TW201802860A - 處理設備及處理襯底的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種處理設備，所述處理設備可以包含:電漿腔室，以容納電漿並且具有包括電絕緣體的主體部分；提取板，其沿著電漿腔室的提取側安置，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙；襯底平臺，其安置在電漿腔室的外部並且鄰近提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處；以及射頻產生器，其電耦合到所述提取板，當電漿存在於電漿腔室中時所述射頻產生器相對於接地電勢在提取板處建立正直流自身偏置電壓。

Description

處理設備及處理襯底的方法

本發明的實施例涉及一種處理設備，且更確切地說涉及提供電荷中和離子束。

用於通過離子處理襯底的常規設備包含射束線離子植入機以及電漿浸沒離子植入工具。兩者都適用於以一系列能量植入離子。在射束線離子植入機中，離子從源中提取，經質量分析，且接著傳送到襯底表面。在電漿浸沒離子植入設備中，襯底位於鄰近於電漿的產生電漿的相同腔室中。襯底被設置在相對於電漿和離子的負電勢處，所述電漿和離子越過電漿鞘在襯底的前方相對於垂直於襯底的表面以零入射角衝擊在襯底上。

近年來，已經研發出允許產生例如緊湊系統中的帶狀束的離子束的新的類型的處理設備。在此設備中離子是從電漿腔室中提取的，而不同於襯底位於遠離離子源處的射束線離子植入機，襯底位於電漿腔室附近。離子是穿過位於放置在電漿附近的提取板中的特定幾何結構的孔隙提取的。離子可以被提取為由正離子形成的帶狀束，方法是通過相對於襯底為正的直流電勢偏置電漿腔室。雖然襯底可以是接地的，但是通過用正離子和二次電子發射轟擊正電荷可以累積在襯底上。相應地，在已知的系統中，可以施加脈衝式直流電壓以允許在脈衝“關閉”週期期間襯底的中和。對於例如具有包含氧化物層佈置的半導體結構的一些襯底，累積在襯底表面上的正電荷可能不會完全中和，即使對於高脈衝頻率和/或低工作迴圈操作也是如此。因此，當離子被引導到襯底以用於蝕刻或其它襯底處理時，不均勻蝕刻圖案可以跨越襯底表面出現，並且可能出現半導體結構的損壞，引起較差處理產率。

關於這些和其它考慮因素，提供本發明的實施例。

在一個實施例中，處理設備包含:電漿腔室，以容納電漿並且具有包括電絕緣體的主體部分；提取板，其沿著電漿腔室的提取側安置，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙；襯底平臺，其安置在電漿腔室的外部並且鄰近提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處；以及射頻產生器，其電耦合到所述提取板，當電漿存在於電漿腔室中時所述射頻產生器相對於接地電勢在提取板處建立正直流自身偏置電壓。

在另一實施例中，處理襯底的方法可以包含：提供電漿腔室，所述電漿腔室具有包括電絕緣體的主體部分；在電漿腔室中產生電漿；沿著電漿腔室的提取側提供提取板，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙；佈置襯底平臺，所述襯底平臺固持電漿腔室外部的襯底並且鄰近於提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處；以及在提取板處產生射頻電壓，其中當電漿存在於電漿腔室中時相對於接地電勢在提取板處建立正直流自身偏置電壓，其中具有與直流自身偏置電壓成正比的離子能量的離子束被引導到襯底。

在另一個實施例中，處理設備可以包含：電漿腔室，其具有包括電絕緣體的主體部分；第一射頻產生器，其電耦合到電漿腔室以在其中產生電漿；提取板，其沿著電漿腔室的提取側安置，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙；襯底平臺，其安置在電漿腔室的外部並且鄰近提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處；接地板，其安置在提取板與襯底平臺之間，所述接地板包括導電材料並且耦合到接地電勢，所述接地板其進一步包括接地板孔隙；以及第二射頻產生器，其電耦合到提取板，當電漿存在於電漿腔室中時所述第二射頻產生器相對於接地電勢在提取板處建立正直流自身偏置電壓。

本文中描述的實施例提供設備和方法以用於提供電荷中和離子束以用於處理緊湊型設備中的襯底。具體地說，各種實施例可以採用射頻（radio frequency，RF）電壓以用於偏置具有用於帶電荷的粒子提取的孔隙的提取光學電極。當具有表面區域中的不對稱性的射頻偏置導電表面與電漿接觸時本發明的實施例的各種技術和設備可以治理直流自身偏置產生出現的現象。由於自身偏置的產生，可以連續地提取正離子同時在射頻週期內的短脈衝期間間歇地提取電子。如下文詳述，因為射頻週期與用於已知的脈衝式直流系統的週期（對於50 kHz的最大可達到的脈衝頻率是20微秒）相比要短的多（對於13.56 MHz是70毫微秒），根據本發明的實施例佈置的設備可以在待處理的襯底處產生極少的正電荷的堆積或不產生正電荷的堆積。

在採用射頻電壓提取的特定實施例中，處理設備與已知的緊湊型離子束設備相比可以是簡化的。舉例來說，使用本文所公開的離子束提取架構可以消除絕緣變壓器，因為充當離子源的電漿腔室可以是電漂浮或在接地電勢處，同時襯底固持在接地電勢處。另外，昂貴的脈衝式直流電源可由已知的射頻產生器和匹配網路替換，或者由單個射頻產生器和雙重輸出匹配網路替換，同時保持脈衝式直流提取系統的功能，包含離子束能量的可調諧性、射束電流和其它離子束特性。

圖1A至圖1D描繪了根據本發明的不同實施例的處理設備的變體。轉到圖1A，示出了設備100，所述設備包含基於電漿腔室102的離子源101。離子源101可以是射頻電漿源、電感耦合電漿（inductively-coupled plasma，ICP）源、電容耦合電漿（capacitively coupled plasma，CCP）源、螺旋波源、電子迴旋共振（electron cyclotron resonance，ECR）源、間熱式陰極（indirectly heated cathode，IHC）源、輝光放電源或所屬領域的技術人員已知的其它電漿源。在圖1A中描繪的此特定實施例中，離子源101是包含ICP射頻產生器106和ICP射頻匹配網路108的ICP源。射頻功率從射頻產生器到氣體原子和/或分子的傳遞通過天線110和電介質視窗發生，其中電介質視窗形成電漿腔室102的主體部分104。氣體歧管（未示出）可以通過適當的氣體管線、質量流調節器和氣體入口連接到電漿腔室102。離子源101或設備100的其它元件也可以連接到真空系統（未示出），例如，由旋轉泵或隔膜泵支持的渦輪分子泵。

在圖1A的實施例中，電漿腔室102包含由電子絕緣體制成的主體部分104。主體部分104可包含例如如圖所示的電漿腔室102的壁。電漿腔室102進一步包含提取板114，其中提取板是導電的。提取板114包含提取孔隙116。設備100進一步包含經由偏置匹配網路120耦合到提取板114的偏置射頻產生器118。匹配網路包含與射頻輸出線串聯的調諧電容器，其中除了調節射頻產生器所見的阻抗之外，調諧電容器具有阻斷流過射頻電漿系統的電流的直流分量的作用。如下文詳述，當電漿112存在於電漿腔室102中時在操作中偏置射頻產生器在提取板114處建立正直流自身偏置電壓。

設備100進一步包含安置在提取板114與襯底平臺126之間的接地板128，其中襯底平臺安置在電漿腔室102外部，例如，在單獨的腔室中（並未明確地示出）。接地板128可以包括導電材料並且耦合到接地電勢，如圖1A中所示。接地板進一步包含接地板孔隙130，其中提取孔隙116和接地板孔隙130經佈置以提供在電漿112與襯底平臺126之間的視線，如在圖1A中所建議的。

簡而言之，由偏置射頻產生器118產生的正直流自身偏置電壓具有產生離子束122（由正離子組成）的作用並且將離子束122引導到由襯底平臺126固持的襯底124。同時，並且如下文詳述，在提取板114處產生的射頻電壓可以形成從電漿112中提取的電子的短脈衝並且也被引導到襯底124。這樣將電子提供到襯底124可以用於提供電荷中和，因此並不會在襯底124上產生過量的正電荷。雖然未明確地示出，但是襯底平臺可以是可沿著Y軸移動的，因此襯底124的整體可以暴露於離子束122，以及隨著襯底124被掃描中和電子。

現在轉到圖2A和圖2B，示出了說明與本發明的實施例相關的操作的原理的示例性電壓波形。在各種實施例中，採用在射頻信號被施加到不對稱電極配置時直流自身偏置產生的現象。根據本發明的各種實施例，提取板114和接地板128的佈置提供不對稱電極配置，其中使射頻偏置導電不對稱表面區域與電漿112接觸。舉例來說，並且如下文相對於圖4B詳述，提取板114可以為電漿提供與接地板128相比較大的表面區域。當射頻功率被施加在提取板114上時，由於供電電極（提取板114）的表面積A_PWR 與接地電極的表面積A_GND （通過電漿112“看見”的接地板的面積）之間的較大差異，在供電電極處產生正直流自身偏置。在圖2A和圖2B中說明這一現象，其中在不存在電漿的情況下並且在存在電漿的情況下圖2A和圖2B相應地提供形成於提取板114上的射頻電壓（V_rf ）波形，並且V_pl 是電漿電勢的波形。雖然當沒有電漿時不存在直流偏置且電漿靜電勢極性呈現具有約0 V的對稱地交替的正部分和負部分的波形，但當存在電漿時正直流偏置（V_偏置 ）產生於供電電極、提取板114上，並且提取板114在一個迴圈期間持續相對地較長的時間處於正電勢。因此，，電漿電勢（在圖2A中虛線的正弦線）調節其自身，在當提取板114上的射頻電壓達到最小值時，達到零值。在示出的實例中，射頻電壓信號的峰至峰振幅是600 V，且射頻頻率是13.5 MHz。當電漿存在於此實例中時，如圖2B中所示，產生250 V的正直流自身偏置。此外，為了確保適當地操作而適當地選擇射頻頻率：並不過高以允許形成電漿鞘，而且也不過低以引起非常廣泛的離子分佈或表面充電效應。

可如下說明正直流自身偏置的產生。當射頻信號被施加到提取電極時，由於電荷中性條件，因為在偏置匹配網路120中的調諧電容器的存在而不存在淨直流電流。因此，在供電電極（提取板114）前方的鞘上電壓下降並且接地電極（接地板128）自我調節使得在電極的任一者上在一個迴圈期間沒有淨電荷累積。當存在電漿時，電漿可以恰好穿過在提取板114中的提取孔隙116看見接地電極、接地板128。這一點可以有效地建立供電電極與接地電極的較大表面積比（A_PWR /A_GND ）。舉例來說，提取板114在每一側上可具有數釐米的尺寸，提供幾十或幾百平方釐米的表面積。有效地充當到電漿112的接地電極的接地板128的表面積可以恰好為通過提取孔隙116暴露於電漿112的接地板128的面積。如下文詳述，這一面積可以略微小於提取孔隙116的面積。在各種實施例中，提取孔隙116沿著所示的笛卡爾坐標系的X軸可具有數十釐米的尺寸，同時沿著Y軸具有若干毫米的尺寸，產生例如10 cm² 的總面積。相應地，當接地板128的面積為數百平方釐米時，A_PWR /A_GND 的比率可以大於10/1。相應地，射頻電壓的大多數在接地板128的前方的鞘上下降；因此，可以連續地提取具有與直流自身偏置相等的平均能量的正離子，同時當電漿鞘崩塌（即，在提取板上的射頻電壓為負）時在時間間隔期間在脈衝中可以提取電子。為了允許離子提取，提取孔隙的高度可以適當地為電漿鞘厚度的數量級

(1) 其中T_e 代表電子溫度且λ_D 代表電子德拜（Debye）長度。

如圖2B中詳述的，對於近似74 ns的給定射頻週期，在所示為Δt_e 的短間隔或脈衝期間，當V_rf 為負時可以從電漿112中提取電子。在此實例中，Δt_e 的持續時間可以是約10 ns到12 ns，而可以通過改變實驗條件來調整這一持續時間，所述實驗條件包含輸送到電漿的射頻功率、氣體壓力、射頻頻率、A_PWR /A_GND 以及其它參數。值得注意的是，在間隔Δt_e 期間可以繼續提取離子，這是因為離子（例如，氬離子或其它處理的離子）並不回應於射頻信號並且恰好將V_偏置 “看”作連續的正直流偏置。換句話說，在本發明的實施例所採用的頻率處離子太多而不能遵循射頻場極性的交替，因此離子被提取為具有與直流自身偏置電壓相等的平均能量的離子束122。此外，由於射頻信號的頻率，在此實例中電子脈衝之間的間隔僅為約70 ns，這對於大量正電荷在襯底124上累積是不充足的時間並且引起損壞。

值得注意的是，如圖2C中所示，由射頻電壓到提取板114的應用產生的離子能量分佈函數（iedf）並不是單能的。如圖2C中所示，離子能量呈現能量擴展度，其中能量擴展度與射頻週期和穿過電漿鞘的離子穿越時間的比率成正比。相應地，較高射頻頻率產生較窄iedf。取決於特定射頻配置，對於2 MHz到60 MHz的常用射頻頻率，iedf的寬度可以低至僅幾十eV。對於例如為了形成膜或塗層而蝕刻襯底或沉積離子的處理應用來說這種離子能量的範圍是可接受的。實施例在此文中不受限制。

此外，離子束132的離子束能量可以通過改變直流自身偏置電壓V_偏置 來調整。一般而言，V_偏置 近似是如圖2D中所示的V_rf 的線性函數。具體地說，兩個電壓之間的關係可以表示為V_偏置 = [(1-a)/(1+a)] V_rf ，其中a是不對稱性因數，包含供電電極到接地電極的表面積比。因為因數“a”可以採用0和1之間的值，所以當a是零時結果是V_偏置 值等於V_rf 並且當a=1時V_偏置 =0。平均能量可以通過調節射頻電壓而改變，並且相應地所施加的射頻使提取板115通電。通過修改輸送到天線110的電力的量可以繼而調整射束電流。

為了確保適當的操作，接地板128可以佈置在提取板114的目標距離內，例如，沿著Z軸在1 cm內或更少。如圖所示，此距離可以為沿著方向132調節的。當接地板位於目標距離內時，這使得接地板128充當如上文所述的不對稱電極配置中的第二電極。如圖1A中進一步所示，設備100提供調節提取板114的平面與襯底平臺126之間的沿著Z軸的距離的能力。因為襯底124並不充當第二電極，所以襯底124可以位於更加遠離電漿腔室102處，例如，所期望時在沿著Z軸的1 cm或更遠的距離處。

圖3A描繪了根據本發明的實施例的提取系統300的幾何結構的細節。提取系統300可以包含提取板314和接地板328，其中所述操作與相對於提取板114和接地板328所描述的操作相似。圖3A還描繪了針對特定集合的條件針對離子束302的離子束提取的模擬的結果。圖3A的建模結果還說明了在600 V直流自身偏置的條件下的離子束形狀和等勢線330。對於此幾何結構，提取板314具有提取孔隙316，所述提取孔隙具有沿著Y軸的4 mm的高度，而接地板328具有接地板孔隙331，所述接地板孔隙具有沿著Y軸的2 mm的高度。

圖3B描繪了根據圖3A的提取幾何結構的作為在襯底平面處的位置的函數的離子束放射率331的模擬。如圖所示，離子束302是在襯底（晶片）124處沿著Y軸跨越約12 mm的約4度／mm的略微發散的射束。

圖3C描繪了根據圖3A的提取幾何結構的離子束302的離子角分佈的模擬。如圖所示，所提取的離子束的離子角分佈340具有約4度的離子角分佈或角展度，其中平均角等於0度。

圖3D描繪了根據圖3A的提取幾何結構的離子束302的離子束電流分佈的模擬。如圖所示，射束電流分佈350說明約90%的射束電流沿著Y軸落入在約4 mm的範圍內。

值得注意的是，受離子束302影響的襯底124的準確的射束電流分佈和區域通過改變襯底124的位置可以是不同的。借助於使用大體上在圖1A和圖3A中所說明的實施例中的接地板，相對於提取板遠端地定位襯底124的能力提供了額外優點。具體地說，從離子束中從襯底124中蝕刻的並且行進到電漿腔室中的材料的量可以實質上相對於已知的系統減少，在已知的系統中襯底可以位於更接近提取板處。舉例來說，蝕刻材料的量可以按比例調整為沿著Z方向在襯底與提取板之間的距離的平方的倒數，因此如果距離加倍，那麼行進回到電漿腔室中的蝕刻材料也減少四倍。

在各種實施例中，通過由本地pd產品的帕申損壞條件所施加的限制（壓力時間間隔間隙長度）可以使沿著Z軸的提取板與接地板之間的間隔盡可能小。如果壓力條件維持在若干毫托左右的範圍內，那麼對於例如並不超過2 kV到3 kV的電壓可以採用提取板與接地板之間的小至1 mm到2 mm的間隔。對於壓力和電壓的相似範圍，考慮到提取板和接地板的間隔的上限範圍，間隔可能不超過9 mm到10 mm，因為在此情況下當維持較大間隔時電漿無法“感受到”接地電極，這是因為間隔可能超過電漿鞘厚度。值得注意的是，這些限制是電漿密度和射頻電壓的函數：較高電壓和/或低電漿密度作用有利於較大間隔，這是因為所產生的較大電漿鞘厚度。作為一個實例，對於幾kV的提取電壓以及在5x10⁹ cm^-3 到5x10¹¹ cm^-3 範圍內的電漿密度，提取板與接地板之間的直至最大10 mm的間隔可能仍然允許接地板和提取板充當產生直流自身偏置電壓的不對稱電極配置，如上文相對於圖2B或圖2D所述。根據經驗，提取板與接地板之間的沿著Z軸的間隔可以等於沿著Y方向的提取孔隙高度。考慮到接地板外部的襯底的位置，增大襯底與提取板之間的間隔並不影響靜電勢分佈。相應地，襯底可以放置為更加遠離提取板以便減小從襯底中穿過提取孔隙並且到電漿腔室中的材料的反向濺射。對於襯底與提取板的間隔的上限，對於給定射束放散襯底上的離子束的佔用面積隨著間隔而增大。相應地，為了限制射束在給定情形下擴展到襯底表面的一部分，襯底與提取板之間的較小間隔可以是有用的。在圖3A的實例中，襯底124可以放置在距離提取板314 z=25 mm處，並且仍然具有合理地較小的射束佔用面積（對於完全中和的射束沿著Y軸約30 mm）。

圖1B描繪了根據本發明的其它實施例的另一設備150。除下文所說明的方面之外，設備150的功能可以類似於設備100。在此變體中，替代於具有兩個單獨的RF產生器，僅提供一個示出為射頻產生器152的射頻產生器，減少了射頻產生器和匹配網路的數量。此外，提供雙重輸出匹配網路154，其中雙重輸出匹配網路154耦合到射頻產生器152、耦合到提取板114，並且耦合到鄰近電漿腔室102的射頻天線（天線110）。以此方式射頻產生器152用於在電漿腔室102中產生電漿112並且用於在提取板114處產生直流自身偏置，如上文所述。

現在轉到圖1C，示出了根據本發明的其它實施例的額外的設備：設備160。設備160可大體上包含與如上文相對於設備100所述相同的元件，不同之處在於設備160可能省略接地板128。替代地，在此實施例中，襯底124可充當不對稱電極配置中的接地電極。在此配置中，接地電極的面積可以相當於提取孔隙116的面積，這是因為提取孔隙116用於限定電漿112所見的接地板128的面積。另外，與在圖1A的配置中相比，襯底平臺126可以佈置得更加接近提取板114，這是因為襯底124用作電漿112的接地電極。

現在轉到圖1D，示出了根據本發明的其它實施例的額外的設備：設備180。設備180可大體上包含與如上文相對於設備150所述相同的元件，不同之處在於設備180可能省略接地板128，因此襯底124充當接地電極，如相對於圖1C所描述。

圖4A描繪了根據本發明的實施例的提取系統400的幾何結構的細節。提取系統400可以包含提取板414，其中操作與相對於提取板114所描述的操作相似。圖4A還描繪了針對特定集合的條件針對離子束402的離子束提取的模擬的結果。圖4A的建模結果還說明了在2 kV直流自身偏置的條件下的離子束形狀和等勢線330。對於此幾何結構，提取板414具有提取孔隙416，所述提取孔隙具有沿著Y軸的4 mm的高度，而襯底124位於相對於提取板414沿著Z軸的位置Z=7 mm處。在此模擬中，襯底124形成提取光學元件的一部分，其中襯底124充當如上文所論述的不對稱電極配置中的接地電極。

圖4B描繪了根據圖4A的提取幾何結構的作為在襯底平面處的位置的函數的離子束放射率431的模擬。如圖所示，離子束402是在襯底（晶片）124處沿著Y軸跨越約2 mm的約-2度／mm的略微彙集的射束。

圖4C了描繪根據圖4A的提取幾何結構的離子束402的離子角分佈的模擬。如圖所示，所提取的離子束的離子角分佈440具有約2度的離子角分佈或角展度，其中平均角等於0度。

圖4D描繪了根據圖4A的提取幾何結構的離子束402的離子束當前分佈的模擬。如圖所示，射束電流分佈450說明約95%的射束電流沿著Y軸落入在約6 mm的範圍內。

圖5A提供了根據本發明的另一實施例的設備500的透視圖。設備500可以包含其它元件，例如，射頻產生器和匹配網路，如上文所述。設備500包含電漿腔室501，所述電漿腔室包含電介質壁502，其中電介質壁502可以由氧化鋁、石英、氮化鋁或其它絕緣體材料製成。天線504圍繞電漿腔室501安置以驅動電漿腔室501內的電感耦合電漿。設備500包含沿著電漿腔室501的側面安置的提取板506。提取板506可以由導電材料製成並且耦合到射頻產生器，如上文大體上相對於圖1A至圖1D所述。在此實施例中，提取板506可能佔據電漿腔室501的提取側505的整個部分。如圖5A中進一步所示，提取板506可以包含提取孔隙510，所述提取孔隙構成具有第一長軸的第一伸長孔隙，其中第一長軸位於沿著X軸處。設備500可進一步包含接地板508，所述接地板具有接地板孔隙512，其中接地板孔隙512構成第二伸長孔隙，所述第二伸長孔隙具有平行於第一長軸對齊的第二長軸。以此方式，離子可以從電漿腔室501中被提取為帶狀束，並且可繼續傳播為穿過接地板508的帶狀束。

圖5B提供了根據本發明的額外實施例的另一設備520的透視圖。除了所提到的之外，設備520可具有與設備500相似的元件。設備520可以包含與電漿腔室501相似的電漿腔室521，除了提取側之外。在此實例中，電漿腔室521的提取側525包括非導電部分522，例如，圍繞提取板524安置的板，其中提取板524是導電的並且大體上如上述實施例中所描述的操作。此實施例提供電漿腔室521，其中較大比例的電漿腔室壁是非導電的，引起腔室壁的減少的電漿損失以及給定輸入電力的較高電漿密度。

現在轉到圖6A和圖6B，示出了根據本發明的各種實施例的提取板606和接地板608的提取幾何結構的細節。圖中所示的視角是從電漿腔室的內部朝向襯底觀看的。提取板606包含如圖所示沿著X軸伸長的提取孔隙612。在一些實施例中，提取孔隙612可以沿著X軸跨越30 cm、40 cm或更長，足以覆蓋沿著X軸的相似尺寸的襯底124的整體。相應地，當沿著Y軸掃描襯底124時，襯底124的整體可以暴露於穿過提取孔隙612發射的物質。尤其如圖6B中所示，提取孔隙612可具有沿著垂直於第一長軸（X軸）的短軸（Y軸）的第一高度H1。在各種實施例中，取決於施加到電漿腔室的射頻功率，電漿鞘厚度可以介於幾百微米到幾毫米的範圍。相應地，第一高度H1可被佈置成例如小於5毫米。此外，接地板孔隙614也是伸長孔隙，並且包括沿著短軸的小於第一高度的第二高度H2。舉例來說，H1可以是4 mm，而H2是1.5 mm。實施例在此文中不受限制。如在圖4B中進一步所指示的，接地板孔隙614可以（但是不是必須）在提取孔隙612中居中如同投影在X-Y平面上。此佈置使得視線從電漿到襯底124，並且使離子束在平行於Z軸的方向上從電漿傳播到襯底124。

值得注意的是，在圖6B中所示的幾何結構中，可以如下確定不對稱電極配置的相對面積。提取板606可具有第一面積A1，而提取孔隙612包括第二面積A2。如所提到，第二面積A2與面積A1相比可以小得多，例如小於A1的面積的10%。另外，接地板孔隙可具有小於第二面積A2的第三面積A3。根據各種實施例，接地電極的有效面積是A2到A3。因為電漿僅看到接地板608的暴露區域609，所以引起此計算，其中此暴露區域609是投影在接地板608的平面的上的提取孔隙612的區域減去由接地板孔隙614限定的開放區域。根據特定實施例，提取電極、提取孔隙和接地電極孔隙的相對大小可以設置為使得A1/（A2-A3）為10或更大。

圖7描繪了示例性過程流程700。在框702處提供電漿腔室，其中電漿腔室包含主體部分，所述主體部分包括電絕緣體。在一些實例中，主體部分可以覆蓋電漿腔室壁的大部分的表面區域。在框704處，執行沿著電漿腔室的提取側提供提取板。提取板可以是導電的並且在不同實施例中可以在提取側的整體或一部分上延伸。在框706處，固持襯底的襯底平臺佈置在電漿腔室外部並且鄰近提取板的提取孔隙，其中襯底平臺在接地電勢處。襯底平臺可固持同樣固持在接地電勢處的襯底。在框708處，接地板佈置在提取孔隙與襯底平臺之間，其中接地板包括導電材料並且耦合到接地電勢。接地板可以包含接地板孔隙，接地板孔隙與提取孔隙一起提供電漿腔室與襯底之間的視線。接地板可以佈置在提取板的目標距離內，以便充當不對稱電極配置中的接地電極。在框710處，電漿產生於電漿腔室中。在框712處，射頻電壓產生在提取板處，其中當電漿存在於電漿腔室中時正直流自身偏置電壓相對於接地電勢建立在提取板處。

本發明的實施例提供多個優點包含在緊湊型處理設備中將離子束輸送到襯底的能力而不需要絕緣變壓器並且不需要將電漿腔室提升到高壓。此外，各種實施例允許昂貴的脈衝式直流電源由業界標準射頻系統替換。其它優點包含與常規的脈衝式直流處理設備相比提供完全中和到緊湊型離子束處理設備中的襯底的能力。

本發明的範圍不受本文所述的具體實施例的限制。實際上，根據以上描述和附圖，除本文所描述的那些實施例和修改外，本發明的其它各種實施例和對本發明的修改對所屬領域的一般技術人員將是顯而易見的。因此，這些其它實施例和修改意圖屬於本發明的範圍。此外，儘管已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的情形下描述了本發明，但所屬領域的一般技術人員將認識到本發明的實用性並不限於此，並且出於任何數目的目的，本發明可以有利地在任何數目的環境中實施。相應地，應鑒於如本文所描述的本發明的整個廣度和精神來解釋下文闡述的申請專利範圍。

無

圖1A至圖1D描繪了根據本發明的不同實施例的處理設備的變體。 圖2A和圖2B示出說明與本發明的實施例相關的操作的原理的示例性電壓波形。 圖2C示出通過將射頻電壓施加到提取板產生的離子能量分佈函數（ion energy distribution function，iedf）。 圖2D示出了具有射頻電壓的直流自身偏置電壓的變體。 圖3A描繪了根據本發明的實施例的提取系統的幾何結構和用於離子束提取的模擬結果。 圖3B描繪了根據圖3A的提取幾何結構的作為位置的函數的離子束放射率的模擬。 圖3C描繪了根據圖3A的提取幾何結構的離子束的離子角分佈的模擬。 圖3D描繪了根據圖3A的提取幾何結構的離子束的離子束當前分佈的模擬。 圖4A提供了根據本發明的另一實施例的設備的透視圖和射束建模結果。 圖4B提供了根據圖4A的提取幾何結構的射束放射率曲線的建模結果。 圖4C了描繪根據圖4A的提取幾何結構的離子束的離子角分佈的模擬。 圖4D描繪了根據圖4A的提取幾何結構的離子束的離子束當前分佈的模擬。 圖5A提供了根據本發明的另一實施例的設備的透視圖。 圖5B提供了根據本發明的額外實施例的另一設備的透視圖。 圖6A和圖6B表示了根據本發明的各種實施例的用於提取板和接地板的提取幾何結構的細節。 圖7描繪了示例性過程流程。

無

Claims (15)

1. 一種處理設備，包括： 電漿腔室，以容納電漿並且具有包括電絕緣體的主體部分； 提取板，沿著所述電漿腔室的提取側安置，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙； 襯底平臺，安置在所述電漿腔室的外部並且鄰近所述提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處；以及 射頻產生器，電耦合到所述提取板，當所述電漿存在於所述電漿腔室中時所述射頻產生器相對於接地電勢在所述提取板處建立正直流自身偏置電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的處理設備，其中所述射頻產生器包括偏置射頻產生器，所述處理設備進一步包括： 射頻天線，鄰近於所述電漿腔室安置； 電感耦合電漿匹配網路，直接地耦合到所述射頻天線； 電感耦合電漿射頻產生器，耦合到所述電感耦合電漿匹配網路；以及 偏置匹配網路，電耦合在所述偏置射頻產生器與所述提取板之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的處理設備，其進一步包括雙重輸出匹配網路，所述雙重輸出匹配網路耦合到所述射頻產生器、耦合到所述提取板並且耦合到鄰近所述電漿腔室的射頻天線，其中所述射頻產生器在所述電漿腔室中產生所述電漿並且在所述提取板處產生射頻電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述的處理設備，進一步包括： 接地板，安置在所述提取板與所述襯底平臺之間，所述接地板包括導電材料並且耦合到接地電勢，所述接地板進一步包括接地板孔隙，其中所述提取孔隙以及所述接地板孔隙提供所述電漿與所述襯底平臺之間的視線。
5. 如申請專利範圍第4項所述的處理設備，其中所述射頻產生器包括偏置射頻產生器，所述處理設備進一步包括： 射頻天線，鄰近於所述電漿腔室安置； 電感耦合電漿匹配網路，直接地耦合到所述射頻天線； 電感耦合電漿射頻產生器，耦合到所述電感耦合電漿匹配網路；以及 偏置匹配網路，電耦合在所述偏置射頻產生器與所述提取板之間。
6. 如申請專利範圍第4項所述的處理設備，進一步包括雙重輸出匹配網路，所述雙重輸出匹配網路耦合到所述射頻產生器、耦合到所述提取板並且耦合到鄰近所述電漿腔室的射頻天線，其中所述射頻產生器在所述電漿腔室中產生所述電漿並且在所述提取板處產生射頻電壓。
7. 如申請專利範圍第4項所述的處理設備，其中所述提取孔隙包括第一伸長孔隙，所述第一伸長孔隙具有第一長軸，其中所述接地板孔隙包括第二伸長孔隙，所述第二伸長孔隙具有平行於所述第一長軸對齊的第二長軸，其中所述提取孔隙包括沿著垂直於所述第一長軸的短軸的第一高度，並且其中所述接地板孔隙包括沿著所述短軸小於所述第一高度的第二高度。
8. 如申請專利範圍第1項所述的處理設備，其中所述襯底平臺限定位於平行於所述提取板處的襯底平面，其中所述襯底平面與所述提取板之間的間隔小於1釐米。
9. 如申請專利範圍第1項所述的處理設備，其中所述電漿腔室的所述提取側進一步包括圍繞所述提取板安置的非導電部分。
10. 如申請專利範圍第1項所述的處理設備，其中所述射頻產生器包括電路，所述電路在所述提取板處產生具有2 MHz到60 MHz的頻率的射頻電壓信號，所述射頻電壓信號包括具有正部分以及負部分的波形，其中電子是穿過所述提取孔隙提取的並且在所述負部分期間被引導到所述襯底平臺。
11. 一種處理襯底的方法，包括： 提供電漿腔室，所述電漿腔室具有包括電絕緣體的主體部分； 在所述電漿腔室中產生電漿； 沿著所述電漿腔室的提取側提供提取板，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙； 佈置襯底平臺，所述襯底平臺固持所述電漿腔室外部的襯底並且鄰近於所述提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處；以及 在所述提取板處產生射頻電壓，其中當所述電漿存在於所述電漿腔室中時相對於接地電勢在所述提取板處建立正直流自身偏置電壓，其中具有與所述正直流自身偏置電壓成正比的離子能量的離子束被引導到所述襯底。
12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，進一步包括： 在所述提取孔隙與所述襯底平臺之間佈置接地板，所述接地板包括導電材料並且耦合到接地電勢，所述接地板進一步包括接地板孔隙，其中所述提取孔隙以及所述接地板孔隙提供所述電漿與所述襯底平臺之間的視線。
13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，進一步包括： 提供所述提取孔隙作為具有第一長軸的第一伸長孔隙；以及 提供所述接地板孔隙作為第二伸長孔隙，所述第二伸長孔隙具有平行於所述第一長軸對齊的第二長軸，其中所述提取孔隙包括沿著垂直於所述第一長軸的短軸的第一高度，並且其中所述接地板孔隙包括沿著所述短軸小於所述第一高度的第二高度。
14. 如申請專利範圍第12項所述的方法，進一步包括將所述接地板佈置在使所述接地板位於距離所述提取板的小於1釐米的間隔處。
15. 一種處理設備，包括： 電漿腔室，所述電漿腔室具有包括電絕緣體的主體部分； 第一射頻產生器，電耦合到所述電漿腔室以在其中產生電漿； 提取板，沿著所述電漿腔室的提取側安置，所述提取板是導電的並且具有提取孔隙； 襯底平臺，安置在所述電漿腔室的外部並且鄰近所述提取孔隙，所述襯底平臺在接地電勢處； 接地板，安置在所述提取板與所述襯底平臺之間，所述接地板包括導電材料並且耦合到接地電勢，所述接地板其進一步包括接地板孔隙；以及 第二射頻產生器，電耦合到所述提取板，當所述電漿存在於所述電漿腔室中時所述第二射頻產生器相對於接地電勢在所述提取板處建立正直流自身偏置電壓。