Камера плазменной обработки и способ обработки полупроводниковой подложки в такой камере

Камера плазменной обработки и способ обработки полупроводниковой подложки в такой камере

Реферат

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к травильным камерам с плазмой высокой плотности. Камера содержит электростатический держатель, предназначенный для удержания пластины, и расходуемые части, которые являются в высокой степени устойчивыми к травлению и в меньшей степени восприимчивы к образованию загрязнений и температуру которых можно регулировать, что является техническим результатом изобретения. Расходуемые части содержат вкладыш камеры, имеющий нижнюю секцию крепления, и стенку, которая сконфигурирована таким образом, что она окружает электростатический держатель. Расходуемые части также включают держатель вкладыша, имеющий нижний выступ, гибкую стенку и верхний выступ. Гибкая стенка сконфигурирована таким образом, что она окружает внешнюю поверхность стенки вкладыша камеры, при этом гибкая стенка держателя вкладыша расположена на некотором расстоянии от стенки вкладыша камеры. Нижний выступ держателя вкладыша сконфигурирован так, что он находится в прямом тепловом контакте с нижней секцией держателя вкладыша камеры. Кроме того, отражательное кольцо представляет собой расходуемую часть и может устанавливаться с обеспечением теплового контакта со вкладышем камеры и держателем вкладыша. 2 с. и 22 з.п.ф-лы, 8 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к изготовлению подложек полупроводниковых микросхем, и в частности к травильным камерам с плазмой высокой плотности, материал вкладышей которых снижает загрязнение продукта частицами и металлами во время обработки, а также к соответствующим структурам вкладышей камеры.

Известный уровень техники

Поскольку физические размеры и рабочие напряжения интегральных схем постоянно уменьшаются, производственные процессы, связанные с их изготовлением, становятся все более чувствительными к загрязнениям частицами и металлами. В соответствии с этим при современном производстве интегральных микросхем, имеющих малые физические размеры, требуется, чтобы степень загрязнения частицами и металлами была меньше уровня, который раньше рассматривался как приемлемый.

Обычно производство интегральных микросхем (в виде пластин) включает использование плазменных травильных камер, в которых можно вытравливать отдельные слои, определяемые фоторезистивной маской. Камеры для обработки сконфигурированы таким образом, что в них могут подаваться технологические газы (то есть травильные химические реагенты) при одновременном приложении высокочастотной энергии на один или большее количество электродов камеры для обработки. Давление внутри камеры для обработки также контролируется в соответствии с условиями конкретного процесса. После подачи требуемой высокочастотной энергии на электрод (электроды) технологические газы в камере активизируются так, что создается плазма. Плазма при этом имеет параметры, необходимые для выполнения требуемого травления выбранных слоев полупроводниковой пластины.

Обычно камера для обработки, которая используется для травления материалов, таких как оксиды кремния, требует приложения энергии относительно высокого уровня для достижения желательного результата травления по сравнению с другими пленками, вытравливаемыми во время производства. Такие оксиды кремния включают, например, выращенную термически двуокись кремния (SiO₂), TEOS, PSG, BPSG, USG (беспримесное стекло с покрытием, полученным методом центрифугирования), LTO и т.д. Необходимость приложения энергии высокого уровня возникает из-за того, что требуется бомбардировать и разрывать прочные связи пленки оксидов кремния и инициировать химические реакции для формирования летучих продуктов травления. Эти камеры поэтому называются "камеры для травления оксидов плазмой высокой плотности", которые позволяют производить плазму высокой плотности для формирования плотного потока ионов на пластину и для достижения высокой скорости травления при низких давлениях газа.

Хотя камеры для травления оксидов плазмой высокой плотности хорошо выполняют свою функцию травления требуемых поверхностей пластины, внутренние поверхности травильной камеры также подвержены воздействию значительной энергии ионов. Поэтому материал, из которого изготовлены внутренние поверхности травильной камеры, эродирует под воздействием ионной бомбардировки в результате физического или химического распыления, в зависимости от состава материала и состава травильного газа.

Учитывая, что внутренние поверхности травильной камеры подвергаются воздействию плазмы высокой плотности, современные камеры конструируют таким образом, что в них можно использовать простые футеровочные части, такие как диски, кольца и цилиндры. Поскольку эти части сконфигурированы таким образом, что они могут ограничивать плазму в зоне обрабатываемой пластины, эти части непрерывно подвергаются воздействию рабочей энергии плазмы. Вследствие такого внешнего воздействия эти части, в конечном счете, эродируют или на них накапливаются полимеры, что приводит к необходимости их замены или тщательной очистки. В конечном счете, все части изнашиваются до такой степени, что они больше не могут использоваться. Такие детали поэтому называются "расходуемыми". Соответственно, если срок службы детали будет коротким, то затраты на расходуемые детали будут высокими (то есть будет высокое значение отношения стоимость детали/срок службы детали).

Поскольку эти детали являются расходуемыми, желательно, чтобы их поверхности были устойчивыми к энергии плазмы, что, таким образом, позволило бы уменьшить затраты на расходуемые детали. Попытки, сделанные в известном уровне техники для снижения затрат на расходуемые детали, включали производство этих частей из оксида алюминия (Аl₂O₃) и кварцевых материалов. Хотя эти материалы в определенной степени устойчивы к воздействию энергии плазмы, в камерах для травления оксидов плазмой высокой плотности, бомбардировка ионами плазмы определяет нижние уровни загрязнения при производстве (например, загрязнения частицами и загрязнения металлическими примесями), которые должны быть меньше допустимого уровня. Например, если поверхность расходуемой детали выполнена из оксида алюминия (то есть, из глинозема), когда плазма бомбардирует эти поверхности, алюминий будет освобождаться и затем смешиваться с плазмой, которая формируется над пластиной. При этом некоторое количество алюминия будет внедряться в органический полимер, который осаждается на пластину во время травления и на поверхности расходуемых частей (то есть, таких элементов камеры, как вкладыш, крышка и т.п.). Когда это происходит, может оказаться невозможным полностью удалить полимер с поверхности расходуемых частей во время обычной плазменной очистки на месте или при выполнении этапа "озоления". Таким образом, хрупкая отслаивающаяся пленка или порошкообразное покрытие, которое содержит углерод, алюминий, кислород и фтор (С, Аl, О и F), остаются после плазменной очистки на месте, что приводит к образованию высокой концентрации загрязняющих частиц. Алюминий, осаждаемый на подвергаемых вытравливанию структурах и пленках кремниевой подложки, может привести к снижению эффективности работы изготовляемых устройств, например может вызвать повышение тока утечки элементов DRAM (динамических ОЗУ).

Как было указано выше, в качестве материала для изготовления внутренних поверхностей расходуемых частей также используется кварц. Однако кварцевые поверхности оказались нежелательным источником частиц из-за низкой теплопроводности кварца и высокой скорости вытравливания в условиях плазмы высокой плотности, используемой для вытравливания оксидов. Кроме того, из-за низкой теплопроводности кварца контроль за температурой этих частей является очень сложным. Это приводит к значительным колебаниям температуры и отслаиванию вытравливаемого полимера, осаждаемого на поверхность расходуемых частей, и поэтому вызывает нежелательное образование загрязняющих частиц. Еще один недостаток расходуемых частей из кварца состоит в том, что высокая скорость вытравливания в камерах для травления оксидов плазмой высокой плотности приводит к образованию поверхностных раковин на кварце, что затем вызывает растрескивание частиц кварца.

С учетом вышеприведенного, существует потребность в создании камер обработки плазмой высокой плотности, расходуемые части которых были бы более стойкими к эрозии и способствовали бы уменьшению уровня загрязнения поверхностей обрабатываемых пластин. Существует также потребность в расходуемых частях, предназначенных для использования в условиях плазмы высокой плотности, которые были бы способны противостоять изменениям температуры при одновременном предотвращении повреждения расходуемых частей.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение этих проблем с помощью деталей, ограничивающих плазму (т.е. расходуемых частей), которые являются стойкими к вытравливанию, обеспечивают низкий уровень загрязнения и контроль за температурой для использования в камерах плазменной обработки. Настоящее изобретение может быть воплощено различными путями, включая процесс, устройство, систему, прибор или способ. Ниже описаны несколько вариантов воплощения настоящего изобретения.

В одном из вариантов воплощения описана камера плазменной обработки, включающая электростатический держатель, предназначенный для закрепления на нем пластины, и расходуемые части, которые обладают высокой стойкостью к вытравливанию, в меньшей степени подвержены образованию загрязнений и температуру которых можно регулировать. Расходуемые части включают вкладыш камеры, имеющий нижнюю секцию крепления и стенку, которая сконфигурирована таким образом, что она окружает электростатический держатель. Расходуемые части также включают структуру держателя вкладыша, имеющую нижний выступ, гибкую стенку и верхний выступ. Гибкая стенка имеет такую конфигурацию, что она окружает внешнюю поверхность стенки вкладыша камеры, и гибкая стенка держателя вкладыша установлена на некотором расстоянии от стенки вкладыша камеры. Нижний выступ держателя вкладыша, однако, сконфигурирован таким образом, что он находится в непосредственном тепловом контакте с нижней секцией крепления вкладыша камеры. Кроме того, отражательное кольцо, которое представляет собой расходуемую часть, сконфигурировано таким образом, что оно может быть соединено со вкладышем камеры и держателем вкладыша так, что между этими деталями будет обеспечен тепловой контакт. Отражательное кольцо формирует экран для плазмы вокруг электростатического держателя. Кроме того, на верхнем выступе держателя вкладыша может быть установлен нагреватель с возможностью передачи тепла, предназначенный для передачи тепла через держатель вкладыша на вкладыш камеры и отражательное кольцо. Кроме того, конструкция имеет внешнюю опору, которая соединена с возможностью передачи тепла с охлаждающим кольцом, которое соединено с верхней пластиной камеры. Внешняя опора и охлаждающее кольцо поэтому обеспечивают точное регулирование температуры вкладыша камеры вместе с литым нагревателем. Такое точное регулирование температуры предотвращает отклонения температуры, что позволяет выполнять травление первой пластины приблизительно в таких же температурных условиях, в которых производится травление последней пластины.

В наиболее предпочтительном варианте воплощения расходуемые части включают вкладыш камеры и отражательное кольцо, которые целиком изготовлены или имеют покрытие из материала, выбираемого из карбида кремния (SiC), нитрида кремния (Si₃N₄), карбида бора (В₄С) и/или нитрида бора (BN). При использовании этих материалов под воздействием энергии плазменного распыления образуются летучие продукты, которые, по существу, аналогичны летучим продуктам травления, получаемым во время травления поверхностных слоев пластины.

В другом варианте воплощения описана плазменная травильная камера, содержащая расходуемые части. Расходуемые части включают вкладыш камеры, имеющий нижнюю секцию крепления и цилиндрическую стенку, которая окружает центральную часть плазменно-травильной камеры. Держатель вкладыша сконфигурирован так, что он окружает вкладыш камеры. Держатель вкладыша соединен с образованием теплового контакта с нижней секцией крепления вкладыша камеры. Держатель вкладыша дополнительно содержит множество прорезей, которые разделяют держатель вкладыша на множество секторов. В предпочтительном варианте воплощения вкладыш камеры выполнен из материала, который выбирается из одного из следующих материалов: карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид бора (В₄С) и нитрид бора (BN), а держатель вкладыша изготовлен из алюминия.

В еще одном варианте воплощения изобретения описан способ использования расходуемых частей, предназначенный для использования в травильных камерах с высокой плотностью плазмы. Этот способ содержит использование вкладыша камеры, выполненного из материала, выбранного из одного из следующих материалов: карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид бора (В₄С) и нитрид бора (ВN). Вкладыш камеры может иметь стенку, которая окружает область плазмы в камере и нижнюю секцию держателя. Способ включает использование алюминиевого держателя вкладыша, который имеет нижний выступ, гибкую стенку и верхний выступ, причем в гибкой стенке и в нижнем выступе держателя вкладыша сформировано множество прорезей для обеспечения возможности расширения держателя вкладыша при повышенных температурах. Способ дополнительно содержит использование отражательного кольца из карбида кремния (SiC), нитрида кремния (Si₃N₄), карбида бора (В₄С) и/или нитрида бора (ВN). В отражательном кольце может быть выполнено множество прорезей для формирования экрана для плазмы. Способ может включать регулирование температуры вкладыша камеры через тепловой путь, проходящий через держатель вкладыша и отражательное кольцо.

В соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения камера плазменной обработки содержит вкладыш камеры и держатель вкладыша, причем держатель вкладыша включает гибкую стенку, сконфигурированную таким образом, что она окружает внешнюю поверхность вкладыша камеры, эта гибкая стенка расположена на некотором расстоянии от стенки вкладыша камеры. Для обеспечения, в случае необходимости, регулирования температуры вкладыша нагреватель может быть присоединен с образованием теплового контакта к держателю вкладыша так, что он будет передавать тепло от держателя вкладыша на вкладыш камеры. Хотя для вкладыша и держателя вкладыша могут использоваться любые подходящие материалы, держатель вкладыша предпочтительно изготавливают из гибкого алюминиевого материала, а вкладыш камеры предпочтительно содержит керамический материал.

Держатель вкладыша может иметь различные свойства. Например, гибкая стенка может иметь прорези, которые разделяют держатель вкладыша на множество секторов, которые позволяют гибкой стенке поглощать тепловые напряжения, и/или нижний выступ держателя вкладыша может быть установлен на нижней секции держателя вкладыша камеры. Если требуется, отражательное кольцо, находящееся в тепловом контакте с вкладышем камеры, и держатель вкладыша могут использоваться для формирования экрана для плазмы вокруг электростатического держателя, установленного в центральной части камеры. Вкладыш камеры и/или отражательное кольцо предпочтительно изготавливают из одного или большего количества материалов, таких как карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид бора (В₄С) и нитрид бора (BN).

Камера плазменной обработки может иметь различные свойства. Например, вкладыш камеры может иметь низкое электрическое удельное сопротивление и может быть сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечивать путь для заземления высокочастотной энергии. Если требуется, газораспределительная пластина, имеющая высокое электрическое удельное сопротивление, может быть установлена над электростатическим держателем и/или на подставке, поддерживающей фокусирующее кольцо и электростатический держатель. Газораспределительную пластину, фокусирующее кольцо и/или подставку предпочтительно изготавливают из одного или большего количества материалов, таких как карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид бора (В₄С) и нитрид бора (BN). Плазма может генерироваться в камере с помощью источника высокочастотной энергии, который обеспечивает индуктивную передачу высокочастотной энергии через газораспределительную пластину и генерирует в камере плазму высокой плотности. Источник высокочастотной энергии предпочтительно содержит плоскую антенну. Камера может использоваться для плазменной обработки полупроводниковых пластин. Например, камера может представлять собой камеру плазменного травления.

Вкладыш может иметь различные конфигурации. Например, держатель вкладыша может включать внешнюю опору, соединенную с образованием теплового контакта с нижним выступом держателя вкладыша, и внешняя опора может находиться в тепловом контакте с верхней водоохлаждаемой пластиной, установленной на камере. Держатель вкладыша может также включать верхний выступ, гибкую стенку и нижний выступ, причем в гибкой стенке и в нижнем выступе выполнено множество прорезей, которые формируют множество секторов в держателе вкладыша. Для регулирования температуры литое нагревательное кольцо может быть установлено в тепловом контакте с держателем вкладыша, причем это нагревательное кольцо содержит резистивный нагревательный элемент, который нагревает держатель вкладыша так, что обеспечивается регулирование температуры вкладыша камеры.

В соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения полупроводниковую пластину обрабатывают в камере плазменной обработки, которая содержит вкладыш камеры и держатель вкладыша, причем держатель вкладыша включает гибкую стенку, сконфигурированную так, что она окружает внешнюю поверхность вкладыша камеры, причем эта гибкая стенка расположена на некотором расстоянии от стенки вкладыша камеры, на которой размещают полупроводниковую пластину в камере и обрабатывают открытую поверхность подложки плазмой высокой плотности. Вкладыш камеры предпочтительно выполнен из керамического материала, а держатель вкладыша предпочтительно включает внешнюю опору, проходящую между держателем вкладыша и терморегулируемой частью камеры, внешняя опора имеет такие размеры, которые позволяют минимизировать отклонение температуры вкладыша камеры во время последовательной обработки партии полупроводниковых пластин. После обработки заранее определенного количества полупроводниковых пластин, в процессе обработки, керамический вкладыш предпочтительно удаляется из камеры и заменяется другим керамическим вкладышем. Кроме того, вкладыш камеры может иметь входное отверстие для пластин, которое позволяет помещать пластину в камеру.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания при рассмотрении его совместно с прилагаемыми чертежами, которые представляют собой иллюстрацию примера осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет легко понять из приведенного ниже подробного описания, рассматриваемого совместно с прилагаемыми чертежами. Для упрощения описания одинаковые номера ссылки обозначают одинаковые структурные элементы.

На фигуре 1 изображена травильная камера с плазмой высокой плотности в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигурах 2А-2С более подробно изображено отражательное кольцо в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 3А подробно изображен поперечный разрез держателя вкладыша в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 3В изображен вид сбоку держателя вкладыша по стрелке А в поперечном разрезе по фигуре 3А в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 3С показан изгиб держателя вкладыша, когда он подвергается температурным напряжениям в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 4 изображено, как вкладыш камеры собирается с держателем вкладыша в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 5А показан частичный вид в поперечном разрезе вкладыша камеры, держателя вкладыша и отражательного кольца, которые собраны в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 5В изображен вид сбоку внешней опоры в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 6 изображен трехмерный вид в сборе вкладыша камеры, отражательного кольца и держателя вкладыша в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения;

на фигуре 7 изображен другой трехмерный вид в сборе вкладыша камеры, держателя вкладыша и отражательного кольца в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения и

на фигуре 8 изображен трехмерный вид с покомпонентным представлением деталей травильной камеры с плазмой высокой плотности по фигуре 1 в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание предпочительных вариантов воплощения

Настоящее изобретение направлено на одну или большее количество частей, ограничивающих плазму (т.е. расходуемых частей с регулируемой температурой, низким уровнем выделяемых загрязнений и высокой устойчивостью к травлению), предназначенных для использования в камерах плазменной обработки. Для обеспечения полного понимания настоящего изобретения описаны различные конкретные детали.

В других случаях хорошо известные операции обработки не были описаны подробно в настоящем изобретении, чтобы избежать излишнего усложнения описания.

Части, ограничивающие плазму в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно выполнены в виде, например, элементов вкладыша камеры, отражательных колец, пластин распределения газа, фокусирующих колец, держателей вкладыша и других частей без электрического привода. Эти части предпочтительно сконфигурированы так, что они, по существу, не создают загрязнений и являются устойчивыми для травления, и температура их предпочтительно регулируется без повреждения частей. Части, ограничивающие плазму, предпочтительно изготовлены из материалов, которые состоят из элементов, безвредных для устройств, изготовляемых на пластине, таких как кремний (Si), углерод (С), азот (N) или кислород (О). Таким образом, когда части, ограничивающие плазму, подвергаются бомбардировке ионами (то есть распыляются под воздействием плазмы), получаются летучие продукты, которые смешиваются с технологическими газами. Эти летучие продукты могут быть удалены из камеры с использованием вакуумного насоса и не будут осаждаться на пластину, вызывая загрязнение. В предпочтительном варианте воплощения изобретения, в котором части, ограничивающие плазму, располагаются в камере плазменного травления, такие части могут быть в большей степени стойкими к травильным газам, и ресурс этих частей может быть продлен.

Части, ограничивающие плазму, в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно изготавливают из одного или большего количества материалов, таких как карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид бора (В₄С) и нитрид бора (BN). Все эти материалы имеют требуемые характеристики в отношении высокой устойчивости к травлению, не содержат загрязняющих элементов, и их продукты травления являются летучими. В наиболее предпочтительном варианте воплощения изобретения части, ограничивающие плазму (также обозначаемые как расходуемые части) изготавливают из твердого карбида кремния (SiC), что, таким образом, уменьшает загрязнение обрабатываемой пластины металлами и/или частицами. Материал SiC, используемый для изготовления отражательного кольца 132 и вкладыша 130, предпочтительно является электропроводным, так что, когда он будет находиться в контакте с плазмой, он будет формировать хороший путь для заземления высокочастотного тока. Материал SiC с более высоким удельным сопротивлением может использоваться для газораспределительной пластины (то есть элемента, обозначенного номером 120 на фиг.1) для обеспечения возможности передачи радиочастотной энергии через нее. Как указано выше, SiC, кроме того, вытравливается с низкой скоростью под воздействием плазмы, что обеспечивает эффективность затрат при производстве расходуемой части.

Кроме того, поскольку SiC представляет собой материал высокой чистоты, загрязнение пластины в результате химического распыления SiC плазмой может быть минимизировано. Кроме того, заземленные части из SiC могут уменьшить распыление других поверхностей камеры, обеспечивая снижение потенциала плазмы и, таким образом, энергии ионной бомбардировки на все поверхности, выполненные не из карбида кремния. Этот компонент из SiC также обеспечивает очень стабильный потенциал плазмы, так что результаты травления обладают большой степенью повторяемости в пределах отдельной камеры и от камеры к камере. Для большей информации по использованию частей, ограничивающих плазму, способных снижать загрязнение при обработке плазмой высокой плотности, сошлемся на параллельно поданную заявку на американский патент №09/050902, поданную 31 марта 1998 г. под названием "Способ и устройство контроля за уровнем загрязнения для камеры плазменной обработки" ("Contamination Controlling Method and Apparatus For A Plasma Processing Chamber"). Различные варианты воплощения настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылками на фигуры 1-8.

На фигуре 1 изображена травильная камера 100 с плазмой высокой плотности в соответствии с одним из вариантов воплощения настоящего изобретения. Корпус 102 камеры показан с установленной в нем полупроводниковой пластиной, такой как кремниевая пластина 104, которая предназначена для обработки плазменным травлением. В данном варианте воплощения изобретения операция травления предпочтительно представляет собой работу с использованием плазмы высокой плотности, которая возбуждается таким образом, чтобы производить травление материалов, таких как оксиды кремния, которые могут быть сформированы на поверхности пластины 104. Плазма высокой плотности (например, плазма, имеющая плотность в пределах приблизительно 10¹¹-10¹² ионов/см³) возбуждается в камере за счет того, что в камере поддерживается относительно низкое давление, ниже приблизительно 80 мТорр и наиболее предпочтительно от 1 мТорр до 40 мТорр. Давление в камере, в общем, поддерживается с помощью соответствующего вакуумного насоса, подключенного в нижней части камеры.

Пластина 104 показана установленной на электростатическом держателе 106. Под электростатическим держателем 106 расположен нижний электрод 108, который содержит охлаждающее кольцо 110, предназначенное для регулирования температуры электростатического держателя 106. Электростатический держатель 106 ограничивается подставкой 112 и фокусирующим кольцом 114, которое окружает пластину 104. В одном варианте воплощения настоящего изобретения подставка 112 и фокусирующее кольцо 114 предпочтительно изготовлены из материала, выбранного из группы, включающей: (а) карбид кремния (SiC), (b) нитрид кремния (Si₃N₄), (с) карбид бора (В₄С) или (d) нитрид бора (BN). В наиболее предпочтительном варианте воплощения в качестве материала для подставки 112 и фокусирующего кольца 114 выбирается Si₃N₄.

В соответствии с одним из вариантов воплощения изолирующее кольцо 116, выполненное из оксида алюминия, устанавливается между алюминиевой подставкой 118 и нижним электродом 108 подставки 112, выполненной из карбида кремния. Вкладыш 130 камеры предпочтительно представляет собой цилиндрический вкладыш, который может быть прикреплен к отражательному кольцу 132. Отражательное кольцо 132, в общем, включает внутреннее кольцо 132а, которое обеспечивает хороший электрический контакт, а также хороший тепловой контакт с вкладышем 130 камеры. Отражательное кольцо 132 также имеет множество зубьев 132b, которые будут более подробно описаны со ссылкой на фигуру 2А-2С.

Над пластиной 104 расположена газораспределительная пластина 120, которая функционирует как распылительная головка для подачи химических реагентов травильного газа в камеру обработки. Над газораспределительной пластиной 120 выполнено керамическое окно 122. Над керамическим окном 122 расположена система высокочастотных катушек 128 (то есть высокочастотная антенна), которая используется для подачи высокочастотной энергии в реакторную камеру 100. Высокочастотные катушки 120 предпочтительно охлаждаются через охлаждающий канал, который расположен в центральной части системы высокочастотных катушек 128. В этом упрощенном представлении отверстие 126 подачи газа используется для подачи технологических газов в каналы, которые сформированы между керамическим окном 122 и газораспределительной пластиной 120. Для более подробной информации в отношении обрабатывающих камер можно сделать ссылку на реактор плазменного травления TCP 9100, который поставляется компанией LAM Research Corporation, г. Фремонт, штат Калифорния (Fremont, California).

Высокочастотная система 127 согласования полного сопротивления сконфигурирована таким образом, что она установлена сверху камеры обработки и создает соответствующий контакт с высокочастотными катушками 128 для управления подачей энергии, а также другими параметрами реактора. Как указано выше, керамическое окно 122 имеет такую конструкцию, что оно обеспечивает контакт с газораспределительной пластиной, которая установлена внутри верхней пластины 124. Верхняя пластина 124 формирует поверхность раздела между атмосферным давлением и требуемыми условиями вакуума внутри камеры 100 травления плазмой высокой плотности. Как будет очевидно для специалистов в данной области техники, требуемая поверхность раздела давления устанавливается путем размещения подходящего количества уплотнительных колец на границе состыковки корпуса 102 камеры, верхней пластины 124, газораспределительной пластины 120, керамического окна 122 и высокочастотной системы 127 согласования.

Держатель 134 вкладыша, кроме того, установлен внутри камеры 100 травления плазмой высокой плотности с возможностью осуществления точного управления и передачи требуемой температуры на вкладыш 130 камеры и отражательное кольцо 132. В данном варианте воплощения изобретения держатель 134 вкладыша выполнен из алюминия, что позволяет использовать его гибкость и хорошую теплопроводность. Держатель 134 вкладыша включает верхний выступ 134а, гибкую стенку 134b, нижний выступ 134с и выступ 134d держателя вкладыша. Нижний выступ 134с показан в сборе с образованием прямого теплового контакта с вкладышем 130 камеры и отражательным кольцом 132. В данном варианте воплощения изобретения гибкая стенка 134b находится на расстоянии от вкладыша 130 камеры. Нагреватель 140 может быть установлен с непосредственным тепловым контактом с верхним выступом 134а держателя 134 вкладыша. Для подачи питания и управления нагревателем 140 используется силовой контакт 142 для подключения системы 129 питания нагревателя. Держатель вкладыша поэтому позволяет осуществлять требуемое регулирование температуры, которая может передаваться на вкладыш 130 камеры и отражательное кольцо 132 без повреждения (более хрупких) вкладыша 130 камеры или отражательного кольца 132.

На чертеже также показана внешняя опора 131, которая соединена с образованием теплового контакта с нижним выступом 134с держателя 134 вкладыша. Внешняя опора также соединена с образованием теплового контакта с верхней пластиной 124, которая выполнена таким образом, что на ней может быть установлено охлаждающее кольцо 121. Как будет описано более подробно ниже со ссылками на фигуры 5А и 5В, внешняя опора 131 используется для обеспечения точного регулирования температуры вкладыша 130 камеры во время операций по обработке пластины (например, травления). Точное регулирование температуры, которое обеспечивается внешней опорой 131 и охлаждающим кольцом 121, будет поэтому предпочтительно способствовать предотвращению постепенного повышения температуры вкладыша камеры (из-за энергии плазмы).

Как указано выше, вкладыш 130 камеры и отражательное кольцо 132 предпочтительно изготовлены из чистого карбида кремния. Кроме того, газораспределительная пластина 120, фокусирующее кольцо 114 и подставка 112 также изготовлены из чистого карбида или нитрида кремния или, по меньшей мере, имеют покрытие из карбида кремния. Таким образом, по существу, все поверхности, которые ограничивают плазму высокой плотности, будут представлять собой чистый карбид кремния или будут покрыты карбидом кремния. Также могут использоваться другие материалы, которые состоят только из элементов, которые являются безвредными в отношении устройств, формируемых на обрабатываемой пластине, такие как кремний (Si), углерод (С), азот (N) или кислород, которые образуют летучие продукты травления с газами, предназначенными для травления. Таким образом, летучие продукты, образующиеся при бомбардировке внутренних поверхностей, ограничивающих плазму, будут смешиваться с избыточными газами травления, которые постоянно удаляются из камеры (с использованием вакуумного насоса или подобного устройства). Поскольку эти продукты, получаемые, когда плазма бомбардирует внутренние поверхности камеры (то есть, расходуемые части), являются летучими, они не будут осаждаться на поверхности пластины, вызывая загрязнение, и не будут внедряться в полимер, нанесенный на поверхности расходуемых частей.

На фигурах 2А-2С более подробно изображено отражательное кольцо 132 в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Как показано на фигуре 1, отражательное кольцо 132 функционирует в качестве экрана для плазмы, предназначенного для пропускания газов и побочных продуктов к вакуумному насосу, подключенному снизу камеры 102. Как показано на чертежах, отражательное кольцо 132 имеет множество зубьев 132b, которые позволяют удерживать плазму в верхней части камеры 102, где поверхности, выполненные из карбида кремния (расходуемых частей), ограничивают плазму, по существу, в зоне над пластиной 104. Отражательное кольцо 132 также имеет внешнее кольцо 132а, которое используется для создания хорошего теплового контакта с вкладышем 130 камеры.

На фигуре 2В представлено трехмерное изображение пары зубьев 132b. В общем, область открытого пространства, сформированная промежутками 132с, сконфигурирована таким образом, что она составляет в диапазоне от 50 до 70 процентов для формирования достаточного прохода для газов и побочных продуктов, которые откачиваются из камеры 102. Для формирования каждого из промежутков 132с, которые показаны на фигуре 2С, твердый материал из карбида кремния (или материал, покрытый SiC) обрабатывают на станке так, чтобы выдерживалось подходящее соотношение ширины и высоты, составляющее, по меньшей мере, 1,5 или больше. В этом примере конфигурации ширина промежутков 132с предпочтительно устанавливается равной приблизительно 0,13 дюймов (3,3 мм) и высота устанавливается равной приблизительно 0,28 дюймов (7,1 мм). Такие предпочтительные размеры составляют соотношение геометрических размеров приблизительно 2,0.

Внутренний диаметр отражательного кольца 132 в этом варианте воплощения камеры для пластины размером 200 мм выбирают равным приблизительно 10,75 дюймов (273 мм), так что зазор шириной приблизительно 1,16 дюйма (1,59 мм) формируется между кольцом и подставкой 112, показанной на фигуре 1. Однако внутренний диаметр, конечно же, может быть выбран большим, в зависимости от размера обрабатываемой пластины. Например, для пластины размером 300 мм внутренний диаметр может составлять приблизительно 14 дюймов (355,6 мм).

В альтернативных вариантах воплощения отражательное кольцо 132 может быть изготовлено таким образом, что вместо зубьев 132b будет сформировано множество отверстий или прорезей. Ко