[发明专利]一种等离子体密度控制系统及方法

权利要求书

1.一种等离子体密度控制系统，其特征在于：包括离子源、反应腔室、挡片机构和法拉第杯组；

离子源包括从外至内同轴设置的离子源腔和放电腔，在离子源腔的尾端设置屏栅；屏栅沿径向布设有N组屏栅环状孔；

法拉第杯组包括法拉第杯安装架和至少N个法拉第杯；法拉第杯安装架设置在与屏栅正对应的反应腔室壁面上；其中的N个法拉第杯与N组屏栅环状孔的位置相对应；

挡片机构包括驱动装置控制器和至少两组挡片组件；

每组挡片组件均包括若干个挡片和挡片驱动装置；若干个挡片均沿放电腔尾端周向均匀布设；

每个挡片均能在挡片驱动装置的驱动下，旋转伸入放电腔内，遮挡进入屏栅环状孔的等离子体；

挡片组件间的挡片交替布设，挡片组件间的挡片形状不同；

所有挡片驱动装置和所有法拉第杯均与驱动装置控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的等离子体密度控制系统，其特征在于：法拉第杯安装架为直条形架，法拉第杯的数量为N+1个；其中一个法拉第杯位于反应腔室的中心轴线上，其余N个法拉第杯共线安装在直条形架上，且与N个屏栅环状孔的位置相对应。

3.根据权利要求1所述的等离子体密度控制系统，其特征在于：法拉第杯安装架具有L型架，L型架的拐角位于反应腔室的中心轴线上；其中一个法拉第杯安装在L型架的拐角上，L型架的两条直角边上各安装N个法拉第杯；2N个法拉第杯位于屏栅的不同半径位置处，且分别与N个屏栅环状孔的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的等离子体密度控制系统，其特征在于：挡片机构包括两组挡片组件，分别为挡片组件一和挡片组件二；挡片组件一包括若干个挡片一和挡片驱动装置一；挡片组件二包括若干个挡片二和挡片驱动装置二；每个挡片一的截面均为中心宽、边缘窄的倒锥形或倒梯形结构；每个挡片二的截面均为边缘宽、中心窄的锥形或梯形结构。

5.根据权利要求4所述的等离子体密度控制系统，其特征在于：放电腔通过放电腔支撑座安装在离子源的离子源腔上；每个挡片一和每个挡片二的边缘端均转动安装在放电腔支撑座的端面上。

6.根据权利要求5所述的等离子体密度控制系统，其特征在于：每个挡片一和每个挡片二的长度相同，均为1/4r~1/2r；其中，r为屏栅半径。

7.根据权利要求1所述的等离子体密度控制系统，其特征在于：挡片驱动装置为旋转气缸或电机。

8.一种等离子体密度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，等离子体信号检测：刻蚀前，开启离子源，位于放电腔内的等离子经屏栅的屏栅环状孔后，聚焦形成离子束，每个法拉第杯将对检测自身径向位置处的等离子信号；并将检测到的等离子体信号转换为电流信号，反馈给驱动装置控制器；

步骤2，等离子体密度均匀性判断：驱动装置控制器根据接收到的所有电流信息，读取最大电流与最小电流，并将最大电流与最小电流进行对比，当最大电流与最小电流的差值小于设定值时，认为反应腔室内的等离子体密度均匀；否则，认为等离子体密度不均匀；

步骤3，等离子体密度控制，具体包括如下步骤：

步骤31，确定遮挡时机：当步骤2判断为等离子体密度不均匀时，驱动装置控制器同时读取最大电流对应的法拉第杯；

步骤32，遮挡：驱动装置控制器根据最大电流对应的法拉第杯所处位置，确定启用的挡片组件，在挡片驱动装置的控制下旋转挡片，对等离子体体密度高的区域进行遮挡；要求：当挡片旋转至径向时，与最大电流法拉第杯对应的宽度最大；

步骤33，等离子体密度再次检测：在挡片旋转遮挡的同时，法拉第杯实时检测等离子体密度，驱动装置控制器按照步骤2进行等离子体密度均匀性的判断，直至等离子体密度均匀，挡片停止旋转。