TWI771541B - 具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器，包括：一反應腔，反應腔內具有一導電基座，導電基座通過一個第一匹配器連接到一個低頻射頻電源，導電基座上包括一個靜電夾盤，靜電夾盤上表面用於固定待處理基片，導電基座外側壁塗覆有至少一層耐等離子腐蝕的絕緣材料層，一個由絕緣材料製成的耦合環圍繞在基座外周圍，一個聚焦環設置在所述耦合環上方，所述聚焦環圍繞所述靜電夾盤並且在等離子處理過程中暴露於等離子體，還包括一個環形電極位於所述耦合環上方和聚焦環的下方，一導線第一端電連接到所述基座，第二端連接到所述環形電極，一可變電容串聯在所述導線上。

Description

具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器
本發明涉及一種半導體加工技術領域，具體涉及一種具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器。
半導體晶片被日益廣泛的應用到各種電子設備中，其中半導體晶片加工過程需要用到大量等離子處理器。這些處理器會對待處理的基片進行等離子刻蝕、化學氣相沉積等製程。圖1a是一個典型的用於等離子刻蝕的處理器。該處理器包括反應腔10，反應腔頂部包括一個絕緣材料窗。絕緣材料窗上方設置有電感線圈7，電感線圈7通過一個射頻匹配器8連接到一個高頻(13MHz及以上)射頻電源6。還包括至少一個反應氣體源11經過閥門95和氣體噴頭90將反應氣體送入反應腔中，以形成等離子體對基片進行刻蝕。反應腔10內部下方包括一個基座20，基座通過一個偏置射頻功率匹配器5連接到一個偏置射頻源4。其中偏置射頻源4輸出的低頻射頻頻率一般低於2MHz。反應腔10底部還包括一個排氣裝置排出氣體，維持反應腔內低壓。一個閥門3通過調節閥門開度調節內部氣壓大小。基座20通常由鋁合金進行表面陽極氧化製成，或者在鋁合金表面塗覆一層絕緣的耐腐蝕材料層，以避免被反應腔內的刻蝕氣體腐蝕，造成顆粒污染等一系列問題。基座上表面設置有一個靜電夾盤21用於固定基片22到靜電夾盤21上表面。基座下部周邊還包括一個突出的臺階部，臺階部上設置有耦合環25，通過對耦合環25的材料和形狀尺寸的選擇，改變基片邊緣區域耦合的射頻能量分佈。耦合環25上方設置有一個聚焦環23，其中聚焦環23內壁圍繞並緊貼基片22，而且聚焦環23的上表面暴露到上方的等離子體。在等離子處理過程中偏置射頻功率被用來控制形成在基片上表面的和聚焦環23 上表面的鞘層厚度，鞘層的厚度決定了等離子體中的離子入射到基片的能量和方向。如果基片邊緣區域和聚焦環23的鞘層不連續分佈的話會造成基片邊緣區域刻蝕速率和刻蝕方向(edge tilting)與基片中心區域的差別，降低基片加工均勻性，影響最終晶片的良率。
由於聚焦環23是長期保留在充滿刻蝕氣體的等離子體中的，所以在進行一定長度的等離子處理後聚焦環23表面材料必然會被腐蝕，因此聚焦環上表面的高度會隨之下降，下降的高度會嚴重影響基片邊緣區域鞘層的分佈和形態，為了抵消這種長期工作中產生的等離子處理效果漂移，需要設計對應的補償機構或方法。部分習知技術中將耦合環25或者聚焦環內部設為環形空腔，將絕緣液體通入這個空腔中，通過調節絕緣液體的量或者成分來改變偏置射頻功率分佈到聚焦環上方的功率大小，從而補償聚焦環高度變化代理的處理效果漂移。這種方法需要在反應腔內設置絕緣液供應管路，零部件內部還需要保持氣密的情況下設置空腔，介電液位的高度也很難測量，所以在工程應用中使得部件結構更複雜成本更高，而且很難對電場分佈進行精確的微量調整。還有部分習知技術在反應腔內設置機械驅動裝置，驅動耦合環25或者聚焦環23可以微量上下運動，以改變基片邊緣區域的電場分佈，但是這種方法由於存在運動部件會帶來顆粒污染的問題，而且運動的耦合環25和聚焦環23的精確定位也是很大的問題，1mm以下的位置偏移都會導致基片上處理效果的不均勻分佈。上述兩種習知技術中的調節方法不僅存在各自的問題，而且還存在一個最嚴重的缺陷，上述調節方法對耦合到聚焦環23的低頻射頻功率的影響很小，也就是必須進行大幅度的調節才能有效改善功率分配。如圖1b所示，輸入的低頻射頻功率P0經過基座20與基片22之間的等效電容C11耦合P1’功率到基片22，同時經過基座20到耦合環25和聚焦環23的等效電容C12耦合P2’到聚焦環23。其中C12的值非常小，而且很難調節，所以P2’會遠小於P1’且功率比例很難調。為了增加C12可以選擇鋁、碳化矽等高導電性的材料製造耦合 環25，但是這種選擇一種材料來補償的方法只能補償一段時間，無法動態的補償由於聚焦環損耗帶來的處理效果漂移。
所以業內需要開發一種新的調節裝置，來微量精密調節低頻射頻功率在基片中心和基片邊緣區域的射頻功率分佈，從而改善基片處理製程的均勻性。最佳的，該調節裝置需要結構簡單、成本低廉，能夠應用於各種等離子處理裝置。
本發明提供了一種具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器，包括：一反應腔，反應腔內具有一導電基座，導電基座通過一個第一匹配器連接到一個低頻射頻電源，導電基座上包括一個靜電夾盤，靜電夾盤上表面用於固定待處理基片，一個耦合環圍繞在導電基座外周圍，一個聚焦環設置在所述耦合環上方，所述聚焦環圍繞所述靜電夾盤並且在等離子處理過程中暴露於等離子體，還包括一個環形電極位於所述耦合環上方，一導電連接部，所述導電連接部包括至少一根導線，所述導線的第一端電連接到所述導電基座或者電連接到與所述導電基座電耦合的一導電部，所述導線的第二端電連接到所述環形電極，一可變阻抗裝置串聯在所述導線上，所述導電基座下方包括氣密隔板，所述可變阻抗裝置安裝在所述氣密隔板下方和反應腔底壁上方的安裝空間中，所述可變阻抗裝置包括複數個具有預設容值的電容和複數個開關，通過所述複數個開關的切換可以使得所述可變阻抗裝置具有不同的電容值。
本發明還提供了一種另一種實施例：具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器，包括：一反應腔，反應腔內具有一導電基座，導電基座通過一個第一匹配器連接到一個低頻射頻電源，導電基座上包括一個靜電夾盤，靜電夾盤上表面用於固定待處理基片，一個耦合環圍繞在基座外周圍，一個聚焦環設置在所述耦合環上方，所述聚焦環圍繞所述靜電夾盤並且在等離子處理過程中暴露於等離子體，所述聚焦環由導體或者半 導體材料製成，還包括至少一根導線，所述導線的第一端電連接到所述導電基座或者電連接到與所述導電基座電耦合的一導電部，述導線的第二端電連接到所述聚焦環，一可變阻抗裝置串聯在所述導線上，所述導電基座下方包括氣密隔板，所述可變阻抗裝置安裝在所述氣密隔板下方和反應腔底壁上方的安裝空間中，所述可變阻抗裝置包括複數個具有預設容值的電容和複數個開關，通過所述複數個開關的切換可以使得所述可變阻抗裝置具有不同的電容值。
上述兩個實施例中的導電基座周邊下方包括一臺階部，所述導電部位於所述導電基座的臺階部上方，所述耦合環由絕緣材料製成且設置在所述導電部上方，所述導電基座外側壁包括至少一層耐等離子腐蝕的絕緣材料層。
上述兩個實施例中的低頻射頻電源輸出的射頻訊號的頻率小於2Mhz。
上述聚焦環由絕緣材料製成，所述環形電極埋設於聚焦環內，或者環形電極埋設於所述耦合環內上半部。
上述兩個實施例中的複數個電容和複數個開關設置在PCB電路板上。最佳的，所述所述複數個電容具有不同的容值，所述複數個開關為氣動開關。
本發明還提供了一種應用於上述兩種等離子反應器的低頻射頻功率分佈調節方法，包括步驟：基片刻蝕效果監測步驟：檢測基片邊緣區域的刻蝕效果，如果基片邊緣刻蝕孔傾斜角度在預設角度範圍內，則繼續執行基片刻蝕效果檢測步驟，如果基片邊緣刻蝕孔傾斜超過預設角度，則進入可變阻抗裝置調整步驟；可變阻抗裝置調整步驟：調整所述複數個開關的開關狀態，使得被輸送到基片邊緣聚焦環的低頻射頻功率改變，並再次進入基片刻蝕效果監測步驟。
10、100:反應腔
11、110:反應氣體源
120:導電基座
121:靜電夾盤
122:晶圓
123、123’:聚焦環
124:可變電容
125:耦合環
127、127’:環形電極
128:氣密隔板
129:支撐側壁
20:基座
201:驅動器
22:基片
3、95:閥門
30:冷卻液容器
4:偏置射頻源
6、40、60:射頻電源
50:匹配器
7、70:電感線圈
8、80:射頻匹配器
90:氣體噴頭
C1-C4:電容
C12、C21、C22:等效電容
RL1-RL4:開關
圖1a為習知技術等離子處理器示意圖；圖1b為習知技術等離子處理器中低頻射頻功率分佈示意圖；圖2a是本發明等離子處理器示意圖；圖2b是本發明等離子處理器中低頻射頻功率分佈示意圖；圖3是本發明等離子處理器另一實施例的示意圖；圖4是本發明等離子處理器第三實施例的示意圖；圖5是本發明等離子處理器第四實施例的示意圖；圖6a是本發明等離子處理器中可變電容的電路結構示意圖；圖6b是本發明等離子處理器中可變電容的實際形狀示意圖。
以下結合附圖，進一步說明本發明的具體實施例。
經過發明人研究發現，當高頻的射頻功率被輸入導電基座120時射頻功率能夠輕易的耦合到聚焦環處，因為對於高頻訊號來說導電基座120表面的很薄(幾十微米)絕緣耐腐蝕層和耦合環125阻抗很小。但是對於低頻射頻訊號來說，較低的頻率導致同樣的絕緣層和耦合環125形成很大的阻抗，這一阻抗導致只有很少的低頻射頻能量能耦合到聚焦環123，即使採用各種手段調節耦合環125與聚焦環123的介電常數、位置，最終可調的範圍仍然有限。因為導電基座120側壁的絕緣耐腐蝕層必不可少，而且耦合環125通常選擇絕緣材料，如氧化鋁或者氧化矽材料製成，所以在現有硬體結構下無法將低頻射頻功率可調的分配到基片邊緣的聚焦環123上。其中耦合環125也可以選擇高導電材料製成，但是這種耦合環125只能在短時間內取得較好的刻蝕效果，時間一長仍然無法補償聚焦環123損耗帶來的處理效果漂移。而且高導電性的耦合環125除了影響低頻射頻功率的分佈也會同時影響高頻射頻功率的分佈，也就影響了等離子濃度的分佈，所以為了聚焦環123上方鞘層厚度的調整反而造成等離子濃度分佈不均勻，也無法改善整體的等離子處理效果。聚焦環123通常是由石英、氧 化鋁等絕緣材料或者碳化矽、矽等半導體材料製成，以避免等離子處理過程中產生的顆粒污染基片，同時提供足夠的導電性。
基於這一發現，本發明提出了如圖2a所示的一種新的等離子處理腔，其基本結構與圖1a所示的習知技術相同，例如反應氣體源110、射頻電源60、電感線圈70、射頻匹配器80、氣體噴頭90、閥門95。本發明主要區別在於，將低頻射頻功率利用一導電連接部，其中導電連接部典型是一根導線，所述導線直接引導到耦合環125上方、聚焦環123的下方，同時導線上還串聯有一個可變電容124。如圖2a所示，一個環形電極127設置在耦合環125上方，聚焦環123設置在環形電極127上，導線的第一端與環形電極127直接電連接，另一端與導電基座120直接電連接，導線中間還串聯有一個可變電容124，通過調節可變電容124的電容值來調節輸送到聚焦環123的低頻射頻功率。環形電極127可以是任何導電材料製成的，如鋁、石墨等，只要能提供良好導電性的材料均可。本發明的可變電容124可以設置在導電基座120下方的真空空間中，最佳的可以將可變電容124設置到反應腔內氣密隔板128下方的大氣環境中，只要使導線兩端穿過氣密隔板128就可以了，設置在大氣環境的可變電容更容易散熱也更容易維護。反應腔100的壁由接地金屬組成，接地金屬包圍形成電場遮罩空間，只要本發明可變電容124在反應腔的電場遮罩空間內，即使是在氣密隔板128下方的大氣環境中仍然可以避免可變電容124向外部環境輻射低頻電場。氣密隔板128下方包括一個安裝空間，由支撐側壁129、氣密隔板128、反應腔底壁圍繞而成，在安裝空間內安裝著等離子處理腔處理所需的各種硬體，這些硬體處於大氣環境下，但是暴露於射頻功率中。相對必須在真空反應腔內設置液體進出管道和機械驅動裝置的習知技術而言。本發明的不僅可變電容體積小且成本低，而且安裝結構簡單。
本發明中的氣密隔板128上還設置有大量的穿孔，使得各種氣、液、電管線能夠從大氣環境穿過進入導電基座120中發揮各自的功效。比 如用於冷卻液流通的管道，從反應腔外的冷卻液容器30中穿過氣密隔板128進入導電基座120中的冷卻液通道，這些均勻分佈的冷卻液通道使得導電基座120維持在最佳的溫度。射頻電源40輸出的射頻功率經過匹配器50中匹配電路的阻抗調節，使得射頻功率通過一根電纜穿過氣密隔板128進入導電基座120。高壓直流電源輸出的高壓電也需要經過導線穿設到靜電夾盤121中的電極，使得待處理的晶圓122被牢牢固定在靜電夾盤121上。此外用於冷卻晶圓122背面的冷卻氣體(氦氣)管道也需要穿過氣密隔板128下方空間，導電基座120上方設置的加熱器中需要接受加熱電功率，所以也需要設置加熱器導線，同時還要設置探測加熱器內溫度的探測器，並將探測到的不同區域的溫度訊號通過導線傳輸到外部大氣環境中的控制器。在完成對晶圓122處理後還需要抬起晶圓，所以還需要在基座或者氣密隔板128下方設置複數個舉升腳(lift pin)。上述各種必要的機構都需要佔用各自的空間，所以本發明所述的可變電容124允許佔用的空間非常有限。匹配器50中的核心元件可變電容通常是一個真空電容，需要一個集成的電機來驅動導電部件進行精確的位置移動，使得電容在很大範圍內連續可調，以匹配等離子處理腔中不斷變化的阻抗值。所以匹配器50中的可變電容需要很大的體積很高的成本，只能放置在反應腔100外。本發明中的可變電容124平時並不需要頻繁的改變電容值，只有經過長時間的等離子處理引起聚焦環123的屬性發生漂移後才需要調節可變電容124來進行補償，所以本發明的可變電容124不需要在很大的範圍內連續可調，只需要間隔一段時間後調整一定數值的電容，改善等離子處理效果均一性。
基於本發明可變電容的應用環境，是應用於狹窄的安裝空間，功能是間隔一段時間後少量調整電容值，本發明提出了如圖6a所示的可變電容124的電路。本發明的可變電容124的電路中包括複數個具有固定容值的電容C1-C4，各自具有50pf、100pf、200pf和400pf的容值。每個電容C1-C4上還串聯著一個開關RL1-RL4，這些電容C1-C4和開關RL1-RL4串 聯形成的複數個支路互相並聯，第二端TP-2電連接到導電基座120，第一端TP-1連接到環形電極127。通過改變開關RL1-RL4的斷開或閉合的狀態可以改變可變電容124的電路的輸出電容值，使得可變電容124的電路的輸出電容在50pf-750pf之間可變，每個容值變化的步長為50pf。每個電容C1-C4的容值除了上述數值選擇外也可以是其它數值，比如20pf-200pf，可以根據際聚焦環123發生腐蝕所需要補償的電容值的需求選擇。固定電容的數量除了可以是四個也可以是其它數量，比如5個或是3個，只要能多級調整可變電容124的電路的電容就可以滿足本發明需求。上述可變電容124的電路是由複數個支路並聯而成，本發明也可以設置串聯支路，比如電容C3和電容C4互相串聯後連接在第一端和第二端之間，一個旁路開關並聯在電容C4兩端，旁路開關閉合時只有電容C3起作用，旁路開關斷開時電容C3和電容C4的串聯電容接入整個可變電容124。本發明可變電容124也可以是任何串並聯組合形成的可變電容網路，只要控制其中的開關就能夠實現對整個電容網路電容值的調節。
上述複數個固定電容C1-C4和開關RL1-RL4可以安裝在一塊PCB電路板上，以節約空間，如圖6b所示為安裝在PCB板上的可變電容124，其中正面視圖中包括複數個電容和開關，還包括一個驅動器201，背面視圖顯示了不同元件的電連接方式。通過簡單的幾個固定電容和開關集成在一個PCB板上可以使得本發明的可變電容電路的體積小於6cm，遠遠小於習知技術中真空可變電容的體積和成本。
本發明中的可變電容由於位於射頻功率輻射區域內，所以如果上述開關RL1-RL4是通過電訊號驅動的話，輸入的控制驅動訊號為電訊號，需要進一步設置一個濾波器，以防止射頻功率通過驅動控制的訊號線向反應腔外傳導。最佳的是選擇上述開關RL1-RL4為氣動(Pneumatic)開關，每個氣動開關通過一個中空絕緣管道接收氣壓形式的開關訊號，該中空絕緣管道穿過底部的反應腔底壁或者支撐側壁129與外部控制器相連 接，控制器輸出的開關控制訊號轉化為氣壓訊號經過上述絕緣管道的傳輸控制訊號，使得開關動作，最終改變可變電容124的電容值。由於絕緣管道中沒有導體，所以不需要濾波器等額外輔助裝置，可以進一步節省空間降低成本。
如圖2b所示為本發明的等效電路圖和射頻功率分佈圖，本發明中耦合到中心基片的等效電容C21仍然很大，所以主要功率能夠耦合到基片，導電基座120經過側壁耐腐蝕絕緣層和耦合環125到聚焦環123的等效電容C22亦然很小，無法傳輸較大功率的射頻功率。可變電容124不是通過傳統的耦合的方式傳遞射頻功率，而是通過直接電連接的方式將導電基座120中的射頻功率直接引導到了目標聚焦環123的下表面處，所以繞過了嚴重影響低頻射頻功率耦合的阻抗。其中可變電容124可以根據需要自行選擇取值範圍和調節範圍，所以本發明的可變電容124通過簡單的調節容值就可以有效的調節輸送到聚焦環123的低頻射頻功率。當反應腔處於初始狀態時可變電容124處於初始值，進行長時間的等離子處理後，檢測到基片邊緣區域的處理效果與中心不同，控制器可以根據設定參數，即時自動改變可變電容的數值，使得更多低頻射頻功率被輸送到基片邊緣的聚焦環，進而抬高聚焦環處的鞘層，使得基片邊緣到聚焦環上方具有相同高度的鞘層，改善刻蝕均一性。其中處理效果中最典型的是基片邊緣區域刻蝕孔的傾斜度(edge tilting)，一旦聚焦環上表面沒損耗導致高度下降，相應的會使得邊緣區域的鞘層降低，因此基片邊緣區域的刻蝕孔會出現傾斜向內方向的傾斜角度。繼續檢測基片處理的效果，直到處理效果的均一性再次偏移超出預設的閥值，根據檢測到的資料再次調整可變電容124的容值。這樣本發明就可以在長期不更換聚焦環123的情況下，只需要改變可變電容124的參數設定而不需要真空環境中的液體管道或機械驅動裝置就能長期保持等離子效果的穩定。
本發明除了可以應用於圖1-2所示的電感耦合等離子處理器外(ICP)，也可以應用於電容耦合等離子處理器(CCP)，電容耦合處理器的反應腔頂部不是絕緣材料窗而是一個導電的上電極，上電極呈扁平的噴淋頭狀，反應氣體通過上電極被送入下方的反應區域。高頻射頻射頻功率(13Mhz以上，如27MHz、60MHz等)可以被輸送到作為下電極的導電基座120，此時上電極電接地，也可以將上述高頻射頻功率輸送到上電極。在電容耦合等離子反應器中耦合環和聚焦環的介電參數會同時影響高頻和低頻射頻功率的分佈，通過本發明設置的導電路徑可以使得高頻射頻功率主要通過耦合的方式將射頻功率輸送到聚焦環123，低頻功率一部分通過耦合環125耦合到聚焦環123，另一部分可調的功率通過直接導通的方式將低頻射頻功率輸送到聚焦環123，所以本發明還具有分別單獨調控高頻和低頻射頻功率的作用，能夠更精確的調整基片上表面中心到邊緣的等離子濃度分佈(高頻功率主導)和鞘層分佈(低頻功率主導)。
本發明能夠在習知技術中原有耦合環125耦合低頻射頻能量之外，補充設置一個，結構簡單，功率可調的低頻射頻能量供應電路。下電極(導電基座120)通過耦合環125耦合到聚焦環123的等效電容C22和本發明添加的可變電容124共同決定分配到聚焦環123的低頻射頻功率大小。其中最佳的可以選擇絕緣材料製成耦合環125，這樣等效電容C22較小，加上可變電容124可以使得電容調節範圍更大。如果耦合環125採用高導電材料製成也能實現本發明效果，只是等效電容C22加可變電容124的調節範圍略微不同。
介電材料層對低頻射頻訊號的阻抗很大，即使的很薄的耐等離子腐蝕塗層(Al2O3、Y2O3等組成)也會明顯影響低頻射頻功率耦合到基片邊緣聚焦環123的功率。當導電基座120側壁的絕緣層和耦合環125的材料厚度、成分不同時，對應的射頻頻率也會不同。特別是厚度更厚時，或者耦合環125介電係數更高時，相應的會使得更高頻率值的低頻功率無法 有效輸送到聚焦環123。所以本發明中的低頻射頻訊號通常是低於2Mhz的，特別是低於1Mhz如400KHz時效果最明顯。但是只要應用場合需要，高於2Mhz的射頻訊號如13MHz也可以採用本發明的繞接導線的結構使得低頻射頻功率被有效且可調的輸送到聚焦環123。
如圖3所示，本發明還提供另一個實施例，基本結構與圖2所示的第一個實施例相同，主要的區別在於，可變電容124除了通過導線直接連接到下電極(導電基座120)以外，也可以是連接到一個位於下電極(導電基座120)的臺階部上表面之上和耦合環125之下的由導體材料製成的導電部(支撐側壁129)，下電極(導電基座120)的低頻射頻功率通過耦合越過臺階部上表面的絕緣材料層輸入到導電部(支撐側壁129)，再通過導線和可變電容124將低頻功率輸送到環形電極127。其中導電部(支撐側壁129)可以是環形也可以是複數個分離的導體，環繞下電極(導電基座120)側壁。在等離子處理裝置中輸入到下電極(導電基座120)的電場主要是向上耦合到反應腔頂部，所以習知技術中從下電極(導電基座120)橫向耦合到聚焦環123的等效電容C12很小，本發明中導電部(支撐側壁129)是水平方向延伸的導體，從下電極(導電基座120)臺階部向上的電場線能夠大量穿過臺階部頂表面的絕緣耐腐蝕材料層到達導電部，所以等效電容遠大於習知技術中的等效電容C12。所以本發明第二實施例通過在臺階部頂表面設置電場耦合的導電部(支撐側壁129)，可以將低頻電場引導到位於耦合環125上方的環形電極127，從而能夠調節基片邊緣區域的低頻射頻能量大小。
本發明的導線下端可以直接電連接導電基座120，也可以是耦合到導電基座120的上述導電部(支撐側壁129)。另一方面，導線的上端除了連接到位於耦合環125和聚焦環123之間的環形電極，環形電極127也可以埋設入聚焦環123中，或者如圖5所示實施例中，環形電極127’埋設入絕緣材料製成的耦合環125的上半部中，這樣雖然從下電極(導電基座120) 耦合到聚焦環123的等效電容小於圖2所示可變電容124的值，但也遠大於圖1所示的習知技術中的等效電容C12，所以也能實現本發明目的。如圖4所示的實施例，當聚焦環123’採用導體或者半導體材料(矽、碳化矽、鋁等)製成時，聚焦環123’本身就可以作為本發明的環形電極，所以此時導線的上端可以直接連接到聚焦環123’。
此外本發明所述跨接的導電連接部也可以是由多個多根分支導線組成的，最佳的在基座周邊均勻對稱分佈的多根分支導線，使得多根分支導線中每個分支導線與相鄰分支導線具有相同的距離並且連接到環形電極不同區域。下面以3根分支導線為例說明本發明的其它實施例，每根分支導線一端連接到環形電極，另一端共同連接到一個可變電容，再通過可變電容上連接的導線連接到基座。或者每根分支導線均兩端均連接到導電基座和環形電極，三根分支導線上串聯三個獨立可調的可變電容，通過調整這三個可變電容使得低頻功率能夠從三根分支導線上均勻分配到環形電極上。進一步的可以使環形電極分為三段弧形導電片，共同圍繞形成環形電極，每個弧形導電片之間存在間隙或隔離部件實現互相電隔離，通過獨立調整上述三個可變電容可以分區調整聚焦環上不同區域的鞘層厚度，解決基片邊緣環狀區域中部分方位的鞘層不均的問題。
本發明中所述的可變電容是最佳實施例，但是其它能夠調節低頻射頻功率阻抗的任何可變阻抗裝置，如包括可變電感、電容組成的混合電路或者其它元件組合而成的電路均可以實現阻抗調節的功能，上述替換屬於通常知識，所以不再一一例舉。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在所屬技術領域中具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的複數種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
100:反應腔
110:反應氣體源
120:導電基座
121:靜電夾盤
122:晶圓
123:聚焦環
124:可變電容
125:耦合環
127:環形電極
128:氣密隔板
129:支撐側壁
30:冷卻液容器
40、60:射頻電源
50:匹配器
70:電感線圈
80:射頻匹配器
90:氣體噴頭
95:閥門

Claims (13)

  1. 一種具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器，包括：一反應腔，該反應腔內具有一導電基座，該導電基座通過一個第一匹配器連接到一個低頻射頻電源，該導電基座上包括一個靜電夾盤，該靜電夾盤上表面用於固定一待處理基片，一個耦合環，其圍繞在該導電基座外周圍，一個聚焦環，其設置在該耦合環上方，該聚焦環圍繞該靜電夾盤並且在等離子處理過程中暴露於等離子體，還包括一個環形電極，其位於該耦合環上方，一導電連接部，該導電連接部包括至少一根導線，該導線的第一端電連接到該導電基座或者電連接到與該導電基座電耦合的一導電部，該導線的第二端電連接到該環形電極，一可變阻抗裝置，其串聯在該導線上，該導電基座下方包括一氣密隔板，該可變阻抗裝置安裝在該氣密隔板下方和該反應腔的底壁上方的安裝空間中，該可變阻抗裝置包括複數個具有預設容值的電容和複數個開關，通過該複數個開關的切換可以使得該可變阻抗裝置具有不同的電容值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的等離子反應器，其中，該導電基座周邊下方包括一臺階部，該導電部位於該導電基座的該臺階部上方，該耦合環由絕緣材料製成且設置在該導電部上方，該導電基座外側壁包括至少一層耐等離子腐蝕的絕緣材料層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的等離子反應器，其中，該低頻射頻電源輸出的射頻訊號的頻率小於2Mhz。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的等離子反應器，其中，該聚焦環由絕緣材料製成，該環形電極埋設於該聚焦環內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的等離子反應器，其中，該環形電極埋設於該耦合環內上半部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的等離子反應器，其中，該複數個電容和該複數個開關設置在PCB電路板上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的等離子反應器，其中，該複數個電容具有不同的容值，該複數個開關為氣動開關。
  8. 一種具有低頻射頻功率分佈調節功能的等離子反應器，包括：一反應腔，該反應腔內具有一導電基座，該導電基座通過一個第一匹配器連接到一個低頻射頻電源，該導電基座上包括一個靜電夾盤，該靜電夾盤上表面用於固定一待處理基片，一個耦合環，其圍繞在該導電基座外周圍，一個聚焦環，其設置在該耦合環上方，該聚焦環圍繞該靜電夾盤並且在等離子處理過程中暴露於等離子體，該聚焦環由導體或者半導體材料製成，還包括至少一根導線，該導線的第一端電連接到該導電基座或者電連接到與該導電基座電耦合的一導電部，該導線的第二端電連接到該聚焦環，一可變阻抗裝置，其串聯在所述導線上，該導電基座下方包括一氣密隔板，該可變阻抗裝置安裝在該氣密隔板下方和該反應腔的底壁上方的安裝空間中，該可變阻抗裝置包括複數個具有預設容值的電容和複數個開關，通過該複數個開關的切換可以使得該可變阻抗裝置具有不同的電容值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的等離子反應器，其中，該低頻射頻電源輸出的射頻訊號的頻率小於2Mhz。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的等離子反應器，其中，該複數個電容和該複數個開關設置在PCB電路板上。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的等離子反應器，其中，該複數個電容具有不同的容值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的等離子反應器，其中，該複數個開關為氣動開關。
  13. 一種應用於如申請專利範圍第1或8項所述的等離子反應器的低頻射頻功率分佈調節方法，包括步驟：基片刻蝕效果監測步驟：檢測基片邊緣區域的刻蝕效果，如果基片邊緣刻蝕孔傾斜角度在預設角度範圍內，則繼續執行基片刻蝕效果檢測步驟，如果基片邊緣刻蝕孔傾斜超過預設角度，則進入可變阻抗裝置調整步驟；可變阻抗裝置調整步驟：調整所述複數個開關的開關狀態，使得被輸送到基片邊緣聚焦環的低頻射頻功率改變，並再次進入基片刻蝕效果監測步驟。
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