專利名稱：原位除去離子束注入機(jī)內(nèi)表面的污物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與除去附著于離子束注入機(jī)內(nèi)表面的污物有關(guān)，具體地說，與用離子束除去注入機(jī)內(nèi)污物的方法有關(guān)。
離子束注入機(jī)被用于給硅片注入或“攙入”雜質(zhì)，以得到n型或p型非本征物質(zhì)。這種n型或p型非本征物質(zhì)被用于半導(dǎo)體集成電路的制作。恰如其名稱所暗示，離子束注入機(jī)將選定種類的離子摻入硅片內(nèi)，得到所需的非本征材料。注入自諸如銻、砷或磷等源物質(zhì)產(chǎn)生的離子，可得n型非本征材料。若需p型非本征材料片，則注入自諸如硼、鎵或銦等源物質(zhì)產(chǎn)生的離子。
離子束注入機(jī)包括一個(gè)離子源，用以從可電離的源物質(zhì)產(chǎn)生正的荷電離子。所得離子行成一束，并沿預(yù)定的射束路徑被加速，到達(dá)注入位置。離子束注入機(jī)包括在離子源與注入位置之間所提供的離子束形成及成形機(jī)構(gòu)。該離子束形成及成形機(jī)構(gòu)保持所述離子束并限定一個(gè)細(xì)長的內(nèi)腔或區(qū)域，離子束途經(jīng)此腔或此區(qū)，到達(dá)注入位置。當(dāng)進(jìn)行注入操作時(shí)，必須將此區(qū)抽真空，以減少離子與分子碰撞而導(dǎo)致離子偏離預(yù)定之射束路徑的幾率。
近來已提出將離子束注入用于制作平板顯示器。平板顯示器常被用于便攜式個(gè)入計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)的顯示器沒有用來顯示文本及圖表的陰極射線管。代之以用非晶硅所覆蓋的玻璃基板再覆以一電極陣列，用以激活顯示器的分立的圖象元(象素)。制作時(shí)，給玻璃覆上構(gòu)成圖樣的光刻膠，再插入注入室，于是自源來的離子束即可處理該平板顯示器。離子注入的這種應(yīng)用需要較大截面的離子束，以注入所述平板顯示器的整個(gè)寬度。
對現(xiàn)有的大電流的離子注入機(jī)，將處在注入位置的芯片裝在旋轉(zhuǎn)支承物的表面上。隨著支承物的旋轉(zhuǎn)，所述芯片穿過離子束。沿射束路徑飛行的離子與旋轉(zhuǎn)著的芯片碰撞并被注入其中。一個(gè)自動臂從芯片盒內(nèi)取出芯片，并將該芯片放在所述芯片支承物的表面上。處理后，所述自動臂自芯片支承物表面移去該芯片，并將已處理過的芯片再放入芯片盒內(nèi)。在所提出的有關(guān)離子注入機(jī)對平板顯示器的應(yīng)用中，是將所述平板裝在一個(gè)支承物上的，所述支承物將所述平板放在一束被擴(kuò)展了面積的離子束中，這種離子束是由離子源的多出口所形成的。
離子束注入機(jī)的工作引出某些污物的生成。這些污物附著在與離子束相鄰的所述注入機(jī)之離子束形成及成形機(jī)構(gòu)的表面上，和面對著離子束的芯片支承物的表面上。污物包括離子源所產(chǎn)生的不希望有的一類離子，也就是具有不希望原子量的離子。
污物的另一種來源起因于注入機(jī)以連續(xù)注入的方式注入不同種類的離子。是用同一個(gè)注入機(jī)注入不同的離子是一種常用的作法。例如，可將注入機(jī)用于給大量芯片注入具有11AUM(原子質(zhì)量單位)的硼離子?？山o這種硼的注入繼之以具有75AUM的砷的注入。這種以不同種類的離子連續(xù)注入，可能導(dǎo)致第二種注入芯片受到來自第一種注入離子的沾污。這被稱作“交叉類別沾污”。
另一種沾污物是光刻膠材料。為對芯片進(jìn)行離子束處理，先將光刻膠材料涂敷在芯片的表面上，而且為了確定有關(guān)整個(gè)集成電路的布線，也需要光刻膠材料。隨著離子碰撞芯片的表面，所涂光刻膠材料的一些顆粒會從芯片上被撞去，并沉積在芯片支承物的表面上或者靠近離子束形成及成形機(jī)構(gòu)的內(nèi)表面上。
日積月累，這樣一些污物堆積在離子束形成及成形機(jī)構(gòu)上以及芯片支承物的表面上，它們降低了離子束注入機(jī)的效率以及所處理的薄片的質(zhì)量。隨著污物堆積在注入部件的表面上，上層污物剝離，或者受到離子的撞擊而脫落，產(chǎn)生造成放電玷污芯片的注入。一些被撞下的污物沿射束路徑移動，到達(dá)注入位置，并被注入芯片中。這樣的污物改變了芯片的電特性。即使很小量的污物也能使被注入的芯片變得與它們預(yù)定的制作集成電路的目的不相適應(yīng)。
另外，污物在離子注入機(jī)內(nèi)表面上的堆積將降低某些離子束形成及成形部件的效率。例如，離子束通過一個(gè)部分地中和正荷電離子束的離子束中和裝置，以使被注入的芯片不因離子束而荷電。這種離子束中和裝置產(chǎn)生二次電子發(fā)射，以便使正荷電離子束通過該裝置時(shí)部分地中和該正荷電離子束。污物在離子束中和裝置內(nèi)表面上的堆積阻礙了二次電子的發(fā)射過程。
必須定期清除沉積在注入機(jī)內(nèi)表面上的沾污。從離子束形成及成形機(jī)構(gòu)和薄片支成物上除去污物需要拆卸離子注入機(jī)。由于某些攙雜物質(zhì)是有毒的，所以將被沾污的部件自注入機(jī)取下，并將其移至清洗臺上。用溶劑和研磨劑擦拭沾污的表面，以除去污物。然后重新裝配注入機(jī)并先行測試，以恢復(fù)薄片的處理。
這種清洗工藝就注入機(jī)降低工作時(shí)間而言表現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟(jì)支出。除了清洗這樣的部件所需的時(shí)間外，注入機(jī)的重新裝配是個(gè)很慢的過程。為了注入機(jī)的正常工作，必需實(shí)現(xiàn)注入機(jī)部件的精確調(diào)整。另外，為了工作，必須重新建立注入機(jī)內(nèi)部范圍的真空。最后，規(guī)范的操作過程不允許觸及已被拆開的注入機(jī)，除非通過放入測試芯片并判斷該芯片說明它重新合格。
本發(fā)明提供用于原位除去附在離子束注入機(jī)內(nèi)表面上的污物的方法。在這樣的離子束注入機(jī)內(nèi)，離子從源物質(zhì)內(nèi)分離出，并形成一束通過束射路徑的離子束。束內(nèi)的離子從注入機(jī)被抽空的區(qū)域除去污物，再從注入機(jī)取出它們。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述注入機(jī)包括一個(gè)質(zhì)量分析磁鐵，用以產(chǎn)生一個(gè)磁場，離子束在其路徑上通過該磁場，到達(dá)注入室。所述質(zhì)量分析磁鐵是可調(diào)的，以便當(dāng)離子束通過該磁場時(shí)改變離子束的方向。一個(gè)離子束控制器通過稍稍失調(diào)該質(zhì)量分析磁鐵，造成所述離子束撞擊離子束注入機(jī)的內(nèi)表面。
本注入機(jī)還包括一組圍繞所述離子束射路徑的一部分設(shè)置的電極，它們被可調(diào)地通電，以便當(dāng)離子束通過該組電極時(shí)改變離子束的方向。所述控制器通過調(diào)整電極的電位，造成所述離子束撞擊離子束注入機(jī)的內(nèi)表面。
所述控制器便于按一個(gè)選擇過的重復(fù)方式調(diào)節(jié)所述質(zhì)量分析磁鐵的朝向，使離子束重復(fù)地清掃整個(gè)待清潔的表面。類似地，可重復(fù)地改變電極的電位，以實(shí)現(xiàn)離子束對整個(gè)待清潔表面的重復(fù)清掃。
所述控制機(jī)構(gòu)還包括產(chǎn)生二次電子發(fā)射場的離子束中和裝置；離子束通過該裝置。給此中和裝置通電，以便在離子束通過電場時(shí)，增加離子束的發(fā)散性，以使束內(nèi)的離子撞擊所述離子束中和裝置和面對離子束的芯片支承物表面的下游表面。
按照本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)成的離子注入機(jī)，包括一個(gè)離子源，用于從具有一個(gè)或多個(gè)出口的源室發(fā)射離子。利用相對于所述源室的一個(gè)或多個(gè)出口而定位的電極從源室分離出離子，使離開源室的離子，形成離子束。限定離子束的機(jī)構(gòu)約束一個(gè)抽真空區(qū)，此區(qū)規(guī)定了離子束從電極結(jié)構(gòu)飛行的路徑。離子注入室包括支承工件的結(jié)構(gòu)，所述工件橫過離子從源到注入室的飛行路徑與進(jìn)入注入室的離子相交。
一個(gè)源將源物質(zhì)引入離子注入室，此物質(zhì)在離子束處置工件過程中與污物相互作用，這些污物在離子束處理工件時(shí)與約束離子束注入機(jī)的抽真空區(qū)的結(jié)構(gòu)接觸。當(dāng)離子束自源通過抽真空區(qū)運(yùn)動到達(dá)注入室時(shí)，一個(gè)注入控制器控制所述離子束。一個(gè)泵從離子注入機(jī)的抽真空區(qū)除去所沉積的沾污物。
最好采用一種源物質(zhì)，它產(chǎn)生離子與沉積的沾污物化學(xué)地結(jié)合在一起，形成易揮發(fā)類沾污物，由所述的泵除掉。
通過結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將更好地理解本發(fā)明的這些以及其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。


圖1是表示包括離子源、離子束形成及成形機(jī)構(gòu)和注入室的離子束注入機(jī)局部剖面頂視圖；圖2是圖1所示離子束注入機(jī)四元組件的放大頂視平面圖；圖3是從圖2中3-3線所示平面觀看圖2所示四元組件的離子束分解板正視圖；圖4是從圖2中4-4線所示平面觀看圖2所示四元組件的四元組件護(hù)板的正視圖；圖5是圖1所示離子束注入機(jī)的離子束中和裝置的放大頂視平面圖；圖6是平板顯示器中所用注入平板適用的離子束注入機(jī)頂視平面圖；圖7是平板顯示器中所用注入平板適用的離子束注入機(jī)的縱剖面圖；圖8是具有實(shí)現(xiàn)輝光放電清洗離子注入室所用電極的離子注入機(jī)的一部分的放大剖面圖。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向各附圖，圖1描述一個(gè)離子束注入機(jī)，被概括地表示為10，它包括一個(gè)離子源12、用于形成離子束14并控制其形狀的機(jī)構(gòu)13和注入臺16?？刂齐娮釉O(shè)備11監(jiān)視并控制所述注入室17的注入臺16上的芯片(未示出)接受的離子劑量。離子束內(nèi)的離子遵循一條預(yù)先設(shè)定的束射路徑，該路徑在圖1中被標(biāo)明為D。隨著離子束飛過所述離子源12與注入臺16間的距離，此束射路徑D具有變化的發(fā)散量。圖1中已將由離子束發(fā)散量所引起的預(yù)定束射路徑D的“界限”分別標(biāo)明為D′和D″。
離子源12包括一個(gè)等離子體室18，它限定一個(gè)內(nèi)區(qū)，將源物質(zhì)被噴入此區(qū)中。所述源物質(zhì)可包括能被離子化的氣體或被蒸發(fā)的源物質(zhì)。固體形式的源物質(zhì)被放入一對蒸發(fā)器19中。蒸發(fā)了的源物質(zhì)再被噴入等離子室中。如果需要n型非本征芯片材料，則采用硼、鎵或銦。鎵和銦均為固態(tài)源物質(zhì)，而硼是作為氣體被噴入等離子體室18中的，一般為三氟化硼或乙硼烷，因?yàn)榕鸬恼羝麎禾?，以致通過簡單地對其加熱，就在可用的壓力中了。
如果想得到p型非本征材料，將選銻、砷或磷作固態(tài)源物質(zhì)。將能量加到所述源物質(zhì)上，以便在等離子室18中產(chǎn)生正荷電離子。正荷電離子通過蓋在等離子室18開口側(cè)的蓋板20上的橢圓弧形狹縫離開所述等離子室內(nèi)部。
1994年9月26日指定即時(shí)申請代理人提交的流水號為No.08/312，142的美國專利申請中揭示了一種離子源，它利用微波能量使源物質(zhì)離子化。這里將美國專利申請No.08/312，142作為一個(gè)整體被編入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)。離子束14從離子源12通過一條抽真空的路徑到達(dá)也被抽真空的注入室17。由真空泵21提供所述路徑的抽真空。
等離子室18中的離子通過等離子室的蓋板20上的弧形狹縫被排出，并由靠近所述等離子室的蓋板20的多個(gè)電極24被朝向質(zhì)量分析磁鐵22加速。電極24自等離子室內(nèi)部引出離子，并將離子加速進(jìn)入質(zhì)量分析或分辨磁鐵22所限定的區(qū)內(nèi)。這組電極24包括一個(gè)遏止電極26和一個(gè)引出電極28，它通過一組三個(gè)球形絕緣體(圖1中只能看到其中的一個(gè))與所述遏止電極分開設(shè)置。所述注入機(jī)工作期間，使遏止電極26帶負(fù)電壓，用以限制離開等離子體室18的離子的回流。利用控制電子設(shè)備11使等離子體室18帶電，處于較高的正電位，同時(shí)將引出電極28設(shè)定為地電位，以便從等離子體室18引出正離子。各電極26、28都由對合的半圓形盤的一半組成，它們被分開放置，以確定一個(gè)離子通過的縫隙。
順著離子束14飛行的離子從離子源12運(yùn)動進(jìn)入質(zhì)量分析磁鐵22建立的磁場中。該質(zhì)量分析磁鐵是離子束形成及成形機(jī)構(gòu)13的一部分，并在磁鐵屏蔽套32內(nèi)受到支撐。磁場的強(qiáng)度和取向受控制電極11的控制。質(zhì)量分析磁鐵22包括一個(gè)由勵磁繞組(未示出)約束的磁軛(也未示出)。調(diào)整通過所述磁鐵勵磁繞組的電流，使磁鐵的場強(qiáng)受到控制。沿著離子束從質(zhì)量分析磁鐵22到注入臺16的飛行路徑，使離子束14進(jìn)一步被整形并受到整理。由于從質(zhì)量分析磁鐵屏蔽套32的高電位到接地的注入室17的電位降落，使離子被加速。
質(zhì)量分析磁鐵22只對那些有適于到達(dá)離子注入臺16的質(zhì)量的離子發(fā)生影響。等離子體室18中源物質(zhì)的離子化作用產(chǎn)生一種具有所需原子量的荷正電離子。不過除了所需的這類離子外，這種離子化過程還將產(chǎn)生一定比例的具有其它原子量的離子。原子量超過或低于所述適當(dāng)原子量的離子均不適于注入，將它們歸入不需要的類別。
由質(zhì)量分析磁鐵22產(chǎn)生的滋場對離子束中的離子發(fā)生影響，使之沿一彎曲的軌跡運(yùn)動。按這樣一種方式建立該磁場，即只讓原子量等于所需離子類別之原子量的離子飛過所述射束路徑而到達(dá)注入室17。
所需類別的離子沿路徑D運(yùn)動，或者更準(zhǔn)確地說，由于同類荷電離子(所有離子都帶正電荷)的排斥力造成離子束總有一定程度的擴(kuò)散，所以離子在以D′和D″所限定的離子束路徑“包跡”內(nèi)運(yùn)動。
圖1中標(biāo)記為“H”的軌跡路徑表示不需要的離子的軌跡路徑，這種離子的原子量遠(yuǎn)重于正在注入的所需離子類的原子量(差不多重50％)。被標(biāo)以“L”的軌跡路徑表示不需要的離子的軌跡路徑，這種離子的原子量遠(yuǎn)輕于正在注入的所需離子類的原子量(差不多輕50％)。這些原子量遠(yuǎn)輕于或遠(yuǎn)重于所需種類離子的原子量的離子通過所述質(zhì)量分析磁鐵的磁場時(shí)，比預(yù)定的、所需束射路徑D要散開很多，并擊中該質(zhì)量分析磁鐵的護(hù)罩32。
所述離子束形成及成形機(jī)構(gòu)13還包括四元組件40、繞軸轉(zhuǎn)動的法拉第筒42和離子束中和器44。所述四元組件40包括圍繞離子束14定向的磁鐵組46，通過控制電子設(shè)備(未示出)給它們選擇性地供能，以調(diào)節(jié)離子束14的高度。該四元組件40在位于腔室17與磁鐵22之間的外罩50內(nèi)受到支撐。
耦接于四元組件40面向法拉第筒42的一端為一離子束解象板52。該離子束解象板52(resolvingplate)由玻璃態(tài)石墨組成，如圖3所示。該離子束解象板52有一長形孔56，隨著離子束中14的離子進(jìn)入四元組件40，它們穿過此孔。該離子束解象板板52還包括四個(gè)埋頭孔58。用螺栓(未示出)將離子束解象板52固定到四元組件40上。如“包跡”D′和D″的寬度所限定的那樣，在所述離子束解象板52處，離子束的擴(kuò)散處于最小值，即D′和D″的寬度處于最小值，在此，離子束14通過解象板的孔56。
解象板52的作用在于，與質(zhì)量分析磁鐵22一起從離子束14中消除不需要的離子種類，這類離子的原子量接近但不等于所需種類離子的原子量。如上所述，由控制電路11確定所述質(zhì)量分析磁鐵的磁場強(qiáng)度和取向，使得只有原子量等于所需種類離子的原子量的離子才飛過預(yù)定的、所需射束路徑D而到達(dá)注入臺16。原子量過大于或過小于所需離子的原子量的不需要的離子種類受到明顯的偏離，擊中外罩50。
但是，如果一種不需要的離子的原子量“接近”所需種類離子的原子量，則這種不需要的離子的軌跡將只是略為偏離所需束射路徑D。這樣的僅只是略為偏離所需束射路徑D的不需要的離子將會撞擊面向解象板52表面的上游。累積起來，擊中解象板52的不需要種類的離子堆積在該板上。
例如，為得到p型非本征材料而以硼離子注入的芯片是一種典型的注入機(jī)操作過程。所需的注入種類是包括硼11的離子，也就是具有11個(gè)原子質(zhì)量單位的硼的離子。然而，實(shí)驗(yàn)已表明等離子體室18中包含被汽化的硼的離子源物質(zhì)還產(chǎn)生另一種硼同位素硼10，也即具有10個(gè)原子質(zhì)量單位的硼的離子。帶有硼10的離子是一種不被需要的種類。
由于這兩種同位素(硼10和硼11)的原子量只差10％，所以這種包含硼10的不被需要種類離子的軌跡靠近所需硼11離子束的軌跡線D。不過因?yàn)橘|(zhì)量的差別，這種包含硼10的離子略有偏離所需束射線D，并因此而擊中解象板52。利用解象板52阻止包含硼10同位素的離子到達(dá)注入臺16及注入到一個(gè)芯片中。
四元組件40由支架60和支撐板62所支承。所述支架60耦接于外罩50的內(nèi)表面上，而支撐板62經(jīng)多個(gè)螺栓耦接于外罩50的一端(圖2中可見兩個(gè)將該支撐板62固定在所述外罩50上的螺栓63)。連接支撐板62的是一個(gè)四元組件護(hù)板64(圖4中所示)。四元組件護(hù)板64由玻璃態(tài)石墨組成并有一方形孔66和四個(gè)埋頭孔68。這些埋頭孔68放入螺栓，將該四元組件護(hù)板64緊固到支撐板62上(圖2中可見兩個(gè)螺栓70伸過兩個(gè)埋頭孔68，進(jìn)入支撐板62中)。
四元組件護(hù)板64保護(hù)四元組件40，免受不被需要的離子的撞擊。這些離子的原子量足以接近所需種類離子的原子量，以避免它們在通過質(zhì)量分析磁鐵的磁場后，擊中外罩50，即使它們的路徑與所需原子的路徑相差足夠大，比那些注入到解象板52的離子被磁場偏離到更大的范圍。在注入機(jī)10工作過程中，注入到種類所述四元組件護(hù)板64表面上游的不被需要的離子堆積在該板上。
如圖1所能看到的那樣，法拉第筒42位于所述四元組件40與離子束中和器44之間。使該法拉第筒被與外罩50樞軸地連接，從而能繞軸轉(zhuǎn)動到與離子束相交的位置，以測定離子束的特性。當(dāng)控制電子設(shè)備11確定離子束的特性對于離子注入而言是令人滿意的時(shí)侯，該電子設(shè)備11使所述法拉第筒轉(zhuǎn)出離子束線，為的是不致影響芯片在注入室17處的注入。
離子束形成機(jī)構(gòu)13還包括通常被稱作電子簇的離子束中和器44。
1992年11月17日授予Benveniste的美國專利US5,164,599揭示一種離子束注入機(jī)中的電子簇裝置，這里將其完整地引為參考文件。從等離子體室18引出的離子荷正電。如果在芯片注入前不使離子束的純正電荷受到中和，則所處理的芯片將表現(xiàn)純正電性。如US5,164,599專利所述，芯片上這種純正電性具有不需要的特性。
圖5中所示的離子束中和器44包括一個(gè)偏壓裂隙70、對陰極72和擴(kuò)張管74。所述偏壓裂隙70、對陰極72和擴(kuò)張管74中的每一個(gè)都是中空的，并且當(dāng)組裝到一起時(shí)地確定一個(gè)有開口端的圓柱形區(qū)域，離子束14通過此圓柱形內(nèi)部區(qū)域，受到二次電子發(fā)射的中和。所述中和裝置44利用連到外罩50上的裝配法蘭盤76相對外罩50定位。
自裝配法蘭盤76伸出的是所述偏壓裂隙70的支撐件78。對陰極72被緊固于此支撐件78上。使擴(kuò)張管74電絕緣地與對陰極72相連。所述擴(kuò)張管74通過與接地極G相連而被接地。以負(fù)電V-給偏壓裂隙70供能。支撐件78限定一個(gè)冷卻液流的內(nèi)部通路(未示出)。
支撐件78還支撐一個(gè)與一組陰極絲(未示出)電連接的極絲供給管80。各陰極絲伸入所述對陰極中，當(dāng)供能時(shí)，這些陰極絲發(fā)射高能電子，它們被加速進(jìn)入對陰極72的內(nèi)部區(qū)域。這些高能電子撞擊對陰極72的內(nèi)壁，引起低能電子的發(fā)射，或稱二次電子發(fā)射。
當(dāng)離子束14中荷正電的離子通過偏壓裂隙70內(nèi)部區(qū)域所建立的負(fù)電場時(shí)，離子束的發(fā)散程度得到增加。荷正電的離子因?yàn)樗鼈円粯拥碾姾啥舜擞幸粋€(gè)天然的斥力。通過偏壓裂隙的離子束14增大了束的發(fā)散程度。
離子束14中的離子與剩余氣體的原子間的碰撞產(chǎn)生低能電子，這使得離子束能以高密度傳輸。盡管這種空間電荷的中和，離子束的勢能高于所需要者。由于過高的離子束勢能，被處理的薄片上所刻蝕的線路圖(未示出)對正荷電損傷是敏感的。由所述離子束中和器44產(chǎn)生的低能二次電子被荷正電的離子束14吸引，進(jìn)一步降低離子束的勢能。這降低了對所述線路圖荷電損傷的可能性。所述偏壓裂隙70作為一個(gè)出入口，其作用在于防止任何正電荷由于中和電子的離子束中和器44上游離子束的耗盡而積累于個(gè)芯片上。在發(fā)生這種耗盡的位置，由于空間電荷及傳輸將變得效率很低，所以離子束14將放大。
供氣管82伸過裝配法蘭盤76和對陰極72。將低濃度氬氣經(jīng)供氣管82注入對陰極內(nèi)部區(qū)域。由于氬氣的存在，使二次電子發(fā)射得到增加。
如圖1所能看到的，所述擴(kuò)張管的下游端靠近注入室17，受芯片支架83(見圖8)支撐的芯片就在所述注入室被注入離子。所述芯片在受離子束處理之前通常被選擇性地涂以光刻膠材料。這種光刻膠材料主要是碳?xì)浠衔锊牧?。?dāng)離子撞擊芯片表面時(shí)，所涂光刻膠材料的顆粒自芯片表面被撞出，沉積在芯片支架83上。由于擴(kuò)張管74貼近注入室17的原因，在注入機(jī)工作過程中，光刻膠還凝聚在擴(kuò)張管74的內(nèi)外表面上。
呈盤形的芯片支架83被可轉(zhuǎn)動地支撐于注入室17內(nèi)。將擬被處理的芯片插入注入室17內(nèi)，定位于所述芯片支架的周緣附近，所述芯片支架由電機(jī)(未示出)在大約1200RPM的條件下旋轉(zhuǎn)。隨著各芯片沿圓形路徑旋轉(zhuǎn)，離子束碰撞并處理它們。注入臺16關(guān)于外罩50繞軸轉(zhuǎn)動，并通過柔性波紋管92(見圖1)與之連接。注入臺16繞軸旋轉(zhuǎn)的能力使得它能夠調(diào)節(jié)離子束入射到芯片的注入面上的角度。
注入機(jī)10工作過程中，呈摻雜物形式的污物和不需要的離子種類堆積在靠近離子束14的注入部件表面，如解象板52表面的上游、面對四元組件護(hù)板64表面的上游。另外，光刻膠材料沉積在離子束中和器的對陰極72和離子束中和器擴(kuò)張管74的內(nèi)表面上。
堆積在離子束中和器44上的光刻膠殘?jiān)绊懺撝泻推鞯恼９ぷ鳌４媪粑镔|(zhì)在解象板52和四元組件護(hù)板64上的堆積最終要剝離，產(chǎn)生放電和微粒問題。此外，解象板的孔56周圍所堆積的殘?jiān)鹪陔x子束路徑D′、D″外端附近正常需要的離子打擊和除去堆積的殘?jiān)堅(jiān)纳涫Z擊將通過濺蝕撞出離子和中性原子。這種被撞出的離子可被一個(gè)柱形分析加速場加速，從而被注到芯片中。被撞出二的中性原子可漂移到所述薄片表面并被嵌入。
堆積在面向消除板52表面上游的、四元組件護(hù)板64表面上游的、以及離子束中和器44內(nèi)表面的污物都可以通過偏定向離子束14，使該離子束撞擊待清潔表面的污物而被原位清除。沿著被指揮偏定向的離子束飛行的離子將打擊這些污物并去除之。最好通過誤調(diào)諧質(zhì)量分析磁鐵22，使其導(dǎo)向離子束去撞擊待清潔的內(nèi)表面，來實(shí)現(xiàn)離子束14的這種偏定向。
利用控制電子設(shè)備11，通過改變磁鐵22磁場繞組的電流，來實(shí)現(xiàn)磁鐵22的誤調(diào)諧。更為方便的是給所述控制電子設(shè)備編制程序，以連續(xù)改變、重復(fù)模式的方式調(diào)節(jié)通過磁鐵線圈的電流，使離子束15重復(fù)地掃除注入機(jī)的待清潔內(nèi)表面的一個(gè)區(qū)域。這樣清潔的區(qū)域被掃過足夠的次數(shù)，以便有效除去沉積在該區(qū)表面上的所有污物。
另外一種方式是可以使加給電極組24的遏止電極26上的偏置電壓以重復(fù)模式的方式被改變，以便偏定向離子束14，使其遍掃一個(gè)清潔區(qū)，撞擊存留物質(zhì)。
在注入機(jī)10工作過程中，常使用氬氣作為被引入等離子體室的源氣體，產(chǎn)生離子。對于以離子束清除污物來說，用氬氣作為離子束源氣體已顯得不是所希望的了。氬氣只通過濺蝕除去污物。但一些被濺蝕的材料將通過凝聚作用再沉積到注入機(jī)的其它表面。這樣，在原位地清潔利用氬氣的注入機(jī)部件時(shí)，如果在真空泵可將污物從注入機(jī)除去之前，污物沉積下來，則離子束可能引起污物的重新分布。
在要建立原位清潔時(shí)，要代替氬氣作為源氣體，以諸如氧氣、氫氣或氟等活潑氣體被用作源氣體。以這樣的離子束除去污物的同時(shí)引起離子束14中的離子與所述污物間的化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)引起產(chǎn)生易揮發(fā)類的存留物。而這種易揮發(fā)類的污物可用真空泵21泵出注入機(jī)外，并排出注入機(jī)之外。例如，如果附著在解象板52上的污物為硼10，采用氫氣作為源氣體將使被除去的污物被轉(zhuǎn)換成B2H6，它很容易被泵出注入機(jī)。另一種清情況是，如果用氟作源氣體，被除去的硼10污物將被轉(zhuǎn)換成BF3，再被泵出注入機(jī)。
某些光刻膠污物含有氫和碳原子，那就要用氧氣作為源氣體。被除去的光刻膠材料會被轉(zhuǎn)換成CO2和H2O。
除了誤調(diào)諧磁鐵22之外，還可使離子束發(fā)散，從而增大用離子束14撞擊的面積或清掃的面積。通過接通偏壓裂隙70和斷開對陰極72控制電子簇44，可使離子束散開。這種控制方式因離子束14通過對陰極72和擴(kuò)張管74時(shí)并未接著受到電子發(fā)射的中和，以致離子束保持荷正電，并由于同種電荷的緣故，有利于離子束在擴(kuò)張管內(nèi)從擴(kuò)張管的下游擴(kuò)張到一個(gè)更大的范圍，所以就使得當(dāng)離子束14通過所述偏壓裂隙70時(shí)，引起離子束14的“放大”。
在一本Dr.DavidC.Hinson著的，名為“TheBasicsofPlasmas”(Copyright1984，MaterialsResearchCorporationofOrangeberg，NewYork)的出版物中揭示了采用化學(xué)活潑氣體的離子除去污物的過程，這里將此出版物引為參考文獻(xiàn)。
在一種約束等離子體中，趨向于逃逸到導(dǎo)電性表面的自由電子約束等離子體，得到從等離子體到那些表面的凈負(fù)電流。等離子體中這種負(fù)電荷損失將等離子體充電到一個(gè)正電位Vp。荷正電離子的積累與電子的積累不能長時(shí)間地同時(shí)共存于一體，因?yàn)殡娮訒c離子重新復(fù)合。這意味著為維持一個(gè)等離子體，必須利用外部能源在等離子體內(nèi)持續(xù)地產(chǎn)生離子和電子。
等離子體的暗區(qū)層被定義為等離子體周圍的一個(gè)區(qū)域，其中建立一個(gè)電場，用以延緩等離子體體積內(nèi)的電子損失。通過給約束等離子體的導(dǎo)體附加一個(gè)電位來建立這種屏蔽。在所述暗區(qū)內(nèi)，電子被外加電壓或者等離子體對地的電位的電場所“排斥”。由于缺少能與離子復(fù)合的電子去給出被稱為輝光放電的發(fā)光，所以這樣的區(qū)域被稱為暗區(qū)。
等離子體中的離子受到暗區(qū)電場朝向界面加速。在反應(yīng)離子刻蝕過程中，使化學(xué)活潑氣體的離子指向刻蝕表面，它們在此與表面物質(zhì)復(fù)合，形成易揮發(fā)的化合物，隨氣體被泵出。在離子注入機(jī)中， “暗區(qū)”作用在離子上的吸引的力是不太重要的，因?yàn)殡x子束14的離子從源向注入室運(yùn)動，將轟擊注入機(jī)的表面。
作為有關(guān)向著待清潔的表面吸引離子的過程的背景，現(xiàn)在參照圖8被放大了的離子注入室斷面圖。注入室17被內(nèi)壁110約束，內(nèi)壁110有一與芯片支架83區(qū)域間隔開的切口112。按照離子反應(yīng)清潔的第一種辦法，將所述芯片支架83用為負(fù)電極。這時(shí)，該金屬芯片支架83接受離子的轟擊，并會受到清潔。第二種辦法系采用一個(gè)被支承在切口1 12內(nèi)的附加導(dǎo)電極120，通過給電極120加一偏壓作為正極，而保持盤83與注入室17電絕緣。這第二種辦法將造成盤83以及該注入室內(nèi)部均為陰極，并且清潔操作室的內(nèi)部和芯片的盤性支架。對于這種應(yīng)用而言，需要一個(gè)電絕緣引線122和高壓輸入端124。所述高壓輸入端提供接近200伏的電壓，并使注入室及盤形支架接地。
從源到注入室的離子束管線的其它部分也被相對地加置偏壓，以便將離子吸引到與離子束14不直接相連的表面，離子束中和器44具有電連接，這可相對地加置偏壓，以控制將離子的吸引到它的部分上。另外，可給源12附近的電極24、26、28相對地加置偏壓，以便吸引源發(fā)射的離子，清除殘余的容留物。
回到圖6和圖7，將一離子注入機(jī)200描述成在平板顯示器的離子注入中有專門的應(yīng)用。平板202通過一個(gè)負(fù)載栓204被移入處理室210中，在離子注入過程中，將所述處理室抽真空。各平板的幾何線度遠(yuǎn)大于由圖1-5共同描述的注入機(jī)10處理的硅芯片。作為一個(gè)例子，涂有非晶硅的玻璃平板的尺寸可為大約55厘米×80厘米。
注入機(jī)200包括源室220，用于形成電離氣體的等離子體。源室220內(nèi)的離子通過多個(gè)形成離子束的孔引出，合作形成呈絲狀的離子束222，束寬略大于注入室中平板202的較小尺寸。
圖6和7中的注入機(jī)200包括一個(gè)平板輸送裝置230，用以移動平板202，在一個(gè)受到控制的速率條件下，通過離子束均勻地處置平板。形成等離子體的氣體通過與源室220相連的導(dǎo)管242自源240被送出。所說的源包括多種不同的氣體源。這就使得多種不同的氣體可在源室220中被電離。
離子束222沿著一個(gè)較短的、基本為直線的路徑自源室220到達(dá)注入室210。無需磁鐵使離子束222彎曲。因此而使諸如光刻膠之類的污物到達(dá)源室220區(qū)域。這就使得能夠給取出電極相對地加置偏壓，用于吸引從源室注入的離子束的能力很重要。通過給這些電極加置偏壓，就可實(shí)現(xiàn)這些電極的化學(xué)刻蝕。
操作者可借助注入機(jī)側(cè)面的控制面板250輸入指令來完成對擬送入源室以及其它過程變量控制的材料的選擇。所述控制面板250可用于控制清除污物的方式，以及處置平板的方式。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些特性，但可以理解，恰如所附各權(quán)利要求表示的那樣，那些熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的實(shí)施例中作出某些補(bǔ)充或變型，或者作出某些刪除，而不超出本發(fā)明的精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于除去附在離子束注入機(jī)(10)內(nèi)表面上污物的方法，所述注入機(jī)包括一個(gè)離子源(12)，用于從源物質(zhì)放出離子，并使離子形成離子束(14)，所述離子束沿一軌跡飛過束射路徑，通過一抽真空區(qū)到達(dá)一離子注入室(17)；所述方法的特征在于，包括以下步驟a)調(diào)整所述離子束(14)的軌跡，使離子束撞擊與所述抽真空區(qū)保持聯(lián)系的注入機(jī)內(nèi)表面，從該內(nèi)表面除去污物；和b)自所述注入機(jī)的抽真空區(qū)取走已除掉的污物。
2.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，所述注入機(jī)包括一個(gè)產(chǎn)生磁場的質(zhì)量分析磁鐵(22)，離子束通過該磁場，其中的調(diào)整步驟包括當(dāng)離子束通過所述磁場時(shí)，變換離子束的方向，使其指向撞擊所述注入機(jī)的內(nèi)表面。
3.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，所述注入機(jī)包括一組圍繞所述離子束入射路徑的一部分設(shè)置的電極(24)，通過可調(diào)節(jié)地給至少一個(gè)電極供能實(shí)現(xiàn)所述調(diào)整步驟，當(dāng)離子束通過這些電極時(shí)，變換離子束的方向，引起離子束撞擊所述離子束注入機(jī)的內(nèi)表面。
4.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，所述污物包括硼的同位素，所述源物質(zhì)包括氧氣和氫氣中的至少一種。
5.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，所述污物包括光刻膠材料，所述源物質(zhì)包括氟氣。
6.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，所述離子束注入機(jī)包括一個(gè)離子束中和裝置(44)；所述束射路徑通過該裝置，為引起離子束擴(kuò)張而選擇性地激勵它，并為產(chǎn)生電子發(fā)射，以中和所述離子束而選擇性地啟動它，其中通過把離子束引向撞擊內(nèi)表面，引起離子束擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)調(diào)整步驟。
7.一種如權(quán)利要求2所述的除去污物的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述質(zhì)量分析磁鐵(22)而使離子束撞擊所述內(nèi)表面的步驟，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括按一種選定的重復(fù)方式，調(diào)節(jié)質(zhì)量分析磁鐵以使離子束重復(fù)掃過待清潔的內(nèi)表面區(qū)。
8.一種如權(quán)利要求3所述的除去污物的方法，其特征在于，還包括調(diào)整電極組(24)中至少一個(gè)電極的供能程度，使離子束轉(zhuǎn)向撞擊所述內(nèi)表面的步驟，其中所述調(diào)整所述程度的步驟包括按一種選定的重復(fù)方式改變至少一個(gè)電極的供能程度，以使離子束重復(fù)掃過待清潔的內(nèi)表面區(qū)。
9.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，當(dāng)污物脫落時(shí)，自源物質(zhì)放出的離子與所述污物化學(xué)地結(jié)合。
10.一種如權(quán)利要求1所述的除去污物的方法，其特征在于，所述使離子束定向撞擊內(nèi)表面的步驟包括增大離子束的擴(kuò)張程度，以增大被離子束轟擊的面積。
11.一種除去附在離子束注入機(jī)內(nèi)表面上污物的設(shè)備(10)，它包括；a)自源物質(zhì)放出離子并使離子形成離子束(14)的裝置(12、24)，所述離子束沿一軌跡飛過束射路徑，通過一抽真空區(qū)到達(dá)一離子注入室(17)；b)調(diào)整離子束軌跡的裝置(22、44)，使所述離子束撞擊與所述抽真空區(qū)聯(lián)接的注入機(jī)內(nèi)表面，從該內(nèi)表面除去污物；c)自所述注入機(jī)的抽真空區(qū)取走已除掉的污物的裝置(21)。
12.一種如權(quán)利要求11所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述離子束注入機(jī)包括一個(gè)產(chǎn)生磁場的質(zhì)量分析磁鐵(22)，離子束通過該磁場，其中的調(diào)整裝置包括當(dāng)離子束通過所述磁場時(shí)，變換離子束的方向，使其撞擊所述注入機(jī)的內(nèi)表面的裝置(11)。
13.一種如權(quán)利要求11所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述離子束注入機(jī)包括一組圍繞所述離子束射路徑的一部分設(shè)置的電極(24)，其中用于調(diào)整所述裝置的裝置通過可調(diào)節(jié)地給至少一個(gè)電極供能，當(dāng)離子束通過這些電極時(shí)，變換離子束的方向，引起離子束撞擊所述離子束注入機(jī)的內(nèi)表面。
14.一種如權(quán)利要求11所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述源物質(zhì)包括氧氣、氫氣和氟氣中的至少一種。
15.一種如權(quán)利要求11所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述污物包括硼的同位素，所述源物質(zhì)包括氧氣和氫氣中的至少一種。
16.一種如權(quán)利要求11所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述污物包括光刻膠材料，所述源物質(zhì)包括氟氣。
17.一種如權(quán)利要求11所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)整用的裝置包括一個(gè)離子束中和裝置(44)；所述束射路徑通過該裝置，為引起離子束擴(kuò)張而選擇性地激勵它，并為產(chǎn)生電子發(fā)射，以中和所述離子束而選擇性地激勵它，其中通過把離子束引向撞擊內(nèi)表面，引起離子束擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)調(diào)整軌跡的步驟。
18.一種如權(quán)利要求12所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所述用于調(diào)整以控制所述質(zhì)量分析磁鐵(22)使離子束指向撞擊內(nèi)表面的裝置(11)包括按一種選定的重復(fù)方式，調(diào)節(jié)質(zhì)量分析磁場，以使離子束重復(fù)掃過待清潔的內(nèi)表面區(qū)。
19.一種如權(quán)利要求13所述的除去污物的設(shè)備，其特征在于，所包括的裝置(11)用于調(diào)整給電極組(24)中至少一個(gè)電極的供能程度，使離子束轉(zhuǎn)向撞擊所述內(nèi)表面，其中所述調(diào)整所述至少一個(gè)電極的程度是按一種選定的重復(fù)方式，以使離子束重復(fù)掃過待清潔的內(nèi)表面區(qū)。
20.一種用于處理工件的離子注入機(jī)(10)，它包括一個(gè)提供離子的離子源(12)，用于從源室發(fā)射所述離子，以便用離子處理工件；離子注入室(17)具有供置于所述離子注入室內(nèi)的工件用的支架，所述工件與進(jìn)入注入室的離子相交；這些離子從源飛過離子束飛行路徑到達(dá)注入室；離子束限定機(jī)構(gòu)(22、24)，限定了一個(gè)抽真空區(qū)域，它限定離子從源到達(dá)離子注入室的飛行路徑；還包括一個(gè)注入控制器，用于控制離子束通過所述抽真空區(qū)從源到達(dá)注入室的運(yùn)動；所述離子注入機(jī)的特征在于，a)除去所述離子注入室的抽真空區(qū)的污物用的裝置(21)；和b)原位除去所述離子注入室內(nèi)的抽真空區(qū)的污物用的機(jī)構(gòu)(83、120、17)包括①與所述離子注入室的抽真空區(qū)相聯(lián)系的第一和第二導(dǎo)電極，其中所述第一和第二導(dǎo)電極中的一個(gè)導(dǎo)電極被放置成在所述注入室內(nèi)激發(fā)形成離子等離子體，其中等離子體中的離子與緊靠所述那一個(gè)導(dǎo)電極的區(qū)域內(nèi)的污物復(fù)合；②在所述第一和第二導(dǎo)電極之間加給電位的偏壓裝置，用以維持所述那一個(gè)導(dǎo)電極區(qū)域內(nèi)的離子等離子體。
21.一種如權(quán)利要求20所述的離子注入機(jī)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電極包括工件支架(83)，所述離子注入室(17)包括導(dǎo)電的內(nèi)壁，第二導(dǎo)電極包括導(dǎo)電極(120)，它與附于所述離子注入室的抽真空區(qū)的導(dǎo)電內(nèi)壁電絕緣。
22.一種如權(quán)利要求20所述的離子注入機(jī)，其特征在于，所述離子注入室(17)包括導(dǎo)電的內(nèi)壁，第一導(dǎo)電極(120)是與所述離子注入室的導(dǎo)電內(nèi)壁電絕緣的電極，第二金屬制電極包括所述導(dǎo)電內(nèi)壁。
23.一種保持離子注入機(jī)(10)的方法，所述注入機(jī)利用來自源室(17)的離子束(14)通過附在一個(gè)抽真空區(qū)的離子束限定機(jī)構(gòu)處理工件，所述限定機(jī)構(gòu)限定離子束從所述離子源(12)到離子注入室(17)的飛行路徑，其中離子束處理一個(gè)或多個(gè)工件，所述工件被置于離子注入室的所述工件支架(83)上；所述注入機(jī)包括一個(gè)注入控制器(11)，用于控制離子束通過所述抽真空區(qū)從源到達(dá)注入室的運(yùn)動；所述方法的特征在于，包括以下步驟通過放置與所述離子注入室的抽真空區(qū)相聯(lián)系的第一和第二導(dǎo)電極，除去所述離子注入室的抽真空區(qū)的污物；其中所述第一和第二導(dǎo)電極中的一個(gè)導(dǎo)電極被放置成在所述抽真空區(qū)內(nèi)激發(fā)形成離子等離子體，使等離子體中的離子與緊靠所述一個(gè)導(dǎo)電極的區(qū)域內(nèi)的污物復(fù)合；還在第一和第二導(dǎo)電極之間提供一個(gè)電位，以維持所述一個(gè)導(dǎo)電極區(qū)域內(nèi)的離子等離子體。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種原位除去附在離子束注入機(jī)(10)內(nèi)表面上污物的方法，所述方法包括以下步驟從源物質(zhì)放出離子，并使離子形成離子束(14)，所述離子束通過一抽真空區(qū)，到達(dá)一離子注入室(17)；提供一個(gè)控制裝置(11)，用于控制在所述抽真空區(qū)內(nèi)離子束的軌跡；利用所述控制裝置使離子束指向撞擊與抽真空區(qū)相聯(lián)系的所述注入機(jī)內(nèi)表面，以使所述污物脫落；取走所述注入機(jī)的抽真空區(qū)的污物。
文檔編號C23C14/48GK1147144SQ9611017
公開日1997年4月9日 申請日期1996年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月17日
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