冷冻板可被配置成在等离子体源腔202和处理腔204中保持0.02Pa以下的压力。
[0058]此外，电子源252可耦接至处理腔204以在栅格224和工件206之间提供低能电子，由此中和离子束234的空间电荷。在一个示例中，电子源252是用于产生低能电子的等离子体源。在另一示例中，电子源252可以是电子流枪。中和离子束234的空间电荷被期望用来降低由于空间电荷效应而产生的离子束234的速度。此外，电子源252可用于防止工件206上过度集中的充电(例如，>10V)，这种过度集中的充电可能不期望地导致工件206上的器件的诸如阈值电压偏移或栅极电介质损伤之类的损伤，。
[0059]2、基于等离子体的材料改性处理
[0060]图8描绘了示例性基于等离子体的材料改性处理800。可采用包含具有磁约束的等离子体源的基于等离子体的材料改性系统来执行处理800。在当前示例中，参见图2，采用基于等离子体的材料改性系统200来执行处理800。然而，应该理解的是，处理800可利用其它基于等离子体的材料改性系统来执行。下面同时参考图2和图8来描述处理800。
[0061]处理800可在低压下执行，其中等离子体源腔202、漂移区226和处理腔204中的压力被调整成低于0.1Pa或低于0.02Pa。可通过节流阀238和高速真空泵240来调整压力。如上所述，期望低操作压力来实现更高系统可靠性、高级工艺控制和更高器件产率。
[0062]在处理800的块802，工件206被布置在支撑结构208上。在一个示例中，工件206可以是半导体衬底(例如，硅、锗、砷化镓等)，其中半导体器件至少部分地形成在其上。在另一示例中，工件206可以是其中薄膜半导体器件至少部分地形成在其上的玻璃基片。
[0063]在处理800的块804，在等离子体源腔202的等离子体产生区域232中产生等离子体220。等离子体220包含离子、中性物质和电子。在一个示例中，等离子体220的能量大于1eV的一部分电子可多于不具有磁约束或者仅仅具有部分磁约束的等离子体源所产生的等离子体的电子。通过将工艺气体从气体源244提供至等离子体源腔202中并将能量从电源引入等离子体源腔202以电离并分离工艺气体，可产生等离子体220。应该理解的是，多个工艺气体可被提供至等离子体源腔202中以产生等离子体220。
[0064]工艺气体可以是任意前驱气体，包含一个或多个元素用于改变工件206的物理特性、化学特性或电特性。例如，工艺气体可以是包含硼、磷或砷的气体(例如，三氢砷化、三氢化磷、乙硼烷、砷或磷蒸气、三氟化硼等)，以将电荷载流子(例如，空穴或电子)引入工件206。而且，工艺气体可包括诸如氦气之类的惰性气体或诸如氢气的附加气体。在一些示例中，工艺气体可包含诸如碳、氮气、稀有气体或卤素之类的元素用以改变工件206的表面的本征应力或其它机械或化学特性。这种工艺气体还可用于改变工件206上的器件结构的层表面处的功函数。在其它示例中，工艺气体可包含诸如硅、锗、铝和硫族元素、或镧系元素之类的元素用于改变工件206上的器件结构的层表面处的肖特基势皇高度。
[0065]通过经由天线230将能量(例如，电能或AC电能)从电源246 (例如，电源orAC电源)提供至等离子体源腔202中，可电离并分离工艺气体。在该示例中，经由天线230将LF,RF或VHF能量从电源236提供至等离子体源腔202中以在等离子体产生区域232中产生高能电子。高能电子使得工艺气体电离并分离以形成等离子体220。在一个示例中，电源246可经由天线230在介于10kHz和10MHz之间的频率下提供200W至1kW的RF能量，使得等离子体源腔202中的工艺气体电离并分离。应该理解的是，其它形式的能量也可被提供来使得工艺气体电离并分离。例如，如上所述，UHF或微波能量可被提供以取代LF、RF或VHF能量。在另一示例中，等离子体产生区域232中的加热薄膜可被用来使得工艺气体电离并分离。
[0066]在一个示例中，等离子体220可在0.1Pa以下的压力下在等离子体源腔202中产生。在另一示例中，等离子体220可在0.02Pa以下的压力下产生。在更低压力下产生等离子体220是有利的，因为这增大了等离子体220中的电子的的平均能量(即，电子温度)，这在能量范围内以指数方式增大了等离子体220中的每电子的电离率。更大的电离率导致了等离子体220中的离子的更高集中度以及中性物质的更低集中度。例如，相对于当在IPa的压力下产生等离子体220时，当在相同的能量密度下在低于0.1Pa的压力下产生等离子体220时，等离子体220中中性物质与离子之比可至少处于更低的幅度级。等离子体220中的中性物质的更低集中度有利于降低中性物质至工件206的流量。而且，更大的电离率使得处理800能够更有效，因为需要更少的工艺气体来产生离子束234以及处理工件206。
[0067]等离子体220是在等离子体源腔202的等离子体产生区域232中产生的，其中能量大于1eV的大多数电子被第一组磁体210、第二组磁体212和第三组磁体214限制。如以上结合图3所述，第一组磁体210、第二组磁体212和第三组磁体214产生围绕等离子体产生区域232的磁场。多会切磁场从端壁216、侧壁218和第三组磁体214排斥高能电子，从而增大在与端壁216和侧壁218相距距离超过5cm的等离子体产生区域232内产生等离子体220的效率。通过将高能电子限制在等离子体220中，等离子体220可被稳定地产生并被保持在0.1Pa或0.02Pa以下的压力下。没有第一组磁体210、第二组磁体212和第三组磁体214时，等离子体220可变得不稳定或者不可保持在0.1Pa以下的压力下，因此可能不适合用于针对批量生产执行材料改性。
[0068]可在截面面积显著地大于工件206的面积的等离子体源腔202中产生等离子体220。在一个示例中，等离子体源腔202的内径236可大于45cm。在另一示例中，内径236可比工件206的直径大50%至100%。如上所述，更大的内径236有利于实现仅仅利用来自电流密度分布更均匀的离子束234中心区域的离子处理工件206。
[0069]在处理800的块806，使得离子从等离子体220向工件206加速，以利用离子处理工件206。在一个示例中，可通过将一个或多个偏压提供至栅格224中的一个或多个栅格以使得离子从等离子体220向工件206加速来执行块806。一个或多个偏压可以是DC、脉冲DC,RF偏压、或其组合。在该示例中，基于等离子体的材料改性系统200包括布置在第三组磁体214和支撑结构208之间的栅格224。如上所述，栅格224被布置成与第三组磁体214相距最佳距离228，以实现更均匀的电流密度分布来处理工件206。在一个示例中，距离228介于0.1OD和0.33D之间，其中D是等离子体源腔202的内径236。在另一示例中，距离228介于0.2D和0.30D之间。在又一不例中，距离228介于6cm和18cm之间。
[0070]一个或多个偏压可利用一个或多个偏置电源248而施加至栅格224中的一个或多个栅格。偏置电源248可以是DC电源、脉冲DC电源或RF电源。将一个或多个偏压提供给栅格224中的一个或多个栅格，可从等离子体220提取离子束234并通过栅格224使得离子束234向工件206加速。此外，栅格224可聚集或校准离子束234。例如，离子束234可包括穿过栅格224的多个射束。将一个或多个偏压施加在栅格224上可聚集并校准离子束234的射束。
[0071]在当前示例中，栅格224包括5个栅格。方便起见，将按先后顺序称呼栅格，其中最靠近等离子体源腔202的栅格被称为“第一栅格”，最靠近处理腔204的栅格被称为“第五栅格”。在一个示例中，第一栅格可用作提取栅格并相对于等离子体源腔202的端壁216和侧壁218的电势偏置在大约±100V下。第二栅格可以是加速栅格，其被偏压至相对于第一栅格的高达_20kV的负提取电压，以从等离子体220提取离子束234。应该理解的是，施加至第二栅格的相对于第一栅格的提取电压必须大致遵循Child-Langmuir定律，其中所提取的电流密度是栅格之间的电势差以及栅格之间的距离的函数。第五栅格可偏压成大致接地，同时第四栅格可偏压在相对于第五栅格的负电压(例如，-200V至OV)下，以抑制电子倒退加速至等离子体源腔202中。施加至第三和第四栅格的偏压可被选择成实现离子束234的期望能量和轮廓。
[0072]应该理解的是，任意数量的栅格可被用来提取、加速和聚集离子束234。此外，应该理解的是，使用四个或更多栅格提供了更大的灵活性来实现离子束234的期望能量和分布。
[0073]在一些示例中，可利用没有栅格224的基于等离子体的材料改性系统200执行处理800。在这种示例中，可通过将偏压施加至工件206以使得离子从等离子体220向工件206加速来执行块806。偏压可经由支撑结构208利用偏置电源254施加至工件206。例如，偏置电源254可以是DC电源、脉冲DC电源或RF电源。将偏压施加至工件206，可使得离子从等离子体220向工件206加速。等离子壳层可形成在等离子体220和工件206之间，其中来自等离子体220的离子在等离子壳层上加速至工件206。而且，在低操作压力下，等离子壳层中存在较少的交换，因此到达工件206的离子的能量分布更紧密。
[0074]为了实现工件206上的离子的均匀处理，工件206可被支撑结构208布置成与第三组磁体214相距最佳距离。将工件206布置得太靠近第三组磁体214可由于来自第三组磁体214的离子阴影而导致工件206处的不均匀的离子电流密度。然而，将工件206布置得太远离栅格224也可由于对侧壁的离子损失而导致工件206处的不均匀的离子电流密度。在一个示例中，工件206可被支撑结构208布置成与第三组磁体214相距介于0.1OD和0.33D之间的距离，其中D是等离子体源腔202的内径236。在另一示例中，工件206可被支撑结构208布置成与第三组磁体214相距介于0.2D和0.3D之间的距离。
[0075]如上所述，等离子体220的高能电子被第一组磁体210、第二组磁体212和第三组磁体214限制，其导致更低操作压力，因此导致到达工件206的中性物质的更低集中度。到达工件206的中性物质的更低集中度导致工件206的表面上的更少的寄生刻蚀、氧化或沉积，因此导致更高的器件产率。在一个示例中，当在少于0.1Pa的操作压力下执行处理800时，对于介于IEHcnT2至lE17cm_2之间的离子剂量，工件206上的寄生沉积或刻蚀可少于2nm。在另一示例中，可利用处理800针对介于lE14cm_2至lE17cm _2之间的离子剂量实现小于I %的离子均匀性(来自平均数的一个Σ变化)。
[0076]在一些情况下，可利用具有吸收器250的基于等离子体的材料改性系统200执行处理800。在这样的情况下，吸收器250可与从等离子体220向支撑结构208流动的离子相互作用，并吸收一小部分离子。如上所述，吸收器250的一个区域可具有与吸收器250的另一区域不同的离子透明度。在当前示例中，吸收器250的离子透明度从吸收器250的中心向边缘增大。因此，离开吸收器250的离子的电流密度分布可不同于从等离子体220流向吸收器的离子的电流密度分布。具体地，相对于从等离子体220流向吸收器的离子的电流密度分布，离开吸收器250的离子可具有更均匀的电流密度分布。
[0077]吸收器250可布置在等离子体220的中心和支撑结构208之间。在其中基于等离子体的材料改性系统200包括栅格224的情况下，吸收器250可要么布置在等离子体220的