CN117133622A - 用于调节等离子体均匀性的可变控制板及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于调节等离子体均匀性的可变控制板及调节方法，可变控制板包括：至少两层网格板，均为一金属圆板，相邻网格板之间通过同一根转轴转动连接，其中一层网格板与其余层网格板之间可相对转动，以控制调节开口和金属孔的开合大小；若干调节开口，其靠近网格板中心的面积，小于其靠近网格板边缘的面积，以用于通过高能电子和离子，以改善等离子体中心强四周弱的非均匀分布，其开设于每层网格板上；金属孔，与调节开口配合以用于对温度进行调节，金属孔位于相邻调节开口之间，其开设于每层网格板上。本发明中调节开口的开合大小可调，且解决了传统等离子体源中普遍遇到的等离子体密度中间高四周低的问题。

Description

用于调节等离子体均匀性的可变控制板及调节方法

技术领域

本发明属于等离子体源控制技术，尤其涉及一种用于调节等离子体均匀性的可变控制板及调节方法。

背景技术

在半导体制造、材料表面处理等领域中，等离子体设备被广泛使用，其中等离子体中电子温度、电子密度、离子密度、离子温度对于处理物表面的化学反应、粒子轰击等效应具有重要影响，往往在不同工艺中需要对其进行控制。现有技术主要利用三种方式进行等离子体参数控制：1)利用多个射频源，通过不同射频源功率的调整，实现离子能量和通量的控制，比较常见的如图1所示的底部、侧部两个不同频射频源用于粒子能量控制，这种方式可以实现良好的效果，但是由于需要两套射频系统，成本高昂，控制系统复杂；2)利用网孔板加直流偏压，这种方式通过控制网孔板的电压高低、正负，来实现对电子、离子能量的控制如图2所示，这种方式成本较低，但网格板需要浮动电压，因此系统需要做较大改动，且直流电压对于不同离子的选择性较高，排斥带电量高的离子比较明显，从而影响了材料表面的化学反应成分，这对有些高要求的工艺非常不友好；3)利用网格板加开口的方式，如图3所示，通过控制网格的密度和大小以及上面开口的尺寸，实现电子、离子能量的控制。这种方式成本低、可以对离子和电子实现良好的控制，但当下以矩形狭缝为主的方式，对后续等离子体均匀性产生影响，且在不同的工艺下不同设备需要更换不同的网孔板，网孔板设计也很难迭代。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于调节等离子体均匀性的可变控制板及调节方法，该可变控制板上的调节开口的开合大小可调，且解决了传统等离子体源中普遍遇到的等离子体密度中间高四周低的问题。

一种用于调节等离子体均匀性的可变控制板，包括：

至少两层网格板，均为一金属圆板，相邻网格板之间通过同一根转轴转动连接，其中一层网格板与其余层网格板之间可相对转动，以控制调节开口和金属孔的开合大小；

若干所述调节开口，其靠近网格板中心的面积，小于其靠近网格板边缘的面积，以用于通过高能电子和离子，以改善等离子体中心强四周弱的非均匀分布，其开设于每层所述网格板上；

所述金属孔，与调节开口配合以用于对温度进行调节，所述金属孔位于相邻所述调节开口之间，其开设于每个所述网格板上。

优选地，所述转轴设置于网格板的中心处；调节开口关于中心处对称设置。

优选地，所述转轴依次穿过所有网格板，其固定于其中一层网格板上，其通过轴承安装于其余层网格板上。

优选地，与转轴通过轴承连接的网格板，其固定设置。

优选地，所述调节开口为扇形。

优选地，扇形开口角度θ1为45°。

优选地，所有网格板上的金属孔，其分布方式相同。

优选地，所述网格板的层数为2。

一种等离子体均匀性的调节方法，包括以下步骤：

驱动源驱动转轴旋转，转轴带动与其固定的网格板转动，转轴在其余层网格板上转动；

在此过程中，转动的网格板，与其余层网格板之间产生相对转动，转动的网格板的实体部分，遮挡其余层网格板的调节开口，以实现调节开口的开合大小。

与现有技术相比，本发明的优点为：

(1)通过网格板之间的相对转动，使得调节开口的开合大小可调，因此，该网格板可适应在不同的工艺下不同设备的需求，无需更换网格板。

(2)调节开口，其靠近网格板中心的面积，小于其靠近网格板边缘的面积，解决了传统等离子体源中普遍遇到的等离子体密度中间高四周低的问题。

(3)金属孔和调节开口开合大小可调节，可以实现对电子温度、离子温度的控制。

附图说明

图1～3为现有技术中等离子体设备进行等离子体参数控制的结构示意图；

图4为用于调节等离子体均匀性的可变控制板中，上层网格板的结构图；

图5为下层网格板的结构图；

图6为开合角度可θ2、扇形开口角度θ1的对比图；

图7为可变控制板在刻蚀机中的配置示意图。

其中，1-金属孔，2-上层网格板，3-转轴，4-调节开口，5-下层网格板。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的用于调节等离子体均匀性的可变控制板及调节方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1～7，一种用于调节等离子体均匀性的可变控制板，并利用扇形狭缝开口和两层旋转，实现了灵活可调，并通过扇形狭缝方式，使得传统等离子体源中普遍遇到的等离子体密度中间高四周低的问题，通过扇形狭缝对外侧进行了补偿，在等离子体电子、离子控制中兼顾获得了更高的等离子体均匀性，相比传统开孔方式提高了20％以上。

其中，网格板外径为200mm，厚10mm；小孔直径按照工艺要求可以改变，在此处选定为2mm，所述扇形开口角度θ1为45°；下部网格板与上部网格板相同，组合后开口尺寸通过旋转上、下网格板实现控制，其开合角度可θ2可从0°变化到45°。具体包括：

上层网格板2和下层网格板5，均为一金属圆板，相邻网格板之间通过同一根转轴3转动连接，其中一层网格板与其余层网格板之间可相对转动，以控制调节开口4和金属孔1的开合大小。

转轴3依次穿过所有网格板，其固定于其中一层网格板上，其通过轴承安装于其余层网格板上。与转轴3通过轴承连接的网格板，其固定于对应的设备。

若干调节开口4，其靠近网格板中心的面积，小于其靠近网格板边缘的面积，以用于通过高能电子和离子，以改善等离子体中心强四周弱的非均匀分布，其开设于每层网格板上。即使得调节开口4的中间开口与外部开口保持内部小外部大的比例，在中部强，四周弱的常见等离子体分布中可以有效引入高能粒子改善等离子体分布均匀性。

金属孔1，与调节开口4配合以用于对温度进行调节，金属孔1位于相邻调节开口4之间，其开设于每层网格板上。所有网格板上的金属孔1，其分布方式相同。

进一步地，转轴3设置于网格板的中心处；调节开口4关于中心处对称设置。调节开口4为扇形。扇形开口角度θ1为45°。

等离子体均匀性的调节方法，包括以下步骤：

驱动源驱动转轴3旋转，转轴3带动与其固定的网格板转动，转轴3在其余层网格板的轴承内转动。在其他实施例中，也可以在设备内，手动调整转轴3旋转完成后，与转轴3通过轴承连接的网格板固定在设备内。

在此过程中，转动的网格板，与其余的层网格板之间产生相对转动，转动的网格板的实体部分，遮挡其余层网格板的调节开口4，以实现调节开口4的开合大小。

如图7所示，通过狭缝开口角度的控制，可以实现弱等离子体区域的电子温度、离子温度的控制，同时将等离子体在处理材料表面的均匀性提高了27％。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，包括：

至少两层网格板，均为一金属圆板，相邻网格板之间通过同一根转轴转动连接，其中一层网格板与其余层网格板之间可相对转动，以控制调节开口和金属孔的开合大小；

若干所述调节开口，其靠近网格板中心的面积，小于其靠近网格板边缘的面积，以用于通过高能电子和离子，以改善等离子体中心强四周弱的非均匀分布，其开设于每层所述网格板上；

所述金属孔，与调节开口配合以用于对温度进行调节，所述金属孔位于相邻所述调节开口之间，其开设于每层所述网格板上。

2.根据权利要求1所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，所述转轴设置于网格板的中心处；调节开口关于中心处对称设置。

3.根据权利要求2所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，所述转轴依次穿过所有网格板，其固定于其中一层网格板上，其通过轴承安装于其余层网格板上。

4.根据权利要求3所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，与转轴通过轴承连接的网格板，其固定设置。

5.根据权利要求2所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，所述调节开口为扇形。

6.根据权利要求4所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，扇形开口角度θ1为45°。

7.根据权利要求1所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，所有网格板上的金属孔，其分布方式相同。

8.根据权利要求1所述的用于调节等离子体均匀性的可变控制板，其特征在于，所述网格板的层数为2。

9.一种等离子体均匀性的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

驱动源驱动转轴旋转，转轴带动与其固定的网格板转动，转轴在其余层网格板上转动；

在此过程中，转动的网格板，与其余层网格板之间产生相对转动，转动的网格板的实体部分，遮挡其余层网格板的调节开口，以实现调节开口的开合大小。