专利名称：等离子体约束装置及应用该约束装置的半导体处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种用于半导体 加工/处理工艺的等离子体约束装置以及应用该约束装置的半导体处 理设备。
背景技术：
随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度的要求越 来越高，这就促使生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工 /处理能力。而在半导体器件的加工/处理过程中，诸如等离子体处理 装置等的半导体加工/处理设备被广泛采用。
目前，现有的等离子体处理装置一般包括反应腔室、上/下电极、 气体输入部分和真空获得部分等各部分。在实际工艺过程中，该等离 子体处理装置的工作过程一般为首先，利用真空获得部分将反应腔 室抽真空；然后，通过气体输入部分将适当的反应气体(例如刻蚀气 体或者淀积气体)通入反应腔室；再后，对上/下电极施加适当的射 频功率，以激发反应气体产生电离而形成等离子体，进而对被刻蚀的 硅片或者需要淀积的硅片进行物理/化学反应，以获得所需要的刻蚀 图形或者淀积层；最后，通过真空获得部分把反应生成物排出该等离 子体处理装置。
通常，对上述上/下电极施加射频功率时，往往是在上电极接入 高频RF电源，在下电极接入一个或多个RF电源，且上电极接入的 RF电源的频率高于下电极RF电源的频率。
事实上，反应气体受激发产生电离而形成等离子体后，这些等离 子体在上述反应腔室内是可以扩散的。因而，在上述工艺过程中，虽 然大部分等离子体会驻留在上/下电极之间，但是仍有部分等离子体 会扩散到整个反应腔室内。这样，在等离子体到达的区域，在电场和磁场的作用下，等离子体会对所在区域内的反应腔室各部件进行腐蚀 或者淀积，从而对反应腔室内部造成颗粒污染，以致縮短反应腔室内 各部件的使用寿命。
由此可见，非常有必要把等离子体限制在一个特定区域内，以 减少甚至避免等离子体对该区域之外的部件进行腐蚀或者淀积等操 作，进而减少甚至避免该区域之外的颗粒污染，从而延长反应腔室内 各部件的使用寿命，同时提高被加工/处理硅片等半导体器件的产品 良率。
为此，人们一直探求能够对等离子体进行约束以阻止其随意扩
散的有效方法。例如，专利号为5534751的美国专利就公开了这样一 种具有等离子体约束功能的等离子体刻蚀装置。
请参阅图l，其中示出了上述美国专利所提供的等离子体刻蚀装 置的主要结构。在该装置的反应腔室11内环绕有腔室内衬16，并且 在反应腔室11内设置有上电极12和下电极13。在下电极13上设置有 聚焦环14，诸如硅片等被加工/处理器件15便置于下电极13和聚焦环 14上。上电极12和下电极13之间的区域为等离子体处理区(即，反 应区域)，被加工/处理器件15就处于该区域内。围绕等离子体处理 区设置有一组(本图中为4片)由绝缘材料制成的等离子体约束环 10，这4片等离子体约束环IO上下层叠设置，并且相邻的约束环IO 保持一定的间距，以在二者之间形成窄缝隙。这些窄缝隙具有下述作 用其一，作为反应后的气体的排放通道；其二，用于阻止等离子体
扩散，具体地，当诸如离子或者电子的带电粒子欲通过窄缝隙时，其 中的大部分粒子会撞击到约束环10的表面并停止运动，这样，这些 等离子体的扩散运动便被阻止了。
尽管上述美国专利中所涉及的等离子体约束环组可以抑制等离
子体的扩散，但是在实际应用中，其不可避免地存在下述问题
其一，由于该等离子体约束环组中的各约束环均由诸如石英等 的绝缘材料制成，质地往往较脆，因而比较容易破损。而且，各约束 环的厚度较小，这同样使其比较容易受损。因此，现有技术提供的等 离子体约束环组在安装、运输和工作过程中都容易破损。其二，该等离子体约束环组由多个脆且薄的约束环层叠构成， 并且相邻的约束环之间需要保持一定间距的窄缝隙，因此在进行安装 时，通常会先放置一片约束环，而后，与这一片约束环保持一定间距 地叠置下一片约束环，重复上述操作以将整个约束环组安装完毕。因 而，现有技术提供的等离子体约束环组的安装和定位都较为复杂，并 且相邻约束环彼此之间的机械连接也较为复杂，这样便导致该等离子 体约束环组的安装和维护复杂、费时。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体约束装置及应 用该等离子体约束装置的半导体处理设备，其不仅便于安装和维护， 而且不易损坏。同时，该约束装置和半导体处理设备能够减少甚至避 免等离子体在反应区域之外所造成的颗粒污染，进而提高产品良率、 延长反应腔室内各部件的使用寿命。
为此，本发明提供了一种等离子体约束装置，用于限制等离子 体的运动(诸如，向外扩散)。该约束装置包括至少一层筒状的约束 罩，所述每一层约束罩上均开设有形成约束通道的通孔。
其中，所述约束通道的长度大于等离子体的平均自由程，以阻 止所述等离子体扩散到所述约束装置之外。所述等离子体包括带电粒 子和中性粒子等。
其中，所述约束罩的层数大于等于2，所述各层约束罩嵌套组合 在一起，并且各层约束罩上对应的通孔相互连通而构成约束通道。
其中，所述约束装置中内层约束罩由耐受等离子体的绝缘材料 构成，或者裹附有耐受等离子体的绝缘材料涂层。所述绝缘材料包括
石英和/或陶瓷和/或SigN4等。
其中，所述约束罩中毗邻内层约束罩的那一层约束罩由导电材
料构成，并且电接地。所述导电材料可以是阳极氧化的铝和/或SiC。
其中，所述通孔为圆形通孔和/或横向槽状通孔和/或纵向槽状通孑L。
其中，所述圆形通孔的直径的取值范围在0.5-10mm之间，所述横向槽状通孔的纵向高度的取值范围在0.5-10mm之间，所述纵向槽 状通孔的横向宽度的取值范围在0.5-10mm之间。优选地，所述圆形 通孔的直径的取值范围在2.5-6mm之间，所述横向槽状通孔的纵向 高度的取值范围在2.5-6mm之间，所述纵向槽状通孔的横向宽度的 取值范围在2.5-6mm之间。
其中，在所述约束罩上通孔的开域大于20%。
其中，所述通孔沿其轴向的剖面形状为直通沟槽和/或倾斜沟槽 和/或弯折沟槽和/或弯曲沟槽。
其中，所述约束通道沿其轴向的剖面形状为贯穿各层约束罩的 直通通道和/或倾斜通道和/或弯曲通道和/或弯折通道。
此外，本发明还提供了一种半导体处理设备，包括反应腔室以 及位于反应腔室内的上电极和下电极，其特征在于，还包括如权利要 求1至12中任意一项所述的等离子体约束装置，所述约束装置位于 反应腔室内并环绕着上电极和下电极之间的反应区域，以便阻止所述 反应区域内的等离子体扩散到所述约束装置之外。
其中，所述等离子体约束装置的上边缘高于所述上电极的下表 面，其下边缘低于置于下电极上的被加工/处理半导体器件的上表面。
另外，本发明提供的半导体处理设备还包括用于带动所述等离 子体约束装置运动的升降装置，当进行传片时，所述等离子体约束装 置在所述升降装置的带动下向上升起，以便被加工/处理的半导体器 件可以置于所述下电极上；当传片结束后，所述等离子体约束装置在 所述升降装置的带动下向下运动并降至工作位置，以便进行半导体加 工/处理工艺。
相对于现有技术，本发明提供的等离子体约束装置及应用该约 束装置的半导体处理设备具有下述有益效果
其一，由于本发明提供的等离子体约束装置包括至少一层约束 罩，每一层约束罩呈筒状且为一个整体，而不像现有技术那样由多片 环状的约束环层叠而成。因此相对于现有技术，本发明提供的等离子 体约束装置及应用该约束装置的半导体处理设备不易损坏。
其二，本发明提供的等离子体约束装置包括至少一层约束罩，并且每一层约束罩上均开设有构成约束通道的若干通孔，因而无需像 现有技术那样，需要在进行安装时留出排气用的窄缝隙。而且，本发 明中的每一层约束罩均为一个整体，这样，在安装时就无需像现有技
术那样一片一片地叠置安放约束环。因此，本发明提供的等离子体约 束装置及应用该约束装置的半导体处理设备的安装和维护都较为方 便、快捷。
其三，在实际应用中，本发明提供的等离子体约束装置围绕着 反应区域，这样便可以对反应区域内的等离子体进行约束，以避免其 对反应区域之外的部件进行腐蚀或者淀积等操作，进而减少甚至避免 在该区域之外造成颗粒污染，从而提高产品良率，同时延长反应腔室 内各部件的使用寿命。
其四，由于本发明提供的等离子体约束装置能够将等离子体约 束在该装置所限定的范围内，这样便可以提高反应区域内等离子体分 布的均匀性，进而改善半导体器件加工/处理结果的均匀性。
另外，在本发明提供的一个优选实施例中，当等离子体约束装 置包括两层以上的约束罩时，舭邻最内层约束罩的那一层约束罩(即， 次内层约束罩)由导电材料制成，并且电接地，这样便可以使越过最 内层约束罩的带电粒子在电场的作用下，加速向次内层约束罩运动并 撞击该约束罩，从而将等离子体更为有效地限制在该约束装置中。
图1为现有技术提供的等离子体刻蚀装置的结构示意图； 图2A为本发明第一实施例所提供的等离子体约束装置的结构 示意图2B为本发明第二实施例所提供的等离子体约束装置的结构 示意图3A为本发明第三实施例所提供的等离子体约束装置的结构 示意图3B为本发明第四实施例所提供的等离子体约束装置的结构 示意图；图4A为本发明第五实施例所提供的等离子体约束装置的结构 示意图4B为本发明第六实施例所提供的等离子体约束装置的结构 示意图5A为本发明所提供的等离子体约束装置的一种约束通道的 剖面示意图5B为本发明所提供的等离子体约束装置的另一种约束通道 的剖面示意图5C为本发明所提供的等离子体约束装置的再一种约束通道 的剖面示意图5D为本发明所提供的等离子体约束装置的再一种约束通道 的剖面示意图6为本发明所提供的半导体处理设备的结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的等离子体约束装置及应用该等离子体约束装置的 半导体处理设备的技术核心是设置至少一层筒状的等离子体约束
罩，并在其上开设通孔而形成穿透该约束装置壁的约束通道，以使等 离子体不能扩散到该等离子体约束罩所限定的范围之外。本发明中所 说的约束罩指的是，围绕着反应区域用以限制该区域内的等离子体向 外运动(例如，扩散运动)的每一层筒状结构。本发明中，可以采用 单层约束罩来单独构成用以限制等离子体向外运动的等离子体约束 装置，也可以将多层约束罩进行组合而构成等离子体约束装置。
为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合 附图对本发明提供的等离子体约束装置及应用该等离子体约束装置 的半导体处理设备进行详细描述。
然而，在进行详细说明之前，需要先明确下述各个概念。在本 发明中，通孔入口指的是工艺过程中等离子体经此而进入该通孔的那 一开口；通孔出口指的是工艺过程中等离子体经此而离开该通孔的那 一开口；通孔轴线指的是通孔入口的中点和该通孔出口的中点之间的连线。约束通道入口指的是工艺过程中等离子体经此而进入该约束通 道的那一开口 ；约束通道出口指的是工艺过程中等离子体经此而离开 该约束通道的那一开口；约束通道轴线指的是约束通道入口的中点和 该约束通道出口的中点之间的连线；约束罩中心轴线指的是筒状约束 罩的两个开放端面的中点之间的连线；约束装置中心轴线指的是约束 装置的两个开放端面的中点之间的连线。
请参阅图2A，本发明第一实施例提供的等离子体约束装置包括 两个紧密嵌套的筒状约束罩，即，内层约束罩L1和围绕在内层约束 罩L1之外的外层约束罩L2。而且，在内层约束罩L1和外层约束罩 L2上均开设有若干规则排列的圆形通孔30，并且每一层约束罩上的 开域比例最好大于20%，以方便刻蚀或淀积反应后的气体经由这些通 孔30而被真空获得部分排出。本发明中所说的开域比例指的是，每一 层约束罩上全部通孔30的面积之和同该层约束罩面积之比。至于这 些通孔30的直径取值范围，以大于等离子体鞘层厚度的2倍为宜，具 体地，通孔30的直径可以在0.5-10mm之间，优选地在2.5-6mm之间。 内层约束罩L1和外层约束罩L2上对应的圆形通孔30可以相互连通 而形成约束通道。所述约束通道的长度(即，两层约束罩上相对应的 通孔30贯通后所形成的通道沿其轴向的深度)应大于等离子体的平 均自由程，这样，进入该约束通道的等离子体往往会与该约束通道内 壁发生碰撞并被约束在该通道内，而不至于扩散到该等离子体约束装 置之外的区域内。
在实际应用中，该等离子体约束装置环绕并罩住反应区域，更 确切地说，是内层约束罩Ll直接环绕着反应区域。这样，内层约束 罩L1便直接接触该反应区域内的等离子体，因而其通常由耐等离子体 的绝缘材料制得，所述绝缘材料例如可以是石英或氮化硅(Si3N4)等； 或者，也可以通过在其他材料制成的基底上涂附耐等离子体的绝缘材 料涂层来制得，所述绝缘材料涂层例如可以是氧化钇(Y203)涂层等。
外层约束罩L2毗邻内层约束罩Ll，其通常选用导电的金属或非 金属材料，例如可以是A1， SiC或者Si等。优选地，将外层约束罩L2 接地，以使带电的等离子体在电场的作用下，直接被吸引到外层约束罩L2上，而不至于扩散到该等离子体约束装置之外的区域内。
请参阅图2B，本发明第二实施例提供的等离子体约束装置包括 三个紧密嵌套的筒状约束罩，即，内层约束罩L1、中间层约束罩L2 和外层约束罩L3。在各层约束罩L1、 L2和L3上均开设有规则排列 的圆形通孔30，并且每一层约束罩上的开域比例最好大于20%，以便 反应后的气体经由这些通孔30而排出。这些通孔30的直径取值范围 以大于等离子体鞘层厚度的2倍为宜，具体地，通孔30的直径可以在 0.5-10mm之间，优选地在2.5-6mm之间。这三层约束罩上对应的圆形 通孔30相互连通形成约束通道。所述约束通道的长度(即，三层约 束罩上相对应的通孔30贯通后所形成的通道沿其轴向的深度)大于 反应区域内等离子体的平均自由程。
在实际应用中，该等离子体约束装置环绕并罩住反应区域，更 确切地说，是内层约束罩Ll直接环绕着反应区域。这样，内层约束 罩Ll直接接触等离子体，因而其通常由耐等离子体的绝缘材料制得， 所述绝缘材料例如可以是石英或氮化硅(Si3N4)等；或者，也可以通 过在其他材料制成的基底上涂附耐等离子体的绝缘材料涂层而制得， 所述绝缘材料涂层例如可以是氧化钇(Y203)涂层等。
中间层约束罩L2毗邻内层约束罩Ll，其通常选用导电的金属或 非金属材料，例如可以是A1， SiC或者Si等。优选地，将中间层约束 罩L2接地，以使带电的等离子体在电场的作用下，直接被吸引到中间 层约束罩L2上，而不至于扩散到该等离子体约束装置之外的区域内。
至于外层约束罩L3所选用的材料，可以不过多进行限制，也就 是说，其可以采用绝缘材料也可以采用导电材料。
请参阅图3A，本发明第三实施例所提供的等离子体约束装置包 括两个紧密嵌套组合在一起的筒状约束罩，艮卩，内层约束罩L1和围 绕在内层约束罩Ll之外的外层约束罩L2。而且，在内层约束罩L1 和外层约束罩L2上均开设有若干规则排列的横向槽状通孔30，该通 孔30的两个横向端部为圆弧形，并且每一层约束罩上的开域比例最 好大于20%，以方便反应后的气体经由这些通孔30而排出。至于这些 通孔30的纵向高度的取值范围，以大于等离子体鞘层厚度的2倍为宜，具体地，通孔30的纵向高度可以在0.5-10mm之间，优选地在2.5-6mm 之间。内层约束罩Ll和外层约束罩L2上对应的通孔30可以相互连 通而形成约束通道。类似于前述第一实施例，所述约束通道的长度应 大于等离子体的平均自由程，这样，进入该约束通道的等离子体与该 约束通道内壁发生碰撞而被约束在该通道内，而不至于扩散到该等离 子体约束装置之外的区域内。
本实施例中各层约束罩所选用的材料类似于前述第一实施例，在 此不再赘述。
请参阅图3B，本发明第四实施例所提供的等离子体约束装置包 括三个紧密嵌套的筒状约束罩，即，内层约束罩Ll、中间层约束罩 L2和外层约束罩L3。而且，在各层约束罩L1、 L2和L3上均开设有 横向槽状通孔30，该通孔30的两个横向端部为圆弧形，并且每一层 约束罩上的开域比例最好大于20%，以方便反应后的气体经由这些通 孔30而排出。至于这些通孔30的纵向高度的取值范围，以大于等离 子体鞘层厚度的2倍为宜，具体地，通孔30的纵向高度可以在0.5-10mm 之间，优选地在2.5-6mm之间。各层约束罩Ll、 L2和L3上对应的通 孔30可以相互连通而形成约束通道。类似于前述第二实施例，所述 约束通道的长度应大于等离子体的平均自由程，这样，进入该约束通 道的等离子体与该约束通道内壁发生碰撞而被约束在该通道内，而不 至于扩散到该等离子体约束装置之外的区域内。
本实施例中各层约束罩所选用的材料类似于前述第二实施例，在 此不再赘述。
请参阅图4A，本发明第五实施例提供的等离子体约束装置包括 两个紧密嵌套的筒状约束罩，SP，内层约束罩L1和围绕在内层约束 罩L1之外的外层约束罩L2。而且，在内层约束罩L1和外层约束罩 L2上均开设有若干规则排列的纵向槽状通孔30，该通孔30的两个纵 向端部为圆弧形，并且每一层约束罩上的开域比例最好大于20%，以 方便反应后的气体经由这些通孔30而排出。至于这些通孔30的横向 宽度的取值范围，以大于等离子体鞘层厚度的2倍为宜，具体地，通 孔30的横向宽度可以在0.5-10mm之间，优选地在2.5-6mm之间。内层约束罩Ll和外层约束罩L2上对应的通孔30可以相互连通而形成 约束通道。类似于前述第一实施例，所述约束通道的长度应大于等离 子体的平均自由程，这样，进入该约束通道的等离子体与该约束通道 内壁发生碰撞而被约束在该通道内，而不至于扩散到该等离子体约束 装置之外的区域内。
本实施例中各层约束罩所选用的材料类似于前述第一实施例，在 此不再赘述。
请参阅图4B，本发明第六实施例提供的等离子体约束装置包括 三个相互紧密嵌套的筒状约束罩，即，内层约束罩Ll、中间层约束 罩L2和外层约束罩L3。而且，在各层约束罩L1、 L2和L3上均开 设有纵向槽状的通孔30，该通孔30的两个纵向端部为圆弧形，并且 每一层约束罩上的开域比例最好大于20%，以方便反应后的气体经由 这些通孔30而排出。至于这些通孔30的横向宽度的取值范围，以大 于等离子体鞘层厚度的2倍为宜，具体地，通孔30的横向宽度可以在 0.5-10mm之间，优选地在2.5-6mm之间。各层约束罩Ll、 L2和L3 上对应的通孔30可以相互连通而形成约束通道。类似于前述第二实 施例，所述约束通道的长度应大于等离子体的平均自由程，这样，进 入该约束通道的等离子体与该约束通道内壁发生碰撞而被约束在该 通道内，而不至于扩散到该等离子体约束装置之外的区域内。
本实施例中各层约束罩所选用的材料类似于前述第二实施例，在 此不再赘述。
可以理解，尽管前述实施例中等离子体约束罩上的通孔30是规 则排列的，但是在实际应用中，其也可以采用非规则排列的布局。只 要各层等离子体约束罩上的通孔可以相互连通而形成约束通道，并且 约束通道的长度大于等离子体的平均自由程即可。当然，等离子体约 束罩上的开域比例最好大于20%。
此外，本发明所提供的等离子体约束装置中的各等离子体约束罩 的形状可以不局限于前述实施例中所述的圆筒形状，而是也可以采用 诸如方形筒状结构的其他形状，只要该等离子体约束罩能够围绕反应 区域、并且不会使反应区域内的等离子体扩散到该约束装置所限定的范围之外即可。
需要指出的是，本发明提供的等离子体约束装置可以由至少两层 约束罩组合而成，如前述各个实施例所述。事实上，本发明提供的等 离子体约束装置也可以仅包括一层约束罩。
当等离子体约束装置包括单层约束罩时，该约束装置直接与等离 子体接触(为便于说明，本发明中将该层约束罩也称为内层约束罩)。 为使该约束装置不被等离子体侵蚀，其可以由耐等离子体的绝缘材料 制得，例如石英、Si3N4等绝缘材料。而且，在该等离子体约束装置上 设置若干通孔，并使通孔的长度大于等离子体的平均自由程，以便进 入该通孔的等离子体与该约束通道内壁发生碰撞而被约束在该通孔 内，而不至于扩散到该等离子体约束装置之外的区域内。在等离子体
约束装置上的开域以大于20%为宜，以便反应后的气体可以经由这些
通孔而被真空获得部分顺利地排出。
此外，本发明所涉及的每一层约束罩可以是一体成型的；也可以 是由若干部分组合而成的，例如，可以是将多个部分沿着约束罩的周 面拼接组合而成，也可以是将多个部分上下叠置组合而成。
下面以三层约束罩为例、并且结合图5A至图5D来说明各层约 束罩上的通孔如何构成约束通道、以及该约束通道的剖面结构。
请一并参阅图5A至图5D，约束罩L1、 L2和L3上的通孔30沿 通孔轴线的剖面形状可以具有多种形式，例如，可以具有如图5A和图 5B中约束罩L1、 L2和L3所示的水平贯通的直通沟槽状，也可以具有 如图5C中约束罩L2所示的与水平方向呈一定角度倾斜贯通的直通沟 槽状，还可以具有如图5D中约束罩L2所示的喇叭状的倾斜沟槽形状。 其中，所述直通沟槽状通孔沿其轴线的剖切线为平行直线，倾斜沟槽 状通孔沿其轴线的剖切线为不平行的直线。
除图5A至图5D所示的通孔形状外，通孔30沿其轴线的剖切线 也可以呈曲线状，g卩，通孔30沿其轴线的剖面形状为弯曲沟槽；通孔 30沿其轴线的剖切线也可以呈折线状，g卩，通孔30沿其轴线的剖面形 状为弯折沟槽。
此外，通孔30的轴线可以垂直于其所在约束罩的中心轴线，也可以倾斜于其所在约束罩的中心轴线。再者，通孔30的轴线可以指向其 所在约束罩的中心轴线，也可以偏离其所在约束罩的中心轴线，换言 之，对于圆筒状约束罩而言，通孔30的轴线可以在约束罩的径线上， 也可以偏离约束罩的径线。
当多层约束罩Ll、 L2和L3嵌套组合在一起而形成等离子体约束 装置时，各层约束罩上对应的通孔30相互连通而形成贯穿各层约束 罩的约束通道。并且，相邻约束罩上对应的通孔30可以具有相同的形 状，如图5A和5B所示；也可以具有不同的形状，如图5C和5D所示。 事实上，约束通道可以为前述各种形状构造的通孔的组合。因此，约 束通道的形状构造也就多种多样，例如，可以为图5A所示的直通型， 也就是说，该约束通道沿其轴向的剖面线呈平行直线；也可以为图 5B、图5C和图5D所示的弯折型，也就是说，该约束通道沿其轴向 的剖面线呈折线；还可以为弯曲型，即，该约束通道沿其轴向的剖面 线呈曲线；还可以为倾斜型，即，该约束通道沿其轴向的剖面线呈非 平行的直线。当然，也可以使相邻约束罩上的部分通孔30完全错位
而形成盲孔。
可以理解，当约束通道为弯折型、弯曲型或者倾斜型等非直通 式的通道时，等离子体同该通道内壁的碰撞几率将会增大，这样可以 更好地将等离子体约束在该约束装置所限定的范围内。另外，约束通 道的轴线可以垂直于该等离子体约束装置的中心轴线，也可以倾斜于 该等离子体约束装置的中心轴线。当然，约束通道的轴线可以指向约 束装置的中心轴线，也可以偏离约束装置的中心轴线，换言之，对于 圆筒状约束装置而言，约束通道的轴线可以在该约束装置的径向沿线 上，也可以偏离该约束装置的径向沿线。
此外，本发明还提供了一种应用上述等离子体约束装置的半导体 处理设备。
请参阅图6，本实施例提供的半导体处理设备中包括带有气体输 入部分(图未示)的反应腔室11，反应气体经由该气体输入部分而进 入反应腔室11。在该反应腔室11内环绕有内衬16，并且在反应腔室 11内设置有上电极12和下电极13。在下电极13上设置有聚焦环14，诸如硅片等被加工/处理器件15便置于下电极13和聚焦环14上。上电
极12和下电极13之间的区域为等离子体处理区，被加工/处理器件15 就处于该区域内。围绕等离子体处理区设置有等离子体约束装置17， 用以将向周边扩散的等离子体约束在该约束装置中，从而避免等离子 体对该区域之外的部件进行腐蚀或者淀积等操作，进而减少甚至避免 该区域之外的颗粒污染，以提高被加工/处理硅片等半导体器件的产 品良率，同时延长反应腔室内各部件的使用寿命。
具体地，等离子体约束装置17设置在上电极12和下电极13之间。 当等离子体约束装置17处于工艺位置(即，在半导体加工/处理工艺过 程中，等离子体约束装置17所处的位置)时，该等离子体约束装置17 的下表面在硅片等被加工/处理器件15的上表面之下，该等离子体约束 装置17的上表面在上电极12的下表面之上，这样便能有效地保证等 离子体不会泄漏出上电极12和下电极13之间的反应区域。
事实上，本实施例提供的半导体处理设备还可以包括用以带动等 离子体约束装置17向上/向下运动的升降装置(图未示)。当进行传片 时，等离子体约束装置17借助于该升降装置而升起，以便于硅片等被 加工/处理器件15被置于下电极13和聚焦环14上；当传片结束时，等 离子体约束装置17借助于该升降装置而下降至合适位置，以准备开始 加工/处理工艺。
本实施例提供的半导体处理设备在实际工作过程中，其上电极12 和下电极13之间输入有一个或多个射频功率，于是，在上电极12和 下电极13之间就会产生大的电场，该电场激活其中的反应气体，点燃 和维持等离子体。这样，等离子体中的带电离子在该电场的作用下向 下电极13加速运动，并同等离子体中的中性活性粒子一起和硅片等被 加工/处理器件15的表面发生物理和化学反应，以产生所需的图像(刻 蚀)或膜层(淀积)。由于存在等离子体约束装置17，便可以将等离 子体约束在上电极12和下电极13之间的区域内，使它们不能扩散到 反应腔室ll内的其他区域，从而避免等离子体在其他区域二次放电， 撞击其他区域内的部件并与之进行反应，进而避免在反应腔室11内引 起颗粒污染和淀积，而延长这些部件的使用寿命。需要指出的是，本发明提供的等离子体约束装置不仅可以应用于 前述实施例所述的等离子体刻蚀设备，而且也可以应用于其他适合的 半导体加工/处理设备。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采 用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普 通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出 各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种等离子体约束装置，其特征在于，包括至少一层筒状的约束罩，所述每一层约束罩上均开设有形成约束通道的通孔。
2. 根据权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述约束罩的层数大于等于2，所述各层约束罩嵌套组合在一起，并且 各层约束罩上对应的通孔相互连通而构成约束通道。
3. 根据权利要求1或2所述的等离子体约束装置，其特征在于， 所述约束装置中内层约束罩由耐受等离子体的绝缘材料构成，或者裹 附有耐受等离子体的绝缘材料涂层。
4. 根据权利要求3所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述绝缘材料包括石英和/或陶瓷和/或Si3N4。
5. 根据权利要求3所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述约束罩中毗邻内层约束罩的那一层约束罩由导电材料构成，并且电接地。
6. 根据权利要求5所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述导电材料是阳极氧化的铝和/或SiC。
7. 根据权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述约束通道的长度大于等离子体的平均自由程，以阻止所述等离子体 扩散到所述约束装置之外。
8. 根据权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述通孔为圆形通孔和/或横向槽状通孔和/或纵向槽状通孔。
9. 根据权利要求8所述的等离子体约束装置，其特征在于，所述圆形通孔的直径的取值范围在0.5-10mm之间，所述横向槽状通孔 的纵向高度的取值范围在0.5-10mm之间，所述纵向槽状通孔的横向 宽度的取值范围在0.5-10mm之间。
10. 根据权利要求9所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述圆形通孔的直径的取值范围在2.5-6mm之间，所述横向槽状通孔 的纵向高度的取值范围在2.5-6mm之间，所述纵向槽状通孔的横向 宽度的取值范围在2.5-6mm之间。
11. 根据权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于，在 所述约束罩上通孔的开域大于20%。
12. 根据权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述通孔沿其轴向的剖面形状为直通沟槽和/或倾斜沟槽和/或弯折沟 槽和/或弯曲沟槽。
13. 根据权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于，所 述约束通道沿其轴向的剖面形状为贯穿各层约束罩的直通通道和/或 倾斜通道和/或弯曲通道和/或弯折通道。
14. 一种半导体处理设备，包括反应腔室以及位于反应腔室内的 上电极和下电极，其特征在于，还包括如权利要求1至12中任意一 项所述的等离子体约束装置，所述约束装置位于反应腔室内并环绕着 上电极和下电极之间的反应区域，以便阻止所述反应区域内的等离子 体扩散到所述约束装置之外。
15. 根据权利要求14所述的半导体处理设备，其特征在于，所 述等离子体约束装置的上边缘高于所述上电极的下表面，其下边缘低 于置于下电极上的被加工/处理半导体器件的上表面。
16.根据权利要求14所述的半导体处理设备，其特征在于，还 包括用于带动所述等离子体约束装置运动的升降装置，当进行传片 时，所述等离子体约束装置在所述升降装置的带动下向上升起，以便 被加工/处理的半导体器件可以置于所述下电极上；当传片结束后， 所述等离子体约束装置在所述升降装置的带动下向下运动并降至工 作位置，以便进行半导体加工/处理工艺。
全文摘要
本发明提供了一种等离子体约束装置，用于限制等离子体向外扩散。所述约束装置包括至少一层筒状的约束罩，所述每一层约束罩上均开设有形成约束通道的通孔。本发明还提供了一种应用该等离子体约束装置的半导体处理设备，其包括反应腔室、上电极和下电极、以及上述等离子体约束装置，该约束装置位于反应腔室内并环绕着上电极和下电极之间的反应区域，以便阻止等离子体扩散到约束装置之外。本发明提供的等离子体约束装置及半导体处理设备不仅便于安装和维护，而且不易损坏。同时，该约束装置和半导体处理设备能够减少甚至避免等离子体在反应区域之外所造成的颗粒污染，进而提高产品良率、延长反应腔室内各部件的使用寿命。
文档编号H05H1/00GK101441983SQ20071017783
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者南建辉, 宋巧丽, 李东三 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司