处理室构件的原位电浆清洗的制作方法

对相关申请案的交叉参考

本申请案为2015年6月12日申请的美国临时案第62/174,906号的非临时案，所述全部内容被以引用的方式并入本文中。

本发明大体涉及用于制造电子装置的技术，且更明确地说，涉及用于改善处理室内的构件的性能且延伸其使用期限的技术。

背景技术：

离子植入为经由轰击将掺杂剂或杂质引入到衬底内的工艺。在半导体制造中，引入掺杂剂以更改电、光学或机械性质。举例来说，可将掺杂剂引入到本征半导体内以更改衬底的传导率的类型和等级。在制造集成电路(integratedcircuit；ic)过程中，精确的掺杂分布提供改善的ic性能。为了达成所要的掺杂分布，可以离子的形式按各种剂量和各种能级植入一或多种掺杂剂。

离子植入系统可包括离子源和一系列射束线构件。离子源可包括产生所要的离子的腔室。离子源还可包括安置于腔室附近的电源与提取电极组合件。射束线构件可包含(例如)质量分析器、第一加速或减速级、准直器和第二加速或减速级。与用于操纵光束的一系列光学透镜非常相似，射束线构件可滤波、聚焦和操纵具有所要的物质、形状、能量和其它质量的离子或离子束。离子束穿过射束线构件且可朝向安装于压板或夹钳上的衬底引导。衬底可由有时被称作旋转板(roplat)的设备在一或多个维度上移动(例如，平移、旋转和倾斜)。

离子植入机系统针对多种不同离子物质和提取电压产生稳定、明确界定的离子束。在使用源极气体(例如，ash3、ph3、bf3和其它物质)操作若干小时后，射束成分最终在射束光学器件上创造沉积物。在晶片的视线内的射束光学器件也变得涂布有来自晶片的残余物，包含si和光刻胶化合物。这些残余物堆积于射束线构件上，造成在操作期间的dc电位中的尖峰(例如，在加电偏压的构件的情况下)。最终，残余物剥落，造成晶片上的微粒污染的增大可能性。

防止材料累积的效应的一个方式为间歇地替换离子植入机系统的射束线构件。替代地，可手动清洗射束线构件。然而，手动清洗需要对离子源断电，且释放系统内的真空。在替换或清洗射束线构件后，接着对系统抽空和供电以达到操作条件。因此，这些维护过程可非常耗时。此外，在所述维护过程期间不使用射束线构件。因而，频繁的维护过程可减少可用于ic生产的时间，因此增大总制造成本。

技术实现要素：

鉴于前述内容，本文中所提供为用于离子植入系统构件(例如，离子束光学器件)的原位等离子清洗的系统和方法，其中可在短时间上执行原位等离子清洗，从而避免了通风和/或手动清洗离子束光学器件的需求。此外，本文中所提供为离子束光学器件的原位等离子清洗的系统和方法，其中在刚好包围待清洗的那些构件的区域中局部产生等离子，因此减少不想要的对其它构件的蚀刻。

根据本发明的示范性离子植入系统可包含在离子植入系统的腔室内的构件，和与所述构件连通的电力供应器。电力供应器可经配置以在清洗模式期间将电压和电流供应到构件，其中电压和电流经施加到构件的传导性射束光学器件以在传导性射束光学器件周围产生等离子。离子植入系统可更包含蚀刻剂气体，其供应到构件以实现传导性射束光学器件的蚀刻。

根据本发明的示范性系统可包含能量纯度模块(energypuritymodule；epm)，其包含用于产生等离子的腔室，其中所述epm包含沿着离子束线安置的多个传导性射束光学器件。所述系统可更包含与epm连通的电力供应器，所述电力供应器经配置以在处理模式期间将第一电压和第一电流供应到所述多个传导性射束光学器件，且在清洗模式期间将第二电压和第二电流供应到所述多个传导性射束光学器件，其中将第二电压和第二电流供应到所述多个传导性射束光学器件中的一或多者以在所述多个传导性射束光学器件中的一或多者周围产生等离子。所述系统可更包含供应到epm以实现所述多个传导性射束光学器件中的一或多者的蚀刻的蚀刻剂气体，和用于调整供应到epm的蚀刻剂气体的注入速率的流量控制器。所述系统可更包含用于调整包围epm的环境的压力的泵。

根据本发明的示范性方法可包含提供处理室的构件，所述处理室用于等离子的产生。所述方法可更包含在处理模式期间将第一电压和第一电流供应到所述构件，和在清洗模式期间将第二电压和第二电流供应到所述构件，其中第二电压和第二电流经施加到构件的传导性射束光学器件以产生在传导性射束光学器件周围产生等离子。

附图说明

图1为说明根据本发明的实施例的离子植入系统的示意图。

图2-a为说明根据本发明的实施例的在图1中显示的离子植入系统的构件的半透明等距视图。

图2-b为说明根据本发明的实施例的在图1中显示的离子植入系统的构件的半透明等距视图。

图3为说明根据本发明的实施例的处于处理模式中的在图2中显示的离子植入系统的构件的侧横截面图。

图4为说明根据本发明的实施例的处于清洗模式中的在图2中显示的离子植入系统的构件的侧横截面图。

图5-a为在根据本发明的实施例的在图2中显示的构件的离子束光学器件周围的等离子产生的图解。

图5-b为在根据本发明的实施例的在图2中显示的离子植入系统的构件周围的等离子产生的图解。

图6-a为说明在根据本发明的实施例的在图2中显示的构件的离子束光学器件上的沉积物的累积的图像。

图6-b为说明根据本发明的实施例的在去除沉积物后在图6a中显示的离子束光学器件的图像。

图7为根据本发明的实施例的在图2中显示的离子植入系统的电极栅的侧横截面图。

图8为说明根据本发明的实施例的示范性方法的流程图。

附图未必按比例。附图仅为表示，并不希望描绘本发明的特定参数。附图被希望描绘本发明的示范性实施例，且因此不应被视为在范围上受到限制。在附图中，相似编号表示相似元件。

具体实施方式

现将在下文参看附图更充分地描述根据本发明的系统和方法，在附图中显示了系统和方法的实施例。系统和方法可用许多不同形式体现，且不应解释为受限于本文中所阐明的实施例。取而代之，提供这些实施例，使得本发明将透彻且完整，且将向所属领域的技术人员充分传达系统和方法的范围。

为了方便且清晰起见，例如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”、“侧向”和“纵向”的术语将在本文中用以描述这些构件和其组成部分的相对放置和定向，每一者是关于半导体制造装置的构件如在附图中出现的几何形状和定向。所述术语将包含具体提到的词、其派生词和类似意思的词。

如本文中所使用，以单数形式叙述并且前面有词“一(a或an)”的元件或操作应理解为不排除复数个元件或操作，直到明确叙述此类排除。此外，对本发明的“一个实施例”的提及并不希望解释为排除也并有所叙述特征的额外实施例的存在。

如上所叙述，本文中所提供为用于离子植入系统的构件的原位等离子清洗的方法。在一个方法中，所述构件包含具有一或多个传导性射束光学器件的射束线构件。所述系统更包含电力供应器，其用于在处理模式期间将第一电压和第一电流供应到所述构件且在清洗模式期间将第二电压和第二电流供应到所述构件。可并联地(例如，个别地)将第二电压和电流施加到构件的传导性射束光学器件，以在所述一或多个传导性射束光学器件中的一或多者周围选择性产生等离子。所述系统可更包含用于调整供应到所述构件的蚀刻剂气体的注入速率的流量控制器，和用于调整所述构件的环境的压力的真空泵。通过使压力和注入速率优化，可达成等离子在所述构件周围的更受控制的分布，因此增大在离子植入系统内的后续蚀刻的准确性。

现参看图1，显示展现用于执行根据本发明的离子植入系统的一或多个构件的原位等离子清洗的系统10的示范性实施例。离子植入系统(下文“系统”)10表示处理室，在各构件中，其含有用于产生离子束18的离子源14、离子植入机和一系列射束线构件。离子源14可包括用于收纳气体24的流和产生离子的腔室。离子源14还可包括安置于腔室附近的电源与提取电极组合件。射束线构件16可包含(例如)质量分析器34、第一加速或减速级36、准直器38和对应于第二加速或减速级的能量纯度模块(epm)40。虽然为了解释的原因下文关于射束线构件16的epm40描述，但本文中针对原位等离子清洗描述的实施例也适用于系统10的不同/额外构件。

在示范性实施例中，射束线构件16可滤波、聚焦和操纵离子或离子束18以具有所要的物质、形状、能量和其它质量。穿过射束线构件16的离子束18可朝向安装于处理室46内的压板或夹钳上的衬底引导。可在一或多个维度上移动衬底(例如，平移、旋转和倾斜)。

如所显示，可存在可与离子源14的腔室一起操作的一或多个馈入源28。在一些实施例中，从馈入源28提供的材料可包含源材料和/或额外材料。源材料可含有以离子的形式引入到衬底的掺杂物质。同时，额外材料可包含与源材料一起引入到离子源14的离子源腔室内的稀释剂以稀释源材料在离子源14的腔室中的浓度。额外材料还可包含引入到离子源14的腔室内且在系统10内输送以清洗射束线构件16中的一或多者的清洗剂(例如，蚀刻剂气体)。

在各种实施例中，可将不同物质用作源材料和/或额外材料。源材料和/或额外材料的实例可包含含有硼(b)、碳(c)、氧(o)、锗(ge)、磷(p)、砷(as)、硅(si)、氦(he)、氖(ne)、氩(ar)、氪(kr)、氮(n)、氢(h)、氟(f)和氯(cl)的原子或分子物质。所属领域的一般技术人员将认识到，以上列举的物质为非限制性的，且也可使用其它原子或分子物质。取决于应用，物质可用作掺杂剂或额外材料。确切地说，可将在一个应用中用作掺杂剂的一种物质用作另一应用中的额外材料，或反之亦然。

在示范性实施例中，将源材料和/或额外材料以气态或蒸气形式提供到离子源14的离子源腔室内。如果源材料和/或额外材料处于非气态或非蒸气形式中，那么可在馈入源28附近提供气化器(未显示)以将材料转换成气态或蒸气形式。为了控制将源材料和/或额外材料提供到系统10内的量和速率，可提供流动速率控制器30。

epm40为经配置以独立地控制离子束18的偏转、减速和焦点的射束线构件。在一个实施例中，epm40为垂直静电能量滤波器(verticalelectrostaticenergyfilter；veef)或静电滤波器(electrostaticfilter；ef)。如下将更详细地描述，epm40可包含电极配置，其包括安置于离子束18上方的一组上部电极和安置于离子束18下方的一组下部电极。所述一组上部电极和所述一组下部电极可静止且具有固定位置。所述一组上部电极与所述一组下部电极之间的电位差也可沿着中心离子束轨迹变化以反映在沿着中心离子束轨迹的每个点处的离子束的能量，所述能量用于独立地控制离子束的偏转、减速和/或焦点。

现参看图2a-b，将更详细地描述根据示范性实施例的epm40。如所显示，epm40包含在epm40上方延伸且部分包住epm40的epm腔室50。epm腔室50经配置以收纳气体且在其中产生等离子。在一个实施例中，如图2a中所显示，epm腔室50可通过侧壁54从在气体入口52处的离子源14收纳气体24(图1)。在另一实施例中，如图2b中所显示，epm腔室50可通过epm腔室50的顶部区段60在气体入口58处收纳气体56的流。气体56可从与来自离子源14的气体24的流分开的补充气体源62供应。在此实施例中，气体56到epm腔室50内的注入速率可由流量控制器64(例如，阀)控制。

epm40进一步通过一或多个真空泵66(图1)操作以调整epm腔室50的压力。在示范性实施例中，真空泵66耦合到处理室46，且通过一或多个流动路径68调整在epm腔室50内的压力。在另一实施例中，epm40可包含更直接地耦合到epm腔室50的一或多个额外泵。

现参看图3-4，显示展现根据本发明的epm40的结构和操作的示范性实施例。epm40包含一或多个传导性射束光学器件70a到70n(70a-n)，其包含沿着离子束线/轨迹72安置的多个石墨电极杆，如所显示。在此实施例中，传导性射束光学器件70a-n是按对称配置排列，其中传导性射束光学器件70a到70b(70a-b)表示一组入口电极，传导性射束光学器件70c到70d(70c-d)表示一组出口电极，且其余射束光学器件70e到70n(70e-n)表示若干组抑制/聚焦电极。在另一实施例中，传导性射束光学器件70a-n可按不对称配置来排列。如所显示，每一组电极对提供空间/开口以允许离子束(例如，带状束)穿过其。在示范性实施例中，传导性射束光学器件70a-n提供于外壳74中。如上所述，真空泵66可直接或间接连接到外壳74以用于调整其中的环境75的压力。

在示范性实施例中，传导性射束光学器件70a-n包含相互电耦合的成对的传导件。替代地，传导性射束光学器件70a-n可为一系列单式结构，每一者包含孔隙以用于离子束穿过其。在所显示的实施例中，每一电极对的上部与下部部分可具有不同电位(例如，在分开的传导件中)以便使穿过其的离子束偏转。虽然将传导性射束光学器件70a-n描绘为七(7)对(例如，具有五(5)组抑制/聚焦电极)，但可利用不同数目个元件(或电极)。举例来说，传导性射束光学器件70a-n的配置可利用一系列三个(3)到十个(10)电极集合。

在一些实施例中，沿着离子束线72穿过电极的离子束可包含硼或其它元素。可通过使用若干薄电极(例如，传导性射束光学器件70e-n的抑制/聚焦电极)来达成离子束的静电聚焦以控制沿着离子束线72的电位的分级。在所显示的传导性射束光学器件70a-n的配置中，也可提供高的减速比率。结果，输入离子束的使用可在能量范围中使用以实现较高质量射束，甚至对于非常低的能量输出射束。在一个非限制性实例中，随着离子束穿过传导性射束光学器件70a-n的电极，离子束可从6kev减速到0.2kev且按15°偏转。在此非限制性实例中，能量比可为30/1。

如上所指出，降级到系统10(图1)的一个原因可为在使用期间由射束成分产生的沉积物或副产物的过多累积。举例来说，沉积物可累积于epm40的传导性射束光学器件70a-n上，以及在系统10的其它构件上。在一些实施例中，此材料累积可更严重，例如，当将碳硼烷、sif4或gef4用作源材料时。为了防止过多累积，本实施例的系统10可在两个模式中操作：处理模式和清洗模式。在处理模式期间，系统10可正常地操作以产生离子束18。在清洗模式期间，epm40或系统10的任何其它构件(例如，射束线构件16)可原位清洗。

再次参看图3，在处理模式期间，电力供应器76(例如，dc电力供应器)将第一电压和第一电流供应到epm40。更具体地说，将电压/电流供应到传导性射束光学器件70a-n以在epm腔室50内产生等离子(图2a-b)。在各种实施例中，由电力供应器76提供的电压和电流可恒定或变化。在一个实施例中，将传导性射束光学器件70a-n保持在从0.1kev到100kev的一系列dc电位。

再次参看图4，显示根据本发明的一个实施例的在清洗模式下操作的epm40。在此实施例中，将epm40从处理模式切换到清洗模式。为了实现此，系统10可包含继电器开关(未显示)，其用于在处理模式与清洗模式之间切换以便避免必须手动切换电力电缆。在一个实施例中，自动执行从处理模式到清洗模式的切换，例如，在达到预定阈值(例如，设定数目个射束干扰)的情况下。在另一实施例中，切换可由操作者触发。

在清洗模式期间，将第二电压和第二电流供应到epm40的传导性射束光学器件70a-n。在一个实施例中，可并联(例如，个别地)或串联地电驱动传导性射束光学器件70a-n以实现其均匀和/或独立的清洗。第二电压和第二电流可由dc电力供应器76或由射频(rf)电力供应器80供应。在清洗模式期间从处理模式的dc电力供应器76到rf电力供应器80的切换可使破坏性电弧在清洗循环期间发生的可能性最小化。

在示范性实施例中，可在清洗模式期间原位清洗epm40。为了实现此，可按选定流动/注入速率将蚀刻剂气体(例如，气体24、56)引入到epm40内。举例来说，可以大致25标准立方厘米/分钟(standardcubiccentimetersperminute；sccm)到大致200sccm的流动速率引入蚀刻剂气体。在一个实施例中，可按大致50sccm至大致100sccm引入蚀刻剂气体以维持在传导性射束光学器件70a-n周围的高压流。

可引入各种物质作为蚀刻剂气体的清洗剂。清洗剂可为含有化学反应性物质的原子或分子物质。这些物质当经电离时可与累积于传导性射束光学器件70a-n中的一或多者上的沉积物化学反应。虽然本文中将描述具有化学反应性物质的清洗剂，但本发明不排除利用化学惰性物质。在另一实施例中，清洗剂可含有重原子物质以当电离时形成具有高原子质量单位(atomicmassunit；amu)的离子。清洗剂的非限制性实例可包含含有h、he、n、o、f、ne、cl、ar、kr和xe或其组合的原子或分子物质。在一个实施例中，nf3、o2或ar与f2的混合物或其组合可用作清洗剂。

可选择蚀刻剂气体的组成以基于形成于传导性射束光学器件70a-n上的沉积物的组成优化化学蚀刻。举例来说，基于氟的等离子可用以蚀刻含有b、p和as的射束构件，而基于氧的等离子可用以蚀刻光刻胶材料。在一个实施例中，将ar或其它重物质添加到等离子混合物增加离子轰击，从而导致在使用化学增强型离子溅镀工艺时沉积物从传导性射束光学器件70a-n的改善的去除速率。等离子或离子轰击也引起表面的加热以辅助化学蚀刻速率且帮助搅拌来自传导性射束光学器件70a-n的表面的沉积物。

现参看图4和图5a-5b，显示在根据示范性实施例的epm40内的等离子82的产生。在本实施例中，可通过将连续或加脉冲的ac/dc电压提供到传导性射束光学器件70a-n的石墨电极使等离子82创造于由外壳74界定的容积中。举例来说，可使用dc电力供应器76或rf电力供应器80将在大致1a到大致5a的电流下的大致400v到1kv供应到传导性射束光学器件70a-n。电力可呈到传导性射束光学器件70a-n的交流(ac)电压或加脉冲的dc电压的形式。如上所叙述，可并联驱动传导性射束光学器件70a-n中的每一者以实现等离子82的独立和选择性的产生。

为了增大等离子82在epm40内的密度和局部化，可增大在epm40内的压力。具体地说，如图5a-b中所显示，通过增加用于清洗工艺的压力设定点，或通过增大气体注入速率或减小到epm40的泵速率，使等离子82局限于来自接收电压/电流的传导性射束光学器件70a-n(由‘x’指示)的那些电极杆周围。举例来说，图5-a中显示的等离子分布展现在20毫托下的扩散性等离子82，而图5-b中显示的等离子分布展现在包围传导性射束光学器件70a-n的四(4)个经供电的电极杆的区域86中的在1托下的局部化的等离子82。

选择性等离子产生可用于使有害自由基(例如，氟)对epm40的其它部分的影响最小化，以便防止重金属(例如，钢)部分的蚀刻和损坏。通过epm40的较高流动速率可允许用新的反应物更快地替换蚀刻副产物，从而产生更有效率的清洗工艺。

此外，通过在传导性射束光学器件70a-n中的一或多者附近产生等离子，和按优化的流动速率将蚀刻剂气体供应到epm40，可有效率地清洗传导性射束光学器件70a-n。举例来说，如图6a-b中所显示，等离子82中含有的化学反应性自由基可经由化学反应去除累积于传导性射束光学器件70e-n中的一者的表面上的沉积物90。在示范性实施例中，传导性射束光学器件70e-n为含有例如si、磷和光刻胶的表面沉积物90的石墨电极杆，例如，如图6-a中所显示。通过清洗工艺去除表面沉积物90，例如，如图6-b中所显示。

在一些实施例中，等离子82中的离子可经由离子溅镀工艺去除累积的沉积物90。从清洗等离子82产生的热量还可增强清洗工艺，因为累积于传导性射束光学器件70a-n上的沉积物可通过热量去除或可在增加的温度下变得更有挥发性。举例来说，如上所述，传导性射束光学器件70a-n可在1安培到5安培之间的电流下具备400v与1000v之间的电压。因此，可产生高达大致5kw的热量。通过提供高反应性和/或重清洗物质，和在传导性射束光学器件70a-n附近产生等离子82，可执行有效的等离子清洗。如上所指出，引入到epm40内的清洗材料的高流动速率可增强清洗工艺。

现参看图7，将更详细地描述在外壳74内的传导性射束光学器件70a-n的横截面图。在此实施例中，在清洗模式期间，第二电压(dc、ac、rf等)可另外或替代地施加到安置于传导性射束光学器件70a-n与外壳74之间的电极栅92。举例来说，电极栅92可为与外壳74一起在处理模式期间接地的带栅极的内衬。相关于在清洗模式期间从电力供应器76、80供应到电极栅92的电力，传导性射束光学器件70a-n可处于零伏特(或另一固定电压)。当将处理模式切换到清洗模式时，形成等离子82，如所显示。

为了增大等离子82在外壳74内的密度和局部化，可增大环境75的压力。具体地说，通过增加用于清洗工艺的压力设定点，或通过增大气体注入速率或减小到外壳74的泵速率，可使等离子82局限于传导性射束光学器件70a-n中的一或多者周围。

现参看图8，显示说明根据本发明的用于原位等离子清洗离子植入系统的一或多个构件的示范性方法100的流程图。将结合图1到图7中显示的表示描述方法100。

方法100包含提供可与用于产生等离子的离子植入机的腔室一起操作的构件，如框101中所显示。在一些实施例中，所述构件为射束线构件，例如，能量纯度模块(epm)。在一些实施例中，epm包含传导性射束光学器件。在一些实施例中，emp包含多个传导性射束光学器件。在一些实施例中，所述多个传导性射束光学器件包含多个电极杆。

方法100更包含在处理模式期间将第一电压和第一电流供应到所述构件，如框103中所显示。在一些实施例中，第一电压和第一电流由直流(directcurrent；dc)电力供应器供应。

方法100更包含从处理模式切换到清洗模式，如框105中所显示。在一些实施例中，方法100包含在达到预定阈值(例如，最大可接受的数目个射束干扰)的情况下，自动从处理模式切换到清洗模式。

方法100更包含在清洗模式期间将第二电压和第二电流供应到所述构件，如框107中所显示。在一些实施例中，将第二电压和第二电流施加到所述构件的传导性射束光学器件以在传导性射束光学器件周围产生等离子。在一些实施例中，从直流(dc)电力供应器或射频(radiofrequency；rf)电力供应器供应第二电压和第二电流。

方法100更包含将蚀刻剂气体供应到射束线构件以实现多个传导性射束光学器件的蚀刻，如框109中所显示。在一些实施例中，调整蚀刻剂气体的注入速率。在一些实施例中，基于在构件的表面上形成的沉积物的组成选择蚀刻剂气体的组成以优化构件的蚀刻。

方法100更包含调整构件的环境的压力，如框111中所显示。在一些实施例中，增大包围构件的环境的压力以将等离子局限于包围传导性射束光学器件中的一或多者的区域中。

方法100更包含在处理模式期间蚀刻所述构件以去除形成于传导性射束光学器件上的沉积物，如框113中所显示。在一些实施例中，使用离子溅镀工艺蚀刻传导性射束光学器件。

鉴于前述内容，通过本文中揭示的实施例达成至少以下优势。首先，可在短时间上执行等离子清洗，从而避免了通风和/或手动清洗构件的需求。其次，在原位等离子清洗期间，包围待清洗的那些构件的等离子密度较大，因此减少了对射束线和/或系统的其它构件的不希望有的蚀刻。

虽然已在本文中描述了本发明的某些实施例，但本发明不限于此，因为本发明在范围上与所属领域将允许的一样宽泛，且可同样地来理解说明书。因此，不应将以上描述解释为限制性。所属领域的技术人员将设想到在此处所附的权利要求的范围和精神内的其它修改。