專利名稱：一種帶有導(dǎo)熱套管的rf探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體等離子蝕刻。更詳細(xì)地是，發(fā)明涉及探測(cè)界面和用于測(cè)量輸送到等離子室的射頻(RF)功率而改進(jìn)由RF功產(chǎn)生的熱量的散失的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體業(yè)，等離子蝕刻已成為半導(dǎo)體電路制造所必要的部分。利用電場(chǎng)加速離子的等離子蝕刻有助于只蝕刻水平露出的表面而所以避免凹蝕。典型的等離子蝕刻系統(tǒng)將包括等離子室(裝要蝕刻的硅片)、功率輸出裝置和用于提供輸送到等離子室的RF功率的閉環(huán)控制的反饋裝置。反饋裝置一般包括根據(jù)流過導(dǎo)線的RF功率而產(chǎn)生模擬信號(hào)的探頭和把模擬信號(hào)處理成像電壓幅度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，電流幅度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和相關(guān)相位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之類的有效數(shù)據(jù)的探測(cè)分析裝置。
注意在尺寸上與等離子室和功率輸送裝置比較起來探頭是比較小的，這一點(diǎn)是重要的。探頭的共同之處是包括裝有探測(cè)“界面”的外殼，在外殼上由導(dǎo)線，檢測(cè)板和電絕緣套管組成探測(cè)界面。使導(dǎo)線與在功率輸出裝置和等離子室之間連接的功率輸送線串聯(lián)。因此，導(dǎo)線參與向等離子室輸送RF功率。檢測(cè)板一般包括用于根據(jù)流過導(dǎo)線的RF功率產(chǎn)生電壓模擬信號(hào)和電流模擬信號(hào)的電壓拾取板和電流拾取板。
為了防止人觸摸腔體而被電擊，把套管套在導(dǎo)線上并且套管是電絕緣的，套管也有助于使電損耗減到最低程度。為了達(dá)到這個(gè)目的，常規(guī)的套管是用介電常數(shù)接近2.85的聚四氟乙烯(PTFE——市場(chǎng)上稱為特氟隆Teflon)制成。因此，比較低的介電常數(shù)(即，高的介質(zhì)強(qiáng)度)使套管才能是導(dǎo)線和檢測(cè)板之間的電絕緣體。
雖然在過去上述的探測(cè)界面是有成效的，但是尚有相當(dāng)大的改進(jìn)余地。例如，隨著硅片的尺寸增大(RF功率的頻率也增大)，所需要的RF功率值也增大。與功率有關(guān)聯(lián)的電流在導(dǎo)線中產(chǎn)生熱量。從另一方面來說，半導(dǎo)體工業(yè)也要求小的探頭。因此，不能以計(jì)算出電流中的增量的尺寸來增大導(dǎo)線。結(jié)果常常是出現(xiàn)比較顯著的熱不穩(wěn)定和限制功率輸送能力。實(shí)際上，特氟隆具有每米每度開爾文大約41瓦的比較低的導(dǎo)熱率而使套管對(duì)導(dǎo)線起熱隔離器的作用。在“Thermal Conductivity of PTFEand PTFE Composites”，D.M.Price et al.，Proceedings of the 28thConference of the North American Thermal AnalysisSociety，October4-6，2000，PP.579-584(“PTFE和PTFE復(fù)合物的導(dǎo)熱率”D.M.Price等人，北美熱分析學(xué)會(huì)第28屆會(huì)議會(huì)志，2000年10月4-6日，579-584頁)中比較詳細(xì)地討論特氟隆的熱特性。

發(fā)明內(nèi)容
所以最理想的是提供一種能夠更有效地使由RF功率產(chǎn)生的熱量散失的探測(cè)界面套管。
通過用于根據(jù)本發(fā)明的探頭的探測(cè)界面達(dá)到上述和其他的目的。該界面包括用于把RF功率輸送到等離子室的導(dǎo)線和用于根據(jù)RF功率產(chǎn)生模擬信號(hào)的檢測(cè)板。電絕緣套管被配置在導(dǎo)線和檢測(cè)板之間，在那里該套管是導(dǎo)熱的，以致該套管散失由RF功率產(chǎn)生的熱量。通過使套管能夠?qū)醽頊p小熱不穩(wěn)定性并且總的RF功率輸送能力增大。
進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置用于RF探頭界面的電絕緣套管。該套管包含導(dǎo)熱的材料和分散在整個(gè)導(dǎo)熱材料中的粘合劑材料。這些材料融合而達(dá)到預(yù)定的導(dǎo)熱率值。在最佳實(shí)施例中，導(dǎo)熱材料包括像氮化硼這樣的陶瓷材料。
在發(fā)明的另一狀況中，提供用于測(cè)量輸出到等離子室的RF功率的方法。該方法包括把RF功率經(jīng)由導(dǎo)線輸送到等離子室的步驟。檢測(cè)板用來產(chǎn)生基于RF功率的模擬信號(hào)。該方法進(jìn)一步規(guī)定在導(dǎo)線和檢測(cè)板之間配置電絕緣套管，該套管是導(dǎo)熱的，以致套管散失由RF功率產(chǎn)生的熱量。
不言而喻，前面的一般描述和后面的詳細(xì)描述都僅僅是發(fā)明的示范，而且意在按照權(quán)利要求提供用來了解發(fā)明的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)的概觀和框架。為了提供對(duì)發(fā)明進(jìn)一步的了解，包括附圖，并且附圖被引用而構(gòu)成本說明書的組成部分。這些


發(fā)明的各種特點(diǎn)和實(shí)施例，并且與描述部分一起用來闡明發(fā)明的原理和操作。

根據(jù)詳細(xì)的描述和附圖將更透徹地了解本發(fā)明，其中圖1是等離子蝕刻系統(tǒng)的方框圖，對(duì)了解發(fā)明有幫助；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的探測(cè)界面的部件分解透視圖；圖3是表示薄片尺寸和所需要的RF功率之間關(guān)系的曲線圖，對(duì)了解發(fā)明有幫助；圖4是表示常規(guī)套管和根據(jù)本發(fā)明套管的RF功率與導(dǎo)線溫度間關(guān)系的曲線圖；圖5是說明常規(guī)套管和根據(jù)本發(fā)明套管的導(dǎo)熱率的示意圖；圖6是說明使用常規(guī)套管時(shí)熱流動(dòng)的探測(cè)界面截面圖；和圖7是說明使用根據(jù)本發(fā)明的套管時(shí)熱流動(dòng)的探測(cè)界面截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面的最佳實(shí)施例描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示范性的并且決不是想要限定發(fā)明，發(fā)明的應(yīng)用或使用。
參見圖1，一般以10表示等離子蝕刻系統(tǒng)的方框圖。等離子蝕刻系統(tǒng)10將能蝕刻在等離子室14內(nèi)裝有的硅片和工件(未表示出)?？梢钥吹轿g刻系統(tǒng)工程10具有以預(yù)先說明的頻率(例如13.56兆赫茲)以預(yù)定的功率值(例如1千瓦)產(chǎn)生RF功率的射頻(RF)功率輸出裝置12。輸出裝置12的輸出端通過功率導(dǎo)線管與等離子14的輸入端聯(lián)接。為了更有效地控制輸出裝置12的輸出，采用探頭16和探測(cè)分析裝置18。探頭根據(jù)流過探頭16內(nèi)裝有的導(dǎo)線的RF功率產(chǎn)生模擬信號(hào)。探測(cè)分析裝置18把模擬信號(hào)處理成像電壓幅度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，電流幅度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和相應(yīng)相位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之類的有用數(shù)據(jù)。輸出裝置12能夠用這樣的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作反饋。
應(yīng)該指出，雖然將基本上相對(duì)于等離子蝕刻描述本發(fā)明，但是發(fā)明不受這樣限制。事實(shí)上，任何使用RF功率的系統(tǒng)都能夠從發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)中得到好處。所以具體實(shí)例僅僅是為了討論問題而采用的。
現(xiàn)在參考圖2，比較詳細(xì)地表示出許多探測(cè)界面?？梢钥吹阶罴褜?shí)施例通常具有電流探測(cè)界面20和電壓探測(cè)界面22，但是不要求二個(gè)界面。準(zhǔn)確地說，電流探測(cè)界面20包括用于把RF功率26輸送到等離子室14(圖1)內(nèi)的導(dǎo)線(導(dǎo)體)24。像電流拾取板28之類的檢測(cè)(讀出)板根據(jù)RF功率26產(chǎn)生模擬信號(hào)。可以進(jìn)一步看到電絕緣套管30配置在導(dǎo)線24和電流拾取板28之間。套管30是導(dǎo)熱的以致套管30散失由RF功率26產(chǎn)生的熱量32。與導(dǎo)線24內(nèi)含有熱量32不同通過用導(dǎo)熱套管30散熱32，大大地改進(jìn)熱穩(wěn)定性和總的功率輸送能力。
同樣，由導(dǎo)線24、電壓拾取板29和套管30構(gòu)成電壓探測(cè)界面22。電壓拾取板也根據(jù)RF功率26產(chǎn)生模擬信號(hào)。能夠以包括磁路和/或電容電路的任何方法實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的形成。在本說明書內(nèi)參考文獻(xiàn)引用的Gerrish等人的U.S.Patent No.5，770，922比較詳細(xì)地描述信號(hào)產(chǎn)生和數(shù)據(jù)處理的一種典型方法。
現(xiàn)在參見圖3，曲線44說明根據(jù)生產(chǎn)要求和技術(shù)進(jìn)步在所需的RF功率上隨著薄片尺寸增大而逐漸增加。圖4用曲線46說明本發(fā)明能夠使導(dǎo)線溫度方面得到改進(jìn)。準(zhǔn)確地說，特氟隆曲線48表示在導(dǎo)線溫度上隨著RF功率增加而迅速增高。相反，陶瓷曲線50隨著增加RF功率而大大偏離特氟隆曲線48。應(yīng)該指出氮化硼介電常數(shù)為4，比較接近特氟隆的介電常數(shù)。因此，本發(fā)明為了得到相當(dāng)大的與導(dǎo)熱率有關(guān)聯(lián)的好處，在電絕緣方面損失非常小。
圖6和圖7比較詳細(xì)地說明發(fā)明的有效性。具體地說，圖6表示把具有像特氟隆之類材料的熱隔離套管36配置在導(dǎo)線24和電流拾取板28之間的常規(guī)界面34。在這樣的情況下，由于套管36的絕熱性能而使熱量32基本上包含在導(dǎo)線24內(nèi)。隨著RF頻率和電流增大，導(dǎo)線24會(huì)接近熱不穩(wěn)定性開始影響電流拾取板28進(jìn)行的測(cè)量的溫度閾值。相反，圖7說明本發(fā)明的改進(jìn)了的方法，其中套管30包括導(dǎo)熱材料38和分散在整個(gè)導(dǎo)熱材料38中的粘合劑材料40。使材料38、40融合而達(dá)到預(yù)定的導(dǎo)熱率值。結(jié)果是熱量32向離開導(dǎo)線24的方向散失。
圖5用于示意圖42說明在導(dǎo)熱率上的相當(dāng)大的差別。具體地說，可以看出目前最好的陶瓷氮化硼具有每米每度開爾文大約27.37瓦的導(dǎo)熱率，而特氟隆具有每米每度開爾文大約41瓦的導(dǎo)熱率。
著重指出，雖然在本說明書中已討論像氮化硼之類的陶瓷材料，但是可以使用具有相同的導(dǎo)熱率，介質(zhì)強(qiáng)度和介電常數(shù)的任何固體材料。盡管已證明陶瓷材料在半導(dǎo)體業(yè)的輸送較高頻率和電流要求上是很有成效的。
精通技術(shù)的人現(xiàn)在能夠從前面的描述意識(shí)到可以以各種各樣的方式實(shí)施本發(fā)明的公開講授內(nèi)容。所以，雖然能夠結(jié)合發(fā)明的具體實(shí)施例描述本發(fā)明，但是由于在研究附圖、說明書和下面的權(quán)利要求書時(shí)別的一些變換對(duì)于熟練老手來說將是顯而易見的，因此發(fā)明的真正范圍不應(yīng)受此限制。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻(RF)探頭的探測(cè)界面，界面組件包括用于把RF功率輸送到等離子室的導(dǎo)線；用于根據(jù)RF功率產(chǎn)生模擬信號(hào)的檢測(cè)板；和配置在導(dǎo)線和檢測(cè)板之間的電絕緣套管，該套管是導(dǎo)熱的，使該套管消散由RF功率產(chǎn)生的熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的界面，其中套管包括導(dǎo)熱材料和分散在整個(gè)導(dǎo)熱材料中的粘合劑材料；上述材料的融合而達(dá)到預(yù)定的導(dǎo)熱率值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的界面，其中導(dǎo)熱材料包括陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的界面，其中陶瓷材料包括氮化硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的界面，其中粘合劑材料包括硼酸鈣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的界面，其中預(yù)定的導(dǎo)熱率值大約為每米每度開爾文27瓦特。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的界面，材料的進(jìn)一步融合達(dá)到約為4的介電常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的界面，其中檢測(cè)板是一種電壓拾取板以使模擬信號(hào)表征RF功率的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的界面，其中檢測(cè)板是一種電流拾取板以使模擬信號(hào)表征RF功率的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的界面，其中在RF功率輸送到等離子室過程中熱量散失能夠增大。
11.用于射頻(RF)探頭界面的一種套管，該套管包括導(dǎo)熱材料；和分散在整個(gè)導(dǎo)熱材料中的粘合劑材料；上述材料的融合提供預(yù)定的導(dǎo)熱率值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的套管，其中導(dǎo)熱材料包括陶瓷材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的套管，其中陶瓷材料包括氮化硼。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的套管，其中粘合劑材料包括硼酸鈣。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的套管，其中預(yù)定的導(dǎo)熱率值大約為每米每度開爾文27瓦特。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的套管，其中材料的進(jìn)一步融合提供約為4的介電常數(shù)。
17.一種用于射頻(RF)探頭的探測(cè)界面，界面組件包括用于把RF功率輸送到等離子室的導(dǎo)線。用于根據(jù)RF功率產(chǎn)生模擬信號(hào)的檢測(cè)板；陶瓷材料；和分散在整個(gè)陶瓷材料中的粘合劑材料；上述材料的融合提供預(yù)定的導(dǎo)熱率值；上述材料形成配置在導(dǎo)線和檢測(cè)板之間的電絕緣套管，該套管是導(dǎo)熱的，使套管散失由RF功率產(chǎn)生的熱量；上述的散熱能夠增加輸出到等離子室的RF功率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的界面，其中陶瓷材料包括氮化硼。
19.用于測(cè)量輸送到等離子室的射頻(RF)功率的一種方法，該方法包括步驟為把RF功率經(jīng)由導(dǎo)線輸送到等離子室；用檢測(cè)板來產(chǎn)生基于RF功率的模擬信號(hào)；和把電絕緣套管配置在導(dǎo)線和檢測(cè)板之間，套管是導(dǎo)熱的，使得套管散失由RF功率產(chǎn)生的熱量。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法進(jìn)一步包括步驟為提供導(dǎo)熱材料；把粘合劑材料分散在整個(gè)導(dǎo)熱材料中；和使這些材粘結(jié)在一起以使這些材料融合提供預(yù)定的導(dǎo)熱率值。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法進(jìn)一步包括用陶瓷材料作導(dǎo)熱材料的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法進(jìn)一步包括用氮化硼作陶瓷材料的步驟。
全文摘要
用于RF探頭的探測(cè)界面改進(jìn)由RF功率產(chǎn)生的熱量散失。該界面包括用于把RF功率輸送到等離子室的導(dǎo)線，和用于產(chǎn)生基于RF功率的模擬信號(hào)的檢測(cè)板。一種電絕緣套管被配置在導(dǎo)線和檢測(cè)板之間，套管是導(dǎo)熱的，使套管散失由RF功率產(chǎn)生的熱量。通過使用導(dǎo)熱套管能夠減少熱的不穩(wěn)定性和增加總的RF功率輸送能力。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1404108SQ0212245
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
發(fā)明者戴維·J.·庫默 申請(qǐng)人:Eni技術(shù)公司