[发明专利]具有等离子壳层控制器的离子束设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用等离子体的设备，更具体地，涉及一种具有等离子壳层控制器的离子束设备及采用该离子束设备的半导体表面处理设备。

背景技术

使用等离子体的半导体制造设备被广泛的使用，例如，等离子体蚀刻机，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备，用于金属或聚合物的表面处理设备，用于新材料的合成设备，用于不同薄膜的粘结设备等。使用等离子体的半导体制造设备可以包括离子束设备。

图1是常规离子束设备的部分截面图。

参照图1，常规离子束设备包括设置在等离子体腔(未示出)的一个表面的第一和第二离子提取栅格(extraction grid)15和17。离子提取栅格15和17具有对准的离子提取孔16。施加正电压到第一离子提取栅格15。施加负电压到第二离子提取栅格17。第二离子提取栅格17可以接地。

等离子体腔的作用是产生等离子体11。通常，等离子壳层13形成在等离子体11和与其相对的物体之间。在这种情况，等离子体表面12存在于以等离子壳层13的厚度从相对的物体分开的位置。因此，等离子壳层13形成在等离子体11和第一离子提取栅格15之间。

离子提取栅格15和17从等离子体11提取离子以经由离子提取孔16排出离子。当离子穿过离子提取孔16时，提取的离子以离子束19的形式被加速。

通常，等离子体11的密度的增加或离子提取孔16的扩展对于离子束19的离子流量的增加是有利的。当离子提取孔16具有远小于等离子壳层13的厚度的直径时，等离子体表面12与第一离子提取栅格15的表面平行地形成。然而等离子体11的密度越高，等离子壳层13的厚度越小。

此外，当等离子体11的密度进一步增加时，等离子壳层13沿离子提取孔16形成。也就是，等离子体11向外弯到离子提取孔16中。在这种情况，等离子体表面12呈现进入到离子束通路中的周期性弯曲/球面的形式，所述离子束通路通过离子提取孔16。

这种等离子体表面变形的缺点是在垂直于等离子体表面12的方向提取等离子体11中的离子。因此，从弯曲的等离子体表面12提取的离子与离子提取栅格15和17碰撞。结果，在一定程度上减小了离子束19的离子流量。当增加等离子体11的密度(例如，提供到等离子体的能量)时，这种有害的效果变得更加显著。因此，变得不可能获得高离子流量的离子束19。

在由Ono等人提交的题为“Ion Shower Apparatus(离子簇射设备)”的美国专利No.4450031中公布了使用等离子体的半导体制造设备。根据Ono等人，提供了包括护罩栅格和离子提取栅格的离子簇射设备。然而，仍然需要能够增加离子流量的离子束设备。

因此，存在对于改善离子束的离子流量的方法的需要。

发明内容

本发明的实施例提供具有高离子流量的离子束设备。

本发明的另一个实施例提供使用具有高离子流量的离子束设备的半导体制造设备。

本发明的又一个实施例提供产生具有高离子流量的离子束的方法。

在一个方面，本发明涉及具有等离子壳层控制器的离子束设备。该设备包括等离子体腔。栅格组件安装在该等离子体腔的一端。栅格组件包括第一离子提取孔。等离子壳层控制器设置在等离子体腔和栅格组件之间。等离子壳层控制器包括比第一离子提取孔小的第二离子提取孔。

在本发明的一些实施例中，第二离子提取孔可以具有小于等离子体腔的等离子壳层的厚度的宽度。

在其它实施例中，等离子壳层控制器可以与栅格组件接触。另外，等离子壳层控制器可以是导体。

在还有的其它实施例中，等离子壳层控制器可以是网状栅格或多孔材料层。在这种情况，等离子壳层控制器可以由从由石墨、金属和碳纳米管组成的组中选择的一个形成。

在还有的其它实施例中，栅格组件可以包括第一离子提取栅格和第二离子提取栅格。在这种情况，第一离子提取栅格可以夹置在等离子壳层控制器和第二离子提取栅格之间。另外，等离子壳层控制器可以比第一离子提取栅格更薄。正电压可以施加到第一离子提取栅格。负电压可以施加到第二离子提取栅格，且第二离子提取栅格可以接地。

在还有的其它实施例中，栅格组件可以包括第一离子提取栅格，第二离子提取栅格和第三离子提取栅格。在这种情况，第二离子提取栅格可以夹置在第一离子提取栅格和第三离子提取栅格之间。另外，正电压可以施加到第三离子提取栅格。