TWI614790B - 電漿處理裝置、系統及以隱藏偏向電極控制離子束的方法 - Google Patents

電漿處理裝置、系統及以隱藏偏向電極控制離子束的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種電漿處理裝置、系統以及隱藏偏向電極 控制離子束的方法。此電漿處理裝置包括萃取板、隱藏偏向電極以及隱藏偏向電極電源。萃取板沿電漿室的一側配置，萃取板具有第一及第二孔洞，以及第一及第二孔洞之間的中間部分。第一及第二孔洞用以在電漿存於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一及第二離子束。隱藏偏向電極配置於電漿室外鄰近中間部分處，且電性絕緣於萃取板。隱藏偏向電極電源用以施加偏壓至隱藏偏向電極，其中偏壓用以修改第一及第二離子束中離子的入射平均角及/或圍繞入射平均角的入射角範圍。

Description

電漿處理裝置、系統及以隱藏偏向電極控制離 子束的方法
本揭露實施例是有關於一種電漿處理裝置，且特別是有關於如何以隱藏偏向電極結合隱藏聚焦電極的使用來控制從電漿源萃取出之帶狀離子束的角分布(平均角及角擴展)。
習知用來處理具有離子基板的裝置包括束線離子植入器(beamline ion implanters)以及電漿浸入離子植入(plasma immersion ion implantation)工具。兩者皆適用於超出能量範圍來注入離子。在束線離子植入器中，離子是從來源處萃取並經過質量分析後輸送至基板表面。在電漿浸入離子植入裝置中，基板位於與電漿產生處相同的腔室並且鄰近電漿在鄰近基板處產生。因應在基板上以垂直入射角與基板撞擊處前方的電漿鞘相交的電漿與離子，基板設為負電位。近年來，已發展出一種能控制經萃取之離子角分布(ion angular distribution；IAD)的新型處理裝置。 雖然在這種處理裝置中離子是從電漿室萃取出，但與束線式中基板位於離子源的遠處不同的是，基板位於靠近電漿室之處。離子經由靠近電漿室的萃取板中特定幾何形狀的孔洞而萃取出。因此，改變孔洞的幾何形狀將可改變離子角分布(即，離子分布的平均角與角擴展)。這種方式適合處理具有三維結構(3D structure)的基板(即，其呈現表面特徵中具有需曝露到離子的側壁)以進行植入、沉積、蝕刻或其他處理用途。為了處理所述側壁，離子會經由特定形狀與大小的孔洞來萃取以產生離子束寬及角分布。該孔洞通常具有細長形狀，以便萃取出具有3至30毫米高度及350至400毫米寬度的帶狀離子束。當離子束較待處理基板為寬(例如，300毫米寬的矽晶圓)時，將基板傳到帶狀離子束前方即可立刻完成處理步驟。在更多的處理需求時，可視所需次數使基板在離子束前來回移動。
另一方面，除了射束形狀及射束電流之外，業界對電漿處理系統更有能對離子角分布作出更進一步控制的需求。因此，本揭露所提之改良即是針對上述並可兼顧其他考量而提出。
本發明內容以使用簡化形式來介紹本揭露精選的概念，而其詳細說明將於以下實施方式中提供。本發明內容非用以指出要求所欲保護主題中主要特徵或必要特徵，亦非作為幫助決定所欲要求保護主題的範圍。
本發明實施例提供一種電漿處理裝置。此電漿處理裝置包括萃取板、隱藏偏向電極以及隱藏偏向電極電源。萃取板沿電漿室的一側配置，萃取板具有第一孔洞、第二孔洞以及第一孔洞及第二孔洞之間的中間部分。第一孔洞及第二孔洞用以在電漿存在於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一離子束及第二離子束。隱藏偏向電極配置於電漿室外鄰近中間部分處，且電性絕緣於萃取板。隱藏偏向電極電源用以施加偏壓至隱藏偏向電極，其中偏壓用以修改第一離子束及第二離子束中離子的入射平均角及圍繞入射平均角的入射角範圍其中至少一者。
本發明實施例提供一種電漿處理系統。此電漿處理系統包括電漿源、萃取板、隱藏偏向電極以及隱藏偏向電極電源。電漿源耦接至電漿室以於電漿室中產生電漿。萃取板沿電漿室的一側配置。萃取板具有第一孔洞、第二孔洞以及第一孔洞及第二孔洞之間的中間部分，並用以在電漿存在於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一離子束及第二離子束。隱藏偏向電極，配置於電漿室外鄰近中間部分處，且電性絕緣於萃取板。隱藏偏向電極電源用以施加偏壓至隱藏偏向電極，其中偏壓用以修改第一離子束及第二離子束中離子的入射平均角及圍繞入射平均角的入射角範圍其中至少一者。
本發明實施例提供一種以隱藏偏向電極控制離子束的方法，適用於基板。此方法包括多個步驟。首先，在與包含基板之處理室鄰近的電漿室中產生電漿。接下來，提供沿電漿室的一側 配置之萃取板，萃取板具有第一孔洞、第二孔洞以及第一孔洞及第二孔洞之間的中間部分，第一孔洞及第二孔洞用以在電漿存在於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一離子束及第二離子束。將隱藏偏向電極配置於電漿室外鄰近中間部分處，並電性絕緣於萃取板。之後，施加偏壓至隱藏偏向電極，其中偏壓用以修改第一離子束及第二離子束中離子的入射平均角及圍繞入射平均角的入射角範圍其中至少一者。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、500、750、800‧‧‧處理裝置
102、712、714‧‧‧隱藏偏向電極
106、700‧‧‧萃取板
106A‧‧‧第一外部分
106B‧‧‧中間部分
106C‧‧‧第二外部分
108‧‧‧電漿
109‧‧‧電漿室
109A‧‧‧底部
112A‧‧‧第一離子束
112B‧‧‧第二離子束
114‧‧‧萃取電源
115‧‧‧隱藏偏向電極電源
121‧‧‧基板座
122‧‧‧基板
130‧‧‧第一孔洞
132‧‧‧第二孔洞
135‧‧‧小入射角
136‧‧‧廣角擴散
140‧‧‧第一電漿彎月面
142‧‧‧第二電漿彎月面
145‧‧‧大入射角
146‧‧‧窄角擴散
150‧‧‧平面
152‧‧‧垂直平面
153‧‧‧萃取區域
220‧‧‧靜電等勢線
508‧‧‧隱藏聚焦電極
510‧‧‧中間孔洞
704、706、708、710、722、724、726、728、812、814、816、818、822、824、826、828‧‧‧離子束
802‧‧‧多孔洞隱藏聚焦電極
804‧‧‧聚焦電極孔洞
806‧‧‧第二聚焦電極孔洞
圖1A是依照本發明多個實施例所繪示之處理裝置的概要示意圖。
圖1B是依照圖1A所繪示之處理裝置的萃取光學元件之上視圖(Oyz平面)。
圖1C是依照本發明一實施例所繪示之一對離子束的離子角分布的示意圖。
圖1D是依照本發明一實施例所繪示之一對離子束的離子角分布的示意圖。
圖1E是依照圖1A所繪示之處理裝置的離子萃取區之分解剖面圖(Oyz平面)。
圖2A至2C是依照圖1A所繪示之處理裝置在使用相同萃取電壓與不同的偏壓下，於萃取區域中所對應之細射束形狀及靜電電位分布的示意圖。
圖3A至3C分別繪示圖2A至2C於不同運作情形中離子束放射率的模擬結果。
圖4A至4C是依照圖1A所繪示之處理裝置分別在在圖2A至2C運作情形中的離子角分布的模擬結果。
圖5A至5C是依照圖1A所繪示之處理裝置在具有隱藏偏向電極及隱藏聚焦電極的三種不同運作情形下的電極配置、細射束形狀及靜電電位分布。
圖6A至6C分別繪示圖5A至5C的系統中隱藏偏向電極與隱藏聚焦電極對應於各種組合的偏壓而在晶圓平面上所得之帶狀離子角分布的模擬結果。
圖7A與7B是依照圖1A所繪示之處理裝置的多個實施例在萃取幾何形狀呈現具有多個隱藏偏向電極之離子植入機的電極配置、細射束形狀以及靜電電位分布。
圖8A與8B是依照圖1A所繪示之處理裝置的多個實施例呈現具有多個隱藏偏向電極及聚焦電極之離子植入機的電極配置、細射束形狀以及靜電電位分布。
以下將藉由本揭露之較佳實施例並配合圖式參考，以詳 細描述本揭露。本揭露可以不同形式來實施，然而，不該被解釋為限定用於以下實施例。提供此等實施例旨在使本揭露內容透徹且完整，並將向熟習此項技術者充分地傳達本揭露概念之範疇。本文所有圖式中，相同的編號代表相同的元件。
以下實施例中所描述裝置、系統以及方法，是使用隱藏偏向電極控制引導至基板之離子角分布。特別是，本揭露實施例提供一種新穎的萃取系統，其可從電漿產生離子束並控制其離子角分布(ion angular distribution，IAD)。術語「離子角分布」意指離子束中離子相對於與基板垂直的參考方向之入射平均角，以及分布寬度或圍繞平均角的入射角範圍(簡稱為「角擴展」)。在此處揭露的實施例中，所述新穎的萃取系統可包括沿電漿室一側配置的萃取板，所述萃取板具有第一(細長)孔洞、第二(細長)孔洞以及第一孔洞及第二孔洞之間的中間部分，並用以在電漿存在於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一(帶狀)離子束及第二(帶狀)離子束；隱藏偏向電極配置於電漿室外鄰近中間部分處且電性絕緣於萃取板；以及偏向電極電源用以施加偏壓至隱藏偏向電極，其中偏壓用以修改第一離子束及第二離子束中離子的入射平均角及圍繞平均角的入射角範圍其中至少一者。如上所述，離子束的入射角是由以下方法來控制：調整施加至萃取系統的電壓及/或調整萃取系統的多個組件之位置、調整電漿密度(即，氣壓及/或射頻功率)或者以上全部。當隱藏偏向電極不受經由彎月面從電漿萃取的離子撞擊時，所述隱藏偏 向電極可視為從電漿室或電漿被「隱藏」(hidden)。
在高深寬比半導體結構的電漿處理方面，本揭露提供之裝置、系統與方法有利於在不撞擊到萃取光學元件成分的前提下，提供對離子束的離子角分布(IAD)進行就地(in situ)控制及操縱。
這有別於以偏壓式偏向電極來控制離子角分布的處理系統，其中所述偏壓式偏向電極是浸入於鄰近萃取電極提供的萃取孔洞處之電漿。在這種情況下，由於偏壓電極位於電漿之中，在操作期間(尤其是在高偏壓下)，偏壓電極會曝露到高能離子轟擊。因此偏壓電極的材料可能會濺散。濺散的原子可能在凝結而形成微小粒子後沉積在經處理基板上且對處理程序產生不利影響。
為了從電漿萃取出正離子，可藉由將基板接地並將電漿室提升至正電位，或者將電漿室接地並將基板置於負電位，而將萃取電壓施加於電漿室的導電部件與基板之間。偏壓電極可由相對於電漿室而偏壓至負電位(例如，0V至-1000V)的導電材料所組成，以便偏壓電極對離子角分布進行相當的控制(例如，對入射平均角進行30°的變動並提供4°至25°範圍內的角擴展)。
然而，由於偏壓電極是位於電漿之中，在操作期間(尤其是在高偏壓下)，偏壓電極會曝露到離子轟擊。因此偏壓電極的材料會濺散。濺散的原子可能在凝結而形成微小粒子後沉積在經處理基板上而降低基板材料的品質。
如上所述，在本揭露實施例中，所述裝置、系統與方法有利於產生可以就地(in situ)方式對離子角分布(IAD)進行控制的離子束，且由於所用偏向電極並非浸入在電漿之中而是於電漿室中從大量電漿隱藏(或隱蔽)，因此不會出現電極濺散的情形。上述優點可藉由一種離子萃取光學系統的使用來提供，所述離子萃取光學系統兼具可就地(in situ)控制離子角分布的特性同時可緩解電極濺散的不利影響。此外，此處揭露之裝置及系統更可在偏向電極不受電極濺散影響下對平均角及角擴展進行獨立控制。
本揭露各實施例中，離子束角分布特性(平均角及角擴展)上的變動可藉由改變不同參數間的任意組合來達成。離子束形狀的變動則可隨著平均角及角擴展在不破壞處理裝置的真空狀態下達成。因此，本揭露實施例旨在協助對提供至基板的離子，在平均入射角及角擴展(亦即，離子角分布(IAD))方面，進行所謂就地(in-situ)控制。根據本揭露各實施例，可產生離子角分布變化的就地(in-situ)控制方法包括：改變隱藏偏向電極及隱藏聚焦電極的位置；改變一或多個孔洞的大小；改變傳遞至電漿的射頻功率；改變氣壓；或改變施加至處理裝置的組件之電壓(包括施加至隱藏偏向電極、基板座/基板、萃取板或電漿室之電壓)。然本揭露實施例不以上述方法為限。
圖1A是依照本發明多個實施例所繪示之處理裝置的概要示意圖。處理裝置100具有與本揭露多個實施例所述一致的隱 藏偏向電極102。處理裝置100使用電漿源以在電漿室109中產生電漿108。為了取得離子束，電漿室109可在「X」維度上具有超過100至200毫米的大小，而使離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)具有期望的離子束寬度。
萃取板106(繪示為106A、106B及106C)為沿電漿室109的一側配置。在圖1A中，萃取板106(圖1A中的106繪示為如下所述的106A、106B及106C)配置在電漿室109的底部109A。萃取板106可定義為電漿室109的部分腔室壁。圖1B是依照圖1A所繪示之處理裝置的萃取光學元件之上視圖(Oyz平面)。如圖1B所示，萃取板106定義了第一孔洞130及第二孔洞132以讓離子穿越而被萃取為離子束(例如，圖1A繪示定義為第一離子束112A及第二離子束112B的一對離子束，亦稱帶狀離子束)並朝向基板座121中的基板122。萃取孔洞在X維度的長度可比期望的帶狀離子束超出50至100毫米。舉例來說，若期望帶狀離子束能夠處理300毫米的矽晶圓，萃取狹縫在X方向上的長度應為350至400毫米。萃取孔洞於Y方向上的開口可介於3毫米與15毫米之間。萃取板106可為一個具有中間部分106B的平板，所述中間部分106B定義為萃取板106的外部之間，例如萃取板106的中間部分106B兩側的第一外部分106A及第二外部分106。萃取板106包括第一孔洞130外萃取板106的第一外部分106A，以及第二孔洞132外與第一外部分106A共面之萃取板106的第二外部分106C。第一外部分106A、中間部分106B以及第二外部分106C 皆具導電性。第一外部分106A、中間部分106B以及第二外部分106C可沿著平行於Z軸的方向相對於彼此而移動。中間部分106B與第一外部分106A及第二外部分106C非共面。中間部分106B配置於第一孔洞130及第二孔洞132之間，並用以在電漿108存在於電漿室109中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一離子束112A及第二離子束112B。萃取板106形成第一電漿彎月面140以及第二電漿彎月面142。該些彎月面具有在X方向延伸所有孔洞長度的彎曲2D形狀。該些彎月面是在電漿108與外部萃取靜電場之間靜電平衡的結果，且代表電漿108與真空(未繪示)之間的邊界。彎月面的方向、形狀以及面積分別定義了離子束被萃取的自然角度、離子束放射率以及某種程度上的離子束電流。第一外部分106A、第二外部分106C以及中間部分106B定義了萃取板106，且可視為單一電性連接的系統並以三個獨立組件做為示例。圖1A的平面150繪示互相為共面的第一外部分106A與第二外部分106C。平面150或「基板平面」(substrate plane)也可以平行於基板122的平面。垂直平面152繪示沿著圖1A的Z平面並垂直於平面150的一個平面或一條線(或移動)。
隱藏偏向電極102配置於鄰近萃取板106的中間部分106B處並位於電漿室109的電漿108之外，而且電性絕緣於萃取板106。當經由第一電漿彎月面140及第二電漿彎月面142從電漿108萃取的離子(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)不會撞擊到隱藏偏向電極102時，隱藏偏向電極102可視為從電漿 室109或電漿108被「隱蔽」(concealed)。
更具體來說，隱藏偏向電極102可視為從電漿室被隱藏的原因在於，萃取板106屏蔽了隱藏偏向電極102。隱藏偏向電極102位於電漿室109之外。而隱藏偏向電極之所以被隱藏，不是因為隱藏偏向電極102從電漿108經由任何孔洞(例如，第一孔洞130及/或第二孔洞132)可及之處以外，而是因為隱藏偏向電極102是被萃取板106的中間部分106B從電漿108屏蔽。這是因為中間部分106B是配置在電漿108(更具體來說，是電漿室109)與隱藏偏向電極102之間，而不是因為隱藏偏向電極102一定需要在來自電漿108的離子(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)可及之處以外。因此，隱藏偏向電極102可視為從電漿108完全地及/或部份地隱藏。
隱藏偏向電極電源115施加偏壓至隱藏偏向電極102。所述偏壓用以修改在該第一離子束112A及在該第二離子束112B中離子的入射平均角及圍繞平均角的入射角範圍其中至少一者。從隱藏偏向電極電源115施加至隱藏偏向電極102的所述偏壓用以獨立地控制第一離子束112A及第二離子束112B。隱藏偏向電極102用以在垂直於萃取板106的中間部分106B之方向上移動。由於所述電極在Y與Z方向上的尺寸夠小且其位置與萃取板106相對，就算在萃取第一離子束112A及第二離子束112B時被施加了最高偏壓，所述電極亦不會遭受離子的撞擊。換句話說，隱藏偏向電極102是隱藏在萃取光學元件的中央部分後方。簡言之，隱 藏偏向電極102可對經由第一孔洞130的第一離子束112A及經由第二孔洞132的第二離子束112B萃取的光學元件作出調整。如圖1A所示，舉例來說，當隱藏偏向電極102位於靠近萃取板的中間部分106B且近接第一孔洞130與第二孔洞132之間時，第一離子束112A及第二離子束112B可經由第一孔洞130及第二孔洞132而萃取成不同的兩條離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)。帶有正離子的所述離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)可在電漿108保持在相對於基板122而提升的電位時被萃取。參見圖1A所示，在一特定實施例中，可藉由從萃取電源114將萃取電壓施加至萃取板來提升電漿的電位。施加至隱藏偏向電極102的負偏壓參考施加至萃取板的萃取電壓(即，偏壓在萃取電壓之上)。在另一實施例中，萃取板接地且隱藏偏向電極電源115引用接地電位。在這種情況下，為了萃取正離子，基板會藉由電源(未繪示)電性連接至基板座保持對應於接地的負電位。
在本實施例中，從電漿108萃取的細射束的離子角分布可藉由控制偏壓施加至不同組件來改變，以下將詳細描述。圖1C及圖1D是依照本發明實施例所繪示之一對離子束的離子角分布的示意圖，藉以描述本揭露實施例中受控離子束的特徵。
藉由位於電漿108外且鄰近萃取孔洞的偏壓電極(例如，隱藏偏向電極102)，並使用雙模態萃取幾何形狀(即，將萃取狹縫拆成兩相同狹縫)，即可萃取出兩條離子細射線(例如，第一離 子束112A及該第二離子束112B)。該些細射線具有相對於基板法線的對稱入射角以及相同的角擴展。可在晶圓表面取得的離子角分布會依據電漿濃度、z間隙長度、萃取電壓以及偏壓值而有所不同。因此，有可能取得具有小入射角與廣角擴散(135、136)的分布，或者具有大入射角與窄角擴散(145、146)的分布。在其他實施例中，亦有可能取得其他組合(即，小入射角搭配窄角擴散及大入射角搭配廣角擴散)。在圖1C繪示的離子角分布中，平均角為+/-20度且半峰全幅值(full width at half maximum，FWHM)為10度；而在圖1D繪示的離子角分布中，平均角為30度且半峰全幅值為2度。
具有特徵為大平均角的離子角分布可藉由此種組態的自然幾何角度來取得。當電漿108於電漿室109中產生且萃取電壓施加至萃取板與基板之間時，第一電漿彎月面140會在第一外部分106A與中間部分106B的邊緣之間形成以定義第一孔洞130。當電漿108於電漿室109中產生且萃取電壓施加至萃取板與基板之間時，第二電漿彎月面142會在第二外部分106C與中間部分106B的邊緣之間形成以定義第二孔洞132。萃取板106可由萃取電源114來施以偏壓，而隱藏偏向電極102可由獨立的且參考萃取電源的隱藏偏向電極電源115施以偏壓。如先前所述，在一實施例中，電性連接至基板122的基板座121是維持在接地電壓。在經提升電壓的電漿108與基板之間的電壓差會引發第一離子束112A與第二離子束112B的形成並使兩者以斜向入射(即，沿著 相對於所示Z軸形成非零角度的軌跡)至基板122。這種斜向入射有利於處理多個表面，所述表面特徵在於經對齊後可使所述表面不與X-Y平面平行。這種特徵常見於三維(3D)半導體結構中。在本實施例的各種實施例中，可調整諸如隱藏偏向電極102相對於萃取板106的位置、基板相對於萃取板106的z位置以及施加至萃取光學系統的不同組件的電壓等參數，藉以控制、操縱、改變、引導及/或調整朝向基板(例如，基板122)的離子束之入射角及角擴展。
在一實施例中，為了產生第一離子束112A及第二離子束112B(兩者皆可為正離子並在基板122上具有期望的能量)，可藉由不同的電源(未繪示)相對於接地對基板座施以負偏壓，同時藉由將萃取板連接到接地而使電漿108保持在接地電位。
在本揭露各實施例中，基板座121可耦接至驅動機(未繪示)，該驅動機用以將基板座121沿平行於所示卡氏(Cartesian)座標系統的Y軸方向移動。在其他實施例中，基板座121可沿平行於Z軸的方向移動。如此即可提供處理裝置100兩種維度(即，允許修改基板122與第一孔洞130及第二孔洞132兩者的相對位置，以及允許相對於第一孔洞130及第二孔洞132來掃描基板122，而使第一離子束112A及第二離子束112B能在某些情況下提供至基板122的整個表面)。
在一實施例中，第一孔洞130及第二孔洞132在Y方向上以20至50毫米(mm)的中間部分隔開，此中間部分定義了萃 取板106的平坦部分。隱藏偏向電極102置於此中間部分106B前方且與中間部分106B非共面。在Z方向上，隱藏偏向電極102配置在位於離中間部分5至25毫米處以避免在隱藏偏向電極102與中間部分106B之間出現帕申(Paschen)擊穿(breakdown)現象。在Y方向上，隱藏偏向電極102的上下邊緣比中間部分106B短少3至5毫米，以便在不撞擊隱藏電極下進行離子束的萃取。
將負偏壓施加至隱藏偏向電極102可改變在第一孔洞130及第二孔洞132的萃取區域中的靜電電位分布。因此，在給定的萃取電壓、z間隙長度以及依偏壓值而定的電漿濃度(其由氣壓及射頻功率來設定)時，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)會朝向或遠離隱藏偏向電極102而被彎折或彎曲，因而改變第一離子束112A及第二離子束112B的離子角分布。由於離子是以波姆(Bohm)速度橫過彎月面，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)會以較低的動能離開第一孔洞130及第二孔洞132。
K=miVB 2/2 (1)其中mi為離子質量，且VB為波姆(Bohm)速度(離子聲速)並以下列等式來求得：
Figure TWI614790BD00001
 其中kB為波茲曼常數(Boltzmann constant)，而Te為電子溫度(electron temperature)。因此，由於離第一孔洞130及第二孔洞 132相當之近，施加至隱藏偏向電極102的偏壓可有效地調整萃取區域中的靜電電位拓撲，並且暗中地塑形出第一離子束112A及第二離子束112B的離子角分布(IAD)。
當隱藏偏向電極102具有如此的尺寸、位置及方向，就算是遭遇到在最高負偏壓被施加至與最低萃取電壓耦接的隱藏偏向電極102這種最不欲見的組合，從電漿108萃取的離子束(第一離子束112A及第二離子束112B)依然無法到達隱藏偏向電極102。在離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)沒有撞擊隱藏偏向電極102的狀況下，便不會發生濺散效應。電漿108及電漿室109(例如，電漿室109的壁面)與萃取板106之間的電位差通常在僅低於濺散臨界值的幾伏特而已。這樣的方式不但能減緩粒子生成所造成的不利影響，更能維持對離子角分布的就地(in situ)控制。
圖1E是依照圖1A所繪示之處理裝置的離子萃取區之分解剖面圖(Oyz平面)。需注意的是，圖1E為圖1A的局部剖面圖，且圖1E中的任何參考資料同樣適用在圖1A的整體部分。例如，當參考資料提及第一離子束112A時，第二離子束112B可套用與之相同的敘述及參考資料。如圖所示，隱藏偏向電極102配置於鄰近萃取板106的中間部分106B處並從位於電漿室109的電漿108被隱藏。隱藏偏向電極102電性絕緣於萃取板106。隱藏偏向電極電源115用以施加偏壓至隱藏偏向電極102。施加至隱藏偏向電極102的所述偏壓可用以修改第一離子束112A及第二離子束 112B中離子的入射平均角及圍繞平均角的入射角範圍其中至少一者。從隱藏偏向電極電源115施加至隱藏偏向電極102的所述偏壓用以獨立地控制第一離子束112A及/或第二離子束112B。
圖1E中更詳細繪示了在對基板(圖1E中未繪示)相對於電漿108施以偏壓的同時，電漿108與基板之間的電場發展引發了電漿彎月面的形成(例如，第二電漿彎月面142)，所述電漿彎月面形成於中間部分106B的邊緣與第二外部分106C的邊緣之間。此外，如圖1A所示，於中間部分106B的邊緣與第一外部分106A的邊緣之間也會形成電漿彎月面(例如，第一電漿彎月面140)。當偏壓施加至隱藏偏向電極102時，可改變在電漿108與基板之間的電場形狀，包括通常顯示為靠近第二電漿彎月面142及隱藏偏向電極102的萃取區域153。電場形狀的改變可能導致第一離子束112A中離子的入射平均角甚至角擴展的改變，以下將詳細描述。
圖2A至2C依照圖1A所繪示之處理裝置在使用相同萃取電壓與不同的偏壓下，於萃取區域中所對應之細射束形狀及靜電電位分布的示意圖。圖2A至2C描繪針對處理裝置100的三種運作情形，其中一對離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)是以第一組條件從電漿108萃取而出。為了便於說明，此處假設各個離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)中的離子皆形成了相對於垂直基板122方向的平均角且形成相同入射角範圍，而除非另有註明，否則平均角皆以相對於垂直基板 方向之角度的絕對值來定義。基此，相對於垂直基板表面方向(Z軸方向)的角度+θ以及相對於垂直基板表面方向的角度-θ可視為組成相同平均角。更進一步如圖2A至2C所示，可彎折中間部分106B的邊緣以及第一外部分106A和第二外部分106C的邊緣，藉以定義出相對於基板平面(參見圖1A的平面150)形成非零角度的孔洞平面。換句話說，第一孔洞130與第二孔洞132可經配置以定義各自與基板的平面形成非零角度的第一孔洞平面及第二孔洞平面(例如，對應的孔洞平面)。如此一來，當經由第一孔洞130與第二孔洞132萃取離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)時，離子束易於形成相對於垂直平面152的非零角度。
同樣適用於圖2A至2C，萃取板106的第一外部分106A、第二外部分106C以及中間部分106B皆被施加以2千伏(kilovolts，kV)的相同萃取電壓。
圖2A呈現萃取幾何形狀以隱藏偏向電極102來控制、操縱及調整離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布的範例，所述萃取幾何形狀用以代表在對隱藏偏向電極102施加以零偏壓(0V)時該對離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布。圖2B呈現萃取幾何形狀以隱藏偏向電極102來控制、操縱及調整離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布的範例，所述萃取幾何形狀用以代表在對隱藏偏向電極102施加以負200偏壓(-200V)時該對離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束 112B)的離子角分布。圖2C呈現萃取幾何形狀以隱藏偏向電極102來控制、操縱及調整離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布的範例，所述萃取幾何形狀用以代表在對隱藏偏向電極102施加以負400偏壓(-400V)時該對離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布。
離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的萃取幾何形狀與隱藏偏向電極102顯示於包括維持在接地電位的電漿室109以及維持在高負電位(期望的離子束能量)的基板122的圖2A中。亦可以相反的作法使電漿室109維持在高正電位壓且基板122維持在接地電位來達成同樣效果。對於離子萃取光學元件來說，影響之處僅在於電漿室109與基板122之間的電位差(電壓)。圖2A繪示經萃取的離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)形狀以及在電極間間隙中的靜電等勢(equipotential)線220。在萃取區域中，由第一孔洞130及第二孔洞132所定義的中間部分106B具有(朝向電漿108處)向內的彎折處或彎曲處，以使萃取狹縫可對稱地面向一預定角度。這種幾何形狀可使離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)以相對於基板122平面上法線(Z軸)的「自然」傾斜角(+θ或-θ)來萃取。圖2B及圖2C繪示在隱藏偏向電極102上偏壓的絕對值增加時，經萃取離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的形狀以及靜電等勢線220。將偏壓增加後，會使靜電等勢線有較寬間隔的效果，也意味著在萃取區域中會有較弱的靜電 電位梯度(電場)。這個事實會影響到經萃取離子束的入射平均角及角擴展兩者。
圖3A至3C分別繪示圖2A至2C於不同運作情形中離子束放射率的模擬結果。圖3A至3C中的多個描點繪示在分別施加2KV的萃取電壓與0、-200及-400伏特的偏壓至隱藏偏向電極102時，基板表面處射束放射率曲線的改變。由於萃取光學元件在幾何圖形上有對稱性，其放射率曲線亦為對稱(即，基板表面上有對稱角度及對稱位置)。圖3A描繪在施加零(0)偏壓至隱藏偏向電極102時，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的放射率(即，角射束特性對於在基板表面處Y方向上的射束位置)。可以看出的是，射束中大多數的離子是以介於10至17度的角度撞擊基板122的表面，導致平均角為約14度而角擴展為約2度。所述射束在基板表面上以17毫米隔開且其在基板表面上的足跡約為3毫米。離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的放射率曲線之方向顯示離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)兩者為收斂的(convergent)。
圖3B描繪在施加(-200V)偏壓至隱藏偏向電極102時，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的放射率(即，角射束特性對於Y方向上的射束位置)。可以看出的是，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)是以介於約17度的角度撞擊基板122的表面。所述射束在基板表面上以14毫米隔開且其在基板表面上的足跡約為3毫米。離子束(例如， 第一離子束112A及第二離子束112B)的放射率曲線之方向顯示離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)兩者為平行(即，零發散(zero divergence))。
圖3C描繪在施加(-400V)偏壓至隱藏偏向電極102時，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的放射率(即，角射束特性對於Y方向上的射束位置)。可以看出的是，射束中大多數的離子是以介於20至23度的角度撞擊基板122的表面，導致平均角約為約21度而角擴展為約2度。所述射束在基板表面上以12毫米隔開且其在基板表面上的足跡約為4毫米。離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的放射率曲線之方向顯示離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)兩者略為發散(slightly divergent)。
圖4A至4C是依照圖1A所繪示之處理裝置分別在在圖2A至2C運作情形中的離子角分布的模擬結果。在圖4A所示的離子電流密度分布中，射束中大多數的離子是以介於10至17度的角度撞擊基板122的表面，導致平均角為約14度而角擴展為約2度。在圖4B所示的離子電流密度分布中，射束中大多數的離子是以約17度的角度撞擊基板122的表面。這種情況下，角擴展相當之小，甚至低零點幾度。在圖4C所示的離子電流密度分布中，射束中大多數的離子是以介於20至23度的角度撞擊基板122的表面，導致平均角為約21度而角擴展為約2度。圖4A至4C繪示在給定的萃取電壓(此例中為2kV)以及如圖1A的幾何圖形時，可 藉由將偏壓從0V改變至-400V而使平均角從10°改變至22°。對應地調整電漿濃度與萃取電壓及/或調整隱藏偏向電極102的位置，更可使其變為更大的角度。
圖5A至5C是依照圖1A所繪示之處理裝置在具有隱藏偏向電極及隱藏聚焦電極的三種不同運作情形下的電極配置、細射束形狀及靜電電位分布。圖5A至5C呈現一種處理裝置500之方塊圖，其具有與本揭露多個實施例所述一致的隱藏偏向電極102及隱藏聚焦電極508的離子植入器(ion implanters)。由於精準材料改性(precision material modification，PMM)應用需要能對離子角分布特性作出獨立控制(即，平均角及角擴展的正交控制)，萃取板106與基板122之間採用了一種第二可偏壓電極(例如，隱藏聚焦電極508)來提供集中效果或「微調」離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的平均角及角擴展。圖5A至5C繪示了處理裝置100在使用相同萃取電壓(2kV)以及不同組合的偏壓與聚焦電壓下的三種運作方案。在圖5A至5C中，隱藏聚焦電極508配置於電漿室109外鄰近隱藏偏向電極102處，且電性絕緣於萃取板106及隱藏偏向電極102。在一實施例中，隱藏聚焦電極508包括配置於鄰近中間部分106B處的中間孔洞510。中間孔洞510用以使如圖1A所示之離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)可穿越中間孔洞510。
在一實施例中，第二隱藏聚焦電極電源(未繪示)施加第二偏壓至隱藏聚焦電極508以集中、調整及/或微調離子束(例 如，第一離子束112A及第二離子束112B)，且所述第二隱藏聚焦電極電源亦參考萃取電源114。施加至隱藏聚焦電極508的第二偏壓會集中或調整第一離子束112A及第二離子束112B的形狀及角特性。隱藏聚焦電極508可置於萃取板106與基板122之間，並被隱藏偏向電極102獨力地施以在萃取電壓之上的偏壓。改變隱藏聚焦電極508上的電壓會改變萃取區域中靜電等勢線220的拓撲，因此經由萃取板106的第一孔洞130及第二孔洞132萃取而出離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)亦隨之改變。
當隱藏聚焦電極508結合隱藏偏向電極102被施以偏壓時，隱藏聚焦電極508會為電漿室109萃取的離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)帶來集中效果，因而所得的角擴展會較緊密，或者離子角分布會較集中。而且，在一實施例中，正偏壓亦可獲得集中效果。因此，隱藏聚焦電極508用作聚焦電極以縮窄第一離子束112A及第二離子束112B中圍繞平均角的入射角範圍(參見圖1A)。隱藏聚焦電極508亦協助隱藏偏向電極102以控制、操縱、調整及/或引導離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的方向。在一實施例中，隱藏偏向電極102及隱藏聚焦電極508可共同操作以各自獨立地調整入射角範圍及入射平均角。
圖5A中使用了2kV的萃取電壓、-400V的偏壓以及0V的聚焦電壓，而萃取區域中靜電等勢線220的拓撲顯示離子束(例 如，第一離子束112A及第二離子束112B)在與基板122的表面相交前會橫越彼此。圖5B中使用了同樣為2kV的萃取電壓但偏壓為-200V且聚焦電壓為-200V，因此萃取區域中靜電等勢線220的拓撲產生變化而較不集中且離子束會在基板表面上彼此相交。圖5C中使用了同樣為2kV的萃取電壓但偏壓為0V且聚焦電壓為-400V，因此靜電電位分布進一步變化而使得靜電等勢線220較少彎曲進而較不集中。由於隱藏偏向電極102及隱藏聚焦電極508操縱了離子束的方向，離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)實質上會在位於基板後方的位置相交。
圖6A至6C分別繪示圖5A至5C的系統中隱藏偏向電極與隱藏聚焦電極對應於各種組合的偏壓而在晶圓平面上所得之帶狀離子角分布的模擬結果。圖6A至6C呈現在如圖5A至5C所述系統中，施加各種偏壓至隱藏偏向電極102及隱藏聚焦電極508後，在基板122表面上的離子角分布的模擬結果。更具體而言，圖6A繪示在施加-400V的偏壓至隱藏偏向電極102且施加0V的聚焦電壓至聚焦電極後，基板122的表面是曝露到相同角度的對稱離子分布。圖6B繪示在施加-200V的偏壓至隱藏偏向電極102且施加0V的聚焦電壓至聚焦電極後，基板122的表面是曝露到不同角度的對稱離子分布。圖6C繪示在施加0V的偏壓至隱藏偏向電極102且施加-400V的聚焦電壓至聚焦電極後，基板122的表面是曝露到不同角度的對稱離子分布。
如圖6A所示，在-200V偏壓及0V聚焦電壓的組合分別 使用於隱藏偏向電極102及隱藏聚焦電極508時，射束中大多數的離子是以介於19至25度之間的角度撞擊基板122的表面。此時離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布較廣且離子角分布的寬度跨越約6度。如圖6B所示，當偏壓維持在-200V不變而聚焦電壓降至-200V時，射束中大多數的離子是以介於24至29度之間的角度撞擊基板122的表面。此時離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布較窄(即，較緊密且更集中)且離子角分布的寬度跨越約5度。
如圖6C所示，當偏壓為0V而聚焦電壓處於-400V時，射束中大多數的離子是以介於20至24度之間的角度撞擊基板122的表面。此時離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的離子角分布更加縮窄且離子角分布的寬度跨越約4度。
在離子蝕刻(etching)應用中，並不樂見出現經處理基板的蝕刻材料中原子與分子回流到來源這種現象。此些原子及分子可能往電漿源前進並沉積於壁上及/或萃取狹縫邊緣，而使電漿108及經萃取之離子束的特性發生變化。從這個角度來看，隱藏聚焦電極508可提供另一好處(即，可減少可能回流材料的總量)。假設可透過萃取板106的各個孔洞觀看時，則透過第一孔洞130觀看基板122的視線以及透過第二孔洞132觀看基板122的視線之間形成的角度將非常微小。因此大多數自基板122處回蝕的材料會沉積在隱藏聚焦電極508上且無法回到電漿室109。
在一實施例中，處理裝置100亦可藉由隱藏偏向電極102 及/或隱藏聚焦電極508的使用於生產率方面提供額外的益處。例如，為避免離子造成損害，許多半導體製程僅使用低離子能量。根據蔡爾德定律(Child-Langmuir law)，針對圖2所示的離子萃取種類來說，其中經萃取離子的射束電流僅限於空間電荷：
Figure TWI614790BD00002
 其中j為射束電流密度、ε0為真空的介電容率、e為廣義的基本電荷、mi為離子質量、d為電極間間隙(此處指萃取板106到基板122的間隙)的長度以及v為萃取電壓。因此，在離子束(例如，第一離子束112A及第二離子束112B)的萃取電壓低於1kV時，所萃取的總電流之總量會低於些微毫安培(mA)而使系統在生產率方面較缺乏競爭力。
為補償任何離子束電流的限制，在一實施例中，處理裝置萃取系統可包括複數個萃取光學元件。圖7A與7B是依照圖1A所繪示之處理裝置在萃取幾何形狀呈現具有多個隱藏偏向電極之離子植入機的電極配置、細射束形狀以及靜電電位分布。圖7A與7B描繪處理裝置750的一實施例，其中萃取板700具有多對萃取孔洞(例如，第一孔洞130及第二孔洞132)，分別與對應的隱藏偏向電極(例如，隱藏偏向電極712及隱藏偏向電極714)相關聯。特別是，圖7A及7B繪示一種具有四個萃取狹縫(2x2對稱)的四重萃取系統，其中對各隱藏偏向電極的萃取是分別由第一孔洞130及第二孔洞132來進行。在另一替代實施例中，多個隱藏偏向 電極(例如，隱藏偏向電極712及隱藏偏向電極714)的幾何形狀可用於各種對稱狹縫(例如6、8、10等各種對稱狹縫)上。
在圖7A所繪示處理裝置750的配置中，第一對離子束(離子束704及離子束706)具有與第二對離子束(離子束708及離子束710)相同的離子角分布。為達成這種設定，可將與施加至隱藏偏向電極712相同的靜電電位(電壓)施加至隱藏偏向電極714。
圖7B所繪示處理裝置750的配置中，第一對離子束(離子束722及離子束724)具有與第二對離子束(離子束726及離子束728)不同的離子角分布。為達成這種設定，可將隱藏偏向電極712耦接至第一電壓供應器且將隱藏偏向電極714耦接至第二電壓供應器，以使隱藏偏向電極712被施加予與隱藏偏向電極714不同的電壓。
根據本揭露各實施例，從電漿室109萃取的第一離子束112A及第二離子束112B(參見圖1A)中離子電流的總量可藉由變化局部電漿密度、各個隱藏偏向電極102之間的間隔距離以及萃取電壓來改變。若使用相同的偏壓，各隱藏偏向電極102的靜電等勢線220會遵循類似的模式。但若各隱藏偏向電極102被施加以不同的偏壓，靜電等勢線220則會遵循不同的模式。實際的應用上，所述複數個萃取光學元件可以圖7A所示的方式來設計，使從各個狹縫萃取的離子束能帶有相同總量的電流且具有相同的離子角分布。在圖7B所示另一實施例中，基板122可曝露在不同的對稱離子角分布。這種方式有利於運用在處理三維結構的垂直 表面。例如，對萃取光學元件前方的基板122以沿著平行於Y軸的方向進行掃描時，基板122沿著平行於X軸的方向之細長部分首先被曝露到具有高入射平均角(相對於Z軸)的離子束中，藉以使離子束能處理，例如，基板122中凹槽(未繪示)沿Z軸方向的壁面。隨著對基板122沿著Y軸持續進行掃描，基板122的相同細長部分可被曝露到具有相對於Z軸為小的入射平均角的離子束，而使離子撞擊到其側壁沿平行Z軸方向之相同凹槽的底部。
圖8A與8B是依照圖1A所繪示之處理裝置的多個實施例呈現具有多個隱藏偏向電極及聚焦電極之離子植入機的電極配置、細射束形狀以及靜電電位分布。在圖8A及8B繪示的實施例中，處理裝置800包括複數個隱藏偏向電極以及含有多個孔洞以容納多對離子束的多孔洞隱藏聚焦電極。在根據圖8A及8B的一實施例中，多個隱藏偏向電極以及多孔洞電極配置與萃取板700所提供之四個萃取狹縫(2x2對稱)一致。如圖所示，各隱藏偏向電極(隱藏偏向電極712及隱藏偏向電極714)皆具有第一孔洞130及第二孔洞132。多孔洞隱藏聚焦電極802配置有稱為聚焦電極孔洞804的孔洞，藉以容納第一對離子束(離子束812及離子束814)。多孔洞隱藏聚焦電極802另配置有第二聚焦電極孔洞806，藉以容納第二對離子束(離子束816及離子束818)。多孔洞隱藏聚焦電極802亦可配置有稱為聚焦電極孔洞804的孔洞，藉以容納第一對離子束(離子束822及離子束824)。多孔洞隱藏聚焦電極802另配置有第二聚焦電極孔洞806，藉以容納第二對離子 束(離子束826及離子束828)。
在替代實施例中，多個隱藏偏向電極及多孔洞隱藏聚焦電極的幾何形狀可用於各種對稱狹縫(例如6、8、10等類型的對稱狹縫)上。從電漿室(例如，電漿室109)萃取的離子束的離子電流可依局部電漿密度、各個隱藏偏向電極之間的間隔距離以及萃取電壓而定。在圖8A的實施例中，靜電等勢線220遵循各對離子束所在區域中的相同模式，可透過施加相同組合的偏壓至隱藏偏向電極並施加聚焦電壓至隱藏聚焦電極來產生。因此可萃取出具有相同離子角分布的離子束(例如，離子束812、離子束814、離子束816、離子束818、離子束822、離子束824、離子束826以及離子束828)。
若施加不同組合的偏壓至隱藏偏向電極並施加聚焦電壓至隱藏聚焦電極，將導致萃取的離子束具有不同的電流量與不同的離子角分布。實際的應用上，所述系統的設計方式可依經萃取離子束是否須帶有相同或不同電流總量及是否須具有相同或不同的離子角分布而定。如圖8A所示，基板122曝露在相同的離子角分布。
圖8B中，基板122曝露在兩對離子束，其中與離子束826與離子束828相比，離子束822與離子束824具有不同的離子角分布。為達成這種設定，可將隱藏偏向電極712耦接至第一電壓供應器且將隱藏偏向電極714耦接至第二電壓供應器，以使隱藏偏向電極712被施加予與隱藏偏向電極714不同的電壓。多孔 洞隱藏聚焦電極802可耦接至第三電壓供應器並獨立於隱藏偏向電極712(第一隱藏偏向電極)及隱藏偏向電極714(第二隱藏偏向電極)兩者而被施以偏壓。
因此，本文所述的各種實施例有助於提供對離子角分布在多種角度範圍與角擴展方面的控制、操縱及調整。藉由隱藏偏向電極102及/或隱藏聚焦電極508的使用，處理裝置100或與其類似的處理裝置可有助於減緩粒子生成、即時控制離子角分布並且避免來自基板的材料接觸到電漿108。
在一實施例中，處理裝置包括沿電漿室一側配置的萃取板。萃取板具有第一孔洞、第二孔洞以及第一孔洞及第二孔洞之間的中間部分，並用以在電漿存在於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第一離子束及第二離子束。所述處理裝置還包括隱藏偏向電極以及隱藏偏向電極電源。隱藏偏向電極配置於電漿室外鄰近中間部分處，且電性絕緣於萃取板。隱藏偏向電極電源用以施加偏壓(作為偏向電壓)至隱藏偏向電極，其中偏壓用以修改第一離子束及第二離子束中離子的入射平均角及圍繞平均角的入射角範圍其中至少一者。另外，可將複數個前述處理裝置根據本揭露各種實施例組成一處理系統，且各所述處理裝置可配置有相同的萃取板並具有位處不同靜電電位的隱藏偏向電極，藉以提供具有不同離子角分布的多個離子細射束。
在一實施例中，萃取板包括第三孔洞、第四孔洞以及配置於第三孔洞與第四孔洞之間的第二中間部分。第三孔洞及第四 孔洞用以在電漿存在於電漿室中且萃取電壓施加於萃取板與基板之間時定義第三離子束及第四離子束。在一實施例中，處理裝置更包括第二隱藏偏向電極以及第二隱藏偏向電極電源。第二隱藏偏向電極配置於電漿室外鄰近第二中間部分處，且電性絕緣於萃取板。第二隱藏偏向電極電源用以施加第二偏壓至第二隱藏偏向電極，第二偏壓與施加至隱藏偏向電極的偏壓無關。
在一實施例中，處理裝置更包括多孔洞隱藏聚焦電極，其從電漿室被隱蔽，且電性絕緣於萃取板、隱藏偏向電極以及第二隱藏偏向電極。所述隱藏聚焦電極具有鄰近隱藏偏向電極之第一聚焦電極孔洞以及鄰近第二隱藏偏向電極之第二聚焦電極孔洞。處理裝置更包括隱藏聚焦電極電源，用以施加聚焦電壓至隱藏偏向電極，該聚焦電壓與施加至隱藏偏向電極及第二隱藏偏向電極的電壓無關。
另外，可將複數個前述處理裝置根據本揭露各種實施例組成處理系統，且各處理裝置可配置有相同的萃取板並具有以相同方式施以偏壓(相同組合的偏向電極偏壓及聚焦電極偏壓)的隱藏偏向電極及隱藏聚焦電極，藉以提供具有相同離子角分布的多個離子細射束。在一實施例中，處理系統包括複數個處理裝置，且各處理裝置可配置有相同的萃取板並具有以不同方式施以偏壓(不同組合的偏向電極偏壓及聚焦電極偏壓)的隱藏偏向電極及隱藏聚焦電極，藉以提供具有不同離子角分布的多個離子細射束。
本揭露不應為文中所述的特定實施例之範圍所限。實際 上，除了本揭露中所述實施例外，所屬領域的一般技術人員從前述說明和附圖將易於明白本揭露的其他各種實施例和可對本揭露作出的修改。因此，此類其他實施例和修改既定落在本揭露的範圍內。另外，儘管在本揭露中已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的上下文中描述了本揭露，但所屬領域的一般技術人員將意識到，本揭露的有效性不限於此，且可出於任何數目之目的在任何數目的環境下有益地實施本揭露。因此，應鑒於如本揭露中所描述的本發明的充分廣度和精神來解釋下文陳述的申請專利範圍。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧處理裝置
102‧‧‧隱藏偏向電極
106‧‧‧萃取板
106A‧‧‧第一外部分
106B‧‧‧中間部分
106C‧‧‧第二外部分
108‧‧‧電漿
109‧‧‧電漿室
109A‧‧‧底部
112A‧‧‧第一離子束
112B‧‧‧第二離子束
114‧‧‧萃取電源
115‧‧‧隱藏偏向電極電源
121‧‧‧基板座
122‧‧‧基板
130‧‧‧第一孔洞
132‧‧‧第二孔洞
140‧‧‧第一電漿彎月面
142‧‧‧第二電漿彎月面
150‧‧‧平面
152‧‧‧垂直平面

Claims (20)

  1. 一種電漿處理裝置，包括：一萃取板，沿一電漿室的一側配置，該萃取板具有一第一孔洞、一第二孔洞以及該第一孔洞及該第二孔洞之間的一中間部分，該第一孔洞及該第二孔洞用以在一電漿存在於該電漿室中且一萃取電壓施加於該萃取板與一基板之間時定義一第一離子束及一第二離子束；一隱藏偏向電極，配置於該電漿室外鄰近該中間部分處，且電性絕緣於該萃取板；以及一隱藏偏向電極電源，用以施加一偏壓至該隱藏偏向電極，其中該偏壓用以修改經過該第一孔洞之該第一離子束與經過該第二孔洞之該第二離子束中離子的一入射平均角及該第一離子束及該第二離子束中圍繞該入射平均角的一入射角範圍其中至少一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中該萃取板形成一第一電漿彎月面及一第二電漿彎月面，以從中分別形成該第一離子束及該第二離子束。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中該萃取板更包括該第一孔洞外該萃取板的一第一外部分，以及該第二孔洞外與該第一外部分共面之該萃取板的一第二外部分，其中該中間部分與該第一外部分及該第二外部分非共面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，更包括一隱藏聚焦電極，配置於該電漿室外鄰近該隱藏偏向電極處，且電性絕緣於該萃取板及該隱藏偏向電極。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電漿處理裝置，其中該隱藏聚焦電極包括配置於鄰近該中間部分處的一中間孔洞，其中該中間孔洞用以讓該第一離子束及該第二離子束穿越。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電漿處理裝置，更包括一第二隱藏偏向電極電源，用以施加一第二偏壓至該隱藏聚焦電極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電漿處理裝置，其中施加至該隱藏聚焦電極的該第二偏壓用以調整該第一離子束及該第二離子束的一或多個該入射角範圍以及該入射平均角。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電漿處理裝置，其中該隱藏偏向電極以及該隱藏聚焦電極各自用以在垂直於該萃取板的該中間部分之方向上移動。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的電漿處理裝置，其中該隱藏偏向電極及該隱藏聚焦電極共同操作以各自獨立地調整該入射角範圍及該入射平均角。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電漿處理裝置，其中該隱藏偏向電極為一第一隱藏偏向電極，該萃取板包括一第三孔洞、一第四孔洞以及配置於該第三孔洞與該第四孔洞之間的一第二中間部分，該第三孔洞及該第四孔洞用以在該電漿存在於該電漿室中且該萃取電壓施加於該萃取板與該基板之間時定義一第三離子束及一第四離子束，且該電漿處理裝置更包括：一第二隱藏偏向電極，配置於該電漿室外鄰近該第二中間部分處，且電性絕緣於該萃取板；以及一第二隱藏偏向電極電源，用以施加一第二偏壓至該第二隱藏偏向電極，且該第二偏壓與施加至該第一隱藏偏向電極的該偏 壓無關。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電漿處理裝置，更包括：一多孔洞隱藏聚焦電極，其於該電漿室被隱蔽，且電性絕緣於該萃取板、該第一隱藏偏向電極以及該第二隱藏偏向電極，該多孔洞隱藏聚焦電極具有鄰近該第一隱藏偏向電極之一第一聚焦電極孔洞以及鄰近該第二隱藏偏向電極之一第二聚焦電極孔洞；以及一隱藏聚焦電極電源，用以施加一聚焦電壓至該多孔洞隱藏聚焦電極，且該聚焦電壓與施加至該第一隱藏偏向電極及該第二隱藏偏向電極的電壓無關。
  12. 一種電漿處理系統，包括：一電漿源，耦接至一電漿室以於該電漿室中產生一電漿；一萃取板，沿該電漿室的一側配置，該萃取板具有一第一孔洞、一第二孔洞以及該第一孔洞及該第二孔洞之間的一中間部分，該第一孔洞及該第二孔洞用以在該電漿存在於該電漿室中且一萃取電壓施加於該萃取板與一基板之間時定義一第一離子束及一第二離子束；一隱藏偏向電極，配置於該電漿室外鄰近該中間部分處，且電性絕緣於該萃取板；以及一隱藏偏向電極電源，用以施加一偏壓至該隱藏偏向電極，其中該偏壓用以修改經過該第一孔洞之該第一離子束與經過該第二孔洞之該第二離子束中離子的一入射平均角及該第一離子束及該第二離子束中圍繞該入射平均角的一入射角範圍其中至少一 者。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電漿處理系統，其中該萃取板更包括該第一孔洞外該萃取板的一第一外部分，以及該第二孔洞外與該第一外部分共面之該萃取板的一第二外部分，其中該中間部分遠離該第一外部分及該第二外部分而延伸進入該電漿室，且該中間部分與該第一外部分及該第二外部分非共面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的電漿處理系統，其中該萃取板形成在該中間部分與該第一外部分之間的一第一電漿彎月面以及在該中間部分與該第二外部分之間的一第二電漿彎月面，以從中分別形成該第一離子束及該第二離子束，其中該第一電漿彎月面及該第二電漿彎月面對稱地面向一預定角度。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的電漿處理系統，更包括一隱藏聚焦電極，配置於該電漿室外鄰近該隱藏偏向電極處，且電性絕緣於該萃取板及該隱藏偏向電極，其中該隱藏聚焦電極包括配置於鄰近該隱藏偏向電極處的一中間孔洞，其中該中間孔洞用以讓該第一離子束及該第二離子束穿越，其中該隱藏偏向電極及該隱藏聚焦電極各自用以在垂直於該萃取板的該中間部分之方向上移動。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電漿處理系統，更包括一第二隱藏聚焦電極電源，用以施加一第二偏壓至該隱藏聚焦電極，其中施加至該隱藏聚焦電極的該第二偏壓是用以調整該第一離子束及該第二離子束的一或多個所述入射角範圍以及所述入射平均角，且其中該隱藏偏向電極及該隱藏聚焦電極共同操作以各 自獨立地調整該第一離子束及該第二離子束中的所述入射角範圍及所述入射平均角。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的電漿處理系統，更包括多個隱藏偏向電極及一多孔洞隱藏聚焦電極，其中：該些隱藏偏向電極各自獨立地用以接收一偏向電壓，其中該多孔洞隱藏聚焦電極包括多個孔洞，所述多個孔洞與對應之該些多個隱藏偏向電極相鄰，且其中該些隱藏偏向電極及該多孔洞隱藏聚焦電極用以產生多對離子束，其中直接穿越一第一聚焦電極孔洞的一第一對離子束中的一第一離子角分布與直接穿越一第二聚焦電極孔洞的一第二對離子束中的一第二離子角分布不相同。
  18. 一種以隱藏偏向電極控制離子束的方法，用於一基板，包括：在與包含該基板之一處理室鄰近的一電漿室中產生一電漿；提供沿該電漿室的一側配置之一萃取板，該萃取板具有一第一孔洞、一第二孔洞以及該第一孔洞及該第二孔洞之間的一中間部分，該第一孔洞及該第二孔洞用以在該電漿存在於該電漿室中且一萃取電壓施加於該萃取板與該基板之間時定義一第一離子束及一第二離子束；將該隱藏偏向電極配置於該電漿室外鄰近該中間部分處，並電性絕緣於該萃取板；以及施加一偏壓至該隱藏偏向電極，其中該偏壓用以修改經過該 第一孔洞之該第一離子束與經過該第二孔洞之該第二離子束中離子的一入射平均角及該第一離子束及該第二離子束中圍繞該入射平均角的一入射角範圍其中至少一者。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，更包括：配置該第一孔洞與該第二孔洞以定義各自與該基板的一平面形成一非零角度的對應的一第一孔洞平面及一第二孔洞平面。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該隱藏偏向電極為一第一隱藏偏向電極，該方法更包括：提供一第三孔洞、一第四孔洞以及配置於該第三孔洞與該第四孔洞之間的一第二中間部分，該第三孔洞及該第四孔洞用以在該電漿存在於該電漿室中且一萃取電壓施加於該萃取板與該基板之間時定義一第三離子束及一第四離子束；提供一第二隱藏偏向電極，該第二隱藏偏向電極配置於該電漿室外鄰近該第二中間部分處，且電性絕緣於該萃取板；以及提供一多孔洞隱藏聚焦電極，其於該電漿室被隱蔽，且電性絕緣於該萃取板、該隱藏偏向電極以及該第二隱藏偏向電極，該多孔洞隱藏聚焦電極具有鄰近該第一隱藏偏向電極之一第一聚焦電極孔洞以及鄰近該第二隱藏偏向電極之一第二聚焦電極孔洞，其中該第一隱藏聚焦電極、該第二隱藏偏向電極以及該多孔洞隱藏聚焦電極用以產生多對離子束，其中直接穿越該第一聚焦電極孔洞的一第一對離子束中的一第一離子角分布與直接穿越該第二 聚焦電極孔洞的一第二對離子束中的一第二離子角分布不相同。
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