[发明专利]用于等离子体沉积和处理的方法及系统

说明书

离子束处理或植入系统包括发射具有给定间距的多个平行离子束的离子源。具有不均匀磁场的第一透镜磁体接收来自离子源的多个离子束并将多个离子束朝向共同点聚焦。系统可以可选地包括具有不均匀磁场的第二透镜磁体，该第二透镜磁体接收由第一透镜磁体聚焦的离子束并将该离子束重新导向，使得离子束具有平行的布置且在朝向目标基材的方向上具有比给定间距更靠近的间距。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月27日提交的标题为“Methods and Systems For PlasmaDeposition And Treatment(用于等离子体沉积和处理的方法及系统)”的美国临时专利申请序列No.62/525,463的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及用于使用等离子体在基材上沉积材料以及使用微波辐射和等离子体对物体进行处理的方法和系统。

背景技术

沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)(在大气压(APCVD)或减小的压力(LPCVD)下)、电镀、蒸发、热火焰喷涂和热等离子体喷涂。这些沉积技术中的许多技术用于制造材料层，诸如半导体、碳纳米管、工业涂层、生物医学涂层等。通常，必须在诸如层附着性、来自不期望元素的污染物、沉积速率和均匀性(在整体和微观尺度两者上)等技术关注与诸如进行这种沉积的成本(材料成本和材料有效使用)以及所部署的制造设备的成本等商业关注之间取得平衡。

一般情况下，采用真空或减压环境的工艺承受较高的资本设备成本并展示出较低的沉积速率。然而，在减压环境下操作的益处常常是污染物的减少和均匀性及附着力有效性的增加。此外，一些工艺可能根本无法在较高压力下工作，因此需要较低压力或真空水平的操作规程。

诸如PVD和CVD之类等离子体沉积技术通常有效应用在诸如半导体器件的制造等领域中。在本领域中已知用于生成等离子体的几种方法。电弧等离子体通过在两个元件(诸如阳极和阴极)之间施加DC电压来产生等离子体。所得到的电子流(电弧)负责凭借与电弧放电区域中的其它分子和原子的碰撞而在其路径中产生非常高的温度。电弧放电等离子体的常见问题是，随着时间的推移，它们会消耗其电极。换言之，电弧从电极上溅射材料，该材料随后被共沉积到或进入到等离子体区域中。在几种工艺中，诸如在要求保持非常纯的材料的沉积中，即使处于非常低的污染物水平，这种共沉积也可能是有害的。作为实例，即使非常少量的共沉积金属也可能对半导体或太阳能光伏材料的功能是有害的。

电感耦合等离子体(ICP)源通常采用由射频信号(大约1MHz至13MHz是常用频率范围)供电的电线圈。RF信号生成快速改变的电磁场。该电磁场可以被耦合到室中以产生等离子体。

电子回旋共振(ECR)等离子体源通常用于支持各种材料的沉积化学过程。ECR源组合有微波源(通常在1GHz与10GHz之间操作)和永久磁场或电磁场，其中，微波源向等离子体放电区域供电，而磁场负责产生用于诸如电子和离子等带电粒子的螺旋路径。因此，由于螺旋路径，带电粒子与中性粒子之间的碰撞可能性显著增加，从而导致带电粒子在等离子体区域中的停留时间长得多并且带电粒子与等离子体中的其它粒子之间的相互作用时间增加。该增加的停留时间允许带电粒子(特别是电子)在等离子体中产生附加的电离粒子，从而导致等离子体区域中的电荷浓度高得多。这些较高的电荷浓度导致期望粒子的较高提取速率。这在诸如离子辅助沉积等工艺中或在离子掺杂工艺中特别有用。此外，电子的较长停留时间允许等离子体的温度整体增加。

ECR等离子体在半导体器件的制造中非常普遍。大多数ECR等离子体系统要求真空度远低于大气压才能操作，因此需要昂贵的设备。然而，在升高的压力下也观察到了ECR现象。

一般而言，等离子体展现出一些独特的特性，诸如(元(meta))稳定表面波的形成，其中可以远离等离子体波来源跨越长距离地发射等离子体波。有意地增强波的形成的等离子体源是表面波等离子体源(SWP)。它们也被称为“表面波器件(Surfatron)”。表面波器件是有意设计成产生增强的等离子体波操作的等离子体源。