專利名稱：用于扼制基底電荷累積的離子速輻照裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子束輻照裝置，用于通過以離子束輻照基底而將離子移植到基底中去，更為具體地說，涉及用于在以離子束輻照基底時(shí)扼制基底的充電(電荷累積)的改進(jìn)措施。
有一種關(guān)于在以離子束輻照基底時(shí)扼制基底電荷累積(charge-up)的建議。由等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體被供給接近基底的一個(gè)區(qū)域。包含在等離子體中的電子用于中和由于離子束輻照而產(chǎn)生的正電荷。與利用在某一物體用從燈絲發(fā)出的電子輻照時(shí)從此物體發(fā)出的二次電子的技術(shù)相比，所建議的技術(shù)向基底供給較低能量的電子。于是，新建議的技術(shù)具有減少基底中負(fù)電荷累積的優(yōu)點(diǎn)。
一種無線電頻率放電式等離子體生成裝置是利用無線頻率放電于等離子體發(fā)生的等離子體生成裝置。這種型式的等離子體生成裝置良好的特征在于a)由于沒有燈絲，壽命很長，以及b)它可以在低氣體壓力下運(yùn)作。在與采用燈絲用于放電的那種型式的等離子體生成裝置相比時(shí)，情況如是。
圖9之中畫出一剖面視圖，表明離子束輻照裝置的相關(guān)技術(shù)，此裝置配有一種無線電頻率放電式的等離子體生成裝置。
離子束2，截面形狀像一圓點(diǎn)，從離子束輻照裝置的離子源(未畫出)中抽拉出來。而且如果需要，在送入真空室8之前，離子束作質(zhì)量分離并予以加速。在真空室(處理室)8之中，離子束輻照在由一夾持器6夾持的基底(比如，一半導(dǎo)體基底)4上，同時(shí)由磁場在固定方向X(垂直于圖的圖紙表面，比如水平方向，今后將用作固定方向)上予以往復(fù)掃描。
基底4和夾持器6由夾持器驅(qū)動裝置10使之在方向Y(比如，鉛直方向，今后將用作此一方向)上往復(fù)移動。方向Y基本上垂直于方向X。這種往復(fù)掃描動作協(xié)同離子束2的掃描(混合掃描)以用離子均勻地輻照基底4的全部表面。
無線電頻率放電式等離子體生成裝置20，在離子束流運(yùn)動方向上看來，設(shè)置在基底4附近。等離子體生成裝置20生成等離子體12并將其供給接近基底4并在其附近的一個(gè)區(qū)域，從而造成基底4表面的充電。充電是由于離子束2的輻照而發(fā)生的。
基底4和夾持器6由夾持器的驅(qū)動裝置10使之在Y方向(比如，鉛直方向，今后將用以表示相應(yīng)的方向)上往復(fù)移動。這種往復(fù)掃描動作協(xié)同離子束2的掃描(混合掃描)以用離子均勻地輻照基底4的全部表面。
無線電頻率放電式等離子發(fā)生器20，從離子束流行進(jìn)方向上看來，設(shè)置在基底4上游一側(cè)附近的某一部位處。等離子體發(fā)生器20產(chǎn)生等離子體12并將其供給基底4上游一側(cè)附近的一個(gè)區(qū)域，借此扼制基底4表面的充電；這是由離子束2的輻照造成的結(jié)果。等離子體發(fā)生器20借助于比如絕緣件30裝在位于接近基底4上游一側(cè)的真空室8的外側(cè)上。
等離子體發(fā)生器20配有圓筒形的等離子體發(fā)生室22。氣體(比如，氙氣)14被送入等離子體發(fā)生室，而天線28產(chǎn)生無線電頻率放電-由無線電頻率電能18產(chǎn)生-進(jìn)入盛有氣體的發(fā)生室，以及送入的氣體被離子化而產(chǎn)生等離子體。
所產(chǎn)生的等離子體經(jīng)由等離子體發(fā)射孔眼24發(fā)射出去。設(shè)置在等離子體發(fā)生室22外側(cè)的磁性線圈26產(chǎn)生在沿著軸線23的方向上進(jìn)入等離子體發(fā)生室的磁場，穿過等離子體發(fā)射孔眼24的中心。磁場用于產(chǎn)生和保持等離子體12。
無線電頻率電功率18被從無線電頻率電功率源16借助于阻抗匹配電路19供給天線28。在通常的技術(shù)中，從無線電頻率電功率源16輸出的無線電頻率電功率波形是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，即具有固定幅度的連續(xù)正弦波形，而其頻率是2.45GHz或3.56MHz。
在用離子束2輻照基底4時(shí)，基底4表面由離子束2的正電荷使之充正電。特別是，在基底4表面覆蓋以絕緣材料的情況下，容易充電。等離子體12在離子束一如以上述方式輻照時(shí)被供給接近基底4的一個(gè)區(qū)域，等離子體12之中的電子被吸引到充正電的基底4表面，借以中和基底4表面的正電荷。如果正電荷得以中和，電子之被吸向基底4就自動停止，一如理論所教示。這樣，由于離子束輻照所造成的基底表面的正電荷累積得以扼制。
通過離子體輻照中和正電荷一如上述得以實(shí)現(xiàn)。基底表面充正電或充負(fù)電的原因如下。1)離子束2正在輻照基底4的狀態(tài)在此狀態(tài)中，基底4表面4是由正電荷和從基底4發(fā)出二次電子而充正電的。二次電子發(fā)射是由離子束輻照產(chǎn)生的。同時(shí)，由等離子體發(fā)生器20產(chǎn)生的等離子體12的電子被捕獲在離子束等離子體(實(shí)際上，離子束2不只是包括離子，而是被歸入一種等離子體狀態(tài)，由于它可以從其周圍捕獲電子。這種狀態(tài)稱作離子束等離子體)之內(nèi)。離子束等離子體移動到基底4以借此中和正電荷和減弱基底表面上的充電狀態(tài)。
電荷減弱的程度是由等離子體12的電子密度和其電子能量確定的。等離子體從等離子體發(fā)生器20產(chǎn)生出來。
一般，當(dāng)前者大、后者小時(shí)，電荷減弱效果就大。原因在于，電子能量較低時(shí)，離子束等離子體就更為容易地捕獲來自由等離子體發(fā)生器20供給的等離子體12的電子。2)基底4不由離子束2輻照的狀態(tài)通常，離子束2在超過基底4寬度的全部范圍內(nèi)為搜索而不斷掃描(全部掃描)。基底4也在方向Y上移動，一如上述，于是，基底4不由離子束2輻照的各時(shí)段出現(xiàn)在從等離子發(fā)生器20發(fā)射等離子體12期間。在基底不由輻照的時(shí)段期間，基底4暴露于從等離子體發(fā)生器20發(fā)射的等離子體12。此時(shí)，基底表面的電荷累積電勢(charge-up voltage)是由等離子體12中的電子數(shù)量與等離子體12中的離子數(shù)量的平衡來確定的。一般，電子輕于離子，而電子的遷移率大于離子。于是，基底表面的充電電壓是負(fù)極性的。
比如，當(dāng)離子在接近基底4的一個(gè)區(qū)域內(nèi)數(shù)量極小時(shí)，充電電壓升高到對應(yīng)于等離子體12中最大電子能量的電壓。
一如從以上說明所見，為了降低基底4的正或負(fù)電荷累積電勢，特別是負(fù)電荷累積電勢，必須減小等離子體12中的電子能量。
無線電頻率放電式的等離子發(fā)生器20在與采用從燈絲發(fā)出的一次電子的技術(shù)相比時(shí)能夠供給低能量電子并在物體由一次電子輻照時(shí)能夠供給從物體發(fā)出的二次電子。近來，顯微制作半導(dǎo)體裝置的技術(shù)作出了巨大的進(jìn)展。在此情況下，要求電荷累積電勢在離子注入期間必須保持在低水平上。通常的技術(shù)對于滿足這樣一種要求來說仍然是不能令人滿意的。
即使在無線電頻率放電式的等離子體發(fā)生器20中，無線電頻率電場在產(chǎn)生等離子體時(shí)也可能大大地加速電子，并因此，容易產(chǎn)生高能電子。采用ECR(電子回旋共振)放電作為無線電頻率放電的一種形式在增大等離子體密度方面是有用的，但電子由電子回旋共振使之顯著加速，并因此，非?？赡墚a(chǎn)生較高能量的電子。結(jié)果，基底表面的負(fù)電荷累積電勢可能很高。
在此情況下，如果供給等離子體20的無線電頻率電功率18被降低到很小，則等離子體12中的電子能量也降低了。不過，等離子體12的密度降低，而等離子體12消除。只是降低無線電頻率電功率18的作法在有效地扼制基底4充電方面是不能令人滿意的。
本發(fā)明的目的是提供一種離子束輻照裝置，能夠在產(chǎn)生等離子體的同時(shí)降低由無線電頻率放電式等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子流之中的電子能量，并因此能夠降低基底的電荷累積電勢。
在本發(fā)明的離子束輻照裝置中，用于為了產(chǎn)生等離子體而把等離子體供給無線電頻率放電式等離子體發(fā)生器的無線電頻率電源是用于生成通過對初始無線電頻率信號從事調(diào)幅而形成的無線電頻率電功率的無線電頻率電源。
在無線電頻率放電式等離子體發(fā)生器中，等離子體中的電子由無線電頻率電功率使之加速。此時(shí)，電子的加速度是由施加于等離子體的無線電頻率電場的強(qiáng)度，亦即無線電頻率功率(電功率)的幅度，來確定的。實(shí)際上，電子在碰撞等離子體之中中性粒子亦即送入等離子體發(fā)生器的氣體的同時(shí)是重復(fù)地產(chǎn)生、加速、減速和消失的。
于是，即使在其中具有固定幅度的無線電頻率電功率施加于等離子體發(fā)生器的連續(xù)波模式中，電子都不是無限制地加速的，而是具有固定的能量分配。
如果無線電頻率電功率幅度減小到在等離子體中的電子被加速到具有高能量之前接近0的數(shù)值，則決不進(jìn)行電子的進(jìn)一步加速。如果無線電頻率電功率被控制得以致高功率狀態(tài)和接近0的低功率狀態(tài)交替地重復(fù)，則當(dāng)對比于連續(xù)波模式時(shí)，確保了低電子能量分配。
當(dāng)無線電頻率電功率被改變(降低)到接近0的某一數(shù)值時(shí)，有機(jī)會等離子體消失。不過，實(shí)際上，等離子體并不消失。這一事實(shí)由本專利申請的發(fā)明人證實(shí)了。
在無線電頻率電功率的頻率為2.45GHz、輸出功率為100W和送入氙氣的流率為0.2ccm的條件下測定了從等離子體發(fā)生器發(fā)射的電子數(shù)量。而且在此測定中，無線電頻率電功率接通而又?jǐn)嚅_。在距離接通無線電頻率電功率大約60μs之后，等離子體落定在靜止?fàn)顟B(tài)之中。在斷開無線電頻率電功率之后，等離子體在大約30μs之后消除。這一事實(shí)已由經(jīng)驗(yàn)證實(shí)。
按照這一事實(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，等離子體中的電子能量可以降低而同時(shí)保持產(chǎn)生等離子體，只要供給等離子體發(fā)生器的無線電頻率電功率的幅度控制得以致一高相對功率狀態(tài)和一低相對功率狀態(tài)(比如其值接近0)以各固定周期交替地重復(fù)。電子能量降低導(dǎo)致基底充電電壓降低。
在本發(fā)明中，無線電頻率電功率幅度的這一變化是利用無線電頻率電源予以實(shí)現(xiàn)的，后者生成通過對一初始無線電頻率信號，亦即一調(diào)制波模式的無線電頻率電功率，從事調(diào)幅而形成的無線電頻率電功率。
在本發(fā)明的一種離子束輻照裝置中，用于向無線電頻率放電式等離子體發(fā)生器供給無線電頻率電功率的無線電頻率電源是可任由選定地在兩種運(yùn)作模式中任一種中運(yùn)作的無線電頻率電源，即一連續(xù)波模式，其中無線電頻率電源生成具有固定幅度的無線電頻率電功率，以及一調(diào)制波模式，其中無線電頻率電源生成通過對一初始無線電頻率信號從事調(diào)幅而形成的無線電頻率電功率，而是還設(shè)置控制裝置，當(dāng)?shù)入x子體室中產(chǎn)生等離子體時(shí)，把無線電頻率電源設(shè)定在連續(xù)波模式之中，而在等離子體室中產(chǎn)生等離子體之后，把無線電頻率電源設(shè)定在調(diào)制波模式之中。
即使在調(diào)制波模式中，等離子體也能在等離子體室中產(chǎn)生。不過，在連續(xù)波模式中，等離子體比較容易和可靠地在等離子體室中產(chǎn)生，由于在此模式中，不出現(xiàn)等離子體密度降低階段。
因而，如果采用一種選定裝置，用于選定從無線電頻率電源16a輸出的無線電頻率電功率18的模式，等離子體就比較容易和可靠地在等離子體室中產(chǎn)生。
在等離子體產(chǎn)生之后，等離子體中的電子能量在產(chǎn)生等離子體的同時(shí)被降低。于是，離子束輻照裝置形成了可與第一種離子束輻照裝置所形成的那些優(yōu)點(diǎn)相比的一些優(yōu)點(diǎn)。


圖1是側(cè)視圖，表明符合本發(fā)明的一種離子束輻照裝置；圖2是在圖1中直線C-C上所取的橫截面視圖；圖3是剖面視圖，表明用于圖1之中的無線電頻率(radio frequency)電源；
圖4是波形圖，表明由一正弦調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率；圖5是波形圖，表明由一三角調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率；圖6是波形圖，表明由一距形調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率；圖7是一圖線，表明在基底附近某一位置處觀測到的負(fù)電荷電勢(negative charge voltage)相對于由一矩形調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率的頻率的變化情況；圖8是一圖線，表明在基底附近某一位置處觀測到的負(fù)電荷電勢相對于經(jīng)過調(diào)制而具有矩形波形的無線電頻率電功率的負(fù)荷比的變化情況。
圖9是側(cè)視圖，表明相關(guān)技術(shù)的一種離子束輻照裝置。
圖1是側(cè)視圖，表明本發(fā)明的一種離子束輻照裝置。圖2是在圖1中直線C-C上所取的截面視圖。在這些圖中，同樣或相當(dāng)?shù)母鞑糠钟杀砻飨嚓P(guān)技術(shù)的圖9中同樣的各參照編號予以標(biāo)示。將要作出的說明重點(diǎn)放在與相關(guān)技術(shù)中那些部分不同的各部分上。
首先說明等離子體發(fā)生器20的結(jié)構(gòu)。在此情況下，等離子體發(fā)生室22采取在軸線23方向細(xì)長的圓筒形狀，伸展在離子束2的掃描方向上。用于把氣體14送進(jìn)等離子體發(fā)生器的送氣管40和天線28，裝在等離子體發(fā)生室22的兩端上。各等離子體發(fā)射孔眼24沿著軸線23布設(shè)。采用這樣一種結(jié)構(gòu)，等離子體12生成在等離子體發(fā)生室22之中。等離子體12采取的形狀是，在掃描方向X很長和在寬度上很大。這樣一種寬的等離子體12通過各等離子體發(fā)射孔眼24發(fā)射出去。因此，即使在離子束2為了掃描而在掃描方向X上移動時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也向離子束2附近區(qū)域均勻地供給等離子體12。結(jié)果，基底4表面上的電荷是被均勻地扼制的，從而扼制了基底表面上各高壓部位的形成。
至少一塊磁鐵36設(shè)置在等離子體發(fā)生室22的外側(cè)。磁鐵36形成了方向沿著軸線23的磁場38。磁鐵36一般是永久磁鐵。磁場38使等離子體12之中的離子流彎向基底4以從而增大供給基底4的離子數(shù)量。
因此，即使在離子束輻照裝置用在可能發(fā)生基底4未被離子束2輻照的一種狀態(tài)之下時(shí)，由從等離子體發(fā)生器20發(fā)射出來的等離子體12中的電子造成的負(fù)電荷也會由等離子體12中的離子使之中性化。
結(jié)果是，基底表面的電荷受到扼制，并更加增強(qiáng)了降低基底表面電荷電勢的效果。
在等離子體發(fā)生室22之內(nèi)，通過利用由磁鐵36形成的磁場，可以建立ECR狀態(tài)。在此情況下，ECR狀態(tài)是以這樣一種方式建立的。當(dāng)無線電頻率電功率(radio frequency electric power)18的基頻是2.45GHz時(shí)，如果形成了875×10-4泰斯拉的磁場，則建立了ECR狀態(tài)。于是，可以造成ECR放電。在發(fā)生ECR放電的情況下，等離子體12的產(chǎn)生效率提高了。
現(xiàn)在將說明無線電頻率電源。在此情況下，無線電頻率電源(electricsource)16a用以代替參照圖9所述的無線電頻率電功率源16。
無線電頻率電源16a把初始無線電頻率信號調(diào)幅成為無線電頻率電功率18。無線電頻率電源16a經(jīng)由阻抗匹配電路19把無線電頻率電功率供給等離子體發(fā)生器20(更為精確地說，供給其天線28)。
無線電頻率電源16a的一種配置示范性地示于圖3之中。無頻電頻率電源16a包括無線電頻率振蕩器52，用于產(chǎn)生初始無線電頻率信號(也稱作載波信號)53；調(diào)制器54，用于把無線電頻率信號53調(diào)幅成為無線電頻率信號55；調(diào)制信號發(fā)生器58，用于把調(diào)制信號59供給調(diào)制器54；以及無線電頻率放大器56，用于把從把調(diào)制器54輸出的無線電頻率信號55放大成為具有所需輸出功率的無線電頻率電功率18。從無線電頻率振蕩器52輸出的無線電頻率信號55的頻率“f”比如是2.45GHz或13.56MHz。在此說明書中，“無線電頻率”用詞涉及包含微波在內(nèi)的很寬范圍的頻率。在圖4至6中，鉛直細(xì)線表示無線電頻率信號53的幅度。
無線電頻率電源16a可任由選定地運(yùn)作在兩種運(yùn)作模式的任一之下，即一連續(xù)波模式，輸出具有固定幅度的無線電頻率電功率18，以及一調(diào)制波模式，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)幅的無線電頻率電功率18。
“經(jīng)過調(diào)幅的無線電頻率電功率”這一措詞指的是具有波形變化的無線電頻率電功率，使得大的相對輸出(幅度)狀態(tài)和小的相對輸出(幅度)狀態(tài)以各固定周期交替地重復(fù)。無線電頻率電源的運(yùn)作模式，連續(xù)波模式或調(diào)制波模式，是通過適當(dāng)?shù)剡x定從調(diào)制信號發(fā)生器58輸出的調(diào)制信號59的波形而予以選定的。具體地說，為了選定連續(xù)波模式，具有一固定幅度的一連續(xù)波形用于調(diào)制信號59的波形。為選定調(diào)制波模式，幅度隨時(shí)間變化的一隨時(shí)間變化的波形(比如余弦波、三角波、以及矩形波)用于調(diào)制信號59的波形。
此實(shí)施例包含控制裝置50，控制無線電頻率電源16a并因而控制從無線電頻率電源輸出的經(jīng)過調(diào)制的無線電頻率電功率18的波形、調(diào)制周期T、幅度A、負(fù)荷比(duty ratio)(當(dāng)調(diào)制信號波形為矩形時(shí))，等等。
更為具體地說，控制裝置50發(fā)送指令信息給調(diào)制信號發(fā)生器58以控制從調(diào)制信號發(fā)生器輸出的調(diào)制信號59的波形、調(diào)制周期T、幅度A、負(fù)荷比，等等?？刂蒲b置50發(fā)送指令信息給無線電頻率放大器56以控制從那里輸出的無頻電頻率電功率18的幅度A。
在本實(shí)施例中，控制裝置50具有以下另外的控制功能。當(dāng)?shù)入x子體發(fā)生器20產(chǎn)生等離子體12時(shí)，控制裝置50把無線電頻率電源16a的運(yùn)作模式，也就是從無線電頻率電源16a輸出的無線電頻率電功率18的模式，設(shè)定為連續(xù)波模式。而且，在產(chǎn)生等離子體12之后，控制裝置50把運(yùn)作或信號模式改變?yōu)檎{(diào)制波模式。
在調(diào)制波模式下，從無線電頻率電源16a輸出的無線電頻率電功率18的各例示性波形示于圖4至6之中。
圖4是波形圖，表明由一正弦調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率18的波形。
無線電頻率電功率18可以由表述式1的函數(shù)F(t)予以表述。在表述式1中，f是無線電頻率信號53頻率，t是時(shí)間，G(T，t)是表述調(diào)制信號59的函數(shù)(調(diào)制函數(shù))，T是函數(shù)的周期(調(diào)制周期)，以及A是函數(shù)的幅度。一般，調(diào)制周期T充分地大于無線電頻率信號53的周期(1/f)。[表述式1]F(t)＝G(T，t)·sin2πftG(T，t)＝(A/2){1-cos2π(t/T)}圖5是波形圖，表明由一三角調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率18的波形。無線電頻率電功率18可以由表述式2的函數(shù)F(t)予以表述。在表述式2中，n＝整數(shù)。[表述式2]F(t)＝G(T，t)·sin2πftG(T，t)＝(2A/T)·{t-nT}…當(dāng)nT≤t＜(n+1/2)TG(T，t)＝A{1-(t-nT)/T}…當(dāng)(n+1/2)T≤t＜(n+1)T圖6是波形圖，表明由一矩形調(diào)制信號調(diào)制的無線電頻率電功率18的波形。在此情況下，無線電頻率電功率的幅度在A與0之間變化。無線電頻率電功率18可以由表述式3的函數(shù)F(t)予以表述。在此表述式中，負(fù)荷比“d”由下式給出d＝to/T其中to是幅度A持續(xù)的時(shí)段(開通時(shí)段)。負(fù)荷比取0與1之間的某一數(shù)值。[表述式3]F(t)＝G(T，t)·sin2π ftG(T，t)＝A…當(dāng)nT≤t＜(n+d)T時(shí)G(T，t)＝0…當(dāng)(n+d)≤t＜(n+1)T時(shí)在每一無線電頻率電功率18的波形中，最小幅度設(shè)定在0處。如果需要，可以設(shè)定在接近0的某一數(shù)值處。另外，它可以設(shè)定在能夠保持由等離子體發(fā)生器20產(chǎn)生等離子體12的最小數(shù)值處(最小數(shù)值小于幅度A)。
調(diào)制波模式的無線電頻率電功率18的波形不限于示于圖4至6之中的那些，而是可以采用任一不同于那些波形的其他適當(dāng)波形。
這方面的一項(xiàng)范例是通過總括表述式1和2中的各調(diào)制函數(shù)G(T，t)而形成的波形，也就是通過組合一正弦波形和一三角波形而形成的波形。在此情況下，重要的是，這些波形中的任一個(gè)其形狀必須是使得一大的相對幅度部分和一小的相對幅度部分以各固定的周期交替地出現(xiàn)。
在設(shè)計(jì)無線電頻率電源16a時(shí)，最簡單的設(shè)計(jì)方法是，別的除外，如上所述那些波形的示于圖6之中的一矩形波形用于無線電頻率電源輸出信號的波形。在此意義上，最為實(shí)用的方法是把矩形波形用于無線電頻率電功率18的波形。
當(dāng)無線電頻率電源16a輸出連續(xù)波模式的無線電頻率電功率18時(shí)，調(diào)制函數(shù)G(T，t)在表述式1至3中的每一個(gè)中總是A。
等離子體12中的電子能量可予以降低而同時(shí)保持產(chǎn)生等離子體12，也就是防止等離子體12消失，方式是，有待供給等離子體發(fā)生器20的無線電頻率電功率18的功率幅度利用無線電頻率電源16a予以控制，使得一高的相對功率狀態(tài)和一低的相對功率狀態(tài)(比如，其數(shù)值接近0)以固定的周期交替地出現(xiàn)。電子能量的降低導(dǎo)致基底電荷電勢的降低。
結(jié)果是防止了離子束輻照期間半導(dǎo)體裝置的絕緣強(qiáng)度擊穿并提高了半導(dǎo)體裝置生產(chǎn)的產(chǎn)出。
其次，電荷累積電勢降低為半導(dǎo)體裝置的微觀制作起到有利作用。
在采用ECR放電的場合下，在電子回旋共振下電子被迅速加速而具有較高的能量。于是，由于利用調(diào)制模式的無線電頻率電功率18實(shí)現(xiàn)的等離子體12中電子能量的降低所造成的有利效果是很大的。
無線電頻率電源16a，與不斷產(chǎn)生具有固定幅度的無線電頻率電功率的通常的無線電電功率源16相比，消耗較少的電功率。這一點(diǎn)導(dǎo)致裝置的能量節(jié)省和運(yùn)行成本降低。
同樣在如上所述的調(diào)制波模式中，等離子體發(fā)生器20可以產(chǎn)生等離子體12。不過，在產(chǎn)生等離子體期間，在連續(xù)波模式中不存在等離子體密度減小。因此，在此模式中，等離子體12的產(chǎn)生比較容易和可靠。
因而，如果在此情況下采用選定裝置以選定從無線電頻率電源16a輸出的無線電頻率電功率18的模式，等離子體發(fā)生器20就比較容易和可靠地產(chǎn)生等離子體12。在產(chǎn)生等離子體之后，采用調(diào)制波模式，并獲得了由此模式所造成的可與上面提及的那些相比的各種優(yōu)點(diǎn)。準(zhǔn)確地說，等離子體12之中的電子能量被減少了，同時(shí)維持了等離子體12的產(chǎn)生。其次，獲得了裝置的能量節(jié)省和運(yùn)行成本降低。
如果無線電頻率電功率18的調(diào)制周期T被設(shè)定得太長，沒有無線電頻率電功率18施用于等離子體發(fā)生器的周期就長。在這種狀況下，等離子體發(fā)生器20就可能無法產(chǎn)生等離子體12。
相反，如果調(diào)制周期T設(shè)定得太短，則無線電頻率電功率18將在等離子體12中的電子能量充分減小之前被施用于等離子體發(fā)生器。結(jié)果是，等離子體12中的電子能量減少所獲得的效果將變得較小。
考查一個(gè)優(yōu)選范圍的調(diào)制周期T。當(dāng)無線頻率電功率18的關(guān)斷周期(短于保持產(chǎn)生等離子體12的一門檻值的周期)超過大約30μs時(shí)，等離子體12消失。當(dāng)此值30μs用調(diào)制周期T表述時(shí)，獲得30μs兩倍大的60μs，該值是極其嚴(yán)格的(tight)。
于是，調(diào)制周期T在數(shù)值上設(shè)計(jì)得具有大約20％的裕度。如果這樣作，調(diào)制周期T最好是大約50μs或更短。調(diào)制周期T的下限設(shè)定在最大值的20％，并因而最好是設(shè)定在大約10μs或更長處。優(yōu)選的調(diào)制周期T的范圍可以粗略地表述在表述式4之中。
如果用調(diào)制頻率fM(＝1/T)代換，其數(shù)學(xué)表述式是表述式5。[表述式4]10≤T≤50[μs][表述式5]20≤fM≤100[kHz]曾經(jīng)進(jìn)行過一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)中，在圖1和2的離子束輻照裝置中無線電頻率電功率18由一矩形波信號予以調(diào)制。
測定了矩形波的調(diào)制周期T和負(fù)荷比“d”的優(yōu)選范圍。測定結(jié)果說明如下。
在實(shí)驗(yàn)中，調(diào)制頻率fM是在負(fù)荷比“d”固定在0.5處的狀態(tài)下予以改變的，并在基底4附近的某一部位處測定負(fù)電荷電勢。測定結(jié)果示于圖7之中。當(dāng)由等離子體12產(chǎn)生的電子流與由等離子體12產(chǎn)生的離子流相比時(shí)，電子流比離子流大得多。
因此，測得的電勢值幾乎等于最大電子能量。在測定中，無線電頻率電功率18的基頻(亦即無線電頻率信號53的頻率“f”)是2.45GHz，無線電頻率電功率18的峰值功率(圖6中幅度A)是100W，以及送入的氙氣14的流率是0.2ccm。
一如從圖7可見，電荷電勢在接近30kHz調(diào)制頻率fM的某一部位處取最小值。其原因所在可以推定如下。
在接近10kHz調(diào)制頻率fM(以調(diào)制周期T計(jì)為100μs)的各頻率處，無線電頻率電功率18的接通周期和關(guān)斷周期各自是大約50μs。于是，產(chǎn)生和不產(chǎn)生等離子體12是交替地重復(fù)的，而開通周期幾乎等于一個(gè)時(shí)段，在該時(shí)段內(nèi)等離子體12在連續(xù)波模式中落定到穩(wěn)態(tài)。
在接近這一頻率的各頻率處，觀測到可與連續(xù)波模式中的電子能量相比的高電子能量。
由于等離子體發(fā)生器20的運(yùn)作，停止產(chǎn)生等離子體12的時(shí)間局限于接近這一頻率的各頻率處。于是，存在有暫時(shí)沒有任何電子從等離子體12供給基底4的可能性。因此，應(yīng)當(dāng)避免使用接近10kHz的各頻率。
隨著調(diào)制頻率fM逐漸增大，等離子體12的正常產(chǎn)生狀態(tài)逐漸建立起來。在此狀態(tài)下，無線電頻率電功率18的接通周期短。其次，當(dāng)無線電頻率電功率18處在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電子在與等離子體12中的中性粒子碰撞的同時(shí)被減速，并產(chǎn)生低能電子且負(fù)電荷電勢變小。
當(dāng)調(diào)制頻率fM超過30kHz時(shí)，負(fù)電荷電勢將再次增大。負(fù)電荷電勢的重新增大趨勢的機(jī)理目前在理論上尚無法解釋。
據(jù)我們判斷，這將出自以下事實(shí)，即由于無線電頻率電功率18的供給的中斷，電子減速時(shí)間減少了。
在任一情況下，等離子體12中的電子能量依照調(diào)制頻率fM而改變，而隨著電子能量變化，負(fù)電荷累積電勢也發(fā)生變化。因此，調(diào)制頻率fM應(yīng)當(dāng)具有一個(gè)最佳的范圍。
這一事實(shí)也曾為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。假定電荷電勢的最大值是8V，當(dāng)以離子束輻照(離子注入)基底4表面上的各半導(dǎo)體裝置時(shí)，這是需要的。
在此情況下，一如從圖7中看出，調(diào)制頻率fM的最佳范圍在負(fù)荷比“d”是0.5時(shí)是25kHz到80kHz。
改變調(diào)制頻率fM就是改變無線電頻率電功率18的接通周期和關(guān)斷周期的長度。在矩形波形的情況下，這也可以通過改變負(fù)荷比“d”來實(shí)現(xiàn)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，調(diào)制頻率fM固定在50kHz處，而在此狀態(tài)下改變負(fù)荷比“d”。在接近基底4的某一部位處測定負(fù)電荷累積電勢。測定結(jié)果示于圖8之中。一如從此圖中所見，隨著負(fù)荷比“d”的增大，電荷電勢逐漸增大。當(dāng)電荷電勢的最大值一如前一情況是8V時(shí)，負(fù)荷比“d”的最佳值是0.7或更小。如果負(fù)荷比“d”太小，等離子體12的密度降低。于是，負(fù)荷比“d”最好是設(shè)定在0.3或更大處。因而，當(dāng)調(diào)制頻率fM是50kHz時(shí)，負(fù)荷比“d”的最佳范圍是在0.3至0.7之內(nèi)。
當(dāng)矩形波形的調(diào)制頻率fM和負(fù)荷比“d”都予以考慮時(shí)，最好是，在以上各種條件下，調(diào)制頻率fM設(shè)定為在30至50kHz之內(nèi)，而負(fù)荷比“d”設(shè)定為在0.4至0.5之內(nèi)，甚至在上面提及的最佳范圍之內(nèi)。
正或負(fù)抽提電壓(extraction voltage)VE可以從一DC電源42施加于等離子體發(fā)生室22，一如圖2之中所示的情況那樣。這樣作，從等離子體發(fā)生器20發(fā)出的等離子體12中的離子數(shù)量和電子數(shù)量，可以由抽提電壓VE的幅度和極性予以控制，并因而控制了基底表面上的充電狀態(tài)。
由于以上提及的各種原因，最好采用示于圖1和2之中的等離子體發(fā)生器20的結(jié)構(gòu)。不過，如果需要，可以采用圖9的結(jié)構(gòu)或另一結(jié)構(gòu)。
等離子體發(fā)生器20可以設(shè)置在真空罐8之內(nèi)，以便將其置放得靠近離子束2。另外，等離子體發(fā)生器20可以設(shè)置在插進(jìn)真空罐8的一管筒之內(nèi)。如果這般設(shè)置，等離子體12將被有效地從其附近部位供給離子束2和包含它的成束等離子體。而且等離子體12可以在充電扼制的情況下有效地予以利用。
等離子體發(fā)生室22的內(nèi)壁可以用絕緣材料覆蓋，以便防止其金屬由于等離子體12的濺射而污染，防止導(dǎo)電的濺射材料粘牢于絕緣件30，和用于其他目的。
權(quán)利要求
1.一種用于以一離子束輻照一基底的裝置，包括一通過無線電頻率放電產(chǎn)生等離子體的等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器把等離子體供給到基底上游側(cè)附近的一個(gè)區(qū)域以借此扼制由于離子束輻照所造成的基底表面的電荷累積(charge up)；以及一無線電頻率電源，把一無線電頻率電功率供給等離子體發(fā)生器以便產(chǎn)生等離子體，其中無線電頻率電源輸出包含一信號的無線電頻率電功率，所述信號通過對無線電頻率電源的一初始無線電頻率信號進(jìn)行調(diào)幅形成。
2.一種用于以一離子束輻照一基底的裝置，包括一通過無線電頻率放電產(chǎn)生等離子體的等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器把等離子體供給到基底上游側(cè)附近的一個(gè)區(qū)域以借此扼制由于離子束輻照所造成的基底表面的電荷累積；以及一無線電頻率電源，把一無線電頻率電功率供給等離子體發(fā)生器以便產(chǎn)生等離子體，其中無線電頻率電源可任由選擇地在兩種運(yùn)作模式中的任一種下運(yùn)作，其中無線電頻率電源產(chǎn)生具有固定幅度的無線電頻率電功率的連續(xù)波模式，以及其中所述無線電頻率電源產(chǎn)生通過對初始無線電頻率信號進(jìn)行調(diào)幅形成的無線電頻率電功率的調(diào)制波模式，而且其中控制裝置在所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生等離子體時(shí)把所述無線電頻率電源設(shè)定在所述連續(xù)波模式下，以及其中控制裝置在等離子體發(fā)生器產(chǎn)生等離子體之后把無線電頻率電源設(shè)定在所述調(diào)制波模式下。
3.一種用于以一離子束輻照一基底的方法，此方法包括以下各步驟向一等離子體發(fā)生器供給無線電頻率電功率以便產(chǎn)生等離子體；通過無線電頻率放電產(chǎn)生等離子體，由一等離子體發(fā)生器產(chǎn)生；選定兩種運(yùn)作模式中的任一種，無線電頻率電功率具有一固定的幅度的連續(xù)波模式，以及無線電頻率電功率是通過對初始無線電頻率信號進(jìn)行調(diào)幅形成的調(diào)制波模式；以及向基底上游側(cè)附近的一個(gè)區(qū)域供給等離子體以借此扼制由于離子束輻照所造成的基底表面的電荷累積。
全文摘要
一種離子束輻照裝置配備一等離子體發(fā)生器，后者產(chǎn)生一等離子體并將其供給一基底上游一側(cè)附近的一個(gè)區(qū)域，借此扼制由于離子束輻照所造成的基底表面的充電。用于把用于產(chǎn)生等離子體的等離子體供給一等離子體發(fā)生器的無線電頻率電源是一用于生成通過對一初始無線電頻率信號從事調(diào)幅而形成無線電頻率電功率的無線電頻率電源。
文檔編號H01J37/02GK1424867SQ02154880
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月4日
發(fā)明者濱本成顯 申請人:日新電機(jī)株式會社