CN1097301C - 从离子束中和装置和注入装置就地清除污染物用的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供清除粘结在离子束中和装置(46)和离子束注入装置(10)的离子束注入室(18)内表面的污染物的方法和装置。污染物是用等离子体辉光放电从中和装置和注入装置清除的。污染物还用离子束膨胀的方法从中和装置清除。

Description

从离子束中和装置和注入装置 就地清除污染物用的方法和装置

本发明涉及清洁粘结在离子束注入装置的离子束中和装置和离子注入室的内表面的污染物用的方法和装置。

本申请是1995年7月17日登记的题为“从离子束注入装置的内表面就地清除污染物”的美国专利申请的部分继续申请。

离子束注入装置用来将杂质注入硅晶片，或对其“掺杂”，以生产n型或p型非本征材料。n型或p型非本征材料用来生产半导体集成电路。离子束注入装置，正如其名称所蕴涵的，用选定种类的记子对硅晶片进行掺杂，以产生要求的非本征材料。注入从锑、砷或磷等源材料产生的离子，就得到n型非本征材料晶片。若要p型非本征材料晶片，则注入用硼、镓、铟等源材料产生的离子。

离子束注入装置包括从可离化的源材料产生带正电荷的离子用的离子源。产生的离子形成离子束，并沿着预定的离子束路径加速至注入站。离子束注入装置包括延伸在离子源与注入站之间的离子束形成和成形结构。离子束形成和成形结构维持离子束，并围成一个长型的内腔或区域，离子束从中通过达到注入站。注入装置运行时，内部区域必须抽成真空，以减小由于离子与空气分子碰撞而使离子偏离预定的离子束路径的几率。

对于大电流离子注入装置，注入站的晶片安装在旋转支架的表面上，当支架旋转时，晶片通过离子束。沿着离子束路径移动的离子与旋转的晶片碰撞，并注入其中。机械手将准备处理的晶片从晶片盒取出，将晶片放在晶片支架表面上。处理之后，机械手将晶片从晶片支架表面取出，从新将处理过的晶片放入晶片盒。

离子注入装置运行的结果，会产生某些污染物。这些污染物粘结在离子束中和装置的内表面和注入装置的内壁和晶片支架上。污染物包括从离子源产生的不希望有的一类离子，就是说，具有不正确的原子量的离子。

污染物的另一个来源是注入装置前一次运行时注入不同类型的离子造成的。一般的做法是用同一个注入装置利用不同的离子进行注入。例如，可以利用注入装置用原子量为11的硼离子注入一定数量的晶片。注入硼之后，可能又用来注入原子量为75的砷。这样连续注入不同类型的离子，就会导致由第一次注入的离子污染第二次注入的晶片。这就叫做“交叉类型污染”。

另一种污染物是光致抗蚀剂。光致抗蚀剂材料是在对晶片进行记子束处理之前覆盖在晶片表面的，这是在完成的集成电路上确定电路所要求的。当离子撞击晶片表面时，光致抗蚀剂涂层的颗粒便被从晶片撞出，沉降在晶片支架的表面上或邻近离子束形成与成形结构的内表面上。

久而久之，污染物积聚在离子束注入装置的内表面和晶片支架的表面上，降低了离子束注入装置的效率和处理后的晶片质量。当污染物聚积在离子束注入装置组件的表面上时，污染物的上层脱落，或者被撞击污染物的离子撞击，造成放电，污染晶片的清高入。有些被撞出的污染物沿着离子束的路径移动，进入注入站，并注入晶片。这样的污染物改变了晶片的电特性。在制造集成电路的过程中，即使少量的污染物，也能使处理后的晶片无法用于预定的目的。

另外，污染物在离子束注入装置内表面的积聚降低了离子束中和装置的效率。中和装置(或“电子簇射”)在离子束和晶片附近引入低能量的电子，(1)降低了离子束的电位，以及(2)中和了由于正离子的到达和二次电子发射而沉积在晶片表面的电荷。

这些电子可能是由于二次电子发射(称为二次发射簇射)而产生的。污染物积聚在发射二次电子的靶上，或者这些电子可能移动到表面上，改变中和装置产生的电子的数量和能量分布。

中和电子还可能由于从等离子体吸引出来而产生(称为等离子体簇射)。虽然等离子体簇射并不需要靶子，但是污染物积聚在中和装置的表面上，也会改变电子的数目和能量分布，从而降低簇射操作的质量。

沉积在注入装置内表面上的污染物必须定期清除。从离子束形成和成形结构及晶片支架清除污染物需要拆开离子束注入装置。将被污染的组件从注入装置拆出，送往清洗站，因为某些掺杂物是有毒的。组件的表面用溶剂和磨料擦洗，清除污染物。然后从新装配注入装置，并在继续进行晶片处理之前进行测试。

由于注入装置停机，这个清洗程序代表了一笔可观的经济费用。除了清洗组件所需的时间以外，重新安装注入装置也是一个缓慢的过程。要想注入装置正确运行，注入装置组件必须精确对中。另外，运行之前，注入装置内部还必须重新建立真空。最后，在通过对测试晶片的注入和对晶片的评价，鉴定合格之前，标准的操作程序是不允许重新装配的注入装置进行生产运行的。

本发明提供从离子束注入装置的内表面就地清除污染物用的方法和装置。按照本发明，提供一种自清洁离子束中和装置，后者通常延伸在离子束注入系统离子束路径的周围。中和装置包括一个形状为中空体的靶，所述靶连接到从离子束注入系统的支持结构伸出的接地的支持法兰盘上。提供一个灯丝作为电子发射装置，一般用来发射高能电子到该中空体的靶的内壁，使中和电子进入离子束。

从离子束中离子的移动方向看，一个石墨孔作为第一开孔约束件位于该中空体的靶的上游，并与之电绝缘。从离子束中离子的移动方向看，另一个石墨孔作为第二开孔约束件位于第一开孔约束件的上游，并与之电绝缘。从离子的移动方向看，一个长型的中空件延伸管放置在该中空体靶的下游，并与之电绝缘。

提供一个清除装置，用来建立等离子体辉光放电，以便从中空体的靶、作为第一开孔约束件的石墨孔、作为第二开孔约束件的石墨孔和该长型中空件延伸管这组中至少一个组件清除污染物。提供一个装置，用来将反应气体送入中和装置。提供一个偏压装置，给准备清洁的组件加上电的负偏压，而其他组件中至少一个接地。给电子发射装置加上电压，以引发等离子体辉光放电。提供一个泵，用来将污染物从中和装置泵出。

清除粘结在中和装置内表面污染物的方法，包括把反应气体送入中和装置的步骤。电的负偏压加在中和装置的至少一个组件上。至少一个没有加上负偏压的组件接地。在中和装置内部建立等离子体辉光放电，以便从各组件清除污染物。从中和装置清除污染物。

更具体地说，反应气体从氢、氟和氧构成的组中选择一种或多种气体。中和装置内的压力调整得高于真空压力。提供一个电子源来引发辉光放电。该气体与污染物反应，产生污染物的挥发物，从中和装置中排出。

按最佳实施例的形式，清除粘结在离子束中和装置内表面污染物的方法，包括把反应气体送入离子束中和装置的步骤。电的负偏压加在由中空体靶、第一开孔约束件、第二开孔约束件和该长型中空件延伸管这组中至少一个组件上。至少一个没有加上负偏压的组件接地。在中和装置内部建立等离子体辉光放电，使反应气体与粘结在加有负偏压的组件上的污染物反应，产生污染物的气态反应生成物。将反应生成物从中和装置排出。

本发明的另一个实施例是清除粘结在离子束中和装置内表面污染物的方法，后者包括从源材料吸引出离子并将离子形成离子束的步骤，该离子束沿着通往离子注入室的轨迹，通过抽成真空的区域的离子束路径移动。该离子束在中和装置内膨胀，与粘结在中和装置内表面上的污染物接触。

离子束在中和装置内的膨胀，是通过调整该离子束的能量，并给偏置孔加上5-10千电子伏的电压来实现的。源材料选得能够形成污染物形的挥发物。

本发明的另一个实施例涉及自清洁的离子注入装置，它一般横截离子注入装置中离子束的路径。注入装置包括一个外罩，其内壁限定了离子束注入室。一个可以旋转的晶片支架位于注入室内，用来支持通常用离子束掺杂的晶片。

提供一个清洁装置，用来在注入室内建立等离子体辉光放电，清除粘结在内壁和晶片支架上的污染物。提供一个装置，将反应气体送入注入室。提供一个偏压装置，给内壁或晶片支架之中的一个加上负偏压，而将另一个接地。清洁装置还可以包括一个伸入外罩并与之电绝缘的电极。该电极加上电的正偏压。给电子发射装置加电，引发辉光放电。提供一个泵，将污染物从离子注入装置泵出。

清除粘结在离子注入装置上的污染物用的一种方法，是将反应气体送入离子注入装置。将正偏压加在电极件上。在注入室内建立等离子体辉光放电，清除粘结在室壁和支架上的污染物。将污染物从注入室清除。注入室内的压力最好调节得高于真空压力，而且最好提供一个电子源来引发等离子体辉光放电。

清洁离子注入装置的另一种方法，包括将反应气体送入离子注入装置的步骤。将电的负偏压加在室壁或支架之中一个上。室壁或支架之中不加负偏压的一个接地。在注入室内建立等离子体辉光放电，清除粘结在室壁或支架之中加有负偏压的一个上的污染物。于是，污染物被从注入室清除。

从参照附图对本发明的最佳实施例的详细描述中，将会更好地理解本发明的这些及其他目标、优点和特点。

图1是部分切开的顶视图，表示包括离子中和装置和离子注入室的离子束注入装置。

图2是图1所示离子束注入装置的离子束中和装置的放大了的顶视图。

图3是图2所示离子束中和装置零件分解透视图。

图4是大致从图2线4-4所标平面看去的离子束中和装置的端视图。

图5是大致从图4线5-5所标平面看去的视图。

注入装置的运行

现在翻到附图，图1描绘离子束注入装置，整体用10表示。它包括离子源12、整体用14表示的用来形成和成形离子束16的装置以及注入站18。提供控制电子装置(未示出)，用来监视和控制注入站18的注入室20内的晶片(未示出)接受的剂量。离子束中的离子按照图1标以“D”的预定的希望的离子束路径运行。当离子束穿过离子源12和注入站18之间的距离时，离子束路径D有某种程度的发散。离子束的发散使预定的离子束路径D具有在图1中分离标以“D”和“D”的“极限位置”。

离子源12包括等离子体室22，它限定了源材料注入其中的内部空间。源材料可以包括可以离化的气体和蒸发了的源材料。固体形式的源材料放置在一对蒸发器24内。然后将蒸发了的源材料注入等离子体室22。如果想要p型掺杂物，则可以采用硼、镓或铟。如果想要n型掺物，则可以采用锑、砷或磷。

在源材料上加上能量，以便在等离子体室22内产生带正电荷的离子。带正电荷的离子通过盖着等离子体室22的开口端的盖板26上的椭圆弧型狭缝离开等离子体室内部。

1994年9月26日登记的序列号为08/312，142的转让给本申请的受让人的美国专利申请公开了一种利用微波能量使源材料离化的离子源。现将其整个引用于此。离子束16通过抽成真空的路径从离子源12移动到也是抽成真空的注入室20。真空泵28将离子束路径抽成真空。

等离子体室22中的离子通过等离子体室盖板26上的弧形狭缝被吸引出来，由等离子体室盖板26附近的一套电极32向质谱分析磁极30方向加速。电极32从等离子体室内部将离子吸出，并将其加速进入质谱分析磁极30围成的区域。该套电极32包括抑制电极34和在空间上由三个球形绝缘子38(在图1中只能看见其中一个)与抑制电极34隔开的吸引电极36。

注入装置10运行的过程中，抑制电极34加上负电压，以便把离开等离子体室22的离子的逆向运动减到最少。等离子体室22加上高的正电位，而吸引电极36置成地电位，以便将带正电荷的离子从等离子体室22中吸引出来。每个电极34，36都是由两个半块配对的半圆形园板组成的，在空间上隔开，围成一个离子通过的缝隙。

当离子沿着离子束16运动时，它们从离子源12进入由质谱分极磁极30建立的磁场。质谱分析磁极30是离子形成及成形结构14的一部分，并支持在磁罩40内。该磁场的强度和方向由控制电子装置(未示出)控制。质谱分析磁极30包括绕有磁场绕组(亦未示出)的磁轭(未示出)。该磁场通过调整流过磁场绕组的电流加以控制。沿着从质谱分析磁铁30到注入站18的离子束移动路径，由于从质谱分析磁罩40高端正电压到接地的注入室的电位差，离子束16被进一步成形、测试和加速。

质谱分析磁极30使得只有具有适当质量的那些离子才能到达离子注入站18。等离子体室22内源材料的离子化产生一类带正电荷的具有要求的原子量的离子。但是，除了要求的一类离子外，离子化过程还会产生一定比例的原子量异于正确值的离子。原子量大于或小于正确原子量的离子不适宜注入，并称为不合要求的离子。

质谱分析磁极30产生的磁场使离子束中的离子沿着弯曲的轨迹运动。磁场强度由控制电子装置(未示出)建立。磁场建立得只有原子量等于要求的一类离子的原子量的离子才能沿着离子束路径达到注入室20。

要求的一类离子沿着路径D，或者更精确地说，在D’和D’定久的离子束路径“包络线”内移动，由于离子(带有正电荷的全部离子)带有相同电荷而产生的斥力作用，结果离子束总有某种程度的离散。

在图1中，标以“H”的路径表示原子量重(原子量比注入用的离子约重50％)的不合要求的离子的轨迹路径。标以“L”的路径表示原子量轻(原子量比注入用的离子约轻50％)的不合要求的离子的轨迹路径。原子量比要求的一类离子重得多或轻得多的不合要求的离子，在通过质谱分析磁铁的磁场时，急剧地偏离预定的要求的离子束路径D，并撞击质谱分析磁罩40。

离子束形成及成形结构14还包括四极配件42、可转动的法拉第杯44和离子束中和装置46。四极配件42包括一组磁铁48，其方向是环绕离子束16，它们被控制电子装置(未示出)选择性地激发，以调整离子束16的高度。四极配件42支持在外壳50内。

与四极配件42的一端耦合并面向法拉第杯44的是离子束分解板52。分解板52由玻璃态石墨构成。分解板52包括长型开孔，当离子束中的离子离开四极配件42时由其中通过。分解板52与质谱分析磁极30共同作用，从离子束1 6中消除原子量接近但又不等于要求的离子的原子量的不合要求的离子。为了讨论分解板，请参见Blake的1995年7月17日登记的题为“从离子束注入装置内表面就地清除污染物”的美国专利申请。

正如在图1可以看到的，法拉第杯44位于四极配件42和离子束中和装置46之间。法拉第杯44可转动地耦合在外罩50上，使得它可以转到横切离子束16的位置，以便测量离子束的特性，测量满意之后，转离离子束，以免干扰注入室20中晶片的注入。

离子束中和装置46一般称为电子簇射。1992年11月17日公开的Benvenist的美国专利No.5,164,599公开了离子束注入装置中的电子簇射装置，现将其整个引用于此。从等离子体室吸引出来的离子是带正电荷的。如果在注入晶片之前不将离子上的正电荷中和，掺杂后的晶片就会表现出净正电荷。正如No.5,164,599专利所描述的，这样一种带净正电荷的晶片特性不理想。

最清楚地显示于图2和3的中和装置46，包括开孔限制件58(在这里称为偏置孔)、靶60和延伸管62。偏置孔58、靶60和延伸管62之中的每一个都是中空的，当它们装配好之后，围出一个一端开放的圆柱形内部区域，离子束16从其中穿过，并且通常都用二次电子发射来中和。

装配法兰盘64用螺栓固定在外罩50上，而中和装置46用装配法兰盘64定位在外罩50上。法兰盘64用电绝缘材料制成。从装配法兰盘64伸出的是支持件66。支持件66有内部通道(未示出)，用于冷却液的循环。两个管接头67用来把供水管线(未示出)连接到支持的通道。

偏置孔58是与支持件66作为一个整体形成的。偏置孔58包括圆筒壁70以及放在圆筒壁围出的开口内的园环68。园环68用至少两个电绝缘件72与圆筒壁电绝缘。绝缘件中的一个示于图3。每个绝缘件72均包括由橡胶一类电绝缘材料制成塞子74和导电的螺栓76。每个塞子74均插入圆筒壁70的开孔78内，每个螺栓76穿过开孔80插入塞子74内，与园环68接触。螺栓76使园环68与圆筒壁70隔开，从而使园环68与圆筒壁70电绝缘。

两个馈电线82和84穿过开孔86伸入装配法兰盘64。每个馈电线82，84都插入用橡胶等成形的电绝缘的塞子88中。馈电线82和84每个都耦合到从中和装置控制器(未示出)引出电接点(未示出)上。馈电线82通过延伸在导体92和螺栓76之间的导线90给园环68加上负电压V-(图2)。

馈电线84用导管94(图4)中的导线(未示出)连接到外壳96内用于监视偏置孔58内的电流的线路。馈电线84的导线92通过一条伸到另一个螺栓76的导线94电连接到偏置孔58。馈电线82和84用垫圈83、密封垫85和螺帽87固定在法兰盘64上。

偏置孔58起栅极的作用，防止积聚在晶片上的正电荷在中和电子的中和装置46的上游耗尽离子束16。如果出现这种耗尽现象，离子束16就会由于空间的电荷而向上偏转，传输就变得效率极低。

支持件66有4个螺纹孔108。靶60有法兰盘104，将4个带螺纹的螺栓106拧入螺纹孔108，从而将其连接到支持件66上。靶子60有开孔110，它是沿着它的圆周靠近支持件66形成的。靶子60有4个接头片112，每个都有一个开孔，用来装入绝缘件114。每个绝缘件114包括用绝缘材料制成的有外螺纹的塞子116，伸入接头片112的开孔中。每个不导电螺栓118都用螺纹拧入塞子116的开孔，进入延伸管62的开孔。垫圈120将螺栓118固定。螺栓118将延伸管62连接到靶子60上。延伸管62用固定在延伸管62的螺栓122和接地端子G之间的导线124接地。

正如图3所示，端子G的接地导线126穿过装配板128的开孔和装配法兰盘64的开孔132。装配板128用两个螺栓129装在装配法兰盘64上，法兰盘64的开孔攻有螺纹。绝缘塞子130装入法兰盘64的开孔132内。螺帽134用螺纹拧在馈电线126带有螺纹的一端，将馈电线126与垫圈136固定。导线124用帽138连接到馈电线126的一端。螺丝140拧入导线126的另一端。接地导线(未示出)连接到导线126的螺丝140上。

两个灯丝馈电线142穿过装配法兰盘64内的开孔，并电耦合到一组灯丝144。两个支持件146每个都用装在绝缘环150上的螺帽148固定在装配法兰盘上。两个由导电材料制成的导电件152每个固定在支持件146之中一个上。每个导电件152接纳一个灯丝支架154(图4)。灯丝144由灯丝支架154支撑，并电耦合到导电件152。

灯丝支持板156用螺丝157固定在支持件66上，其上有多个开孔以接纳灯丝144。固定件158用螺丝163固定在支持件66上，并有开孔159，灯丝通过该孔伸入靶子60的内部。靶子60连接到接地的支持件66上。这样靶子60也接地。

正常运行时，灯丝144通过馈电线142提供电流而激活时，灯丝144发射出高能电子，后者被加速进入靶60的内部区域。高能电子撞击靶60的内壁。高能电子撞击靶子内壁，结果发射出低能电子，或所谓二次电子发射。

在正常运行中，当离子束16中的带正电荷的离子穿过在偏置孔58内部区域建立的带负电荷的电场时，离子束的发散程度加大。带正电荷的离子，由于带有相同的电荷，彼此之间具有自然斥力。离子束16穿过偏置孔的电场，会增大离子束的发散性。

离子束16中的离子与残余空气的原子的碰撞造成低能电子，这使高密度的离子束的传输成为可能。虽然有这种空间电荷的中和作用，离子束的电位还是高于要求值。在掺杂的晶片上蚀刻出来的电路(未示出)，由于离子束的电位过高而容易发生正电荷破坏。中和装置46产生的低能电子被吸引到带正电荷的离子束16上，进一步降低离子束的电位。这降低了电路带电破坏的可能性。

当注入装置10正常运行时，延伸管62的作用是防止灯丝144发射的一次电子进入注入室20，不然它们会直接撞击晶片，引起破坏。延伸管62还起提供一个接近离子束16的接地平面的作用，后者降低离子束的电位。

围成形孔161的石墨环160连接到偏置孔58上。电绝缘环162使园环160与偏置孔58电绝缘。这个连接由2偏置孔58上的接头片164实现。偏置孔58具有孔，接纳电绝缘的攻有外螺纹的塞子166插入其中。塞子166接纳不导电的螺丝168穿过其中的孔。

开孔限定环160通过将塞子166拧入接头片164的孔中，并将螺丝168拧入塞子的孔中而连接到偏置孔58上。螺丝168拧入绝缘环162的孔170和环160的孔172中。螺丝172伸入绝缘环162的孔176和石墨环162中的孔176，将绝缘环162和石墨环160固定在一起。接地导线124连接到螺丝174中的一个(图2)使石墨环160正常接地。偏置孔58和石墨环160的安排，能防止低能电子离开中和装置46。

送气管线180从装配法兰盘64开始延伸，一端插入用两个螺丝100连接到靶子60的板102上的孔181。排气管线182用板184连接到送气管线180的另一端。该板用4个螺丝186固定在法兰盘64上，螺丝拧入法兰盘64的螺纹孔内。排气管线182伸入板184的开孔和法兰盘64的开孔183。排气管线182一端有管接头188，用来连接气源(未示出)。中和装置46正常运行时，低浓度氩气通过送气管线180注入靶子60的内部区域。正常运行时，氩气的存在改善了二次电子发射。

正如在图1可以看到的，延伸管62的下游端邻接注入室20，在清高入室20中，把离子注入所述晶片。在离子束处理之前，晶片往往覆有光致阻蚀材料(未示出)。光致阻蚀剂主要是碳氢化合物材料。当离子撞击晶片表面时，光致阻蚀剂涂层被从晶片击出，沉积在晶片支架190的表面，因为延伸管62靠近注入室20，所以在注入装置运行时，也沉积延伸管的内、外表面上。

注入站18包括外壳191，后者具有室壁193，它限定了注入室20。在注入室20内可旋转地支持的，是园盘状晶片支架190。晶片支架190与注入室20的室壁193电绝缘。准备处理的晶片放置在靠近晶片支架190圆周边沿的位置。支架由马达(未示出)带动，以约1200转/分的速度旋转。当晶片沿圆形路径旋转时，离子束16撞击并处理晶片。相对于外壳50而言，注入站18是可以转动的，并用柔性的波纹管192与外壳连接。注入站18能够转动，离子束16对于晶片注入面的入射角就可以调整。

注入室20可以安装电绝缘的馈电线194，它穿过室壁193上的开孔196。电极198(这里所示是一个几英寸直径的板)位于室壁193的凹入处200。电线202通过馈电线194接至电极198，就地清洗离子束和装置。

在注入装置10运转时，污染物以掺杂物、光致阻蚀材料和不合要求的离子的形式，积聚在离子束中和装置46和注入室20的表面。污染物的这种积聚，干扰了这些装置的正常运行。

本发明利用等离子体辉光放电来清洁中和装置46和注入室20的选定的组件。通过溅射离子蚀刻或者反应性离子蚀刻，等离子体辉光放电都可以用来清除污染物。

本发明用来清洁中和装置46和注入室20的选定的组件的等离子体辉光放电的主要机理是反应性离子蚀刻。建立等离子体辉光放电的方法是通过将中和装置46中的压力升高到1×10^-3至1×10^-4乇的压力范围，通过送气管线180连续将反应气体送入靶子60，同时给准备清洁的组件加上负偏压，从而使该组件变成阴极。在下文中，任何被选择来清洁并加上负偏压的组件一律称为阴极。

由于加了负偏压，阴极便发射电子。将电子发射到气体体积内，被送入中和装置46的反应气体的原子便被离化。反应气体原子的每次离化都产生一个气体离子，并释放一个电子。由于气体体积中产生高的离化密度，便产生等离子体辉光放电。

等离子体辉光放电的建立，是由于气体离子和电子的复合以达到较低的能量状态，这使等离子体中的气体离子发生辐射，并产生辉光放电的“辉光”。一旦建立等离子体辉光放电，就产生发出辉光的等离子体体积，在阴极内壁附近的区域建立等离子体和所谓暗空间层。

暗空间层的定义是围绕着等离子体的区域，该区域中建立了电场，延缓等离子体体积失去电子。这个暗空间层是通过给约束等离子体的导线加上个电位而建立的。在暗空间层中，电子不是被外加的电压的电场，就是被等离子体对地电位所“排斥”。在暗空间层中，离子和电子难以复合，使得这个区域是暗的。

暗空间层的电场使气体离子向阴极的内空间加速。暗空间层还加速二次电子进入等离子体。在清洁阴极时发生的反应离子蚀刻的过程中，发生化学反应的离子是冲向阴极内部的，在这里它们与污染物发生化学反应。这产生反应产物，或者反应气体与污染物组成的挥发性气态物质。这种气态物质用真空泵28泵出中和装置46。

最好给灯丝144加上电压，协助建立等离子体辉光放电。加了电压的灯丝产生高能电子，后者冲击靶子60的内表面。这本身又产生二次电子，后者被加速冲向气体容积，使更多的气体粒子离化，在气体容积中产生更多的电子。这种电子的供应和不断地将反应气体原子泵入阴极，这维持着等离子体辉光放电。这个利用反应气体和等离子体辉光放电清除污染物的过程，在David C.Hisnson所著题为“等离子体的基本原理”的出版物(Copyright 1984，Materials Research Corporation of Orangeberg，New York)中讨论，在这里作为参考引用。

如果要清洁靶子60，就给它加上负偏压，负偏压最好加在法兰盘64上。负偏压由外电源(未示出)加在法兰盘64上，不是通过馈电线82和导线98，就是通过馈电线84和导线90。诸如接地的延伸管62和/或接地的靶子60等其他组件中至少一个起阳极作用。

如果要清洁偏置孔58，就由外电源，不是通过馈电线82和导线98，就是通过馈电线84和导线90加上负偏压。诸如接地的延伸管62和/或接地的靶子60等其他组件中至少一个起阳极作用。

如果要清洁石墨孔160，就由外电源通过接地端子G和导线124给它加上负偏压。诸如接地的延伸管62和/或接地的靶子60等其他组件中至少一个起阳极作用。

如果要清洁延伸管62，就由外电源通过接地端子G和导线124给它加上负偏压。诸如接地的延伸管62和/或接地的靶子60等其他组件中至少一个起阳极作用。

至于中和装置46清洁过程的适当参数，阳极电压预期用约300伏。阳极电流预期在150至300毫安范围。灯丝电压和电流分别预期为12伏和15安培。气体流量预期在5至10标准立方厘米/分的范围内。清洁时间预期在2至10小时的范围内。

至于清洁过程所用的气体类型，应该指出，在注入装置的操作过程中，往往采用氩气作为离子源气体，引入等离子体室产生离子。但是，利用氩气作为离子束源气体来清除污染物，已被证明是不理想的。氩气只能通过溅射将污染物撞出。这样撞出的材料由于冷凝又会从新沉积在注入装置的其他表面。这样，利用氩离子束就地清洁注入装置的组件，结果是污染物从新分布。

不用氩气作为离子源气体进行就地清洁，而用诸如氧、氢或氟等反应气体作为清洁气体。利用这样的气体，结果就能在气体离子与污染物材料之间发生化学反应，产生污染物的挥发物的反应生成物。这种污染物的挥发物可以用真空泵28泵出注入装置，排到注入装置之外。

例如，若硼10是粘结在靶子60上的污染物，则利用氩作为离子源气体，结果污染物变成B₂H₂气体，很容易泵出注入装置10。作为另一方案，如果利用氟作为离子源气体，结果硼10污染物会变成BF₃气体，很容易泵出注入装置。要清除光致阻蚀剂污染物，用氧作为离子源气体。光致阻蚀剂会转变成CO₂和H₂O气体。

清洁注入中和装置46的另一个方法是利用离子束16。离子束16由选得能与污染物反应生成污染物的挥发物的源材料产生。例如，清除光致阻蚀剂污染物时，用氧作为离子束16的离子源。这时，光致阻蚀剂被离子束16变成CO₂和H₂O气体。蒸发的源材料注入等离子体室22。

离子束的能量设置成5-10千电子伏左右的低能量。偏置孔58加上负300伏偏压。在这过程中，灯丝144不加电压。利用低能离子束，离子束中的离子速度降低，因而引起离子互相排斥。这种操作方式使离子束16在通过偏置孔时“向上偏”，而离子束在通过靶子60和延伸管62时未被电子发射所中和，所以离子仍旧带正电荷，于是在延伸管62内和延伸管的下游，由于离子带有相同电荷而发散得更加严重。

由于偏置孔58加上了负偏压，离子束16在延伸管62和靶子60处发生膨胀。离子束16进入中和装置46时具有离子注入时正常的直径，然后在偏置孔58的下游处直径膨胀。当膨胀了的离子束16与靶子60和延伸管62的内表面接触时，将它们清洁。真空泵28将污染物从注入装置10泵出。

就地清洗注入室

利用等离子体辉光放电清洁注入室20可用两种方法中的一种。清洁注入室20的一种方法是由外部电源(未示出)将负偏压加在室壁193或者晶片支架190上，而同时将另一个接地。室壁193是与晶片支架190电绝缘的。这样，负偏压加在晶片支架190上，室壁193则接地。晶片支架190起阴极作用而被清洁。反之，由外部电源将负偏压加在室壁193上，晶片支架190则接地。室壁193起阴极作用而被清洁。

用上面就中和装置46所讨论的方法，在注入室20内建立等离子体辉光放电，就是说，不是使室壁193就是使晶片支架190起负电极的作用，将反应气体送入注入室20，给灯丝144加上电压。真空泵28将挥发物从注入室20泵出，排到注入装置10以外。

清洁注入室20的另一种方法是，将电绝缘的馈电线194通过开孔196穿入注入室20。电极198设置在注入室20的室壁91的凹入处200。电线202通过馈电线194伸到电极198。正偏压从外部电源通过电线202加到电极198上，使晶片支架190和室壁193成为阴极。

然后，用上面就中和装置46所讨论的方法在注入室20产生等离子体辉光放电。就是说，将正偏压加在电极198上，将反应气体送入注入室20，给灯丝144加上电压。真空泵28将挥发物从注入室20泵出，排到注入装置10以外。

至于注入装置清洁过程的适当参数，阴极或阳极电压预期用约300伏。阴极或阳极电流预期在150至300毫安范围。灯丝电压和电流分别预期为12伏和15安培。气体流量预期在5至10标准立方厘米/分的范围内。清洁时间预期约30分钟。

虽然在某种程度上本发明描述得比较具体，但是应该明白，在不脱离后附的权利要求书所提出的本发明的精神和范围的情况下，本专业的普通技术人员都能够在本发明已描述的实施例上，进行某种添加、修改或删除。

Claims (16)

1.一种自清洁离子束中和装置(46)，其特征在于它包括：

由离子束注入系统(10)的支持结构(64)伸出的中空体的靶(60)，

用来向中空体靶(60)内壁发射高能电子，以产生低能二次电子或从所述中空体内部的等离子体吸引出低能电子的电子发射装置，

与所述中空体靶邻接并与之电绝缘的长型中空件延伸管(62)，以及

用来产生等离子体辉光放电以便从所述中空体靶和所述长型延伸管清除污染物的清洁装置。

2.权利要求1所提出的离子束中和装置，其特征在于所述清洁装置包括将反应气体送入所述中和装置用的送气管线(180)。

3.权利要求2所提出的离子束中和装置，其特征在于所述清洁装置包括给所述中空体靶或所述长型延伸管之中的一个加上第一电偏压而给另一个加上较高的第二电偏压的偏置孔。

4.权利要求3所提出的离子束中和装置，其特征在于所述清洁装置还包括一个灯丝(144)，它作为电子发射装置，在加电时引发辉光放电。

5.权利要求4所提出的离子束中和装置，其特征在于所述清洁装置还包括泵(28)，用来将污染物从所述中和装置泵出。

6.权利要求1所提出的离子束中和装置，其特征在于它还包括接地的支持法兰盘，装在所述支持结构上，而中空体靶则装于所述支持法兰盘上。

7.权利要求1所提出的离子束中和装置，其特征在于它还包括：

与所述中空体靶邻接并与其电绝缘的第一开孔限定件(160)，它由一个石墨孔构成，

与所述第一开孔限定件邻接并与其绝缘的第二开孔限定件，而所述清洁装置可以清洁所述第一和第二开孔限定件。

8.一致清除粘结在离子束中和装置(46)内表面的污染物的方法，其特征在于它包括以下步骤：

将反应气体送入至少具有两个电气上彼此绝缘的组件(160，58，60，62)的中和装置(46)，所述组件由中空体靶、第一开孔约束件、第二开孔约束件和该长型中空件延伸管组成；

给所述组件中的至少一个加上电负偏压，

将没有加上电负偏压的组件中的至少一个接地，

在中和装置(46)中建立等离子体辉光放电，以便从所述组件清除污染物，以及

从中和装置清除污染物。

9.权利要求8所提出的方法，其特征在于所述反应气体是从氢、氟和氧组成的一组中选出一种或多种气体。

10.权利要求8所提出的方法，其特征在于它还包括将中和装置内的压力调整到高于正常的离子注入的压力的步骤。

11.权利要求8所述提出的方法，其特征在于它还包括提供电子源(144)以引发辉光放电的步骤。

12.权利要求8所提出的方法，其特征在于所述气体与污染物反，产生污染物的挥发物，并将所述挥发物从中和装置排出。

13.权利要求8所提出的方法，其特征在于它还包括以下步骤：

将离子从源材料吸引出来，将离子形成离子束(16)，后者沿着离子束路径，通过抽成真空的区域，沿着一条轨迹移动到离子注入室(20)，

中和装置(46)中的离子束膨胀，与粘结在中和装置内表面的污染物接触，以及

将污染物从中和装置排出。

14.权利要求13所提出的方法，其特征在于调整离子束的能量并给开孔件(58)加上电压，使中和装置中的离子束膨胀。

15.权利要求14所提出的方法，其特征在于离子束的能量调整在5-10千电子伏的范围内。

16.权利要求13所提出的方法，其特征在于源材料选择得能使污染物形成挥发物。

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