原位除去離子束注入機內表面的汙物的製作方法
2023-11-05 17:40:17
專利名稱：原位除去離子束注入機內表面的汙物的製作方法
技術領域：
本發明與除去附著於離子束注入機內表面的汙物有關，具體地說，與用離子束除去注入機內汙物的方法有關。
離子束注入機被用於給矽片注入或「攙入」雜質，以得到n型或p型非本徵物質。這種n型或p型非本徵物質被用於半導體集成電路的製作。恰如其名稱所暗示，離子束注入機將選定種類的離子摻入矽片內，得到所需的非本徵材料。注入自諸如銻、砷或磷等源物質產生的離子，可得n型非本徵材料。若需p型非本徵材料片，則注入自諸如硼、鎵或銦等源物質產生的離子。
離子束注入機包括一個離子源，用以從可電離的源物質產生正的荷電離子。所得離子行成一束，並沿預定的射束路徑被加速，到達注入位置。離子束注入機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構。該離子束形成及成形機構保持所述離子束並限定一個細長的內腔或區域，離子束途經此腔或此區，到達注入位置。當進行注入操作時，必須將此區抽真空，以減少離子與分子碰撞而導致離子偏離預定之射束路徑的機率。
近來已提出將離子束注入用於製作平板顯示器。平板顯示器常被用於可攜式個入計算機。這種計算機的顯示器沒有用來顯示文本及圖表的陰極射線管。代之以用非晶矽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)。製作時，給玻璃覆上構成圖樣的光刻膠，再插入注入室，於是自源來的離子束即可處理該平板顯示器。離子注入的這種應用需要較大截面的離子束，以注入所述平板顯示器的整個寬度。
對現有的大電流的離子注入機，將處在注入位置的晶片裝在旋轉支承物的表面上。隨著支承物的旋轉，所述晶片穿過離子束。沿射束路徑飛行的離子與旋轉著的晶片碰撞並被注入其中。一個自動臂從晶片盒內取出晶片，並將該晶片放在所述晶片支承物的表面上。處理後，所述自動臂自晶片支承物表面移去該晶片，並將已處理過的晶片再放入晶片盒內。在所提出的有關離子注入機對平板顯示器的應用中，是將所述平板裝在一個支承物上的，所述支承物將所述平板放在一束被擴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。
離子束注入機的工作引出某些汙物的生成。這些汙物附著在與離子束相鄰的所述注入機之離子束形成及成形機構的表面上，和面對著離子束的晶片支承物的表面上。汙物包括離子源所產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。
汙物的另一種來源起因於注入機以連續注入的方式注入不同種類的離子。是用同一個注入機注入不同的離子是一種常用的作法。例如，可將注入機用於給大量晶片注入具有11AUM(原子質量單位)的硼離子。可給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注入，可能導致第二種注入晶片受到來自第一種注入離子的沾汙。這被稱作「交叉類別沾汙」。
另一種沾汙物是光刻膠材料。為對晶片進行離子束處理，先將光刻膠材料塗敷在晶片的表面上，而且為了確定有關整個集成電路的布線，也需要光刻膠材料。隨著離子碰撞晶片的表面，所塗光刻膠材料的一些顆粒會從晶片上被撞去，並沉積在晶片支承物的表面上或者靠近離子束形成及成形機構的內表面上。
日積月累，這樣一些汙物堆積在離子束形成及成形機構上以及晶片支承物的表面上，它們降低了離子束注入機的效率以及所處理的薄片的質量。隨著汙物堆積在注入部件的表面上，上層汙物剝離，或者受到離子的撞擊而脫落，產生造成放電玷汙晶片的注入。一些被撞下的汙物沿射束路徑移動，到達注入位置，並被注入晶片中。這樣的汙物改變了晶片的電特性。即使很小量的汙物也能使被注入的晶片變得與它們預定的製作集成電路的目的不相適應。
另外，汙物在離子注入機內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，以使被注入的晶片不因離子束而荷電。這種離子束中和裝置產生二次電子發射，以便使正荷電離子束通過該裝置時部分地中和該正荷電離子束。汙物在離子束中和裝置內表面上的堆積阻礙了二次電子的發射過程。
必須定期清除沉積在注入機內表面上的沾汙。從離子束形成及成形機構和薄片支成物上除去汙物需要拆卸離子注入機。由於某些攙雜物質是有毒的，所以將被沾汙的部件自注入機取下，並將其移至清洗臺上。用溶劑和研磨劑擦拭沾汙的表面，以除去汙物。然後重新裝配注入機並先行測試，以恢復薄片的處理。
這種清洗工藝就注入機降低工作時間而言表現出顯著的經濟支出。除了清洗這樣的部件所需的時間外，注入機的重新裝配是個很慢的過程。為了注入機的正常工作，必需實現注入機部件的精確調整。另外，為了工作，必須重新建立注入機內部範圍的真空。最後，規範的操作過程不允許觸及已被拆開的注入機，除非通過放入測試晶片並判斷該晶片說明它重新合格。
本發明提供用於原位除去附在離子束注入機內表面上的汙物的方法。在這樣的離子束注入機內，離子從源物質內分離出，並形成一束通過束射路徑的離子束。束內的離子從注入機被抽空的區域除去汙物，再從注入機取出它們。
在本發明的一個實施例中，所述注入機包括一個質量分析磁鐵，用以產生一個磁場，離子束在其路徑上通過該磁場，到達注入室。所述質量分析磁鐵是可調的，以便當離子束通過該磁場時改變離子束的方向。一個離子束控制器通過稍稍失調該質量分析磁鐵，造成所述離子束撞擊離子束注入機的內表面。
本注入機還包括一組圍繞所述離子束射路徑的一部分設置的電極，它們被可調地通電，以便當離子束通過該組電極時改變離子束的方向。所述控制器通過調整電極的電位，造成所述離子束撞擊離子束注入機的內表面。
所述控制器便於按一個選擇過的重複方式調節所述質量分析磁鐵的朝向，使離子束重複地清掃整個待清潔的表面。類似地，可重複地改變電極的電位，以實現離子束對整個待清潔表面的重複清掃。
所述控制機構還包括產生二次電子發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，增加離子束的發散性，以使束內的離子撞擊所述離子束中和裝置和面對離子束的晶片支承物表面的下遊表面。
按照本發明第一實施例構成的離子注入機，包括一個離子源，用於從具有一個或多個出口的源室發射離子。利用相對於所述源室的一個或多個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。限定離子束的機構約束一個抽真空區，此區規定了離子束從電極結構飛行的路徑。離子注入室包括支承工件的結構，所述工件橫過離子從源到注入室的飛行路徑與進入注入室的離子相交。
一個源將源物質引入離子注入室，此物質在離子束處置工件過程中與汙物相互作用，這些汙物在離子束處理工件時與約束離子束注入機的抽真空區的結構接觸。當離子束自源通過抽真空區運動到達注入室時，一個注入控制器控制所述離子束。一個泵從離子注入機的抽真空區除去所沉積的沾汙物。
最好採用一種源物質，它產生離子與沉積的沾汙物化學地結合在一起，形成易揮發類沾汙物，由所述的泵除掉。
通過結合附圖詳細描述本發明的優選實施例，將更好地理解本發明的這些以及其它目的、優點和特點。
圖1是表示包括離子源、離子束形成及成形機構和注入室的離子束注入機局部剖面頂視圖；圖2是圖1所示離子束注入機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板的正視圖；圖5是圖1所示離子束注入機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的縱剖面圖；圖8是具有實現輝光放電清洗離子注入室所用電極的離子注入機的一部分的放大剖面圖。
現在轉向各附圖，圖1描述一個離子束注入機，被概括地表示為10，它包括一個離子源12、用於形成離子束14並控制其形狀的機構13和注入臺16。控制電子設備11監視並控制所述注入室17的注入臺16上的晶片(未示出)接受的離子劑量。離子束內的離子遵循一條預先設定的束射路徑，該路徑在圖1中被標明為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具有變化的發散量。圖1中已將由離子束髮散量所引起的預定束射路徑D的「界限」分別標明為D′和D″。
離子源12包括一個等離子體室18，它限定一個內區，將源物質被噴入此區中。所述源物質可包括能被離子化的氣體或被蒸發的源物質。固體形式的源物質被放入一對蒸發器19中。蒸發了的源物質再被噴入等離子室中。如果需要n型非本徵晶片材料，則採用硼、鎵或銦。鎵和銦均為固態源物質，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，因為硼的蒸汽壓太低，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型非本徵材料，將選銻、砷或磷作固態源物質。將能量加到所述源物質上，以便在等離子室18中產生正荷電離子。正荷電離子通過蓋在等離子室18開口側的蓋板20上的橢圓弧形狹縫離開所述等離子室內部。
1994年9月26日指定即時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離子化。這裡將美國專利申請No.08/312，142作為一個整體被編入參考文獻。離子束14從離子源12通過一條抽真空的路逕到達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，並由靠近所述等離子室的蓋板20的多個電極24被朝向質量分析磁鐵22加速。電極24自等離子室內部引出離子，並將離子加速進入質量分析或分辨磁鐵22所限定的區內。這組電極24包括一個遏止電極26和一個引出電極28，它通過一組三個球形絕緣體(圖1中只能看到其中的一個)與所述遏止電極分開設置。所述注入機工作期間，使遏止電極26帶負電壓，用以限制離開等離子體室18的離子的回流。利用控制電子設備11使等離子體室18帶電，處於較高的正電位，同時將引出電極28設定為地電位，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，以確定一個離子通過的縫隙。
順著離子束14飛行的離子從離子源12運動進入質量分析磁鐵22建立的磁場中。該質量分析磁鐵是離子束形成及成形機構13的一部分，並在磁鐵屏蔽套32內受到支撐。磁場的強度和取向受控制電極11的控制。質量分析磁鐵22包括一個由勵磁繞組(未示出)約束的磁軛(也未示出)。調整通過所述磁鐵勵磁繞組的電流，使磁鐵的場強受到控制。沿著離子束從質量分析磁鐵22到注入臺16的飛行路徑，使離子束14進一步被整形並受到整理。由於從質量分析磁鐵屏蔽套32的高電位到接地的注入室17的電位降落，使離子被加速。
質量分析磁鐵22隻對那些有適於到達離子注入臺16的質量的離子發生影響。等離子體室18中源物質的離子化作用產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生一定比例的具有其它原子量的離子。原子量超過或低於所述適當原子量的離子均不適於注入，將它們歸入不需要的類別。
由質量分析磁鐵22產生的滋場對離子束中的離子發生影響，使之沿一彎曲的軌跡運動。按這樣一種方式建立該磁場，即只讓原子量等於所需離子類別之原子量的離子飛過所述射束路徑而到達注入室17。
所需類別的離子沿路徑D運動，或者更準確地說，由於同類荷電離子(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散，所以離子在以D′和D″所限定的離子束路徑「包跡」內運動。
圖1中標記為「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重於正在注入的所需離子類的原子量(差不多重50％)。被標以「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輕於正在注入的所需離子類的原子量(差不多輕50％)。這些原子量遠輕於或遠重於所需種類離子的原子量的離子通過所述質量分析磁鐵的磁場時，比預定的、所需束射路徑D要散開很多，並擊中該質量分析磁鐵的護罩32。
所述離子束形成及成形機構13還包括四元組件40、繞軸轉動的法拉第筒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，通過控制電子設備(未示出)給它們選擇性地供能，以調節離子束14的高度。該四元組件40在位於腔室17與磁鐵22之間的外罩50內受到支撐。
耦接於四元組件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，離子束的擴散處於最小值，即D′和D″的寬度處於最小值，在此，離子束14通過解象板的孔56。
解象板52的作用在於，與質量分析磁鐵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於所需種類離子的原子量。如上所述，由控制電路11確定所述質量分析磁鐵的磁場強度和取向，使得只有原子量等於所需種類離子的原子量的離子才飛過預定的、所需射束路徑D而到達注入臺16。原子量過大於或過小於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表面的上遊。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型非本徵材料而以硼離子注入的晶片是一種典型的注入機操作過程。所需的注入種類是包括硼11的離子，也就是具有11個原子質量單位的硼的離子。然而，實驗已表明等離子體室18中包含被汽化的硼的離子源物質還產生另一種硼同位素硼10，也即具有10個原子質量單位的硼的離子。帶有硼10的離子是一種不被需要的種類。
由於這兩種同位素(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。不過因為質量的差別，這種包含硼10的離子略有偏離所需束射線D，並因此而擊中解象板52。利用解象板52阻止包含硼10同位素的離子到達注入臺16及注入到一個晶片中。
四元組件40由支架60和支撐板62所支承。所述支架60耦接於外罩50的內表面上，而支撐板62經多個螺栓耦接於外罩50的一端(圖2中可見兩個將該支撐板62固定在所述外罩50上的螺栓63)。連接支撐板62的是一個四元組件護板64(圖4中所示)。四元組件護板64由玻璃態石墨組成並有一方形孔66和四個埋頭孔68。這些埋頭孔68放入螺栓，將該四元組件護板64緊固到支撐板62上(圖2中可見兩個螺栓70伸過兩個埋頭孔68，進入支撐板62中)。
四元組件護板64保護四元組件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量分析磁鐵的磁場後，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範圍。在注入機10工作過程中，注入到種類所述四元組件護板64表面上遊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位於所述四元組件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，從而能繞軸轉動到與離子束相交的位置，以測定離子束的特性。當控制電子設備11確定離子束的特性對於離子注入而言是令人滿意的時侯，該電子設備11使所述法拉第筒轉出離子束線，為的是不致影響晶片在注入室17處的注入。
離子束形成機構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中的電子簇裝置，這裡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。如果在晶片注入前不使離子束的純正電荷受到中和，則所處理的晶片將表現純正電性。如US5,164,599專利所述，晶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包括一個偏壓裂隙70、對陰極72和擴張管74。所述偏壓裂隙70、對陰極72和擴張管74中的每一個都是中空的，並且當組裝到一起時地確定一個有開口端的圓柱形區域，離子束14通過此圓柱形內部區域，受到二次電子發射的中和。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被緊固於此支撐件78上。使擴張管74電絕緣地與對陰極72相連。所述擴張管74通過與接地極G相連而被接地。以負電V-給偏壓裂隙70供能。支撐件78限定一個冷卻液流的內部通路(未示出)。
支撐件78還支撐一個與一組陰極絲(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，當供能時，這些陰極絲髮射高能電子，它們被加速進入對陰極72的內部區域。這些高能電子撞擊對陰極72的內壁，引起低能電子的發射，或稱二次電子發射。
當離子束14中荷正電的離子通過偏壓裂隙70內部區域所建立的負電場時，離子束的發散程度得到增加。荷正電的離子因為它們一樣的電荷而彼此有一個天然的斥力。通過偏壓裂隙的離子束14增大了束的發散程度。
離子束14中的離子與剩餘氣體的原子間的碰撞產生低能電子，這使得離子束能以高密度傳輸。儘管這種空間電荷的中和，離子束的勢能高於所需要者。由於過高的離子束勢能，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產生的低能二次電子被荷正電的離子束14吸引，進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作為一個出入口，其作用在於防止任何正電荷由於中和電子的離子束中和器44上游離子束的耗盡而積累於個晶片上。在發生這種耗盡的位置，由於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。將低濃度氬氣經供氣管82注入對陰極內部區域。由於氬氣的存在，使二次電子發射得到增加。
如圖1所能看到的，所述擴張管的下遊端靠近注入室17，受晶片支架83(見圖8)支撐的晶片就在所述注入室被注入離子。所述晶片在受離子束處理之前通常被選擇性地塗以光刻膠材料。這種光刻膠材料主要是碳氫化合物材料。當離子撞擊晶片表面時，所塗光刻膠材料的顆粒自晶片表面被撞出，沉積在晶片支架83上。由於擴張管74貼近注入室17的原因，在注入機工作過程中，光刻膠還凝聚在擴張管74的內外表面上。
呈盤形的晶片支架83被可轉動地支撐於注入室17內。將擬被處理的晶片插入注入室17內，定位於所述晶片支架的周緣附近，所述晶片支架由電機(未示出)在大約1200RPM的條件下旋轉。隨著各晶片沿圓形路徑旋轉，離子束碰撞並處理它們。注入臺16關於外罩50繞軸轉動，並通過柔性波紋管92(見圖1)與之連接。注入臺16繞軸旋轉的能力使得它能夠調節離子束入射到晶片的注入面上的角度。
注入機10工作過程中，呈摻雜物形式的汙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表面的上遊、面對四元組件護板64表面的上遊。另外，光刻膠材料沉積在離子束中和器的對陰極72和離子束中和器擴張管74的內表面上。
堆積在離子束中和器44上的光刻膠殘渣影響該中和器的正常工作。存留物質在解象板52和四元組件護板64上的堆積最終要剝離，產生放電和微粒問題。此外，解象板的孔56周圍所堆積的殘渣引起在離子束路徑D′、D″外端附近正常需要的離子打擊和除去堆積的殘渣。殘渣的射束轟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柱形分析加速場加速，從而被注到晶片中。被撞出二的中性原子可漂移到所述薄片表面並被嵌入。
堆積在面向消除板52表面上遊的、四元組件護板64表面上遊的、以及離子束中和器44內表面的汙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汙物而被原位清除。沿著被指揮偏定向的離子束飛行的離子將打擊這些汙物並去除之。最好通過誤調諧質量分析磁鐵22，使其導向離子束去撞擊待清潔的內表面，來實現離子束14的這種偏定向。
利用控制電子設備11，通過改變磁鐵22磁場繞組的電流，來實現磁鐵22的誤調諧。更為方便的是給所述控制電子設備編製程序，以連續改變、重複模式的方式調節通過磁鐵線圈的電流，使離子束15重複地掃除注入機的待清潔內表面的一個區域。這樣清潔的區域被掃過足夠的次數，以便有效除去沉積在該區表面上的所有汙物。
另外一種方式是可以使加給電極組24的遏止電極26上的偏置電壓以重複模式的方式被改變，以便偏定向離子束14，使其遍掃一個清潔區，撞擊存留物質。
在注入機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，產生離子。對於以離子束清除汙物來說，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汙物。但一些被濺蝕的材料將通過凝聚作用再沉積到注入機的其它表面。這樣，在原位地清潔利用氬氣的注入機部件時，如果在真空泵可將汙物從注入機除去之前，汙物沉積下來，則離子束可能引起汙物的重新分布。
在要建立原位清潔時，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汙物的同時引起離子束14中的離子與所述汙物間的化學反應。這種化學反應引起產生易揮發類的存留物。而這種易揮發類的汙物可用真空泵21泵出注入機外，並排出注入機之外。例如，如果附著在解象板52上的汙物為硼10，採用氫氣作為源氣體將使被除去的汙物被轉換成B2H6，它很容易被泵出注入機。另一種清情況是，如果用氟作源氣體，被除去的硼10汙物將被轉換成BF3，再被泵出注入機。
某些光刻膠汙物含有氫和碳原子，那就要用氧氣作為源氣體。被除去的光刻膠材料會被轉換成CO2和H2O。
除了誤調諧磁鐵22之外，還可使離子束髮散，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和擴張管74時並未接著受到電子發射的中和，以致離子束保持荷正電，並由於同種電荷的緣故，有利於離子束在擴張管內從擴張管的下遊擴張到一個更大的範圍，所以就使得當離子束14通過所述偏壓裂隙70時，引起離子束14的「放大」。
在一本Dr.DavidC.Hinson著的，名為「TheBasicsofPlasmas」(Copyright1984，MaterialsResearchCorporationofOrangeberg，NewYork)的出版物中揭示了採用化學活潑氣體的離子除去汙物的過程，這裡將此出版物引為參考文獻。
在一種約束等離子體中，趨向於逃逸到導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淨負電流。等離子體中這種負電荷損失將等離子體充電到一個正電位Vp。荷正電離子的積累與電子的積累不能長時間地同時共存於一體，因為電子會與離子重新複合。這意味著為維持一個等離子體，必須利用外部能源在等離子體內持續地產生離子和電子。
等離子體的暗區層被定義為等離子體周圍的一個區域，其中建立一個電場，用以延緩等離子體體積內的電子損失。通過給約束等離子體的導體附加一個電位來建立這種屏蔽。在所述暗區內，電子被外加電壓或者等離子體對地的電位的電場所「排斥」。由於缺少能與離子複合的電子去給出被稱為輝光放電的發光，所以這樣的區域被稱為暗區。
等離子體中的離子受到暗區電場朝向界面加速。在反應離子刻蝕過程中，使化學活潑氣體的離子指向刻蝕表面，它們在此與表面物質複合，形成易揮發的化合物，隨氣體被泵出。在離子注入機中， 「暗區」作用在離子上的吸引的力是不太重要的，因為離子束14的離子從源向注入室運動，將轟擊注入機的表面。
作為有關向著待清潔的表面吸引離子的過程的背景，現在參照圖8被放大了的離子注入室斷面圖。注入室17被內壁110約束，內壁110有一與晶片支架83區域間隔開的切口112。按照離子反應清潔的第一種辦法，將所述晶片支架83用為負電極。這時，該金屬晶片支架83接受離子的轟擊，並會受到清潔。第二種辦法系採用一個被支承在切口1 12內的附加導電極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以及該注入室內部均為陰極，並且清潔操作室的內部和晶片的盤性支架。對於這種應用而言，需要一個電絕緣引線122和高壓輸入端124。所述高壓輸入端提供接近200伏的電壓，並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，以便吸引源發射的離子，清除殘餘的容留物。
回到圖6和圖7，將一離子注入機200描述成在平板顯示器的離子注入中有專門的應用。平板202通過一個負載栓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大於由圖1-5共同描述的注入機10處理的矽晶片。作為一個例子，塗有非晶矽的玻璃平板的尺寸可為大約55釐米×80釐米。
注入機200包括源室220，用於形成電離氣體的等離子體。源室220內的離子通過多個形成離子束的孔引出，合作形成呈絲狀的離子束222，束寬略大於注入室中平板202的較小尺寸。
圖6和7中的注入機200包括一個平板輸送裝置230，用以移動平板202，在一個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沿著一個較短的、基本為直線的路逕自源室220到達注入室210。無需磁鐵使離子束222彎曲。因此而使諸如光刻膠之類的汙物到達源室220區域。這就使得能夠給取出電極相對地加置偏壓，用於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，就可實現這些電極的化學刻蝕。
操作者可藉助注入機側面的控制面板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可用於控制清除汙物的方式，以及處置平板的方式。
雖然已經描述了本發明的某些特性，但可以理解，恰如所附各權利要求表示的那樣，那些熟悉本領域的普通技術人員可以對本發明的實施例中作出某些補充或變型，或者作出某些刪除，而不超出本發明的精髓和範圍。
權利要求
1.一種用於除去附在離子束注入機(10)內表面上汙物的方法，所述注入機包括一個離子源(12)，用於從源物質放出離子，並使離子形成離子束(14)，所述離子束沿一軌跡飛過束射路徑，通過一抽真空區到達一離子注入室(17)；所述方法的特徵在於，包括以下步驟a)調整所述離子束(14)的軌跡，使離子束撞擊與所述抽真空區保持聯繫的注入機內表面，從該內表面除去汙物；和b)自所述注入機的抽真空區取走已除掉的汙物。
2.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，所述注入機包括一個產生磁場的質量分析磁鐵(22)，離子束通過該磁場，其中的調整步驟包括當離子束通過所述磁場時，變換離子束的方向，使其指向撞擊所述注入機的內表面。
3.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，所述注入機包括一組圍繞所述離子束入射路徑的一部分設置的電極(24)，通過可調節地給至少一個電極供能實現所述調整步驟，當離子束通過這些電極時，變換離子束的方向，引起離子束撞擊所述離子束注入機的內表面。
4.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，所述汙物包括硼的同位素，所述源物質包括氧氣和氫氣中的至少一種。
5.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，所述汙物包括光刻膠材料，所述源物質包括氟氣。
6.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，所述離子束注入機包括一個離子束中和裝置(44)；所述束射路徑通過該裝置，為引起離子束擴張而選擇性地激勵它，並為產生電子發射，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表面，引起離子束擴張，實現調整步驟。
7.一種如權利要求2所述的除去汙物的方法，其特徵在於，還包括調節所述質量分析磁鐵(22)而使離子束撞擊所述內表面的步驟，其中所述調節步驟包括按一種選定的重複方式，調節質量分析磁鐵以使離子束重複掃過待清潔的內表面區。
8.一種如權利要求3所述的除去汙物的方法，其特徵在於，還包括調整電極組(24)中至少一個電極的供能程度，使離子束轉向撞擊所述內表面的步驟，其中所述調整所述程度的步驟包括按一種選定的重複方式改變至少一個電極的供能程度，以使離子束重複掃過待清潔的內表面區。
9.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，當汙物脫落時，自源物質放出的離子與所述汙物化學地結合。
10.一種如權利要求1所述的除去汙物的方法，其特徵在於，所述使離子束定向撞擊內表面的步驟包括增大離子束的擴張程度，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內表面上汙物的設備(10)，它包括；a)自源物質放出離子並使離子形成離子束(14)的裝置(12、24)，所述離子束沿一軌跡飛過束射路徑，通過一抽真空區到達一離子注入室(17)；b)調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聯接的注入機內表面，從該內表面除去汙物；c)自所述注入機的抽真空區取走已除掉的汙物的裝置(21)。
12.一種如權利要求11所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述離子束注入機包括一個產生磁場的質量分析磁鐵(22)，離子束通過該磁場，其中的調整裝置包括當離子束通過所述磁場時，變換離子束的方向，使其撞擊所述注入機的內表面的裝置(11)。
13.一種如權利要求11所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述離子束注入機包括一組圍繞所述離子束射路徑的一部分設置的電極(24)，其中用於調整所述裝置的裝置通過可調節地給至少一個電極供能，當離子束通過這些電極時，變換離子束的方向，引起離子束撞擊所述離子束注入機的內表面。
14.一種如權利要求11所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述源物質包括氧氣、氫氣和氟氣中的至少一種。
15.一種如權利要求11所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述汙物包括硼的同位素，所述源物質包括氧氣和氫氣中的至少一種。
16.一種如權利要求11所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述汙物包括光刻膠材料，所述源物質包括氟氣。
17.一種如權利要求11所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述調整用的裝置包括一個離子束中和裝置(44)；所述束射路徑通過該裝置，為引起離子束擴張而選擇性地激勵它，並為產生電子發射，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表面，引起離子束擴張，實現調整軌跡的步驟。
18.一種如權利要求12所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所述用於調整以控制所述質量分析磁鐵(22)使離子束指向撞擊內表面的裝置(11)包括按一種選定的重複方式，調節質量分析磁場，以使離子束重複掃過待清潔的內表面區。
19.一種如權利要求13所述的除去汙物的設備，其特徵在於，所包括的裝置(11)用於調整給電極組(24)中至少一個電極的供能程度，使離子束轉向撞擊所述內表面，其中所述調整所述至少一個電極的程度是按一種選定的重複方式，以使離子束重複掃過待清潔的內表面區。
20.一種用於處理工件的離子注入機(10)，它包括一個提供離子的離子源(12)，用於從源室發射所述離子，以便用離子處理工件；離子注入室(17)具有供置於所述離子注入室內的工件用的支架，所述工件與進入注入室的離子相交；這些離子從源飛過離子束飛行路逕到達注入室；離子束限定機構(22、24)，限定了一個抽真空區域，它限定離子從源到達離子注入室的飛行路徑；還包括一個注入控制器，用於控制離子束通過所述抽真空區從源到達注入室的運動；所述離子注入機的特徵在於，a)除去所述離子注入室的抽真空區的汙物用的裝置(21)；和b)原位除去所述離子注入室內的抽真空區的汙物用的機構(83、120、17)包括①與所述離子注入室的抽真空區相聯繫的第一和第二導電極，其中所述第一和第二導電極中的一個導電極被放置成在所述注入室內激發形成離子等離子體，其中等離子體中的離子與緊靠所述那一個導電極的區域內的汙物複合；②在所述第一和第二導電極之間加給電位的偏壓裝置，用以維持所述那一個導電極區域內的離子等離子體。
21.一種如權利要求20所述的離子注入機，其特徵在於，所述第一導電極包括工件支架(83)，所述離子注入室(17)包括導電的內壁，第二導電極包括導電極(120)，它與附於所述離子注入室的抽真空區的導電內壁電絕緣。
22.一種如權利要求20所述的離子注入機，其特徵在於，所述離子注入室(17)包括導電的內壁，第一導電極(120)是與所述離子注入室的導電內壁電絕緣的電極，第二金屬制電極包括所述導電內壁。
23.一種保持離子注入機(10)的方法，所述注入機利用來自源室(17)的離子束(14)通過附在一個抽真空區的離子束限定機構處理工件，所述限定機構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或多個工件，所述工件被置於離子注入室的所述工件支架(83)上；所述注入機包括一個注入控制器(11)，用於控制離子束通過所述抽真空區從源到達注入室的運動；所述方法的特徵在於，包括以下步驟通過放置與所述離子注入室的抽真空區相聯繫的第一和第二導電極，除去所述離子注入室的抽真空區的汙物；其中所述第一和第二導電極中的一個導電極被放置成在所述抽真空區內激發形成離子等離子體，使等離子體中的離子與緊靠所述一個導電極的區域內的汙物複合；還在第一和第二導電極之間提供一個電位，以維持所述一個導電極區域內的離子等離子體。
全文摘要
本發明揭示一種原位除去附在離子束注入機(10)內表面上汙物的方法，所述方法包括以下步驟從源物質放出離子，並使離子形成離子束(14)，所述離子束通過一抽真空區，到達一離子注入室(17)；提供一個控制裝置(11)，用於控制在所述抽真空區內離子束的軌跡；利用所述控制裝置使離子束指向撞擊與抽真空區相聯繫的所述注入機內表面，以使所述汙物脫落；取走所述注入機的抽真空區的汙物。
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 優先權日1995年7月17日
發明者J·G·布萊克 申請人:易通公司