CN101305443A - 具有污染物收集表面的离子植入器 - Google Patents

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Abstract

一种离子植入器(110)，包含：离子源(112)，用以产生沿射束路径运动的离子束；以及真空室或植入室(130)，例如硅晶片这样的工件被放置在所述真空室或植入室内与所述离子束相交，通过离子束对工件的表面进行离子植入。衬垫具有内向表面，其限定抽空的内部区域的至少一部分，并且包含横越所述衬垫的表面而隔开的沟槽，从而在离子植入器的操作过程中捕获在所述内部区域里产生的污染物。

Description

具有污染物收集表面的离子植入器
技术领域
本发明涉及用于半导体晶片及其它工件的离子植入的系统，且特别涉及一种在射束线内降低污染物效应的装置。
背景技术
本发明的受让人艾克塞利斯科技公司(Axcelis Technologies)设计并销售用于在集成电路制造过程中处理例如硅片这样的工件的产品。离子植入器产生离子束，其修改放置于离子束内的例如硅晶片的工件的物理性质。例如，这个过程可用于硅的掺杂以改变半导体材料的性质，未经处理的晶片由所述硅制成。在离子植入之前对具有抗蚀剂材料的掩模的受控应用以及在所述晶片内对不同掺杂剂图样的敷层可产生用于众多应用之一的集成电路。
离子植入器通常含有离子源，用于从气态馈送材料或从来自固态或液态馈送材料的蒸气产生等离子体。可通过在所述源等离子体与另一电极之间产生电场以从所述源等离子体抽取离子束。
在离开所述离子源之后，所述离子束穿过一块区域，在所述离子束进入植入室之前，其通过所述区域被整形且加速至所需能量，射束离子在所述植入室内撞击一个或多个晶片工件。离子植入器的操作会导致某些污染物粒子的产生。一个污染物粒子源是所述离子源中产生的非所需种类的离子。相对于特定植入物而言，由现有的来自先前植入不同离子的植入物的残余离子产生污染物粒子。例如，在将硼离子植入特定数量的晶片之后，可能需要转换植入器以植入砷离子。很可能一些残余硼原子会遗留在所述植入器的内部区域里。
而另一个污染物粒子源是光阻材料。光阻材料在植入之前被涂覆于晶片表面上，并且需要在所完成的集成电路上定义出电路。当离子撞击晶片表面时，光阻涂层的粒子从晶片脱离而出。
在离子处理过程中碰撞并附着于晶片的污染物粒子是在半导体和其它器件的制造期间的主要的收得率损失源，所述半导体和其它器件在所处理的晶片上要求亚微观的图样定义。
Blake等人的美国专利No.5656092公开了一种捕获并移除在离子束植入器的抽空的内部区域内移动的污染物粒子的方法。粒子收集器具有污染物粒子容易附着的表面。所述粒子收集器固定于所述植入器，使得附着表面的粒子与在所述内部区域里移动的污染物粒子流体连通。在周期性的时间间隔从所述植入器移除所述粒子收集器。
发明内容
本发明公开一种离子植入器，包含：离子源，用以产生限制在射束路径上的离子束；以及植入室，具有抽空的内部区域，在所述内部区域内放置工件以与所述离子束相交。射束限制结构允许离开离子源的离子加速至所述植入室。粒子捕集器具有暴露表面，所述表面具有延伸进入所述表面内的沟槽或槽道，所述沟槽或槽道横越所述暴露表面的至少一部分而隔开。
在一个示范性的实施例中，所述植入器具有衬垫，所述衬垫具有内向表面，所述表面限定出所述植入器的抽空的内部区域的至少一部分，并且具有横越所述衬垫的表面而间隔设置的沟槽，从而在离子植入器的操作过程中，捕获在所述内部区域里所产生的污染物。
下面将结合附图详细描述本发明的示范性实施例的上述特征及其它特征。
附图说明
图1是离子束植入器的俯视截面视图，示出从离子源至工件支撑件的离子束路径；
图2是供图1的植入器使用的衬垫的平面视图；
图3是在所述衬垫内形成的沟槽图样的示意图，当杂质积聚在所述离子植入器内的时候，所述沟槽用以捕获所述杂质；以及
图4是衬垫的一部分的放大的截面图，所述衬垫具有经机械加工以捕获粒子杂质的槽道。
具体实施方式
参照附图，图1示出离子植入器110的示意图。所述植入器含有用以产生形成离子束的离子的离子源112，所述离子束被整形并选择性地偏转以通过射束路径140而到达末端或植入台130。所述植入台包含限定内部区域的真空室或植入室，在所述真空室或植入室内，由支撑件132定位例如半导体晶片的工件以用于植入离子，所述离子构成源自所述离子源112的离子束。提供电子控制器以监测并控制所述工件所接受到的离子剂量。通过位于所述植入台130附近的使用者控制台进行对所述电子控制器的操作员输入。当离子束通过所述离子源与植入室之间的区域时，所述离子束内的离子倾向于发散。为了降低此发散性，通过一个或多个真空泵将所述区域维持在低压下。
所述离子源112含有限定内部区域的等离子体室，源材料被注入到所述内部区域内。所述源材料可包含可离子化的气体或气化的源材料。由离子束抽取组件从所述等离子体室抽取在所述等离子体室内产生的离子，所述离子束抽取组件含有多个电极，用以产生离子加速电场。
在所述射束抽取组件的下游，质量分析磁铁120使具有适当的电荷质量比的离子沿着轨道弯转，因此射束140中只有所需的离子种类进入到所述植入台130内。
所述磁铁120是具有核芯的电磁铁，含有由铁磁材料所构成的磁轭和极片。通过对载有导体的电流的受控电子激励，在所述磁铁的磁极间隙内感应出磁场，所述导体限定出一块区域，从所述离子源发射的离子移动通过所述区域。流入线圈的电流感应出磁场，其方向垂直于射束路径以使离子偏转离开其初始轨道。极片有助于整形所述磁极间隙内的磁场以具有高度均匀性，通过所述磁极间隙所感应的磁通量通过磁轭返回到磁极间隙的任一侧上。
只有供离子植入的适当种类的离子用来沿着用于对工件撞击的离开轨道离开磁铁。然而，其它的离子种类由离子源112产生，并且这些离子由于其通过磁铁产生的比所需的植入离子更少或更多的偏转量而撞击限定离子束路径114的结构。这些碰撞是离子植入器的一个污染源。另一个离子污染源是在离子植入室内的光阻材料，其从所述工件脱离，并且聚集在所述离子植入室130的暴露表面上。为了说明的目的，针对所述磁铁120的区域来讨论衬垫150的使用，但是为了解释所附权利要求的目的，本发明在易于污染物积累的所述植入器110的任何抽空区域内具有适用性。
图2示出石墨衬垫150，其具有三个衬垫平板152、154、156。所述衬垫150限定磁铁120的内部区域，即，所述平板按尺寸成形并布置使得所述平板装入到磁铁间隙内，并且沿着经过所述磁铁的弧状射束路径140的长度限定所述离子束路径。根据本发明的一个实施例使用两个衬垫(在所述射束线之上及之下)。所述衬垫可被移除且可倒置，因为每块衬垫平板的顶部及底部表面都有沟槽式的纹理。顶部衬垫变为底部衬垫，并且底部衬垫变为顶部衬垫。一旦在两个位置(顶部及底部)上使用所述衬垫之后，就从植入器移除所述衬垫并更换新的衬垫。虽然公开所述衬垫特别适合用在所述磁铁120的区域内，但是所述衬垫也可用在任何遭受到离子束撞击的表面上，包含(但不限于)引出电极、射束引导孔、排放器、解析孔与加速/减速电极，以及处理室等等。
在其上附着有溅射的污染物材料的表面的纹理会对沉积物形成的量及沉积物的稳定度，即所述沉积物对于剥落的抵抗性产生影响。根据本发明，三个平板152、154、156由石墨构成，并且在这些平板的外部(暴露)表面内开出槽道。所述槽道或沟槽的高度、深度和宽度都极为重要。
在顶部上有三个片段而在底部上有三个片段，从而形成射束引导器的衬垫150。通过具有最大直径为0.2mm的单点刀具实现所述表面的粗糙化。可按具有31.75mm的直径的大致环形图样来驱动刀具尖端。围绕所述直径的旋转速度为每分钟500转，并且使所述刀具以250mm/分钟的速率行进于线性往返路径。从图3的图示中可以看出，其中示出了这些移动的图样160。在行进一次线性路径162之后，所述刀具向侧边移动，并沿着与第一条路径大致平行的路径164移动，使得环形沟槽或槽道重叠部分O具有至少0.50mm的最小重叠距离。这只是许多为进行所述衬垫表面的粗糙化处理的适当方式的中的一种。
图4示出石墨衬垫170的大致为平面的表面170的两个邻近沟槽或槽道172、174。可在各种不同的范围内改变宽度W及深度D。一种示范性离子植入器在平板内具有沟槽，所述平板具有0.00254至1.2mm范围内的宽度。所述示范性离子植入器的沟槽具有0.00254至2.5mm范围内的沟槽或槽道深度。选择不同形状的切削刀片，优选的刀片具有约60度的攻角176。已经发现，最重要的关键点在于控制所述宽度W，但需要强调的是，对于衬垫污染物收集植入器的插入而言，不同的宽度都可成功地实现较长寿命。
虽然已按一定程度的详尽性描述了本发明，但目的在于，本发明涵盖来自所公开的设计的所有改进和修改，其落入所附权利要求的精神或范围之内。

Claims (16)

1.一种离子植入器，包含：
a)离子源，用以产生限制在射束路径上的离子束；
b)植入室，具有抽空的内部区域，在所述内部区域内放置工件以与所述离子束相交；
c)射束限制结构，包含加速并整形来自离子源的离子的结构，所述离子沿着离子源和植入室之间的射束路径形成离子束；以及
d)粒子捕集器，具有暴露表面，所述表面具有延伸进入所述表面内的沟槽或槽道，所述沟槽或槽道横越所述表面的至少一部分而隔开。
2.根据权利要求1所述的离子植入器，其特征在于：所述沟槽具有在0.00254至1.2mm范围内的宽度。
3.根据权利要求2所述的离子植入器，其特征在于：所述沟槽的宽度约为0.2+/-0.01mm。
4.根据权利要求1所述的离子植入器，其特征在于：所述沟槽为v形。
5.根据权利要求1所述的离子植入器，其特征在于：所述沟槽或槽道沿着弧状路径形成。
6.根据权利要求1所述的离子植入器，其特征在于：所述沟槽或槽道进入到所述表面内的深度在0.00254至2.5mm的范围内。
7.根据权利要求6所述的离子植入器，其特征在于：所述沟槽具有1+/-0.01mm的深度。
8.根据权利要求1所述的离子植入器，其特征在于：该粒子捕集器含有石墨材料。
9.一种离子植入方法，包含：
a)在限制区域内产生离子；
b)使离子通过抽空的区域加速离开所述限制区域以形成射束，并整形所述射束，使得所述射束内的离子遵从所需的射束路径；
c)将工件放置在与所述抽空的区域流体连通的离子植入室内，用于通过所述射束的离子撞击该工件而进行离子处理；以及
d)通过粗糙化限定所述射束的抽空的区域或所述植入室的内壁的内向表面来收集污染物；
e)所述粗糙化包含横越所述内向表面的暴露表面来形成沟槽。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：将衬垫插入到限定所述离子束的抽空的区域或所述植入室之内。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：通过将环形图样机械加工到所述表面之内以形成所述沟槽。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：用刀具进行所述机械加工，所述刀具围绕环形路径移动，并同时横越所述表面而平移。
13.一种离子植入器内的设备，离子植入器具有离子源，用以产生沿射束路径移动到植入室的离子，该设备包含：
限定从所述离子源至所述植入室的抽空的内部区域的结构；以及
衬垫，具有内向表面，所述表面限定所述抽空的内部区域的至少一部分，并且包含横越所述衬垫的表面而隔开的沟槽，从而在所述离子植入器的操作过程中捕获在所述内部区域里产生的污染物。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：所述衬垫为石墨，并且所述沟槽具有至少0.00254mm的深度，以及在所述沟槽的最宽部分具有至少0.00254mm的宽度。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：所述沟槽的截面为v形。
16.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：所述沟槽横越弧状路径而延伸，弧状路径与其它弧状外形的沟槽相交。
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