CN101150909B - 等离子体约束装置 - Google Patents

Abstract

一种用于等离子体处理装置的等离子体约束装置，其设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间。所述等离子约束装置具有导电元件，所述导电元件形成有若干个通道，以便控制用过的反应气体及副产品气体的排出并且当其中的带电粒子通过时将它们电中和，从而将等离子体放电基本约束在处理区域以内。所述等离子体约束装置还包括电气接地元件，设置于所述导电元件下方并与所述导电元件相互电绝缘。本发明的等离子体约束装置能够有效减少等离子体处理装置处理区域外的不希望的等离子体的形成，从而解决等离子体处理装置腔体污染问题。

Description

等离子体约束装置

【技术领域】

本发明涉及一种用来加工集成电路用的半导体基片或用来加工平板显示器用的玻璃平板的基片的装置，尤其涉及一种等离子体处理装置中的等离子体约束装置以及相关的等离子体约束方法。

【背景技术】

等离子处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和等离子平板的基片的加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来点燃和维持等离子体，以便分别刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片和等离子平板进行加工。举例来说，电容性等离子体反应器已经被广泛地用来加工半导体基片和显示器平板，在电容性等离子体反应器中，当射频功率被施加到二个电极之一或二者时，就在一对平行电极之间形成电容性放电。

等离子体是扩散性的，虽然大部分等离子体会停留在一对电极之间的处理区域中，但部分等离子体可能充满整个工作室。举例来说，等离子体可能充满真空反应室下方的处理区域外面的区域。若等离子体到达这些区域，则这些区域可能随之发生腐蚀、淀积或者侵蚀，这会造成反应室内部的颗粒玷污，进而降低等离子处理装置的重复使用性能，并可能会缩短反应室或反应室零部件的工作寿命。如果不将等离子体约束在一定的工作区域内，带电粒子将撞击未被保护的区域，进而导致半导体基片表面杂质和污染。

因此，业界一直不断地致力于产生被约束在处理区域的因而更为稳定的等离子体。现有的一种思路是使用约束环来约束等离子体，例如，美国专利6562189描述了一种使用永久磁铁约束等离子体扩散的等离子体腔体。但是，其不足之处在于：永久磁体的磁场过强会导致被处理基片内部的敏感元件损坏，如果磁场过弱又不能实现有效的约束等离子体扩散的目的。

此外，美国专利5534751描述了另一种等离子体约束装置，该等离子体约束装直通过紧密排列形成窄缝隙的由绝缘材料制成的约束环抑止等离子体扩散。当带电粒子，如离子或者电子通过窄缝隙时，他们中的大部分会撞击到约束环的表面进而防止等离子体的扩散。但该方法不能完全有效地隔绝带电粒子泄露至处理区域外，不能完全隔离电磁波的泄露，也无法解决泄露出去的带电粒子在处理区域外导致的二次射频放电。

另外，美国专利5998932通过加入接地的导电延伸物来大大减少处理区域外的等势场线的密度，以减少处理区域外的电场在处理区域外诱发泄露的带电粒子与反应室壁发生加速碰撞，形成不希望有的等离子体。但是这种方法并不能完全地阻止处理区域外的电场的形成。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种等离子体约束装置，克服了现有技术的不足，解决因等离子体扩散而引起的等离子处理装置的处理腔体污染问题.

本发明的又一目的在于提供一种等离子体约束装置，其不仅能有效地减少处理腔室内的处理区域外的能够点燃和/或维持二次等离子体的电子的密度，而且可以为等离子体处理装置的处理区域提供电场屏蔽，从而进一步阻止等离体污染所述等离体处理装置的腔体。

本发明是通过以下技术方法实现的：

一种用于等离子体处理装置的等离子体约束装置，设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，所述等离子约束装置包括：电气接地元件；及导电元件，所述导电元件位于所述电气接地元件上方，且二者相互电绝缘，所述导电元件设置有若干个通道，以利于所述处理区域里的用过的反应气体及副产品气体通过此通道，所述用过的反应气体及副产品气体内包括带电粒子及中性粒子，所述通道的大小被设置成当等离子体内的带电粒子通过所述通道时可以使带电粒子被中和，同时允许中性粒子通过。

所述电气接地元件和所述导电元件之间的电气绝缘层，以使所述电气接地元件和所述导电元件相互电绝缘。

所述的等离子体约束装置，进一步包括：至少一个电气绝缘隔块，定位于所述电气接地元件和所述导电元件之间，使得所述电气接地元件和所述导电元件相互电绝缘。

在所述等离子体处理装置的处理区域中提供有射频功率发射用以激发等离子体，所述电气接地元件可以抑制射频能量发射到达所述等离子体处理装置的排气区域。

所述的等离子体约束装置，所述电气接地元件或所述导电元件的表面至少有一部分经过阳极化处理。

所述导电元件上涂覆有可以显著抵抗所述处理区域内产生的等离子体腐蚀的材料。

在所述导电元件涂覆所述抗腐蚀材料之前，所述导电元件或所述电气接地元件至少部分地经过阳极化处理。

所述电气绝缘层经由导电元件或者电气接地元件的表面阳极化处理或者表面涂敷绝缘涂层而形成。

所述导电元件由若干个同心环构成。

所述导电元件包含一个板，该板上开设有通槽或穿孔以形成所述的通道。

所述导电元件浮地。

所述导电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个通道，其尺寸设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过。

此外，本发明还公开一种用于等离子体处理装置的等离子体约束装置，设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，所述等离子约束装置包括：电气接地板，其具有一上表面；电气绝缘层，至少部分地位于并覆盖所述电气接地板的上表面；若干个相互间隔的导电元件，所述若干个导电元件互相之间电连接并设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，其中至少一个所述导电元件至少部分地与所述电气绝缘层相接触。

所述电气接地板形成有至少一个贯通的通道，所述电气接地板具有边缘部分，所述电气绝缘层置于所述边缘部分的上表面。

所述若干个导电元件包含同心设置的多个环，环与环之间形成各自的通道，每一所述通道的尺寸设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过。

所述导电元件由金属制成，并随后经过阳极化处理，或者由表面涂敷有抗等离子体腐蚀涂层的金属制成。

所述导电元件由掺有杂质的半导体材料形成，所述杂质为能使半导体材料增加导电性能的各种元素或者各种元素的组合。

所述等离子体处理装置包括一形成所述处理区域的导电腔体以及一个安装在所述导电腔体上的阳极和阴极，其中所述阴极被一导电外壳所包围，所述电气接地板与所述阴极的导电外壳或与所述导电腔体相电连接。

再者，本发明还公开一种等离子体约束装置，包括：电气接地元件，具有至少一个贯穿的通道；电气绝缘层，与所述电气接地元件呈至少部分覆盖关系设置；第一组相互间隔的大致同心朝向的导电环，置于所述电气绝缘层上，并与所述电气接地元件呈相互间隔关系设置；以及第二组相互间隔的大致同心朝向的导电环，与第一组导电环交叉配合配置，以在第一组和第二组导电环之间形成有若干通道，所述通道的尺寸设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过。

所述第一组和第二组导电环与地电气绝缘，并由经过阳极化处理的金属或表面涂覆有Y₂O₃的金属制成。

本发明的等离子约束装置因为具有形成有若干个通道的导电元件，因此能够将通过所述通道的带电粒子中和，从而阻止了大部分的带电粒子泄漏到所述处理区域外，基本解决了在处理区域外等离子体的二次放电问题，同时也提高了处理区域内等离子体的利用率。此外，由于本发明的等离子约束装置还具有位于所述导电元件下方并与之相互电绝缘的电气接地元件，从而为等离子体处理区域提供了电场屏蔽，进而更加有效地将可能泄漏到等离子体处理区域外的带电粒子屏蔽在处理区域之内，这也就进一步的防止了等离子体在处理区域外的二次放电，改善了等离子体在处理区域内的利用率，并极佳地防止了等离子体对腔体可能造成的污染。

【附图说明】

图1为运用本发明等离子体约束装置的等离子体处理装置的结构示意图；

图2是本发明等离子体约束装置的一种实施例的剖面图；

图3是图2所述等离子体约束装置的局部放大图；

图4是本发明等离子体约束装置的另一种实施例的立体分解图；

图5是图4所述等离子体约束装置安装在等离子体处理装置中的局部剖面图。

【具体实施方式】

请参阅图1，图1为运用本发明等离子体约束装置的等离子体处理装置的结构示意图.如图所示的等离子体处理装置1具有一个处理腔体11，处理腔体11基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直，处理腔体11内具有相互平行设置的上电极12a和下电极12b.通常，在上电极12a与下电极12b之间的区域2为处理区域，该区域将形成高频能量以点燃和维持等离子体.在下电极12b上方放置待要加工的工件(未图示)，该工件可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板.反应气体从气体注入口(未图示)被输入至处理腔体11内，一个或多个射频电源14a，14b可以被单独地施加在下电极12b上或同时被分别地施加在上电极12a与下电极12b上，用以将射频功率输送到下电极12b上或上电极12a与下电极12b上，从而在处理腔体11内部产生大的电场.大多数电场线被包含在上电极12a和下电极12b之间的处理区域2内，此电场对少量存在于处理腔体11内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞.这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体11内产生等离子体4.反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子.带正电的离子向着下电极12b方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、淀积等.在等离子体处理装置1的合适的某个位置处设置有排气区域6，排气区域6与外置的排气装置(未图示)相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出处理区域2.

根据本发明的发明目的，本发明的等离子体约束装置的一种实施方式如图1中的70所示，其用于使处理腔体11内的等离子体4放电被基本约束在上电极12a和下电极12b之间的处理区域2内，尽量减少处理区域2外(例如，排气区域6)产生不希望有的二次等离子体放电。

本发明的等离子体约束装置70被设置位于处理区域2的周围，并位于处理区域2与等离子体处理装置1的排气区域6之间，用以控制用过的反应气体的排出并且当反应气体中的带电粒子通过该等离子体约束装置70时将它们电中和，从而将放电基本约束在处理区域以内，以防止等离子处理装置使用过程中可能造成的腔体污染问题。优选的实施是，如图所示，等离子体约束装置70设置于等离子体处理装置中的处理腔体11的内侧壁与下电极12b的外周围之间的间隙内。

请参阅图2及图3，图2是本发明等离子体约束装置的一种实施例的剖面图，图3是图2所述等离子体约束装置的局部放大图。如图所示，等离子约束装置70包括：电气接地元件71及导电元件100，其中所述导电元件100位于所述电气接地元件71上方，且二者相互电绝缘(electrically insulatedrelative thereto)，所述导电元件100设置有若千个通道102，以利于所述处理区域里的用过的反应气体及副产品气体通过此通道102。如前所述，等离子体内包括带电粒子及中性粒子，所述通道102的大小被设置成当等离子体内的带电粒子通过所述通道102时可以使带电粒子被中和，同时允许中性粒子通过。

继续参照图2及图3所示，导电元件100包括一体形成的导电支撑环90及若干个导电同心环101。导电支撑环90可以方便地支撑于电气接地元件71的上方。所述导电同心环101及导电支撑环90之间形成有通道102，所述通道102一端面向等离子体处理装置1的处理区域2，与等离子体处理相接触或靠近，另一端与电气接地元件71中形成的通道76相贯通，再和等离子体处理装置的外设的排气装置(未图示)相连通，以便使等离子体处理装置的处理区域2中用过的反应气体及副产品气体能够从处理区域2排到排气区域6。通道102的尺寸设计，应当保证从处理区内离开的来自等离子体的带电粒子在离开此通道102时，必须移动的距离大于该粒子的平均自由程。

所述电气接地元件71具有上表面74、与所述上表面74相对的下表面75、外边缘72以及与所述外边缘72相对的内边缘73.电气接地元件71形成有一个或多个与导电元件100上的通道102相连通的通道76，所述通道76贯穿于电气接地元件71的上表面74和下表面75，以使用过的反应气体能够由此排出.电气接地元件71采用业界熟知的方法与大地相连接或与共电位部件相连接.比如，电气接地元件71可以直接与大地相连接，也可以与等离子体处理装置的导电腔体相电连接，或者，也可以与下电极上的导电外壳(未图示)相电连接，在后两种接法中，分别以等离子体处理装置的导电腔体和导电外壳为共同大地.

所述导电元件100与电气接地元件71二者相互电绝缘。为了实现二者相互电绝缘，可以在导电元件100与电气接地元件71的接触面之间设置一电气绝缘层80(insulative layer)(图3)。所述电气绝缘层80与电气接地元件71或导电元件100的至少一部分呈至少部分或全部覆盖关系，以使导电元件100与电气接地元件71相互之间电绝缘。所述电气绝缘层80可以设置在电气接地元件71的上表面74之上，也可以设置在导电元件100上的导电支撑环90的下表面。所述电气绝缘层80可以至外边缘72向内边缘73的方向径向延伸。电气绝缘层80可以通过对电气接地元件71或导电元件100的表面作阳极化处理而得(容后详述)。所述电气绝缘层80可以为如图3所示的单层绝缘层，也可为用不同工艺或同种工艺形成的多层绝缘层(未图示)，以实现更佳的绝缘效果。所述支撑环90具有外边缘91，大体与电气接地元件71的外边缘72共面，并另外具有与所述外边缘91相对的内边缘92。所述导电元件100为由若干个相互电连接的导电同心环101与所述支撑环90通过某种公知的连接方式相互连接成一个整体。由于导电元件100与电气接地元件71电绝缘，因此所述导电同心环101、支撑环90均与电气接地元件71电绝缘。于是在处理基片时，若干个导电同心环101与导电支撑环90一体形成不接地的或浮地(electrically floated from the ground)的导电单元。

本发明的等离子体约束装置70不仅可以使用过的反应气体和副产品气体能快速地离开处理腔室的处理区域，而且能有效地将等离子体放电约束在处理区内，接下来将说明其工作原理。

首先，等离子体约束装置70的导电元件100之间构成通道102。由于带电粒子在处理区2的电场中具有较快的速度和方向性，因而包含在用过的反应气体中的绝大多数的带电粒子在被排气装置抽吸时会由于其方向性和速度碰撞到导电元件100的上表面上而无法通过，而一小部分没有撞击至上表面的带电粒子会通向通道102，由于通道102特定的尺寸设计，使得从处理区2内离开的来自等离子体的带电粒子在离开通道102时，必须移动的距离大于该带电粒子的平均自由程，使得从处理区中排出的用过的反应气体中的绝大部分带电粒子在通过这些通道102时至少要与通道102的侧壁碰撞一次，这些碰撞将带电粒子上的电荷中和，使得碰撞后离开通道102的粒子都是中性的。结果是，使得在处理区以外的带电粒子数被大大减少，排出的气体不会使等离子体的放电延伸到处理区外的空间，处理区外的放电的趋势将大大减少，从而基本上消除空间以外的放电现象。

接着，经过前述导电元件100之间的通道102的约束作用以后，仍然会有少数的带电粒子可能会从通道102逃逸出，并进入处理区外造成二次等离子体放电，本发明的等离子体约束装置70所包含的电气接地元件71可以有效地解决此问题.电气接地元件71为导电元件并且被接地，电气接地元件71设置于导电元件100下方，可以构成一个射频电场屏蔽，将本来可能向下电极12b外径方向发散到处理区外的驱动射频的电场(杂散电场)被有效屏蔽在该射频电场屏蔽内.为了实现更好的射频电场屏蔽效果，一种实施方式是，电气接地元件71可以被设置成网状结构，形成一个射频电场屏蔽壳.由于处理区外的杂散电场的密度的降低，可以大大减少二次等离子体产生.因此，本发明的电气接地元件71可以屏蔽杂散电场，以降低处理区外面的电场强度，从等离子体产生的源头上消除或降低处理区外的二次等离子体产生.由上述说明可知，本发明的等离子体约束装置70可以实现两次约束作用，先通过通道102实现第一次约束作用，再通过电气接地元件71实现第二次约束作用，实现对带电粒子的两次约束作用，有效地减少了处理区外的不希望有的等离子体的形成.

需要说明的是，由于电气接地元件71接地，并且导电元件100与电气接地元件71二者相互电绝缘，因此，导电元件100相对于大地是电悬浮的或浮地(electrically floated from the ground)的，因此，在处理装置处理过程中，导电元件100上的电势与处理区域2内的等离子体的电势大致上相等或为等电势，这种设置可以使得处理装置在处理的过程中，尽可能地减少用过的反应气体及副产品气体中或等离子体中的带电粒子加速冲向导电元件100并在导电元件100的表面产生溅射或碰撞，从而减少由此溅射或碰撞而产生的污染。

在本发明的具体实施方式中，导电元件100和电气接地元件71可以选用具有导电性的金属制成(例如铝、不锈钢、钨等)。优选地，导电元件100和电气接地元件71由铝制成。为了形成电气绝缘层8，可以将导电元件100和电气接地元件71相互接触的表面进行阳极化处理。阳极化处理是一种电解操作，该处理可以使金属表面形成一层氧化保护层。阳极化处理可用于多种目的，包括在金属表面形成坚硬的覆层，或者令金属具有电气绝缘性，并且使金属抗腐蚀。优选地，本发明中所述电气绝缘层80是铝阳极化层，其可以通过将导电支撑环90面向电气接地元件71的表面或电气接地元件71面向导电支撑环90的表面进行阳极化处理而得到。

当然，在本发明的另一实施方式中，导电元件100和电气接地元件71的所有表面都可以被阳极化处理。更进一步地，在本发明的其它实施中，导电元件100中的若干个导电环及通道102朝向处理区域或接触到等离子体的表面区域可以首先进行阳极化处理，随后再涂覆一层防止等离子体腐蚀的物质，比如：涂覆一层Y₂O₃材料，以进一步防止等离子体腐蚀。

作为本发明的其他一种实施方式，电气绝缘层80可以经由所述导电元件100或者电气接地元件71的接触表面涂敷一层绝缘涂层而形成。

作为本发明的其他一种实施方式，电气绝缘层80可用具有相同功能的电气绝缘隔块(未图示)来替代，该电气绝缘隔块可以使导电元件100和电气接地元件71相互电气绝缘，也可以同时起连接或支撑作用，使二者连接更稳定。电气绝缘隔块可类似地使导电元件100处于浮地的状态。

作为本发明的其他一种实施方式，所述导电元件100也可以由掺有杂质的具有导电性的半导体材料形成，其中所述杂质为能够使半导体材料具有导电性能的各种元素或者各种元素组合，优先地，在本实施方式中，所述导电元件100由掺杂有硼元素或氮元素的硅半导体材料形成。

在图2及图3所示的实施方式中，导电元件100由若干个导电同心环101及导电支撑环90一起形成，导电同心环101之间形成通道102.作为此实施方式的变形，导电元件100可以为一片一体形成的导电板(未图示)，该导电板围绕下电极设置而大致成环状，并设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，导电板上开设有通槽或穿孔以形成所述的通道.通道的大小同样被设置成当等离子体内的带电粒子通过所述通道时可以使带电粒子被中和，同时允许中性粒子通过.

请参阅图4及图5，图4是本发明等离子体约束装置的另一种实施例的立体分解图。图5是图4所述等离子体约束装置安装在等离子体处理装置中的局部剖面图。如图所示，等离子体约束装置110包括电气接地元件111，所述电气接地元件111具有一个不连续的外圈边沿112、一个与所述外圈边沿112相对的内边缘113。除此之外，所述电气接地元件111还具有一个上表面114以及一个与之相对的下表面115。另外，在电气接地元件111中形成有若干个贯穿其上表面114和下表面115的通道116。与前述者类似，所述等离子体约束装置110置于等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间(如图4所示)，该区域在图中仅部分示出，其中部分等离子体装置如117所示。

与图2和3所示的等离子体约束装置70类似，本实施例中的等离子约束装置110包含一个电气绝缘层120，在图4中仅部分显示，其与电气接地元件111的上表面114呈至少部分覆盖关系。设置于电气绝缘层120上的是第一部分(或第一组)相互间隔的、同心朝向的导电元件130。如图4和图5所示，该第一部分(或第一组)相互间隔的同心朝向的导电元件130此处为同心环，其以预先确定的间距相互间隔排列设置。其中所述相互间隔并同心朝向的导电元件130具有上边沿131，以及一个与所述上边沿131相对的下边沿132。所述相互间隔的同心朝向的元件之间具有若干个通道133，通道133可以容纳将在随后段落中详述的第二部分导电元件。另外，如图4所示，在各个相互间隔的同心朝向的导电元件130的上边沿131上形成若干个相互间隔的锯齿状区域134。此外，可以看出若干个相互间隔的同心朝向的导电元件130被若干个支撑元件135定位，与电气接地元件111形成预先确定的间距。所述若干个支撑元件135通过电气绝缘层120与电气接地元件111保持相互电绝缘。因此，第一部分(或第一组)相互间隔的同心朝向的导电元件130与电气接地元件111呈预先确定的相互间隔关系，并相对于等离子体处理装置117处于浮地的状态。

如图4所示，等离子约束装置110还具有第二部分(或第二组)相互间隔的同心朝向的导电元件(或环)140，与导电元件130的第一组导电环配合使用.正如在下文中会提到的，在第一或第二组导电同心元件或环之间，具有若干个通道，其纵向尺寸被设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过.出于这一考虑，第二部分或组相互间隔的同心朝向的导电元件或环140具有一个上边沿141，以及一个与之相对的下边沿142.每个环的下边沿142的一部分应与对应的安装其上的一组支撑元件135相接触，或与对应的第一组相互间隔的同心朝向的导电环130的下边沿132整合为一体.参阅图5可清晰地看到，第二组同心朝向的环包括一个相互间隔的径向延伸的支撑元件143，支撑或保护对应的相互间隔的同心朝向的环处于基本固定的相对位置上.在图5中最易看出，每个支撑元件都可以与上边沿131上形成的对应相互间隔的锯齿形区域134相匹配.进一步地，如图4所示，若干个通道144在对应的相互间隔同心朝向的环140之间形成.通道144的朝向或尺寸设定为可以允许对应的相互间隔的同心朝向的环可匹配嵌套并放在相互间隔的同心朝向的环130中，插入各自形成的通道133中.参阅图4可以看出，一旦如图中所示形成匹配关系，即在各个第一和第二组相互间隔的同心朝向的导电环130和140中形成一个通道145.这些通道145，如前面曾经提过，各自的纵向尺寸都被设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过.

从上述讨论中可以得知，第一和第二个环是不接地的，并可以用金属制成，并对其表面进行阳极化处理，或者在进行表面阳极化处理后涂敷等离子体抗腐蚀涂层，例如Y₂O₃涂层。与前一实施例中的导电元件100的材料类似，其中所述金属可以是铝、不锈钢、钨中的一种或者多种，或者也可以是其它可以用于制作所述第一和第二个环的金属材料或半导体材料。在本实施方式中，所述第一和第二个环优选地由铝材料制成。其中所述电气绝缘层120经由导电元件130或者电气接地元件111的表面阳极处理或者表面涂敷绝缘涂层而形成。

与前一实施例类似，其中所述导电元件130也可以由掺有杂质的半导体材料形成，其中所述杂质为能够使半导体材料导电的各种元素或者各种元素组合，优先地，在本实施方式中，所述导电元件130由掺杂有硼元素或氮元素的硅半导体材料形成。

本发明的等离子约束装置因为具有形成有若干个通道的导电元件，因此能够将通过所述通道的带电粒子中和，从而阻止了大部分的带电粒子逃逸或泄漏到所述处理区域外，基本解决了在处理区域外等离子体的二次放电问题，同时也提高了处理区域内等离子体的利用率。此外，由于本发明的等离子约束装置还具有位于所述导电元件下方并与之电绝缘的电气接地元件，从而为等离子体处理区域提供了电场屏蔽，进而更加有效地将可能泄漏到等离子体处理区域外的带电粒子屏蔽在处理区域之内，这也就进一步地防止了等离子体在处理区域外的二次放电，改善了等离子体在处理区域内的利用率，并极佳地防止了等离子体对腔体可能造成的污染。

本发明所说的等离子体处理装置包括用于制造半导体芯片、平面显示器或者液晶显示器的使用等离子体处理半导体基片的各种设备，例如，等离子体处理的沉积设备、等离子体蚀刻设备等。

本发明还涉及一种将等离子体限制在等离子体处理装置的处理区域中的方法。所述方法包括以下步骤：

第一步，提供一个如117(图5)所示的等离子体处理腔，所述等离子处理腔具有接收并处理半导体工艺件的处理区域以及与所述处理区域相贯通的排气区域；

第二步，在等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，提供并放置有如标号71或111所示的电气接地元件，并且在所述电气接地元件上提供并放置有如标号100或130与140所示的导电元件，其中所述导电元件与电气接地元件之间相互电绝缘；

第三步，形成如标号102和145的若干个通道，以使被用过的反应气体及副产品气体能够从等离子体处理装置的处理区域到达排气区域。

其中第三步所述的若干个通道的纵向尺寸为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过所需的尺寸大小。

此外，在上述方法中的所述第二步中的导电元件与电气接地元件之间相互电绝缘的方法是，还包含这一步骤，分别在电气接地元件71或111，和导电元件如100或130和140之间，提供并放置一个如标号80或120的电气绝缘层.其中在如图2或图4的实施例子中，所述第二步的导电元件与电气接地元件之间相互电绝缘的方法包含一个步骤，提供一个可以通过电气绝缘的隔块(未图示)来实现，从而使电气接地元件71和导电元件100之间保持电绝缘.其中在如图3和图4的实施例中，一个导电支撑环使导电元件100和电气接地元件71之间保持电绝缘.

另外，如前所述，本发明中的方法还包括对如100、130或140的导电元件进行阳极化处理的步骤，或利用抗等离子体腐蚀的材料进行涂层处理的步骤。所述涂层为抗等离子体腐蚀的涂层，例如包括如Y₂O₃的涂层。

其中，提供并放置导电元件的步骤还包括另一步骤，提供若干个相互间隔的，整体同心的导电环100或130和140，相互之间以预先确定的相互间隔排列。进一步地，提供并放置导电元件的步骤，在发明的另一形式中，也可能包含提供导电板，以及在导电板上开槽或打孔的步骤。如图4和图5所示，提供并放置导电元件111的步骤也可能还包括提供第一部分130，提供匹配的第二部分140，并装入第一部分，其中在第一和第二部分之间形成若干个通道145。在如图5所示的装置中，提供第一和第二部分130和140的步骤，还包括提供第一和第二组相互间隔的同心朝向的，可以互相匹配嵌入的环，另外，在当前方法中，提供第一和第二组相互间隔的同心朝向的导电环的步骤，还包括制作金属制的(如铝制的)第一和第二组相互间隔的同心朝向的导电环；并在制作好后，对第一和第二组相互间隔的同心朝向的导电环进行阳极化处理。

以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (19)

1.一种用于等离子体处理装置的等离子体约束装置，设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，所述等离子约束装置包括：

电气接地元件；及

导电元件，所述导电元件位于所述电气接地元件上方，且二者相互电绝缘，所述导电元件设置有若干个通道，以利于所述处理区域里的用过的反应气体及副产品气体通过此通道，所述用过的反应气体及副产品气体内包括带电粒子及中性粒子，所述通道的大小被设置成当所述带电粒子通过所述通道时可以使带电粒子被中和，同时允许中性粒子通过，其中，所述带电粒子通过所述通道必须移动的距离大于该带电粒子的平均自由程。

2.如权利要求1所述的等离子体约束装置，进一步包括：置于所述电气接地元件和所述导电元件之间的电气绝缘层。

3.如权利要求1所述的等离子体约束装置，进一步包括：至少一个电气绝缘隔块，定位于所述电气接地元件和所述导电元件之间。

4.如权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于：在所述等离子体处理装置的处理区域中提供有射频功率发射用以激发等离子体，所述电气接地元件可以抑制射频能量发射到达所述等离子体处理装置的排气区域。

5.如权利要求2所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述电气接地元件或所述导电元件的相邻表面至少有一部分经过阳极化处理形成所述的电气绝缘层。

6.如权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电元件上至少在接触或靠近等离子体处理装置内的等离子体的表面涂覆有可以显著抵抗所述处理区域内产生的等离子体腐蚀的材料。

7.如权利要求2所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述电气绝缘层经由导电元件或者电气接地元件的表面阳极化处理或者表面涂敷绝缘涂层而形成。

8.如权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电元件由若干个同心环构成。

9.如权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电元件包含一个板，该板上开设有通槽或穿孔以形成所述的通道。

10.如权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电元件浮地。

11.如权利要求1所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电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个通道。

12.一种用于等离子体处理装置的等离子体约束装置，设置于所述等离子体处理装置的处理区域和排气区域之间，所述等离子约束装置包括：

电气接地板，其具有一上表面；

电气绝缘层，至少部分地位于并覆盖所述电气接地板的上表面；

若干个相互间隔的导电元件，所述若干个导电元件互相之间电连接，其中至少一个所述导电元件至少部分地与所述电气绝缘层相接触，所述导电元件之间构成若干个通道，所述通道的大小被设置成所述处理区域中的带电粒子通过所述通道必须移动的距离大于该带电粒子的平均自由程。

13.如权利要求12所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述电气接地板形成有至少一个贯通的通道，所述电气接地板具有边缘部分，所述电气绝缘层置于所述边缘部分的上表面.

14.如权利要求12所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述若干个导电元件包含同心设置的多个环，环与环之间形成各自的通道，每一所述通道的尺寸设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过。

15.如权利要求12所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电元件由金属制成，并随后经过阳极化处理，或者由表面涂敷有抗等离子体腐蚀涂层的金属制成。

16.如权利要求12所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述导电元件由掺有杂质的半导体材料形成，所述杂质为能使半导体材料增加导电性能的各种元素或者各种元素的组合。

17.如权利要求12所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述等离子体处理装置包括一形成所述处理区域的导电腔体以及一个安装在所述导电腔体上的阳极和阴极，其中所述阴极被一导电外壳所包围，所述电气接地板与所述阴极的导电外壳或与所述导电腔体相电连接。

18.一种等离子体约束装置，包括：

电气接地元件，具有至少一个贯穿的通道；

电气绝缘层，与所述电气接地元件呈至少部分覆盖关系设置；

第一组相互间隔的大致同心朝向的导电环，置于所述电气绝缘层上，并与所述电气接地元件呈相互间隔关系设置；以及

第二组相互间隔的大致同心朝向的导电环，与第一组导电环交叉配合配置，以在第一组和第二组导电环之间形成有若干通道，所述通道的尺寸设定为可中和通过所述通道的带电粒子而允许电中性粒子通过，其中，所述带电粒子通过所述通道必须移动的距离大于该带电粒子的平均自由程。

19.如权利要求18所述的等离子体约束装置，其特征在于：所述第一组和第二组导电环与地电气绝缘，并由经过阳极化处理的金属或表面涂覆有Y₂O₃的金属制成。

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