CN101236892B - 离子束设备、半导体制造设备及提供离子束的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子束设备。该离子束设备包括在等离子体腔的一端安装有栅格组件的等离子体腔和设置在等离子体腔和栅格组件之间的等离子壳层控制器。该栅格组件包括第一离子提取孔。该等离子壳层控制器包括小于第一离子提取孔的第二离子提取孔。当等离子壳层控制器在这种结构中使用时，等离子体的表面在邻近于该控制器处呈现更平坦的结构，使得以垂直于等离子体表面的方向从等离子体提取的离子干净地穿过栅格组件的孔而不与栅格组件孔的侧壁碰撞。本发明还提供了半导体制造设备和用于形成离子束的方法。

Description

离子束设备、半导体制造设备及提供离子束的方法

技术领域

本发明涉及一种使用等离子体的设备，更具体地，涉及一种具有等离子壳层控制器的离子束设备及采用该离子束设备的半导体表面处理设备。

背景技术

使用等离子体的半导体制造设备被广泛的使用，例如，等离子体蚀刻机，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备，用于金属或聚合物的表面处理设备，用于新材料的合成设备，用于不同薄膜的粘结设备等。使用等离子体的半导体制造设备可以包括离子束设备。

图1是常规离子束设备的部分截面图。

参照图1，常规离子束设备包括设置在等离子体腔(未示出)的一个表面的第一和第二离子提取栅格(extraction grid)15和17。离子提取栅格15和17具有对准的离子提取孔16。施加正电压到第一离子提取栅格15。施加负电压到第二离子提取栅格17。第二离子提取栅格17可以接地。

等离子体腔的作用是产生等离子体11。通常，等离子壳层13形成在等离子体11和与其相对的物体之间。在这种情况，等离子体表面12存在于以等离子壳层13的厚度从相对的物体分开的位置。因此，等离子壳层13形成在等离子体11和第一离子提取栅格15之间。

离子提取栅格15和17从等离子体11提取离子以经由离子提取孔16排出离子。当离子穿过离子提取孔16时，提取的离子以离子束19的形式被加速。

通常，等离子体11的密度的增加或离子提取孔16的扩展对于离子束19的离子流量的增加是有利的。当离子提取孔16具有远小于等离子壳层13的厚度的直径时，等离子体表面12与第一离子提取栅格15的表面平行地形成。然而等离子体11的密度越高，等离子壳层13的厚度越小。

此外，当等离子体11的密度进一步增加时，等离子壳层13沿离子提取孔16形成。也就是，等离子体11向外弯到离子提取孔16中。在这种情况，等离子体表面12呈现进入到离子束通路中的周期性弯曲/球面的形式，所述离子束通路通过离子提取孔16。

这种等离子体表面变形的缺点是在垂直于等离子体表面12的方向提取等离子体11中的离子。因此，从弯曲的等离子体表面12提取的离子与离子提取栅格15和17碰撞。结果，在一定程度上减小了离子束19的离子流量。当增加等离子体11的密度(例如，提供到等离子体的能量)时，这种有害的效果变得更加显著。因此，变得不可能获得高离子流量的离子束19。

在由Ono等人提交的题为“Ion Shower Apparatus(离子簇射设备)”的美国专利No.4450031中公布了使用等离子体的半导体制造设备。根据Ono等人，提供了包括护罩栅格和离子提取栅格的离子簇射设备。然而，仍然需要能够增加离子流量的离子束设备。

因此，存在对于改善离子束的离子流量的方法的需要。

发明内容

本发明的实施例提供具有高离子流量的离子束设备。

本发明的另一个实施例提供使用具有高离子流量的离子束设备的半导体制造设备。

本发明的又一个实施例提供产生具有高离子流量的离子束的方法。

在一个方面，本发明涉及具有等离子壳层控制器的离子束设备。该设备包括等离子体腔。栅格组件安装在该等离子体腔的一端。栅格组件包括第一离子提取孔。等离子壳层控制器设置在等离子体腔和栅格组件之间。等离子壳层控制器包括比第一离子提取孔小的第二离子提取孔。

在本发明的一些实施例中，第二离子提取孔可以具有小于等离子体腔的等离子壳层的厚度的宽度。

在其它实施例中，等离子壳层控制器可以与栅格组件接触。另外，等离子壳层控制器可以是导体。

在还有的其它实施例中，等离子壳层控制器可以是网状栅格或多孔材料层。在这种情况，等离子壳层控制器可以由从由石墨、金属和碳纳米管组成的组中选择的一个形成。

在还有的其它实施例中，栅格组件可以包括第一离子提取栅格和第二离子提取栅格。在这种情况，第一离子提取栅格可以夹置在等离子壳层控制器 和第二离子提取栅格之间。另外，等离子壳层控制器可以比第一离子提取栅格更薄。正电压可以施加到第一离子提取栅格。负电压可以施加到第二离子提取栅格，且第二离子提取栅格可以接地。

在还有的其它实施例中，栅格组件可以包括第一离子提取栅格，第二离子提取栅格和第三离子提取栅格。在这种情况，第二离子提取栅格可以夹置在第一离子提取栅格和第三离子提取栅格之间。另外，正电压可以施加到第三离子提取栅格。

在另一方面，本发明也涉及具有等离子壳层控制器的半导体制造设备。该制造设备包括等离子体腔。提供与等离子体腔相通的样品腔。栅格组件设置在等离子体腔和样品腔之间。栅格组件包括第一离子提取孔。等离子壳层控制器设置在等离子体腔和栅格组件之间。等离子壳层控制器包括小于第一提取孔的第二离子提取孔。

在一些实施例中，气体入口可以设置在等离子体腔的一个表面。另外，排气口可以设置在样品腔中。晶片台可以设置在样品腔中。

在其它实施例中，第二离子提取孔可以具有小于等离子体腔的等离子壳层的厚度的宽度。

在还有另一个方面，本发明也涉及从等离子体源提供离子束的方法。该方法包括将等离子壳层控制器设置为相邻于等离子体源的等离子壳层并在栅格组件的前面，使得等离子壳层控制器的多个孔与栅格组件的每个孔相通，且得到的等离子壳层基本上与等离子壳层控制器的表面共面。施加电压到栅格组件。通过等离子壳层控制器中的孔且然后通过栅格组件中的孔提取离子以形成离子束。

在提供栅格组件的第一提取栅格和与该第一提取栅格对齐的第二提取栅格的情况下，该方法还包括施加电压到第一提取栅格并施加不同的电压到第二提取栅格。

附图说明

本发明的前述和其它目的、特征和优势将从下面对本发明的示例性实施例和附图的更加具体的描述变得更加清晰。附图不一定是成比例的，相反在示出本发明的原理时加上强调。

图1是常规离子束设备的部分截面图。

图2是根据本发明的示例性实施例的半导体表面处理设备的截面图。

图3是根据本发明的示例性实施例的等离子壳层控制器和离子提取栅格的放大透射图。

图4和5是根据本发明的替换实施例的图3的部分E2的放大透视图。

图6到8是根据本发明的替换实施例的图2的部分E1的放大截面图。

图9和10是表现通过使用等离子壳层控制器提取的离子束的变化的离子电流特性的图。

具体实施方式

此后将参照附图更加充分的描述本发明，在附图中示出本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施且并不应该被认为限制于这里阐述的实施例。更确切地，提供这些实施例使得本公开彻底和完整，且将充分将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在附图中，可以为了清晰而夸大层的尺寸和相对尺寸和区域。相同的附图标记通篇代表相同的元件。

图2是根据本发明的示例性实施例的半导体表面处理设备的截面图。

参照图2，可以提供等离子体腔31和与等离子体腔31相通的样品腔51。栅格组件49可以设置在等离子体腔31和样品腔51之间。等离子壳层控制器41或41’可以设置在等离子体腔31和栅格组件49之间。

气体入口37可以设置在等离子体腔31的一个表面。加工气体可以通过气体入口37注入到等离子体腔31。等离子体腔31可以由感应线圈33包围。感应线圈33可以连接到射频(RF)电源35。RF电源35和感应线圈33可以用于在等离子体腔31中产生等离子体38。

排气口59可以设置在样品腔51的一侧。排气口59可以与比如真空泵(未示出)的排气设备相通。等离子体腔31和样品腔51中的副产物可以通过排气口59排放。真空泵可以用于将等离子体腔31和样品腔51的内部保持在低压。

晶片台53可以设置在样品腔51中。晶片55可以安装在晶片台53上。晶片55上可以设置掩模图案56。

栅格组件49可以包括第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45。第一离子提取栅格43可以设置在等离子体腔31和第二离子提取栅格45之间。第二离子提取栅格45可以设置在第一离子提取栅格43和样品腔51之间。 绝缘构件44可以夹置在第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45之间。第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45可以是导体。绝缘构件44可以是绝缘体，比如氧化物层或氮化物层。

正电压可以施加到第一离子提取栅格43。在这种情况，第二离子提取栅格45可以接地。另外，负电压可以施加到第二离子提取栅格45。

作为替换，负电压可以施加到第一离子提取栅格43。在这种情况，第二离子提取栅格45可以接地。另外，正电压可以施加到第二离子提取栅格45。

栅格组件49可以包括第一离子提取孔49H。第一离子提取孔49H可以穿过第一离子提取栅格43、绝缘构件44和第二离子提取栅格45。第一离子提取孔49H可以具有圆柱形状或狭缝形状。

等离子壳层控制器41或41’可以设置在等离子体腔31和栅格组件49之间。等离子壳层控制器41或41’可以是导体或绝缘体。等离子壳层控制器41或41’可以包括小于第一离子提取孔49H的第二离子提取孔。等离子壳层控制器41或41’可以比第一离子提取栅格43更薄。

等离子壳层控制器41或41’可以与第一离子提取栅格43接触。在这种情况，等离子壳层控制器41和41’可以具有与第一离子提取栅格43相同的电势。

等离子体38可以产生于等离子体腔31中。等离子壳层40可以存在于等离子体38和等离子壳层控制器41或41’之间。等离子壳层控制器41或41’可以用于控制等离子壳层40的形成。因此，等离子体表面39可以以等离子壳层40的厚度与等离子壳层控制器41或41’分开。

等离子壳层40的厚度可以根据等离子体38的密度而变化。例如，当等离子体38的密度增加时，等离子壳层40的厚度可以减少。可以通过调节第二离子提取孔的尺寸来控制等离子体表面39。第二离子提取孔可以具有比等离子壳层40的厚度小的宽度。当第二离子提取孔具有比等离子壳层40的厚度小的宽度时，等离子体表面39可以基本上平行于等离子壳层控制器41或41’的表面。

栅格组件49可以用于通过第一离子提取孔49H提取离子束50。离子束50可以注入到晶片55的表面上。

如上所述，等离子体表面39可以控制为平行于等离子壳层控制器41或41’的表面。通常，从等离子体38提取的离子可以具有垂直于等离子体表面 39的方向性。因此，可以最小化从等离子体38提取的离子与栅格组件49的碰撞和离子的散射。最后，与常规技术相比，可以显著提高离子束50的离子流量。

图3是根据本发明的示例性实施例的等离子壳层控制器41或41’和离子提取栅格43和45的透视图，而图4和5是图3的部分E2的放大透视图。

参照图3、4和5，第一离子提取栅格43可以包括第一离子提取孔49H。第二离子提取栅格45也可以包括第一离子提取孔49H。第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45可以参照第一离子提取孔49H对齐。

如图所示，第一离子提取孔49H可以具有圆柱形状。另一方面，第一离子提取孔49H可以具有狭缝形状。第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45可以是导体。第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45可以具有相同厚度或不同厚度。例如，第二离子提取栅格45可以比第一离子提取栅格43更厚。

等离子壳层控制器41或41’可以是网状栅格41或多孔材料层41’。等离子壳层控制器41或41’可以包括第二离子提取孔41H。第二离子提取孔41H可以小于第一离子提取孔49H。等离子壳层控制器41或41’可以比第一离子提取栅格43更薄。等离子壳层控制器41或41’可以是导体或绝缘体。

如图4所示，等离子壳层控制器41或41’可以是网状栅格41。网状栅格41可以由从由石墨、金属和碳纳米管组成的组中选择的一个形成。网状栅格41可以包括第二离子提取孔41H。第二离子提取孔41H可以小于第一离子提取孔49H。网状栅格41可以比第一离子提取栅格43更薄。

如图5所示，等离子壳层控制器41或41’可以是多孔材料层41’。在这种情况，多孔材料层41’可以是导体或绝缘体。例如，多孔材料层41’可以是多孔金属层或多孔陶瓷层。多孔材料层41’可以包括第二离子提取孔41H。第二离子提取孔41H可以小于第一离子提取孔49H。多孔材料层41’可以比第一离子提取栅格43更薄。

图6到8是图2的部分E1的放大截面图。

参照图2和6，等离子壳层控制器41或41’可以附加到栅格组件49。栅格组件49可以包括第一离子提取栅格43、绝缘构件44和第二离子提取栅格45。在这种情况，等离子壳层控制器41或41’可以与第一离子提取栅格43接触。

等离子壳层控制器41或41’可以具有第一厚度T1。第一离子提取栅格43可以具有第二厚度T2。绝缘构件44可以具有第三厚度T3。第二离子提取栅格45可以具有第四厚度T4。第一厚度T1可以小于第二厚度T2。也就是，等离子壳层控制器41或41’可以比第一离子提取栅格43更薄。第二厚度T2和第四厚度T4可以相同或不同。

栅格组件49可以包括第一离子提取孔49H。第一离子提取孔49H可以穿过第一离子提取栅格43、绝缘构件44和第二离子提取栅格45。第一离子提取孔49H可以具有第一宽度W1。

等离子壳层控制器41或41’可以包括第二离子提取孔41H。第二离子提取孔41H可以具有第二宽度W2。第二宽度W2可以小于第一宽度W1。也就是，第二离子提取孔41H可以小于第一离子提取孔49H。等离子壳层控制器41或41’可以是导体或绝缘体。

等离子壳层40可以存在于等离子体38和等离子壳层控制器41或41’之间。等离子壳层40可以具有第五厚度T5。第五厚度T5可以根据等离子体38的密度而变化。例如，等离子体38的密度越高，第五厚度T5越薄。也就是，等离子体表面39与等离子壳层控制器41或41’之间的距离随着等离子体38的密度增加而降低。

第二宽度W2可以小于第五厚度T5。也就是，第二离子提取孔41H可以小于等离子壳层40的第五厚度T5。例如，第五厚度T5可以比第二宽度W2大几倍。当第二宽度W2小于第五厚度T5时，等离子体表面39可以平行于等离子壳层控制器41或41’的表面。如上所述，可以通过调节第二离子提取孔41H的尺寸控制等离子体表面39。

正电压可以施加到第一离子提取栅格43。在这种情况，第二离子提取栅格45可以接地。另外，负电压可以施加到第二离子提取栅格45。当等离子壳层控制器41或41’是导体时，等离子壳层控制器41或41’可以具有与第一离子提取栅格43相同的电势。

第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45可以用于从等离子体38提取离子束50。离子束50依次地穿过第二离子提取孔41H和第一离子提取孔49H以注入到样品腔51中。

通常，从等离子体38提取的离子可以具有与等离子体表面39垂直的方向性。如上所述，根据本发明的示例性实施例，可以通过调节第二离子提取 孔41H的尺寸控制等离子体表面39。也就是，虽然等离子体38的密度增加，等离子体表面39可以平行于与其相对的等离子壳层控制器41或41’的表面而形成。因此，可以最小化从等离子体38提取的离子与栅格组件49的碰撞和离子的散射。

最后，通过增加等离子体38的密度并调节第二离子提取孔41H的尺寸，与常规技术相比，可以显著增加离子束50的离子流量。

参照图2和7，等离子壳层控制器41或41’可以与栅格组件49分离。栅格组件49可以包括第一离子提取栅格43、绝缘构件44和第二离子提取栅格45。

在这种情况，间隙区域41G可以设置在等离子壳层控制器41或41’和第一离子提取栅格43之间。间隙区域41G可以用绝缘材料填充，但为了方便的缘故，其描述将被省略。间隙区域41G可以具有第六厚度T6。

栅格组件49可以包括第一离子提取孔49H。第一离子提取孔49H可以具有第一宽度W1。等离子壳层控制器41或41’可以包括第二离子提取孔41H。第二离子提取孔41H可以具有第二宽度W2。第二宽度W2可以小于第一宽度W1。也就是，第二离子提取孔41H可以小于第一离子提取孔49H。等离子壳层控制器41或41’可以是导体或绝缘体。

通常，等离子壳层40可以存在于等离子体38和与其相对的物体之间。也就是，等离子壳层40可以存在于等离子体38和与等离子体38相对的绝缘体之间。

因此，等离子壳层40可以存在于等离子体38和等离子壳层控制器41或41’之间。等离子壳层40可以具有第五厚度T5。第五厚度T5可以根据等离子体38的密度而变化。例如，等离子体38的密度越高，第五厚度T5越薄。

第二宽度W2可以小于第五厚度T5。也就是，第二离子提取孔41H可以小于等离子壳层40的第五厚度T5。例如，第五厚度T5可以比第二宽度W2大几倍。当第二宽度W2小于第五厚度T5时，等离子体表面39可以形成为平行于与其相对的等离子壳层控制器41或41’的表面。

第一离子提取栅格43和第二离子提取栅格45可以用于从等离子体38提取离子束50。离子束50依次地穿过第二离子提取孔41H和第一离子提取孔49H以注入到样品腔51中。

从等离子体38提取的离子可以具有与等离子体表面39垂直的方向性。如上所述，根据本发明的示例性实施例，可以通过调节第二离子提取孔41H的尺寸控制等离子体表面39。也就是，虽然等离子体38的密度增加，等离子体表面39可以形成为平行于与其相对的等离子壳层控制器41或41’的表面。因此，可以最小化从等离子体38提取的离子与栅格组件49的碰撞和离子的散射。

最后，通过增加等离子体38的密度并调节第二离子提取孔41H的尺寸，与常规技术相比，可以显著增加离子束50的离子流量。

参照图2和8，可以提供包括第一离子提取栅格43、绝缘构件44、第二离子提取栅格45、另一个绝缘构件47和第三离子提取栅格48的另一个栅格组件49’。等离子壳层控制器41或41’可以附加到栅格组件49’。此后，将只简单描述其间的差异。

第三离子提取栅格48可以夹置在第二离子提取栅格45和样品腔51之间。在这种情况，第二离子提取栅格45可以夹置在第一离子提取栅格43和第三离子提取栅格48之间。另一个绝缘层47可以夹置在第二离子提取栅格45和第三离子提取栅格48之间。第三离子提取栅格48可以是导体。

另一个栅格组件49’可以包括第一离子提取孔49H。第一离子提取孔49H可以穿过第一离子提取栅格43、绝缘构件44、第二离子提取栅格45、另一个绝缘构件47和第三离子提取栅格48。第一离子提取孔49H可以具有第一宽度W1。第一离子提取栅格43、第二离子提取栅格45和第三离子提取栅格48可以参照第一离子提取孔49H布置。

与第一离子提取栅格43相同极性的电压可以施加到第三离子提取栅格48。另外，低于第一离子提取栅格43的电压可以施加到第三离子提取栅格48。例如，当第一正电压施加到第一离子提取栅格43时，第二正电压施加到第三离子提取栅格48，且第二电压可以低于第一电压。

第一离子提取栅格43、第二离子提取栅格45和第三离子提取栅格48可以用于从等离子体38提取离子束50。离子束50依次地穿过第二离子提取孔41H和第一离子提取孔49H以注入到样品腔51。这里，第三离子提取栅格48用于控制通过第一离子提取孔49H提取的离子束50的加速度。

通常，从等离子体38提取的离子可以具有与等离子体表面39垂直的方向性。如上所述，根据本发明的示例性实施例，可以通过调节第二离子提取 孔41H的尺寸控制等离子体表面39。也就是，虽然等离子体38的密度增加，等离子体表面39可以形成为平行于与其相对的等离子壳层控制器41或41’的表面。因此，可以最小化从等离子体38提取的离子与栅格组件49’的碰撞和离子的散射。

最后，通过增加等离子体38的密度和调节第二离子提取孔41H的尺寸，与常规技术相比，可以显著增加离子束50的离子流量。

[实例]

图9示出为了检测通过使用等离子壳层控制器提取的离子束的变化，而在第一离子提取栅格中测量的离子电流特性，而图10示出为了检测通过使用等离子壳层控制器提取的离子束的变化，在相邻于栅格组件的样品腔中测量的离子电流特性。图9和10的横轴P指示施加到等离子体腔的感应线圈的射频(RF)功率，且单位是瓦(W)。图9和10的纵轴Ic指示测量的离子电流，且单位是微安(μA)。

在实验中使用的气体是氩气(Ar)。使用包括第一离子提取栅格、第二离子提取栅格和第三离子提取栅格的栅格组件。分别施加+150V、-100V和0V到第一离子提取栅格、第二离子提取栅格和第三离子提取栅格。栅格组件具有3.5mm的第一离子提取孔。等离子壳层控制器附加到第一离子提取栅格的表面。等离子壳层控制器由导电网状栅格形成。

参照图9，曲线90代表当省略等离子壳层控制器且只安装栅格组件时在第一离子提取栅格中测量的离子电流特性。曲线92代表当与栅格组件一起安装具有200μm的第二离子提取孔的等离子壳层控制器时，在第一离子提取栅格中测量的离子电流特性。曲线94代表当与栅格组件一起安装具有400μm的第二离子提取孔的等离子壳层控制器时，在第一离子提取栅格中测量的离子电流特性。曲线96代表当与栅格组件一起安装具有600μm的第二离子提取孔的等离子壳层控制器时，在第一离子提取栅格中测量的离子电流特性。

如从曲线90、92、94和96所看到的，可以理解的是在第一离子提取栅格中测量的离子电流随着施加到等离子体腔的感应线圈的RF功率的增加而增加。也就是，可以理解可以通过增加等离子体的密度而增加在第一离子提取栅格中测量的离子电流。

另外，可以通过安装等离子壳层控制器相对地减少在第一离子提取栅格 中测量的离子电流。也就是，由于安装了等离子壳层控制器，可以在一定程度上减少在第一离子提取栅格中测量的离子电流。

此外，第二离子提取孔的尺寸越小，在第一离子提取栅格中测量的离子电流越少。也就是，在第一离子提取栅格中测量的离子电流可以根据第二离子提取孔的尺寸被不同地检测。也应理解的是可以通过调节第二离子提取孔的尺寸来控制在第一离子提取栅格中测量的离子电流。

参照图10，曲线110代表当省略等离子壳层控制器且只安装栅格组件时在样品腔中测量的离子电流特性。曲线112代表当与栅格组件一起安装具有200μm的第二离子提取孔的等离子壳层控制器时，在样品腔中测量的离子电流特性。曲线114代表当与栅格组件一起安装具有400μm的第二离子提取孔的等离子壳层控制器时，在样品腔中测量的离子电流特性。曲线116代表当与栅格组件一起安装具有600μm的第二离子提取孔的等离子壳层控制器在样品腔中测量的离子电流特性。

在曲线110中，当省略等离子壳层控制器而仅安装栅格组件时，可以理解在样品腔中测量的离子电流随着RF功率的增加而在一定程度上减少。可以理解等离子壳层的厚度由于等离子体密度的增加而减少且离子流量由于提取的离子的分散而降低。

在曲线112、114和116中，当等离子壳层控制器与栅格组件一起安装时，可以理解在样品腔中测量的离子电流随着RF功率的增加而增加。在样品腔中测量的离子电流可以根据第二离子提取孔的尺寸被不同地检测。另外，可以理解可以通过调节第二离子提取孔的尺寸来控制在样品腔中测量的离子电流。

从图9和10，可以理解能通过增加等离子体密度并使用等离子壳层控制器和栅极组件来实现具有高离子流量的离子束设备。

从前面可以看到，提供了具有等离子壳层控制器和栅极组件的离子束设备。等离子壳层控制器用于调节等离子壳层的形成。也就是，能平行于等离子壳层控制器提供等离子体表面。因此，可以实现具有高离子流量的离子束设备。另外，可以使用具有高离子流量的离子束设备来实现半导体制造设备。

这里已经公开了本发明的示例性实施例，虽然采用了特定的术语，但它们仅以普通和描述的意义使用和解释。因此，本领域普通技术人员应该理解的是，只要不偏离权利要求中阐述的本发明的精神和范围，可以进行形式和细节的各种变化。

Claims (26)

1.一种离子束设备，包括：

等离子体腔；

安装在所述等离子体腔的一端并具有第一离子提取孔的栅格组件；以及

设置在所述等离子体腔和所述栅格组件之间，并具有小于所述第一离子提取孔的第二离子提取孔的等离子壳层控制器，

其中所述第二离子提取孔的宽度小于所述等离子体腔的等离子壳层的厚度。

2.如权利要求1所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器孔比所述等离子壳层的厚度小几倍。

3.如权利要求1所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器是导体。

4.如权利要求1所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器是网状栅格。

5.如权利要求4所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器由从石墨、金属和碳纳米管组成的组中选择的一个形成。

6.如权利要求1所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器是多孔材料层。

7.如权利要求6所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器由从多孔金属层或多孔陶瓷层组成的组中选择的一个形成。

8.如权利要求1所述的离子束设备，其中所述栅格组件包括：

第一离子提取栅格；以及

第二离子提取栅格，

其中所述第一离子提取栅格夹置于所述等离子壳层控制器和所述第二离子提取栅格之间。

9.如权利要求8所述的离子束设备，其中所述等离子壳层控制器比所述第一离子提取栅格更薄。

10.如权利要求8所述的离子束设备，其中所述第一离子提取栅格施加有正电压，且所述第二离子提取栅格施加有负电压或接地。

11.如权利要求8所述的离子束设备，其中所述栅格组件还包括第三离子提取栅格，正电压施加到该第三离子提取栅格，其中所述第二离子提取栅格夹置在所述第一离子提取栅格和所述第三离子提取栅格之间。

12.一种半导体制造设备，包括：

等离子体腔；

与所述等离子体腔相通的样品腔；

设置在所述等离子体腔和所述样品腔之间，并具有第一离子提取孔的栅格组件；以及

设置在所述等离子体腔和所述栅格组件之间，并具有小于所述第一离子提取孔的第二离子提取孔的等离子壳层控制器，

其中所述第二离子提取孔的宽度小于所述等离子体腔中的等离子壳层的厚度。

13.如权利要求12所述的半导体制造设备，还包括：

设置在所述等离子体腔的一个表面的气体入口；以及

设置在所述样品腔中的排气口。

14.如权利要求12所述的半导体制造设备，还包括设置在所述样品腔中的晶片台。

15.如权利要求12所述的半导体制造设备，其中所述等离子壳层控制器与所述栅格组件接触。

16.如权利要求12所述的半导体制造设备，其中所述等离子壳层控制器是网状栅格或多孔材料层。

17.如权利要求16所述的半导体制造设备，其中所述等离子壳层控制器由从石墨、金属和碳纳米管组成的组中选择的一个形成。

18.如权利要求12所述的半导体制造设备，其中所述栅格组件包括：

第一离子提取栅格；以及

第二离子提取栅格，

其中所述第一离子提取栅格夹置在所述等离子壳层控制器和所述第二离子提取栅格之间。

19.如权利要求18所述的半导体制造设备，其中所述等离子壳层控制器比所述第一离子提取栅格更薄。

20.如权利要求18所述的半导体制造设备，其中所述第一离子提取栅格施加有正电压，且所述第二离子提取栅格施加有负电压或接地。

21.如权利要求18所述的半导体制造设备，其中所述栅格组件还包括第三离子提取栅格，正电压施加到该第三离子提取栅格，其中所述第二离子提取栅格夹置在所述第一离子提取栅格和所述第三离子提取栅格之间。

22.如权利要求21所述的半导体制造设备，其中施加到所述第三离子提取栅格的电压小于施加到所述第一离子提取栅格的电压。

23.如权利要求12所述的半导体制造设备，其中所述等离子壳层控制器的第二离子提取孔的宽度在200μm和600μm之间。

24.一种从等离子体源提供离子束的方法，包括：

相邻于所述等离子体源的等离子壳层并且在栅格组件的前面设置等离子壳层控制器，使得所述等离子壳层控制器的多个孔与所述栅格组件的每个孔相通，并且所得到的等离子壳层与所述等离子壳层控制器的表面共面；

施加电压到所述栅格组件；以及

通过所述等离子壳层控制器中的孔然后通过所述栅格组件中的孔提取离子以形成离子束，

其中所述等离子壳层控制器孔的宽度小于所述等离子壳层的厚度。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：

提供所述栅格组件的第一提取栅格和与所述第一提取栅格对齐的第二提取栅格；以及

施加所述电压到所述第一提取栅格并施加不同的电压到所述第二提取栅格。

26.如权利要求25所述的方法，还包括：

提供所述栅格组件的第三提取栅格，使得所述第二提取栅格夹置在所述第一提取栅格和所述第三提取栅格之间；

施加第一正电压到所述第一提取栅格；以及

施加小于所述第一正电压的第二正电压到所述第三提取栅格。

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