[发明专利]离子源以及操作离子源电磁体的方法

说明书

相关申请的交叉参考 

本申请是2007年2月26日提交的美国专利申请No.11/678,979的部分继续，该申请是2004年2月4日提交的美国专利No.10/772,132，现在的美国专利No.7,183,716的部分继续，在此通过引用将每一个的公开内容全部并入本文。本申请要求2007年2月26日提交的美国临时申请Np.60/891,669的优先权，在此通过参考将其公开内容并入本文。 

技术领域

本发明涉及离子源和用于操作离子源的电磁体以产生具有定制的操作特性的离子束的方法。 

背景技术

离子束处理系统用于各种在诸如半导体和数据存储器件的薄膜器件的制造期间调整衬底的性能的应用。具体而言，蚀刻步骤可用于去除和成形衬底上的材料层。常规的蚀刻程序涉及在低压下(即，在压力少于大约1mTorr)被电离成等离子状态的工作气体的使用，在该状态下离子通过离子光学装置被提取和加速用于晶圆材料的离子束蚀刻(IBE)。 

随着器件的临界尺寸缩小，改进的处理均匀性而不牺牲束的方向性的需求已经推动寻找改进的离子源。IBE的均匀性与束传输期间在电荷交换离子-原子碰撞过程中带电离子转变为中性粒子产生的离子和高能中性粒子的束密度分布直接相关。积分束粒子通量(integrated beam particle flux)应该不取决于衬底上的作用位置。在衬底带电和中性束粒子的角分布与通过源的透镜从等离子中提取的离子的轨迹的角性质直接相关。为了优化处理均匀性，经过衬底的入射粒子轨迹应该大致平行。 

常规的离子源通常利用螺旋形或者线圈天线，利用诸如射频(RF)电磁能的高频电磁场能，所述天线被围绕放电管缠绕以产生感应耦合等离子体(ICP)。当承载振荡高频电流时，离子源的天线在放电管中产生随时间改变的磁场。根据法拉第定律，随时间改变的磁场产生螺旋管高频电场，这在放电管中在方位方向加速电子并且保持ICP。因为低压ICP是受控制的扩散，因此常规宽离子源的等离子体密度，并且从而离子光学装置平面处的径向等离子体离子通量分布是恒定凸起的，即，在源中心最高且随距源的中心距离的增加径向减少。这在由这种常规离子源产生的宽离子束的离子电流密度分布中引入不均匀性。 

典型的宽束离子源利用用于形成和加速离子形成束的多电极加速器系统。该系统中的电极是平的或者碟状的多孔径的板，通常被称为栅格。常规的补偿上述等离子体不均匀性的离子密度轮廓的影响的方法是径向改变栅格的透明度以便减小在中心的束电流密度。然而，这种补偿方法具有一些限制。离子光学装置的透明度的变化不能补偿针对不同的离子源操作状态(即，RF功率、束电压和束电流、气体类型和压力)在等离子体密度轮廓方面的变化，在系统维修期之间这些因素的任何时间依赖性，或者在源和离子光学装置中的变化。因为由于离子源或者栅格结构的差异引起的质量和热负荷、或者模块到模块的变化的影响，在源和离子光学装置中的变化可以是特定蚀刻模块中的短和/或长期操作状态变化。而且，凹或凸的束离子密度分布有时预期用于特殊工艺来补偿在衬底处理的其它方面的变化，例如向晶圆运输期间的束扩展、在衬底的周围处的夹持影响、被蚀刻的材料层的厚度变化，或者蚀刻掩模构件宽度方面的变化。 

另外，在等离子体径向和/或方位密度分布方面的局限性变化通常限制了IBE工艺的均匀性。这些变化的位置和形状依赖操作状态。不容易改变栅格透镜的透明度以补偿对操作状态的依赖。 

离子源可以具有帮助降低离子束轮廓中的不均匀性的物理结构。然而，可以要求调整离子源来消除在离子束密度中观察到的不均匀性。当离子源被最初使用时，离子源用于延长的时间段之后，如果工艺条件被改变，或者随后的源维修，可以要求调整。这些事件之后进行有效的调整能力可以增加从离子源操作中产生的有用装置的产率并且可降低浪费。 

因此，需要用于产生高能粒子束，例如对离子电流密度分布的离子具有增强的控制的改善离子源，以及用于改变和/或优化离子源的性能以产生 具有定制的操作特性的离子束的方法。 

发明内容

本发明的实施例总体涉及离子源和用于改变离子源的性能以便产生具有定制的操作特性的离子束的方法。通常，离子源可以包括等离子体放电腔，突出到等离子体放电腔中的杯形凹腔，至少一个电磁体以及至少可以一个管状磁极片。所述电磁体和管状磁极片可以共轴地设置在所述凹腔中。每个电磁体适于感应用于改变等离子体放电腔里面的等离子体形状的磁场。