(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波（ＲＦ）プローブヘッド用のプローブインタフェースであって、該インタフェースのアセンブリーは、
高周波電力をプラズマチャンバーに伝えるための導体と、
前記高周波電力に基づいてアナログ信号を生成するセンシングボードと、
前記導体と前記センシングボードとの間に置かれ、高周波電力から発生する熱を放散する熱伝導性と電気的絶縁性を有するセラミック材料と結合材料からなるブッシングと、
を有するインタフェース。
【請求項２】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記ブッシングは、前記セラミック材料と該セラミック材料の全体に分散させた前記結合材料とから成り、予め定めたレベルの熱伝導率を提供することを特徴とするインタフェース。
【請求項３】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記セラミック材料は、窒化硼素からなるインタフェース。
【請求項４】
請求項２に記載のインタフェースにおいて、前記予め定めたレベルの熱伝導率が、ケルビン目盛りの１度当たり１ｍにつき約２７ワットであるインタフェース。
【請求項５】
請求項２に記載のインタフェースにおいて、前記ブッシングは約４の誘電定数を提供するインタフェース。
【請求項６】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記センシングボードは、前記アナログ信号が高周波電力の電圧であることを特徴とする電圧引き上げボードであるインタフェース。
【請求項７】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記センシングボードは、前記アナログ信号が高周波電力の電流であることを特徴とする電流引き上げボードであるインタフェース。
【請求項８】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記熱放散により前記プラズマチャンバーに供給される高周波電力を増加させることができるインタフェース。
【請求項９】
高周波（ＲＦ）プローブヘッドインタフェース用のブッシングであって、該ブッシングは、
高周波電力をプラズマチャンバーに伝える導体を絶縁するセラミック材料からなる熱伝導性材料と、
前記熱伝導性材料の全体に分散させた結合材料と、
から成り、これらの材料は結合して予め定めたレベルの熱伝導率を提供することを特徴とするブッシング。
【請求項１０】
請求項９に記載のブッシングにおいて、前記セラミック材料は窒化硼素から成るブッシング。
【請求項１１】
請求項９に記載のブッシングにおいて、前記予め定めたレベルの熱伝導率が、ケルビン目盛りの１度当たり１ｍにつき約２７ワットであるブッシング。
【請求項１２】
請求項９に記載のブッシングにおいて、前記材料は、さらに結合して約４の誘電定数を提供するブッシング。
【請求項１３】
高周波（ＲＦ）プローブヘッド用のプローブインタフェースであって、該インタフェースのアセンブリーは、
高周波電力をプラズマチャンバーに伝えるための導体と、
前記高周波電力に基づいてアナログ信号を生成するセンシングボードと、
セラミック材料と、
前記セラミック材料の全体に分散させた結合材料と、
から成り、それらの材料は、結合して予め定めたレベルの熱伝導率を提供し、
前記それらの材料は、前記導体と前記センシングボードとの間に置かれる電気絶縁ブッシングを形成し、前記ブッシングは、前記高周波電力から発生する熱を放散する熱伝導性を有し、
前記熱放射により前記プラズマチャンバーに供給される高周波電力を増加させることができるプローブインタフェース。
【請求項１４】
請求項１３に記載のインタフェースにおいて、該セラミック材料は、窒化硼素から成るインタフェース。
【請求項１５】
プラズマチャンバーに供給される高周波（ＲＦ）電力を測定する方法であって、
前記高周波電力を、導体を通して前記プラズマチャンバーに伝え、
センシングボードを使用して、前記高周波電力に基づいてアナログ信号を生成し、
前記導体と前記センシングボードとの間に、前記高周波電力から発生する熱を放散する熱伝導性を有するセラミック材料と結合材料からなる電気絶縁ブッシングを配置する、
方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法は、さらに、前記セラミック材料として窒化硼素を使用するステップを含む方法。
【請求項１７】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記センシングボードは前記導体を流れる高周波電力を検知するインタフェース。
【請求項１８】
請求項１に記載のインタフェースにおいて、前記導体は、前記プラズマチャンバーと電力供給システムとの間に置かれ、前記電力供給システムからの高周波電力を受信しそれをプラズマチャンバに伝えるインタフェース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プラズマエッチングに関する。特に、本発明は、プローブインタフェースに関し、高周波電力から発生する熱をより良く放散させるプラズマチャンバーに供給される高周波（ＲＦ）電力を測定する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
半導体業界では、プラズマエッチングは半導体回路製造の不可欠な部分となっている。電界により加速されたイオンを使うプラズマエッチングは、水平な露出表面だけを食刻する傾向があるので、アンダーカッティングを回避できる。典型的なプラズマエッチングシステムは、プラズマチャンバー（エッチングを行うシリコンウェーハを入れる）、電力供給システム、および前記プラズマチャンバーに高周波電力を閉回路により制御するフィードバックシステムを具備する。フィードバックシステムは、通常、導体を通って流れる高周波電力に基づいてアナログ信号を生成するプローブヘッドと、アナログ信号を処理して、電圧の大きさ、電流の大きさ、および相対位相デジタルデータなどの有用なデータを得るプローブ分析システムとを有する。
【０００３】
プラズマチャンバーや電力供給システムと比べるとプローブヘッドは比較的小さいことに注目することは重要である。プローブヘッドは、導体と、センシングボードと、電気絶縁ブッシングで構成されるプローブインタフェースを収容するハウジングを有するのが普通である。導体は、電力供給システムとプラズマチャンバーとの間に接続される電力線と直列に設けられる。したがって、導体は、プラズマチャンバーに対する高周波電力の供給に参加する。センシングボードは、一般に導体に流れる高周波電力に基づいて電圧アナログ信号と電流アナログ信号を生成する電圧引き上げボードと電流引き上げボードを有している。
【０００４】
ブッシングは、人がハウジングに触れて感電するのを防ぐため導体を包囲して取り付ける電気的絶縁体である。ブッシングは、さらに電力損失を最小限に抑える働きをする。この目的のため、従来のブッシングは、誘電定数が約２．８５であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ−登録商標：テフロン）でできている。したがって、比較的低い誘電率（すなわち、高絶縁耐力）を有するブッシングは、導体とセンシングボードとの間を電気的に絶縁する。
【０００５】
上記のプローブインタフェースは従来から有効であったが、まだかなりの向上の余地がある。たとえば、シリコンウェーハのサイズが大きくなるにつれて（高周波電力の周波数ばかりではなく）、必要とされる高周波電力の量も増加する。電力に関連する電流が導体内に熱を発生させる。一方、半導体業界も小さいプローブヘッドを必要としている。したがって、電流の増加に対応して導体のサイズを大きくすることはできない。その結果、熱不安定性が増し電力操作能力が制限されることがしばしば起きている。実際、テフロンは、ケルビン目盛りの１度当たり１ｍにつき約０．４１ワットという比較的低い熱伝導率を有するため、そのブッシングは、導体に対する熱絶縁体として使用されている。テフロンの熱特性については、２０００年、１０月４−６日開催の北米熱分析学会２８回会議議事録  ５７９−５８４頁、Ｄ．Ｍ．プライス他による“ＰＴＦＥおよびＰＴＦＥ複合材料の熱伝導性”に詳細に述べられている。それ故に、高周波電力において発生する熱をより効果的に放散できるプローブインタフェースブッシングを提供することが期待されている。
【０００６】
上記のおよびその他の目的は、本発明による高周波プローブヘッド用プローブインタフェースによって実現される。プローブインタフェースは、高周波電力をプラズマチャンバーへ伝える導体と、高周波電力に基づいてアナログ信号を生成するセンシングボードを有する。導体とセンシングボードとの間に配置される電気絶縁ブッシングは、熱伝導性があり高周波電力から発生する熱を放散する。ブッシングに熱伝導性を付与したために、熱不安定性が減少し、全般的な高周波電力操作能力は向上する。
【０００７】
さらに本発明によれば、高周波プローブヘッド用電気絶縁ブッシングが提供される。ブッシングは、熱伝導性材料と熱伝導性材料の全体に分散された結合材料から成る。これらの材料は、結合して予め定めたレベルの熱伝導率を提供する。本実施例において、熱伝導材料は窒化硼素のようなセラミック材料を含む。
【０００８】
本発明の別の一面から見れば、上記の全般的説明および以下の詳細説明は、単に本発明の例を示すものであり、請求する発明の性質および特質を御理解いただくための概要あるいは枠組みを提供することを意図していることをご了承ただきたい。添付した図面は、本発明をよりよくご理解いただくため目的で加えたもので、本明細書に組み込まれその一部を構成する。これらの図面は、本発明の様々な特徴および実施例を図示するもので、記述とともに本発明の原理と動作を説明する役をする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施例に関する以下の説明は、単に例を示すものであり、本発明、その応用ならびに使用法を制限するものではない。
【００１０】
図１に示すように、典型的なプラズマエッチングシステムの構成図の全体を１０で示す。プラズマエッチングシステム１０は、プラズマチャンバー１４に収容されたシリコンウェーハ、その他の工作片（図示せず）を食刻することができる。エッチングシステム１０は、予め定めた電力レベル（たとえば、１キロワット）における所定の周波数（たとえば、１３．５６メガヘルツ）の高周波電力を生成する高周波（ＲＦ）電力供給システム１２を備えていることが示されている。電力供給システム１２の出力は電力管路を通してプラズマチャンバー１４に結合されている。電力供給システム１２の出力をより有効に制御するために、プローブヘッド１６とプローブ分析システム１８が使用される。プローブヘッドは、プローブヘッド１６に収容されている導体を流れる高周波電力に基づいてアナログ信号を生成する。プローブ分析システム１８は、アナログ信号を処理して電圧の大きさ、電流の大きさ、相対位相デジタルデータなどの有用なデータを作る。このデジタルデータを電力供給システム１２はフィードバックとして使用することができる。
【００１１】
本発明はプラズマエッチングについて説明するが、本発明はこれだけに制限されるものではないことを銘記されたい。それどころか、高周波電力を使用するいかなるシステムも本発明の特徴によって利益をうけることが可能である。具体例を挙げて以下で考察する。
【００１２】
図２に、複数のプローブインタフェースの詳細を示す。この実施例では、通常、電流プローブインタフェース２０と電圧プローブインタフェース２２が設けられているが、ふたつのインタフェースを設ける必要はないことが明らかであろう。具体的にいうと、電流プローブインタフェース２０は、高周波電流２６をプラズマチャンバー１４に伝える導体２４を有している（図１）。電流引き上げボード２８のようなセンシングボードは、高周波電力２６に基づいてアナログ信号を生成する。電気絶縁ブッシング３０は、導体２４と電流引き上げボード２８との間に配置されることが分かろう。ブッシング３０は熱伝導性があり、高周波電流２６から発生する熱３２を放散する。導体２４内に熱を封じ込めるのではなく、熱伝導ブッシングを使って熱３２を放散させることにより、熱安定性と全体的電力操作能力を著しく向上する。
【００１３】
同じように、電圧プローブインタフェース２２は、導体２４、電圧引き上げボード２９、ブッシング３０で構成されている。電圧引き上げボードも、高周波電力２６に基づいてアナログ信号を生成する。アナログ信号は磁気回路および/または容量性回路を含む様々な方法で生成することができる。引例として紹介したゲリッシュその他に付与された米国特許５、７７０、９２２号は、信号生成・処理の典型的な方法を詳細に記述している。
【００１４】
図３において、線図４４は、業界の需要と技術の進歩に応じてウェーハサイズが増加するにつれて、要求される高周波電力の緩やかな増加を示している。図４の線図４６は、本発明によって可能になった導体温度の向上を表している。具体的には、テフロンの線図４８は、高周波電力の増加に応じて導体温度が急速に上昇していることを示している。一方、セラミックの線図５０は、高周波電力が増加するにしたがってテフロンの線図４８から著しくそれている。窒化硼素の誘電率は４であり、これはテフロンの誘電率に比較的近いことに注目されたい。このように、本発明は熱伝導性に関して相当な利益を達成するため電気絶縁の面で払う犠牲はきわめてわずかである。
【００１５】
図６と図７は、本発明の効果を詳細に実証している。具体的には、図６は、従来のインタフェース３４であり、テフロンなどの材料で形成された熱伝導ブッシング３６が導体２４と電流引き上げボード３８との間に配置されている。この場合、熱３２はブッシング３６の断熱特性によって主に導体内に封じ込められる。高周波と電流が増加するにつれて、導体２４は、熱不安定性が電流引き上げボード２８の測定動作に影響を与えはじめる温度しきい値に近づいていく。一方、図７は、ブッシング３０が熱伝導材料３８と熱伝導材料の全体に分散させた結合材料４０を有する本発明の改良された方法を示す。これらの材料３８、４０は、結合して予め定めたレベルの熱伝導率を提供する。その結果、導体２４から熱３２が放散するようになった。
【００１６】
図５では、棒グラフ４２によって熱伝導率の大きな差を示す。具体的に、現在最も好まれているセラミックである、窒化硼素がケルビン目盛りの１度当たり１ｍにつき約２７．３７ワットの熱伝導率を示し、一方、テフロンはケルビン目盛りの１度当たり１ｍにつき約０．４１ワットの熱伝導率を示すことが分かる。
【００１７】
この文書では窒化硼素のようなセラミック材料について考察してきたが、同様な相対熱伝導率、耐電圧、誘電率を有するならば、いかなる固い素材でも使用できることに注目していただきたい。やはり、半導体産業の高周波と電流の要求に対処するにはセラミック材料が非常に有効であることが実証された。
【００１８】
以上の説明から、本発明の広義の教えが様々な形で実施可能であるということを当業者には了解いただけたであろう。本発明は具体例を挙げて説明することが可能であるが、図面、明細書、以下の特許請求の範囲を検討すれば、当業者には他の変形例も明白であるから、本発明の真の範囲をあまり限定すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を理解するのに有用であるプラズマエッチングシステムの構成図。
【図２】本発明の原理にしたがうプローブインタフェースの分解斜視図。
【図３】本発明を理解するのに有用であるウェーハサイズと要求される高周波電力との関係を示す図。
【図４】従来例のブッシングと本発明によるブッシングのための高周波電圧と導体温度との関係を示す線図。
【図５】従来のブッシングと本発明によるブッシングのための熱伝導率を示すチャート。
【図６】従来のブッシングを使用したときの熱の流れを示すプローブインタフェースの断面図。
【図７】本発明によるブッシングを使用したときの熱の流れを示すプローブインタフェースの断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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