專利名稱：具有等離子殼層控制器的離子束設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用等離子體的設(shè)備，更具體地，涉及一種具有等離子 殼層控制器的離子束設(shè)備及采用該離子束設(shè)備的半導(dǎo)體表面處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
使用等離子體的半導(dǎo)體制造設(shè)備被廣泛的使用，例如，等離子體蝕刻機(jī)，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備，用于金屬或聚合物的表面處理 設(shè)備，用于新材料的合成設(shè)備，用于不同薄膜的粘結(jié)設(shè)備等。使用等離子體 的半導(dǎo)體制造設(shè)備可以包括離子束設(shè)備。 圖1是常規(guī)離子束設(shè)備的部分截面圖。參照?qǐng)D1，常規(guī)離子束設(shè)備包括設(shè)置在等離子體腔(未示出)的一個(gè)表 面的第 一和第二離子提取柵格(extraction grid ) 15和17 。離子提取柵格15 和17具有對(duì)準(zhǔn)的離子提取孔16。施加正電壓到第一離子提取柵格15。施加 負(fù)電壓到第二離子提取柵格17。第二離子提取柵格17可以接地。等離子體腔的作用是產(chǎn)生等離子體11。通常，等離子殼層13形成在等 離子體11和與其相對(duì)的物體之間。在這種情況，等離子體表面12存在于以 等離子殼層13的厚度從相對(duì)的物體分開的位置。因此，等離子殼層13形成 在等離子體ll和第一離子提取柵格15之間。離子提取柵格15和17從等離子體11提取離子以經(jīng)由離子提取孔16排 出離子。當(dāng)離子穿過離子提取孔16時(shí)，提取的離子以離子束19的形式被加 速。通常，等離子體11的密度的增加或離子提取孔16的擴(kuò)展對(duì)于離子束19 的離子流量的增加是有利的。當(dāng)離子提取孔16具有遠(yuǎn)小于等離子殼層13的 厚度的直徑時(shí)，等離子體表面12與第 一 離子提取柵格15的表面平行地形成。 然而等離子體11的密度越高，等離子殼層13的厚度越小。此外，當(dāng)?shù)入x子體11的密度進(jìn)一步增加時(shí)，等離子殼層13沿離子提取 孔16形成。也就是，等離子體11向外彎到離子提取孔16中。在這種情況，等離子體表面12呈現(xiàn)進(jìn)入到離子束通路中的周期性彎曲/球面的形式，所述離子束通路通過離子提取孔16。這種等離子體表面變形的缺點(diǎn)是在垂直于等離子體表面12的方向提取 等離子體ll中的離子。因此，從彎曲的等離子體表面12提取的離子與離子 提取柵格15和17碰撞。結(jié)果，在一定程度上減小了離子束19的離子流量。 當(dāng)增加等離子體ll的密度(例如，提供到等離子體的能量)時(shí)，這種有害 的效果變得更加顯著。因此，變得不可能獲得高離子流量的離子束19。在由Ono等人提交的題為"Ion Shower Apparatus (離子簇射設(shè)備)"的 美國專利No. 4450031中公布了使用等離子體的半導(dǎo)體制造設(shè)備。根據(jù)Ono 等人，提供了包括護(hù)罩柵格和離子提取柵格的離子簇射設(shè)備。然而，仍然需 要能夠增加離子流量的離子束設(shè)備。因此，存在對(duì)于改善離子束的離子流量的方法的需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例提供具有高離子流量的離子束設(shè)備。 本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例提供使用具有高離子流量的離子束設(shè)備的半導(dǎo) 體制造設(shè)備。本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例提供產(chǎn)生具有高離子流量的離子束的方法。在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及具有等離子殼層控制器的離子束設(shè)備。該設(shè)備 包括等離子體腔。柵格組件安裝在該等離子體腔的一端。柵格組件包括第一 離子提取孔。等離子殼層控制器設(shè)置在等離子體腔和柵格組件之間。等離子 殼層控制器包括比第 一 離子提取孔小的第二離子提取孔。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，第二離子提取孔可以具有小于等離子體腔的 等離子殼層的厚度的寬度。在其它實(shí)施例中，等離子殼層控制器可以與柵格組件接觸。另外，等離 子殼層控制器可以是導(dǎo)體。在還有的其它實(shí)施例中，等離子殼層控制器可以是網(wǎng)狀柵格或多孔材料 層。在這種情況，等離子殼層控制器可以由從由石墨、金屬和碳納米管組成 的組中選擇的一個(gè)形成。在還有的其它實(shí)施例中，柵格組件可以包括第 一 離子提取柵格和第二離 子提取柵格。在這種情況，第一離子提取柵格可以夾置在等離子殼層控制器和第二離子提取柵格之間。另外，等離子殼層控制器可以比第一離子提取柵 格更薄。正電壓可以施加到第一離子提取柵格。負(fù)電壓可以施加到第二離子 提取柵格，且第二離子提取柵格可以接地。在還有的其它實(shí)施例中，柵格組件可以包括第一離子提取柵格，第二離 子提取柵格和第三離子提取柵格。在這種情況，第二離子提取柵格可以夾置 在第一離子提取柵格和第三離子提取柵格之間。另外，正電壓可以施加到第 三離子提取柵格。在另一方面，本發(fā)明也涉及具有等離子殼層控制器的半導(dǎo)體制造設(shè)備。 該制造設(shè)備包括等離子體腔。提供與等離子體腔相通的樣品腔。柵格組件設(shè) 置在等離子體腔和樣品腔之間。柵格組件包括第一離子提取孔。等離子殼層 控制器設(shè)置在等離子體腔和柵格組件之間。等離子殼層控制器包括小于第— 提取孔的第二離子提取孔。在一些實(shí)施例中，氣體入口可以設(shè)置在等離子體腔的一個(gè)表面。另外， 排氣口可以設(shè)置在樣品腔中。晶片臺(tái)可以設(shè)置在樣品腔中。在其它實(shí)施例中，第二離子提取孔可以具有小于等離子體腔的等離子殼 層的厚度的寬度。在還有另一個(gè)方面，本發(fā)明也涉及從等離子體源提供離子束的方法。該 方法包括將等離子殼層控制器設(shè)置為相鄰于等離子體源的等離子殼層并在 柵格組件的前面，使得等離子殼層控制器的多個(gè)孔與柵格組件的每個(gè)孔相 通，且得到的等離子殼層基本上與等離子殼層控制器的表面共面。施加電壓 到柵格組件。通過等離子殼層控制器中的孔且然后通過柵格組件中的孔提取 離子以形成離子束。在提供柵格組件的第 一提取柵格和與該第 一提取柵格對(duì)齊的第二提取 柵格的情況下，該方法還包括施加電壓到第 一提取柵格并施加不同的電壓到 第二提取柵格。


本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)勢將從下面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施 例和附圖的更加具體的描述變得更加清晰。附圖不一定是成比例的，相反在 示出本發(fā)明的原理時(shí)加上強(qiáng)調(diào)。圖1是常規(guī)離子束設(shè)備的部分截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的等離子殼層控制器和離子提取柵格 的放大透射圖。圖4和5是根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的圖3的部分E2的放大透視圖。 圖6到8是根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的圖2的部分El的放大截面圖。 圖9和IO是表現(xiàn)通過使用等離子殼層控制器提取的離子束的變化的離 子電流特性的圖。
具體實(shí)施方式
此后將參照附圖更加充分的描述本發(fā)明，在附圖中示出本發(fā)明的實(shí)施 例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施且并不應(yīng)該-波認(rèn)為限制于這里 闡述的實(shí)施例。更確切地，提供這些實(shí)施例使得本公開徹底和完整，且將充 分將本發(fā)明的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，可以為了清晰而夸 大層的尺寸和相對(duì)尺寸和區(qū)域。相同的附圖標(biāo)記通篇代表相同的元件。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體表面處理設(shè)備的截面圖。參照?qǐng)D2，可以提供等離子體腔31和與等離子體腔31相通的樣品腔51 。 柵格組件49可以設(shè)置在等離子體腔31和樣品腔51之間。等離子殼層控制 器41或41，可以設(shè)置在等離子體腔31和柵格組件49之間。氣體入口 37可以設(shè)置在等離子體腔31的一個(gè)表面。加工氣體可以通過 氣體入口 37注入到等離子體腔31。等離子體腔31可以由感應(yīng)線圈33包圍。 感應(yīng)線圈33可以連接到射頻(RF)電源35。 RF電源35和感應(yīng)線圈33可 以用于在等離子體腔31中產(chǎn)生等離子體38。排氣口 59可以設(shè)置在樣品腔51的一側(cè)。排氣口 59可以與比如真空泵 (未示出)的排氣設(shè)備相通。等離子體腔31和樣品腔51中的副產(chǎn)物可以通 過排氣口 59排放。真空泵可以用于將等離子體腔31和樣品腔51的內(nèi)部保 持在低壓。晶片臺(tái)53可以設(shè)置在樣品腔51中。晶片55可以安裝在晶片臺(tái)53上。 晶片55上可以設(shè)置掩模圖案56。柵格組件49可以包括第 一 離子提取柵格43和第二離子提取柵格45 。第 一離子提取柵格43可以設(shè)置在等離子體腔31和第二離子提取柵格45之間。 第二離子提取柵格45可以設(shè)置在第一離子提取柵格43和樣品腔51之間。絕緣構(gòu)件44可以夾置在第一離子提取柵格43和第二離子提取柵格45之間。 第一離子提取柵格43和第二離子提取柵格45可以是導(dǎo)體。絕緣構(gòu)件44可 以是絕緣體，比如氧化物層或氮化物層。正電壓可以施加到第一離子提取柵格43。在這種情況，第二離子提取柵 格45可以接地。另外，負(fù)電壓可以施加到第二離子提取柵格45。作為替換，負(fù)電壓可以施加到第一離子提取柵格43。在這種情況，第二 離子提取柵格45可以接地。另外，正電壓可以施加到第二離子提取柵格45。柵格組件49可以包括第 一 離子提取孔49H。第 一 離子提取孔49H可以 穿過第一離子提取柵格43、絕緣構(gòu)件44和第二離子提取柵格45。第一離子 提取孔49H可以具有圓柱形狀或狹縫形狀。等離子殼層控制器41或41，可以設(shè)置在等離子體腔31和柵格組件49之 間。等離子殼層控制器41或41，可以是導(dǎo)體或絕緣體。等離子殼層控制器 41或4l，可以包括小于第一離子提取孔49H的第二離子提取孔。等離子殼層 控制器41或41 ，可以比第 一 離子提取柵格43更薄。等離子殼層控制器41或41，可以與第一離子提取柵格43接觸。在這種 情況，等離子殼層控制器41和41，可以具有與第一離子提取柵格43相同的 電勢。等離子體38可以產(chǎn)生于等離子體腔31中。等離子殼層40可以存在于 等離子體38和等離子殼層控制器41或41，之間。等離子殼層控制器41或 41，可以用于控制等離子殼層40的形成。因此，等離子體表面39可以以等 離子殼層40的厚度與等離子殼層控制器41或41，分開。等離子殼層40的厚度可以根據(jù)等離子體38的密度而變化。例如，當(dāng)?shù)?離子體38的密度增加時(shí)，等離子殼層40的厚度可以減少?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)第 二離子提取孔的尺寸來控制等離子體表面39。第二離子提取孔可以具有比等 離子殼層40的厚度小的寬度。當(dāng)?shù)诙x子提取孔具有比等離子殼層40的厚41，的表面。柵格組件49可以用于通過第一離子提取孔49H提取離子束50。離子束 50可以注入到晶片55的表面上。如上所述，等離子體表面39可以控制為平行于等離子殼層控制器41或 41，的表面。通常，從等離子體38提取的離子可以具有垂直于等離子體表面39的方向性。因此，可以最小化從等離子體38提取的離子與柵格組件49 的碰撞和離子的散射。最后，與常規(guī)技術(shù)相比，可以顯著提高離子束50的 離子流量。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的等離子殼層控制器41或41，和離子 提取柵格43和45的透視圖，而圖4和5是圖3的部分E2的》文大透視圖。參照?qǐng)D3 、 4和5,第 一 離子提取柵格43可以包括第 一 離子提取孔49H。 第二離子提取柵格45也可以包括第 一 離子提取孔49H。第 一 離子提取柵格 43和第二離子提取柵格45可以參照第 一 離子提取孔49H對(duì)齊。如圖所示，第一離子提取孔49H可以具有圓柱形狀。另一方面，第一離 子提取孔49H可以具有狹縫形狀。第一離子提取柵格43和第二離子提取柵 格45可以是導(dǎo)體。第 一 離子提取柵格43和第二離子提取柵格45可以具有 相同厚度或不同厚度。例如，第二離子提取柵格45可以比第一離子提取柵 格43更厚。等離子殼層控制器41或41，可以是網(wǎng)狀柵格41或多孔材料層41，。等離 子殼層控制器41或41，可以包括第二離子提取孔41H。第二離子提取孔41H 可以小于第一離子提取孔49H。等離子殼層控制器41或41，可以比第一離子 提取柵格43更薄。等離子殼層控制器41或41，可以是導(dǎo)體或絕緣體。如圖4所示，等離子殼層控制器41或41，可以是網(wǎng)狀柵格41。網(wǎng)狀柵 格41可以由從由石墨、金屬和碳納米管組成的組中選擇的一個(gè)形成。網(wǎng)狀 柵格41可以包括第二離子提取孔41H。第二離子提取孔41H可以小于第一 離子提取孔49H。網(wǎng)狀柵格41可以比第一離子提取柵格43更薄。如圖5所示，等離子殼層控制器41或41，可以是多孔材料層41'。在這 種情況，多孔材料層41，可以是導(dǎo)體或絕緣體。例如，多孔材料層41，可以是 多孔金屬層或多孔陶瓷層。多孔材料層41，可以包括第二離子提取孔41H。 第二離子提取孔41H可以小于第 一 離子提取孔49H。多孔材料層41，可以比 第 一 離子提取柵格43更薄。圖6到8是圖2的部分E1的放大截面圖。參照?qǐng)D2和6，等離子殼層控制器41或41，可以附加到柵格組件49。柵 格組件49可以包括第 一 離子提取柵格43 、絕緣構(gòu)件44和第二離子提取柵格 45。在這種情況，等離子殼層控制器41或41，可以與第一離子提取柵格43接觸。等離子殼層控制器41或41，可以具有第一厚度Tl。第一離子提取柵格 43可以具有第二厚度T2。絕緣構(gòu)件44可以具有第三厚度T3。第二離子提 取柵格45可以具有第四厚度T4。第一厚度T1可以小于第二厚度T2。也就 是，等離子殼層控制器41或41，可以比第一離子提取柵格43更薄。第二厚 度T2和第四厚度T4可以相同或不同。柵格組件49可以包括第 一 離子提取孔49H。第 一 離子提取孔49H可以 穿過第一離子提取柵格43、絕緣構(gòu)件44和第二離子提取柵格45。第一離子 -提取孔49H可以具有第一寬度Wl。等離子殼層控制器41或41，可以包括第二離子提取孔41H。第二離子提 取孔41H可以具有第二寬度W2。第二寬度W2可以小于第一寬度Wl。也 就是，第二離子提取孔41H可以小于第一離子提取孔49H。等離子殼層控制 器41或41，可以是導(dǎo)體或絕緣體。等離子殼層40可以存在于等離子體38和等離子殼層控制器41或41， 之間。等離子殼層40可以具有第五厚度T5。第五厚度T5可以根據(jù)等離子 體38的密度而變化。例如，等離子體38的密度越高，第五厚度T5越薄。 也就是，等離子體表面39與等離子殼層控制器41或41，之間的距離隨著等 離子體38的密度增加而降低。第二寬度W2可以小于第五厚度T5。也就是，第二離子提取孔41H可 以小于等離子殼層40的第五厚度T5。例如，第五厚度T5可以比第二寬度 W2大幾倍。當(dāng)?shù)诙挾萕2小于第五厚度T5時(shí)，等離子體表面39可以平 行于等離子殼層控制器41或41，的表面。如上所述，可以通過調(diào)節(jié)第二離子 提取孔41H的尺寸控制等離子體表面39。正電壓可以施加到第一離子提取柵格43。在這種情況，第二離子提取柵 格45可以接地。另外，負(fù)電壓可以施加到第二離子提取柵格45。當(dāng)?shù)入x子 殼層控制器41或41，是導(dǎo)體時(shí)，等離子殼層控制器41或41，可以具有與第一 離子提取柵格43相同的電勢。第一離子提取柵格43和第二離子提取柵格45可以用于從等離子體38 提取離子束50。離子束50依次地穿過第二離子提取孔41H和第 一 離子提取 孔49H以注入到樣品腔51中。通常，從等離子體38提取的離子可以具有與等離子體表面39垂直的方 向性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以通過調(diào)節(jié)第二離子提取孔41H的尺寸控制等離子體表面39。也就是，雖然等離子體38的密度增加， 等離子體表面39可以平行于與其相對(duì)的等離子殼層控制器41或41，的表面 而形成。因此，可以最小化從等離子體38提取的離子與柵格組件49的碰撞 和離子的散射。最后，通過增加等離子體38的密度并調(diào)節(jié)第二離子提取孔41H的尺寸， 與常規(guī)技術(shù)相比，可以顯著增加離子束50的離子流量。參照?qǐng)D2和7,等離子殼層控制器41或41，可以與柵格組件49分離。 柵格組件49可以包括第一離子提取柵格43、絕緣構(gòu)件44和第二離子提取柵 格45。在這種情況，間隙區(qū)域41G可以設(shè)置在等離子殼層控制器41或41，和第 一離子提取柵格43之間。間隙區(qū)域41G可以用絕緣材料填充，但為了方便 的緣故，其描述將被省略。間隙區(qū)域41G可以具有第六厚度T6。柵格組件49可以包括第一離子提取孔49H。第一離子提取孔49H可以 具有第一寬度Wl。等離子殼層控制器41或41，可以包括第二離子提取孔 41H。第二離子提取孔41H可以具有第二寬度W2。第二寬度W2可以小于 第一寬度W1。也就是，第二離子提取孔41H可以小于第一離子提取孔49H。 等離子殼層控制器41或41，可以是導(dǎo)體或絕緣體。通常，等離子殼層40可以存在于等離子體38和與其相對(duì)的物體之間。 也就是，等離子殼層40可以存在于等離子體38和與等離子體38相對(duì)的絕 緣體之間。因此，等離子殼層40可以存在于等離子體38和等離子殼層控制器41 或41，之間。等離子殼層40可以具有第五厚度T5。第五厚度T5可以根據(jù)等離子體38的密度而變化。例如，等離子體38的密度越高，第五厚度T5越統(tǒng) 溥。第二寬度W2可以小于第五厚度T5。也就是，第二離子提取孔41H可 以小于等離子殼層40的第五厚度T5。例如，第五厚度T5可以比第二寬度 W2大幾倍。當(dāng)?shù)诙挾萕2小于第五厚度T5時(shí)，等離子體表面39可以形 成為平行于與其相對(duì)的等離子殼層控制器41或41，的表面。第一離子提取柵格43和第二離子提取柵格45可以用于從等離子體38 提取離子束50。離子束50依次地穿過第二離子提取孔41H和第 一 離子提取 孔49H以注入到樣品腔51中。從等離子體38提取的離子可以具有與等離子體表面39垂直的方向性。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以通過調(diào)節(jié)第二離子提取孔41H 的尺寸控制等離子體表面39。也就是，雖然等離子體38的密度增加，等離 子體表面39可以形成為平行于與其相對(duì)的等離子殼層控制器41或41，的表 面。因此，可以最小化從等離子體38提取的離子與柵格組件49的碰撞和離 子的散射。最后，通過增加等離子體38的密度并調(diào)節(jié)第二離子提取孔41H的尺寸， 與常規(guī)技術(shù)相比，可以顯著增加離子束50的離子流量。參照?qǐng)D2和8，可以提供包括第一離子提取柵格43、絕緣構(gòu)件44、第二 離子提取柵格45、另一個(gè)絕緣構(gòu)件47和第三離子提取柵格48的另一個(gè)柵格 組件49，。等離子殼層控制器41或41，可以附加到柵格組件49，。此后,將只 簡單描述其間的差異。第三離子提取柵格48可以夾置在第二離子提取柵格45和樣品腔51之 間。在這種情況，第二離子提取柵格45可以夾置在第一離子提取柵格43和 第三離子提取柵格48之間。另 一個(gè)絕緣層47可以夾置在第二離子提取柵格 45和第三離子提取柵格48之間。第三離子提取柵格48可以是導(dǎo)體。另 一個(gè)柵格組件49，可以包括第 一 離子提取孔49H。第 一 離子提取孔49H 可以穿過第一離子提取柵格43、絕緣構(gòu)件44、第二離子提取柵格45、另一 個(gè)絕緣構(gòu)件47和第三離子提取柵格48。第 一 離子提取孔49H可以具有第一 寬度Wl 。第 一 離子提取柵格43 、第二離子提取柵格45和第三離子提取柵 格48可以參照第 一 離子提取孔49H布置。與第 一 離子提取柵格43相同極性的電壓可以施加到第三離子提取柵格 48。另外，低于第一離子提取柵格43的電壓可以施加到第三離子提取柵格 48。例如，當(dāng)?shù)谝徽妷菏┘拥降谝浑x子提取柵格43時(shí)，第二正電壓施加 到第三離子提取柵格4 8,且第二電壓可以低于第 一 電壓。第 一 離子提取柵格43 、第二離子提取柵格45和第三離子提取柵格48 可以用于從等離子體38提取離子束50。離子束50依次地穿過第二離子提取 孔41H和第一離子提取孔49H以注入到樣品腔51。這里，第三離子提取柵 格48用于控制通過第一離子提取孔49H提取的離子束50的加速度。通常，從等離子體38提取的離子可以具有與等離子體表面39垂直的方 向性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以通過調(diào)節(jié)第二離子提取孔41H的尺寸控制等離子體表面39。也就是，雖然等離子體38的密度增加， 等離子體表面39可以形成為平行于與其相對(duì)的等離子殼層控制器41或41， 的表面。因此，可以最小化從等離子體38提取的離子與柵格組件49，的碰撞 和離子的散射。最后，通過增加等離子體38的密度和調(diào)節(jié)第二離子提取孔41H的尺寸， 與常規(guī)技術(shù)相比，可以顯著增加離子束50的離子流量。 [實(shí)例]圖9示出為了檢測通過使用等離子殼層控制器提取的離子束的變化，而 在第一離子提取柵格中測量的離子電流特性，而圖IO示出為了檢測通過使 用等離子殼層控制器提取的離子束的變化，在相鄰于柵格組件的樣品腔中測 量的離子電流特性。圖9和10的橫軸P指示施加到等離子體腔的感應(yīng)線圏 的射頻(RF)功率，且單位是瓦(W)。圖9和10的縱軸Ic指示測量的離 子電流，且單位是微安()iA )。在實(shí)驗(yàn)中使用的氣體是氬氣(Ar)。使用包括第一離子提取柵格、第二 離子提取柵格和第三離子提取柵格的柵格組件。分別施加+ 150V、 -IOOV和 OV到第一離子提取柵格、第二離子提取柵格和第三離子提取柵格。柵格組 件具有3.5 mm的第一離子提取孔。等離子殼層控制器附加到第一離子提取 柵格的表面。等離子殼層控制器由導(dǎo)電網(wǎng)狀柵格形成。參照?qǐng)D9，曲線90代表當(dāng)省略等離子殼層控制器且只安裝柵格組件時(shí)在 第一離子提取柵格中測量的離子電流特性。曲線92代表當(dāng)與柵格組件一起 安裝具有200 pm的第二離子提取孔的等離子殼層控制器時(shí)，在第一離子提 取柵格中測量的離子電流特性。曲線94代表當(dāng)與柵格組件一起安裝具有400 pm的第二離子提取孔的等離子殼層控制器時(shí)，在第一離子提取柵格中測量 的離子電流特性。曲線96代表當(dāng)與柵格組件一起安裝具有600 jim的第二離 子提取孔的等離子殼層控制器時(shí)，在第 一 離子提取柵格中測量的離子電流特 性。如從曲線卯、92、 94和96所看到的，可以理解的是在第一離子提取柵 格中測量的離子電流隨著施加到等離子體腔的感應(yīng)線圈的RF功率的增加而 增加。也就是，可以理解可以通過增加等離子體的密度而增加在第一離子提 取柵格中測量的離子電流。另外，可以通過安裝等離子殼層控制器相對(duì)地減少在第 一 離子提取柵格中測量的離子電流。也就是，由于安裝了等離子殼層控制器，可以在一定程 度上減少在第 一 離子提取柵格中測量的離子電流。此外，第二離子提取孔的尺寸越小，在第一離子提取柵格中測量的離子 電流越少。也就是，在第一離子提取柵格中測量的離子電流可以根據(jù)第二離 子提取孔的尺寸被不同地檢測。也應(yīng)理解的是可以通過調(diào)節(jié)第二離子提取孔 的尺寸來控制在第 一 離子提取柵格中測量的離子電流。參照?qǐng)D10,曲線110代表當(dāng)省略等離子殼層控制器且只安裝柵格組件時(shí)在樣品腔中測量的離子電流特性。曲線112代表當(dāng)與柵格組件一起安裝具有 200 pm的第二離子提取孔的等離子殼層控制器時(shí)，在樣品腔中測量的離子 電流特性。曲線114代表當(dāng)與柵格組件一起安裝具有400 pm的第二離子提 取孔的等離子殼層控制器時(shí)，在樣品腔中測量的離子電流特性。曲線116代 表當(dāng)與柵格組件一起安裝具有600 jam的第二離子提取孔的等離子殼層控制 器在樣品腔中測量的離子電流特性。在曲線110中，當(dāng)省略等離子殼層控制器而僅安裝柵格組件時(shí)，可以理 解在樣品腔中測量的離子電流隨著RF功率的增加而在一定程度上減少?？?以理解等離子殼層的厚度由于等離子體密度的增加而減少且離子流量由于提取的離子的分散而降低。在曲線112、 114和116中，當(dāng)?shù)入x子殼層控制器與柵格組件一起安裝 時(shí)，可以理解在樣品腔中測量的離子電流隨著RF功率的增加而增加。在樣 品腔中測量的離子電流可以根據(jù)第二離子提取孔的尺寸被不同地檢測。另 外，可以理解可以通過調(diào)節(jié)第二離子提取孔的尺寸來控制在樣品腔中測量的離子電;;充。從圖9和IO,可以理解能通過增加等離子體密度并使用等離子殼層控制 器和柵極組件來實(shí)現(xiàn)具有高離子流量的離子束設(shè)備。從前面可以看到，提供了具有等離子殼層控制器和柵極組件的離子束設(shè) 備。等離子殼層控制器用于調(diào)節(jié)等離子殼層的形成。也就是，能平行于等離 子殼層控制器提供等離子體表面。因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高離子流量的離子束 設(shè)備。另外，可以使用具有高離子流量的離子束設(shè)備來實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制造設(shè)備。這里已經(jīng)公開了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，雖然采用了特定的術(shù)語，但它 們僅以普通和描述的意義使用和解釋。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解 的是，只要不偏離權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍，可以進(jìn)行形式和 細(xì)節(jié)的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種離子束設(shè)備，包括等離子體腔；安裝在所述等離子體腔的一端并具有第一離子提取孔的柵格組件；以及設(shè)置在所述等離子體腔和所述柵格組件之間，并具有小于所述第一離子提取孔的第二離子提取孔的等離子殼層控制器。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子束設(shè)備，其中所述第二離子提取孔的寬度小 于所述等離子體腔的等離子殼層的厚度。
3. 如權(quán)利要求2所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器孔比所 述等離子殼層的厚度小幾倍。
4. 如權(quán)利要求1所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器是導(dǎo)體。
5. 如權(quán)利要求1所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器是網(wǎng)狀 柵格。
6. 如權(quán)利要求5所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器由從石 墨、金屬和碳納米管組成的組中選擇的一個(gè)形成。
7. 如權(quán)利要求1所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器是多孔 材料層。
8. 如權(quán)利要求7所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器由從多 孔金屬層或多孔陶瓷層組成的組中選擇的一個(gè)形成。
9. 如權(quán)利要求1所述的離子束設(shè)備，其中所述柵格組件包括 第一離子提取柵格；以及第二離子提取柵格，其中所述第一離子提取柵格夾置于所述等離子殼層控制器和所述第二 離子提取柵格之間。
10. 如權(quán)利要求9所述的離子束設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器比所 述第一離子提取柵格更薄。
11. 如權(quán)利要求9所述的離子束設(shè)備，其中所述第一離子提取柵格施加 有正電壓，且所述第二離子提取柵格施加有負(fù)電壓或接地。
12. 如權(quán)利要求9所述的離子束設(shè)備，其中所述柵格組件還包括第三離子提取柵格，正電壓施加到該第三離子提取柵格，其中所述第二離子提取柵 格夾置在所述第 一 離子提取柵格和所述第三離子提取柵格之間。
13. —種半導(dǎo)體制造設(shè)備，包括 等離子體腔；與所述等離子體腔相通的樣品腔；設(shè)置在所述等離子體腔和所述樣品腔之間，并具有第一離子提取孔的柵 格組件；以及設(shè)置在所述等離子體腔和所述柵格組件之間，并具有小于所述第一離子 提取孔的第二離子提取孔的等離子殼層控制器。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，還包括 設(shè)置在所述等離子體腔的一個(gè)表面的氣體入口；以及 設(shè)置在所述樣品腔中的排氣口 。
15. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，還包括設(shè)置在所述樣品腔中 的晶片臺(tái)。
16. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述第二離子提取孔的 寬度小于所述等離子體腔中的等離子殼層的厚度。
17. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器 與所述^f冊格組件接觸。
18. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器 是網(wǎng)狀柵格或多孔材料層。
19. 如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器 由從石墨、金屬和碳納米管組成的組中選擇的一個(gè)形成。
20. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述柵格組件包括第一離子提取柵格；以及 第二離子提取柵格，其中所述第一離子提取柵格夾置在所述等離子殼層控制器和所述第二 離子提取柵格之間。
21. 如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器 比所述第 一 離子提取柵格更薄。
22. 如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述第一離子提取柵格 施加有正電壓，且所述第二離子提取柵格施加有負(fù)電壓或接地。
23. 如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述柵格組件還包括第 三離子提取柵格，正電壓施加到該第三離子提取柵格，其中所述第二離子提 取柵格夾置在所述第 一 離子提取柵格和所述第三離子提取柵格之間。
24. 如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中施加到所述第三離子提 取柵格的電壓小于施加到所述第 一 離子提取柵格的電壓。
25. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體制造設(shè)備，其中所述等離子殼層控制器 的第二離子提取孔的寬度在約200 pm和600 pm之間。
26. —種從等離子體源提供離子束的方法，包括相鄰于所述等離子體源的等離子殼層并且在柵格組件的前面設(shè)置等離 子殼層控制器，使得所述等離子殼層控制器的多個(gè)孔與所述柵格組件的每個(gè) 孔相通，并且所得到的等離子殼層基本上與所述等離子殼層控制器的表面共 面；施加電壓到所述柵格組件；以及通過所述等離子殼層控制器中的孔然后通過所述柵格組件中的孔提取 離子以形成離子束。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，還包括提供所述柵格組件的第 一提取柵格和與所述第 一提取柵格對(duì)齊的第二 提取柵格；以及施加所述電壓到所述第 一提取柵格并施加不同的電壓到所述第二提取 柵格。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括提供所述柵格組件的第三提取柵格，使得所述第二提取柵格夾置在所述 第 一提取柵格和所述第三提取柵格之間；施加第一正電壓到所述第一提取柵格；以及 施加小于所述第一正電壓的第二正電壓到所述第三提取柵格。
29. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述等離子殼層控制器孔的寬度小 于所述等離子殼層的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子束設(shè)備。該離子束設(shè)備包括在等離子體腔的一端安裝有柵格組件的等離子體腔和設(shè)置在等離子體腔和柵格組件之間的等離子殼層控制器。該柵格組件包括第一離子提取孔。該等離子殼層控制器包括小于第一離子提取孔的第二離子提取孔。當(dāng)?shù)入x子殼層控制器在這種結(jié)構(gòu)中使用時(shí)，等離子體的表面在鄰近于該控制器處呈現(xiàn)更平坦的結(jié)構(gòu)，使得以垂直于等離子體表面的方向從等離子體提取的離子干凈地穿過柵格組件的孔而不與柵格組件孔的側(cè)壁碰撞。本發(fā)明還提供了半導(dǎo)體制造設(shè)備和用于形成離子束的方法。
文檔編號(hào)C23C16/513GK101236892SQ20081000887
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者李道行, 申哲浩, 黃盛煜 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社