在工件處理期間的電荷中和化的裝置及其方法
【專利摘要】一種處理系統(tǒng)(10)可包含：等離子體源(12)，其用于提供等離子體；以及工件固持器(28)，其經(jīng)布置以接收來自所述等離子體的離子。所述處理系統(tǒng)可還包含脈沖偏壓電路(42)，所述脈沖偏壓電路電耦合到所述等離子體源且可操作以將供應(yīng)到所述等離子體源的偏壓電壓在高電壓狀態(tài)與低電壓狀態(tài)之間切換，在所述高電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于接地處于正偏壓，且在所述低電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于所述接地處于負(fù)偏壓。
【專利說明】在工件處理期間的電荷中和化的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工件的離子處理，尤其涉及用于在工件的離子處理期間的電荷中和化的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可出于各種目的而執(zhí)行工件(襯底)的離子束和等離子體處理，所述目的包含用于表面的離子注入、表面紋理(surface texturing)和蝕刻。尤其離子注入為用于將更改性質(zhì)的雜質(zhì)引入到襯底中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在等離子體源中使所要雜質(zhì)材料離子化，使離子加速以形成指定能量的離子束，且將所述離子束對準(zhǔn)襯底的表面。所述離子束中的高能離子穿透到襯底材料的亞表面(sub-surface)中且嵌入到襯底材料的晶格中以形成具有所要電導(dǎo)率或材料性質(zhì)的區(qū)域。
[0003]離子束處理中的一個(gè)挑戰(zhàn)為需要消散工件處的電荷，所述電荷可在工件的離子注入期間發(fā)生，這是因?yàn)樽矒粲谝r底上的離子天生攜帶電荷。在離子束包括正離子的情況下，正電荷可在工件暴露于離子束之后累積于工件上。為了使此電荷消散，工件固持器可接地，進(jìn)而提供用于從工件表面?zhèn)鲗?dǎo)電荷的導(dǎo)電路徑。然而，如果工件自身為不良導(dǎo)體或電絕緣體，那么工件表面上的電荷可能不具有接地的導(dǎo)電路徑，進(jìn)而防止電荷消散。
[0004]因?yàn)楸┞队陔x子束而在工件表面上累積的電荷的中和化也可通過提供極性與工件上的電荷相反的帶電物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。在采用使用正離子進(jìn)行的脈沖離子注入(包含等離子體浸沒離子注入)的典型已知離子注入系統(tǒng)中，等離子體可接近工件固持器而產(chǎn)生且周期性偏壓可按照脈沖形式施 加于等離子體與工件固持器之間。在“接通”周期期間，可通過在等離子體與工件固持器之間提供偏壓來將正離子吸引到工件，其中工件固持器處的電位相對于等離子體為負(fù)性的。同時(shí)，等離子體中的電子可因?yàn)楣ぜ坛制飨鄬τ诘入x子體處于相對負(fù)電位而受工件固持器排斥。在注入系統(tǒng)不再將工件固持器設(shè)置為相對于等離子體處于負(fù)電位的“切斷”周期期間，電子可朝工件漂移。然而，在這些“切斷”周期期間，電子的通量可能不足以使工件的表面中和化且過量正電荷可保留。
[0005]圖1A說明電壓脈沖串100，其包含由“切斷”周期104中斷的一系列“接通”周期102。在“接通”周期102期間，正的高電壓可施加到等離子體源，而工件接地，進(jìn)而將工件設(shè)置為相對于等離子體處于高的負(fù)電位(電壓)。因此，在圖1A所示的實(shí)例中，正離子可在約10千伏的高能量下被吸引到工件。在“切斷”周期104期間，當(dāng)?shù)入x子體源的DC電壓名義上處于接地電位時(shí)，原則上等離子體與工件之間的電壓為約零。因此在“切斷”周期104期間，一些電子可漂移出等離子體且朝工件漂移，進(jìn)而傾向于使工件中和化。
[0006]圖2提供可用以產(chǎn)生電壓脈沖串100的電路202的說明。如圖2所顯示，等離子體源210耦合到電路202以向工件固持器212提供脈沖離子束214。電路202包含高電壓電力供應(yīng)器204和高電壓開關(guān)206，高電壓開關(guān)206可連接或斷開高電壓電力供應(yīng)器204與等離子體源210。當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生于等離子體源210中時(shí)，可通過閉合高電壓開關(guān)206來將等離子體源210加偏壓到高的正電位(例如，圖1A所說明的+10千伏)。此高的正電位用以從等離子體源210提取正離子214且使正離子214朝工件固持器加速。當(dāng)高電壓開關(guān)206斷開且第二開關(guān)208閉合時(shí)，等離子體源接地且正離子不再被吸引向工件固持器212。因此，通過在開關(guān)206、208中的一個(gè)開關(guān)斷開且另一個(gè)開關(guān)閉合的配置之間交替，可在“接通”周期202期間產(chǎn)生脈沖離子束214。
[0007]盡管電路202可產(chǎn)生大體上如電壓脈沖串所示的波形，但實(shí)際電壓波形可不同于所要波形，在所要波形中，電壓在“切斷”周期期間為零。舉例來說，高電壓開關(guān)206和第二開關(guān)208可具有導(dǎo)致小的電壓降落的內(nèi)阻抗。因此，在等離子體源通過第二開關(guān)208連接到接地的“切斷”周期104期間，第二開關(guān)208的小的內(nèi)阻抗可導(dǎo)致等離子體源210不直接接地，而是以可為零以上的若干伏特的電位浮動(dòng)。如顯示一個(gè)“切斷”周期104的擴(kuò)大圖的圖1B所說明，等離子體源可因?yàn)閮?nèi)阻抗而實(shí)際上獲取高達(dá)正的若干伏特的電位。在“切斷”周期104期間，等離子體源210相對于工件固持器212處于正偏壓，從而阻礙電子流向工件固持器212，這是因?yàn)楣ぜ坛制麟娢幌啾鹊入x子體源電位且呈負(fù)性且相差若干伏特。因此，在這些“切斷”周期期間，等離子體中具有足以克服工件的負(fù)電位的初始能量的電子的通量可能不足以使工件的表面中和化，以致過量正電荷可保留。
[0008]鑒于上文，應(yīng)了解，在提供主要極性的帶電物質(zhì)的系統(tǒng)(例如，離子束系統(tǒng))中提供電荷的中和化的改善可為有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]提供此
【發(fā)明內(nèi)容】
以按簡化形式介紹概念的選擇，下文在實(shí)施方式中進(jìn)一步描述所述概念。此
【發(fā)明內(nèi)容】
不希望確定所主張標(biāo)的物的關(guān)鍵特征或基本特征，也不希望輔助確定所主張標(biāo)的物的范圍。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，一種等離子體處理系統(tǒng)包含:等離子體源，其用于提供等離子體；工件固持器，其經(jīng)布置以接收來自所述等離子體的離子；以及脈沖偏壓電路，其可操作以將供應(yīng)于所述等離子體源與所述工件固持器之間的偏壓電壓在高電壓狀態(tài)與低電壓狀態(tài)之間切換，在所述高電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于工件處于正偏壓，且在所述低電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于所述工件處于負(fù)偏壓。
[0011]在另一實(shí)施例中，一種在處理系統(tǒng)中處理工件的方法包括:使用等離子體源點(diǎn)燃等離子體；提供工件以接收來自所述等離子體源的離子；以及將電壓脈沖串施加到所述等離子體源，所述電壓脈沖串包括高電壓狀態(tài)和低電壓狀態(tài)，在所述高電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于所述工件處于正偏壓，且在所述低電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于所述工件處于負(fù)偏壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更好地理解本揭露，參考附圖，附圖以引用的方式并入本文中:
[0013]圖1A說明常規(guī)電壓脈沖串；
[0014]圖1B顯示圖1A的電壓脈沖串的擴(kuò)大圖；
[0015]圖2提供可用以產(chǎn)生圖1A、圖1B的電壓脈沖串的電路的說明；
[0016]圖3為描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖4描繪脈沖偏壓電路的一個(gè)實(shí)施例；[0018]圖5描繪示范性脈沖偏壓電路的一種操作模式；
[0019]圖6具體地描繪示范性脈沖偏壓電路的另一操作模式；
[0020]圖7提供示范性脈沖偏壓電路的多種操作模式的綜合說明；
[0021 ] 圖8A描繪電壓脈沖串的一個(gè)實(shí)施例；
[0022]圖8B描繪電壓脈沖串的另一實(shí)施例；以及
[0023]圖8C描繪電壓脈沖串的又一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本文中結(jié)合工件(襯底)的離子處理來描述系統(tǒng)和方法的實(shí)施例。在各種實(shí)施例中，此系統(tǒng)可與(例如)半導(dǎo)體襯底、位圖案化介質(zhì)、固態(tài)電池或平板(flat panel)或其他襯底一起使用。因此，本發(fā)明不限于下文描述的具體實(shí)施例。
[0025]在各種實(shí)施例中，處理系統(tǒng)包含:等離子體源；和開關(guān)電路，其用于相對于工件固持器提供等離子體源的脈沖偏壓。在各種實(shí)施例中，開關(guān)電路可提供向工件(固持器)提供離子束和電子的交替脈沖的脈沖偏壓。通過提供新穎脈沖偏壓電路布置，通過正離子的脈沖離子處理而暴露于離子的工件可由在脈沖注入處理的切斷周期期間供應(yīng)的電子有效地中和化。在隨后的論述中，可在文本和圖式中提到工件固持器而不明確地提到工件。然而，應(yīng)理解，除非另外指示，否則暗示工件可存在于僅描繪或描述工件固持器的情形或布置中。
[0026]在各種實(shí)施例中，基于等離子體的離子注入系統(tǒng)可采用等離子體源來產(chǎn)生等離子體且可采用獨(dú)立電路來控制等離子體與工件之間的偏壓。除用于等離子體浸沒離子注入系統(tǒng)中之外，本發(fā)明實(shí)施例還可用于使提取板(extraction plate)位于等離子體與工件之間以便提供具有獨(dú)特性質(zhì)集合的可控制離子束的處理系統(tǒng)中。
[0027]圖3為描繪以多個(gè)角度向工件提供離子的處理系統(tǒng)的框圖。處理系統(tǒng)10包含等離子體源12、提取板14(或鞘層工程板(sheath engineering plate))和處理腔室16。氣體源18連接到等離子體腔室16。等離子體源12或處理系統(tǒng)10的其他組件也可連接到泵(未顯示)，例如，渦輪泵。在各種實(shí)施例中，等離子體源12可為RF等離子體源、電感耦合等離子體(inductively-coupled plasma ;ICP)源、間接加熱陰極(indirectly heatedcathode ;IHC)、螺旋波(helicon)、輝光放電源(glow discharge source)或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其他等離子體源。然而，在圖3所示的實(shí)例中，等離子體源12可為RF等離子體源，其包含RF產(chǎn)生器20、RF匹配網(wǎng)絡(luò)22和天線23。等離子體源12由外殼24環(huán)繞且絕緣體26分尚外殼24與等尚子體腔室16。如圖所說明，工件固持器28可接地。
[0028]提取板14用以提取離子30以用于注入到工件(襯底)40中，工件(襯底)40可接地，如圖所說明。提取板14可冷卻?？蓪Φ入x子體源12加偏壓且可提供如下文描述的偏壓電路來向等離子體源12提供連續(xù)或脈沖偏壓以吸引離子30。提取板14可具有至少一個(gè)孔34，離子30通過孔34提供到工件40。
[0029]使用處理系統(tǒng)10從等離子體提取的離子束可在需要時(shí)用以同時(shí)以一角度范圍向工件40提供離子30而不需要復(fù)雜掩蔽或光刻程序。產(chǎn)生離子的廣角分布的這種能力促進(jìn)具有三維特征的工件的處理，其中可需要同時(shí)提供從不同方向入射于所述特征上的離子。此外，可根據(jù)處理系統(tǒng)10中的離子束光學(xué)條件(參數(shù))的具體集合而產(chǎn)生提供到工件40的離子30的確切角分布?？捎绊戨x子30的角分布的參數(shù)包含孔34的形狀和大小、注入電壓、提取板14與工件40之間的間隔，以及等離子體密度。因此，參數(shù)的具體集合可產(chǎn)生離子30的具體離子角分布。
[0030]處理系統(tǒng)10還包含脈沖偏壓電路42，其可向?qū)蚬ぜ?0的帶電粒子的所產(chǎn)生脈沖提供電壓脈沖，如下文詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，脈沖偏壓電路42可產(chǎn)生在脈沖的“接通”周期期間向工件提供脈沖離子束的電壓波形，以及在脈沖的“切斷”周期期間用以使工件40中和化的電子。圖3中還說明可設(shè)置控制信號以控制脈沖偏壓電路42的操作的控制器44,如下文所描述。在一些實(shí)施例中，可提供例如移動(dòng)臺(tái)(movable stage)等機(jī)構(gòu)46以沿著一個(gè)或一個(gè)以上相互正交的方向48、50、52移動(dòng)工件固持器28。舉例來說，工件固持器28的位置可沿著方向50改變以調(diào)整提取板14與工件固持器28之間的間距。工件固持器28也可在暴露于離子30時(shí)沿著方向48和/或方向52掃描以在工件40的所要區(qū)域上提供覆蓋。
[0031]圖4描繪大體上在圖3處描繪的脈沖偏壓電路42的一個(gè)實(shí)施例400。脈沖偏壓電路400可如圖所說明耦合到控制器44以接收指導(dǎo)脈沖偏壓電路400的操作的控制信號。脈沖偏壓電路400的輸出402耦合到等離子體源12以控制施加于等離子體源12與工件固持器28之間的電壓。如圖4所描繪，工件固持器28可連接到接地，以使得工件固持器28與等離子體源12之間的電壓差等于由脈沖偏壓電路400設(shè)置的電壓。
[0032]脈沖偏壓電路400中包含高電壓電路404和低電壓電路406。高電壓電路404可包含(例如)高電壓電力供應(yīng)器408、高電壓開關(guān)412和電容器416且低電壓電路406可包含低電壓供應(yīng)器410、低電壓開關(guān)414和電容器418。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，高電壓電路404可將等離子體源12的電壓設(shè)置為相對于工件固持器28處于高的正電位。如圖所說明，高電壓電路404包含高電壓(HV)電力供應(yīng)器408，高電壓電力供應(yīng)器408可輸出約100伏特或100伏特以上的正電壓，且明確地說可輸出500伏特到50千伏特的正電壓。因此，當(dāng)高電壓供應(yīng)器408經(jīng)由高電壓開關(guān)412連接到等離子體源12時(shí)，等離子體源12可達(dá)到約+100伏特到+50千伏特的電位，從而使從等離子體源12提取的正離子針對單一帶電離子以從100電子伏特到50千電子伏特范圍內(nèi)的能量朝工件固持器28加速。如下文詳細(xì)描述，高電壓電路404可操作以間歇地電連接和斷開高電壓供應(yīng)器408與等離子體源12，進(jìn)而在高電壓下對等離子體源12間歇地施加脈沖，這可朝工件固持器28驅(qū)動(dòng)離子脈沖。
[0034]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，低電壓電路406可將等離子體源12的電壓設(shè)置為相對于工件固持器28處于小的負(fù)電位。如圖所說明，低電壓電路406包含低電壓供應(yīng)器410，低電壓供應(yīng)器410可輸出約-2伏特或-2伏特以上的負(fù)電壓，且明確地說可輸出-2伏特到-100伏特的負(fù)電壓。因此，當(dāng)?shù)碗妷汗?yīng)器410經(jīng)由低電壓開關(guān)414連接到等離子體源12時(shí)，等離子體源可達(dá)到約-2伏特到-100伏特的電位，從而防止等離子體源12中的離子朝工件固持器28加速，而同時(shí)使等離子體源12中的電子以低能量(也就是，小于或等于約100電子伏特的能量)朝工件固持器28加速。如下文詳細(xì)描述，低電壓電路406可操作以間歇地電連接和斷開低電壓供應(yīng)器410與等離子體源12，進(jìn)而在小的負(fù)電壓下對等離子體源12間歇地施加脈沖，這可朝工件固持器28以脈沖形式驅(qū)動(dòng)電子(未圖標(biāo))。
[0035] 現(xiàn)參看圖5，顯示將正離子導(dǎo)向工件固持器28的脈沖偏壓電路400的一種操作模式。在圖5所描繪的情形中，高電壓開關(guān)412閉合，進(jìn)而將高電壓供應(yīng)器408耦合到等離子體源12。在圖5所描繪的操作模式中，低電壓開關(guān)414斷開，進(jìn)而將低電壓供應(yīng)器410與等離子體源12去耦。在此情形中，等離子體源12可充電到由高電壓供應(yīng)器408供應(yīng)的正電位(電壓)。因此，離子420可朝工件固持器28加速。在等離子體源12的各種實(shí)施例中，離子420可形成離子束(例如，離子束430)，所述離子束包含以一角度范圍導(dǎo)向工件固持器28的離子。根據(jù)各種實(shí)施例，控制器44可指導(dǎo)高電壓開關(guān)412周期性地?cái)嚅_和閉合以便將離子420作為離子脈沖提供到工件固持器28。
[0036]為了防止過量正電荷累積于工件固持器28上，脈沖偏壓電路400可間歇地切換到第二操作模式，如圖6所說明。圖6描繪高電壓開關(guān)斷開進(jìn)而斷開高電壓供應(yīng)器408與等離子體源12的情形。另外，低電壓開關(guān)414閉合，這將低電壓供應(yīng)器410連接到等離子體源12，且因此可如上文所論述向等離子體源12提供小的負(fù)偏壓。在此情形中，等離子體源可達(dá)到由低電壓供應(yīng)器410設(shè)置的負(fù)電壓，從而使電子422從等離子體源12加速且撞擊于工件固持器28上，工件固持器28可接地，如圖所不。
[0037]在各種實(shí)施例中，控制器44可指導(dǎo)脈沖偏壓電路400在圖5和圖6所描繪的配置之間交替，以使得正電壓(>100伏特)的一系列脈沖施加到等離子體源12，正電壓的一系列脈沖與負(fù)電壓(-100伏特到約-2伏特)的一系列脈沖交替。因此，脈沖偏壓電路可交替地閉合聞電壓開關(guān)412而同時(shí)斷開低電壓開關(guān)414，和斷開聞電壓開關(guān)412同時(shí)閉合低電壓開關(guān)414。這可產(chǎn)生與電子422的脈沖交替的離子420的一系列脈沖，兩種物質(zhì)都從等離子體源加速且入射于工件固持器上，如圖7所說明。
[0038]圖7提供通過交替離子420和電子422的脈沖進(jìn)行的工件(未明確顯示)的處理的說明。如所指出，離子420可在高電壓開關(guān)412閉合(且低電壓開關(guān)414斷開)時(shí)加速，而電子422可在高電壓開關(guān)412斷開(且低電壓開關(guān)414閉合)時(shí)加速。因此，盡管圖7的視圖中描繪離子420和電子422的多個(gè)脈沖，但應(yīng)易于了解，在任何給定時(shí)刻，僅離子420或電子422的脈沖可入射于工件固持器28上。
[0039]通過交替離子420和電子422的脈沖，結(jié)合脈沖偏壓電路400操作的處理系統(tǒng)(例如，處理系統(tǒng)10)可用一劑量的離子420有效地處理位于工件固持器28上的工件(見圖3中的工件40)，同時(shí)防止過量正電荷累積。在各種實(shí)施例中，電子422和/或離子420的脈沖的持續(xù)時(shí)間可為約幾毫秒或更少，且明確地說可為約I微秒到10毫秒。取決于包含由離子420放置于工件固持器28上的正電荷的劑量、由低電壓供應(yīng)器410設(shè)置的負(fù)電壓和低電壓開關(guān)414保持閉合的持續(xù)時(shí)間的一個(gè)或一個(gè)以上因素，電子422的脈沖可在離子420的每一劑量之間使工件固持器上的任何正電荷中的一些或全部中和化，如下文關(guān)于圖8進(jìn)一步論述。
[0040]為了確保在 高電壓開關(guān)412閉合的“接通”狀態(tài)與高電壓開關(guān)412斷開的“切斷”狀態(tài)之間來回地有效切換，脈沖偏壓電路還包含高電壓電路電容器416和低電壓電路電容器418。高電壓電路電容器416可存儲(chǔ)電荷，所述電荷可在高電壓開關(guān)412閉合時(shí)以快速脈沖放電到等離子體源12中。以此方式，電壓可快速地累積于等離子體源12中，從而促進(jìn)高電壓供應(yīng)器408使等離子體源快速達(dá)到由高電壓供應(yīng)器408設(shè)置的實(shí)際電壓的能力。這在等離子體源12的組件相對大且需要大量電荷來將電位調(diào)整到所要電壓的處理系統(tǒng)中可尤其有用。[0041]另一方面，低電壓電路電容器418可在低電壓開關(guān)414閉合且高電壓開關(guān)斷開時(shí)促進(jìn)等離子體源12的放電。因?yàn)樵凇敖油ā敝芷谄陂g相對大的電荷可存在于等離子體源12的組件上，所以為了及時(shí)且有效地產(chǎn)生由低電壓供應(yīng)器410設(shè)置的負(fù)電壓，將等離子體源12組件迅速放電可為有利的。
[0042]等離子體源12在“切斷”周期期間達(dá)到的實(shí)際電壓可不同于由低電壓供應(yīng)器410設(shè)置的電壓。因此，歸因于內(nèi)電路阻抗，等離子體源12可保持于相對于標(biāo)稱電壓稍顯正性的電位，如上文所論述。因此，本發(fā)明實(shí)施例可通過將低電壓供應(yīng)器410設(shè)置為比等離子體源12實(shí)際上所要的電壓大的負(fù)電壓來對此進(jìn)行調(diào)整。舉例來說，如果需要提供在入射于工件40上時(shí)具有約5電子伏特m的能量的電子，那么低電壓供應(yīng)器410可設(shè)置為-10伏特以考慮+5伏特的偏移，+5伏特的偏移可存在于設(shè)置電壓與等離子體源12上達(dá)到的電壓之間。以此方式，等離子體源12的電位可實(shí)際上達(dá)到約-5伏特，進(jìn)而通過等離子體源12與工件固持器28處的接 地電位之間的5伏特的場來加速帶負(fù)電的電子。
[0043]在各種實(shí)施例中，脈沖偏壓電路400可調(diào)整“接通”周期、“切斷”周期和“切斷”周期期間設(shè)置的負(fù)電壓，以及其他因素，以優(yōu)化工件的處理。舉例來說，可使用包含例如第一“接通”周期、第一“切斷”周期和第一負(fù)電壓等分量的第一電壓脈沖串來處理工件，此后可監(jiān)視工件處的積累電荷。可基于所監(jiān)視積累電荷而調(diào)整電壓脈沖串的上述分量中的任一者。圖8A描繪可由脈沖偏壓電路(例如，脈沖偏壓電路400)輸出的電壓脈沖串802的一個(gè)實(shí)施例。電壓脈沖串802包含輸出正偏壓的“接通”部分804，所述正偏壓可對應(yīng)于施加到等離子體源的正偏壓?！敖油ā辈糠?04與輸出小的負(fù)偏壓電壓的“切斷”部分806交替。在此實(shí)例中，“接通”部分806的占空比(duty cycle)可為50%，此意味“接通”部分和“切斷”部分806具有相等的持續(xù)時(shí)間。如上文所指出，脈沖偏壓電路400可包含促進(jìn)等離子體源12的充電和放電的電容器，以使得電壓脈沖串802可粗略地(但未必相同地)對應(yīng)于等離子體源12上的實(shí)際電壓變化。因此，等離子體源12處的電壓可構(gòu)成一系列方形波脈沖，其頂部對應(yīng)于高的正電壓，且其波谷對應(yīng)于小的負(fù)電壓。當(dāng)經(jīng)受50 %的占空比時(shí)，工件可相應(yīng)地在總處理時(shí)間的一半內(nèi)暴露于離子處理，且可在總處理時(shí)間的一半期間暴露于電子。盡管為了較快速地完成所要離子處理可能需要增大占空比，但增大工件暴露于離子的時(shí)間的百分比可導(dǎo)致過量正電荷累積于工件上。因此，在一些處理?xiàng)l件下，在“接通”部分804期間產(chǎn)生的正電荷可在“切斷”部分806期間未完全中和化。
[0044]為了解決此情形，可增大在“切斷”部分806期間施加的負(fù)電壓以從等離子體源吸引較高通量的電子，進(jìn)而提供工件上的正電荷的較快中和化。然而，如果工件為用于制造電子組件的半導(dǎo)體襯底，那么此將伴隨有增大的電子能量可引起的可能損壞。
[0045]圖8B顯示提高工件的中和化的另一方式。在圖8B的實(shí)施例中，電壓脈沖串812包括與“切斷”部分816交替的一系列“接通”部分814，“切斷”部分816的持續(xù)時(shí)間比“接通”部分814的持續(xù)時(shí)間長。因此，高電壓脈沖占空比比圖8A的情形低，進(jìn)而使電子在“切斷”部分816期間有相對較多的時(shí)間來使工件上的正電荷中和化，而不必增大電子能量。
[0046]圖8C描繪另一實(shí)施例，其中電壓脈沖串822可包括與圖8A相同的占空比(50%)，進(jìn)而通過維持離子處理時(shí)間與總處理時(shí)間的相同比例來提供與圖8A相同的工件生產(chǎn)量。然而，“接通”部分824和“切斷”部分826的持續(xù)時(shí)間比電壓脈沖串802的對應(yīng)部分長，這是因?yàn)殡妷好}沖串822的頻率比另一電壓脈沖串802的頻率低。即使“切斷”部分806和826的時(shí)間比例相同，但較長的“切斷”部分826尤其可比“切斷”部分806有效地使正電荷中和化。這是因以下事實(shí)所致:等離子體源在從高的正電壓切換之后需要衰減時(shí)間(由電壓衰減曲線830顯示)以達(dá)到所要負(fù)電位，所述衰減時(shí)間可為約幾百到幾千毫微秒(nanosecond)。這因此縮短在“切斷”部分826期間等離子體源處于所要負(fù)電位且電子朝工件加速的實(shí)際時(shí)間tNEeATIVE，如圖8A所示。在圖SC的情況下，與所要“切斷”部分806的比例相比，tNEeATIVE可占據(jù)“切斷”部分826的較大比例，在切斷”部分806中，電壓衰減曲線830消耗總“切斷”部分806的較大部分。
[0047] 然而，如果負(fù)電壓施加到等離子體源的“切斷”部分的持續(xù)時(shí)間足夠長，那么工件40可因?yàn)檫^度暴露于電子而產(chǎn)生負(fù)電荷，此后電子可不再從等離子體源加速。因此，取決于包含等離子體功率、氣體壓強(qiáng)和等離子體源電壓的各種其他操作參數(shù)，可界定電壓脈沖串的“切斷”部分的持續(xù)時(shí)間的最佳范圍。
[0048]本文中描述的方法可通過(例如)將指令程序有形地體現(xiàn)于能夠由能夠執(zhí)行指令的機(jī)器讀取的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體上而自動(dòng)化。通用計(jì)算機(jī)為這種機(jī)器的一個(gè)實(shí)例。此項(xiàng)技術(shù)中眾所熟知的適當(dāng)存儲(chǔ)媒體的非限制性示范性列表包含例如可讀或可寫CD、閃存芯片(例如，拇指驅(qū)動(dòng)器(thumb drive))、各種磁性存儲(chǔ)媒體等組件。
[0049]明確地說，用于向等離子體源提供電壓脈沖串的步驟可至少部分由電子處理器、計(jì)算機(jī)可讀內(nèi)存和/或計(jì)算機(jī)可讀程序的組合執(zhí)行。計(jì)算機(jī)內(nèi)存可經(jīng)進(jìn)一步配置以接收、顯示和存儲(chǔ)與等離子體系統(tǒng)的操作相關(guān)聯(lián)且由所存儲(chǔ)電壓值例示的處理歷史信息。
[0050]本揭露在范圍上不受本文中描述的具體實(shí)施例限制。實(shí)際上，除本文中描述的實(shí)施例之外，根據(jù)上述描述和附圖，本發(fā)明的其他各種實(shí)施例和修改對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將為明顯的。因此，這些其他實(shí)施例和修改希望落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，盡管本文中已在特定實(shí)施方案的上下文中在特定環(huán)境中針對特定目的描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，其用處不限于此且本發(fā)明可有益地在任何數(shù)目個(gè)環(huán)境中針對任何數(shù)目個(gè)目的而實(shí)施。因此，本文闡述的權(quán)利要求應(yīng)鑒于如本文中描述的本發(fā)明的全寬度和精神來解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種處理系統(tǒng)，其包括: 等離子體源，其用于提供等離子體， 工件固持器，其經(jīng)布置以接收來自所述等離子體的離子；以及 脈沖偏壓電路，其電耦合到所述等離子體源，所述脈沖偏壓電路可操作以將供應(yīng)到所述等離子體源的偏壓電壓在高電壓狀態(tài)與低電壓狀態(tài)之間切換，在所述高電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于接地處于正偏壓，且在所述低電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于所述接地處于負(fù)偏壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其還包括安置于所述等離子體源與所述工件固持器之間的提取板，所述提取板經(jīng)布置以在所述高電壓狀態(tài)期間界定離子束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述脈沖偏壓電路包括高電壓電路，所述高電壓電路包含用于在所述偏壓電壓切換到所述高電壓狀態(tài)時(shí)將電流放電到所述等離子體源中的電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理系統(tǒng)，所述高電壓電路包括:高電壓電力供應(yīng)器，其供應(yīng)正電壓；以及 高電壓開關(guān)，其可操作以交替地連接和斷開所述高電壓電力供應(yīng)器與所述等離子體源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理系統(tǒng)，其包括低電壓電路，所述低電壓電路包含: 低電壓電力供應(yīng)器，其輸出負(fù)電壓；以及 低電壓開關(guān)，其可操作以交替地連接和斷開所述低電壓供應(yīng)器與所述等離子體源。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理系統(tǒng)，由所述等離子體源界定的所述高電壓狀態(tài)相對于所述工件固持器具有+100伏特以上的電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述脈沖偏壓電路包括低電壓電路，所述低電壓電路包含用于在所述偏壓電壓切換到所述低電壓狀態(tài)時(shí)將電流從所述等離子體源放電的電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理系統(tǒng)，由所述等離子體源界定的所述低電壓狀態(tài)相對于所述工件固持器具有約-2伏特與-100伏特之間的電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其還包括指導(dǎo)所述脈沖偏壓電路輸出包括所述高電壓狀態(tài)和所述低電壓狀態(tài)的交替部分的電壓脈沖串的控制器，所述控制器可操作以改變所述電壓脈沖串的占空比。
10.一種在處理系統(tǒng)中處理工件的方法，其包括: 使用等離子體源點(diǎn)燃等離子體； 將工件固持器接地以接收來自所述等離子體的離子；以及 將電壓脈沖串施加到所述等離子體源，所述電壓脈沖串包括高電壓部分和低電壓部分，在所述高電壓部分中，所述等離子體源相對于接地處于正偏壓，且在所述低電壓部分中，所述等離子體源相對于接地處于負(fù)偏壓。 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包括引導(dǎo)電子通過安置于所述等離子體源與所述工件固持器之間的提取板，其中所述離子界定包括以一角度范圍朝所述工件固持器入射的離子的離子束。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包括在偏壓電壓切換到高電壓狀態(tài)時(shí)將電流從電容器放電到所述等離子體源中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包括在所述偏壓電壓切換到低電壓狀態(tài)時(shí)將電流從所述等離子體源放電到電容器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包括將等離子體源電位設(shè)置為相對于所述工件固持器處于+100伏特以上的所述高電壓狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其包括將等離子體源電位設(shè)置為相對于所述工件固持器處于約-2伏特與-100伏特之間的所述低電壓狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其還包括: 在所述電壓脈沖串施加到所述等離子體源之后監(jiān)視所述工件處的電荷；以及 通過響應(yīng)于所述電荷而改變以下各者中的一者或一者以上來設(shè)置第二電壓脈沖串:所述高電壓狀態(tài)中的設(shè)置電壓、所述低電壓狀態(tài)中的設(shè)置電壓、所述高電壓狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間以及所述低電壓狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。
16.—種離子注入系統(tǒng),其包括: 等離子體源； 可移動(dòng)工件固持器，其耦合到接地以在移動(dòng)所述工件固持器的同時(shí)接收來自由所述等離子體源供應(yīng)的等離子體 的離子； 提取板，其安置于所述等離子體源與所述工件固持器之間且經(jīng)布置以將離子以一角度范圍導(dǎo)向所述工件固持器；以及 脈沖偏壓電路，其可操作以將供應(yīng)到所述等離子體源和所述工件固持器的偏壓電壓在高電壓狀態(tài)與低電壓狀態(tài)之間切換，在所述高電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于接地處于正偏壓，且在所述低電壓狀態(tài)中，所述等離子體源相對于接地處于負(fù)偏壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求17所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖偏壓電路包括: 高電壓電路，其包含用于在所述偏壓電壓切換到所述高電壓狀態(tài)時(shí)將電流放電到所述等離子體源中的電容器；以及 低電壓電路，其包含用于在所述偏壓電壓切換到所述低電壓狀態(tài)時(shí)將電流從所述等離子體源放電的電容器。
18.根據(jù)權(quán)利要求18所述的離子注入系統(tǒng)，由所述等離子體源界定的所述高電壓狀態(tài)相對于接地具有+100伏特以上的電位，且由所述等離子體源界定的所述低電壓狀態(tài)相對于接地具有約-2伏特與-100伏特之間的電位。
【文檔編號】C23C14/48GK103975092SQ201280060457
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月7日
【發(fā)明者】彼得·F·庫魯尼西, 克里斯多夫·J·里維特, 丹尼爾·迪斯塔蘇, 提摩太·J·米勒 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司