CN109698109B - 等离子体处理系统、电子束发生器及半导体器件制造方法 - Google Patents

等离子体处理系统、电子束发生器及半导体器件制造方法 Download PDF

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Abstract

腔室具有上壳体和下壳体并接收反应气体。第一等离子体源包括电子束源，电子束源将电子束提供到上壳体中以产生上部等离子体。第二等离子体源包括孔，孔在连接上壳体和下壳体的孔内产生下部等离子体。上部等离子体的自由基、下部等离子体的自由基和下部等离子体的离子通过所述孔被提供到下壳体，使得下壳体具有离子与自由基在浓度上的预定比率的自由基和离子。第二等离子体源将腔室分成上壳体和下壳体。晶片卡盘位于下壳体中以接收晶片。

Description

等离子体处理系统、电子束发生器及半导体器件制造方法
技术领域
本发明构思涉及等离子体处理系统、电子束发生器、以及半导体器件的制造方法。
背景技术
半导体器件通过利用各种单元工艺来制造。单元工艺包括沉积工艺、光刻工艺和蚀刻工艺。沉积工艺和蚀刻工艺可以利用等离子体来执行。等离子体用于处理基板。
发明内容
根据本发明构思的一示例性实施方式，一种等离子体处理系统被提供如下。腔室具有上壳体和下壳体并接收反应气体。第一等离子体源包括电子束源，电子束源将电子束提供到上壳体中以产生上部等离子体。第二等离子体源包括孔，孔在连接上壳体和下壳体的孔内产生下部等离子体。上部等离子体的自由基、下部等离子体的自由基和下部等离子体的离子通过所述孔被提供到下壳体，使得下部壳体具有离子与自由基在浓度上的预定的比率的自由基和离子。第二等离子体源将腔室分成上壳体和下壳体。晶片卡盘位于下壳体中以接收晶片。
根据本发明构思的一示例性实施方式，一种产生多个电子束的电子束发生器被提供如下。多个电子束源设置在距电子束源的中心的第一半径处和距该中心的第二半径处，第二半径大于第一半径。产生所述多个电子束之一的所述多个电子束源的每个包括：源壳体，具有中空内部和开口并接收源气体；RF电源，从源壳体的中空内部中的源气体产生源等离子体，源等离子体包括多个电子；以及具有开孔的源电极，源电极被配置为通过源壳体的开口从源壳体的源等离子体提取所述多个电子，并使从源等离子体提取的所述多个电子加速以远离源壳体的开口行进。
根据本发明构思的一示例性实施方式，一种在晶片上制造半导体器件的方法被提供如下。利用电子束产生上部等离子体。利用RF电力产生多个下部等离子体。所述多个下部等离子体彼此间隔开。反应等离子体从上部等离子体和所述多个下部等离子体形成在晶片上。反应等离子体具有离子与自由基在浓度上的预定比率的自由基和离子。反应等离子体的形成包括将上部等离子体的自由基和所述多个下部等离子体的自由基提供到反应等离子体、将所述多个下部等离子体的离子提供到反应等离子体、以及阻止上部等离子体的离子被提供到反应等离子体。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施方式，本发明构思的这些和另外的特征将变得更为明显，附图中：
图1是示意性地示出根据本发明构思的一示例性实施方式的等离子体处理系统的图；
图2至6是示出根据本发明构思的图1的示例性电子束源的图；
图7和8是示出根据本发明构思的图1的示例性约束电极的俯视图；
图9和10是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的等离子体处理系统的图；
图11是示出根据本发明构思的图9的一示例性磁线圈的俯视图；
图12和13是显示根据本发明构思的一示例性实施方式的由图9和10的挡板的旋转引起的阴极孔的打开状态的变化的俯视图；
图14是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的制造半导体器件的方法的流程图；以及
图15是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的包括图1的等离子体处理系统的半导体制造系统的图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明构思的示例性实施方式。然而，本发明构思可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于这里陈述的实施方式。在附图中，为了清楚，元件的厚度、元件的尺寸和元件所在的区域可以被夸大。在整个说明书和附图中，同样的附图标记可以指同样的元件。
图1是示意性地示出根据本发明构思的一示例性实施方式的等离子体处理系统100的图。
参照图1，等离子体处理系统100可以利用电子束产生等离子体。等离子体处理系统100可以包括腔室10、气体供应部20、静电卡盘30、中空阴极40、电子束源50和约束电极60。基板W可以设置在腔室10中。气体供应部20可以将反应气体22供应到腔室10中。基板W可以装载在静电卡盘30上。基板W可以是晶片。中空阴极40可以产生在中空阴极40内的下部等离子体104。在一些实施方式中，下部等离子体104的物理性质(例如能量或强度)可以被改变，以控制反应等离子体106中从反应气体22产生的离子与自由基在浓度上的比率。电子束源50可以提供指向中空阴极40的电子束52，从而从反应气体22产生上部等离子体102。约束电极60可以将电子束52集中在上部等离子体102中，使得电子束52可以被引向中空阴极40。在没有约束电极60的情况下，电子束52的电子可以朝向腔室10的壁四散开。约束电极60可以用于将四散开的电子朝向中空阴极40引导或指引，使得电子束52可以具有与反应气体22更多的碰撞。在下文中，下面将更详细地描述上部等离子体102和下部等离子体104。
腔室10可以为基板W提供隔离空间。腔室10可以构造为具有约10-3托的压力。腔室10可以包括下壳体10-LH和上壳体10-UH。如果下壳体10-LH与上壳体10-UH分离，则基板W可以通过机械臂(未示出)装载在静电卡盘30上。此后，上壳体10-UH和下壳体10-LH可以彼此结合以密封腔室10。
气体供应部20可以连接到腔室10。气体供应部20可以将反应气体22供应到腔室10的位于中空阴极40上的区域中。例如，反应气体22可以通过上壳体10-UH被提供到上壳体10-UH和中空阴极40中。反应气体22可以包含蚀刻气体(例如NF3、CF4、HBr、HCl、CCl4、SF6、HF、CH3或CH4)、惰性气体(例如Ar或He)、或吹扫气体(例如N2)。在某些实施方式中，反应气体22可以包含沉积气体(例如SiH4或NH3)。
静电卡盘30可以放置在腔室10的下壳体10-LH中。静电卡盘30可以利用静电力保持住基板W。虽然未示出，但是静电卡盘30可以联接到等离子体电源，使得进入形成在基板W上的护套的离子朝向基板W加速。例如，等离子体电源可以包括直流(DC)电力或RF电力。
中空阴极40可以设置在静电卡盘30与电子束源50之间。中空阴极40可以平行于静电卡盘30和基板W。中空阴极40可以包括电介质板42和电极44。在一示例性实施方式中，电介质板42可以由包括诸如Al2O3的陶瓷的绝缘材料形成。电介质板42可以是盘状物。电介质板42可以具有阴极孔41。在一示例性实施方式中，阴极孔41的直径可以范围从约10μm到约2mm。阴极孔41可以允许反应气体22被供应到基板W上。例如，每个阴极孔41可以具有范围从约10μm到约2mm的直径。电极44可以提供在电介质板42中。在一些实施方式中，电极44可以包括下电极43和上电极45。下部等离子体104可以利用供应到电极44的RF电力从阴极孔41中的反应气体22产生。第一供电单元32可以通过下电极43和上电极45向限制在阴极孔41内的反应气体22提供RF电力。下电极43可以用接地偏置，上电极45可以联接到第一供电单元32。RF电力可以具有范围从约1KHz到约100MHz的频率。下部等离子体104的能量可取决于RF电力的强度。如果下部等离子体104的能量增大，则在阴极孔41内产生的反应气体22的自由基(例如F、N、H、Br、Cl或C)的浓度可以降低，并且在阴极孔41内产生的反应气体22的离子(例如F+、NF2+、NF2+、H+、Br+、Cl+或C+)的浓度可以增大。随着离子相比于自由基在浓度上的比率增大，由离子和自由基引起的蚀刻可以具有更多的方向性，因而基板W的蚀刻深度可以增加。对于沉积，将要沉积在基板W上的薄膜的沉积速率可以取决于离子与自由基在浓度上的比率。
电子束源50可以布置在腔室10上。例如，电子束源50可以分别提供在腔室10的上部口12中。电子束源50可以在平行于电介质板42的方向上布置。电子束源50可以在垂直于电介质板42和静电卡盘30的方向上提供电子束52。电子束52可以被指向在与阴极孔41相同的方向上。电子束52可以从电介质板42上的反应气体22产生上部等离子体102。上部等离子体102的能量可以取决于电子束52的能量强度。
腔室10可以被中空阴极40分成上壳体10-UH和下壳体10-LH。上壳体10-UH可以包含上部等离子体102，上部等离子体102具有第一离子浓度的离子和第一自由基浓度的自由基。上部等离子体102可以从供应到上壳体10-UH中的反应气体22产生。中空阴极40可以在阴极孔41中包含下部等离子体104，下部等离子体104具有第二离子浓度的离子和第二自由基浓度的自由基。下部等离子体104可以从通过上壳体10-UH供应到阴极孔41中的反应气体22产生。下壳体10-UH可以包含来自中空阴极40的阴极孔41的离子和来自阴极孔41的自由基。来自阴极孔41的离子可以源自下部等离子体104。由于通过第一供电单元32而形成在中空阴极40上的DC偏压，上部等离子体102的离子可以被排斥回到上部等离子体102中。换言之，形成在中空阴极40上的DC偏压可以阻挡上部等离子体102的离子被提供到下壳体10-LH。上部等离子体的自由基可以穿过阴极孔41。下部等离子体104的离子和下部等离子体104的自由基可以被提供到下壳体10-LH中。因此，下壳体10-LH可以包含源自上部等离子体102和下部等离子体104两者的自由基以及仅源自下部等离子体104的离子。下壳体10-LH中的自由基浓度可以由上部等离子体102的第一自由基浓度和反应等离子体106的第二自由基浓度确定。下壳体10-LH中的离子浓度可以仅由下部等离子体104的第二离子浓度确定。上部等离子体102的一些离子可以具有足以克服通过第一供电单元32而形成在中空阴极40上的DC偏压的动能，使得它们可以穿过阴极孔41以被提供到下壳体10-LH中。然而，与下部等离子体104的第二离子浓度相比，上部等离子体102的具有如此高动能的离子的量可非常小，使得它在将下壳体10-LH的离子与自由基在浓度上的比率控制为下壳体10-LH中离子与自由基的预定比率方面可以被忽略。
下壳体10-LH可以包含反应等离子体106，反应等离子体106具有仅由下部等离子体104的第二离子浓度确定的第三离子浓度的离子、以及由上部等离子体102的第一自由基浓度和下部等离子体104的第二自由基浓度确定的第三自由基浓度的自由基。反应等离子体106的第三离子浓度也可以由阴极孔41的数量或每个阴极孔41的宽度确定。反应等离子体106的第三自由基浓度也可以由阴极孔41的数量或每个阴极孔41的宽度确定。在一示例性实施方式中，反应等离子体106中离子与自由基的比率可以由可在阴极孔41中产生下部等离子体104的第一供电单元32的RF电力控制。例如，第一供电单元32的RF电力可以被控制，使得反应等离子体106可以具有反应等离子体106中离子与自由基的预定比率。
第一等离子体源可以包括电子束源50。中空阴极40和第一供电单元32可以被称为第二等离子体源。第一供电单元32可以被称为第一RF电源。阴极孔41可以被称为多个孔。
在一示例性实施方式中，第一供电单元32(或第一RF电源)可以联接到上电极45，并且接地电压可以联接到下电极43，使得电介质板42具有正的DC偏压以阻止上部等离子体102的离子通过阴极孔41被提供到下壳体10-LH中。换言之，反应等离子体106不需要包括上部等离子体102的离子。
在一示例性实施方式中，第一供电单元32可以提供其频率范围从约1KHz到约100MHz的RF电力。
在一示例性实施方式中，静电卡盘30可以具有与电子束发生器的中心垂直对准的中心CNT，该电子束发生器包括具有多个第一电子束源50A和多个第二电子束源50B的电子束源50。第一电子束源50A可以位于晶片W的周界内；第二电子束源50B可以交叠晶片W的周界。本发明构思不限于此。例如，第二电子束源50B可以位于晶片W的周界外侧。
图2示出根据本发明构思的图1的一示例性电子束源。
参照图2，电子束源50a可以包括RF供电单元51、源壳体54、第一栅格电极56和第二栅格电极57。源壳体54可以限定中空内部并且可以具有开口54-O。RF供电单元51可以被配置为向源壳体54提供源RF电力。源RF电力可以具有范围从约1KHz到约1MHz的频率。源RF电力可以在源壳体54中产生具有来自第一源气体92和第二源气体94的电子e-的源等离子体96。第一源气体92可以包括氦气(He)。第二源气体94可以包括氩气(Ar)。源壳体54可以具有竖直分隔壁55，竖直分隔壁55从源壳体54的内表面朝向源壳体54的开口54-O竖直地竖立。竖直分隔壁55可以在横向方向上将源壳体54的内部空间分成第一分割内部空间54-1和第二分割内部空间54-2。第一源气体92可以提供在第一分割内部空间54-1中。第二源气体94可以提供在第二分割内部空间54-2中。第一栅格电极56可以提供在源壳体54下方。第二栅格电极57可以提供在第一栅格电极56下方。第一栅格电极56可以插置在源壳体54与第二栅格电极57之间。第一栅格电极56可以用正电压偏置，使得第一栅格电极56可以用于通过开口54-O从源壳体54的中空内部中的源等离子体96提取电子e-。第二栅格电极57可以用负电压偏置，使得第二栅格电极57可以加速从源壳体54的中空内部穿过第一栅格电极56的第一开孔56-A提取的电子e-，以形成电子束52。电子束52可以通过第二栅格电极57的第二开孔57-A被提供到图1的腔室10中。第一栅格电极56可以被称为第一源电极，第二栅格电极57可以被称为第二源电极。RF供电单元51可以被称为第二RF电源。
在一示例性实施方式中，源壳体54的开口54-O、第一栅格电极56的第一开孔56-A和第二栅格电极57的第二开孔57-A可以沿着电子束52的行进方向对准，使得电子束52的电子可以从源壳体54的中空内部中的源等离子体96传到腔室10的上壳体10-UH。
在一示例性实施方式中，第一源电极可以用负电压偏置，以通过源壳体54的开口54-O从源壳体54的中空内部中的源等离子体96提取电子，并且第二源电极可以用正电压偏置，以加速穿过第一栅格电极的第一开孔56-A的电子，从而通过第二开孔57-A将电子束输出到腔室10的上壳体10-UH。
在一示例性实施方式中，源电极可以包括具有第一开孔56-A的第一栅格电极56和具有第二开孔57-A的第二栅格电极57。
图3示出根据本发明构思的图1的一示例性电子束源。
参照图3，电子束源50b可以包括具有水平分隔壁58的源壳体54。RF供电单元51、第一栅格电极56和第二栅格电极57可以被配置为具有与参照图2描述的在先示例的特征相同的特征。水平分隔壁58可以在竖直方向上将源壳体54的内部空间分成第一分割内部空间54-1'和第二分割内部空间54-2'。第一分割内部空间54-1'可以是源壳体54的上部区域。第二分割内部空间54-2'可以是源壳体54的下部区域。第一源气体92可以被提供到第一分割内部空间54-1'中。第二源气体94可以被提供到第二分割内部空间54-2'中。水平分隔壁58可以具有分隔壁孔58a。如果第一源气体92穿过分隔壁孔58a，则它可以与第二分割内部空间54-2'中的第二源气体94混合。源RF电力可以产生具有来自第一源气体92和第二源气体94的电子e-的源等离子体96。
在一示例性实施方式中，水平分隔壁58可以具有分隔壁孔58a。分隔壁可以水平地设置在源壳体54的中空内部中使得分隔壁孔58a面对源壳体54的开口54-O。
图4示出根据本发明构思的图1的一示例性电子束源。
参照图4，除了参照图2或3描述的第一栅格电极56和第二栅格电极57之外，电子束源50c还可以包括第三栅格电极59。RF供电单元51、第一栅格电极56和第二栅格电极57可以被配置为具有与参照图2或图3描述的在先示例的特征相同的特征。第三栅格电极59可以提供在第二栅格电极57下方，并且可以用于进一步加速电子束52。电子束52的速度可以由第三栅格电极59中的加速电压的大小确定。虽然未示出，但是电子束源50c还可以包括第四至第n栅格电极。如图2或3所示，源壳体54可以提供在第一栅格电极56上。具有电子e-的源等离子体96可以在源壳体54b中产生。与图2或3不同，源壳体54不需要具有竖直地或横向地分割源壳体54的分隔部。
图5示出根据本发明构思的图1的一示例性电子束源。
参照图5，电子束源50d可以包括块电极57a，块电极57a包括第一子电极57a-1和第二子电极57a-2。RF供电单元51、源壳体54和第一栅格电极56可以被配置为具有与参照图2至4描述的在先示例的特征相同的特征。块电极57a可以提供在第一栅格电极56下方。块电极57a可以提供在图2的第二栅格电极57的位置处，并且可以彼此分开。块电极57a可以称为第二栅格电极或第二源电极。块电极57a可以被单独偏置。例如，第二子电极57a-2可以接地，并且第一子电极57a-1可以用正电压偏置。块电极57a可以被配置为使电子束52偏转。
图6示出根据本发明构思的图1的示例性电子束源。
参照图6，电子束源50e可以包括源线圈80。RF供电单元51、源壳体54、第一栅格电极56和第二栅格电极57可以被配置为具有与参照图2至4描述的在先示例的特征相同的特征。源线圈80可以提供在源壳体54的外周表面上。源线圈80可以将电子e-与源壳体54中的源等离子体96分离。
返回参照图1，约束电极60可以提供在腔室10的内侧表面上并且在电子束源50与中空阴极40之间。电压供应单元34可以将偏置电压V施加到约束电极60。偏置电压V可以电控制与约束电极60相邻的上部等离子体102或电子束52。偏置电压V可以是DC电压。偏置电压V可以范围从约-1V到约1KV。如果偏置电压V为负，则与腔室10的内侧表面相邻的电子束52可以在远离约束电极60的方向上偏转。如果偏置电压V为正，则上部等离子体102可以远离约束电极60移动并且电子束52可以在朝向约束电极60的方向上偏转。
图7示出根据本发明构思的图1的一示例性约束电极60。
参照图1和7，约束电极60可以是沿腔室10的内侧表面延伸的环形结构。约束电极60可以具有圆形、矩形或环形剖面。当在俯视图中观察时，电子束源50可以提供在约束电极60内。约束电极60可以用于利用偏置电压V将电子束52集中在腔室10或中空阴极40的中心区域14内。通过施加到约束电极60的偏置电压V，在腔室10的边缘区域16附近的电子束52可以朝向中心区域14偏转。
参照图1和7，电子束源50可以包括多个第一电子束源50A和多个第二电子束源50B。如果放置在静电卡盘30上，则第一电子束源50A可以设置在晶片W的周界W-PM内。静电卡盘30可以被称为晶片卡盘。如果放置在静电卡盘30上，则第二电子束源50B可以交叠晶片W的周界W-PM，或者，如果放置在静电卡盘30上，则第二电子束源50B可以设置在晶片W的周界W-PM外侧。第一电子束源50A的数量可以小于第二电子束源50B的数量。第一电子束源50A从静电卡盘30的中心CNT(或晶片卡盘的中心)起等距地定位。
在一示例性实施方式中，电子束发生器可以包括设置在离电子束发生器的中心第一半径r1处、以及离电子束发生器的中心第二半径r2处的电子束源50，第二半径r2大于第一半径r1。电子束发生器的中心可以与晶片卡盘的中心CNT重合。具有同心布置的第一电子束源50A和第二电子束源50B的电子束源50可以被称为电子束发生器。第一电子束源50A和第二电子束源50B可以围绕晶片卡盘30的中心CNT或电子束发生器的中心同心地布置。
图8示出根据本发明构思的图1的一示例性约束电极60。
参照图1和8，约束电极60a可以包括多个电极区段62。电极区段62可以沿着腔室10的内侧表面布置以形成圆形形状。例如，如图8所示，约束电极60a可以包括八个电极区段62。每个电极区段62可以具有约45°的方位角θ。电极区段62可以连接到电压供应单元34。电压供应单元34可以独立地将偏置电压V供应到每个电极区段62。电子束52每个可以在至少一个电极区段62中被单独控制。每个电极区段可以以方位角θ为单位分开。
图9和10示出根据本发明构思的一示例性实施方式的等离子体处理系统。
参照图9，等离子体处理系统100a可以包括磁线圈70和中空阴极40'中的挡板46。腔室10、气体供应部20、静电卡盘30、电子束源50和约束电极60可以被构造为具有与参照图1至7描述的在先示例的特征相同的特征。
磁线圈70可以在腔室10中产生电磁场78。电磁场78可以使电子束52偏转。例如，电磁场78可以将上部等离子体102从腔室10的边缘区域16朝向中心区域14集中，或者将上部等离子体102从腔室10的中心区域14朝向边缘区域16分散(也见图7)。电磁场78还可以防止电子束52穿过阴极孔41。在电子束52穿过阴极孔41的情况下，基板W会被上部等离子体102损伤。
图11示出根据本发明构思的图9的示例性磁线圈70。
参照图9至11，磁线圈70可以包括内线圈72和外线圈74。
内线圈72可以提供在约束电极60中。当在俯视图中观察时，内线圈72可以被提供为具有圆形形状。此外，内线圈72可以限定腔室10的中心区域14和边缘区域16。例如，中心区域14可以被限定为内线圈72的内部区域，而边缘区域16可以被限定为内线圈72的外部区域。
内线圈72可以由提供在腔室10中的支撑件18支撑。支撑件18可以是从腔室10的位于电子束源50之间的上部内表面朝向约束电极60的内部空间延伸的结构。内线圈72可以不同地控制腔室10的中心区域14处和腔室10的边缘区域16处的电子束52的强度。
内线圈72可以感应内部磁场76和内部电场77。可以沿内线圈72或以圆形形状感应内部磁场76。可以在内线圈72的卷绕方向上感应内部电场77。内部磁场76和内部电场77的方向或强度可以由约束电极60的偏置电压V控制。例如，在偏置电压V为负的情况下，可以在逆时针方向上感应内部磁场76。具有负值的偏置电压V可以将电子束52朝向腔室10或中空阴极40'的中心区域14集中。电子束52的速度可以在边缘区域16处比在中心区域14处更低。腔室10中的内部磁场76的强度可能变得不均匀。内线圈72可以沿逆时针方向感应内部磁场76，这可以允许电子束52在腔室10或中空阴极40'的中心区域14和边缘区域16处具有均匀的强度。在内线圈72沿逆时针方向感应内部磁场76的情况下，内线圈72中的电子束52可以通过内部电场77减速。内线圈72外部的电子束52可以通过内部电场77加速。因此，可以改善腔室10中的电子束52的强度均匀性。然而，本发明构思不限于此。在偏置电压V为正的情况下，可以沿顺时针方向感应内部磁场76。
外线圈74可以提供在腔室10外部。例如，外线圈74可以提供在腔室10的侧部口11中。外线圈74可以在腔室10中提供外部磁场79。外部磁场79可以提供在与电子束52的传播方向垂直的方向上。如果电子束52的传播方向垂直于电介质板42的上表面，则外部磁场79可以被提供在与电介质板42的上表面平行的方向上。外部磁场79可以使电子束52偏转。外部磁场79可以防止电子束52入射在阴极孔41上。外线圈74的数量可以与电子束源50的数量相同。例如，可以提供十二个电子束源50和十二个外线圈74。虽然未示出，但是外部磁场79可以被提供为以一对一的方式与电子束52相对应。外线圈74可以配置为允许外部磁场79单独地瞄准电子束52。
参照图1和图7至11，约束电极60可以在腔室10的上壳体10-UH中，以施加从电压供应单元34供应的偏置电压V，从而控制电子束52的偏转方向。
在一示例性实施方式中，约束电极60a可以包括电极区段62。约束电极60a的电极区段62可以用偏置电压V独立地偏置，以控制电子束52的偏转方向。
在一示例性实施方式中，内线圈72可以设置在腔室10的上壳体10-UH中以产生内部磁场76。
在一示例性实施方式中，内线圈72和约束电极60可以位于距离静电卡盘30的上表面基本相同的高度处。
在一示例性实施方式中，施加到约束电极60的偏置电压V可以控制内部磁场的强度或方向。在一示例性实施方式中，电子束源50可以包括与内线圈72的内部区域交叠的第一电子束源50A、以及与内线圈72的外部区域交叠的第二电子束源50B。
外线圈74可以附接到腔室10，以在与电子束52的行进方向交叉的方向上向上部等离子体102提供外部磁场79。参照图9和10，中空阴极40'可以包括挡板46。中空阴极40'的电介质板42a可以包括在下电极43与上电极45之间的间隙38。挡板46可以提供在间隙38中。电介质板42a可以包括围绕上电极45的上板42a-UP、围绕下电极43的下板42a-LP、以及连接上板42a-UP的一端和下板42a-LP的一端的连接板42a-CP。上板42a-UP、下板42a-LP和连接板42a-CP可以限定电介质板42a的间隙38以接收挡板46。
然而，本发明构思不限于此。例如，可以省略连接板42a-CP，使得电介质板42a可以仅包括下板和上板，并且挡板46可以提供在电介质板42a的下板与上板之间。
图12和13是显示根据本发明构思的一示例性实施方式的当图9和10的挡板46旋转时发生的电介质板42a的阴极孔41的打开状态的变化的俯视图。
参照图9、10、12和13，挡板46可以被构造为在间隙38中移动或旋转。在一些实施方式中，挡板46可以具有挡板孔47。挡板孔47可以与阴极孔41对准。挡板孔47可以具有与阴极孔41的直径基本相同的直径。
参照图9和12，如果阴极孔41与挡板孔47对准，则阴极孔41和挡板孔47中可以产生下部等离子体104。在一些实施方式中，下部等离子体104的物理性质(例如能量或强度)可以被改变，以控制反应等离子体106中从反应气体22产生的离子与自由基的比率。如果下部等离子体104的强度增大，则反应等离子体106中离子的数量或密度可以大于自由基的数量或密度。离子与自由基的比率可以增大。如果下部等离子体104的强度降低，则反应等离子体106中离子的数量或密度可以小于自由基的数量或密度。离子与自由基的比率可以降低。
参照图10和13，挡板46可以在间隙38中旋转，从而关闭阴极孔41。挡板孔47和阴极孔41可以相对于彼此偏心。在这种情况下，挡板46可以切断反应气体22。图9的下部等离子体104可以被去除。
等离子体处理系统可以在如下所述的制造半导体器件的工艺中使用。
图14是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的制造半导体器件的方法的流程图。
参照图14，制造半导体器件的方法可以包括供应反应气体22(在S10中)、引发上部等离子体102(在S20中)、将挡板孔47与阴极孔41对准(在S30中)、以及引发下部等离子体104(在S40中)。
参照图1、9和14，如果基板W装载在静电卡盘30上，则气体供应部20中的反应气体22可以被供应到腔室10的位于中空阴极40上的上壳体10-UH中(在S10中)。反应气体22可以是或者可以包括蚀刻气体、沉积气体、惰性气体或吹扫气体。
此后，来自电子束源50的电子束52可以产生上部等离子体102(在S20中)。在一示例性实施方式中，上部等离子体102的产生(在S20中)可以包括提供电子束52(在S22中)、集中电子束52(在S24中)、提供内部磁场76(在S26中)、以及提供外部磁场79(在S28中)。
电子束源50可以在垂直于中空阴极40的方向上提供电子束52(在S22中)。电子束52可以从反应气体22产生上部等离子体102。
约束电极60可以利用偏置电压V将电子束52集中在腔室10或中空阴极40的中心区域14内(在S24中)。例如，基板W可以提供在腔室10或中空阴极40的中心区域14中。如果偏置电压V为负，则电子束52可以被集中在中心区域14附近。相反，如果偏置电压V为正，则电子束52可以被集中在腔室10或中空阴极40的边缘区域16附近。
内线圈72可以在电子束52上施加内部磁场76，以均匀地控制电子束52的强度(在S26中)。内部磁场76可以引起腔室10或中空阴极40的边缘区域16处和中心区域14处的电子束52的强度差异。电子束52可以在边缘区域16处加速，并且可以在中心区域14处减速。
外线圈74可以在电子束52上施加外部磁场79，以防止电子束52穿过阴极孔41(在S28中)。外部磁场79可以被提供在平行于中空阴极40的电介质板42a的方向上。外部磁场79可以以一对一的方式被提供为与阴极孔41相对应。外部磁场79可以用于使阴极孔41上的电子束52偏转。电子束52可以通过外部磁场79偏转。相比之下，电子束52可以通过外部磁场79在阴极孔41中被消除。
接着，挡板46的挡板孔47可以通过控制器(未示出)或操作装置与阴极孔41对准(在S30中)。阴极孔41和挡板孔47中的反应气体22可以提供在阴极孔41和挡板孔47中。
RF电力可以通过上电极45被施加到反应气体22，从而在挡板孔47和阴极孔41中产生下部等离子体104(在S40中)。接地电压可以被供应到下电极43。下部等离子体104的强度可以取决于RF电力。
当对基板W执行蚀刻工艺时，图1的反应等离子体106中从反应气体22产生的离子与自由基的比率可以取决于RF电力而改变。反应气体22的离子可以用于增大基板W的蚀刻速率。然而，反应气体22的离子可导致基板W的损伤。因此，为了抑制或防止基板W的这种损伤，RF电力可以由控制器(未示出)或第一供电单元32控制。反应等离子体可以被供应到晶片以对晶片执行蚀刻工艺。
在一示例性实施方式中，例如，由蚀刻工艺引起的晶片的蚀刻轮廓可以取决于图1的反应等离子体106的离子与自由基的预定比率。如果反应等离子体的离子与自由基的预定比率增大，则蚀刻工艺可以使晶片的蚀刻轮廓更加各向异性；如果反应等离子体106的离子与自由基的预定比率减小，则蚀刻工艺可以使晶片的蚀刻轮廓更加各向同性。
图15是示出根据本发明构思的一示例性实施方式的包括图1的等离子体处理系统100的半导体制造系统300的图。
参照图15，半导体制造系统300可以包括光刻系统200和等离子体处理系统100。光刻系统200可以被配置为在基板W上形成抗蚀剂图案(未示出)。光刻系统200可以包括例如旋涂机、烘焙机、扫描仪和显影仪。等离子体处理系统100可以蚀刻基板W的由抗蚀剂图案暴露的部分。在一示例性实施方式中，在使用光刻系统200的光刻工艺之前，等离子体处理系统100可以在基板W上沉积薄膜。
根据本发明构思的一示例性实施方式，等离子体处理系统可以从反应气体引发上部等离子体和下部等离子体。上部等离子体可以由电子束引发。下部等离子体的物理性质(例如能量或强度)可以被改变，以控制由远离上部等离子体和下部等离子体形成的反应等离子体中的反应气体产生的离子与自由基的比率。
虽然已经参照本发明构思的示例性实施方式显示并描述了本发明构思，但是对本领域普通技术人员将明显的是，可以在其中进行形式和细节上的各种改变而不背离如由所附权利要求限定的本发明构思的精神和范围。
本申请要求享有于2017年10月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0137423号以及于2018年1月12日向美国知识产权局提交的美国专利申请第15/870,800号的优先权，其公开通过引用全文合并于此。

Claims (25)

1.一种等离子体处理系统，包括：
腔室，具有上壳体和下壳体并且接收反应气体；
第一等离子体源，包括多个电子束源，所述多个电子束源将多个电子束提供到所述腔室的所述上壳体中，以从所述反应气体产生上部等离子体；
第二等离子体源，包括多个孔，所述多个孔构造为从连接所述上壳体和所述下壳体的所述多个孔内的反应气体产生下部等离子体，
其中所述上部等离子体的自由基、所述下部等离子体的自由基和所述下部等离子体的离子通过所述多个孔被提供到所述下壳体，使得所述下壳体具有所述下壳体的离子与所述下壳体的自由基在浓度上的预定比率的自由基和离子，并且
其中所述第二等离子体源将所述腔室分成所述上壳体和所述下壳体；以及
晶片卡盘，位于所述下壳体中以接收晶片。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，
其中所述第二等离子体源被配置为阻止所述上部等离子体的离子通过所述多个孔被提供到所述下壳体中。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，
其中所述第二等离子体源还包括第一RF电源，所述第一RF电源向所述多个孔内的反应气体提供RF电力，以调节所述下壳体的离子与所述下壳体的自由基的所述预定比率。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理系统，
其中所述第二等离子体源还包括上电极、下电极、以及围绕所述上电极和所述下电极的电介质板，
其中所述第一RF电源联接到所述上电极并且接地电压联接到所述下电极，使得所述电介质板具有正的DC偏压以阻止所述上部等离子体的离子通过所述多个孔被提供到所述下壳体中。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理系统，
其中所述第二等离子体源的所述电介质板由绝缘材料形成。
6.根据权利要求4所述的等离子体处理系统，还包括：
挡板，插置在所述上电极与所述下电极之间，
其中所述挡板包括多个挡板孔，以及
其中所述挡板被构造为旋转，使得所述多个挡板孔与所述多个孔对准，从而所述上部等离子体的自由基通过所述多个孔被提供到所述下壳体。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理系统，
其中所述电介质板包括围绕所述上电极的上板、围绕所述下电极的下板、以及连接所述上板的一端和所述下板的一端的连接板，以及
其中所述上板、所述下板和所述连接板限定所述电介质板的间隙以接收所述挡板。
8.根据权利要求3所述的等离子体处理系统，
其中所述第一RF电源提供其频率范围从1KHz到100MHz的RF电力。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，
其中所述多个电子束源包括多个第一电子束源和多个第二电子束源，
其中，如果放置在所述晶片卡盘上，则所述多个第一电子束源设置在所述晶片的周界内，以及
其中，如果放置在所述晶片卡盘上，则所述多个第二电子束源交叠所述晶片的所述周界，或者，如果放置在所述晶片卡盘上，则所述多个第二电子束源设置在所述晶片的所述周界外侧。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，
其中所述多个第一电子束源的数量小于所述多个第二电子束源的数量。
11.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，
其中所述多个第一电子束源从所述晶片卡盘的中心起等距地定位。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，
其中所述多个电子束源的每个包括：
源壳体，具有中空内部和开口并且接收源气体；
第二RF电源，在所述源壳体的所述中空内部产生源等离子体，所述源等离子体具有多个电子；以及
源电极，具有开孔，所述开孔允许所述多个电子从所述源壳体的所述中空内部中的所述源等离子体传到所述腔室的所述上壳体。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，
其中所述多个电子束源的每个还包括：
源线圈，附接到所述源壳体的外周表面。
14.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，
其中所述多个电子束源的每个包括：
分隔壁，设置在所述腔室的所述中空内部中并且朝向所述源壳体的所述开口竖直地竖立。
15.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，
其中所述多个电子束源的每个包括：
具有分隔壁孔的分隔壁，所述分隔壁在所述源壳体的所述中空内部中水平地设置，并且
其中所述分隔壁的所述分隔壁孔面对所述源壳体的所述开口。
16.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，
其中所述源电极包括具有第一开孔的第一源电极和具有第二开孔的第二源电极，
其中所述第一源电极设置在所述源壳体与所述第二源电极之间，
其中所述壳体的所述开口、所述第一源电极的所述第一开孔和所述第二源电极的所述第二开孔对准，以使所述源等离子体的所述多个电子从所述源壳体的所述中空内部中的所述源等离子体传到所述腔室的所述上壳体。
17.根据权利要求16所述的等离子体处理系统，
其中所述第一源电极用负电压偏置，以通过所述源壳体的所述开口从所述源壳体的所述源等离子体提取所述多个电子，以及
其中所述第二源电极用正电压偏置，以加速穿过所述第一源电极的所述第一开孔的所述多个电子，使得所述多个电子束中的一个通过所述第二源电极的所述第二开孔被提供到所述腔室的所述上壳体。
18.根据权利要求16所述的等离子体处理系统，
其中所述第二源电极比所述第一源电极厚，以及
其中所述第二源电极包括用正电压偏置的第一子电极和用接地电压偏置的第二子电极，以及
其中所述第一子电极和所述第二子电极彼此分开。
19.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，
其中所述多个孔的每个具有范围从10μm到2mm的直径。
20.根据权利要求1所述的等离子体处理系统，还包括：
约束电极，在所述腔室的所述上壳体中，
其中偏置电压被供应到所述约束电极，以控制所述多个电子束的每个的偏转方向。
21.根据权利要求20所述的等离子体处理系统，
其中所述约束电极成圆形，以及
其中所述约束电极包括多个电极区段。
22.根据权利要求21所述的等离子体处理系统，
其中所述偏置电压被独立地供应到所述约束电极的所述多个电极区段，以独立地控制所述多个电子束的每个的偏转方向。
23.根据权利要求20所述的等离子体处理系统，还包括：
内线圈，设置在所述腔室的所述上壳体中以产生内部磁场，
其中所述内线圈和所述约束电极位于距离所述晶片卡盘的上表面基本相同的高度处。
24.根据权利要求23所述的等离子体处理系统，
其中施加到所述约束电极的所述偏置电压控制所述内部磁场的强度或方向。
25.根据权利要求23所述的等离子体处理系统，
其中所述多个电子束源包括设置在所述内线圈的内部区域内的多个第一电子束源以及设置在所述内线圈的外部区域内的多个第二电子束源。
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