專利名稱：等離子體約束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用來制造半導(dǎo)體芯片、平面顯示器或者液晶顯示器的等離子體處理裝置，具體涉及一種等離子體約束裝置。
背景技術(shù)：
等離子處理裝置利用真空反應(yīng)室的工作原理進(jìn)行半導(dǎo)體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應(yīng)室的工作原理是在真空反應(yīng)室中通入含有適當(dāng)刻蝕劑或淀積源氣體的反應(yīng)氣體，然后再對該真空反應(yīng)室進(jìn)行射頻能量輸入，以激活反應(yīng)氣體，來點(diǎn)燃和維持等離子體，以便分別刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上淀積材料層，進(jìn)而對半導(dǎo)體基片 和等離子平板進(jìn)行加工。舉例來說，電容性等離子體反應(yīng)器已經(jīng)被廣泛地用來加工半導(dǎo)體基片和顯示器平板，在電容性等離子體反應(yīng)器中，當(dāng)射頻功率被施加到二個電極之一或二者時，就在一對平行電極之間形成電容性放電。等離子體是擴(kuò)散性的，雖然大部分等離子體會停留在一對電極之間的處理區(qū)域中，但部分等離子體可能充滿整個工作室。舉例來說，等離子體可能充滿真空反應(yīng)室下方的處理區(qū)外面的區(qū)域(比如，排氣區(qū)域)。若等離子體到達(dá)這些區(qū)域，則這些區(qū)域可能隨之發(fā)生腐蝕、淀積或者侵蝕，這會造成反應(yīng)室內(nèi)部的顆粒玷污，進(jìn)而降低等離子處理裝置的重復(fù)使用性能，并可能會縮短反應(yīng)室或反應(yīng)室零部件的工作壽命。如果不將等離子體約束在一定的工作區(qū)域內(nèi)，帶電粒子將撞擊未被保護(hù)的區(qū)域，進(jìn)而導(dǎo)致半導(dǎo)體基片表面雜質(zhì)和污染。因此，業(yè)界一直不斷地致力于產(chǎn)生被約束在處理區(qū)的因而更為穩(wěn)定的等離子體。現(xiàn)有的一種思路是使用約束環(huán)來約束等離子體，例如，美國專利5534751描述了一種腔室結(jié)構(gòu)，該腔室通過緊密排列形成窄縫隙的由絕緣材料制成的約束環(huán)抑止等離子體擴(kuò)散。這些窄縫隙被設(shè)置成具有相同大小的寬度和深度(因而也具有相同的深寬比)，以實(shí)現(xiàn)均勻地排氣。當(dāng)帶電粒子，如離子或者電子通過窄縫隙時，他們中的大部分會撞擊到約束環(huán)的表面進(jìn)而防止等離子體的擴(kuò)散。此外，美國專利6178919公開了另外一種等離子體反應(yīng)器中的多孔的等離子體密封環(huán)，該等離子體密封環(huán)將離子體反應(yīng)器的反應(yīng)腔分隔為處理區(qū)域和排氣區(qū)域，該等離子體密封環(huán)由導(dǎo)電材料制成，環(huán)上設(shè)置有若干通孔以允許處理過程中的副產(chǎn)品氣體通過這些通孔由處理區(qū)域排出至排氣區(qū)域，這些通孔具有相同的深寬比，并且各通孔的直徑大小相同，以實(shí)現(xiàn)均勻地排氣，此導(dǎo)電的密封環(huán)被設(shè)置成接地，在等離子體處理過程中可以使等離子體中的電子通過該接地的密封環(huán)被導(dǎo)入大地，使等離子體中的電子從處理反應(yīng)器中移除，因而降低等離子體的密度，以增強(qiáng)處理區(qū)內(nèi)的離子密度。但是，由于在等離子體處理過程中，使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體是通過等離子體約束裝置上設(shè)置的通孔而被排出反應(yīng)區(qū)域。然而，使用前述等離子體約束裝置也會對工藝和生產(chǎn)效率產(chǎn)生一些不利的影響，等離子體約束裝置為了實(shí)現(xiàn)將等離子體約束在反應(yīng)腔內(nèi)，必須使設(shè)置于其上的通孔具有一定的深寬比，但該具有一定的深寬比的狹長通孔卻使得使用過的副反應(yīng)氣體在排出處理區(qū)時受狹長通孔的阻擋而速度被減慢。[0007]如圖I所示，等離子體密封環(huán)上采用直徑大小相同通孔時，由于邊界效應(yīng)的影響，等離子體密封環(huán)內(nèi)外徑處的通孔中反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體流通的孔流速較小，導(dǎo)致等離子體密封環(huán)上通孔中導(dǎo)通流出的使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體流速較慢，大大降低了排氣的效率，進(jìn)而導(dǎo)致多余的作用過的副反應(yīng)氣體過多時間地留存在反應(yīng)腔內(nèi)，稀釋了反應(yīng)氣體。同時穿過等離子體密封環(huán)中間區(qū)域通孔的氣體會經(jīng)過反應(yīng)腔內(nèi)分布有等離子體濃度較高的區(qū)域，而穿過等離子體密封環(huán)兩邊內(nèi)外徑區(qū)域通孔的氣體會經(jīng)過分布等離子體濃度較低的區(qū)域，導(dǎo)致在通過通孔導(dǎo)出氣體的同時帶走了較多的等離子體，進(jìn)ー步稀釋了反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體，降低了エ藝反應(yīng)的效率，并且這些使用過的反應(yīng)氣體和副反應(yīng)氣體也會在被處理的基片和反應(yīng)腔室的零部件上產(chǎn)生沉積形成聚合物，影響被處理基片的器件功能和使反應(yīng)腔產(chǎn)生污染，不可避免地増加清潔反應(yīng)腔的時間，降低了生產(chǎn)效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型公開了ー種等離子體約束裝置，該等離子體約束裝置不僅能將等離子體約束在處理區(qū)域內(nèi)，減少因等離子體擴(kuò)散而引起的反應(yīng)腔污染問題，而且可以大大増加反應(yīng)腔的排氣效率，減少使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體停留在反應(yīng)腔內(nèi)的時間?！?br> ·[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種等離子體約束裝置，其設(shè)置于等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，該等離子體約束裝置包含環(huán)形本體，該環(huán)形本體上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道；其特點(diǎn)是，該環(huán)形本體沿其徑向由內(nèi)徑向外徑依次分為內(nèi)徑區(qū)域、中間區(qū)域和外徑區(qū)域；分布在環(huán)形本體內(nèi)徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開ロ大小大于分布在中間區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開ロ大小，分布在外徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開ロ大小大于分布在中間區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開ロ大小。上述的環(huán)形本體為一等離子密封環(huán)，其上設(shè)有導(dǎo)氣通道，該導(dǎo)氣通道為若干通孔；分布在等離子密封環(huán)內(nèi)徑區(qū)域的通孔的直徑大于分布在中間區(qū)域的通孔的直徑，分布在外徑區(qū)域的通孔的直徑大于分布在中間區(qū)域的通孔的直徑。上述等離子約束裝置設(shè)置于等離子體處理裝置的下電極基座和反應(yīng)腔的內(nèi)側(cè)壁之間，若干個通孔沿水平方向相互平行間隔設(shè)置。上述的環(huán)形本體包含相互間隔設(shè)置并形成若干個環(huán)形槽的若干個同心環(huán)，其導(dǎo)氣通道為所述環(huán)形槽；內(nèi)徑區(qū)域中所形成的若干環(huán)形槽的寬度大于中間區(qū)域中所形成的若干環(huán)形槽的寬度；外徑區(qū)域中所形成的若干環(huán)形槽的寬度大于中間區(qū)域中所形成的若干環(huán)形槽的寬度。上述的等離子約束裝置設(shè)置于等離子體處理裝置的下電極基座和反應(yīng)腔的內(nèi)側(cè)壁之間，若干個同心環(huán)圍繞該下電極基座設(shè)置，并沿水平方向相互間隔形成平行的環(huán)形槽。上述環(huán)形本體采用金屬材料制成。上述環(huán)形本體至少在接觸或靠近等離子體處理裝置內(nèi)的等離子體的表面涂覆有可以抵抗處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的等離子體腐蝕的材料。上述等離子體約束裝置在等離子體處理過程中電接地。上述等離子體約束裝置在等離子體處理過程中電浮地。上述環(huán)形本體采用石英材料或碳化硅或氮化硅制成。一種等離子體處理裝置，其包含[0020]反應(yīng)腔；一對相互平行設(shè)置的上電極和下電極，設(shè)置于所述反應(yīng)腔內(nèi)，所述上電極與下電極之間構(gòu)成一處理區(qū)域；等離子體約束裝置，其設(shè)置于等離子體處理裝置的處理區(qū)域的外側(cè)，等離子約束裝置包含環(huán)形本 體，該環(huán)形本體上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道；其特點(diǎn)是，環(huán)形本體沿其徑向由內(nèi)徑向外徑依次分為內(nèi)徑區(qū)域、中間區(qū)域和外徑區(qū)域；分布在環(huán)形本體內(nèi)徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小大于分布在中間區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小，分布在外徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小大于分布在中間區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小。上述等離子約束裝置設(shè)置于等離子體處理裝置的下電極基座和反應(yīng)腔的內(nèi)側(cè)壁之間，若干個導(dǎo)氣通道沿水平方向相互間平行且間隔設(shè)置。本實(shí)用新型等離子體約束裝置和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，對于同一個等離子體約束裝置內(nèi)用于限制等離子體的環(huán)形本體而言，不同導(dǎo)氣通道流過的氣體流量近似于該導(dǎo)氣通道的開口大小成正比，例如導(dǎo)氣通道為圓形的通孔，則該通孔的氣體流量近似于該通孔的直徑四次方成正比；又或者不同環(huán)形槽流過的氣體流量近似與該環(huán)形槽的槽寬的立方及槽的中心線直徑成正比，因而本實(shí)用新型中外徑區(qū)域與內(nèi)徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小要大于中間區(qū)域的開口大小的結(jié)構(gòu)，使得外徑區(qū)域和內(nèi)徑區(qū)域中導(dǎo)氣通道通過的氣體比中間區(qū)域多，實(shí)現(xiàn)等離子體約束裝置導(dǎo)流通過的氣體流量比現(xiàn)有技術(shù)中槽寬均勻分布的等離子體約束裝置高；本實(shí)用新型外徑區(qū)域與內(nèi)徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小要大于中間區(qū)域的開口大小，這種結(jié)構(gòu)使等離子體約束裝置中與反應(yīng)腔中等離子分布密度較小區(qū)域相對應(yīng)的外徑區(qū)域和內(nèi)徑區(qū)域處的導(dǎo)氣通道流過更多氣體，而使與從等離子分布密度較高區(qū)域相對應(yīng)的中間區(qū)域流過的氣體流量減小或不提升或微小提升，整體上在提升離子體約束裝置導(dǎo)流的同時不等幅度提高反應(yīng)腔內(nèi)等離子體由于氣體流出而導(dǎo)致的泄漏，保證同樣導(dǎo)流的同時具有較小的等離子體泄漏，或在氣體流量提升的情況下也具有較小的等離子體泄漏，保證了工藝反應(yīng)的效率。

圖I為現(xiàn)有技術(shù)中離子體約束裝置上通孔導(dǎo)通氣體的流量分布圖；圖2為配置有本實(shí)用新型等離子體約束裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所示虛線14部分所示的等離子體約束裝置的俯視圖；圖4為本實(shí)用新型等離子體約束裝置的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4所示剖面線A-A處本實(shí)用新型等離子體約束裝置的剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，具體說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。本實(shí)用新型公開了一種等離子體約束裝置，其不僅能有效地將等離子體約束在等離子體處理裝置的處理區(qū)域內(nèi)，減少因等離子體擴(kuò)散而引起的處理腔室污染問題，而且可以大大增加處理腔室的排氣效率，減少使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體停留在反應(yīng)腔內(nèi)的時間，同時也有效減少了反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的泄漏，在提高使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體排氣效率的同時，也保持反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的濃度，保證了エ藝反應(yīng)的效率。為了解決前述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，發(fā)明人經(jīng)過大量的研究和實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，一方面，為了較佳地將等離子體約束在處理區(qū)域內(nèi)，需要將等離子體約束裝置的導(dǎo)氣通道的開ロ大小設(shè)置得越小越好(在導(dǎo)氣通道的深度一定吋)，而另外一方面，等離子體約束裝置的排氣能力與導(dǎo)氣通道的開ロ大小成反比，這根據(jù)所需的排氣效率來設(shè)置其導(dǎo)氣通道最小的開ロ大小，排氣量的大小主要在于直徑的變化，深寬比的影響較小。并且，在等離子體處理過程中，等離子體會延伸擴(kuò)散，進(jìn)而分布于等離子體約束裝置的上游側(cè)(即，靠近處理區(qū)域的ー側(cè))表面，并且等離子體密度會在等離子體約束裝置的上表面沿以被處理基片的中心為圓心沿徑向方向向外逐漸衰減。換言之，對于分布在等離子體約束裝置上表面的等離子體而言，在越靠近半導(dǎo)體基片或下電極外邊緣的位置，等離子體密度越高；在越遠(yuǎn)離半導(dǎo)體基片或下電極外邊緣的位置，等離子體的密度越低。根據(jù)等離子體在徑向分布這ー特性，本實(shí)用新型提供一種優(yōu)化的、具有變深寬比和變導(dǎo)氣通道開ロ大小的等離子體約束裝置，同時平衡了等離子體約束的需求和高排氣能力的需求，其不僅有效地將等離子體約束在處理區(qū)域內(nèi)，而且可以使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體能快速地離開反應(yīng)腔。如圖2所示，為配置有本實(shí)用新型等離子體約束裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。等離子體處理裝置I包含反應(yīng)腔11，反應(yīng)腔11基本上為柱形，且反應(yīng)腔11側(cè)壁基本上豎直，反應(yīng)腔11內(nèi)具有相互平行設(shè)置的上電極12a和下電極12b，等離子體處理裝置I還包含一基座12c，該下電極12b設(shè)置在基座12c上。通常，在上電極12a與下電極12b之間的區(qū)域2為處理區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)將形成和維持等離子體3。在下電極12b上方放置待要加工的エ件4，該エ件4可以是待要刻蝕或加工的半導(dǎo)體基片或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板。反應(yīng)氣體從反應(yīng)腔11的上方的氣體注入ロ(圖中未顯示)被輸入至反應(yīng)腔11內(nèi)，ー個或多個射頻電源5a可以被單獨(dú)地施加在下電極12b上或同時被分別地施加在上電極12a與下電極12b上，再通過射頻匹配器5b將射頻功率輸送到下電極12b上或上電極12a與下電極12b上,從而在反應(yīng)腔11內(nèi)部產(chǎn)生大的電場。大多數(shù)電場線被包含在上電極12a和下電極12b之間的處理區(qū)域2內(nèi)，此電場對少量存在于反應(yīng)腔11內(nèi)部的電子進(jìn)行加速，使之與輸入的反應(yīng)氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導(dǎo)致反應(yīng)氣體的離子化和等離子體的激發(fā)。反應(yīng)氣體的中性氣體分子在經(jīng)受這些強(qiáng)電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極12b方向加速，與被處理的エ件4中的中性物質(zhì)結(jié)合，激發(fā)エ件4加工，即刻蝕、淀積等。本實(shí)用新型等離子體約束裝置設(shè)置于等離子體處理裝置I的處理區(qū)域2與排氣區(qū)域7之間，用于使反應(yīng)腔11內(nèi)的等離子體被基本約束在處理區(qū)域2內(nèi)，而不會延伸至排氣區(qū)域7內(nèi)，而造成排氣區(qū)域7內(nèi)的腔室污染。該排氣區(qū)域7與一個排氣裝置80相連通，通過排氣裝置80將反應(yīng)腔11內(nèi)的使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體抽出去。更具體地，在圖I所示的實(shí)施方式中，等離子體約束裝置設(shè)置于反應(yīng)腔11的內(nèi)側(cè)壁Ila與下電極12b的基座12c的外周圍40之間的間隙9內(nèi)，該等離子體約束裝置包含有環(huán)形本體8，該環(huán)形本體8用于將等離子體約束在反應(yīng)腔11的處理區(qū)域2內(nèi)，該環(huán)形本體8上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道，導(dǎo)氣通道用于將反應(yīng)腔11內(nèi)的使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體排出。如圖3所示，為本實(shí)用新型等離子約束裝置的一種實(shí)施方式。圖3顯示的是圖2中虛線14部分所示的等離子體約束裝置的結(jié)構(gòu)的俯視圖。等離子約束裝置包含一個環(huán)形本、體8，該環(huán)形本體8為一個等離子密封環(huán)，該等離子密封環(huán)的寬度與反應(yīng)腔11的內(nèi)側(cè)壁Ila與下電極12b的基座12c的外周圍40之間的間隙9相適配，等離子密封環(huán)的內(nèi)徑與下電極12b的基座12c的外周圍40緊貼設(shè)置，同時該等離子密封環(huán)的外徑與反應(yīng)腔11的內(nèi)側(cè)壁Ila緊貼設(shè)置，等離子密封環(huán)使反應(yīng)腔11內(nèi)處理區(qū)域2與排氣區(qū)域7密封分隔。等離子密封環(huán)上設(shè)有若干個導(dǎo)氣通道，該導(dǎo)氣通道為若干個通孔84。該通孔84貫穿等離子密封環(huán)的上下表面，反應(yīng)腔11內(nèi)的使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體通過通孔84由反應(yīng)腔11內(nèi)處理區(qū)域2排放至排氣區(qū)域7。各通孔84沿等離子密封環(huán)水平方向相間隔且相互平行設(shè)置。該等離子密封環(huán)沿其徑向由中心向外依次分為三個區(qū)域內(nèi)徑區(qū)域81、中間區(qū)域82和外徑區(qū)域83。該等離子密封環(huán)上的通孔84分別分布在該三個區(qū)域中。其中，設(shè)置在內(nèi)徑區(qū)域81內(nèi)的通孔84的直徑大于設(shè)置在中間區(qū)域82內(nèi)的通孔84的直徑。而設(shè)置在外徑區(qū)域83內(nèi)的通孔84的直徑也大于設(shè)置在中間區(qū)域82內(nèi)的通孔84的直徑。應(yīng)當(dāng)說明的是，本實(shí)施例中影響氣體流量和有效約束等離子體的因素主要在于通 孔84的直徑的變化，深寬比的影響較小。本實(shí)施例中，增大等離子密封環(huán)內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83內(nèi)通孔84的直徑，由于一通孔流過的氣體流量近似與該通孔直徑四次方成正比，上述結(jié)構(gòu)提高了等離子密封環(huán)內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83處使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體的流通量，從而相比現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)有孔徑相等的通孔的等離子約束裝置相比，其提高了等離子約束裝置的氣體流通量。同時根據(jù)反應(yīng)腔11內(nèi)邊界效應(yīng)的影響，等離子密封環(huán)上其中間區(qū)域82等離子體的分布密度高，而內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83的等離子體分布密度低，即等離子密封環(huán)上中間區(qū)域82內(nèi)通孔84所在區(qū)域等離子體濃度較高，而等離子密封環(huán)上內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83內(nèi)通孔84所在區(qū)域等離子體濃度較低。所以本實(shí)施例中增大內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83內(nèi)通孔84的孔徑，而不增大中間區(qū)域82內(nèi)通孔84的孔徑，或者采用減小中間區(qū)域82內(nèi)通孔84的孔徑。在整體上提高等離子約束裝置導(dǎo)流使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體流量的同時，實(shí)現(xiàn)不等幅度提高等離子體隨使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體一起排出處理區(qū)域
2所導(dǎo)致的等離子體泄漏，或與現(xiàn)有技術(shù)采用相等孔徑通孔的等離子約束裝置相比，在保證等同的氣體流量的情況下，具有較小的等離子體泄漏。如圖4并結(jié)合圖5所示，為本實(shí)用新型等離子約束裝置的另一種實(shí)施例。等離子約束裝置的環(huán)形本體8包含相互間隔設(shè)置并形成任意多個環(huán)形槽86a、86b、86c的若干個同心環(huán)85。該若干個同心環(huán)85圍繞下電極基座12c設(shè)置，豎直地相互間隔開，相鄰的環(huán)與環(huán)之間形成環(huán)形槽。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本實(shí)施例說明了一種經(jīng)過優(yōu)化的、具有變深寬比和變通道寬的等離子體約束裝置。環(huán)形本體8沿其徑向由中心向外依次分為三個區(qū)域內(nèi)徑區(qū)域81、中間區(qū)域82和外徑區(qū)域83。環(huán)形本體8的內(nèi)徑與下電極12b的基座12c的外周圍40緊貼設(shè)置，同時該等離子密封環(huán)的外徑與反應(yīng)腔11的內(nèi)側(cè)壁Ila緊貼設(shè)置，等離子密封環(huán)使反應(yīng)腔11內(nèi)處理區(qū)域2與排氣區(qū)域7密封分隔。設(shè)置在內(nèi)徑區(qū)域81內(nèi)的同心環(huán)85所形成的環(huán)形槽86c的寬度大于設(shè)置在中間區(qū)域82內(nèi)的同心環(huán)85所形成的環(huán)形槽86b的寬度，等離子約束裝置的內(nèi)徑區(qū)域81內(nèi)所形成的環(huán)形槽86c的深寬比小于中間區(qū)域82內(nèi)所形成的環(huán)形槽86b的深寬比。設(shè)置在外徑區(qū)域83內(nèi)的同心環(huán)85所形成的環(huán)形槽86a的寬度大于設(shè)置在中間區(qū)域82內(nèi)的同心環(huán)85所形成的環(huán)形槽86b的寬度，等離子約束裝置的外徑區(qū)域83內(nèi)所形成的環(huán)形槽86a的深寬比小于中間區(qū)域82內(nèi)所形成的環(huán)形槽86b的深寬比。上述的每ー環(huán)形槽的深寬比是指環(huán)形槽在豎直方向的高度或深度與相鄰兩個環(huán)之間形成的通道沿徑向方向的寬度之間的比值。為了不影響等離子體約束裝置整體的約束效果，優(yōu)選地，每ー個環(huán)形槽的深寬比至少為5:1，具有這種深寬比的環(huán)形槽能使從處理區(qū)域2內(nèi)離開的來自 等離子體的帶電粒子在離開此環(huán)形槽時，必須移動的距離大于該帶電粒子的平均自由程，使得從處理區(qū)域中排出的用過的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體中的絕大部分帶電粒子在通過這些環(huán)形槽86a、86b、86c時至少要與這些環(huán)形槽的側(cè)壁碰撞一次,這些碰撞將帶電粒子上的電荷中和，使得碰撞后離開環(huán)形槽的粒子都是中性的。結(jié)果是，使得在處理區(qū)以外的帶電粒子數(shù)被大大減少，排出的氣體不會使等離子體的放電延伸到處理區(qū)外的空間，處理區(qū)外的放電的趨勢將大大減少，從而基本上消除空間以外的放電現(xiàn)象。同時根據(jù)反應(yīng)腔11內(nèi)邊界效應(yīng)的影響，等離子體約束裝置上其中間區(qū)域82所在處等離子體的分布密度高，而內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83所在處的等離子體分布密度低，即等離子密封環(huán)上中間區(qū)域82內(nèi)通孔84所在區(qū)域等離子體濃度較高，而等離子密封環(huán)上內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83內(nèi)通孔84所在區(qū)域等離子體濃度較低。所以本實(shí)施例中增大設(shè)置在內(nèi)徑區(qū)域81和外徑區(qū)域83內(nèi)環(huán)形槽的寬度，而不增大中間區(qū)域82內(nèi)環(huán)形槽的寬度，或者采用減小中間區(qū)域82內(nèi)環(huán)形槽的寬度。實(shí)現(xiàn)高的排氣效率，但仍然能將等離子體約束住。經(jīng)過這種優(yōu)化，不僅能有效地將等離子體放電約束在處理區(qū)內(nèi)，而且可以使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體能快速地離開處理腔室。根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思和精神，應(yīng)當(dāng)理解，為了進(jìn)一步優(yōu)化本實(shí)用新型的實(shí)施效果，不同區(qū)域內(nèi)形成的每ー個環(huán)形槽的深度也可以設(shè)置成不一樣的。通過改變深度來調(diào)節(jié)深寬比和/或通道寬度，來實(shí)現(xiàn)更佳的等離子體約束和排氣能力。應(yīng)當(dāng)說明的是，本實(shí)施例中影響氣體流量和有效約束等離子體的因素主要在于環(huán)形槽寬度的變化，深寬比的影響較小。在本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
中，等離子體約束裝置可以選用具有導(dǎo)電性的金屬制成(例如鋁、不銹鋼、鎢等)。優(yōu)選地，等離子體約束裝置由鋁制成，還可以對其表面進(jìn)行陽極化處理。陽極化處理是一種電解操作，該處理可以使金屬表面形成一層氧化保護(hù)層。陽極化處理可用于多種目的，包括在金屬表面形成堅硬的覆層，或者令金屬具有電氣絕緣性，并且使金屬抗腐蝕。更進(jìn)一歩地，在本實(shí)用新型的其它實(shí)施中，等離子體約束裝置中的若干個環(huán)朝向處理區(qū)域或接觸到等離子體的表面區(qū)域可以首先進(jìn)行陽極化處理，隨后再涂覆ー層防止等離子體腐蝕的物質(zhì)，比如涂覆ー種Y203材料，以進(jìn)ー步防止等離子體腐蝕。作為本實(shí)用新型的ー種具體的實(shí)施方式，本實(shí)用新型等離子體約束裝置在等離子體處理過程中電接地。當(dāng)然，作為上述實(shí)施例的變形，所述等離子體約束裝置在等離子體處理過程中也可以被設(shè)置成相對于大地是電懸浮的或浮地(electrically floated from the ground)的。這種架構(gòu)會帶來更多的優(yōu)勢。因為，通過使等離子體約束裝置浮地，在等離子體處理裝置處理過程中，等離子體約束裝置上的電勢與處理區(qū)域內(nèi)的等離子體的電勢大致上相等或為等電勢，這種設(shè)置可以使得處理裝置在處理的過程中，盡可能地減少用過的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體中或等離子體中的帶電粒子加速沖向等離子體約束裝置并在等離子體約束裝置的表面產(chǎn)生濺射或碰撞，從而減少由此濺射或碰撞而產(chǎn)生的污染。在本實(shí)用新型的另一種具體實(shí)施方式
中，等離子體約束裝置可以選用電介質(zhì)材料(比如，石英材料或碳化硅或氮化硅(Si3N4))制成。優(yōu)選地，等離子體約束裝置由石英圓環(huán)組成。在具體加工等離子體約束裝置的過程中，可以提供一塊圓環(huán)板，在該板上開設(shè)有同心的環(huán)形槽，并且使通道的寬度和深寬比以前述描述設(shè)置；或者，也可以提供具有若干事 先加工成形的環(huán)，將這些環(huán)以一定方式組裝連接成所需等離子體約束裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)用新型構(gòu)思，本實(shí)用新型還提供一種等離子體處理裝置。該處理裝置包括一反應(yīng)腔11、設(shè)置于所述反應(yīng)腔11內(nèi)的一對相互平行設(shè)置的上電極12a和下電極12b、以及等離子體約束裝置。上電極12a與下電極12b之間構(gòu)成一處理區(qū)域2。所述等離子體約束裝置設(shè)置于該處理區(qū)域2的外側(cè)。等離子體約束裝置實(shí)施方式可以采用上述的各種實(shí)施方式。本實(shí)用新型所述的等離子體處理裝置包括用于制造半導(dǎo)體芯片、平面顯示器或者液晶顯示器的使用等離子體處理半導(dǎo)體基片的各種設(shè)備，例如，等離子體處理的沉積設(shè)備、等離子體蝕刻設(shè)備等。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種等離子體約束裝置，其設(shè)置于等離子體處理裝置(I)的處理區(qū)域(2)和排氣區(qū)域(7)之間，所述的等離子體約束裝置包含環(huán)形本體(8)，該環(huán)形本體(8)上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道；其特征在于，所述的環(huán)形本體(8)沿其徑向由內(nèi)向外依次分為內(nèi)徑區(qū)域(81)、中間區(qū)域(82)和外徑區(qū)域(83);分布在所述環(huán)形本體內(nèi)徑區(qū)域(81)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小大于分布在所述中間區(qū)域(82)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小，分布在所述外徑區(qū)域(83)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小大于分布在所述中間區(qū)域(82)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小。
2.如權(quán)利要求I所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述的環(huán)形本體(8)為一等離子密封環(huán)，其上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道，該導(dǎo)氣通道為若干通孔(84);分布在所述等離子密封環(huán)內(nèi)徑區(qū)域(81)的通孔(84)的直徑大于分布在所述中間區(qū)域(82)的通孔(84)的直徑，分布在所述外徑區(qū)域(83)的通孔(84)的直徑大于分布在所述中間區(qū)域(82)的通孔(84)的直徑。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體約束裝置，其特征在干，所述等離子約束裝置設(shè)置于 所述等離子體處理裝置(I)的下電極基座(12c)和反應(yīng)腔的內(nèi)側(cè)壁(IIa)之間，若干個所述的通孔(84)沿水平方向相互平行間隔設(shè)置。
4.如權(quán)利要求I所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述的環(huán)形本體(8)包含相互間隔設(shè)置并形成若干個環(huán)形槽的若干個同心環(huán)(85)，其導(dǎo)氣通道為所述環(huán)形槽；所述內(nèi)徑區(qū)域(81)中所形成的若干環(huán)形槽(86c)的寬度大于中間區(qū)域(82)中所形成的若干環(huán)形槽(86b)的寬度；所述外徑區(qū)域(83)中所形成的若干環(huán)形槽(86a)的寬度大于中間區(qū)域(82)中所形成的若干環(huán)形槽(86b)的寬度。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述的等離子約束裝置設(shè)置于所述等離子體處理裝置的下電極基座(12c)和反應(yīng)腔的內(nèi)側(cè)壁(Ila)之間，所述若干個同心環(huán)(85)圍繞該下電極基座(12c)設(shè)置，并沿水平方向相互間隔形成平行的環(huán)形槽。
6.如權(quán)利要求I所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述環(huán)形本體采用金屬材料制成。
7.如權(quán)利要求I或6所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述環(huán)形本體至少在接觸或靠近等離子體處理裝置內(nèi)的等離子體的表面涂覆有可以抵抗所述處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的等離子體腐蝕的材料。
8.如權(quán)利要求I所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述等離子體約束裝置在等離子體處理過程中電接地。
9.如權(quán)利要求I所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述等離子體約束裝置在等離子體處理過程中電浮地。
10.如權(quán)利要求I所述的等離子體約束裝置，其特征在于，所述環(huán)形本體采用石英材料或碳化硅或氮化硅制成。
11.一種等離子體處理裝置，其包含 反應(yīng)腔(11); ー對相互平行設(shè)置的上電極(12a)和下電極(12b )，設(shè)置于所述反應(yīng)腔(11)內(nèi)，所述上電極(12a)與下電極(12b)之間構(gòu)成ー處理區(qū)域(2)； 等離子體約束裝置，其設(shè)置于等離子體處理裝置的處理區(qū)域(2)的外側(cè)，所述等離子約束裝置包含環(huán)形本體(8)，該環(huán)形本體(8)上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道；其特征在于，所述的環(huán)形本體(8)沿其徑向由內(nèi)徑向外徑依次分為內(nèi)徑區(qū)域(81)、中間區(qū)域(82)和外徑區(qū)域(83)；分布在所述環(huán)形本體內(nèi)徑區(qū)域(81)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小大于分布在所述中間區(qū)域(82)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小，分布在所述外徑區(qū)域(83)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小大于分布在所述中間區(qū)域(82)的導(dǎo)氣通道的開ロ大小。
12.如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述等離子約束裝置設(shè)置于所述等離子體處理裝置的下電極基座(12c)和反應(yīng)腔的內(nèi)側(cè)壁(Ila)之間，若干個所述的導(dǎo)氣通道沿水平方向相互間平行且間隔設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種等離子體約束裝置，其設(shè)置于等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，等離子體約束裝置包含環(huán)形本體，環(huán)形本體上設(shè)有若干導(dǎo)氣通道；該環(huán)形本體沿其徑向由內(nèi)徑向外徑依次分為內(nèi)徑區(qū)域、中間區(qū)域和外徑區(qū)域；分布在環(huán)形本體內(nèi)徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小大于分布在中間區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小，分布在外徑區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小大于分布在中間區(qū)域的導(dǎo)氣通道的開口大小。本實(shí)用新型采用內(nèi)外徑區(qū)域?qū)馔ǖ来笥谥虚g區(qū)域?qū)馔ǖ赖慕Y(jié)構(gòu)，不僅能將等離子體約束在處理區(qū)域內(nèi)，減少因等離子體擴(kuò)散而引起的反應(yīng)腔污染問題，而且可以大大增加反應(yīng)腔的排氣效率，減少使用過的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體停留在反應(yīng)腔內(nèi)的時間。
文檔編號H01J37/32GK202423213SQ20112047022
公開日2012年9月5日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者吳狄, 周寧, 彭帆, 邱達(dá)燕 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司