离子注入装置的运转方法及清洗方法
【专利摘要】本发明涉及离子注入技术领域，特别是涉及离子注入装置的运转方法及清洗方法，其包括如下步骤：引入步骤：引入缓慢上升至预设流量的工艺气体；施加步骤：施加缓慢上升至预设电压的引出电压；判断步骤：判断预设流量和预设电压是否达到目标值，均是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。上述离子注入装置的运转方法及清洗方法，使得离子源的引出电极系统受到较小的束流冲击，输出电压波动保持在可接受的范围内，同时使得离子源、电极板、工艺腔室等的温度回升至接近注入时的温度时，其所吸附的气体得到释放，重启后气压几乎不再有波动，所引出的离子束相对均匀，从而可以较快启动并稳定离子源。
【专利说明】
离子注入装置的运转方法及清洗方法
技术领域
[0001]本发明涉及离子注入技术领域，特别是涉及离子注入装置的运转方法及清洗方法。
【背景技术】
[0002]在气态离子源离子注入装置中，如果长时间维持从离子源引出离子束的运转，则在离子源内部和离子束引出电极上堆积附着物，如果置之不理，过多堆积的附着物容易在所述电极系统中引起电极之间的异常放电。异常放电会使得引出束流不稳定，过多的异常放电会使注入无法达到预定效果，甚至无法维持离子源的正常运转。
[0003]在离子注入装置中，对多片基板进行的离子注入是以分片多次注入的方式进行的。在各片离子注入之间，为进行已处理和未处理的基板的交换，需要暂停离子的注入，所以可以考虑利用这样的基板交换时间对离子源内部进行清洗，但由于交换时间仅短短几分钟，因此要求清洗结束后尽快重启并稳定离子束。
[0004]传统的方法是采用先加稳定电压后给适当浓度离子源等离子体的方法以达成快速启动的目的，但大束流的初次引出常常难以稳定，容易冲击电极板产生瞬时电流，导致引出系统的电场波动，而无法正常注入。
[0005]此外，在离子源清洗时，电弧电压及电流较注入时相差较大，但不会将清洗的离子束引出至磁场区域;基板及磁场壁，甚至等离子体源内都会有一定程度的气体吸附现象，清洗后开始工作时随着温度升高此部分气体会逐渐释放，使注入束流的浓度曲线产生阻尼震动曲线样的抖动，如图2所示，因此需要一种启动方法可以改善这一波动，使离子源清洗后可以真正快速启动至工作状态。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要针对上述问题，提供一种可快速启动离子源的离子注入装置的运转方法及清洗方法。
[0007]—种离子注入装置的运转方法，应用于清洗离子注入装置之后，包括如下步骤:
[0008]引入步骤:引入缓慢上升至预设流量的工艺气体；
[0009]施加步骤:施加缓慢上升至预设电压的引出电压；
[0010]判断步骤:判断预设流量和预设电压是否达到目标值，均是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。
[0011]在其中一个实施例中，在所述判断步骤中，判断预设流量未达到目标值时，则继续引入工艺气体;或者，判断预设电压未达到目标值时，则继续施加引出电压。
[0012]在其中一个实施例中，所述缓慢上升包括阶梯上升，根据所述引出电压设置其阶梯上升的步长。
[0013]在其中一个实施例中，所述阶梯上升的步长为1/3。
[0014]在其中一个实施例中，所述施加步骤中，采用条状电极施加所述引出电压。
[0015]在其中一个实施例中，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压。
[0016]在其中一个实施例中，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压从离子源引出带状离子束。
[0017]在其中一个实施例中，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压从离子源引出带状离子束并向处理室的基板照射离子束。
[0018]一种离子注入装置的清洗方法，包括如下步骤:
[0019]供气步骤:熄灭等离子体，停止引入工艺气体，引入清洗气体；
[0020]洗涤步骤:点燃等离子体，并于预设时间后熄灭等离子体；
[0021]引入步骤:引入缓慢上升至预设流量的工艺气体；
[0022]施加步骤:施加缓慢上升至预设电压的引出电压；
[0023]判断步骤:判断预设流量和预设电压是否达到目标值，均是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。
[0024]在其中一个实施例中，在所述引入步骤前还包括:
[0025]检测步骤:判断清洗气体的等离子体是否完全点燃，若否，则重复洗涤步骤，直到清洗气体的等离子体完全点燃。
[0026]上述离子注入装置的运转方法及清洗方法，通过引入缓慢上升至预设流量的工艺气体以及施加缓慢上升至预设电压的引出电压，使得离子源的引出电极系统受到较小的束流冲击，输出电压波动保持在可接受的范围内，同时使得离子源、电极板、工艺腔室等的温度回升至接近注入时的温度时，其所吸附的气体得到释放，重启后气压几乎不再有波动，所引出的离子束相对均匀，从而可以较快启动并稳定离子源。
【附图说明】
[0027]图1为本发明一实施例离子注入装置的运转方法的步骤流程示意图；
[0028]图2为束流与时间的关系示意图；
[0029]图3为本发明一实施例离子注入装置的清洗方法的步骤流程示意图。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0031]需要说明的是，等离子体是指:外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子。物质由带正电的原子核和带负电的电子组成，宏观上近似电中性。气态离子源是指:以气体作为原料产生等离子体的离子源。离子注入是指:将离子加速后注入半导体表面附近以达到掺杂目的的技术。
[0032]请参阅图1，其为本发明一实施例离子注入装置的运转方法10的步骤流程示意图，离子注入装置的运转方法，应用于清洗离子注入装置之后，以较短的时间重启并稳定离子源。
[0033]离子注入装置的运转方法10包括如下步骤:
[0034]引入步骤Sll:引入缓慢上升至预设流量的工艺气体。
[0035]施加步骤S12:施加缓慢上升至预设电压的引出电压。例如，施加阶梯上升至预设电压的引出电压。
[0036]判断步骤S13:判断预设流量和预设电压是否达到目标值，均是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。
[0037]通过引入缓慢上升至预设流量的工艺气体以及施加缓慢上升至预设电压的引出电压，使得离子源的引出电极系统受到较小的束流冲击，输出电压波动保持在可接受的范围内。
[0038]同时，离子源、电极板、工艺腔室等的温度回升至接近注入时的温度时，其所吸附的气体得到释放，重启后气压几乎不再有波动，所引出的离子束相对均匀，从而可以较快启动并稳定尚子源。
[0039]优选的，同时执行所述引入步骤Sll与所述施加步骤S12，以使工艺气体的流量值和引出电压的电压值以较小的时间差达到目标值，节省时间，提高效率。
[0040]在引入步骤Sll中，优选的，引入采用对数函数的增长曲线缓慢上升的工艺气体至预设流量，例如，对数函数为:y = n 1ga (x-b) +c，其中，η、a、b和c为变量，其值根据实际需求而定。
[0041]又如，引入采用幂函数的增长曲线缓慢上升的工艺气体至预设流量。例如，所述幂函数为:y = axb+c，其中，a、b和c为变量，其值根据实际需求而定。
[0042]如此，通过对数函数或者幂函数以及类似函数的增长曲线，如图2所示的拟合曲线，可使得向离子源引入的工艺气体呈平缓上升状态，避免瞬间大流量的离子束对引出电极系统的突然冲击使引出电极系统中存在瞬间电流，形成堆积物，造成电极板间放电，使清洗效率下降。
[0043]在施加步骤S12中，优选的，所述缓慢上升包括阶梯上升，根据所述引出电压设置其阶梯上升的步长。例如，所述阶梯上升的步长为1/3。具体的，例如，预设电压的目标值为Vo，则阶梯上升的步长以O?Vq/3 ο优选的，阶梯上升的步长为Vo/3。
[0044]需要指出的是，在引出电极系统上加电压目的在于形成目标引出电场，但在该电场形成前存在稳定过程。如果离子源内等离子体浓度为离子注入处理时相同的等离子体浓度，则引出电极系统会从离子源引出接近注入时束流的离子束，该离子束对引出电极系统的突然冲击使引出电极系统中存在一瞬间电流，该电流导致引出电极系统电源输出电压不稳定。
[0045]因此，无法像预期的那样快速启动并稳定离子源，这种瞬间的大束流冲击容易使电极板形成堆积物，造成电极板间放电，使清洗效率下降，这些堆积物也会因后续注入的离子轰击飞溅，对注入造成不良影响。
[0046]此外，清洗时引出束流与注入时相差较大，此时离子源、电极板和工艺腔的腔壁等温度均有所不同，气体分子吸附变化，再次启动至工作状态时，温度改变，清洗时的气体分子被吸收/释放，引起束流值振动，腔室压强达标后束流值回复而产生图2所示振动，不利于立即进行注入。
[0047]优选的，所述施加步骤中，采用条状电极施加所述引出电压。
[0048]优选的，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压。
[0049]优选的，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压从离子源引出带状离子束。
[0050]优选的，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压从离子源引出带状离子束并向处理室的基板照射离子束。
[0051]在所述判断步骤S13中，判断预设流量未达到目标值时，则继续引入工艺气体;或者，判断预设电压未达到目标值时，则继续施加引出电压，直到预设流量和预设电压均达到目标值。
[0052]也就是说，只有预设流量和预设电压两者都达到目标值时，才能使引出电极系统受到较小的束流冲击，输出电压波动保持在可接受的范围内。
[0053]需要说明的是，离子源参数和引出电极系统参数同时提高，形成逐渐上升的束流，但视实际工艺需要，通常气体流量或引出电极系统的引出电压(包括加速电压、引出电压、抑制电压、接地等组成)中的一者会先达至目标值，即预设流量和预设电压中的一者会先达至目标值。
[0054]一实施例中，工艺气体流量优先上升至目标值，此时，已存在逐渐上升的较小引出电压，例如0.1KV，然后，逐步增大ARC电压、Filament电流和ACC、EXT。需要指出的是，其他电极变化幅度较小，随ARC和ACC趋势微调即可，EXT根据实际束流引出效率调整，这里不提供优选值。
[0055]需要指出的是，ARC电压为离子源的起弧电压，其大于离子源灯丝和离子源腔壁间的击穿电压，是维持稳定的气体电离和等离子态的电压。Filament电流即离子源灯丝电流。ACC即加速电压，该电压起到给所引出的离子加速至所需能量的作用。EXT即引出电压，该电压起到引出离子源中所电离等离子体中的正离子的作用。
[0056]其中增大ACC电压的优选方法为保持磁场密度恒定，ACC先逐渐增大至超过目标值而后回落至目标值，例如目标值为X，由X-A逐渐增大至X+A，再回落至X，A的值视需求选择。
[0057]另一实施例中，为保持ACC恒定，磁场密度逐渐增大至超过目标值而后回落至目标值，例如目标值为X，由X-A逐渐增大至X+A，再回落至X，A的值视需求选择。
[0058]又如，电极系统优先上升至目标值，此时工艺气体流量由较小值(例如0.5CCM)逐渐增大，但速率较电极系统慢，然后，逐步增大Gas流量和EXT，优选的Gas流量变化及EXT以对数/幂函数(视情况优选)的形式增加。
[0059]EXT实际案例中变化范围较小，优选方案为逐渐增大至超过目标值而后回落至目标值，例如目标值为X，由X-A逐渐增大至X+A，再回落至X，A的值视需求选择；以固定斜率上升至目标值亦为较优方案。
[0060]所述ACC、磁场密度，EXT优选的增加方法为以目标值为对称轴的抛物线函数，如Y=BX2+A，其中B的取值依实际情况选择。
[0061]Gas流量和引出电压间的关系为类正比关系，正比关系Y = aX+b(a、b根据实际情况选择最优值)为一种次优选方案。
[0062]请参阅图3，其为本发明一实施例离子注入装置的清洗方法20的步骤流程示意图。离子注入装置的清洗方法20包括如下步骤:
[0063]供气步骤SOI:熄灭等离子体，停止引入工艺气体，引入清洗气体；
[0064]洗涤步骤S02:点燃等离子体，并于预设时间后熄灭等离子体；
[0065]引入步骤Sll:引入缓慢上升至预设流量的工艺气体；
[0066]施加步骤S12:施加缓慢上升至预设电压的引出电压；
[0067]判断步骤S13:判断预设流量和预设电压是否均达到目标值，若是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。
[0068]在所述引入步骤Sll前还包括:检测步骤:判断清洗气体的等离子体是否完全点燃，若否，则重复洗涤步骤S02，直到清洗气体的等离子体完全点燃。如此，可提高清洗效果，避免清洗气体影响工艺气体的离子注入。
[0069]本发明的目的在于:使得刚转换为正常工艺菜单的引出束流从零逐渐增大至目标值，利用该逐渐增大的束流:
[0070]1、使引出电极系统受到较少的突变的引出束流的冲击，减少引出电极系统的电涌现象，稳定束流并保护引出电极系统。
[0071]2、逐渐轰击尤其是工艺腔室腔壁的正常工艺轰击位置，使该位置的温度逐渐接近正常工艺时的温度，缓慢释放清洗时所吸附的气体分子/吸收清洗时所释放的气体分子，使腔室真空度在注入开始前逐渐稳定至正常的工艺所需求的真空度，保证重新启动时离子束的重复性。
[0072]需要指出的是，所述电涌现象被称为瞬态过电，是电路中出现的一种电压波动和短暂的电流;在电路中通常持续约百万分之一秒。对于离子注入的电极系统而言是指在突然引出的束流冲击下，引出电极系统对束流测约束未达到理想条件，束流散射较为严重，电极系统中产生瞬间的电流和电压波动。瞬间增大的束流可能引起的电极间ARC(电弧击穿)现象也会造成电涌。
[0073]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0074]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种离子注入装置的运转方法，应用于清洗离子注入装置之后，其特征在于，包括如下步骤: 引入步骤:引入缓慢上升至预设流量的工艺气体； 施加步骤:施加缓慢上升至预设电压的引出电压； 判断步骤:判断预设流量和预设电压是否达到目标值，均是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。2.根据权利要求1所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，在所述判断步骤中，判断预设流量未达到目标值时，则继续引入工艺气体;或者，判断预设电压未达到目标值时，则继续施加引出电压。3.根据权利要求1所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，所述缓慢上升包括阶梯上升，根据所述引出电压设置其缓慢上升的步长。4.根据权利要求3所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，所述阶梯上升的步长为 1/3。5.根据权利要求1所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，所述施加步骤中，采用条状电极施加所述引出电压。6.根据权利要求5所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压。7.根据权利要求6所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压从离子源引出带状离子束。8.根据权利要求7所述的离子注入装置的运转方法，其特征在于，所述施加步骤中，采用多块条状电极构成的引出电极系统施加所述引出电压从离子源引出带状离子束并向处理室的基板照射离子束。9.一种离子注入装置的清洗方法，其特征在于，包括如下步骤: 供气步骤:熄灭等离子体，停止引入工艺气体，引入清洗气体； 洗涤步骤:点燃等离子体，并于预设时间后熄灭等离子体； 引入步骤:引入缓慢上升至预设流量的工艺气体； 施加步骤:施加缓慢上升至预设电压的引出电压； 判断步骤:判断预设流量和预设电压是否达到目标值，均是，则停止引入工艺气体及停止施加引出电压。10.根据权利要求9所述的离子注入装置的清洗方法，其特征在于，在所述引入步骤前还包括: 检测步骤:判断清洗气体的等离子体是否完全点燃，若否，则重复洗涤步骤，直到清洗气体的等离子体完全点燃。
【文档编号】H01J37/08GK105869976SQ201610200538
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】张豪峰, 陈建荣, 任思雨, 苏君海, 李建华
【申请人】信利（惠州）智能显示有限公司