JP2009540535A - イオン源および蒸発装置とともに用いられる蒸気運搬システム - Google Patents

イオン源および蒸発装置とともに用いられる蒸気運搬システム Download PDF

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Abstract

蒸気運搬システムおよび方法であり、固体供給材料からの蒸気の加熱および流れを制御し、特に材料は、半導体製造のためのクラスター分子である。本システムおよび方法は、安全かつ有効に、蒸気を利用場所まで導き、特にイオン注入のためのイオン源まで導く。イオンビーム注入は、クラスター材料からのイオンを用いるように示される。蒸気運搬システムは、有効且つ安全な、イオン源を洗浄する反応性洗浄ガス、制御システムおよびプロトコル、広いダイナミックレンジの流れ制御システム、および蒸発装置の選択を含む。ボラン、デカボラン、カルボラン、炭素クラスターおよび他の大きな分子がイオン注入のために蒸発させられる。このようなシステムは、新規な蒸発装置、イオン源及び反応性洗浄システムとともに示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気の発生および高真空チャンバ内の蒸気受け取り装置への蒸気の運搬に関する。また、本発明は、半導体装置および材料の製造におけるイオン注入のためのイオンビームを提供する、イオン化可能な蒸気の高電圧イオン源への運搬に関する。本発明は、特に、関心種の原子を複数含む分子イオンを形成する物質を蒸気化しイオン化するシステムおよび方法に関する。
産業界においては、高度に有毒でありかつ不安定な物質を、蒸気の状態で高真空システム内の装置に運搬することがしばしば望まれる。このような装置は、部品を洗浄または取り換える定期的な保守が必要であり、また、蒸気物質の再充填が必要であり、さらに、メンテナンスサービスが必要である。再充填または保守のそれぞれの場合には、真空シールをはずし、再係合させる必要があり、また、安全確保のために再検査を実行する必要がある。
多くの厳しい要求を持つ、このような蒸気運搬の特に重要な例は、半導体装置の製造のためのドープ物質の取り扱いである。このような場合、室温で低い蒸気圧を備える高度に有毒な固体物質から、正確に制御された流れの蒸気流を生成させることである。これは、昇華を生じさせるために、慎重な固体の加熱が必要であり、また、蒸気の慎重な取り扱いが必要である。これは、解離（disassociation）の危険、流れ経路中での望まれない凝縮、および他の物質と接触したときの反応があるからである。作業者の安全を確保するための設備もまた必要である。このような、蒸気運搬のための改良されたシステムが必要である。
特に、イオンビーム注入システムでは、イオン源でイオン化された蒸気が、加速され、質量分析され、ターゲット基板に注入されるイオンビームを生成する、改良された蒸気運搬へのニーズがある。このようなイオン化システムでは、装置の使用期間、すなわち必要な保守時期の間隔を長くすると同時に、あらゆる要求に適合することが望まれる。これを行う有利な方法は、高度な反応性を有する薬剤を用いた、通常状態（in situ）でのシステムの部品の洗浄を提供することであるが、これは、安全性に関するさらなる懸念を生じさせる。
また、１つの装置で、異なる蒸発温度を持つ多様な異なる原料物質を採用できる、安全でありかつ信頼性のある蒸気運搬システムへのニーズがある。
さらに、業者から入手した供給物質の運搬から、供給物質で満たされる蒸発器の蒸気受け取りシステムへの接続までを、効率的かつ安全に促進する方法に対するニーズもある。これは、人の習熟しやすさを確保するために、標準化された手法により達成されることが好ましい。
このような状況の中で、以上のようなあらゆるニーズが存在する場合は、デカボランおよびオクタデカボラン蒸気流、およびカルボラン蒸気を、ボロン注入物を生成するためのイオンビーム注入を実行するのに適合した流れで、イオン源に供給する場合である。
このようなニーズは、また、より一般的に半導体製造のために大きな分子の蒸気流を供給するときにも生じる。例として、例えばヒ素およびリンのようなｎ型ドープのための大きな分子；注入されたドープ種の拡散を防止する、または、不純物を除く（トラップする）、または、基板の結晶構造をアモルファス化する、共注入プロセスのための炭素の大きな分子；結晶構造のいわゆる「ストレスエンジニアリング（stress engineering）」のための炭素の大きな分子またはその他の分子（例えば、ＰＭＯＳトランジスタの結晶圧縮または、ＮＭＯＳトランジスタの結晶張力を適用するため）；半導体製造工程での熱履歴およびアニーリング工程中の望ましくない拡散を削減することを含むその他の目的のための大きな分子；の蒸気流が含まれる。
これらのニーズは、イオンビーム注入を用いる実践に当てはまり、また、ボロンの大きな分子堆積、および、原子層堆積または他のタイプの層や堆積物を生成するための他の種に適用できる。この技術は、例えば、ＰＬＡＤ（プラズマドーピング）、ＰＰＬＡＤ（パルスプラズマドーピング）およびＰＩ３（プラズマ浸漬イオンドーピング）を含むプラズマ浸漬；原子層堆積（ＡＬＤ）；または化学気相成長（ＣＶＤ）などを採用することができる。
ここに説明されたニーズおよび以下に説明される創意に富む側面は、半導体基板の浅い深さでの高密度半導体デバイスの製造に特に当てはまり、これにはコンピュータチップ、コンピュータメモリ、フラットパネルディスプレイ、光揮発性デバイス、および他の製品の製造における、ＣＭＯＳおよびＮＭＯＳトランジスタやメモリＩＣなどが含まれる。
蒸気またはプロセスガスの発生、および蒸気またはガスを消費するデバイスへの運搬は、また、ここに開示される特長により利益をえる。
本発明の一側面によれば、熱伝導弁ブロックの形態の流れ相互接続装置が提供され、前記流れ相互接続装置は、少なくとも１つの蒸気通路を画定し、前記通路は、すくなくとも第１の蒸気輸送インターフェースおよび第２の蒸気輸送インターフェースに関連付けられており、一方のインターフェースは、固体材料物質の蒸発装置からの蒸気を受け取るように配置された蒸気入口を有しかつ前記通路の入口部分に関連付けられ、他方のインターフェースは、前記通路の出口部分から蒸気受け取り装置までの蒸気の運搬のための蒸気出口を有し、前記弁ブロックは、少なくとも１つの蒸気弁を有し、前記通路および前記蒸発装置から前記蒸気受け取り装置までの運搬蒸気を加熱するように構成される。
本発明のこの側面に関する実施形態は、以下の特徴の１つまたはそれ以上を含むことができる。
前記蒸気弁は、イオン源の形態の蒸気受け取り装置への蒸気の流れを規制するための流れ制御弁である。
前記蒸気弁は、前記蒸気入口を通って入る蒸気のイオン源への蒸気流れを可能にし、且つ、イオン源への他の流れを可能にする弁システムである。
可能にされた他の流れは、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気流れである。
可能にされた他の流れは、反応性洗浄ガスの流れのイオン源への流れである。
前記弁ブロック内に提供された弁は、第１の弁システムおよび第２の弁システムを有し、第１の弁システムは、前記蒸気入口を通って入る蒸気のイオン源への蒸気流れを可能にし、且つ、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気のイオン源への蒸気流れを可能にし、第２の選択弁システムは、前記弁ブロックにより画定される蒸気入口からの蒸気の流れを可能にし、または代替的に、全ての蒸気流れを閉鎖し、反応性洗浄ガスの前記イオン源への流れを許可する。
前記弁ブロックにより画定される少なくとも２つの蒸気入口は、それぞれの蒸発装置からの蒸気を受け取るように配置され、前記２つの蒸気入口は、それぞれの入口通路部分に関連付けられ、前記入口通路部分を通る流れは、前記第１の弁システムにより可能にされ、前記入口通路部分は、下流の前記第１の弁システムと合流して共通通路部分になり、前記第２の弁システムは、選択的に、前記共通通路部分を通り前記蒸気受け取り装置への流れを可能にし、または代替的に、前記蒸気受け取り装置への反応性洗浄ガスの流れを可能にする。
さらなる、流れ制御弁を有する弁が、前記蒸気受け取り装置への蒸気の流れを規制するために、前記共通通路部分に関連付けられる。
前記弁システムは、前記流れうち一度に１つだけを許可するセレクタとして機能するスプール弁を有する。
前記弁ブロックは、前記弁ブロックの温度を、蒸発装置の温度よりも高く維持するように制御された加熱装置に関連付けられ、前記弁ブロックは、前記蒸発装置から蒸気を受け取る。
前記弁ブロックは、蒸発装置を受け入れ且つ支持するように構成された取り付け領域を画定する。
前記流れ相互接続装置は、前記弁ブロックを前記蒸発装置から断熱する断熱材を含み、それぞれの分離熱制御領域を画定して前記蒸発装置よりも高い温度に弁ブロックの温度を維持することを可能にする。
前記流れ相互接続装置は、前記蒸発装置を電気的に熱制御システムに接続するために、前記弁ブロックに対する蒸発装置の取り付け動作により、前記蒸発装置の対となる接続部に噛み合うように構成および配置される。
前記弁ブロックは、蒸発装置の支持突起を受け入れるための、支持面を備える凹部を画定し、それにより、蒸発装置の加熱および蒸気輸送の間、前記蒸発装置を支持する。
前記支持突起は、側方の蒸気流れ通路を画定する側方突起であり、前記突起は周囲側面および端面を備え、前記蒸発装置の前記突起からの前記弁ブロックの熱隔離を可能にするために、周囲部および端部の断熱部分が提供される。
前記弁ブロックの前記凹部は、前記突起の直線摺動により前記蒸発装置の前記支持突起を受け入れるように構成され、前記流れ相互接続装置は、前記蒸発装置を制御および加熱システムに電気的に接続するために、前記弁ブロックに対する蒸発装置の取り付け動作により、前記蒸発装置の対となる電気接続部にスライド式に噛み合うように構成された電気接続部を備える。
前記電気接続装置は、前記蒸発装置の弁を選択的に駆動するために、制御可能な圧縮空気を前記蒸発装置に供給するための空気接続装置を含む。
前記蒸気弁は、流れ制御弁であり、前記相互接続装置は、蒸発装置から検出された温度信号を受け取るため、および、前記蒸発装置に加熱電流を提供するために、電源および加熱システムに関連付けられ、前記蒸発装置が、前記蒸気受け取り装置により要求されるよりも高い圧力の固体供給材料の蒸気を生成するように十分に加熱される。
前記流れ相互接続装置は、蒸発装置と組み合わされ、前記蒸発装置は、イオン化可能な蒸気を生成することができる固体供給材料を含む。
イオン源の形態の蒸気受け取り装置は、半導体製造に用いるイオンを生成するように構成される。
前記流れ相互接続装置は、イオン注入装置と組み合わされ、前記蒸気受け取り装置は、イオン注入のためのイオンビームを生成するために蒸気をイオン化できる高電圧イオン源を有する。
蒸発装置により蒸発させられる前記固体供給物質は、クラスターイオンの生成のための蒸気を生成することができるクラスター化合物を含む。
固体供給材料は、クラスターボロン化合物である。
化合物は、ボランまたはカルボランを含む。
固体供給材料は、Ｂ１０Ｈ１４、Ｂ１８Ｈ２２、Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２、またはＣ４Ｂ１８Ｈ２２を含む。
前記クラスター化合物は、クラスター炭素化合物を含む。
前記クラスター化合物は、Ｃ１４Ｈ１４、Ｃ１６Ｈ１０、Ｃ１６Ｈ１２、Ｃ１６Ｈ２０、Ｃ１８Ｈ１４、またはＣ１８Ｈ３８を含む。
前記クラスター化合物は、Ｎ型ドーピングのための化合物を含む。
前記化合物は、ヒ素、リン、またはアンチモンのクラスター化合物を含む。
前記化合物は、ＡｎＨｘ ＋またはＡｎＲＨｘ ＋の形態のイオンを形成することができるヒ素またはリン化合物を含み、ｎおよびｘは整数であり、ｎは４より大きく、ｘは０以上であり、ＡはＡｓまたはＰのいずれかであり、Ｒはリンおよびヒ素を含まない注入プロセスに有害でない分子である。
前記化合物は、ホスファン、オルガノホスファンおよびホスファイドの群から選択されるリン化合物を含む。
前記化合物はＰ７Ｈ７である。
前記化合物は、トリメチルスチビンを含むアンチモン化合物を有する。
前記化合物は、Ｓｂ（ＣＨ３）Ｃ３を含む。
前記流れ相互接続装置および蒸発装置は、イオンビーム注入装置と組み合わされ、前記蒸気受け取り装置は、イオン注入のための固体材料物質から生成された蒸気をイオン化することができる高電圧イオン源を有する。
蒸気受け取り装置は、高電圧イオン源の形態であり、前記流れ相互接続装置は絶縁体上の支持のために取り付けられる。
前記絶縁体は、蒸気が輸送されるイオン源を支持する絶縁ブッシングである。
前記流れ相互接続装置は、イオンビーム注入装置と組み合わされ、前記蒸気受け取り装置は、イオン注入のためのイオンビームを生成するための蒸気をイオン化することができる高電圧イオン源を有する。
前記流れ相互接続装置は、前記蒸発装置を前記弁ブロックから取り外す前に前記弁ブロックの前記蒸気入口通路から蒸気を取り除くための、ガスパージシステムを含む。
前記弁ブロックは、プロセスガスのための運搬通路を画定する。
前記流れ相互接続装置は、前記プロセスガスが選択的に通路を通るように導かれ、反応性洗浄ガスが、他の時間に該通路を通るように導かれるように構成される。
前記弁ブロックは、前記蒸気受け取り装置への少なくとも２つの経路を画定する運搬延長部を含み、前記少なくとも２つの経路のうちの少なくとも１つは、固体供給材料からの蒸気を運搬するように構成され、他方は、プロセスガスまたは反応性洗浄ガスを運搬するように構成される。
前記流れ制御弁は、スロットル−フライ型の弁である。
前記弁システムは、一度に１つの蒸気流れのみを許可する。
前記弁システムは、スプール弁である。
前記流れ相互接続装置は、同一の供給材料を含む複数の蒸発装置とともに使用され、前記流れ相互接続装置は、少なくとも２つの蒸発装置からの流れを同時に許可する弁システムを含む。前記弁システムは、第２の動作モードのために構成され、前記第２の動作モードにおいて、前記弁システムは、一度に１つの蒸気流れのみを許可する。
本発明の他の側面によれば、イオンビーム注入装置のためのイオン源として使用するために構成されるイオン源のための流れ相互接続装置牙提供され、前記流れ相互接続装置は、少なくとも１つの蒸気通路を画定する、熱伝導性の弁ブロックの形態であり、前記通路は、少なくとも第１の蒸気輸送インターフェースおよび第２の蒸気輸送インターフェースに関連付けられ、一方のインターフェースは、蒸発装置からの蒸気を受け取り且つ前記通路の入口部分と連通するように配置された蒸気入口を有し、他方のインターフェースは、前記通路の出口部分から前記イオン源への蒸気の運搬のための蒸気出口を有し、前記弁ブロックは、前記通路および前記蒸発装置から前記イオン源までの運搬蒸気を加熱するように構成され、前記イオン源への蒸気の流れを規制するために、流れ制御弁が前記通路に関連付けられ、前記入口を通る蒸気の前記イオン源への蒸気流れを可能にし、他が前記イオン源への流れを可能にする。
本発明のこの側面に関する実施形態は以下の特徴の１つまたはそれ以上を備えることができる。
前記流れ相互接続装置は、前記イオン源により要求されるよりも大きな圧力で、および前記流れ制御弁により制御可能な範囲で、固体供給材料の蒸気を生成するのに十分に前記蒸発装置が加熱されるようにするための電源および制御システムに関連付けられる。
前記流れ制御弁は、バタフライ型弁である。
可能にされる他の流れは、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気の流れである。
可能にされる他の流れは、反応性洗浄ガスの前記イオン源への流れである。
前記流れ相互接続装置は、前記弁ブロック内に少なくとも２つの、流れを可能にする弁システムを含み、第１の弁システムは、前記蒸気入口を通って入る前記イオン源への蒸気の流れを可能にし、および、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気の、前記イオン源への他の流れを可能にし、セレクタ弁システムは、前記弁ブロックにより画定される蒸気入口からの蒸気の流れを可能にし、または代替的に、すべての流れを遮断して反応性洗浄ガスの前記イオン源への流れを可能にする。
それぞれの蒸発装置から蒸気を受け取るように配置された少なくとも２つの蒸気入口に関連付けられる蒸気入口通路は、前記第１の弁システムにより制御され、前記第１の弁システムに続いて前記入口通路部分は共通通路に合流し、前記第２の弁システムは、選択的に、前記共通通路部分を通る前記イオン源への流れ、または代替的に前記イオン源への反応性洗浄ガスの流れを制御し、前記流れ制御弁は、前記イオン源への蒸気の流れを規制するために前記共通通路に関連付けられている。
弁はスプール弁を有する。
前記弁ブロックは、前記弁ブロックの温度を蒸発装置の温度よりも高く維持するように制御される加熱装置に関連付けられ、前記弁ブロックは、前記蒸発装置から蒸気を受け取る。
本発明の他の側面は、クラスター分子を含む固体供給材料からの蒸気の生成、運搬および利用を含む。
本発明の他の側面は、Ｃ１４Ｈ１４、Ｃ１６Ｈ１０、Ｃ１６Ｈ１２、Ｃ１６Ｈ２０、Ｃ１８Ｈ１４、またはＣ１８Ｈ３８を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、Ｎ型ドーピングのための化合物を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、ヒ素、リン、またはアンチモンクラスター化合物を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、ＡｎＨｘ ＋またはＡｎＲＨｘ ＋の形態のイオンを形成することができるヒ素またはリン化合物を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含み、ｎおよびｘは整数であり、ｎは４より大きく、ｘは０以上であり、ＡはＡｓまたはＰのいずれかであり、Ｒはリンおよびヒ素を含まず且つイオン注入工程に有害でない分子である。
本発明の他の側面は、ホスファン、オルガノホスファンおよびホスファイドからなる群から選択さえるリン化合物を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、Ｐ７Ｈ７を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、トリメチルスチビンを含むアンチモン化合物を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、Ｓｂ（ＣＨ３）Ｃ３を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用を含む。
本発明の他の側面は、半導体装置または材料を処理する方法を含み、この方法は、クラスターイオンを生成するために前述のシステムを用い、処理のためのこのイオンを使用し、特にこの処理は、イオン注入、特にイオンビーム注入である。
本発明の他の側面によれば、蒸気を生成する方法は、前述の装置および組み合わせを採用する。
本発明の他の側面は、流れ経路に沿って蒸発運搬システムの取り付け台における一群の蒸発装置から蒸気を生成するシステムであって、前記蒸気を生成するシステムは、蒸発装置のサブグループを有し、前記サブグループの１つは、同一の固体供給材料を含む少なくとも２つの蒸発装置を含み、
他のグループは、異なる固体供給物質を含む少なくとも１つの蒸発装置を含み、前記グループの少なくとも１つの蒸発装置は、クラスター分子を有する材料を含み、前記蒸気を生成するシステムは、同一の固体供給材料を含む蒸発装置の前記サブグループが、前記経路に沿って同時に蒸気を供給し、且つ、前記他のサブグループからの蒸気の前記経路を通る同時の流れを防止することを可能にする制御システムを備える。
このシステムの一実施形態において、前記システムは電子機械制御システムである。
このシステムの一実施形態において、前記システムは、前記経路に沿って直列に２つの可変伝導性流れ装置を含む蒸気流れ制御装置を有し、下流の前記装置はスロットル弁を有し、上流の前記装置は前記スロットル弁に到達する蒸気の圧力の調整を可能にする。
本発明の他の側面は、流れ経路に沿って蒸気運搬システムの取り付け台における一群の蒸発装置から蒸気を生成するシステムであって、前記蒸気を生成するシステムは、同一のクラスター分子の固体供給材料を含む少なくとも２つの蒸発装置を有し、制御システムは、前記２つの蒸発装置が同時に作動することを可能にするように構成される。
このシステムの一実施形態は、単一の蒸発装置とともに利用でき、前期システムは蒸気流れ制御装置を含み、前記蒸気流れ制御装置は、前記経路に沿って直列に２つの可変伝導性流れ装置を含み、下流の前記装置はスロットル弁を有し、上流の前記装置は前記スロットル弁に到達する蒸気の圧力の調整を可能にする。
本発明の他の側面は、注入のためのイオンを生成する方法であって、この方法は、上述のシステムから受け取る蒸気をイオン化する工程を含む。
一実施形態において、生成されるイオンは、イオン注入のためにビーム状に形成される。
上述の特徴の実施形態の１つあるいはそれ以上の詳細は、添付図面とともに以下に説明される。本発明の他の特徴、目的、利益は、以下の説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
外部蒸発装置、真空チャンバ内の蒸気受け取り装置、およびこれらのコンポーネントの間の流れ相互接続システムを備える蒸気運搬配列の概略図である。 図１の高真空チャンバ内のシール構成の実施形態の概略図である。 図１の高真空チャンバ内のシール構成の実施形態の概略図である。 図１の高真空チャンバ内のシール構成の実施形態の概略図である。 図１のシステムにおいて有効な、蒸発装置の概略側面図である。 他の蒸発装置の側面図であり、また、蒸発装置を受け入れかつ支持するように位置決めされた蒸気受け取り支持部材（図１の流れ相互接続装置に類似する流れ相互接続装置であるともいえる）の一部を示す図である。 蒸発装置を支持するように互いに嵌合したときの、図１Ｅに示す部材を示す図である。 点線で示す取り外し可能な断熱ジャケットを備える、図１Ｅおよび図１Ｆの蒸発装置の実施形態の側面図である。 蒸発装置の中心を通る垂直断面図である。 蒸発装置の底部の側面図である。 蒸発装置の底部の上面図である。 蒸発装置の図１Ｋの線１Ｋに沿った水平断面図である。 一部が欠けた、蒸発装置の伝熱経路を示す、概略斜視図である。 図１Ｌの部分拡大図である。 共通の蒸気運搬経路を通って蒸気を供給する２つの蒸発装置のための取り付け台を提供する、図１に示す流れ相互接続システムに類似する流れ相互接続システムを備える配置の底面概略概念図である。 各２つの蒸発装置からの所望の蒸気流れを選択的に維持することができる、流れ制御システムおよび蒸発装置の加熱システムを組み込んだ、図２の流れ相互接続システムに類似する流れ相互接続システムを備える配置の底面概略図である。 反応ガス源、および流れの連通を防止する流れ停止装置を備える、図２の流れ相互接続システムに類似する流れ相互接続システムを備える配置の底面概略図である。 高真空チャンバ内のイオン源を統合し、外部反応性洗浄ガス発生器および流れの連通を防止する流れ停止装置を備える、図１の流れ相互接続システムに類似する流れ相互接続システムを備える配置の側面概略図である。 流れ制御装置および図２、３、４の特徴の２つの蒸発装置が結合された、図５の特徴を備えるイオン源システムを備える配置の概略底面図である。 パージガス配置を含み、図６の特徴の実施形態の、弁および流路の概略図である。 図１Ｅから１Ｈに示すタイプの２つの蒸発装置が取り付けられた、図６に類似し、また１度に１つの蒸気の通過のみを選択可能にするスプール弁を示す図である。 図７に示す流れ運搬システムの実施形態を示す上面図である。 図７に示す流れ運搬システムの実施形態を示す水平断面図である。 システムに取り付けられた２つの蒸発装置にアクセスするための覆いカバーの開口を示す、システムの斜視図である。 ハウジング内の上記運搬システムの実施形態の図であり、イオン源高真空ハウジングおよびイオン源との関係を示す図である。 ハウジング内の上記運搬システムの実施形態の図であり、イオン源高真空ハウジングおよびイオン源との関係を示す図である。 ハウジング内の上記運搬システムの実施形態の図であり、イオン源高真空ハウジングおよびイオン源との関係を示す図である。 図８に示すシステムの斜視図であり、システムに取り付けられた２つの蒸発装置にアクセスするために蓋が開けられた図である。 図８に示すシステムの斜視図であり、システムに取り付けられた２つの蒸発装置にアクセスするために蓋が開けられた図である。 図８に示すシステムの斜視図であり、システムに取り付けられた２つの蒸発装置にアクセスするために蓋が開けられた図である。 蓋が取り外された図８に示すシステムの斜視図である。 流れ運搬システムに利用できる蒸発装置の反対方向からの斜視図である。 流れ運搬システムに利用できる蒸発装置の反対方向からの斜視図である。 空気弁および手動のオーバーライド装置ならびに蒸発装置の締め付けネジの位置を示す図である。 空気弁および手動のオーバーライド装置ならびに蒸発装置の締め付けネジの位置を示す図である。 空気弁および手動のオーバーライド装置ならびに蒸発装置の締め付けネジの位置を示す図である。 空気弁および手動のオーバーライド装置ならびに蒸発装置の締め付けネジの位置を示す図である。 空気弁および手動のオーバーライド装置ならびに蒸発装置の締め付けネジの位置を示す図である。 空気弁および手動のオーバーライド装置ならびに蒸発装置の締め付けネジの位置を示す図である。 図１Ｄおよび１Ｅの蒸発装置の外側の斜視図である。 接続特徴の軸の方向における垂直部分側面図である。 図１２に示される電気接続ピンの詳細を示す図である。 図１２および１２Ａの蒸発装置の図１２に直交するように見た垂直側面図である。 蒸発装置の上面図である。 カバーを蒸発装置の上部分に組み立てるため、また、蒸発装置の上部分を底部分に組み立てるために用いられる、機械ネジの斜視図である。 図１４Ｈに類似するがより小さい寸法であり、図１Ｇの蒸発装置の垂直断面図であり、蒸発装置が取り付けられる流れ相互接続装置の一部を示す図である。 図１５の蒸気受け取り装置のような蒸気受け取り装置における蒸発装置の突出部材のＤ、支持された断熱接続具からなる部分の展開線図である。 図１５Ａに示す方から見た、部分的に組み立てられた突出部材および周囲の断熱部材を示す図である。 図１５Ａに示す方から見た、突出部材および周囲の断熱部材の背面図である。 図１５Ａに示す方から見た、突出部材および周囲の断熱部材の背面図である。 図１４Ｄの線１６−１６に示す方から見た、図１４の蒸発装置の垂直切り取り図であり、開き許容バーと蒸発装置を流れ相互接続システムに固定する水平ネジとの関係を示す図である。 図１４Ｄの線１６Ａ−１６Ａに示す方から見た、図１４の蒸発装置の垂直切り取り図であり、開き許容バーと蒸発装置を流れ相互接続システムに固定する水平ネジとの関係を示す図である。 図１Ｇおよび１Ｈの蒸発装置を、顧客へ配送するまえに再充填できるように、分解する手順を示す斜視図である。 図１Ｇおよび１Ｈの蒸発装置を、顧客へ配送するまえに再充填できるように、分解する手順を示す斜視図である。 図１Ｇおよび１Ｈの蒸発装置を、顧客へ配送するまえに再充填できるように、分解する手順を示す斜視図である。 図１Ｇおよび１Ｈの蒸発装置を、顧客へ配送するまえに再充填できるように、分解する手順を示す斜視図である。 図１Ｇおよび１Ｈの蒸発装置を、顧客へ配送するまえに再充填できるように、分解する手順を示す斜視図である。 図５及び７から８に従って、システムとともにHorskyの教示による電子衝突イオン化法により導かれる、蒸発装置においてｏ−Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２固体供給物質を採用したときの、ビーム電流とイオンの質量プロットとの関係を示す図である。
図１を参照すると、流れ相互接続システムの流れ相互接続装置１０が、高真空チャンバ２０に接続されており、流れ相互接続装置は、真空チャンバの外側に位置する部分８および真空チャンバに突き出した延長部９を有する。相互接続装置１０の部分８は、外部蒸発装置１４が取り外し可能に気密のインターフェースＩに取り付けられる部分に取り付け部１２を備える。
蒸発装置１４はキャニスター型であり、蒸発させる供給物質の供給量を含む底部を備え、また、取り外し可能な頂部部材を備える。頂部は、符号１９により概略的に示される、蒸発装置の加熱器が関連付けられている。相互接続システムは、供給物質から蒸気を生成する蒸発装置の加熱器の電力Ｐ１４を制御する加熱器制御回路３３を含む。蒸気流通路１６は、蒸発装置からインターフェースＩを介して、隣接する停止弁１５を通り、それから部分８および延長部９を通るように、相互接続装置１０内を延びる。延長部９は、真空気密シール２１で、真空チャンバ２０のハウジングに対してシールされている。
シールされた脱係合可能な接続部は、高真空チャンバ内に、延長部９と蒸気受け取り装置２２との間に形成される。この接続点はインターフェースＩＩ（境界部ＩＩ）として言及される。
この配置に関し、外部蒸発装置１４と蒸気受け取り装置２２との両方の迅速な取り外しおよび保守は、流れ相互接続装置１０の真空チャンバ２０のハウジングへの接続点でのシール２１を妨害することなく行うことが可能である。蒸気受け取り装置２２の保守を行うため、インターフェースＩＩにおける流れの取り外し、再接続の繰り返しにもかかわらず、インターフェースＩＩはその位置のために、作業者へのリーク事故の危険性がない。漏れが生じる範囲に関し、漏れは真空チャンバ２０内に制限され、また漏れは真空ポンプおよび関連する排出物処理システム２５により取り除かれる。
インターフェースＩＩにおけるシステムの好ましい実施形態では、蒸気受け取り装置の取り付け動作により、真空チャンバ内で接続が確立される。図１の例において、蒸気受け取り装置２２は、装置２２が取り外し可能な接続部２３において、真空チャンバの表面上をシールするまで、経路Ａに沿った運動により取り付けられる。この運動により取り付けられると、蒸気受け取り装置２２は、真空室２０内で、インターフェースＩＩで、延長部９に係合しシールするように構成される。例えば、近接して嵌合する表面を合わせたラビリンス真空シールを有効に形成するように構成することができる。同様に、蒸気受け取り装置２２は、真空チャンバ２０のハウジングの流れ相互接続装置１０へのシール２１を妨害することなくインターフェースＩＩにおけるシールを破るような方法により、経路Ａに沿った反対の運動により、真空チャンバから取り外し可能に構成される。
図１Ａ乃至１Ｃは、高真空チャンバ２０´内のインターフェースＩＩでのシールの形態の機構を示している。高真空チャンバ２０´のハウジングはインターフェースフランジ２０Ｆを含み、インターフェースフランジ２０Ｆは、真空気密な手法でハウジングに結合されており、下方に向いた開口を備えている。
流れ相互接続装置１０´は、熱伝導ブロックの形態であり、蒸気流れ通路を画定する。これは、ハウジングフランジ２０Ｆ上にブロックを、真空気密な手法で取り付けるように構成されるカラー６を含む。ブロック１０´に結合およびシールされるネック部材７は、蒸気通路の延長部を画定する。ネック部材７は、カラー６から突出し、チャンバーフランジ２０Ｆを通り、高真空チャンバ２０´に入る。
たとえばテフロンなどのばねで付勢された接続器シール部材５は、ネック部材７の通路の円筒形部分の中に緊密に嵌合する管状ステム５Ａを備える。ステム５Ａは、蒸気受け取り装置２２´の取り付け通路内に上方に延び、水平上向きのシール面を画定する頂部頭５Ｂで終端する。頭部５Ｂは、角のカム面５Ｃを備え、装置２２´の対応するカム面２２Ｃ´に係合するように配置される。
図１Ａにおいて、カム面５Ｃおよび２２Ｃ´は、分離した状態で示され、蒸気受け取り装置２２´が取り付けのために経路Ａに沿って右に動く。図１Ｂにおいて、装置２２´は、カム面が係合する位置まで進んでいる。図１Ｃにおいて、取り付けは、装置２２´の取り付けフランジにより完成し、高真空チャンバ２０´の対応するフランジ面の上に着座し、真空気密シール２３を形成している。ばね付勢されたテフロン部材５は、下方に押され、その平坦な上面は、装置２２´の、下方に向いた対応する平坦面に係合する。これらの噛み合い面は効果的にラビリンスシールを形成する。他のラビリンスシールが、ネック部材７における通路の円筒形面と接続器５のステム５Ａとの緊密な嵌合により形成される。流れ受け取り装置２２´が着座したら、ネック部材７の通路および蒸気受け取り装置２２´は、蒸気の運搬が可能になるように整合する。
蒸気受け取り装置２２´の取り外しに関しては、動作は逆になる。
当業者は、他の結合構成も採用可能であることを理解されたい。一例は、軸方向に整合した係合表面であり、たとえば、円錐形または四角錐形の接続器の面である。他の場合において、真空受け取り装置が着座した後、逆の動きが可能なアクチュエータ機構が、真空ハウジング内の部分間のシール接続を完了させるために駆動されてもよい。
再び図１を参照すると、好ましい実施形態として、流れ相互接続装置１０は、蒸発する異なる物質を含む複数の蒸発装置を受け入れるように構成される。各蒸発装置は、蒸発装置の温度Ｔ１４を測定する温度センサを備え、測定された温度Ｔ１４は、相互接続システムの蒸発装置の加熱制御回路３３に送られる。ユニットの頂部の温度を測定することが図示されているが、代替的に、底部付近の温度を有効に測定するように温度センサを配置してもよく、あるいは、その両者の位置の温度を監視してもよい。各蒸発装置は、特定の原料物質のためのものであり同定装置３０を備える。流れ相互接続装置１０は相補認識装置３２を有する。認識装置３２は、蒸発装置加熱制御回路３３に制御信号Ｃ１４を提供し、これに応答して、制御回路３３は、特定の蒸発装置の加熱装置へ付与する電力の上限を含むそれぞれの供給物質を加熱するための安全な温度範囲を確立する。一例として、好ましい実施形態において、流れ相互接続装置１０は、それぞれ、デカボラン、オクタデカボランを含むように特化された蒸発装置１４´、１４´´ を受け入れるように構成される。蒸発装置は、明瞭に異なる同定装置３０を備える。蒸発装置が相互接続装置１０に取り付けられると、認識装置３２は、蒸発装置１４´または１４´´を認識し、それぞれの認識信号Ｃ１４´またはＣ１４´´を提供する。好ましい実施形態において、例えば、デカボラン蒸発装置によって発生させられた認識信号Ｃ１４´は、加熱制御回路３３に、デカボランを蒸発させるのに適切な加熱範囲を設定し、蒸発装置を約３５Ｃより上に加熱することを防止する。一方、オクタデカボラン蒸発装置によって発生させられた認識信号Ｃ１４´´は、加熱制御回路３３に、オクタデカボランを蒸発させるのに適切な加熱範囲を設定し、蒸発装置を約１３５Ｃより上に加熱することを防止する。他の物質用の蒸発装置は、他の同定装置を備え、相互接続装置の制御ユニットに、他の温度または他の適切な操作条件を設定できるように認識可能である。
好ましい実施形態において、流れ相互接続装置１０は、例えば機械加工されたアルミニウムのブロック形成部分により形成された熱伝導体を有する。弁が取り付けられると、弁の弁本体のように、熱伝導体ブロックは有効に機能する。本体を通る真空気密蒸気通路は、インターフェースＩからインターフェースＩＩまで延びる。本体は、符号１１により概略的に示され、回路１３により制御される加熱器に熱的に接続されている。回路１３は、蒸発装置１４からの温度入力Ｔ１４、および流れ相互接続装置１０の伝導体からの温度入力Ｔ１０を持つ。回路１３は、加熱器１１が伝導体を制御された温度に維持するように構成される。例えば、各蒸発装置１４の温度よりも高い温度に制御され、しかし安全な温度より低い温度に制御される。これは、例えば、蒸発させられる各物質の解離温度より低い温度である。
システムの加熱器は、様々な形態とすることができ、たとえば、従来の電気カートリッジやバンドヒーターとすることができ、また、加熱器は、１つ以上の加熱領域に配置することができる。例えば、有利には、蒸発装置をＴ１に加熱するための加熱領域１、相互接続装置１０を加熱するための加熱領域２、蒸気受け取り装置２２のための加熱領域３を設けることができる。加熱領域はおのおのの加熱要素および温度センサを有し、１つの配置として、温度はＴ１からＴ２へと蒸発装置から蒸気受け取り装置のインターフェースＩＩまでの経路に沿って上昇し、たとえばＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３のように、全ての温度が、蒸発する物質のための安全制限より低い温度Ｔ３に制限される。
図１Ｄを参照すると、好ましい実施形態として、蒸発装置は、断熱キャニスター本体１４Ａを底部区分または底部部材として、および取り外し可能な頂部区分または閉鎖部材１４Ｂを備える。本体１４Ａは、連続的に昇華する固体供給物質の投入量を保持するために、頂部開口および例えば１リットルの容積を備える。取り外し可能な頂部部材１４Ｂは、弁Ｖ１を備える。頂部部材および底部部材、および好ましくはさらに弁は、たとえばアルミニウムのような熱伝導性物質を備える。弁は、頂部の本体１４Ｂ内に位置し、これにより弁は、実質的に本体の温度に維持される。
有利には、蒸発装置の頂部部材だけが電気的に加熱される。キャニスター本体内の固体物質は、取り外し可能な頂部区域と底部区域との間の境界部を通り、また、加熱器からの熱伝導により加熱される底部区域の側壁と底壁とを通る熱移動により広範囲に加熱される。この手法においては、頂部部材を通る蒸気の温度Ｔ１が昇華される固体原料物質の温度よりも高くなることが保障される。
前述したように、蒸発装置キャニスターユニットの取り外し可能な頂部閉鎖体における加熱器の場所は、様々な温度での蒸発する物質の供給量がユニットの底部に位置しているので、当業者にとってよい実践ではないかもしれない。取り外し可能な頂部と底部区分との間の境界の熱抵抗、および、熱容量（thermal mass） に関連する熱移動の距離および反応の遅さは、熱の外部への損失と同様、好ましくない。しかし、この配置によって有意な効果が得られ、好適な実施形態において、内在する不利益は避けることができ、または無視できる。
このように、説明されるシステムは、物質から生成される蒸気が、温度が上昇する通路を通ることを保障し、蒸気は、発生点から弁Ｖ１を通り、流れ相互接続装置１０まで移動する。同様に、蒸気利用の点に先立つ蒸気受け取り装置２２の一部は、流れ相互接続装置１０の温度よりも高く温度を保持するように構成された他の加熱領域を画定する。
図２の概念図を参照すると、流れ相互接続装置は、いくつかは図示されていないが、図１のシステムのあらゆる特徴を備え、また、複数の蒸発装置取り付け台を画定する。２つの取り付け台１２Ａおよび１２Ｂが図示されている。
個別の流れ通路１６Ａおよび１６Ｂは、それぞれ、取り付け台１２Ａおよび１２Ｂから、装置１０Ａの熱伝導体の部分８の長さを部分的に通って延びる。通路１６Ａおよび１６Ｂは、接合点Ｘで合併する。共通の蒸気流通路１６Ｃは、８Ａの残りの部分を延び、相互接続装置１０Ａの延長部９を通り、インターフェースＩＩに至る、インターフェースＩＩで、蒸気は装置２２に運搬される。装置１０の停止弁１５Ａおよび１５Ｂは、個別の流れ通路１６Ａおよび１６Ｂに関連付けられる。リンク１７で示されるように、弁１５および１５Ｂはインターロックされている。これは、図示の場合において、各弁が、他の弁が開く前に閉じることを保証するようになされる。これは、通路１６Ａおよび１６Ｂの同時の流れを防止する。
流れ相互接続装置１０Ａは、このように、高真空チャンバ２０への相互接続装置１０Ａのシール接続を妨害することなく、２つの蒸発装置の取り外しおよび保守のための容易なアクセスを提供する。これは、他の蒸発装置が、同じ原料物質を含み、蒸気を生成するときに、一方の蒸発装置の保守を実行し、充填を可能にする。また、異なる種類の蒸発装置を、選択された使用のために取り付けることができる。インターフェースＩに、蒸発装置キャニスターのシステムの他の部分からの断熱部を提供することにより、ユニットに残っている物質の量が実質的に劣化しないように、駆動していないユニットを冷却することを可能にする。
図３を参照すると、流れ接続装置は、いくつかは図示しないが、図２のシステムのあらゆる特徴を備えている。また、共通通路１６Ｃにおいて、図３の流れ相互接続装置１０Ｂは、流れ制御装置、または圧力監視装置２６の前のスロットル弁２４を備える。これらは、流れ相互接続システムの流れ及び加熱制御装置２８に接続される。制御装置２８は、各蒸発装置１４Ａおよび１４Ｂの温度検出ラインＴ１４ＡおよびＴ１４Ｂ、加熱電力ラインＰ１４ＡおよびＰ１４Ｂに接続される。取り付け台の認識装置３２Ａおよび３２Ｂは、特定の物質用の蒸発装置１４Ａおよび１４Ｂ上の同定装置３０Ａおよび３０Ｂと相互作用する。認識装置は、蒸発装置の種類の同一性を、流れおよび加熱制御装置２８に伝達し、その後の適切な操作限界、各蒸発装置の加熱器１９への適正な付与電力を選択することを可能にする。
共通通路１６Ｃ内の流れ制御装置２４は、通路の蒸気伝導性を変更するバタフライ弁のようなスロットル弁を備えることができる。この制御システムは、２００５年７月７に公開され、「Controlling the Flow of Vapors Sublimated from Solids」という表題である、特許出願ＷＯ２００５／０６０６０２に説明されているプロトコルに従って操作できるように構成することができる。この特許文献の内容は、参照することによりここに統合される。
特に、所望の流れを運搬するためのこのようなスロットル弁の操作は、スロットル弁のすぐ上流の領域の蒸気の所望の圧力に依存する。与えられた蒸発装置の温度において、発生した蒸気の量およびその圧力は、蒸発温度に加熱される位置に残っている供給物質の総量に依存する。物質の最初の投入量の時間経過による減少を補償するため、制御システムは、運搬圧力を検出し、それに従って蒸発チャンバの温度を上昇させる。大きな遅れなく、蒸発装置システムが高い温度を達成できるのは有利である。これは運転中に重要であり、特に、圧力操作システムおよび加熱操作システムが全体のシステムの所望の性能を達成するように調整されているときのスタートアップの間において重要である。
共通通路領域１６Ｃに位置する、一方通行の流れ制御装置２４は、２つまたはそれ以上のそれぞれの取り付け台の蒸発装置からの流れを選択的に制御できる。図２により説明されたリンクした弁１５Ａおよび１５Ｂの選択位置を含むインターロックにより、システムは、２つ以上の蒸発装置からの流れが同時に加熱され伝達されることを防止する。選択された蒸発装置、装置１０Ｂおよび装置２２は、適正な温度に加熱されるように構成され、たとえば、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であり、ここであらゆる温度は、選択された蒸発装置における特定の物質のための安全限界より低い温度Ｔ４である。従って、選択された蒸発装置の物質に適した、予め決定された安全な範囲で加熱することが保証され、その物質に関するその他の条件は適切に制御される。
図４を参照すると、いくつかは図示されないが、図２および３のシステムのあらゆる特徴を備えることができるシステムが示されており、このシステムは、流れ相互接続装置１０Ｃの本体の部分８Ｃにおいて通路４２に連絡する、反応性洗浄ガス源４０を備える。流れ相互接続装置の延長部９Ａは、高真空チャンバ２０Ａの壁に対してシールされ、インターフェースＩＩＡでチャンバに突き出す。これは、蒸気受け取り装置への２つの別個の流れ通路を画定し、これは共通の蒸気通路からの通路１６Ｃ、および反応性洗浄ガスのための、平行であるが別個の通路４２である。蒸気受け取り装置２２Ａの、対応する通路２２Ｖおよび２２Ｇとのシールされた接続は、インターフェースＩＩ−Ａにおいて、取り外し可能に形成され、それぞれは、前述の手法によりラビリンスシールにより形成することができる。これらのシールからの漏れは、高真空チャンバ２０Ａの周囲の壁により制限される。
たとえば、図１Ａ−１Ｃの図の実施形態であれば、経路Ａに沿う蒸気受け取り装置２２Ａの取り付けおよび取り外しの運動は、蒸気通路および延長部９Ａを通る反応性ガスの通路の両方のシール接続の確立および分離が可能である。対合部分の緊密な嵌合面は、前述のように、有効にラビリンス真空シールを形成することができる。
反応性ガス源４０は、反応性ガスの容器とすることができ、また、ガス体または固体供給物質から反応性ガスを生成する手段としてもよい。
図４の相互接続装置１０Ｃは、蒸気と反応性洗浄ガスとが蒸気受け取り装置２２Ａへ同時に流れるのを防止する弁インターロック５０を含む。好ましい実施形態において、これは、相互スプール弁により達成され、これは、各通路が、他方が開く前に必ず完全に閉じることを保証する。図示しない他の実施形態として、反応性ガス源４０は、反応性ガス発生器であり、分離される供給ガスのための供給ラインを備え、反応性ガスラインではなく、ガス発生器への供給ラインとともに、ガス供給ラインを無力化できるような手法で、インターロックが形成されてもよい。この場合、蒸気受け取り装置への反応性ガスの接続は、別個に形成されてもよい。
図５を参照すると、図１の一般的なスキームの応用が示されており、蒸気受け取り装置は高電圧イオン源２２Ｂを有し、イオン源２２Ｂは、イオン化チャンバ９０を備え、イオン化するために、制御された蒸気流がイオン化チャンバ９０に導入される。イオンは、引き出し電極の静電引力および、イオンビーム９６を形成する最終エネルギー組み立て体９４により、引き出し開口９２を通って、イオン化チャンバ９０から引き出される。このビームは、ビームラインに沿って、図示しないイオン注入端部台に差し向けられる。図５の高真空チャンバは、イオン源真空ハウジング７０を有し、ハウジング７０は、例えば、強化されたエポキシなどの高電圧で絶縁体を備える。絶縁体６２は、メイン真空ハウジング部材７１を高電圧端部から電気的に隔離し、そこにイオン源およびその蒸気供給システム１０Ｄおよび１４が取り付けられる。真空気密取り付けリング７４は、絶縁体６２の高圧側に提供される。イオン源構造は、取り付けフランジから軸Ａに沿って軸方向に、真空チャンバまで延びる。図４、５に示されているように、流れ相互接続装置１０Ｄの延長部９Ｂは、２つの通路構成であり、また、２１Ａで取り付けリングにシールされ、インターフェースＩＩ−Ｂで真空チャンバに突き出す。たとえば、図１Ａ−１Ｃおよび図４に従って延長部９Ｂの各通路のためのインターフェースを構成することにより、このインターフェースは、接続部を介して取り外し可能なイオン源を受け入れるように位置決めされ、これは、たとえば、前述のようにラビリンス真空シールを有効に形成する緊密に嵌合する面のように、各通路のためのシールを有効に形成することができる。
反応性ガス発生器４０Ａの特定の形態における反応性ガス源は、たとえば、分離可能なフッ素化合物ガスのような物質のための供給ラインを備える。反応性ガス発生器は、解離可能な条件を提供するように構成され、これにより、たとえば、フッ素またはフッ素イオンのような反応性洗浄ガスが生成される。この出力は、相互接続装置１０Ｄの供給通路４２に導入される。図４に示すように、反応性ガス通路４２および蒸気流れ通路１６は、スプール弁のようなインターロック装置５０を通り、これは、一度に選択的に一方の通路だけを通る流れを許容し、同時の流れを防止する。有利には、スロットル弁２４、および圧力モニターおよび関連する制御装置が、図３に示されるように、流れ相互接続装置１０Ｄに提供される。反応性洗浄ガス発生器は、プラズマチャンバ、または、固体またはガス状供給物質から生成される反応性ガスを生成することができる他の装置を備えることができる。
図５のシステムは、表題「Method and Apparatus for Extending Equipment Uptime Ion Implantation」の、国際公開ＷＯ２００５／０５９９４号に記載された各イオン注入システムに、容易に統合することができる。この点に関し、この内容は、参照することにより、以下に説明されているかのように本明細書に取り込まれる。
図６を参照すると、いくつかは図示されていないが、図５のものに類似するイオン源２２Ｂおよび蒸気運搬システム（１４−１、１４−２、１０Ｅ）が示されている。図６において、２つの取り付け台は、イオン化する蒸気を生成する固体蒸発装置１４−１、１４−２のために画定される。このシステムは、後に説明されるあらゆるインターロックおよび安全機能を備え、制御システムは、蒸発装置の加熱を制御し、相互接続装置１０Ｅを通る流れを制御するように構成される。単原子ドーピング種のガスのようなイオン化可能なガス源１００は、相互接続システムに連結する導管１０２を有する。これは、インターロック５０の下流で、ガス通路４２Ａとの接続を作る。反応性洗浄ガスおよび延長部９Ａの関連する反応性ガス通路のためのガス通路４２Ａの下流部分は、他のドーパント種を提供するため、室温でガス状態のイオン化物質を導入するのに代替的に用いられる。図示しないインターロックが提供されてもよく、これは、イオン化蒸気または洗浄ガスの流れが発生しているとき、イオン化原料ガスの流れを防止する。
図６Ａの概略図は、図６の流れの特徴を示し、これは伝導ブロック１２０に統合されている。ブロック内の組み込み物は、パージガス通路であり、これはブロックを、たとえば、ブロックが加熱されているときはアルゴンでパージすることを可能にする。これは、有毒なまたは反応性の蒸気の残りを、システムの保守の前、または他の種の蒸気を導入する前に、取り除くことができる。図６Ａに示されているように、このシステムは、たとえば、蒸発装置ボトルからイオン注入装置のイオン源２２Ｂへのデカボランおよびオクタデカボランのようなボロン含有蒸気Ｂｘを提供するのに特に好適である。
図６Ａの蒸気システムは、有毒ガスボックスに使われる技術に類似するパージ能力を備える。固体蒸発装置キャニスター上の弁Ｖ１またはＶ２は、遠隔操作できるように構成される。従って、遠隔操作で、蒸発装置を隔離するように弁を閉じることができる。また、インターロックを備える蒸発装置選択弁Ｖ３およびＶ４（たとえば、スプール弁ユニットの形態で実現できる）は、蒸発装置からの蒸気運搬通路を隔離するために操作される。従って、ガス室は、ボトル隔離弁と蒸発装置選択弁との間に形成される。このガス室は、たとえばＢｘ蒸気のような残留蒸気を閉じ込める。取り外しのために蒸発装置の接続を解く前に、弁Ｖ５またはＶ６の適切な駆動により、大気に逃げうるＢｘガスの痕跡を除くために、室は共通ライン１６Ｃを通じてアルゴンで循環的にパージされる。
図７に概略的に示され、図７Ａおよび図７Ｂにおいて具体化されるシステムは、図６に示されるシステムと同じであり、さらなる特徴を備える。
キャニスターへの全ての接続は、インターフェースＩにおいて形成される。これは、蒸発装置加熱器への電力供給のための電力供給接続、温度および蒸発装置の状態の他のパラメータの信号伝達のための信号接続、および各蒸発装置キャニスター内の空気式弁の制御のための圧縮空気接続を含む。
図６Ａ、図７、７Ａ、７Ｂと同様に、２つの蒸発装置（図７の蒸発装置１４´、図７Ａおよび７Ｂの蒸発装置１４´´）からの蒸気通路のためのインターロック弁Ｖ３およびＶ４が提供される。インターロックは、図６のスプール弁５０に類似するスプール弁の一部である弁要素Ｖ３およびＶ４により実現される。図６Ａのパージガス特徴が含まれる。
蒸発装置からの流れを可能にするために、蒸気の危険な組み合わせの混合を防止するために必要とされる厳格な制御が、電子機械制御システム内の制御論理により実装される予め確立されたプロトコルにより従って実行される。同様に、操作モードを変更するために、機械的なインターロック機構が用意されてもよい。いくつかの場合において、制御は、蒸発装置間の連絡を完全に防ぐように、また、選択された蒸発装置間の連絡を防ぐように組立てられる。これらは、一方で、いくつかの蒸発装置の同時の流れを許可するように実行してもよい。これが適切且つ有効である場合は、蒸発装置が同一の供給物質を含む場合である。たとえば、経済的な理由によりすべての供給物質量を用いる場合に、ある蒸発装置内の量がなくなってきたときに、また、蒸発装置の交換を開始するときに、同時の流れを採用することができる。このような戦略は、蒸気の十分な量を確保するのに有効であり、一方で、無くなりつつある蒸発装置の加熱限界に近づかないようにする。図７Ｃを参照すると、流れ相互接続装置は、４つの蒸発装置（またはそれ以上）のための取り付け台を画定し、各蒸発装置は、それぞれの停止弁に連結され、共通通路により全てが流れ制御システムに連絡している。インターロックの制御論理の例は以下である。例１として、蒸発装置１および２が同時に運転できるように許可され、または蒸発装置３および４が同時に運転できるように許可される。例２として、蒸発装置１または２、あるいは、蒸発装置３または４が同時に運転できるようになる。
図７Ｃに示される実施形態において、たとえばバタフライ弁のようなスロットル弁のような、２つの可変インピーダンス流れ制御装置２４Ａおよび２４Ｂが、高い上流蒸気の圧力を可能にするように動作し、単一ユニットよりも広いダイナミックレンジを有効に達成し、高いおよび低い蒸気の流れの両方が達成できる。
図８−１１は、前述のあらゆる特徴を組み合わせた流れ相互接続装置の実施形態を示す。弁ブロック１３０を備える熱伝導体の形態である流れ相互接続装置は、図８および９に示されるように、イオン源２２Ｂの取り付け−取り外し経路Ａの下に取り付けられる。弁ブロック１３０は、加熱されるキャニスターの形態の蒸発装置１３２および１３４のための２つの取り付け台を画定し、この蒸発装置は、蒸発装置の頂部区分に結合された取り付け特徴により、流れ相互接続装置から吊り下げられる。弁ブロック１３０は、それらの取付台からの個別の流れ通路領域を備え、この通路領域は、図８および８Ａの高真空チャンバ７１Ａに向かう共通通路領域に併合される。
図８および１１に示されるように、また、図１Ａ−１Ｃに示される特徴に類似して、インターフェースブロック１３０は、真空ハウジング取り付けリング７２Ａの一部を形成する取り付けフランジ７２Ｆから、カラー６Ａにより吊るされる。従って、このシステムは、高電圧絶縁体６２Ａの高電圧側上に吊るされる。この流れ通路は、図１Ａ−１Ｃに示すように、真空ハウジング内のカム接続器を介してイオン源構造に繋がる。反応性洗浄ガス源は、プラズマ室４０Ａ´の形態で、弁ブロック１３０からその下に吊るされる。反応性洗浄ガス源は、反応性フッ素を生成するために、供給ガスを解離するように構成される。好ましい一形態において、この組み立て体の総重量は、イオン源取り付けリング７２Ａにより支えられる。逆に、取り付けリング７２Ａは、絶縁体６２により支持される。
弁ブロック１３０への組み込み物は、カートリッジ加熱器および弁であり、これは、前出の図とともに説明された加熱器および弁の安全動作ならびに流れ加熱機能および制御機能を実行する。シート金属閉鎖体１４０は、運搬組み立て体を取り囲み、また、蒸発装置カバー１４２を含むカバーを備え、カバーは操作のために開くことができる。この閉鎖体は、高電圧絶縁体を備える脚部に床から支持される。このように蒸気運搬システム全体は、イオン源の高電位差において維持可能になっている。
多数の他の物理的な配置も可能であり、それは、絶縁体に接続された取り付けリングの一方または他の面において、説明された機能を提供し、イオン源の取り付けおよび取り外しの経路から出ている。
図１１を参照すると、加熱器を備える蒸発装置１３２および１３４が示されており、図１Ｄに示される各加熱器は、デカボラン、オクタデカボランのような固体供給物質を保持、およびイオン化するための蒸気を生成する温度まで加熱するように構成される。図１Ｄのユニットのように、蒸発装置ユニットは、典型的には１リットルの固体受け取り容積を備えるキャニスター本体１４Ａ、および取り外し可能な頂部閉鎖部材１４Ｂを有する。これは、好適な取り付け台において、頂部閉鎖部材１４Ｂに垂直に掛かるように構成される。この目的のために、頂部閉鎖部材１４Ｂは、図１の流れ相互接続装置１０により画定される取り付け台の対応する面に合う、直取り付け面を画定する。図１Ｄおよび１１のキャニスターの頂部部材１４Ｂは、キャニスターから取り付け台に蒸気が流れることを許容する弁Ｖ１を備える。頂部部材１４Ｂは、アルミニウムのような熱伝導物質から形成される。
この蒸発装置の加熱器１９は、好ましくは、頂部部材１４Ｂに形成された凹部に嵌合する１組のカートリッジ加熱要素を備える。重要なことに、取り外し可能な頂部部材に位置するこの加熱器は、固体を適切に蒸発させるのに十分な熱を提供するように構成される。この位置により、加熱器が、頂部閉鎖部材の弁を固体物質が加熱される温度よりも高い温度に維持することを可能にする。有利には、この目的のために、弁Ｖ１の本体は、熱伝導性アルミニウムに含まれ、アルミニウムの頂部部材を介して弁を通る蒸気を実質的に加熱器の温度に維持するために、加熱器と熱伝導可能な関係に配置される。
好ましい実施形態において、蒸発装置のための１つだけの制御される加熱領域が存在する。これらの組み合わせの特徴により、蒸発装置キャニスターの頂部区分に位置する加熱器は、投入物質が消費されるに従って、下部区分の離れた投入物質の効率的な蒸発を生成することができることが分かる。この構成は、設定温度への許容される早い平衡が生じるように、十分に小さい熱容量を備えることが分かる。これにより、操作者がシステム全体の運転を開始または調整するためにパラメータを調節するときに、適切な操作を可能にし、また十分に迅速な設定温度の変更を可能にする。
特に、このユニットは、たとえばバタフライ弁で実施化できる圧力ベースのスロットル弁蒸気流制御２４を備えることが有利であり、供給物質の量が消費されるにつれて、スロットル弁の上流の圧力を維持するために、蒸発温度は徐々に上昇する。これについては、図３、６、７及び関連する説明を参照されたい。
さらに、とても重要なことに、この熱伝達配列を可能にする蒸発装置ユニットの底部から頂部への正の温度勾配は、蒸気の凝縮、および蒸気弁Ｖ１（垂直流れから水平流れの遷移点に位置する）および蒸気運搬通路（上へ向かう入口通路および水平運搬通路）への不都合な堆積物の集積を防止する。これらの特徴は、加熱装置の近くに戦略的に、離れた蒸発室の底部の物質の量の温度よりも高い温度になるように温度に依存するように、配置される。
より詳細には、上昇通路は、水平弁座において終端する。水平蒸気通路は、この弁から延びる。頂部１４Ｂは、空気式ベローズ弁（図１ＤのＶ１、図６ＡのＶ１またはＶ２）、および図１Ｄにおいて「機械式オーバーライド機構」として言及される「開許可」機構を収容する。
適切なタイプのカートリッジ加熱器を、蒸発装置の頂部区分１４Ｂおよび弁ブロック相互接続装置１０に採用することができる。
適切なＲＴＤ（抵抗式熱検出器；Resistive Thermal Detector）は、蒸発装置キャニスターユニットの底部およびシステムの他の場所に配置される。底部のセンサからの信号のための導線が、頂部区分１４Ｂの相互接続装置の接続器に延びる。この接続器は、頂部区分の噛み合い接続器に横方向に位置合わせされる。ユニットの全体の取り付け装置を、底部区分の取り付け装置に位置合わせし、位置合わせされた頂部区分の底部区分への下方への運動がこの接続器を接続する。
遠隔熱制御ユニットによって制御されるＲＴＤ温度センサの温度調整範囲の上限は、一例して、Ｂ１０Ｈ１４用は４０℃、Ｂ１８Ｈ２２用は１２０℃と設定することができ、また、一例として、蒸発装置キャニスターユニットの頂部の超過温度制限スイッチは、Ｂ１０Ｈ１４蒸発装置キャニスターは５０℃、Ｂ１８Ｈ２２蒸発装置キャニスターは１４０℃に設定することができる。同様の温度設定は他の供給物質に対しても適用でき、特定の値は、選択した物質の蒸発特性に応じて決まる。
前述したように、熱分離領域は、蒸発装置キャニスターと蒸気受け取り装置との間の熱移動を防止するために形成され、これは実質的な熱遮断器を導入することで実現される。これは、蒸気受け取り装置から蒸発装置ユニットに熱が流入するのを防止し、蒸発装置キャニスターユニットの熱制御システムを妨害するのを防止する。また、この熱遮断器の存在により、取り付けられた蒸発装置キャニスターユニットは、エネルギー供給が中断されて外側の断熱材が取り外された後に、取り付けられている蒸気受け取り装置が高温でありかつ他の蒸発装置が取り付けられて所定温度で運転が継続されているにも関わらず、相対的に早く冷却され得る。流れ相互接続装置（弁ブロック）の加熱状態が続いているにもかかわらず、作業者は、すぐに、エネルギー供給が中断された蒸発装置キャニスターユニットを取り外しおよび交換するために触れることができる。代替的に、相互接続装置からの熱により生じ得る供給物質の残りの量の実質的な熱劣化を避ける一方で、冷却されたユニットは、所定位置に残されてもよい。
説明されたシステムは、大きな分子の供給物質からイオンビームを安全に生成するのに好適である。大きな分子の供給物質には、デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）およびオクタデカボラン（Ｂ１８Ｈ２２）のようなボロン含有化合物が含まれる。
前述のように、図７のシステムは、ガス運搬の２つの供給源を持つ。すなわち、反応性洗浄ガス源、および蒸気運搬システムからの蒸気である。ＮＦ３／ＦおよびＢｘをイオン源に運搬する、分離弁Ｖ７およびＶ８は、これらの２つの流れが決して交差接続することがないように機械的に連結される（たとえば、スプール弁ユニットにより実現される）。
Ａ．応用
一般的に、少なくとも１ｓｃｃｍの範囲で、２０℃から１５０℃の間の流れを提供することができる任意の物質が、上述した原理により構成される蒸発装置ユニットおよび蒸気運搬システムに用いるための候補物質である。
明確に説明された、蒸発装置および蒸気運搬システムの実施形態は、一定程度のアモルファス化を行うボロンを注入するため、イオンビーム注入を実行するのに好適な流れで、デカボラン蒸気、オクタデカボラン蒸気およびカルボラン蒸気のイオン源への流れを提供するのに特に有効なように説明されてきた。
この原理は、より一般的に、半導体製造の応用における大きな分子の蒸気流れを提供するのに応用できる。例として、蒸気流れは、ヒ素やリンなどのｎ型ドープのための大きな分子；共注入プロセスのための炭素の大きな分子であり、炭素が注入した種またはゲッター（トラップ）不純物の拡散を抑制する、または基板の結晶格子をアモルファス化する；結晶構造のいわゆる「ストレスエンジニアリング」（たとえば、ＰＭＯＳトランジスタのための結晶圧縮、または、ＮＭＯＳトランジスタのための結晶引っ張りへの応用）のための炭素の大きな分子またはその他の分子；半導体製造工程における熱履歴の減少およびアニーリング工程での望ましくない拡散の減少を含む他の目的のための大きな分子；を含む。この原理は、ボラン、炭素クラスター、カルボラン、トリメチルスチビンすなわちＳｂ（ＣＨ３）Ｃ３、ヒ素およびリン物質、その他の物質への応用が実験室で実証されている。
この原理は、イオンビーム注入システムの実施形態に応用できる。また、原子層堆積、またはその他の層の生成または堆積に用いる、ボロンおよびその他の種類の大きな分子の堆積のためのシステムの実施形態に応用できる。たとえばプラズマ浸漬、ＰＬＡＤ（プラズマドーピング）、ＰＰＬＡＤ（パルスプラズマドーピング）、ＰＩ３（プラズマ浸漬イオン注入）、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相成長（ＣＶＤ）などが含まれる。
Ｂ．クラスターイオン源のための供給物質一般
Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｉｎなどの元素の電気的なドーパント種の複数の原子を含む分子イオンを効率的に注入するのに有効であり、これらは、周期表のＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎのＩＶ族元素の両側に位置し、また、たとえば、アモルファス化、ドーパント拡散制御、ストレスエンジニアリング、欠陥ゲッタリングなどを実現する半導体基板修正に有効である、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅなどの元素の原子を複数含む分子イオンを効率的に注入するのに有効である。このような分子イオンは、６０ｎｍ以下の臨界的な寸法で集積回路を製造するのに有効である。以下、このようなイオンを、集合的に「クラスター」イオンとよぶ。
１価の帯電したクラスターイオンの化学組成は、一般式
ＭｍＤｎＲｘＨｙ ＋ （１）
で表すことができる。ここで、Ｍは、基板の物質変更に有効であるＣ、Ｓｉ、またはＧｅなどの原子である。Ｄは基板に電荷キャリアを注入するためのＢ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂまたはＩｎなどのドーピング原子である（周期表のＩＩＩまたはＩＶグループ）。Ｒは、ラディカル、リガンド、または分子である。Ｈは、水素原子である。一般的に、ＲまたはＨは、安定なイオンを生成または形成するのに必要な、単に完全な化学構造の一部として存在し、注入プロセスにおいては特に要求されない。一般的に、Ｈは、注入プロセスにおいて特に有害ではない。これはＲについても同様に当てはまる。たとえば、Ｆｅのような金属原子、またはＢｒのような原子を含むＲは望ましくない。上記の式において、ｍ、ｎ、ｘおよびｙは、すべてゼロ以上の整数であり、ｍとｎの合計は２以上である。すなわちｍ＋ｎ≧２である。イオン注入の特定の関心は、高Ｍおよび／またはＤ原子多重度である。すなわちｍ＋ｎ≧４である。これは低エネルギー、高ドーズ注入のための改良された効率によるものである。
物質修正に利用できるクラスターイオンの例は、Ｃ７Ｈｙ ＋、Ｃ１４Ｈｙ ＋、Ｃ１６Ｈｙ ＋およびＣ１８Ｈｙ ＋などのベンゼン環付加物から派生した物質である。ドーピングに用いることができる、クラスターイオンの例は、
ホウ化水素イオン：Ｂ１８Ｈｙ ＋、Ｂ１０Ｈｙ ＋
カルボランイオン：Ｃ２Ｂ１０Ｈｙ ＋、Ｃ４Ｂ１８Ｈｙ ＋
リン水素化物イオン：Ｐ７Ｈｙ ＋、Ｐ５（ＳｉＨ３）５ ＋、Ｐ７（ＳｉＣＨ３）３ ＋
ヒ素水素化物イオン：Ａｓ５（ＳｉＨ３）５ ＋、Ａｓ７（ＳｉＣＨ３）３ ＋
である。
本技術分野における通常の知識を有する者は、物質修正のためのＳｉおよびＧｅを含むイオン、異なる分子量のイオンおよびドーパント原子の異なる同位体を持つイオン、異なる異性体構造のイオンを含む、上述のリストの例以外のクラスターイオンを利用できる可能性があることが分かるであろう。また、２価の帯電したクラスターイオンは、概ね、より小さな歩留まりになり、このような場合、それらは、高ドーズ、低エネルギー注入にそれほど有効ではない。
たとえば、デカボランに関するクラスター注入方法およびクラスターイオン源は、米国特許第６４５２３３８号および米国特許第６６８６５９５号に、Horskyらによって説明されている。これは参照によりここに取り込まれる。ＰＭＯＳ装置の製造にＢ１８Ｈｘ ＋を用いることは、米国特許出願Ｕ．Ｓ．２００４／０００２２０２Ａ１により公開された、係属中の米国特許出願１０／２５１４９１により、Horskyらによって説明されている。これは参照によりここに取り込まれる。
Ｃ．大きなカルボラン分子
これらのボロン含有物質およびそのイオンの性質は、論文に説明されており、たとえば、VasyukovaのＮ．Ｉを参照されたい［A.N. Neseyanov Institute of Heteroorganic Compound, Academy of Sciences of the USSR, Moscow. translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya, No.6, pp.1337-1340, June, 1985. Original article submitted March 13, 1984. Plenum Pblishing Corporation］。
クラスター分子ｏ−Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２は、うまく蒸発しイオン化された。図１６を参照されたい。よい蒸気流れは、約４２℃で得られる。また、Ｃ４Ｂ１８Ｈ２２は有効な物質である。
Ｄ．炭素の大きな分子
一般的に、ｎ≧４かつｙ≧０のＣｎＨｙの化学式で表される任意の炭化水素は、シリコンへの有効炭素ドーズ量を増加さ、さまざまな程度のアモルファス化を提供し、いずれの場合でも、単体の炭素注入よりも有益である。フルオランテン（Flouranthane）Ｃ１６Ｈ１０は、１００℃で蒸発し、電子衝突イオン源に用いるのに好適である。この蒸発温度は、Ｂ１８Ｈ２２の蒸発温度に類似している。０．５ｍＡのビーム電流は、とても低いエネルギー（炭素原子あたり約１ｋｅＶ）で、ウェーハ上に８ｍＡの炭素相当の注入を可能にする。イオンビーム電流は＞１ｍＡであり、容易に実現できる。他の炭素クラスター物質は有効である。たとえば、以下の炭化水素は使用できる可能性がある。
・2,6 diisopropylnaphthalene(Ｃ１６Ｈ２０)
・N-octadene(Ｃ１８Ｈ３８)
・P-Terphenyl(Ｃ１８Ｈ１４)
・1-phenylnaphthalen(Ｃ１６Ｈ１２)
Ｅ．Ｎ型ドーピングのための大きな分子
Ａｓ、ＰおよびＳｂは、Ｎ型ドーパント、すなわち「ドナー」である。
Ｓｂについては、トリメチルスチビンが供給物質の候補のよい大きな分子であり、たとえば、Ｓｂ（ＣＨ３）Ｃ３である。
ＡｓおよびＰについては、イオンはＡｎＨｘ ＋またはＡｎＲＨｘ＋の形態であり、ここで、ｎおよびｘは、ｎは４より大きく、ｘは０以上の整数であり、ＡはＡｓまたはＰのいずれか、Ｒはリンまたはヒ素を含まない、注入プロセスに有害でない分子である。
リン導出化合物の化学的性質
ホスファン（phosphanes）、オルガノホスファン（organophosphanes）、リン化物、の化合物は、クラスターリン分子およびその後のＮ型ドーピングイオンの潜在的な源である。例として、（１）ホスファン（phosphane）、たとえはヘプタホスファン（Heptaphosphane）、Ｐ７Ｈ３およびシクロペンタホスファン（cyclopentaphosphane）、Ｐ５Ｈ５、（２）オルガノホスファン（organophosphane）、たとえば、Tetra-terbutylhexaphosphane、ｔＢｕ４Ｐ６、Pentamethylheptaphosphane、Ｍｅ５Ｐ７、（３）ホスファイド（phosphide）、たとえば、ポリホスファイド（polyphosphides）：Ｂａ３Ｐ１４、Ｓｒ３Ｐ１４、またはモノホスファイド（monophosphide）：Ｌｉ３Ｐ７、Ｎａ３Ｐ７、Ｋ３Ｐ７、Ｒｂ３Ｐ７、Ｃｓ３Ｐ７、などが含まれる。
環式のホスファン（phosphanes）は、イオン化およびその後の注入に有利なドーパントクラスターの最も有効な源であると思われ、ヘプタホスファン（Heptaphosphane）、Ｐ７Ｈ３、はイオンビーム注入のための単純なクラスター源を提供する最も潜在力があるように思われる。
Ｐ ｎ Ｈ ｘ およびＰ ｎ ＲＨ ｘ 化合物中のＰのＡｓによる代用
リン含有種および合成技術は、外殻電子の構成の類似性、および同属元素が示す化学反応性の類似性により、リン原子のヒ素による直接的な代用を可能にするために理論化される。分子予測ソフトウェアは、また、リンをヒ素で代用することに類似性を示す。Ａｓ７Ｈ３の予測された分子の構造は、個別の原子の径はリンおよびヒ素のものに限定されるという違いはあるが、ほぼＰ７Ｈ３と同一である。Ｐ７Ｈ３およびＡｓ７Ｈ３の合成経路は、類似しており、また、交換可能である。加えて、ＳｉおよびＨは共に、シリコンウェーハ上に形成される装置に有害ではないので、Ａｓ７（ＳｉＨ３）３およびＡｓ５（ＳｉＨ３）５の化合物は非常に魅力であり、また安定な化合物であると予測される。
さらに、ＡｎＲＨｘの形態の物質は、独立した残りの分子構造Ｒの部分を含む、リンまたはヒ素の選択的な除去を可能にするような方法で形成されうる。この特徴は、錯体の供給物質は低揮発性であり、安全な輸送のレベルを向上させるために採用されうる。それゆえ、純粋な成分よりも放出されにくい。残りの物質は、輸送容器に残され、通常の循環操作において「再供給（recharged）」されてもよい。さらに、Ｒ分子部分は、ドーパントを含む種の前に取り除かれ、輸送中の増加した安全マージンを提供するために廃棄されるかまたは再利用されてもよい。多数の有機金属化合物を構築するための合成経路は、当技術分野において文書化されて知られている。
関心のある他のＡｓおよびＰ導出化合物
（Ｐ／Ａｓ）６の６員環に加えて、Ｒ＝Ｍｅ、Ｒｔ、Ｐｒ、Ｐｈ、ＣＦ３、ＳｉＨ３、ＧｅＨ３とともに５員環が得られ、Ｒ＝ＣＦ３、Ｐｈとともに４員環が得られる（N.N. Greemwood, A.Earshaw, Chemistry of the Elements, Butterworth and Heinemann Ltd, 1983, pgs 637-679）。従って、本技術分野で周知のように、カルボニル基は、シリコン水素化物と直接的に交換可能である。加えて、シリコンリン化物は、Ｓｉ１２Ｐ５と同定された。この物質は、ハロ（Halos）およびＳ／Ｄ延長（S/D extension）の超浅接合形成（ultra-shallow junction formation）、およびポリゲートドーピングに極めて有効である。Ｓｉ１２Ｐ５の原子量は４９１原子質量単位である。従って、この化合物で極めて浅い注入を実現できる。加えて、ＳｉはＮ型ドレインの拡張注入を実行する前に、ルーチン的に用いられるので、Ｓｉ１２Ｐ５注入は自己アモルファス化となる。シリコンはＰ原子とほぼ同様の飛程を持つので、損傷を浅くとどめ、この注入により形成される、有害な飛程端欠陥がない。このような欠陥は、消滅するとき、これらは表面に拡散する傾向があるので、非常に効率的にアニールされる。
発明に関する側面の多くの実施形態が説明された。それにもかかわらず、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなくさまざまさ修正が可能であることを理解されたい。従って、他の実施形態は添付の特許請求の範囲の範囲内にある。

Claims (78)

  1. 熱伝導弁ブロックの形態の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、少なくとも１つの蒸気通路を画定し、前記通路は、すくなくとも第１の蒸気輸送インターフェースおよび第２の蒸気輸送インターフェースに関連付けられており、一方のインターフェースは、固体材料物質の蒸発装置からの蒸気を受け取るように配置された蒸気入口を有しかつ前記通路の入口部分に関連付けられ、他方のインターフェースは、前記通路の出口部分から蒸気受け取り装置までの蒸気の運搬のための蒸気出口を有し、前記弁ブロックは、少なくとも１つの蒸気弁を有し、前記通路および前記蒸発装置から前記蒸気受け取り装置までの運搬蒸気を加熱するように構成される、前記流れ相互接続装置。
  2. 請求項１に記載の流れ相互接続装置であって、前記蒸気弁は、イオン源への蒸気の流れを規制するための流れ制御弁である、流れ相互接続装置。
  3. 請求項１または２に記載の流れ相互接続装置であって、前記蒸気弁は、前記蒸気入口を通って入る蒸気のイオン源への蒸気流れを可能にし、且つ、イオン源への他の流れを可能にする弁システムである、流れ相互接続装置。
  4. 請求項３に記載の流れ相互接続装置であって、可能にされた他の流れは、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気流れである、流れ相互接続装置。
  5. 請求項３または４に記載の流れ相互接続装置であって、可能にされた他の流れは、反応性洗浄ガスの流れのイオン源への流れである、流れ相互接続装置。
  6. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記弁ブロック内に少なくとも２つの弁システムを含み、第１の弁システムは、前記蒸気入口を通って入る蒸気のイオン源への蒸気流れを可能にし、且つ、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気のイオン源への蒸気流れを可能にし、第２の選択弁システムは、前記弁ブロックにより画定される蒸気入口からの蒸気の流れを可能にし、または代替的に、全ての蒸気流れを閉鎖し、反応性洗浄ガスの前記イオン源への流れを許可する、流れ相互接続装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックにより画定される少なくとも２つの蒸気入口は、それぞれの蒸発装置からの蒸気を受け取るように配置され、前記２つの蒸気入口は、それぞれの入口通路部分に関連付けられ、前記入口通路部分を通る流れは、前記第１の弁システムにより可能にされ、前記入口通路部分は、下流の前記第１の弁システムと合流して共通通路部分になり、前記第２の弁システムは、選択的に、前記共通通路部分を通り前記蒸気受け取り装置への流れを可能にし、または代替的に、前記蒸気受け取り装置への反応性洗浄ガスの流れを可能にする、流れ相互接続装置。
  8. 請求項７に記載の流れ相互接続装置であって、さらなる、流れ制御弁を有する弁が、前記蒸気受け取り装置への蒸気の流れを規制するために、前記共通通路部分に関連付けられる、流れ相互接続装置。
  9. 請求項３乃至８のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁システムは、前記流れうち一度に１つだけを許可するセレクタとして機能するスプール弁を有する、流れ相互接続装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックは、前記弁ブロックの温度を、蒸発装置の温度よりも高く維持するように制御された加熱装置に関連付けられ、前記弁ブロックは、前記蒸発装置から蒸気を受け取る、流れ相互接続装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックは、蒸発装置を受け入れ且つ支持するように構成された取り付け領域を画定する、流れ相互接続装置。
  12. 請求項１１に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記弁ブロックを前記蒸発装置から断熱する断熱材を含み、それぞれの分離熱制御領域を画定して前記蒸発装置よりも高い温度に弁ブロックの温度を維持することを可能にする、流れ相互接続装置。
  13. 請求項１１または１２に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記蒸発装置を電気的に熱制御システムに接続するために、前記弁ブロックに対する蒸発装置の取り付け動作により、前記蒸発装置の対となる接続部に噛み合うように構成される、流れ相互接続装置。
  14. 請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックは、蒸発装置の支持突起を受け入れるための、支持面を備える凹部を画定し、それにより、蒸発装置の加熱および蒸気輸送の間、前記蒸発装置を支持する、流れ相互接続装置。
  15. 請求項１４に記載の流れ相互接続装置であって、前記支持突起は、側方の蒸気流れ通路を画定する側方突起であり、前記突起は周囲側面および端面を備え、前記蒸発装置の前記突起からの前記弁ブロックの熱隔離を可能にするために、周囲部および端部の断熱部分が提供される、流れ相互接続装置。
  16. 請求項１４または１５に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックの前記凹部は、前記突起の直線摺動により前記蒸発装置の前記支持突起を受け入れるように構成され、前記流れ相互接続装置は、前記蒸発装置を制御および加熱システムに電気的に接続するために、前記弁ブロックに対する蒸発装置の取り付け動作により、前記蒸発装置の対となる電気接続部にスライド式に噛み合うように構成された電気接続部を備える、流れ相互接続装置。
  17. 請求項１６に記載の流れ相互接続装置であって、前記電気接続装置は、前記蒸発装置の弁を選択的に駆動するために、制御可能な圧縮空気を前記蒸発装置に供給するための空気接続装置を含む、流れ相互接続装置。
  18. 請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記蒸気弁は、流れ制御弁であり、前記相互接続装置は、蒸発装置から検出された温度信号を受け取るため、および、前記蒸発装置に加熱電流を提供するために、電源および加熱システムに関連付けられ、前記蒸発装置が、前記蒸気受け取り装置により要求されるよりも高い圧力の固体供給材料の蒸気を生成するように十分に加熱される、流れ相互接続装置。
  19. 請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、蒸発装置と組み合わされ、前記蒸発装置は、イオン化可能な蒸気を生成することができる固体供給材料を含む、流れ相互接続装置。
  20. 請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、半導体製造に用いるイオンを生成するように構成されたイオン源の形態の蒸気受け取り装置と組み合わされる、流れ相互接続装置。
  21. 請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、イオン注入装置と組み合わされ、前記蒸気受け取り装置は、イオン注入のためのイオンビームを生成するために蒸気をイオン化できる高電圧イオン源を有する、流れ相互接続装置。
  22. 請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記固体供給物質は、クラスターイオンの生成のための蒸気を生成することができるクラスター化合物を含む、流れ相互接続装置。
  23. 請求項２２に記載の流れ相互接続装置であって、前記クラスター化合物は、クラスターボロン化合物である、流れ相互接続装置。
  24. 請求項２３に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、ボランまたはカルボランを含む、流れ相互接続装置。
  25. 請求項２４に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、Ｂ１０Ｈ１４、Ｂ１８Ｈ２２、Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２、またはＣ４Ｂ１８Ｈ２２を含む、流れ相互接続装置。
  26. 請求項２２に記載の流れ相互接続装置であって、前記クラスター化合物は、クラスター炭素化合物を含む、流れ相互接続装置。
  27. 請求項２６に記載の流れ相互接続装置であって、前記クラスター化合物は、Ｃ１４Ｈ１４、Ｃ１６Ｈ１０、Ｃ１６Ｈ１２、Ｃ１６Ｈ２０、Ｃ１８Ｈ１４、またはＣ１８Ｈ３８を含む、流れ相互接続装置。
  28. 請求項２２に記載の流れ相互接続装置であって、前記クラスター化合物は、Ｎ型ドーピングのための化合物を含む、流れ相互接続装置。
  29. 請求項２８に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、ヒ素、リン、またはアンチモンのクラスター化合物を含む、流れ相互接続装置。
  30. 請求項２９に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、ＡｎＨｘ ＋またはＡｎＲＨｘ ＋の形態のイオンを形成することができるヒ素またはリン化合物を含み、ｎおよびｘは整数であり、ｎは４より大きく、ｘは０以上であり、ＡはＡｓまたはＰのいずれかであり、Ｒはリンおよびヒ素を含まない注入プロセスに有害でない分子である、流れ相互接続装置。
  31. 請求項２９に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、ホスファン、オルガノホスファンおよびホスファイドの群から選択されるリン化合物を含む、流れ相互接続装置。
  32. 請求項２９に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物はＰ７Ｈ７である、流れ相互接続装置。
  33. 請求項２９に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、トリメチルスチビンを含むアンチモン化合物を有する、流れ相互接続装置。
  34. 請求項３３に記載の流れ相互接続装置であって、前記化合物は、Ｓｂ（ＣＨ３）Ｃ３を含む、流れ相互接続装置。
  35. 請求項２２乃至３４のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置および蒸発装置であって、前記流れ相互接続装置および蒸発装置は、イオンビーム注入装置と組み合わされ、前記蒸気受け取り装置は、イオン注入のための固体材料物質から生成された蒸気をイオン化することができる高電圧イオン源を有する、流れ相互接続装置および蒸発装置。
  36. 請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置と、高電圧イオン源の形態の蒸気受け取り装置との組み合わせであって、前記流れ相互接続装置は絶縁体上の支持のために取り付けられる、組み合わせ。
  37. 請求項３６に記載の組合せであって、前記絶縁体は、蒸気が輸送されるイオン源を支持する絶縁ブッシングである、組み合わせ。
  38. 請求項３６または３７に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、イオンビーム注入装置と組み合わされ、前記蒸気受け取り装置は、イオン注入のためのイオンビームを生成するための蒸気をイオン化することができる高電圧イオン源を有する、流れ相互接続装置。
  39. 請求項１乃至３８のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記蒸発装置を前記弁ブロックから取り外す前に前記弁ブロックの前記蒸気入口通路から蒸気を取り除くための、ガスパージシステムを含む、流れ相互接続装置
  40. 請求項１乃至３９のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックは、プロセスガスのための運搬通路を画定する、流れ相互接続装置。
  41. 請求項４０に記載に流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記プロセスガスが選択的に通路を通るように導かれ、反応性洗浄ガスが、他の時間に該通路を通るように導かれるように構成される、流れ相互接続装置。
  42. 請求項１乃至４１のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックは、前記蒸気受け取り装置への少なくとも２つの経路を画定する運搬延長部を含み、前記少なくとも２つの経路のうちの少なくとも１つは、固体供給材料からの蒸気を運搬するように構成され、他方は、プロセスガスまたは反応性洗浄ガスを運搬するように構成される、流れ相互接続装置。
  43. 請求項２乃至４３のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ制御弁は、スロットル−フライ型の弁である、流れ相互接続装置。
  44. 請求項４乃至４３のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁システムは、一度に１つの蒸気流れのみを許可する、流れ相互接続装置。
  45. 請求項４４に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁システムは、スプール弁である、流れ相互接続装置。
  46. 請求項４乃至４３のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、同一の供給材料を含む複数の蒸発装置とともに使用され、前記流れ相互接続装置は、少なくとも２つの蒸発装置からの流れを同時に許可する弁システムを含む、流れ相互接続装置。
  47. 請求項４６に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁システムは、第２の動作モードのために構成され、前記第２の動作モードにおいて、前記弁システムは、一度に１つの蒸気流れのみを許可する、流れ相互接続装置。
  48. イオンビーム注入装置のためのイオン源として使用するために構成されるイオン源のための流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、少なくとも１つの蒸気通路を画定する、熱伝導性の弁ブロックの形態であり、前記通路は、少なくとも第１の蒸気輸送インターフェースおよび第２の蒸気輸送インターフェースに関連付けられ、一方のインターフェースは、蒸発装置からの蒸気を受け取り且つ前記通路の入口部分と連通するように配置された蒸気入口を有し、他方のインターフェースは、前記通路の出口部分から前記イオン源への蒸気の運搬のための蒸気出口を有し、前記弁ブロックは、前記通路および前記蒸発装置から前記イオン源までの運搬蒸気を加熱するように構成され、前記イオン源への蒸気の流れを規制するために、流れ制御弁が前記通路に関連付けられ、前記入口を通る蒸気の前記イオン源への蒸気流れを可能にし、他が前記イオン源への流れを可能にする、流れ相互接続装置。
  49. 請求項４８に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記イオン源により要求されるよりも大きな圧力で、および前記流れ制御弁により制御可能な範囲で、固体供給材料の蒸気を生成するのに十分に前記蒸発装置が加熱されるようにするための電源および制御システムに関連付けられる、流れ相互接続装置。
  50. 請求項４８または４９に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ制御弁は、バタフライ型弁である、流れ相互接続装置。
  51. 請求項４８乃至５１のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、可能にされる他の流れは、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気の流れである、流れ相互接続装置。
  52. 請求項４８乃至５１のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、可能にされる他の流れは、反応性洗浄ガスの前記イオン源への流れである、流れ相互接続装置。
  53. 請求項４８乃至５３のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記流れ相互接続装置は、前記弁ブロック内に少なくとも２つの、流れを可能にする弁システムを含み、第１の弁システムは、前記蒸気入口を通って入る前記イオン源への蒸気の流れを可能にし、および、前記弁ブロックにより画定される他の蒸気入口からの蒸気の、前記イオン源への他の流れを可能にし、セレクタ弁システムは、前記弁ブロックにより画定される蒸気入口からの蒸気の流れを可能にし、または代替的に、すべての流れを遮断して反応性洗浄ガスの前記イオン源への流れを可能にする、流れ相互接続装置。
  54. 請求項５３に記載の流れ相互接続装置であって、それぞれの蒸発装置から蒸気を受け取るように配置された少なくとも２つの蒸気入口に関連付けられる蒸気入口通路は、前記第１の弁システムにより制御され、前記第１の弁システムに続いて前記入口通路部分は共通通路に合流し、前記第２の弁システムは、選択的に、前記共通通路部分を通る前記イオン源への流れ、または代替的に前記イオン源への反応性洗浄ガスの流れを制御し、前記流れ制御弁は、前記イオン源への蒸気の流れを規制するために前記共通通路に関連付けられている、流れ相互接続装置。
  55. 請求項５４に記載の流れ相互接続装置であって、弁はスプール弁を有する、流れ相互接続装置。
  56. 請求項４８乃至５５のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置であって、前記弁ブロックは、前記弁ブロックの温度を蒸発装置の温度よりも高く維持するように制御される加熱装置に関連付けられ、前記弁ブロックは、前記蒸発装置から蒸気を受け取る、流れ相互接続装置。
  57. 蒸気を生成する方法であって、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の装置または組み合わせを採用する、方法。
  58. クラスター分子を含む固体供給材料からの蒸気の生成、運搬および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  59. 請求項８８に記載の方法であって、前記固体材料から生成された蒸気をイオン化できるイオン源を採用する、方法。
  60. Ｃ１４Ｈ１４、Ｃ１６Ｈ１０、Ｃ１６Ｈ１２、Ｃ１６Ｈ２０、Ｃ１８Ｈ１４、またはＣ１８Ｈ３８を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  61. Ｎ型ドーピングのための化合物を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  62. ヒ素、リン、またはアンチモンクラスター化合物を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  63. ＡｎＨｘ ＋またはＡｎＲＨｘ ＋の形態のイオンを形成することができるヒ素またはリン化合物を有する固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法であって、ｎおよびｘは整数であり、ｎは４より大きく、ｘは０以上であり、ＡはＡｓまたはＰのいずれかであり、Ｒはリンおよびヒ素を含まず且つイオン注入工程に有害でない分子である、方法。
  64. ホスファン、オルガノホスファンおよびホスファイドからなる群から選択されるリン化合物を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  65. Ｐ７Ｈ７を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  66. トリメチルスチビンを含むアンチモン化合物を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  67. Ｓｂ（ＣＨ３）Ｃ３を含む固体材料からの蒸気の生成、運搬、および利用において、請求項１乃至５６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置またはシステムを採用する方法。
  68. 半導体装置または半導体材料を処理する方法であって、前記方法は、クラスターイオンを生成するために、請求項１乃至８６のいずれか一項に記載の流れ相互接続装置を使用し、前記イオンを処理に使用する、方法。
  69. 請求項６８に記載の方法であって、前記処理の方法はイオン注入を含む、方法。
  70. 請求項６９に記載の方法であって、前記処理の方法はイオンビーム注入を含む、方法。
  71. 流れ経路に沿って蒸発運搬システムの取り付け台における一群の蒸発装置から蒸気を生成するシステムであって、前記蒸気を生成するシステムは、蒸発装置のサブグループを有し、前記サブグループの１つは、同一の固体供給材料を含む少なくとも２つの蒸発装置を含み、
    他のグループは、異なる固体供給物質を含む少なくとも１つの蒸発装置を含み、前記グループの少なくとも１つの蒸発装置は、クラスター分子を有する材料を含み、前記蒸気を生成するシステムは、同一の固体供給材料を含む蒸発装置の前記サブグループが、前記経路に沿って同時に蒸気を供給し、且つ、前記他のサブグループからの蒸気の前記経路を通る同時の流れを防止することを可能にする制御システムを備える、システム。
  72. 請求項７１に記載のシステムであって、前記システムは電子機械制御システムである、システム。
  73. 請求項７１に記載のシステムであって、前記システムは、前記経路に沿って直列に２つの可変伝導性流れ装置を含む蒸気流れ制御装置を有し、下流の前記装置はスロットル弁を有し、上流の前記装置は前記スロットル弁に到達する蒸気の圧力の調整を可能にする、システム。
  74. 流れ経路に沿って蒸気運搬システムの取り付け台における一群の蒸発装置から蒸気を生成するシステムであって、前記蒸気を生成するシステムは、同一のクラスター分子の固体供給材料を含む少なくとも２つの蒸発装置を有し、制御システムは、前記２つの蒸発装置が同時に作動することを可能にするように構成される、システム。
  75. 請求項７４に記載のシステムであって、前記システムは、前記経路に沿って直列に２つの可変伝導性流れ装置を含む蒸気流れ制御装置を有し、下流の前記装置はスロットル弁を有し、上流の前記装置は前記スロットル弁に到達する蒸気の圧力の調整を可能にする、システム。
  76. 注入のためのイオンを生成する方法であって、前記方法は、請求項７１乃至７５のいずれか一項に記載のシステムから受け取る蒸気をイオン化する工程を含む、方法。
  77. 請求項７６に記載の方法であって、生成されるイオンは、イオン注入のためにビーム状に形成される、方法。
  78. 流れ経路に沿って、クラスターイオンを有する材料を含む蒸発装置から蒸気を生成するシステムであって、前記システムは、前記流れ経路に沿って直列に２つの伝導性流れ装置を含む蒸気流れ制御装置を有し、下流の前記装置はスロットル弁を含み、上流の前記制御装置は前記スロットル弁に到達する蒸気の圧力の調整を可能にする、システム。
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