具体实施方式

本发明提出了一种新的等离子反应器，包括：反应腔，其内底部设有导电基座，所述导电基座通过匹配器电路连接到射频电源装置，所述导电基座上设有静电夹盘，所述静电夹盘的上表面用于吸附待处理基片，所述待处理基片上方的反应腔内为等离子体环境；插入环，围绕设置在导电基座的外围；聚焦环，设置在所述插入环的上方，所述聚焦环围绕所述静电夹盘且暴露于所述等离子体环境中；耦合环，包括底部环和凸出部，所述凸出部位于所述插入环与导电基座之间，所述底部环位于所述插入环和突出部的下方，所述插入环的内侧壁与导电基座的外侧壁之间的间隙大于0.02毫米小于10毫米；设备板，位于所述导电基座下方；导线，其第一端电连接到所述导电基座或者设备板，其第二端电连接到所述插入环，可变阻抗装置串联在所述导线上。所述等离子体反应器的射频可调且能降低发生电弧放电的风险。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2是本发明一种等离子处理器示意图。

请参考图2，反应腔100，其内底部设有导电基座120，所述导电基座120通过匹配器50电路连接到射频电源装置40，所述导电基座120上设有静电夹盘121，所述静电夹盘121的上表面用于吸附待处理基片122，所述待处理基片122上方的反应腔100内为等离子体环境；插入环127，围绕设置在导电基座120的外围；聚焦环123，设置在所述插入环127的上方，所述聚焦环123围绕所述静电夹盘121且暴露于所述等离子体环境中；耦合环125，包括底部环125a和凸出部125b，所述凸出部125b位于所述插入环127与导电基座120之间，所述底部环125a位于所述插入环127和凸出部125b的下方，所述插入环127的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙大于0.02毫米小于10毫米；设备板126，位于所述导电基座120下方；导线128，其第一端电连接到所述导电基座120或者设备板126，其第二端电连接到所述插入环127，可变阻抗装置124串联在所述导线128上。

在本实施例中，所述等离子体反应器为电容耦合等离子处理器(CCP)，所述电容耦合等离子处理器还包括：气体喷淋头130，位于所述反应腔100的顶部，所述气体喷淋头130与导电基座120相对设置，用于向反应腔100内输送反应气体，所述反应气体在射频电源装置40的作用下形成等离子体；所述气体喷淋头130作为电容耦合等离子处理器的上电极，所述导电基座120作为下电极。

在其它实施例中，所述等离子体反应器为电感耦合等离子处理器外(ICP)，所述电感耦合等离子处理器外(ICP)包括：位于所述反应腔顶部的绝缘窗口；位于所述绝缘窗口上的电感线圈。

在电容耦合等离子处理器中，高频功率(13.56Mhz以上，如27MHz、60MHz等)可以被输送到作为下电极的导电基座120，此时上电极电接地，也可以将上述高频功率输送到上电极，所述高频功率用于使反应气体转化为等离子体，所述等离子体用于对待处理基片进行等离子体处理。所述电容耦合等离子处理器还包括：低频功率，施加于下电极，用于使等离子体向待处理晶片表面偏转。

在本实施例中，所述插入环127设置在底部环125a上方，聚焦环123设置在插入环127上，所述导线128的一端与插入环127电连接，另一端与导电基座120电连接，导线128中间还串联有一个可变阻抗装置124。由于所述插入环127的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙大于0.02毫米，使得所述插入环127的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙不至于过小，则射频功率耦合至聚焦环123上的量不至于过多，因此，可通过调节可变阻抗装置124的电容值来调节输送到聚焦环123的射频功率；同时，所述插入环的内侧壁与导电基座的外侧壁之间的间隙小于10毫米，使所述插入环127的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙不至于过大，则有利于降低插入环127与导电基座120之间发生放电现象。并且，所述插入环127与导电基座120之间的间隙用于容纳耦合环125的凸出部125b后，凸出部125b与导电基座120之间仍有较小的间隙，具体的，凸出部125b与导电基座120之间的间隙小于3毫米，所述凸出部125b与导电基座120之间的间隙还有利于允许凸出部125b和导电基座120在温度发生变化时有足够的空间发生膨胀。

在所述插入环127与导电基座120之间设置凸出部125b，使得凸出部125与导电基座120之间的间隙较小，有利于减轻电弧放电的现象。

另外，在所述插入环127与导电基座120之间设置所述凸出部125b，使得所述插入环127与导电基座120之间的距离不仅包括凸出部125b与导电基座120之间的间隙，还包括凸出部125b的顶部尺寸和凸出部125b的高度，则不同相位角凸出部125b与导电基座120之间的间隙发生小幅度改变时，不同相位角上所述插入环127与导电基座120之间的距离差异较小，则不同相位角上插入环127与导电基座120之间的电容差异较小，因此，有利于降低不同相位角上的不对称问题。

所述插入环127的材料为导电材料，如铝或石墨。所述插入环127可以为一完整的环形，也可以分为若干段弧段，共同围绕形成所述插入环127，每个弧段之间存在间隙或隔离部件实现互相电隔离。

所述可变阻抗装置124包括可变电感、电容组成的混合电路或者其它元器件组合而成的电路以实现阻抗调节的功能，例如：马达电容。

所述可变阻抗装置124设置在导电基座120下方的真空空间中，也可将可变阻抗装置124设置到反应腔内设备板126下方的大气环境中，只要使导线128两端穿过设备板126，设置在大气环境的可变阻抗装置124更容易散热也更容易维护。另外，可变阻抗装置124紧邻设置在设备板126下方，使得导线128的长度较短，以保证施加到导电基座120和施加到插入环127上的射频信号的相位大致相同，使得在基片中心区域和边缘区域获得大致相同的直流电势，实现基片中心区域和边缘区域的均匀处理。反应腔壁100由接地金属组成，接地金属包围形成电场屏蔽空间，所述可变阻抗装置124在反应腔的电场屏蔽空间内，即使是在设备板126下方的大气环境中仍然可以避免可变阻抗装置124向外部环境辐射低频电场。相对必须在耦合环125内设置液体进出管道和机械驱动装置，所述可变阻抗装置124体积小且成本低，而且安装结构简单。

等离子处理器还包括：适配器和传输销，所述可变阻抗装置124、适配器和传输销构成调节装置，以下结合图3和图4对所述调节装置进行详细说明：

请参考图3和图4，图4是图3沿A-A1线的剖面结构示意图，所述导电基座120和耦合环125还具有贯穿导电基座120和耦合环125的传输销孔140(见图4)；所述可变阻抗装置124与插入环127之间的导线128上还依次串联有与可变阻抗装置124电连接的适配器141和传输销142，所述传输销142与插入环127电连接，所述传输销142位于所述传输销孔140内，所述传输销142外套设有绝缘套管146(见图4)；所述适配器141位于所述设备板126的下方。

图5是图2中等离子处理器中射频功率分布示意图。

无论所述射频电源装置40的频率大还是小，耦合到待处理基片122的等效电容C21均很大，但是：

当所述射频电源装置的频率为10KHz～13.56MHz时，所述导电基座120经过侧壁耐腐蚀绝缘层和耦合环125到聚焦环123的等效电容C22较小，无法传输较大功率的射频功率。可变阻抗装置124不是通过传统的耦合的方式传递射频功率，而是通过直接电连接的方式将基座120中的射频功率直接引导到了目标聚焦环123的下表面处，所以绕过了严重影响低频射频功率耦合的阻抗。其中可变阻抗装置124可以根据需要自行选择取值范围和调节范围，所述可变阻抗装置124通过简单的调节容值就可以有效地调节输送到聚焦环123的射频功率，从而改变所述聚焦环123上方鞘层的高度，使得待处理基片中心区域与聚焦环123上方具有相同高度的鞘层，因此，有利于改善刻蚀均一性。

当所述射频电源装置的频率为10KHz～13.56MHz时，在一种实施例中，所述适配器141的个数为1个，所述传输销142的个数也为1个，所述可变阻抗装置124依次通过适配器141和传输销142与插入环127实现电连接。由于所述射频电源装置的频率较小，通过1个适配器141和传输销142向插入环127射频功率输入，射频功率下降较少，能够满足要求，不会有不同相位角上的不对称问题。

当所述射频电源装置的频率为10KHz～13.56MHz时，在另一种实施例中，所述适配器141的个数为多个，所述传输销142的个数也为多个，且一个适配器141通过1个传输销142电连接插入环127的不同区域。通过多个适配器141和传输销142向插入环127射频功率输入，射频功率下降更少，更能满足要求，更加不会有不同相位角上的不对称问题。

在本实施例中，当所述适配器141的个数为多个时，所述可变阻抗装置124与适配器141之间还包括环形射频缓冲件145(见图3)，所述环形射频缓冲件145位于所述设备板126(见图2)的下方，所述可变阻抗装置124位于设备板126边缘区域的下方，所述可变阻抗装置124通过一根导线128与环形射频缓冲件145电连接，所述环形射频缓冲件145与适配器141电连接。所述多个适配器141沿环形射频缓冲件145的周向均匀分布，所述环形射频缓冲件145用于缓冲射频。

当所述射频电源装置的频率为13.56MHz～300MHz时，所述导电基座120经过侧壁耐腐蚀绝缘层和耦合环125到聚焦环123的等效电容C22较大，但不至于过大，因此，可通过调节所述可变阻抗装置124的大小，调节输送至聚焦环123上射频功率大小，以改变所述聚焦环123处的鞘层的高度，使得待处理基片中心区域与聚焦环123上方具有相同高度的鞘层，因此，有利于改善刻蚀均一性。

当所述射频电源装置的频率为13.56MHz～300MHz时，所述适配器141的个数为多个，所述传输销142的个数也为多个，且一个适配器141通过1个传输销142电连接插入环127。通过多个适配器141和传输销142向插入环127射频功率输入，射频功率下降较少，能够满足要求，不会有不同相位角上的不对称问题。

在一种实施例中，所述可变阻抗装置124与适配器141之间还包括环形射频缓冲件145，所述环形射频缓冲件145位于所述设备板126的下方，所述可变阻抗装置124通过一根导线128与环形射频缓冲件145电连接，所述多个适配器141沿环形射频缓冲件的周向均匀分布，所述环形射频缓冲件145用于缓冲射频。

需要说明的是：当所述可变阻抗装置124的个数为1个时，所有的适配器141都与可变阻抗装置124电连接；当所述可变阻抗装置124的个数为多个，所述适配器141的个数为多个时，不同的适配器141可与不同的可变阻抗装置124电连接。

同时，所述插入环127的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙小于10毫米，使得射频功率到达待处理基片122中心区域与到达聚焦环123上方的相位差的差异较小，有利于降低发生电弧放电的风险。

图6是2等离子处理器中另一种调节装置沿X方向的俯视图。

请参考图6，所述可变阻抗装置124位于所述插入环127(见图2)的中心轴线上，所述适配器141的个数位多个，所述可变阻抗装置124通过多根导线128分别与各个所述适配器141电连接。

在其它实施例中，所述适配器的个数为1个。

在本实施例中，若所述设备版126下方有足够的空间来放置所述调节装置，所述调节装置放置于所述插入环127的中心轴线上，通过多根导线128使所述可变阻抗装置124与各个所述适配器141电连接，且所述可变阻抗装置124与各个所述适配器141之间的相位差差异更小，有利于进一步降低发生电弧放电的风险。

图7是本发明等离子处理器另一实施例的结构示意图。

请参考图7，所述聚焦环123底部涂覆导电层190，所述可变阻抗装置124一端连接导电基座120，另一端连接所述导电层190。

在本实施例中，由于所述导电层190与导电基座120之间的间隙不至于过小，使得耦合到聚焦环上的射频功率不至于过大，则可通过调节所述可变阻抗装置124的电容值，能够有效的调节输送到聚焦环123的射频功率，改变所述聚焦环123上方的鞘层高度，使得待处理基片中心区域与聚焦环123上方具有相同高度的鞘层，改善刻蚀均一性。同时，所述导电层190的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙小于10毫米，使得射频功率到达待处理基片中心区域与到达聚焦环123上方的相位差的差异较小，有利于降低发生电弧放电的风险。

图8是本发明等离子处理器又一实施例的结构示意图。

在本实施例，所述聚焦环123’的材料包括：导体材料(如：铝等)或者半导体材料(如：硅或碳化硅等)，所述聚焦环123’作为本发明的插入环127，因此无需额外再设置插入环127，所以此时导线128的第二端直接连接到聚焦环123’。

在本实施例中，由于所述聚焦环123’与导电基座120之间的间隙不至于过小，使得耦合到聚焦环123’上的射频功率不至于过大，则可通过调节所述可变阻抗装置124的电容值，能够有效的调节输送到聚焦环123’的射频功率，改变所述聚焦环123’上方的鞘层高度，使得待处理基片中心区域与聚焦环123’上方具有相同高度的鞘层，有利于改善刻蚀均一性。同时，所述聚焦环123’的内侧壁与导电基座120的外侧壁之间的间隙小于10毫米，使得射频功率到达待处理基片中心区域与到达聚焦环123’上方的相位差的差异较小，有利于降低发生电弧放电的风险。

图9是本发明等离子处理器再一实施例的示意图。

在本实施例中，所述插入环127埋设入绝缘材料制成的耦合环125的上半部中，这样虽然从下电极120耦合到聚焦环123的等效电容小于图2所示可变阻抗装置124的值，但也远大于图1所示的现有技术中的C12，因此，可通过调节所述可变阻抗装置124的大小，调节输送至聚焦环123上射频功率大小，以改变所述聚焦环123处鞘层的高度，使得待处理基片中心区域与聚焦环上方具有相同高度的鞘层，改善刻蚀均一性。

在其它实施例中，所述插入环埋设入聚焦环中。

图10是本发明等离子处理器的射频功率分布调节方法的流程图。

请参考图10，步骤S1：基片刻蚀效果监测步骤：检测基片边缘区域的刻蚀效果，如果基片边缘刻蚀孔倾斜角度在预设角度范围内，则继续执行基片刻蚀效果检测步骤，如果基片边缘刻蚀孔倾斜超过预设角度，则进入可变阻抗装置调整步骤；步骤S2：可变阻抗调整步骤：调整所述可变阻抗装置的阻抗参数，使得被输送到基片边缘聚焦环的射频功率改变，并再次进入基片刻蚀效果监测步骤。

当反应腔处于初始状态时可变阻抗装置处于初始值，进行长时间的等离子处理后，检测到基片边缘区域的处理效果与中心不同，控制器可以根据设定参数，实时自动改变可变阻抗装置的数值，使得更多低频射频功率被输送到基片边缘的聚焦环，进而改变聚焦环处鞘层的高度，使得待处理基片中心区域与聚焦环上方具有相同高度的鞘层，改善刻蚀均一性。其中处理效果中最典型的是基片边缘区域刻蚀孔的倾斜度(edge tilting)，一旦聚焦环上表面没损耗导致高度下降，相应的会使得边缘区域的鞘层降低，因此基片边缘区域的刻蚀孔会出现倾斜向内方向的倾斜角度。继续检测基片处理的效果，直到处理效果的均一性再次偏移超出预设的阀值，根据检测到的数据再次调整可变阻抗装置的容值。这样本发明就可以在长期不更换聚焦环的情况下，只需要改变可变阻抗装置的参数设定而不需要真空环境中的液体管道或机械驱动装置就能长期保持等离子效果的稳定。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。