KR20230118973A - Plasma density control system and method - Google Patents

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KR20230118973A
KR20230118973A KR1020237023959A KR20237023959A KR20230118973A KR 20230118973 A KR20230118973 A KR 20230118973A KR 1020237023959 A KR1020237023959 A KR 1020237023959A KR 20237023959 A KR20237023959 A KR 20237023959A KR 20230118973 A KR20230118973 A KR 20230118973A
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plasma density
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둥둥 후
야오야오 장
샤오보 류
화이둥 장
하이양 류
나 리
쑹 궈
샤오레이 리
카이둥 쉬
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장쑤 루벤 인스트루먼츠 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 출원은 플라즈마 밀도 제어 시스템 및 방법을 공개하였고, 이온 소스, 반응 챔버, 배플 메커니즘 및 페러데이 컵 세트를 포함하고, 페러데이 컵 세트는 스크린 그리드에 대응되는 반응 챔버 벽면에 설치되고, 페러데이 컵 장착 프레임 및 적어도 N개의 페러데이 컵을 포함하고, N개의 페러데이 컵은 스크린 그리드 상의 N세트 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응되고, 배플 메커니즘은 구동장치 제어기 및 적어도 두 세트의 배플 어셈블리를 포함하고, 각 세트의 배플 어셈블리는 모두 복수의 배플 및 배플 구동장치를 포함하고, 복수의 배플은 모두 방전 챔버 말단 원주 방향을 따라 균일하게 배치되고, 각 배플은 방전 챔버 내로 회전 삽입되어, 스크린 그리드 환형 홀로 진입하는 플라즈마를 차단하고, 배플 어셈블리 사이의 배플은 교대로 배치되고, 배플 어셈블리 사이의 배플 형상은 상이하다. 본 출원은 이온 소스에서 인출된 이온 빔 밀도를 측정하고, 플라즈마 밀도를 실시간으로 제어하여, 공정 조건의 변화로 인한 식각 불균일 문제를 효과적으로 해결하여, 생산 원가를 줄일 수 있다. The present application discloses a plasma density control system and method, including an ion source, a reaction chamber, a baffle mechanism and a Faraday cup set, the Faraday cup set being installed on the reaction chamber wall corresponding to the screen grid, a Faraday cup mounting frame and at least N Faraday cups, the N Faraday cups corresponding to the positions of the N sets of screen grid annular holes on the screen grid, the baffle mechanism including a drive controller and at least two sets of baffle assemblies, each set of baffle assemblies includes a plurality of baffles and a baffle drive device, the plurality of baffles are uniformly arranged along the circumferential direction of the distal end of the discharge chamber, and each baffle is rotated and inserted into the discharge chamber to block plasma entering the annular hole of the screen grid; , the baffles between the baffle assemblies are alternately arranged, and the baffle shapes between the baffle assemblies are different. The present application measures the density of an ion beam extracted from an ion source and controls the plasma density in real time to effectively solve the problem of non-uniformity in etching due to a change in process conditions, thereby reducing production costs.

Description

플라즈마 밀도 제어 시스템 및 방법Plasma density control system and method

본 출원은 2021년 1월 4일자로 중국 전리국에 제출된, 출원 명칭이 “플라즈마 밀도 제어 시스템 및 방법”인 중국 특허 출원 제202110002170.3호를 기초로 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 출원에 원용된다.This application claims priority based on Chinese Patent Application No. 202110002170.3, filed with the Patent Office of China on January 4, 2021, entitled “Plasma Density Control System and Method”, the entire contents of which are incorporated herein by reference. is used

본 출원은 이온 빔 식각 분야에 관한 것으로, 특히 플라즈마 밀도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. This application relates to the field of ion beam etching, and more particularly to a plasma density control system and method.

이온 빔 식각은 다양한 금속(Ni, Cu, Au, Al, Pb, Pt, Ti 등) 및 그 합금, 비금속, 산화물, 질화물, 탄화물, 반도체, 폴리머, 세라믹, 적외선 및 초전도 등 재료의 식각 가공에 사용될 수 있다. 원리적으로는 글로우 방전 원리를 이용하여 아르곤 가스를 아르곤 이온으로 분해하고, 아르곤 이온은 양극 전기장에 의해 가속되어 샘플 표면에 물리적 충격을 가하여, 식각 효과를 달성한다. 식각 과정은 바로 이온 소스 방전 챔버에 Ar가스를 채워 이를 이온화시켜 플라즈마를 형성한 후, 그리드에 의해 이온을 빔 형태로 인출하여 가속하고, 일정한 에너지를 가진 이온 빔은 작업 챔버로 유입되어, 고체 표면으로 발사되어 고체 표면 원자에 충격을 가함으로써, 재료 원자의 스퍼터링을 발생시켜, 식각 목적을 달성하는 것이며, 순수한 물리적 식각에 속한다. 이온이 글로우 방전에 의해 생성되지 않고, 독립된 이온 소스가 불활성 기체 이온을 발사하고 전기장을 통해 가속된 다음 샘플이 놓여진 진공 챔버로 유입되므로, 이온 빔 소스와 샘플 챔버의 진공도는 각자의 최적 상태에 각각 도달할 수 있고, 막의 순도는 매우 높다.Ion beam etching can be used for etching and processing of various metals (Ni, Cu, Au, Al, Pb, Pt, Ti, etc.) and their alloys, non-metals, oxides, nitrides, carbides, semiconductors, polymers, ceramics, infrared and superconducting materials. can In principle, by using the glow discharge principle, argon gas is decomposed into argon ions, and the argon ions are accelerated by an anode electric field to give a physical impact to the sample surface, thereby achieving an etching effect. In the etching process, the ion source discharge chamber is filled with Ar gas to ionize it to form plasma, and then the ions are drawn out in the form of a beam by the grid and accelerated. is fired to impact the solid surface atoms, causing the sputtering of material atoms to achieve the purpose of etching, and belongs to pure physical etching. Since ions are not generated by glow discharge, and an independent ion source fires inert gas ions, which are accelerated through an electric field and then introduced into the vacuum chamber where the sample is placed, the vacuum levels of the ion beam source and the sample chamber are each in their respective optimum states. can be reached, and the purity of the membrane is very high.

이온 소스는 중성 원자 또는 분자를 이온화하여 이온 빔을 추출하는 장치로서, 종래의 이온 소스는 주로 카프만 이온 소스, 무선 주파수 이온 소스, 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance, ECR) 이온 소스 및 엔드 홀(End Hall) 이온 소스를 포함하고, 무선 주파수 이온 소스는 진공 환경에서, 진공 챔버에 채워진 기체가 전기장 및 자기장의 상호 작용에 의해 이온화되고, 전기장 및 자기장의 작용을 통해 이온을 방출하며, 무선 주파수 유도를 이용하여 플라즈마를 생성하고, 이온을 정전 가속하며, 무전극 방전하고, 장시간 작업이 안정되고, 균일 영역이 크고, 이온 빔 밀도를 정확하게 제어할 수 있고, 오염이 적은 등 장점을 가지며, 이온 빔 식각 과정에서 광범위하게 응용된다. An ion source is a device that extracts an ion beam by ionizing neutral atoms or molecules. Conventional ion sources are mainly Kaufman ion sources, radio frequency ion sources, electron cyclotron resonance (ECR) ion sources, and end hole (End Hall) ion sources. Hall) ion source, wherein in a vacuum environment, the gas filled in the vacuum chamber is ionized by the interaction of the electric field and the magnetic field, and emits ions through the action of the electric field and the magnetic field, and the radio frequency induction It has advantages such as generating plasma, electrostatic acceleration of ions, electrodeless discharge, stable long-term operation, large uniform area, accurate control of ion beam density, and less contamination. widely applied in the process.

이온 빔 식각에서, 이온 소스는 작업 상태에서, 서로 다른 공정 조건으로 인해, 식각 결과는 비교적 큰 차이성이 존재하며, 무선 주파수 전원의 여기 상태에서, 방전 챔버 내의 플라즈마 밀도는 중간에서 높고, 가장자리에서 낮은 경향을 보이며(도 1), 식각의 균일성을 보장하기 위해, 스크린 그리드 상의 작은 홀의 크기는 중간에서 가장자리를 향해 점차 커져, 가장자리 영역을 통과하는 이온 플럭스가 크도록 보장하여(도 2 및 도 3 참고), 추출된 이온 빔 밀도가 균일하게 분포되도록 하지만, 공정 조건이 변경되면, 이온 소스에서 추출되는 이온 빔 전류 밀도가 가장자리 영역에서 증가할 수 있어(도 4), 웨이퍼 표면 식각의 불균일성을 초래하여(도 5a-5b 참고), 식각 효과에 영향을 미친다. 도 3에서, 가로 좌표는 반경 방향 거리이고, 세로 좌표는 그리드(grid) 홀 직경 크기, 즉 스크린 그리드 환형 홀 크기이다. In the ion beam etching, the ion source is in a working state, and due to different process conditions, the etching result has a relatively large difference. In the excited state of the radio frequency power source, the plasma density in the discharge chamber is medium to high, and at the edge To ensure the uniformity of etching, the size of the small holes on the screen grid gradually increases from the middle towards the edge to ensure that the ion flux through the edge region is large (Figure 2 and Figure 2). 3), the extracted ion beam density is uniformly distributed, but if the process conditions are changed, the ion beam current density extracted from the ion source may increase in the edge region (Fig. 4), thereby reducing the non-uniformity of the wafer surface etching. (see Figs. 5a-5b), affecting the etching effect. In Fig. 3, the abscissa is the radial distance, and the ordinate is the grid hole diameter size, that is, the screen grid annular hole size.

본 출원의 각 예시적 실시예는 플라즈마 밀도 제어 시스템을 제공하고, 상기 플라즈마 밀도 제어 시스템 및 방법은 이온 소스에서 인출되는 이온 빔 밀도를 측정할 수 있고, 플라즈마 밀도를 실시간으로 제어하여, 공정 조건의 변화로 인한 식각 불균일 문제를 효과적으로 해결하여, 생산 원가를 줄일 수 있다. Each exemplary embodiment of the present application provides a plasma density control system, wherein the plasma density control system and method can measure the density of an ion beam drawn from an ion source, control the plasma density in real time, and control process conditions. It is possible to effectively solve the etching non-uniformity problem caused by the change, thereby reducing the production cost.

본 출원의 각 예시적 실시예는 플라즈마 밀도 제어 시스템을 제공하며, 반응 챔버, 이온 소스, 페러데이 컵 세트, 및 배플 메커니즘을 포함하고, 이온 소스는 외부에서 내부로 동축으로 설치된 이온 소스 챔버와 방전 챔버; 및 상기 이온 소스 챔버의 말단에 설치되고, 반경 방향을 따라 N세트 스크린 그리드 환형 홀이 설치되되, N은 정수이고 1이상인, 스크린 그리드를 포함하고, 페러데이 컵 세트는 상기 스크린 그리드에 대응되는 상기 반응 챔버 벽면에 설치된 페러데이 컵 장착 프레임; 및 상기 N세트 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응되는 적어도 N개의 페러데이 컵을 포함하고, 배플 메커니즘은 구동장치 제어기 및 적어도 두 세트의 배플 어셈블리를 포함한다. 각 세트의 배플 어셈블리는 모두 복수의 배플 및 배플 구동장치를 포함한다. 복수의 배플은 방전 챔버 말단 원주 방향을 따라 균일하게 배치된다. 각 배플은 모두 배플 구동장치의 구동에 의해, 방전 챔버 내로 회전 삽입되어, 상응하는 스크린 그리드 환형 홀로 진입하는 플라즈마를 차단할 수 있다. 배플 어셈블리 사이의 배플은 교대로 배치되고, 배플 어셈블리 사이의 배플 형상은 상이하다. 모든 배플 구동장치 및 모든 페러데이 컵은 모두 구동장치 제어기와 서로 연결된다. 일 실시예에서, 페러데이 컵 장착 프레임은 스트립형 프레임이고, 페러데이 컵의 수는 N+1개이다. 페러데이 컵 중 하나의 페러데이 컵은 반응 챔버의 중심축선에 위치하고, 나머지 N개의 페러데이 컵은 스트립형 프레임에 동일 선상으로 장착되고, N개의 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응된다.Each exemplary embodiment of the present application provides a plasma density control system, including a reaction chamber, an ion source, a Faraday cup set, and a baffle mechanism, wherein the ion source includes an ion source chamber and a discharge chamber coaxially installed from the outside to the inside. ; and a screen grid installed at an end of the ion source chamber, wherein N sets of screen grid annular holes are installed along a radial direction, where N is an integer and is greater than or equal to 1, wherein the Faraday cup set corresponds to the screen grid. a Faraday cup mounting frame installed on the chamber wall; and at least N Faraday cups corresponding to positions of the N sets of annular holes in the screen grid, wherein the baffle mechanism includes a driver controller and at least two sets of baffle assemblies. Each set of baffle assemblies all include a plurality of baffles and baffle drives. A plurality of baffles are uniformly arranged along the circumferential direction of the discharge chamber end. Each baffle can be rotated and inserted into the discharge chamber by driving the baffle driving device to block plasma entering the corresponding annular hole of the screen grid. The baffles between the baffle assemblies are alternately arranged, and the baffle shapes between the baffle assemblies are different. All baffle drives and all Faraday cups are interconnected with drive controllers. In one embodiment, the Faraday cup mounting frame is a strip-shaped frame, and the number of Faraday cups is N+1. One of the Faraday cups is located on the central axis of the reaction chamber, and the other N Faraday cups are mounted on the same line on the strip frame, corresponding to the positions of the N annular holes in the screen grid.

일 실시예에서, 페러데이 컵 장착 프레임은 L형 프레임을 구비하고, L형 프레임의 모서리는 반응 챔버의 중심축선 상에 위치한다. 하나의 페러데이 컵은 L형 프레임의 모서리에 장착되고, L형 프레임의 두 직각변 상에 N개의 페러데이 컵이 각각 장착된다. 2N개의 페러데이 컵은 스크린 그리드의 서로 다른 반경 위치에 위치하고, N개 스크린 그리드 환형 홀의 위치와 각각 대응된다. In one embodiment, the Faraday cup mounting frame has an L-shaped frame, and the corners of the L-shaped frame are located on the central axis of the reaction chamber. One Faraday cup is mounted on a corner of the L-shaped frame, and N Faraday cups are mounted on two right angle sides of the L-shaped frame, respectively. The 2N Faraday cups are located at different radial positions of the screen grid, and correspond to the positions of the N annular holes of the screen grid, respectively.

일 실시예에서, 배플 매커니즘은 두 세트의 배플 어셈블리를 포함하고, 각각 제1 배플 어셈블리 및 제2 배플 어셈블리이다. 제1 배플 어셈블리는 복수의 제1 배플 및 제1 배플 구동장치를 포함한다. 제2 배플 어셈블리는 복수의 제2 배플 및 제2 배플 구동장치를 포함한다. 각 제1 배플의 단면은 모두 중심이 넓고, 가장자리가 좁은 역원뿔 또는 역사다리꼴 구조이다. 각 제2 배플의 단면은 모두 가장자리가 넓고, 중심이 좁은 원뿔 또는 사다리꼴 구조이다.In one embodiment, the baffle mechanism includes two sets of baffle assemblies, each a first baffle assembly and a second baffle assembly. The first baffle assembly includes a plurality of first baffles and a first baffle driving device. The second baffle assembly includes a plurality of second baffles and a second baffle driving device. A cross section of each first baffle has a structure of an inverted cone or an inverted trapezoid with a wide center and a narrow edge. The cross section of each second baffle has a conical or trapezoidal structure with a wide edge and a narrow center.

일 실시예에서, 방전 챔버는 방전 챔버 지지베이스를 통해 이온 소스의 이온 소스 챔버에 장착된다. 각 제1 배플 및 각 제2 배플의 가장자리 단은 모두 방전 챔버 지지베이스의 단면에 회전 장착된다.In one embodiment, the discharge chamber is mounted to the ion source chamber of the ion source via a discharge chamber support base. Edge ends of each first baffle and each second baffle are both rotationally mounted on the end face of the discharge chamber support base.

일 실시예에서, 각 제1 배플 및 각 제2 배플의 길이는 동일하며, 모두 1/4r~1/2r이고, r은 스크린 그리드 반경이다. In one embodiment, the length of each first baffle and each second baffle is the same, and both are 1/4r to 1/2r, where r is the screen grid radius.

일 실시예에서, 배플 구동장치는 회전 실린더 또는 모터이다. In one embodiment, the baffle drive is a rotating cylinder or motor.

본 출원의 각 예시적 실시예는 아래 단계를 포함하는 플라즈마 밀도 제어 방법을 추가로 제공한다. Each exemplary embodiment of the present application further provides a plasma density control method including the steps below.

단계1, 플라즈마 신호 감지: 식각하기 전에, 이온 소스를 켜고, 방전 챔버 내에 위치한 플라즈마는 스크린 그리드의 스크린 그리드 환형 홀을 통과한 후, 집속되어 이온 빔을 형성하고, 각 페러데이 컵 세트는 자체 반경 방향 위치의 플라즈마 신호를 감지한다. 감지된 플라즈마 신호를 전류 신호로 변환하여, 구동장치 제어기로 피드백한다. Step 1, plasma signal detection: before etching, the ion source is turned on, the plasma located in the discharge chamber passes through the screen grid annular hole of the screen grid, and then is focused to form an ion beam, each set of Faraday cups has its own radial direction Detect the plasma signal of the location. The detected plasma signal is converted into a current signal and fed back to the driving device controller.

단계2, 플라즈마 밀도 균일성 판단: 구동장치 제어기는 수신한 모든 전류 정보에 따라, 최대 전류와 최소 전류를 판독하고, 최대 전류와 최소 전류를 비교하여, 최대 전류와 최소 전류의 차이 값이 설정 값 미만이면, 반응 챔버 내의 플라즈마 밀도가 균일한 것으로 판단한다. 그렇지 않으면, 플라즈마 밀도가 불균일한 것으로 판단한다.Step 2, Determination of Plasma Density Uniformity: The driver controller reads the maximum current and the minimum current according to all current information received, compares the maximum current and the minimum current, and determines the difference between the maximum current and the minimum current as the set value. If less than , it is determined that the plasma density in the reaction chamber is uniform. Otherwise, it is determined that the plasma density is non-uniform.

단계3: 플라즈마 밀도를 제어하고, 구체적으로 아래 단계를 포함한다.Step 3: Control the plasma density, specifically including the following steps.

단계 31, 차단 시기 결정: 단계2에서 플라즈마 밀도가 불균일한 것으로 판단되면, 구동장치 제어기는 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵의 위치를 판독한다.Step 31, Determination of Shutdown Time: If it is determined in step 2 that the plasma density is non-uniform, the driving device controller reads the position of the Faraday cup corresponding to the maximum current.

단계 32, 차단: 구동장치 제어기는 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵의 위치에 따라, 작동시킬 배플 어셈블리를 결정하고, 배플 구동장치의 제어에 의해 배플 어셈블리의 배플을 회전시켜, 플라즈마 밀도가 높은 영역을 차단한다. 배플이 반경 방향으로 회전하면, 최대 전류 페러데이 컵에 대응되는 폭이 최대이다. Step 32, cut off: the driver controller determines the baffle assembly to be operated according to the position of the Faraday cup corresponding to the maximum current, and rotates the baffle of the baffle assembly under the control of the baffle driver to open a region with high plasma density. block it When the baffle rotates radially, the width corresponding to the maximum current Faraday cup is maximum.

단계33, 플라즈마 밀도 재감지: 배플이 회전 차단함과 동시에, 페러데이 컵은 플라즈마 밀도를 실시간으로 감지하고, 구동장치 제어기는 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 단계2에 따라 플라즈마 밀도의 균일성을 판단하고, 배플은 회전을 정지한다. Step 33, re-detection of plasma density: at the same time that the baffle stops rotating, the Faraday cup detects the plasma density in real time, and the driver controller judges the uniformity of the plasma density according to step 2 until the plasma density becomes uniform; , the baffle stops rotating.

단계32에서, 차단 단계는,In step 32, the blocking step,

단계32A, 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵이 가장자리에 위치하면, 구동장치 제어기는 제2 배플 구동장치를 제어하여 제2 배플을 움직여 차단한다. Step 32A, when the Faraday cup corresponding to the maximum current is positioned at the edge, the driver controller controls the second baffle driver to move the second baffle to cut off.

단계 32에서, 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵이 내측 중심에 가까우면, 구동장치 제어기는 제1배플 구동장치를 제어하여 제1 배플을 움직여 차단한다.In step 32, when the Faraday cup corresponding to the maximum current is close to the inner center, the driver controller controls the first baffle driver to move the first baffle to shut off.

단계33에서, 제2 배플 구동장치가 90° 회전한 후, 가장자리 플라즈마 밀도가 여전히 최대이고 플라즈마 밀도의 균일성이 불균일한 것으로 판단되면, 구동장치 제어기는 제1 배플 구동장치가 운동하도록 제어하여, 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 더 많은 가장자리 플라즈마를 차단한다. In step 33, after the second baffle driving device rotates by 90°, if it is determined that the edge plasma density is still maximum and the uniformity of the plasma density is non-uniform, the driving device controller controls the first baffle driving device to move; Block more edge plasma until the plasma density is uniform.

본 출원은 페러데이 컵 세트를 이용하여 이온 소스에서 인출된 이온 빔 밀도를 측정하고, 배플 메커니즘 중 배플의 회전을 통해, 플라즈마 밀도를 실시간으로 제어하여, 공정 조건의 변화로 인한 식각 불균일 문제를 효과적으로 해결하여, 생산 원가를 줄인다. The present application measures the density of an ion beam drawn from an ion source using a Faraday cup set, and controls the plasma density in real time through rotation of a baffle among baffle mechanisms, effectively solving the problem of non-uniform etching due to changes in process conditions. So, reduce the production cost.

도 1은 종래 기술의 방전 챔버 내 플라즈마 밀도 분포 개략도를 나타낸다.
도 2는 종래 기술의 스크린 그리드의 구조 개략도를 나타낸다.
도 3은 종래 기술의 스크린 그리드 환형 홀의 반경 방향 분포 위치 개략도를 나타낸다.
도 4는 종래 기술의 반응 챔버 내 이온 빔의 밀도 분포 개략도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 종래 기술의 웨이퍼 표면 식각 불균일성의 두 가지 효과도를 나타낸다.
도 6은 본 출원의 일 실시예의 플라즈마 밀도 제어 시스템의 구조 개략도를 나타낸다.
도 7은 본 출원의 일 실시예의 플라즈마 밀도 제어 시스템에서 배플 어셈블리의 장착 위치 개략도를 나타낸다.
도 8은 본 출원의 일 실시예의 페러데이 컵 장착 프레임이 스트립형 프레임인 구조 개략도를 나타낸다.
도 9는 본 출원의 일 실시예의 페러데이 컵 장착 프레임이 L형 프레임인 구조 개략도를 나타낸다.
도 10은 본 출원의 일 실시예의 배플의 분포 개략도를 나타낸다.
도 11은 본 출원의 일 실시예의 제1 배플 회전 차단 시의 구조 개략도를 나타낸다.
도 12는 본 출원의 일 실시예의 제2 배플 회전 차단 시의 구조 개략도를 나타낸다.
도 13은 본 출원의 일 실시예의 제2 배플이 주로 차단하고, 제1 배플이 보조 차단할 때의 구조 개략도를 나타낸다.
1 shows a schematic diagram of plasma density distribution in a prior art discharge chamber.
2 shows a structural schematic diagram of a prior art screen grid.
3 shows a schematic diagram of the radial distribution position of annular holes in a screen grid in the prior art.
4 shows a schematic diagram of the density distribution of an ion beam in a reaction chamber of the prior art.
5A and 5B show two effect diagrams of wafer surface etch non-uniformity in the prior art.
6 shows a structural schematic diagram of a plasma density control system in an embodiment of the present application.
7 shows a schematic view of a mounting position of a baffle assembly in a plasma density control system according to an embodiment of the present application.
8 shows a structural schematic diagram in which the Faraday cup mounting frame of an embodiment of the present application is a strip-shaped frame.
9 shows a structural schematic diagram in which the Faraday cup mounting frame of an embodiment of the present application is an L-shaped frame.
10 shows a distribution schematic diagram of baffles in an embodiment of the present application.
11 shows a structural schematic diagram when a first baffle rotation is blocked according to an embodiment of the present application.
12 shows a structural schematic diagram when the rotation of the second baffle is blocked according to an embodiment of the present application.
13 is a structural schematic diagram when the second baffle mainly blocks and the first baffle provides auxiliary block in an embodiment of the present application.

이하에서는 본 출원의 실시예의 도면을 결합하여, 본 출원의 실시예의 기술방안을 명확하고 완전하게 설명할 것이다. 이하 설명에서 도면은 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 당업자라면 창조적인 노동이 없이, 이러한 도면에 따라 다른 도면을 더 얻을 수 있다. 이하 설명되는 실시예는 본 출원의 일부 실시예이며, 모든 실시예가 아니다. 본 출원의 실시예를 바탕으로, 당업자가 창조적인 노동이 없이 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다. Hereinafter, the technical solutions of the embodiments of the present application will be clearly and completely described by combining the drawings of the embodiments of the present application. In the following description, the drawings are just some embodiments of the present application, and those skilled in the art can further obtain other drawings according to these drawings without creative labor. The embodiments described below are some embodiments of the present application, but not all embodiments. Based on the embodiments in this application, all other embodiments obtained by a person skilled in the art without creative labor fall within the protection scope of this application.

이해해야 할 것은, 본 출원의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용된 용어 “포괄” 및 “포함”은 설명한 특징, 전체, 단계, 조작, 소자 및/또는 구성 요소의 존재를 의미하지만, 하나 이상의 기타 특징, 전체, 단계, 조작, 소자, 구성 요소 및/또는 이들 집합의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.It should be understood that the terms "comprehensive" and "comprising" as used in the description and claims of this application mean the presence of the described features, wholes, steps, operations, elements and/or components, but not one or more other features. , does not exclude the presence or addition of wholes, steps, operations, elements, components and/or collections thereof.

본 출원의 설명에서, 이해해야 할 것은, 용어 “좌측”, “우측”, “상부”, “하부” 등이 지시하는 방향 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방향 또는 위치 관계에 기반한 것으로, 본 출원을 설명하기 쉽고 설명을 단순화하기 위한 것일 뿐, 지시하는 장치 또는 소자가 반드시 특정 방향을 가지고, 특정 방향으로 구성되고 작동되어야 함을 지시하거나 암시하는 것은 아니고, “제1”, “제2” 등은 부품의 중요성을 나타내는 것이 아니므로, 본 출원을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 본 실시예에서 사용된 구체적인 크기는 기술방안을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 출원의 보호 범위를 한정하지 않는다.In the description of the present application, it should be understood that the direction or positional relationship indicated by the terms “left”, “right”, “upper”, “lower”, etc. is based on the direction or positional relationship shown in the drawings, It is only intended to be easy to explain and to simplify the explanation, and does not indicate or imply that the device or element to be indicated must have a specific direction, be configured and operated in a specific direction, and "first", "second", etc. It does not indicate the importance of the component and should not be construed as limiting this application. The specific size used in this embodiment is only for exemplifying the technical solution, and does not limit the protection scope of the present application.

현재, 종래의 우수한 빔 밀도 균일성을 얻는 방법은 두 가지이며, 하나는 이온 소스의 파라미터와 설계 구조를 조정하는 것이고, 다른 하나는 이온 소스 식각 샘플 사이에 이형(異形) 물리적 차단 메커니즘을 구축하여, 물리적 차단 메커니즘의 기하 형상을 지속적으로 조절함으로써, 이온 빔 밀도 특징과 상쇄시키고, 매번 차단 장치를 설계한 후, 모두 균일성을 테스트해야 하며, 보정 효과에 도달하지 못하면, 다시 물리적 차단 장치의 기하 형상을 대상적으로 가공하는 것인데, 테스트 주기가 길고, 생산 원가가 높다. 따라서, 이온 소스에서 인출된 이온 빔 밀도를 측정하고, 플라즈마 밀도를 실시간으로 제어하는 것은 매우 중요하다. 본 출원은 플라즈마 밀도 제어 시스템을 제시하여, 상술한 공정 조건의 변화로 인한 식각 불균일 문제를 효과적으로 해결하여, 생산 원가를 줄일 수 있다.At present, there are two ways to obtain conventional good beam density uniformity, one is to adjust the parameters and design structure of the ion source, and the other is to build a heterogeneous physical shielding mechanism between the ion source etched samples. , By continuously adjusting the geometry of the physical shielding mechanism to compensate for the ion beam density characteristics, after designing the shielding device each time, they should all be tested for uniformity; if the correction effect is not reached, the geometry of the physical shielding device is It is processing the shape as an object, but the test cycle is long and the production cost is high. Therefore, it is very important to measure the density of an ion beam extracted from an ion source and to control the plasma density in real time. The present application presents a plasma density control system, which effectively solves the etching non-uniformity problem caused by the above-described process condition change, and can reduce production cost.

이하, 도면 및 구체적인 바람직한 실시예와 결합하여 본 출원에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in detail in combination with drawings and specific preferred embodiments.

도 6에 도시한 바와 같이, 플라즈마 밀도 제어 시스템은 이온 소스(1), 반응 챔버(2), 배플 메커니즘, 배플(6) 및 페러데이 컵 세트(3)를 포함한다. As shown in FIG. 6, the plasma density control system includes an ion source (1), a reaction chamber (2), a baffle mechanism, a baffle (6) and a set of Faraday cups (3).

이온 소스(1)는 반응 챔버(2)의 일측에 동축으로 설치되고, 이온 소스(1)는 이온 소스 제어기(14) 및 외부에서 내부로 동축으로 설치된 이온 소스 챔버 및 방전 챔버(11)를 포함한다.The ion source 1 is coaxially installed on one side of the reaction chamber 2, and the ion source 1 includes an ion source controller 14 and an ion source chamber and discharge chamber 11 coaxially installed from the outside to the inside. do.

상기 이온 소스 제어기(14)는 이온 소스의 공정 파라미터를 제어하기 위한 것이다.The ion source controller 14 is for controlling process parameters of the ion source.

일 실시예에서, 상기 방전 챔버(11)는 방전 챔버 지지베이스(9)를 통해 이온 소스 챔버의 내벽면에 장착된다. In one embodiment, the discharge chamber 11 is mounted on the inner wall surface of the ion source chamber through the discharge chamber support base 9 .

이온 소스 챔버의 말단에 그리드(Grid) 어셈블리를 설치하고, 그리드 어셈블리는 스크린 그리드(12) 및 가속 그리드(13)를 포함한다.A grid assembly is installed at an end of the ion source chamber, and the grid assembly includes a screen grid 12 and an acceleration grid 13 .

스크린 그리드(12) 및 가속 그리드(13)는 모두 반경 방향을 따라 N세트 스크린 그리드 환형 홀이 배치된다. 식각 균일성을 보장하기 위해, N세트 스크린 그리드 환형 홀의 반경 방향 높이는 중간에서 가장자리로 점차 증가하여, 가장자리 영역을 통과하는 이온 플럭스가 크도록 보장하고, 도 8에 도시한 바와 같다. 도 8에서, N=6이고, 6세트 스크린 그리드 환형 홀의 반경 높이는 중간에서 가장자리를 향해 각각 2.35mm, 2.47mm, 2.63mm, 2.72mm, 2.91mm 및 3.13mm이다. 스크린 그리드(12)에 양전기를 인가하여 플라즈마를 집속시키고, 가속 그리드(13)에 음전기를 인가하여 이온을 빔 형태로 인출 및 가속하여, 플라즈마를 이온 빔 형태로 인출한다. Both the screen grid 12 and the acceleration grid 13 are provided with N sets of screen grid annular holes along the radial direction. To ensure the uniformity of etching, the radial height of the annular holes in the N sets of screen grids gradually increases from the middle to the edge to ensure that the ion flux through the edge area is large, as shown in FIG. 8 . In Fig. 8, N = 6, and the radial heights of the annular holes of the 6 sets of screen grids are 2.35 mm, 2.47 mm, 2.63 mm, 2.72 mm, 2.91 mm and 3.13 mm from the middle to the edge, respectively. Plasma is focused by applying positive electricity to the screen grid 12, and negative electricity is applied to the accelerating grid 13 to extract and accelerate ions in the form of a beam, thereby extracting the plasma in the form of an ion beam.

배플(6)은 그리드 어셈블리 하류에 위치하는 반응 챔버 헤드부에 장착되어, N세트 스크린 그리드 환형 홀을 차단한다. 반응 챔버(2) 내에 웨이퍼(5)를 배치하기 위한 하부 전극(4)이 설치되어 있다. The baffle 6 is mounted on the head of the reaction chamber located downstream of the grid assembly, blocking the annular holes of the N-set screen grid. A lower electrode 4 for placing a wafer 5 in the reaction chamber 2 is installed.

배플 메커니즘은 구동장치 제어기(7) 및 적어도 두 세트의 배플 어셈블리를 포함한다.The baffle mechanism includes a drive controller 7 and at least two sets of baffle assemblies.

각 세트의 배플 어셈블리는 모두 복수의 배플 및 배플 구동장치를 포함한다. 복수의 배플은 모두 방전 챔버 말단 원주 방향을 따라 균일하게 배치된다. 각 배플은 모두 배플 구동장치의 구동에 의해, 방전 챔버(11) 내로 회전 삽입되어, 스크린 그리드 환형 홀로 진입하는 플라즈마를 차단할 수 있다. 배플 어셈블리 사이의 배플은 교대로 배치되고, 배플 어셈블리 사이의 배플 형상은 상이하다.Each set of baffle assemblies all include a plurality of baffles and baffle drives. All of the plurality of baffles are uniformly arranged along the circumferential direction at the end of the discharge chamber. Each baffle can be rotated and inserted into the discharge chamber 11 by driving the baffle driving device to block plasma entering the annular hole of the screen grid. The baffles between the baffle assemblies are alternately arranged, and the baffle shapes between the baffle assemblies are different.

일 실시예에서, 배플 어셈블리는 바람직하게는 2세트이고, 각각 제1 배플 어셈블리 및 제2 배플 어셈블리이다. In one embodiment, there are preferably two sets of baffle assemblies, each a first baffle assembly and a second baffle assembly.

제1 배플 어셈블리는 복수의 제1 배플(81) 및 제1 배플 구동장치(71)를 포함한다.The first baffle assembly includes a plurality of first baffles 81 and a first baffle driving device 71 .

도 10에 도시한 바와 같이, 각 제1 배플(81)의 단면은 모두 중심이 넓고, 가장자리가 좁은 역원뿔 또는 역사다리꼴 구조인 것이 바람직하다. As shown in FIG. 10, the cross section of each first baffle 81 preferably has a structure of an inverted cone or an inverted trapezoid with a wide center and narrow edges.

도 7에 도시한 바와 같이, 제1 배플(81)의 가장자리 단부는 힌지축을 통해 방전 챔버 지지베이스 말단에 회전 장착되는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 7, the edge end of the first baffle 81 is preferably rotatably mounted to the end of the discharge chamber support base via a hinge shaft.

도 12에 도시한 바와 같이, 각 제1 배플(81)은 모두 제1 배플 구동장치(71)의 구동에 의해 회전할 수 있고, 제1 배플 구동장치(71)는 1개 또는 2개일 수 있고, 즉 제1 배플(81)은 단독으로 구동될 수 있고, 1개 또는 복수의 제1 배플 구동장치(71)가 동기 구동할 수도 있다.As shown in FIG. 12, each of the first baffles 81 can rotate by driving the first baffle driving device 71, and the number of first baffle driving devices 71 can be one or two. That is, the first baffle 81 may be driven independently, or one or a plurality of first baffle driving devices 71 may be synchronously driven.

제2 배플 어셈블리는 복수의 제2 배플(82) 및 제2 배플 구동장치(72)를 포함한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 각 제2 배플(82)의 단면은 모두 가장자리가 넓고, 중심이 좁은 원뿔 또는 사다리꼴 구조이다. 제2 배플(82)의 가장자리 단부는 힌지축을 통해 방전 챔버 지지베이스(9) 말단에 회전 장착되는 것이 바람직하다.The second baffle assembly includes a plurality of second baffles 82 and a second baffle driving device 72 . As shown in FIG. 10, the cross section of each second baffle 82 has a conical or trapezoidal structure with a wide edge and a narrow center. The edge end of the second baffle 82 is preferably rotatably mounted to the end of the discharge chamber support base 9 via a hinge shaft.

상기 제1 배플(81) 및 제2 배플(82)은 방전 챔버 지지베이스(9) 말단에서 원주 방향을 따라 교대로 배치되고, 균일할 수도 있고, 불균일할 수도 있다.The first baffles 81 and the second baffles 82 are alternately disposed along the circumferential direction at the end of the discharge chamber support base 9, and may be uniform or non-uniform.

각 제1 배플(81) 및 각 제2 배플(82)의 길이는 동일하며, 모두 1/4r~1/2r이고, 더 바람직하게는 1/3r이고, r은 스크린 그리드 반경이다.The length of each first baffle 81 and each second baffle 82 is the same, and both are 1/4r to 1/2r, more preferably 1/3r, where r is the screen grid radius.

각 배플과 스크린 그리드(12) 사이의 축방향 간격(L)은 배플이 스크린 그리드(12) 쉬스(sheath) 내에 위치하여, 이온 소스(1) 장치에 손상을 주는 것을 방지하고, 동시에 거리가 멀어, 플라즈마가 확산하는 것을 방지하도록 1mm~10mm인 것이 바람직하다.The axial distance L between each baffle and the screen grid 12 is such that the baffle is located within the sheath of the screen grid 12 to prevent damage to the ion source 1 device, and at the same time the distance is large. , preferably 1 mm to 10 mm to prevent plasma from spreading.

도 11에 도시한 바와 같이, 각 제2 배플(82)은 모두 제2 배플 구동장치(72)의 구동에 의해 회전할 수 있고, 제2 배플 구동장치(72)는 1개 또는 2개일 수 있고, 즉 제2 배플(82)은 단독으로 구동될 수 있고, 1개 또는 복수의 제2 배플 구동장치(72)가 동기 구동할 수도 있다.As shown in FIG. 11, each second baffle 82 can rotate by driving the second baffle driving device 72, and the number of second baffle driving devices 72 can be one or two. That is, the second baffle 82 may be driven independently, or one or a plurality of second baffle driving devices 72 may be synchronously driven.

대체로서, 배플 어셈블리는 3세트, 4세트 등일 수도 있다. Alternatively, baffle assemblies may be three sets, four sets, and the like.

상기 배플 구동장치는 회전 실린더 또는 모터 등인 것이 바람직하다.Preferably, the baffle driving device is a rotating cylinder or a motor.

페러데이 컵 세트는 페러데이 컵 장착 프레임 및 적어도 N개의 페러데이 컵(31)을 포함한다.The Faraday cup set includes a Faraday cup mounting frame and at least N Faraday cups (31).

페러데이 컵 장착 프레임은 스크린 그리드에 대응되는 반응 챔버 벽면에 설치된다. N개의 페러데이 컵은 N세트 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응된다.The Faraday cup mounting frame is installed on the reaction chamber wall corresponding to the screen grid. The N Faraday cups correspond to the positions of N sets of screen grid annular holes.

본 출원에서, 페러데이 컵 장착 프레임은 아래 두 가지 바람직한 실시예가 있다.In this application, the Faraday cup mounting frame has the following two preferred embodiments.

실시예1 스트립형 프레임인 페러데이 컵 장착 프레임Embodiment 1 A frame with a Faraday cup, which is a strip type frame

페러데이 컵 장착 프레임은 스트립형 프레임이고, 페러데이 컵(31)의 수량은 N+1개이다. 본 실시예에서, 스크린 그리드 환형 홀은 6세트, 즉 N=6이므로, 페러데이 컵의 수량은 7개이고, 도 8에 도시한 바와 같이, 중심에서 외측으로 각각 페러데이 컵(1), 페러데이 컵(2), 페러데이 컵(3), 페러데이 컵(4), 페러데이 컵(5), 페러데이 컵(6) 및 페러데이 컵(7)이다.The Faraday cup mounting frame is a strip type frame, and the number of Faraday cups 31 is N+1. In this embodiment, since there are 6 sets of annular holes in the screen grid, that is, N=6, the number of Faraday cups is 7, and as shown in FIG. 8, Faraday cups 1 and 2 from the center to the outside, respectively. ), Faraday cup (3), Faraday cup (4), Faraday cup (5), Faraday cup (6) and Faraday cup (7).

페러데이 컵(31) 중 하나의 페러데이 컵(31)(즉 페러데이 컵(1))은 반응 챔버(2)의 중심축선에 위치하고, 나머지 N개의 페러데이 컵(31)은 스트립형 프레임에 동일 선상으로 장착되고, N개의 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응된다. One of the Faraday cups 31 (that is, the Faraday cup 1) is located on the central axis of the reaction chamber 2, and the other N Faraday cups 31 are mounted on the same line to the strip frame. and corresponds to the positions of the N screen grid annular holes.

즉, 페러데이 컵(2), 페러데이 컵(3), 페러데이 컵(4), 페러데이 컵(5), 페러데이 컵(6) 및 페러데이 컵(7)은 각각 2.35mm, 2.47mm, 2.63mm, 2.72mm, 2.91mm 및 3.13mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응되므로, 스크린 그리드(12) 상에서 서로 다른 홀 지경이 위치하는 영역의 플라즈마 밀도가 효과적으로 측정될 수 있도록 보장한다.That is, the Faraday cup (2), Faraday cup (3), Faraday cup (4), Faraday cup (5), Faraday cup (6), and Faraday cup (7) are 2.35 mm, 2.47 mm, 2.63 mm, and 2.72 mm, respectively. , corresponding to the screen grid annular holes of 2.91 mm and 3.13 mm, it is ensured that the plasma density of regions where different hole diameters are located on the screen grid 12 can be effectively measured.

실시예2Example 2

도 9에 도시한 바와 같이, 페러데이 컵 장착 프레임은 L형 프레임(십자형 프레임일 수 있음)을 구비하고,L형 프레임의 모서리는 반응 챔버의 중심축선에 위치한다. 페러데이 컵의 수량은 2N+1개인 것이 바람직하다.As shown in Fig. 9, the Faraday cup mounting frame has an L-shaped frame (which may be a cross frame), and the corner of the L-shaped frame is located on the central axis of the reaction chamber. The number of Faraday cups is preferably 2N+1.

페러데이 컵(31) 중 하나의 페러데이 컵(31)(즉 페러데이 컵(1))은 L형 프레임의 모서리에 장착되고, L형 프레임의 두 직각변에 N개의 페러데이 컵(31)이 각각 장착된다. One of the Faraday cups 31 (that is, the Faraday cup 1) is mounted on a corner of the L-shaped frame, and N number of Faraday cups 31 are mounted on the two right angles of the L-shaped frame, respectively .

직각변 중 하나의 직각변 상의 N개의 페러데이 컵(31)은 각각 페러데이 컵(2), 페러데이 컵(3), 페러데이 컵(4), 페러데이 컵(5), 페러데이 컵(6) 및 페러데이 컵(7)이다. The N number of Faraday cups 31 on one of the right angle sides are Faraday cups 2, Faraday cups 3, Faraday cups 4, Faraday cups 5, Faraday cups 6, and Faraday cups ( 7) is.

다른 하나의 직각변 상의 N개의 페러데이 컵(31)은 각각 페러데이 컵(8), 페러데이 컵(9), 페러데이 컵(10), 페러데이 컵(11), 페러데이 컵(12) 및 페러데이 컵(13)이다. N Faraday cups 31 on the other right angle side are Faraday cups 8, Faraday cups 9, Faraday cups 10, Faraday cups 11, Faraday cups 12, and Faraday cups 13, respectively. am.

2N개의 페러데이 컵(31)은 스크린 그리드(12)의 서로 다른 반경 위치에 위치하고, 각각 N개의 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응된다. 즉, 페러데이 컵(2)과 페러데이 컵(8)은 2.35mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응되고, 페러데이 컵(3)과 페러데이 컵(9)은 2.47mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응되고, 페러데이 컵(4)과 페러데이 컵(10)은 2.63mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응되고, 페러데이 컵(5)과 페러데이 컵(11)은 2.72mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응되고, 페러데이 컵(6)과 페러데이 컵(12)은 2.91mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응되고, 페러데이 컵(7)과 페러데이 컵(13)은 3.13mm의 스크린 그리드 환형 홀에 대응된다. 본 실시예에서, 균일성 조절이 보다 정확하도록, 다중 샘플링 측정을 진행할 수 있다. The 2N Faraday cups 31 are located at different radial positions of the screen grid 12, and correspond to the positions of the N annular holes in the screen grid, respectively. That is, the Faraday cup 2 and the Faraday cup 8 correspond to the annular hole of the screen grid of 2.35 mm, the Faraday cup 3 and the Faraday cup 9 correspond to the annular hole of the screen grid of 2.47 mm, and the Faraday cup (4) and the Faraday cup 10 correspond to the annular hole of the screen grid of 2.63 mm, the Faraday cup 5 and the Faraday cup 11 correspond to the annular hole of the screen grid of 2.72 mm, and the Faraday cup 6 and The Faraday cup 12 corresponds to the screen grid annular hole of 2.91 mm, and the Faraday cup 7 and Faraday cup 13 correspond to the screen grid annular hole of 3.13 mm. In this embodiment, multi-sampling measurement may be performed so that the uniformity adjustment is more accurate.

상기 모든 배플 구동장치 및 모든 페러데이 컵(31)은 모두 구동장치 제어기에 연결된다.All the baffle drives and all Faraday cups 31 are connected to the drive controller.

플라즈마 밀도 제어 방법은, 아래 단계를 포함한다.The plasma density control method includes the following steps.

단계1, 플라즈마 신호 감지:Step 1, Plasma Signal Detection:

식각하기 전에, 배플(6)은 배플 구동장치(61)의 구동에 의해, 스크린 그리드 환형 홀을 이탈한다.Before etching, the baffle 6 leaves the screen grid annular hole by driving the baffle driving device 61.

이온 소스 제어기(14)를 통해 이온 소스(1)를 켜고, 이온 소스 제어기(14)의 작용에 의해, 방전 챔버(2) 내에 채워진 Ar은 이온화되어 플라즈마를 형성하고, 스크린 그리드(12)에 양전기를 인가하여 플라즈마를 집속시키고, 가속 그리드(13)에 음전기를 인가하여 이온을 빔 형태로 인출 및 가속하고, 플라즈마는 이온 빔 형태로 인출되어, 페러데이 컵 세트(3)에 입사되고, 페러데이 컵 세트(3)에는 복수의 페러데이 컵(31)이 분포되고, 페러데이 컵(31)은 주입된 이온 빔 수량을 전류 신호로 변환하여, 구동장치 제어기(7)로 피드백한다.The ion source 1 is turned on through the ion source controller 14, and by the action of the ion source controller 14, the Ar filled in the discharge chamber 2 is ionized to form plasma, and the screen grid 12 forms a positive charge. is applied to focus the plasma, negative electricity is applied to the accelerating grid 13 to draw and accelerate ions in the form of a beam, the plasma is drawn out in the form of an ion beam, and is incident on the Faraday cup set 3, and the Faraday cup set A plurality of Faraday cups 31 are distributed in (3), and the Faraday cups 31 convert the injected ion beam quantity into a current signal and feed it back to the drive controller 7.

단계2, 플라즈마 밀도 균일성 판단:Step 2, Judging Plasma Density Uniformity:

페러데이 컵 세트(3)가 전류 신호를 구동장치 제어기(7)로 피드백하면, 구동장치 제어기(7)는 전류 신호를 비교하고, 전류가 큰 영역의 플라즈마 밀도는 높고, 전류가 작은 영역의 플라즈마의 밀도는 낮다. When the Faraday cup set 3 feeds back the current signal to the driving device controller 7, the driving device controller 7 compares the current signal, and the plasma density in the area where the current is high is high and the plasma density in the area where the current is low is high. Density is low.

구동장치 제어기(7)는 최대 전류 및 최소 전류를 선택하여 비교하고, 최대 전류와 최소 전류의 차이 값이 설정 값 미만이면, 인출된 이온 빔 밀도가 균일함을 의미하고, 이러한 상태에서 웨이퍼(5)를 식각할 때 균일성이 우수하도록 보장할 수 있고, 배플 구동장치(61)의 작용에 의해, 배플(6)은 이온 빔을 차단하고, 웨이퍼가 하부 전극(4)에 배치되어 식각 위치로 회전하면, 배플(6)이 낙하하고, 이온 빔은 웨이퍼(5)에 대한 식각을 진행한다.The driver controller 7 selects and compares the maximum current and the minimum current, and if the difference between the maximum current and the minimum current is less than the set value, it means that the extracted ion beam density is uniform, and in this state, the wafer 5 ) can be ensured to have excellent uniformity when etching, and by the action of the baffle driving device 61, the baffle 6 blocks the ion beam, and the wafer is placed on the lower electrode 4 to be etched. When rotated, the baffle 6 drops, and the ion beam proceeds to etch the wafer 5 .

최대 전류와 최소 전류의 차이 값이 설정 값보다 크면, 인출된 이온 빔 밀도 분포가 불균일함을 의미한다. If the difference between the maximum current and the minimum current is greater than the set value, it means that the extracted ion beam density distribution is non-uniform.

단계3, 플라즈마 밀도를 제어하고, 구체적으로 아래 단계를 포함한다:Step 3, control the plasma density, specifically including the following steps:

단계31, 차단 시기 결정: 단계2에서 플라즈마 밀도가 불균일한 것으로 판단되면, 구동장치 제어기(7)는 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)의 위치를 판독한다.Step 31, Determination of cut-off timing: When it is determined that the plasma density is non-uniform in step 2, the driving device controller 7 reads the position of the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current.

단계 32, 차단: 구동장치 제어기(7)는 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)의 위치에 따라, 작동시킬 배플 어셈블리를 결정하고, 배플 구동장치의 제어에 의해 배플 어셈블리의 배플을 회전시켜, 플라즈마 밀도가 높은 영역을 차단한다. 배플이 반경 방향으로 회전하면, 최대 전류 페러데이 컵에 대응되는 폭이 최대이다. 여기서 폭은 플라즈마 밀도를 차단하는 배플의 폭을 의미한다.Step 32, Shutdown: The driver controller 7 determines the baffle assembly to operate according to the position of the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current, and rotates the baffle of the baffle assembly under the control of the baffle driver, Block areas with high plasma density. When the baffle rotates radially, the width corresponding to the maximum current Faraday cup is maximum. Here, the width means the width of the baffle blocking the plasma density.

즉, 구동장치 제어기(7)는 제1 배플 구동장치(71) 또는 제2 배플 구동장치(72)를 제어하여 제1 배플(81) 또는 제2 배플(82)을 움직여 플라즈마 밀도가 높은 영역을 차단하여, 일부 플라즈마 밀도를 낮춰, 웨이퍼가 균일하게 식각되는 효과에 도달하도록 한다. That is, the driving device controller 7 controls the first baffle driving device 71 or the second baffle driving device 72 to move the first baffle 81 or the second baffle 82 to move the plasma density region. By blocking, some plasma density is lowered to achieve the effect that the wafer is uniformly etched.

본 실시예에서, 구체적인 바람직한 차단 방법은 다음과 같다:In this embodiment, the specific preferred blocking method is as follows:

단계32A, 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)이 가장자리에 위치하면, 구동장치 제어기(7)는 제2 배플 구동장치(72)를 제어하여 제2 배플(82)을 움직여 차단한다. Step 32A, when the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current is positioned at the edge, the driver controller 7 controls the second baffle driver 72 to move the second baffle 82 to block.

단계 32B에서, 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)이 내측 중심에 가까우면, 구동장치 제어기(7)는 제1배플 구동장치(71)를 제어하여 제1 배플(81)을 움직여 차단한다.In step 32B, when the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current is close to the inner center, the driver controller 7 controls the first baffle driver 71 to move the first baffle 81 to shut off.

단계33, 플라즈마 밀도 재감지: 배플이 회전 차단함과 동시에, 페러데이 컵(31)은 플라즈마 밀도를 실시간으로 감지하고, 구동장치 제어기(7)는 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 단계2에 따라 플라즈마 밀도의 균일성을 판단하고, 배플은 회전을 정지한다. Step 33, re-detection of plasma density: at the same time as the baffle stops rotating, the Faraday cup 31 senses the plasma density in real time, and the driving device controller 7 proceeds according to step 2 until the plasma density becomes uniform. The uniformity of is determined, and the baffle stops rotating.

도 13에 도시한 바와 같이, 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)이 가장자리에 위치하면, 제2 배플 구동장치(72)가 90° 회전한 후, 가장자리 플라즈마 밀도가 여전히 최대이고 플라즈마 밀도의 균일성이 불균일한 것으로 판단되면, 구동장치 제어기(7)는 제1 배플 구동장치가 운동하도록 제어하여, 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 더 많은 가장자리 플라즈마를 차단한다.As shown in FIG. 13, when the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current is located at the edge, after the second baffle driving device 72 rotates 90°, the edge plasma density is still maximum and the plasma density is uniform. If it is determined that the plasma is non-uniform, the driver controller 7 controls the first baffle driver to move, blocking more edge plasma until the plasma density becomes uniform.

이론 및 공정으로 보면, 웨이퍼(5) 식각 속도는 중간 영역이 가장자리 영역보다 작고, 페러데이 컵(2) 이내의 전류 밀도는 최저이고, 식각 속도가 빠른 영역은 일반적으로 페러데이 컵(3) 내지 페러데이 컵(7)이 위치하는 반경 구간 내에 집중되고, 페러데이 컵 세트(3)가 전류 신호를 구동장치 제어기(7)로 피드백하면, 구동장치 제어기(7)는 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵을 판독하고, 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)이 가장자리에 위치하면, 예를 들면 페러데이 컵(7)의 경우, 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 구동장치 제어기(7)는 제2 배플 구동장치(72)를 제어하여 제2 배플(82)을 움직여 차단한다. 제2 배플 구동장치(72)가 90° 회전한 후에도 여전히 가장자리 플라즈마 밀도를 낮출 수 없으면, 구동장치 제어기(7)는 제1 배플 구동장치(71)가 운동하도록 순차적으로 제어하여, 더 많은 플라즈마를 차단한다. 제2 배플(82)의 형태는 가장자리가 넓고, 중심이 좁아야 한다.In terms of theory and process, the etch rate of the wafer 5 is smaller in the middle region than the edge region, the current density within the Faraday cup 2 is the lowest, and the region where the etch rate is fast is generally Faraday cup 3 or Faraday cup. (7) is located within the radial section, and when the Faraday cup set 3 feeds back the current signal to the drive controller 7, the drive controller 7 reads the Faraday cup corresponding to the maximum current, When the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current is located at the edge, for example, in the case of the Faraday cup 7, the drive controller 7 operates the second baffle drive 72 until the plasma density becomes uniform. It is controlled to move the second baffle 82 to block it. If the edge plasma density still cannot be lowered after the second baffle drive 72 rotates by 90°, the drive controller 7 sequentially controls the first baffle drive 71 to move, so as to generate more plasma. block it The shape of the second baffle 82 should be wide at the edge and narrow at the center.

최대 전류에 대응되는 페러데이 컵(31)이 내측에 가까우면, 예를 들면 페러데이 컵(3)의 경우, 최대 전류 영역이 해당 범위 내에 있지 않을 때까지 구동장치 제어기(7)는 제1 배플 구동장치(71)를 제어하여 제1 배플(81)을 움직여 차단한다. 이때, 제1 배플(81)의 형태는 중간이 넓고, 가장자리가 좁은 형태를 선택해야 한다. 배플 수량 및 크기의 설정은 공정 테스트 결과에 따라 설계할 수 있다.When the Faraday cup 31 corresponding to the maximum current is close to the inside, for example in the case of the Faraday cup 3, the driver controller 7 operates the first baffle driver until the maximum current region is not within the corresponding range. 71 is controlled to move the first baffle 81 to block. At this time, as the shape of the first baffle 81, a shape with a wide middle and a narrow edge should be selected. The setting of baffle quantity and size can be designed according to process test results.

이상 본 출원의 바람직한 실시방식을 상세하게 설명하였으나 본 출원은 상술한 실시방식의 구체적인 내용에 제한되지는 않으며, 본 출원의 기술 구상 범위 내에서 본 출원의 기술방안을 여러 가지로 동등하게 변형할 수 있고, 이러한 동등한 변형은 모두 본 출원의 보호 범위에 해당한다.Although the preferred embodiment of the present application has been described in detail above, the present application is not limited to the specific contents of the above-described embodiment, and the technical solution of the present application can be equally modified in various ways within the scope of the technical concept of the present application. and all such equivalent modifications fall under the protection scope of the present application.

1: 이온 소스 2: 반응 챔버
3: 페러데이 컵 세트 31: 페러데이 컵
4: 하부 전극 5: 웨이퍼
6: 배플 61: 배플 구동장치
7: 구동장치 제어기 71: 제1 배플 구동장치
72: 제2 배플 구동장치 81: 제1 배플
82: 제2 배플 9: 방전 챔버 지지베이스
11: 방전 챔버 12: 스크린 그리드
13: 가속 그리드 14: 이온 소스 제어기
1: ion source 2: reaction chamber
3: Faraday Cup Set 31: Faraday Cup
4: lower electrode 5: wafer
6: baffle 61: baffle drive
7: drive controller 71: first baffle drive
72: second baffle driving device 81: first baffle
82: second baffle 9: discharge chamber support base
11: discharge chamber 12: screen grid
13: acceleration grid 14: ion source controller

Claims (10)

반응 챔버, 이온 소스, 페러데이 컵 세트, 및 배플 메커니즘을 포함하는, 플라즈마 밀도 제어 시스템에 있어서,
상기 이온 소스는,
외부에서 내부로 동축으로 설치된 이온 소스 챔버와 방전 챔버; 및
상기 이온 소스 챔버의 말단에 설치되고, 반경 방향을 따라 N세트 스크린 그리드 환형 홀이 설치되되, N은 정수이고 1이상인, 스크린 그리드;를 포함하고,
상기 페러데이 컵 세트는,
상기 스크린 그리드에 대응되는 상기 반응 챔버 벽면에 설치된 페러데이 컵 장착 프레임; 및
상기 N세트 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응되는 적어도 N개의 페러데이 컵;을 포함하고,
상기 배플 메커니즘은,
구동장치 제어기; 및
모두 복수의 배플 및 배플 구동장치를 포함하고, 상기 복수의 배플은 방전 챔버 말단 원주 방향을 따라 균일하게 배치되고, 각 배플은 모두 배플 구동장치의 구동에 의해, 방전 챔버 내로 회전 삽입되어, 상응하는 스크린 그리드 환형 홀로 진입하는 플라즈마를 차단할 수 있는, 적어도 두 세트의 배플 어셈블리;를 포함하고,
상기 배플 어셈블리 사이의 배플은 교대로 배치되고, 상기 배플 어셈블리 사이의 상기 배플 형상은 상이하고, 모든 상기 배플 구동장치 및 모든 상기 페러데이 컵은 모두 상기 구동장치 제어기와 서로 연결되는, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
A plasma density control system comprising a reaction chamber, an ion source, a set of Faraday cups, and a baffle mechanism, comprising:
The ion source,
an ion source chamber and a discharge chamber coaxially installed from the outside to the inside; and
A screen grid installed at an end of the ion source chamber, wherein N sets of screen grid annular holes are installed along the radial direction, where N is an integer and is equal to or greater than 1;
The Faraday cup set,
a Faraday cup mounting frame installed on a wall surface of the reaction chamber corresponding to the screen grid; and
At least N Faraday cups corresponding to the positions of the N sets of screen grid annular holes;
The baffle mechanism,
drive controller; and
All include a plurality of baffles and a baffle driving device, wherein the plurality of baffles are uniformly arranged along the circumferential direction of the distal end of the discharge chamber, and each baffle is rotatably inserted into the discharge chamber by driving the baffle driving device to produce a corresponding At least two sets of baffle assemblies capable of blocking plasma entering the annular hole of the screen grid;
baffles between the baffle assemblies are alternately arranged, the baffle shapes between the baffle assemblies are different, and all the baffle drivers and all the Faraday cups are all interconnected with the drive controller.
제1항에 있어서,
상기 페러데이 컵 장착 프레임은 스트립형 프레임이고, 상기 페러데이 컵의 수는 N+1개이고;
상기 페러데이 컵 중 하나의 페러데이 컵은 상기 반응 챔버의 중심축선에 위치하고, 나머지 N개의 상기 페러데이 컵은 상기 스트립형 프레임에 동일 선상으로 장착되고, 상기 N개의 스크린 그리드 환형 홀의 위치에 대응되는, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
According to claim 1,
the Faraday cup mounting frame is a strip frame, and the number of Faraday cups is N+1;
One of the Faraday cups is located on the central axis of the reaction chamber, and the other N Faraday cups are mounted on the same line to the strip frame, corresponding to the positions of the N screen grid annular holes. control system.
제1항에 있어서,
상기 페러데이 컵 장착 프레임은 L형 프레임을 구비하고, 상기L형 프레임의 모서리는 상기 반응 챔버의 중심축선 상에 위치하고, 하나의 상기 페러데이 컵은 상기 L형 프레임의 모서리에 장착되고, 상기 L형 프레임의 두 직각변 상에 N개의 상기 페러데이 컵이 각각 장착되고, 2N개의 상기 페러데이 컵은 상기 스크린 그리드의 서로 다른 반경 위치에 위치하고, 상기 N개의 상기 스크린 그리드 환형 홀의 위치와 각각 대응되는, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
According to claim 1,
The Faraday cup mounting frame includes an L-shaped frame, a corner of the L-shaped frame is positioned on a central axis of the reaction chamber, one Faraday cup is mounted on a corner of the L-shaped frame, and the L-shaped frame N number of Faraday cups are mounted on two right angles of , and 2N Faraday cups are located at different radial positions of the screen grid, respectively corresponding to the positions of the N number of annular holes in the screen grid, for plasma density control. system.
제1항에 있어서,
상기 배플 매커니즘은 두 세트의 상기 배플 어셈블리를 포함하고, 각각 제1 배플 어셈블리 및 제2 배플 어셈블리이고, 상기 제1 배플 어셈블리는 복수의 제1 배플 및 제1 배플 구동장치를 포함하고;
상기 제2 배플 어셈블리는 복수의 제2 배플 및 제2 배플 구동장치를 포함하고;
각 상기 제1 배플의 단면은 모두 중심이 넓고, 가장자리가 좁은 역원뿔 또는 역사다리꼴 구조이고, 각 상기 제2 배플의 단면은 모두 가장자리가 넓고, 중심이 좁은 원뿔 또는 사다리꼴 구조인, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
According to claim 1,
the baffle mechanism includes two sets of baffle assemblies, respectively a first baffle assembly and a second baffle assembly, wherein the first baffle assembly includes a plurality of first baffles and a first baffle driving device;
the second baffle assembly includes a plurality of second baffles and a second baffle driving device;
The plasma density control system, wherein a cross section of each of the first baffles has a structure of an inverted cone or an inverted trapezoid with a wide center and a narrow edge, and a structure of a cone or trapezoid with a wide edge and a narrow center, and a cross section of each of the second baffles. .
제4항에 있어서,
상기 방전 챔버는 방전 챔버 지지베이스를 통해 이온 소스의 상기 이온 소스 챔버에 장착되고;
각 상기 제1 배플 및 각 상기 제2 배플의 가장자리 단은 모두 상기 방전 챔버 지지베이스의 단면에 회전 장착되는, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
According to claim 4,
the discharge chamber is mounted to the ion source chamber of the ion source via a discharge chamber support base;
The plasma density control system of claim 1 , wherein edges of each of the first baffles and each of the second baffles are rotatably mounted on an end face of the discharge chamber support base.
제5항에 있어서,
각 상기 제1 배플 및 각 상기 제2 배플의 길이는 동일하며, 모두 1/4r~1/2r이고, r은 스크린 그리드 반경인, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
According to claim 5,
The plasma density control system of claim 1 , wherein the lengths of each of the first baffles and each of the second baffles are the same, and are both 1/4r to 1/2r, where r is the screen grid radius.
제1항에 있어서,
상기 배플 구동장치는 회전 실린더 또는 모터인, 플라즈마 밀도 제어 시스템.
According to claim 1,
The baffle driving device is a rotating cylinder or a motor, the plasma density control system.
플라즈마 밀도 제어 방법에 있어서,
단계1, 플라즈마 신호 감지: 식각하기 전에, 이온 소스를 켜고, 방전 챔버 내에 위치한 플라즈마는 스크린 그리드의 스크린 그리드 환형 홀을 통과한 후, 집속되어 이온 빔을 형성하고, 각 페러데이 컵 세트는 자체 반경 방향 위치의 플라즈마 신호를 감지하고, 감지된 플라즈마 신호를 전류 신호로 변환하여, 구동장치 제어기로 피드백하는 단계;
단계2, 상기 플라즈마 밀도 균일성 판단: 상기 구동장치 제어기는 수신한 모든 상기 전류 정보에 따라, 최대 전류와 최소 전류를 판독하고, 상기 최대 전류와 상기 최소 전류를 비교하여, 상기 최대 전류와 상기 최소 전류의 차이 값이 설정 값 미만이면, 반응 챔버 내의 상기 플라즈마 밀도가 균일한 것으로 판단하고, 그렇지 않으면, 상기 플라즈마 밀도가 불균일한 것으로 판단하는 단계;
단계3: 상기 플라즈마 밀도를 제어하는 단계를 포함하되,
단계 31, 차단 시기 결정: 단계2에서 상기 플라즈마 밀도가 불균일한 것으로 판단되면, 상기 구동장치 제어기는 상기 최대 전류에 대응되는 페러데이 컵의 위치를 판독하는 단계;
단계 32, 차단: 상기 구동장치 제어기는 상기 최대 전류에 대응되는 상기 페러데이 컵의 상기 위치에 따라, 작동시킬 배플 어셈블리를 결정하고, 배플 구동장치의 제어에 의해 상기 배플 어셈블리의 배플을 회전시켜, 플라즈마 밀도가 높은 영역을 차단하고, 상기 배플이 반경 방향으로 회전하면, 상기 최대 전류의 상기 페러데이 컵에 대응되는 폭이 최대인 단계; 및
단계33, 상기 플라즈마 밀도 재감지: 상기 배플이 회전 차단함과 동시에, 상기 페러데이 컵은 상기 플라즈마 밀도를 실시간으로 감지하고, 상기 구동장치 제어기는 상기 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 단계2에 따라 상기 플라즈마 밀도의 상기 균일성을 판단하고, 상기 배플은 회전을 정지하는 단계;를 포함하는, 플라즈마 밀도 제어 방법.
In the plasma density control method,
Step 1, plasma signal detection: before etching, the ion source is turned on, the plasma located in the discharge chamber passes through the screen grid annular hole of the screen grid, and then is focused to form an ion beam, each set of Faraday cups has its own radial direction detecting a plasma signal at the position, converting the detected plasma signal into a current signal, and feeding back the detected plasma signal to a driving device controller;
Step 2, judging the plasma density uniformity: the drive controller reads the maximum current and the minimum current according to all the received current information, compares the maximum current and the minimum current, and compares the maximum current with the minimum current. If the current difference value is less than a set value, determining that the plasma density in the reaction chamber is uniform, and otherwise, determining that the plasma density is non-uniform;
Step 3: including controlling the plasma density,
Step 31, Determining cut-off timing: If it is determined that the plasma density is non-uniform in step 2, the driving device controller reads the position of the Faraday cup corresponding to the maximum current;
Step 32, cut-off: the driving device controller determines a baffle assembly to operate according to the position of the Faraday cup corresponding to the maximum current, and rotates a baffle of the baffle assembly under the control of the baffle driving device to produce plasma blocking a high-density region, and when the baffle rotates in a radial direction, a width corresponding to the Faraday cup of the maximum current is maximized; and
Step 33, re-detection of the plasma density: at the same time as the baffle stops rotation, the Faraday cup detects the plasma density in real time, and the driving device controller detects the plasma density according to step 2 until the plasma density becomes uniform. Determining the uniformity of the density, and stopping the rotation of the baffle; including, the plasma density control method.
제8항에 있어서,
단계32에서, 상기 차단 단계는,
단계32A, 상기 최대 전류에 대응되는 상기 페러데이 컵이 가장자리에 위치하면, 상기 구동장치 제어기는 제2 배플 구동장치를 제어하여 제2 배플을 움직여 차단하는 단계;
단계 32B, 상기 최대 전류에 대응되는 상기 페러데이 컵이 내측 중심에 가까우면, 상기 구동장치 제어기는 제1배플 구동장치를 제어하여 제1 배플을 움직여 차단하는 단계;를 포함하는, 플라즈마 밀도 제어 방법.
According to claim 8,
In step 32, the blocking step,
Step 32A, when the Faraday cup corresponding to the maximum current is positioned at the edge, the driving device controller controls the second baffle driving device to move the second baffle to cut off;
Step 32B, when the Faraday cup corresponding to the maximum current is close to the inner center, the driving device controller controls the first baffle driving device to move the first baffle and block it.
제8항에 있어서,
단계33에서, 제2 배플 구동장치가 90° 회전한 후, 가장자리 플라즈마 밀도가 여전히 최대이고 상기 플라즈마 밀도의 균일성이 불균일한 것으로 판단되면, 상기 구동장치 제어기는 제1 배플 구동장치가 운동하도록 제어하여, 플라즈마 밀도가 균일해질 때까지 더 많은 상기 가장자리 플라즈마를 차단하는, 플라즈마 밀도 제어 방법.
According to claim 8,
In step 33, if it is determined that the edge plasma density is still maximum and the uniformity of the plasma density is non-uniform after the second baffle driving device rotates by 90°, the driving device controller controls the first baffle driving device to move. Thus, more of the edge plasma is blocked until the plasma density becomes uniform.
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