[发明专利]等离子体处理装置、聚焦环和基座

说明书

本申请是2004年4月23日提出的申请号为2004100341657的同名申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置、聚焦环和基座。

背景技术

广为人知的等离子体处理装置的示例包括CVD装置、蚀刻装置、灰化装置等等。这样一种等离子体处理装置具有一个等离子体处理腔，其中安装有一个基座，在基座上安装有晶片W，即被处理的对象。如图16所示，该基座由盘形静电卡盘51组成，在卡盘51之上安装有晶片W，聚焦环52是由仅仅是导电材料或仅仅是介电材料制成，并且设置于静电卡盘51的上表面的外周边缘上。

当在晶片W上执行等离子体的处理时，晶片W安装于静电卡盘51之上，然后在保持处理腔在一预定的真空度，状态是处理腔充满了处理气体时(例如，处理气体由C₄F₈、O₂和Ar组成)，晶片W通过静电引力被固定在静电卡盘51上，高频电能可施加于静电卡盘51，因而从处理腔的处理气体可产生等离子体。通过静电卡盘51之上的聚焦环52，等离子体被聚焦于晶片W，因此，预定的等离子体处理(如干蚀刻(反应离子蚀刻：RIE)处理)在晶片W之上得到执行。这时，晶片W的温度由于进行干蚀刻处理的过程而增加，但晶片W的冷却是通过内置于静电卡盘51的冷却机构来完成的。在进行冷却时，背面的气体，如氦气，具有优良的导热能力，使其从静电卡盘51的上表面流向晶片W的背面，这样来改善静电卡盘51与晶片W之间的导热能力，因而，晶片W被有效地冷却。

另一方面，在静电卡盘51的外周边缘的上表面与聚焦环52的背面之间存在几微米宽度的缝隙，这是由于表面粗糙度所导致的聚焦环52的背面的波动所造成的。当降低压力使处理腔处于真空状态时，这一缝隙也呈真空状态，并因此形成一个真空绝热层；静电卡盘51与聚焦环52之间的导热能力降低，因而，聚焦环52连同晶片W不能有效地冷却，结果，聚焦环52的温度与晶片W相比，进一步上升。由于聚焦环52温度的上升，晶片W的外周部分比其内部温度变得更高，因而，外周部分的蚀刻性能就减弱了，也就是说，空穴渗透特征(与晶片W的表面有关的蚀刻所形成的空穴的垂直度)恶化，蚀刻选择性降低，等等。

尤其是，近年来，晶片W的直径的增长和超细处理方面有较快的发展，因此造成大量的器件是由单一的晶片W生产的。因而在这种情况下，也有器件也由晶片W的外周部分生产的情况。因此有必要防止聚焦环52的温度升高，防止晶片W的外周部分的蚀刻特征恶化。

为防止聚焦环52温度升高，有必要提高聚焦环与静电卡盘之间的导热性能；作为其导热性能得到提高的基座，如图17所示，已知的一个基座66包括，静电卡盘62，具有内部的冷却剂通道61；聚焦环63，设置于安装在静电卡盘62的表面之上的晶片W的外周边缘；在静电卡盘62与聚焦环63之间插入的导热介质64；以及一个固定夹具65，它把聚焦环63挤压和固定在静电卡盘62上(参见日本特开(公开)第2002-16126号公报(图1))。

根据基座66，从固定夹具65通过聚焦环63向导热介质64加载一个负荷而导致导热介质64变形，因而填充了静电卡盘62与聚焦环63之间的缝隙，因此增加了静电卡盘62与聚焦环63之间的密切接触程度，这样，静电卡盘62与聚焦环63之间的导热能力得到改进。

进而，作为如图18所示的防止聚焦环的温度升高蚀刻装置，已知的蚀刻装置75包括：反应腔71内的静电卡盘72；设置于静电卡盘72上表面部分的外周的聚焦环73；以及冷却机构(一个冷却单元)74，沿聚焦环73的下表面设置，其中，冷却单元74具有一个衬底74a，它是由具有良好导热性能的材料制成并与聚焦环73的下表面紧密接触，和冷却剂管道74b，它位于衬底74a内，通过该冷却剂管道74b，冷却剂得以循环(参见日本特开平(公开)11-330047号公报(图1))。

而且，作为另一个蚀刻装置，已知的装置中，将如氦(He)这样具有良好的导热性能的背面气体，从静电卡盘的上表面流向聚焦环的背面，这样通过静电卡盘与聚焦环之间存在的真空缝隙使背面气体扩散，因此以该背面气体充满这一真空缝隙，因而提高静电卡盘与聚焦环之间的导热性能。

进一步，为提高静电卡盘与聚焦环之间的导热性能，还可以提高聚焦环与静电卡盘之间的密切接触程度。为了这一目的，已知的蚀刻装置具有以面向聚焦环的方式内置于静电卡盘的电极。根据这个装置，电极带有电压，通过静电引力，电极吸引聚焦环靠近静电卡盘，这样提高聚焦环与静电卡盘之间密切接触的程度。