CN108242382B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置包括：支撑晶片的静电卡盘；设置为围绕晶片的外周表面的调节环；设置为围绕调节环的外周表面的绝缘环；以及支撑调节环的下部分和绝缘环的下部分的边缘环，边缘环与静电卡盘间隔开并且围绕静电卡盘的外周表面；其中边缘环包括在其中容纳流体的流道。

Description

等离子体处理装置
技术领域
实施方式涉及等离子体处理装置。
背景技术
用于通过使用等离子体促进期望的化学反应(沉积、蚀刻等等)的系统已经被用于诸如半导体LCD和LED的产业中。
使用等离子体的系统可以包括在其中执行工艺的腔室、产生等离子体的源、保持腔室内的高真空的泵和压力控制器、以及在支撑和固定待被处理的物体的同时调整待被处理的物体的温度和等离子体能量的支撑环、静电卡盘(ESC)、和电极。调节环(focus ring)和围绕调节环的外周表面的绝缘环可以设置在待被处理的物体(例如半导体晶片)的边缘的外围。
发明内容
实施方式可以通过提供一种等离子体处理装置来实现，该等离子体处理装置包括：支撑晶片的静电卡盘；设置为围绕晶片的外周表面的调节环；设置为围绕调节环的外周表面的绝缘环；以及支撑调节环的下部分和绝缘环的下部分的边缘环，边缘环与静电卡盘间隔开并且围绕静电卡盘的外周表面；其中边缘环包括在其中容纳流体的流道。
实施方式可以通过提供一种等离子体处理装置来实现，该等离子体处理装置包括：被供给有等离子体的等离子体腔室；设置在等离子体腔室中并支撑晶片的静电卡盘；与静电卡盘间隔开的边缘环，边缘环围绕静电卡盘的外周表面并且包括在其中容纳流体的流道；围绕晶片的外周表面并且设置在边缘环上的调节环；以及用于控制在边缘环的流道中容纳的流体的供给的流体控制器，其中边缘环和静电卡盘形成电容器，并且流体控制器控制在边缘环中容纳的流体的量和温度。
实施方式可以通过提供一种等离子体处理装置来实现，该等离子体处理装置包括：晶片可支撑在其上的静电卡盘；调节环，围绕在该处晶片将被支撑的位置的外周表面；围绕调节环的外周表面的绝缘环；以及支撑调节环和绝缘环的边缘环，边缘环与静电卡盘间隔开并且围绕静电卡盘的外周表面；其中边缘环包括流体可流动通过的流道。
附图说明
通过参考附图详细描述示例性实施方式，特征对于本领域的普通技术人员来说将明显，在图中：
图1示出根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置的剖视图；
图2示出图1的A的放大剖视图；
图3示出示意图，显示了根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置中包括的边缘环的操作；
图4示出示意图，显示了根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置中包括的边缘环的操作；
图5示出示意图，显示了由根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置组成的电路；
图6示出电路图，显示了由根据图5的等离子体处理装置组成的电路；
图7示出示意图，显示了由于由根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置组成的电路的调节环(focus ring)的蚀刻而引起的状态改变；
图8示出示意图，显示了根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置的操作；
图9示出示意图，显示了根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置的操作；
图10示出示意图，显示了在根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置中包括的边缘环中提供的流道；以及
图11示出示意图，显示了根据本公开的再一个实施方式的等离子体处理装置的操作。
具体实施方式
在下文，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置将参考图1至11被描述。
图1示出根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置的剖视图。图2示出图1的A的放大剖视图。
参考图1和图2，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置可以包括支撑晶片W的静电卡盘10(例如，晶片W可支撑在其上的静电卡盘10)、围绕静电卡盘10的边缘环40、调节环20(与边缘环40接触的调节环的至少一部分)、围绕调节环20的绝缘环30、以及腔室60。
静电卡盘10可以支撑待被处理的物体，例如半导体晶片W。例如，电压可以被施加到静电卡盘10的下部分以在静电卡盘10上产生静电力。晶片W可以被放置在静电卡盘10上，例如可以通过在静电卡盘10上形成的静电力被保持在静电卡盘10上。
静电卡盘10可具有与晶片W的形状类似的形状。例如，静电卡盘10可以形成为与晶片W相同或类似的圆形形状。
在一实施例中，晶片W可以设置在静电卡盘10上使得其至少一部分在静电卡盘10的外周方向上伸出。例如，举例来说，因为由等离子体处理装置产生的等离子体可以被提供在晶片W的上表面并且可以不被提供在静电卡盘10的上表面，所以可以防止在对晶片W的等离子体处理工艺中对静电卡盘10的损坏。
静电卡盘10可以包括面对晶片W的上部分11和面对隔离器50的下部分12。如图1所示，上部分11和下部分12的直径可以彼此不同，例如下部分12的直径可以大于上部分11的直径。当下部分12的直径大于上部分11的直径时，如图1所示，静电卡盘10可以具有阶梯结构。在一实施例中，静电卡盘10的上部分11的直径可以等于静电卡盘10的下部分12的直径，因而静电卡盘10可以不包括单独的台阶，例如阶梯结构。
静电卡盘10可以支撑晶片W的下表面，并且可以冷却(将被等离子体处理的)晶片W。当等离子体被供给到晶片W上时，晶片W的表面可以被蚀刻，晶片W的表面温度可以快速地升高。如果晶片W的表面温度过度地升高，则晶片W可能变形和/或被损坏。为了帮助减少和/或防止这种现象，静电卡盘10可以被提供有冷却剂通过其流过或冷却剂通过其可流动的流道。例如，冷却剂可以流动通过流道，从而控制设置在静电卡盘10上的晶片W的表面温度。在一实施例中，例如氦(He)等可以被用于或被提供到静电卡盘10的表面上。
调节环20可以设置为围绕晶片W的外周表面。调节环可以围绕在其上设置晶片W的静电卡盘10的一部分。例如，调节环20可以围绕静电卡盘10的上部分。同时，调节环20可以覆盖静电卡盘10的下部分12的上表面的至少一部分。
调节环20可以具有环形状(例如被提供有孔)以围绕静电卡盘10。例如，当从调节环20和静电卡盘10的上表面方向看时(例如，在图1和2的平面图或者竖直向下方向)，静电卡盘10可以可插入到形成在调节环20中的孔中。
在用于处理晶片W的等离子体处理工艺期间，调节环20可以帮助使晶片W的表面膨胀。在等离子体处理工艺期间，等离子体可以集中在晶片W的端部，例如，在晶片W的外周表面或边缘。因此，干蚀刻不能被均匀地执行，并且蚀刻程度可能不平衡。因此，调节环20可以围绕晶片W的外周表面，从而使晶片W的表面面积扩大，例如使有效的等离子体处理面积扩大。在一实施例中，由于调节环20，等离子体可以不集中在晶片W的外周表面上，从而可以不发生蚀刻不平衡。在等离子体处理工艺期间，等离子体也可以被施加到调节环20的上表面，使得调节环20的一部分可以被蚀刻。在一实施例中，等离子体集中可以跨晶片W的整个表面是一致的。
为了使调节环20扩大晶片W的表面面积，调节环20可以由与晶片W中包含的材料相同的材料制成。例如，调节环20可以包含硅。
调节环20可以在对于晶片W的等离子体处理工艺期间接收一部分等离子体，调节环20的温度会升高。如上所述，静电卡盘10可以包括用于冷却晶片W的冷却剂通过其流动的流道。虽然晶片W的温度升高可以在等离子体处理工艺期间被控制，但是调节环20的上表面不能被冷却。如果调节环20的上表面的温度与晶片W的表面的温度不同(例如由于没有调节环20的上表面的冷却)，则被提供到晶片W和调节环20的表面的等离子体可能会不均衡。
根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置可以被提供有能够冷却调节环20的单独的冷却单元或冷却器，像用于冷却晶片W的冷却剂流道一样。例如，这样的冷却器可以被包括在边缘环40中。以下将描述其细节。
在一实施例中，当调节环20包含与晶片W相同的材料例如硅时，调节环20可以具有与导电体一样的电极的性质。因此，一种电容器可以形成在调节环20和等离子体腔室60内部或在调节环20和等离子体腔室60处。当调节环20在等离子体处理工艺期间被蚀刻时，调节环20的上表面的水平可以降低，并且通过调节环20和等离子体腔室60形成的电容器的电容可以改变。如果由调节环20和等离子体腔室60形成的电容器的电容改变，则晶片W的电场的分布和调节环20的上表面可以改变，因而被供给到晶片W的等离子体的分布也可以改变。
为了有助于减小和/或防止由于这样的改变引起的工艺不均衡，根据本公开的实施方式的等离子体处理装置可以控制供给到边缘环40中的流道45的流体，从而补偿调节环20与等离子体腔室60之间的电容变化。以下将描述其细节。
类似于具有阶梯结构(例如包括上部分11和下部分12)的静电卡盘10，调节环20的外周表面也可以具有台阶或阶梯结构。这样的台阶可以有助于防止提供在调节环20的上表面上的等离子体到达边缘环40。
调节环20可以经由(例如调节环20的)第一垫21连接到边缘环40。当流体被供给到边缘环40从而控制调节环20的温度时，来自调节环20的热可以通过接触边缘环40的上表面的第一垫21被提供到边缘环40。因此，第一垫21可以包含具有高导热性的材料，例如可以包含硅基粘合材料。
通过第一垫21，调节环20的下部分可以被边缘环40支撑和/或接触边缘环40。
间隙16可以形成在静电卡盘10的下部分12与调节环20之间。电容可以通过调节环20与下部分12之间的间隙16而形成在调节环20与静电卡盘10之间。以下将描述其细节。
绝缘环30可以围绕调节环20的外周表面。绝缘环30可以包含与调节环20中包含的材料不同的材料。例如，绝缘环30可以包含在等离子体处理工艺中执行的蚀刻工艺中相对于调节环20具有蚀刻抵抗力的材料。
在一实施例中，绝缘环30可以包含绝缘材料，例如当调节环20包含硅时绝缘环30可以包含石英。在一实施例中，绝缘环30具有相对于在对于晶片W的等离子体处理工艺期间提供的等离子体具有蚀刻抵抗力可以是足够的。
如上所述，调节环20可以包含与晶片W相同的材料，因而可以用作一种电极。如果调节环20的直径增大以覆盖边缘环40和支撑环35的全部上表面，则由调节环20形成的电极的面积也增大。
如果由调节环20形成的电极的面积过度地增大，则晶片W的蚀刻工艺可能由于改变在晶片W和调节环20上形成的电场的分布或尺寸而受到影响。
绝缘环30可以包含与调节环20不同的材料，例如可以包含绝缘材料。绝缘环30可以覆盖边缘环40和支撑环35的上表面，从而在一定程度上限制由调节环20形成的电极的尺寸。
在一实施例中，在对于晶片W的等离子体处理工艺期间，等离子体也可以被提供到绝缘环30的上表面。被提供有等离子体的绝缘环30的温度可以升高。类似于调节环20的情形，当绝缘环30被加热时，绝缘环30的温度可以由于晶片W的上表面的温度而不均衡，不均衡可以发生在被提供到晶片W和绝缘环30的表面的等离子体中。
因此，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置可以被提供有用于冷却绝缘环30的单独的冷却单元或冷却器，像用于冷却晶片W的冷却剂流道一样。如上所述，这种冷却器可以被包括在边缘环40中。以下将描述其细节。
绝缘环30可以具有提供有孔的环形状以围绕静电卡盘10和调节环20。当从绝缘环30和静电卡盘10的上表面方向看时(例如在图1和2的平面图中或竖直向下方向)，静电卡盘10和调节环20可以可插入绝缘环30中的孔中。
绝缘环30可以经由第二垫31连接到边缘环40。例如，通过第二垫31，绝缘环30的下部分可以被边缘环40支撑或接触边缘环40。
当流体被供给到边缘环40(从而控制绝缘环30的温度)时，来自绝缘环30的热可以通过接触边缘环40的上表面的第二垫31被提供到边缘环40。在一实施例中，第二垫31可以包含具有高导热性的材料，例如可以包含硅基粘合材料。
绝缘环30也可以被支撑环35支撑。支撑环35可以控制或支撑绝缘环30的下部分，并可以有助于防止等离子体被提供到边缘环40的侧面。如图1所示，支撑环35可以围绕边缘环40的外周表面，同时与边缘环40间隔开预定距离。在一实施例中，支撑环35可以包含相对于等离子体蚀刻气体具有蚀刻抵抗力的材料，例如石英。支撑环35可以至少部分地接触隔离器50，并且也可以被隔离器50支撑。
隔离器50可以设置在静电卡盘10、边缘环40和支撑环35之下。在一实施例中，隔离器50可以支撑静电卡盘10、边缘环40和支撑环35。
在使用根据本公开的实施方式的等离子体处理装置的等离子体处理工艺期间，RF功率可以通过第二电源90被施加到静电卡盘10。被提供到入口101中的源气体可以通过施加到静电卡盘10的RF功率与由第一电源80施加到上电极70的RF功率一起被激发成等离子体。包含在所述等离子体中的自由基和离子可以蚀刻设置在静电卡盘10上的晶片W。
隔离器50可以被通道46穿透，提供到边缘环40的流体流动通过该通道46。因此，被提供到边缘环40中的流体可以穿过一部分隔离器50。
在一实施例中，隔离器50可以包含绝缘材料，例如可以包含陶瓷。
边缘环40可以围绕静电卡盘10的外周表面。例如，如图2中所示，边缘环40可以围绕静电卡盘10的下部分12的外周表面。例如，边缘环40可以水平地交叠静电卡盘10的下部分12(例如可以与静电卡盘10的下部分12横向地相邻)。
在一实施例中，取决于调节环20和/或绝缘环30的位置，边缘环40也可以水平地交叠静电卡盘10的上部分11的至少一部分。
边缘环40可以与静电卡盘10水平地或横向地间隔开，例如在其间有间隙15。这里，‘水平方向’可以意指静电卡盘10或静电卡盘10上的晶片W的外周方向或径向方向。例如，边缘环40可以在静电卡盘10的径向方向上与卡盘10间隔开(在其间有间隙15)预定距离，从而围绕静电卡盘10的外周表面。
边缘环40可以与静电卡盘10间隔开(在其间有间隙15)，并且当等离子体处理工艺由从静电卡盘10和上电极70施加RF功率开始时，可以形成在其中边缘环40和静电卡盘10分别用作电极的电容器(图5的C1)。例如，在边缘环40和静电卡盘10之间形成的电容器(图5的C1)的电容可以取决于流动通过提供在边缘环40中的流道45的流体的温度或量而被控制。以下将描述其细节。
边缘环40可以具有环形状(例如被提供有孔)以围绕静电卡盘10。例如，当从边缘环40和静电卡盘10的上表面方向看时(例如，在图1和2的平面图或者竖直向下方向)，静电卡盘10可以可插入到边缘环40中的孔中。
调节环20可以经由第一垫21与调节环20接触(例如第一垫21可以是调节环20的一部分)。例如，调节环20可以在边缘环40上，并且可以通过第一垫21被边缘环40支撑或在第一垫21处被边缘环40支撑。第一垫21可以提供边缘环40的冷却效应到调节环20。例如，调节环20的(在等离子体处理工艺期间产生的)热可以通过第一垫21被传递到边缘环40。
绝缘环30可以经由第二垫31与绝缘环30接触(例如第二垫31可以是绝缘环30的一部分)。例如，绝缘环30可以在边缘环40上，并且可以通过第二垫31被边缘环40支撑或被第二垫31处的边缘环40支撑。第二垫31可以提供边缘环40的冷却效应到绝缘环30。例如，绝缘环30的(在等离子体处理工艺期间产生的)热可以通过第二垫31被传递到边缘环40。
在一实施例中，边缘环40与调节环20之间的接触面积和边缘环40与绝缘环30之间的接触面积可以彼此不同。例如，第一垫21的接触边缘环40的面积(例如面积的大小)和第二垫31的接触边缘环40的面积(例如面积的大小)可以彼此不同。如上所述，调节环20的材料和绝缘环30的材料可以彼此不同。因此，为了保持调节环20的温度和绝缘环30的温度在等离子体处理工艺期间彼此相等，由边缘环40提供的冷却效应(例如调节环20和绝缘环30的冷却能力)可以彼此不同。
在一实施例中，边缘环40与调节环20之间的接触面积和边缘环40与绝缘环30之间的接触面积可以彼此相等，并且第一垫21的厚度和第二垫31的厚度可以彼此不同。在一实施例中，第一垫21的厚度和第二垫31的厚度可以彼此相等，第一垫21的面积和第二垫31的面积可以彼此相等，并且第一垫21的材料和第二垫31的材料可以彼此不同。以下将描述其细节。
在一实施例中，边缘环40可以包含金属性材料。在一实施例中，边缘环40可以包含例如铝。当边缘环40包含金属性材料时，取决于被供给到边缘环40中的流道45的流体的温度或量的变化，边缘环40的体积可以相对地扩大或收缩。
(用于容纳或引导流体的)流道45可以形成在边缘环40中。在一实施例中，流道45中的流体可以是冷却剂。在一实施例中，冷却剂可以是液体或气体。在一实施例中，当冷却剂是气体时，冷却剂可以包括例如氦(He)气，并且当冷却剂是液体时，冷却剂可以包括例如水。在一实施例中，冷却剂可以是能够执行调节环20和绝缘环30的温度控制的适当的冷却剂。
冷却剂或流体可以通过泵120和121被从流体供给器(fluid supply)130供给到流道45。流体供给器130可以是容纳流体的容器。通道46可以形成在流体供给器130与流道45之间。通道46可以穿透隔离器50和边缘环40以连接流道45和流体供给器130。
在一实施例中，被供给到流道45的流体可以与被供给到静电卡盘10的冷却剂或流体相同。例如，在等离子体处理工艺期间，冷却剂或流体可以被供给到静电卡盘10从而冷却静电卡盘10上的晶片W，并且相同的冷却剂或流体也可以被供给到边缘环40中的流道45。边缘环40和静电卡盘10可以接收来自相同的流体供给器130的冷却剂或流体，并且可以冷却调节环20、绝缘环30和晶片W。
流体控制器110可以控制流体到边缘环40中的流道45的供给。例如，流体控制器110可以通过控制供应管线47上的泵120和121而控制从流体供给器130供给到流道45的流体的量。如将在以下描述的，在边缘环40和静电卡盘10之间的电容器(图5的C1)的电容可以通过调节被供给到流道45的流体的量而被调节。以下将描述其细节。
在一实施例中，流体控制器110可以控制被供给到流道45的流体的温度。被供给到流道45的流体可以在冷却状态下被流体供给器130供给到供应管线47。流体控制器110可以通过控制被供给到流道45的流体的温度而控制调节环20的温度和绝缘环30的温度。流体供给器130可以包括能够根据流体控制器110的控制来控制内部流体的温度的冷却器。在一实施例中，冷却器可以包括热电冷却器。
在一实施例中，将被供给流体的边缘环40的内部温度也可以取决于流体的温度而改变。当边缘环40的内部温度改变时，边缘环40的体积也可以改变。流体控制器110可以通过控制所提供的流体的温度和/或流体的量(例如通过控制被传递离开边缘环40的热的量)来控制边缘环40的体积膨胀或收缩以及边缘环40与静电卡盘10之间的间隙15的宽度。例如，流体控制器110可以是响应于从边缘环40接收的数据(例如温度数据)而提供电力控制信号到泵120和121的器件。
根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置可以包括提供用于对于晶片W执行等离子体处理工艺(例如干蚀刻工艺)的空间的腔室60。
腔室60可以包括可以在控制之下选择性地打开和关闭的入口101和出口100。在等离子体处理工艺中使用的源气体可以经过入口101被供给到腔室60中。通过等离子体处理工艺产生的副产物可以经过出口100排出。在一实施例中，如图1所示，一个入口101和一个出口100可以形成在腔室60中。在一实施例中，腔室60可以包括多个入口101和多个出口100。
上电极70可以围绕腔室60的上部分或可以在腔室60的上部分处。在一实施例中，七个上电极70可以布置在腔室60中。在一实施例中，上电极70的数目可以按照根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置的设计意图而改变。
上电极70可以被供给有来自第一电源80的RF功率，并且可以与下电极同步，从而将被供给到腔室60中的源气体激发成等离子体。
在一实施例中，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置可以包括在腔室60中的电场测量器。电场测量器可以在由等离子体处理装置执行的等离子体处理工艺期间测量腔室60中的电场分布和由于电场分布引起的腔室60中的等离子体分布。所测量的等离子体分布或电场分布可以被提供到流体控制器110，并且流体控制器110可以基于测量结果控制被提供到边缘环40的流体的温度或量。
图3示出显示了根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置的操作的剖视图。
参考图3，所激发的等离子体可以被供给到根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置，并且可以执行用于在晶片W上形成图案PT的蚀刻工艺。在图3中，P示意性地表示被供给到晶片W、调节环20和绝缘环30的上表面的等离子体的分布。
与等离子体的供给同时地，流体可以被供给到边缘环40中的流道45。如上所述，被供给到流道45的流体可以是冷却剂。在等离子体处理工艺期间，当冷却剂被供给到流道45时，调节环20和绝缘环30可以被冷却。
在等离子体处理工艺期间，调节环20和绝缘环30可以保持在相同的温度t1。在等离子体处理工艺中产生的副产物(B)可以附着于较低温度侧。如果产生调节环20和绝缘环30之间的温度差，则可能发生副产物B的附着的不均衡，于是这会损坏工艺期间的均匀性。因此，调节环20和绝缘环30的上表面温度可以通过被供给到边缘环40中的流道45的冷却剂而保持在相同的温度t1，从而保持均匀性。
在一实施例中，如上所述，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置中包括的调节环20和绝缘环30可以包含彼此不同的材料。因此，调节环20的热导率和绝缘环30的热导率可以彼此不同，并且调节环20和绝缘环30的上表面温度有可能没有保持在相同的温度t1。因此，为了调节环20和绝缘环30的相同的温度控制，边缘环40上的第一垫21(调节环20的第一垫21)的构造可以不同于边缘环40上的第二垫31(绝缘环30的第二垫31)的构造。
边缘环40与调节环20之间和边缘环40与绝缘环30之间的热流率(heat flowrate)Q由Q＝k×A(ΔT/L)表示(这里，k是热导率，A是第一垫21和第二垫31的面积，ΔT是边缘环40与调节环20之间以及边缘环40与绝缘环30之间的温度差，其中第一垫21接触边缘环40并且第二垫31接触边缘环40，L是第一垫21和第二垫31的厚度)。
在一实施例中，例如，如果第一垫21包含硅并且第二垫31包含石英，则硅的热导率大于石英的热导率。假设第一垫21和第二垫31具有相同的厚度，则第二垫31接触边缘环40处的第二面积可以大于第一垫21接触边缘环40处的第一面积。
在一实施例中，第一垫21接触边缘环40处的第一面积可以等于第二垫31接触边缘环40处的第二面积，并且第一垫21的厚度可以不同于第二垫31的厚度。在一实施例中，第一垫21和第二垫31可以包含具有不同热导率的材料。
边缘环40(包括流道45)可以传递第一热H1到调节环20或传递来自调节环20的第一热H1，并且提供第二热H2到绝缘环30或提供来自绝缘环30的第二热H2，从而允许调节环20和绝缘环30具有彼此不同的冷却效应。
被供给到流道45的流体可以在流道45中循环。在一实施例中，如图3所示，一个通道46可以连接到流道45。在一实施例中，流道45可以与多个通道连接，并且每个通道可以用作流体的入口或出口。
图4示出显示根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置中包括的边缘环的操作的示意图。
参考图4，根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置可以包括具有与上述类型不同的类型的边缘环140。边缘环140中可以包括两个流道145和146。在下文，交叠以上描述的那些的内容可以被省略，并且将主要描述差别。
第一流道145可以连接到第一通道112，并且可以设置为竖直地交叠调节环20(例如可以与调节环20竖直地对准)。例如，第一流道145可以设置为竖直地交叠第一垫21。被供给到第一流道145的流体可以被控制以冷却调节环20。
第二流道146可以连接到第二通道113，并且可以设置为竖直地交叠绝缘环30(例如可以与绝缘环30竖直地对准)。例如，第二流道146可以设置为竖直地交叠第二垫31。被供给到第二流道146的流体可以被控制以冷却绝缘环30。
在一实施例中，流体供给器(图1的130)可以分离地连接到第一流道145和第二流道146。
根据本实施方式的等离子体处理装置可以包括设置为竖直地交叠调节环20的第一流道145以及设置为竖直地交叠绝缘环30的第二流道146，从而分离地执行调节环20和绝缘环30的温度控制。
在根据本实施方式的等离子体处理装置中，不同类型的流体可以被供给到第一流道145和第二流道146从而执行包含彼此不同材料的调节环20和绝缘环30的温度控制。在一实施例中，具有相同类型但是不同温度的流体可以被供给到第一流道145和第二流道146。
流体控制器110可以控制在第一流道145和第二流道146中容纳的不同流体的供给。在一实施例中，流体控制器110可以控制流体供给器130以使得在第一流道145中容纳的流体的温度和在第二流道146中容纳的流体的温度彼此不同。
在一实施例中，流体控制器110也可以独立地控制调节环20的温度t2和绝缘环30的温度t3。例如，由流体控制器110控制的调节环20的温度t2和绝缘环30的温度t3可以彼此不同。
图5示出显示由根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置组成的电路的示意图，图6示出显示由图5的等离子体处理装置组成的电路的电路图。
参考图5和6，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置可以由在等离子体处理工艺中使用的等离子体形成的等离子体壳层形成电容路径250。例如，等离子体处理装置可以形成包括多个电容器C1、C2、C3和C4的电容路径250。
第一电容器C1可以形成在静电卡盘10和边缘环40之间。例如，静电卡盘10和边缘环40，其可以由金属性材料诸如铝制成，可以变成在其间具有电介质的两个电极，并且静电卡盘10和边缘环40之间的间隙15可以作为电介质组成第一电容器C1。
在由根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置进行的等离子体处理工艺期间，腔室60中的环境可以保持处于真空。因此，间隙15也可以保持在真空中，并且第一电容器C1可以由具有真空作为电介质的电容器组成。
在根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置中，第一电容器C1可以是其电容是可调节的可变电容器。例如，流体控制器110可以通过调节在边缘环40中提供的流道45中容纳的流体的温度或量而调节第一电容器C1的电容。以下将描述其细节。
第二电容器C2可以形成在静电卡盘10和调节环20之间。例如，由金属性材料诸如铝制成的静电卡盘10和包含硅的调节环20变成在其间具有保持处于真空的间隙15的两个电极，从而组成第二电容器C2。
如图5和6所示，第一电容器C1和第二电容器C2可以彼此并联连接。当第一电容器C1的电容增大时，并联连接的第一电容器C1和第二电容器C2的电容之和也可以减小。相反地，当第一电容器C1的电容减小时，第一电容器C1和第二电容器C2的电容之和也可以增大。
第三电容器C3指的是形成在调节环20和等离子体壳层PS之间的电容器。在图5中显示的等离子体壳层PS表示形成在晶片W、调节环20和绝缘环30上的电场的分布，例如等势线。示出了第三电容器C3形成在上电极70与第一和第二电容器C1和C2之间。
第三电容器C3可以与第一和第二电容器C1和C2串联连接以被包括于电容路径250中。
第四电容器C4指的是形成在晶片W和等离子体壳层PS之间的电容器。第四电容器C4可以与第三电容器(C3)或第一和第二电容器C1和C2并联连接。
从上电极70侧看到的电容路径250的总电容C由以下方程式表示。在以下方程式中，C1至C4分别指的是第一至第四电容器C1至C4的电容。
Figure BDA0001522404380000141
图7示出示意图，显示了由于由根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置组成的电路的调节环的蚀刻而引起的状态改变。
参考图7，可以执行由根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置执行的等离子体处理工艺。在这种情形下，调节环20的上表面也可能被部分地蚀刻，从而调节环20可以具有变形的上表面轮廊22。图7既显示了调节环20的变形的上表面轮廊22又显示了由于变形的上表面轮廊22而改变的等离子体分布P'和等离子体壳层PS'。
由于调节环20的变形的上表面轮廊22，可能在调节环20和等离子体壳层PS'之间的第三电容器C3'中发生改变。例如，由于调节环20的上表面轮廊22的改变，可能发生调节环20与等离子体壳层PS'之间的距离的改变，因而在调节环20与等离子体壳层PS'之间的第三电容器C3'的电容可以改变。
此外，由于第三电容器C3'的改变，在晶片W、调节环20和绝缘环30的上表面上的电场的分布可以改变。电场的分布的此改变在图7中被显示为变形的等离子体壳层PS'。等离子体壳层PS'的这样的改变可能导致在等离子体处理工艺中提供的等离子体分布P'的不均衡，并且可能发生工艺故障。
因此，根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置控制被供给到边缘环40中的流道45的流体从而补偿改变的等离子体壳层PS'。在下文，将参考图8至11描述通过被供给到流道45的流体的控制来补偿等离子体壳层PS'的方法。
图8示出示意图，显示了根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置的操作。
参考图8，在根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置中包括的边缘环40可以通过使用在边缘环40中提供的流道45中容纳的流体而补偿电容路径250的总电容。
如上所述，在流道45中容纳的流体可以便于边缘环40的温度变化以及由于边缘环40的温度变化而引起的调节环20和绝缘环30的温度变化。同时，边缘环40可以由于其自己的温度变化而经历体积收缩或扩大。
边缘环40可以在等离子体处理工艺期间被提供有第一温度的流体以冷却调节环20和绝缘环30。在这种情形下，边缘环40可以通过在流道45中容纳的流体而保持在特定温度，并且此时，边缘环40的体积将被保持。
当温度变化发生在流道45中容纳的流体中时，边缘环40被保持的温度也可能改变。边缘环40的体积的改变可以由于边缘环40的温度的改变而发生。在静电卡盘10和边缘环40之间的间隙15的宽度d1也可能由于边缘环40的体积的改变而改变。当间隙15的宽度d1改变时，第三电容器C3的电容可以改变。
例如，当边缘环40的温度变得相对较高并因而边缘环40膨胀时，间隙15的宽度d1可以减小，并且第三电容器C3的电容可以增大。
相反，当边缘环40的温度变得相对较低并因而边缘环40收缩时，间隙15的宽度d1可以增大，并且第三电容器C3的电容可以减小。
同时，从上电极70侧看到的电容路径250的总电容C也可以改变。在用于C的以上方程式中，如果第三电容器C3的电容由于边缘环40的收缩而减小，则总电容(C)可以增大。相反，如果第三电容器C3的电容由于边缘环40的膨胀而增大，则总电容C可以减小。
如上所述，为了通过等离子体处理工艺补偿总电容C的改变，可以控制被供给到流道45的流体的温度。
在一实施例中，流体的温度的控制可以通过流体控制器110执行。例如，流体控制器110可以相对地提高被供给到流道45的流体的温度以降低电容路径250中的总电容C，而可以相对地降低流体的温度以增大总电容C。
如图8所示，根据本公开的一实施方式的等离子体处理装置可以通过由流体控制器110对供给到流道45的流体的温度控制来补偿等离子体壳层PS和等离子体分布P，使得它们与调节环的上表面轮廊22的改变之前是相同的。
在一实施例中，流体控制器110可以从设置在腔室60中的电场测量器件接收变形的等离子体分布P'或等离子体壳层PS'的测量值，并且基于这些结果，可以计算边缘环40的体积的改变量和流体的温度从而补偿电容C。
图9示出显示了根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置的操作的示意图。
参考图9，类似于上述实施方式，由于在等离子体处理工艺期间供给的等离子体的影响，调节环20可以具有变形的上表面轮廊22，因而可能产生变形的等离子体壳层PS'和等离子体分布P'。
图9中显示了流道45被填充有流体。根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置可以控制流道45中的流体的量以补偿电容路径250的总电容。
图10示出示意图，显示了在根据本公开的另一实施方式的等离子体处理装置中包括的边缘环中提供的流道。
参考图10，显示了边缘环40中的流道45被部分地填充有流体。在一实施例中，如图10所示，流道45可以用液态流体填充至第一水平fd1。在一实施例中，处于真空的流道45可以用气态流体填充，在这种情形下，流体控制器110可以计算所供给的流体的体积与流道45的体积的比值以计算关于电容路径250的电容。
在根据本公开的一些实施方式的等离子体处理装置中，边缘环40可以在电容路径250上组成电容器，并且边缘环40中的流道45和流道45中容纳的流体可以组成电容器的电介质。可以理解，这个电容器与第一电容器C1串联连接。
在这种情形下，电介质的介电常数和电容器的电容可以通过调节流道45的总深度fd、流体46的水平fd1和真空部分47的深度fd2之间的比值而被控制。
图11示出示意图，显示了根据本公开的再一个实施方式的等离子体处理装置的操作。
参考图11，流体控制器110可以计算流道45中的流体的量以控制流体46与真空部分47的比值。因而，由边缘环40形成的电介质的介电常数和电容器的电容可以改变以补偿变形的第三电容器C3'和由于此变形的第三电容器C3'引起的等离子体壳层PS'以及等离子体分布P'。
在一实施例中，流体控制器110可以从设置在腔室60中的电场测量器件接收变形的等离子体分布P'或等离子体壳层PS'的测量值，并且基于这些结果，可以计算流道45中容纳的流体的量从而补偿电容C。
作为总结和回顾，半导体晶片的温度控制可以经由在等离子体处理工艺期间冷却用于使冷却剂在静电卡盘的主体内部循环的流道来执行。在这种情形下，用于控制调节环或绝缘环的温度的附加机构可以不被包括，并且调节环或绝缘环的温度能够在暴露于等离子体时快速地升高。这样的快速的温度升高会影响半导体晶片的边缘部分的蚀刻量，从而导致工艺故障。
成分，诸如在下电极和上电极之间用于产生等离子体的静电卡盘、调节环和边缘环，可以组成一个电容路径。在等离子体处理工艺进行时，可能期望的是，补偿在这样的电容路径中发生的电容改变以保持整个工艺的均匀性。
实施方式可以提供包括在其中提供的边缘环和用于容纳流体的流道的等离子体处理装置。
在此已经公开了示例实施方式，虽然采用了专用术语，但是它们仅以一般性和描述性意义被使用和解释而不用于限制。在一些情况下，如到提交本申请为止对于本领域的普通技术人员来说可能显然的是，结合具体实施方式描述的元件、特性和/或元件可以被单独地使用，或者可以与结合其它实施方式描述的特征、特性和/或元件一起使用，除非另外明确表明。因此，本领域的普通技术人员将理解，可以在形式和细节上进行各种改变，而不脱离如由权利要求书阐述的本发明的精神和范围。
2016年12月23日在韩国知识产权局提交且发明名称为“Plasma ProcessingApparatus(等离子体处理装置)”的韩国专利申请第10-2016-0177651号通过全文引用被合并于此。

Claims (16)

1.一种等离子体处理装置，包括：
支撑晶片的静电卡盘；
设置为围绕所述晶片的外周表面的调节环；
设置为围绕所述调节环的外周表面的绝缘环；
支撑所述调节环的下部分和所述绝缘环的下部分的边缘环，所述边缘环与所述静电卡盘间隔开并且围绕所述静电卡盘的外周表面；
第一垫，插置在所述调节环和所述边缘环之间并且将所述边缘环的冷却效应传递到所述调节环；以及
第二垫，插置在所述绝缘环和所述边缘环之间，将所述边缘环的所述冷却效应传递到所述绝缘环，并且与所述第一垫间隔开；以及
其中所述边缘环包括在其中容纳流体的流道，所述流体用于所述边缘环的所述冷却效应，
其中所述调节环和所述绝缘环包含彼此不同的材料，所述第一垫和所述第二垫包含具有不同热导率的材料，并且为了所述调节环和所述绝缘环的相同的温度控制，所述第一垫的厚度与所述第二垫的厚度相同并且所述第二垫接触所述边缘环的第二面积大于所述第一垫接触所述边缘环的第一面积，或者所述第一垫的所述厚度不同于所述第二垫的所述厚度并且所述第二垫接触所述边缘环的所述第二面积与所述第一垫接触所述边缘环的所述第一面积相同。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述流道包括：
设置为竖直地交叠所述调节环与所述边缘环之间的接触表面的第一流道；以及
设置为竖直地交叠所述绝缘环与所述边缘环之间的接触表面的第二流道。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其中：
所述流体包括第一流体和第二流体，所述第二流体保持在与所述第一流体被保持的温度不同的温度，
所述第一流体被容纳在所述第一流道中，以及
所述第二流体被容纳在所述第二流道中。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中：
所述流体包括冷却剂，以及
所述边缘环用所述流体冷却所述调节环和所述绝缘环。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，还包括在所述边缘环和所述静电卡盘之间的间隙，其中所述边缘环取决于所述流道中容纳的所述流体的温度而改变所述间隙的宽度。
6.一种等离子体处理装置，包括：
被供给有等离子体的等离子体腔室；
设置在所述等离子体腔室中并支撑晶片的静电卡盘；
与所述静电卡盘间隔开的边缘环，所述边缘环围绕所述静电卡盘的外周表面并且包括在其中容纳流体的流道；
围绕所述晶片的外周表面并且设置在所述边缘环上的调节环；以及
用于控制在所述边缘环的所述流道中容纳的所述流体的供给的流体控制器，
其中：
所述边缘环和所述静电卡盘形成电容器，并且
所述流体控制器控制在所述边缘环中容纳的所述流体的量和温度。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，还包括在所述边缘环和所述静电卡盘之间的间隙。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其中：
所述流体控制器供给所述流体以使所述边缘环膨胀，所述流体具有超过参考温度的温度，以及
所述间隙的宽度通过所述边缘环的膨胀而减小。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其中所述电容器的电容通过所述边缘环的所述膨胀而增大。
10.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其中所述流体控制器通过调节在所述边缘环中容纳的所述流体的量而控制所述电容器的所述电容。
11.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其中：
所述静电卡盘与由等离子体形成的等离子体壳层一起形成电容路径，以及
所述电容路径包括由所述边缘环和所述静电卡盘形成的所述电容器。
12.一种等离子体处理装置，包括：
晶片可支撑在其上的静电卡盘；
调节环，围绕所述晶片将被支撑的位置的外周表面；
围绕所述调节环的外周表面的绝缘环；以及
支撑所述调节环和所述绝缘环的边缘环，所述边缘环与所述静电卡盘间隔开并且围绕所述静电卡盘的外周表面；
第一垫，插置在所述调节环和所述边缘环之间并且将所述边缘环的冷却效应传递到所述调节环；以及
第二垫，插置在所述绝缘环和所述边缘环之间，将所述边缘环的所述冷却效应传递到所述绝缘环，并与所述第一垫间隔开，以及
其中所述边缘环包括用于所述边缘环的所述冷却效应的流体可流动通过的流道，
其中所述调节环和所述绝缘环包含彼此不同的材料，所述第一垫和所述第二垫包含具有不同热导率的材料，并且为了所述调节环和所述绝缘环的相同的温度控制，所述第一垫的厚度与所述第二垫的厚度相同并且所述第二垫接触所述边缘环的第二面积大于所述第一垫接触所述边缘环的第一面积，或者所述第一垫的所述厚度不同于所述第二垫的所述厚度并且所述第二垫接触所述边缘环的所述第二面积与所述第一垫接触所述边缘环的所述第一面积相同。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其中所述流道包括：
与所述调节环和所述边缘环之间的接触表面对准的第一流道；以及
与所述绝缘环与所述边缘环之间的接触表面对准的第二流道。
14.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其中：
所述流体包括冷却剂，以及
所述边缘环用所述流体冷却所述调节环和所述绝缘环。
15.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其中在所述等离子体处理装置的操作期间，等离子体集中跨所述晶片的整个表面是一致的。
16.如权利要求15所述的等离子体处理装置，其中响应于所述调节环和所述绝缘环被保持在相同的温度，所述等离子体集中被保持在均一的状态。
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