устройство для зажима электрода, способ его сборки и использования

Формула изобретения

1. Устройство для зажима электрода плазменной реакционной камеры для обработки пластин, содержащее опорный элемент, имеющий нижнюю поверхность, обращенную к пластине, которую будут обрабатывать в реакционной камере, электрод, имеющий нижнюю поверхность, обращенную к пластине, верхнюю поверхность внешней кромки, обращенную к нижней поверхности опорного элемента, и зажимной элемент, входящий в зацепление с внешней кромкой электрода, отличающееся тем, что зажимной элемент упруго прижимает электрод к опорному элементу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрод содержит упомянутый электрод и опорный элемент, в котором имеется канал для прохождения газа, обеспечивающий подачу технологического газа к верхней поверхности электрода.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в опорном элементе имеется полость и по меньшей мере одна экранирующая пластина, расположенная в полости, причем канал для прохождения газа обеспечивает подачу технологического газа в зазор между нижней поверхностью опорного элемента и верхней поверхностью экрана, расположенного рядом с ним.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимной элемент содержит кольцо, которое имеет основную часть, обращенную к опорному элементу, и фланец, удлиненный внутрь и находящийся в контакте с внешней кромкой электрода, и которое прижимает верхнюю поверхность электрода к нижней поверхности опорного элемента.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что фланец зажимного элемента расположен осесимметрично относительно основной части зажимного элемента.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в опорном элементе предусмотрен канал для подачи технологического газа в зазор между внешней верхней поверхностью электрода и нижней поверхностью опорного элемента.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что технологический газ в зазоре находится под более высоким давлением, чем технологический газ в реакционной камере, и охлаждает электрод.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зажимном элементе предусмотрен канал для прохождения газа для контроля давления газа в зоне, расположенной рядом с открытой поверхностью электрода.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимной элемент выполнен из упругого деформируемого материала.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимной элемент выполнен из неупругого материала, выбранного из группы, состоящей из керамического, металлического, металлокерамического и композиционного материалов.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимной элемент прикреплен к опорному элементу при помощи множества упругих винтов.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрод содержит диск, проводящий электричество и теплоту, а зажимной элемент содержит кольцо из диэлектрического материала, имеющее фланец, удлиненный внутрь, причем верхняя поверхность фланца находится в контакте с внешней открытой поверхностью электрода.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что диск содержит монокристаллический кремний, графит или карбид кремния.

14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что первое упругое уплотнение расположено между электродом и опорным элементом, причем первое упругое уплотнение расположено вокруг внешней кромки электрода, а второе упругое уплотнение расположено между зажимным элементом и опорным элементом, при этом второе упругое уплотнение расположено вокруг канала, по которому проходит газ, в зажимном элементе.

15. Способ сборки устройства для зажима электрода плазменной реакционной камеры, при котором устанавливают опорный элемент, в котором предусмотрен канал для подачи технологического газа к нижней поверхности опорного элемента, и электрод, имеющий внешнюю кромку, таким образом, чтобы верхняя поверхность внешнего края вышеупомянутого электрода была обращена к нижней поверхности опорного элемента, отличающийся тем, что зажимной элемент вводят в зацепление с внешним краем вышеупомянутого электрода и прикрепляют электрод к опорному элементу, при этом зажимной элемент обеспечивает упругое усилие сжатия, прижимающее электрод.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что электрод прикрепляют к опорному элементу, при этом технологический газ подается в зазор между нижней поверхностью опорного элемента и верхней поверхностью электрода, причем технологический газ проводит теплоту между электродом и опорным элементом.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что зажимной элемент содержит упругое деформируемое кольцо, имеющее фланец, удлиненный внутрь, причем фланец размещают в контакте с внешней кромкой электрода, обеспечивая такую упругую деформацию кольца, чтобы внешней край электрода прижимался к нижней поверхности опорного элемента.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что устанавливают по меньшей мере одну экранирующую пластину в полость опорного элемента, при этом через канал для подачи технологического газа направляется газ в зазор между нижней поверхностью опорного элемента и верхней поверхностью экранирующей пластины, расположенной рядом с ним.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что зажимной элемент выполнен из упругого деформируемого материала, причем зажимной элемент крепят к опорному элементу с помощью множества отдельно расположенных винтов и затем затягивают винты так, чтобы зажимной элемент упруго прижимался к электроду.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что винты выполнены из упругого деформируемого материала.

21. Способ по п.15, отличающийся тем, что электрод содержит диск одинаковой толщины, и зажимной элемент содержит кольцо, имеющее фланец, удлиненный внутрь, причем размещают верхнюю поверхность фланца в контакте с внешней открытой поверхностью электрода.

22. Способ по п.15, отличающийся тем, что зажимной элемент прикрепляют к опорному элементу при помощи множества отдельно расположенных винтов, изготовленных из упругого деформируемого материала, причем затягивают винты так, чтобы они упруго деформировались и упруго прижимали электрод к опорному элементу.

23. Способ по п.15, отличающийся тем, что зажимной элемент выполнен из неупругого материала.

24. Способ обработки пластины в плазменной реакционной камере, при котором помещают пластину в плазменную реакционную камеру, подают технологический газ в канал для прохождения газа в опорном элементе, который установлен в плазменной реакционной камере так, чтобы технологический газ выходил с нижней поверхности опорного элемента и проходил через открытую нижнюю поверхность упомянутого электрода, отличающийся тем, что подают электрическую мощность к электроду так, чтобы мощность проходила через контактную зону, расположенную между верхней поверхностью внешнего края электрода и нижней поверхностью опорного элемента, при этом под действием электрической мощности технологический газ формирует плазму в контакте с верхней поверхностью пластины, причем плазму удерживают в зоне, расположенной над пластиной, с помощью зажимного элемента, который вводит в зацепление внешний край электрода и прикрепляет электрод к опорному элементу, причем зажимной элемент обеспечивает упругое усилие, направленное на электрод во время обработки пластины.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что опорный элемент включает в себя полость и по меньшей мере одну экранирующую пластину, расположенную в полости, и опорный элемент включает в себя канал для прохождения и подачи технологического газа, причем технологический газ подают в промежуток между нижней поверхностью опорного элемента и верхней поверхностью экранирующей пластины, расположенной рядом с ним, а также технологический газ подают через канал для прохождения газа в зазор между внешней поверхностью электрода и нижней поверхностью опорного элемента.

26. Способ по п.24, отличающийся тем, что контролируют давление газа в зоне, расположенной рядом с открытой поверхностью электрода, через канал для прохождения газа в зажимном элементе.

27. Способ по п.24, отличающийся тем, что осуществляют операцию травления слоя материала, расположенного на пластине.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что осуществляют операцию травления слоя двуокиси кремния, расположенного на пластине.

29. Способ по п.24, отличающийся тем, что осуществляют операцию напыления слоя материала на пластину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для плазменной обработки полупроводниковых пластин, а более конкретно - к устройству для зажима электрода, в котором электрод упруго зажимают в опорном узле. Изобретение также относится к способу сборки устройства для зажима электрода и процессу травления пластины с помощью устройства электрода.

Сухое плазменное травление, реактивное ионное травление и методика ионного дробления были разработаны для того, чтобы устранить многочисленные ограничения, связанные с химическим травлением полупроводниковых пластин. Плазменное травление, в частности, позволяет значительно увеличить скорость травления в вертикальном направлении по сравнению со скоростью травления в горизонтальном направлении, при этом можно с достаточной точностью управлять конечным соотношением линейных размеров сторон (т.е. отношением высоты к ширине образующейся выемки) протравленных участков. Действительно плазменное травление позволяет получить в пленках с толщиной, приближающейся к 1 микрону, очень точную картину рельефа поверхности с высокими соотношениями линейных размеров сторон.

В процессе плазменного травления плазму формируют над поверхностью пластины, покрытой маской, при помощи увеличения до больших значений энергии газа при относительно низком давлении, получая в результате ионизированный газ. Регулировкой электрического потенциала подложки, которую будут травить, можно обеспечить направленное падение на пластину находящихся в плазме заряженных частиц по существу под прямым углом, при этом из пластины удаляются вещества в тех зонах, где нет маски.

Процесс травления часто можно выполнить более эффективно с использованием газов, которые являются химически реактивными по отношению к веществам, которые подвергаются травлению. В так называемое "реактивное ионное травление" входят эффекты энергетического травления плазмой совместно с эффектом химического травления газом. Однако многие химические активные реагенты вызывают чрезмерный износ электрода.

Желательно иметь равномерное распределение плазмы над поверхностью пластины для того, чтобы получить постоянную скорость травления на всей поверхности пластины. Например, в патентах США N 4595484, 4792378, 4820371, 4960488 описаны вышеуказанные электроды для распределения газа через ряд отверстий, выполненных в электродах. Эти патенты в общем описывают газовые дисперсионные диски, имеющие устройство апертур, рассчитанное для равномерной подачи паров газа к полупроводниковой пластине.

Система реактивного ионного травления обычно состоит из камеры для травления, в которой позиционируются верхний электрод или анод и нижний электрод или катод. Катод имеет отрицательный потенциал по отношению к потенциалу анода и стенкам корпуса. Пластину, которая будет травиться, покрывают подходящей маской и размещают непосредственно на катоде. Химически реактивный газ, такой как CF₄, CHF₃, CCIF₃ и SF₆ или их смеси с О₂, N₂, He или Ar, вводят в камеру для травления и поддерживают при давлении, которое обычно находится в миллиторровом диапазоне. Верхний электрод выполнен с отверстиями для прохода газа, которые позволяют газу равномерно диспергировать через электроды в камере. Электрическое поле, установленное между анодом и катодом, будет диссоциировать реактивный газ, образующийся в плазме. Поверхность пластины травится при помощи химического взаимодействия с активными ионами и при помощи передачи момента импульса ионов, ударяющихся о поверхность пластины. Электрическое поле, созданное при помощи электродов, будет притягивать ионы к катоду, заставляя ионы ударяться о поверхность предпочтительно в вертикальном направлении. Поэтому указанный процесс позволяет получить боковые стенки, протравленные в вертикальном положении, с хорошо очерченными краями.

На фиг. 1 изображено устройство электрода 10, предназначенное для аппарата, в котором можно травить одну пластину. Такой электрод 10 обычно используется с электродом, имеющим выпуклое дно, на котором поддерживается пластина диаметром 20, 32 см, размещенная на 1-2 см ниже электрода 10. Выпуклая форма подового электрода компенсируется прогибом пластины за счет давления газа He, которое действует на обратную сторону пластины, который в случае, если не компенсировать, будет иметь слабое поле плазмы и плохое преобразование тепла в центре. Степень выпуклости подового электрода может находиться в диапазоне от 0,889 до 1,27 мм, и дополнительную компенсацию слабого поля плазмы под центром электрода 10 можно достигнуть при помощи уменьшения давления газа He, которое прикладывается к обратной стороне пластины для увеличения связи радиочастоты (РЧ) плазмы с центром платины.

Верхняя поверхность внешнего угла кремниевого электрода 10 металлургически связана при помощи припоя In с графитовым опорным кольцом 12. Электрод 10 представляет собой планарный диск, имеющий одинаковую толщину от центра до его краев. Внешний фланец на кольце 12 прижимается при помощи алюминиевого зажимного кольца 16 к алюминиевому опорному узлу 14, которое имеет каналы 13 водяного охлаждения. Кольцо 18 для удержания плазмы, которое состоит из опорного кольца 18a, изготовленного фирмой Teflon, и кольцевой прокладки 18b, изготовленной фирмой Vespel, окружает внешний край электрода 10. Назначение и функции удерживающего кольца 18 заключаются в том, чтобы повысить электрическое сопротивление между стенками реакционной камеры и плазмой, таким образом удерживая плазму между верхним и нижним электродами. Зажимное кольцо 16 прикрепляется к опорному элементу 14 при помощи двенадцати винтов 17, которые изготовлены из нержавеющей стали, расположены отдельно по окружности и утоплены в опорный элемент 14, и кольцо 18 для удержания плазмы прикреплено к зажимному кольцу 16 при помощи шести пространственно разнесенных по окружности винтов 19, утопленных в кольцо 16. Удлиненный внутрь по радиусу фланец зажимного кольца 16 зацепляет фланец графитового опорного кольца 12. Таким образом, давление зажима прикладывается непосредственно к открытой поверхности электрода 10.

Технологический газ подается к электроду 10 через центральное отверстие 20 в опорном элементе 14. Далее газ диспергирует через одну или несколько вертикально расположенных и пространственно разнесенных экранирующих пластин 22 и проходит через газовые дисперсионные отверстия (не показано) в электроде 10, чтобы равномерно диспергировать газ для процесса в реакционной камере 24. Для того чтобы обеспечить повышенную тепловую проводимость между кольцом 12 и опорным элементом 14, часть технологического газа подается через канал для прохождения газа 27 для заполнения маленького кольцевого паза в опорном элементе 14. Кроме того, канал для прохождения газа 26 в удерживающем кольце 18 дает возможность контролировать давление в реакционной камере 24. Чтобы поддерживать технологический газ под давлением между опорным элементом 14 и кольцом 12, первое О-образное кольцевое уплотнение 28 выполнено между радиальной внутренней поверхностью опорного кольца 12 и радиальной внешней поверхностью опорного элемента 14, и второе О-образное кольцевое уплотнение 29 выполнено между внешней частью верхней поверхности кольца 12 и нижней поверхностью опорного элемента 14.

Процесс соединения кремниевого электрода 10 с опорным кольцом 12 требует нагрева электрода до температуры соединения, которая может вызвать изгиб и растрескивание электрода из-за различных температурных коэффициентов расширения кремниевого электрода 10 и графитового кольца 12. К тому же может происходить загрязнение пластин из-за частиц припоя или загрязнений испаряемого припоя, появляющихся из места соединения, расположенного между электродом 10 и кольцом 12, или из самого кольца. Температура электрода может становиться относительно высокой, достаточной даже для плавления припоя, и вызвать частичное или полное отделение электрода 10 от кольца 12. Однако даже если электрод 10 частично отделяется от кольца 12 локальные изменения при передаче электрической и тепловой мощности между кольцом 12 и электродом 10 могут привести к непостоянной плотности плазмы под электродом 10.

Известно устройство для зажима электрода плазменной реакционной камеры для обработки пластин, содержащее опорный элемент, имеющий нижнюю поверхность, обращенную к пластине, которую будут обрабатывать в реакционной камере, электрод, имеющий нижнюю поверхность, обращенную к пластине (US 4960488, класс B 08 B 7/00, 02.10.1990).

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении его эффективности благодаря тому, что достигается равномерное распределение плазмы над поверхностью пластины для того, чтобы получить постоянную скорость травления на всей поверхности пластины.

Для достижения указанного технического результата в изобретении выполнено устройство электрода плазменной реакционной камеры для обработки пластин. Устройство электрода включает в себя опорный элемент, имеющий нижнюю поверхность, обращенную к пластине, которая будет обрабатываться в реакционной камере, электрод и зажимной элемент. Электрод имеет нижнюю поверхность, обращенную к пластине, и верхнюю поверхность внешней кромки, обращенную к нижней поверхности опорного элемента. Зажимной элемент входит в зацепление с внешней кромкой электрода и обеспечивает мягкое усилие сжатия, упруго прижимая электрод к расположенному напротив опорному элементу.

Согласно предпочтительному варианту осуществления электрод содержит вышеуказанный электрод и опорный элемент, который включает в себя канал для прохождения газа для подачи технологического газа к верхней поверхности электрода. В этом случае опорный элемент оптимально может включать в себя полость и одну или несколько экранирующих пластин, расположенных в полости, посредством чего канал для прохождения газа обеспечивает подачу технологического газа под первым давлением в промежуток между нижней поверхностью опорного элемента и верхней поверхностью экрана, расположенного рядом с ним. Зажимной элемент содержит кольцо, имеющее основную часть, обращенную к опорному элементу, и фланец, удлиненный внутрь и находящийся в контакте с внешним краем электрода, и прижимающее верхнюю поверхность электрода к нижней поверхности опорного элемента.

В предпочтительном варианте фланец зажимного элемента расположен асимметрично относительно основной части зажимного элемента. Опорный элемент может также включать в себя канал для прохождения газа, в котором имеется ограничение подачи технологического газа под вторым давлением в промежутке между внешней частью верхней поверхности электрода и нижней поверхностью опорного элемента. Между электродом и опорным элементом можно разместить пару уплотнений, таких как О-образные кольцевые уплотнения, расположенные на противоположных сторонах зазора, чтобы уплотнения проходили вокруг внешнего края электрода. Электрод может содержать кремниевый диск с постоянной или непостоянной толщиной, и зажимной элемент может содержать кольцо из диэлектрического материала, имеющее фланец, удлиненный внутрь, который давит на внешнюю часть открытой поверхности электрода.

В предпочтительном варианте осуществления зажимной элемент содержит кольцо, имеющее фланец, удлиненный внутрь, который находится в контакте с внешним краем электрода, и прижимающее внешний край электрода к расположенной напротив нижней поверхности опорного элемента.

Технологический газ в промежутке находится под более высоким давлением, чем технологический газ в реакционной камере, и охлаждает электрод. Зажимной элемент может включать в себя канал для прохождения газа для контроля давления газа в зоне, расположенной рядом с открытой поверхностью электрода. Уплотнение, такое как О-образное кольцевое уплотнение, может быть расположено между зажимным элементом и опорным элементом так, чтобы уплотнение окружало канал для прохождения газа в зажимном элементе. Для того, чтобы обеспечить упругое усилие сжатия, зажимной элемент может быть выполнен из материала типа сжимаемой синтетической смолы, который является стабильным в среде плазмы, образующейся в плазменной реакционной камере. С другой стороны зажимной элемент может быть выполнен из несжимаемого материала, который прикрепляется к опорному элементу при помощи сжимаемого элемента, такого как множество винтов, сделанных из материала типа сжимаемой синтетической смолы.

В изобретении также предлагается способ сборки вышеуказанного устройства электрода плазменной реакционной камеры. Способ включает в себя размещение опорного элемента, имеющего канал для прохождения газа для подачи технологического газа к нижней поверхности опорного элемента, и вышеупомянутый электрод, имеющий внешний край такой, что верхняя поверхность верхнего края вышеуказанного электрода обращена к нижней поверхности опорного элемента. Способ дополнительно включает в себя зацепление зажимного элемента с внешним краем вышеуказанного электрода и крепление вышеуказанного электрода к опорному элементу так, чтобы зажимной элемент обеспечивал упругое усилие сжатия, направленное к упомянутому электроду.

Причем электрод прикрепляют к опорному элементу так, чтобы технологический газ подавался в промежуток между нижней поверхностью опорного элемента и верхней поверхностью электрода, причем технологический газ проводит теплоту между электродом и опорным элементом.

В изобретении также предлагается способ обработки пластины в плазменной реакционной камере. Способ включает в себя подачу пластины в плазменную реакционную камеру, подачу технологического газа в канал для прохождения газа, расположенный в опорном элементе, который установлен в плазменной реакционной камере так, чтобы технологический газ выходил с нижней поверхности опорного элемента и проходил через открытую нижнюю поверхность вышеупомянутого электрода. Способ дополнительно включает в себя подачу электрической мощности к вышеупомянутому электроду так, чтобы электрическая мощность проходила через кольцевую контактную зону, расположенную между верхней поверхностью внешнего края электрода и нижней поверхностью опорного элемента, причем электрическая мощность заставляет технологический газ формировать плазму в контакте с верхней поверхностью пластины. Процесс также включает в себя удержание плазмы в зоне, расположенной над пластиной, с помощью зажимного элемента, который входит в зацепление с внешним краем вышеуказанного электрода и прикрепляет вышеуказанный электрод к опорному элементу, при этом узел зажима обеспечивает упругое усилие сжатия, направленное на вышеуказанный электрод во время обработки пластины.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает боковое поперечное сечение предшествующего уровня техники устройства электрода, предназначенного для обработки одиночной пластины;

фиг. 2 изображает боковое поперечное сечение устройства электрода согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 изображает в увеличенном виде подачу газа под высоким давлением к электроду (фиг. 2);

фиг. 4 изображает график данных линий критического размера (CD) центра и края в зависимости от продолжительности работы на радиочастоте (RF) камеры для плазменного травления, использующей устройство электрода, согласно изобретению;

фиг. 5 изображает график скорости травления и равномерности травления двуокиси кремния в зависимости от времени РЧ работы камеры для плазменного травления, использующей устройство электрода, согласно изобретению;

фиг. 6 изображает график скорости травления фоторезиста во время травления в зависимости от времени РЧ работы камеры для плазменного травления, использующей устройство электрода, согласно изобретению;

фиг. 7 изображает график скорости травления и равномерность травления борофосфосиликатным стеклом (BPSG) в зависимости от времени РЧ работы камеры для плазменного травления, использующей устройство электрода, согласно изобретению; и

фиг. 8 изображает график скорости травления фоторезиста в течение процесса контактного травления в зависимости от времени РЧ работы камеры для плазменного травления, использующей устройство электрода, согласно изобретению.

Устройство электрода согласно изобретению позволяет устранить недостатки устройства электрода предшествующего уровня техники (фиг. 1) посредством обеспечения более равномерного охлаждения электрода, улучшенного удержания плазмы, низкой стоимости продукции и сборки электрода и более высокой степени плоскостности от центра к внешней периферии электрода при поддержании линий критических размеров (CD) в пределах заданных ограничений. Устройство электрода особенно полезно для травления пластины, но может быть также использовано для напыления слоев, таких как SiO₂. Изобретение также уменьшает механическое напряжение, возникающее в устройстве электрода из-за различия коэффициентов теплового расширения элементов электрода.

На фиг. 2 и 3 показано вышеупомянутое устройство электрода согласно настоящему изобретению. Устройство включает в себя электрод 30, опорный элемент 32 и кольцо 34 для удержания плазмы и зажима электрода 30 к опорному элементу 32. Кольцо 34 прикрепляют к опорному элементу 32 при помощи двенадцати винтов 35, которые пространственно разнесены, расположены по окружности и утоплены в опорном элементе 32. Таким образом изобретение позволяет избежать необходимость соединения припоем электрода 30 с графитовым опорным кольцом, которое может привести к различным недостаткам, обсуждавшимся выше на примере устройства, показанного на фиг. 1. Что касается удержания плазмы, то по сравнению с кольцом 18 (фиг. 1), кольцо 34 позволяет увеличить траекторию заземления, расположенную по окружности внешней периферии электрода, что позволяет улучшить удержание плазмы.

Опорный элемент 32 выполнен с газовым каналом 36 для подачи технологического газа (например, газ, пригодный для плазменного травления и для травления двуокиси кремния или другого слоя материала на пластине) к нижней поверхности опорного элемента. Технологический газ далее распространяется через электрод 30 и над пластиной, которую будут обрабатывать. Опорный элемент 32 также выполнен с нижним выступом 38, в котором три расположенные отдельно вышеуказанные экранирующие пластины 40 плотно прилегают друг к другу. Технологический газ подается через канал для прохождения газа 36 и через экранирующие пластины 40 к электроду 30. Опорный элемент 32 также выполнен с радиальной внутренней нижней поверхностью 32a для зацепления электрода 30 и радиальной внешней нижней поверхности 32b, которая поддерживает в непосредственной близости удерживающее кольцо 34. Нижняя поверхность 32a опорного элемента 32 находится в контакте с верхней поверхностью 30 и обеспечивает подачу электрической мощности на электрод 30.

Опорный элемент 32 включает в себя направленный радиально наружу фланец 46 на его верхнем краю для крепления устройства электрода к внутренней части плазменной реакционной камеры типа, который используется для плазменного травления одиночной пластины. В собранных условиях концентрические каналы 52 охлаждения в верхней поверхности опорного элемента 32 обеспечивают водяное охлаждение устройства электрода.

Электрод 30 предпочтительно состоит из материала, проводящего электричество, такого как планарный кремний (например, монокристаллический кремний), диск электрода из графита или карбида кремния, имеющий одинаковую толщину от центра до внешних его краев. Однако электроды, имеющие неодинаковую толщину, различные материалы и/или без дисперсионных отверстий для подачи технологического газа, могут быть также использованы с устройством электрода согласно изобретению. В предпочтительном варианте осуществления электрод представляет собой вышеупомянутый электрод, выполненный с множеством пространственно разнесенных газоразрядных каналов (не показано), которые имеют размер и распределение, пригодное для подачи технологического газа, который возбуждается при помощи электрода и формирует плазму в реакционной камере под электродом.

Кольцо 34 для удержания плазмы выполнено с удлиненным по радиусу внутрь фланцем 50, который имеет верхнюю поверхность, обеспечивающую упругое усилие сжатия, направленное к внешней части открытой поверхности электрода 30. Кольцо 34 для удержания плазмы предпочтительно изготавливают из диэлектрического материала, такого как жароустойчивая термоусадочная пластмасса (например, Vespel, изготовленный фирмой Dupont), которая стабильна в плазменной среде. Однако другие материалы, такие как керамические материалы, содержащие алюмогель, двуокись циркония, двуокись титана, нитрид кремния, карбид кремния и т.д. или для кольца 34 можно использовать металл, покрытый диэлектриком.

Кольцо 34 для удержания плазмы предпочтительно защищает опорный элемент 32 таким образом, чтобы упруго зажимать электрод 30 между кольцом 34 и опорным элементом 32. Например, если кольцо 34 изготовлено из материала типа Vespel, винты можно туго затянуть при комнатной температуре до величины, достаточной для эластичного сжатия кольца 34. Во время обработки пластины кольцо 34, электрод 30 и опорный элемент 32 нагреваются и могут подвергаться различным степеням теплового расширения. Однако, поскольку кольцо 34 упруго сжимают, кольцо 34 продолжает обеспечивать упругое усилие сжатия, которое прижимает электрод 34 к опорному элементу 32 во всех температурных циклах, которые возникают в этих элементах при обработке пластин.

Согласно предпочтительному варианту кольцо 34 и винты 35 выполнены из упругого деформируемого материала, такого как Vespel. Однако кольцо 34 может быть выполнено не из упругого материала при условии, что винты 35 изготовлены из упругого деформируемого материала или наоборот. С помощью этого устройства упругая деформация кольца 34 и винтов 35 сохраняет энергию в этих элементах и позволяет кольцу 34 поддерживать достаточное усилие сжатия в условиях теплового расширения и сокращения электрода 30, опорного элемента 32, удерживающего кольца 34 и винтов 35. Использование относительно мягкого и сжимаемого материала для кольца 34 и длинных винтов 35 позволяет этим элементам деформироваться до большой величины при сохранении мягкого контакта с электродом 30 и таким образом избежать разрушения электрода 30. В предпочтительном варианте осуществления винты 35, изготовленные из материала типа Vespel, имеют размеры 1/4-20 и при уплотнении каждый из винтов 35 выдерживает нагрузку приблизительно 100 Ibs (45,3592 кг), т.е. каждый винт имеет напряжение приблизительно до 1/4 от своей силы натяжения (12,500 pci). При этой нагрузке винты упруго деформируются приблизительно на 0,5 см (0,020 дюйма) и кольцо 34 упруго деформируется приблизительно на 0,03 см (0,012 дюйма), при общем отклонении около 0,081 см (0,032 дюйма). Так как вся система кольцо/винт поддерживается в пределах своего линейного упругого диапазона, кольцо 34 будет сохранять достаточное усилие сжатия на Si (кремниевый) дисковый электрод в процессе теплового расширения или сокращения Si диска или системы кольцо/винт.

Давление в реакционной камере можно контролировать через канал 54 для прохождения газа в кольце 34 для удержания плазмы, который связан с подходящим датчиком давления, который подсоединен подходящим способом к полому винту (не показано), утопленному на обратной стороне опорного элемента 32. О-образное кольцо 34, окружающее канал 54 для прохождения газа, обеспечивает уплотнение между опорным элементом 32 и кольцом 34 для удержания плазмы. Для повышения теплопроводимости между электродом 30 и опорным элементом 32 технологический газ подается через канал 55 для прохождения газа и поддерживается под давлением в кольцевом канале (не показано) в опорном элементе 32, который образует зазор между электродом 30 и опорным элементом 32. Для поддержания газа под давлением в зазоре внутренняя и внешняя О-образные кольцевые уплотнения 42, 43 концентрически устанавливают на противоположных сторонах газового канала 55.

Во время работы газ для плазменного травления, который обычно может быть смесью фторуглеродов, включая CF₄, CHF₃, Ar и N₂, подается в канал 36 для прохождения газа в опорном элементе 32, а также в канал 55 для прохождения газа. Технологический газ, который поступает через канал 36 для прохождения газа в опорный элемент 32, диспергируется в промежутке между опорным элементом и верхом экранирующих пластин 40. Газ проходит через ряд отверстий (не показаны) в верхней экранирующей пластине, далее через центральную экранирующую пластину и окончательно через диспергирующие газ отверстия (не показаны), которые выполнены в электроде 30. В этом способе технологический газ равномерно диспергируется поперек пластины, подвергающейся обработке так, чтобы влиять на равномерное травление пластины.

Согласно изобретению использование сжимаемого материала для кольца 34, удерживающего плазму, и/или винтов 35 имеет преимущества, связанные с уменьшением вероятности разрушения электрода 30, улучшенной теплопроводностью между электродом 30 и опорным элементом 32 в течение температурного цикла электрода 30 и улучшенной электрической мощностью, подводимой к электроду 30 при помощи поддержания хорошего электрического контакта между электродом 30 и опорным элементом 32. Подобные результаты можно достигнуть при помощи вставки кольца из упругого материала между керамическим и металлическим кольцом 34 и электродом 30 при помощи покрытия металлического или керамического кольца 34 диэлектрическим упругим материалом.

Устройство согласно изобретению является полезным для процесса обработки пластин, такого как плазменное травление, напыление и т.д., при обработке многочисленных или одиночных пластин. Например, устройство можно использовать для травления или напыления BPSG, окислов, таких как термоустойчивая двуокись кремния или пиролитические окислы и фоторезистивные материалы. В устройстве, показанном на фиг. 2, поддерживается субмикронный контактный профиль, CD и загрязнение частиц. По сравнению со способом травления BPSG можно достигнуть скорости травления около 13500 А/мин и сохранить равномерность травления на уровне около 5 % для серии измерений обработки пластин при приращениях 9000 РЧ минут, тогда как устройство электрода, показанное на фиг. 1, можно потребовать замены лишь 2400 РЧ минут. Скорость травления фоторезиста около 350 А/мин можно поддерживать при травлении двуокиси кремния на уровне около 7000 А/мин. Скорость травления фоторезиста в процессе травления можно устойчиво поддерживать вплоть до 6500 РЧ минут с ровным спадом после этого. Относительно измерения линии CD измерение при помощи SEM пластин, которые травят в течение 200 сек для обеспечения смещения в двуокиси кремния можно обеспечить центр CD, который увеличивается приблизительно на 0,02 мкм и кромка CD, которая уменьшается приблизительно на 0,03 мкм от начала до конца. Рабочие характеристики, достигаемые с помощью устройства электрода, согласно изобретению представлены на фиг. 4-8. В частности, на фиг. 4 изображена скорость травления резиста в процессе контактного травления в зависимости от времени работы реактора в радиочастотных минутах работы (РЧ минуты), на фиг. 5 изображена скорость травления BPSG в зависимости от РЧ минут, на фиг. 6 изображена скорость травления резиста в процессе травления в зависимости от РЧ минут, на фиг. 7 изображена скорость травления двуокиси кремния и равномерность в зависимости от РЧ минут, на фиг. 8 изображен край CD и центральные размеры в зависимости от РЧ минут.

Выше приведено описание принципов, предпочтительных вариантов осуществления и режимов работы настоящего изобретения. Однако изобретение не должно ограничиваться описанными конкретными вариантами осуществления. Таким образом, вышеописанные варианты осуществления следует рассматривать скорее как иллюстрацию, чем ограничение и следует оценивать, что в этих вариантах осуществления могут быть выполнены изменения без отклонения от масштаба настоящего изобретения, как определено следующей формулой изобретения.