[發明專利]等離子體處理裝置、聚焦環和基座

有效

• 申請號: 200810001389.6
• 申請日: 2004-04-23
• 公開（公告）號: CN101303998A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 遠藤升佐;巖渕紀之;加藤茂昭;大久保智也;廣瀬潤;長倉幸一;輿水地鹽;傳寶一樹
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/68
• 分類號: H01L21/68;H01L21/205;H01L21/3065;C23F4/00;C30B25/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍淳

本申請是2004年4月23日提出的申請號為2004100341657的同名申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及等離子體處理裝置、聚焦環和基座。

背景技術

廣為人知的等離子體處理裝置的示例包括CVD裝置、蝕刻裝置、灰化裝置等等。這樣一種等離子體處理裝置具有一個等離子體處理腔，其中安裝有一個基座，在基座上安裝有晶片W，即被處理的對象。如圖16所示，該基座由盤形靜電卡盤51組成，在卡盤51之上安裝有晶片W，聚焦環52是由僅僅是導電材料或僅僅是介電材料制成，并且設置于靜電卡盤51的上表面的外周邊緣上。

當在晶片W上執行等離子體的處理時，晶片W安裝于靜電卡盤51之上，然后在保持處理腔在一預定的真空度，狀態是處理腔充滿了處理氣體時(例如，處理氣體由C₄F₈、O₂和Ar組成)，晶片W通過靜電引力被固定在靜電卡盤51上，高頻電能可施加于靜電卡盤51，因而從處理腔的處理氣體可產生等離子體。通過靜電卡盤51之上的聚焦環52，等離子體被聚焦于晶片W，因此，預定的等離子體處理(如干蝕刻(反應離子蝕刻：RIE)處理)在晶片W之上得到執行。這時，晶片W的溫度由于進行干蝕刻處理的過程而增加，但晶片W的冷卻是通過內置于靜電卡盤51的冷卻機構來完成的。在進行冷卻時，背面的氣體，如氦氣，具有優良的導熱能力，使其從靜電卡盤51的上表面流向晶片W的背面，這樣來改善靜電卡盤51與晶片W之間的導熱能力，因而，晶片W被有效地冷卻。

另一方面，在靜電卡盤51的外周邊緣的上表面與聚焦環52的背面之間存在幾微米寬度的縫隙，這是由于表面粗糙度所導致的聚焦環52的背面的波動所造成的。當降低壓力使處理腔處于真空狀態時，這一縫隙也呈真空狀態，并因此形成一個真空絕熱層；靜電卡盤51與聚焦環52之間的導熱能力降低，因而，聚焦環52連同晶片W不能有效地冷卻，結果，聚焦環52的溫度與晶片W相比，進一步上升。由于聚焦環52溫度的上升，晶片W的外周部分比其內部溫度變得更高，因而，外周部分的蝕刻性能就減弱了，也就是說，空穴滲透特征(與晶片W的表面有關的蝕刻所形成的空穴的垂直度)惡化，蝕刻選擇性降低，等等。

尤其是，近年來，晶片W的直徑的增長和超細處理方面有較快的發展，因此造成大量的器件是由單一的晶片W生產的。因而在這種情況下，也有器件也由晶片W的外周部分生產的情況。因此有必要防止聚焦環52的溫度升高，防止晶片W的外周部分的蝕刻特征惡化。

為防止聚焦環52溫度升高，有必要提高聚焦環與靜電卡盤之間的導熱性能；作為其導熱性能得到提高的基座，如圖17所示，已知的一個基座66包括，靜電卡盤62，具有內部的冷卻劑通道61；聚焦環63，設置于安裝在靜電卡盤62的表面之上的晶片W的外周邊緣；在靜電卡盤62與聚焦環63之間插入的導熱介質64；以及一個固定夾具65，它把聚焦環63擠壓和固定在靜電卡盤62上(參見日本特開(公開)第2002-16126號公報(圖1))。

根據基座66，從固定夾具65通過聚焦環63向導熱介質64加載一個負荷而導致導熱介質64變形，因而填充了靜電卡盤62與聚焦環63之間的縫隙，因此增加了靜電卡盤62與聚焦環63之間的密切接觸程度，這樣，靜電卡盤62與聚焦環63之間的導熱能力得到改進。

進而，作為如圖18所示的防止聚焦環的溫度升高蝕刻裝置，已知的蝕刻裝置75包括：反應腔71內的靜電卡盤72；設置于靜電卡盤72上表面部分的外周的聚焦環73；以及冷卻機構(一個冷卻單元)74，沿聚焦環73的下表面設置，其中，冷卻單元74具有一個襯底74a，它是由具有良好導熱性能的材料制成并與聚焦環73的下表面緊密接觸，和冷卻劑管道74b，它位于襯底74a內，通過該冷卻劑管道74b，冷卻劑得以循環(參見日本特開平(公開)11-330047號公報(圖1))。

而且，作為另一個蝕刻裝置，已知的裝置中，將如氦(He)這樣具有良好的導熱性能的背面氣體，從靜電卡盤的上表面流向聚焦環的背面，這樣通過靜電卡盤與聚焦環之間存在的真空縫隙使背面氣體擴散，因此以該背面氣體充滿這一真空縫隙，因而提高靜電卡盤與聚焦環之間的導熱性能。

進一步，為提高靜電卡盤與聚焦環之間的導熱性能，還可以提高聚焦環與靜電卡盤之間的密切接觸程度。為了這一目的，已知的蝕刻裝置具有以面向聚焦環的方式內置于靜電卡盤的電極。根據這個裝置，電極帶有電壓，通過靜電引力，電極吸引聚焦環靠近靜電卡盤，這樣提高聚焦環與靜電卡盤之間密切接觸的程度。