CN114730687A - 包括多个电子源的等离子体加工装置 - Google Patents

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彼得·文特泽克
巴顿·莱恩
陈志英
阿洛科·兰詹
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

一种等离子体加工装置包括：加工室；衬底，其设置在该加工室中；以及多个电子源，其被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子。该多个电子源中的每一个电子源包括面对该加工室中的等离子体的第一侧。该多个电子源中的每一个电子源还包括设置在该第一侧处并且被配置成保持处于负直流偏压的谐振结构。

Description

包括多个电子源的等离子体加工装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年9月17日提交的名称为“PLASMAPROCESSING APPARATUSESINCLUDING MULTIPLE ELECTRON SOURCES[包括多个电子源的等离子体加工装置]”的美国专利申请号16/572,696的优先权；该美国专利申请的披露内容通过引用以其全文明确结合在此。
技术领域
本发明总体上涉及等离子体加工装置，并且在具体实施例中，涉及用于使用多个电子源进行等离子体加工的装置和方法。
背景技术
微电子工件内的器件形成可以涉及包括衬底上多个材料层的形成、图案化和去除在内的一系列制造技术。为了实现当前和下一代半导体器件的物理和电气规格，对于各种图案化工艺，期望能够在维持结构完整性的同时减小特征尺寸的加工设备和方法。随着器件结构的致密化和垂直发展，对精密材料加工的期望变得越来越迫切。
在等离子体工艺中，选择性、轮廓控制、膜保形性和均匀性之间的权衡可能难以管理。例如，使用电子束维持等离子体的等离子体加工技术可以为比如高纵横比接触(HARC)型刻蚀和图案化应用等敏感等离子体工艺而且为原子级刻蚀(ALE)和原子级沉积(ALD)提供各种优点。然而，供应电子的电子源(比如空心阴极或外部源)可能出奇地大且笨重。因此，可能期望可以为电子束维持等离子体供应电子的较小电子源。
发明内容
根据本发明的实施例，一种等离子体加工装置包括：加工室；衬底，其设置在该加工室中；以及多个电子源，其被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子。该多个电子源中的每一个电子源包括面对该加工室中的等离子体的第一侧。该多个电子源中的每一个电子源还包括设置在该第一侧处并且被配置成保持处于负直流偏压的谐振结构。
根据另一实施例，一种等离子体加工装置包括：加工室；衬底，其设置在该加工室中；以及谐振天线阵列，其附接到该加工室。该谐振天线阵列被配置成接收射频功率并且产生被引导朝向该加工室中的等离子体的多个电子束。
根据本发明的又一实施例，一种等离子体加工装置包括：加工室，其包括室壁；衬底，其设置在该加工室中；单片介电材料主体，其附接到该室壁；多个电子源，其设置在该单片介电材料主体中；以及气体增压室，其耦合到该多个电子源。该加工室包括平行于该衬底的主要表面测量的最大宽度。该多个电子源中的每一个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子。该气体增压室被配置成向该多个电子源供应气体。该多个电子源连同该气体增压室包括从该室壁测量的最大厚度。该最大宽度与该最大厚度的比率大于100。
附图说明
为了更完整地理解本发明和其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1A和图1B展示了根据本发明的实施例的包括环绕加工室的多个电子源的示例等离子体加工装置的示意图，其中图1A展示了等离子体加工装置的平面图并且图1B展示了等离子体加工装置的截面视图；
图2A和图2B展示了根据本发明的实施例的包括设置在加工室的室壁处的多个电子源的示例等离子体加工装置的示意图，其中图2A展示了等离子体加工装置的平面图并且图2B展示了等离子体加工装置的截面视图；
图3A和图3B展示了根据本发明的实施例的包括设置在衬底上方的多个电子源的示例等离子体加工装置的示意图，其中图3A展示了等离子体加工装置的平面图并且图3B展示了等离子体加工装置的截面视图；
图4展示了根据本发明的实施例的包括气体增压器、传输线路和谐振电路元件的多个示例电子源的示意性截面视图；
图5展示了根据本发明的实施例的示例电子源以及由来自该电子源的电子维持的相关联等离子体的示意性截面视图；
图6展示了根据本发明的实施例的包括离子阱的示例电子源以及由来自该电子源的电子维持的相关联等离子体的示意性截面视图；
图7展示了根据本发明的实施例包括的示例等离子体加工***的示意性框图；以及
图8展示了根据本发明的实施例的操作等离子体加工装置的示例方法。
除非另外指示，否则不同图中的对应数字和符号通常指代对应的部分。绘制图以清楚地展示实施例的相关方面，并且这些图不一定按比例绘制。图中绘制的特征的边缘不一定指示特征范围的终止。
具体实施方式
下文详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例可应用于各种各样的具体情况。所讨论的具体实施例仅是制作和使用各种实施例的具体方式的说明并且不应在有限的范围内解释。
如本文描述的，各种技术涉及使用精密等离子体加工技术(利用电子束维持等离子体)的器件制作。例如，这样的加工技术可以包括刻蚀工艺和/或沉积工艺。在半导体制造中，从前段制程(FEOL，例如，晶体管制作)到后端制程(BEOL，例如，互连制作)都有若干个明显的实例，其中，要以高精度对材料进行操纵。电子束维持等离子体可以在低压下产生并且具有低电子温度和基本上均匀密度，这可能非常适合于精密加工。
使用电子束维持等离子体的常规等离子体加工装置和方法利用大型电子源，这些大型电子源增加等离子体加工装置的占用面积。例如，此类大型电子源包括外部源(例如，外部等离子体)和空心阴极。常规等离子体加工装置的尺寸增加会不利地限制等离子体加工装置在现有加工***中的适用性。例如，可能期望最大化加工室的尺寸以允许同时加工更大的衬底区域。然而，结合在常规等离子体加工装置中的大型电子源必须被考虑在等离子体加工装置的整体尺寸内。为了将常规等离子体加工装置集成到现有***(例如，自动组合设备(cluster tool))中，可以减小加工室的尺寸，这对吞吐量和可行性有负面影响。
替代性地，可以减小自动组合设备中的常规等离子体加工装置的数量，这也对吞吐量有负面影响。例如，可能期望在自动组合设备中包括尽可能多的常规等离子体加工装置，以提高吞吐量并且高效地利用可用空间。自动组合设备的设计还可以引入多个其他考虑因素(例如，可维护性和接近性)，这些考虑因素可能进一步限制在自动组合设备中的常规等离子体加工装置的加工室周围可用的实际面积(real-estate)。因此，结合在常规等离子体加工装置中的大型电子源对可以在给定自动组合设备中包括的等离子体加工装置的数量施加了限制。
本文描述的实施例提供了用于使用多个电子源向等离子体供应电子来进行等离子体加工的装置和方法。等离子体可以是电子束维持等离子体。实施例包括设置在加工室中的衬底。该多个电子源可以被配置成接收交流(AC)功率。例如，该AC功率可以具有高于约30MHz的频率。该多个电子源可以部分地或完全地围绕该加工室延伸。替代性地或另外地，该多个电子源可以以阵列形式设置在该衬底上方。
这些电子源中的每一个电子源可以包括被配置成向该等离子体供应电子的谐振结构。负直流(DC)偏压可以耦合到每一个谐振结构。这些负DC偏压可以使这些电子加速朝向加工室中的等离子体。这些电子源中的每一个电子源可以产生一个或多个电子束。这些电子束可以被引导朝向加工室中的等离子体。这些电子源中的每一个电子源可以包括电介质注入器。与相应电子源相关联的电子可以穿过电介质注入器。可以包括离子阱以将离子载离加工室。
该多个电子源可以设置在单片介电材料主体中。例如，介电材料可以是陶瓷材料。单片介电材料主体可以附接到室壁。气体增压室可以被配置成向该多个电子源供应气体。该多个电子源连同气体增压室的厚度可以是从室壁测量的。加工室的平行于衬底的主要表面测量的最大宽度与该多个电子源连同气体增压室的最大厚度的比率可以大于100。
有利地，该多个电子源的最大厚度可以是小的。例如，该多个电子源的最大厚度可以小于5cm。加工室的最大宽度可以设计成容纳大衬底，比如200mm晶圆、300mm晶圆或更大晶圆。因此，有利地，加工室的最大宽度与这些电子源的最大厚度的比率可以是大的，例如，大于100(例如，在100与500之间或甚至更高)。相比之下，常规电子源可以具有大得多的厚度(例如，对于外部源为300cm至400cm，并且对于空心阴极为数十厘米)，从而产生小得多的比率(例如，在1与50之间)，这不利地增加在给定衬底尺寸内常规等离子体加工装置的所需占用面积。另外地，空心阴极源还可能由于溅射而不利地造成污染风险。
有利地，该多个电子源可以向等离子体提供空间上均匀的电子供应。电子供应的这种空间均匀性可以有益地提高等离子体的均匀性。这还可以允许提高较低频率等离子体(例如，使用在特高频(VHF)范围内的所施加功率产生的等离子体)的可行性。
有利地，还可以单独地控制这些电子源中的每一个电子源。例如，可以控制每一个单独电子源的各种控制参数(例如，电压、功率、频率等)。有利地，这可以实现增强对等离子体性质的空间和/或时间控制。例如，有利地，等离子体可以在大体积内保持均匀。相比之下，还可以通过在小长度上(例如，与电子源阵列的节距相对应的1cm空间分辨率)单独地调谐的控制参数来控制等离子体的局部区的性质。
该多个电子源可以具有灵活、低成本和简单制作的额外益处。例如，有利地，可以使用镶嵌工艺制作该多个电子源。该多个电子源可以形成在单片介电材料主体中。有利地，这可以减小该多个电子源的厚度。在一些实施例中，有利地，还可以在该单片介电材料主体中包括气体增压室和气体管道。
下面提供的实施例描述了用于等离子体加工的各种装置和方法，并且具体地是用于使用多个电子源进行等离子体加工的装置和方法。以下描述描述了实施例。使用图1A至图1B、图2A至图2B和图3A至图3C描述了几个示例等离子体加工装置。使用图4描述了多个示例电子源。使用图5和图6描述了两个示例电子源以及相关联等离子体。使用图7描述了可以包括实施例等离子体加工装置的示例等离子体加工***。使用图8描述了操作等离子体加工装置的示例方法。
图1A和图1B展示了根据本发明的实施例的包括环绕加工室的多个电子源的示例等离子体加工装置的示意图，其中图1A展示了等离子体加工装置的平面图并且图1B展示了等离子体加工装置的截面视图。
参考图1A和图1B，等离子体加工装置100包括加工室10。衬底16设置在加工室10中。加工室10包括基本上垂直于衬底16的主要表面的室壁12。多个电子源120被布置成使得向在加工室10中产生的等离子体34供应来自多个电子源20中的每一个电子源30的电子。例如，可以通过相关联电子束32向等离子体34供应来自每一个电子源30的电子。可以包括气体增压室60以局限气体增压器64。气体增压器64可以被配置成向多个电子源20供应气体。还可以包括可选的多个电子源21。
加工室10可以是被配置成保持适合用于等离子体加工的真空的真空室，比如高真空(1毫托至1微托)、超高真空(1微托至1纳托)等。在等离子体加工期间，加工室10中的压力可能更高(例如，在刻蚀工艺期间高达100毫托)。在一个实施例中，加工室10是圆柱形的，具有圆形截面，如所示出的。在其他实施例中，加工室10可以是任何适合的形状。
例如，包括室壁12的加工室10可以包括导电材料，比如金属。在一个实施例中，室壁12包括铝。在一个实施例中，室壁12包括不锈钢。室壁12的内部表面和/或外部表面可以涂有保护材料，比如氧化铝、氧化钇等。可以在室壁12中包括开口以允许来自多个电子源120的电子进入加工室10。替代性地或另外地，可以在室壁12内部包括多个电子源，这可以消除对开口的需要。
例如，衬底16可以是任何适合的衬底，比如半导体衬底、介电衬底或金属衬底。在一些实施例中，衬底16是晶圆衬底。加工室10具有大到足以容纳衬底16的最大宽度dc。在一些实施例中，衬底16具有大于或等于150mm的直径。例如，衬底16的直径可以是150mm、200mm、300mm、450mm或甚至更大。相应地，加工室10的最大宽度dc可以大于150mm。在各种实施例中，加工室10的最大宽度dc大于200mm，并且在一些实施例中大于300mm。在一个实施例中，加工室10的最大宽度dc大于450mm。
多个电子源120可以被配置成任何适合的空间布置。在一个实施例中，多个电子源120是如所展示的电子源环。例如，电子源环可以是里面嵌入有多个电子源的连续结构。在一个实施例中，多个电子源120完全地围绕加工室10延伸。然而，在一些实施例中，多个电子源120仅部分地围绕加工室10延伸。另外地或替代性地，还可以在衬底16上方在加工室10的内部或外部包括电子源。
多个电子源120可以是电子源阵列。例如，多个电子源120可以是如所展示的线性阵列。替代性地，多个电子源120可以是设置在平面中的二维阵列，位于弯曲表面上，或不规则地布置成任何适合的配置。此类电子源阵列可以是均匀地分布的或不规则地分布的。例如，多个电子源120在一些实施例中是平面电子源阵列，并且在一个实施例中是设置在平面中的矩形阵列，或在另一实施例中是极阵列。其他配置也是可能的，比如螺旋、三角形网格、六边形网格等。
每一个电子源30可以包括被配置成产生电子的谐振结构。例如，每一个谐振结构可以是被配置成产生对应电子源等离子体的谐振天线。这些谐振结构可以被偏置，以便使作为对应电子束32的电子加速朝向加工室10中的等离子体34。每一个电子源30包括宽度w，该宽度是电子源的沿垂直于相关联电子束32的方向测量的最大尺寸。应注意，宽度w可能受电子源的谐振结构的长度影响。因此，可以沿着与多个电子源120所附接到的弯曲表面相对应的弯曲路径适当地测量宽度w，如所展示的。进一步地，尽管为了清晰目的而在多个电子源120中示出了九个电子源，但电子源的实际数量可以大于或小于九并且可以(至少部分地)取决于加工室10的周长以及多个电子源120的配置。
多个电子源120被配置成接收AC功率。在各种实施例中，该AC功率包括射频(RF)功率。该RF功率可以在微波频率范围(例如，3GHz至300GHz)内。替代性地，该RF功率可以在VHF范围(例如，30MHz至300MHz)、超高频率(UHF)范围(例如，300MHz至3GHz)以及其他范围内。根据施加到多个电子源120的AC功率的频率，宽度w可以是不同的。在一些实施例中，宽度w在约1mm与约2cm之间，并且在一个实施例中为约1cm。例如，当向多个电子源供应微波功率时，实际上可以实施约1cm的宽度w。在其他实施例中，宽度w可以在约5cm与约20cm之间，并且在一个实施例中为约10cm。例如，当向多个电子源供应VHF功率时，实际上可以实施约10cm的宽度w。
每一个电子源30还包括如所示出的高度h，该高度可以具有在与上文关于宽度w描述的范围类似的范围内的值。电子源30中的每一个电子源的高度h可以或可以随功率频率不同而改变(即，给定电子源的一个或多个尺寸可以根据所提供功率的频率来调整)。在一些情况下，宽度w与高度h之间可能存在权衡，使得一者的减小会引起另一者的增加。宽度w和高度h的适当值可以根据具体应用的期望性质来选择。
在一个实施例中，等离子体34是电子束维持等离子体。该电子束维持等离子体可以通过由多个电子源120产生的电子来点燃。在一个实施例中，该电子束维持等离子体通过由多个电子源120产生的电子来维持。替代性地，等离子体34可以在点燃之后自维持。有利地，通过由多个电子源120供应的电子使得等离子体34可以在低压下产生。由于多个电子源120所供应的电子，等离子体34可以具有对精密等离子体加工有益的特性，比如低电子温度和/或高均匀度。
气体增压室60可以与多个电子源120集成，或者可以是单独的结构。例如，在一个实施例中，多个电子源120和气体增压室60由单片介电材料主体形成。由气体增压器64供应的气体可以与供应到从中产生等离子体34的加工室10的源气体相同或不同。
多个电子源120连同气体增压室60具有可以从室壁12的表面测量的最大厚度de。在一些实施例中，气体增压室60可以被实施为在多个电子源120上方，并且因此不会对最大厚度de产生影响。最大厚度de与常规电子源相比是薄的，并且有利地，在与常规等离子体加工装置相比时可以减小等离子体加工装置100的整体占用面积。在各种实施例中，最大厚度de在约0.5cm与约3cm之间。在一个实施例中，最大厚度de是约1cm。在另一实施例中，最大厚度de是约2cm。
由于最大厚度de的尺寸较小，因此有利地，加工室10的最大宽度dc与最大厚度de的比率和常规等离子体加工装置相比是大的。在各种实施例中，比率dc:de大于100。在一些实施例中，比率dc:de大于250。在一个实施例中，比率dc:de大于300。然而，在一些情况下，比率dc:de可以是500或甚至更高。
还可以包括可选的多个电子源21。例如，如所示出的，可以可选地在多个电子源120上方和/或下方包括附加的电子源环。当然，所有行的电子源还可以集成为单个结构，而不是单独的。此外，其他配置也是可能的和预期的，比如螺旋形结构、半圆等。
多个电子源120的电子源子集可以是可单独寻址的。例如，可以单独地控制电子源30中的每一个电子源的属性。可以以这种方式有利地影响等离子体34的空间特性。可以针对电子源30中的每一个电子源来单独地控制比如电压、功率和频率等属性。控制给定电子源的电压和功率可以直接控制在电子源处产生的电子的数量。对于电子源30中的每一个电子源包括谐振结构的情况，改变所施加功率的频率可能影响耦合到对应电子源等离子体的能量，而这又可能影响到所产生电子的数量。在一些情况下，控制粒度可能不是单独的。而是，可以单独地控制电子源对或群组的属性。
图2A和图2B展示了根据本发明的实施例的包括设置在加工室的室壁处的多个电子源的示例等离子体加工装置的示意图，其中图2A展示了等离子体加工装置的平面图并且图2B展示了等离子体加工装置的截面视图。例如，图2A和图2B的等离子体加工装置可以是本文描述的其他等离子体加工装置(比如图1的等离子体加工装置100)的替代性配置(例如，共享可以呈不同布置的特征)。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图2A和图2B，等离子体加工装置200包括衬底16，该衬底设置在包括室壁12的加工室10中。多个电子源220被配置成向等离子体34供应来自每一个电子源30的电子。包括气体增压器64的气体增压室60可以被配置成向多个电子源220供应气体。多个电子源220可以被布置成使得在平行于衬底16的主要表面的平面中引导电子束32。例如，可以在加工室10的一个侧上产生电子束32，如所示出的。可以通过多个电子源220的配置来影响等离子体34的形状，如定性地展示的。然而，其他因素也可能影响等离子体34的尺寸和形状，比如对每一个电子源30的单独控制。
多个电子源220还可以围绕加工室10的附加的侧延伸和/或还可以包括附加的多个电子源。另外地或替代性地，多个电子源220可以遵循加工室10的弯曲表面。以这种方式，图1A和图1B的多个电子源120可以被视为多个电子源220的具体实施方式，其中该多个电子源完全地围绕基本上圆柱形的加工室延伸。
图3A和图3B展示了根据本发明的实施例的包括设置在衬底上方的多个电子源的示例等离子体加工装置的示意图，其中图3A展示了等离子体加工装置的平面图并且图3B展示了等离子体加工装置的截面视图。例如，图3A和图3B的等离子体加工装置可以是本文描述的其他等离子体加工装置(比如图1的等离子体加工装置100)的替代性配置(例如，共享可以呈不同布置的特征)。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图3A和图3B，等离子体加工装置300包括衬底16，该衬底设置在包括室壁12的加工室10中。多个电子源320被配置成从衬底16上方向等离子体34供应来自每一个电子源30的电子。包括气体增压器64的气体增压室60可以被配置成向多个电子源320供应气体。多个电子源320可以被布置成使得在垂直于衬底16的主要表面的平面中引导电子束32。如所示出的，多个电子源320可以是电子源30的二维阵列。多个电子源320可以是如所示出的平面的，或遵循任何适合的表面(例如，弯曲表面)。该阵列内的电子源30的配置可以是合适的布置并且可以基于具体应用的设计细节。
还可以包括可选的等离子体源18。在一个实施例中，可选的等离子体源18可以设置在加工室10的顶部处。例如，适当的开口可以设置在多个电子源320中。可选的等离子体源18还可以设置在加工室10的一侧处。可选的等离子体源18可以是螺旋形谐振器源、电感耦合等离子体(ICP)源、电容耦合等离子体(CCP)源、表面波等离子体(SWP)源等。
加工室10中还可以包括附加的结构。例如，在多个电子源320与衬底16之间可以包括孔板，从而将加工室10有效地划分成上部室和下部室。进一步地，多个电子源320可以位于加工室10的垂直中心区域中，并且等离子体可以在多个电子源320上方产生。在这个配置中，多个电子源320可以用作孔板。
图4展示了根据本发明的实施例的包括气体增压室、传输线路和谐振电路元件的多个示例电子源的示意性截面视图。例如，图4的多个电子源可以是如本文描述的多个其他电子源(比如图1的多个电子源120)的具体实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图4，多个电子源420包括布置成阵列的电子源30。电子源30中的每一个电子源可以包括耦合到传输线路40的谐振电路42。每一个谐振电路42可以耦合到负DC偏压-Ve，该负DC偏压在谐振电路42之间可以是相同的或不同的(例如，每一个谐振电路42可以是可单独寻址的)。电子源30中的每一个电子源可以包括注入器47，该注入器可以被配置成对被引导朝向等离子体34的对应电子束32进行塑形。例如，注入器47可以是任何适合的形状并且形成在介电材料46中。被配置成局限气体增压器64的气体增压室60可以向每一个谐振电路42供应气体。传输线路40和/或气体增压室60可以与谐振电路42和注入器47一起被包括在可以是陶瓷材料的介电材料46中。替代性地，传输线路40和气体增压室60中的一者或两者可以与介电材料46分开。
多个电子源420可以沿着线路25设置，该线路可以遵循室壁的表面或可以是任何适合的形状。例如，如果多个电子源420被实施为附接到圆柱形加工室的室壁的电子源环，那么线路25可以是弯曲的。替代性地，如果多个电子源420被实施为在加工室内设置在衬底上方的平面电子源阵列，那么线路25可以是笔直的。线路25可以是任何适合的形状。换句话说，根据具体应用的需要，1维电子源阵列和2维电子源阵列可以被实施为呈任何适合形状的多个电子源。
图5展示了根据本发明的实施例的示例电子源以及由来自该电子源的电子维持的相关联等离子体的示意性截面视图。例如，图5的电子源可以是如本文描述的其他电子源(比如图1的电子源30)的具体实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图5，电子源530包括可以附接到室壁12的介电材料46。在介电材料46内可以包括传输线路40、电容电路元件43和电感电路元件44。电容电路元件43和电感电路元件44可以是被配置成从传输线路40接收AC功率并且产生电子33的谐振电路42。电子33可以通过施加到谐振电路42的负DC偏压-Ve沿等离子体34的方向加速穿过注入器47。气体增压室60可以将气体从气体增压器64供应到谐振电路42。
气体增压室60可以如所示出的与介电材料46分开，或可以类似于传输线路40而集成到介电材料46中。如先前描述的，传输线路40被配置成将功率耦合到多个电子源并且继续向页面中和/或向页面外耦合(例如，类似于图2B中的多个电子源220的视角)。电子源530的厚度d5可以类似于如先前描述的最大厚度de。厚度d5可能受各种因素影响，包括注入器47的设计、耦合到谐振电路42的功率的频率、介电材料46的类型、电子源530的具体制作工艺、气体增压室60的位置和配置等。
图6展示了根据本发明的实施例的包括离子阱的示例电子源以及由来自该电子源的电子维持的相关联等离子体的示意性截面视图。例如，图6的电子源可以是如本文描述的其他电子源(比如图1的电子源30)的具体实施方式。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图6，电子源630类似于图5的电子源530，但还包括被配置成使用分流气体65将离子35载离等离子体34(例如，等离子体加工室)的离子阱68，该分流气体被设置为以高流率穿过离子阱68。在电子源等离子体36中产生离子35，该电子源等离子体还产生电子33。离子35通过负DC偏压-Ve而加速远离等离子体34并且随后被高流量的分流气体65分流。
电子源630的厚度d6可以类似于如先前描述的最大厚度de。另外地，厚度d6可以不同于或类似于电子源530的厚度d5。换句话说，离子阱68的结合可能会或可能不会影响电子源630的厚度d6。然而，应注意，与常规电子源的尺寸相比，图5的厚度d5以及厚度d6两者都是小的。例如，不管配置如何，图5的厚度d5以及厚度d6可以小于2cm。
图7展示了根据本发明的实施例包括的示例等离子体加工***的示意性框图。例如，图7的示例等离子体加工***可以包括如本文描述的实施例等离子体加工装置，比如图1的等离子体加工装置100。类似标记的元件可以如先前所描述。
参考图7，等离子体加工***700包括等离子体加工装置701，该等离子体加工装置包括被配置成向在加工室10中产生的等离子体34供应电子的多个电子源720。例如，等离子体加工装置701可以是本文描述的其他等离子体加工装置(比如等离子体加工装置100)的一般示例。多个电子源720被配置成通过电子源功率发生器电路92从电子源功率供应节点94接收功率。例如，这些电子可以以电子束32的形式供应给等离子体34。
等离子体加工***700进一步包括设置在加工室10中的衬底16。衬底16可以由偏置功率耦合元件17支撑，该偏置功率耦合元件例如可以是衬底支架。偏置功率耦合元件17可以被配置成通过偏置功率发生器电路72从偏置功率供应节点74接收功率。还可以包括可选的等离子体源18，该可选的等离子体源可以产生等离子体34，辅助点燃或维持等离子体34，或者产生单独的等离子体。可选的等离子体源18可以被配置成通过可选的源功率发生器电路82从可选的等离子体源功率供应节点84接收功率。
图8展示了根据本发明的实施例的操作等离子体加工装置的示例方法。例如，图8的方法可以用于操作如本文描述的实施例等离子体加工装置，比如图1的等离子体加工装置100。
操作等离子体加工装置的方法800的步骤810包括对多个电子源施加功率。该多个电子源可以是电子源阵列，比如1维(例如，线性)阵列或2维阵列。在一个实施例中，该多个电子源是电子源环。
步骤820包括使用所施加功率在这些电子源中的每一个电子源处产生电子。在一个实施例中，这些电子源中的每一个电子源的电子是由这些电子源的对应谐振结构产生。例如，可以在这些电子源中的每一个电子源处产生电子源等离子体。
步骤830包括使用施加到这些电子源的负DC偏压使这些电子加速朝向等离子体加工装置的加工室中的等离子体。步骤840包括使用该等离子体来加工该加工室中的衬底。
这里总结了本发明的示例实施例。从说明书的整体以及本文提出的权利要求中也可以理解其他实施例。
示例1.一种等离子体加工装置，包括：加工室；衬底，该衬底设置在该加工室中；以及多个电子源，该多个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子，其中该多个电子源中的每一个电子源包括面对该加工室中的等离子体的第一侧，以及设置在该第一侧处、被配置成保持处于负直流(DC)偏压的谐振结构。
示例2.如示例1所述的等离子体加工装置，其中，该多个电子源以阵列形式被设置成附接到该加工室的室壁，该室壁基本上垂直于该衬底的主要表面。
示例3.如示例2所述的等离子体加工装置，其中，该阵列完全地围绕该加工室延伸。
示例4.如示例1所述的等离子体加工装置，其中，该多个电子源以阵列形式设置在该衬底上方。
示例5.如示例1至4之一所述的等离子体加工装置，其中，每一个谐振结构包括被配置成产生相应的电子源等离子体的谐振天线，该电子源等离子体供应通过相应的负DC偏压而加速朝向该等离子体的电子。
示例6.如示例1至5之一所述的等离子体加工装置，进一步包括：离子阱，该离子阱设置在该多个电子源处；其中，由该多个电子源产生的离子通过相应的负DC偏压而加速远离该等离子体；并且其中，该离子阱被配置成将这些离子载离该加工室。
示例7.一种等离子体加工装置，包括：加工室；衬底，该衬底设置在该加工室中；以及谐振天线阵列，该谐振天线阵列附接到该加工室，该谐振天线阵列被配置成接收射频(RF)功率并且产生被引导朝向该加工室中的等离子体的多个电子束。
示例8.如示例7所述的等离子体加工装置，其中，这些电子束中的每一个电子束被引导而平行于该衬底的主要表面。
示例9.如示例8所述的等离子体加工装置，其中，这些电子束中的每一个电子束进一步被引导朝向该加工室的垂直于该主要表面的中心轴线。
示例10.如示例7所述的等离子体加工装置，其中，该多个电子束中的每一个电子束被引导而垂直于该衬底的主要表面。
示例11.如示例7至10之一所述的等离子体加工装置，其中，该谐振天线阵列设置在单片介电材料主体中。
示例12.如示例7至11之一所述的等离子体加工装置，进一步包括：设置在该谐振天线阵列处的离子阱，其中，由该谐振天线阵列产生的离子通过该离子阱而载离该加工室。
示例13.如示例7至12之一所述的等离子体加工装置，进一步包括：多个注入器，该多个注入器被设置成与该谐振天线阵列的对应谐振天线相邻；并且其中，与每一个谐振天线相关联的所产生电子穿过该多个注入器中的对应注入器。
示例14.一种等离子体加工装置，包括：加工室，该加工室包括室壁和最大宽度；衬底，该衬底设置在该加工室中，该最大宽度是平行于该衬底的主要表面测量的；单片介电材料主体，该单片介电材料主体附接到该室壁；多个电子源，该多个电子源设置在该单片介电材料主体中，该多个电子源中的每一个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子；气体增压室，该气体增压室耦合到该多个电子源，该气体增压室被配置成向该多个电子源供应气体；其中，该多个电子源连同该气体增压室包括从该室壁测量的最大厚度；并且其中，该最大宽度与该最大厚度的比率大于100。
示例15.如示例14所述的等离子体加工装置，其中，该比率大于250。
示例16.如示例14和15之一所述的等离子体加工装置，其中：该多个电子源被配置成接收微波功率；并且该多个电子源中的每一个电子源包括沿着该室壁的外表面平行于该衬底的主要表面测量的宽度，该宽度小于1cm。
示例17.如示例14和15之一所述的等离子体加工装置，其中：该多个电子源被配置成接收特高频(VHF)功率；并且该多个电子源中的每一个电子源包括沿着该室壁的外表面平行于该衬底的主要表面测量的宽度，该宽度小于20cm。
示例18.如示例14至17之一所述的等离子体加工装置，其中，该单片介电材料主体环绕该加工室。
示例19.如示例14至18之一所述的等离子体加工装置，进一步包括：附加的单片介电材料主体，该附加的单片介电材料主体附接到该室壁；以及附加的多个电子源，该附加的多个电子源设置在该附加的单片介电材料主体中，该附加的多个电子源中的每一个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应附加的电子。
示例20.如示例14至19之一所述的等离子体加工装置，其中，该介电材料是陶瓷材料。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是此描述并非旨在以限制性的意义来解释。参考描述，说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，图1A至图1B、图2A至图2B和图3A至图3B的实施例中的一个或多个可以在进一步的实施例中组合。类似地，关于图1A、图1B至图5描述的实施例可以与图7和图8组合。因此，意图是所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种等离子体加工装置，包括：
加工室；
衬底，该衬底设置在该加工室中；以及
多个电子源，该多个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子，其中，该多个电子源中的每一个电子源包括
第一侧，该第一侧面对该加工室中的等离子体，以及
谐振结构，该谐振结构设置在该第一侧处并且被配置成保持处于负直流(DC)偏压。
2.如权利要求1所述的等离子体加工装置，其中，该多个电子源以阵列形式被设置成附接到该加工室的室壁，该室壁基本上垂直于该衬底的主要表面。
3.如权利要求2所述的等离子体加工装置，其中，该阵列完全地围绕该加工室延伸。
4.如权利要求1所述的等离子体加工装置，其中，该多个电子源以阵列形式设置在该衬底上方。
5.如权利要求1所述的等离子体加工装置，其中，每一个谐振结构包括被配置成产生相应的电子源等离子体的谐振天线，该电子源等离子体供应通过相应的负DC偏压而加速朝向该等离子体的电子。
6.如权利要求1所述的等离子体加工装置，进一步包括：
离子阱，该离子阱设置在该多个电子源处；
其中，由该多个电子源产生的离子通过相应的负DC偏压而加速远离该等离子体；并且
其中，该离子阱被配置成将这些离子载离该加工室。
7.一种等离子体加工装置，包括：
加工室；
衬底，该衬底设置在该加工室中；以及
谐振天线阵列，该谐振天线阵列附接到该加工室，该谐振天线阵列被配置成接收射频(RF)功率并且产生被引导朝向该加工室中的等离子体的多个电子束。
8.如权利要求7所述的等离子体加工装置，其中，这些电子束中的每一个电子束被引导而平行于该衬底的主要表面。
9.如权利要求8所述的等离子体加工装置，其中，这些电子束中的每一个电子束进一步被引导朝向该加工室的垂直于该主要表面的中心轴线。
10.如权利要求7所述的等离子体加工装置，其中，该多个电子束中的每一个电子束被引导而垂直于该衬底的主要表面。
11.如权利要求7所述的等离子体加工装置，其中，该谐振天线阵列设置在单片介电材料主体中。
12.如权利要求7所述的等离子体加工装置，进一步包括：
设置在该谐振天线阵列处的离子阱，其中由该谐振天线阵列产生的离子通过该离子阱而载离该加工室。
13.如权利要求7所述的等离子体加工装置，进一步包括：
多个注入器，该多个注入器被设置成与该谐振天线阵列的对应谐振天线相邻；并且
其中，与每一个谐振天线相关联的所产生电子穿过该多个注入器中的对应注入器。
14.一种等离子体加工装置，包括：
加工室，该加工室包括室壁和最大宽度；
衬底，该衬底设置在该加工室中，该最大宽度是平行于该衬底的主要表面测量的；
单片介电材料主体，该单片介电材料主体附接到该室壁；
多个电子源，该多个电子源设置在该单片介电材料主体中，该多个电子源中的每一个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应电子；
气体增压室，该气体增压室耦合到该多个电子源，该气体增压室被配置成向该多个电子源供应气体；
其中，该多个电子源连同该气体增压室包括从该室壁测量的最大厚度；并且
其中，该最大宽度与该最大厚度的比率大于100。
15.如权利要求14所述的等离子体加工装置，其中，该比率大于250。
16.如权利要求14所述的等离子体加工装置，其中：
该多个电子源被配置成接收微波功率；并且
该多个电子源中的每一个电子源包括沿着该室壁的外表面平行于该衬底的主要表面测量的宽度，该宽度小于1cm。
17.如权利要求14所述的等离子体加工装置，其中：
该多个电子源被配置成接收特高频(VHF)功率；并且
该多个电子源中的每一个电子源包括沿着该室壁的外表面平行于该衬底的主要表面测量的宽度，该宽度小于20cm。
18.如权利要求14所述的等离子体加工装置，其中，该单片介电材料主体环绕该加工室。
19.如权利要求14所述的等离子体加工装置，进一步包括：
附加的单片介电材料主体，该附加的单片介电材料主体附接到该室壁；以及
附加的多个电子源，该附加的多个电子源设置在该附加的单片介电材料主体中，该附加的多个电子源中的每一个电子源被配置成向在该加工室中产生的等离子体供应附加的电子。
20.如权利要求14所述的等离子体加工装置，其中，该介电材料是陶瓷材料。
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