自由基与反应性中性离子束的角度控制
阅读：26发布：2020-05-15
专利汇可以提供自由基与反应性中性离子束的角度控制专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种能够对带电离子的提取 角 度及 反应性 中性粒子的提取角度进行独立控制的 工件 加工设备。所述设备包括具有提取开孔的提取板，带电离子通过所述提取开孔。可使用 等离子体 鞘调制及 电场 来确定带电离子的提取角度。提取板还包括与提取开孔分开的一个或多个中性物质通道，反应性中性粒子是以所选择提取角度通过所述一个或多个中性物质通道。所述中性物质通道的几何构造决定反应性中性粒子的提取角度。中性物质通道还可包括用于减少通过中性物质通道的带电离子的数目的抑制器。所述设备可用于各种应用，例如定向 反应性离子蚀刻 。，下面是自由基与反应性中性离子束的角度控制专利的具体信息内容。
1.一种工件加工设备，包括：
等离子体产生器；
等离子体室；以及
提取板，具有第一开孔及第二开孔；
其中带电离子以第一选择提取角度经由所述第一开孔被提取，且反应性中性粒子以第二选择提取角度通过所述第二开孔，其中所述第二开孔不同于所述第一开孔。
2.根据权利要求1所述的工件加工设备，其中所述第二开孔包括用于使通过所述第二开孔的带电离子最少化的抑制器。
3.根据权利要求2所述的工件加工设备，其中所述抑制器包括设置在所述第二开孔中的被施加电偏压的导电格栅。
4.根据权利要求2所述的工件加工设备，其中所述抑制器包括围绕所述第二开孔设置的电偏置杯体。
5.根据权利要求2所述的工件加工设备，其中所述抑制器包括用于中和进入所述第二开孔的带电离子的筛。
6.根据权利要求1所述的工件加工设备，其中所述第二选择提取角度是由所述第二开孔相对于与所述提取板正交的平面的倾斜度来确定，且其中反应性中性粒子以所述第二选择提取角度为中心的角度分布是由所述第二开孔的长宽比来确定，所述长宽比被定义为所述第二开孔穿过所述提取板的长度除以所述第二开孔的高度。
7.根据权利要求1所述的工件加工设备，其中在所述等离子体室中设置有阻挡器，且其中所述第二选择提取角度以及以所述第二选择提取角度为中心的反应性中性粒子的角度分布是由所述第二开孔的宽度、所述阻挡器的宽度及所述阻挡器与所述第二开孔之间的距离来确定。
8.根据权利要求1所述的工件加工设备，其中所述反应性中性粒子是在与所述等离子体室不同的远程中性物质产生器中形成，且被传送到所述第二开孔。
9.一种工件加工设备，包括：
等离子体产生器；
等离子体室；以及
提取板，经由所述提取板提取带电离子及反应性中性粒子，
其中所述工件加工设备使用第一机制以第一选择提取角度经由设置在所述提取板中的提取开孔从所述等离子体室提取带电离子，并使用第二机制以第二选择提取角度从所述等离子体室提取反应性中性粒子。
10.根据权利要求9所述的工件加工设备，其中所述第一机制包括等离子体鞘调制或靠近所述提取开孔的电场，且其中所述第二机制包括中性物质通道的几何构造。
11.根据权利要求10所述的工件加工设备，其中所述中性物质通道设置在所述提取板中。
12.根据权利要求10所述的工件加工设备，其中所述中性物质通道设置在阻挡器中，所述阻挡器靠近所述提取开孔设置在所述等离子体室内。
13.一种工件加工设备，包括：
等离子体产生器；
等离子体室；以及
提取板，包括提取开孔；
其中所述工件加工设备使用等离子体鞘调制或电场以第一选择提取角度经由所述提取开孔提取带电离子作为离子束；以及
其中反应性中性粒子以第二选择提取角度通过中性物质通道。
14.根据权利要求13所述的工件加工设备，其中所述中性物质通道设置在所述提取板中。
15.根据权利要求13所述的工件加工设备，其中所述中性物质通道设置在阻挡器中，所述阻挡器靠近所述提取开孔设置在所述等离子体室内。
自由基与反应性中性离子束的角度控制
技术领域
背景技术
[0002] 制作具有复杂表面拓扑结构(complex surface topology)及高包装密度的先进三维半导体结构面临诸多技术挑战。随着装置的临界尺寸及节距减小，各特征的长宽比增大。举例来说，此种趋势导致工件的表面上的沟槽深但非常窄。这些沟槽可利用被称为反应性离子蚀刻(reactive ion etch)或RIE的技术来形成。可利用被称为定向反应性离子蚀刻(directed reactive ion etching，DRIE)的技术来执行各种沟槽衬垫材料的修整及形成。利用精确的角度控制对这些沟槽的壁的规定部分进行选择性蚀刻。可通过对用于将离子聚焦在特定方向上的电场进行操纵来实现离子束的角度控制。
[0003] 可利用反应性中性粒子对带电离子束进行补充来提高反应性离子蚀刻的蚀刻速度。然而，反应性中性粒子无法使用电场来控制。因此，尽管可对带电离子束的角度进行精确控制，但这种方法对反应性中性粒子并不适用。随着用于定向反应性离子蚀刻的角度减小(即，变得更接近垂直于工件)，缺少对反应性中性粒子的角度控制这一问题变得更为显著。反应性中性粒子被定义为与工件上的一些材料具有高反应性的那些自由基/原子，但并非仅限于此。举例来说，在正确的工艺条件下，氯与TiN具有高反应速度，但与SiO2具有非常低的反应速度。这些反应性中性粒子用于对工件的一些部分进行蚀刻而不会影响其他部件。如果无法对反应性中性粒子射向工件的角度进行控制，则可能有损于蚀刻工艺的速度。在某些实施例中，如果无法对反应性中性粒子射向工件的角度进行控制，则可使得难以在工件上获得规定的特征。
[0004] 因此，如果存在可对反应性中性粒子射向工件的角度进行控制的设备，则将是有利的。此外，如果存在还可对带电离子射向工件的角度进行控制的设备，则将是有利的。这种设备可在某些应用(例如定向反应性离子蚀刻)中为有利的。
发明内容
[0005] 本发明公开一种能够对带电离子的提取角度及反应性中性粒子的提取角度进行独立控制的工件加工设备。所述设备包括具有提取开孔的提取板，带电离子通过所述提取开孔。可使用等离子体鞘调制及电场来确定带电离子的提取角度。在某些实施例中，提取板还包括与提取开孔分开的一个或多个中性物质通道，反应性中性粒子是以所选择提取角度通过所述一个或多个中性物质通道。所述中性物质通道的几何构造决定反应性中性粒子的提取角度。中性物质通道还可包括用于减少通过中性物质通道的带电离子的数目的抑制器。所述设备可用于各种应用，例如定向反应性离子蚀刻。
[0006] 根据一个实施例，公开一种工件加工设备。所述工件加工设备包括：等离子体产生器；等离子体室；以及提取板，具有第一开孔及第二开孔；其中带电离子以第一选择提取角度经由所述第一开孔被提取，且反应性中性粒子以第二选择提取角度通过所述第二开孔，其中所述第二开孔不同于所述第一开孔。在某些实施例中，所述第二开孔包括用于使通过所述第二开孔的带电离子最少化的抑制器。所述抑制器可为电偏置格栅(electrically biased grid)、电偏置杯体(electrically biased cup)、或筛。在某些实施例中，所述第二选择提取角度是由所述第二开孔相对于与所述提取板正交的平面的倾斜度来确定。在某些实施例中，反应性中性粒子以所述第二选择提取角度为中心的角度分布是由所述第二开孔的长宽比来确定，所述长宽比被定义为所述第二开孔穿过所述提取板的长度除以所述第二开孔的高度。在某些实施例中，在所述等离子体室中设置有阻挡器。在某些实施例中，所述反应性中性粒子是在与所述等离子体室不同的远程中性物质产生器中形成，且被传送到所述第二开孔。
[0007] 根据另一实施例，公开一种工件加工设备。所述工件加工设备包括：等离子体产生器；等离子体室；以及提取板，经由所述提取板提取所述带电离子及反应性中性粒子，其中所述工件加工设备使用第一机制以第一选择提取角度经由设置在所述提取板中的提取开孔从所述等离子体室提取带电离子，并使用第二机制以第二选择提取角度从所述等离子体室提取反应性中性粒子。在某些实施例中，所述第一机制包括等离子体鞘调制或靠近所述提取开孔的电场。在某些实施例中，所述第二机制包括中性物质通道的几何构造。在某些实施例中，所述中性物质通道设置在所述提取板中。在某些实施例中，所述中性物质通道设置在阻挡器中，所述阻挡器靠近所述提取开孔设置在所述等离子体室内。
[0008] 根据另一实施例，公开一种工件加工设备。所述工件加工设备包括：等离子体产生器；等离子体室；以及提取板，包括提取开孔；其中所述工件加工设备使用等离子体鞘调制或电场以第一选择提取角度经由所述提取开孔提取带电离子作为离子束；且其中反应性中性粒子以第二选择提取角度通过中性物质通道。所述中性物质通道可设置在所述提取板中，或者可设置在阻挡器中，所述阻挡器靠近所述提取开孔设置在所述等离子体室内。在某些实施例中，所述中性物质通道是所述提取开孔。附图说明
[0009] 为更好地理解本发明，参考附图，所述附图并入本文供参考且在附图中：
[0010] 图1是根据一个实施例的工件加工设备。
[0011] 图2是图1所示工件加工设备的提取板的扩大视图。
[0012] 图3A-3C示出具有抑制器的中性物质通道的三个实施例。
[0013] 图4A-4C示出具有准直通道的中性物质通道的实施例。
[0014] 图5A-5C示出从工件观察时中性物质通道的各种实施例。
[0015] 图6A-6B示出具有可调整中性物质通道的实施例。
[0016] 图7A-7B示出可使用图1所示设备进行加工的代表性工件。
[0017] 图8A-8I示出阻挡器及提取开孔的各种构造以及所得提取角度。
[0018] 图9是根据另一实施例的工件加工设备的提取板及阻挡器的扩大视图。
[0019] 图10是根据另一实施例的工件加工设备的提取板的扩大视图。
具体实施方式
[0020] 图1示出用于对带电离子及反应性中性粒子射向工件90的角度进行控制的工件加工设备10的第一实施例。工件加工设备10包括等离子体室30，等离子体室30是由多个腔室壁32来界定。
[0021] 在等离子体室30的外部、靠近介电窗25处设置有天线20。介电窗25还可形成用于界定等离子体室30的壁中的一者。天线20电连接到射频(RF)电源27，射频电源27向天线20供应交流电压。所述电压可具有例如2MHz或大于2MHz的频率。尽管示出介电窗25及天线20位于等离子体室30的一侧上，但也可存在其他实施例。举例来说，天线20可环绕等离子体室30的腔室壁32或设置在等离子体室30的顶部上。等离子体室30的腔室壁32可由导电材料(例如，石墨)制成。这些腔室壁32可例如被提取电源80偏压至提取电压。所述提取电压可为例如1kV，但其他电压也处于本发明的范围内。
[0022] 工件加工设备10包括具有提取开孔35的提取板31。提取板31可形成用于界定等离子体室30的另一壁。提取开孔35可在X方向上为约320mm且在Y方向上为30mm，但也可为其他尺寸。提取板31可在Z方向上具有介于5mm与10mm之间的厚度，但也可为其他尺寸。这一提取板31可设置在等离子体室30的与介电窗25相对的侧上，但也可存在其他构造。在某些实施例中，提取板31可由绝缘材料构成。举例来说，提取板31可包含石英、蓝宝石、氧化铝、或类似绝缘材料。使用绝缘材料可能够对等离子体鞘进行调制，所述等离子体鞘会影响带电离子离开提取开孔35的角度。在其他实施例中，提取板31可由导电材料构成。
[0023] 可靠近提取开孔35在等离子体室30的内部上设置有阻挡器37。在某些实施例中，阻挡器37是由绝缘材料构成。阻挡器37可在Z方向上为约3mm至5mm，且在X方向上具有与提取开孔35相同的尺寸。可改变阻挡器37在Y维度上的长度来实现目标提取角度。
[0024] 阻挡器37的位置及大小以及提取开孔35的边缘的大小及形状可界定等离子体鞘在等离子体室30内的边界。等离子体鞘的边界继而确定带电离子与等离子体鞘相交且经由提取开孔35离开的角度。在某些实施例中，阻挡器37可包含导电材料。在这些实施例中，阻挡器37上的导电材料可被施加偏压以靠近提取开孔35形成电场。所述电场还可用于对带电离子经由提取开孔35离开的角度进行控制。位于等离子体室30的内部与提取开孔35之间的阻挡器37(例如图1所示)可形成双峰提取角度分布曲线(bimodal extraction angle profile)。换句话说，带电离子可以+θ°或者-θ°的角度离开提取开孔35，其中θ是由阻挡器37的大小及位置、提取开孔35的宽度以及靠近提取开孔的电场来确定。
[0025] 尽管图1示出阻挡器37，但在其他实施例中，不采用阻挡器37。
[0026] 在等离子体室30的提取板31的近侧及外部设置有工件90。在一些实施例中，工件90可在Z方向上处于提取板31的约1cm以内，但也可为其他距离。在操作中，使用来自射频电源27的射频信号对天线20供电，以便以电感方式将能量耦合到等离子体室30。这种电感式耦合能量会激发经由气体入口71从气体储存容器70引入的原料气(feed gas)，从而产生等离子体。尽管图1示出天线，但也可对本发明使用其他等离子体产生器。举例来说，可使用电容式耦合等离子体产生器。
[0027] 等离子体室30内的等离子体可被偏压至由提取电源80施加到腔室壁32的电压。工件90(其可设置在台板95上)靠近提取板31设置。台板95可由偏压电源98来施加电偏压。等离子体与工件90之间的电势差会使等离子体中的带电离子以一个或多个带状离子束的形式加速通过提取开口35并射向工件90。换句话说，当由提取电源80施加的电压比由偏压电源98施加的偏压电压更正时，会朝向工件90吸引正离子。因此，为了提取正离子，可将腔室壁32偏压至正电压，同时将工件90偏压至较小的正电压、接地或偏压至负电压。在其他实施例中，可将腔室壁32接地，同时将工件90偏压至负电压。在再一些实施例中，可将腔室壁32偏压至负电压，同时将工件90偏压至更负的电压。
[0028] 带状离子束60(参见图2)可在一个方向(例如，X方向)上与工件90至少一样宽，且可在正交方向(或Y方向)上比工件90窄得多。在一个实施例中，所提取带状离子束60可在Y方向上为约1mm且在X方向上为320mm。
[0029] 此外，台板95及工件90可相对于提取开孔35平移，以将工件90的不同部分暴露至带状离子束60。其中对工件90进行平移以将工件90暴露至带状离子束60的过程被称为“一次操作(pass)”。可通过在维持等离子体室30的位置的同时对台板95及工件90进行平移来执行一次操作。工件90相对于提取开孔35平移的速度可被称为工件扫描速度。在某些实施例中，工件扫描速度可为约100mm/sec，但也可使用其他速度。在另一实施例中，可在工件90保持静止的同时对等离子体室30进行平移。在其他实施例中，可对等离子体室30及工件90两者进行平移。在一些实施例中，工件90在Y方向上相对于提取开孔35以恒定工件扫描速度移动，以将整个工件90暴露至带状离子束60达相同的时间段。
[0030] 如上所述，使用提取开孔35将带电离子以预定角度射向工件90。如上所述，使用等离子体鞘及电场来对带电离子离开提取开孔35的角度进行控制。然而，反应性中性粒子不受这些机制中的任一机制的影响，且因此以随机方式离开提取开孔。反应性中性粒子以笔直线路行进，直到反应性中性粒子与其他颗粒或结构碰撞。举例来说，反应性中性粒子可与阻挡器37、提取板31碰撞或与其他离子或反应性中性粒子碰撞。包括自由基及原子的反应性中性粒子之间的碰撞可导致进行复合以形成通常在定向反应性离子蚀刻工艺中具有小得多的反应性或无法实际用于定向反应性离子蚀刻工艺中的分子。因此，大部分反应性中性粒子以高提取角度离开提取开孔。在本公开内容通篇中，提取角度是以垂直于工件90的平面为参考。因此，0°的提取角度是指与工件90的表面垂直的路径，而90°的提取角度是与工件90的表面平行的路径。
[0031] 反应性中性粒子的提取角度可在某种程度上通过阻挡器37的放置及大小来控制，然而，这种角度控制的范围及精度受到限制。
[0032] 因此，为了更好地控制反应性中性粒子的提取角度，可在提取板31中设置一个或多个中性物质通道100。
[0033] 中性物质通道100可在提取板31中设置在提取开孔35的相对两侧上。这样，存在可被设置成将反应性中性粒子以两个角度射向工件90的至少两个中性粒子通道100，此可对应于离开提取开孔35的带电离子的双峰分布。当然，在其他实施例中，可在提取板31上仅设置一个中性物质通道100。
[0034] 图2示出根据一个实施例的提取板31、阻挡器37及工件90的扩大视图。当采用阻挡器37时，带电离子以两个带状离子束60的形式离开提取开孔35。中性物质通道100有利于反应性中性粒子以中性粒子束101的形式从等离子体室30离开。离开中性物质通道100的反应性中性粒子具有由中心提取角度及角度分布所界定的提取角度范围。窄的分布意味着大部分反应性中性粒子在接近中心提取角度的路径中行进。
[0035] 反应性中性粒子的中心提取角度是由中性物质通道100的方向来控制。举例来说，图2示出轻微朝提取开孔35倾斜的中性物质通道100中的每一者。水平中性物质通道可具有为0°的中心提取角度。中心提取角度随着中性物质通道100远离与提取板31正交的平面倾斜而增大。反应性中性粒子的提取角度的分布可由中性物质通道100的几何构造来界定。中性物质通道100在Z方向上的尺寸对中性物质通道100在Y方向上的尺寸的比率可被称为中性物质通道100的长宽比。具有高长宽比的中性物质通道100所具有的提取角度分布比长宽比较低的中性物质通道窄。在某些实施例中，至少为5的长宽比可为有利的。在其他实施例中，长宽比可大于10。
[0036] 在某些实施例中，中性物质通道100可在Y方向上距提取开孔35为约10mm。中性物质通道100可在X方向上具有与提取开孔35在X方向上的尺寸实质上相等的尺寸。
[0037] 在某些实施例中，仅使反应性中性粒子通过中性物质通道100可为有利的。这可通过向中性物质通道100引入抑制器来实现。
[0038] 图3A-3C示出包括抑制器的中性物质通道100的不同实施例。抑制器用于抑制带电离子通过中性物质通道100。在某些实施例中，这是通过将带电离子排斥离开中性物质通道100来实现。在其他实施例中，这是通过中和进入中性物质通道100的任何带电离子来实现。
[0039] 图3A示出包括设置在绝缘体210内的电偏置格栅200的中性物质通道100的实施例。绝缘体210可将电偏置格栅200与提取板31隔离。如果提取板31是由绝缘材料制成，则可不采用绝缘体210。被施加偏压的格栅200可由导电材料(例如金属，例如钨)构成。可由格栅电源220来施加正电压。所述电压可被选择成将正离子排斥回到等离子体室30的内部。电偏置格栅200可设置在中性物质通道100中的任何位置。在某些实施例中，电偏置格栅200可在中性物质通道100中设置在等离子体室30的内部附近，以将中性物质通道100内的碰撞最小化。其他实施例包括以足以将带电离子排斥回到等离子体室30中的偏压工作的挡板(baffles)。
[0040] 图3B示出包括电偏置杯体250的中性物质通道100的实施例，杯体250设置在绝缘体260内。绝缘体260可将电偏置杯体250与提取板31隔离。如果提取板31是由绝缘材料制成，则可不采用绝缘体260。电偏置杯体250可由导电材料(例如金属，例如钨)构成。可由杯体电源270来施加正电压。所述电压可被选择成将正离子排斥回到等离子体室30的内部。
[0041] 图3C示出包括筛240的中性物质通道100的实施例。在此实施例中，筛240接纳来自等离子体室30的带电离子及反应性中性粒子，但使离子在离开中性物质通道100射向工件之前通过表面碰撞而被中和。筛240的材料被选择成使得包括自由基的反应性中性粒子不在筛240的壁上复合。筛的面对等离子体室30的侧可为实心的，且通道的长宽比可大到足以使得离子不具有通往工件的视线路径(line of sight path)且不与筛的顶部或中性物质通道100的侧壁碰撞而使离子被中和。
[0042] 图3A-3C所示实施例可与图1及图2所示提取板31一起使用。换句话说，提取板31可包括提取开孔35，带电离子以第一选择提取角度通过提取开孔35射向工件90。提取板31还可包括一个或多个中性物质通道100，反应性中性粒子以第二选择提取角度通过所述一个或多个中性物质通道射向工件90。如上所述，可通过对等离子鞘进行调制或通过使用电场来确定第一选择提取角度。可通过中性物质通道100的几何构造来确定第二选择提取角度。尽管第一选择提取角度可相同于第二选择提取角度，但应注意，还存在其他实施例。举例来说，第一所选择角度与第二所选择角度可因对带电离子的吸引力而不同，反应性中性粒子不会经历这种吸引力。通过使用不同机制来确定第一选择提取角度及第二选择提取角度，可对这些提取角度进行独立控制。
[0043] 应注意，一些反应性中性粒子还可经由提取开孔35离开等离子体室30。然而，这些反应性中性粒子离开的角度可能无法被控制到与反应性中性粒子离开中性物质通道100的角度相同的大小。举例来说，离开提取开孔35的反应性中性粒子可具有宽的分布，且还可具有比第二选择提取角度大的提取角度。
[0044] 因此，本发明阐述一种工件加工设备，所述工件加工设备包括等离子体产生器、等离子体室及提取板，经由所述提取板提取带电离子及反应性中性粒子。所述工件加工设备使用第一机制以第一选择提取角度从所述等离子体室提取带电离子，并使用第二机制以第二选择提取角度从所述等离子体室提取反应性中性粒子。如上所述，所述第一机制可为等离子体鞘调制或靠近所述提取开孔的电场。第二机制可为中性物质通道的几何构造。具体来说，中性物质通道100的取向或倾斜度可确定中心提取角度，而中性物质通道100的长宽比可确定提取角度的分布。
[0045] 另外，本发明阐述一种工件加工设备，所述工件加工设备包括等离子体产生器、等离子体室以及提取板，其中带电离子以第一选择提取角度经由第一开孔被提取，且反应性中性粒子以第二选择提取角度通过第二开孔，其中所述第二开孔不同于所述第一开孔。如上所述，可通过使用抑制器与中性物质通道相结合来减少经由中性物质通道离开的带电离子的数目。
[0046] 在某些实施例中，形成反应性中性粒子的较窄分布可为有利的。这可通过准直(collimation)来实现。图4A-4C示出具有多个准直列的中性物质通道的实施例。图4A示出包括多个准直列310的中性物质通道300的第一实施例。如前所述，中性物质通道300可由绝缘材料330环绕以使中性物质通道300与提取板31绝缘。这些准直列310可通过将中性物质通道300形成为由诸多较小通道形成的阵列或栅格(raster)来形成。这些较小通道中的每一个具有较高的长宽比，因为每一较小通道在Z方向上的厚度不会改变、而在Y方向上的高度减小。在一个实施例中，可通过使电偏置格栅320延伸穿过中性物质通道300的厚度来形成这些准直列310。可使用格栅电源340对这一电偏置格栅320施加偏压。在某些实施例中，将准直列310形成为仅影响中性物质通道300的Y方向。在其他实施例中，将准直列310形成为影响中性物质通道300的X方向及Y方向两个方向。
[0047] 图4B示出具有多个准直列360的中性物质通道350的第二实施例。如前所述，中性物质通道350可由绝缘材料380环绕以使中性物质通道300与提取板31绝缘。在此实施例中，通过在中性物质通道300中插入多个薄板条370而形成准直列360。这些薄板条370可为导电材料或绝缘材料。可抵靠绝缘材料380的内壁设置导电杯体385，且导电杯体385可与杯体电源390连通。在某些实施例中，将准直列360形成为仅影响中性物质通道350的Y方向。在其他实施例中，将准直列360形成为影响中性物质通道350的X方向及Y方向两个方向。
[0048] 此外，尽管图4A-4B将中性物质通道及准直列示出为与提取板31的平面正交，但本发明并非仅限于此实施例。如果需要，则中性物质通道及准直通道可相对于与提取板31正交的平面倾斜。举例来说，图4C示出轻微向上倾斜的图4B所示中性物质通道350。为清晰起见，未示出杯体电源390，然而可使用杯体电源390来对导电杯体385施加偏压。此外，如果需要，则图4B所示中性物质通道350还可向下倾斜。倾斜的角度不受本发明限制。
[0049] 图5A-5C示出从工件90观察时提取板的各种实施例。图5A示出具有提取开孔35及两个中性物质通道100的提取板31。在提取开孔35的每一侧上设置有一个中性物质通道100。中性物质通道100均为矩形形状。中性物质通道100在X方向上的尺寸可与提取开孔35相同。在某些实施例中，中性物质通道100可在Y方向上小于提取开孔35。在某些实施例中，中性物质通道100可在Y方向上距提取开孔35为约10mm远。
[0050] 图5B示出从工件90观察时提取板31的第二实施例。在此实施例中，中性物质通道103交错且设置在提取开孔35的另一侧上。这种构造能够在提取板31中保持更大的机械强度，但仍将足够通量的反应性中性粒子递送到工件并适应所有上述方向特征及准直特征。
[0051] 图5C示出从工件90观察时提取板31的第三实施例。在此实施例中，中性物质通道102为圆形的以形成准直列，如针对图4A到图4C所述。中性物质通道102设置在提取开孔35的两侧中的任一侧上。这种构造能够在提取板中保持更大的机械强度，但仍将足够通量的反应性中性粒子递送到工件并适应上述方向特征及准直特征。
[0052] 在某些实施例中，图5A-5C中的中性物质通道可分别朝提取开孔35倾斜。换句话说，反应性中性粒子射向提取开孔35，如图2所示。因此，反应性中性粒子以+θ2的角度经由一些中性物质通道提取，且以-θ2的角度经由其他中性物质通道提取，其中θ2是第二选择提取角度。
[0054] 图6A-6B示出可用于对第二选择提取角度进行修改的一个实施例。在此实施例中，中性物质通道600容纳在可旋转构件610内。可旋转构件610可设置在提取板631中。可旋转构件610可为合适的材料，例如SiO2、SiC、SiN、Al2O3等。还可在可旋转构件610内设置有抑制器，抑制器可为电偏置格栅、筛或电性杯体。图6A示出可旋转构件610被定位成使得中性物质通道600垂直于提取板631的平面。图6B示出可旋转构件610相对于图6A中的位置向上旋转。
[0055] 尽管本发明阐述使用单独的中性物质通道，但也可存在其他实施例。举例来说，可对阻挡器及提取开孔进行设计，以实现反应性中性粒子的所期望提取角度。图8A-8I示出多种构造。在这些构造中，提取板831中的提取开孔835的宽度以及阻挡器837与提取开孔835之间的距离有所变化。在这些构造中，提取开孔835的宽度与阻挡器837的宽度相关。随着提取开孔835的宽度越来越窄，阻挡器837的宽度也减小。这些构造被呈现为阻挡器837与提取开孔835之间的距离向右增大。提取开孔835的宽度减小，从而向下移动。
[0056] 在图8A中，发现等离子体源中的固定点的平均提取角度为50.8°，提取角度的分布是从43.3°到58.2°。因此，展度(spread)为约14.9°。
[0057] 移动到图8B，阻挡器837与提取开孔之间的距离增大。这将平均提取角度减小到49°，提取角度的分布是从35.7°到62.2°。因此，展度为约26.5°。
[0058] 在图8C中，阻挡器837与提取开孔之间的距离再次增大。这将平均提取角度减小到41.2°，提取角度的分布是从24.9°到57.5°。因此，展度为约32.6°。
[0059] 因此，一般来说，随着阻挡器837与提取开孔835之间的距离增大，平均提取角度减小，但角度展度增大。
[0060] 在图8D所示构造中，阻挡器837与提取开孔835之间的距离与图8A相同，然而，提取开孔835及阻挡器837的宽度减小。这使得平均提取角度为45.3°，提取角度的分布是从35.5°到55.1°。因此，展度为约19.6°。
[0061] 向下移动到图8G，提取开孔835及阻挡器837的宽度相对于图8D再次减小。这使得平均提取角度为32.7°，提取角度的分布是从30.1°到35.3°。因此，展度为约5.2°。
[0062] 因此，一般来说，随着提取开孔835的宽度增大，平均提取角度减小，且角度展度减小。
[0063] 因此，对提取开孔835的宽度以及阻挡器837与提取开孔835之间的距离进行操纵会提供另一机制来对反应性中性粒子的提取角度进行控制。正如单独的中性物质通道一样，此实施例依赖于开孔的实体构造，因为反应性中性粒子的提取角度在很大程度上取决于视线(line-of-sight)光学器件。换句话说，反应性中性粒子通常沿存在从等离子体室到提取板831外部的清晰路径的路径行进。因此，通过对提取开孔835的宽度以及阻挡器837与提取开孔835之间的距离进行操纵，可对反应性中性粒子的提取角度进行控制。
[0064] 此外，独立于提取开孔835的宽度对阻挡器837的宽度进行修改可提供另一机制来对反应性中性粒子的提取角度进行控制。
[0065] 在图8A-8I中，如上所述，带电离子的提取角度取决于等离子体鞘的形状以及靠近提取开孔835的电场。因此，使用两种不同的机制来对带电离子的提取角度及反应性中性粒子的提取角度进行控制。
[0066] 在另一实施例中，图8A-8I所示阻挡器837及提取开孔835可仅用于提取中性物质。在此实施例中，可以正的电势对阻挡器837施加偏压，以排斥在等离子体中产生的正离子。
此外，在此实施例中，提取开孔835可类似于图2所示中性物质通道。因此，提取开孔835用作供中性物质以第二选择提取角度离开的通路。在此实施例中，也可采用图1所示阻挡器37及提取开孔35。换句话说，可在等离子体室30内设置有两个阻挡器。阻挡器37用于对等离子体鞘进行操纵以有利于以第二选择提取角度经由提取开孔35提取带电离子。阻挡器837用于提供使反应性中性粒子穿过提取开孔835的通路以使得这些中性粒子以第二选择提取角度被提取。此外，由于阻挡器837及提取开孔835能够对反应性中性粒子进行双峰提取，因此在一些实施例中，仅使用一个中性物质通道。
此外，在此实施例中，提取开孔835可类似于图2所示中性物质通道。因此，提取开孔835用作供中性物质以第二选择提取角度离开的通路。在此实施例中，也可采用图1所示阻挡器37及提取开孔35。换句话说，可在等离子体室30内设置有两个阻挡器。阻挡器37用于对等离子体鞘进行操纵以有利于以第二选择提取角度经由提取开孔35提取带电离子。阻挡器837用于提供使反应性中性粒子穿过提取开孔835的通路以使得这些中性粒子以第二选择提取角度被提取。此外，由于阻挡器837及提取开孔835能够对反应性中性粒子进行双峰提取，因此在一些实施例中，仅使用一个中性物质通道。
[0067] 图1、图2以及图5A-C说明使用设置在提取板31中的中性物质通道100。这些中性物质通道100用于在所期望的路径中引导反应性中性粒子。然而，中性物质通道也可设置在其他位置。图9示出提取板931及阻挡器937。如图2所示，带电离子以带状离子束60形式经由提取开孔935离开。然而，在此实施例中，中性物质通道900设置在阻挡器937中。与前面的实施例相似，中性物质通道900的几何构造用于确定反应性中性粒子901从提取开孔935的提取角度。此外，如上所述，阻挡器937中的中性物质通道900还可包括抑制器，例如图3A-3C所示抑制器中的任一者。另外，还可对设置在阻挡器937中的中性物质通道900进行准直，如图4A-4C的实施例所示。
[0068] 以上公开内容及图阐述了其中从产生带电离子的同一等离子体室提取反应性中性粒子的实施例。然而，也可存在其他实施例。举例来说，图10示出另一实施例。在此实施例中，中性物质通道100与中性物质通路1010连通。这些中性物质通路1010可与一个或多个远程中性物质产生器1000连通。在某些实施例中，远程中性物质产生器1000可为等离子体产生器或其他合适的装置。反应性中性粒子然后沿中性物质通路1010被传送到中性物质通道100，从而将反应性中性粒子射向工件90。换句话说，图10所示中性物质通道是与等离子体室30分开的。在其中使用长寿命反应性中性物质或亚稳态(metastable)反应性中性物质的实施例中，此实施例可为有利的。举例来说，氟原子可利用这种机制被递送到中性物质通道
100。此外，尽管图10被示出为图2的修改形式，然而应理解，远程中性物质产生器1000可与其他图所示构造中的任一者一起使用。
100。此外，尽管图10被示出为图2的修改形式，然而应理解，远程中性物质产生器1000可与其他图所示构造中的任一者一起使用。
[0069] 所公开的设备具有诸多可能的应用。在一个具体应用中，所述设备用于执行定向反应性离子蚀刻(DRIE)。在这种应用中，带电离子及反应性中性粒子两者均以所选择提取角度朝工件递送。这些所选择提取角度能够对材料、尤其是设置在沟槽中的材料进行蚀刻。图7A示出将被蚀刻的工件700。工件700具有多个沟槽710，每一沟槽均具有侧壁711及底部
712。工件可为任何合适的材料，包括但不限于结晶硅、非晶硅、多晶硅及二氧化硅。每一沟槽710的侧壁711可涂布有一个或多个膜，所述一个或多个膜可为介电质713(例如，二氧化硅、氮化硅、二氧化铪等)。工件700的表面还可由衬垫714(例如(举例来说)钴、钨、铝、铜、或氮化钛)来共形地覆盖。在某些实施例中，移除顶表面上的衬垫714并在侧壁711上到达特定深度可为有利的。
712。工件可为任何合适的材料，包括但不限于结晶硅、非晶硅、多晶硅及二氧化硅。每一沟槽710的侧壁711可涂布有一个或多个膜，所述一个或多个膜可为介电质713(例如，二氧化硅、氮化硅、二氧化铪等)。工件700的表面还可由衬垫714(例如(举例来说)钴、钨、铝、铜、或氮化钛)来共形地覆盖。在某些实施例中，移除顶表面上的衬垫714并在侧壁711上到达特定深度可为有利的。
[0070] 在一些实施例中，衬垫714的移除是通过使用带电离子及反应性中性粒子两者撞击工件700来实现。在某些实施例中，可使用卤素系原料气(例如(举例来说)Cl2、CF4、CHF3、CH3F、C2F6、Br2、BBr3、HBr或I2)来形成带电离子及反应性中性粒子。在其他实施例中，可使用包含O2、H2、或NH3的原料气来形成带电离子及反应性中性粒子。在操作中，将原料气(其可为以上所列物质中的一种或多种)引入到等离子体室30中。由射频电源27对天线20施加射频功率。形成等离子体，所述等离子体包含带电离子(例如Cl+)以及反应性中性粒子(例如Cl)。
[0071] 在一个非限制性实例中，每一沟槽710可为100nm深，且将仅移除衬垫714的顶部的20nm。另外，将从顶表面715移除衬垫714。为了从侧壁711移除衬垫714的一部分，带电离子及反应性中性粒子以φ1的角度撞击工件700，如图7A所示。如果这些离子及反应性中性粒子撞击工件的角度大于φ1，则侧壁711上的衬垫714将不会被蚀刻到恰当程度。越大的角度(即，越水平)将蚀刻侧壁711的越少的部分，因为相邻沟槽的顶表面715将阻挡离子及反应性中性粒子撞击侧壁711。
[0072] 图7A-7B示出在加工期间的工件700。在这些图中，工件700相对于工件加工设备10向左移动。因此，图中左侧上的沟槽710已被蚀刻，而图中右侧上的沟槽710仍被衬垫714覆盖。
[0073] 图7A示出用于从侧壁711蚀刻衬垫714的恰当量的角度φ1。这一角度是节距(即，相邻沟槽之间的距离)、沟槽的长宽比、及将被移除的衬垫714的量的函数。图7A中所用的角度φ1相对大。图7B示出所具有的沟槽710被定位成比图7A所示沟槽彼此紧密得多的工件700。因此，用于从侧壁711蚀刻衬垫714的恰当量的角度φ2比φ1小得多。本文所公开的设备能够通过使用中性物质通道来形成反应性中性粒子的这一所期望的角度。
[0074] 本申请中的上述实施例可具有诸多优点。第一，定向反应性离子蚀刻可在带电离子与反应性中性粒子两者接触将被充电的表面时更为有效及高效。可通过使用中性物质通道以利用传统技术可能无法实现的方式来精确地控制反应性中性粒子的提取角度。这种精确的提取角度控制能够对密集的特征进行蚀刻。实际上，在某些实施例中，可因能够将反应性中性粒子精确地射向所期望的位置而使对沟槽的侧壁进行蚀刻的时间减少一个数量级或多于一个数量级。
[0075] 本发明的范围不受本文所述的具体实施例限制。实际上，通过阅读以上说明及附图，除本文所述实施例及润饰外，本发明的其他各种实施例及对本发明的各种润饰也将对所属领域中的普通技术人员来说显而易见。因此，这些其他实施例及润饰都旨在落于本发明的范围内。此外，尽管本文中已出于特定目的而在特定环境中的特定实作方式的上下文中阐述了本发明，然而所属领域中的普通技术人员将认识到，本发明的适用性并不仅限于此且本发明可出于任意数目的目的而在任意数目的环境中有利地实作。因此，以上提出的权利要求应虑及本文所阐述的本发明的全部广度及精神来加以解释。
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