專利名稱：等離子體約束裝置的制作方法
等離子體約束裝置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來(lái)加工集成電路用的半導(dǎo)體基片或用來(lái)加工平板顯示 器用的玻璃平板的基片的裝置，尤其涉及一種等離子體處理裝置中的等離子 體約束裝置以及相關(guān)的等離子體約束方法。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(duì)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(lái)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(duì)半導(dǎo)體基片和等離子平板進(jìn)行加工。 舉例來(lái)說(shuō)，電容性等離子體反應(yīng)器已經(jīng)被廣泛地用來(lái)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(gè)電極之一或 二者時(shí)，就在一對(duì)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(huì)停留在一對(duì)電極之間的處 理區(qū)域中，但部分等離子體可能充滿整個(gè)工作室。舉例來(lái)說(shuō)，等離子體可能 充滿真空反應(yīng)室下方的處理區(qū)域外面的區(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(huì)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(huì)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)域的因而更為穩(wěn)定的 等離子體。現(xiàn)有的一種思路是使用約束環(huán)來(lái)約束等離子體，例如，美國(guó)專利6562189描述了 一種使用永久磁鐵約束等離子體擴(kuò)散的等離子體腔體。但是， 其不足之處在于永久磁體的磁場(chǎng)過(guò)強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致被處理基片內(nèi)部的敏感元件損 壞，如果磁場(chǎng)過(guò)弱又不能實(shí)現(xiàn)有效的約束等離子體擴(kuò)散的目的。此外，美國(guó)專利5534751描述了另一種等離子體約束裝置，該等離子體 約束裝直通過(guò)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。當(dāng)帶電粒子，如離子或者電子通過(guò)窄縫隙時(shí)，他們中的大部分會(huì)撞擊 到約束環(huán)的表面進(jìn)而防止等離子體的擴(kuò)散。但該方法不能完全有效地隔絕帶 電粒子泄露至處理區(qū)域外，不能完全隔離電磁波的泄露，也無(wú)法解決泄露出 去的帶電粒子在處理區(qū)域外導(dǎo)致的二次射頻放電。另外，美國(guó)專利5998932通過(guò)加入接地的導(dǎo)電延伸物來(lái)大大減少處理區(qū) 域外的等勢(shì)場(chǎng)線的密度，以減少處理區(qū)域外的電場(chǎng)在處理區(qū)域外誘發(fā)泄露的 帶電粒子與反應(yīng)室壁發(fā)生加速碰撞，形成不希望有的等離子體。但是這種方 法并不能完全地阻止處理區(qū)域外的電場(chǎng)的形成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體約束裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足, 解決因等離子體擴(kuò)散而引起的等離子處理裝置的處理腔體污染問(wèn)題。本發(fā)明的又一目的在于提供一種等離子體約束裝置，其不僅能有效地減 少處理腔室內(nèi)的處理區(qū)域外的能夠點(diǎn)燃和/或維持二次等離子體的電子的密 度，而且可以為等離子體處理裝置的處理區(qū)域提供電場(chǎng)屏蔽，從而進(jìn)一步阻 止等離體污染所述等離體處理裝置的腔體。 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)的一種用于等離于體處理裝置的等離于體約束裝置，設(shè)置于所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，所述等離子約束裝置包括電氣接地 元件；及導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件位于所述電氣接地元件上方，且二者相互 電絕緣，所述導(dǎo)電元件設(shè)置有若干個(gè)通道，以利于所述處理區(qū)域里的用過(guò)的反 應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體通過(guò)此通道，所述用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體內(nèi)包括 帶電粒子及中性粒子，所述通道的大小被設(shè)置成當(dāng)?shù)入x子體內(nèi)的帶電粒子通 過(guò)所述通道時(shí)可以使帶電粒子被中和，同時(shí)允許中性粒子通過(guò)。所述電氣接地元件和所述導(dǎo)電元件之間的電氣絕緣層，以使所述電氣接 地元件和所述導(dǎo)電元件相互電絕緣。所述的等離子體約束裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)電氣絕緣隔塊，定位 于所迷電氣接地元件和所述導(dǎo)電元件之間，使得所述電氣接地元件和所述導(dǎo) 電元件相互電絕緣。在所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域中提供有射頻功率發(fā)射用以激發(fā)等 離子體，所述電氣接地元件可以抑制射頻能量發(fā)射到達(dá)所述等離子體處理裝 置的排氣區(qū)域。所述的等離子體約束裝置，所述電氣接地元件或所述導(dǎo)電元件的表面至 少有 一部分經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理。所述導(dǎo)電元件上涂覆有可以顯著抵抗所述處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的等離子體腐 蝕的材料。在所述導(dǎo)電元件涂覆所述抗腐蝕材料之前，所述導(dǎo)電元件或所述電氣接 i也元件至少部分地經(jīng)過(guò)陽(yáng)才及化處理。件或者電氣接地元件的農(nóng)面陽(yáng)極化處理或者 表面涂敷絕緣涂層而形成。所述導(dǎo)電元件由若干個(gè)同心環(huán)構(gòu)成。所述導(dǎo)電元件包含一個(gè)板，該板上開(kāi)設(shè)有通槽或穿孔以形成所述的通道。 所述導(dǎo)電元件浮地。所述導(dǎo)電元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配合 形成所述若干個(gè)通道，其尺寸設(shè)定為可中和通過(guò)所述通道的帶電粒子而允許 電中性粒子通過(guò)。此外，本發(fā)明還公開(kāi)一種用于等離子體處理裝置的等離子體約束裝置， 設(shè)置于所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，所述等離子約束裝置包括電氣接地板，其具有一上表面；電氣絕緣層，至少部分地位于并覆 蓋所述電氣接地板的上表面；若千個(gè)相互間隔的導(dǎo)電元件，所述若干個(gè)導(dǎo)電 元件互相之間電連接并設(shè)置于所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域 之間，其中至少 一個(gè)所述導(dǎo)電元件至少部分地與所述電氣絕緣層相接觸。所述電氣接地板形成有至少一個(gè)貫通的通道，所述電氣接地板具有邊緣 部分，所述電氣絕緣層置于所述邊緣部分的上表面。所述若干個(gè)導(dǎo)電元件包含同心設(shè)置的多個(gè)環(huán)，環(huán)與環(huán)之間形成各自的通 道，每一所述通道的尺寸設(shè)定為可中和通過(guò)所述通道的帶電粒子而允許電中 性粒子通過(guò)。所述導(dǎo)電元件由金屬制成，并隨后經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理，或者由表面涂敷有 抗等離子體腐蝕涂層的金屬制成。所述導(dǎo)電元件由摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成，所述雜質(zhì)為能使半導(dǎo)體材 料增加導(dǎo)電性能的各種元素或者各種元素的組合。
所述等離子體處理裝置包括一形成所述處理區(qū)域的導(dǎo)電腔體以及一 個(gè)安裝在所述導(dǎo)電腔體上的陽(yáng)極和陰極，其中所述陰極被一導(dǎo)電外殼所包圍，所 述電氣接地板與所述陰極的導(dǎo)電外殼或與所述導(dǎo)電腔體相電連接。再者，本發(fā)明還公開(kāi)一種等離子體約束裝置，包括電氣接地元件，具 有至少一個(gè)貫穿的通道；電氣絕緣層，與所述電氣接地元件呈至少部分覆蓋 關(guān)系設(shè)置；第一組相互間隔的大致同心朝向的導(dǎo)電環(huán)，置于所述電氣絕緣層 上，并與所述電氣接地元件呈相互間隔關(guān)系設(shè)置；以及第二組相互間隔的大 致同心朝向的導(dǎo)電環(huán)，與第一組導(dǎo)電環(huán)交叉配合配置，以在第一組和第二組導(dǎo)電環(huán)之間形成有若干通道，所述通道的尺寸設(shè)定為可中和通過(guò)所述通道的 帶電粒子而允許電中性粒子通過(guò)。所述第 一組和第二組導(dǎo)電環(huán)與地電氣絕緣，并由經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理的金屬 或表面涂覆有Y203的金屬制成。本發(fā)明的等離子約束裝置因?yàn)榫哂行纬捎腥舾蓚€(gè)通道的導(dǎo)電元件，因此 能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)所述通道的帶電粒子中和，從而阻止了大部分的帶電粒子泄漏到 所述處理區(qū)域外，基本解決了在處理區(qū)域外等離子體的二次放電問(wèn)題，同時(shí) 也提高了處理區(qū)域內(nèi)等離子體的利用率。此外，由于本發(fā)明的等離子約束裝 置還具有位于所述導(dǎo)電元件下方并與之相互電絕緣的電氣接地元件，從而為 等離子體處理區(qū)域提供了電場(chǎng)屏蔽，進(jìn)而更加有效地將可能泄漏到等離子體 處理區(qū)域外的帶電粒子屏蔽在處理區(qū)域之內(nèi)，這也就進(jìn)一步的防止了等離子 體在處理區(qū)域外的二次放電，改善了等離子體在處理區(qū)域內(nèi)的利用率，并極 佳地防止了等離子體對(duì)腔體可能造成的污染。
圖1為運(yùn)用本發(fā)明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2是本發(fā)明等離子體約束裝置的一種實(shí)施例的吾'!面圖； 圖3是圖2所述等離子體約束裝置的局部放大圖； 圖4是本發(fā)明等離子體約束裝置的另 一種實(shí)施例的立體分解圖； 圖5是圖4所迷等離于體約束裝置安裝在等離于體處理裝置中的局部剖 面圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖1,圖1為運(yùn)用本發(fā)明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。如圖所示的等離子體處理裝置1具有一個(gè)處理腔體11，處理腔 體11基本上為柱形，且處理腔體側(cè)壁基本上垂直，處理腔體11內(nèi)具有相互 平行設(shè)置的上電極12a和下電極12b。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，該區(qū)域?qū)⑿纬筛哳l能量以點(diǎn)燃和維持等離子體。在 下電極12b上方放置待要加工的工件(未圖示)，該工件可以是待要刻蝕或 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)氣體從氣體注入口 (未圖示)被輸入至處理腔體11內(nèi)， 一個(gè)或多個(gè)射頻電源14a, 14b 可以被單獨(dú)地施加在下電極12b上或同時(shí)被分別地施加在上電極12a與下電 極12b上，用以將射頻功率輸送到下電極12b上或上電極12a與下電極12b 上，從而在處理腔體11內(nèi)部產(chǎn)生大的電場(chǎng)。大多數(shù)電場(chǎng)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(chǎng)對(duì)少量存在于處理腔體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)，從而在處理腔體11內(nèi)產(chǎn)生等離子體4。 反應(yīng)氣體的中性氣體分子在經(jīng)受這些強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)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，與被處理的基片中的中性物質(zhì) 結(jié)合，激發(fā)基片加工，即刻蝕、淀積等。在等離子體處理裝置1的合適的某
個(gè)位置處設(shè)置有排氣區(qū)域6，排氣區(qū)域6與外置的排氣裝置(未圖示)相連接，用以在處理過(guò)程中將用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體抽出處理區(qū)域2。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明的等離子體約束裝置的一種實(shí)施方式如圖1中的70所示，其用于使處理腔體11內(nèi)的等離于體4放電被基本約束在 上電極12a和下電極12b之間的處理區(qū)域2內(nèi)，盡量減少處理區(qū)域2夕卜(例 如，排氣區(qū)域6)產(chǎn)生不希望有的二次等離子體放電。本發(fā)明的等離子體約束裝置70被設(shè)置位于處理區(qū)域2的周圍，并位于處 理區(qū)域2與等離子體處理裝置1的排氣區(qū)域6之間，用以控制用過(guò)的反應(yīng)氣 體的排出并且當(dāng)反應(yīng)氣體中的帶電粒子通過(guò)該等離子體約束裝置70時(shí)將它們 電中和，從而將放電基本約束在處理區(qū)域以內(nèi)，以防止等離子處理裝置使用 過(guò)程中可能造成的腔體污染問(wèn)題。優(yōu)選的實(shí)施是，如圖所示，等離子體約束 裝置70設(shè)置于等離子體處理裝置中的處理腔體11的內(nèi)側(cè)壁與下電極12b的 外周圍之間的間隙內(nèi)。請(qǐng)參閱圖2及圖3,圖2是本發(fā)明等離子體約束裝置的一種實(shí)施例的剖 面圖，圖3是圖2所述等離子體約束裝置的局部放大圖。如圖所示，等離子 約束裝置70包括電氣接地元件71及導(dǎo)電元件100,其中所述導(dǎo)電元件100 位于所述電氣接地元件71上方，且二者相互電絕緣(electrically insulated relative thereto),所述導(dǎo)電元件100設(shè)置有若千個(gè)通道102,以利于所述處 理區(qū)域里的用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體通過(guò)此通道102。如前所述，等離 子體內(nèi)包括帶電粒子及中性粒子，所述通道102的大小被設(shè)置成當(dāng)?shù)入x子體 內(nèi)的帶電粒子通過(guò)所述通道102時(shí)可以使帶電粒子被中和，同時(shí)允許中性粒 子通過(guò)。繼續(xù)參照?qǐng)D2及圖3所示，導(dǎo)電元件100包括一體形成的導(dǎo)電支撐環(huán)90 及若干個(gè)導(dǎo)電同心環(huán)101 。導(dǎo)電支撐環(huán)90可以方便地支撐于電氣接地元件71
的上方。所述導(dǎo)電同心環(huán)101及導(dǎo)電支撐壞90之間形成有通道102，所述通道102 —端面向等離子體處理裝置1的處理區(qū)域2,與等離子體處理相接觸 或靠近，另一端與電氣接地元件71中形成的通道76相貫通，再和等離子體 處理裝置的外設(shè)的排氣裝置(未圖示)相連通，以便使等離子體處理裝置的 處理區(qū)域2中用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體能夠從處理區(qū)域2排到排氣區(qū)域 6。通道102的尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)保證從處理區(qū)內(nèi)離開(kāi)的來(lái)自等離子體的帶電粒 子在離開(kāi)此通道102時(shí)，必須移動(dòng)的距離大于該粒子的平均自由程。所述電氣接地元件71具有上表面74、與所述上表面74相對(duì)的下表面75、 外邊緣72以及與所述外邊緣72相對(duì)的內(nèi)邊緣73。電氣接地元件71形成有 一個(gè)或多個(gè)與導(dǎo)電元件100上的通道102相連通的通道76，所述通道76貫 穿于電氣接地元件71的上表面74和下表面75，以使用過(guò)的反應(yīng)氣體能夠由 此排出。電氣接地元件71采用業(yè)界熟知的方法與大地相連接或與共電位部件 相連接。比如，電氣接地元件71可以直接與大地相連接，也可以與等離子體 處理裝置的導(dǎo)電腔體相電連接，或者，也可以與下電極上的導(dǎo)電外殼(未圖 示)相電連接，在后兩種接法中，分別以等離子體處理裝置的導(dǎo)電腔體和導(dǎo) 電外殼為共同大地。所述導(dǎo)電元件100與電氣接地元件71 二者相互電絕緣。為了實(shí)現(xiàn)二者相 互電絕緣，可以在導(dǎo)電元件100與電氣接地元件71的接觸面之間設(shè)置一電氣 絕緣層80 (insulative layer)(圖3)。所述電氣絕緣層80與電氣接地元件 71或?qū)щ娫?00的至少一部分呈至少部分或全部覆蓋關(guān)系，以使導(dǎo)電元件 100與電氣接地元件71相互之間電絕緣。所述電氣絕緣層80可以設(shè)置在電 氣接地元件71的上表面74之上，也可以設(shè)置在導(dǎo)電元件100上的導(dǎo)電支撐 環(huán)90的下表面。所述電氣絕緣層80可以至外邊緣72向內(nèi)邊緣73的方向徑 向延伸。電氣絕緣層80可以通過(guò)對(duì)電氣接地元件71或?qū)щ娫?00的表面
作陽(yáng)極化處理而得(容后詳述)。所述電氣絕緣層"80可以為如圖3所示的單 層絕緣層，也可為用不同工藝或同種工藝形成的多層絕緣層(未圖示)，以實(shí)現(xiàn)更佳的絕緣效果。所述支撐環(huán)90具有外邊緣91,大體與電氣接地元件71 的外邊緣72共面，并另外具有與所迷外邊緣91相對(duì)的內(nèi)邊緣92。所述導(dǎo)電 元件100為由若干個(gè)相互電連接的導(dǎo)電同心環(huán)101與所述支撐環(huán)90通過(guò)某 種公知的連接方式相互連接成一個(gè)整體。由于導(dǎo)電元件100與電氣接地元件 71電絕緣，因此所述導(dǎo)電同心環(huán)101、支撐環(huán)90均與電氣接地元件71電絕 緣。于是在處理基片時(shí)，若干個(gè)導(dǎo)電同心環(huán)101與導(dǎo)電支撐環(huán)90—體形成不 接地的或浮地(electrically floated from the ground)的導(dǎo)電單元。本發(fā)明的等離子體約束裝置70不僅可以使用過(guò)的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品氣體 能快速地離開(kāi)處理腔室的處理區(qū)域，而且能有效地將等離子體放電約束在處 理區(qū)內(nèi)，接下來(lái)將說(shuō)明其工作原理。首先，等離子體約束裝置70的導(dǎo)電元件100之間構(gòu)成通道102。由于帶 電粒子在處理區(qū)2的電場(chǎng)中具有較快的速度和方向性，因而包含在用過(guò)的反 應(yīng)氣體中的絕大多數(shù)的帶電粒子在被排氣裝置抽吸時(shí)會(huì)由于其方向性和速度 碰撞到導(dǎo)電元件100的上表面上而無(wú)法通過(guò)，而一小部分沒(méi)有撞擊至上表面 的帶電粒子會(huì)通向通道102，由于通道102特定的尺寸設(shè)計(jì)，使得從處理區(qū)2 內(nèi)離開(kāi)的來(lái)自等離子體的帶電粒子在離開(kāi)通道102時(shí)，必須移動(dòng)的距離大于 該帶電粒子的平均自由程，使得從處理區(qū)中排出的用過(guò)的反應(yīng)氣體中的絕大 部分帶電粒子在通過(guò)這些通道102時(shí)至少要與通道102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(kāi)通道102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(huì) 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(shì)將大大減 少，從而基本上消除空間以外的放電現(xiàn)象。 接著，經(jīng)過(guò)前述導(dǎo)電元件100之間的通道102的約束作用以后，仍然會(huì)有少數(shù)的帶電粒子可能會(huì)從通道102逃逸出，并進(jìn)入處理區(qū)外造成二次等離 子體放電，本發(fā)明的等離子體約束裝置70所包含的電氣接地元件71可以有 效地解決此問(wèn)題。電氣接地元件71為導(dǎo)電元件并且被接地，電氣接地元件 71設(shè)置于導(dǎo)電元件100下方，可以構(gòu)成一個(gè)射頻電場(chǎng)屏蔽，將本來(lái)可能向下 電極12b外徑方向發(fā)散到處理區(qū)外的驅(qū)動(dòng)射頻的電場(chǎng)(雜散電場(chǎng))被有效屏 蔽在該射頻電場(chǎng)屏蔽內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)更好的射頻電場(chǎng)屏蔽效果， 一種實(shí)施方式 是，電氣接地元件71可以被設(shè)置成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)射頻電場(chǎng)屏蔽殼。由 于處理區(qū)外的雜散電場(chǎng)的密度的降低，可以大大減少二次等離子體產(chǎn)生。因 此，本發(fā)明的電氣接地元件71可以屏蔽雜散電場(chǎng)，以降低處理區(qū)外面的電場(chǎng) 強(qiáng)度，從等離子體產(chǎn)生的源頭上消除或降低處理區(qū)外的二次等離子體產(chǎn)生。 由上述說(shuō)明可知，本發(fā)明的等離子體約束裝置70可以實(shí)現(xiàn)兩次約束作用，先 通過(guò)通道102實(shí)現(xiàn)第一次約束作用，再通過(guò)電氣接地元件71實(shí)現(xiàn)第二次約束 作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子的兩次約束作用，有效地減少了處理區(qū)外的不希望有 的等離子體的形成。需要說(shuō)明的是，由于電氣接地元件71接地，并且導(dǎo)電元件100與電氣接 地元件71 二者相互電絕緣，因此，導(dǎo)電元件100相對(duì)于大地是電懸浮的或浮 地(electrically floated from the ground)的，因此，在處理裝置處理過(guò)程中， 導(dǎo)電元件100上的電勢(shì)與處理區(qū)域2內(nèi)的等離子體的電勢(shì)大致上相等或?yàn)榈?電勢(shì)，這種設(shè)置可以使得處理裝置在處理的過(guò)程中，盡可能地減少用過(guò)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?zèng)_向?qū)щ娫?00并在 導(dǎo)電元件100的表面產(chǎn)生濺射或碰撞，從而減少由此賊射或碰撞而產(chǎn)生的污染。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，導(dǎo)電元件100和電氣褸地元件71可以選用
具有導(dǎo)電性的金屬制成(例如鋁、不銹鋼、鴒等)。優(yōu)選地，導(dǎo)電元件100 和電氣接地元件71由鋁制成。為了形成電氣絕緣層8，可以將導(dǎo)電元件100 和電氣接地元件71相互接觸的表面進(jìn)行陽(yáng)極化處理。陽(yáng)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(yáng)極化處理可用于多種 目的，包括在金屬表面形成堅(jiān)硬的覆層，或者令金屬具有電氣絕緣性，并且 使金屬抗腐蝕。優(yōu)選地，本發(fā)明中所述電氣絕緣層80是鋁陽(yáng)極化層，其可以
電支撐環(huán)90的表面進(jìn)行陽(yáng)極化處理而得到。
當(dāng)然，在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，導(dǎo)電元件100和電氣接地元件71的 所有表面都可以被陽(yáng)極化處理。更進(jìn)一步地，在本發(fā)明的其它實(shí)施中，導(dǎo)電 元件100中的若干個(gè)導(dǎo)電環(huán)及通道102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(yáng)極化處理，隨后再涂覆一層防止等離子體腐蝕的物質(zhì)， 比如涂覆一層丫203材料，以進(jìn)一步防止等離子體腐蝕。
作為本發(fā)明的其他一種實(shí)施方式，電氣絕緣層80可以經(jīng)由所述導(dǎo)電元件 100或者電氣接地元件71的接觸表面涂敷一層絕緣涂層而形成。
作為本發(fā)明的其他一種實(shí)施方式，電氣絕緣層80可用具有相同功能的電 氣絕緣隔塊(未圖示)來(lái)替代，該電氣絕緣隔塊可以使導(dǎo)電元件100和電氣 接地元件71相互電氣絕緣，也可以同時(shí)起連接或支撐作用，使二者連接更穩(wěn) 定。電氣絕緣隔塊可類似地使導(dǎo)電元件100處于浮地的狀態(tài)。
作為本發(fā)明的其他一種實(shí)施方式，所述導(dǎo)電元件100也可以由摻有雜質(zhì) 的具有導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料形成，其中所述雜質(zhì)為能夠使半導(dǎo)體材料具有導(dǎo) 電性能的各種元素或者各種元素組合，優(yōu)先地，在本實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電 元件100由摻雜有硼元素或氮元素的硅半導(dǎo)體材料形成。
在圖2及圖3所示的實(shí)施方式中，導(dǎo)電元件108由若亍個(gè)導(dǎo)電同心環(huán)101 及導(dǎo)電支撐環(huán)90 —起形成，導(dǎo)電同心環(huán)101之間形成通道102。作為此實(shí)施 方式的變形，導(dǎo)電元件100可以為一片一體形成的導(dǎo)電板(未圖示)，該導(dǎo) 電板圍繞下電極設(shè)置而大致成環(huán)狀，并設(shè)置亍所迷等離子體處理裝置的處理 區(qū)域和排氣區(qū)域之間，導(dǎo)電板上開(kāi)設(shè)有通槽或穿孔以形成所述的通道。通道 的大小同樣4皮設(shè)置成當(dāng)?shù)入x子體內(nèi)的帶電粒子通過(guò)所述通道時(shí)可以使帶電粒 子被中和，同時(shí)允許中性粒子通過(guò)。請(qǐng)參閱圖4及圖5,圖4是本發(fā)明等離子體約束裝置的另一種實(shí)施例的 立體分解圖。圖5是圖4所述等離子體約束裝置安裝在等離子體處理裝置中 的局部剖面圖。如圖所示，等離子體約束裝置110包括電氣接地元件111, 所述電氣接地元件111具有一個(gè)不連續(xù)的外圏邊沿112、 一個(gè)與所述外圏邊 沿112相對(duì)的內(nèi)邊緣113。除此之外，所述電氣"J妄地元件111還具有一個(gè)上 表面114以及一個(gè)與之相對(duì)的下表面115。另外，在電氣接地元件111中形 成有若干個(gè)貫穿其上表面114和下表面115的通道116。與前述者類似，所 述等離子體約束裝置110置于等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間 (如圖4所示)，該區(qū)域在圖中僅部分示出，其中部分等離子體裝置如117所示。與圖2和3所示的等離子體約束裝置70類似，本實(shí)施例中的等離子約束 裝置110包含一個(gè)電氣絕緣層120,在圖4中僅部分顯示，其與電氣接地元 件111的上表面114呈至少部分覆蓋關(guān)系。設(shè)置于電氣絕緣層120上的是第 一部分(或第一組)相互間隔的、同心朝向的導(dǎo)電元件130。如圖4和圖5所示， 該第 一部分(或第 一組)相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電元件130此處為同心環(huán)，其 以預(yù)先確定的間距相互間隔排列設(shè)置。其中所述相互間隔并同心朝向的導(dǎo)電 元件130具有上邊沿131,以及一個(gè)與所述上邊沿131相對(duì)的下邊沿132。 所述相互間隔的同心朝向的元件之間具有若干個(gè)通道133，通道133可以容納將在隨后段落中詳述的第二部分導(dǎo)電元件。另外，如圖4所示，在各個(gè)相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電元件130的上邊沿131上形成若千個(gè)相互間隔的鋸 齒狀區(qū)域134。此外，可以看出若千個(gè)相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電元件130 被若干個(gè)支撐元件135定位，與電氣接地元件111形成預(yù)先確定的間距。所 述若干個(gè)支撐元件135通過(guò)電氣絕緣層120與電氣接地元件111保持相互電 絕緣。因此，第一部分(或第一組)相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電元件130與電氣 接地元件"1呈預(yù)先確定的相互間隔關(guān)系，并相對(duì)于等離子體處理裝置117 處于浮地的狀態(tài)。如圖4所示，等離子約束裝置110還具有第二部分(或第二組)相互間 隔的同心朝向的導(dǎo)電元件(或環(huán))140,與導(dǎo)電元件130的第一組導(dǎo)電環(huán)配合 使用。正如在下文中會(huì)提到的，在第一或第二組導(dǎo)電同心元件或環(huán)之間，具 有若干個(gè)通道，其縱向尺寸被設(shè)定為可中和通過(guò)所述通道的帶電粒子而允許 電中性粒子通過(guò)。出于這一考慮，第二部分或組相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電 元件或環(huán)140具有一個(gè)上邊沿141,以及一個(gè)與之相對(duì)的下邊沿142。每個(gè) 環(huán)的下邊沿142的一部分應(yīng)與對(duì)應(yīng)的安裝其上的一組支撐元件135相接觸， 或與對(duì)應(yīng)的第一組相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電環(huán)130的下邊沿132整合為一 體。參閱圖5可清晰地看到，第二組同心朝向的環(huán)包括一個(gè)相互間隔的徑向 延伸的支撐元件143，支撐或保護(hù)對(duì)應(yīng)的相互間隔的同心朝向的環(huán)處于基本 固定的相對(duì)位置上。在圖5中最易看出，每個(gè)支撐元件都可以與上邊沿131 上形成的對(duì)應(yīng)相互間隔的鋸齒形區(qū)域134相匹配。進(jìn)一步地，如圖4所示， 若干個(gè)通道144在對(duì)應(yīng)的相互間隔同心朝向的環(huán)140之間形成。通道144的 朝向或尺寸設(shè)定為可以允許對(duì)應(yīng)的相互間隔的同心朝向的環(huán)可匹配嵌套并放 在相互間隔的同心朝向的環(huán)130中，插入各自形成的通道133中。參閱圖4 可以看出， 一旦如圖中所示形成匹配關(guān)系，即在各個(gè)第一和第二組相互間隔 的同心朝向的導(dǎo)電環(huán)130和140中形成一個(gè)通道145。這些通道145,如前允許電中性粒子通過(guò)。從上迷討論中可以得知，第一和第二個(gè)環(huán)是不接地的，并可以用金屬制 成，并對(duì)其表面進(jìn)行陽(yáng)極化處理，或者在進(jìn)行表面陽(yáng)極化處理后涂敷等離子體抗腐蝕涂層，例如丫203涂層。與前一實(shí)施例中的導(dǎo)電元件100的材料類似， 其中所迷金屬可以是鋁、不銹鋼、鴒中的一種或者多種，或者也可以是其它 可以用于制作所述第一和第二個(gè)環(huán)的金屬材料或半導(dǎo)體材料。在本實(shí)施方式 中，所迷第一和第二個(gè)環(huán)優(yōu)選地由鋁材料制成。其中所述電氣絕緣層120經(jīng) 由導(dǎo)電元件130或者電氣接地元件111的表面陽(yáng)極處理或者表面涂敷絕緣涂 層而形成。與前一實(shí)施例類似，其中所述導(dǎo)電元件130也可以由摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體 材料形成，其中所述雜質(zhì)為能夠使半導(dǎo)體材料導(dǎo)電的各種元素或者各種元素 組合，優(yōu)先地，在本實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電元件130由摻雜有硼元素或氮元 素的硅半導(dǎo)體材料形成。本發(fā)明的等離子約束裝置因?yàn)榫哂行纬捎腥舾蓚€(gè)通道的導(dǎo)電元件，因此 能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)所述通道的帶電粒子中和，從而阻止了大部分的帶電粒子逃逸或 泄漏到所述處理區(qū)域外，基本解決了在處理區(qū)域外等離子體的二次放電問(wèn)題， 同時(shí)也提高了處理區(qū)域內(nèi)等離子體的利用率。此外，由于本發(fā)明的等離子約 束裝置還具有位于所迷導(dǎo)電元件下方并與之電絕緣的電氣接地元件，從而為 等離子體處理區(qū)域提供了電場(chǎng)屏蔽，進(jìn)而更加有效地將可能泄漏到等離子體 處理區(qū)域外的帶電粒子屏蔽在處理區(qū)域之內(nèi)，這也就進(jìn)一步地防止了等離子 體在處理區(qū)域外的二次放電，改善了等離子體在處理區(qū)域內(nèi)的利用率，并極 佳地防止了等離子體對(duì)腔體可能造成的污染。
本發(fā)明所說(shuō)的等離子體處理裝置包括用于制造半導(dǎo)體芯片、平面顯示器或者波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。本發(fā)明還涉及一種將等離子體限制在等離子體處理裝置的處理區(qū)域中的方法。所述方法包括以下步驟第一步，提供一個(gè)如117 (圖5)所示的等離子體處理腔，所述等離子處排氣區(qū)域；第二步，在等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，提供并放置 有如標(biāo)號(hào)71或111所示的電氣接地元件，并且在所述電氣接地元件上提供并 放置有如標(biāo)號(hào)100或130與140所示的導(dǎo)電元件，其中所述導(dǎo)電元件與電氣 接地元件之間相互電絕緣；第三步，形成如標(biāo)號(hào)102和145的若干個(gè)通道，以使被用過(guò)的反應(yīng)氣體 及副產(chǎn)品氣體能夠從等離子體處理裝置的處理區(qū)域到達(dá)排氣區(qū)域。其中第三步所述的若千個(gè)通道的縱向尺寸為可中和通過(guò)所述通道的帶電 粒子而允許電中性粒子通過(guò)所需的尺寸大小。此外，在上述方法中的所述第二步中的導(dǎo)電元件與電氣接地元件之間相 互電絕緣的方法是，還包含這一步驟，分別在電氣接地元件71或111,和導(dǎo) 電元件如100或130和140之間，提供并放置一個(gè)如標(biāo)號(hào)80或120的電氣 絕緣層。其中在如圖2或圖4的實(shí)施例子中，所述第二步的導(dǎo)電元件與電氣 接地元件之間相互電絕緣的方法包含一個(gè)步驟，提供一個(gè)可以通過(guò)電氣絕緣 的隔塊(未圖示)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使電氣接地元件71和導(dǎo)電元件100之間保持 電絕緣。其中在如圖3和圖4的實(shí)施例中， 一個(gè)導(dǎo)電支撐環(huán)使導(dǎo)電元件100和 電氣接地元件71之間保持電絕緣。
另外，如前所述，本發(fā)明中的方法還包括對(duì)如106K 1'30或140的導(dǎo)電元件進(jìn)行陽(yáng)極化處理的歩驟，或利用抗等離子體腐蝕的材料進(jìn)行涂層處理的 步驟。所述涂層為抗等離子體腐蝕的涂層，例如包括如丫203的涂層。其中，提供并放置導(dǎo)電元件的步驟還包括另一步驟，提供若干個(gè)相互間 隔的，整體同心的導(dǎo)電環(huán)100或130和140，相互之間以預(yù)先確定的相互間 隔排列。進(jìn)一步地，提供并放置導(dǎo)電元件的步驟，在發(fā)明的另一形式中，也 可能包含提供導(dǎo)電板，以及在導(dǎo)電板上開(kāi)槽或打孔的步驟。如圖4和圖5所 示，提供并放置導(dǎo)電元件111的步驟也可能還包括提供第一部分130,提供 匹配的第二部分140,并裝入第一部分，其中在第一和第二部分之間形成若 干個(gè)通道145。在如圖5所示的裝置中，提供第一和第二部分130和140的 步驟，還包括提供第一和第二組相互間隔的同心朝向的，可以互相匹配嵌入 的環(huán)。另外，在當(dāng)前方法中，提供第一和第二組相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電 環(huán)的步驟，還包括制作金屬制的(如鋁制的)第一和第二組相互間隔的同心 朝向的導(dǎo)電環(huán)；并在制作好后，對(duì)第一和第二組相互間隔的同心朝向的導(dǎo)電 環(huán)進(jìn)行陽(yáng)極化處理。以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例，并不能以此來(lái)限定本 發(fā)明的范圍。任何對(duì)本發(fā)明的裝置作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、組合、 分立，以及對(duì)本發(fā)明實(shí)施步驟作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超 出本發(fā)明的揭露以及保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于等離子體處理裝置的等離子體約束裝置，設(shè)置于所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，所述等離子約束裝置包括電氣接地元件；及導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件位于所述電氣接地元件上方，且二者相互電絕緣，所述導(dǎo)電元件設(shè)置有若干個(gè)通道，以利于所述處理區(qū)域里的用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體通過(guò)此通道，所述用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體內(nèi)包括帶電粒子及中性粒子，所述通道的大小被設(shè)置成當(dāng)所述帶電粒子通過(guò)所述通道時(shí)可以使帶電粒子被中和，同時(shí)允許中性粒子通過(guò)。
2、 如權(quán)利要求1所述的等離子體約束裝置，進(jìn)一步包括置于所述電氣 接地元件和所述導(dǎo)電元件之間的電氣絕緣層，以使所述電氣接地元件和所述 導(dǎo)電元件相互電絕緣。
3、 如權(quán)利要求1所述的等離子體約束裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)電氣 絕緣隔塊，定位于所述電氣接地元件和所述導(dǎo)電元件之間，使得所述電氣接 地元件和所述導(dǎo)電元件相互電絕緣。
4、 如權(quán)利要求1所述的等離子體約束裝置，其特征在于在所述等離子 體處理裝置的處理區(qū)域中提供有射頻功率發(fā)射用以激發(fā)等離子體，所述電氣 接地元件可以抑制射頻能量發(fā)射到達(dá)所述等離子體處理裝置的排氣區(qū)域。
5、 如權(quán)利要求2所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述電氣接地 元件或所述導(dǎo)電元件的相鄰表面至少有一部分經(jīng)過(guò)表面處理形成所述的電氣 絕緣層。
6、 如權(quán)利要求1所迷的等離子體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元件 上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顯著 抵抗所述處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的等離子體腐蝕的材料。
7、 如權(quán)利要求2所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述電氣絕緣 而形成。
8、 如權(quán)利要求l所迷的等離于體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元件 由若干個(gè)同心環(huán)構(gòu)成。
9、 如權(quán)利要求1所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元件 包含一個(gè)板，該板上開(kāi)設(shè)有通槽或穿孔以形成所述的通道。
10、 如權(quán)利要求1所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元 件浮地。
11、 如權(quán)利要求1所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元 件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配合形成所述若干個(gè) 通道。
12、 一種用于等離子體處理裝置的等離子體約束裝置，設(shè)置于所述等離 子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，所述等離子約束裝置包括電氣接地板，其具有一上表面；電氣絕緣層，至少部分地位于并覆蓋所述電氣接地板的上表面；若干個(gè)相互間隔的導(dǎo)電元件，所述若干個(gè)導(dǎo)電元件互相之間電連接并設(shè)置于所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間，其中至少一個(gè)所述導(dǎo)電元件至少部分地與所述電氣絕緣層相接觸。
13、 如權(quán)利要求12所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述電氣接 地板形成有至少一個(gè)貫通的通道，所述電氣接地板具有邊緣部分，所述電氣 絕緣層置于所述邊緣部分的上表面。
14、 如權(quán)利要求12所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述若干個(gè) 導(dǎo)電元件包含同心設(shè)置的多個(gè)環(huán)，環(huán)與環(huán)之間形成各自的通道，每一所述通
15、 如權(quán)利要求12所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元 件由金屬制成，并隨后經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理，或者由表面涂敷有抗等離子體腐蝕 涂層的金屬制成。
16、 如權(quán)利要求12所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述導(dǎo)電元 件由摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料形成，所述雜質(zhì)為能使半導(dǎo)體材料增加導(dǎo)電性能 的各種元素或者各種元素的組合。
17、 如權(quán)利要求12所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述等離子 體處理裝置包括一形成所述處理區(qū)域的導(dǎo)電腔體以及一個(gè)安裝在所述導(dǎo)電腔 體上的陽(yáng)極和陰極，其中所述陰極被一導(dǎo)電外殼所包圍，所述電氣接地板與 所述陰極的導(dǎo)電外殼或與所述導(dǎo)電腔體相電連接。
18、 一種等離子體約束裝置，包括 電氣接地元件，具有至少一個(gè)貫穿的通道；電氣絕緣層，與所述電氣接地元件呈至少部分覆蓋關(guān)系設(shè)置； 第一組相互間隔的大致同心朝向的導(dǎo)電環(huán)，置于所述電氣絕緣層上，并 與所述電氣接地元件呈相互間隔關(guān)系設(shè)置；以及第二組相互間隔的大致同心朝向的導(dǎo)電環(huán)，與第 一組導(dǎo)電環(huán)交叉配合配 置，以在第一組和第二組導(dǎo)電環(huán)之間形成有若干通道，所述通道的尺寸設(shè)定 為可中和通過(guò)所述通道的帶電粒子而允許電中性粒子通過(guò)。
19、 如權(quán)利要求18所述的等離子體約束裝置，其特征在于所述第一組 和第二組導(dǎo)電環(huán)與地電氣絕緣，并由經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理的金屬或表面涂覆有 丫203的金屬制成。
全文摘要
一種用于等離子體處理裝置的等離子體約束裝置，其設(shè)置于所述等離子體處理裝置的處理區(qū)域和排氣區(qū)域之間。所述等離子約束裝置具有導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件形成有若干個(gè)通道，以便控制用過(guò)的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體的排出并且當(dāng)其中的帶電粒子通過(guò)時(shí)將它們電中和，從而將等離子體放電基本約束在處理區(qū)域以內(nèi)。所述等離子體約束裝置還包括電氣接地元件，設(shè)置于所述導(dǎo)電元件下方并與所述導(dǎo)電元件相互電絕緣。本發(fā)明的等離子體約束裝置能夠有效減少等離子體處理裝置處理區(qū)域外的不希望的等離子體的形成，從而解決等離子體處理裝置腔體污染問(wèn)題。
文檔編號(hào)H05H1/03GK101150909SQ200610116449
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者付越虹, 倪圖強(qiáng), 周旭升, 徐朝陽(yáng), 曄 王, 青 錢, 陳金元 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司