[发明专利]一种基于进气分布控制的等离子体密度分布调控方法

说明书

本发明提供一种基于进气分布控制的等离子体密度分布调控方法，利用对等离子体放电密度分布的实时监测反馈，对进气气流分布进行即时调控，从而调控等离子体密度分布乃至等离子体放电状态。该发明可以实时、精确调控等离子体放电状态，获得需要的等离子体密度分布，或者基于闭环控制维持稳定的等离子体放电状态。调控原理简单，易于实现，适用于半导体行业等离子体均匀去除或者光学加工领域的等离子体稳定去除工艺。

技术领域

本发明涉及一种基于进气分布控制的等离子体密度分布调控方法，可应用于半导体制造和光学加工领域。

背景技术

等离子体放电去除加工已经被广泛应用于半导体行业。最近，全口径浸没式等离子体也被用于光学加工。无论是在半导体行业中均匀传递微纳结构，还是在光学加工中基于稳定的去除函数修正面形，等离子体放电在面上各点的稳定去除能力都是必须的。然而，真空腔室中的等离子体放电由于每次放电时设备、环境、外部控制参数的不同会存在一定的不稳定性，导致半导体行业中需要进行严格的环境控制和工艺配方限制，而在光学加工领域则需要多次测定去除函数，同时也不得不忍受一定程度的去除函数不确定性。这些限制因素降低了半导体行业和光学加工领域等离子体放电去除工艺的效率，增加了大量不必要的成本，迫切地需要解决等离子体放电状态波动的难题。

真空腔室中的等离子体放电状态主要由等离子体密度分布和等离子体能量分布共同决定。其中等离子体能量分布主要由放电外加功率、放电腔压和设备构型决定，很难精确调控其分布曲线。而等离子体密度分布虽然也受到以上几个因素影响，但更多地由输入气流流量及分布影响，这是因为在真空等离子体放电中，等离子体的物质输运要么依赖于真空腔室内的流场分布，要么基于扩散输运。由于流体运动或扩散输运的空间受限性质，输入到腔室的反应气体不能很快地形成平衡状态，必然存在过渡状态；同时，输入到腔室时的气体分布如果与等离子体平衡状态分布相差较大，必然会使等离子体的平衡状态分布发生移动，从而导致等离子体密度分布发生变化。显然，输入到腔室时的气体分布与反应界面的等离子体密度分布存在一定的关系。如果能够调控等离子体密度分布，进一步地将等离子体能量分布作为一个可控且稳定的分布函数计入，将有可能实现对等离子体放电状态的调控，从而在一定程度上规避因设备状态漂移、环境条件波动、工艺参数改变引起等离子体放电状态波动对工艺生产的影响，大幅提高等离子体放电加工的环境兼容性和放电稳定性，节约成本，提高效率。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提供一种基于进气分布控制的等离子体密度分布调控方法，通过对等离子体放电密度分布的实时监测反馈，形成对进气气流分布的即时调控，从而调控等离子体密度分布乃至等离子体放电状态。该发明可以实时、精确调控等离子体放电状态，获得需要的等离子体密度分布，或者基于闭环控制维持稳定的等离子体放电状态。调控原理简单，易于实现，适用于半导体行业等离子体均匀去除或者光学加工领域的等离子体稳定去除工艺。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于进气分布控制的等离子体密度分布调控方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)监测等离子体密度分布，所述等离子体位于真空腔体内，所述真空腔体具有多孔进气装置，所述多孔进气装置具有可独立控制开闭程度的多个进气孔；

步骤2)根据所述监测的等离子体密度分布与需要的等离子体密度分布之间的差别，对所述多孔进气装置多个进气孔开闭程度进行调节；

步骤3)重复步骤2)，直到所述监测的等离子体密度分布被调控至所述需要的等离子体密度分布。

进一步地，所述等离子体密度分布的监测方法，包括但不限于扫描式朗缪尔探针和/或多点矩阵式朗缪尔探针。

进一步地，所述多孔进气装置的多个进气孔可独立控制的开闭程度为零至最大孔径。

进一步地，所述多孔进气装置进气孔调节方法包括但不限于直径可变小孔的直径调节和/或多层孔错位孔径调节。