CN101847558A - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

等离子体处理装置和等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供等离子体处理装置和等离子体处理方法，其能够独立于电极温度地任意、简便且高效地对以覆盖被处理基板的周围的方式安装于下部电极的聚焦环进行加热。在该等离子体蚀刻装置中，在未向腔室(10)的处理空间供给处理气体时，不产生高频放电，等离子体生成用负载实质上不存在。在该情况下，聚焦环加热用负载代替等离子体生成用负载，成为对于高频电源(28)的实质上的负载，匹配器(32A)动作，使得该负载与高频电源(28)阻抗匹配。这里，从基座(12)经由聚焦环(36)和电介质(44)到达接地电位的筒状支承部件(16)的高频传送路径作为聚焦环加热用负载被利用。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及一种对被处理基板实施等离子体处理的技术，特别涉及在保持基板的电极上安装有聚焦环的等离子体处理装置和使用它的等离子体处理方法。
背景技术
通常，单片式的等离子体处理装置，为了改善在真空腔室内对基座(通常是下部电极)上的基板的被处理面进行作用的等离子体的密度的面内均匀性(特别是基板的半径方向的均匀性)，以使基座和相对电极(上部电极)具有比基板大一圈的直径尺寸的方式构成。在该情况下，当向基板的半径方向外侧伸出的基座上表面的周边部分直接暴露于等离子体时，受到来自等离子体的离子撞击而被损害以至劣化。特别是，在等离子体蚀刻装置中，利用在基座产生的自偏压，使离子加速并将其引入，因此离子溅射的效果较大。于是，以覆盖向基板的半径方向外侧伸出的基座上表面的周边部分的方式能够装卸地安装环状的盖部件即所谓的聚焦环，保护基座免受等离子体的损害(例如参照专利文献1)。
聚焦环的材质优选为，在基座与等离子体之间使高频良好地通过、并且即使被离子溅射也不会对基板上的处理产生实质性影响的材质，例如在等离子体蚀刻装置中通常使用Si、SiC、C(碳)、SiO2、Al2O3等。
另一方面，在等离子体处理装置中，由于基板的温度对基板表面反应、乃至蚀刻特性、膜特性等均产生较大的影响，因此通过载置基板的基座对基板的温度进行控制。通常，希望抑制由来自等离子体的输入热量引起的基板的温度升高，特别是，在等离子体蚀刻中，如果降低基板的温度，则能够抑制自由基反应，容易获得高选择比和垂直加工形状。作为基板温度控制方法，通常使用以下方式：将由制冷装置进行了调温的致冷剂循环供给至基座内部的致冷剂室，将基座冷却至规定温度，将He气等传热气体供向基座与基板的接触界面来间接地冷却基板。这种冷却方式，需要用于抵抗传热气体的供给压力、将基板固定在基座上的保持机构，作为这样的保持机构多使用静电卡盘。
在现有的等离子体处理装置中，虽然如上述那样对基板的温度进行控制，但是没有对聚焦环特别地进行单独的温度控制。因此，在RF功率较弱的处理中，离子流(ion flux)较弱，聚焦环的温度为接近在共用的基座上载置的基板的温度的值。
然而，当聚焦环的温度低至基板温度的同等程度时，也存在等离子体处理的特性反而恶化的情况。例如，在现今的光刻工序中，为了提高抗蚀剂图案的微细化、分辨率，多使用多层抗蚀剂法。在多层抗蚀剂处理中，在进行BARC(反射防止膜)或中间掩模层的蚀刻(掩模处理)时，相比于选择性、垂直形状加工性，更重视上层抗蚀剂图案的转印精度即形状维持(损伤、变形的防止)，因此用于等离子体生成的高频功率设定得较低。此外，在为了控制从等离子体向基板的离子引入而使用较低频率的高频的装置中，在进行掩模处理的期间，上述离子引入用高频的功率设定得更低(极端时为0瓦)。因此，从等离子体向基板输入的热量较少，基板的温度不会变得太高，聚焦环的温度也低至基板温度的同等程度。然而，在该条件下的蚀刻处理中，是蚀刻率在基板边缘部比在基板中心部相对高的分布，基板上的蚀刻特性容易变得不均匀。
对于上述问题，经实验可知：当使聚焦环的温度更高于基板温度时，基板边缘部的蚀刻率相对被抑制，蚀刻特性的均匀性得到改善。
然而，在批量生产的装置中，从结构和成本的观点出发，将聚焦环专用的加热器安装于基座是非常困难的。此外，并非总是对聚焦环进行加热即可，根据处理的不同，有时也优选对其进行冷却而使温度下降。例如，在上述的多层抗蚀剂处理中，在掩模处理后进行多层抗蚀剂的基底膜即本来的被加工膜的蚀刻时，为了获得高选择性和良好的垂直形状加工性，可以使聚焦环的温度下降。
这样，在批量生产型的等离子体处理装置中，能够任意且简便地控制(特别是进行升温)聚焦环的温度的温度控制机构是所期待的。
专利文献1：日本特开2000-36490
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的情况和问题而提出。本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置，其能够对以覆盖被处理基板的周围的方式安装于基座(通常是下部电极)的聚焦环，独立于基座温度地、任意、简便且高效地进行加热，而且能够自由地控制聚焦环的温度。
进一步，本发明的目的在于提供一种等离子体处理方法，其能够在多层抗蚀剂处理中自由地控制聚焦环的温度，在各工序阶段实现蚀刻特性的均匀性。
为了实现上述目的，本发明的第一方面的等离子体处理装置，包括：能够进行真空排气的处理容器；在上述处理容器内载置被处理基板的下部电极；以覆盖上述下部电极的向上述基板的半径方向外侧伸出的周边部分的方式安装于上述下部电极的聚焦环；在上述处理容器内与上述下部电极平行相对的上部电极；为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供向上述上部电极与上述下部电极之间的处理空间的处理气体供给部；输出频率适于进行气体的高频放电的第一高频的第一高频电源；等离子体生成用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自上述第一高频电源的上述第一高频供向第一负载，该第一负载用于在上述处理空间通过高频放电生成上述处理气体的等离子体；和聚焦环加热用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自上述第一高频电源的上述第一高频供向第二负载，该第二负载用于使上述聚焦环发热直至期望的温度。
在上述第一方面的等离子体处理装置中，从第一高频电源输出的第一高频，不仅用于生成处理气体的等离子体，还能够用于使聚焦环发热。即，在来自处理气体供给部的处理气体被供向两电极间的处理空间时，从第一高频电源观察，从下部电极穿过处理空间侧的高频传送路径构成等离子体生成用的第一负载，第一高频通过等离子体生成用高频供电部被供向该第一负载。但是，在未向处理空间供给处理气体时，即使第一高频电源输出第一高频，也不会产生高频放电乃至等离子体，第一负载实质上不存在。在该情况下，聚焦环加热用的第二负载代替第一负载，成为对于第一高频电源的实质上的负载，第一高频的电流通过聚焦环加热用高频供电部流过第二负载，聚焦环发热而被加热。这里，通过改变第一高频电源的输出功率，能够增减或控制聚焦环的发热量。
在本发明的一个优选方式中，在下部电极的半径方向外侧的周围，聚焦环经由电介质与被电性接地的导电性部件耦合。于是，第二负载包括从下部电极经由聚焦环和电介质到达接地电位的高频传送路径。在该情况下，能够优选采用具有阻抗调整部的结构，该阻抗调整部用于对第一高频电源可变地调整第二负载的阻抗。作为一个优选的方式，阻抗调整部具有在电介质中设置的空洞、和体积可变地收纳于该空洞内的流动性的电介质物质。通过改变空洞内的电介质物质的体积，能够改变电介质周围的电容，由此改变第二负载的阻抗。通过可变地调整第二负载的阻抗，能够稳定而可靠地进行与第一负载的切换，并且也能够可变地控制聚焦环的发热量。
根据另一个优选方式，在下部电极的半径方向外侧的周围，设置与聚焦环电性电容耦合的接地端子，并且在该接地端子与接地电位之间设置电性第一开关。该第一开关，在将第一高频用于聚焦环的加热时为导通状态，使接地端子电性接地；在将第一高频用于等离子体的生成时为断开状态，使接地端子为电性浮起(electrically floating)状态。这里，第二负载包括从下部电极经由聚焦环、接地端子和第一开关到达接地电位的导电性部件的高频传送路径。根据上述结构，也能够高效且稳定可靠地进行与第一负载的切换。
在本发明的另一个优选方式中，等离子体生成用高频供电部包括在第一高频电源与下部电极之间电性连接的第一匹配器。另一方面，聚焦环加热用高频供电部包括第一匹配器、具有一定阻抗的阻抗附加电路和第二开关。第二开关，在将第一高频用于聚焦环的加热时为导通状态，将阻抗附加电路串联或并联地与第一匹配器连接；在将第一高频用于等离子体的生成时为断开状态，使阻抗附加电路与第一匹配器电性分离。
在上述结构中，当在第一匹配器上连接阻抗附加电路时，在使第二负载与第一高频电源匹配时，由第一匹配器得到的匹配点根据阻抗附加电路的阻抗而变化。在本发明的一个优选方式中，阻抗附加电路的阻抗被设定为：在将第一高频用于聚焦环加热时由第一匹配器得到的匹配点，与将第一高频用于等离子体生成时由第一匹配器得到的匹配点接近。
本发明的第二方面的等离子体处理装置，包括：能够进行真空排气的处理容器；在上述处理容器内载置被处理基板的下部电极；以覆盖上述下部电极的向上述基板的半径方向外侧伸出的周边部分的至少一部分的方式安装于上述下部电极的聚焦环；在上述处理容器内与上述下部电极平行相对的上部电极；为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供向上述上部电极与上述下部电极之间的处理空间的处理气体供给部；输出频率适于进行气体的高频放电的第一高频的第一高频电源；等离子体生成用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自上述第一高频电源的上述第一高频供向第一负载，该第一负载用于在上述处理空间通过高频放电生成上述处理气体的等离子体；输出频率适于进行离子引入的第二高频的第二高频电源；离子引入用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自上述第二高频电源的上述第二高频供向第二负载，该第二负载用于控制从上述等离子体向上述基板的离子引入；聚焦环加热用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自上述第二高频电源的上述第二高频供向第三负载，该第三负载用于使上述聚焦环发热直至期望的温度。
在上述第二方面的等离子体处理装置中，从第一高频电源输出的第一高频被专门用于生成处理气体的等离子体，另一方面，从第二高频电源输出的第一高频，不仅用于从等离子体向基板的离子引入的控制，还用于使聚焦环发热。即，在两个电极间的处理空间生成有等离子体时，从第二高频电源观察，从下部电极穿过处理空间侧的高频传送路径构成离子引入的第二负载，第二高频通过离子引入用高频供电部被供向该第二负载。但是，在未向处理空间供给处理气体时即没有生成等离子体时，即使第二高频电源输出第二高频，也不会产生离子引入的作用，第二负载实质上不存在。在该情况下，聚焦环加热用的第三负载代替第二负载，成为对于第二高频电源的实质上的负载，第二高频的电流通过聚焦环加热用高频供电部流过第三负载，聚焦环发热而被加热。这里，通过改变第二高频电源的输出功率，能够增减或控制聚焦环的发热量。
在本发明的一个优选方式中，聚焦环在下部电极的半径方向外侧的周围，经由电介质与被电性接地的导电性部件耦合。于是，第三负载包括从下部电极经由聚焦环和电介质到达接地电位的高频传送路径。在该情况下，能够优选采用具有阻抗调整部的结构，该阻抗调整部用于对于第二高频电源可变地调整第三负载的阻抗。作为一个优选方式，阻抗调整部具有在电介质中设置的空洞、和体积可变地收纳于该空洞内的流动性的电介质物质。通过改变空洞内的电介质物质的体积，能够改变电介质周围的电容，从而改变第二负载的阻抗。通过可变地调整第三负载的阻抗，能够稳定而可靠地进行与第二负载的切换，并且也能够可变地控制聚焦环的发热量。
根据另一个优选方式，在下部电极的半径方向外侧的周围，设置与聚焦环电性电容耦合的接地端子，并且在该接地端子与接地电位的导电性部件之间设置电性第一开关。该第一开关，在将第二高频用于聚焦环的加热时为导通状态，使接地端子电性接地；在将第二高频用于离子引入时为断开状态，使接地端子为电性浮起状态。这里，第三负载，包括从下部电极经由聚焦环、接地端子和第一开关到达接地电位的导电性部件的高频传送路径。根据上述结构，也能够高效且稳定可靠地进行与第二负载的切换。
在本发明的另一个优选方式中，离子引入用高频供电部，包括在第二高频电源与下部电极之间电性连接的第二匹配器。另一方面，聚焦环加热用高频供电部，包括第二匹配器、具有一定阻抗的阻抗附加电路和第二开关。该第二开关，在将第二高频用于聚焦环的加热时为导通状态，将阻抗附加电路串联或并联地与第二匹配器连接；在将第二高频用于离子引入时为断开状态，将阻抗附加电路与第二匹配器电性分离。
在上述结构中，当在第二匹配器上连接阻抗附加电路时，在使第三负载与第二高频电源匹配时，由第二匹配器得到的匹配点根据阻抗附加电路的阻抗而变化。在本发明的一个优选方式中，阻抗附加电路的阻抗被设定为：在将第二高频用于聚焦环的加热时由第二匹配器得到的匹配点，与将第二高频用于离子引入时由第二匹配器得到的匹配点接近。
在本发明的一个优选方式中，包括：温度传感器，其用于检测聚焦环的温度；和温度控制部，其为了控制聚焦环的温度，反馈温度传感器的输出信号，对用于聚焦环的加热的高频的功率进行控制。此外，还优选构成为包括：冷却部，其用于冷却下部电极；和热耦合控制部，其仅在期望的时刻或期间使聚焦环与下部电极热耦合。该热耦合控制部优选构成为包括：静电卡盘，其为了利用静电力吸附聚焦环，设置于下部电极的上表面；和传热气体供给部，其经由分别在下部电极和静电卡盘形成的通孔，将传热气体供向静电卡盘与聚焦环的界面。这样，通过并用加热聚焦环的机构和冷却聚焦环的机构，能够自由且可变地控制聚焦环的温度。
作为另一个优选的方式，构成为包括：温度传感器，其用于检测聚焦环的温度；和温度控制部，其为了控制聚焦环的温度，反馈温度传感器的输出信号，对用于聚焦环的加热的高频的功率和下部电极的温度中的至少一方进行控制。
本发明的第三方面的等离子体处理装置，包括：能够进行真空排气的处理容器；在处理容器内载置被处理基板的电极；以覆盖上述电极的向上述基板的半径方向外侧伸出的周边部分的至少一部分的方式安装于上述电极的聚焦环；为了对上述基板实施期望的等离子体处理，在设定于上述处理容器内的上述电极上的处理空间生成期望的处理气体的等离子体的等离子体生成部；和为了使上述聚焦环发热直至期望的温度，将高频或交流电流供向上述聚焦环的聚焦环加热部。
上述第三方面的等离子体处理装置，通过具有聚焦环加热专用的聚焦环加热部，能够与在处理空间有无等离子体的情况无关地、独立于电极温度地使聚焦环的温度升高。
根据本发明的一个优选方式，聚焦环加热部包括：以期望的电力输出高频或交流的电源；与该电源的输出端子电性连接，在第一位置与聚焦环电性连接的第一端子；能够电性接地，并且在第二位置与聚焦环电性连接的第二端子，该第二位置与第一位置在周方向上不同；和匹配器，其用于使包括从第一端子经由聚焦环到达第二端子的高频传送路径的聚焦环加热用的负载与上述电源阻抗匹配。在该情况下，优选第一端子和第二端子中的至少一方，与聚焦环电性电容耦合。
根据另一个优选方式，聚焦环加热部，包括：以期望的电力输出高频的高频电源；与该高频电源的输出端子电性连接，能够感应耦合地配置在聚焦环的附近的线圈电极；和用于使包括线圈电极和聚焦环的聚焦环加热用的负载与高频电源阻抗匹配的匹配器。
此外，在又一个优选方式中，聚焦环通过电性电容耦合与载置基板的电极连接，并且在电极的半径方向外侧的周围经由电介质与被电性接地的导电性部件耦合。于是，聚焦环加热部包括：以期望的电力输出高频或交流的电源；和用于使包括从电极经由聚焦环和电介质到达导电性部件的高频传送路径的聚焦环加热用的负载与该电源阻抗匹配的匹配器。
此外，作为又一个优选方式，聚焦环加热部具有用于可变地调整聚焦环加热用负载的阻抗的阻抗调整部，在加热聚焦环时使聚焦环加热用负载的阻抗相对较小。作为一个优选方式，该阻抗调整部具有在电介质中设置的空洞、和体积可变地收纳于该空洞内的流动性的电介质物质。
本发明的等离子体处理方法，使用本发明的等离子体处理装置，对被处理基板实施多层掩模(抗蚀剂)处理的蚀刻，在开始上述多层掩模(抗蚀剂)处理的蚀刻之前或在进行该蚀刻的期间，使高频或交流电流流向上述聚焦环，使上述聚焦环发热直至期望的第一温度。进一步，作为一个优选方式，在进行多层掩模(抗蚀剂)处理的蚀刻后，接着对多层掩模(抗蚀剂)的基底膜进行蚀刻的期间，将聚焦环冷却至期望的第二温度。
根据本发明，能够任意地升降聚焦环的温度，因此能够按照多层掩模处理的各个蚀刻工序最佳地控制聚焦环的温度，提高蚀刻特性的的均匀性。
根据本发明的等离子体处理装置，利用上述的结构和作用，能够对以覆盖被处理基板的周围的方式安装于基座的聚焦环，独立于基板地任意、简便且高效地进行加热，而且能够自由地控制聚焦环的温度。
此外，根据本发明的等离子体处理方法，利用上述的结构和作用，能够在多层掩模处理中自由地控制聚焦环的温度，在各工序阶段的蚀刻工序中实现蚀刻特性的均匀性。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的电容耦合型等离子体处理装置的结构的纵截面图。
图2是表示图1的等离子体处理装置的主要部件的结构的图。
图3是表示实施方式中的等离子体生成用负载的等效电路的图。
图4是表示实施方式中的聚焦环加热用负载的等效电路的图。
图5A是表示在实施方式中在聚焦环加热用负载设置可变电容器的一个实施例的图。
图5B是表示在图5A的实施例中使上述可变电容器的电容增大后的状态的图。
图6是表示在实施方式中在聚焦环加热用负载设置可变电容器的另一个实施例的图。
图7是表示图6的实施例的一个变形例的图。
图8是用于说明在HARC处理中使用的多层抗蚀剂处理的工序顺序的截面图。
图9是表示在多层抗蚀剂处理中单独控制聚焦环的温度时的温度特性的一个例子的图。
图10是表示一个实施例的聚焦环专用加热机构的结构的图。
图11是表示图10的实施例的一个变形例的图。
图12是表示另一个实施例的聚焦环专用加热机构的结构的图。
图13A是表示图12的聚焦环专用加热机构的高频电流传送路径的一个例子的图。
图13B是表示图12的聚焦环专用加热机构的高频电流传送路径的另一个例子的图。
图14是表示又一个实施例的聚焦环专用加热机构的结构的图。
图15是表示应用本发明的上下部双频施加方式的电容耦合型等离子体处理装置的主要部分的结构的部分纵截面图。
图16是表示应用本发明的上部单频施加方式的电容耦合型等离子体处理装置的主要部分的结构的部分纵截面图。
图17A是表示在包括分割型的聚焦环的等离子体处理装置中应用本发明的一个实施例的结构的主要部分的部分截面图。
图17B是表示图17A的实施例的一个变形例的部分纵截面图。
图18是表示关于本发明的分割式聚焦环构造的另一实施例的部分纵截面图。
图19A是表示本发明的分割式聚焦环构造的聚焦环温度控制方法的一个例子的图。
图19B是表示本发明的分割式聚焦环构造的聚焦环温度控制方法的另一个例子的图。
图20是表示关于本发明的分割式聚焦环构造的又一实施例的部分纵截面图。
符号说明：
10  腔室
12  基座(下部电极)
16  接地电位的导电性支承部件
24  排气装置
28  第一高频电源
30  第二高频电源
32A 第一匹配器
32B 第二匹配器
36  聚焦环
38  主静电卡盘
40  直流电源
43  温度传感器
44  周边电介质
46  周边静电卡盘
53  传热气体供给部
66  控制部
68  喷淋头(上部电极)
82  开关
84  阻抗附加电路
94  空洞
96  接地电极
110 第三高频电源
112 第三匹配器
114 第一端子
116 第二端子
120 线圈电极
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1表示本发明一个实施方式的等离子体处理装置的结构。图2表示该等离子体处理装置的主要部分的结构。
该等离子体处理装置，作为下部RF双频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置而构成，具有例如铝或不锈钢等金属制的圆筒型腔室(处理容器)10。腔室10被保护接地。
在腔室10内，水平地配置有载置作为被处理基板例如半导体晶片W的圆板状的基座12作为下部电极。该基座12例如由铝构成，被从腔室10的底部向垂直上方延伸的绝缘体例如陶瓷的筒状支承部14支承。在沿着该筒状支承部14的外周从腔室10的底部向垂直上方延伸的导体即铝的筒状支承部16与腔室10的内壁之间，形成环状的排气通路18，在该排气通路18的底部设置有排气口20。
排气口20通过排气管22与排气装置24连接。排气装置24具有涡轮分子泵等真空泵，能够将腔室10内的处理空间减压至期望的真空度。在腔室10的侧壁，安装有开闭半导体晶片W的搬入搬出口的闸阀26。
第一高频电源28和第二高频电源30通过匹配单元32和供电棒34与基座12电连接。这里，第一高频电源28输出主要用于生成等离子体的规定频率(通常27MHz以上)的第一高频HF。另一方面，第二高频电源30输出主要用于对引入基座12上的半导体晶片W引入离子的规定频率(通常13.56MHz以下)的第二高频LF。在匹配单元32，收纳有第一匹配器32A和第二匹配器32B，该第一匹配器32A用于在第一高频电源28侧的阻抗与等离子体生成用负载(主要是下部电极、等离子体、上部电极、腔室)侧的阻抗之间进行匹配，该第二匹配器32B用于在第二高频电源30侧的阻抗与离子引入用负载(主要是下部电极、等离子体、上部电极、腔室)侧的阻抗之间进行匹配。
基座12具有比半导体晶片W大一圈的直径或口径。基座12的上表面被划分为与晶片W形状大致相同(圆形)且尺寸大致相同的中心区域即晶片载置部、和在该晶片载置部的外侧延伸的环状的周边部。在晶片载置部之上载置处理对象半导体晶片W。在环状周边部之上安装具有比半导体晶片W的口径大的内径的环状板材即所谓的聚焦环36。
聚焦环36的材质优选是，在基座12与等离子体之间使高频HF、LF良好地通过，即使由于离子入射而受到溅射也不会对基板上的处理产生实质性影响，并且具有通过高频加热而发热的适当的电阻值的材质，例如能够适用Si、SiC、C等。此外，也能够使用将导电性物质混入SiO2、Al2O3等电介质而得的材质。
在基座12的上述晶片载置部，设置有晶片吸附用的主静电卡盘38。该主静电卡盘38是在圆形的膜状或板状电介质38a中封入有片状或网状的DC电极38b的结构，一体形成或一体固定于基座12。DC电极38b通过高压配线和开关42与配置于腔室10之外的直流电源40电连接。通过将来自直流电源40的高压的直流电压施加于DC电极38b，能够利用库伦力将半导体晶片W吸附在静电卡盘38上。
在基座12的半径方向外侧的周围，设置有介于聚焦环36的下表面的靠外部分(从半径方向的中心部至外侧边缘的部分)和外周面与两筒状支承部14、16的上表面之间的环状的周边电介质44。该周边电介质44的材质例如为石英。
作为一个实施例，如图2所示，可以将用于检测聚焦环36的温度的温度传感器43设置于周边电介质44中或附近。作为该温度传感器43，例如能够使用荧光温度计(商品名：Luxtron)或热电型红外线传感器等。当使用热电型红外线传感器时，可以将聚焦环36下表面的被检测点附近以黑色进行着色。温度传感器43的输出信号作为控制聚焦环36的温度时的反馈信号，通过信号线45传送至控制部66。
聚焦环36的下表面的靠内部分(从内侧边缘至半径方向的中心部的部分)，载置于设置在基座12上表面的环状周边部的周边静电卡盘46之上。该周边静电卡盘46在环形状的膜状或板状电介质46a中封入有DC电极46b。DC电极46b也通过开关42与直流电源40电连接，通过将来自直流电源40的直流电压施加于DC电极46b，能够利用静电吸附力将聚焦环36吸附在周边静电卡盘46上。
在该实施方式中，主静电卡盘38与周边静电卡盘46通过同一个开关42与同一个直流电源40连接，使得在两个静电卡盘38、46同时产生吸附力。但是，也可以构成为使用不同的开关或不同的直流电源，有选择地或单独地激励两个静电卡盘38、46。
在基座12的内部，设置有例如在圆周方向上延伸的环状的致冷剂室48。规定温度的致冷剂例如冷却水从制冷单元(未图示)通过致冷剂供给管50、52被循环供给该致冷剂室48。利用致冷剂的温度，能够在降低基座12的温度的方向上进行控制。而且，为了使半导体晶片W和聚焦环36分别与基座12进行热耦合，来自传热气体供给部53的传热气体例如He气，通过各自的气体供给管54、56和基座12内部的气体通路58、60，供向主静电卡盘38与半导体晶片W的接触界面和周边静电卡盘46与聚焦环36的接触界面。
在该实施方式中，如图2所示，在气体供给管54、56的中途设置有开闭阀62、64，根据来自控制部66的控制信号Sc、Sp，开闭阀62、64单独地导通、截止。
在腔室10的顶部，设置有与基座12平行相对、且兼用作接地电位的上部电极的喷淋头68。该喷淋头68具有与基座12相对的电极板70、和从其背后(上)能够装卸地支承该电极板70的电极支承体72，在电极支承体72的内部设置有气体室74，在电极支承体72和电极板70形成有从该气体室74贯通至基座12侧的多个气体喷出孔76。电极板70与基座12之间的空间为等离子体生成及处理空间。来自处理气体供给部78的气体供给管80与设置于气体室74的上部的气体导入口74a连接。另外，电极板70例如由Si、SiC构成，电极支承体72例如由已进行防蚀处理的铝构成。
在该实施方式中，为了控制聚焦环36的温度，如图2所示，在匹配单元32内，设置有能够通过开关82与第一匹配器32A或第二匹配器32B中的任意一个串联或并联连接的阻抗附加电路84，作为匹配点调节用的附加电路。
作为一个例子，使阻抗附加电路84能够通过开关82与等离子体生成用的第一匹配器32A连接。在该情况下，控制部66在加热聚焦环36时使开关82导通，将阻抗附加电路84与第一匹配器32A连接，在除此以外的时候，特别是对基座12上的半导体晶片W进行干蚀刻加工时，使开关82断开，将阻抗附加电路84从电路断开。阻抗附加电路84的作用，将在后面进行说明。
控制部66，对该等离子体蚀刻装置内的各部分例如排气装置24、第一高频电源28和第二高频电源30、第一匹配器32A和第二匹配器32B、静电卡盘用开关42、制冷单元(未图示)、传热气体供给用的开闭阀62、64、处理气体供给部78、匹配点调节用开关82等进行控制，包括微型计算机，与主机(未图示)等外部装置进行控制信号和数据的交换。特别的是，该实施方式的控制部66装载有软件，该软件用于：独立于基座12的温度，通过高频加热提升聚焦环36的温度的聚焦环发热动作；以及使聚焦环36的发热与来自基座12侧的冷却平衡，对聚焦环36的温度进行的最佳控制。
该等离子体蚀刻装置中的单片式干蚀刻的基本动作，如以下那样进行。首先，打开闸阀26，将作为加工对象的半导体晶片W搬入腔室10内，载置于中心静电卡盘38之上。然后，使腔室10处于密闭状态，利用处理气体供给部78将蚀刻气体(通常为混合气体)以规定的流量和流量比导入腔室10内，利用排气装置24使腔室10内的压力达到设定值。进一步，使第一高频电源28和第二高频电源30接通，分别以规定的功率输出第一高频HF和第二高频LF，将该高频HF、LF通过匹配单元32和供电棒34施加于基座12。此外，使传热气体供给系统的开闭阀62导通，将传热气体(He气)供向主静电卡盘38与半导体晶片W之间的接触界面，同时使静电卡盘用开关42导通，通过静电吸附力将传热气体封入上述接触界面。由喷淋头68喷出的蚀刻气体，在两电极12、68间通过高频放电而等离子体化，利用由该等离子体生成的自由基、离子将半导体晶片W表面的被加工膜蚀刻为期望的图案。
该等离子体蚀刻装置，通过将用于等离子体生成的较高频率(27MHz以上)的第一高频HF施加于基座12，以优选的离解状态使等离子体高密度化，即使在更为低压的条件下也能够形成高密度等离子体。与此同时，通过将用于离子引入的较低频率(13.56MHz以下)的第二高频LF施加于基座12，能够对基座12上的半导体晶片W实施选择性高的各向异性的蚀刻。不过，等离子体生成用的第一高频HF在怎样的蚀刻处理中都必须使用，但离子引入控制用的第二高频LF，可能根据处理种类的不同而不被使用。
此外，在该等离子体蚀刻装置中，在基座12的上表面设置有用于分别吸附半导体晶片W和聚焦环36的主静电卡盘38和周边静电卡盘46。而且，将来自传热气体供给部53的传热气体通过开闭阀62单独地供向主静电卡盘38与半导体晶片W的接触界面，将来自传热气体供给部53的传热气体通过开闭阀64单独地供向周边静电卡盘46与聚焦环36的接触界面。这里，主静电卡盘38侧的开闭阀62无论是怎样的处理在蚀刻中都会为了进行半导体晶片W的温度控制(冷却)而切换成导通状态，但是，周边静电卡盘46侧的开闭阀64，可能根据处理种类的不同而在蚀刻中也保持截止状态。
接着，对该实施方式的等离子体蚀刻装置中的聚焦环加热机构的结构和作用详细地进行说明。
在该等离子体蚀刻装置中，在将来自处理气体供给部78的蚀刻气体供给至两电极12、68间的处理空间时，从第一高频电源28和第一匹配器32A观察时，从基座(下部电极)12经由处理空间(蚀刻气体空间)到达接地电位的喷淋头(上部电极)68和腔室10侧壁的高频HF的传送路径，构成等离子体生成用的负载90。
图3表示等离子体生成用负载90的等效电路。该等离子体生成用负载90表示为，形成于基座(下部电极)12与等离子体之间(更准确地说，是半导体晶片W以及聚焦环36与等离子体之间)的阴极(cathode)侧离子鞘(sheath)的阻抗电路ZL、和形成于接地电位的喷淋头(上部电极)68以及腔室10侧壁与等离子体之间的阳极(anode)侧离子鞘的阻抗电路ZU串联连接的结构。
这里，阴极侧离子鞘的阻抗电路ZL表示为，将电阻RL1、电容器CL、和二极管-电阻串联电路(DL、RL2)并联连接而成的电路。此外，阳极侧离子鞘的阻抗电路ZU表示为，将电阻RU1、电容器CU、和二极管-电阻串联电路(DU、RU2)并联连接而成的电路。
另一方面，从第一高频电源28和第一匹配器32A观察时，从基座12经由聚焦环36和电介质44到达接地电位的筒状支承部件16的周边路径，也能成为第一高频HF的传送路径。另外，该筒状支承部件16，如果以RF中的低阻抗或者较大的静电电容与接地电位连接，则也可以不直接接地。在该实施方式中，利用该周边高频传送路径作为聚焦环加热用的负载92。
该聚焦环加热用负载92的等效电路，如图3所示，典型的是由电容器C1、C2、C3、C4、和电阻R1构成。这里，电容器C1是基座12与聚焦环36之间的电容(主要是周边静电卡盘46的电容)。电容器C2与电容器-电阻串联电路(C3、R1)的并联电路，表示聚焦环36的阻抗。电容器C4是聚焦环36与接地电位的筒状支承部件16之间的电容(主要是周边电介质44的电容)。
不过，在该聚焦环加热用负载92中，电介质44所提供的电容器C4的电容，在装置内的高频传送路径中相对而言非常小(即，电抗非常大)。由此，只要存在等离子体生成用负载90(即，在等离子体蚀刻中)，从第一高频电源28和第一匹配器32A观察时，聚焦环加热用负载92的阻抗远大于等离子体生成用负载90的阻抗，实质上可视为无限大，因此，来自第一高频电源28的第一高频HF的电流iHF的全部或大部分，通过第一匹配器32A流向等离子体生成用负载90侧。此时，高频电流iHF几乎不流过聚焦环加热用负载92，由聚焦环36的电阻R1产生的焦耳热小到可以忽略。
第一匹配器32A(省略其图示)包括：具有例如2个可变电容器CA、CB的匹配电路、RF传感器、控制器、步进电机等，其具有下述自动匹配功能：自动调节两个可变电容器CA、CB的电容位置(CapacitancePosition)以使得来自负载侧的反射波最小化，并且根据负载的变动自动修正该匹配位置。
在该等离子体蚀刻装置中，即使将第一高频电源28接通并使第一匹配器32A动作，只要不将蚀刻气体供至腔室10内的处理空间，就不会产生高频放电，即不会生成等离子体，由此不会形成离子鞘，等离子体生成用负载90实质上不存在。在该情况下，聚焦环加热用负载92取代等离子体生成用负载90，对于第一高频电源28成为实质上的负载，第一匹配器32A以使聚焦环加热用负载92相对于第一高频电源28阻抗匹配的方式动作。这样，如图4所示，来自第一高频电源28的高频电流iHF的全部或大部分，通过第一匹配器32A流过聚焦环加热用负载92。此时，聚焦环36由在电阻R1产生的焦耳热导致发热。该发热量能够通过改变第一高频电源28的输出功率而增减。这样，通过利用来自第一高频电源28的第一高频HF的高频加热，能够独立于基座温度地任意提升聚焦环36的温度。
在该实施方式中，在如上所述将来自第一高频电源28的第一高频HF用于聚焦环36的加热时，使开关82导通，以使阻抗附加电路84以串联连接或并联连接的方式附加于第一匹配器32A的匹配电路。
该阻抗附加电路84具有1个或多个电容器和/或电感器，通过与第一匹配器32A内的匹配电路连接，构成匹配电路网的一部分。而且，对阻抗附加电路84的阻抗ZM进行设定，使得在将第一高频HF用于聚焦环36的加热时由连接有阻抗附加电路84的第一匹配器32A所获得的匹配点，与在将第一高频HF用于等离子体生成时由断开了阻抗附加电路84的第一匹配器32A所获得的匹配点接近。由此，即使将对于第一高频电源28的实质上的负载从等离子体生成用负载90切换为聚焦环加热用负载92，或者从聚焦环加热用负载92切换为等离子体生成用负载90，第一匹配器32A也能够以匹配点几乎不变或者仅少量变化的状态瞬时且稳定地进行匹配。
在该实施方式中，能够适用能够改变聚焦环加热用负载92的阻抗的结构，特别是在将第一高频HF用于聚焦环36的加热时进一步降低聚焦环加热用负载92的阻抗的结构。具体而言，能够构成为在聚焦环加热用负载92中使周边电介质44周围的电容器C4为可变电容器。
例如，能够如图5A和图5B所示，采用以下结构：在周边电介质44中形成环状延伸的空洞94，在该空洞94内以体积可变的方式收纳例如galden(ガルデン)或fluorinert(フロリナ一ト)等具有高介电常数的介电液体Q。根据该实施例，越使收纳于空洞94内的介电液体Q的体积增大，电容器C4的电容变得越大，相反地，越使介电液体Q的收纳体积减小，电容器C4的电容变得越小。另外，为了取出放入空洞94内的介电液体Q，可以利用弯管等配管95连接配置于腔室10之外的容器(tank)(未图示)和空洞94之间。
根据图示的实施例，在利用第一高频HF对聚焦环36进行加热时，向空洞94内填充介电液体Q来增大电容器C4的电容，由此能够进一步降低聚焦环加热用负载92的阻抗，形成使高频电流iHF容易流过的高频传送路径。通过改变空洞94内的介电液体Q的体积，能够改变聚焦环加热用负载92的阻抗，从而改变聚焦环36的发热量。
此外，在将第一高频HF用于等离子体的生成时，从空洞94排出介电液体Q来缩小电容器C4的电容，由此能够进一步增加聚焦环加热用负载92的阻抗，使高频电流iHF基本上不会流过。
图6表示将聚焦环加热用负载92的可变电容器C4构成为可变电容器的另一个实施例。在该实施例中，优选在周边电介质44中埋入接近聚焦环36并环状延伸的接地电极96，并且在该接地电极96与接地电位的导电部件(例如腔室10)之间设置开关98。控制部66，在将第一高频HF用于等离子体的生成时使开关98断开，在将第一高频HF用于聚焦环36的加热时使开关98接通。
开关98处于断开状态时，接地电极96为电性浮起状态，电容器C4的电容与在周边电介质44中未接入接地电极96时的电容相同。开关98处于导通状态时，由于接地电极96接地，电容器C4的电极间距离显著变窄，相应地电容器C4的电容显著增大。
另外，如图7所示，也能够将用于缩小第一匹配器32A的匹配点变动的阻抗附加电路84连接在接地电极96与接地电位部件之间。在该情况下，能够使开关98兼用作阻抗附加电路84用的开关82。
接着，参照图8和图9对使用该实施方式的等离子体蚀刻装置的一个应用实施例进行说明。
图8表示HARC(High Aspect Ratio Contact，高深宽比接触)处理所包含的多层抗蚀剂处理的工序顺序。图中，从上方起的第一层膜100是一般的抗蚀剂，通过光刻被图案化。第二层膜102是BARC(反射防止膜)，第三层膜104是用作中间掩模的SiN膜，第四层膜106是作为本来(最终)的被加工膜的绝缘膜的SiO2层。108是基底基板。
在多层抗蚀剂处理中，首先，作为掩模处理，使抗蚀剂图案100为抗蚀剂掩模，依次对BARC102和SiN膜104进行蚀刻(图8(a)→(b))。在该掩模处理的BARC蚀刻和SiN蚀刻中，重视上层抗蚀剂图案100的转印精度即形状维持(损伤、变形的防止)，因此，将等离子体生成用的第一高频HF的功率设定得较低(例如1000W以下)，将离子引入控制用的第二高频LF的功率设定得更低(例如100W以下)。
在上述的掩模处理之后，通过灰化(ashing)将抗蚀剂图案100和BARC102的残留膜除去(图8(c))。接着，将SiN膜104作为蚀刻掩模对SiO2层进行各向异性蚀刻，形成接触孔109(图8(d))。
根据该实施例，在上述的多层抗蚀剂处理中，能够例如以图9所示的特性对聚焦环36的温度单独进行控制。
更详细而言，当使掩模处理的开始时刻为t1时，在其之前的规定时间(t0～t1)的期间，通过利用上述第一高频HF的高频加热使聚焦环36发热，使聚焦环36的温度上升至规定温度Ta。在该聚焦环加热期间中，不仅预先如上所述使处理气体供给部78停止，还断开静电卡盘用的开关42并关闭传热气体供给系统的开闭阀62、64，使对聚焦环36进行冷却的冷却机构停止。为了正确地进行聚焦环36的温度控制，能够利用温度传感器43将聚焦环36的温度反馈至控制部66。另外，在聚焦环加热期间中，半导体晶片W可以在任意的位置，例如可以在被搬入腔室10的途中。
在时刻t1开始掩模处理后，可以停止聚焦环36的加热，将来自第一高频电源28的第一高频HF用于干蚀刻即用于等离子体生成。于是，在进行掩模处理的BARC蚀刻和SiN蚀刻的期间，使静电卡盘用开关42和传热气体供给系统中的一侧的开闭阀62导通，由于主静电卡盘38上的半导体晶片W与基座12热耦合，因此使对半导体晶片W进行冷却的冷却机构动作，另一方面，令传热气体供给系统的另一侧的开闭阀64保持关断状态，停止向聚焦环36供给传热气体。由此，聚焦环36不与基座12热耦合，因此能够在减压下将从掩模处理之前的初始温度Ta的温度下降抑制在最小限度。
另一方面，在掩模处理中，控制基座12上的半导体晶片W的温度，使得处于来自等离子体的输入热量与来自基座12侧的冷却的平衡中。在该实施例中，在掩模处理时间(t1～t2)的期间，能够进行温度控制，使得聚焦环36的温度(Ta～Tb)维持为比半导体晶片W的温度高一个等级或高出适当程度的温度。由此，在半导体晶片W上，能够相对地抑制边缘部的蚀刻率，提高蚀刻特性的面内均匀性。
掩模处理之后，在灰化和SiO2蚀刻(主蚀刻)的处理时间(t2～t3)的期间，使静电卡盘用开关42和传热气体供给系统的两个开闭阀62、64保持导通状态，由于聚焦环36与基座12热耦合，可以使对聚焦环36进行冷却的冷却机构动作。由此，在SiO2蚀刻中，通过使聚焦环36的温度充分低，能够提高选择性、垂直形状加工性、和接触孔底部的均匀性。
接着，参照图10～图14，对在该实施方式的等离子体蚀刻装置中具有用于加热聚焦环36的专用的加热机构的实施例进行说明。
图10所示的实施例中，为了加热聚焦环36使用专用的第三高频电源110和第三匹配器112。第三匹配器112的输出端子可以通过下部供电棒34与基座12连接。
由第三高频电源110输出的高频RF可以被设定为使聚焦环加热用负载92的阻抗为最小或极小的频率。例如，在聚焦环加热用负载92如图3和图4所示那样由电容器C1～C4和电阻R1构成的情况下，可以将该高频RF设定为使电容器C1～C4的电抗尽可能低的高频率(例如200MHz以上)。或者，在聚焦环加热用负载92具有电感成分的情况下，可以将该高频RF设定为其串联共振频率或与该频率接近的频率值。
图11表示上述实施例(图10)的一个变形例。该变形例使用频率可变型的高频电源作为第三高频电源110。能够改变第三高频电源110的频率，使其与流过聚焦环加热用负载92的高频电流iRF的电流值为最大或极大时的频率一致。
图12和图13表示另一个实施例的聚焦环加热机构。该聚焦环加热机构，不会使来自第三高频电源110的高频电流iRF通过基座12在半径方向上横切聚焦环36，而是不通过基座12地在周方向上纵切聚焦环36。更详细而言，如图12所示，在接近聚焦环36的周方向上的不同位置，例如，如图13A所示以180°为间隔或如图13B所示以90°为间隔，在周边电介质44中埋入第一端子114和第二端子116。而且，将第一端子114经由开关115与第三匹配器112的输出端子连接，将第二端子116经由开关117与接地电位的导电性部件(例如腔室10)连接。
在上述的结构中，第一端子114和第二端子116在各自的设置位置与聚焦环36电容耦合。当导通两个开关115、117从第三高频电源110输出高频RF时，沿着第三高频电源110→第三匹配器112→开关115→第一端子114→聚焦环36→第二端子116→接地电位部件的路径，流过高频电流iRF。第三匹配器112进行动作，使得从第一端子114经由聚焦环36到达第二端子116的高频传送路径，即聚焦环加热用的负载，与第三高频电源110阻抗匹配。
另外，作为一个变形例，也可以将第一端子114和第二端子116与聚焦环36直接连接，而且也能够使用商用交流(AC)电源代替第三高频电源110。
图14表示利用电磁感应的另一个实施例。根据该方式，在聚焦环36的附近例如周边电介质44中，埋入沿着聚焦环36形成为一周的环状的线圈电极120，将线圈电极120的一端经由开关122与第三高频电源110的输出端子连接，线圈电极120的另一端经由开关124与接地电位部件(例如腔室10)连接。导通开关122、124，使来自第三高频电源110的高频电流iRF流过线圈电极120，由此能够利用电磁感应或感应耦合在聚焦环36产生涡电流或介质损耗，从而使聚焦环36从内部发热。第三匹配器112进行动作，使得包括线圈电极120和聚焦环36的聚焦环加热用的负载与第三高频电源110阻抗匹配。
如上所述的聚焦环加热专用的高频电源110和匹配器112，能够独立于等离子体生成用的第一高频电源28和第一匹配器32A或离子引入用第二高频电源30和第二匹配器32B地进行动作。从而，在腔室10内，在不进行等离子体处理的期间当然能够加热聚焦环36，即使是在进行等离子体处理的期间也能够加热聚焦环36。另外，在具有聚焦环加热专用的高频电源110和匹配器112的情况下，当然也能够使用用于以反馈方式控制聚焦环36的温度的温度传感器43和温度控制部(控制部66的一个功能)。
以上，对本发明的一个优选实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够具有其它的实施方式和各种变形。
例如，上述的实施方式涉及下部RF双频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置，但是本发明也能够适用于其它方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置。
例如，虽然省略了图示，但在将等离子体生成用的第一高频HF施加于下部电极12、且不使用离子引入用的第二高频LF的下部RF单频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置中，能够与上述的实施方式同样地将第一高频HF用于聚焦环36的高频加热。
此外，如图15所示，在将等离子体生成用的第一高频HF施加于上部电极68、且将离子引入用的第二高频LF施加于下部电极12的上下部双频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置中，能够与上述的实施方式同样地将第二高频LF用于聚焦环36的高频加热。
此外，如图16所示，在将等离子体生成用的第一高频HF施加于上部电极68、且不使用离子引入用的第二高频LF的上部RF单频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置中，能够与上述的实施方式同样地将聚焦环加热专用的第三高频RF用于聚焦环36的高频加热。
另外，在图15和图16中，阳极耦合(anode coupled)的上部电极68以通过绝缘体126与腔室10电绝缘的状态安装。
此外，在对下部电极施加包含等离子体生成用的高频、离子引入用的高频的3个高频的下部RF三频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置中，也能够与上述的实施方式同样地对聚焦环36进行高频加热。
此外，本发明不限定于电容耦合型等离子体蚀刻装置，也能够适用于在腔室的上表面或周围配置天线，在感应磁场下生成等离子体的感应耦合型等离子体处理装置、使用微波功率生成等离子体的微波等离子体处理装置等，而且也能够适用于等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等其它等离子体处理装置。此外，本发明的被处理基板不限定于半导体晶片，也能够是平板显示器用的各种基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。
此外，在本发明的等离子体处理装置中使用的各部件、特别是聚焦环和其周边电介质的形状、构造、材质也能够进行各种变形和选择。例如，如图17A和图17B所示，也能够采用将在半径方向上被分割为内侧部分和外侧部分的同心状的多个例如2个聚焦环36A、36B安装于基座12的结构。
在该分割式的聚焦环结构中，内侧聚焦环36A经由传热板128与基座12的上表面热耦合，利用基座12侧的冷却机构进行温度控制。另一方面，外侧聚焦环36B与基座12仅进行电性电容耦合，由于腔室10内维持为真空，因此与基座12的热耦合性低。
从其它的观点出发，外侧聚焦环36B形成聚焦环加热用负载92(图3、图4)的高频传送路径，与此相对，内侧聚焦环36A实质上脱离聚焦环加热用负载92的高频传送路径。即，外侧聚焦环36B被组入聚焦环加热用负载92中，与此相对，内侧聚焦环36A独立于聚焦环加热用负载92。
在该分割式聚焦环构造中，能够分别独立地控制内侧聚焦环36A和外侧聚焦环36B的温度，由此在等离子体处理的特性(例如蚀刻率、堆积率等的直径方向分布或面内均匀性)中，能够提高聚焦环(36A、36B)对基座12上的半导体晶片W所起的作用的可变性和控制性。
为了使上述的内侧聚焦环36A和外侧聚焦环36B的独立性充分发挥，能够代替图17A和图17B中的传热片128，优选采用图18所示的在内侧聚焦环36A与基座12之间设置内侧周边静电卡盘46A的结构。在该情况下，用于对内侧周边静电卡盘46A进行吸附励磁的高压直流电源40A和开关42A，优选独立于主静电卡盘38用的直流电源和开关(40、42)。
在图18的结构例中，经由来自传热气体供给部53(图2)的独立的气体供给管56A，向内侧周边静电卡盘46A与内侧聚焦环36A的界面供给传热气体。但是，在内侧聚焦环36A与基座12之间通过内侧周边静电卡盘46A能够获得充分大的热耦合的情况下，能够省略上述的传热气体供给系统(气体供给管56A、开闭阀64A)。
此外，在图18的结构例中，使外侧聚焦环36B的下部内周面与基座12的上部外周面相对，提高聚焦环加热用负载92中的两者(36B、12)之间的电耦合度。
图19A表示分割式聚焦环构造中的聚焦环温度控制方法的一个例子。在图示的例子中，例如假定进行上述的多层抗蚀剂处理(图8)那样的多步骤方式的等离子体处理，最初的期间[t0～t1]为处理开始前的陈化(seasoning)，在接着的期间[t1～t2]中以规定的条件进行第一步骤的处理，进而在接着的期间[t2～t3]中以规定的条件进行第二步骤的处理。
在该情况下，在陈化期间[t0～t1]中，当使聚焦环加热用负载92导通(通电)时，如图19A所示，外侧聚焦环36B产生焦耳热，其温度上升，但是内侧聚焦环36A几乎不产生焦耳热，因此其温度几乎不上升。
当处理开始时，在第一步骤[t1～t2]中，由于来自等离子体的输入热量而使得内侧聚焦环36A的温度开始上升，此外，例如通过在时间tc使内侧周边静电卡盘46A导通，能够将内侧聚焦环36A保持在规定的温度。另一方面，在陈化期间中所累积的热量的放出与来自等离子体的输入热量的平衡中，外侧聚焦环36B保持为比内侧聚焦环36A更高的温度。
在接着的第二步骤[t2～t3]中，在该例子中，使施加于等离子体的RF功率进一步增加。因此，使提供给内侧聚焦环36A的传热气体的流量进一步增大，使得内侧聚焦环36A的温度进一步下降到较低的规定值。另一方面，对于外侧聚焦环36B来说，来自等离子体的输入热量大于放热，温度上升。
作为其他的温度控制方法，如图19B所示，在陈化期间[t0～t1]中，也能够将聚焦环加热用负载92保持为断开(不通电)。在该情况下，当处理开始时，由于来自等离子体的输入热量，使内侧聚焦环36A和外侧聚焦环36B的温度均上升。但是，例如通过在时间tc使内侧周边静电卡盘46A导通，能够将内侧聚焦环36A保持在规定的温度。另一方面，对于外侧聚焦环36B来说，由于来自等离子体的输入热量而使得其温度持续上升。在该例的第二步骤[t2～t3]中，与第一步骤[t0～t1]时相比，使提供给内侧聚焦环36A的传热气体的流量稍稍减少，使得内侧聚焦环36A的温度上升到稍高的规定值。
图20所示的结构例构成为：将内侧聚焦环36A和外侧聚焦环36B分别经由独立的内侧周边静电卡盘46A和外侧周边静电卡盘46B安装于基座12。在该情况下，外侧聚焦环36B被组入聚焦环加热用负载92，与此相对，内侧聚焦环36A独立于聚焦环加热用负载92。
这样，在外侧聚焦环36B与基座12之间，设置独立的外侧周边静电卡盘46B和电压施加部(直流电源40B、开关42B)，进一步优选设置独立的传热气体供给系统(气体供给管56B、开闭阀64B)，由此，能够扩展对外侧聚焦环36B的温度控制的自由度。例如，在图19A和图19B的例子中，也能够进行如假设线(点划线)K那样的温度控制。
此外，在上述的分割式聚焦环构造(图17A～图20)中，优选没有被组入聚焦环加热用负载92中的内侧聚焦环36A的电阻率较低，而被组入聚焦环加热用负载92中的外侧聚焦环36B的电阻率较高。
即，这是因为：例如当外侧聚焦环36B的电阻率较低时，即使流过相同的电流，也难以进行加热。这一点，根据下式能够明确。
P(功率)＝I(电流)2×R(电阻)
另外，优选的是，内侧聚焦环36A的电阻率例如在2Ωcm以下，外侧聚焦环36B的电阻率例如在50Ωcm以上。由此，能够更加有选择性地对外侧聚焦环36B进行加热。

Claims (28)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
能够进行真空排气的处理容器；
在所述处理容器内载置被处理基板的下部电极；
以覆盖所述下部电极的向所述基板的半径方向外侧伸出的周边部分的至少一部分的方式安装于所述下部电极的聚焦环；
在所述处理容器内与所述下部电极平行相对的上部电极；
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供向所述上部电极与所述下部电极之间的处理空间的处理气体供给部；
输出频率适于进行气体的高频放电的第一高频的第一高频电源；
等离子体生成用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自所述第一高频电源的所述第一高频供向第一负载，该第一负载用于在所述处理空间通过高频放电生成所述处理气体的等离子体；和
聚焦环加热用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自所述第一高频电源的所述第一高频供向第二负载，该第二负载用于使所述聚焦环发热直至期望的温度。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环，在所述下部电极的半径方向外侧的周围，经由电介质与电性接地的导电性部件耦合，
所述第二负载，包括从所述下部电极经由所述聚焦环和所述电介质到达所述接地电位的导电性部件的高频传送路径。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
具有用于对于所述第一高频电源可变地调整所述第二负载的阻抗的阻抗调整部。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述阻抗调整部具有在所述电介质中设置的空洞、和体积可变地收纳于所述空洞内的流动性的电介质物质。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述下部电极的半径方向外侧的周围，设置与所述聚焦环电性电容耦合的接地端子，
并且在所述接地端子与接地电位之间设置电性第一开关，
所述第一开关，在将所述第一高频用于所述聚焦环的加热时为导通状态，使所述接地端子电性接地；在将所述第一高频用于所述等离子体的生成时为断开状态，使所述接地端子为电性浮起状态，
所述第二负载包括从所述下部电极经由所述聚焦环、所述接地端子和所述第一开关到达所述接地电位的高频传送路径。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述等离子体生成用高频供电部包括在所述第一高频电源与所述下部电极之间电性连接的第一匹配器，
所述聚焦环加热用高频供电部包括所述第一匹配器、具有一定阻抗的阻抗附加电路和第二开关，
所述第二开关，在将所述第一高频用于所述聚焦环的加热时为导通状态，将所述阻抗附加电路串联或并联地与所述第一匹配器连接；在将所述第一高频用于所述等离子体的生成时为断开状态，使所述阻抗附加电路与所述第一匹配器电性分离。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述阻抗附加电路的阻抗被设定为：在将所述第一高频用于所述聚焦环的加热时由所述第一匹配器得到的匹配点，与将所述第一高频用于所述等离子体的生成时由所述第一匹配器得到的匹配点接近。
8.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
能够进行真空排气的处理容器；
在所述处理容器内载置被处理基板的下部电极；
以覆盖所述下部电极的向所述基板的半径方向外侧伸出的周边部分的至少一部分的方式安装于所述下部电极的聚焦环；
在所述处理容器内与所述下部电极平行相对的上部电极；
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供向所述上部电极与所述下部电极之间的处理空间的处理气体供给部；
输出频率适于进行气体的高频放电的第一高频的第一高频电源；
等离子体生成用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自所述第一高频电源的所述第一高频供向第一负载，该第一负载用于在所述处理空间通过高频放电生成所述处理气体的等离子体；
输出频率适于进行离子引入的第二高频的第二高频电源；
离子引入用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自所述第二高频电源的所述第二高频供向第二负载，该第二负载用于控制从所述等离子体向所述基板的离子引入；和
聚焦环加热用高频供电部，其以阻抗匹配的状态将来自所述第二高频电源的所述第二高频供向第三负载，该第三负载用于使所述聚焦环发热直至期望的温度。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环在所述下部电极的半径方向外侧的周围，经由电介质与电性接地的导电性部件耦合，
所述第三负载包括从所述下部电极经由所述聚焦环和所述电介质到达所述接地电位的导电性部件的高频传送路径。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
具有用于对于所述第二高频电源可变地调整所述第三负载的阻抗的阻抗调整部。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述阻抗调整部具有在所述电介质中设置的空洞、和体积可变地收纳于所述空洞内的流动性的电介质物质。
12.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述下部电极的半径方向外侧的周围，设置与所述聚焦环电性电容耦合的接地端子，
并且在所述接地端子与接地电位之间设置电性第一开关，
所述第一开关，在将所述第二高频用于所述聚焦环的加热时为导通状态，使所述接地端子电性接地；在将所述第二高频用于离子引入时为断开状态，使所述接地端子为电性浮起状态，
所述第三负载，包括从所述下部电极经由所述聚焦环、所述接地端子和所述第一开关到达所述接地电位的高频传送路径。
13.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述等离子体生成用高频供电部，包括在所述第一高频电源与所述上部电极或所述下部电极之间电性连接的第一匹配器，
所述离子引入用高频供电部，包括在所述第二高频电源与所述下部电极之间电性连接的第二匹配器，
所述聚焦环加热用高频供电部，包括所述第二匹配器、具有一定阻抗的阻抗附加电路和第二开关，
所述第二开关，在将所述第二高频用于所述聚焦环的加热时为导通状态，将所述阻抗附加电路串联或并联地与所述第二匹配器连接；在将所述第二高频用于离子引入时为断开状态，使所述阻抗附加电路与所述第二匹配器电性分离。
14.如权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述阻抗附加电路的阻抗被设定为：在将所述第二高频用于所述聚焦环的加热时由所述第二匹配器得到的匹配点，与将所述第二高频用于离子引入时由所述第二匹配器得到的匹配点接近。
15.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环由Si、SiC、或C构成。
16.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
温度传感器，其用于检测所述聚焦环的温度；和
温度控制部，其为了控制所述聚焦环的温度，反馈所述温度传感器的输出信号，对用于所述聚焦环的加热的高频的功率进行控制。
17.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
冷却部，其用于冷却所述下部电极；和
热耦合控制部，其仅在期望的时刻或期间使所述聚焦环与所述下部电极热耦合。
18.如权利要求17所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述热耦合控制部，包括：
静电卡盘，其为了利用静电力吸附所述聚焦环，设置于所述下部电极的上表面；和
传热气体供给部，其经由分别在所述下部电极和所述静电卡盘形成的通孔，将传热气体供向所述静电卡盘与所述聚焦环的界面。
19.如权利要求17所述的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
温度传感器，其用于检测所述聚焦环的温度；和
温度控制部，其为了控制所述聚焦环的温度，反馈所述温度传感器的输出信号，对用于所述聚焦环的加热的高频的功率和所述下部电极的温度中的至少一方进行控制。
20.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
能够进行真空排气的处理容器；
在所述处理容器内载置被处理基板的电极；
以覆盖所述电极的向所述基板的半径方向外侧伸出的周边部分的至少一部分的方式安装于所述电极的聚焦环；
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，在设定于所述处理容器内的所述电极上的处理空间生成期望的处理气体的等离子体的等离子体生成部；和
为了使所述聚焦环发热直至期望的温度，将高频或交流电流供向所述聚焦环的聚焦环加热部。
21.如权利要求20所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环加热部，包括：
以期望的电力输出所述高频或交流的电源；
与所述电源的输出端子电性连接，在第一位置与所述聚焦环电性连接的第一端子；
能够电性接地，并且在第二位置与所述聚焦环电性连接的第二端子，该第二位置与所述第一位置在周方向上不同；和
匹配器，其用于使包括从所述第一端子经由所述聚焦环到达所述第二端子的高频传送路径的聚焦环加热用的负载与所述电源阻抗匹配。
22.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一端子和所述第二端子中的至少一方，与所述聚焦环电性电容耦合。
23.如权利要求20所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环加热部，包括：
以期望的电力输出所述高频的高频电源；
与所述高频电源的输出端子电性连接，能够感应耦合地配置在所述聚焦环的附近的线圈电极；和
匹配器，其用于使包括所述线圈电极和所述聚焦环的聚焦环加热用的负载与所述高频电源阻抗匹配。
24.如权利要求20所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环通过电性电容耦合与所述电极连接，并且在所述电极的半径方向外侧的周围经由电介质与电性接地的导电性部件耦合，
所述聚焦环加热部包括：以期望的电力输出所述高频或交流的电源；和匹配器，其用于使包括从所述电极经由所述聚焦环和所述电介质到达所述导电性部件的高频传送路径的聚焦环加热用的负载与所述电源阻抗匹配。
25.如权利要求24所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述聚焦环加热部，具有用于可变地调整所述聚焦环加热用负载的阻抗的阻抗调整部，在加热所述聚焦环时使所述聚焦环加热用负载的阻抗相对较小。
26.如权利要求25所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述阻抗调整部，具有在所述电介质中设置的空洞、和体积可变地收纳于所述空洞内的流动性的电介质物质。
27.一种等离子体处理方法，其使用权利要求1～26中任一项所述的等离子体处理装置，对被处理基板实施多层掩模处理的蚀刻，该等离子体处理方法的特征在于：
在所述多层掩模处理的蚀刻开始之前或进行的过程中，使高频或交流电流流过所述聚焦环，使所述聚焦环发热直至期望的第一温度。
28.如权利要求27所述的等离子体处理方法，其特征在于：
在进行所述多层掩模处理的蚀刻后，接着对多层抗蚀剂的基底膜进行蚀刻的期间，将所述聚焦环冷却至期望的第二温度。
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