CN1509131A - 电磁感应加速器 - Google Patents

Abstract

一种电磁感应加速器，所述电磁感应加速器包括：内部和外部环圈感应体，所述感应体相互间隔一预定间隔，并且其内侧和外侧同轴且平行布置，以便沿轴向感生感应磁场；槽道，该槽道在内部和外部环圈感应体之间包括与内部和外部环圈感应体接触的电介质层，并且由电介质层之间的磁场感生二次电流到该槽道中；以及放电线圈，该线圈将脉冲能量供送到槽道中，并产生等离子体。

Description

电磁感应加速器

技术领域

本发明涉及一种等离子体加速器，尤其是一种电磁感应等离子体加速器。

背景技术

随着对高速微处理器和高记录密度存储器的需求增加，现已开发出了用于减小门电介质厚度和逻辑器件横向尺寸的技术，从而可以在一个半导体芯片上安装多个器件。即，已对将晶体管的门长度减少到0.5nm或更小、将金属化水平增加到6或更大的技术进行了集中研究。为了实施这一技术，在半导体芯片的制造过程中需要高性能的蚀刻技术和图案转移技术。因此，使用等离子体加速器的蚀刻技术变得更加重要。

图1是剖开的透视图，示意性示出了在美国专利No.5847593中公开的“孔效应等离子体加速器”的结构。参照图1，上述等离子体加速器包括：环形槽道22，该槽道具有闭合的上端部和敞开的下端部；内部和外部环形线圈16、17、18、18’和19，这些线圈与槽道22同轴并平行于槽道22的内侧面和外侧面，形成了带有物理上和磁性上分开的磁极的磁场；环形阳极24，该阳极与气体供给管25连接，并且使气体离子化；及阴极27，该阴极设置在槽道22的下端部处的磁极上，与气体供给线29连接，并且输送电子。

外部线圈17、18、18’和19划分成围绕槽道22的外侧的上部线圈17和具有分开区段的下部线圈18、18’和19，所述分开的区段围绕着槽道22的开口。上部线圈17和内部线圈16由电介质层23隔开，并且上部的磁场被屏蔽。因此，穿过槽道22的空间部分20的部分磁场只在开口22A中感生。在设置有下部线圈18、18’和19的部分中形成的磁场局部地捕捉电子。结果，只有正离子被加速，但是电中性的等离子体不能被由阳极24和阴极27形成的电场加速。而且，在上述现有技术中，电子在其上有离子沉积的基底的表面上累积，因此发生例如电荷短路的损耗，并且在细小图案中产生凹口，从而使蚀刻轮廓不均匀。

图2是横截面图，示意性示出“同轴等离子体加速器”的结构，该同轴等离子体加速器在“电气和电子工程师协会会刊”等离子科学1994年卷22第6期1015页J.T.Scheuer等人的文章中有描述。参照图2，所述同轴等离子体加速器包括：环形槽道50，具有封闭的上端部和敞开的下端部，在该处，当气体被排放时产生的等离子体被加速；圆筒形阴极54，设置在槽道50的内侧；圆筒形阳极52，与阴极54间隔一预定的间隙，并且平行于槽道50的开口的外侧、与该开口的外侧同轴设置；控制线圈64，用于控制在槽道50中的等离子体；阴极线圈56，设置在阴极54的内侧；阳极线圈66，设置在阳极52的外侧；以及磁感应器，该磁感应器利用流过阴极和阳极线圈54和56的电流在槽道50的开口感生磁场。

在上述现有技术中，安装有槽道50，在该槽道50的内壁和外壁处设置有阳极52和阴极54，并且控制线圈64设置在槽道50的外侧。这样，在加速器中形成了横跨槽道50的电流，并且利用电流，磁场沿围绕阴极54的径向感生。所述加速器是安装在太空船中的等离子体加速器，所述太空船由洛杉矶Alamos国家实验室制造。通过所述加速器加速的等离子体离子的速度代表了大约为500eV(电子伏特)的超磁音速。这样，在槽道50中从阳极52到阴极54加速的等离子体离子与阴极54碰撞，因此阴极54的损坏程度是严重的，并且等离子体离子不容易使用在半导体薄层沉积工艺的蚀刻处理中。

发明内容

本发明提供了一种用于加速中性等离子体离子的加速器，其中可实施带有高度各向异性、高度选择性、很好形成的均匀层、以及高加工再现性的半导体薄层沉积处理。

根据本发明的一个方面，提供了一种电磁感应加速器。所述加速器包括：内部和外部环圈感应体，所述感应体相互间隔一预定间隔，并且其内侧和外侧同轴且平行布置，以便沿轴向感生感应磁场；槽道，该槽道在内部和外部环圈感应体之间包括与内部和外部环圈感应体接触的电介质层，并且由电介质层之间的磁场感生二次电流到该槽道中；以及放电线圈，该线圈将脉冲能量供送到槽道中，并产生等离子体。

优选地，在内部和外部环圈感应体中的线圈绕组的数目沿轴向减少，或者施加到内部和外部环圈感应体上的电流沿轴向减小。

磁场形成以垂直于轴向并横跨槽道，并且二次电流在内部环圈感应体被感应场环绕的方向形成。

本发明提供了一种电磁感应加速器，用于利用感应场和电流加速具有高磁通密度的中性等离子体，取代了使用通过电子累积的电场、利用静电力的传统加速器。

附图说明

参照附图，通过详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述及其它的方面和优点将变得更明了。

图1是剖开的透视图，示意性示出了在美国专利No.5847593中公开的“孔效应等离子体加速器”的结构；

图2是横截面图，示意性示出了在“电气和电子工程师协会会刊”等离子科学卷22第6期的“同轴等离子体加速器”中的结构；

图3是剖开的透视图，示意性示出了根据本发明一实施例的电磁感应加速器；及

图4是横截面图，示意性示出了根据本发明一实施例的电磁感应加速器。

具体实施方式

下文中参照附图，通过描述本发明的实施例来详细说明本发明。

图3是剖开的透视图，示出了根据本发明一实施例的电磁感应加速器。参照图3，电磁感应加速器100包括：内部环圈感应体101和外部环圈感应体103；槽道107，内部环圈感应体101和外部环圈感应体103设置在该槽道107的内侧和外侧处；电介质层105，设置在槽道107的内壁上；及放电线圈(discharging coil)109，设置在槽道107的底部。

内部环圈感应体101和外部环圈感应体103相互同轴并平行设置，并且电流沿围绕槽道107的径向加到所述内部环圈感应体101和外部环圈感应体103。电流顺时针或逆时针加在内部环圈感应体101和外部环圈感应体103上，并且由此形成横跨槽道107内部的磁场。缠绕在内部环圈感应体101和外部环圈感应体103上的各线圈的绕组的数目沿轴向减少，或者流过由相同数目的绕组缠绕的各线圈的电流减小，使得感生到槽道107内部的磁场沿轴向减弱。所述磁场形成得垂直于线圈绕组的方向并横跨槽道107，并且沿轴向逐渐减弱。

作为根据本发明一实施例的加速器的例子，提供了长度为10cm、直径为10cm的环圈感应体101和103；具有涡轮分子泵功能的真空室，其直径为30cm、长度为100cm；连接到这些器件上的脉冲形成网络；以及基于PC、信息查询和信息分析系统来进行过程控制的各系统，由此构造了蚀刻系统。优选地，将等离子体离子(plasma ion)加速，以便加速器具有大约500eV的转化能量(translation energy)，并且因而相对于多晶硅的蚀刻速率可达到200埃/分钟或更大而没有由电子电荷引起的损失。

在放电线圈109中产生的电能脉冲通过气体高速传播，由此形成等离子体。因此，不必像使用静电力的传统加速器那样在加速器中单独设置电极。即，在加速器中不必单独设置可与等离子体物理接触的电极。

图4是横截面图，示意性示出了根据本发明一实施例的电磁感应加速器。感生感应场和二次电流的步骤、以及由所述感应场和二次电流感生电磁力的步骤。

流过内部环圈感应体101和外部环圈感应体103的电流导致在槽道107中感生磁场B，并且该感应磁场B导致感生二次电流J，这可通过解Maxwell方程得到。如果流过内部环圈感应体101和外部环圈感应体103的电流加在来自地面的方向，如图4所示，磁场B穿过槽道107感生，并且二次电流J在感生场B环绕内部环圈感应体101的逆时针方向感生。

二次电流J导致产生足以将外部供给的气体分解为等离子状态的电场强度。二次电流J和磁场B导致在Z方向形成电磁力F，不管极性如何，等离子体离子朝向槽道107的出口被加速。由电磁力F加速的等离子束通过混合电子和正离子形成，并且因此呈电中性。即，根据本发明实施例的加速器不论极性如何，在相同的方向对离子进行加速。因此，不必设置必需在传统静电型加速器中设置的阳极和阴极，从而简化了加速器的结构。

$\stackrel{\→}{F}=\stackrel{\→}{J}\×\stackrel{\→}{B}...\left(1\right)$

根据本发明实施例的加速器控制流过内部环圈感应体101和外部环圈感应体103的电流，从而控制电磁力F。优选地，等离子体离子的速度控制为500eV或更小的磁亚音速，从而使目标的蚀刻轮廓均匀，并且可改善在基底上沉积的薄层的均匀度。可进一步采用磁场波动探针、滞后探针(lagmuir probe)或测速计来测量等离子体离子的速度。

如上所述，在根据本发明的电磁感应加速器中，线圈与等离子体离子在其中被加速的槽道的内侧和外侧共轴地被缠绕，且电流沿相同的方向施加给所述线圈，从而形成横跨槽道的磁场。另外，绕在环圈感应体上的绕组数目减少，或者电流减小，从而在槽道中感生出沿轴向逐渐减小的磁场，从而通过由所述槽道中磁场感生出的二次电流与感应磁场之间的相互作用产生电磁力。另外，由放电线圈形成的等离子体被有效地加速，从而不会出现在现存静电型加速器中出现的凹口(notching)，并且可实施高度各向异性、高度选择性、均匀层很好形成、以及高加工再现性的半导体蚀刻处理。

虽然参照其优选实施例对本发明进行了具体图示和说明，本领域的技术人员应该明白，在不脱离如后附权利要求所述的实质和范围的情况下，可对其作形式和细节上的多种修改。

Claims (5)

1、一种电磁感应加速器，包括：

内部和外部环圈感应体，所述感应体以预定间隔彼此间隔开，并且其内侧和外侧同轴且平行布置，以便沿轴向感生感应磁场；

槽道，该槽道包括位于内部和外部环圈感应体之间的、与内部和外部环圈感应体接触的电介质层，并且二次电流由电介质层之间的感应磁场感生到该槽道中；以及

放电线圈，该线圈将脉冲能量供送给槽道并产生等离子体。

2、如权利要求1所述的加速器，其中，缠绕在内部和外部环圈感应体上的各线圈的绕组的数目沿轴向减少。

3、如权利要求1所述的加速器，其中，施加到内部和外部环圈感应体上的电流沿轴向减小。

4、如权利要求1所述的加速器，其中，形成的磁场垂直于所述轴向并横跨槽道。

5、如权利要求1所述的加速器，其中，二次电流沿感应磁场环绕内部环圈感应体的方向形成。

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