[发明专利]等离子体约束装置及具有其的等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明设计微电子技术领域，特别涉及一种等离子体约束装置及具有其的等离子体处理装置。

背景技术

在刻蚀的腔室内，在射频电流作用下气体可以转换成为等离子体。等离子体中活跃的化学基团，会对衬底表面不受光刻胶保护的区域进行刻蚀。一般情况下，反应结束后的副产品气体会阻碍刻蚀的进行，导致后续进入腔室的反应刻蚀气体浪费，因此需要使用分子泵尽快将其抽走。但是，等离子体也会跟随抽气扩散到加工区域以外的反应腔室区域，并对反应室壁造成刻蚀与沉积，紧接着产生内部颗粒玷污导致衬底表面污染，同时缩短反应腔室的工作寿命。

工业界一般使用约束环来约束等离子体，加工过程中将等离子体锁在腔室容积（chamber volume）内，同时允许呈电中性的反应副产物被抽走。研究表明，约束环是腔室中调整等离子体片上均匀性最重要的结构，而片上均匀性一直是工业界追求的目标。

如申请号为US5534751公开了具有等离子体约束功能的装置，该装置的圆环采用绝缘材料，通过上下紧密排列来抑制等离子体扩散。大部分带电粒子在穿过间隙时会碰到壁面之后停止运动，但是依然不能完全隔绝带电粒子的扩散；材料采用诸如石英等绝缘脆性材料，容易破损，所以加工、安装和维修都相对困难。

如申请号为CN101150909公开了另外一种等离子体约束装置，该装置对约束环有较大改进，同心圆环导电材料并且圆环采用直径增加的同心圆环，可以将同心圆环加工为统一的零件，大大减小了安装维修的难度。但是由于约束环间的间隙固定，流导较小，若需要获得较大流导，则需要大量增加同心圆环的环数，使得腔室直径大大增加，体积没有得到有效利用。

如申请号为CN201514924U通过对同心圆环间隙做出调整，扩大了流导，但是由于靠外侧的同心圆环间隙过大容易造成带电离子扩散，不是一种稳定的方式。

如申请号为CN101441983公开了的等离子体约束装置，该装置为筒状多层结构，筒状结构上布置有通孔，可以通过多层的约束环旋转调整流导。这种结构比较简单，加工容易，片上均匀性好。但是专利要求圆筒结构表面进行阳极氧化，由于筒壁接触面积较大，要求制造精度和安装精度都要非常高，使得旋转中表面容易磨损，容易诱发等离子体局部放电。同时反应副产物通过通孔时，容易凝聚为不易清理的反应聚合物，多层结构容易聚合物容易填充筒状结构壁面缝隙，导致清洗聚合物不充分。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种等离子体约束装置。该等离子体约束装置具有结构简单，维修成本低且可以有效抑制等离子体扩散的优点。

本发明的另一目的在于提出一种等离子体处理装置。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供了一种等离子体约束装置，包括：约束环，所述约束环包括多个同心圆环，所述多个同心圆环之间的缝隙形成约束通道，所述约束环的高度大于等离子体的平均自由程，所述约束通道用于抑制所述等离子体通过；第一约束片，所述第一约束片设置在所述约束环的顶部，以封闭所述约束通道，所述第一约束片上形成有多个约束通孔；以及第二约束片，所述第二约束片沿所述约束环的轴向可旋转地设置在所述第一约束片之上，所述第二约束片上形成有多个所述约束通孔。

根据本发明实施例的等离子体约束装置，约束环的多个同心圆环之间的缝隙形成约束通道，并且约束环的高度大于等离子体的平均自由程（即约束环的上下方向的约束通道的高度大于等离子体的平均自由程），从而约束通道可以有效抑制等离子体扩散。另外，第二约束片可沿约束环的轴向可旋转地设置在第一约束片之上，因此，第一约束片和第二约束片上的约束通孔的开口大小可以进行调整，这样，可以对等离子体分布轮廓进行调整，进而改善等离子体的片上均匀性。该装置还可以对流导率的调整，使得反应副产物能够快速地排出反应腔，提升反应副产物的排放速率。此外，该等离子体约束装置具有结构简单、维修方便且成本低的优点。

另外，根据本发明上述实施例的等离子体约束装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述约束环和所述第二约束片可导电，所述第一约束片绝缘。

在一些示例中，所述第二约束片由表面喷涂有碳化硅的铝制成，所述第一约束片由石英制成。

在一些示例中，所述约束通孔为大致长圆形。

在一些示例中，所述约束通孔的宽度在所述约束环的径向沿从外向内的方向逐渐减小。