具有介電絕緣的內(nèi)部射頻天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例是有關(guān)于一種用于離子電漿源的內(nèi)部射頻天線。特別是，本發(fā)明是有關(guān)于一種用于離子電漿源、包括一介電絕緣構(gòu)件的內(nèi)部射頻天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體加工中以很多種不同方式使用電漿，以各種摻雜質(zhì)布植晶圓或基板，以電漿沉積或蝕刻薄膜。此種制程牽涉在目標(biāo)基板的表面上或下有方向性地沉積或離子布植。一般來(lái)說(shuō)，供應(yīng)能量給一導(dǎo)入腔室的中性氣體而產(chǎn)生電漿，以形成植入目標(biāo)基板內(nèi)或沉積在目標(biāo)基板上的帶電載子。由產(chǎn)生電漿的任意幾種方法以離子化氣體，包括但不限制于直流輝光放電、電容式耦合射頻及電感式耦合射頻等等。
[0003]射頻源可能具有定位在離子源腔的介電窗外的天線，或者具有定位在離子源腔內(nèi)部的天線。在具有內(nèi)部天線的射頻源中，感應(yīng)線圈或射頻天線配置在離子源腔的內(nèi)部，且供應(yīng)能量去離子化導(dǎo)入腔室的氣體。在腔室中的射頻天線通常具有線圈的形狀，線圈包括延伸穿過(guò)腔壁密封件的電源線。既然這些射頻天線于離子源腔內(nèi)暴露在產(chǎn)生的電漿中，天線通常由如玻璃、瓷器(porcelain)及銷土(alumina)等的介電涂層保護(hù)。然而，一般經(jīng)涂布的射頻天線線圈壽命受限，因?yàn)橥繉拥湫桶⒖谆蚣?xì)絲斷口，當(dāng)暴露到腐蝕性的射頻電漿材料時(shí)，微孔或細(xì)絲斷口造成介電涂層的材料穿孔。或者，可使用玻璃管以絕緣天線。透過(guò)加熱及彎曲制程，使這些管的形狀對(duì)應(yīng)于被包住的導(dǎo)體材料。既然玻璃的熔點(diǎn)較高，導(dǎo)體材料必須也有較高的熔點(diǎn)，使材料有足夠延展性彎成所要形狀。兩個(gè)常用的材料是不銹鋼和鈦(titanium)。不銹鋼電阻率大約69_75xl(T8歐姆-米(Ω-m)，而鈦的電阻率大約42X10—8歐姆-米。高電阻率的導(dǎo)體造成較高的Q因子，Q因子一般參照為發(fā)射器線圈的品質(zhì)因子。如銅(1.7χ10_8歐姆-米)、鋁(2.65x10 _8歐姆-米)及銀(1.65x10 _8歐姆-米)的導(dǎo)體和不銹鋼及鈦相比，電阻率低。因此，有較高的電阻率的鈦和不銹鋼的Q因子大概比具有相當(dāng)?shù)碗娮杪实牟牧?如銅)低約25至45倍。具有高Q材料(如不銹鋼及鈦)的天線和低Q(銅、鋁及銀)的天線相比，效率極差，且會(huì)遭受感應(yīng)損失。此外，如果玻璃和金屬導(dǎo)體的熔點(diǎn)大不相同，一個(gè)可能液化，或相對(duì)于彼此變成過(guò)度延展。高熔點(diǎn)金屬的問(wèn)題是具有較高的電阻性質(zhì)，導(dǎo)致沒(méi)效率、高Q的射頻天線。
[0004]一些射頻天線可使用如銅的導(dǎo)體材料，但接著必須使用比石英低熔點(diǎn)的低等級(jí)玻璃，以維持兩個(gè)材料熔點(diǎn)的可接受范圍。然而，低等級(jí)玻璃的使用會(huì)造成其他不想要的特性，如造成污染問(wèn)題的濺鍍及天線和腔壁電線短路。大范圍的濺鍍最終將天線外殼(低等級(jí)玻璃)穿孔，造成漏水及淹沒(méi)離子源真空腔壁。關(guān)于這些和其他的考量，目前已需要做一些改良。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本
【發(fā)明內(nèi)容】
以簡(jiǎn)化型式引入一些觀念，下面在實(shí)施方式中會(huì)進(jìn)一步描述。
【發(fā)明內(nèi)容】
并非以指出申請(qǐng)專利范圍標(biāo)的的主要特征或必要特征為主旨，也不協(xié)助決定申請(qǐng)專利范圍標(biāo)的的范疇。
[0006]不同的實(shí)施例一般實(shí)施在具有介電絕緣構(gòu)件的內(nèi)部射頻天線。在一實(shí)施例，揭示用于電漿離子源的射頻天線，射頻天線包含具有內(nèi)徑及外徑的低阻值的金屬管、具有內(nèi)徑及外徑且包圍低阻值的金屬管的低摩擦的高分子管，以及包含低摩擦高分子管及低阻值金屬管的預(yù)成型石英玻璃管，高分子管的內(nèi)徑略大于低阻值金屬管的外徑。
[0007]在另一實(shí)施例，揭示具有射頻天線的離子源。射頻天線包含具有內(nèi)徑及外徑的低阻值的金屬管、具有內(nèi)徑及外徑且包圍低阻值金屬管的低摩擦高分子管，以及包含低摩擦高分子管及低阻值金屬管的預(yù)成形石英玻璃管，高分子管的內(nèi)徑略大于低阻值金屬管的外徑。離子源也包括冷卻劑貯槽和電源，冷卻劑貯槽和每個(gè)末端耦接，而電源和低阻值金屬管耦接。冷卻劑貯槽儲(chǔ)存在低阻值金屬管內(nèi)循環(huán)的冷卻劑(如水)。電源驅(qū)動(dòng)射頻天線。
[0008]在另一實(shí)施例，描述為離子源形成射頻天線的方法，射頻天線具有介電絕緣構(gòu)件。低阻值的空心金屬管插入彈性、低摩擦的高分子管，高分子管的內(nèi)徑略為大于低阻值的金屬管的外徑。在低阻值的空心金屬管的一末端內(nèi)附著一導(dǎo)引線。將包含低阻值的金屬管的彈性、低摩擦的高分子管穿入預(yù)成形石英玻璃管。在將包含低阻值的金屬管的高分子管穿入預(yù)成形石英玻璃管之前，在預(yù)成形石英玻璃管內(nèi)施加一液體潤(rùn)滑劑，舉例來(lái)說(shuō)，使用推/拉技巧導(dǎo)引低阻值的金屬管穿過(guò)預(yù)成形石英玻璃管。一但低阻值的金屬管完全穿入，高分子管可滑出預(yù)成形石英玻璃管外，在預(yù)成形石英玻璃管內(nèi)留下低阻值的金屬管。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的射頻天線系統(tǒng)構(gòu)件。
[0010]圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的射頻天線系統(tǒng)構(gòu)件的剖面圖。
[0011]圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的射頻天線系統(tǒng)。
[0012]圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的射頻天線系統(tǒng)。
[0013]圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的邏輯流程圖。
[0014]圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，同離子源一起使用的射頻天線系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下文會(huì)參照附隨的圖式更詳細(xì)描述本發(fā)明，圖式中示出本發(fā)明較佳的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以很多不同型式體現(xiàn)，不應(yīng)理解為被在此列舉的實(shí)施例所限制。而是，提供這些實(shí)施例，使得本發(fā)明會(huì)更周密及完整，且會(huì)向相關(guān)領(lǐng)域具通常知識(shí)者完全傳達(dá)本發(fā)明的范疇。在圖式中，類似的參考符號(hào)會(huì)一貫用于類似的元件。
[0016]離子源是電漿產(chǎn)生器，由電漿產(chǎn)生器可為不同目的取出離子束。具有內(nèi)部射頻天線的離子源是所要的，因?yàn)榭稍陔x子源中應(yīng)用多尖點(diǎn)(mult1-cusp)磁鐵。多尖點(diǎn)磁鐵幫助限制來(lái)源電漿且增強(qiáng)電漿密度以引起較大萃取電流及較高流量。為了以足夠高的能量操作射頻天線，需要冷卻天線且藉介電材料由電漿中絕緣。典形的介電材料包括石英玻璃或鋁土(Alumina)。冷卻可防止射頻天線變形甚至熔化。由低阻值金屬(例如銅)的管形成天線，且在射頻天線操作過(guò)程中在管內(nèi)通入水以達(dá)到冷卻。具介電質(zhì)的射頻天線的絕緣可防止造成數(shù)個(gè)問(wèn)題的射頻天線濺鍍。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)問(wèn)題可能是在腔壁內(nèi)側(cè)沉積的濺渡金屬及離子源的饋通。接著，會(huì)引起污染問(wèn)題且將使射頻天線和離子源腔壁之間短路。更嚴(yán)重的問(wèn)題是大范圍的濺鍍最終會(huì)使天線穿孔，引起漏水及淹沒(méi)離子源真空腔。
[0017]石英玻璃是一個(gè)理想的絕緣材料，因?yàn)槠浣殡娦再|(zhì)和濺鍍系數(shù)對(duì)射頻應(yīng)用是有利的，而且由標(biāo)準(zhǔn)玻璃吹制技巧可以把石英玻璃彎曲成復(fù)雜的形狀。然而，達(dá)到復(fù)雜的形狀(例如內(nèi)部包含低阻值金屬管的石英玻璃管的螺旋管)并不是那么簡(jiǎn)單的。
[0018]不同實(shí)施例應(yīng)用到適于離子源腔中的絕緣的射頻天線。理想地，天線元件包含低阻值金屬，如銅、鋁及銀，但不限于此。絕緣材料會(huì)展示最好的介電性質(zhì)，且能承受高溫。一此種絕緣材料是石英。使用先前技術(shù)的方法，無(wú)法以石英玻璃包覆低阻值金屬管，兩材料之間的熔點(diǎn)差異太大了。低阻值金屬管會(huì)在需要折彎石英管的溫度液化。相反地，石英玻璃在折彎低阻值金屬管的溫度不會(huì)足夠熔化。因此，加熱且折彎的方法行不通。
[0019]在此的實(shí)施例使用預(yù)成形石英玻璃管。即石英玻璃被加熱，且形成不具有天線中作為導(dǎo)體元件的低阻值金屬管。一但石英玻璃形成所要天線的組態(tài)，接著在其中穿入低阻值金屬管。使用低摩擦的高分子管包覆低阻值金屬管。低摩擦高分子管作為一固體潤(rùn)滑劑。鐵氟龍(Teflon?)及全氟燒氧樹脂(perfluoroalkoxy, PFA)是兩種適合的高分子聚合物材料。此外，石英玻璃管內(nèi)部可涂布如水或酒精的液體潤(rùn)滑劑。先在低阻值金屬管的一末端附著導(dǎo)引線，后使用導(dǎo)引線可將包覆低阻值金屬管的高分子聚合物輕輕的放入及穿過(guò)石英玻璃管。高分子管也保護(hù)石英玻璃不被低阻值金屬管任何的銳利邊緣劃傷。一但插入石英玻璃管，包覆低阻值金屬管的高分子管可滑出石英玻璃管而移除。或者，高分子管可留在原地，因?yàn)楦叻肿庸艿娜埸c(diǎn)足夠高且可由流過(guò)低阻值金屬管的水冷卻。
[0020]其他實(shí)施例指出由如銅、鋁或銀的低阻值金屬制成的射頻天線或線圈的制作方法，可具有如螺旋的復(fù)雜形狀，由如石英玻璃的高熔點(diǎn)介電質(zhì)絕緣且由流過(guò)射頻天線線圈本身的水冷卻。在此描述的實(shí)施例可簡(jiǎn)單制造離子源的內(nèi)部射頻天線。特別是，此實(shí)施例能制造復(fù)雜形狀的射頻天線及組合射頻應(yīng)用中最合意的材料，例如但不限于石英玻璃及銅。內(nèi)部射頻天線也允許使用多尖點(diǎn)磁鐵，使離子源增高電漿密度、束電流及流量。
[0021]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的射頻天線系統(tǒng)構(gòu)件100的立體圖。特別是，低阻值金屬管110被彈性、低摩擦的高分子管120包圍，接著，高分子管120被石英玻璃管130包覆。也示出用來(lái)將彈性、低摩擦高分子管120 (纏繞在低阻值金屬管110周邊)穿入石英玻璃管130的導(dǎo)引線140?？筛街鴮?dǎo)引線140以導(dǎo)引或拖引低阻值金屬管110末端，舉例來(lái)說(shuō)，由折疊、焊接或其他機(jī)械手段附著。一但附著導(dǎo)引線140之后，導(dǎo)引線140可拉動(dòng)及引導(dǎo)低阻值金屬管110通過(guò)石英玻璃管130。彈性、低摩擦高分子管120作為一固體潤(rùn)滑劑，可促進(jìn)穿入的過(guò)程。一邊拉導(dǎo)引線140，一邊輕輕的在低阻值金屬管110另一端推，推拉兩者可將低阻值金屬管110穿過(guò)預(yù)成形的石英玻璃管130。
[0022]彈性、低摩擦高分子管120例如可包含摩擦系數(shù)為0.0800至0.3的鐵氟龍及摩擦系數(shù)為0.0400至0.060的全氟烷氧樹脂(PFA)，這些材料會(huì)定義彈性、低摩擦高分子管的低摩擦性質(zhì)。這些高分子聚合物擁有足夠高的熔點(diǎn)且不易摩擦，使得彈性、低摩擦高分子管120滑入預(yù)成形石英玻璃管130，不會(huì)損傷預(yù)成形石英玻璃管130的內(nèi)側(cè)及/或當(dāng)?shù)妥柚到饘俟?10穿越預(yù)成形石英玻璃管內(nèi)部時(shí)，可防止低阻值金屬管110扭曲。為了優(yōu)越的介電性質(zhì)選擇石英玻璃。低阻值金屬管110基于低阻值性質(zhì)可包含銅、鋁或銀。舉例來(lái)說(shuō)，管110可由具有電阻率1.7xl0_8歐姆-米的銅、具有電阻率2.65xl0_8歐姆-米的鋁及具有電阻率1.65xl0_8歐姆-米的銀等制成，和其他材料相比(如不銹鋼及鈦)，這些材料被視為低阻值材料。這些材料和很多其他金屬(如不銹鋼或鈦)相比，也具有較低熔點(diǎn)，意味在較低溫度更易熔化。
[0023]圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的射頻天線系統(tǒng)構(gòu)件200的剖面圖。在此圖式，最內(nèi)圈的環(huán)是低阻值金屬管110。箭號(hào)140代表低阻值金屬管110的外徑。下一個(gè)環(huán)是彈性、低摩擦高分子管120。箭號(hào)150代表彈性、低摩擦高分子管120的內(nèi)徑。彈性、低摩擦高分子管120的內(nèi)徑必須大于低阻值金屬管110的外徑，以便低阻值金屬管110可納入彈性、低摩擦高分子管120內(nèi)部。最外圍的環(huán)是預(yù)成形石英玻璃管130。
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