CN107658201A - 控制提供至基板的离子束的处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制提供至基板的离子束的处理装置。处理装置可包括电浆源、提取板、偏转电极与偏转电极电源，其中所述电浆源耦接至电浆腔室以在电浆腔室中产生电浆，所述提取板具有沿着电浆腔室的一侧配置的孔隙，所述偏转电极配置为接近于孔隙，且当电浆腔室中存在电浆时所述偏转电极经设置以界定一对电浆半月区，所述偏转电极电源用于相对于电浆施加偏压至偏转电极，其中施加至偏转电极的第一偏压经设置以产生自电浆通过孔隙提取的离子的第一入射角，且施加至偏转电极的第二偏压经设置以产生自电浆通过孔隙提取的离子的第二入射角，所述第二入射角不同于所述第一入射角。本发明对离子角分布的进一步的控制可以更有效率地处理基板。

Description

控制提供至基板的离子束的处理装置
本发明是2014年12月8日所提出的申请号为201480070125.X、发明名称为《控制提供至基板的离子束的处理装置》的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本实施例是关于一种处理装置，且更特别的是，关于一种控制提供至基板的离子束的处理装置。
背景技术
现有的用于以离子处理基板的装置包括束线离子植入机与电浆浸入式离子植入工具。两者对于植入在一个范围内的能量的离子而言皆为合适的。在束线离子植入机中，离子提取自源、经过质量分析且接着传送至基板表面。在电浆浸入式离子植入装置中，基板位于与产生电浆的腔室相同的腔室中且邻近于电浆。相对于电浆与横越在基板前方的电浆鞘的以垂直入射角撞击在基板上的离子，基板设定在负电位。近来已发展出允许控制经提取的离子的离子角分布(ionangular distribution，IAD)的新处理装置。在此装置中，自电浆腔室提取离子，但是不同于基板位在离子源远处的束线离子植入机，基板是位于接近电浆腔室处。通过形状特殊的孔隙来提取离子，所述孔隙位于放置在接近电浆的提取板中。孔隙形状的改变允许离子角分布(亦即离子分布的平均角度及角展(angular spread))的改变。出于植入、蚀刻或其他处理的目的，处理呈现侧壁待暴露于离子的表面特征的基板可以是合适的。为了处理这种侧壁，通过孔隙来提取离子，所述孔隙具有产生所要的离子角分布的形状及尺寸。然而，提供电浆系统中的离子角分布的进一步的控制以便更有效率地处理基板可以是所要的。相对于这些以及其他考量，需要本发明。
发明内容
在一实施例中，处理装置包括耦接至电浆腔室以在电浆腔室中产生电浆的电浆源。所述处理装置亦可包括沿着电浆腔室的一侧配置的提取板、偏转电极以及偏转电极电源，其中所述提取板具有孔隙，所述偏转电极配置为接近于孔隙，且当电浆腔室中存在有电浆时，所述偏转电极经设置以界定一对电浆半月区(menisci)，所述偏转电极电源用于相对于电浆来施加偏压至偏转电极。当通过偏转电极电源施加第一偏压时，可产生自电浆通过孔隙提取的离子的第一入射角，且当由偏转电极电源施加第二偏压时，可产生自电浆通过孔隙提取的离子的第二入射角，其中第二入射角不同于第一入射角。
在再一实施例中，控制提供至基板的离子束的离子角分布的方法包括：在电浆腔室中产生电浆，所述电浆腔室邻近于含有基板的处理腔室；将具有孔隙的提取板设置在电浆腔室与处理腔室之间；将偏转电极配置为接近于孔隙；以及将施加至偏转电极的偏转电极电压从第一电压改变至第二电压，其中第一电压经设置以产生提取自电浆的离子的第一入射角，且第二电压经设置以产生自电浆通过孔隙提取的离子的第二入射角，第二入射角不同于第一入射角。
附图说明
图1A描绘与本发明的实施例一致的处理装置的侧视图。
图1B描绘图1A的处理系统的提取系统的上视图。
图2A与图2B描绘与再一实施例一致的处理系统的提取形状的细节。
图3A与图3B描绘图2A的系统的一种操作情况。
图3C与图3D描绘图2A的系统的另一种操作情况。
图4A与图4B呈现在处理系统中的离子轨迹的模拟结果，其为相对于提取板的偏转电极的位置的函数。
图5A与图5B呈现晶圆上的离子束密度分布模拟结果与针对0伏特偏压的离子束发射率。
图5C与图5D呈现针对-300V偏压的离子束分布与离子束发射率。
图6A、图6B与图6C描绘当偏转电极放置在电浆源内时施加至偏转电极的各种电压V的效应的定性图。
图6D与图6E描绘当未施加电压或施加恒定电压至偏转电极时施加至提取板的各种电压V的效应的定性图。
图7A至图7C呈现当偏转电极被偏压时离子角分布的改变的实验结果。
图8A至图8D呈现根据不同实施例的处理装置中的各种提取组件的操作的图。
图9描绘根据一实施例的包括设置有多个孔隙的提取板的部分的处理系统。
图10描绘根据另一实施例的部分的处理系统，其包括设置有多个孔隙的另一提取板。
具体实施方式
本文所述的实施例提供用于控制导向基板的离子的角分布的装置及方法。特别的是，本实施例提供新颖的从电浆产生离子束及控制其离子角分布(IAD)的提取系统。术语“离子角分布”是指相对于参考方向(例如垂直于基板的方向)的离子束中的离子的入射的平均角度，而至于以平均角度为中心围绕的入射角度的分布宽度或范围，则简化地称作“角展”(angular spread)。在本文发明的实施例中，新颖的提取系统可包括位于邻近于电浆的提取板，且所述提取板含有至少一孔隙以自电浆提取离子，且所述提取系统基于电浆与基板之间的电位差来将离子朝向基板加速。提取系统亦可包括位于接近提取板的孔隙的偏转电极，且其用以产生两个离子束。如下所详述，离子束的入射角是通过调整施加至提取系统的电压或调整提取系统的各种组件的定位或两者来控制。
图1A描绘与本发明的实施例一致的处理装置100。处理装置100包括电浆源102以在电浆腔室104中产生电浆112。电浆源102可以是RF电浆源(感应耦合电浆(inductively-coupled plasma，ICP)源、电容耦合电浆(capacitively coupled plasma，CCP)源、螺旋源(helicon source)、电子回旋加速器共振(electron cyclotron resonance，ECR)源)、间接加热式阴极(indirectly heated cathode，IHC)源、辉光放电源(glow discharge source)或其他本领域具有通常知识者已知的电浆源。在此特定实施例中，电浆源102是具有RF产生器105、RF匹配网络(RF matching network)110的ICP源。至气体原子和/或分子的来自RF产生器的RF功率传输是通过天线以及介电窗(未示出)发生。气体分歧管106通过合适的气体管线及气体入口与电浆源102连接。处理装置100的电浆源102或其他组件也可连接至真空系统(未示出)，例如由回转式泵或膜泵支持的涡轮分子泵。电浆源102由壳体126围绕，且绝缘体140将壳体126自包括基板支持器120的处理腔室142分开。电浆源102与基板支持器120可以处于提升的电位或者可电性接地，而处理腔室142可电性接地。
如图1A所示，提取板114可沿着电浆腔室104的一侧配置。在图1A中，提取板114配置在电浆腔室104的底部。特别的是，提取板114配置在电浆腔室104与处理腔室142之间。在一些实例中，提取板114可界定电浆腔室或处理腔室或两者的部分的腔室壁。提取板114包括孔隙116，可通过所述孔隙提取做为离子束的离子且将其导向基板支持器120。
处理装置100还包括多个电压源，用于驱动提取光学装置且控制提供至基板122的离子束能量。这些共同被示出为提取电压系统130。在各种实施例中，提取电压系统130可包括腔室电源132、偏转电极电源134、提取板电源136以及基板电源138。为了产生由离子118表示的正离子束(所述离子118在基板122处具有想要的能量)，基板电源138可相对于地而对基板支持器120进行负偏压，而电浆腔室104为接地的。或者，可相对于地而对电浆腔室104进行正偏压，且基板支持器120可接地或者可相对于地来对基板支持器120进行负偏压。在一些实施例中，可使用提取板电源136而独立于电浆腔室104对提取板114进行偏压，或者提取板114可以是浮置的(floating)。类似地，可相对于腔室电源132而对偏转电极电源134进行偏压。实施例不限于此。
处理装置100也包括控制系统150以控制电浆密度(通过控制RF功率以及电浆腔室内的气压)以及离子能量与离子角分布(IAD)，如下详述。控制系统150可包括硬件与软件组件的组合，其指挥RF产生器105、质量流控制器(未示出)以及提取电压系统130的操作。
在各种实施例中，基板支持器120可耦接至驱动装置(未示出)，所述驱动装置经设置以沿着平行于所示出的直角座标系统的Y轴的方向来移动基板支持器120。在再一实施例中，基板支持器120可在沿着平行于X轴、Z轴或两者的方向上为可移动的。在一些实例中，这提供了处理装置100两个自由度，亦即允许基板对提取孔隙的相对位置的改变且允许相对于孔隙116扫描基板122，使得可在整个基板122的表面上提供离子118。
在各种额外实施例中(且如下详述)，提取板114可包括界定孔隙116的独立部分。所述独立部分(图1A未示出)沿着平行于X轴、Z轴或两者的方向相对于彼此可为可移动的。
如图1A中进一步示出，处理装置100包括接近孔隙116配置的偏转电极144。所述偏转电极144以及提取板114可形成用于控制离子束的提取的部分的提取系统，如下详述。在各种实施例中，偏转电极144可以是导电的组件，其耦接至偏转电极电源134，以下详述其操作。简言之，偏转电极144可作用以调整通过孔隙116提取离子的光学装置。如图1A中所示出，(例如)当偏转电极144位于接近于孔隙116时，可通过孔隙116提取做为两个不同的离子子束的离子118。在特定实施例中，提取板电源136可经设置以将提取板电压施加至提取板114，独立于由偏转电极电源134施加的施加至偏转电极144的偏压。
图1B提供提取板114与偏转电极144的一个实施例的平面图。在此实施例中，孔隙116与偏转电极144在平行于X轴的方向上伸长，以便提取做为带状束的离子118。在各种实施例中，沿着X轴的离子118的离子束宽度可以大于沿着X轴的基板122的大小，如示出。举例来说，对于沿着X轴为30公分的基板的大小，离子束的宽度可以更宽个几公分(例如33公分)，以便在一次处理过程中处理基板122的整个宽度。在本文中以下发明的实施例中，可调整系统参数以修改离子的提取光学装置且提供离子子束至基板(例如基板122)，所述系统参数例如是传送至天线的RF功率、或通过处理装置100的组件而施加至系统的不同元件的电压、以及偏转电极144与提取板114的定位。
图2A与图2B描绘与又一实施例一致的处理装置200的提取形状的细节。在一些实施例中，处理装置200可包括与处理装置100相同的组件。在图2A描绘的实施例中，偏转电极202配置为接近于由提取板205界定的孔隙204。为了避免提取板205耗尽大量来自电浆208的离子流，提取板205由两部分制成：在提取板周边的大型非导电部206以及小型导电部(内部部分207)，所述内部部分207配置为邻近于孔隙204且围绕所述孔隙204。对于图2A中示出的设置，偏转电极202位于电浆源内部。在图2B示出的设置中，偏转电极202位于含有电浆208的电浆腔室209的外部。由于此设置的固有形状角度，可获得具有大平均角度的特征的离子角分布。当电浆208在电浆腔室209中产生时，在偏转电极202与界定孔隙204的内部部分207的边缘之间形成两个电浆半月区(plasma menisci)210。内部部分207可通过提取板电源214来偏压，且偏转电极202可通过独立的偏转电极偏压电源215来偏压。当在基板支持器221与电浆腔室209之间施加高电压时，两个离子子束212经导向而斜向入射基板222，亦即沿着相对于Z轴形成非零角度的轨迹而入射基板(如示出)，其中所述基板支持器221与基板222电性连接，所述电浆腔室209安置有电浆208。所述高电压是由高电压电源223提供，且对图2A与图2B中所示出的设置而言，其在基板支持器上具有负极性，以便自电浆208提取正离子。此斜向入射对于处理特征的表面可以是有用的，所述特征可经设置使得其表面不与X-Y平面平行。对于三维半导体结构而言，这类特征是常见的。在各种实施例中，可调整例如偏转电极202的位置以及施加至提取电压系统的不同组件的电压(见图1A至图1B的提取电压系统130)的参数来调整入射角以及导向基板(例如基板222)的离子束的角展。在其他实施例中，电浆腔室209与基板支持器221/基板222之间的高电压差是通过高电压电源223施加，其中正极性施加至电浆腔室209且基板支持器221为接地。在这种设置中，提取板电源214与偏转电极偏压电源215相对于高电压电源223为参考，亦即在电浆腔室电位处浮置。
图3A与图3B描绘处理装置200的一种操作情况，其中在第一组条件下自电浆208提取一对离子束302。为了简单起见，可假设各个离子束302内的离子相对于基板222的垂直线形成相同的平均角度，且形成相同的入射角的角度范围，其中平均角度是通过相对于垂直线的角度的绝对值界定，除非另外指明。因此，相对于垂直线(Z轴方向)的角度(+)与相对于垂直线的角度(-)可被视为构成相同的平均角度。图3B呈现示例的对称的离子角分布310、离子角分布312，其可表示所述一对离子束302的角分布。如示出，相对于基板平面的垂直线(Z轴)，离子束302的平均角度是+/-20度。图3B中描绘的角分布仅是出于示例目的且展示为高斯形状。对于此类分布，角展可被简单界定为半峰全幅值(full width at halfmaximum，FWHM)，在此情况下约为10度。如稍后将示出，实际上，离子角分布可具有更复杂的形状，且依据提取光学装置的形状，离子角分布可歪斜成较小或较大角度。对于不同于高斯分布的所有分布，角展可界定为特定子束的最大角度与最小角度之间的差的一半。
图3C与图3D描绘处理装置200的另一操作情况，其中在第二组情况下自电浆208提取一对离子束308。为了简单起见，可假设各个离子束308内的离子相对于基板222的垂直线形成相同平均角度，且形成相同的入射角的角度范围。图3D呈现示例的对称的离子角分布314、离子角分布316，其可表示所述一对离子束308的角分布。如示出，相对于基板平面的垂直线(Z轴)，离子束308的平均角度是+/-30度。类似于图3B中所示出的分布，所述分布的角展为半峰全幅值(FWHM)，在此情况下约为2度。
与各种实施例一致，在离子束302与离子束308之间展现的束IAD的特征(平均角度与角展)的变化可通过各种参数的改变的任何组合的变化来产生。在不破坏处理装置的真空的情况下，束形状的变化是可达成的。为此理由，本实施例促进提供至基板的离子的离子平均入射角、角展(换言之离子角分布(IAD))的原位(in-situ)控制。根据各种实施例，离子角分布的原位变化可通过下述产生：偏转电极202的位置的改变、孔隙尺寸的变化、传送至电浆208的RF功率的改变、气压的改变或施加至处理装置200的组件的电压的改变，所述电压包括施加至偏转电极202、基板支持器221/基板222、提取板205或电浆腔室209的电压。实施例不限于此。
图4A与图4B呈现在处理系统中的离子轨迹的面向对象的粒子(Object OrientedParticle In Cell，OOPIC)模拟结果，其为相对于提取板406的偏转电极402的位置的函数。在所示的实例中，样本离子为Ar+。电浆与基板之间的提取电压假定为3kV，且施加至偏转电极402的偏压为-100V。未施加偏压至提取板406。在图4A中，偏转电极402定位在提取板406的上方3.5mm，而在图4B中偏转电极定位在提取板406的上方4.5mm。如所示，当偏转电极402移动远离提取板406，离子轨迹变得较为狭缩。另，当偏转电极移动更远离提取板时，在Oy方向上散布的子束变得更窄。
图5A至图5D呈现使用OPERA软体的经提取的离子子束的模拟结果。图5A显示针对2kV提取电压、施加在偏转电极上的0V偏压以及未经偏压的提取板的在Oy方向上在基板表面位置处的离子密度分布。存在有两个完全独立且对称的子束，其在Oy方向上分别跨越自5.2mm至9mm以及自-5.2mm至-9mm。所述子束强烈地朝向较高y值歪斜，其中大部分的束在±8.8mm附近碰撞到基板表面。图5B描述子束发射率，亦即在Oy方向上的角束特征对于束位置。如可见的，大部分的离子以介于13度与17度之间的角度碰撞到基板表面，其造成约15度的平均角度以及约4度的角展。发射率曲线的定向显示出子束为汇聚性的(convergent)。图5C描述与图5A的条件类似但偏转电极偏压为-300V的基板表面上的离子密度分布。在此情况下，也获得两个对称的子束，但其部分地重叠。所述子束亦经歪斜而朝向基板的末端，但在此情况下，大部分的离子分别在介于2.5mmm与3mm之间以及介于-2.5mm与-3mm之间碰撞到基板。描述于图5D中的束发射率显示出在此情况下离子以介于25度与30度之间的角度碰撞到基板。所述子束也轻微地汇聚，但大部分离子以30度碰撞到表面。
在又一实施例中，对于通过处理装置的孔隙提取的离子，施加至偏转电极或提取板的偏压可经调整以控制离子束轨迹，亦即离子角分布。特别的是，通过偏转电极电源产生的第一偏压可经设置以产生提取自电浆的离子的第一入射角，且通过偏转电极电源产生的第二偏压(不同的偏压)经设置以产生通过孔隙提取的离子的第二入射角，其不同于所述第一入射角。在一些实施例中，偏转电极可以是单一电极，其中施加有单一偏压，而在另一实施例中，偏转电极可构成多个电极，其彼此电性隔离且能够接收不同偏压。
图6A描绘根据各种实施例的形成部分的处理装置600的提取系统的细节。如示出，提取系统(未独立示出)包括提取板605以及偏转电极602，所述偏转电极602由电性绝缘体603分成两个偏转电极部：偏转电极部602a以及偏转电极部602b。偏转电极602的各部分可通过偏转电极电源615a以及偏转电极电源615b独立地偏压。在偏转电极电源615a、偏转电极电源615b以及偏转电极602之间的连接导线可在电浆腔室609内通过电性馈通件(electrical feedthrough)616a与电性馈通件616b来传递。其也可以陶瓷套管(未示出)与电浆608绝缘。位于接近于偏转电极602的提取板605是由两个介电部(外部部分606a与外部部分606b)以及两个电性导电部(内部部分607a与内部部分607b)组成。各个内部部分607a与内部部分607b可通过各别的提取板电源614a与提取板电源614b来独立地偏压。当电浆608被点燃时，一方面在偏转电极部602a与内部部分607a之间且另一方面在偏转电极部602b与内部部分607b之间形成一对电浆半月区610。
简言之，图6B与图6C示出对于单一的一对偏转电极-提取板内部部分当偏转电极偏压改变而其他参数维持定值时电浆半月区的形状的改变。如示出，当偏压改变时，形成在内部部分607b与偏转电极部602b之间的半月区610可实质上改变。形状的改变可包括曲率半径的改变或者可包括半月区的倾度的改变(相对于与偏转电极602相交的垂直平面)。这转而导致提取自电浆608的离子的离子轨迹角度的改变。类似地，图6D与图6E示出当提取板偏压改变而其他参数维持定值时电浆半月区的形状的改变。形状的改变可包括曲率半径的改变或者可包括半月区的倾度的改变(相对于含有提取板的尖端的水平平面)。这转而导致提取自电浆608的离子的离子轨迹角度的改变。
在特定实施例中，施加至偏转电极(例如偏转电极602)的电压可从0V至-500V变化。由于负电位，电浆鞘形成在偏转电极表面的前方。电浆鞘的厚度s由下列给定：
其中V是负偏压电位的绝对值，Te是电子温度且λD是由以下给定的德拜长度(Debye length)。
其中ε0是自由空间的介电常数(permittivity)，kB是波兹曼常数，e是基本电荷且ne是电子密度。
返回图6B至图6E，为了附图清楚起见，仅示出图6A中由虚线划定的矩形区域。在图6B中，施加至偏转电极部602b的电压VB具有第一值，其小于施加至图6C中的偏转电极的电压VC。在图6B中，电浆鞘650相对地薄，且所得到的电浆半月区630与其对应者(形成于图6C中的电浆半月区632)相比，电浆半月区630相对地较水平地倾斜(相对于水平X-Y平面)。这相对于Oxy平面的垂直线660而言，产生了平均角度β，其针对提取自电浆608的离子束640的离子来示出。转至图6C，电浆鞘652相对较厚，因为电压VC较负。因此电浆608被进一步推进邻近于偏转电极部602b的电浆腔室内部。因此，电浆半月区632的位置以及形状改变，造成更垂直定向的电浆半月区632。这转而导致离子束642的离子的较大离子平均角度χ(与图6B的平均角度B相比)。
在图6D中，施加至内部部分607b的电压VD具有第一值，其小于施加至图6E中的提取板的电压VE。在图6D中，电浆鞘654相对地薄，且所得到的电浆半月区634相比于其对应者(图6E中形成的电浆半月区636)而言，电浆半月区634相对较垂直地倾斜(相对于水平X-Y平面)。这相对于Oxy平面的垂直线660而言，产生了平均角度δ，其针对提取自电浆608的离子束644的离子来示出。转至图6E，电浆鞘656相对较厚，因为电压VE较负。因此，电浆608被进一步推进邻近于内部部分607b的电浆腔室609(见图6A)内部。因此，电浆半月区636的位置以及形状改变，造成更水平定向的电浆半月区636。这转而导致离子束646的离子的较小离子平均角度ε(与图6D的平均角度δ相比)。
值得注意的是，在一些实施方案中，偏转电极602可以由两个对称的偏转电极部组成：偏转电极部602a与偏转电极部602b。类似地，提取板605可具有两个对称的内部部分：内部部分607a、内部部分607b，如图6A所示。这可导致图6A中建议的形成在偏转电极602的相对侧上的对称半月区的形成。因此，除了离子束640、离子束642、离子束644与离子束646之外，在图6B、图6C、图6D与图6E的情况中，可产生相对于垂直线660具有平均角度-β、-χ、-δ以及-ε的第二离子束(未示出)。在其他实施例中，可独立地控制通过偏压电源614a与偏压电源614b及偏压电源615a与偏压电源615b所驱动的偏压。以这种方式，形成在偏转电极部602a与内部部分607a之间的第一半月区可在形状及定向方面与第二半月区不同，所述第二半月区是通过偏转电极部602b以及内部部分607b决定。在此情况下，可获得产生自第一半月区与第二半月区的各子束的不同的离子角分布。在偏转电极部602a与偏转电极部602b上的偏压相同且提取板605的内部部分607a与内部部分607b的偏压相同但并非一定要等于偏转电极偏压的情况下，处理装置600经设置以传送具有平均角度θ与-θ及相同角展Δθ的特征的两个对称的子束。为了获得不同的离子角分布，可以不同方式设置偏压：仅将偏转电极部602a与偏转电极部602b偏压(不同或相同电压)或仅将提取板605的内部部分607a与内部部分607b偏压(不同或相同电压)、将偏转电极部602a与偏转电极部602b以及内部部分607a与内部部分607b皆偏压、或者应用提取板与偏转电极偏压的任何组合。
值得注意的是，在本实施例中，偏转电极的横截面形状(在Y-Z平面中)可以是任何适于提供电浆半月区的控制的便利的形状，例如矩形、三角形、圆形、椭圆形等。此外，偏转电极可位于电浆源内部或电浆源外部。
图7A至图7C描绘平均角度、角展与离子束流的量测的实验结果，其做为施加至偏转电极的偏压的函数，所述偏转电极与提取板孔隙一起配置，如以上参照图6A至图6E的叙述。展示出两个特定条件：1keV与3keV离子能量。施加至偏转电极的偏压介于0V与-330V之间。未施加偏压至提取板。如从图7A中明显可见，发生平均角度的线性增加，所述平均角度做为施加至偏转电极的增加的负偏压的函数。在此偏压范围中，对于1keV的离子束能量，平均束角度自15度改变至36度，且对于3keV的离子束能量，平均束角度自18度改变至25度，其中较大角度表示与垂直入射(沿着Z轴)的较大偏差。对于1keV的束能量，此改变表示每伏特偏压的平均角度0.06度的改变，且对于3keV的束能量，此改变表示每伏特施加的偏压的平均角度0.02度的改变。平均角度对偏压的斜率出现差异是由于不同的提取光学装置的静电设置：相较于1keV的提取电压，在3keV的提取电压(亦即束能量)下，电场线伸进更深入电浆。因此，相较于在较低提取电压的情况，在较高提取电压下以偏压塑形电浆半月区是较困难的。因此，根据图6A至图6E的实施例配置的处理装置呈现通过在容易达到的电压范围中改变施加至偏转电极的偏压以调整导向基板的离子的离子束入射角的便利方法。
如图6A至图6E建议，除了在电浆半月区的定向上造成改变且借此改变束角度，施加至偏转电极的电压的改变亦可改变电浆半月区的曲率。对于提取自电浆的离子，这种改变可造成不同的离子角展。如图7B中所示出，随着偏压的绝对值增加，离子角分布变得更为紧密：自0偏压下的8度下至在-330伏特下的4度至5度。
离子角分布的改变的特征在于偏转电极偏压的改变伴随着提取的离子束流的改变。如图7C中所示出，随着偏压的绝对值增加，经提取的离子束流单调地减少，分别是在3keV离子束能量的情况下从9mA减少至6mA，且在1keV的离子束能量的情况下从6mA减少至3mA。这种效应是两个物理现象的结果：半月区面积的减少以及邻近偏转电极的离子密度的减少。
在各种额外的实施例中，施加至偏转电极或提取板的电压可与提取形态的调整原位地一同调整，其中所述提取形态包括偏转电极与孔隙的相对位置、孔隙的相对尺寸以及不同偏转电极组件的相对位置与孔隙板组件。
在特定实施例中，偏转电极与提取板通过至少一个提取组件的相对于彼此的移动而互相起作用，以调整提取的离子束的入射角，所述移动例如是偏转电极或孔隙板的移动。在一些实例中，偏转电极的移动可包括相对于偏转电极的第二部分的偏转电极的第一部分的移动。类似地，在其他实例中，孔隙板的移动可包括相对于孔隙板的第二部分的孔隙板的第一部分的移动。这种移动的任何组合可改变用于提取离子子束的半月区的形状或尺寸或两者，且借此改变入射角以及角展。
图8A至图8D呈现根据不同实施例的处理装置中的不同提取组件的操作图。提取组件包括此些图中的偏转电极与孔隙板。在图8A中，示出部分的处理装置800，其展示由非导电部806a与非导电部806b以及导电部(内部部分807a与内部部分807b)组成的提取板805。所述提取板805位于邻近于电浆808。偏转电极802位于邻近于由内部部分807a与内部部分807b界定的孔隙(未独立示出)。在此实施例中，偏转电极802沿着平形于示出的直角座标系统的Z轴的轴809为可移动的。此轴809垂直于界定提取板805的平面的X-Y平面。因此，偏转电极802可移动远离或朝向提取板805。在一些实例中，偏转电极802可经设置以甚至在提取板805下方移动。偏转电极802以及提取板805的内部部分807a与内部部分807b可耦接至电压源(未示出)，以改变偏转电极802或提取板805的电压，如以上参照图6A至图6D所述。
如上关于图4A与图4B所述，偏转电极的动作可产生提取自电浆(例如电浆808)的离子的离子轨迹的改变。在图8A的处理装置800中，偏转电极802可相对于提取板805移动，同时施加至偏转电极802与内部部分807a、内部部分807b的电压维持定值。此动作本身可改变电浆半月区810与电浆半月区811的形状。然而，在其他实施例中，施加至偏转电极802或内部部分807a与内部部分807b的电压可与沿着轴809的偏转电极802的移动一起改变。这种施加至提取组件的偏压与偏转电极802的移动的结合的改变提供对于提取自电浆808的离子的平均离子角度与离子角分布的进一步控制。
根据其他实施例，偏转电极可由两部分组成：偏转电极部822a与偏转电极部822b，如图8B中所示出。在图8B中，示出部分的处理装置820，其展示由非导电部826a与非导电部826b以及导电部(内部部分827a与内部部分827b)组成的提取板825。这些部分可独立地沿着轴829移动，其与直角座标系统的Oz轴平行。通过改变偏转电极部822a与偏转电极部822b相对于提取板825的内部部分827a与内部部分827b的相对位置，可改变电浆半月区830与电浆半月区831的形状，造成提取的离子子束的不同的离子平均角度与角分布。此外，施加至偏转电极部822a与偏转电极部822b或施加至内部部分827a与内部部分827b的偏压可与沿着轴829的偏转电极部822a与偏转电极部822b的移动一起改变。这种施加至提取组件的偏压与偏转电极部822a及偏转电极部822b的移动的结合的改变提供对于提取自电浆808的离子的平均离子角度与离子角分布的进一步控制。
图8C提供处理装置840的实例，所述处理装置840包括由非导电部(外部部分846a与外部部分846b)及导电部(内部部分847a与内部部分847b)组成的提取板845。提取板具有示出为部分852与部分854的可独立移动的部分，所述部分852由外部部分846a与内部部分847a组成，所述部分854由外部部分846b与内部部分847b组成。所述部分852与部分854各自可沿着平行于Y轴的轴849移动。当沿着轴849以相反方向移动时，部分852与部分854可增加或减少提取板孔隙的宽度。这种宽度的改变用以改变电浆半月区850与电浆半月区851的形状与位置，所述电浆半月区850与电浆半月区851各自形成在偏转电极842与提取板845的内部部分847a及内部部分847b之间。
图8D呈现处理装置860的再一实施例，其中提取板866包括示出为部分863与部分865的可独立移动部分。所述部分863与部分865各自可沿着平行于Z轴的轴869移动。如图8D中示出，此动作允许提取板866采用错开的设置，其中所述部分863与部分865相对于彼此的移动导致这两者定位于不同平面P1、平面P2，其中各平面可平行于X-Y平面。提取板866包括非导电部：外部部分867a与外部部分867b。提取板866也包括导电部：内部部分866a与内部部分866b。提取板866还包括偏转电极862。在示出的实例中，这造成两个不同的电浆半月区，示出为电浆半月区870、电浆半月区871，其形状彼此不同。形状的不同对于产生离子束(未示出)的不同平均角度是有效的，其中在施加有提取电压时通过电浆半月区870、电浆半月区871而自电浆808提取所述离子束。亦值得注意的是，例如电浆半月区871的邻近于较低部分的电浆半月区可较垂直地定位，且产生具有与平面P2的垂直线较大的偏差的平均角度。在各种实施例中，单一处理系统可将图8A至图8D中展示的各种提取组件的移动功能合并。因此，提取系统可提供相对于提取板的偏转电极的独立部分的动作，以及提供在两个正交的方向上相对于彼此的提取板的独立部分的相对动作。
在各种额外实施例中，提取板可包括多个孔隙，其中至少一个孔隙包括偏转电极。图9描绘部分的处理装置900，其包括设置有三个孔隙的提取板910，所述三个孔隙为孔隙904、孔隙914与孔隙924。偏转电极902、偏转电极912与偏转电极922各自位于接近于孔隙904、孔隙914与孔隙924。在各种实施例中，偏转电极902、偏转电极912与偏转电极922可各自设置有允许电压的独立控制的独立电压源，所述电压为了简单起见而展示为电压V1、电压V2与电压V3。当施加提取电压至电浆与基板930之间时，这可允许提取板910自电浆908同时提取三组不同的离子束906、离子束916与离子束926，其中在不同组的离子束之间，平均角度不同(如示出)。这对于当基板在所有孔隙904、孔隙914、孔隙924下方沿着轴940在单一过程中扫瞄时将具有不同入射角的离子提供至基板930可以是有用的。值得注意的是，在各种额外的实施例中，在多孔隙提取板中，偏转电极相对于各孔隙的位置以及孔隙的宽度、与不同部分的提取板沿着Z轴方向的相对位置可以是可调整的，如图8A至图8D中所强调的。
图10描绘根据另一实施例的部分的处理装置1000，其包括设置有三个孔隙的提取板910，所述三个孔隙为孔隙904、孔隙1014与孔隙1024。如同在图9的实施例，偏转电极902与偏转电极1012各自位于接近于孔隙904、孔隙1014，除了偏转电极1012实际上位于电浆腔室(未示出)外部。通过将偏转电极1012放置在接近于孔隙1014但在电浆腔室外部处，允许了具有非常大的平均角度的离子束1016的提取，如图2B中所描述。此外，在本实施例中，没有偏转电极位于接近孔隙1024处。在此情况下，自孔隙1024提取单一离子束(离子束1026)。根据孔隙1024沿着Y方向的宽度，半月区的形状可变化。在图10示出的实例中，自电浆1008通过孔隙1024提取的离子束1026的所得离子轨迹与Z轴紧密地对齐，以便离子束1026以几乎垂直地入射来撞击基板930。通过提取板910提供的离子轨迹的组合对于处理基板的特定特征(例如凸特征1010)可为特别有用的。如图10中所示出，处理装置1000产生离子束906、离子束1016、离子束1026，当基板930沿着轴940以来回移动方式扫描时，所述离子束906、离子束1016、离子束1026撞击各个凸特征1010的侧壁1030、侧壁1050两者与水平表面1040。
本发明的范围不受本文中所描述的具体实施例限制。实际上，本领域具有通常知识者根据前述描述和附图将了解(除本文所描述的那些实施例和修改外)本发明的其他各项实施例与对本发明的修改。因此，此类其他实施例和修改意图落入本发明的范围内。此外，尽管本文已出于特定目的而在特定环境中在特定实施方案背景下描述了本发明，但本领域具有通常知识者将认识到，本发明的效用不限于此，并且本发明可有利地在许多环境中实施用于许多目的。因此，应鉴于如本文所描述的本发明的整个广度和精神来解释所陈述的权利要求范围。

Claims (16)

1.一种处理装置，包括：
电浆源，耦接至电浆腔室以在所述电浆腔室中产生电浆；
提取板，沿着所述电浆腔室的一侧配置，所述提取板具有孔隙；
偏转电极，配置为接近于所述孔隙，且当所述电浆腔室中存在所述电浆时，所述偏转电极经设置以界定一对电浆半月区，其中所述偏转电极与待处理的基板分别位于所述提取板的相对两侧；以及
偏转电极电源，相对于所述电浆而施加偏压至所述偏转电极，其中施加至所述偏转电极的第一偏压经设置以产生自所述电浆通过所述孔隙提取的离子的第一入射角，且施加至所述偏转电极的第二偏压经设置以产生自所述电浆通过所述孔隙提取的离子的第二入射角，所述第二入射角与所述第一入射角不同，
其中所述偏转电极配置于所述电浆腔室的外部。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其中当施加所述第一偏压至所述偏转电极时，所述一对电浆半月区具有第一形状，且当施加所述第二偏压至所述偏转电极时，所述一对电浆半月区具有不同于所述第一形状的第二形状。
3.根据权利要求1所述的处理装置，其中所述偏转电极经设置以在垂直于由所述提取板的平面界定的平面的方向上移动，其中在第一偏转电极位置中、距离所述平面的第一距离处，提取自所述电浆的离子具有第一角度的入射，且其中在第二偏转电极位置中、距离所述平面的第二距离处，提取自所述电浆的离子具有不同于所述第一角度的入射的第二角度的入射，其中所述第二距离大于所述第一距离。
4.根据权利要求1所述的处理装置，还包括提取板电源，经设置以独立于施加至所述偏转电极的偏压而施加提取板电压至所述提取板。
5.根据权利要求1所述的处理装置，其中当施加至所述偏转电极的偏压改变时，所述偏转电极电源与所述偏转电极互相起作用以将提取自所述一对电浆半月区中的至少一者的离子的入射角改变十度或大于十度。
6.根据权利要求1所述的处理装置，其中所述提取板包括第一部分与第二部分且界定平面，所述处理装置还包括第一提取板电源以及第二提取板电源，所述第一提取板电源经设置以将第一偏压供应至所述第一部分，所述第二提取板电源经设置以将第二偏压供应至所述第二部分。
7.根据权利要求6所述的处理装置，其中所述孔隙包括第一孔隙且所述偏转电极包括第一偏转电极，且其中所述提取板包括第三部分，所述第三部分配置为邻近于所述第二部分且所述第三部分经设置以界定其间的第二孔隙。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其中所述一对电浆半月区包括第一对电浆半月区，所述处理装置还包括第二偏转电极，所述第二偏转电极配置为邻近于所述第二孔隙且所述第二偏转电极经设置以产生接近所述第二孔隙的第二对电浆半月区。
9.根据权利要求1所述的处理装置，其中当来自所述电浆源的功率在一个电浆功率范围内变化时，所述偏转电极经设置以改变所述一对电浆半月区的半月形状，其中通过所述一对电浆半月区提取的离子的入射角以至少十度来变化。
10.一种处理装置，包括：
电浆源，耦接至电浆腔室以在所述电浆腔室中产生电浆；
提取板，沿着所述电浆腔室的一侧配置，所述提取板具有孔隙；
偏转电极，配置为接近于所述孔隙，且当所述电浆腔室中存在所述电浆时，所述偏转电极经设置以界定一对电浆半月区，其中所述偏转电极包括接近于第二偏转电极部的第一偏转电极部，且其中所述第一偏转电极部与所述第二偏转电极部各自独立在垂直于由所述提取板的平面界定的平面的方向上为可移动的；以及
偏转电极电源，相对于所述电浆而施加偏压至所述偏转电极，其中施加至所述偏转电极的第一偏压经设置以产生自所述电浆通过所述孔隙提取的离子的第一入射角，且施加至所述偏转电极的第二偏压经设置以产生自所述电浆通过所述孔隙提取的离子的第二入射角，所述第二入射角与所述第一入射角不同。
11.根据权利要求10所述的处理装置，其中当施加所述第一偏压至所述偏转电极时，所述一对电浆半月区具有第一形状，且当施加所述第二偏压至所述偏转电极时，所述一对电浆半月区具有不同于所述第一形状的第二形状。
12.根据权利要求10所述的处理装置，其中所述一对电浆半月区包括由所述第一偏转电极部产生的第一电浆半月区与由所述第二偏转电极部产生的第二电浆半月区，
其中当所述第一偏转电极部与所述第二偏转电极部配置在自所述提取板的平面的不同距离处时，所述第一电浆半月区经设置以产生具有第一离子平均角度的第一离子束，且所述第二电浆半月区经设置以产生具有第二离子平均角度的第二离子束，所述第一离子平均角度与所述第二离子平均角度不同。
13.根据权利要求10所述的处理装置，还包括提取板电源，经设置以独立于施加至所述偏转电极的偏压而施加提取板电压至所述提取板。
14.根据权利要求10所述的处理装置，其中所述提取板包括第一部分与第二部分且界定平面，所述处理装置还包括第一提取板电源以及第二提取板电源，所述第一提取板电源经设置以将第一偏压供应至所述第一部分，所述第二提取板电源经设置以将第二偏压供应至所述第二部分。
15.根据权利要求10所述的处理装置，其中当施加至所述偏转电极的偏压改变时，所述偏转电极电源与所述偏转电极互相起作用以将提取自所述一对电浆半月区中的至少一者的离子的入射角改变十度或大于十度。
16.根据权利要求10所述的处理装置，其中当来自所述电浆源的功率在一个电浆功率范围内变化时，所述偏转电极经设置以改变所述一对电浆半月区的半月形状，其中通过所述一对电浆半月区提取的离子的入射角以至少十度来变化。
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