專利名稱：產(chǎn)生中性粒子束裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、太陽(yáng)能等薄膜及體材料表面工藝的微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種產(chǎn)生中性粒子束裝置及方法。

背景技術(shù)：
產(chǎn)品集成度高、精細(xì)化、高效率、低成本一直是集成電路等微細(xì)加工制造業(yè)發(fā)展的直接動(dòng)力。自1970年以來(lái)，器件制造首先開(kāi)始使用等離子體工藝，這使得等離子體工藝技術(shù)成為大規(guī)模集成電路(LSI)等工業(yè)領(lǐng)域微細(xì)加工的關(guān)鍵技術(shù)。目前，刻蝕、離子注入、清洗、沉積等等離子體工藝技術(shù)，廣泛地應(yīng)用在超大規(guī)模集成電路的制造工藝中。等離子體工藝技術(shù)，主要用于Si02、SixNy等介質(zhì)薄膜、Si、GaAs等半導(dǎo)體薄膜和Al、Cu等金屬薄膜的微細(xì)加工，該技術(shù)是唯一能有效的精確控制各種材料尺寸到亞微米級(jí)尺寸大小，且具有極高重復(fù)性的工藝技術(shù)。然而，隨著器件特征尺寸的縮小，在亞微米級(jí)尺寸以下的微細(xì)加工中，等離子體工藝技術(shù)，須要解決加工材料和器件損傷的課題。特別是刻蝕工藝存在一系列的問(wèn)題。等離子體刻蝕工藝，須要解決高均勻性、高選擇比和深寬比的同時(shí)，滿足高刻蝕率、較低損傷的要求，在此過(guò)程中，容易產(chǎn)生靜電損傷、離子轟擊損傷、紫外光和X光子造成的輻照損傷、電子陰影效應(yīng)等主要問(wèn)題。等離子體損傷等問(wèn)題，會(huì)影響刻蝕精度及器件性能，造成原子位移、非定域晶格、 懸空鍵，以及閾值電壓漂移、跨導(dǎo)退化、結(jié)漏電增加等現(xiàn)象。這些問(wèn)題隨著器件特征尺寸的減小變得愈加突出，特別是在IOnm以下的精確刻蝕極為困難。因此，集成電路的精細(xì)化對(duì)工藝與設(shè)備提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的等離子體工藝設(shè)備，難以滿足進(jìn)一步精細(xì)化加工的要求。中性粒子工藝技術(shù)是一種可以解決微細(xì)加工中材料與器件損傷等問(wèn)題的方法。該技術(shù)采用生成中性粒子束的方法，很好解決了等離子體刻蝕中靜電損傷，減弱了輻照損傷等問(wèn)題，提高了工藝精度和器件性能，滿足集成電路制造中不斷精細(xì)化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種解決等離子體刻蝕中靜電損傷的問(wèn)題，減弱加工過(guò)程中產(chǎn)生的輻照損傷的產(chǎn)生中性粒子束裝置及方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種產(chǎn)生中性粒子束裝置，包括
射頻電源、平面螺旋型射頻線圈、反應(yīng)腔體、放置芯片的載片臺(tái)、法拉第屏蔽柵、等離子源、上網(wǎng)板及中網(wǎng)板，所述射頻電源與所述平面螺旋型射頻線圈連接，所述法拉第屏蔽柵上方設(shè)置有所述平面螺旋型射頻線圈，所述上網(wǎng)板、等離子源和所述載片臺(tái)設(shè)置在所述反應(yīng)腔體內(nèi)部，所述上網(wǎng)板設(shè)置在所述等離子源上方，所述等離子源和所述載片臺(tái)之間設(shè)置有中網(wǎng)板，所述中網(wǎng)板、上網(wǎng)板分別連接一直流偏壓，載片臺(tái)連接一個(gè)射頻偏壓。進(jìn)一步地，所述平面螺旋型射頻線圈是螺旋形狀或呈環(huán)狀。
進(jìn)一步地，所述平面螺旋型射頻線圈的截面為矩形，其寬和高分別為0 100mm， 管狀直徑為0 50mm，壁厚為0 10mm。 進(jìn)一步地，所述射頻電源頻率范圍0 100GHz、功率范圍0 100000W、電壓0 100000V。進(jìn)一步地，所述直流偏壓電壓范圍0 +10000V，-10000 OV ；所述直流偏壓的電流范圍0 100A ；所述直流偏壓的功率范圍0 10000W。進(jìn)一步地，所述中網(wǎng)板設(shè)置有網(wǎng)孔。進(jìn)一步地，所述網(wǎng)孔的直徑為0. 1 50mm ；所述中網(wǎng)板的直徑為20-5000mm。進(jìn)一步地，所述裝置底部的排氣口位于底部中心。進(jìn)一步地，所述上網(wǎng)板、中網(wǎng)板的材料采用石墨、碳纖維、碳化硅或鉬。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種中性粒子束的控制方法包括 在所述上網(wǎng)板加載一直流偏壓，使離子加速；
在所述中網(wǎng)板加載一直流偏壓，使所述離子加速向所述中網(wǎng)板運(yùn)動(dòng)，從而將離子進(jìn)行電中和，形成中性粒子束。進(jìn)一步地，該方法還包括在載片臺(tái)上，加載射頻偏壓電源，調(diào)節(jié)待處理芯片表面中性粒子的密度分布。根據(jù)本發(fā)明提供的產(chǎn)生中性粒子束裝置及方法，解決了等離子體刻蝕中靜電損傷的問(wèn)題，減弱了加工過(guò)程中產(chǎn)生的輻照損傷，提高了工藝精度和器件性能，可滿足集成電路制造中不斷精細(xì)化低損傷的要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的產(chǎn)生中性粒子束裝置；
本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的產(chǎn)生中性粒子束裝置，其包括石英蓋板101、反應(yīng)腔體102、芯片104的載片臺(tái)103、平面螺旋型射頻線圈122、射頻電源121、直流電源124、 125、上網(wǎng)板127、中網(wǎng)板123、法拉第屏蔽柵126、偏壓電源128、等離子源131、進(jìn)氣口 111 及排氣口 112。射頻電源121與平面螺旋型射頻線圈122連接。法拉第屏蔽柵126上方設(shè)置有平面螺旋型射頻線圈122。上網(wǎng)板127設(shè)置在等離子源上方。等離子源131和載片臺(tái) 103之間設(shè)置有中網(wǎng)板123。中網(wǎng)板123、上網(wǎng)板127分別連接一直流偏壓。載片臺(tái)103連接一個(gè)射頻偏壓電源128。上網(wǎng)板127、中網(wǎng)板123的材料可采用石墨、碳纖維碳化硅或鉬等材料。其中，射頻電源121具有脈沖調(diào)整功能，可以調(diào)節(jié)脈沖頻率、控制等離子體的形成時(shí)間，以及粒子密度、調(diào)節(jié)中性化率和中性粒子密度分布。射頻電源頻率范圍0 100GHz、 功率范圍0 100000W、電壓0 100000V。直流電源124和直流電源125產(chǎn)生直流偏壓，直流偏壓電壓范圍0 +10000V, -10000 OV ；直流偏壓的電流范圍0 100A ；所述直流偏壓的功率范圍0 IOOOOff0在中網(wǎng)板123加上偏壓電源作用是，由于有一定的等離子體中帶電離子穿過(guò)小孔時(shí)未被中性化，偏壓電源調(diào)節(jié)中性粒子束中未被中性化的離子。中網(wǎng)板123上有非常多的網(wǎng)孔，離子通過(guò)網(wǎng)孔時(shí)，促使離子中和，提高中性化效率。網(wǎng)孔的直徑為0. l-50mm。優(yōu)選的，網(wǎng)孔的直徑為0. l_3mm。

在一定真空條件下，工藝氣體從進(jìn)氣口 111進(jìn)入反應(yīng)腔體102上部后，在平面螺旋型射頻線圈122上加載射頻功率，通過(guò)法拉第屏蔽柵126，使工藝氣體在射頻電源121的激發(fā)下，在反應(yīng)腔體102上部產(chǎn)生等離子體131。在等離子體氣氛中產(chǎn)生有離子、游離基、分子、原子等。正負(fù)離子通過(guò)加載在上網(wǎng)板127上的直流電源124產(chǎn)生的直流偏壓進(jìn)行加速， 通過(guò)中網(wǎng)板123增加能量并實(shí)現(xiàn)離子中性化，調(diào)節(jié)直流偏壓的正負(fù)電極，可以使不同極性的離子中性化。當(dāng)中網(wǎng)板123上加有正的電壓時(shí)，反應(yīng)腔體102負(fù)離子會(huì)在電場(chǎng)的作用下加速向網(wǎng)板運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)中增加能量。當(dāng)離子運(yùn)動(dòng)到石墨網(wǎng)板的小孔中時(shí)，會(huì)與孔壁發(fā)生碰撞獲得電子，進(jìn)行電中和，形成中性粒子束132。中性粒子束對(duì)放在載片臺(tái)103上的芯片104進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)刻蝕作用。排氣口 112的抽速(抽速范圍在100-5000 L/s)，直接影響離子中性化的條件和中性粒子運(yùn)動(dòng)的速度。根據(jù)本發(fā)明提供的產(chǎn)生中性粒子束裝置及方法，有效解決了等離子體刻蝕中靜電損傷的問(wèn)題，減弱了加工過(guò)程中產(chǎn)生的輻照損傷，提高了工藝精度和器件性能，可滿足集成電路制造中不斷精細(xì)化低損傷的要求。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生中性粒子束裝置，其特征在于，包括射頻電源、平面螺旋型射頻線圈、反應(yīng)腔體、放置芯片的載片臺(tái)、法拉第屏蔽柵、等離子源、上網(wǎng)板及中網(wǎng)板、直流電源，所述射頻電源與所述平面螺旋型射頻線圈連接，所述法拉第屏蔽柵上方設(shè)置有所述平面螺旋型射頻線圈，所述上網(wǎng)板、等離子源和所述載片臺(tái)設(shè)置在所述反應(yīng)腔體內(nèi)部，所述上網(wǎng)板設(shè)置在所述等離子源上方，所述等離子源和所述載片臺(tái)之間設(shè)置有中網(wǎng)板，所述中網(wǎng)板、上網(wǎng)板分別連接一直流偏壓，載片臺(tái)連接一個(gè)射頻偏壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述平面螺旋型射頻線圈是螺旋形狀或呈環(huán)狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述平面螺旋型射頻線圈的截面為矩形，其寬和高分別為O 100mm，管狀直徑為0 50mm，壁厚為0 10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述射頻電源頻率范圍0 100GHz、功率范圍0 100000W、電壓0 100000V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述直流偏壓電壓范圍0 +10000V，-10000 OV ；所述直流偏壓的電流范圍0 100A ；所述直流偏壓的功率范圍0 10000W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述中網(wǎng)板設(shè)置有網(wǎng)孔；所述網(wǎng)孔的直徑為0. 1 50mm ；所述中網(wǎng)板的直徑為 20-5000mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置底部的排氣口位于底部中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述上網(wǎng)板、中網(wǎng)板的材料采用石墨、碳纖維、碳化硅或鉬。
9.基于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述裝置的產(chǎn)生中性粒子束方法，其特征在于，包括在所述上網(wǎng)板加載一直流偏壓，使離子加速；在所述中網(wǎng)板加載一直流偏壓，使所述離子加速向所述中網(wǎng)板運(yùn)動(dòng)，從而將離子進(jìn)行電中和，形成中性粒子束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括在所述載片臺(tái)上，加載射頻偏壓電源，調(diào)節(jié)待處理芯片表面中性粒子的密度分布。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種產(chǎn)生中性粒子束裝置包括射頻電源、平面螺旋型射頻線圈、反應(yīng)腔體、放置芯片的載片臺(tái)、法拉第屏蔽柵、等離子源、上網(wǎng)板及中網(wǎng)板。還公開(kāi)一種產(chǎn)生中性粒子束方法。根據(jù)本發(fā)明提供的產(chǎn)生中性粒子束裝置及方法，解決了等離子體刻蝕中靜電損傷的問(wèn)題，減弱了加工過(guò)程中產(chǎn)生的輻照損傷，提高了工藝精度和器件性能，可滿足集成電路制造中不斷精細(xì)化低損傷的要求。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102332384SQ20111028816
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者夏洋, 席峰, 張慶釗, 李勇滔, 李楠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所