用于使用中性原子束进行工件处理的系统和方法

摘要

提供了等离子体处理系统和方法。在一个实例中，系统包括具有工件支撑件的处理腔室。工件配置成用于支撑工件。系统包括等离子体源，其配置成在等离子体腔室中由工艺气体感应出等离子体以产生一种或多种负离子。系统包括一个栅格结构，其配置成用于将一种或多种负离子朝向工件加速。栅格结构可包括第一栅板、第二栅板以及位于第一栅板与第二栅板之间以减少通过第一栅板加速的电子的一个或多个磁性元件。系统可以包括设置在栅格结构下游的中和器单元，中和器单元配置成从负离子的一种或多种物质的离子中分离出额外的电子以产生用于处理工件的高能中性物质。

说明书

技术领域

本公开一般涉及等离子体处理系统和方法。

背景技术

等离子体处理广泛用于半导体工业中，用于工件(例如，半导体晶片)和其它基材的沉积、刻蚀、光阻去除和相关处理。等离子体源(例如，微波、ECR、感应源等)可用于等离子体处理以产生用于处理工件的高密度等离子体和活性物质。

使用等离子体的一种类型的工艺是原子层刻蚀。原子层刻蚀是用于以非常精细的精度执行用于半导体装置制造的临界刻蚀的技术。可以在薄层上执行原子层刻蚀，同时试图避免不适当的次表面损坏或不期望的修改。可执行原子层刻蚀以刻蚀覆盖另一关键层的非常薄的层。还可在刻蚀工艺结束时采用原子层刻蚀，以去除先前刻蚀而不损坏底层结构的少量剩余层。在刻蚀工艺期间，主要目标可以是各向异性地刻蚀深特征(例如，接触孔、深通路、深沟槽或其它高度三维特征等)，且没有反应离子刻蚀(RIE)滞后，该反应离子刻蚀滞后是通常由在被刻蚀的特征的底部处的充电引起的效应。

发明内容

本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中获悉，或者可以通过实施例的实践获悉。

本公开的一个示例性方面涉及等离子体处理系统。系统包括具有工件支撑件的处理腔室。工件配置成用于支撑工件。系统包括等离子体源，其配置成在等离子体腔室中由工艺气体诱导出等离子体以产生一种或多种负离子。系统包括一个栅格结构，其配置成用于将一种或多种负离子朝向工件加速。栅格结构可包括第一栅板、第二栅板以及位于第一栅板与第二栅板之间以减少通过第一栅板加速的电子的一个或多个磁性元件。系统可以包括设置在栅格结构下游的中和器单元，中和器单元配置成从一种或多种负离子的离子中分离出额外的电子以产生用于处理工件的一种或多种高能中性物质。

本发明的其它示例性方面针对用于处理工件(例如半导体基材，例如半导体晶片)的系统、方法和装置。

参考以下描述和所附权利要求书将更好地理解各种实施例的这些和其它特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释相关原理。

附图说明

在参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：

图1描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性等离子体腔室；

图2描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性栅格结构；

图3描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性中和器单元；

图4描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性处理腔室；

图5描绘了根据本公开的示例性实施例的用于在等离子体处理系统中处理工件的工艺的流程图；

图6描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性中和器单元；和

图7描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性中和器单元。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，其一个或多个实例在附图中示出。提供每个实例是为了解释实施例，而不是对本公开的限制。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本发明的各方面旨在涵盖这些修改和变化。

本公开的示例方面涉及用于表面处理和刻蚀的等离子体处理系统和方法，包括在诸如半导体工件、光电工件、平板显示器或其它合适的工件的工件上原子层刻蚀和各向异性地刻蚀深特征。在一些实施例中，系统和方法可以提供深特征的刻蚀而没有反应离子刻蚀(RIE)滞后。工件材料可包括例如硅、硅锗、玻璃、塑料或其它合适的材料。在一些实施例中，工件可以是半导体晶片。

刻蚀系统可使用高能离子轰击来图案化深的各向异性特征。一些刻蚀系统可增加离子能量以提供各向异性，依赖晶片导电性以避免充电。其它这样的系统可以使用脉冲等离子体(例如，频率大于约1千赫(kHz)的脉冲等离子体)，使得可以存在避免离子偏转的深特征的带正电荷的底部的低能量电子中和。一些脉冲等离子体刻蚀系统可以使用与正离子交替的负离子，因为当源功率关闭时，电子快速附着到例如卤素原子以形成负离子。

存在几种类型的中性原子束刻蚀系统，其使用被加速到适当能量的负离子进行刻蚀。这些中性原子束刻蚀系统可以通过与气体分子碰撞或通过与细长提取孔的侧面碰撞来去除每个负离子的额外电子以形成高能中性原子。在这两种方法中，由于负离子碰撞中的角散射，所得到的中性原子具有增加的发散角。

在刻蚀系统中，高偏置RIE系统经常引起离子损坏，离子损坏可以引起对工件上的敏感结构的电损坏，并且可以引起工件的特征的边缘处的面元。使用交替的正和负离子轰击的刻蚀反应器可能遭受这样的事实，即，对于工件的正离子和负离子通量的发散度和电流密度是不同的，使得在工件上继续存在高纵横比特征的净充电。一些中性原子束刻蚀系统可具有实质的束发散，因为离子以小入射角碰撞孔径的表面且中性物质以显著范围的角度离开提取孔径表面。这种发散问题限制了对深特征的刻蚀速率和侧壁轮廓的控制。

根据本公开的示例性方面，用于刻蚀的等离子体处理系统和方法可以克服上述发散问题。

例如，本公开的示例性实施例可以包括对于H-、Cl-或F-离子具有高提取离子电流密度的离子源，离子源具有加速栅格结构，加速栅格结构在负离子提取期间抑制电子加速。本公开的一些示例性实施例可以在加速、避免、减少或最小化动量传递碰撞之后提供从负离子的高效电子剥离(也称为中和)，并且由此维持高能中性物质的非常低的束发散度。这可提供具有极佳控制的刻蚀工艺，例如用于以几乎恒定且可控的速率各向异性地刻蚀具有几乎直侧壁的非常深的特征，从而避免或减少“RIE滞后”。在一些实施例中，本公开的示例性实施例可提供工件表面上的三维结构的表面处理，其中中性物质以一定角度范围入射，使得工件的所有表面可被充分曝露和制备。

本公开的示例性方面具有许多技术效果和益处。在一些实施例中，可以应用本公开的示例性实施例以例如小于约3纳米(nm)至约7nm的技术对装置进行图案化，执行具有可接受的侧壁轮廓控制的各向异性刻蚀，减少溅射和掩模腐蚀。本发明的示例性实施例的应用可包含，但不限于刻蚀深垂直特征(例如，孔和沟槽两者)，维持垂直侧壁和恒定刻蚀速率以在较短得工艺时间内实现所需深度。本公开的一些示例性实施例可以提供对具有三维表面结构(如Tri-Gates)或具有优越工艺特性的其他结构的工件的表面处理。在一些实施例中，本发明的示例性实施例可提供用于逻辑装置和存储器装置两者的先进微制造工艺的先进反应性离子刻蚀系统。

根据本公开的示例性方面，等离子体处理系统可以包括等离子体源，其配置成在等离子体腔室中由工艺气体诱导出等离子体以产生一种或多种负离子。在一些实施例中，等离子体腔室可以在第一侧上由第一真空壁界定，并且在第二侧(例如，第二相对侧)上由不是真空壁的离子提取结构界定。等离子体腔室可以是包含至少两个邻接体积(例如第一体积和第二体积)的真空室。在每个体积内可以维持等离子体。组合的等离子体体积可以包含在等离子体腔室中。

在一些实施例中，等离子体腔室的第一体积可以与第一侧相邻并且在第一侧上由第一真空壁界定与第二侧相邻并且在第二侧上由第二体积界定。可以通过至少一个天线将电磁能发送到主要在第一体积中的等离子体中。可以向等离子体腔室的内部提供气体。由射频(RF)发生器向与第一体积相邻或在第一体积内的天线(例如，等离子体源)提供的电功率可以引起发生电离并且在第一体积中维持等离子体。第一体积可以通过第二体积与等离子体腔室的第二侧分开，第二体积含有第二等离子体，在第二等离子体内电离速率发生减小(例如，小于第一体积中的速率的约10％，例如小于约1％)。在一些实施例中，等离子体腔室的第二侧可以包括不是真空壁的导电壁，具有用于离子提取的多个孔径。

在一些实施例中，第一组永磁体可以安装在等离子体腔室外部。在一些实施例中，第一组永磁体可以邻近等离子体腔室的外壁中的至少一个，第一体积在外壁中。

在一些实施例中，含有等离子体的第二体积可以与第一体积相邻。负离子的密度在第二体积中可以基本上更高，而正离子形成可以主要在第一体积中发生。包含等离子体的第二体积可以位于等离子体腔室的第二侧附近。由于较低能量的电子与可以处于振动激发态的气体分子的碰撞以及比第一体积低的高能量电子密度，负离子在第二体积中可以更致密。这种分子可能已经在第一体积中通过高能电子碰撞而进入振动激发态。

在一些实施例中，可在第一体积与第二体积之间插入第二组磁体(也称为磁性过滤器)，从而使离子化等离子体与较高负离子密度等离子体分离。在一些实施例中，磁性过滤器可以包括封装在多个金属管中的每一个中的多个磁体。在每个管内，磁体可与N/S磁极对准，N/S磁极大致垂直于沿着管的长度的方向(例如，在大约15度或更小的垂线内)。在一些实施例中，磁体可以小于第一组中的那些，以配合在具有小于约2cm，例如小于约1.5cm的直径的管内。保持磁体的管可以在垂直于(例如，以大约5度或更小的垂直)从第一侧到第二侧的方向上彼此平行地(例如，以大约5度或更小的平行)对准，横穿等离子体腔室。含有磁体的相邻管可以由间隙隔开，间隙可以在大约2厘米(cm)和大约10cm之间，例如在大约4cm和7cm之间。因此，包含等离子体的第二体积可位于包含永磁体的管阵列与第二侧之间。第二组永磁体可以用作对由第一体积中的等离子体源产生的高能电子的屏障。磁屏障可将高能电子基本上限制在第一体积内。

磁屏障可以保护第二体积内的形成区域内的负离子免受来自第一体积内的电离区域的高能电子的影响，并且通过碰撞分离来破坏负离子。提供具有磁体的管阵列可以引起第二体积的负离子形成区域中的平均电子能量或电子温度比第一体积的电离区域中的平均电子能量或电子温度低得多。平均能量应小于大约2eV，例如大约1eV，即使当第一区域中的平均电子能量在大约3eV和大约10eV之间时。

在一些实施例中，可以将工艺气体注入第一体积中的等离子体中，或注入第二体积中的等离子体中，或两者。这样的工艺气体可以包括氢、氯或氟或其化合物，例如氟化氢(HF)、三氟化氮(NF

在一些实施例中，等离子体源可以是静电屏蔽的，感应耦合的等离子体源(ESICP)。在等离子体源中，邻近第一体积的等离子体腔室的至少一个壁可以由介电材料制成。感应天线可以被定位成接近于邻近第一体积的至少一个电介质壁。

在一些实施例中，天线可以连接到RF功率源以通过等离子体源体积中的电离维持等离子体。电接地的，开槽的法拉第屏蔽可以位于天线和等离子体腔室的至少一个电介质壁(例如，在一些实施例中，可以是第一壁)之间。等离子体源的第一体积可以在朝向第二侧的方向上由第二组永磁体界定，第二组永磁体为来自第一体积的高能电子提供磁屏障。

在一些实施例中，将用于电离的RF功率输送到等离子体中的天线可由源的体积内的一个或多个由电介质外壳覆盖的环组成。在一些实施例中，可以在天线和电介质外壳之间插入静电或法拉第屏蔽。屏蔽可以是电接地的并且可以由金属或其他导电材料(例如硅或碳，或其他合适的材料)的板或层组成。

根据本公开的示例性方面，等离子体处理系统可以包括栅格结构，栅格结构作为与第二体积而不是第一体积相邻的等离子体腔室的第二侧的部分或全部，并且被配置成朝向工件加速一种或多种负离子。栅格结构可包括第一栅板、第二栅板以及位于第一栅板附近以减少通过第一栅板加速的电子的一个或多个磁性元件。

在一些实施例中，为了加速负离子的目的，在第二体积中产生的离子可以扩散或流动到位于等离子体腔室的第二侧的栅格结构。栅格结构可以包括多个栅板，这些栅板连接至DC电源并且被配置成引起来自第二体积的负离子的加速。

在一些实施例中，第一栅板(或导电壁)可以在等离子体腔室的第二侧处形成等离子体边界。第一栅板或导电壁不是真空壁，而是可以具有多个孔径，这些孔径是圆形孔或细长孔或长槽(长度大于宽度的至少两倍)，已经从第二体积中的等离子体提取的离子然后被加速穿过这些孔径。

在一些实施例中，第一栅板可以电连接到等离子体腔室的导电部分(例如，金属)，并且可以保持在与等离子体腔室的导电部分相同的电势。在一些实施例中，电势可以不同于接地参考电势。在一些实施例中，等离子体腔室上的电势相对于具有在约-1千伏和约-20伏之间的电势的接地可以是负的。

在一些实施例中，第二栅板可以包括加速结构。第二栅板可以与第一栅板具有大致相同的尺寸。第二栅板可以被定位成邻近第一栅板并且可以在远离第二体积的方向上以小于第二栅板的厚度(例如，小于约2厘米)的距离与第一栅板间隔开。

在一些实施例中，第二栅板可以耦合到相对于第一栅板的正电势。第一栅板相对于地面可以是负的或正的。在一些实施例中，第二栅格相对于地面可以是略微正的，以防止来自下游等离子体的正离子加速回到源中。第二栅板上的正电势能够在第一栅板和第二栅板之间建立提取和加速负离子的电场。在一些实施例中，直流电源可以连接等离子体腔室的第一栅板或导电部分。单独的直流电源可以连接到第二栅板。直流电源可维持第二栅板上相对于第一栅板为正，相对于地面参考电势为负的电压。

在一些实施例中，第二栅板可以包括与第一栅板的第一多个孔径对准的多个孔径，使得穿过第一栅板的第一多个孔径的一种或多种负离子穿过第二多个孔径的相应孔径。多个孔径可以是提取槽或提取孔。在一些实施例中，第二栅板的多个孔径可以具有与第一栅板的多个孔径相同的形状。在一些实施例中，第二栅板的多个孔径可以在垂直于(例如，以约15度或更小的垂直于)第一栅板的方向上与第一栅板的对应孔径对准。

在一些实施例中，一个或多个磁性元件可以是邻近第一栅板(或第二栅板)定位的永磁体，以防止来自第二体积内的等离子体的电子通过第一栅板中的孔径加速。

在一些实施例中，磁性元件可以在形状上沿着垂直于(例如，约5度或更小之内的垂直于)其磁化方向的方向伸长，并且安装成使得长度尺寸垂直于(例如，以约5度或更小的垂直于)离子提取和/或离子加速的方向。

在一些实施例中，一个或多个磁性元件的长度大于第一栅板的多个孔径中的一个的长度。例如，磁性元件沿其长度方向的长度可以大于孔径(例如，槽、孔)的长度或大于第一栅板和/或第二栅板中的相邻孔径的中心到中心的间距。如果磁性元件端对端定位使得它们的磁场对准，则磁性元件可以更短。

在一些实施例中，在一个或多个磁性元件的一个或多个磁极面处的磁场强度为大约1千高斯或更小的量级。这些磁性元件可以包括铁磁性材料，铁磁性材料具有中等导磁率(μ)，不大于自由空间的导磁率(μ

在一些实施例中，这些磁体可以被对准，如安装在第一栅板或第二栅板上或附近，或在这两个板之间，这样使得磁体的磁场方向在其中心对称平面处可以垂直于(例如，以大约5度或更小的垂直)孔径中心处的离子提取方向，并且平行于(例如，以大约5度或更小的平行)第一或第二栅板的平面。因此，磁场可以使从负离子形成的等离子体提取的电子基本上在轨道运动中被延迟，并且不会随着负离子通过栅格结构而加速。

在一些实施例中，磁体可被安装成使得超过约100高斯的磁场不延伸到负离子形成的等离子体的体积中超过约20mm。在没有孔的栅格的后面区域，可以保护磁体免受离子冲击。在一些实施例中，磁体可以安装在栅格或其它冷却结构上，使得当等离子体热流到第一栅板时或当离子/中性物质加热第二栅板时，磁体不会加热。由此可以保护磁体不达到影响其磁化的温度。

在一些实施例中，等离子体处理系统可以进一步包括第三栅板，第三栅板可以在远离第一和第二体积的方向上定位在第二栅板之外。在一些实施例中，第三栅板可以由处于或非常接近地电势的DC电源维持。在一些实施例中，第三栅板可以包括孔径(例如，孔或槽)，这些孔径的形状和位置与第二栅板中的孔径的形状和位置大致相同，使得穿过第二栅板的离子可以穿过第三栅板和后续栅板中的孔径(如果使用的话)。第三栅板和随后的栅板的目的可以是抑制粒子从超过最后栅格的体积通过最后栅格中的孔径返回通过随后的栅格中的孔径以及可能通过第一栅板进入等离子体区域而被加速。在一些实施例中，第三栅格保持在相对于地略微为负的电势。这有助于降低来自中和器区域的电子的反向加速。在一些实施例中，永磁体可以定位在第二栅格和第三栅格之间并且对准，使得在第一和第二栅板中的孔径处的这些永磁体的磁场与第一栅板和第二栅板的表面大致平行(在10度内)。这用于抑制通过栅格孔径从第二体积提取和加速电子。在一些实施例中，第二栅格相对于第三栅格的电势略微为正，使得中和器体积中的离子也不会沿相反方向加速进入等离子体源。以这种方式，无论通过磁场或设置栅板电势或这两者，都可以减小来自中和器区域的粒子的反向加速。在一些实施例中，上述磁体还可以具有抑制电子加速从下游区域例如中和器单元“向后”进入栅格结构或等离子体源的效果。

根据本公开的示例性方面，等离子体处理系统可以包括设置在栅格结构下游的中和器单元，其配置成中和一种或多种类型的负离子以产生用于处理工件的一种或多种类型的中性物质。在一些实施例中，等离子体腔室可以相对于中和器单元旋转，使得从第三栅格出来的离子的方向可以在与被处理工件上的垂线平行的大约一度内。此外，在一些实施例中，这种旋转能力可用于使一种或多种中性物质能够以相对于在被处理工件上构造的垂线的一个或多个入射角来处理工件。

在一些实施例中，中和器单元可以具有在约10厘米至约100厘米的范围内的深度(例如，沿着束穿过中和器单元的行进方向的尺寸)，并且在一些实施例中在约20厘米至约50厘米之间。负离子从栅格结构出现后，离子穿过中和器单元。在一些实施例中，中和器单元包括来自辐射源的强电磁辐射，辐射源可以引起负离子上的额外电子与离子分离。在一些实施例中，辐射源可以包括一个或多个激光器以及在辐射源的光谱带中具有非常高的反射率(例如，大于约95％)的反射镜。例如，辐射源可以是具有适合于将电子与特定类型的负离子光分离的波长的激光器，特定类型的负离子已经在栅格结构中被加速并且穿过该区域。这样的辐射可以提供有效的中和，因为辐射反复地穿过中和器单元的体积，从界定中和区域的反射镜反射多次，并且有效地被捕获在中和器单元内。这使得每个光子被用于分离电子的可能性高许多倍。

在一些实施例中，中和器单元可含有等离子体，其中气体压力小于或约3帕斯卡(约23毫托)，并且在一些实施例中小于约1帕斯卡(7.6毫托)。在一些实施例中，等离子体可以具有大于约3eV的电子温度和大于10

在一些实施例中，中和器单元可位于第三或最后栅板附近，使得离开栅格结构的阴离子穿过中和器单元内的内部体积。中和器单元可以包括定位在中和器单元的侧面上的多个反射镜，中和器单元与从最终栅板中的这些孔径出现的负离子子光束分开，以使来自任何一个孔径的离子或快速中性原子都不会撞击该反射镜。因此，来自最终栅板的负离子穿过强辐射穿过的区域，强辐射具有在期望波长带中的能量集中。这样的带可以包括任何波长，使得光子的能量足以分离束中的负离子物质之一的多余电子。这些反射镜可以被定位成具有面向这些负离子的高反射表面并且是这样的材料，使得它们以高效率(例如大于约99％)反射所希望的辐射波长。在纯光分离中和器的情况下，在中和器单元中可以存在相对低密度的等离子体，典型地在等离子体中应存在足够密度的正离子，使得负离子束的空间电荷应被等离子体中的正离子完全补偿。在一些实施例中，这种正离子密度可以是10

在一些实施例中，中和器单元可操作以具有在所需波长带中的高强度辐射，使得具有足够能量以在负离子穿过中和器单元时分离电子的光子撞击几乎所有负离子。小于约1,000纳米的光波长可具有足够的能量以将电子与H-离子分离，且小于约250nm的波长可足以将电子与F-和Cl-离子分离。这样，多余的电子可以与大部分的负离子分离，使得进入中和器单元的大部分负离子可以作为具有与进入中和器单元的负离子几乎相同的动能的中性原子出现，并且一旦多余的电子与负离子分离，中性原子就不能偏转或散射。此外，由于电子的质量比离子的质量小很多，所以在分离工艺中负离子的散射最小。以这种方式，来自光中和的快速中性原子束(例如，H、F或Cl)可以是有效的单能的并且几乎单向的，其中所包括的中性物质中非常少的中性物质具有偏离束的平均方向的运动方向。可以提供接近单能量中性原子的高度定向和均匀的通量以照射工件并在工件表面上进行处理。在一些实施例中，束可用于刻蚀工件，使得工件表面的暴露区域可具有从工件表面移除的材料的至少一个原子单层。

在一些实施例中，辐射源可以是在以上两个波长范围中有效地产生电磁(EM)辐射的固态激光器。这样的激光器可以有效地产生足够的强度，以为所有上述类型的离子提供从能量低于1keV的负离子的电子分离的高可能性，因为离子在中和器区域中花费足够的时间用于光子以完全中和束中的离子群。

根据本公开的示例性方面，等离子体处理系统可以包括具有工件支撑件的处理腔室。工件支撑件可以配置成用于支撑工件。在一些实施例中，工件支撑件可以为工件提供物理支撑，以保持其位置，并在高能中性原子从中和器单元中出现之后允许高能中性原子相对于撞击束的表面取向的一些变化。在一些实施例中，处理腔室可以包括万向节或轴承，万向节或轴承可以倾斜和旋转工件支撑件，使得可以在整个工件上实现期望的束入射角。

在一些实施例中，处理腔室的直径可大于约300毫米(mm)，例如大于约350mm，且工件支撑件的直径可为至少约300mm。在一些实施例中，处理腔室可以具有通过导管连接到真空泵的端口，以保持处理腔室中适当低的气体压力。在一些实施例中，工件可由直径约300mm的结晶硅制成。然而，在一些实施例中，可以考虑其他直径(例如，200mm、450mm等)。气体源可以包括通过栅格结构来自等离子体源然后经过中和器区域的气体和来自工件表面的气态物质，以及用于中和器的其它气体源或注入到工件处理体积中的气体——潜在地用于净化或稀释从工件放出的气体。

在一些实施例中，将惰性气体或其它处理气体供应到处理腔室中。在一些实施例中，这样的惰性气体可以包括氦气或氩气。在一些实施例中，气体可以是载气，例如氮气。气体中的一些(不论是氮气、氦气还是氩气)将扩散回到这些等离子体腔室中并且分子气体可以影响第一体积或第二体积中的气相化学。在一些实施例中，提供给工件处理或中和器室的气体可以是氢气或含氟或含氯气体，例如氟化氢(HF)、三氟化氮(NF

在一些实施例中，用于提供离子的等离子体源可以是使用电子回旋共振(ECR)加热等离子体电子的微波源。这种类型的等离子体源可以是高效的，并且可以产生分子气态物质的电离和激发。在一些实施例中，ECR源中的磁场轴线的取向可以垂直(例如，在一些实施例中，以大约5度或更小的垂直)于从第一壁到栅格结构的方向。在这种配置中，在大约2.45GHz的微波频率下产生电子谐振条件的磁场可以是谐振区域中大约875高斯的磁场。强磁场将约束高能电子并防止这些电子快速扩散到栅格结构附近的体积，从而允许与栅格结构相邻的负离子形成区域具有降低的电子温度，从而导致高的负离子密度。在一些实施例中，磁场可用于在电离体积中共振产生等离子体，以将等离子体腔室分割成电离体积和负离子形成区域，而不需要磁约束棒。

在一些实施例中，ECR源可以使用两个大螺线管，这两个大螺线管定位在圆柱形等离子体腔室的任一侧上，彼此相距一定距离。这种配置也称为亥姆霍兹(Helmholtz)配置，其产生具有与等离子体腔室的对称轴垂直(例如，以大约15度或更小的垂直)的对称轴的螺线管磁场。共振场条件可以是在磁场的对称轴附近的这些螺线管之间的中点处或附近。在这种配置中，微波可以沿着等离子体腔室的轴线从后面通过介电窗口馈送到等离子体腔室中。这种配置可以包括等离子体中的电子被加热的区域与负离子形成发生的位置之间的实质距离。

在一些实施例中，在一组电磁体的轴线上的磁场可以在大致垂直(例如，以大约5度或更小的垂直)于提取栅板(例如，第一栅板)的表面处提取负离子的方向的方向上，使得磁场可以抑制通过栅板的电子的加速，同时允许负离子为几乎无偏转地加速。在一些实施例中，在第一栅板中的提取孔径处的磁场强度可以在约20高斯和约1000高斯之间，例如在100高斯和500高斯之间。

可以对本公开的这些示例性实施例进行变化和修改。如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“和”以及“所述”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。使用“第一”、“第二”、“第三”和“第四”作为标识符并针对处理顺序。出于说明和论述的目的，可参考“基材”、“晶片”或“工件”来讨论实例方面。使用本文提供的公开内容的所属领域的技术人员将理解，本发明的实例方面可与任何合适的工件一起使用。术语“约”与数值结合使用是指在数值的20％内。术语“大致垂直”的使用是指在大约15度内的垂直。术语“大致平行”的使用是指在大约15度内的平行。

现在将参考附图更详细地讨论本公开的示例性实施例。图1描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理系统中的示例性等离子体腔室100。如图1所示，等离子体腔室100在第一侧110上由第一真空壁界定，在第二侧115上由不是真空壁的栅格结构(如图2所示)界定。等离子体腔室100包含主要发生电离的第一体积120和主要发生负离子形成的第二体积125。等离子体腔室100的第一体积120可以与第一侧110相邻并且在第一侧110上由第一真空壁界定，并与第二侧115相邻并且在第二侧115上由第二体积125界定。第一体积120包括离子化等离子体(未图示)，且第二体积125包括含有负离子的等离子体(未图示)。

在一些实施例中，第一组磁体130可以邻近等离子体腔室100的外壁中的至少一个，第一体积120在外壁中。例如，第一组磁体130可以邻近第一侧110、第一侧壁135和第二侧壁140。在一些实施例中，第一组磁体130可以是永磁体。例如，第一组磁体130可以形成形状与等离子体腔室100基本相似的一组磁环。在一些实施例中，第一组磁体130可以配置成排，各排具有交变极性。

在一些实施例中，可在第一体积120与第二体积125之间插入第二组磁体(也称为磁性过滤器)145，且由此将离子化等离子体与负离子等离子体分离，使得第一体积120的离子化区域中的平均电子能量或电子温度比第二体积中的大得多。在一些实施例中，第一体积中的电子温度可以是第二体积中的电子温度的两倍以上。在一些实施例中，第二组磁体145可以是永磁体。在一些实施例中，第二组磁体145中的每一个可以容纳在管150(例如金属管，水冷棒等)中。在一些实施例中，磁性过滤器145可以包括封装在多个金属管150中的每一个中的呈线性布置的多个磁体145。在一些实施例中，每个管150内的磁体145可以与沿着管150的长度的方向大致垂直(例如，约15度或更小之内的垂直)的N/S磁极对准。在一些实施例中，第二组磁体145中的每一个可以小于第一组磁体130中的每一个以装配在管150内，例如装配在具有小于约0.5英寸的直径的管150中。

保持第二组磁体145的管150可以在垂直(例如，以大约15度或更小的垂直)于从第一侧110到第二侧115的方向的方向上彼此平行地(例如，以大约15度或更小的平行)对准，横穿等离子体腔室100。包含第二组磁体145的相邻管150可以由间隙隔开。在一些实施例中，间隙可以在约2厘米(cm)和约10cm之间。因此，包含等离子体的第二体积125可位于包含第二组磁体145的管阵列150与第二侧115之间。

第二组磁体145可以提供用作对由第一体积120中的等离子体源155产生的高能电子的势垒的磁场。磁势垒可以保护第二体积125免受来自第一体积120的高能电子的冲击，该高能电子可以通过碰撞分离破坏负离子。提供包含第二组磁体145的管阵列150可以导致第二体积125的负离子形成区域中的平均电子能量或电子温度比第一体积120的电离区域中的平均电子能量或电子温度低得多。在一些实施例中，第一体积中的电子温度可以大于第二致密的含负离子体积中的电子温度的两倍。磁性过滤器和所产生的电子温度差大大降低了负离子在第二体积中被电子碰撞破坏的速率，从而可以提取和加速更多的这种离子。在一些实施例中，负离子形成区域中的平均电子能量可小于约2eV，例如小于约1.5eV。在其中要提取氢离子的一些实施例中，第二体积中的平均电子能量可有利地小于约1.0eV。第一体积即正离子形成区域中的平均电子能量可以大于约2.5eV，例如大于约3eV。

在一些实施例中，用于等离子体源155的激发天线位于邻近第一体积120的至少一个电介质壁(例如，135和/或140)附近。法拉第(静电)屏蔽160可定位于激发天线155与至少一个介电真空壁(例如，135和/或140)之间。法拉第屏蔽160可以是电接地的并且可以由金属或其他导电材料(例如硅或碳，或其他合适的材料)的板或层组成。在一些实施例中，法拉第屏蔽160可以关于等离子体腔室100的对称的源轴线165对称地定位(例如，以大致15度或更小的平行内)。法拉第屏蔽160可以被开槽。例如，法拉第屏蔽160可以平行于对称的源轴线165被开槽。

图2描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性栅格结构200。栅格结构200可以被配置成用于将一种或多种类型的负离子加速朝向工件。在一些实施例中，栅格结构200包括第一栅板210、第二栅板215、第三栅板220以及位于第一栅板210和第二栅板之间以减少通过第一栅板210加速的电子的一组磁性元件225。在一些实施例中，这些磁体可以被定位成嵌入第一或第二栅板内。在一些实施例中，磁体可以位于第二和第三栅格之间。在一些实施例中，为了加速负离子的目的，在第二体积125中产生的离子可以扩散或流动到位于等离子体腔室100的第二侧115的栅格结构200。栅格结构200可以包括配置成引起来自第二体积125的负离子加速的多个栅板210、215、220。

第一栅板210在等离子体腔室100的第二侧115处形成等离子体边界，如图1所示。第一栅格格板210不是真空壁，而是具有多个孔径230。孔径230可以是圆孔，细长孔或长槽，已经从第二体积125中的负离子形成的等离子体提取的离子然后通过这些孔加速。

在一些实施例中，第一栅板210可以电连接到等离子体腔室100的导电部分(例如，金属)，并且可以保持在与等离子体腔室100的导电部分相同的电势。在一些实施例中，室的导电部分优选应与第一和第二体积中的等离子体接触。例如，等离子体腔室100的导电部分可以包括第一侧壁135和/或第二侧壁140。电势可以不同于接地参考电势。与第一栅板210相邻的第二体积125可以包含具有高密度负离子的等离子体。可以通过第一栅板210中的孔径230提取负离子并通过栅格结构200加速。

第二栅板215与第一栅板210尺寸大致相同。第二栅板215定位成邻近第一栅板210，并且在一些实施例中，在远离第二体积125的方向上以小于第二栅板215的厚度(例如，小于约2厘米)的距离与第一栅板210间隔开。

在一些实施例中，第二栅板215可以包括与第一栅板210的第一多个孔径230对准的第二多个孔径235，使得穿过第一栅板210的第一多个孔径230的一种或多种负离子穿过第二多个孔径235的相应孔径235。第二栅格格板215的孔径235可以是提取槽或提取孔。第二栅格格板215的孔径235具有与第一栅格格板210的孔径230大致相同的形状，并且在大致垂直(例如，以大约15度或更小的垂直)于第一栅格格板210的方向上与第一栅格格板210的相应孔径230对准。

在一些实施例中，第二栅板215可以耦合到相对于第一栅板210的正电势。正电势可以在第一栅板210和第二栅板215之间建立电场。电场可以从第二体积125中的等离子体提取负离子。在一些实施例中，直流电源可以连接到第二栅板215。直流电源可以维持第二栅板215上的电压，其相对于第一栅板210为正，并且在一些实施例中可以相对于接地参考电势为负。

该组磁性元件225位于第一栅板210和第二栅板之间，以防止来自第二体积125内的等离子体的电子通过第一栅板210中的孔径230加速。在一些实施例中，该组磁性元件225可以是永磁体。在一些实施例中，磁性元件225可以在形状上沿着垂直于(例如，以约15度或更小的垂直于)其磁化方向的方向伸长，并且安装成使得长度尺寸垂直于(例如，以约15度或更小的垂直于)离子提取和/或离子加速的方向。磁性元件的长度240大于第一栅板210的孔径的长度245。例如，磁性元件沿其长度方向的长度240可以大于孔径(例如，槽、孔)的长度245或大于第一栅板和/或第二栅板中的相邻孔径的中心到中心的间距。在一些实施例中，磁体可以嵌入第一或第二栅格中，使得狭缝的相对侧上的磁体之间的间隙可以最小化。此外，缝隙中的磁场将几乎平行于栅板的总规模表面，使得抑制电子加速将是最有效的。

在一些实施例中，磁性元件225的一个或多个磁极面处的磁场强度为大约1千高斯或更小的量级。该组磁性元件225可以包括铁磁性材料，铁磁性材料具有中等导磁率(μ)，不大于自由空间的导磁率(μ

在一些实施例中，该组磁性元件225可以在安装在第一栅板210或第二栅板215上，在第一栅板210或第二栅板215附近或在第一栅板210或第二栅板215之间时对准，或者嵌入在任一个栅板内，使得磁场的方向在孔径的中心可以垂直(例如，以大约10度或更小的垂直)于孔径230的中心处的离子提取方向，并且平行(例如，以大约15度或更小的平行)于第一栅板210和/或第二栅板215的平面。因此，磁场可以使得从负离子形成的等离子体中提取的电子基本上在轨道运动中被延迟，并且不会随着负离子加速通过栅格结构200，这可能导致对基材的损坏。

在一些实施例中，可安装该组磁性元件225，使得有效磁场(例如，大于约100高斯)不会延伸到负离子形成的等离子体的体积中超过约5厘米。在一些实施例中，有效磁场不延伸到负离子形成的等离子体的体积中超过约2厘米。该组磁性元件225可以在没有孔的栅格区域的后面被保护免受离子冲击。在一些实施例中，该组磁性元件225可以安装在一个栅格上或安装在其他冷却结构上，使得这些磁体在等离子体热流到第一栅板210时或在离子/中性物质加热第二栅板215时不加热。由此可以保护该组磁性元件225不达到影响其磁化的温度。在一些实施例中，该组磁性元件225还可以具有抑制电子加速从下游区域(例如图3的中和器单元300)“向后”进入图1的栅格结构200或等离子体腔室100的效果。

第三栅板220在远离第一体积120和第二体积125的方向上定位在第二栅板215之外。第三栅格格板220包括与第二栅格格板215中的第二多个孔径235形状大致相同且位置相同的孔径250(例如，孔或槽)，使得穿过第二栅格格板215的离子穿过第三栅格格板220中的孔径250。在一些实施例中，第三栅板220可以电接地或通过DC电源保持在地电势附近。在一些实施例中，如果第三栅板220相对于地电势负偏置适度的量(|V

图3描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性中和器单元300。中和器单元300可以配置成用于将电子与一种或多种类型的负离子分离以产生用于处理工件的一种或多种类型的中性物质。中和器单元300可设置在图2的栅格结构200的下游。在一些实施例中，中和器单元300可以具有在约10厘米至约100厘米的范围内的深度(例如，沿着束穿过中和器单元300的行进方向的尺寸)，并且例如在约20厘米至约50厘米之间。

在一些实施例中，包括第一、第二和第三栅格的等离子体腔室100可以绕平行于第三栅格表面的轴线旋转，其是第三栅格的直径，并且可以垂直于狭缝孔径的长度方向。这使得源相对于中和器单元300旋转，使得一种或多种中性物质平行于中和器的轴线穿过中和器，使得它们可以以垂直入射角以及以小的偏离垂直入射角(小于或约15°)碰撞工件。

中和器单元可以包括来自一个或多个辐射源310的强电磁(EM)辐射，该辐射具有在一个或多个频带中的波长，一个或多个频带可以将额外的电子与负离子分离。在一些实施例中，一个或多个辐射源310可以包括一个或多个激光器，或具有强EM辐射产生的一个或多个等离子体放电，或此类辐射的任何有效的高强度源。EM辐射应当照射负离子通过的中和器体积的部分，并且未被吸收的辐射应当优选地被反射镜反射回通过由负离子束穿透的体积。例如，一个或多个辐射源310可以是波长适合于将电子与在诸如图2的栅格结构200的栅格结构中被加速的特定类型的负离子光分离的激光器。这种辐射可以提供有效的中和，因为由于圆周反射镜320，辐射可以反复地穿过中和器单元300的体积，被多次反射并部分地捕获在中和器单元300内。中和器单元300被定位成邻近第三栅板220并且使得离开栅格结构200的负离子穿过中和器单元300。

中和器单元300包括定位在中和器单元300的周边上的反射镜320，其与从第三栅板220中的孔径250射出的负离子子光束分离，使得来自任何孔径250的未散射离子和快速中性原子都不会撞击反射镜320。反射镜320被定位为在其从第三栅格出射之后具有面向负离子束的高反射表面，并且具有这样的材料，使得它们以高效率(例如，大于约99％的效率)反射期望波长的辐射。因此，来自第三栅板220的负离子穿过被强辐射重复穿过的中和器区域。在一些实施例中，中和器单元300可操作以具有在所需波长带中的高强度辐射，使得具有足够能量以在负离子穿过中和器单元300时分离电子的这种带中的光子撞击几乎所有负离子。在所希望的一个或多个波长带中的辐射，其中光子具有足够大(大于10

图4描绘了根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中的示例性处理腔室400。工件支撑件410为工件(未示出)提供物理支撑，以保持其位置，并在高能中性原子从中和器单元300射出之后，允许相对于高能中性原子的撞击束的表面取向的一些变化。例如，处理腔室400可以包括使工件支撑件410倾斜和旋转的万向节或轴承430，使得可以在整个工件上实现期望的束入射角。处理腔室400具有通过导管连接到真空泵420的端口，以在处理腔室400中保持合适的气体压力，例如合适的低气体压力。在一些实施例中，工件支撑件可以进一步允许围绕垂直于工件并且在其中心的轴线旋转——由此提供跨过工件的平均束入射。

在一些实施例中，处理腔室可大于约300毫米(mm)，且工件支撑件的直径可为至少约300mm。在一些实施例中，处理腔室可具有至少约350mm的内径。在一些实施例中，工件可由直径约300mm的结晶硅制成。然而，可以考虑其他直径(例如，200mm、450mm等)。

在一些实施例中，可将惰性气体或其它处理气体供应到处理腔室400中。例如，气体源可以包括通过栅格结构200来自等离子体腔室100然后经过中和器区域300的气体和/或来自工件表面的气态物质。在一些实施例中，这样的惰性气体可以包括氦气或氩气。在一些实施例中，气体可以是载气，例如氮气。氦气或氩气可扩散回等离子体腔室100中，且分子气体可影响第一体积120或第二体积125中的气相化学。在一些实施例中，提供给处理腔室400的气体可以是氢气或含氟或含氯气体，例如氟化氢(HF)、三氟化氮(NF

图5描绘了根据本公开的示例性实施例的用于在等离子体处理系统中处理工件的工艺(500)的流程图。工艺(500)可以使用等离子体处理系统来实施。然而，如将在下面详细讨论的，根据本公开的示例性方面的工艺(500)可以使用其他基于等离子体的处理系统来实现，而不偏离本公开的范围。图5示出了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的公开内容的所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改本文所描述的方法中的任一者的各种步骤。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以执行各种附加步骤(未示出)。

在(510)处，工艺可以包括通过使用等离子体源在等离子体腔室中从工艺气体诱导等离子体来产生一种或多种类型的负离子。例如，在图1的示例性实施例中，等离子体源155在等离子体腔室100中感应出等离子体以产生一种或多种负离子。负离子形成可以主要发生在图1的等离子体腔室100的第二体积125中。由于较低能量的电子与可以处于振动激发态的气体分子的碰撞，可以在第二体积125中以高速率形成负离子。这种分子可以已经在第一体积120中通过高能电子碰撞而进入振动激发态。

在(520)处，工艺可以包括使用图2的栅格结构200朝向工件加速一种或多种类型的负离子。可在高电流密度下从第二体积中提取负离子，因为负离子不会被基本上限制在第一体积中的高能电子的碰撞破坏。在一些实施例中，为了加速负离子的目的，在第二体积125中产生的离子可以扩散或流动到位于等离子体腔室100的第二侧115的栅格结构200。栅格结构200可以包括配置成引起来自第二体积125的负离子加速的多个栅板210、215、220。例如，在图2的示例性实施例中，栅格结构200包括第一栅板210、第二栅板215以及与第一栅板210相邻定位以减少通过第一栅板210加速的电子的一个或多个磁性元件225。栅格结构200还包括第三栅板220，用于进一步加速或减速离开第二栅板的一种或多种类型的负离子。例如，第三栅板220可以具有进一步的功能，以抑制带电粒子从超过第三栅板220的体积向后加速穿过孔径230、235、250进入图1的等离子体腔室100，例如第二体积125或第一体积120。如前，如果第三栅板相对于大地负偏置小于或约25伏并且第二栅板相对于大地正偏置至少约10伏，则将有非常少的电子或正离子被栅板从中和器区域中的等离子体回加速到等离子体源体积中。这可以是高度期望的，以避免功率浪费和第一和第二栅格的不期望的加热。

在(530)处，工艺可以包括将电子从一种或多种负离子物质中分离以产生一种或多种中性物质。例如，在图3的示例性实施例中，中和器单元300包括多个辐射源310，其使得负离子上的额外电子与离子分离以产生一种或多种中性物质。在一些实施例中，中和器单元300可操作以具有在所需波长带中的高强度辐射，使得具有足够能量以在负离子穿过中和器单元300时分离电子的光子撞击几乎所有负离子。这样，多余的电子可以与大部分的负离子分离，使得进入中和器单元300的相当大的一部分负离子可以作为具有与进入中和器单元300的负离子几乎相同的动能的中性原子出现，并且中性原子然后不能被处理区域中或晶片处的电场偏转或散射。例如，在一些实施例中，一个或多个辐射源310可以引起负离子上的额外电子与离子分离。在一些实施例中，一个或多个辐射源310可以包括一个或多个激光器、一个或多个等离子体放电，或它们的一些组合。例如，一个或多个辐射源310可以是波长适合于将电子与在诸如图2的栅格结构200的栅格结构中被加速的特定类型的负离子光分离的激光器。

在步骤540，过程可以包括相对于中和器单元旋转等离子体腔室，使得一种或多种中性物质以一个或多个入射角处理工件。例如，等离子体处理系统可以相对于中和器单元300旋转等离子体腔室100，使得一种或多种中性物质以一个或多个入射角处理处理腔室400中的工件。例如，可以移动等离子体腔室，以利用以一定角度范围入射的中性物质对工件表面上的三维结构进行表面处理，使得可以充分地曝光和制备工件的所有表面。旋转还可以用于提供垂直于基材表面入射的中性束，因为用于抑制这些栅格的电子加速的磁场还致使这些负离子在它们的路径中略微弯曲并且不垂直于第一或第二栅板加速。

在(550)处，工艺可以包括将工件暴露于一种或多种中性物质。例如，在图4的示例性实施例中，工件支撑件410为工件提供物理支撑，以保持其位置，并在高能中性原子从中和器单元300中出现之后允许高能中性原子相对于撞击束的表面取向的一些变化。例如，束可用于刻蚀工件，使得工件表面的暴露区域可具有从工件表面移除的材料的至少一个原子单层。

图6描绘了可以在根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中使用的示例性基于等离子体的中和器单元600。在一些实施例中，可以使用中和器单元600代替图3所示的中和器单元。在一些实施例中，中和器单元300可包括具有温电子(平均电子能量大于约3eV)的高密度等离子体，温电子从束中的大部分负离子碰撞分离额外的电子，并且其中由等离子体产生的足够能量的光子也有助于从束中的负离子分离电子。这种等离子体中和对于从负氢离子中分离电子特别有效，但对于从F

在一些实施例中，中和器单元可以填充有等离子体，该等离子体具有足够的电子密度，足够的电子密度具有足够的平均能量以具有大的横截面，用于从穿过等离子体的束中的任何负离子碰撞地分离额外的电子。电子密度可优选地大于约10

参看图6，中和器单元600可配置成使用来自中和等离子体的高能电子中和一种或多种负离子以产生用于处理工件的一种或多种中性物质。中和器单元600可设置在图2的栅格结构200的下游。在一些实施例中，等离子体腔室100可相对于中和器单元600旋转，使得一种或多种中性物质可以正入射或，如果需要，以不同于正入射的入射角范围处理工件。在一些实施例中，中和器单元600可以具有在约10厘米至约100厘米的范围内的深度(例如，沿着束穿过中和器单元600的行进方向的尺寸)。在一些实施例中，中和器单元600可具有在约40厘米至约60厘米范围内的宽度(例如，垂直于束穿过中和器单元600的行进方向的尺寸，例如直径)。在一些实施例中，中和器单元600可以是基本上圆柱形的。例如，中和器单元600可以具有基本上圆形或椭圆形的截面轮廓。

中和器单元600可以包括围绕中和器单元600的圆周设置的一个或多个磁性元件610。例如，一个或多个磁性元件610可以位于中和器单元600的侧壁和用于在中和器单元中产生等离子体的线圈620之间。一个或多个磁性元件610可以具有任何合适的形状和/或配置。例如，在一些实施例中，一个或多个磁性元件610可以包括一个或多个沿着中和器单元600的深度延伸(即，平行于由圆柱形中和器单元600限定的中心轴线)的磁条或磁棒。

在一些实施例中，一个或多个磁性元件610可以配置成具有交变极性。例如，可以配置第一磁性元件610，使得第一磁性元件610的北极接近和/或面对中和器单元600的第一端。可以配置与第一磁性元件610直接相邻的第二磁性元件610，使得第二磁性元件的南极接近和/或面对中和器单元600的第一端。根据本公开可以使用用于一个或多个磁性元件610的任何其他合适的配置。

在一些实施例中，一个或多个磁性元件610可以包括永磁体。在一些实施例中，一个或多个磁性元件610可以包括电磁体。

一个或多个磁性元件610可以配置成在中和器单元600内产生磁场。例如，磁场可以配置成在中和器单元600的侧壁附近具有相当大的幅度。另外和/或可选地，磁场在中和器单元600的中心体积中可以具有小于约10高斯的幅度。例如，磁场可以配置成在垂直于束穿过中和器单元的行进方向的圆柱形体积中具有小于约10高斯的量值，圆柱形体积具有约350毫米的直径。例如，磁场具有小于约10高斯的量值的体积可以是束可以穿过中和器单元600的体积。在一些实施例中，磁场可以是线性多尖点磁场。

可以配置中和器单元600以产生中和等离子体602。例如，中和器单元600可以包括天线620，例如配置成产生和/或维持感应耦合中和等离子体602的静电屏蔽天线。天线620可以耦合到RF源622。在一些实施例中，天线620可以通过合适的匹配网络624耦合到RF源622。天线620可以设置在中和器单元600的侧壁周围。例如，天线620可以具有与中和器单元600基本上类似的形状。根据本公开可以使用天线620的任何合适的形状和/或配置。另外和/或可选地，微波能量可用于维持中和等离子体602。

中和等离子体602可具有根据本公开的任何合适的组成。例如，可以通过一个或多个入口(未示出)将工艺气体注入到等离子体中以产生中和等离子体602。这样的工艺气体可以包括氢、氯或氟或其化合物，例如氟化氢(HF)、三氟化氮(NF

来自中和等离子体602的电子可与穿过中和器单元600的束中的负离子碰撞，以将电子与负离子分离。根据本公开的一些实施例，可以期望中和器单元600以高效率中和离子。例如，在穿过中和器单元600之后，束应当包括几乎完全中性的粒子，几乎没有正离子或负离子。例如，可以期望的是，通过中和器单元600的电子分离速率和负离子行进时间的乘积为至少约2，例如约4或更多。这可对应于阴离子的剩余部分小于约e

根据本公开的示例性实施例，穿过中和器单元600的束可以是低能量束，例如具有小于100千电子伏特，例如约10电子伏特的能量的束。例如，低能量束可包括在具有能量大于约6eV的电子的中和等离子体中具有高的电子分离可能性的H

图7描绘了在根据本公开的示例性实施例的等离子体处理系统中使用的示例性基于等离子体的中和器单元700。可以使用中和器单元700来代替图3和6中所示的中和器单元。参看图7，中和器单元700可配置成中和一种或多种负离子以产生用于处理工件的一种或多种中性物质。中和器单元700可设置在图2的栅格结构200的下游。在一些实施例中，等离子体腔室100可相对于中和器单元700移动(例如，旋转)，使得一种或多种中性物质以垂直入射或以一个或多个入射角处理工件。在一些实施例中，中和器单元700可以具有在约10厘米至约100厘米的范围内的深度(例如，沿着束穿过中和器单元700的行进方向的尺寸)，例如在大约30厘米和50厘米之间。在一些实施例中，中和器单元700可具有在约40厘米至约60厘米范围内的宽度(例如，垂直于束穿过中和器单元700的行进方向的尺寸，例如直径)。在一些实施例中，中和器单元700可以是基本上圆柱形的。例如，中和器单元700可以具有基本上圆形或椭圆形的截面轮廓。

中和器单元700可以包括围绕中和器单元700的圆周设置的一个或多个磁性元件710。例如，一个或多个磁性元件710可以位于中和器单元的侧壁附近。一个或多个磁性元件710可以具有任何合适的形状和/或配置。例如，在一些实施例中，一个或多个磁性元件710可以包括一个或多个沿着中和器单元700的深度延伸(即，平行于由圆柱形中和器单元700限定的中心轴线)的磁条或磁棒。

在一些实施例中，一个或多个磁性元件710可以配置成具有交变极性。例如，可以配置第一磁性元件710，使得第一磁性元件710的北极接近中和器单元700的第一端。可以配置与第一磁性元件710直接相邻的第二磁性元件710，使得第二磁性元件的南极接近中和器单元700的第一端。根据本公开可以使用用于一个或多个磁性元件710的任何其他合适的配置。

在一些实施例中，一个或多个磁性元件710可以包括永磁体。在一些实施例中，一个或多个磁性元件710可以包括电磁体。

一个或多个磁性元件710可以配置成主要在中和器单元700内部的壁附近产生磁场。例如，磁场可以配置成仅在中和器单元700的侧壁附近具有相当大的幅度。另外和/或可选地，磁场在中和器单元700的中心体积中可以具有小于约30高斯的幅度。例如，磁场可以配置成在垂直于束穿过中和器单元的行进方向的圆柱形体积中每一处具有小于约10高斯的量值，圆柱形体积具有约350毫米的直径。在一些实施例中，磁场可以是线性多尖点磁场。

可以配置中和器单元700以产生中和等离子体702。例如，中和器单元700可以包括配置成产生和/或维持感应耦合中和等离子体702的一个或多个天线720。一个或多个天线720中的每一个可以耦合到一个或多个RF源722中的每一个。在一些实施例中，一个或多个天线720中的多于一个可以耦合到相同的RF源722。在一些实施例中，一个或多个天线720可以通过合适的匹配网络(未示出)耦合到一个或多个RF源722。一个或多个天线720可以设置成邻近中和器单元700内的侧壁。在一些实施例中，一个或多个天线720可以部分地在中和器单元700的侧壁内延伸。一个或多个天线720可以基本上沿着中和器单元700的侧壁缠绕。例如，一个或多个天线720可以完全设置在由一个或多个磁性元件710产生的幅度大约为零的磁场的体积之外。在一些实施例中，一个或多个天线720可以完全设置在中和器单元700的中心中的350毫米圆柱形体积的外部，以避免干扰穿过中和器单元700的束。根据本公开可以使用一个或多个天线720的任何合适的形状和/或配置。另外和/或可选地，微波能量可用于维持中和等离子体702。

中和等离子体702可具有根据本公开的任何合适的组成。例如，可以通过一个或多个入口(未示出)将工艺气体注入到等离子体中以产生中和等离子体702。这样的工艺气体可以包括氢、氯或氟或其化合物，例如氟化氢(HF)、三氟化氮(NF

来自中和等离子体702的电子可与穿过中和器单元700的束中的负离子碰撞，以将电子与负离子分离。根据本公开的一些实施例，可以期望中和器单元700以高效率中和离子。例如，在穿过中和器单元700之后，束应当包括几乎完全中性的粒子，几乎没有正离子或负离子。例如，可以期望的是，通过中和器单元700的电子分离速率和负离子行进时间的乘积为至少约2，例如约4或更大。这可对应于阴离子的剩余部分小于约e

根据本公开的示例性实施例，穿过中和器单元700的束可以是低能量束，例如具有小于10千电子伏特(keV)，例如小于约1keV的能量的束。例如，低能量束可包括在具有能量大于约10电子伏特的电子的中和等离子体中具有高的电子分离可能性的H

虽然已经关于其具体示例性实施例详细地描述了本主题，但是应当理解，本领域的技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地产生对这些实施例的改变、变型和等同物。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本主题的这样的修改、变化和/或添加，这对于本领域的普通技术人员是显而易见的。