限制环以及等离子体处理装置的制作方法

本发明涉及等离子体刻蚀，特别涉及一种限制环以及等离子体处理装置。

背景技术：

1、在等离子体刻蚀中，等离子体反应区域内充斥着中性气体分子，解离后的电子、离子、活性自由基，以及与被刻蚀对象反应后产生的副产物(by-product)。这些副产物需要被及时排除以保证刻蚀反应的顺利进行，因而目前所用的等离子体刻蚀装置均采用流动气体反应腔，即从反应腔的一端不断注入反应气体，从另一端不断抽走反应后的副产物及其他未反应物质。反应腔的结构如图1所示，反应腔上部的喷淋头(shower head)与一气体供应装置相连，用于向反应腔输送反应气体，反应腔的下方还设置一排气泵，用于将反应副产物排出反应腔，维持反应腔的真空环境。由于被抽走的气体已被电离为等离子体，因而抽气时需要对等离子体进行猝灭以避免等离子体对抽气的真空泵和管道的侵蚀及可能存在的等离子体导电导致射频外泄。等离子体的猝灭即将等离子体中的电子、离子进行电中和，最高效方法是利用碰壁损耗进行猝灭。

2、目前常用的猝灭装置为一多层套叠的环形等离子体限制环(confinement ring)，其围绕下电极设置，这样可以既不限制等离子体反应空间，又不阻挡传片口，该限制环依靠窄的环间距和环板高度增加电子和离子的碰壁概率，使得绝大多数电子、离子在环板上发生碰壁损耗，达到猝灭等离子体的目的。然而这一设计的代价是抽气气路被十几个～几十个环板分成了很多窄隙，导致抽气气路的流导大大受限，无法实现大气流量、低气压的工作环境。

3、受此所限，对于10nm及以下制程中要求大流量、低气压的工艺，现有的猝灭装置-限制环无法满足需求，需要提升抽气的流导。基于目前工艺，提升流导仅有2种方式：降低环板高度或增大环板间距，不论哪种都会导致电子、离子碰壁率降低，带来等离子体泄露的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种限制环以及等离子体处理装置，既能够提升抽气流导，又能保证足够的电子、离子碰壁率，降低等离子体泄露的风险。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种限制环，用于等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括基座，所述限制环围绕所述基座设置于所述等离子体处理装置的等离子体反应区域和排气区域之间，包括同心设置的多个环板，多个所述环板沿所述基座的径向排列，相邻两个环板之间的缝隙形成气体通道；

4、至少两个环板具有磁性，相邻两个具有磁性的环板之间形成磁场，所述磁场限制从所述等离子体反应区域排出的带电粒子由所述气体通道流入所述排气区域。

5、进一步的，所述磁场的方向沿所述环板的径向。

6、进一步的，相邻两个环板之间的缝隙的宽度相同或不同。

7、进一步的，处于所述磁场内的缝隙的宽度大于处于所述磁场外的缝隙的宽度。

8、进一步的，位于同心设置的多个环板最内侧的环板与位于同心设置的多个环板最外侧的环板具有磁性。

9、进一步的，具有磁性的环板与不具有磁性的环板间隔设置。

10、进一步的，所有环板均具有磁性。

11、进一步的，具有磁性的环板由永磁体制成。

12、进一步的，所述永磁体采用钕铁硼磁体。

13、进一步的，所述环板表面具有绝缘镀层。

14、进一步的，所述绝缘镀层为稀土元素的氧化物或氟氧化物中的至少一种。

15、一种等离子体处理装置，包括由腔壁围成的反应腔，所述反应腔内具有等离子体反应区域和排气区域，所述反应腔内设置有基座，上述的限制环设置在等离子体反应区域和排气区域之间，且位于基座外周围与反应腔内壁之间。

16、进一步的，所述反应腔内具有射频屏蔽区，所述限制环设置于所述射频屏蔽区内。

17、进一步的，所述基座外围设有沿所述基座的轴向延伸的第一接地环和沿所述基座的径向延伸的第二接地环，所述第一接地环连接所述第二接地环，所述第一接地环的底部连接所述反应腔的底壁，所述第二接地环连接所述反应腔的侧壁。

18、进一步的，所述射频屏蔽区是位于所述第二接地环下方的区域。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

20、本发明提供的限制环，通过采用具有磁性的环板，在气体通道内形成磁场，磁场限制等离子体通过气体通道排入排气区域，在保证等离子体约束效果的前提下，能够增大环板间距，提高抽气效率，满足10nm及以下制程中要求大流量、低气压的工艺。

技术特征：

1.一种限制环，用于等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括基座，所述限制环围绕所述基座设置于所述等离子体处理装置的等离子体反应区域和排气区域之间，其特征在于，包括同心设置的多个环板，多个所述环板沿所述基座的径向排列，相邻两个环板之间的缝隙形成气体通道；

2.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，所述磁场的方向沿所述环板的径向。

3.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，相邻两个环板之间的缝隙的宽度相同或不同。

4.如权利要求3所述的限制环，其特征在于，处于所述磁场内的缝隙的宽度大于处于所述磁场外的缝隙的宽度。

5.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，位于同心设置的多个环板最内侧的环板与位于同心设置的多个环板最外侧的环板具有磁性。

6.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，具有磁性的环板与不具有磁性的环板间隔设置。

7.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，所有环板均具有磁性。

8.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，具有磁性的环板由永磁体制成。

9.如权利要求7所述的限制环，其特征在于，所述永磁体采用钕铁硼磁体。

10.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，所述环板表面具有绝缘镀层。

11.如权利要求10所述的限制换，其特征在于，所述绝缘镀层为稀土元素的氧化物或氟氧化物中的至少一种。

12.一种等离子体处理装置，包括由腔壁围成的反应腔，所述反应腔内具有等离子体反应区域和排气区域，所述反应腔内设置有基座，其特征在于，权利要求1-11任一所述的限制环设置在等离子体反应区域和排气区域之间，且位于基座外周围与反应腔内壁之间。

13.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述反应腔内具有射频屏蔽区，所述限制环设置于所述射频屏蔽区内。

14.如权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于，所述基座外围设有沿所述基座的轴向延伸的第一接地环和沿所述基座的径向延伸的第二接地环，所述第一接地环连接所述第二接地环，所述第一接地环的底部连接所述反应腔的底壁，所述第二接地环连接所述反应腔的侧壁。

15.如权利要求14所述的等离子处理装置，其特征在于，所述射频屏蔽区是位于所述第二接地环下方的区域。

技术总结
本发明提供一种限制环，用于等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括基座，所述限制环围绕所述基座设置于所述等离子体处理装置的等离子体反应区域和排气区域之间，所述限制环包括同心设置的多个环板，多个所述环板沿所述基座的径向排列，相邻两个环板之间的缝隙形成气体通道；至少两个环板具有磁性，相邻两个具有磁性的环板之间形成磁场，所述磁场限制从所述等离子体反应区域排出的带电粒子由所述气体通道流入所述排气区域。相应的，还提供一种包含上述限制环的等离子体处理装置。本发明既能够提升抽气效率，又能保证足够的电子、离子碰壁率，降低等离子体泄露的风险。

技术研发人员：吴昊,王乔慈
受保护的技术使用者：中微半导体设备（上海）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13