[发明专利]一种等离子体密度控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种等离子体密度控制系统及方法，包括离子源、反应腔室、挡片机构和法拉第杯组；法拉第杯组设在与屏栅正对应的反应腔室壁面上，包括法拉第杯安装架和至少N个法拉第杯；N个法拉第杯与屏栅上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。本发明能对离子源引出的离子束密度进行测量，并对等离子体密度进行实时控制，有效解决由于工艺条件改变而导致的刻蚀不均匀问题，并减小生产成本。

技术领域

本发明涉及离子束刻蚀领域，特别是一种等离子体密度控制系统及方法。

背景技术

离子束刻蚀是可用于刻蚀加工各种金属（Ni、Cu、Au、Al、Pb、Pt、Ti等）及其合金，以及非金属、氧化物、氮化物、碳化物、半导体、聚合物、陶瓷、红外和超导等材料。原理上是利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子，氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。刻蚀过程即把Ar气充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面轰击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理刻蚀。由于离子不是由辉光放电产生，而是由独立的离子源发射出惰性气体离子并经电场加速后再进入放入样品的真空室，离子束源与样品室的真空度可分别达到各自的最佳状态，膜的纯度很高。

离子源是将中性原子或分子电离并从中提取离子束流的设备，现有的离子源主要包括考夫曼离子源、射频离子源、ECR离子源和End Hall离子源，其中，射频离子源在在真空环境下，充满真空室的气体通过电场和磁场的相互作用而被电离，并且通过电场和磁场的作用而释放出离子，是利用射频感应产生等离子体，静电加速离子，具有无极放电，工作长时间稳定、均匀区大、离子束密可以精确控制、污染小等特点，在离子束刻蚀过程中得到广泛应用。

在离子束刻蚀中，离子源在工作状态下，由于工艺条件的不同，其刻蚀结果存在着较大的差异性，在射频电源的激励下，放电腔内等离子体密度呈现中间高、边缘低的趋势（见图1），为保证刻蚀均匀性，屏栅上小孔大小由中间向边缘逐渐增加，以保证边缘区通过的离子通量大（见图2和图3），使得抽出的离子束密度均匀分布，但当工艺条件改变时，离子源抽出的离子束束流密度边缘区会增加（见图4），造成晶圆表面刻蚀的不均匀性（见图5），影响刻蚀效果。在图3中，横坐标为径向距离，纵坐标为Grid 孔径尺寸也即屏栅环状孔尺寸。

目前，传统的获取良好束流密度均匀性的方法有两种，一种是调整离子源的参数与设计结构；一种是在离子源刻蚀样品之间建立异形的物理遮挡机构，通过不断调整物理遮挡机构的几何形状，与离子束密度特征进行抵消，在每次设计出遮挡装置后，都需要测试均匀性，如未达到修正效果，再针对性的对物理遮挡装置的几何形状进行加工，测试周期长，生产成本高。 因此，对离子源引出的离子束密度进行测量，并对等离子体密度进行实时控制是十分有必要的。本发明提出一种等离子体密度控制系统，可以有效的解决上述提出的由于工艺条件改变而导致的刻蚀不均匀问题，并减小生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种等离子体密度控制系统，该等离子体密度控制系统及方法能对离子源引出的离子束密度进行测量，并对等离子体密度进行实时控制，有效解决由于工艺条件改变而导致的刻蚀不均匀问题，并减小生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种等离子体密度控制系统，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。