TWI648763B - 控制提供至基板的離子束的處理裝置與方法 - Google Patents

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盧多維克 葛特
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Abstract

處理裝置可包括電漿源、提取板、偏轉電極與偏轉電極電源，其中所述電漿源耦接至電漿腔室以在電漿腔室中產生電漿，所述提取板具有沿著電漿腔室的一側配置的孔隙，所述偏轉電極配置為接近於孔隙，且當電漿腔室中存在電漿時所述偏轉電極經設置以界定一對電漿半月區，所述偏轉電極電源用於相對於電漿施加偏壓至偏轉電極，其中施加至偏轉電極的第一偏壓經設置以產生自電漿通過孔隙提取的離子的第一入射角，且施加至偏轉電極的第二偏壓經設置以產生自電漿通過孔隙提取的離子的第二入射角，所述第二入射角不同於所述第一入射角。

Description

控制提供至基板的離子束的處理裝置與方法
本實施例是關於一種處理裝置，且更特別的是，關於一種提取自電漿的離子的角分佈的控制。
習知的用於以離子處理基板的裝置包括束線離子植入機與電漿浸入式離子植入工具。兩者對於植入在一個範圍內的能量的離子而言皆為合適的。在束線離子植入機中，離子提取自源、經過質量分析且接著傳送至基板表面。在電漿浸入式離子植入裝置中，基板位於與產生電漿的腔室相同的腔室中且鄰近於電漿。相對於電漿與橫越在基板前方的電漿鞘的以垂直入射角撞擊在基板上的離子，基板設定在負電位。近來已發展出允許控制經提取的離子的離子角分佈(ion angular distribution,IAD)的新處理裝置。在此裝置中，自電漿腔室提取離子，但是不同於基板位在離子源遠處的束線離子植入機，基板是位於接近電漿腔室處。通過形狀特殊的孔隙來提取離子，所述孔隙位於放置在接近電漿的提 取板中。孔隙形狀的改變允許離子角分佈(亦即離子分佈的平均角度及角展(angular spread))的改變。出於植入、蝕刻或其他處理的目的，處理呈現側壁待暴露於離子的表面特徵的基板可以是合適的。為了處理這種側壁，通過孔隙來提取離子，所述孔隙具有產生所要的離子角分佈的形狀及尺寸。然而，提供電漿系統中的離子角分佈的進一步的控制以便更有效率地處理基板可以是所要的。相對於這些以及其他考量，需要本發明。
在一實施例中，處理裝置包括耦接至電漿腔室以在電漿腔室中產生電漿的電漿源。所述處理裝置亦可包括沿著電漿腔室的一側配置的提取板、偏轉電極以及偏轉電極電源，其中所述提取板具有孔隙，所述偏轉電極配置為接近於孔隙，且當電漿腔室中存在有電漿時，所述偏轉電極經設置以界定一對電漿半月區(menisci)，所述偏轉電極電源用於相對於電漿來施加偏壓至偏轉電極。當藉由偏轉電極電源施加第一偏壓時，可產生自電漿通過孔隙提取的離子的第一入射角，且當由偏轉電極電源施加第二偏壓時，可產生自電漿通過孔隙提取的離子的第二入射角，其中第二入射角不同於第一入射角。
在再一實施例中，控制提供至基板的離子束的離子角分佈的方法包括：在電漿腔室中產生電漿，所述電漿腔室鄰近於含有基板的處理腔室；將具有孔隙的提取板設置在電漿腔室與處理 腔室之間；將偏轉電極配置為接近於孔隙；以及將施加至偏轉電極的偏轉電極電壓從第一電壓改變至第二電壓，其中第一電壓經設置以產生提取自電漿的離子的第一入射角，且第二電壓經設置以產生自電漿通過孔隙提取的離子的第二入射角，第二入射角不同於第一入射角。
100、200、600、800、820、840、860、900、1000‧‧‧處理裝置
102‧‧‧電漿源
104、209、609‧‧‧電漿腔室
105‧‧‧RF產生器
106‧‧‧氣體分歧管
110‧‧‧RF匹配網路
112、208、608、808、908、1008‧‧‧電漿
114、205、406、605、805、825、845、866、910‧‧‧提取板
116、204、904、914、924、1014、1024‧‧‧孔隙
118‧‧‧離子
120、221‧‧‧基板支持器
122、222‧‧‧基板
126‧‧‧殼體
130‧‧‧提取電壓系統
132‧‧‧腔室電源
134、615a、615b‧‧‧偏轉電極電源
136、214、614a、614b‧‧‧提取板電源
138‧‧‧基板電源
140、603‧‧‧絕緣體
142‧‧‧處理腔室
144、202、402、602、802、842、902、912、922、1012‧‧‧偏轉電極
150‧‧‧控制系統
206、806a、806b、826a、826b‧‧‧非導電部
207、607a、607b、807a、807b、827a、827b、847a、847b、866a、866b‧‧‧內部部分
210、610、630、632、634、636、810、811、830、831、850、851、870、871‧‧‧電漿半月區
212‧‧‧離子子束
215‧‧‧偏轉電極偏壓電源
223‧‧‧高電壓電源
302、308、640、642、644、646、906、916、926、1016、1026‧‧‧離子束
310、312、314、316‧‧‧離子角分佈
602a、602b、822a、822b‧‧‧偏轉電極部
606a、606b、846a、846b、867a、867b‧‧‧外部部分
616a、616b‧‧‧電性饋通件
650、652、654、656‧‧‧電漿鞘
660‧‧‧垂直線
809、829、849、869、940‧‧‧軸
852、854、863、865‧‧‧部分
930‧‧‧基板
1010‧‧‧凸特徵
1030、1050‧‧‧側壁
1040‧‧‧水平表面
P1、P2‧‧‧平面
V1、V2、V3‧‧‧電壓
VB、VC、VD、VE‧‧‧電壓
β、χ、δ、ε‧‧‧平均角度
圖1A描繪與本揭露的實施例一致的處理裝置的側視圖。
圖1B描繪圖1A的處理系統的提取系統的上視圖。
圖2A與圖2B描繪與再一實施例一致的處理系統的提取形狀的細節。
圖3A與圖3B描繪圖2A的系統的一種操作情況。
圖3C與圖3D描繪圖2A的系統的另一種操作情況。
圖4A與圖4B呈現在處理系統中的離子軌跡的模擬結果，其為相對於提取板的偏轉電極的位置的函數。
圖5A與圖5B呈現晶圓上的離子束密度分佈模擬結果與針對0伏特偏壓的離子束發射率。
圖5C與圖5D呈現針對-300V偏壓的離子束分佈與離子束發射率。
圖6A、圖6B與圖6C描繪當偏轉電極放置在電漿源內時施加至偏轉電極的各種電壓V的效應的定性圖。
圖6D與圖6E描繪當未施加電壓或施加恆定電壓至偏轉電極時施加至提取板的各種電壓V的效應的定性圖。
圖7A至圖7C呈現當偏轉電極被偏壓時離子角分佈的改變的實驗結果。
圖8A至圖8D呈現根據不同實施例的處理裝置中的各種提取組件的操作的圖。
圖9描繪根據一實施例的包括設置有多個孔隙的提取板的部分的處理系統。
圖10描繪根據另一實施例的部分的處理系統，其包括設置有多個孔隙的另一提取板。
本文所述的實施例提供用於控制導向基板的離子的角分佈的裝置及方法。特別的是，本實施例提供新穎的從電漿產生離子束及控制其離子角分佈(IAD)的提取系統。術語「離子角分佈」是指相對於參考方向(例如垂直於基板的方向)的離子束中的離子的入射的平均角度，而至於以平均角度為中心圍繞的入射角度的分佈寬度或範圍，則簡化地稱作「角展」(angular spread)。在本文揭露的實施例中，新穎的提取系統可包括位於鄰近於電漿的提取板，且所述提取板含有至少一孔隙以自電漿提取離子，且所述提取系統基於電漿與基板之間的電位差來將離子朝向基板加速。提取系統亦可包括位於接近提取板的孔隙的偏轉電極，且其 用以產生兩個離子束。如下所詳述，離子束的入射角是藉由調整施加至提取系統的電壓或調整提取系統的各種組件的定位或兩者來控制。
圖1A描繪與本揭露的實施例一致的處理裝置100。處理裝置100包括電漿源102以在電漿腔室104中產生電漿112。電漿源102可以是RF電漿源(感應耦合電漿(inductively-coupled plasma,ICP)源、電容耦合電漿(capacitively coupled plasma,CCP)源、螺旋源(helicon source)、電子迴旋加速器共振(electron cyclotron resonance,ECR)源)、間接加熱式陰極(indirectly heated cathode,IHC)源、輝光放電源(glow discharge source)或其他本領域具有通常知識者已知的電漿源。在此特定實施例中，電漿源102是具有RF產生器105、RF匹配網路(RF matching network)110的ICP源。至氣體原子及/或分子的來自RF產生器的RF功率傳輸是經由天線以及介電窗(未繪示)發生。氣體分歧管106經由合適的氣體管線及氣體入口與電漿源102連接。處理裝置100的電漿源102或其他組件亦可連接至真空系統(未繪示)，例如由迴轉式泵或膜泵支持的渦輪分子泵。電漿源102由殼體126圍繞，且絕緣體140將殼體126自包括基板支持器120的處理腔室142分開。電漿源102與基板支持器120可以處於提升的電位或者可電性接地，而處理腔室142可電性接地。
如圖1A所示，提取板114可沿著電漿腔室104的一側配置。在圖1A中，提取板114配置在電漿腔室104的底部。特別的 是，提取板114配置在電漿腔室104與處理腔室142之間。在一些實例中，提取板114可界定電漿腔室或處理腔室或兩者的部分的腔室壁。提取板114包括孔隙116，可通過所述孔隙提取做為離子束的離子且將其導向基板支持器120。
處理裝置100更包括多個電壓源，用於驅動提取光學裝置且控制提供至基板122的離子束能量。這些共同被繪示為提取電壓系統130。在各種實施例中，提取電壓系統130可包括腔室電源132、偏轉電極電源134、提取板電源136以及基板電源138。為了產生由離子118表示的正離子束(所述離子118在基板122處具有想要的能量)，基板電源138可相對於地而對基板支持器120進行負偏壓，而電漿腔室104為接地的。或者，可相對於地而對電漿腔室104進行正偏壓，且基板支持器120可接地或者可相對於地來對基板支持器120進行負偏壓。在一些實施例中，可使用提取板電源136而獨立於電漿腔室104對提取板114進行偏壓，或者提取板114可以是浮置的(floating)。類似地，可相對於腔室電源132而對偏轉電極電源134進行偏壓。實施例不限於此。
處理裝置100亦包括控制系統150以控制電漿密度(藉由控制RF功率以及電漿腔室內的氣壓)以及離子能量與離子角分佈(IAD)，如下詳述。控制系統150可包括硬體與軟體組件的組合，其指揮RF產生器105、質量流控制器(未繪示)以及提取電壓系統130的操作。
在各種實施例中，基板支持器120可耦接至驅動裝置(未 繪示)，所述驅動裝置經設置以沿著平行於所繪示的直角座標系統的Y軸的方向來移動基板支持器120。在再一實施例中，基板支持器120可在沿著平行於X軸、Z軸或兩者的方向上為可移動的。在一些實例中，這提供了處理裝置100兩個自由度，亦即允許基板對提取孔隙的相對位置的改變且允許相對於孔隙116掃描基板122，使得可在整個基板122的表面上提供離子118。
在各種額外實施例中(且如下詳述)，提取板114可包括界定孔隙116的獨立部分。所述獨立部分(圖1中未繪示)沿著平行於X軸、Z軸或兩者的方向相對於彼此可為可移動的。
如圖1A中進一步繪示，處理裝置100包括接近孔隙116配置的偏轉電極144。所述偏轉電極144以及提取板114可形成用於控制離子束的提取的部分的提取系統，如下詳述。在各種實施例中，偏轉電極144可以是導電的組件，其耦接至偏轉電極電源134，以下詳述其操作。簡言之，偏轉電極144可作用以調整通過孔隙116提取離子的光學裝置。如圖1A中所繪示，(例如)當偏轉電極144位於接近於孔隙116時，可通過孔隙116提取做為兩個不同的離子子束的離子118。在特定實施例中，提取板電源136可經設置以將提取板電壓施加至提取板114，獨立於由偏轉電極電源134施加的施加至偏轉電極144的偏壓。
圖1B提供提取板114與偏轉電極144的一個實施例的平面圖。在此實施例中，孔隙116與偏轉電極144在平行於X軸的方向上伸長，以便提取做為帶狀束的離子118。在各種實施例中， 沿著X軸的離子118的離子束寬度可以大於沿著X軸的基板122的大小，如繪示。舉例來說，對於沿著X軸為30公分的基板的大小，離子束的寬度可以更寬個幾公分(例如33公分)，以便在一次處理過程中處理基板122的整個寬度。在本文中以下揭露的實施例中，可調整系統參數以修改離子的提取光學裝置且提供離子子束至基板(例如基板122)，所述系統參數例如是傳送至天線的RF功率、或藉由處理裝置100的組件而施加至系統的不同元件的電壓、以及偏轉電極144與提取板114的定位。
圖2A與圖2B描繪與又一實施例一致的處理裝置200的提取形狀的細節。在一些實施例中，處理裝置200可包括與處理裝置100相同的組件。在圖2A描繪的實施例中，偏轉電極202配置為接近於由提取板205界定的孔隙204。為了避免提取板205耗盡大量來自電漿208的離子流，提取板205由兩部分製成：在提取板周邊的大型非導電部206以及小型導電部(內部部分207)，所述內部部分207配置為鄰近於孔隙204且圍繞所述孔隙204。對於圖2A中繪示的設置，偏轉電極202位於電漿源內部。在圖2B繪示的設置中，偏轉電極202位於含有電漿208的電漿腔室209的外部。由於此設置的固有形狀角度，可獲得具有大平均角度的特徵的離子角分佈。當電漿208在電漿腔室209中產生時，在偏轉電極202與界定孔隙204的內部部分207的邊緣之間形成兩個電漿半月區(plasma menisci)210。內部部分207可藉由提取板電源214來偏壓，且偏轉電極202可藉由獨立的偏轉電極偏壓 電源215來偏壓。當在基板支持器221與電漿腔室209之間施加高電壓時，兩個離子子束212經導向而斜向入射基板222，亦即沿著相對於Z軸形成非零角度的軌跡而入射基板(如繪示)，其中所述基板支持器221與基板222電性連接，所述電漿腔室209安置有電漿208。所述高電壓是由高電壓電源223提供，且對圖2A與圖2B中所繪示的設置而言，其在基板支持器上具有負極性，以便自電漿208提取正離子。此斜向入射對於處理特徵的表面可以是有用的，所述特徵可經設置使得其表面不與X-Y平面平行。對於三維半導體結構而言，這類特徵是常見的。在各種實施例中，可調整例如偏轉電極202的位置以及施加至提取電壓系統的不同組件的電壓(見圖1的提取電壓系統130)的參數來調整入射角以及導向基板(例如基板222)的離子束的角展。在其他實施例中，電漿腔室209與基板支持器221/基板222之間的高電壓差是藉由高電壓電源223施加，其中正極性施加至電漿腔室209且基板支持器221為接地。在這種設置中，提取板電源214與偏轉電極偏壓電源215相對於高電壓電源223為參考，亦即在電漿腔室電位處浮置。
圖3A與圖3B描繪處理裝置200的一種操作情況，其中在第一組條件下自電漿208提取一對離子束302。為了簡單起見，可假設各個離子束302內的離子相對於基板222的垂直線形成相同的平均角度，且形成相同的入射角的角度範圍，其中平均角度是藉由相對於垂直線的角度的絕對值界定，除非另外指明。因此， 相對於垂直線(Z軸方向)的角度(+)θ與相對於垂直線的角度(-)θ可被視為構成相同的平均角度。圖3B呈現示例的對稱的離子角分佈310、離子角分佈312，其可表示所述一對離子束302的角分佈。如繪示，相對於基板平面的垂直線(Z軸)，離子束302的平均角度是+/- 20度。圖3B中描繪的角分佈僅是出於示例目的且展示為高斯形狀。對於此類分佈，角展可被簡單界定為半峰全幅值(full width at half maximum，FWHM)，在此情況下約為10度。如稍後將示出，實際上，離子角分佈可具有更複雜的形狀，且依據提取光學裝置的形狀，離子角分佈可歪斜成較小或較大角度。對於不同於高斯分佈的所有分佈，角展可界定為特定子束的最大角度與最小角度之間的差的一半。
圖3C與圖3D描繪處理裝置200的另一操作情況，其中在第二組情況下自電漿208提取一對離子束308。為了簡單起見，可假設各個離子束308內的離子相對於基板222的垂直線形成相同平均角度，且形成相同的入射角的角度範圍。圖3D呈現示例的對稱的離子角分佈314、離子角分佈316，其可表示所述一對離子束308的角分佈。如繪示，相對於基板平面的垂直線(Z軸)，離子束308的平均角度是+/- 30度。類似於圖3B中所繪示的分佈，所述分佈的角展為半峰全幅值(FWHM)，在此情況下約為2度。
與各種實施例一致，在離子束302與離子束308之間展現的束IAD的特徵(平均角度與角展)的變化可藉由各種參數的改變的任何組合的變化來產生。在不破壞處理裝置的真空的情況 下，束形狀的變化是可達成的。為此理由，本實施例促進提供至基板的離子的離子平均入射角、角展(換言之離子角分佈(IAD))的原位(in-situ)控制。根據各種實施例，離子角分佈的原位變化可藉由下述產生：偏轉電極202的位置的改變、孔隙尺寸的變化、傳送至電漿208的RF功率的改變、氣壓的改變或施加至處理裝置200的組件的電壓的改變，所述電壓包括施加至偏轉電極202、基板支持器221/基板222、提取板205或電漿腔室209的電壓。實施例不限於此。
圖4A與圖4B呈現在處理系統中的離子軌跡的面向對象的粒子(Object Oriented Particle In Cell，OOPIC)模擬結果，其為相對於提取板406的偏轉電極402的位置的函數。在所示的實例中，樣本離子為Ar+。電漿與基板之間的提取電壓假定為3kV，且施加至偏轉電極402的偏壓為-100V。未施加偏壓至提取板406。在圖4A中，偏轉電極402定位在提取板406的上方3.5mm，而在圖4B中偏轉電極定位在提取板406的上方4.5mm。如所示，當偏轉電極402移動遠離提取板406，離子軌跡變得較為狹縮。另，當偏轉電極移動更遠離提取板時，在Oy方向上散佈的子束變得更窄。
圖5A至圖5D呈現使用OPERA軟體的經提取的離子子束的模擬結果。圖5A顯示針對2kV提取電壓、施加在偏轉電極上的0V偏壓以及未經偏壓的提取板的在Oy方向上在基板表面位置處的離子密度分佈。存在有兩個完全獨立且對稱的子束，其在 Oy方向上分別跨越自5.2mm至9mm以及自-5.2mm至-9mm。所述子束強烈地朝向較高y值歪斜，其中大部分的束在±8.8mm附近碰撞到基板表面。圖5B描述子束發射率，亦即在Oy方向上的角束特徵對於束位置。如可見的，大部分的離子以介於13度與17度之間的角度碰撞到基板表面，其造成約15度的平均角度以及約4度的角展。發射率曲線的定向顯示出子束為會聚性的(convergent)。圖5C描述與圖5A的條件類似但偏轉電極偏壓為-300V的基板表面上的離子密度分佈。在此情況下，亦獲得兩個對稱的子束，但其部分地重疊。所述子束亦經歪斜而朝向基板的末端，但在此情況下，大部分的離子分別在介於2.5mm與3mm之間以及介於-2.5mm與-3mm之間碰撞到基板。描述於圖5D中的束發射率顯示出在此情況下離子以介於25度與30度之間的角度碰撞到基板。所述子束亦輕微地會聚，但大部分離子以30度碰撞到表面。
在又一實施例中，對於通過處理裝置的孔隙提取的離子，施加至偏轉電極或提取板的偏壓可經調整以控制離子束軌跡，亦即離子角分佈。特別的是，藉由偏轉電極電源產生的第一偏壓可經設置以產生提取自電漿的離子的第一入射角，且藉由偏轉電極電源產生的第二偏壓(不同的偏壓)經設置以產生通過孔隙提取的離子的第二入射角，其不同於所述第一入射角。在一些實施例中，偏轉電極可以是單一電極，其中施加有單一偏壓，而在另一實施例中，偏轉電極可構成多個電極，其彼此電性隔離且 能夠接收不同偏壓。
圖6A描繪根據各種實施例的形成部分的處理裝置600的提取系統的細節。如繪示，提取系統(未獨立繪示)包括提取板605以及偏轉電極602，所述偏轉電極602由電性絕緣體603分成兩個偏轉電極部：偏轉電極部602a以及偏轉電極部602b。偏轉電極602的各部分可藉由偏轉電極電源615a以及偏轉電極電源615b獨立地偏壓。在偏轉電極電源615a、偏轉電極電源615b以及偏轉電極602之間的連接導線可在電漿腔室609內經由電性饋通件(electrical feedthrough)616a與電性饋通件616b來傳遞。其亦可以陶瓷套管(未繪示)與電漿608絕緣。位於接近於偏轉電極602的提取板605是由兩個介電部(外部部分606a與外部部分606b)以及兩個電性導電部(內部部分607a與內部部分607b)組成。各個內部部分607a與內部部分607b可藉由各別的提取板電源614a與提取板電源614b來獨立地偏壓。當電漿608被點燃時，一方面在偏轉電極部602a與內部部分607a之間且另一方面在偏轉電極部602b與內部部分607b之間形成一對電漿半月區610。
簡言之，圖6B與圖6C繪示對於單一的一對偏轉電極-提取板內部部分當偏轉電極偏壓改變而其他參數維持定值時電漿半月區的形狀的改變。如繪示，當偏壓改變時，形成在內部部分607b與偏轉電極部602b之間的半月區610可實質上改變。形狀的改變可包括曲率半徑的改變或者可包括半月區的傾度的改變(相對於與偏轉電極602相交的垂直平面)。這轉而導致提取自電漿 608的離子的離子軌跡角度的改變。類似地，圖6D與圖6E繪示當提取板偏壓改變而其他參數維持定值時電漿半月區的形狀的改變。形狀的改變可包括曲率半徑的改變或者可包括半月區的傾度的改變(相對於含有提取板的尖端的水平平面)。這轉而導致提取自電漿608的離子的離子軌跡角度的改變。
在特定實施例中，施加至偏轉電極(例如偏轉電極602)的電壓可從0V至-500V變化。由於負電位，電漿鞘形成在偏轉電極表面的前方。電漿鞘的厚度s由下列給定： 其中V是負偏壓電位的絕對值，Te是電子溫度且λD是由以下給定的德拜長度(Debye length)。
其中ε0是自由空間的介電常數(permittivity)，kB是波茲曼常數，e是基本電荷且ne是電子密度。
返回圖6B至圖6E，為了圖式清楚起見，僅繪示圖6A中由虛線劃定的矩形區域。在圖6B中，施加至偏轉電極部602b的電壓VB具有第一值，其小於施加至圖6C中的偏轉電極的電壓VC。在圖6B中，電漿鞘650相對地薄，且所得到的電漿半月區630與其對應者(形成於圖6C中的電漿半月區632)相比，電漿半月區630相對地較水平地傾斜(相對於水平X-Y平面)。這相對 於Oxy平面的垂直線660而言，產生了平均角度β，其針對提取自電漿608的離子束640的離子來繪示。轉至圖6C，電漿鞘652相對較厚，因為電壓VC較負。因此電漿608被進一步推進鄰近於偏轉電極部602b的電漿腔室內部。因此，電漿半月區632的位置以及形狀改變，造成更垂直定向的電漿半月區632。這轉而導致離子束642的離子的較大離子平均角度χ(與圖6B的平均角度β相比)。
在圖6D中，施加至內部部分607b的電壓VD具有第一值，其小於施加至圖6E中的提取板的電壓VE。在圖6D中，電漿鞘654相對地薄，且所得到的電漿半月區634相比於其對應者(圖6E中形成的電漿半月區636)而言，電漿半月區634相對較垂直地傾斜(相對於水平X-Y平面)。這相對於Oxy平面的垂直線660而言，產生了平均角度δ，其針對提取自電漿608的離子束644的離子來繪示。轉至圖6E，電漿鞘656相對較厚，因為電壓VE較負。因此，電漿608被進一步推進鄰近於內部部分607b的電漿腔室609(見圖6A)內部。因此，電漿半月區636的位置以及形狀改變，造成更水平定向的電漿半月區636。這轉而導致離子束646的離子的較小離子平均角度ε(與圖6D的平均角度δ相比)。
值得注意的是，在一些實施方案中，偏轉電極602可以由兩個對稱的偏轉電極部組成：偏轉電極部602a與偏轉電極部602b。類似地，提取板605可具有兩個對稱的內部部分：內部部分607a、內部部分607b，如圖6A所示。這可導致圖6A中建議的形成在偏轉電極602的相對側上的對稱半月區的形成。因此，除 了離子束640、離子束642、離子束644與離子束646之外，在圖6B、圖6C、圖6D與圖6E的情況中，可產生相對於垂直線660具有平均角度-β、-χ、-δ以及-ε的第二離子束(未繪示)。在其他實施例中，可獨立地控制藉由偏壓電源614a與偏壓電源614b及偏壓電源615a與偏壓電源615b所驅動的偏壓。以這種方式，形成在偏轉電極部602a與內部部分607a之間的第一半月區可在形狀及定向方面與第二半月區不同，所述第二半月區是藉由偏轉電極部602b以及內部部分607b決定。在此情況下，可獲得產生自第一半月區與第二半月區的各子束的不同的離子角分佈。在偏轉電極部602a與偏轉電極部602b上的偏壓相同且提取板605的內部部分607a與內部部分607b的偏壓相同但並非一定要等於偏轉電極偏壓的情況下，處理裝置600經設置以傳送具有平均角度θ與-θ及相同角展△θ的特徵的兩個對稱的子束。為了獲得不同的離子角分佈，可以不同方式設置偏壓：僅將偏轉電極部602a與偏轉電極部602b偏壓(不同或相同電壓)或僅將提取板605的內部部分607a與內部部分607b偏壓(不同或相同電壓)、將偏轉電極部602a與偏轉電極部602b以及內部部分607a與內部部分607b皆偏壓、或者應用提取板與偏轉電極偏壓的任何組合。
值得注意的是，在本實施例中，偏轉電極的橫截面形狀(在Y-Z平面中)可以是任何適於提供電漿半月區的控制的便利的形狀，例如矩形、三角形、圓形、橢圓形等。此外，偏轉電極可位於電漿源內部或電漿源外部。
圖7A至圖7C描繪平均角度、角展與離子束流的量測的實驗結果，其做為施加至偏轉電極的偏壓的函數，所述偏轉電極與提取板孔隙一起配置，如以上參照圖6A至圖6E的敘述。展示出兩個特定條件：1keV與3keV離子能量。施加至偏轉電極的偏壓介於0V與-330V之間。未施加偏壓至提取板。如從圖7A中明顯可見，發生平均角度的線性增加，所述平均角度做為施加至偏轉電極的增加的負偏壓的函數。在此偏壓範圍中，對於1keV的離子束能量，平均束角度自15度改變至36度，且對於3keV的離子束能量，平均束角度自18度改變至25度，其中較大角度表示與垂直入射(沿著Z軸)的較大偏差。對於1keV的束能量，此改變表示每伏特偏壓的平均角度0.06度的改變，且對於3keV的束能量，此改變表示每伏特施加的偏壓的平均角度0.02度的改變。平均角度對偏壓的斜率出現差異是由於不同的提取光學裝置的靜電設置：相較於1keV的提取電壓，在3keV的提取電壓(亦即束能量)下，電場線伸進更深入電漿。因此，相較於在較低提取電壓的情況，在較高提取電壓下以偏壓塑形電漿半月區是較困難的。因此，根據圖6A至圖6E的實施例配置的處理裝置呈現藉由在容易達到的電壓範圍中改變施加至偏轉電極的偏壓以調整導向基板的離子的離子束入射角的便利方法。
如圖6A至圖6E建議，除了在電漿半月區的定向上造成改變且藉此改變束角度，施加至偏轉電極的電壓的改變亦可改變電漿半月區的曲率。對於提取自電漿的離子，這種改變可造成不 同的離子角展。如圖7B中所繪示，隨著偏壓的絕對值增加，離子角分佈變得更為緊密：自0偏壓下的8度下至在-330伏特下的4度至5度。
離子角分佈的改變的特徵在於偏轉電極偏壓的改變伴隨著提取的離子束流的改變。如圖7C中所繪示，隨著偏壓的絕對值增加，經提取的離子束流單調地減少，分別是在3keV離子束能量的情況下從9mA減少至6mA，且在1keV的離子束能量的情況下從6mA減少至3mA。這種效應是兩個物理現象的結果：半月區面積的減少以及鄰近偏轉電極的離子密度的減少。
在各種額外的實施例中，施加至偏轉電極或提取板的電壓可與提取形態的調整原位地一同調整，其中所述提取形態包括偏轉電極與孔隙的相對位置、孔隙的相對尺寸以及不同偏轉電極組件的相對位置與孔隙板組件。
在特定實施例中，偏轉電極與提取板藉由至少一個提取組件的相對於彼此的移動而互相起作用，以調整提取的離子束的入射角，所述移動例如是偏轉電極或孔隙板的移動。在一些實例中，偏轉電極的移動可包括相對於偏轉電極的第二部分的偏轉電極的第一部分的移動。類似地，在其他實例中，孔隙板的移動可包括相對於孔隙板的第二部分的孔隙板的第一部分的移動。這種移動的任何組合可改變用於提取離子子束的半月區的形狀或尺寸或兩者，且藉此改變入射角以及角展。
圖8A至圖8D呈現根據不同實施例的處理裝置中的不同 提取組件的操作圖。提取組件包括此些圖中的偏轉電極與孔隙板。在圖8A中，繪示部分的處理裝置800，其展示由非導電部806a與非導電部806b以及導電部(內部部分807a與內部部分807b)組成的提取板805。所述提取板805位於鄰近於電漿808。偏轉電極802位於鄰近於由內部部分807a與內部部分807b界定的孔隙(未獨立繪示)。在此實施例中，偏轉電極802沿著平形於繪示的直角座標系統的Z軸的軸809為可移動的。此軸809垂直於界定提取板805的平面的X-Y平面。因此，偏轉電極802可移動遠離或朝向提取板805。在一些實例中，偏轉電極802可經設置以甚至在提取板805下方移動。偏轉電極802以及提取板805的內部部分807a與內部部分807b可耦接至電壓源(未繪示)，以改變偏轉電極802或提取板805的電壓，如以上參照圖6A至圖6D所述。
如上關於圖4A與圖4B所述，偏轉電極的動作可產生提取自電漿(例如電漿808)的離子的離子軌跡的改變。在圖8A的處理裝置800中，偏轉電極802可相對於提取板805移動，同時施加至偏轉電極802與內部部分807a、內部部分807b的電壓維持定值。此動作本身可改變電漿半月區810與電漿半月區811的形狀。然而，在其他實施例中，施加至偏轉電極802或內部部分807a與內部部分807b的電壓可與沿著軸809的偏轉電極802的移動一起改變。這種施加至提取組件的偏壓與偏轉電極802的移動的結合的改變提供對於提取自電漿808的離子的平均離子角度與離子角分佈的進一步控制。
根據其他實施例，偏轉電極可由兩部分組成：偏轉電極部822a與偏轉電極部822b，如圖8B中所繪示。在圖8B中，繪示部分的處理裝置820，其展示由非導電部826a與非導電部826b以及導電部(內部部分827a與內部部分827b)組成的提取板825。這些部分可獨立地沿著軸829移動，其與直角座標系統的Oz軸平行。藉由改變偏轉電極部822a與偏轉電極部822b相對於提取板825的內部部分827a與內部部分827b的相對位置，可改變電漿半月區830與電漿半月區831的形狀，造成提取的離子子束的不同的離子平均角度與角分佈。此外，施加至偏轉電極部822a與偏轉電極部822b或施加至內部部分827a與內部部分827b的偏壓可與沿著軸829的偏轉電極部822a與偏轉電極部822b的移動一起改變。這種施加至提取組件的偏壓與偏轉電極部822a及偏轉電極部822b的移動的結合的改變提供對於提取自電漿808的離子的平均離子角度與離子角分佈的進一步控制。
圖8C提供處理裝置840的實例，所述處理裝置840包括由非導電部(外部部分846a與外部部分846b)及導電部(內部部分847a與內部部分847b)組成的提取板845。提取板具有繪示為部分852與部分854的可獨立移動的部分，所述部分852由外部部分846a與內部部分847a組成，所述部分854由外部部分846b與內部部分847b組成。所述部分852與部分854各自可沿著平行於Y軸的軸849移動。當沿著軸849以相反方向移動時，部分852與部分854可增加或減少提取板孔隙的寬度。這種寬度的改變用 以改變電漿半月區850與電漿半月區851的形狀與位置，所述電漿半月區850與電漿半月區851各自形成在偏轉電極842與提取板845的內部部分847a及內部部分847b之間。
圖8D呈現處理裝置860的再一實施例，其中提取板866包括繪示為部分863與部分865的可獨立移動部分。所述部分863與部分865各自可沿著平行於Z軸的軸869移動。如圖8D中繪示，此動作允許提取板866採用錯開的設置，其中所述部分863與部分865相對於彼此的移動導致這兩者定位於不同平面P1、平面P2，其中各平面可平行於X-Y平面。提取板866包括非導電部：外部部分867a與外部部分867b。提取板866也包括導電部：內部部分866a與內部部分866b。提取板866還包括偏轉電極862。在繪示的實例中，這造成兩個不同的電漿半月區，繪示為電漿半月區870、電漿半月區871，其形狀彼此不同。形狀的不同對於產生離子束(未繪示)的不同平均角度是有效的，其中在施加有提取電壓時經由電漿半月區870、電漿半月區871而自電漿808提取所述離子束。亦值得注意的是，例如電漿半月區871的鄰近於較低部分的電漿半月區可較垂直地定位，且產生具有與平面P2的垂直線較大的偏差的平均角度。在各種實施例中，單一處理系統可將圖8A至圖8D中展示的各種提取組件的移動功能合併。因此，提取系統可提供相對於提取板的偏轉電極的獨立部分的動作，以及提供在兩個正交的方向上相對於彼此的提取板的獨立部分的相對動作。
在各種額外實施例中，提取板可包括多個孔隙，其中至少一個孔隙包括偏轉電極。圖9描繪部分的處理裝置900，其包括設置有三個孔隙的提取板910，所述三個孔隙為孔隙904、孔隙914與孔隙924。偏轉電極902、偏轉電極912與偏轉電極922各自位於接近於孔隙904、孔隙914與孔隙924。在各種實施例中，偏轉電極902、偏轉電極912與偏轉電極922可各自設置有允許電壓的獨立控制的獨立電壓源，所述電壓為了簡單起見而展示為電壓V1、電壓V2與電壓V3。當施加提取電壓至電漿與基板930之間時，這可允許提取板910自電漿908同時提取三組不同的離子束906、離子束916與離子束926，其中在不同組的離子束之間，平均角度不同(如繪示)。這對於當基板在所有孔隙904、孔隙914、孔隙924下方沿著軸940在單一過程中掃瞄時將具有不同入射角的離子提供至基板930可以是有用的。值得注意的是，在各種額外的實施例中，在多孔隙提取板中，偏轉電極相對於各孔隙的位置以及孔隙的寬度、與不同部分的提取板沿著Z軸方向的相對位置可以是可調整的，如圖8A至圖8D中所強調的。
圖10描繪根據另一實施例的部分的處理裝置1000，其包括設置有三個孔隙的提取板910，所述三個孔隙為孔隙904、孔隙1014與孔隙1024。如同在圖9的實施例，偏轉電極902與偏轉電極1012各自位於接近於孔隙904、孔隙1014，除了偏轉電極1012實際上位於電漿腔室(未繪示)外部。藉由將偏轉電極1012放置在接近於孔隙1014但在電漿腔室外部處，允許了具有非常大的平 均角度的離子束1016的提取，如圖2B中所描述。此外，在本實施例中，沒有偏轉電極位於接近孔隙1024處。在此情況下，自孔隙1024提取單一離子束(離子束1026)。根據孔隙1024沿著Y方向的寬度，半月區的形狀可變化。在圖10繪示的實例中，自電漿1008通過孔隙1024提取的離子束1026的所得離子軌跡與Z軸緊密地對齊，以便離子束1026以幾乎垂直地入射來撞擊基板930。藉由提取板910提供的離子軌跡的組合對於處理基板的特定特徵(例如凸特徵1010)可為特別有用的。如圖10中所繪示，處理裝置1000產生離子束906、離子束1016、離子束1026，當基板930沿著軸940以來回移動方式掃描時，所述離子束906、離子束1016、離子束1026撞擊各個凸特徵1010的側壁1030、側壁1050兩者與水平表面1040。
本發明的範圍不受本文中所描述的具體實施例限制。實際上，本領域具有通常知識者根據前述描述和附圖將瞭解(除本文所描述的那些實施例和修改外)本發明的其他各項實施例與對本發明的修改。因此，此類其他實施例和修改意圖落入本發明的範圍內。此外，儘管本文已出於特定目的而在特定環境中在特定實施方案背景下描述了本發明，但本領域具有通常知識者將認識到，本發明的效用不限於此，並且本發明可有利地在許多環境中實施用於許多目的。因此，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陳述的申請專利範圍。

Claims (15)

  1. 一種處理裝置，包括：電漿源，耦接至電漿腔室以在所述電漿腔室中產生電漿；提取板，沿著所述電漿腔室的一側配置，所述提取板具有孔隙；偏轉電極，配置為接近於所述孔隙，且當所述電漿腔室中存在所述電漿時，所述偏轉電極經設置以界定一對電漿半月區，其中所述偏轉電極與待處理的基板分別位於所述提取板的相對兩側；以及偏轉電極電源，相對於所述電漿而施加偏壓至所述偏轉電極，其中施加至所述偏轉電極的第一偏壓經設置以產生自所述電漿通過所述孔隙提取的離子的第一入射角，且施加至所述偏轉電極的第二偏壓經設置以產生自所述電漿通過所述孔隙提取的離子的第二入射角，所述第二入射角與所述第一入射角不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的處理裝置，其中當施加所述第一偏壓至所述偏轉電極時，所述一對電漿半月區具有第一形狀，且當施加所述第二偏壓至所述偏轉電極時，所述一對電漿半月區具有不同於所述第一形狀的第二形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的處理裝置，其中所述偏轉電極經設置以在垂直於由所述提取板的平面界定的平面的方向上移動，其中在第一偏轉電極位置中、距離所述平面的第一距離處，提取自所述電漿的離子具有第一角度的入射，且其中在第二偏轉電極位置中、距離所述平面的第二距離處，提取自所述電漿的離 子具有不同於所述第一入射角的第二角度的入射，其中所述第二距離大於所述第一距離。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的處理裝置，更包括提取板電源，經設置以獨立於施加至所述偏轉電極的偏壓而施加提取板電壓至所述提取板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的處理裝置，其中所述提取板包括第一部分與第二部分且界定平面，所述處理裝置更包括第一提取板電源以及第二提取板電源，所述第一提取板電源經設置以將第一偏壓供應至所述第一部分，所述第二提取板電源經設置以將第二偏壓供應至所述第二部分。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的處理裝置，其中當施加至所述偏轉電極的偏壓改變時，所述偏轉電極電源與所述偏轉電極互相起作用以將提取自所述一對電漿半月區中的至少一者的離子的入射角改變十度或大於十度。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的處理裝置，其中所述孔隙包括第一孔隙且所述偏轉電極包括第一偏轉電極，且其中所述提取板包括第三部分，所述第三部分配置為鄰近於所述第二部分且所述第三部分經設置以界定其間的第二孔隙。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的處理裝置，其中所述一對電漿半月區包括第一對電漿半月區，所述處理裝置更包括第二偏轉電極，所述第二偏轉電極配置為鄰近於所述第二孔隙且所述第二偏轉電極經設置以產生接近所述第二孔隙的第二對電漿半月區。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的處理裝置，其中當來自所述電漿源的功率在一個電漿功率範圍內變化時，所述偏轉電極經設置以改變所述一對電漿半月區的半月形狀，其中經由所述一對電漿半月區提取的離子的入射角以至少十度來變化。
  10. 一種處理裝置，包括：電漿源，耦接至電漿腔室以在所述電漿腔室中產生電漿；處理腔室，鄰近於所述電漿腔室且含有基板支持器；提取系統，配置於所述電漿與所述基板支持器之間，所述提取系統包括偏轉電極與具有孔隙的提取板，所述提取板配置為接近於所述偏轉電極，其中所述偏轉電極與所述基板支持器分別位於所述提取板的相對兩側，且其中當施加提取電壓於所述電漿腔室與所述基板支持器之間時，所述偏轉電極與所述提取板互相起作用以自所述電漿通過所述孔隙提取一對離子束，且其中所述偏轉電極與所述提取板互相起作用以藉由所述偏轉電極與所述提取板中至少一者的移動來調整所述一對離子束中的至少一者的入射角。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的處理裝置，更包括偏轉電極電源，其將偏壓施加至所述偏轉電極，其中藉由所述偏轉電極電源產生的第一偏壓經設置以產生提取自所述電漿的離子的第一入射角，且藉由所述偏轉電極電源產生的第二偏壓經設置以產生自所述電漿通過所述孔隙提取的離子的第二入射角，所述第二入射角與所述第一入射角不同。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的處理裝置，其中所述偏轉電極包括導電的且彼此電性隔離的第一偏轉電極部與第二偏轉電極部，其中所述偏轉電極電源是第一偏轉電極電源，所述第一偏轉電極部耦接至所述第一偏轉電極電源，所述處理裝置更包括耦接至所述第二偏轉電極部的第二偏轉電極電源，其中所述第一偏轉電極部與所述第二偏轉電極部獨立於彼此地接收到偏壓而起作用，所述偏壓來自各自的第一偏轉電極電源與第二偏轉電極電源。
  13. 一種控制提供至基板的離子束的方法，包括下列步驟：在電漿腔室中產生電漿，所述電漿腔室鄰近於含有所述基板的處理腔室；將具有孔隙的提取板設置於所述電漿腔室與所述處理腔室之間；將偏轉電極配置為接近於所述孔隙，其中所述偏轉電極與所述基板分別位於所述提取板的相對兩側；以及將施加至所述偏轉電極的偏轉電極電壓從第一電壓改變至第二電壓，其中所述第一電壓經設置以產生提取自所述電漿的離子的第一入射角，且所述第二電壓經設置以產生自所述電漿通過所述孔隙提取的離子的第二入射角，所述第二入射角與所述第一入射角不同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的控制提供至基板的離子束的方法，更包括下列步驟：在垂直於所述提取板的平面的方向上將所述偏轉電極從第一偏轉電極位置移動至第二偏轉電極位置， 其中所述第一偏轉電極位置較接近所述提取板，所述第二偏轉電極位置較遠離所述基板，其中提取自所述電漿的離子在所述第一偏轉電極位置處具有第一角度入射，且其中提取自所述電漿的離子在所述第二偏轉電極位置處具有不同於所述第一角度入射的第二角度入射。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的控制提供至基板的離子束的方法，其中所述提取板包括界定第一平面的第一部分與第二部分，所述控制提供至基板的離子束的方法更包括下列步驟：在所述第一平面中相對於所述第二部分來移動所述第一部分，以便改變所述孔隙的寬度。
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