TWM377038U - Plasma confinement device and plasma processing device using the same - Google Patents

Description

WLj 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本實用新型涉及一種用來製造半導體晶片、平面顯示 器或者液晶顯示器的等離子體處理裝置，尤其涉及一種等 離子體約束裝置以及利用該等離子體約束裝置的等離子體 處理裝置。 【先前技術】 等離子處理裝置利用真空反應室的工作原理進行半導 體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應室的工作原 理是在真空反應室中通入含有適當刻蝕劑或澱積源氣體的 反應氣體，然後再對該真空反應室進行射頻能量輸入，以 啟動反應鐘’來雜和維持等離子體，以便分別刻餘基 片表面上的材料層或在基片表面上澱積材料層 ，進而對半 導體基片和等離子平板進行加工。舉例來說，電容性等離 子體反應3已經被廣;乏地用來加卫半導體基片糊示器平 板’在電容性等離子體反應H中，當射頻功率被施加到二 個電極之_或二者時’就在-對平行電極之間形成電容性 放電。 —等離子體是擴舰的’軸大部分轉子體會停留在 對電極之間的處理區域巾，但部分轉子體可能充滿整 作〇舉例來說’等離子射能充滿真空反應室下方 、言此理區外面的區域（比如，排氣區域）。若等離子體到達 ϋ域’則這些區域可能隨之發生腐儀、澱積或者侵餘， 5 ’ &成反應域部的顆粒站污，進而降低等離子處理裝 置的重複使用性能’並可能會縮短反應室或反應室零部件 的工作壽命。如果不將等離子體約束在一定的工作區威 内’帶電粒子將撞擊未被保護的區域，進而導致半導體基 片表面雜質和污染。 因此，業界一直不斷地致力於產生被約束在處理區的 因而更為穩定的等離子體《現有的一種思路是使用約束環 來約束等離子體’例如，美國專利5534751描述了一種腔 室結構’該腔室通過緊密排列形成窄縫隙的由絕緣材料製 成的約束環抑止等離子體擴散。這些窄縫隙被設置成具有 相同大小的寬度和深度（因而也具有相同的深寬比），以實 現均勻地排氣。當帶電粒子，如離子或者電子通過窄縫隙 時’他們中的大部分會撞擊到約束環的表面進而防止等離 子體的擴散。 此外，美國專利6178919公開了另外一種等離子體反 應器中的多孔的等離子體密封環，該等離子體密封環由導 電材料製成’環上設置有若干通孔以允許處理過程中的副 產品氣體通過這些通孔並被排出處理區，這些通孔具有相 同的深寬比’並且各通孔的直徑大小相同，以實現均勻地 排氣’此導電的密封環被設置成接地，在等離子體處理過 程中可以使等離子體中的電子通過該接地的密封環被導入 大地’使等離子體中的電子從處理反應器中移除，因而降 低等離子體的密度’以增強處理區内的離子密度。但是， 由於在等離子體處理過程_，使用過的反應氣體和副產品 氣體是通過等離子體約束裝置上設置的通孔而被排出反應 M377038

區域’因而，使用前述等離子體 補充; 約束裝置也普對工藝和生一' 產效率產生一些不利的影響。由於等離子體約束裝置為了 實現將等離子_束在反應腔内，必驗設置於其上的通 孔具有-定的深寬比’但該具有—定的深寬比的狹長通孔 卻使得使用過的副反應氣體在排出處理區時受狹長通孔的 阻檔而速度被減慢，由此，大大降低了排氣的效率，進而 導致多餘的作用過的副反應氣體過多時間地留存在反應腔

内’稀釋了反應氣體，降低工藝反應的效率，並且這^副 反應氣體也會在被處理的基片和反應腔室的零部件上產生 沉積形成聚合物，f彡響被處理基#的料魏和使反應腔 產生污染，不可避免地增加清潔反應腔的時間，降低^生 產效率。 【新型内容】 本實用新型的目的在於提供一種等離子體約束裝置和 利用轉離子體約束裝置的等離子體處理裝置，該等離子

體約束裝置不僅能將等離子體約束在處㈣域内，減少因 等離子體擴散而引起的處理腔室污染問題，而且可以大大 理腔室的排氣效率，減少使用過的反應氣體和副產 σσ乳體停留在處理腔窒内的時間。 本實用新型疋通過以下技術方法實現的： 雜子體，約束裝置，設置^等 體約束if ^的處㈣域和魏區域之間，所述等離子 _束灯包括相㈣隔設置並職若干她長通道的多 5 M377038 體約束裝置的第一區域上所形成的若干狹長通道的寬度小 於第二區域上所形成的若干狹長通道的寬度，並且所述等 離子體約束裝置的第一區域上所形成的若干狹長通道的深

區域和遠離下電極的第二區域，其特徵在於所轉離$ 寬比大於第二區域上所形成的若干狹長通道的深寬比。 根據本實用新型的另一方面，提供一種等離子體處理 裝置，包括：處理腔室；一對相互平行設置的上電極和下 電極，設置於所述處理腔室内，所述上電極與下電極之間 構成一處理區域；等離子體約束裝置，設置於一等離子體 處理裝置的處理區域的外側，所述等離子體約束裝置包括 相互間隔設置並形成若干個狹長通道的多個同心環，所述 等離子體約束裝置包括靠近下電極的第一區域和遠離下電 極的第二區域，其特徵在於：所述等離子體約束裝置的第 一區域上所形成的若干狹長通道的寬度小於第二區域上所 形成的若干狹長通道的寬度，並且所述等離子體約束裂置 的第一區域上所形成的若干狹長通道的深寬比大於第二區 域上所形成的若干狹長通道的深寬比。 【實施方式】 本實用新型提供-種等離子體約錢置，其不僅能有效 地將等離子體約束在轉子體處縣置的處理區域内，減少 因等離子體擴散而引起的處理腔室污染問題，而且可以大大 增加處理腔室的排氣效率’減少使用過的反應氣體和副產品 氣體停留在處理腔窒内的時間。 為了解決前述現有技術中的不足，專利創造人經過大量 6 MJ77038 MJ77038

=研究和實驗發現，-方面，為了較佳地將等離 ，理區域内，需要將通道的寬度設置得越小越好（在通道的 j-糾）’而另外-方面’轉預約束裝置的排氣能 /、通道的寬度絲比，這雜所需的魏效率來設置其通 道的最小寬度。並且’在等離子體處理過程巾，等離子體會 延伸擴散、進而分佈於等料體約束t置的上游側（即，靠 近處理區域的-侧）表面’並且等離子體密度會在等離子體 約束裝置的上表面沿以被處理基片的財心為圓心沿徑向 方向逐漸衰減。換言之，對於分佈在等離子體約束裝置上表 面的等離子體而言，在越靠近半導體基片或下電極外邊緣的 位置’等離子體密度越高；在越絲半導體基#或下電極外 邊緣的位置，等離子_密度越低。根據等離子體在徑向分 佈這-特性，本實賴型提供—種優化的、具有變深寬比和 變通道寬的等離子體約束裝置，啊平衡了等離子體約束的 需求和高排氣能力的需求，其不僅有效地將等離子體放電約

98. 11. L γ- ； 年；J 束在處理區内’而且可减㈣岐錢體和副產品氣體能 快速地離開處理腔室。 請參閱圖1，圖1為配置有本實用新型等離子體約束裝 置的等離子體處理裝置的結構示意圖。等離子體處理裝置1 包括處理腔室1卜處理腔室11基本上為柱形，且處理腔室 側壁基本上豎直，處理腔室11内具有相互平行設置的上電 極12a和下電極12b。通常，在上電極12a與下電極12b之 間的區域2為處理區域，在該區域内將形成和維持等離子體 3。在下電極12b上方放置待要加工的工件4，該工件4可以 7 _補充j 是待要職或加工的半導體基片或者待要加工成平板顯示 器的玻璃平板1應氣體從處理腔室u的上方的氣體注入 口（未圖示）被輸入至處理腔室u内，一個或多個射頻電 源5a可以被單獨地施加在下·⑽上或同時被分別地施 加在上電極12a與下電極12b上，再通過射頻匹配器处將 射頻功率輸送到下電極12b上或上電極似與下電極⑽ 上從而在處理腔室11内部產生大的電場。大多數電場線 被包含在上電極12a和下電極12b之間的處理區域2内，此 電場對少1:存在於處理腔室U㈣的電子進行加速，使之 與輸入的反應氣_氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體 的離子化和等離子體驗發^反航體的巾性氣體分子在經 受這些強電場時失去了電子，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 質結合’激發基片加工，即刻钱、澱積等。 請結合參閱圖2至圖5。其中，圖2為圖1所示虛線14 部分所示的等離子體約束裝置的放大示意圖。圖3為圖1所 示等離子體約束裝置的立體示意圖；圖4為圖3所示等離子 體約束裝置的俯視圖；圖5為圖3所示等離子體約束裝置沿 剖面線A-A剖開而得的剖視圖。本實用新型等離子體約束裝 置8設置於等離子體處理裝置1的處理區域2與排氣區域7 之間，用於使處理腔室11内的等離子體放電被基本約束在 處理區域2内’而不會延伸至排氣區域7内造成排氣區域7 内的腔室污染。排氣區域7與一排氣裝置80相連通，通過 排氣裝置80將處理腔室丨丨内的使用過的反應氣體和副產品 乳體抽出去。更频地，在^所示的實施方式^^ 體約束裝置8設置於處理腔室丨丨的内側壁山與下電極既 的基座12c的外周圍4G之間的間隙9内。等離子體約束裝 置8包括相互間隔設置並形成若干個狹長通道8知.备 的多個同心環82。多個同心環82t直地相1間隔開，相鄰 的環與環之間形成狹長通道。與現有技術不同，本實用新型 提供-種經過優化的、具有變深寬比和變通道寬的等離子體 約束裝置。如圖2所示’轉子體約束裝置8包括靠近下電 極12b的第-區域80a和遠離下電極12b的第二區域8〇c， 以及位於第-區域8Ga與第二區域咖之間的中間區域 嶋。等離子體約束裝置8的第—區域8Ga上所形成的狹長 通道84a的寬度Wa小於第二區域上所形成的狹長通道 的寬度Wc’並且等離子體約束裳置的第一區域8〇a上所形成 的狹長通道的深寬比Ha大於第二區域8Gc上所形成的狹長 通道的深寬比1^中間區域8Gb上所形成的狹長通道的寬度 Wb介於第-區域80a上所形成的狹長通道的寬度Wa和第二 區域80c上所形成的狹長通道的寬度Wc之間，所述中間區 域80b所形成的狹長通道的深寬比肋介於第一區域8〇a上 所形成的狹長通道的深寬比Ha和第二區域8〇c上所形成的 狹長通道的深寬比He之間。應當說明的是，前述的每一狹 長通道的深寬比是指：狹長通道在s直方向的高度或深度H 與相鄰兩個環之間形成的通道沿徑向方向R的寬度w之間的 比值。即：Ha=H/Wa; Hb=H/Wb; Hc=H/Wc。為了 不影響^離 子體約束裝置8整體的約束效果’優選地，每—個狹長通道 !?8.

J 的:寬比至少為5:1，具有這種深寬比的狹長通道能使從處 理區内離開的來自等料義帶電粒子在離開此狹長通道 時，必須移動的距離大於該帶電粒子的平均自由程，使得從 處理區域中排出的用過的反應氣體及副產品氣體中的絕大 部分帶電粒子在通過這些狹長通道84a、84b、84c時至少要 與這些狹長通道的側壁碰撞一次，這些碰撞將帶電粒子上的 電荷中和，使得碰撞後離開狹長通道的粒子都是中性的。結 2是，使得在處理區以外的帶電粒子數被大大減少，排出的 氣體不會使等離子體的放電延伸到處理區外的空間，處理區 外的放電_勢將大大減少’從而基本上消除空間以外的放 電現象。 本實用新型通過設置變深寬比和變通道寬的等離子體 約束裝置，使等離子體約束裝置中靠近下電極附近的區域 80a、80b具有相對較小的通道寬和較大的深寬比，從而將區 域80a、80b上游側的高密度的等離子體約束住，同時這些 區域的排氣效率相對較低。而在等離子體約束裝置中遠離； 電極附近的區域80c具有相對較大的通道寬和較小的深寬 比，從而主要實現高的排氣效率，但仍然能將等離子體約束 住。經過龍優化僅财效地料離子體放電約束在處 理區内’而且可以使用過的反應氣體和副產品氣體能快速地 離開處理腔室。 、 應當理解’區域80a内形成的多個（圖示ψ，示例性地 表示為3個）狹長通道84a的寬度Wa可以被設置成—樣的， 也可以沿徑向R方向逐漸變大；同理，_内形成的多個（圖 M377038 98. 11. 4 r?: 年月曰X， 示中，示例性地表示為3個）狹長通道84b的寬度Wb可以 被設置成一樣的’也可以沿徑向R方向逐漸變大；8〇c内形 成的多個（圖示中，示例性地表示為2個）狹長通道84c的 寬度Wc可以被設置成一樣的，也可以沿徑向R方向逐漸變 大。 作為一種實施方式，所述等離子體約束裝置的第一區域 80a上所形成的狹長通道84a的寬度在0. 5至2. 0刪之間；

中間區域80b上所形成的狹長通道84b的寬度在1.5至 2. 5mm;第二區域80c上所形成的狹長通道84c的寬度為 2. 0mm至3. 0mm之間。狹長通道的深度在1〇至25麵之間。 根據本實用新型的構思和精神，應當理解，為了進一步 優化本實用新型的實施效果，不同區域80a、80b、80c内形 成的每一個狹長通道的深度也可以設置成不—樣的。例如， 區域80a、80b、80c内形成的狹長通道84a、84b、84c的深

度沿徑向方向由小變大。通過改變深度來調節深寬比和/或 通道寬度，來實現更佳的等離子體約束和排氣能力。 在本實用新型的具體實施方式中，等離子體約束裝置可 以選用具有導電性的金屬製成（例如鋁、不銹鋼、鎢等）。 優選地，等離子體約束裝置由鋁製成，還可以對其表面進行 陽極化處理。陽極化處理是—種電解操作，該處理可以使金 屬表面形成-層氧化保護層。陽極化處理可用於多種目的， ^括^金屬表面職堅硬的㈣，或者令金屬財電氣 性’並且使金屬抗腐蝕。 更進-步地’在本實賴型的其他實施中，等離子體約 M377038 气11. 4瞀正 年月曰_ 一 束裝置中的若干個環朝向處理區域或接觸到等離丨孕蘧的表伽今·1 面區域可以首先進行陽極化處理，隨後再塗覆一層防止等離 子體腐蝕的物質，比如：塗覆一種Y203材料，以進一步防止 等離子體腐蝕。 作為本實用新型的一種具體的實施方式，本實用新型等 離子體約束裝置在等離子體處理過程中電接地。

當然，作為上述實施例的變形，所述等離子體約束裝置 在等離子體處理過程中也可以被設置成相對於大地是不接 電或不接地(electrically floated from the ground)的。 這種架構會帶來更多的優勢。因為，通過使等離子體約束裝 置不接地，在等離子體處理裝置處理過程中，等離子體約束 裝置上的電勢與處理區域内的等離子體的電勢大致上相等 或為等電勢’這種設置可以使得處理裝置在處理的過程中，

盡可能地減少用過的反應氣體及副產品氣體中或等離子體 中的帶電粒子加速沖向等離子體約束裝置並在等離子體約 束裝置的表面產生濺射或碰撞，從而減少由此濺射或碰撞而 產生的污染。 在本實用新型的另一種具體實施方式中，等離子體約束 裝置可以選用電介質材料（比如，石英材料或碳化矽或氮化 紗(Si3N4))製成。優選地’等離子體約束裝置由石英圓環 組成。 在具體加工等離子體約束裝置的過程中，可以提供一塊 圓壤板’在該板上開設有同心的狹長通道，並且使通道的寬 度和深寬比以前述描述設置；或者，也可以提供具有若干事 12 98. 11. 4 和ί 年月曰 侧无 先加工成形的環，將 __ 離 子體約束裝置。。二衣疋方式纽裝連接成所需等 種等離子體的構思，本實用新型還提供- 所迷處理腔室内置包括一處理腔室、設置於 及等離子!^▲ 士相互平仃设置的上電極和下電極、以 等 區所述上電極與下電極之間構成一處理 離子體+體約綠置設置於該處理區域的外侧 式Γ絲置實施方式可以採时述所述的各種實施方 導實料型所述的轉子體處理裝置包㈣於製造半 莫阳片平面顯不器或者液晶顯示器的使用等離子體處理 導體基片的各觀備，例如，等離子體處理的沉積設備、 等離子體蝕刻設備等。 以上介紹的僅僅是基於本實用新型的幾個較佳實施 例並不忐以此來限定本實用新型的範圍。任何對本實用新 &的裝置作本技術領域内熟知的部件的替換、組合、分立， 以及對本實用新型實施步驟作本技術領域内熟知的等同改 變或替換均不超出本實用新型的揭露以及保護範圍。 【圖式簡單說明】 圖1為配置有本實用新型等離子體約束裝置的等離子體 處理裝置的結構示意圖； 圖2為圖1所示虛線14部分所示的等離子體約束裝置 的放大示意圖； 圖3為圖1所示等離子體約束裳置的立體示意圖； 13 i M377038 98ΓΊΓί ^ ： i 年 Ά ::. 圖4為圖3所示等離子體約束裝置的俯視圖；__ 圖5為圖3所示等離子體約束裴置沿剖面線A _ A剖開而得

的剖視圖。 【主要元件符號說明】 1等離子體處理裝置 11處理腔室 11a内侧壁 12a上電極 12b下電極 12c基座 14虛線 2處理區域 3等離子體 4工件 40外周圍 5a射頻電源 5b射頻匹配器 7排氣區域 8等離子體約束裝置 80排氣裝置 80a第一區域 80c第二區域 80b中間區域 82同心環 84a、84b、84c 通道 9間隙 Wa寬度 Wb寬度 Wc寬度 Η深度 R徑向方向 14

Claims (1)

1. 設置於一等離子體處理裝 六、申請專利範圍： 所述等離子體約束裝置包 1、一種等離子體約束裝置， 置的處理區域和排氣區域之間， 括相互間隔設置並形成若干個狹長通道的多個同心環，所 述等離子體約束裝置包括靠近下電極的第—區域和遠離下 電極的第二區域’其賴在;^所料離子體約束裝置的 第-區域上所形成的若干狹長通_寬度小於第二區域上 所形成的若干狹長it道喊度，並且所料離子體約束裝 置的第-區域上所形成的若干狹長通道的深寬比大於第二 區域上所形成的若干狹長通道的深寬比。 2、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 還至少包括-位於第-區域與第二區域之間的中間區域， 所述中縣域上卿成的若干狹長通道的寬度介於第一區 域上所形成的若干狹長通道的寬度和第二區域上所形成的 若干狹長通道的寬度之間，所述中間區域所形成的若干狹 長通道的深寬比介於第一區域上所形成的若干狹長通道的 深寬比和第二區域上所形成的若干狹長通道的深寬比之 間。 3、 如申S青專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 其中，該等離子體約束裝置設置於所述等離子體處理裝置 的下電極基座和反應腔的内側壁之間，該多個同心環圍繞 該下電極基座設置，並沿水準方向相互間隔形成平行的狹 長通道。 4、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 98. 11. 其中，該每一狹長通道的深寬比至少為5:卜―… 5、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束装置， 八中，該第一區域上的若干狹長通道的寬度相同或沿從第 一區域向第二區域的方向逐漸變大。 6、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置’ 其中’該第二區域上的若干狹長通道的寬度相同或沿從第 一區域向第二區域的方向逐漸變大。 7、 如申請專利範圍第2項所述之等離子體約束裝置 其中’該中間區域上的若干狹長通道的寬度相同或沿從 第一區域向第二區域的方向逐漸變大。 8、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 其中’該等離子體約束裝置的若干狹長通道的深度相同或 沿從第一區域向第二區域的方向逐漸變大。 9、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 其中’該等離子體約束裝置的第一區域上所形成的狹長通 道的寬度為〇. 5至2. 0麵之間。 10、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 其中，該等離子體約束裝置的中間區域上所形成的狹長通 道的寬度在1. 5至2. 5mm之間。 11、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 其中，該等離子體約束裝置的第二區域上所形成的狹長通 道的寬度為2. 〇mm至3. 0mm之間。 12、 如申請專利範圍第1項所述之等離子體約束裝置， 其中’該等離子體約束裝置的狹長通道的深度在1〇至25mm 9Ι· 年月§巧· ^：；.c "******·<，_ I II 1 _ / 之間 13、如巾請專利棚第丨項所述之等離子義束裝置， /、，該等同心環由金屬材料製成。 約束請專利範圍第1項或第13項所述之等離子體 處理裝^其中’該卵心環至少在接觸或靠近等離子體 置㈣等離子體的表面塗覆有可以抵抗所述處理區 -產生的等離子體腐蝕的材料。 5、^請專鄉㈣丨項所狀等離子體約束裝置， 、’該等離子體約絲置在轉子體處_財電接地。 16、= ψ請專利翻第丨項所述之轉子體約束裝置， 該等離子體約束裝置在等離子體處理過程中不接地。 其中17,'如巾請專利範圍第1項所述之等離子體約束褒置， °亥等同心環由石英材料或碳化矽或氮化矽製成。 18、一種等離子體處理裝置，包括： 處理腔室； —對相互平行設置的上電極和下電極，設置於所述處 _至内’所述上電極與下電極之間構成-處理區域； 等離子體約束裝置，設置於一等離子體處理裝置的處 、區域的外側’所述等離子體約束裝置包括相互間隔設置 並形成右干個狹長通道的多個同心、環，所述等離子體約束 裝置包括罪近下電極的第—區域和遠離下電極的第二區 域’其特徵在於：所述等離子體約束裝置的第—區域上所 形成的若干狹長通道的寬度小於第二區域上所形成的若干 狹長通道的寬度’並且所述等離子體約束裝置的第一區域 17 M377038 π. 上所形成的若干狹長通道的喊tbA科二 的若干狹長通道的深龛比。 19、 如中請專利範圍第18項所述之等離子體處理裝 置’還至少包括-位於第—區域與第二區域之間的中間區 域，所述中間區域上所形成的若干狹長通道的寬度介於第 -區域上所形成的若干狹長通道的寬度和第二區域上所形 成的若干狭長通道的寬度之間’所述中間區域所形成的若

   干狹長通道的深寬比介於第-區域上所形成的若干狹長通 道的深寬比和第二區域上所形成的若干狹長通道的深寬比 之間。 20、 如申睛專利範圍第18項所述之等離子體處理裝 置，其中，該等離子體約束裝置設置於所述等離子體處理 裝置的下電極基座和反應腔的内側壁之間，所述多個同心 環圍繞該下電極基座設置’並沿水準方向相互間隔形成平 行的狭長通道。

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