[发明专利]用于离子束蚀刻的等离子体桥中和器

说明书

离子束中和系统，通常称为等离子体桥中和器(PBN)，作为离子束(蚀刻)系统的一部分。该系统采用改进的灯丝热电子发射器PBN设计，当其在特定的操作方法中使用时，极大地延长灯丝寿命并最小化长时间工作期间中和器工作参数的变化。PBN包括在PBN内产生轴向磁场的螺线管电磁体和促进磁场对齐并抑制杂散场的聚磁器。PBN可以容易地提供至少500小时的灯丝寿命。

相关专利的交叉引用

本申请要求2018年2月20日提交的美国临时专利申请No.62/632984的优先权，其全部内容被并入本文用于参考。

背景技术

离子束蚀刻是从诸如晶片的基板去除少量(例如，纳米级的量)的材料的方法。通常，将诸如光致抗蚀剂或硬掩模的图案化掩模施加到表面，然后使用离子束蚀刻来去除未掩蔽的材料，留下掩蔽的材料。

用于这种蚀刻的离子束固有地具有正电荷。为了更好地处理，通过添加电子来中和带正电的离子束。

发明内容

本公开涉及一种作为离子束(蚀刻)系统的一部分的离子束中和系统，通常称为等离子体桥中和器(PBN：plasma bridge neutralizer)。该系统利用灯丝热电子发射器PBN设计，其在特定的操作方法中使用时，极大地延长了灯丝寿命并使长期操作期间中和器工作参数的变化最小化。通常，操作期间中的参数变化是非期望的，因为它们可能影响工艺性能或生产率。

灯丝热电子发射器设计提供高通量的低能量电子，其在直径高达300mm(包括但不限于100mm、150mm和300mm直径)的暴露的基板上，例如在超过100mA的束电流下有效地中和离子束。基板的整个区域的中和的均匀性与基板上的任何给定位置处的中和水平一样重要，如果不是更重要的话。中和水平的显著差异(例如，可能由处理空间中的杂散和/或非均匀磁场导致)可能由于蚀刻结果的偏差而降低最终产量，或者可能导致电荷损坏。PBN设计使得能够“完全”中和离子和/或基板表面，并且在一些实施例中，提供负表面充电。

在一些实施例中，PBN包括用于产生轴向磁场的螺线管电磁体以及聚磁器。通过将电子经由出口孔引导离开PBN到达离子束系统的处理腔室，由此产生的磁场极大地提高了低能量电子从PBN释放的效率。聚磁器还抑制磁场泄漏到处理腔室和周围空间中；磁场的泄漏会干扰腔室内和/或基板位置处的离子束中和的程度和均匀性。

本文所述的离子束系统和PBN可以在一定条件下工作，从而抑制由于例如溅射和蒸发引起的灯丝物理尺寸的任何变化。由于灯丝的最小(如果有的话)变化，不仅灯丝寿命更长，而且利用灯丝的离子束系统的工作参数能够在长时间内基本上恒定。

在一个特定实施例中，本发明提供宽离子束系统，其具有提供低能量离子的宽离子束的离子束发生器、以及用于提供或产生用于中和低能量离子的低能量电子的灯丝发射器PBN。所述PBN包括：腔室，在该腔室中具有用于产生电子的灯丝；中心释放孔，用于从所述腔室发射电子作为低能量电子；磁场发生器，配置为在所述腔室内产生平行于所述PBN的轴的磁场；以及聚磁器，围绕所述PBN并具有与所述中心释放孔对齐的孔，所述聚磁器抑制磁场离开所述PBN。

在另一特定实施例中，本发明提供一种宽离子束系统，其具有用于产生低能量电子的等离子体桥中和器(PBN)。所述PBN包括：可操作地连接到腔室电源的等离子体生成腔室，该腔室包括由壁结构和具有中心释放孔的底板结构限定的内部空间；惰性气体源，所述惰性气体源可操作地连接到所述内部空间；灯丝，所述灯丝在所述内部空间内并且可操作地连接到灯丝电源；螺线管电磁体，靠近所述腔室的壁结构，以在所述内部空间内产生轴向磁场；以及聚磁器，所述聚磁器围绕所述内部空间的至少一部分，并且具有与所述中心释放孔对齐的孔。