CN105723498A - 基板电荷中和用紧缩淹没式等离子体桥枪 - Google Patents

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Abstract

一种使用于离子植入系统的等离子体流枪包括绝缘块部分以及配置于绝缘块部分的相对两侧上的第一导电块部分与第二导电块部分。导电带可耦接于第一导电块部分与第二导电块部分之间。导电块部分与中心体部分包括一起形成密闭回路等离子体腔室的凹处。为了将射频电功率感应耦合至密闭回路等离子体腔室中以激发气体物质来产生等离子体，电源耦接于导电块部分。在第二导电块部分中的凹处包括紧缩区域，其中紧缩区域的截面尺寸小于与紧缩区域直接相邻的部分的密闭回路等离子体腔室的截面面积。紧缩区域可紧邻在形成于第二导电部分中的出口部分。

Description

基板电荷中和用紧缩淹没式等离子体桥枪
【相关申请案的交叉参考】
本发明为2013年10月25日申请的第61/895,787号待决美国临时专利申请案的非临时申请案，名称为“基板电荷中和用紧缩淹没式等离子体桥枪”所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明实施例涉及半导体结构的离子植入领域。更特别的是，本发明涉及一种用来产生低能量等离子体及导引其与离子束接触的具有紧缩出口布置的等离子体流枪。
背景技术
离子植入是一种用于将杂质离子掺杂至基材中的处理，所述基材例如半导体晶片。一般而言，离子束由离子源腔室被导向基材。不同的供给气体被供应至离子源腔室，以得到用于形成具有特定掺质特性的离子束的等离子体。举例来说，于离子源内由供给气体磷化氢(PH3)、三氟化硼(BF3)或砷化氢(AsH3)产生不同的原子离子与分子离子，且接着加速以及以质量选择原子离子与分子离子。所产生的离子植入基材中的深度是以离子植入的能量及离子的质量为根据。可按不同剂量及不同能阶将一种或多种离子物种植入目标晶片或基材中，以得到想要的装置特性。在基材中精确的掺杂轮廓对于适当的装置操作是重要的。
在植入处理期间，正电荷离子在目标基材上的轰击可造成在晶圆晶片表面的绝缘部分上堆积正电荷，且随即导致正电位。高能离子也可帮助经由自晶圆晶片的二次电子发射进行进一步晶圆晶片充电。所得的正电位可在一些微型结构中产生强电场，并造成永久性的损害。等离子体流枪(PlasmaFloodGun；PFG)可用来缓解这种电荷堆积。特别的是，等离子体流枪通常可在入射的离子束撞击至晶圆晶片或目标基材上之前，才位在靠近入射的离子束的平板附近。等离子体流枪通常包括等离子体腔室，其中等离子体是经由惰性气体(例如是氩(Ar)、氙(Xe)或氪(Kr))的原子的离子化而产生。将来自等离子体的低能电子引入离子束中，并吸引至目标晶圆晶片以中和过度带正电荷的晶圆晶片。
现存的等离子体流枪具有许多缺点。其中一个显著的缺点为金属污染。尤其是，某些传统的等离子体流枪使用热钨丝来产生等离子体。在操作期间，钨丝会逐渐消耗，并且钨原子会污染离子植入系统及处理中的晶片。另一个常见的金属污染源为等离子体流枪的等离子体腔室本身。等离子体腔室的内表面通常包含有一种或多种的金属或金属化合物。内表面持续暴露于等离子体放电可能会释放金属原子至离子植入系统内。放置于等离子体腔室内的金属电极或其他的金属组件可能也会造成类似的污染。
虽然可藉由实质上用介电材料所建构的等离子体腔室来减轻污染的问题，但因为非导电性的内表面会增加等离子体电位，且必然会影响所发射的电子的能量，所以此解决方法应该是不适当的。对于离子植入系统中的电荷中和来说，相对低的电子能量通常是较佳的。低能电子可轻易地被陷在离子束的正电位内，且接着在束线内朝向带正电荷晶片行进。相较而言，过度高能电子可脱离束线且不会到达晶片。并且，如果过度高能电子到达晶片，会导致在晶片表面上形成净负电荷充电。此可造成在晶片表面上堆积过量的负电荷，其中于晶片表面上可累积这样的负静电电荷的程度与到达晶片的电子能量有关。
在设计等离子体流枪上的另一挑战为使等离子体流枪可充分紧密以纳入为现有等离子体流枪所保留的预定空间中，而不需要对现有的离子植入系统大幅修饰。仅为了容纳新的等离子体流枪而去修改完善的离子植入系统，从经济角度上通常是不可行的。所以，需要一种等离子体流枪的设计来升级等离子体流枪，以用于其他可操作的离子植入器，此等离子体流枪的设计可简单地改装到现有的系统中。因此，提供一种可克服上述不足的处及缺点的等离子体流枪是必要的。
发明内容
本发明揭示一种使用于离子植入系统的等离子体流枪，等离子体流枪可包括具有基座部分与中心体部分的绝缘块部分、配置于基座部分上以及中心体部分的相对两侧上的第一导电块部分与第二导电块部分以及耦接第一导电块部分与第二导电块部分的导电带。第一导电块部分、第二导电块部分与中心体部分可包括形成于其中的各自凹处，并且各自凹处一起形成密闭回路等离子体腔室。第一导电块部分与第二导电块部分可接收射频(radiofrequency；RF)电功率以在密闭回路等离子体腔室内藉由激发气体物质来产生等离子体。在第二导电块部分中的各自凹处可包括紧缩区域，其中紧缩区域的截面尺寸小于与紧缩区域直接相邻的部分的密闭回路等离子体腔室的截面尺寸。紧缩区域可紧邻具有出口孔的出口部分。
本发明揭示一种用于在离子植入系统中的等离子体流枪的等离子体回路组件。等离子体回路组件可包括绝缘块部分以及配置于绝缘块部分的相对两侧上的第一导电块部分与第二导电块部分。第一导电块部分、第二导电块部分与绝缘块部分可具有一起形成密闭回路等离子体腔室的各自凹处。等离子体回路组件可更包括导电带，导电带耦接于第一导电块部分与第二导电块部分之间。第一导电块部分与第二导电块部分可接收射频(RF)电功率以在密闭回路等离子体腔室内藉由激发气体物质来产生等离子体。在第二导电块部分中的各自凹处可包括紧邻出口孔的紧缩区域。紧缩区域经装配以允许轻易传送等离子体通过出口孔，出口孔的尺寸允许等离子体的带电粒子流过出口孔。
本发明揭示一种用于材料加工应用的等离子体回路组件。等离子体回路组件可包括绝缘块部分以及配置于绝缘块部分的相对两侧上的第一导电块部分与第二导电块部分。第一导电块部分、第二导电块部分与绝缘块部分可具有一起形成密闭回路等离子体腔室的各自凹处。在第二导电块部分中的各自凹处可包括出口孔，出口孔的尺寸允许等离子体的带电粒子流过出口孔。等离子体回路组件可更包括耦接第一导电块部分与第二导电块部分的导电带。第一导电块部分与第二导电块部分可接收射频(RF)电功率以在密闭回路等离子体腔室内藉由激发气体物质来产生等离子体。在第一导电块部分、第二导电块部分或绝缘块部分中至少一个中的各自凹处可与出口孔耦接。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的一种合并所揭示的等离子体流枪的离子植入系统所显示的图。
图2是依照本发明一实施例的一种所揭示的等离子体流枪的透视图。
图3A是图2中所揭示的等离子体流枪的旋转透视图。
图3B是图3A中沿3B-3B线所截取的图2中所揭示的等离子体流枪的剖面图。
图4是图2中部分所揭示的等离子体流枪的等角视图。
图5是图2中部分所揭示的等离子体流枪的反面透视等角视图。
图6A是图5中沿6A-6A线所截取的图2中部分所揭示的等离子体流枪的剖面图。
图6B是图6A的剖面图的旋转详细图。
图7是图4中沿7-7线所截取的图2中部分所揭示的等离子体流枪的剖面图。
图8是图7中沿8-8线已剪下的图2中所揭示的部分等离子体流枪的底部透视图。
图9A与图9B是图2中等离子体流枪的等离子体回路组件的出口部分的局部剖面图。
图10是合并所揭示的等离子体流枪的图1的部分离子植入系统的示意图。
图11A是依照本发明一实施例的显示另一等离子体腔室配置的所揭示等离子体流枪的一部分的等角视图。
图11B是图11A中沿11B-11B线所截取的图11A中另一等离子体腔室配置的剖面图。
图12是图11B的部分剖面的详细图。
具体实施方式
离子植入器广范使用在半导体工业上以有选择地改变材料的导电系数。在典型的离子植入器中，通过一系列束线组件导引由离子源所产生的离子，其中束线组件可包括一个或多个分析磁铁以及多个电极。束线组件选择所需的离子物种、滤除污染物种与具有非所需能量的离子，以及于目标基板处调整离子束的质量。适当形状的电极可修改离子束的形状及能量。
例示性高电流离子植入机仪器100大体上如图1所示，且其包括离子源腔室102及一系列束线组件，这些束线组件导引离子束至基材。在一例示性非限制的实施例中，所述基材可以是硅晶片。这些组件被设置在真空环境中，并被装配以提供对应高或低能量植入的离子剂量能阶，其中高或低能量植入是根据所需的植入轮廓而定。特别的是，植入机100包括离子源腔室102以产生所需物种的离子。此腔室具有组合的热阴极，此热阴极藉由电源供应器101供电以离子化被引入腔室102的供给气体以形成等离子体，此等离子体包括含有离子与自由电子的离子化气体。热阴极可例如是受热细丝或间热式阴极。
提供不同的供给气体至来源腔室以产生具有特殊掺质特性的离子。离子可经由标准三(3)提取电极配置而从来源腔室102提取，其中标准三提取电极配置被使用来产生所需的电场以聚焦由来源腔室102所提取的离子束95。束95通过具有磁铁的质量分析器腔室106，其中磁铁的功用在于只使具有所需荷质比的离子通过解析孔。特别的是，此分析器磁铁可包括曲线路径，在曲线路径中的束95暴露于施加的磁场，其中施加的磁场导致具有非所需荷质比的离子偏离束路径。减速台108(也可被称为减速透镜)可包括多个(例如是3个)带有定义孔的电极且经装配以输出离子束95。磁铁分析器110设置于减速台108的下游处，并且经装配以使离子束95偏转成具有平行轨迹的带状束。经由磁场线圈可利用磁场以调整离子的偏转。
离子束95被导向工件，其中工件贴附在支座或平板114。也可利用附加的减速台112，其中减速台112配置于准直仪磁性室110与支座114之间。减速台112(也可作为减速透镜)被定位于接近平板114上的目标基材，且减速台112可包括多个(例如是3个)电极以将离子以所需能阶植入目标基材内。因为当离子在基材中与电子及原子核碰撞时离子会损失能量，所以离子会依据加速能量而在基材内所需深度处停止移动。离子束可藉由束扫描、藉由使用平板114来移动基材或藉由束扫描与基材移动的结合而分布在目标基材。等离子体流枪(PFG)116可在束刚撞击基板之前，立即定位于平板114的上游处以施加等离子体给离子束。虽然被说明为用于和图1的高电流离子植入器100一起使用，等离子体流枪116可和其他高电流离子植入器以及任何其他的离子植入器一起使用，例如是中电流(mediumcurrent；MC)离子植入器以及高能量(highenergy；HE)离子植入器。
参照图2至图5，所示的例示性等离子体流枪116通常包括外壳118、定位于外壳的第一端部122的凸缘120以及第一孔124与第二孔126，其中正离子和/或自由电子可由第一孔124与第二孔126放射。凸缘120可使等离子体流枪116与合适的控制系统121耦接以控制射频功率的施加，这将在之后更加详细描述。如在图3A与3B中可看出，一对等离子体回路组件128(图4与图5)可配置于外壳118内，每一个等离子体回路组件的出口部分130突出在至少一部分的第一孔124与第二孔126范围内以使得在等离子体回路组件内产生的等离子体可从出口流出并与离子束95的离子接合。如图所示，虽然例示性等离子体流枪116具有一对等离子体回路组件128以及第一孔124与第二孔126，但可根据例如是离子束95的宽度来使用所需的较多或较少的等离子体回路组件与孔。
参照图4与图5，其中一个例示性的等离子体回路组件128包括绝缘块部分132、第一导电块部分138与第二导电块部分140。绝缘块部分132具有基座部分134及中心体部分136。第一导电块部分138与第二导电块部分140配置于基座部分上以及中心体部分的相对两侧上。一对导电带142A与142B耦接第一导电块部分138与第二导电块部分140(如图6A与图6B中所示)，因此桥接绝缘块部分132的中心体部分136的第一侧144与第二侧146。其中一个导电带142A与射频电源供应器804耦接(如图10所示)，然而另一个导电带142B桥接第一导电块部分138与第二导电块部分140以完成回路。提供端盖148在第一导电块部分138的末端150上。在一非限定的例示性实施例中，绝缘块部分132包括陶瓷材料。适当陶瓷材料的非限定实例包括是氧化铝、石英以及氮化硼。第一导电块部分138、第二导电块部分140与端盖148可包括铝、碳(即石墨)或其他适合的导电材料。在图示的实施例中，使用例如是螺旋盖的适当的扣件来将各别的组件耦接在一起。然而，可以理解的是这并非一定必要的，部件之间的连接也可藉由焊接、使用适当的黏着剂或类似物来完成。
如在图6A与图6B中可看出，第一导电块部分138、第二导电块部分140与绝缘块部分132的中心体部分136具有形成于其中的各自的内部的凹处152A、凹处152B与凹处152C，而当部件耦接在一起时内部的凹处152A、凹处152B与凹处152C会形成三维密闭回路等离子体腔室154。在图示的实施例中，密闭回路等离子体腔室具有第一部分156与第二部分158。第一部分156定向在平行于绝缘块部分132的基座部分134的平面。而当从等离子体回路组件128的侧面来看，第二部分158则垂直于第一部分。在图示的实施例中，第一部分156形成一般U形的腔室，然而这并非一定必要的，第一部分156可假设为其他例如是V形、半分方形、半分矩形及类似的形状。
密闭回路等离子体腔室154的第二部分158配置于第二导电块部分140中。第二部分158的中心区域配置于等离子体回路组件128的出口部分130中(图4)。在一实施例中，出口部分130包含孔径板131。于孔径板131中提供出口孔160。出口孔160可与密闭回路等离子体腔室154的第二部分158连接，这将在之后更加详细描述。如在图4中可看出，等离子体回路组件128的出口部分130(包括孔径板131)突出绝缘块部分132的基座部分134中的开口135。在操作中，在密闭回路等离子体腔室154内产生的等离子体由出口孔160放射，且来自这新形成的等离子体的带电粒子可进入被邻近的离子束95所占据的区域。
如图6B、图7与图8所示，密闭回路等离子体腔室154的第一部分156具有等离子体腔室宽度“PCW”与等离子体腔室高度“PCH”。在图示的实施例中，等离子体腔室宽度“PCW”与等离子体腔室高度“PCH”实质上相同，然而这并非一定必要的，在不同的实施例中，等离子体腔室宽度“PCW”可大于或小于等离子体腔室高度“PCH”。如在图7中最能看出，密闭回路等离子体腔室154的第二部分158一般会由第一部分156颈缩以形成“紧缩”区域162。图7显示移除光径板131后紧缩区域162的结构。当紧缩区域162组装时，紧缩区域162将定位于邻接孔径板131中的出口孔160(即直接在孔径板131中的出口孔160上)(见图9A与图9B)，以使得当等离子体经由紧缩区域所“挤压”时，一部分的等离子体会经由出口孔160形成。
如在图7中可看出，密闭回路等离子体腔室154的第二部分158包括一对脚部164，此一对脚部164在紧缩区域162处会合。当从等离子体回路组件128的侧面来看，此一对脚部164定向在垂直于密闭回路等离子体腔室154的第一部分156。如在图7中可看出，当从等离子体回路组件128的末端来看，此一对脚部164也以相对于密闭回路等离子体腔室154的第一部分156的倾斜角度来定向。图8是包括紧缩区域162的第二导电块部分140的一部分的反面透视图。再一次，为了清楚显示，孔径板131并未在此图示出。图9A与图9B显示出带有出口孔160的孔径板131的相对位置，其中出口孔160直接定位于邻接紧缩区域162。紧缩区域162显示为定位于出口孔160“正上方”，然而可以理解的是，特定方位并非是重要的，且当然还必须依据等离子体流枪116设置的方位。例如，如果等离子体回路组件128从水平面旋转90度，紧缩区域162可位于出口孔160的“旁边”(还是仍邻接出口孔160)。能够挑选紧缩区域的方位提供了能够紧密封装在现行系统中的优势。
如在图4与图9A中最能看出，出口孔160的轮廓为有相对小的直径与相对大的直径的圆锥形，其中相对小的直径配置成直接邻接于紧缩区域162，而相对大的直径则配置在孔径板131的出口侧161上。藉由在孔径板131的出口侧161处提供较大的直径以及在最小的直径处提供短的长度，更多等离子体可被传送至离子束区域95内。圆锥形状并非是一定必要的。例如，以平滑的锥形区段来取代，出口孔160可具有一系列的阶梯，或其他可造成出口孔快速“开裂”的形状。在一些实施例中，在出口侧161处的出口孔160是圆柱形，且其下方部分打开成圆锥形。此出口孔的圆柱形部分的长度应当充分地薄以允许等离子体“凸”起。在出口侧161处的出口孔160的轮廓可以为圆锥椭圆形。所述椭圆形可对应紧缩区域162的宽度“PRW”。所述椭圆形可垂直于离子束95行进的方向，以使电子能够最大程度地散布遍及在离子束的宽度各处。
在一些实施例中，紧缩区域162通常可包括U形的通道，此U形的通道与出口孔160邻接。紧缩区域162可具有紧缩区域高度“PRH”、紧缩区域宽度“PRW”以及紧缩区域长度“PRL”(图7与图8)，其共同定义在紧缩区域中密闭回路等离子体腔室154的大小。在一些实施例中，为了更多的输出或较低的电子能量，选择紧缩区域162的尺寸在紧缩区域中密闭回路等离子体腔室154的截面大小与密闭回路等离子体腔室154的第一部分156的截面大小之间的比例以做最有效的应用，可依据需求以适应特定应用。如在图9A与图9B中可看出，直接邻接于紧缩区域162的出口孔160的直径实质上与紧缩区域宽度“PRW”是相等的。
因此，经安排，在离子束传送至基板的最后阶段中，密闭回路等离子体腔室154的第一部分156是在与离子束95的平面垂直的平面中。紧缩区域162定向在垂直于第一部分156的平面以使得在紧缩区域162的中心处的出口孔160定义出轴线A-A(图3B与图9B)，此轴线A-A定向在垂直于离子束95的平面(见图7，其显示有关于示例性的离子束横切面的紧缩区域162)。结果，第一部分156与第二部分158的定向导致等离子体回路(未显示)是“弯曲”的，使得部分流过紧缩区域162的等离子体回路将被定向在与离子束95的平面垂直的平面上。
如先前所示，藉由提供邻接于出口孔160的紧缩区域162，使在密闭回路等离子体腔室154中形成的等离子体会以最大的密度出射，且因此使等离子体与离子束95之间的交互作用增加到最大，进而提高来自密闭回路等离子体腔室的等离子体“取出”。
可以理解的是，将密闭回路等离子体腔室154的第一部分156定向垂直于第二部分158，可促使等离子体回路组件128具有紧密型设计，从而使得等离子体回路组件128能够安装在等离子体流枪116的外壳内。
图10是所揭示的等离子体流枪116的例示性的功能示意图。为了图示的清楚，具有一对等离子体回路组件128的等离子体流枪116的一实施例显示为从它的实际位置相对于离子束95旋转90度(即绕着轴线802旋转90度)。如图10中所示，等离子体流枪116的每一个等离子体回路组件128与各别的射频电源供应器804耦接。特别的是，每一个等离子体回路组件128的导电块部分138与导电块部分140经由至阻抗匹配网络806的一系列连接来与各自的射频电源供应器804耦接。在图6A与图6B中所示，经由导电带142A来达成物理耦接到每一个等离子体回路组件128的导电块部分138与导电块部分140。
由射频电源供应器804所供应的射频电功率可在典型频率下操作，其中典型频率为支配给工业、科学与医疗(Industrial，ScientificandMedical；ISM)设备的频率，诸如是2兆赫、13.56兆赫及27.12兆赫。耦接至每一个等离子体回路组件128的射频电功率可激发等离子体回路组件128中的惰性气体以产生等离子体。在等离子体回路组件128的末端壁中提供馈通805(见图3B)，经由馈通805，可供应一种或多种的气体物质至等离子体腔室。此气体物质可包括例如是氙(Xe)、氩(Ar)、氪(Kr)的惰性气体。在等离子体腔室内的气体压力可根据调节的气体流量、气体物种、粒子轨道尺寸、紧缩腔室尺寸以及输出孔径大小而变化。对于一些实施例，使用氙气的例示性气体流量是在0.05至5sccm之间。在不同的实施例中，等离子体腔室中的气体压力是这样的，在包含由等离子体腔室提供电子至离子束的处理腔室中，所得的气体压力为10-5托或在没有离子束存在下气体压力会更小。
如图10中进一步所示，偏压供应器808与等离子体流枪116耦接以相对于接地而对每一个等离子体回路组件128施加偏压。例如，为了有效地中和基板的表面，可提供零至数伏特的电压来促进电子的传送，但当得不到帮助时，偏压供应器也可关闭。来自等离子体流枪116的放射电流也可藉由所示的与偏压供应器808连接的装置来测量，并且可调整偏压以由等离子体流枪116输出所需的电子流。
以此安排，等离子体在密闭回路等离子体腔室154中藉由感应耦合来维持。一次电流流过第一导电块部分138与第二导电块部分140(以及一对导电带142)，而环绕密闭回路等离子体腔室154周围的等离子体流产生二次电流。要注意的是，等离子体回路组件128被装配以产生连续的等离子体回路，其中等离子体回路延伸通过第一部分156、第二部分158与紧缩区域162。由等离子体回路组件128形成的等离子体藉由起始的等离子体边界条件(藉由紧缩区域162与出口孔160的几何形状来控制)以及存在于离子束95与基材的区域中的电场来控制。射频功率从密闭回路等离子体腔室154的一侧进入，并且经由密闭回路等离子体腔室的另一侧离开。如前所述，绝缘块部分132的中心体部分136藉由一对导电带142来桥接，其中此一对导电带142在密闭回路等离子体腔室周围传送一次回路。
紧缩区域162的使用以及密闭回路等离子体腔室154的第一部分156与第二部分158的“倒装式”几何形状，允许存在基板附近的紧凑的空间领域中的电子能量、高等离子体密度与紧密封装可同时优化。所揭示的等离子体回路组件128可以单一个的形式被使用、可以双套(如图示的实施例所示)的形式被使用或以多组的形式被使用，以适用于目前基板大小用的扫描离子束或带状离子束以及未来所预期的较宽的离子束。所揭示的射频技术在没有牺牲充电性能下使得金属污染得以减少，以及所得的等离子体流枪116的插接兼容的性质允许其与外部场或装置一起使用，以更加提升产能。
图11A至图12揭示等离子体回路组件228的另一实施例。此实施例的等离子体回路组件228包括多个堆积体部分，堆积体部分包括基座部分230、配置于基座部分上的第一导体部分232、配置于第一导体部分上的绝缘体部分234、配置于绝缘体部分上的第二导体部分236以及配置于第二导体部分236上的盖体部分238。在每一个部分里面的各自的开口形成密闭回路等离子体腔室254。等离子体回路组件228包括出口部分240(图12)，其中出口部分240具有出口孔242，用来使在密闭回路等离子体腔室254中产生的等离子体能从密闭回路等离子体腔室254放射并进入离子束95的区域。在图示的实施例中，出口孔242形成在孔径板244中，其中孔径板244配置在基座部分230上。在图示的实施例中，出口孔242呈倒置的锥形以促进等离子体与离子束95之间的互相接合。
图标的实施例显示出孔径板244作为分离的部件。这样的安排使得当孔径板及紧缩区域262各自的表面上堆积沉积物时能移除孔径板244以清洗孔径板及紧缩区域262。此外，图标的实施例显示出绝缘体部分234包括一对分离的圆柱形的构件。另外，绝缘体部分234也可提供为单一构件。
基座部分230可包括紧缩区域262，其中紧缩区域262包括图3A至图9B中所描述的紧缩区域162的尺寸、形状和/或其他特征中的任一个或全部。如在图11B与图12中最能看出，等离子体回路组件228被装配以产生等离子体回路248，其中等离子体回路248的其中一端被迫通过紧缩区域262，其中紧缩区域262直接邻接于孔径板244中的出口孔242。不像图3A至图9E的等离子体回路组件128所形成的等离子体回路，藉由等离子体回路组件228所形成的等离子体回路248在单一平面中产生。
如先前所述，藉由提供邻接于孔径板244中的孔242与开口246的紧缩区域262，此设计使在密闭回路等离子体腔室254中形成的等离子体的最大密度区域的部分得以最大化，其中等离子体可由出口孔出射并进入离子束区域95中。
参照图11B，其显示由等离子体回路组件228形成的例示性等离子体回路248。如图所示，经由第一导体部分232与第二导体部分236，一次电流路径250在第一方向(顺时针方向)上形成，而等离子体回路248包括在相反方向(逆时针方向)上流动的二次电流路径252。特别的是，在图11B与图12中对于等离子体回路228的描述是高度示意的，而和在等离子体回路248的其他部分中的等离子体宽度相比，在紧缩区域262中的等离子体回路228的实际宽度可以是相当小的。
图12是显示出基座部分230、紧缩区域262与孔径板244，并连带表述部分的等离子体回路248流过紧缩区域262的详细图式。如图12所示，紧缩区域262迫使等离子体回路248向下(在图示的方位上)而朝向孔径板244中的出口孔242。在图2的内容中，孔径板244将经由等离子体流枪116的外壳118中的第一孔124或第二孔126的其中一个来配置。
根据不同实施例，如图10中所示，一个或多个等离子体回路组件228可分别耦接至一个或多个射频电源供应器。因此，射频电源供应器804可经由阻抗匹配网络806来链接第一导电块部分232与第二导电块部分236以在第一导电块部分232与第二导电块部分236内产生等离子体。
在离子植入系统中，在离子束95到达配置在平板114上的目标基板之前，通常才使等离子体流枪116位于离子束95附近(如图1所示)。在外壳118的侧壁119中，设置等离子体回路组件128的出口部分130，以允许出射至离子束区域95中。如图3B中所示，与一对等离子体回路组件128结合的一对出口部分130配置在外壳118内。然而，可以理解的是，遍及离子束95的宽度，可提供较多或较少的等离子体回路组件128与出口部分130。对于带状离子束而言，可安排一对出口部分130以实质上“覆盖”整个带的宽度。至于扫描离子束，一对出口部分130可“覆盖”扫描的宽度。根据本发明的实施例，此对出口部分130可被隔开以“覆盖”4至18英寸的宽度。如所属领域普通技术人员将可理解，各种宽度皆可达成。
虽然已描述等离子体流枪116为具有直接朝下面向于(也就是垂直于)离子束95上的一对出口部分130，其他方位也是可以考虑的。因此，在一实施例中，等离子体流枪116或一对出口部分130可以是倾斜的，以使得等离子体桥以一角度与离子束95连结。例如，可改造等离子体流枪116以使由一对出口部分130传出来的电子(或等离子体桥)被导引至基材的整体方向，并电子以45度的角度与离子束95连结。其他的角度可被使用来对基板表面中和反应的传运进行优化。其他优化的方法，包括在等离子体流枪116外部区域中使用外部磁场或电场，也可被用来增进带电粒子由形成的等离子体传运至基板表面。
总结来说，本实施例的紧缩淹没式等离子体桥枪促使同时调节在紧密外壳中的电子能量与等离子体密度，其中紧密外壳可放置邻近于基材。在不同实施例中，此紧密淹没式构造可包括是单一个、两个或多个为了导引电子进入离子束而以线性方式布置的等离子体回路组件。提供此构造可方便依规模以覆盖扫描或带状离子束的任何宽度。射频感应技术的使用允许在没有牺牲产生足够用于中和反应的电子流的能力下，减少金属污染。
虽然本发明已参照某些实施例而揭示，在不悖离如所附权利要求书中所界定的本发明的范畴与范围的情况下，对所描述的实施例的各种润饰、修改与变化是可允许的。因此，希望本发明不限于所描述的实施例，而是其具有由所附权利要求的语言文字及其等效物所界定的完整范围。

Claims (15)

1.一种等离子体流枪，使用于离子植入系统，其特征在于所述等离子体流枪包括：
绝缘块部分，具有基座部分与中心体部分；
第一导电块部分与第二导电块部分，配置于所述基座部分上以及配置于所述中心体部分的相对两侧上；以及
导电带，耦接所述第一导电块部分与所述第二导电块部分；
所述第一导电块部分、所述第二导电块部分与所述中心体部分包括形成于其中的各自凹处，所述各自凹处一起形成密闭回路等离子体腔室，其中所述第一导电块部分与所述第二导电块部分接收射频(RF)电功率以在所述密闭回路等离子体腔室内藉由激发气体物质以产生等离子体；以及
其中在所述第二导电块部分中的所述各自凹处包括紧缩区域，其中所述紧缩区域的截面尺寸小于与所述紧缩区域直接相邻的部分的所述密闭回路等离子体腔室的截面尺寸，所述紧缩区域紧邻具有出口孔的出口部分。
2.根据权利要求1所述的等离子体流枪，其中所述密闭回路等离子体腔室包含第一部分与第二部分，所述第一部分定向为平行于所述绝缘块部分的所述基座部分，而所述第二部分定向为垂直于所述第一部分。
3.根据权利要求1所述的等离子体流枪，其中所述紧缩区域配置于所述密闭回路等离子体腔室的所述第二部分中。
4.根据权利要求1所述的等离子体流枪，其中所述密闭回路等离子体腔室的所述第一部分的形状包括U形。
5.根据权利要求1所述的等离子体流枪，其中所述密闭回路等离子体腔室的所述第二部分包括一对在所述紧缩区域处会合的脚部。
6.根据权利要求1所述的等离子体流枪，其中所述密闭回路等离子体腔室与供应所述射频电功率的电源在压力范围是1至100毫托下相互作用以产生所述等离子体。
7.根据权利要求1所述的等离子体流枪，包括偏压源，所述偏压源与所述第一导电块或第二导电块耦接，且经装配以藉由相对于接地来调整所述等离子体流枪的电压来调节来自所述等离子体流枪的电子放射。
8.一种等离子体回路组件，用于在离子植入系统中的等离子体流枪，其特征在于所述等离子体回路组件包括：
绝缘块部分；
第一导电块部分与第二导电块部分，配置于所述绝缘块部分的相对两侧上，所述第一导电块部分、所述第二导电块部分与所述绝缘块部分具有各自凹处，所述各自凹处一起形成密闭回路等离子体腔室；以及
导电带，耦接于所述第一导电块部分与所述第二导电块部分之间；
其中所述第一导电块部分与所述第二导电块部分接收射频(RF)电功率以在所述密闭回路等离子体腔室内藉由激发气体物质以产生等离子体；
其中在所述第二导电块部分中的所述各自凹处包括紧邻出口孔的紧缩区域，所述紧缩区域经装配以允许轻易传送所述等离子体通过所述出口孔，所述出口孔的尺寸允许所述等离子体的带电粒子流过的所述出口孔。
9.根据权利要求8所述的等离子体回路组件，其中所述密闭回路等离子体腔室包含第一部分与第二部分，所述第二部分定向为垂直于所述第一部分。
10.根据权利要求8所述的等离子体回路组件，其中所述紧缩区域包括邻接于所述出口孔的U形通道，所述出口孔配置于孔径板中，所述出口孔具有圆锥截面或圆锥椭圆形。
11.根据权利要求8所述的等离子体回路组件，其中所述密闭回路等离子体腔室的所述第一部分的形状包括U形。
12.根据权利要求8所述的等离子体回路组件，其中所述密闭回路等离子体腔室与供应所述射频电功率的电源在压力范围是1至100毫托下相互作用以产生所述等离子体。
13.一种等离子体回路组件，用于材料加工应用，其特征在于所述等离子体回路组件包括：
绝缘块部分；
第一导电块部分与第二导电块部分，配置于所述绝缘块部分的相对两侧上，所述第一导电块部分、所述第二导电块部分与所述绝缘块部分具有各自凹处，所述各自凹处一起形成密闭回路等离子体腔室，所述第二导电块部分中的所述各自凹处包括出口孔，所述出口孔的尺寸允许等离子体的带电粒子流过所述出口孔；以及
导电带，耦接所述第一导电块部分与所述第二导电块部分；
其中所述第一导电块部分与所述第二导电块部分接收射频(RF)电功率以在所述密闭回路等离子体腔室内藉由激发气体物质以产生所述等离子体；以及
其中所述第一导电块部分、所述第二导电块部分或所述绝缘块部分的至少一个中的所述各自凹处与出口孔耦接。
14.根据权利要求13所述的等离子体回路组件，更包括紧邻所述出口孔的紧缩区域，所述紧缩区域经装配以允许最大流量的等离子体流向所述出口孔。
15.根据权利要求13所述的等离子体回路组件，其中所述密闭回路等离子体腔室的所述第二部分包括一对在所述紧缩区域会合的脚部。
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