TWI541853B - 具有電漿鞘電位之基板的非雙極電子電漿（ｎｅｐ）處理用處理系統 - Google Patents

具有電漿鞘電位之基板的非雙極電子電漿（ｎｅｐ）處理用處理系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI541853B
TWI541853B TW103119600A TW103119600A TWI541853B TW I541853 B TWI541853 B TW I541853B TW 103119600 A TW103119600 A TW 103119600A TW 103119600 A TW103119600 A TW 103119600A TW I541853 B TWI541853 B TW I541853B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
plasma
electron beam
processing system
processing
Prior art date
Application number
TW103119600A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201511070A (zh
Inventor
陳立
梅瑞特 方克
陳智穎
Original Assignee
東京威力科創股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京威力科創股份有限公司 filed Critical 東京威力科創股份有限公司
Publication of TW201511070A publication Critical patent/TW201511070A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI541853B publication Critical patent/TWI541853B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

具有電漿鞘電位之基板的非雙極電子電漿(NEP)處理用處理系統
本發明係關於半導體處理技術，更具體而言，係關於用以控制一處理系統之特性來處理基板之設備及方法。
一般而言，半導體處理中使用電漿來促進材料的移除(在基板上圖案化之穿孔內或沿著細線)以協助蝕刻處理。使用電漿的習知蝕刻處理包括電容或感應耦合電漿、中空陰極式電漿、電子迴旋共振電漿、微波表面波電漿、及反應性離子蝕刻(RIE)。例如，RIE藉由具有高能量離子之電磁場來產生電漿以將基板的不想要材料蝕刻掉。
在電漿內，RIE中所產生的高能量離子係難以控制的。因此，由於缺乏對高能量離子的控制，習知的RIE技術伴隨著若干對蝕刻基板的整體效能造成阻礙之問題。習知的RIE技術常具有寬廣的離子能量分佈(IED)，這導致了用以蝕刻基板的寬廣離子束。寬廣的離子束減少了適當地蝕刻基板所需求的精確度。習知的RIE技術亦伴隨著若干由電荷引起的副作用，例如對基板之電荷損傷。習知的RIE技術亦伴隨著特徵形狀的負載效應，例如微負載。當RIE的蝕刻速率由於基板的密集區域而增加時，微負載產生。增加的蝕刻速率可導致基板損傷。
使用習知的電子束激發電漿(electron beam excited plasma)來處理基板正變成普遍的想法。習知的電子束激發電漿處理產生用以處理基板之電子束。將電子添加至形成電子束的帶正電離子提供了對帶正電離子的更好控制，相較於其他習知的電漿處理這改善了在基板的電子及離子能量分佈。
習知的電子束激發電漿處理藉由激發電漿來產生電子束，並接著將電子束注入該處理腔室來對該處理腔室中所容納之基板進行處理。一般將磁場施加至電漿(該電漿被容納在獨立於該處理腔室的一腔室中)以激發接著產生電子束之電漿的電氣特性。接著透過一連串的差動偏壓柵(differentially biased grids)來使該電子束的帶正電離子加速，俾使電子束的帶正電離子到達基板。
習知的電子束激發處理所產生的電子束之帶正電離子往往於帶正電離子透過差動偏壓柵其中每一者而加速時喪失其離子化特性，而這限制了到達處理腔室中基板之帶正電離子的數量，並從而限制了電子束的離子化效率。對於電子束的離子化效率缺乏控制限制了獲得適當地處理基板所需之離子能量分佈水平的能力。因此，需要有效的手段以藉由將電子束通過之差動偏壓柵最少化來維持電子束中的離子化效率。
本發明提供用於基板之非雙極電子電漿(NEP)處理的一處理系統，該處理系統包括：一電漿來源腔室，該電漿來源腔室係用以激發來源電漿以產生一電子束；及一處理腔室，該處理腔室係用以容納一基板以將該基板暴露於該電子束。該處理系統亦包括一電子注射器，該電子注射器係用以於該電子束進入該處理腔室時將電子從該來源電漿注入該電子束中。該電子束在該處理腔室中包括基本上相等數量之電子與帶正電離子。該處理系統亦包括一磁場產 生器，該磁場產生器係用以於該磁場產生器與該基板之間產生一電壓電位。該電壓電位使帶正電離子向該基板加速、並使到達該基板的電子最少化。
本發明亦提供了用於基板之NEP處理的一處理系統，該處理系統包括：一電漿來源腔室，該電漿來源腔室係用以激發來源電漿以產生一電子束；及一處理腔室，該處理腔室係用以容納一基板以將該基板暴露於該電子束。該處理系統亦包括一電子注射器，該電子注射器係用以於該電子束進入該處理腔室時將電子從該來源電漿注入該電子束中。該電子束在該處理腔室中包括基本上相等數量之電子與帶正電離子。該處理系統亦包括一帶正電離子加速器，該帶正電離子加速器係用以產生一直流(DC)電壓至該處理腔室以使帶正電離子向該基板加速、並使到達基板之電子最少化。
本發明亦提供了用於基板之NEP處理的一處理系統，該處理系統包括：一電漿來源腔室，該電漿來源腔室係用以激發來源電漿以產生一電子束；及一處理腔室，該處理腔室係用以容納一基板以將該基板暴露於該電子束。該處理系統亦包括一電子注射器，該電子注射器係用以於該電子束進入該處理腔室時將電子從該來源電漿注入該電子束中。該電子束在該處理腔室中包括基本上相等數量之電子與帶正電離子。該處理系統亦包括一磁場產生器，該磁場產生器係用以由該磁場產生器所產生的一磁場捕捉該電子束中所包括之電子而在該磁場產生器與該基板之間產生一鞘電位。該鞘電位將帶正電離子吸引向該基板並使到達該基板之電子最少化。該處理系統亦包括一帶正電離子加速器，該帶正電離子加速器係用以產生一加速器電壓至該處理腔室以使帶正電離子向該基板加速。
100‧‧‧處理系統
110‧‧‧電漿產生腔室
120‧‧‧來源電漿
130‧‧‧處理腔室
140‧‧‧電子束激發電漿
150‧‧‧基板
160‧‧‧電漿產生系統
170‧‧‧DC導電電極
180‧‧‧DC導電偏壓電極
190‧‧‧DC電壓源
195‧‧‧分隔構件
200‧‧‧處理系統
205‧‧‧電漿產生腔室
210‧‧‧來源電漿
211‧‧‧腔室殼體構件
215‧‧‧處理腔室
220‧‧‧基板
221‧‧‧擋板構件
225‧‧‧基板固定器
230‧‧‧真空泵浦系統
235‧‧‧來源電漿區域
240‧‧‧電子束激發電漿區域
245‧‧‧電子通量
250‧‧‧電子束激發電漿
255‧‧‧第一氣體注射系統
260‧‧‧第二氣體注射系統
265‧‧‧電漿產生系統
270‧‧‧感應線圈
272‧‧‧開口
274‧‧‧分隔構件
275‧‧‧功率來源
280‧‧‧介電窗
284‧‧‧絕緣體
285‧‧‧DC導電電極
286‧‧‧DC電壓源
287‧‧‧電通孔
288‧‧‧襯墊構件
290‧‧‧偏壓電極系統
292‧‧‧控制器
295‧‧‧DC導電偏壓電極
300‧‧‧處理系統
305‧‧‧感應線圈
310‧‧‧電漿產生系統
315‧‧‧介電窗
320‧‧‧DC導電接地電極
400‧‧‧處理系統
405‧‧‧感應線圈
410‧‧‧圓柱介電窗插件
415‧‧‧DC導電接地電極
510‧‧‧步驟
520‧‧‧步驟
530‧‧‧步驟
540‧‧‧步驟
550‧‧‧步驟
560‧‧‧步驟
600‧‧‧處理系統
625‧‧‧加速器
645‧‧‧電子束
665‧‧‧介電端板
670‧‧‧感應線圈
672‧‧‧介電電子注射器
680‧‧‧介電管
700‧‧‧處理系統
710a~710n‧‧‧金屬棒
720a~720i‧‧‧帶正電離子
730a~730d‧‧‧帶正電離子
740a~740g‧‧‧電子
750a~750c‧‧‧電子
760a~760f‧‧‧帶正電離子
770a~770f‧‧‧電子
780‧‧‧電子
ji1‧‧‧離子電流
jee‧‧‧電子電流
jte‧‧‧熱電子電流
ji2‧‧‧離子電流
je2‧‧‧電子電流
隨附圖式繪示了本發明之實施例，且隨附圖式與上述之本發明一般描述、及下述之詳細描述係一起用以解釋本發明，其中隨附圖式被納入並構成本說明書的一部份。此外，元件符號最左邊的數字標識了該元件符號首次出現之附圖。
根據本揭露內容之實施例，圖1為一示例性處理系統之示意橫剖面圖，該處理系統係用於基板之中性射束處理。
根據本揭露內容之實施例，圖2為一示例性處理系統之示意橫剖面圖，該處理系統係用於基板之中性射束處理。
根據本揭露內容之實施例，圖3為一示例性處理系統之示意橫剖面圖，該處理系統係用於基板之中性射束處理。
根據本揭露內容之實施例，圖4為一示例性處理系統之示意橫剖面圖，該處理系統係用於基板之中性射束處理。
根據本揭露內容之示例性實施例，圖5為一處理系統之示例性操作步驟之流程圖。
根據本揭露內容之實施例，圖6為一示例性處理系統之示意橫剖面圖，該處理系統係用於基板之非雙極電子電漿(NEP)處理。
根據本揭露內容之實施例，圖7為一示例性處理系統之示意橫剖面圖，該處理系統係用於基板之NEP處理。
現在將參照隨附圖式來說明本揭露範圍。在圖式中，相似的元件符號一般表示相同、功能上相似、及/或結構上相似之元件。藉由元件符號中最左邊的數字來表示一元件首次出現的圖式。
下面的實施方式參照了隨附圖式來說明符合本揭露範圍之示例性實施例。當在實施方式中提至”一示例性實施例”、”示例性實施例”、”一範例示例性實施例”、等時，意指所描述的該示例性實施例可包括特定的特徵、結構、或特性，但不是每一示例性實施例一定包括該特定特徵、結構、或特性。此外，這樣的用語不一定是指相同的示例性實施例。此外，當針對一示例性實施例描述特定特徵、結構、或特性時，無論有沒有明確的說明，熟悉相關技藝者在其知識範圍內有能力將這樣的特徵、結構、或特性運用於其它示例性實施例中。
本文中所描述的示例性實施例係為了舉例之目的而提供，而非限制性的。其他示例性實施例亦為可能的，且可在本發明的範圍內對示例性實施例加以修改。因此，本實施方式並非意圖限制本揭露範圍。更確切而言，本發明的範圍只根據以下申請專利範圍及其同等物而定義。
以下示例性實施例的實施方式將完全揭示本揭露範圍的一般性質，俾使其他人可藉由運用熟悉相關技藝者之知識而輕易地對這樣的示例性實施例進行修改及/或調整以用於各樣的應用而不偏離本發明的範圍(且無需過度的實驗)。因此，基於本文中所提出之教學及指導，這樣的調整及修改仍處於該等示例性實施例之意義與複數同等物之內。吾人應了解，本文中的措詞或術語係為了描述之目的而不是限制之目的，因此本說明書的術語或措詞應由熟悉相關技藝者根據本文中之教學而詮釋。
為了更有效率的基板電子束處理，本發明提供了一非雙極電子電漿(NEP)系統。該NEP系統產生一電子束，該電子束為一中性射束，其中該中性射束所包括之帶正電離子被帶負電電子所平衡。該NEP系統包括：一電漿產生腔室，該電漿產生腔室產生來源電漿；及一處理腔室，該處理腔室包括電子束激發電漿(electron beam excited plasma)、以及待處理之基板。可藉由一於來源電漿內產生電子通量之磁場來激發該來源電漿。該電子通量從位在電漿產生腔室中 的來源電漿通過而進入處理腔室以產生對基板進行處理之電子束激發電漿。為了便於討論，該磁場所激發的電子束電漿所產生之電子通量將簡稱為電子束。
本技藝的一般技術人員會體認到，電子束從該電漿產生腔室至該處理腔室的移動係基於來源電漿與電子束激發電漿之間的電位差而發生。將電子束激發電漿之電位相對於來源電漿的電位提高。因此，電子束中所包括的電子通量從電漿產生腔室移動至處理腔室以處理該基板。
舉例而言，相較於習知的電子束激發處理，NEP系統中電子束的離子效率增加。藉由一單一介電電子注射器來分隔NEP系統中的電漿產生腔室與處理腔室。當電漿產生腔室中容納的電漿激發並形成電子束時，該電漿產生腔室中容納之電漿中所包括的高能量電子流過該單一介電電子注射器進入該處理腔室中。單一介電電子注射器將帶負電電子注入該電子束(該電子束注入該處理腔室)以平衡該電子束中亦包括之帶正電離子。當電子束流過處理腔室時，將帶負電電子注入該電子束維持了帶正電離子的離子化，俾使該電子束往基板移動時帶正電離子不損失其正電荷，從而改善了電子束的離子化效率。
雖然為了使電子束往基板移動時帶正電離子不會失去其正電荷，電子束中所包括之帶負電電子為必要的，但實際上到達基板的帶負電電子之數量係待最小化的。帶負電電子可能傷害基板。因此，NEP系統中的處理腔室包括一磁場產生器及/或一帶正電離子加速器，該磁場產生器及/或帶正電離子加速器於該產生器及/或加速器與基板之間產生電壓電位。該電壓電位使電子束中所包括的帶負電電子減慢，俾使到達基板之帶負電電子的數量最小化，同時使帶正電離子向基板加速，俾使到達基板以對基板進行處理之帶正電離子的數量最大化。
習知的電子束激發處理使用一連串的差動偏壓柵來使電子束的帶正電離子向處理腔室加速以處理基板。當帶正電離子穿過每一差動偏壓柵時 它們較有可能失去正電荷，從而使得電子束的離子效率惡化。因此，穿過習知電子束激發處理中所使用之差動偏壓柵的電子束之離子效率小於NEP系統所使用的單一介電電子注射器。
如同下面的描述將詳細顯示，所揭露的發明利用此特性的優點來增加處理基板之帶正電離子的離子效率，同時限制到達基板之帶負電電子的數量。這是為了改善透過電子束來處理基板之效率及有效性，同時使帶負電離子可能對基板造成的潛在傷害最小化。在以下的描述中，雖然可能是參照NEP而描述，但吾人應了解該系統及方法適用於各樣想要的電子束(選擇的電荷特性之電子束)。
圖1繪示一處理系統100，該處理系統係用於基板的中性射束處理。處理系統100包括：一電漿產生腔室110，該電漿產生腔室形成處於一來源電漿電位(VP，1)之來源電漿120；及一處理腔室130，該處理腔室形成處於一電子束激發電漿電位(VP，2)之電子束激發電漿140。該電子束激發電漿電位大於該來源電漿電位(VP，2>VP，1)。
可將一耦合功率，例如射頻(RF)功率，施加至來源電漿120以形成離子化的氣體。藉由使用來源電漿120所產生的電子通量可形成該電子束激發電漿140。該電子通量可包括(但不限於)高能電子(ee)通量、電流(Jee)通量、及/或來源電漿120所產生之可用以形成電子束激發電漿140的任何其他類型之通量(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。處理系統100亦包括一基板固定器(未顯示)，該基板固定器可放置基板150。基板150可放置於處理腔室130中的一直流(DC)接地端或一浮動接地端(floating ground)，俾使基板150可暴露於處於電子束激發電漿電位之電子束激發電漿140。
電漿產生腔室110可連接至電漿產生系統160。電漿產生系統160可點燃來源電漿120並將其加熱。電漿產生系統160可將來源電漿120加熱，俾能 達成來源電漿電位的最小變動。電漿產生系統160可包括(但不限於)感應耦合電漿(ICP)來源、變壓耦合電漿(TCP)來源、電容耦合電漿(CCP)來源、電子迴旋共振(ECR)來源、螺旋波(helicon wave)來源、表面波電漿來源、具有槽式平面天線之表面波電漿源、及/或任何可用來源電漿電位的最小變動來將來源電漿120加熱之其它產生電漿的系統(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
電漿產生腔室110亦連接至一直流(DC)導電電極170。該DC導電電極170包括一導電表面，該導電表面可與來源電漿120接觸。DC導電電極170可連接至DC接地端，且可起著離子匯集部(ion sink)的作用，該離子匯集部可被處於來源電漿電位之來源電漿120所驅動。來源電漿腔室110可連接至任何數量的連接至DC接地端之DC導電電極170(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
DC導電電極170可影響來源電漿電位，且可提供至DC接地端的最低阻抗路徑。當與來源電漿120接觸之DC導電電極170的導電表面之表面積大於亦與來源電漿120接觸之其他表面的表面積時，該來源電漿電位可能降低。與來源電漿120接觸之導電表面的表面積較大(相對於亦與來源電漿120接觸之其他表面的表面積)，則在該導電表面的阻抗上提供了較大差異(相對於其他表面之阻抗)，且此較大差異為來源電漿120提供了至DC接地端的較低阻抗路徑並因此降低了來源電漿電位。
電子電流jee可為來自來源電漿120之電子通量，該電子通量可啟動及/或維持處理腔室130中的電子束激發電漿140。可控制電子電流jee以產生中性射束。為了產生中性射束，來源電漿電位與電子束激發電漿電位被以每一者之間的最小變動來穩定。為了維持電子束激發電漿140的穩定性，處理腔室130 包括一DC導電偏壓電極180，該DC導電偏壓電極具有與電子束激發電漿140接觸的一導電表面。
該DC導電偏壓電極180可連接至DC電壓源190。該DC電壓源190可以一正DC電壓(+VDC)來對DC導電偏壓電極180施加偏壓。因此，電子束激發電漿電位可為由正DC電壓源所驅動的一邊界驅動(boundary-driven)電漿電位，從而使得該電子束激發電漿電位(VP，2)基本上上升至該正DC電壓(+VDC)，並基本上在該正DC電壓(+VDC)保持穩定。處理腔室130可連接至任何數量的連接至DC電壓源190之DC導電電極180(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
該處理系統亦包括一分隔構件195，該分隔構件設置於該電漿產生腔室110與處理腔室130之間。該分隔構件195可做為電子擴散器。一電場可藉由(VP，2)-(VP，1)之電壓電位差所產生的電子加速層來驅動該分隔構件195。分隔構件195可包括絕緣體、石英、氧化鋁、介電質塗覆導電材料(使用至接地端的高RF阻抗來將其電氣浮接(floating))、及/或任何其它分隔構件195(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。由於穿過了分隔構件195之(VP，2)-(VP，1)的大電場持續，電子電流Jee具有足夠的能量來維持電子束激發電漿140中之離子化。
分隔構件195可包括一或更多開口以容許電子電流Jee從電漿產生腔室110通行至處理腔室130。該一或更多開口的總面積可相對於該DC導電電極170的表面積而調整，以確保一相對較大之(VP，2)-(VP，1)的電位差，同時將從電子束激發電漿140至來源電漿120的反向離子電流最小化，從而確保用以撞擊基板150之離子的足夠離子能量Ji2及je2。
離子電流ji1可為來自來源電漿120中之第一離子群組的第一離子通量，該第一離子通量以與電子電流Jee大約相等之數量在來源電漿腔室110中流 動至DC導電電極170。該電子電流Jee可從來源電漿120穿過在分隔構件195的電子加速層(未顯示)而流入電子束激發電漿140中。該電子電流Jee可具有足夠能量以形成電子束激發電漿140。在這樣做時，形成了熱電子群組及第二離子群組。該等熱電子可為藉由輸入的電子電流Jee將電子束激發電漿140離子化時所放出之電子的結果。一些來自電子電流Jee的高能電子可能失去足夠量的能量並亦變成熱電子群組的一部分。
由於德拜屏蔽，電子束激發電漿140的熱電子可做為熱電子電流jte而以與jte-jee之高能電子通量基本上相同之數量流至DC導電偏壓電極180。由於熱電子被導向該DC導電偏壓電極180，來自離子電流ji2中之第二離子群組的第二離子通量可被導向處於第二電壓電位之該基板150。當電子電流jee中輸入的高能電子能量高時，相當大量的離子電流ji2可平安地通過電子束激發電漿140並撞擊基板150。由於基板150可在一浮動DC接地端，可由電子束激發電漿140中之第二離子群組所提供之離子電流ji2可基本上等同於電子電流je2，所以沒有淨電流。
因此，將電子束激發電漿電位提高至高於來源電漿電位可驅動一具有電子電流Jee之高能電子束以形成電子束激發電漿140。遍佈整個處理系統100之粒子平衡可為該高能電子束提供相等數量的電子(具有電子電流je2)及離子(具有離子電流ji2)以撞擊基板150，俾使該高能電子束為一中性射束，其中該電子電流je2基本上與該離子電流ji2相等。被導向基板150之中性射束的電荷平衡在基板150上啟動一化學處理。
參照圖2，該圖式顯示一處理系統200，該處理系統係用於基板之中性射束處理，其中類似的元件符號係用以代表類似的零件。該處理系統200與處理系統100具有許多相似的特徵；因此，將只進一步詳述處理系統200與處理系統100之間的差異。處理系統200包括一電漿產生腔室205，該電漿產生腔室產生處於來源電漿電位(Vp，1)之來源電漿210。該處理系統200亦包括一處理腔室 215，該處理腔室為基板220的電漿處理提供了無污染的真空環境。處理腔室215包括一支撐基板220的基板固定器225。處理腔室215連接至一真空泵浦系統230以抽空該處理腔室215並控制處理腔室215中之壓力。
電漿產生腔室205包括一來源電漿區域235，該來源電漿區域接收處於第一壓力的第一處理氣體以形成來源電漿210。處理腔室215包括一電子束激發電漿區域240，該電子束激發電漿區域設置於該來源電漿區域235的下游以接收來自來源電漿區域235的第一處理氣體及電子通量245，以形成處於一電子束激發電漿電位(Vp，2)及第二壓力之電子束激發電漿250。
一第一氣體注射系統255連接至電漿產生腔室205以將一第一處理氣體引入該來源電漿區域235。該第一處理氣體可包括正電性氣體、負電性氣體、或其混合物。例如，該第一處理氣體可包括惰性氣體(例如，氬Ar)、及/或適合於處理基板220之任何其它氣體(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。此外，該第一處理氣體可包括化學成分，例如蝕刻劑、用以形成膜的氣體、稀釋劑、清洗氣體、及/或適於處理基板220的任何其他化學成分(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
一可選性的第二氣體注射系統260可連接至該處理腔室215以將一第二處理氣體引入電子束激發電漿區域240。第二處理氣體包括適於處理基板220的任何氣體。該第二處理氣體可包括正電性氣體、負電性氣體、或其混合物。例如，該第二處理氣體可包括惰性氣體(例如，氬Ar)、及/或適合於處理基板220之任何其它氣體(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。此外，該第二處理氣體可包括化學成分，例如蝕刻劑、用以形成膜的氣體、稀釋劑、清洗氣體、及/或適於處理基板220的任何其他化學成分(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
該處理系統200包括一電漿產生系統265，該電漿產生系統連接至該電漿產生腔室205以在該來源電漿區域235中產生來源電漿210。電漿產生系統265可產生電容耦合電漿(CCP)、感應耦合電漿(ICP)、變壓耦合電漿(TCP)、表面波電漿、螺旋波電漿、電子迴旋共振(ECR)加熱的電漿、及/或任何其它類型的電漿(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。可將來源電漿210加熱以在來源電漿電位(Vp，1)上產生最小變動。
電漿產生系統265可包括一感應線圈270，該感應線圈可連接至一功率來源275。該功率來源275可包括一RF產生器，該RF產生器將RF功率透過一阻抗匹配網絡而連接至感應線圈270。RF功率可從感應線圈270透過一介電窗280而感應耦合至來源電漿區域235中之來源電漿210。由感應線圈270所產生之RF功率的頻率範圍可介於10MHz至100MHz之間。可使用一槽式法拉第屏蔽(未顯示)來減少感應線圈270與來源電漿210之間的電容耦合。
阻抗匹配網絡可藉由減少反射功率而改善RF功率至電漿的傳輸。匹配網絡拓撲包括(但不限於)L型、N型、T型、及/或任何其它匹配網絡拓撲(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。在來源電漿210的正電性放電中，電子密度可介於約1010cm3至1013cm3之間，且根據所使用的電漿來源的類型，電子溫度可介於1eV至約10eV之間。
另外，電漿產生腔室205包括一DC導電電極285。該DC導電電極285包括一導電表面，該導電表面係做為與來源電漿210接觸之邊界。DC導電電極285可連接至DC接地端。DC導電接地電極285可包括一摻雜矽電極。DC導電接地電極285可起著離子匯集部的作用，其中該來源電漿210以來源電漿電位(Vp，1)來驅動該離子匯集部。
處理系統200亦包括連接至該處理腔室215的一偏壓電極系統290。為了驅動該電子通量245，該偏壓電極系統290可將電子束激發電漿電位 (Vp，2)提高至一高於來源電漿電位(Vp，1)的值。該偏壓電極系統290包括一DC導電偏壓電極295，該DC導電偏壓電極具有與電子束激發電漿250接觸的一導電表面。DC導電偏壓電極295可藉由一絕緣體284而與處理腔室215電性絕緣。DC導電偏壓電極295可連接至一DC電壓源286。DC導電偏壓電極295可包括一導電材料，例如金屬及/或摻雜矽。
DC導電偏壓電極295可包括與該電子束激發電漿250接觸的一相對大的面積。處於+VDC的面積越大時，則電子束激發電漿電位(VP，2)將越接近+VDC。如一範例，DC導電偏壓電極295的總面積可大於與電子束激發電漿250接觸的所有其他導電表面之總和。或者，DC導電偏壓電極295的總面積可為唯一與電子束激發電漿250接觸的導電表面。
電壓源286可包括一可變式DC功率供應器。此外，電壓源286可包括一雙極DC功率供應器。電壓源286可包括用以監測、調節、及/或控制該極性、電流、電壓、及/或電壓源286的開/關狀態之裝置。一電濾波器可將該RF功率與電壓源286去耦合。例如，由電壓源286施加至DC導電偏壓電極295之DC電壓可介於約0伏特(V)至約10,000V。較佳地，由DC電壓源286施加至DC導電偏壓電極295之DC電壓可介於約50V至約5000V。該DC電壓可為一具有大於約50V之絕對值的正電壓。
處理腔室215包括一腔室殼體構件211，該腔室殼體構件可連接至接地端。襯墊構件288可設置於腔室殼體構件211與電子束激發電漿250之間。該襯墊構件288可由介電材料製成，舉例而言，例如石英及/或氧化鋁。襯墊構件288可為電子束激發電漿250提供至接地端之高RF阻抗。電通孔287可容許至DC導電偏壓電極295的電性連接。
一分隔構件274可設置於來源電漿區域235與電子束激發電漿區域240之間。該分隔構件274可包括一或更多開口272以容許第一處理氣體以及電 子通量245從來源電漿區域235中的來源電漿210通行至電子束激發電漿區域240以形成電子束激發電漿區域240中的電子束激發電漿250。該分隔構件274中的一或更多開口272可包括超德拜(super-Debye)長度的孔，其中橫向尺寸或直徑可大於德拜長度。該一或更多開口272的尺寸可設計為在容許足夠電子傳輸的同時，使得來源電漿電位(Vp，1)與電子束激發電漿電位(Vp，2)之間可以具有足夠高的電位差以減少電子束激發電漿250與來源電漿210之間的反向離子電流。亦可設計該一或更多開口272的尺寸來維持來源電漿區域235中的第一壓力與電子束激發電漿區域240中的第二壓力之間的壓力差。
可透過分隔構件274而在來源電漿區域235與電子束激發電漿區域240之間產生電子通量245。電子通量245係由電場擴散所驅動，其中該電子通量245係由來源電漿電位(Vp，1)與電子束激發電漿電位(Vp，2)之間的電位差所產生。電子通量245可具有足夠能量以維持電子束激發電漿250中之離子化。
真空泵浦系統230可包括：一渦輪分子真空泵浦(TMP)，該渦輪分子真空泵浦的泵送速度可高達每秒5000公升；及一真空閥(例如，閘閥)，該真空閥係用以控制電子束激發電漿區域250中之壓力。可將用以監測腔室壓力的一壓力測量裝置(未顯示)連接至處理腔室215。
基板固定器225可連接至接地端。當基板固定器225連接至接地端時，基板220可處於浮動接地。因此，電子束激發電漿250所接觸的唯一接地端為基板220所提供之浮動接地端。可藉由一陶瓷靜電夾具(ESC)層而將基板220夾持至基板固定器225。該ESC層可使基板220與接地的基板固定器225絕緣。處理系統100亦可包括一基板偏壓系統，該基板偏壓系統連接至基板固定器225以將基板220電性偏壓。例如，該基板固定器225可包括一電極，該電極透過阻抗匹配網絡而連接至RF產生器。施加至基板固定器225之功率的頻率可介於0.1MHz至100MHz。
處理系統200可包括一基板溫度控制系統(未顯示)，該基板溫度控制系統連接至基板固定器225以調整基板220的溫度。該基板溫度控制系統包括溫度控制元件。溫度控制元件可包括一冷卻系統，該冷卻系統係用以在從基板固定器225接收熱並將其傳輸至熱交換系統後將冷卻劑流再循環。當將基板固定器225加熱時，溫度控制元件亦可從該熱交換器系統傳輸熱。溫度控制元件可包括(但不限於)電阻性加熱元件、熱電加熱器/冷卻器、及/或用以控制基板固定器225之溫度的任何其它類型的溫度控制元件(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
基板固定器225可包括一夾持系統(未顯示)以改善基板220與基板固定器225之間的熱傳輸。該夾持系統可包括一機械夾持系統或一電氣夾持系統，例如ESC系統。夾持系統可將基板220固定至基板固定器225的上表面。基板固定器225可更包括一基板背面氣體輸送系統，該系統係用以將氣體引導至基板220的背面以改善基板220與基板固定器225之間的氣隙熱傳導性。該基板背面氣體系統可包括一兩區氣體分配系統，俾使氦氣壓力間隙可在基板220的中心與邊緣之間獨立地變化。延伸超出基板固定器225周圍邊緣的一擋板構件221圍繞著基板固定器225。該擋板構件221可用以將真空泵浦系統230所輸送的泵送速度均勻地分配至電子束激發電漿區域240。擋板構件221可包括介電材料，例如石英及/或氧化鋁。擋板構件221可為電子束激發電漿250提供了至接地端的高RF阻抗路徑。
處理系統200亦包括一控制器292。該控制器292包括了能夠產生足以傳遞與啟動至處理系統200之輸入、以及監測來自處理系統200之輸出的控制信號之數位輸入端/輸出端、微處理器、及記憶體。控制器292可連接至電漿產生系統265以與電漿產生系統265交換信息。控制器292亦可連接至第一氣體注射系統255、功率來源275、電極偏壓系統280、第二氣體注射系統260、DC電壓源 286、基板固定器225、及真空泵浦系統230。在一實施例中，存儲在記憶體中的程式可基於一處理配方而啟動處理系統200的上述元件之輸入以處理基板220。
控制器292可為一通用電腦系統，用以根據一處理器而執行一部份或全部之基於微處理器的處理步驟，其中該處理器係用以執行記憶體中所包含的一或更多指令其中的一或更多序列。可從另一電腦可讀媒體(例如，硬碟或可移除媒體驅動器)將這樣的指令讀入控制器記憶體中。當控制器處理器執行主記憶體中所包含之指令序列時，亦可使用多重處理裝置中的一或更多處理器。亦可使用硬線電路系統來取代軟體指令或將其與軟體指令一起使用。因此，該等實施例不限於硬體電路系統與軟體的任何特定組合。
控制器292包括至少一電腦可讀媒體或記憶體，例如控制器記憶體，該電腦可讀媒體或記憶體係用以保存根據本發明的教示而編寫之指令、並用以容納數據結構、表格、記錄、及/或處理基板220可能需要的任何其它數據。本文中所使用的術語”電腦可讀媒體”係指任何參與將指令提供至控制器292之處理器來執行的媒體。電腦可讀媒體可有許多形式，其中包括(但不限於)非揮發性媒體、揮發性媒體、及傳輸媒體。例如，非揮發性媒體包括光碟、磁碟、及磁光碟，例如硬碟或可移除媒體驅動器。揮發性媒體包括動態記憶體，例如主記憶體。此外，各樣形式之電腦可讀媒體可參與將一或更多指令的一或更多序列運送至控制器292之處理器來執行。例如，指令最初可攜帶在遠端電腦的磁碟上。該遠端電腦可遠端地將用以執行全部或部分的本發明之指令載入至動態記憶體並透過網路而將指令發送至控制器292。
本發明包括存儲在任何電腦可讀媒體或其組合上之軟體，該等軟體係用以控制控制器292(該控制器係用以驅動用以實行本發明的一裝置或複數裝置)、及/或用以使得該控制器可以與人類使用者互動。這樣的軟體可包括(但不限於)驅動程式、作業系統、開發工具、及應用軟體。這樣的電腦可讀媒體更 包括本發明的電腦程式產品，該電腦程式產品係用以執行全部或部分在基板220之處理中所執行的處理。電腦碼裝置可為任何可判讀或可執行之編碼機制，其中包括(但不限於)腳本(script)、可判讀程式，動態鏈接程式庫(DLLs)、Java類、及完整的可執行程式。此外，為了更好的效能、可靠性、及/或成本，可將部分的處理分散。
相對於處理系統200，控制器292可設置於本地端、或其可透由網絡而設置於遠端。因此，控制器292可藉由使用直接連接、內部網路、或網際網路其中至少一者來與處理系統200交換數據。控制器292可連接至客戶端的內部網路或連接至供應商端的內部網路。另一電腦可透過直接連接、或網絡連接其中至少一者而對控制器292進行存取以交換數據。
參照圖3，該圖式顯示一處理系統300，該處理系統係用於基板之中性射束處理，其中類似的元件符號係用以代表類似的零件。該處理系統300與處理系統100及200具有許多相似的特徵；因此，將只進一步詳述處理系統300與處理系統100及200之間的差異。感應線圈305被包括於電漿產生腔室205上方的電漿產生系統310中，而不是位於電漿產生腔室205的任一側。該感應線圈205可為平面線圈、螺旋線圈、扁平線圈、及/或任何其他的感應線圈(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。感應線圈305可如在變壓耦合電漿(TCP)中般從上方與來源電漿210溝通。RF功率係從感應線圈305透過一介電窗315而感應耦合至來源電漿區域235中之來源電漿210。電漿產生腔室205亦包括一DC導電接地電極320，該DC導電接地電極320具有一導電表面，該導電表面係做為與來源電漿210接觸的邊界。該DC導電接地電極320可連接至DC接地端。
現在參照圖4，該圖式顯示一處理系統400，該處理系統係用於基板之中性射束處理，其中類似的元件符號係用以代表類似的零件。該處理系統 400與處理系統100、200、及300具有許多相似的特徵；因此，將只進一步詳述處理系統400與處理系統100、200、及300之間的差異。感應線圈405可位於電漿產生腔室205的來源電漿區域235中，而不是位於電漿產生腔室205的側邊或頂部上，其中藉由一圓柱介電窗插件來分隔感應線圈405與來源電漿210。感應線圈405可為一連接至功率來源275的圓柱線圈(例如螺旋線圈)。RF功率可從感應線圈405透過圓柱介電窗插件410而感應耦合至來源電漿區域235中之來源電漿210。電漿產生腔室205亦包括一DC導電接地電極415，該DC導電接地電極具有一導電表面，該導電表面係做為與來源電漿210接觸的邊界。該DC導電接地電極415可連接至DC接地端。由於感應線圈405係浸沒在來源電漿210內，所以DC導電接地電極415包括了佔電漿產生腔室205的內表面相當大部分之表面積。
根據本揭露範圍之示例性實施例，圖5為一處理系統之示例性操作步驟的流程圖。本揭露範圍並不限於此操作描述。相反地，根據本文中的教示，其他操作控制流程仍處於本發明的範圍之內，這對於熟悉相關技藝者而言係顯而易見的。以下討論描述圖5中的步驟。
在步驟510中，該操作控制流程將一基板佈置於一處理腔室中以使用電漿對基板進行處理。
在步驟520，該操作控制流程在來源電漿區域形成處於來源電漿電位之來源電漿。例如，該操作控制流程在電漿產生腔室205的來源電漿區域235中形成了處於來源電漿電位(Vp，1)之來源電漿210。
在步驟530，該操作控制流程藉由使用來自來源電漿區域的電子通量而在電子束激發電漿區域中形成處於電子束激發電漿電位之電子束激發電漿。具體而言，例如可使用來自來源電漿區域235的電子通量245而在電子束激發電漿區域240中形成處於電子束激發電漿電位(Vp，2)的電子束激發電漿250。 可從來源電漿區域235中的來源電漿210產生該電子通量245，該電子通量從電漿產生腔室205穿過分隔構件272而至處理基板的處理腔室215。
在步驟540中，該操作控制流程將電子束激發電漿電位提高至高於來源電漿電位。來源電漿區域235中的來源電漿210可為邊界驅動電漿，其中該電漿邊界對各別的電漿電位具有實質上的影響。部分的邊界可與來源電漿210接觸，其可連接至DC接地端。電子束激發電漿區域240中之電子束激發電漿250亦可為邊界驅動電漿，其中部分與電子束激發電漿250接觸之邊界係連接至處於+VDC的DC電壓源。
在步驟550中，該操作控制流程控制該處理腔室中的壓力。具體而言，控制器292控制在處理腔室215中的壓力。可藉由真空泵浦系統230來泵送進入處理腔室215之氣體以控制處理腔室215中的壓力。
在步驟560中，該操作控制流程將基板暴露於電子束激發電漿。具體而言，將基板220暴露於電子束激發電漿250。將基板220暴露於電子束激發電漿250包括將基板220暴露至中性射束啟動的化學處理。
參照圖6，該圖式顯示一處理系統600，該處理系統係用於基板之NEP處理，其中類似的元件符號係用以代表類似的零件。該處理系統600與處理系統100、200、300、及400具有許多相似的特徵；因此，將只進一步詳述處理系統600與處理系統100、200、300、及400之間的差異。對該系統進行修改以將電子注入該電子束645中來改善電子束645之離子效率，而不是設置具有一或更多開口272的分隔構件274以容許電子通量245從來源電漿區域235通行至電子束激發電漿區域240。例如，如圖6中所示，電子束645通過一介電電子注射器672。
如上面所述，第一氣體注射系統255連接至電漿產生腔室205並將該第一處理氣體引入來源電漿區域235。在一實施例中，第一處理氣體可包括氬 氣，且該第一處理氣體可保持在一介於5毫托至15毫托的壓力範圍。該第一處理氣體可產生來源電漿210。
基於從感應線圈670提供至來源電漿的RF功率，可接著將來源電漿210激發以形成電子束645。感應線圈670可連接至功率來源275。功率來源275可包括一RF產生器，該RF產生器透過阻抗匹配網絡而將13.56MHz頻率之RF功率耦合至感應線圈670。透過一介電管680可將200W至300W的RF功率從感應線圈670感應耦合至來源電漿區域235中的來源電漿210。該介電管680係沿著電漿產生腔室205的側壁而設置並做為進入電漿產生腔室205的輸入端口。介電管680可與感應線圈670相匹配以為電漿產生腔室205提供氣密密封、及對進入電漿產生腔室205之RF功率傳輸提供入口。電漿產生腔室205可具有可連接至DC接地端的大表面。
電子束645可由來源電漿210的激發所導致的電通量而產生，其中藉由從感應線圈670感應耦合至電漿產生腔室205之RF功率激發來源電漿210。藉由電擴散來驅動電子束645，其中電子束645的電通量基於來源電漿電位(Vp，1)與電子束激發電漿電位(Vp，2)之間的電位差而從來源電漿區域235移動至電子束激發電漿區域240。
當電子束645從來源電漿區域235移動至電子束激發電漿區域240時，電子束645通過單一介電電子注射器672。該單一介電電子注射器672將電子注入電子束645中以使用注入的電子來平衡電子束645所包括之帶正電離子，從而產生一基本上非雙極的電子束。將電子注入電子束645改善了電子束645的離子效率，使得當電子束645傳導進入電子束激發電漿區域240時可以將損失其正電荷之帶正電離子的數量最小化。
雖然將電子注入電子束645改善了電子束645的離子效率，但到達基板220之電子可能傷害基板220。因此，實際上到達基板220之電子的數量係待 最小化的。隨著電子束645到達基板220，可產生圍繞著基板220的一電壓電位，該電壓電位將電子從基板220排斥開，並將帶正電離子吸引至基板220。因此，至少部分地基於可用以在基板220周圍形成鞘電位之電子束645功率、腔室壓力、磁場、或其組合，可使到達基板220之電子的數量最小化。根據壓力及磁場，電子束645功率可在幾毫瓦至幾千千瓦之間變化。根據電子束645功率及磁場，該壓力可在0.1毫托與1托之間變化。磁場可取決於及磁場的強度、產生該磁場之磁體的位置及/或形狀。圖7只繪示了該磁體之位置及/或形狀的一實施例。
在一實施例中，單一介電電子注射器672將來源電漿210與電子束激發電漿250分隔開。該單一介電電子注射器672可包括一單一開口，該單一開口具有例如1.0mm之直徑。該單一介電電子注射器672將來源電漿210中所包含之電子限制為具有足夠能量通過該單一介電電子注射器672的單一開口以進入電子束激發電漿250之電子。隨著從單一介電電子注射器672進入電子束激發電漿250的每一電子，電子束激發電漿250中所包括的一對應的帶正電離子從處理腔室215通過該單一介電電子注射器672而進入電漿產生腔室205。因此，通過該單一介電電子注射器672之高能量電子平衡了電子束645中所包括的帶正電離子，形成一進入電子束激發電漿250之基本上非雙極的電子束。
第二氣體注射系統260可連接至處理腔室215，並可將一第二處理氣體引入該電子束激發電漿區域240。在一實施例中，第二處理氣體可包括壓力介於1毫托至3毫托的N2。第二處理氣體可與電子束645一起注入以產生電子束激發電漿250。
在電子束645進入處理腔室215後，電子束645可接著藉由一大表面積的正DC加速器625而加速穿過激發電漿區域240至基板220。加速器625可將正DC電壓(+VDC)施加至處理腔室215以推動電子束645中所包括的帶正電離子，俾使帶正電離子通過電子束激發電漿區域240並到達基板220。當電子束645到達 基板220時，圍繞著基板220的鞘電位排斥電子並吸引帶正電離子，俾使到達基板220來處理基板220之帶正電離子最大化，同時使到達基板220之電子的數量最小化。以舉例的方式來說而非限制性的，電子束645中所包括之電子的30%或更少到達基板220，而電子束645中所包括之電子的70%或更多無法到達基板220。基板220的鞘電位可定義為電子束激發電漿250中具有帶正電離子之稠密性的層，該帶正電離子之稠密性係由介電端板665之浮動電位(floating potential)所產生，該介電端板665之浮動電位可排斥電子束645中所包括的電子同時吸引電子束645中所包括的帶正電離子。加速器625為了使帶正電離子加速所施加的正DC電壓(+VDC)之範圍可介於80V至600V。
加速器625可連接至處理腔室215的內部且具有基本上與處理腔室215相似之直徑。加速器625可佔有處理腔室215之大的表面區域，俾使加速器625可充分地使帶正電離子加速穿過處理腔室215。處理腔室215的剩餘表面區域可包括圍繞基板220的一介電端板665。該介電端板665可為處理腔室215之端板，其中該處理腔室215之介電端板665可位於處理腔室215的介電電子注射器672之對面端。介電端板665可為一浮接表面(floating surface)，舉例而言例如石英，該浮接表面具有浮動電位並因此為基板220產生了一鞘電位。可相對於加速器625所提供的正DC電壓(+VDC)而將該介電端板665浮接。
因此，電子束645中所包括的帶正電離子加速穿過處理腔室215直到抵達介電端板665。由於介電端板665為浮接的，所以電子束645所包括之電子被排斥且帶正電離子被介電端板665之鞘電位所吸引，因此僅有大量的帶正電離子及最小量的電子到達基板220來處理基板220。以舉例的方式來說而非限制性的，電子束645中所包括之電子的25%到達基板220，而電子束645中所包括之電子的75%無法到達基板220。加速器625亦可將帶正電離子保持在界線分明的電子束645內，以在處理基板220上達到想要的IED及微負載水平。
在一實施例中，可藉由加速器電壓來抑制電子束645的電子束功率以減少進入基板220的鞘電位之內的電子數量。加速器電壓對電子束功率的衰減會限制到達鞘電位且最終被鞘電位所排斥之電子的量。因此，鞘電位可保持穩定且不改變。在鞘電位上的改變可導致到達基板220的電子數量增加，這可能導致在基板220處理中較寬的IED且可能損傷基板220。
參照圖7，該圖式顯示一處理系統700，該處理系統係用於基板之NEP處理，其中類似的元件符號係用以代表類似的零件。處理系統700與處理系統100、200、300、400、及600具有許多相似的特徵；因此，將只進一步詳述處理系統700與處理系統100、200、300、400及600之間的差異。對該系統進行修改以包括複數金屬棒710a至710n(其中n為大於或等於一的整數)，該等金屬棒產生一磁場以在容許帶正電離子到達基板220的同時排斥電子以避免電子到達基板220，而不是將加速器625連接至處理腔室215的內徑。舉例而言，如圖7中所示，帶正電離子720a至720i已通過金屬棒710a至710n而到達了基板220來處理基板220。
如上面所述，可基於由感應線圈670提供至來源電漿210之RF功率來激發來源電漿210以形成電子束645。來源電漿210可包括複數帶正電離子730a至730d及複數電子740a至740g。提供至來源電漿的RF功率激發了複數電子740a至740g，使得複數電子740a至740g其中一部分得到了足以推動高能量電子穿過介電電子注射器672之能階。被推動穿過介電電子注射器672之高能量電子形成了電子束645。相反地，原本包括在電子束激發電漿250中之基本上等量的帶正電離子(未顯示)被驅動穿過介電電子注射器672進入來源電漿210而形成非雙極電子束。
例如，複數電子750a至750c為來源電漿210先前所包含之電子，但所獲得的能階足以推動電子750a至750c穿過介電電子注射器672而形成電子束 645。將電子750a至750c注入電子束645改善了電子束645的離子效率，使得當電子束645通過電子束激發電漿區域240時損失其正能量的帶正電離子之數量可最小化。
當電子束645進入處理腔室215時，帶正電離子的數量基本上等同於電子束645中所包括之電子的數量，俾使電子束645保持非雙極。例如，位於電漿腔室215中之複數帶正電離子760a至760f中所包括的帶正電離子之數量基本上等同於複數電子770a至770f中所包括之電子的數量。因此，當電子束645通過處理腔室215時維持了電子束645之非雙極性特性。
如上面所述，電子束645包括基本上相等數量之電子及帶正電離子，使得電子束中所包括之帶正電離子在到達基板220前不會失去其正電荷，並因此限制了可以用來處理基板220的帶正電離子之數量。然而，到達基板220的電子之數量係待最小化的。以舉例的方式來說而非限制性的，電子束645中所包括之電子到達基板220的百分比為20%或更少，而電子束645中所包括之電子無法到達基板220之百分比為80%或更多。到達該基板的電子阻礙了基板220的處理且亦可能損傷基板220。因此，當電子束645到達基板220，電子束645中所包括的電子被從基板220排斥開來，而電子束645中所包括的帶正電離子朝著基板220加速。
將基板220放置於基板固定器225上。基板固定器225處於一浮動電位。可將複數金屬棒710a至710n設置於介電電子注射器672與基板220之間。該複數金屬棒710a至710n形成一磁場，該磁場捕捉電子束645中所包括的電子並形成金屬棒710a至710n與基板固定器225之間的一電壓電位。基板固定器225的電位可顯著地高於金屬棒710a至710n的電位，從而產生了一電場使得帶正電離子朝向基板220加速。因此，大量的帶正電離子到達基板220來處理基板220，而最少量的電子亦到達了基板220以防止對基板220的損傷。以舉例的方式來說而 非限制性的，電子束645中所包括之電子到達基板220的百分比為15%或更少，而電子束645中所包括之電子無法到達基板220的百分比為85%或更多。
舉例而言，金屬棒710a至710n捕獲電子770a至770f並於金屬棒710a至710n與基板固定器225之間產生顯著的電壓電位。基板固定器225的電位顯著地高於金屬棒710a至710n的電位並產生了一電場。因此，複數帶正電離子720a至720i被推動通過金屬棒710a至710n至基板220來處理基板220，而只有單一電子780通過金屬棒710a至710n而到達基板220。被捕獲的其餘電子770a至770f無法通過金屬棒710a及710n，所以可保護基板220免於這樣的電子。
在一實施例中，可在電子到達基板220之前藉由金屬棒710a至710n來使注入電子的功率衰減。例如，藉由金屬棒710a至710n，位於處理腔室215中之電子770a至770f可將其功率水平其中每一者由第一功率水平衰減至第二功率水平。基於金屬棒710a至710n所產生的磁場，金屬棒710a至710n可使電子770a至770f每一者的功率水平衰減。
由金屬棒710a至710n與基板固定器225的電位差所產生之電場的強度可基於電子770a至770f每一者衰減的功率水平。電子770a至770f每一者衰減的功率水平量越大(從而降低了電子770a至770f每一者的功率水平)，則由金屬棒710a至710n與基板固定器225的電位差所產生之電場越大。較大的電場可使帶正電離子720a至720i更有效率地傳輸至基板220。因此，若電子770a至770f每一者的功率水平無法藉由金屬棒710a至710n而充分地衰減，則帶正電離子720a至720i到達基板220的數量可能顯著下降。
在一實施例中，與鞘電位關聯的鞘電壓隨著在加速器電壓之第一範圍的加速器電壓而線性地增加。該加速器電壓係由一加速器(未顯示)所提供，該加速器與圖6中所討論之加速器625基本上相似。當在加速器電壓的第一範圍內調整加速器電壓時，鞘電壓可基本上與加速器電壓相似。當加速器電壓在加 速器電壓的第二範圍內改變時，鞘電壓亦可保持恆定，俾使鞘電壓基本上與加速電壓相異。
舉例而言，當加速器電壓處於0V至250V的範圍時，鞘電壓隨著加速器電壓而線性地增加，使得鞘電壓基本上與加速器電壓相似。接著，鞘電壓在加速器電壓超過250V後很快地飽和並且於加速器電壓調整至250V以上時保持恆定，使得鞘電壓基本上與加速器電壓相異。因此，藉由調整加速器電壓可對鞘電壓進行控制而無須外部偏壓。在能以加速器電壓來控制該鞘電壓的情況下，亦可以加速器電壓來控制到達基板220的帶正電離子之數量(相對於亦到達基板220的電子之數量)。
金屬棒710a至710n所產生之磁場的強度可影響加速器電壓的第一範圍與加速器電壓的第二範圍之間的轉換。如上面所述，鞘電壓可隨著在電壓的第一範圍內之加速器電壓而線性地增加，然後於加速器電壓在電壓的第二範圍內變化時下降至一恆定電壓。當加速器電壓從電壓的第一範圍調整進入電壓的第二範圍時及當金屬棒710a至710n所產生的磁場增加時，鞘電壓的降低可以較低的速率發生。
在一實施例中，一或更多電磁體可連接至金屬棒710a至710n以產生捕捉電子束645中所包含的電子之磁場。金屬棒710a至710n亦可包括阻障材料，該等金屬棒其中每一者係由該阻障材料所覆蓋，該阻障材料可將擴散進入處理腔室215的金屬離子最少化，其中該金屬離子係該等金屬棒其中每一者中所包括之金屬離子。該阻障材料可包括(但不限於)石英、陶瓷、矽氮化物、及/或防止金屬離子的擴散之任何其他阻障材料(這對於那些熟悉相關技藝者係顯而易見的而沒有超出本發明之範圍)。
可排列金屬棒710a至710n，俾使金屬棒710a至710n其中每一者基本上與基板固定器225平行。可排列金屬棒710a至710n，俾使第一金屬棒710a可 連接至處理腔室215的第一壁、且第二金屬棒710n可連接至處理腔室215的第二壁，其中該第二壁位於第一壁的對面。金屬棒710a至710n的其它每一者可在基本上與基板固定器225平行的同時，散佈於第一金屬棒710a與第二金屬棒710n之間。金屬棒710a至710n其中每一者可彼此電性連接。金屬棒710a至710n每一者可磁性連接至至少每一相鄰的金屬棒710a至710n。
吾人應了解，實施方式部分(而不是摘要部分)係意圖用以詮釋申請專利範圍。可於摘要部分提出一或更多示例性實施例，但該一或更多示例性實施例不是本揭露範圍的全部示例性實施例，因此，其意圖並非以任何方式來限制本揭露範圍及隨附之申請專利範圍。
雖然本發明已經由其一或更多實施例之描述來說明，且雖然已相當詳細地描述該等實施例，它們並非意圖將隨附之申請專利範圍限定或以任何方式限制於這樣的細節。對於熟悉本技藝者而言，可很容易地找出額外的優點及修改。本發明在更廣泛的態樣上，因此不受限於所顯示及描述之說明性範例、特定細節、及代表性設備與方法。因此，可從這樣的細節做出變更而不偏離本廣義發明概念之範圍。
205‧‧‧電漿產生腔室
210‧‧‧來源電漿
215‧‧‧處理腔室
220‧‧‧基板
225‧‧‧基板固定器
235‧‧‧來源電漿區域
240‧‧‧電子束激發電漿區域
250‧‧‧電子束激發電漿
255‧‧‧氣體注射系統
260‧‧‧第二氣體注射系統
275‧‧‧功率來源
286‧‧‧DC電壓源
645‧‧‧電子束
665‧‧‧介電端板
670‧‧‧感應線圈
672‧‧‧介電電子注射器
680‧‧‧介電管
700‧‧‧處理系統
710a~710n‧‧‧金屬棒
720a~720i‧‧‧帶正電離子
730a~730d‧‧‧帶正電離子
740a~740g‧‧‧電子
750a~750c‧‧‧電子
760a~760f‧‧‧帶正電離子
770a~770f‧‧‧電子
780‧‧‧電子

Claims (10)

  1. 一種處理系統，用於基板之非雙極電子電漿(NEP)處理，該處理系統包含：一電漿來源腔室，用以激發一來源電漿以產生一電子束；一處理腔室，用以容納一基板以將該基板暴露於該電子束；一電子注射器，用以於該電子束進入該處理腔室時將電子從該來源電漿注入該電子束中，其中該電子束在該處理腔室中包括基本上相等數量之電子與帶正電離子；及一磁場產生器，用以在該處理腔室中產生一磁場，以捕捉該電子束中所包括之電子以在該磁場產生器與該基板之間產生一電壓電位，其中該電壓電位使帶正電離子向該基板加速、並使到達該基板的電子最少化，該磁場產生器包含複數金屬棒，該等金屬棒係佈置於該電子注射器與該基板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之處理系統，其中該磁場產生器包含：至少一電磁體，連接至該等金屬棒其中最少一者。
  3. 如申請專利範圍第2項之處理系統，其中該等金屬棒其中每一者係設置為基本上與該基板平行。
  4. 如申請專利範圍第2項之處理系統，其中該等金屬棒其中每一者係由一阻障材料所覆蓋，該阻障材料係用以使擴散進入該處理腔室之金屬離子最少化，其中金屬離子係該等金屬棒其中每一者中所包括之金屬離子。
  5. 如申請專利範圍第4項之處理系統，其中該阻障材料係選自於由石英、陶瓷、及矽氮化物所組成的一群組。
  6. 如申請專利範圍第2項之處理系統，其中該複數金屬棒由該處理腔室中所包括的一第一腔室壁延伸至該處理腔室中所包括的一第二腔室壁並涵蓋了該處理腔室基本上與該基板平行的寬度。
  7. 如申請專利範圍第6項之處理系統，其中該複數金屬棒中連接至該第一腔室壁的一第一金屬棒與該複數金屬棒其中連接至該第二腔室壁的一第二金屬棒基本上對準，而該複數金屬棒中其餘的每一金屬棒於該第一金屬棒與該第二金屬棒之間基本上對準，俾使該複數金屬棒其中每一者基本上與該基板平行。
  8. 如申請專利範圍第2項之處理系統，其中該等金屬棒中每一者係電性連接至每一其他金屬棒。
  9. 如申請專利範圍第2項之處理系統，其中該等金屬棒中每一者係磁性連接至該等金屬棒中至少每一相鄰者。
  10. 如申請專利範圍第1項之處理系統，其中該磁場產生器更用以使該電子束中所包括之電子的一功率水平衰減，以增加該磁場產生器與該基板之間的該電壓電位。
TW103119600A 2013-06-05 2014-06-05 具有電漿鞘電位之基板的非雙極電子電漿（ｎｅｐ）處理用處理系統 TWI541853B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361831401P 2013-06-05 2013-06-05
US14/026,092 US20140360670A1 (en) 2013-06-05 2013-09-13 Processing system for non-ambipolar electron plasma (nep) treatment of a substrate with sheath potential

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201511070A TW201511070A (zh) 2015-03-16
TWI541853B true TWI541853B (zh) 2016-07-11

Family

ID=52004452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103119600A TWI541853B (zh) 2013-06-05 2014-06-05 具有電漿鞘電位之基板的非雙極電子電漿（ｎｅｐ）處理用處理系統

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140360670A1 (zh)
JP (1) JP6667434B2 (zh)
KR (1) KR102236809B1 (zh)
TW (1) TWI541853B (zh)
WO (1) WO2014197146A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI658750B (zh) * 2017-06-02 2019-05-01 北京北方華創微電子裝備有限公司 用於處理工件的電漿反應裝置
TWI743216B (zh) * 2016-10-03 2021-10-21 美商應用材料股份有限公司 用以防止在處理腔室之間的干擾的方法和設備

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101241049B1 (ko) 2011-08-01 2013-03-15 주식회사 플라즈마트 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법
KR101246191B1 (ko) * 2011-10-13 2013-03-21 주식회사 윈텔 플라즈마 장치 및 기판 처리 장치
US9978568B2 (en) * 2013-08-12 2018-05-22 Tokyo Electron Limited Self-sustained non-ambipolar direct current (DC) plasma at low power
US10475626B2 (en) * 2015-03-17 2019-11-12 Applied Materials, Inc. Ion-ion plasma atomic layer etch process and reactor
CN106548914B (zh) * 2015-09-17 2018-10-30 中微半导体设备(上海)有限公司 一种等离子体处理设备及其清洗系统和方法
US10147588B2 (en) * 2016-02-12 2018-12-04 Lam Research Corporation System and method for increasing electron density levels in a plasma of a substrate processing system
WO2019143474A1 (en) * 2018-01-18 2019-07-25 Applied Materials, Inc. Etching apparatus and methods
US11217443B2 (en) * 2018-11-30 2022-01-04 Applied Materials, Inc. Sequential deposition and high frequency plasma treatment of deposited film on patterned and un-patterned substrates
US11393662B2 (en) 2019-05-14 2022-07-19 Tokyo Electron Limited Apparatuses and methods for plasma processing
US11152194B2 (en) 2019-05-14 2021-10-19 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatuses having a dielectric injector
CN114988356B (zh) * 2022-05-31 2023-09-19 西安交通大学 一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置及方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2845163B2 (ja) * 1994-10-27 1999-01-13 日本電気株式会社 プラズマ処理方法及びその装置
JP4405495B2 (ja) * 1997-02-24 2010-01-27 株式会社エフオーアイ プラズマ処理装置
KR100611826B1 (ko) * 1998-06-29 2006-08-11 동경 엘렉트론 주식회사 플라즈마 펌핑 셀 및 이온 펌핑 방법
JP2001279449A (ja) * 2000-03-30 2001-10-10 Tdk Corp プラズマｃｖｄ装置およびプラズマｃｖｄ膜の形成方法
JP3912993B2 (ja) * 2001-03-26 2007-05-09 株式会社荏原製作所 中性粒子ビーム処理装置
AU2002366943A1 (en) * 2001-12-20 2003-07-09 Tokyo Electron Limited Method and apparatus comprising a magnetic filter for plasma processing a workpiece
US20040127031A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for monitoring a plasma in a material processing system
JP4450407B2 (ja) * 2003-03-27 2010-04-14 キヤノンアネルバ株式会社 プラズマ処理装置及び処理方法
JP2006203134A (ja) * 2005-01-24 2006-08-03 Ebara Corp 中性粒子ビーム処理装置
JP4240109B2 (ja) * 2006-10-31 2009-03-18 日新イオン機器株式会社 イオン注入装置
EP1923483A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-21 Dow Corning Corporation Deposition of amorphous silicon films by electron cyclotron resonance
JP2008108745A (ja) * 2007-12-19 2008-05-08 Ebara Corp 中性粒子ビーム処理装置
JP4554694B2 (ja) * 2008-03-26 2010-09-29 三井造船株式会社 プラズマ処理装置
DE102008022181B4 (de) * 2008-05-05 2019-05-02 Arianegroup Gmbh Ionentriebwerk
WO2010099218A1 (en) * 2009-02-24 2010-09-02 University Of Virginia Patent Foundation Coaxial hollow cathode plasma assisted directed vapor deposition and related method thereof
US8188445B2 (en) * 2009-04-03 2012-05-29 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion source
US7767977B1 (en) * 2009-04-03 2010-08-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion source
JP2011103257A (ja) * 2009-11-11 2011-05-26 Kochi Univ Of Technology プラズマ発生装置及び成膜装置、エッチング装置、表面処理装置、イオン注入装置
US8461030B2 (en) * 2009-11-17 2013-06-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method for controllably implanting workpieces
US20110177694A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Tokyo Electron Limited Switchable Neutral Beam Source
JP5679423B2 (ja) * 2010-11-02 2015-03-04 富士電機株式会社 Ｄｌｃ薄膜製造方法および装置
US8698107B2 (en) * 2011-01-10 2014-04-15 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique and apparatus for monitoring ion mass, energy, and angle in processing systems
JP2013084552A (ja) * 2011-09-29 2013-05-09 Tokyo Electron Ltd ラジカル選択装置及び基板処理装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI743216B (zh) * 2016-10-03 2021-10-21 美商應用材料股份有限公司 用以防止在處理腔室之間的干擾的方法和設備
US11335577B2 (en) 2016-10-03 2022-05-17 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus to prevent interference between processing chambers
TWI658750B (zh) * 2017-06-02 2019-05-01 北京北方華創微電子裝備有限公司 用於處理工件的電漿反應裝置

Also Published As

Publication number Publication date
US20140360670A1 (en) 2014-12-11
JP6667434B2 (ja) 2020-03-18
KR102236809B1 (ko) 2021-04-05
JP2016527663A (ja) 2016-09-08
WO2014197146A1 (en) 2014-12-11
KR20160015249A (ko) 2016-02-12
TW201511070A (zh) 2015-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI541853B (zh) 具有電漿鞘電位之基板的非雙極電子電漿（ｎｅｐ）處理用處理系統
US10734200B2 (en) Mono-energetic neutral beam activated chemical processing system and method of using
JP5659425B2 (ja) 負イオンプラズマを生成する処理システムおよび中性ビーム源
US7732759B2 (en) Multi-plasma neutral beam source and method of operating
JP2024020348A (ja) イオン－イオンプラズマ原子層エッチングプロセス及びリアクタ
US9966239B2 (en) Non-ambipolar plasma enhanced DC/VHF phasor
US6083363A (en) Apparatus and method for uniform, low-damage anisotropic plasma processing
JP3691784B2 (ja) 低周波誘導型高周波プラズマ反応装置
KR101198439B1 (ko) 플라즈마 처리 장치용 측면 ｒｆ 코일 및 측면 히터
US6861643B2 (en) Neutral particle beam processing apparatus
JP2005514762A (ja) 加工物をプラズマ処理するための磁気フィルタを備える方法および装置
KR20090031624A (ko) 다중 주파수 ｒｆ 전력을 이용한 하이브리드 ｒｆ 용량 및 유도 결합형 플라즈마 소스 및 그 사용 방법
TWI815822B (zh) 電漿處理裝置及電漿處理方法
KR20110057178A (ko) 폭이 넓은 리본 이온 빔 발생을 위한 고밀도 헬리콘 플라즈마 소스
JPS6292322A (ja) ドライエツチング装置
JPH05129094A (ja) プラズマ処理方法および処理装置
JP2004165266A (ja) プラズマエッチング装置
JPH11260796A (ja) エッチング方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees