施方式的注射器插入该开口，描绘了开口内的屏蔽，该屏蔽用以保护访问区域免受电场影响，以及容纳于该屏蔽内的罩，该罩作为提供该改进的多重访问的第一部件；

[0015]图2B是图2A中的工艺室窗口的实施方式在图2A中的直线2B-2B处的横断面视图，显示了该注射器的多重(气体和光学)访问区域的横断面；

[0016]图3A是图2A的实施方式的横断面视图，描绘了包含罩和容纳于罩内的轴套的双片注射器配置，并显示了容纳于轴套内以提供对该工艺室的改进的光学访问的隔膜；

[0017]图3B和图3C是图3A中的注射器的实施方式在图3A中的直线3A/B处的横断面视图，显示了轴套的清晰光学访问区域的横断面(图3B)和由隔膜定义的清晰的光学访问区域的横断面(图3C)；

[]图4是图3A和图3C中的轴套和隔膜的放大的横断面视图，描绘了将该清晰的光学访问区域分割为示例性的两个多重访问气体和光学信号孔的隔膜；

[0018]图5A和图5B是沿着图4中的直线5A/B的平视图，描绘了图4中显示的隔膜的示例性配置。

[0019]图6是图3A的双片注射器的一部分的横断面视图，描绘了罩的一个末端和轴套的相应末端的放大部分，显示了罩的一个末端和轴套的相应末端之间的界面的U形实施方式，以减少注射器内的微粒的产生；

[0020]图7A是一个放大的横断面视图，描绘了罩的上末端以及轴套的相应末端，显示了装设在轴套上位于轴套和固定于罩的上末端的光学窗口之间的弯曲部；

[0021]图7B是类似于图7A的视图，描绘了装设在轴套上并被窗口压缩的弯曲部，该被压缩的弯曲部驱使轴套的另一个末端朝着界面轴套运动，以最小化注射器内的微粒的产生；以及

[0022]图8是本发明的方法实施方式的流程图。

[0023]通过下面的详细描述，并结合描绘本发明的实施方式的原则的实施例的方式的附图，本发明的其他方面和优点会变的非常明显。

具体实施方式

[0024]在下面的描述中，为了提供对本发明的完整的理解，对一些具体细节进行了描述。然而，显然对本技术领域的人员来说，没有这些具体细节的部分或全部，仍然能够实施本发明。在其他情况下，没有对熟知的处理步骤和/或装置进行详细描述，以免模糊本发明的重点。

[0025]对发明的实施方式的描述包括工艺室的气体注射器，配置为具有允许光线进出该工艺室的光学访问窗。轴套可以配有一个定义气体和光学访问路径的内腔。该内腔可以配有流通工艺气体和传送具有想要的信噪比(SNR)的光学访问信号的访问区域。在该内腔容纳有隔膜，该隔膜进一步将该内腔的访问区域分割为至少两个独立的通孔。该至少两个独立的通孔中的每一个都被配置为与另一个通孔互相配合，以通过该光学访问窗流通该处理气体并传送该具有想要的SNR的光学访问信号。

[0026]所述实施方式可进一步包括一种对发生在工艺室内的工艺事件进行光学访问的方法。该方法还包括定义一体的气体和光学访问路径的操作，该一体的气体和光学访问路径被配置为运送气体并将光学信号从工艺室传送到分析工具，该分析工具响应具有想要的信噪比(SNR)的该信号以进行工艺分析。定义的路径配置能够传送想要的信噪比，该信噪比对该工具来说足够高，可以精确地指示该处理分析。该方法还包括将该一体的气体和光学访问路径分割为工艺室和分析工具之间的多个独立的气体和光学通孔的操作。该分割配置该独立的孔，以便该孔共同维护传送到该工具的光学信号的想要的信噪比，同时持续提供清晰的光学访问。

[0027]图1是本发明的装置40的一个实施方式的示意图，该装置40提供对工艺室的多重访问，这种访问是在注射器的帮助下完成的，该注射器被配置为同时进行改进的多重气体注射及工艺分析和测量工具的清晰光学访问。该访问是通过一个由在该工艺室的窗口附近生成的电场保护的访问区域进行的。例如，该访问区域允许对半导体制造工艺室的访问。根据本发明的实施方式，该电场应用于与该访问区域相邻的该工艺室，通过该进入区域，提供对同步的示例性气体访问及处理分析和测量工具的多重访问。

[0028]例如，图1显示了装置40，其包括具有给基板46提供合适的固定力的基板夹具44的真空工艺室42，该基板是在半导体制造操作中进行处理的。这样的基板可以是，例如半导体晶圆，或其它的在制造器件或元件过程中进行处理的基底。工艺室42的顶部提供有一个工艺室窗口，例如电介质窗口48。显示了窗口48提供的开口50，以允许对工艺室42内部的多重访问，例如通过本发明的实施方式中的注射器51。

[0029]图2A是配置为具有开口50的窗口48的实施方式的横断面图，描绘了具有很大直径的开口截面50E及具有较小直径的开口截面50S。图2A还描绘了开口截面50E内的屏蔽52，以保护访问区域53免受电场影响。隔开的竖直的点-点-破折号线确定了一个示例性的圆柱形访问区域53。因此，该访问区域可以是一个三维体，内部有由这些直线确定的示例性真空圆筒。在图2A显示的访问区域53的具体实施方式中，访问区域53延伸入窗口48，并具有一个与该大直径截面50E共同扩展的部分，如第一在先申请中所述，该第一在先申请已通过引入作为参考。图2A还显示了本发明的具体实施方式的注射器51，其配置为具有一个容纳在截面50E中的较大直径的外部截面，以及一个容纳在开口50的截面50S中的较小直径的外部截面。

[0030]图1还示意性地显示了具有装置54的工艺室42，该装置54需要通过开口50访问该工艺室48。该装置54需要这样的访问，例如通过向工艺室供应气体，帮助进行工艺室42内的沉积或刻蚀工艺。作为装置54的一个实施例，工艺气体可以从一个或多个气体源通过访问区域52和注射器51供应到工艺室42内。在用泵(未示)降低工艺室42内的气压以进行沉积或刻蚀工艺的时候，将一个具有阻抗耦合电路的射频(RF)能量的电源连接于线圈60以激励工艺室内的气体并在工艺室42内维持一个高密度的(例如每立方厘米10^-11到10^-12个离子)等离子体。线圈60可以是通过窗口48将射频能量电感耦合入该工艺室42的类型，从而为工艺室内的沉积或刻蚀工艺提供高密度的等离子体。在该耦合中，线圈60产生电场(如图1的线62所示)。

[0031]如下所述，当该装置54包括需要访问该工艺室42以进行工艺分析，诊断或测量的工具(参考图7B的54T)时，该装置54还需要通过该访问区域53访问该工艺室48。工具54T的访问被称为“光学访问”，可以沿着图2A中的示意线AP描绘的轴向路径由工具54引导。作为光学访问的一个实施例，图2A显示了一个光学输入信号，或信号，S-IN，该信号是由工具54T产生的平行白色光束。信号S-IN可以在工具54T引导下通过注射器51沿着轴向路径AP到达工艺室48中正在处理的基板46(图1)的表面。作为工艺分析，诊断或测量的一个实施例，有时，这样的表面可以是基板自身，或基板上的一个结构(例如一个晶片)，并且该基板或结构可以调制或者改变信号。例如，可能会出现作为基板处理的表示的信号的振幅、频率或相位的变化。改变之后，该信号S-IN被称为光学输出信号，或信号S-OUT(图2A)，其可以是从工艺室48发出的，并通过注射器51沿着轴向路径AP被工具54T接收。还可以提供其他类型的光学信号，例如通过使用其他形式的光学输入信号S-IN(而非白光)，或通过基板表面，结构或工艺对该信号S-IN作出其他改变。当这里用“光学访问”，或信号S-IN或信号S-OUT来表示时，也可以包括其他形式的光学访问。

[0032]图2A还显示了，该注射器51可以通过包括第一内腔66来进行该光学访问，该第一内腔具有一个开放的，多重的气体和光学访问区域68(图2B，用一个双向箭头来表示内腔的整个区域)。具有区域68的内腔66向工艺室42供应气流或清晰的光学访问。具有区域68的内腔66提供的清晰光学访问足够用来传送具有正常的，或想要的，信噪比(“SNR”或“想要的SNR”)的光学信号S-IN和S-OUT。这种清晰的光学访问被称为“想要的光学访问”，提供这种想要的光学访问的该光学访问区域68被称为“想要的光学访问区域”。信号S-IN被通过一个光学访问窗口70传送入该注射器50和该工艺室42。信号S-OUT也是通过注射器和光学访问窗口70传送出工艺室到达工具54T(图7B)。例如，相应于信号S-IN，和通过光学访问窗口70传送出注射器到达工具54T的信号S-OUT，想要的SNR被定义为工具54T为了进行精确的工艺分析，诊断和测量所需要的SNR。

[0033]想要的光学访问(响应于具有想要的SNR的信号S-OUT)使得工具54T可以准确的指示基板的进程。一般来说，想要的SNR是输入到监控工具54T(例如干涉计或分光计)的信号的典型的SNR。因此，具有想要的光学访问区域68的内腔66被配置为通过对室内工艺的典型的干涉或分光观察来帮助监控，因而该信号S-OUT代表的是典型的基板的表面或基板上的结构。

[0034]在输入到工具54T的信号S-OUT是提供了想要的SNR的想要的光学访问的情况下，该SNR被称为“足够高”，从而该工具54T可以精确地指示该基板的进程。因此，进入该内腔66并被引导到基板上的信号S-IN具有一个相对高的，也就是“足够高”的SNR，而且，从内腔66中传出并经过注射器51和光学访问窗口70的S-OUT信号仍然具有相对高的，也就是“足够高”的SNR，都不存在下面描述的干扰。考虑干扰的话，即便内腔66被配置为帮助想要的SNR的传送并提供想要的光学访问，在没有本发明的具体实施方式的改进的情况下，信号S-IN和S-OUT也会受到干扰并具有实质上比正常更低的(例如比想要的更低的)SNR，因而最后的光学访问可能不是想要的光学访问。干扰可能是在沿着，或者通向，该光学路径AP的情况下出现的。例如，如果注射器51的光学窗口70被刻蚀过而且覆盖有沉积微粒的话，S-IN和S-OUT就会有降低了的SNR，可能使得工具54不能准确的指示基板的工艺，该光学访问不是想要的光学访问。这种覆盖可能来自的不想要出现的等离子体在注射室51内着火(或点燃)。等离子体产生的微粒可能沉积到光学窗口70上，降低S-IN和S-OUT信号的SNR，这又导致该工具54T不能准确的指示基板的工艺。这里所称的由注射器51的实施方式提供的“改进的光学访问”表明注射器51被配置为减少这种对注射器51的光学窗口的刻蚀和覆盖，以及减少不想要出现的等离子体在注射室内着火的可能性，以便S-IN和S-OUT每个信号的SNR都保持想要的SNR，也就是足够高，从而该工具54T可以准确的指示基板的工艺，例如，提供上述“想要的光学访问”。

[0035]不使用屏蔽52的话，电场62可能会延伸到窗口48顶端的线圈60的匝之间，还可能通过开口50衍射到窗口48内。不使用该第二在先发明的屏蔽的实施例的情况下，电场62的产生通常有导致访问区域53内的开口50中出现不想要的等离子体的趋势。例如，如下所述，这种趋势可能导致在内腔66中出现不想要的等离子体，而气体是通过该内腔供应的。不想要的等离子体可能导致在工艺室42内的各个部分出现不想要的微粒沉积，包括在基板上(这会降低工艺良率)，和在光学访问窗口上，这会像上面描述的那样降低信号S-IN和S-OUT的SNR。即便内腔66被配置为帮助想要的SNR的传送(例如，具有一个想要的光学访问区域)，且即便是使用了这种屏蔽52，为了满足不断增长的对工艺室的访问的工业标准，需要使用本发明的实施例中的改进来使得想要的SNR的衰减最小化，例如，从而输入到工具54T中的信号S-OUT具有想要的SNR。

[0036]本发明的实施方式可以被用来大体上避免在访问区域52中出现的这种不想要的等离子体带来的问题，并提供如下所述的其他的优点。图2A显示了与访问区域53相关的工艺室窗口48，并确定窗口48的纵轴X以作参考。使用本发明的注射器51的实施方式的时候，大直径窗口截面50E可以容纳屏蔽52以保护该访问区域53和注射器51。图2A显示了在大直径截面50E中由脚(foot)52F容纳和固定的屏蔽52的一端，这在该第一在先申请中有更详细的描述。

[0037]注射器51配有两个部分。图2A显示了罩90，轴套92容纳在该罩中(图3A)。图2A显示，罩的大直径部分容纳在开口50的截面50E中，小直径部分容纳在小截面50S中。当罩容纳在开口中的时候，罩的肩部(shoulder)98停靠在开口的相对肩部100，因此，罩的末端90E(图2A)扩展入该工艺室42。到注射器51和罩52重叠的时候，注射器51位于罩52中并得到保护，免受电场62的影响。

[0038]图2A和图3A显示了罩92，其配有中空本体102。中空本体102的末端90E配有多个气体分配内腔104，可以通过多个喷嘴106分配工艺气体(例如第一气体)G1(图3A)到该工艺室42。轴套92可被配置为容纳于该中空本体102以定义第一气体供应内腔108以供应该第一处理气体G1至该气体分配内腔104，然后到喷嘴106和工艺室。该第一气体供应内腔108可以是环形的，由在中空本体102的内壁110和轴套外表面之间的环形空间定义。该气体G1通过本体102的内壁110的开口114供应到第一内腔108。

[0039]图2A还显示了配置有内腔66的注射器51。内腔66配有部分116，其在阶梯状肩部118(图3A)和末端90E之间延伸。如上所述，内腔66配有足够传送具有想要的SNR的光学信号S-IN和S-OUT区域68(图2B)，而例如，该部分116满足了这个目的。

[0040]图3A显示了，在阶梯状肩部118处，中空本体102的内壁110变的更薄，以容纳轴套92并形成气体内腔108。如下所述，该阶梯状肩部118与轴套92的肩部120协同工作。轴套92被配置为具有内壁112的中空管(图3B)。罩90配有第二开口124以供应第二气体G2至该轴套92，以传送到内腔66。图2A显示了内腔66部分被屏蔽52的较低的末端包围，并可以将该第二工艺气体G2引导到工艺室42中。内腔66引入的处理气体G2可与由第一气体供应内腔108、气体分配内腔104及喷嘴106供应的气体G1不同，例如，可以根据工艺室中进行的工艺的不同而不同。工艺气体G1和G2还可以是，例如，以不同的流速供应的，以及例如该两种气体是相同的气体。

[0041]如上所述，在第二在先申请中的分析表明，为了满足对注射器的多种使用的气体供应这一个方面，需要该典型的环形气体内腔具有一个相对小的直径(典型的直径D1远远小于0.5英寸)。这种对小直径的需求是为了避免等离子体在气体内腔里面形成。如下所述，注射器51的实施方式被配置为克服使用较大(例如0.5英寸)的孔的高需求以及具有相对较小尺寸的气体供应孔的需求之间的冲突，且这些实施方式通过提供想要的光学访问克服了这种冲突。

[0042]图3A描绘了注射器51的配置，以克服进出该工艺室42的多重的气体和光学访问的冲突。图3A是图2A和图2B中的注射器的具体实施方式的横截面图，将该双片注射器51描绘为实施方式51-1。实施方式51-1包括罩90和容纳在罩中的轴套92。注射器的配置包括隔膜126，容纳在轴套92的管状内壁122(图3C)中，还包括可以装设到罩上的光学访问窗口70。通常意义上，当罩90装设到(如图2A所示)工艺室窗口48的开口50中时，轴套92，隔膜126和光学访问窗口70与该罩装配到一起，如图3A所示。在该装配中，罩90，轴套92和隔膜126，与光学访问窗口72，可以组合起来以提供上述沿着轴向路径AP进出工艺室42的“想要的光学访问”。想要的光学访问与工艺室42外的示例性诊断末端点相关(例如，与图7B中的工具54T相关)。该想要的光学访问也就是下面所述的“改进的光学访问”。

[0043]如上所述，无论提供哪种形式的光学访问(例如，平行白光或者其他类型的光信号S-IN)，沿着或通向光学路径AP的条件可能会干扰信号S-IN和S-OUT，因此信号的SNR会变得大大低于想要的SNR。上述“想要的光学访问”，避免了这种大大低于想要的SNR的情况，可以由注射器51的实施方式提供，注射器51被配置为可以降低上述的光学窗口70中的刻蚀和覆盖，并降低等离子体在注射器51内着火的可能性，因而，每个S-IN和S-OUT信号都保持在想要的水平，也就是上面所述的足够高而可以使工具54T精确地指示基板的工艺。为了提供“改进的(或想要的)光学访问”而进行的注射器51的这些实施方式的配置，在这里被称为“改进的光学访问配置”，该配置如下所述。

[0044]隔膜126被配置容纳在由轴套92的内壁122定义的管中，以允许想要的(或改进的)光学访问。轴套92的内壁122的配置(没有隔膜126)定义了一个开放区域129(由双向箭头表示扩展到内壁122的整个区域)。开放区域129是轴套92定义的管，以流通气流并足以传送具有想要的SNR(如上面的定义)的信号S-IN和S-OUT。隔膜126将该开放区域129分割为至少两个孔136(图3A和图3C)。每个孔136都配置为具有壁138，该壁138从与开口124对齐的位置平行于轴线路径AP延伸到轴套的末端140(图4)。每个孔136的壁138还包括轴套的内壁122的一部分。每个孔136都被隔膜126进行配置，使得孔136的尺寸小于轴套92的内壁122的相应尺寸，并定义区域142A，区域142A比轴套的内壁122的区域129要小。减小的区域142A一方面使得在孔136的壁122和138与微粒之间(例如，来自工艺室或从表面128中刻蚀掉的)有更多的碰撞，这促进了在微粒到达光学访问窗口70之前，微粒在孔136的壁122和138上的沉积。减小的区域142A另一方面是为了抑制孔136中等离子体的燃烧。任何等离子体燃烧的趋势都有减少的效果，因为等离子体不会在较小尺寸的孔136的表面138周围形成一个套，这减小了在较小尺寸的孔136内的任何等离子体的范围，并因此减少了等离子体对光学访问窗口70的刻蚀。可以理解，微粒在到达光学访问窗口70之前，在孔136的壁122和138上的沉积导致了光学访问窗口被沉积微粒覆盖的可能性降低，并避免了引起S-IN和S-OUT的SNR减小的一个因素。而且，对等离子体在光学信号孔136内着火的抑制，以及在较小尺寸的孔136内的套，不仅降低了等离子体着火的可能性，还限制了该等离子体的尺寸。而且，等离子体形成的可能性变小，以及即使形成了等离子体该等离子体也会比较小，对光学访问窗口70的刻蚀也会大幅度降低。在窗口70上沉积以及对窗口70的刻蚀的减少，有助于保持每个孔136内较高的SNR，使得SNR在想要的SNR范围内。如上所述，信号S-OUT对工具54T的输入具有想要的SNR，使得工具54T可以精确的指示基板的工艺。更具体的说，每个孔136都允许在内腔66内传送的光学信号S-IN和S-OUT的一部分的传送。多个孔136的配置是这样的，定义有一个共同的或聚合的开放区域142(图3C)。通过结合隔膜126内的所有独立的孔136的开放区域142A定义区域142。因此，区域142是由至少两个孔136的区域定义的，并且大约与没有隔膜126的轴套92的区域129相同。每个区域142A是由定义孔136的隔膜126定义的，而且是与开口124对齐的位置到轴套末端140间的孔136的区域。该共同区域142足以维持该光信号S-IN和S-OUT的SNR足够高，而使得工具54T可以精确的指示基板的工艺。回顾一下，由隔膜126定义的开放区域142A中的每一个都是指多重的(气体的光学访问)区域，在每个开放区域142A中都提供对示例性气体G2的气体接入和在其他区域142A中提供上面定义的想要的光学访问。而且，这些区域142A结合起来形成提供想要的光学访问的共同区域142。

[0045]图4描绘了隔膜126的一个实施方式126-1，并显示了分别指示隔膜126的实施方式126-2和126-3的参考线5A/B。图3C和图4显示了隔膜126的实施方式126-1，其中壁122是环形的且隔膜被配置为网状形式，该网跨越环形壁122的直径。该网将由壁122定义的该开放的示例性环形区域129分割为两个孔136，每一个都平行于该轴向路径且纵贯轴套92和隔膜126-1的整个长度。如下所述，图3A显示了该隔膜126-1被配置为从开口124延伸到末端140。

[0046]图5A描绘了隔膜126的实施方式126-2，其中壁122也是环形的，且隔膜126被配置为X形网的形式，该网跨越环形壁122的两个直径。或者，该网可以是来自多于一个部分，其中该多个部分共同定义X形。隔膜126-2的网将由壁122定义的该开放的示例性环形区域129分割为四个孔136-2，每一个都平行于该轴向路径且纵贯隔膜126的整个长度。如下所述，隔膜126被配置为从开口124延伸到末端140。

[0047]例如，隔膜的实施方式126-1和126-2可以通过机械加工实心材料棒以定义该网。或者，隔膜126的网可以是焊接而成的，或者是固定到轴套92的壁122上的。而且，如图5B所示，隔膜126的实施方式126-3可以是预先成型的开放管130T的形式，该开放管130T容纳在壁122内，壁122也是环形的。隔膜126-3是这样配置的，以便于管130T可以被塞入轴套92从而彼此接触成为一捆，如果该轴套是，例如，由类似PTEE的聚合物等制成的话。或者，该轴套可以是由一个开始的实心核，然后对其打孔以形成类似管130T的孔洞。开放管130T将由壁122定义的该开放的示例性环形区域129(图3B)分割为孔136的实施方式136-3，每个孔136-3都对应一个管，每个管都平行于该轴向路径AP且纵贯隔膜的整个长度。每个孔136-3都允许在内腔66内传送的光学信号S-IN和S-OUT的一部分的传送。该多个孔136-3的配置是以便于定义相应于图3C描述的该共同的，或集合的开放区域142的实施方式142-3(参见图5B中的双向箭头)。该区域142-3定义为在全部的孔136-3内的区域的总和，并且与没有隔膜126的轴套92的区域129大致相同。因此共同区域142-3被定义为孔136-3的共同区域142-3A。共同区域142-3足以维持该光信号S-IN和S-OUT的SNR足够高，而使得工具54T可以精确的指示基板的工艺。

[0048]也可以提供隔膜126(例如126-x，未示)的其他的(例如非环形的)配置，以下面所述的方式运作以克服使用较大(例如0.5英寸)的孔的高需求以及具有相对较小尺寸的气体供应孔的需求之间的冲突。实施方式126-1到126-3，以及126-x中的每一个都配有“改进的光学访问配置”，其中由壁122定义的该开放(一般是环形的)区域129被分割为气体/光学信号孔136，每一个孔都平行于该轴向路径且纵贯隔膜126的整个长度。每个孔都提供上述的清晰光学访问。对应于实施方式126-1到126-3，以及126-x中的每一个，例如，气体/光信号孔136的配置是这样的，以便于由所有的气体/光学通孔136的内部区域定义的该共同的，集合的开放区域142足以维持该光信号S-IN和S-OUT的SNR足够高，而使得工具54T可以精确的指示基板的工艺。而且，在对实施方式126-1到126-3，以及126-x的继续使用中，例如，因为隔膜126的上述配置，导致的在窗口上的沉积和对窗口的刻蚀的减少，有助于维持较高的SNR，该较高的SNR通常会使得工具54T可以精确的指示基板的工艺。

[0049]尽管使用了隔膜126(例如小于0.5英寸)的各种实施方式的许多更小尺寸的气体/光学信号孔136，上述保留信号S-IN和S-OUT的想要的SNR以帮助监控指示工艺室内的工艺状态的光信号从而对室内的工艺进行典型的干涉或分光观察是与清晰光学孔的最小0.5英寸的直径的现有教导相反的。例如，在双重使用的气体供应方面，那些教导会避免使用相对小尺寸的(远远小于0.5英寸)的隔膜126的气体/光信号孔136来将气体G2供应到工艺室42并进行光学访问，同时避免表面128内等离子体的形成。

[0050]图3A显示了双片注射器51的其他细节。图3A显示了，罩90的肩部118和轴套92的相应末端92E之间的Z界面的实施例。肩部118和末端92E被配置为具有形成界面150的互补表面。在界面150的很多功能中(如下所述)，界面150约束或限制第一气体G1从内腔108到内腔66的流动，还约束或限制第二气体G2从孔136到内腔108的流动，这两个被称为“低气流传导率”。

[0051]图6是图3A的双片注射器51的一部分的横断面视图，描绘了罩的肩部118的放大部分，以及轴套的相应末端92E的实施方式，并显示了界面150的U形实施方式150-2。肩部118和末端92E配有形成低气流传导率的界面150-2的互补表面。所示的肩部118配置为具有U形的、阶梯状凹槽，其具有围绕轴向路径AP的环状延伸。所示的末端92E配置为具有环形突起，围绕该轴向路径AP突出且进入肩部118的U形、阶梯状的凹槽。

[0052]图7A是描绘罩90的上末端160和轴套92的相应上末端162的放大的横断面视图，显示了装设到轴套92上，并在轴套92和固定到罩的上末端160的光学访问窗口70之间的弯曲部(flexture)164。轴套的上末端162配有沟槽166以容纳弯曲部164，该弯曲部164是环形的。沟槽166与该弯曲部的环形配置相一致。该弯曲部配有臂168，臂168被配置为相对于弯曲部的环形本体170弯曲。对臂168应用向下的力会使臂168弯曲，并驱动本体170向下朝着沟槽166运动。图7B显示了，当窗70被工艺分析和测量工具54T的装载盘172装设固定于罩90的时候，这样的向下的力由光学访问窗口70应用到臂168上。图7B描绘了装设在轴套92上的弯曲部164以及臂168(还没有被窗口70弯曲)，该弯曲的臂和弯曲部本体170驱动轴套92的另一端92E(图3A)朝着界面150运动，例如，朝着肩部118运动。在图6中，弯曲的臂和弯曲部本体170还驱动轴套92的另一端92E朝着界面150-2运动，例如朝着肩部118运动。朝着界面150和150-2的肩部118驱动的末端92E提供了一个配合界面，该配合界面可以有效的最小化，如果不是完全消除的话，注射器51中微粒的产生。这种消除(或最小化)是因为该驱动将末端92E和肩部118牢牢的保持在一起，从而消除(或最小化)末端和肩部之间的相对运动。相对运动的缺乏避免了末端和肩部的摩擦，并与可以促进微粒在壁122和138上沉积的隔膜126的配置一起，在微粒到达光学窗口70之前将其沉积。

[0053]在另一个实施例中，最小化，如果不是消除的话，注射器内的微粒的产生，是因为在末端92E和界面150的肩部118之间使用衬垫。该衬垫可以是由具有低微粒生成特性的材料(例如PTFE)制成的，因此末端92E相对于肩部118的任何运动，举例来说，都不会导致大量微粒的产生。

[0054]而且，弯曲部和可以消除(或最小化)末端和肩部之间相对运动的相关结构避免了在轴套92和罩90内使用O-环，这进一步消除了注射器51内的微粒来源，因此也消除了在信号S-IN和S-OUT传送时通过的该清晰光学孔内的微粒来源。

[0055]图7B还描绘了窗口70施加的力将O-环174压入密封槽176以密封开口124和来自大气的气体G2，因此O-环不在罩或轴套内部。

[0056]图3A还显示了轴套92的上末端162，配有开口180以使得第二气体G2从开口124进入隔膜126的孔136更加容易。末端162还配有环形沟槽182，其水平延伸以容纳擦片(wiper)184。该擦片是可变形的，留在沟槽内具有三种功能。第一，擦片的弯曲部向两个开口114和124之间的壁110施加压力，以约束或限制第一气体G1从内腔108流向开口124。第二，擦片184约束或限制第二气体G2从开口124流向内腔108。第三，擦片184向罩的壁110施加力以使得轴套92位于中空本体102的中央，从而避免当轴套接触位于两个开口之间的位置的罩的时候生成微粒。

[0057]可以推断，O-环174，弯曲部164，界面150和擦片184用以使内腔108和隔膜126的孔138为气体G1和G2定义独立的气流路径。通过这种方式，从喷嘴106(供应气体G1)和罩90的注射内腔66(供应气体G2)向工艺室42分别注射气体。气体G1和G2的独立的气流路径使得在对想要的气体的质量流率的注射器51进行详细设计的时候，为了得到想要的工艺条件，可以有所选择。

[0058]本发明的实施方式还包括一种方法，以提供对发生在工艺室内的工艺事件的想要的光学访问。本方法的实施方式可以参考图8加以理解，图8显示了流程图190。该方法从开始到操作192，定义多重(气体和光学的)访问路径，该路径被配置为将光学信号从工艺室传送到分析工具，该分析工具响应该具有想要的信噪比(SNR)的信号进行工艺分析。该定义的路径配置是一体的，并能够传送想要的SNR，该SNR足够高，从而该工具54T可以精确地指示该基板的进程。操作192可以是由轴套92执行的，轴套92配有内壁122。如上所述，没有隔膜126的轴套内壁122的这样配置，从而由该内壁122定义的开放区域129(图3B)足以传送具有想要的SNR的信号S-IN和S-OUT，想要的SNR如前述定义。轴套92的开放区域129与操作192的多重的(气体和光学的)访问路径相一致，其中气体G2和清晰光学信号访问是通过开放区域129提供的。相对于信号S-IN，以及从注射器61经过光学访问窗口70传送到工具54T的信号S-OUT，例如，该想要的SNR与上面定义的一样，是工具54T为了进行精确的工艺分析、诊断或测量所需要的。操作192还可以配置访问路径，其中该光学访问窗口与该分析工具54T相邻。

[0059]该方法然后进行到操作194，将该多重的(气体和光学的)访问路径分割为多个气体和光学通孔，它们在工艺室和分析工具间延伸以在工艺室内的工艺事件发生时保持光学信号的想要的SNR。操作194可以是由隔膜126执行的。隔膜126将该开放区域129分割为至少两个孔136，每个孔都配置为具有减小的区域142A，区域142A从与开口124平行的位置平行于该轴向路径AP延伸到轴套的末端140。开孔136与内腔66和光学访问窗口70结合，以在工艺室42和分析工具54T之间延伸。而且，孔136的配置共同保持工艺室42内工艺事件发生时光学信号S-IN和S-OUT的想要的光学访问。

[0060]更具体地说，操作194将孔136的尺寸配置为与该气体和光学通孔136内的微粒的平均自由路径更相近，以促进微粒与孔136的壁122和138之间的碰撞。这种碰撞减少了微粒的能量，提升了微粒到达光学访问窗口70之前在孔136的壁122和138上的沉积。操作194中的配置还配置孔136中的每个都具有壁表面122的一部分和隔膜表面138，并提供横跨孔136的尺寸小于轴套内壁122的相应尺寸，且具有比轴套内壁122的区域129更小的区域142A。较小的孔136导致了孔136的表面122和138与微粒(例如来自工艺室或从122或138表面刻蚀掉的)间的更多的碰撞(一方面)，另一方面减少了微粒的能量，提升了微粒到达光学访问窗口之前在孔136的表面122和138上的沉积。

[0061]操作194导致了更小的孔136，其被配置为可以有效的抑制等离子体在孔136内的燃烧。所有的等离子体的燃烧都有减少的效果，因为等离子体不会在较小尺寸的孔136的表面128周围的套内形成。该套会减小在较小尺寸的孔136内的任何等离子体的范围，并因此减少了等离子体对光学访问窗口70的刻蚀。操作194导致微粒到达每个光学访问窗口70之前在孔136的表面128上的沉积，并由此导致光学访问窗口70被沉积微粒覆盖的可能性降低，并通过使等离子形成的可能性减小以及使形成的等离子数较少而避免了引起S-IN和S-OUT的SNR减小的一个因素。通过操作194，减少了窗口70上的沉积和对窗口70的刻蚀，有助于维持经过窗口70传送的信号S-OUT的较高的SNR。如上所述，信号S-OUT对工具54T的输入具有想要的SNR，使得工具54T可以精确的指示基板的进程。

[0062]操作194还执行分割操作，提供壁以将气体和光学路径分割为多个气体和光学孔。每个孔都可以是上面描述过的孔136，可以从所有的其他气体和光学管道中独立出来。这种分割操作是由隔膜126执行的，将开放区域129分割为孔136，每个孔136都具有与壁轴向路径平行延伸的壁122和138。如上所述，操作194带来了微粒到达每个光学访问窗口70之前在孔136的表面122和138上的沉积。如上所述，共同地，所有多个气体和光学孔136都被配置为将该光学信号S-OUT经过该光学窗口70传送到分析工具54T，其中光学信号S-OUT具有想要的SNR，使得工具54T可以精确的指示基板的工艺。

[0063]流程图190的方法的另一个实施方式包括从孔136的表面去除微粒沉积的操作。对于该操作，轴套92和隔膜126可以从罩90中去除，并在替换罩内的轴套和隔膜之前对孔136进行清洗。在另一个实施方式中，清洗操作是在工艺室42内执行的，以去除在孔136的壁122和138上的微粒的沉积，而不用打开工艺室42。

[0064]概括来说，本发明的所述实施方式满足了上述对于提供上面定义的对工艺室的多重访问的进一步改进的要求。上面定义的问题通过一种问题解决方案得到克服，该方案在工艺室访问上提供了进一步的改进，并且，当该访问是双区域气体访问，及当该光学访问导致了上述冲突的需求时，也提供了这种改进的访问方案。而且，不用考虑0005段中提到的问题，就可以实现该问题解决方案。首先，注射器51提供了上面定义的清晰光学访问和想要的光学访问。

[0065]不仅满足了该需要，而且完成了问题解决方案，还不会在通向注射器的光学访问窗口上沉积有损害性数量的微粒。相反地，如上所示，隔膜126被配置为提供比相应的轴套壁122更小尺寸的孔136，且区域142A的面积均比轴套壁122的区域129要小，这增大了微粒与孔136的壁122和138的碰撞。微粒与孔136的壁122和138之间的更多的碰撞促进了在微粒到达光学访问窗口70之前，微粒在孔136的壁122和138上的沉积。微粒在这些表面的沉积导致了光学访问窗口被沉积微粒覆盖的可能性降低，并避免了引起S-IN和S-OUT的SNR减小的一个因素。

[0066]不仅满足了该需要，而且完成了问题解决方案，还使得该改进的注射器51具有几何上的优点。例如，正如有关图3A和图6的描述一样，提供了最小化，如果不是消除的话，注射器51内的微粒生成的工具。例如，上述的光学窗口70，弯曲部164以及界面150的肩部188与末端92E之间协作，使得光学访问窗口70对臂168应用一个向下的力，驱动轴套92的末端92E向下朝着界面150的肩部118运动，这有效地最小化了，如果不是消除的话，注射器51内的微粒的产生。而且，被驱动的末端92E和界面150使得气体G1和G2的气流有效的保持分开。

[0067]不仅满足了该需要，而且完成了问题解决方案，同时不要求注射器51是由特殊材料制成的，而是允许罩90，轴套92和隔膜126各自使用各自的各种材料。本发明可以使用许多材料的组合。例如，在一个实施方式中，罩，轴套和隔膜是由有涂层或无涂层的陶瓷或聚合物制成的。陶瓷可以与该第一在先申请或该第二在先申请中描述的那些相同，例如矾土(alumina)，铈土(ceria)，氧化钇(yttria)和氧化锆(zirconia)。例如，如果工艺与石英兼容的话也可以使用石英。典型的聚合物包括PTFE，ETFE，CTFE，FEP和以商标TEFLON销售的其他材料；聚醚酰亚胺(Ultem)；聚碳酸脂(Lexan)；聚醚醚酮(PEEK)和聚酰亚胺(Vespel)。一般来说，对所有这些部件采用聚合物会带来低成本的优点，以及相对于陶瓷来说易于制造的优点。例如，如果等离子体刻蚀程序的标准(例如基板类型，气体，温度，电源等)与特定的聚合物兼容的话，那么所有这些元件都可以是用该聚合物制造的。用聚合物制造罩90的特殊优点是这缓解了用一些陶瓷时所要求的对涂层的需要。可以理解，最耐等离子体腐蚀的实施方式(例如对等离子体和高强度电场最有抵抗力的)是“全陶瓷”配置，其中罩，轴套和隔膜中的每一个都是由陶瓷制成的。这种全陶瓷配置提供了最广阔的等离子体刻蚀兼容性，因为陶瓷对等离子体刻蚀的抵抗力最强。罩90是暴露于最高密度的等离子体中的，可能需要陶瓷涂层，但是轴套90和隔膜92可以不覆盖陶瓷，因为轴套和隔膜不会经历同样高密度的等离子体。在另一个实施方式中，结合陶瓷-聚合物的配置具有优点。罩90可以是陶瓷制成的，以抵抗等离子体刻蚀，然而轴套92和隔膜126可以是聚合物形成的，因为这些不位于像罩同样密度等离子体的区域。这允许在强(高密度的)等离子体中使用注射器，因为陶瓷罩90，不管有没有涂层，可以抵抗等离子体，而且轴套92和隔膜126可以是聚合物，从而允许更容易制造的复合的轴套-隔膜配置。

[0068]不仅满足了该需要，而且完成了问题解决方案，同时并不要求窗学访问窗口70与工艺室窗口48间隔很长的距离，其中间隔很长的距离是试图避免对光学访问窗口70的损害。注射器51的典型配置提供在轴套92中的隔膜126，该隔膜126限定大约20个典型的独立的光学信号孔136，每一个光学信号孔136的直径大约为0.90英寸，在轴套92中的长度约为3英寸，如图5B所示。

[0069]尽管为了更清楚的理解本发明，本发明是用细节的方式进行描述的，然而显然在权利要求的范围内可以进行一定的更改和替换。相应地，本实施方式应当认为是描绘性的，而非限定性的，并且本发明不限于这里给出的细节，而可以在权利要求的范围和等同范围内进行修改。