[发明专利]等离子体处理装置及其屏蔽环

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体处理设备，特别涉及一种等离子体处理装置的等离子体屏蔽环。本发明还涉及一种应用该等离子体屏蔽环的等离子体处理装置。

背景技术

等离子体处理装置是在半导体制造领域得到广泛应用的加工设备。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的等离子体处理装置的结构示意图。

等离子体处理装置1通常包括壳体11，壳体11中具有反应腔室12。反应腔室12的顶部和底部分别相对应地设有上极板13和下极板14，上极板13与壳体11之间由绝缘部件15隔离；下极板14的顶部可以支撑待处理加工件。众所周知，上述加工件应当包括晶片和玻璃基板，以及与两者具有相同加工原理的其他加工件。下文所述加工件的含义与此相同。

等离子体处理装置1工作时，通过干泵等真空获得装置(图中未示出)在反应腔室12中制造并维持接近真空的状态。在此状态下，通过气体输入装置(图中未示出)向反应腔室12中输入工艺气体，并在上极板13和下极板14之间输入适当的射频电压，从而激活所述工艺气体，从而在放置于下极板14顶部加工件的表面产生并维持等离子体环境。由于具有强烈的刻蚀以及淀积能力，所述等离子体可以与所述加工件发生刻蚀或者淀积等物理化学反应，以获得所需要的刻蚀图形或者淀积层。上述物理化学反应的副产物由所述真空获得装置从反应腔室12中抽出。

如上所述，等离子体具有强烈的刻蚀以及淀积能力，因此其不但可以与加工件发生反应，而且可以腐蚀等离子体处理装置1内部的其他部件；显然，后者是极为有害的。为了尽可能降低所述等离子体对 等离子体处理装置1的破坏作用，必须采取可靠的措施，将其约束于适当的范围内。

为了约束所述等离子体于反应腔室12中，通常在所述等离子体的扩散通道中设置屏蔽环16，从而将所述等离子体的扩散通道截断。显然，屏蔽环16应当具有耐等离子体腐蚀的性能，因此，通常在其朝向反应腔室12的表面喷涂耐等离子体的绝缘材料，比如Y₂O₃等。反应腔室12内部也可以设置内衬17，用以隔离所述等离子体，等等。

请参考图2及图3，图2为图1中屏蔽环的轴测示意图；图3为图1中屏蔽环的局部剖视示意图。

屏蔽环16的主体为导体层162。安装于等离子体处理装置1后，导体层162可以通过导体环18(示于图1中)接地。导体层162朝向反应腔室12的表面具有绝缘的耐等离子体喷涂层161，其厚度通常为几十到几百微米。由于等离子体与加工件的反应产物必须抽出，因此屏蔽环16设有至少一个轴向贯通的排气通道163。

排气通道163为直通孔，其纵剖面为矩形。排气通道163的长度，也即导体层162的轴向厚度，通常略大所述于等离子体中带电粒子的平均自由程。平均自由程是指气态粒子发生两次连续碰撞所经过的直线距离。

反应腔室12中的等离子体扩散至屏蔽环16的设置位置时，其中一部分将受到喷涂层161的阻挡而返回，另一部分将进入排气通道163。所述等离子体进入排气通道163后，由于排气通道163的长度大于所述等离子体中带电粒子的平均自由程，因此，多数带电粒子将与排气通道163的内壁发生碰撞；加之导体层162接地，与排气通道163的内壁生碰撞的带电粒子因此将失去其所携带的电荷，转变为无害的中性粒子，继而从排气通道163排出。显然，排气通道163的长度越长，与其发生碰撞的带电粒子的比例越大，屏蔽环16的屏蔽效果就越好。

然而，上述平均自由程仅为一个平均值，各个具体带电粒子实际自由程之间的差异比较大，排气通道163的长度永远只能大于部分带电粒子的自由程；此外，受等离子体处理装置1的整体结构的限制，排气通道163的长度不能过长；再者，随着排气通道163长度的增加，其生产制造成本将显著提高。

在上述因素的影响下，占有相当大比例的带电粒子的自由程将大于排气通道163的长度，因此很可能不与排气通道163的内壁发生碰撞，而通过排气通道163形成的直通道直接穿越屏蔽环16，导致等离子体泄露。

因此，现有技术的屏蔽环16不能有效地约束等离子体，导致等离子体处理装置1的内部结构容易受到损坏，其使用寿命也显著缩短。如何将等离子体有效地约束于反应腔室中，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

本发明的目的是提供一种能够有效地将等离子体约束于反应腔室中的等离子体屏蔽环。本发明的另一目的是提供一种应用上述等离子体屏蔽环的等离子体处理装置。