[发明专利]离子源装置及其使用方法和真空处理系统

说明书

本发明涉及一种离子源装置及其使用方法和真空处理系统，装置包括一个核心的放电腔，其封闭端呈凹字形设置，沿着放电腔布设四组放电线圈，还包括为放电线圈提供射频功率的射频电源、射频匹配器，用来将功率分配至四组放电线圈的功率分配器，离子栅网系统为离子栅网提供电压的直流电源，中和器以及用于总体控制离子源运行的离子源控制器；放电腔与放电线圈组合在整个放电腔内部形成四个等离子体放电区域，通过组合不同的等离子放电区域，在不同的放电线圈上加载不同的射频功率来实现从放电腔轴心沿径向向外的不同位置的等离子密度；本申请通过调节功率分配实现放电腔内离子体密度的改变，进而保证离子束刻蚀工艺的均匀性。

技术领域

本发明涉及一种离子源装置及其使用方法和真空处理系统，属于离子束刻蚀领域。

背景技术

在当前的半导体器件、传感器、存储器件等的制造工艺中，越来越多的工艺开始应用离子束刻蚀系统（IBE）。离子束工作的原理是在低压下，将气体通入离子源中，产生等离子体，通过离子栅网将离子束拉出，并通过中和器将离子束中的离子中和，之后粒子束到达衬底表面，达到刻蚀的目的。

随着器件关键尺寸的缩小，器件的复杂性的增加，对IBE刻蚀工艺的均匀性要求越来越高，IBE的工艺均匀性是由IBE的离子源的性能决定的。目前常见的离子源结构（参看图1）是利用在放电腔体上的螺旋线圈天线，通过加载射频（RF）功率，产生电感耦合等离子体（ICP），等离子体主要分布在图1所示的椭圆形区域，但是由于低压ICP以扩散为主，因此，常规大口径离子源拉出的离子束的等离子体密度以及由此穿过离子栅网的离子密度通量分布总是呈凸出状态，即在离子源中心处最高，并且随着距源中心距离的增加而径向减小，导致IBE刻蚀工艺的不均匀性。因此如何优化设计离子源的放电结构，产生更均匀的等离子体，进而形成离子密度均匀分布的离子源是解决IBE刻蚀工艺均匀性的关键。

发明内容

本发明提供一种离子源装置及其使用方法和真空处理系统，通过调节不同的功率分配实现放电腔内离子体密度的改变，进而保证离子束刻蚀工艺的均匀性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种离子源装置，包括放电腔，其筒状中轴线即为离子源装置的中心轴线，在离子源装置的中心轴线上相对放电腔开口端位置布设晶圆；其特征在于：

所述放电腔的封闭端呈凹字形，第一放电线圈套设在所述放电腔的筒状外侧壁上，在所述放电腔内靠近筒壁位置形成用于等离子体放电的区域；

还包括第二放电线圈，第二放电线圈设置在所述放电腔凹字形的凸出部分，在所述放电腔内靠近凹字形的凸出部分形成用于等离子体放电的区域；

所述第一放电线圈和所述第二放电线圈均与功率分配器连接；

离子源装置还包括至少两层离子栅网，至少两层离子栅网布设在所述放电腔的开口端，；

作为本发明的进一步优选，离子源装置还包括第三放电线圈，第三放电线圈与第一放电线圈同轴设置在凹字形凹槽内侧壁，在所述放电腔内的靠近凹字形凹槽内侧壁位置形成用于等离子体放电的区域；

所述第三放电线圈与功率分配器连接；

作为本发明的进一步优选，离子源装置还包括第四放电线圈，第四放电线圈设置在凹字形凹槽的内底壁处，在所述放电腔内的靠近凹槽底部位置形成用于等离子体放电的区域；

所述第四放电线圈与功率分配器连接；