[发明专利]具有冷却工艺环与加热工作件支撑表面的等离子体反应器静电夹盘

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请案主张由Michael D.Willwerth等人于2012年10月1日提出申请的标题为“PLASMA REACTOR ELECTROSTATIC CHUCK WITH COOLED PROCESS RING AND HEATED WORKPIECE SUPPORT SURFACE(具有冷却工艺环与加热工作件支撑表面的等离子体反应器静电夹盘)”的美国专利申请案第13/632,306号的优先权，该申请案主张由Michael D.Willwerth等人于2012年4月24日提出申请的标题为“PLASMA REACTOR ELECTROSTATIC CHUCK WITH COOLED PROCESS RING AND HEATED WORKPIECE SUPPORT SURFAC(具有冷却工艺环与加热工作件支撑表面的等离子体反应器静电夹盘)”的美国临时申请案第61/637,448号的权益。

Michael D.Willwerth等人提出“PLASMA REACTOR ELECTROSTATIC CHUCK WITH COOLED PROCESS RING AND HEATED WORKPIECE SUPPORT SURFAC(具有冷却工艺环与加热工作件支撑表面的等离子体反应器静电夹盘)”

背景

本公开关于用于在诸如半导体晶圆的工作件上蚀刻诸如介电膜的薄膜的反应性离子蚀刻工艺及反应器腔室。此类工艺可使用诸如氟碳或氟烃气体的蚀刻工艺气体，该蚀刻工艺气体的等离子体副产物包括蚀刻物种及聚合物物种。使用此类气体的等离子体增强反应性离子蚀刻工艺产生薄膜的蚀刻及聚合物的沉积两种效果。我们已发现工作件的边缘附近的蚀刻速率分布及聚合物沉积速率分布的均匀性受环绕工作件的边缘的工艺环的温度的影响。最开始，在紧邻等离子体处理之前，工艺环的温度与阴极的温度相同，工作件被固持在该阴极上。位于阴极下方的金属基底层包括用于冷却阴极的冷却剂流动通道。在等离子体处理期间，工艺环温度增加，使得连续的工作件经受不同的工艺条件，这影响工作件表面上的蚀刻速率分布。在点燃等离子体后处理连续的工作件时，第一工作件的工作件表面上的蚀刻速率分布将不同于后续工作件的蚀刻速率分布，引起工作件之间的非均匀性。

工艺环温度增加到高于工作件的温度，影响工作件外围附近的蚀刻速率。另外，工艺环的较高温度与工作件相对较低温度影响工作件外围附近的聚合物沉积。此变化不利地影响工作件外围附近蚀刻速率及聚合物沉积速率的分布均匀性。

概要

一种使用聚合蚀刻物种在诸如半导体晶圆的工作件上执行等离子体增强蚀刻的方法。该方法提供对工作件的外围附近的聚合物沉积速率及蚀刻速率的控制。在等离子体反应器的腔室中执行该方法，该腔室包括形成工作件支撑表面的隔离圆片(insulating puck)及接触隔离圆片的金属基底层。该方法包括以下步骤：提供半导体工艺环，该半导体工艺环覆盖隔离圆片的外围部分，以及维持工艺环及隔离圆片之间的缝隙，以防止工艺环与隔离圆片之间的直接热接触。该方法进一步包括以下步骤：提供热环，该热环介于基底层与半导体工艺环之间且与基底层及半导体工艺环接触，该热环是热导体及电绝缘体。该方法亦包括以下步骤：将工作件固持在隔离圆片的工作件支撑表面上，将工艺气体引入腔室中且将等离子体源功率耦合至腔室内部。该方法亦包括以下步骤：藉由使冷却剂流动通过基底层中的冷却剂流动通道，而将工艺环冷却至低于第一温度，以及藉由将电功率施加于隔离圆片内部的加热组件，而将工作件加热至高于第二温度。

附图简述

因此，以可详细理解获得本发明的示范性实施例的方式，可参照于附图中图示的实施例来进行上文简要概述的本发明的更特定描述。应领会本文不论述某些熟知工艺以免模糊本发明。

图1A、1B及1C描绘根据一个实施例的等离子体反应器，其中：

图1A是描绘等离子体反应器的整个腔室的剖面正视图；

图1B是描绘工作件支撑基座的图1A的一部分的放大视图；

图1C是详细图示工艺环及热环的图1B的一部分的放大视图。

为了促进理解，在可能的情况下，已使用相同的组件符号指示诸图所共有的相同的组件。应考虑一个实施例的组件及特征结构可有利地并入其它实施例而无需进一步详述。然而应注意，附图仅图示本发明的示范性实施例且因此不视为对本发明的范围具有限制性，因为本发明可允许其它等效实施例。

详细描述