KR101755970B1 - 이온 공급원 챔버를 포함하는 이온 주입 시스템의 성능 향상 및 수명 연장 방법 - Google Patents

이온 공급원 챔버를 포함하는 이온 주입 시스템의 성능 향상 및 수명 연장 방법 Download PDF

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Abstract

아크 챔버 내의 온도를 적절하게 제어하여 목적하는 필라멘트 성장 또는 대안적 필라멘트 에칭을 수행함에 의해, 아크 챔버의 이온 공급원 내에서 필라멘트의 성장/에칭을 가능케 하는 반응성 세정 시약을 사용하여 이온 주입 시스템 또는 그의 컴포넌트를 세정하는 것이 기재되어 있다. 또한, 주위 온도, 승온 또는 플라즈마 조건 하에 이온 주입기 또는 주입기의 컴포넌트 영역들을 장비내 또는 장비외 세정 설비에서 세정하기 위한, XeFx, WFx, AsFx, PFx 및 TaFx(여기서, x는 화학양론적으로 적절한 값 또는 적절한 범위의 값을 가짐)와 같은 반응성 기체의 용도가 기재되어 있다. 특정 반응성 세정제들 중, BrF3가 장비내 또는 장비외 세정 설비에서 이온 주입 시스템 또는 그의 컴포넌트의 세정에 유용한 것으로 기재되어 있다. 또한, 이온화-관련 침착물의 적어도 일부를 이온 주입 시스템의 포어라인으로부터 제거하기 위해 이온 주입 시스템의 포어라인을 세정하는 방법이 기재되어 있으며, 이는 상기 포어라인을, 상기 침착물과 화학적으로 반응성인 세정 기체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 또한, 캐쏘드를 기체 혼합물과 접촉시키는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 성능 개선 및 수명 연장 방법이 기재되어 있다.

Description

이온 공급원 챔버를 포함하는 이온 주입 시스템의 성능 향상 및 수명 연장 방법{METHOD OF IMPROVING PERFORMANCE AND EXTENDING LIFETIME OF ION IMPLANT SYSTEM INCLUDING ION SOURCE CHAMBER}
본 발명은 반도체 가공 시스템의 컴포넌트, 특히 이온 주입 시스템의 물질 침착의 모니터링, 제어 및 세정에 관한 것이다.
이온 주입은, 조절된 양의 도판트 불순물을 반도체 웨이퍼로 정확하게 도입하는 집적회로 제작(intergrated circuit fabrication)에 사용되며, 미세전자제품/반도체 제조에 중요한 공정이다. 이러한 주입 시스템에서, 이온 공급원은 원하는 도판트 원소 기체를 이온화하고, 상기 이온을 원하는 에너지의 이온빔 형태로 공급원으로부터 추출한다. 추출은, 추출된 빔의 통과를 위한 천공(aperture)을 포함하는, 적절하게 형상화된 추출 전극을, 가로질러 고전압을 인가함으로써 달성된다. 상기 이온빔은 그후, 도판트 성분을 작업편(workpiece)에 주입하기 위하여, 반도체 웨이퍼와 같은 제품을 직접 향하게 된다. 상기 이온빔은 원하는 전도성 영역을 형성하도록 작업편의 표면을 침투한다.
이온 공급원의 여러가지 유형은, 전기 아크에 의해 전원공급되고 열전극을 사용하는 프리만(Freeman) 및 베르나스(Bernas) 유형, 전자관(magnetron)을 이용하는 마이크로파 유형, 간접 가열된 캐쏘드 공급원, 및 RF 플라즈마 공급원을 포함하는 상업적인 이온 주입 시스템에서 일반적으로 사용되며, 이들 모두는 일반적으로 진공에서 작동한다. 상기 이온 공급원은 도판트 기체(일반적으로 "공급원료 기체(feedstock gas)"라고 지칭됨)로 충전된 진공 챔버로 전자를 도입함으로써 이온을 생성한다. 전자와, 도판트 원자 및 기상 분자의 충돌은 결과적으로 양(positive) 및 음(negative)의 도판트 이온으로 구성된 이온화된 플라즈마를 생성시킨다. 양 또는 음의 성향을 갖는 추출 전극은, 각각 양 또는 음의 이온이 천공을 통과하여 작업편을 향해 가속된 조준된 이온빔으로서, 이온 공급원로부터 나오게 할 것이다. 공급원료 기체는 BF3, B1OH14, B18H22, PH3, AsH3, PF5, AsF5, H2Se, N2, Ar, GeF4, SiF4, O2, H2, 및 GeH4을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
현재, 당 기술수준의 소자 제조에 있어서, 10 내지 15회 이상의 주입단계가 있다. 더욱 우수한 공정 제어, 저 에너지에서 높은 빔 전류의 전달 및 평균 무오류 동작시간(mean time between failures, MTBF)의 감소와 관련하여, 웨이퍼 크기가 증가할 수록, 임계 치수(critical dimension)가 감소할수록, 회로 복잡성이 증가할수록, 이온 주입 장비에 대한 더 많은 요구가 요구된다.
우수한 관리를 필요로 하는 이온 주입기 장비 부품은, 작동 조건에 따라 약 100~300 시간 작동 후에 정비되어야 하는 이온 공급원; 일반적으로 작동 몇 백 시간 후에 세정을 필요로 하는 추출 전극 및 고전압 절연체; 이온 공급원 터보 펌프 및 관련 포어라인(foreline)을 비롯한, 이온 주입 진공 시스템의 진공 펌프 및 포어라인을 포함한다. 추가적으로, 이온 공급원의 필라멘트는 작동 후에 교체를 필요로 할 수 있다.
이상적인 경우에, 모든 공급원료 분자는 이온화되어 추출될 것이지만, 실제로는, 특정량의 공급원료 분해가 발생하며, 그 결과 이온 공급원 영역에서의 침착 및 오염을 초래한다. 예를 들어 인 잔류물(예를 들어, 포스핀(phosphine)과 같은 공급원료 기체의 사용으로 유래됨)은 이온 공급원 영역의 표면상에 쉽게 침착된다. 상기 잔류물은 전기 단락(electrical short circuits)을 초래하는, 이온 공급원의 저전압 절연체를 형성할 수 있고, 열이온성 전자(thermionic electrons)를 생산하는데 필요한 아크를 방해할 수 있다. 이러한 현상은 일반적으로 "공급원 글리칭(source glitching)"으로 알려져 있고, 이온빔 불안정성의 주요 요인이며, 결국, 상기 공급원의 조기 결핍(premature failure)를 초래할 수도 있다. 상기 잔류물은 또한 공급원 절연체 또는 추출 전극의 표면과 같은 이온 주입기의 고전압 컴포넌트 상에 형성되어 에너지 고 전압 스파크(sparking)를 초래한다. 상기 스파크는 빔 불안정성의 또 다른 요인이고, 상기 스파크에 의해 방출된 에너지는 민감한 전자 컴포넌트를 손상시켜, 장비 결함 증가 및 불량한 MTBF를 유발한다.
또다른 일반적인 문제는 고체 도핑재로서 Sb2O3를 사용하는 안티몬(Sb+) 주입시 발생할 수 있는데, 이는 심지어 단지 수 시간의 Sb+ 주입 후에 붕소(B)를 흘림으로써 악화될 수 있다. 붕소 빔 전류는 이온 공급원의 성능 및 수명에 유의적으로 악영향을 미쳐서, 유의적으로 제대로 발휘되지 못한다. 성능 측면에서의 이러한 열화의 원인은 공급원 챔버 및 이들의 컴포넌트 상에 침적된 과도한 Sb 때문이다. 보다 잦은 예방용 관리 또는 보다 낮은 빔 전류로 인해 처리량이 감소하기 때문에, 이온 공급원 결핍은 주입기 생산능을 상당히 감소시킨다. Sb 주입은 아날로그 쌍극자 장치에서 폭넓게 사용되고, 또한 MOS(metal oxide semiconductor) 장치를 위한 샬로우 정션(shallow junction)용 n-타입 도핑재로서 사용되기 때문에, 당업계에서는 Sb+가 도판트로 사용되는 경우, 특히 Sb 주입 후 B로 스위칭 되는 경우에, 소스 챔버 및 이들의 컴포넌트 상에 침착된 Sb를 제거할 수 있는 방법을 개발할 필요가 있다.
추가로, B, Ge, Si, P 및 As와 같은 도판트 원자는 이온 공급원 터보 펌프나, 이와 관련된 진공 포어라인에서의 하류에서 침착될 수 있다. 시간 경과에 따라, 이러한 침착물은 축적되고, 역사적으로는 수동으로 수행해온 세정이 요구된다. 그러나, 일부 침착물(예를 들어, 고체 인)은 자연발화성이어서 수동 관리 작업시 발화할 수 있다. 화재 위험 뿐만 아니라 유해한 화합물로부터 벗어날 수 있다. 따라서, 당업계에서는 기상 세정제로 장비내(in situ ) 침착물을 바람직하게 세정할 수 있는 개선된 방법을 개발하고자 한다.
이온 공급원 결핍의 또다른 원인에서, 다양한 물질(예를 들어, 텅스텐, W)이 긴 이온 주입 공정 중에 캐쏘드 상에 축적될 수 있다. 이들이 임계 수준에 도달하면, 캐쏘드 전력은 더 이상 빔 전류의 설정점을 만족시키기에 충분한 온도를 유지할 수 없다. 이는 이온 빔 전류의 손실을 유발하여, 이온 공급원의 교체를 요구하게 된다. 그로 인한, 이온 공급원의 성능 열화 및 짧은 수명은 이온 주입 시스템의 생산성을 감소시킨다.
이온 공급원 결핍의 또다른 경우는 캐쏘드 물질의 부식(또는 스퍼터링)이다. 예를 들어, 캐쏘드로부터의 금속성 물질(예를 들어, W, Mo 등)이 아크 챔버내 플라즈마에서 이온에 의해 스퍼터링된다. 상기 스퍼터링은 플라즈마내 가장 큰 이온에 의해 지배되기 때문에, 이온 질량이 클수록 스퍼터링 영향은 악화된다. 사실상, 물질의 연속 스퍼터링은 캐쏘드를 얇게 만들고, 결국 캐쏘드내에 관통구를 형성한다(캐쏘드 펀치 쓰루(cathode punch-through)). 그 결과, 이온 공급원의 성능 및 수명이 크게 감소한다. 따라서, 이 기술분야에서는 이온 공급원 수명을 연장시키기 위해서 캐쏘드 상의 물질의 부식 및 축적 간의 균형을 유지할 수 있는 방법을 계속해서 찾고 있다.
추가로, 잔류물은, 시스템 내부 조건에 따라, 이온 주입 시스템의 컴포넌트와 공급원 물질 간의 반응으로부터 유래될 수 있다. 이러한 반응은 상기 시스템의 부가적인 컴포넌트 상의 잔류물의 침착을 유발할 수 있다.
침착물은 필라멘트 및 반사 전극과 같은 이온 공급원 구성요소에서 일반적이다. 이러한 내부 침착물은 일반적으로 아크 챔버 물질로 구성되고, 텅스텐 또는 몰리브덴으로 구성된 아크 챔버와 함께 불소 공급원 공급원료는 플라즈마 파워로 수행되는 경우 가장 일반적으로 관찰된다. 비-할라이드-함유 공급원 물질을 사용하는 이온 주입 시스템을 위한 이온 공급원 수명 예상치는 일반적으로 약 100 내지 300시간이고, 일부 할라이드-함유 물질, 예를 들어 GeF4의 경우, 이온 공급원 수명은 공급원 작동 중 내부 침착물의 악영향으로 인해 10 내지 50시간 정도로 낮을 수 있다.
상기 이온 주입기의 잔류물에 의해 유발되는 작동상의 어려움 뿐만 아니라, 컴포넌트가 세정을 위해 제거될 때, 독성 또는 부식성 증기의 방출로 인하여 중요한 개개인의 상당한 안정성 문제 또한 존재한다. 상기 안정성 문제는 잔류물이 어디에 존재하든 제기되지만, 상기 이온 공급원이 이온 주입기 중 가장 빈번하게 관리되는 컴포넌트이므로, 특히 상기 이온 공급원 영역과 관련 있다. 다운 시간(down-time)을 최소화하기 위하여, 오염된 이온 공급원은 때때로 실온보다 현저히 높은 온도에서 상기 주입기로부터 제거되어, 증기의 분출을 증가시키고, 상기 안정성 문제를 악화시킨다.
상기 어려움을 다루는 종래 방법은 침착물의 형성 및 상기 추출 전극 및 이온 공급원상에 생성된 침착물의 세정을 방지하려는 시도를 포함한다 (즉, 미국특허 공개공보 제2006/0272776호, 미국특허 공개공보 제2006/0272775호 및 국제특허 공개공보 WO 2005/059942 A2에서 논의된 바와 같이, 추출 전극 상에서). 그러나 이온 주입 시스템의 모든 요소의 추가적인 세정공정에 대한 요구는 남아있다.
따라서, 이온 주입 기술은 장비외(ex situ ) 세정 공정에 별도의 세정 스테이션(station)을 제공하는 것이 바람직하고, 그에 따라, 상기 주입기로부터 제거된 오염된 컴포넌트는, 그래파이트 전극과 같은 민감한 컴포넌트를 손상시킬수도 있는 어떠한 기계적 마모 없이 안전하게 세정될 수 있다. 따라서, 최소한의 다운 시간으로, 상기 주입 시스템으로부터의 제거 이후에 선택적이고 비파괴적인 세정 컴포넌트에 사용될 수 있는 오프-라인(off-line) 세정 스테이션을 제공하는 것은 당 이온 주입 기술에 있어 현저한 발전일 것이다.
또한, 주입 동안에 상기 주입기 전반에, 특히 이온 공급원 영역에 침착된 원하지 않는 잔류물의 효과적이고 선택적인 제거를 위해 장비내 세정 공정을 제공하는 것 역시 이온 주입 기술에 있어서 현저한 진보일 것이다. 이러한 장비내 세정은 개개인의 안정성을 향상시키고, 상기 주입 장치의 안전하고 방해받지 않은 작동에 기여할 것이다.
장비내 세정 공정은 상기 공정 챔버의 분해 없이 수행된다. 장비내 공정에서, 기상 시약은 공정 챔버를 통해 유동하여, 연속적 펄스 형식으로 또는 하이브리드 연속적 펄스 형식으로 축적된 필름을 제거할 수 있다. 이러한 세정 동안 플라즈마가 발생하거나 발생하지 않을 수도 있다.
삼불화 염소(chlorine trifluoride, ClF3) 및 다른 불소 공급원 물질(예를 들어, CF4 NF3, C2F61 C3F8, SF6 및 ClF3)을 이용한 건식 세정 공정 또는 무플라즈마(plasmaless)가, 예를 들어 고체 잔류물들과 반응하여, 진공 또는 기타 제거 조건에서 공정 챔버로부터 제거가능한 휘발성 반응 생성물을 형성함으로써, 반도체 공정 챔버로부터 고체 잔류물을 제거할 수 있으며, 이러한 예에서, 이러한 세정제는 승온된 세정 조건을 요구할 수 있다(문헌[Y. Saito et al., "Plasmaless Cleaning Process of Silicon Surface Using Chlorine Trifluoride", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 56(8), pp. 1119-1121 (1990)]; 및 문헌[D.E. Ibbotson et al., "Plasmaless Dry Etching of Silicon with Fluorine-Containing Compounds", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 56(10), pp. 2939-2942 (1984] 참조).
미국특허 제4,498,953호는 상기 챔버 내에 사전결정된 압력이 유지되는 동안 BrF5, BrF3, ClF3, 또는 IF5과 같은 할로겐간 화합물이 상기 공정 챔버를 통하여 연속적으로 유동하는 장비내 세정 방법을 개시한다. 처리의 종료점에서, 상기 할로겐간 화합물 기체의 유동도 종료된다. 이러한 공정은 Cl, Br, 또는 I-함유 부산물뿐 아니라 불소-함유 부산물을 제조하여, 처리 또는 기타 배치를 요구하는 상당량의 해로운 폐기물을 발생시킬 수 있다. 추가로, 이러한 연속 유동 세정은, 세정 효율이 실질적으로 감소되는 매우 낮은 압력 조건하에서 수행된다.
일부 이온 공급원 적용례에서, 보다 긴 이온 공급원의 수명을 획득하기 위해서, BF3, PH3 및/또는 AsH3의 전략적인 시퀀싱(sequencing)을 수행해 왔다.
추가로, GeF4, SiF4 및/또는 BF3가 세정 기체로서 사용되고 있지만, 공급원 챔버 내에 형성된 플라즈마와 함께 사용된다.
반도체 공정 장비의 세정을 위한 불소 라디칼 또는 불소-함유 할로겐간 화합물의 사용은, 이들의 상업적인 실행가능성을 제약하는, 관련 결합을 갖는다. ClF3을 포함하는 불소 라디칼 또는 불소-함유 할로겐간 화합물 공급은 부식성이 높다. 할로겐간 화합물은 인간의 호흡기를 극도로 자극한다. 예를 들어 ClF3 증기에 대한 인간 내성의 역가(threshold level)는 100 ppb 정도로 낮고, 대략 1시간 당 LC 50은 300 ppm이다.
당 기술분야에서는 계속해서 신규한 세정제 및 장비외 및 장비내 시스템 및 공정 및 관련 모니터링 및 제어 장치 및 방법을 찾고자 하고 있다.
본 발명은 일반적으로, 이온 주입 시스템 또는 이의 컴포넌트(component)의 모니터링, 제어 및 세정을 위한 장치 및 방법뿐만 아니라, 상기 세정에 사용하기 유용한 조성물에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 본 발명은, (a) 이온 공급원의 아크 챔버 내에서, 상기 아크 챔버 내에 플라즈마를 생성시키기에 충분한 초기 전류를 사용하여 필라멘트를 에너자이징(energizing)시키는 단계; (b) 계속되는 플라즈마 생성 중 사전결정된 시간 대에, 상기 아크 챔버 내에서 플라즈마를 유지하기 위한, 필라멘트로의 인가 전류를 측정하는 단계; (c) 상기 사전결정된 시간 대에 측정된 상기 인가 전류를 상기 초기 전류와 비교하는 단계; 및 (d) 상기 비교로부터, 상기 필라멘트 상에 물질이 침착되었는지 또는 상기 필라멘트의 에칭이 일어났는지 여부를 결정하는 단계(여기서, 상기 초기 전류에 비해 상기 사전결정된 시간 대에서의 더 큰 전류는 상기 필라멘트 상의 물질의 침착을 나타내고, 상기 초기 전류에 비해 상기 사전결정된 시간 대에서의 더 작은 전류는 필라멘트의 에칭을 나타낸다)를 포함하는, 이온 주입 시스템의 조작 동안 상기 시스템의 필라멘트의 조건을 모니터링하는 방법을 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은, (a) 이온 공급원의 아크 챔버 내에서, 상기 아크 챔버 내에 플라즈마를 생성시키기에 충분한 초기 전류를 사용하여 필라멘트를 에너자이징시키는 단계; (b) 계속되는 플라즈마 생성 중 사전결정된 시간 대에, 상기 아크 챔버 내에서 플라즈마를 유지하기 위한, 필라멘트로의 인가 전류를 측정하는 단계; (c) 상기 사전결정된 시간 대에 측정된 상기 인가 전류를 상기 초기 전류와 비교하는 단계; (d) 상기 비교로부터, 상기 필라멘트 상에 물질이 침착되었는지 또는 상기 필라멘트의 에칭이 일어났는지 여부를 결정하는 단계(여기서, 상기 초기 전류에 비해 상기 사전결정된 시간 대에서의 더 큰 전류는 상기 필라멘트 상의 물질의 침착을 나타내고, 상기 초기 전류에 비해 상기 사전결정된 시간 대에서의 더 작은 전류는 필라멘트의 에칭을 나타낸다); 및 (e) 상기 결정에 응답하여, 상기 초기 전류의 사전결정된 범위 내에서 상기 초기 전류 또는 상기 전류를 재설정하는 정도로, 상기 필라멘트로부터 침착된 물질을 제거하거나 상기 필라멘트 상에 추가적인 물질을 침착시키는 단계를 포함하는, 이온 주입 시스템의 조작 동안 상기 시스템의 필라멘트의 조건을 제어하는 방법을 제공한다.
또다른 양태에서, 본 발명은, (a) 필라멘트 상에 텅스텐 침착을 수행하는 조건; 및 (b) 필라멘트로부터, 침착된 물질의 에칭을 수행하는 조건으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조건 하에, 필라멘트를 텅스텐 시약과 접촉시키는 단계를 포함하는, 이온 공급원의 아크 챔버 내에서 상기 이온 공급원의 조작 효율을 유지하기 위해 필라멘트를 포함하는 이온 주입 시스템을 조작하는 방법을 제공한다.
또다른 양태에서, 본 발명은, (a) 필라멘트 상에 텅스텐 침착을 수행하는 조건; 및 (b) 필라멘트로부터, 침착된 물질의 에칭을 수행하는 조건으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조건 하에, 상기 시스템을 통해 세정 기체를 유동시키는 단계를 포함하는, 이온 주입 시스템의 하나 이상의 컴포넌트로부터의 이온화-관련 침착물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 상기 이온 주입 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 세정하는 방법에 관한 것이다.
또다른 양태에서, 본 발명은, 이온 공급원의 필라멘트를, 아크 챔버 내에서 온도에 따라 상기 필라멘트 상에 물질을 침착시키거나 상기 필라멘트로부터 물질을 에칭하는데 효과적인 시약과 접촉시키는 단계; 및 사전결정된 전기 저항을 유지하기 위해, 상기 필라멘트에서 물질의 침착 또는 에칭을 수행하도록 상기 아크 챔버 내의 온도를 조절하는 단계를 포함하는, 아크 챔버 내에서 이온 공급원의 필라멘트의 사전결정된 전기 저항을 유지하는 방법에 관한 것이다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은, 이온화-관련 침착물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해, 이온 주입 시스템 또는 이의 하나 이상의 컴포넌트를, BrF3가 상기 침착물과 화학적으로 반응성인 조건 하에서 BrF3와 접촉시키는 단계를 포함하는, 이온화-관련 침착물을 제거하기 위해 이온 주입 시스템 또는 이의 하나 이상의 컴포넌트를 세정하는 방법에 관한 것이다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은, 세정 기체가 이온화-관련 침착물과 화학적으로 반응성인 조건 하에서 상기 이온 주입 시스템의 포어라인을 상기 세정 기체와 접촉시키는 단계를 포함하는, 이온화-관련 침착물을 제거하기 위해 이온 주입 시스템의 포어라인(foreline)을 세정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 이온 주입 시스템의 성능을 개선시키고 수명을 연장시킬 수 있다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은, 하나 이상의 세정 기체 및 하나 이상의 침착 기체로 구성된 기체 혼합물을 캐쏘드와 접촉시키되, 상기 기체 혼합물이, 상기 캐쏘드 상에 물질을 침착시키는 것과 상기 캐쏘드로부터 상기 물질 또는 다른 물질을 부식(erosion)시키는 것의 균형을 맞추는, 이온 주입 시스템의 성능 개선 및 수명 연장 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시양태는 하기 명세서 및 첨부된 특허청구범위로부터 보다 충분히 명백해질 것이다.
도 1은 장비내 세정 공정 도입 전후의 공급원 수명 데이터의 그래프로서, 상기 공정으로 인한 수명의 증가를 도시한 것이다.
도 2는, 실시예 1에 상술된 바와 같이, 억제기 누출 전류에 대한 XeF2의 영향을 도시한 그래프이다.
도 3a 및 3b는, 실시예 1에 상술된 바와 같이, 장비내 세정 효과의 증거를 나타낸 사진이다.
도 4a 및 4b는, 실시예 5에 상술된 바와 같이, 장비내 세정 효과를 도시한 것이다.
도 5a 및 5b는 XeFe2 흐름을 이용하여 필라멘트 중량(도 5a) 및 필라멘트 전류(도 5b)의 증가를 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다.
도 6은, XeFe2 흐름을 갖는 시스템 내의 텅스텐 수송과 관련하여, 필라멘트 중량 변화를 필라멘트 전류의 함수로서 도시한 그래프이다.
본 발명은 반도체 공정 시스템 및/또는 이의 컴포넌트를 모니터링, 제어 및 세정하기 위한 장치 및 방법, 및 상기 세정용 조성물에 관한 것이다.
한 양태에서, 본 발명은 반도체 공정 시스템 또는 반도체 공정 시스템의 컴포넌트로부터 침착물의 제거에 관한 것으로서, 상기 시스템 또는 시스템 컴포넌트는 기상 반응성 물질을 포함하는 세정 조성물과 접촉된다.
본원에 사용된 "기상 반응성 물질"은 기체 또는 증기 형태의 할라이드 화합물 및/또는 착물, 상기 화합물 및/또는 착물의 이온 및 플라즈마 형태, 및 상기 화합물, 착물 및 이온과 플라즈마 형태로부터 유래된 성분 및 이온을 포함하는 물질로서 광범위하게 해석되는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 실시에 광범위하게 사용되는 기상 반응성 물질은, 비-제한적으로, "기상 반응성 조성물", "세정제", "세정 기체", "에칭 기체", "기체성 할라이드", "기체성 세정제", "반응성 할라이드", "세정 화합물", "세정 조성물", "세정 증기", "에칭 증기" 또는 이들 용어의 임의의 조합으로 다양하게 지칭될 수 있다.
이온 주입기와 관련하여 본원에 사용된 "이온 공급원 영역"은 진공 챔버, 공급원 아크 챔버, 공급원 절연체, 추출 전극, 억제 전극, 고전압 절연체, 공급원 부싱(bushing), 필라멘트 및 리펠러(repeller) 전극을 포함한다.
본 발명은 반도체 공정 시스템 및 이의 컴포넌트뿐만 아니라 정상적인 공정 작업 중에 침착물이 상부에 형성되기 쉬운 다른 기판 및 장치도 고려한다.
본 발명은 아크 챔버의 온도를 적절히 제어하여 아크 챔버의 이온 공급원에서 필라멘트를 성장/에칭시킴으로써 바람직한 필라멘트 성장 또는 다르게는 필라멘트 에칭을 수행할 수 있는 능력을 가진 이온 주입 시스템을 다양한 양태로 제공한다.
본 발명의 추가의 양태는 플라즈마 또는 고온 조건 하에서 이온 주입기 또는 주입기의 컴포넌트 영역들을 장비내 또는 장비외 세정 설비에서 세정하기 위한, WFx, AsFx, PFx 및 TaFx(여기서, x는 화학양론적으로 적절한 값 또는 적절한 범위의 값을 가짐)와 같은 반응성 기체의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 또 하나의 추가의 양태는 주위 온도, 고온 또는 플라즈마 조건 하에서 장비내 또는 장비외 설비에서 이온 주입 시스템 또는 이의 컴포넌트들을 세정하기 위한 BrF3의 용도에 관한 것이다.
이온 주입 시스템의 작동으로 인해 이온화-관련 물질들이 상기 시스템 및 이의 컴포넌트들에 침착된다. 본 발명은 상기 시스템 및/또는 이의 컴포넌트들로부터 상기 이온화-관련 침착물을 적어도 부분적으로 제거하기 위한, 이온 주입 시스템 또는 이의 하나 이상의 컴포넌트를 모니터링, 제어 및/또는 세정하는 방법을 고려한다. 상기 세정 방법은 기상 반응성 물질과 침착물을 반응시켜 상기 침착물의 적어도 부분적인 제거를 가능하게 하는 조건 하에서, 기상 반응성 물질을 포함하는 세정 조성물을 상기 시스템 및/또는 이의 컴포넌트들과 접촉시키는 단계를 포함한다.
본질적으로 공급원료 기체로부터 생성된 이온화-관련 침착물 외에도, 본 발명자들은 또한 이온 주입 시스템 내에 형성된 침착물 또는 잔류물이 공급원료 기체와 상기 시스템 컴포넌트를 구성하는 물질의 반응으로부터 생성될 수도 있다는 것을 확인할 수 있었다. 예를 들어, 이온 주입 시스템의 진공 챔버는 스테인레스 강 또는 알루미늄을 사용하여 구성될 수도 있다. 상기 진공 챔버 내의 시스템 컴포넌트는 그래파이트(예컨대, 표준 또는 비정질), 절연 물질(예컨대, 질화 붕소) 및/또는 실란트 물질(예컨대, 테플론(Teflon)(등록상표), 컬(Kel)-F(상표), 피크(PEEK)(상표), 델린(Delrin)(상표), 베스펠(Vespel)(상표), 비톤(Viton)(상표), 부나(Buna)-N, 규소 등)을 사용하여 구성될 수도 있다. 상기 이온 주입 시스템에 존재할 수 있고 그 내부에서 침착물-생성 화학 반응을 일으키기 쉬운 다른 물질로는, 비-제한적으로, 세라믹, 산화 납을 함유하는 에폭시 조성물, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 이산화규소 및 질화 붕소가 포함된다.
상기 이온 공급원 자체는 텅스텐, 그래파이트, 몰리브덴 또는 탄탈로 구성될 수 있으며, 때로는 미량의 구리 및 은과 함께 구성될 수도 있다. 상기 이온 공급원 아크 챔버는 일반적으로 텅스텐 또는 몰리브덴으로 구성되거나, 또는 텅스텐 또는 몰리브덴으로 라이닝된 그래파이트 몸체와 함께 구성된다. 이 경우, BF3, GeF4, SiF4, AsF5, PF5 및/또는 PF3과 같은 플루오라이드 공급원 공급 물질은 상기 챔버 또는 상기 챔버의 라이닝의 예컨대 텅스텐 또는 몰리브덴과 같은 상기 아크 챔버의 물질과 중간 부산물을 형성하기 위한 작동 온도에서 반응하고, 이로써 생기는 상기 부산물은 상기 시스템으로 이동하여 텅스텐 또는 몰리브덴을 침착시키고 상기 불소를 유리시킬 수 있다.
예를 들어, GeF4와 같은 공급원료 기체는 이온 공급원 챔버에서 해리할 것이고, 이로써 생기는 유리 플루오라이드는 텅스텐과 같은 아크 챔버의 물질을 공격할 것이다. 이러한 반응은 냉각기 표면상의 텅스텐과 함께 발생할 것이어서, 플라즈마가 튀고 이에 따라 필라멘트가 뜨거워지면, 상기 플루오라이드는 상기 아크 챔버의 벽상 텅스텐과 반응하여 상기 벽을 부식시키고 WF6 기체를 형성할 것이다. 상기 WF6는 그후 텅스텐을 고온 필라멘트 상에 침착시키고 그의 크기를 성장시킬 것이다.
GeF4가 다량의 유리 불소를 생성하는 동안, BF3 또는 SiF4와 같은 공급원료 기체는 비교적 적은 양의 유리 불소를 생성하고 이에 따라 비교적 낮은 수준의 텅스텐을 필라멘트 상에 침착시킨다(이는 비록 적은 양이지만 여전히 상당한 수준이다).
PH3 및 AsH3와 같은 불소-비함유 공급원료 기체도 상기 필라멘트로부터 금속을 상기 아크 챔버의 벽상으로 침착시키면서 상기 필라멘트의 두께를 얇게 하기 때문에 문제이다.
따라서, 본 발명은 상기 아크 챔버의 물질과 동일한 이온화-관련 침착물의 적어도 부분적인 제거를 위한, 이온 주입 시스템 또는 이의 컴포넌트의 세정을 고려한다.
본 발명에 따른 세정은, 여러 가지 공급원료 기체를 동시에 시스템으로 도입시키는 이온 주입 시스템에서 수행될 수 있다. 공급원료 기체는 또한 하나 이상의 기상 반응성 물질과 함께 사용되거나, 또는 하나 이상의 기상 반응성 물질과 교대로 상기 시스템에 도입될 수 있다.
본 발명의 세정 방법과 관련된 이온화-관련 침착물은, 예를 들어 상기 이온 공급원 또는 다른 이온화 공정 장치에 형성 및 축적됨으로써 이온 주입 시스템의 정상적인 작동을 방해할 수 있는 다양한 물질을 포함한다. 상기 침착된 물질은 다양하게는 규소, 붕소, 인, 게르마늄, 비소, 텅스텐, 몰리브덴, 셀레늄, 안티몬, 인듐, 탄소, 알루미늄 및/또는 탄탈을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다.
이온 공급원 아크 챔버 및 추출 전극에 침착된 이온화-관련 침착물은 플레이크(flake) 및 작은 입자들을 형성할 수 있다. 이들 입자들은, 일단 형성되면, 이온 빔, 예컨대 웨이퍼로 주입되는 도판트 이온의 빔으로 수송될 수 있다. 상기 수송된 입자들이 웨이퍼에 도달하면, 상기 웨이퍼에 생성된 입자 오염물이 웨이퍼 상에 제조된 유용한 소자의 수율을 심각하게 감소시킬 수 있다. 본 발명의 세정 방법은 이온화-관련 침착물이 플레이크 및 입자를 형성하기 전에 상기 이온화-관련 침착물을 제거하여, 상기 웨이퍼 상의 입자들을 감소시키고 반도체 소자의 수율을 증가시킨다.
본 발명에 따라 세정에 사용되는 기상 반응성 물질 또는 세정 기체는 이온 주입 시스템에서 상기 이온화-관련 침착물을 적어도 부분적으로 제거하기에 효과적인 임의의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 반응의 적절한 제어에 의해 바람직하지 않은 위치로부터 이온화-관련 침착물을 제거하고/하거나 바람직한 위치에 물질을 침착시키기 위한, 기상 반응성 물질의 용도를 고려한다. 본 발명의 특정 실시양태에서, 텅스텐은 바람직하지 않은 침착물로서 제거되어야 하는 물질을 구성하고, 다른 실시양태에서, 텅스텐은 바람직하게는 그의 존재가 유익한 표면에 침착된다. 따라서, XeF2, GeF4, SiF4, BF3, AsF5, AsF3, PF5 및/또는 PF3과 같은 텅스텐 플루오라이드 중간 생성물을 형성할 정도로 반응성인 기체가 본 발명의 제어 및 세정 방법에 사용될 수 있다. 또한, WF6, WF5 및/또는 WF4와 같은 텅스텐 플루오라이드가 본 발명의 제어 및 세정 방법에 직접 사용될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 기상 반응성 물질은, 비-제한적으로, XeF2, GeF4, SiF4, BF3, AsF5, AsF3, PF5, PF3, F2, TaF3, TaF5, WF6, WF5 및/또는 WF4를 포함한다.
다양한 특정 실시양태에서, 상기 기상 반응성 물질은 상기 기상 반응성 물질의 휘발성을 향상시킬 "세정 강화제" 또는 "공-반응물"과 함께 투여되며, 이는 세정 강화제 또는 공-반응물 없이 상기 기상 반응성 물질이 투여될 때보다 더 많은 침착물이 제거되는 결과를 가져온다. 예를 들어, XeF2에 의한 이리듐 침착물의 제거는 루이스 염기(Lewis base)와 전자 역-결합 종(back-bonding species)의 공동-투여에 의해 향상될 수 있다. 특정 실시양태에서는, 일산화탄소, 트리플루오로포스핀 및 트리알킬포스핀이 사용될 수 있다.
추가의 예로서, 플라즈마로 이온화된 공급 기체가, 한 쪽에는 필라멘트가 다른 쪽에는 리펠러가 장착되어 있고 세라믹 절연체에 의해 분리된 텅스텐 벽을 갖는 아크 챔버에 보관되어 있는 이온 주입 시스템에서, 상기 아크 챔버의 컴포넌트들이 공급 기체, 아크 챔버의 성분, 및 탄소의 분해 생성물에 의해 오염될 수 있다.
이러한 상황에서, 휘발성 플루오라이드, 예컨대 XeF2를 형성하는, 텅스텐과 같은 금속 오염물의 제거에 유용한 세정제는 탄소를 CO, CO2 및/또는 COF2로 전환시킴으로써 오염물인 탄소를 제거하는데 효과적인 산소-함유 첨가제와 조합될 수 있다. 본 발명의 특정 실시양태에서, 상기 목적에 유용한 산소-함유 첨가제 컴포넌트는 비제한적으로 NO, N2O, NO2, CO2 및/또는 O2를 포함한다.
따라서, 본 발명은 상기 금속의 휘발성(기체성) 플루오라이드 화합물을 형성하는 반응에 의해 금속 오염물을 제거하는데 효과적인 세정제, 및 휘발성 옥사이드 또는 옥시플루오라이드를 형성함으로써 탄소 오염물을 제거하는데 효과적인 세정제를 둘다 포함하는 세정 조성물을 고려한다. 이러한 세정 시약은 아크 챔버로 동시에 또는 순차적으로 유동할 수 있다.
한 실시양태에서, 이러한 시약은 세정제가 둘다 이온화되어 금속 및 탄소 오염물을 기계적 펌핑에 의해 챔버로부터 용이하게 제거되는 휘발성 화합물로 전환시키도록 하는 이온화 조건하에 아크 챔버로 동시에 유동한다.
기상 반응성 물질 및 침착물의 반응을 가능하게 하는 조건은 온도, 압력, 유동 속도, 조성 등의 임의의 적합한 조건을 포함할 수 있고, 이러한 조건하에 기상 반응성 물질이 기판, 예컨대 침착된 물질로 오염된 주입 장비의 표면으로부터 제거되도록 이러한 물질을 오염물과 접촉시키고 화학적으로 상호작용시킨다.
사용될 수 있는 다양한 조건의 예는 비제한적으로, 상온, 상온을 초과하는 온도, 플라즈마의 존재, 플라즈마의 부재, 대기압 미만, 대기압 및 대기압 초과를 포함한다.
다양한 실시양태에서 침착물을 제거하기 위하여 기상 반응성 물질 접촉을 위한 구체적인 온도는 약 0 내지 약 1,000 ℃의 범위일 수 있다. 접촉하는 단계는 캐리어 기체인, 또는 순수한 형태인, 또는 추가의 세정제, 도판트 등과 혼합되는 기상 반응성 물질의 전달을 포함할 수 있다. 기상 반응성 물질은 반응의 키네틱을 증가시키기 위하여 상온에서의 침착물과의 화학 반응을 위해 가열될 수 있다.
기상 반응성 물질 및 오염물 침착물 사이의 반응은 세정제 및 오염물 사이의 반응의 다양한 특징에 근거하여 모니터링되고/되거나 조절될 수 있다. 이러한 반응 특징은 압력, 시간, 온도, 농도, 특정 종의 존재, 압력 변화 속도, (특정 종의) 농도 변화 속도, 전류의 변화 등을 포함할 수 있다. 따라서, 시스템으로의 기상 반응성 물질의 도입은 반응의 사전결정된 특징, 예컨대 진공 챔버내의 사전결정된 압력, 사전결정된 양의 시간의 경과, 또는 사전결정된 온도, 시스템내의 특정 원소의 농도, 특정 부산물의 존재, 시스템내의 반응 생성물 또는 다른 종, 또는 모니터링 조작에서의 사전결정된 전류 조건의 실현의 획득에 근거하여 종결될 수 있다.
텅스텐 침착물은 주입기 시스템의 아크 챔버와의 공급 기체의 반응으로부터 생성될 수 있다. 상기 침착물의 세정에 사용되는 방법은 시스템의 온도 구배, 및/또는 필라멘트를 향하고 필라멘트를 통과하는 전류 흐름, 및/또는 유용하게 측정되고 모니터링될 수 있는 임의의 다른 특징에 따라 변할 수 있다.
예를 들어, 공급 물질로부터의 불소는 제1 온도에서 아크 챔버와 반응하여 하기 반응 (1) 또는 (2)에 의해 WF6을 형성할 수 있다:
3F2(g) + W(s) -> WF6(g) (1)
6F(g) + W(s) -> WF6(g) (2)
아크 챔버의 텅스텐 물질 및 세정 기체 사이에 다음과 같은 반응이 또한 존재할 수 있다:
3XeF2 + W -> WF6 (3)
다르게는, WF6(또는 WF5 또는 WF4)은 시스템에 직접 제공될 수 있다.
이어서, 시스템내에 한번 형성되거나 달리 존재하는 텅스텐 플루오라이드는 시스템의 다른 위치로 이동할 수 있다. 이러한 다른 위치의 온도에 따라서, 텅스텐 플루오라이드는 그 위치에서 텅스텐을 에칭하거나 침착시킨다. 필라멘트에서, 온도는 주로 이를 통과하는 실제 전류 플럭스에 따라 변한다. 아크 챔버내의 다른 위치에서의 온도는 아크 챔버의 특정 위치 및 디자인, 필라멘트 전류, 및 다른 비-필라멘트 전류에 따라 변할 수 있다.
제2 위치가 고온인 경우, 텅스텐 플루오라이드가 분해되고, 텅스텐이 침착되고, 불소가 방출되면서, 텅스텐 플루오라이드가 계속 존재하는 한 텅스텐 침착물의 크기가 자란다. 침착 반응은 하기 반응 (4), (5) 및/또는 (6)을 포함할 수 있다:
WF6 -> W + 3F2 (4)
2WF5 -> 2W + 5F2 (5)
WF4 -> W + 2F2 (6)
에 반하여, 제2 위치가 중간 정도의 온도인 경우, 에칭된 위치가 에칭 연속물로서 축소되도록 텅스텐 플루오라이드는 텅스텐을 제거하고 반응 생성물내에 불소를 보유하는 위치를 에칭할 수 있다. 이러한 에칭 반응은 하기 반응 (7), (8) 및/또는 (9)를 포함할 수 있다:
WF6(g) + 2W(s) -> 3WF2(g) (7)
2WF6(g) + W(s) -> 3WF4(g) (8)
5WF6(g) + W(s) -> 6WF5(g) (9)
따라서, 텅스텐 침착물을 제거하기 위하여, 침착물을 가지고 있는 컴포넌트의 온도는 제거 속도 및 제거 범위를 최대화하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 아크 챔버내의 붕소 및/또는 몰리브덴 침착물이 상응하는 방식으로 제거된다.
본 발명의 방법에서의 공정 장비와 세정제의 접촉은 접촉중의 압력 변화를 모니터링하면서 수행될 수 있고, 접촉은 압력 변화가 0에 다다르는 경우 종결된다.
다르게는, 접촉은 기상 반응성 물질, 또는 이로부터 유도된 반응물, 또는 접촉중에 생성된 반응 생성물의 부분압을 모니터링하면서 수행될 수 있고, 접촉은 부분압이 사전결정된 값, 즉 종말점에 다다르는 경우 종결된다. 이러한 종말점 모니터링은, 예를 들어 적합한 종말점 모니터, 예컨대 미국특허 제6,534,007호 및 미국특허출원 제10/273,036호, 제10/784,606호, 제10/784,750호 및 제10/758,825호에 더욱 자세히 기술된 유형의 종말점 모니터, 또는 서모파일(thermopile) 적외선(TPIR) 또는 다른 적외선 검출기를 사용하여 수행될 수 있다.
다른 실시양태에서, 접촉은 기상 반응성 물질의 부분압의 조절 및 이에 따른 반응 속도의 제어를 가능하게 하는 공정 장비 시스템의 컴포넌트를 사용하는 기상 반응성 물질의 제어된 유동에 의해 수행될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 소정 유동 속도로의 기체-반응성 물질의 연속적인 유동이 세정 조작을 수행하는데 사용된다.
반응 (1) 내지 (9)에 관해 상기 논의한 바와 같이, 텅스텐의 이온화-관련 침착물이 매우 높은 온도에서 침착되고, 낮거나 중간 정도의 온도에서 에칭될 수 있다. 침착 또는 에칭의 위치가 주입기 시스템의 필라멘트인 경우, 온도 및 전류 플럭스가 서로 직접적으로 관련된다. 필라멘트가 에칭되는 경우, 필라멘트는 더욱 얇아지고, 전류에 대한 저항이 필라멘트의 단면이 감소함에 따라 증가하여, 필라멘트를 통한 전류 흐름이 감소된다. 필라멘트에서의 조건이 필라멘트상의 침착을 촉진하는 경우, 필라멘트의 단면이 증가하고 필라멘트가 두꺼워짐에 따라, 전류에 대한 저항이 연속된 침착에 의해 감소하면서, 이에 상응하여 필라멘트를 통과하는 전류 흐름이 증가한다.
다른 양태에서, 본 발명은 필라멘트를 통과하는 전류 흐름의 모니터링을 비롯한 공급원 필라멘트상의 침착 및 이에 따른 필라멘트의 성장을 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 필라멘트 단면이 침착에 기인하여 증가함에 따라, 아크 챔버내에 플라즈마를 지지하기 위하여 요구되는 온도로 필라멘트를 유지하기 위하여 전류에 대한 저항이 감소하고, 전류가 증가한다. 따라서, 모니터링된 전류의 증가는 필라멘트 세정에 대한 필요성을 나타내는데 사용될 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은 필라멘트를 통과하는 전류 흐름을 모니터링함으로써, 필라멘트의 에칭 또는 세정을 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 필라멘트 단면이 에칭, 스퍼터링 또는 증발에 기인하여 감소함에 따라, 아크 챔버내의 플라즈마를 지지하기 위하여 요구되는 온도로 필라멘트를 유지하기 위하여 전류에 대한 저항이 증가하고, 전류가 감소한다. 따라서, 이러한 전류의 모니터링된 감소는 에칭된 필라멘트에 대한 부가적인 물질의 침착 또는 세정 또는 이온화 공정의 종결에 대한 필요성을 나타내는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 수단은 상기 상술한 바와 같은 필라멘트를 통과하여 유동하는 전류의 모니터링을 기초로 하는, 필라멘트의 조건을 제어하는 방법을 포함한다.
한 실시양태에서, 예를 들어 플라즈마를 점화시키거나, 또는 다르게는 플라즈마를 차단하지만 필라멘트를 여전히 고온(예를 들어, 약 200 ℃)으로 유지하면서, 기상 반응성 물질을 시스템으로 유동시켜 필라멘트상의 금속의 침착(예를 들어, 아크 챔버 벽으로부터의 텅스텐)을 야기하는 것에 대응하여, 모니터링된 필라멘트 전류의 감소는 필라멘트가 거의 파괴되었음을 나타내는 지표를 제공한다. 이러한 반응은 이온 주입 시스템의 효과적인 조작을 위한 사전결정된 범위내에 전류가 존재할 때까지 진행될 수 있고, 이는 필라멘트가 만족스러운 정도까지 "재성장"되었음을 나타낸다.
다른 실시양태에서, 모니터링된 필라멘트 전류의 증가는 물질 침착에 기인하여 필라멘트가 성장하였음을 나타내는 지표를 제공한다. 이에 대응하여, 필라멘트의 에칭이 가능하게 하도록 필라멘트를 충분히 냉각하기 위하여, 필라멘트를 사전결정된 기간 동안, 또는 사전결정된 온도(예를 들어, 실온 내지 약 1,200 ℃의 범위일 수 있다)까지 냉각하도록 한 후, 기상 반응성 물질을 시스템으로 유동시킨다. 이어서, 기상 반응성 물질에 의해 매개되는 수반되는 에칭 반응은 이온 주입 시스템의 효과적인 조작을 위한 사전결정된 범위내에 전류가 존재할 때까지 진행될 수 있고, 이는 필라멘트가 적절한 수준까지 얇아졌음을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 방법은, 기판으로부터 침착물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간 동안 기판을 기상 반응성 물질과 접촉시킴으로써, 하나 이상의 붕소, 규소, 비소, 인, 게르마늄, 텅스텐, 몰리브덴, 셀레늄, 안티모니, 인듐, 탄탈 및 탄소를 비롯한 침착물을 기판으로부터 제거하는데 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위한 기상 반응성 물질은 하나 이상의 XeF2, XeF4, XeF6, GeF4, SiF4, BF3, AsF5, AsF3, PF5, PF3, F2, TaF3, TaF5, WF6, WF5, WF4, NF3, IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6, CF4, Cl2, HCl, ClF3, ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, BrF3, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3, CH2F2, CH3F, COF2, HF, C2HF5, C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3, CH2Cl2 및 CH3Cl을 포함할 수 있다.
불화된 제논 화합물은 세정제 및 본 발명의 실시에서의 플라즈마 공급원 시약으로서 사용될 수 있고, 임의의 적합한 수의 불소 원자를 포함할 수 있다. Xe에 대한 보다 높은 비율의 F가 보다 낮은 F/Xe 화합물에 비해 상대적으로 보다 신속하고 보다 효율적으로 세정할 수 있다. 보다 높은 증기압은 세정제의 전달 속도를 증가시키고, 보다 많은 물질의 전달을 가능하게 한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 제논 헥사플루오라이드는 세정제 또는 플라즈마 공급원 시약으로서 사용된다. 비록 실온에서의 XeF6 증기압이 XeF2의 증기압보다 대략 7 배 높지만, XeF6 및 XeF4는 물과 매우 반응성이다. XeF6은 물, 탄화수소, 수소 또는 환원제의 존재 또는 생성을 포함하지 않는 세정 환경에서 가장 유리하게 사용된다. 그러나, 보다 낮은 증기압을 갖는 세정 화합물이 사용되는 경우, 유동 경로에서의 과도한 압력 강하를 피하고 세정제의 적절히 높은 전달 속도를 유지하기 위하여, 유동 회로에 대한 조정이 요구될 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치는 기상 반응성 물질을 사용하는 세정을 제공하는 임의의 적합한 방식으로 구성되고 배열될 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명은 (i) 시스템내에서의 이온 주입 공정중에 이온화-관련 침착물을 축적하는 하나 이상의 컴포넌트를 포함하는 이온 주입 시스템, (ii) 기상 반응성 물질, 예를 들어 세정 조성물과 침착물의 접촉을 비롯한 세정 조건하에 침착물과 반응성이어서 하나 이상의 컴포넌트로부터 침착물을 적어도 부분적으로 제거하는 할라이드 화합물을 포함하는 세정 조성물을 함유하는 세정 조성물 공급원을 포함하는 세정 어셈블리, (iii) 세정 조성물 공급원으로부터 세정 조성물을 세정 조건하에 이와 접촉하기 위한 하나 이상의 컴포넌트로 수송하도록 적합화된 유동 회로, 및 (iv) 하나 이상의 컴포넌트로부터 침착물을 적어도 부분적으로 제거하는 세정 조건중에 유동 회로를 통과하는 세정 조성물의 유동을 제어하도록 적합화된 유동 컴포넌트를 포함하는 이온 주입 및 세정 어셈블리를 제공한다.
상기 어셈블리 내의 유동 컴포넌트는 예를 들어, 밸브, 밸브 작동기, 유동 제한기, 조절기, 펌프, 질량 유동 제어기, 압력 게이지, 잔류 기체 분석기, 중앙 처리 유니트, 막 등을 포함하는 임의의 적절한 유형일 수 있다. 이러한 유동 컴포넌트는 적절하게는 이용된 특정 세정 조건 하에서 작동하기에 적절하게 적합화된다.
시스템에서 이온 주입 가공 동안 이온화-관련 침착물을 수용하는 주입 장치 내의 하나 이상의 컴포넌트는 임의의 적절한 유형, 예를 들어, 진공 챔버, 아크 챔버, 전극, 필라멘트, 고전압 부싱, 자기 도파관, 웨이퍼 취급 컴포넌트, 클램프 고리, 바퀴, 디스크 등일 수 있다. 한 실시양태에서, 상기 컴포넌트는 진공 챔버 또는 그 내부에 함유된 컴포넌트이다.
세정 조성물 공급원은 세정 조성물을 함유하는 물질 저장 및 분배 팩키지를 포함할 수 있다. 상기 물질 저장 및 분배 팩키지는 예를 들어, 그의 내부 부피를 한정하는 일반적으로 원통형일 수 있는 용기를 포함한다. 특정 실시양태에서, 세정 조성물은 주위 온도 조건에서 고체일 수 있고, 이러한 세정 조성물은 상기 용기 내의 증가된 표면적 상에 지지될 수 있다. 이러한 증가된 표면적은 그 내부에 구조체, 예를 들어, 미국 특허 제6,921,062호에 기재된 트레이를 포함할 수 있거나 예를 들어, 애노드화된 알루미늄, 스테인레스 강, 니켈, 청동 등의 다공성 불활성 포말을 포함하여 세정 물질의 증발의 일정한 속도를 제공하여 관련된 세정 과정의 분배 및 이온화 단계에 충분한 증기압을 제공할 수 있다. 트레이가 사용되는 경우, 세정 조성물은 그와 연결된 유동 통과 도관을 가진 트레이의 표면 상에 지지되어 분배 작업에서 용기 내의 증기가 용기의 분배 출입구를 향하여 상향 유동할 수 있다.
상기 장치 배열에서 유동 회로는 세정 조성물을 세정 조건 하에서 세정 조성물 공급원으로부터 아크 챔버로 수송하기에 적합화되어 있다. 이러한 적합화는 세정 조성물의 다양한 성질에 의거한 것일 수 있다. 예를 들어, 세정 조성물이 낮은 증기압을 가진 경우 유동 경로에서 불필요한 압력 강하를 피하기 위해 높은 전도성을 이용할 수 있다. 유동 전도성을 최대화하고 유동 수축을 최소화하는 방법은 당업계에 잘 공지되어 있다.
본 발명의 모든 세정 방법에서, 세정은 선택적으로 이온 주입 시스템, 특히 이온 공급원의 수명을 연장시키는 추가 방법 및 장치와 함께 이용될 수 있다. 이러한 수명 연장 방법은 특정 기판, 침착된 물질 및/또는 기상 반응성 물질을 수용하도록 이온 주입 시스템을 변형시키는 것을 포함할 수 있다. 시스템 장치 변형은 능동적 열 조절 시스템을 구비한 추출 전극의 제공, 전기 방출의 빈도/발생을 감소시키는 능동적으로 가열된 추출 전극의 제공, 금속, 바람직하게는 알루미늄, 몰리브덴 또는 알루미나(Al2O3)를 포함하는 추출 전극의 제공, 원격 플라스마 공급원의 제공, 추출 전극과 가열기의 연결, 추출 전극과 냉각 장치의 연결, 매끄럽고 특징부 없는 추출 전극의 제공, 플라스마에 의해 분리되어 챔버 출구 및 반응성 기체를 이온화 챔버로 수송하는 도관을 통해 반응성 기체의 유동을 발생시킬 수 있는 공급원 기체를 수용하도록 배열된 플라스마 챔버의 제공, 공정 시스템에서 표면 상에 오염물질을 가진 반응성 기체의 발열반응의 실질적인 종결을 검출하도록 설계된 온도 검출기의 제공, 기상 반응성 물질에 의한 유해 효과에 민감한 공정 장치 내의 컴포넌트의 보호(예를 들어, 기상 반응성 물질에 민감한 컴포넌트 주변에 상기 기상 반응성 물질에 대한 차폐물을 제공하는 것) 및/또는 알루미늄 또는 알루미나를 포함하는 시스템 컴포넌트의 사용을 포함하나 이들로 한정되지 않는다.
공정 장치의 수명을 연장시키는 방법은 전기 방출의 빈도 및 발생을 감소시키기 위해 추출 전극을 능동적으로 가열하는 것, 이온 공급원에 전달되는 공급원 물질의 응축 온도 이상으로 추출 전극을 가열하는 것, 사용되는 이온 공급원의 구체적인 유형에 적합하게 적합화된 추출 전극의 온도를 능동적으로 제어하는 것(예를 들어, 가열된 또는 냉각된 이온 공급원과 함께 전극을 가열하거나 냉각하는 것), 및/또는 추출 과정 동안 추출 전극을 승온으로 유지하는 것을 포함하나 이들로 한정되지 않는다. 이러한 추가적 장치 변형 및 방법은 본원에 전체가 참고로 도입되는 미국 특허출원 공개 제2006/0272776호 및 제2006/0272775호 및 국제 특허출원 공개 제WO05/059942호에 보다 상세히 기재되어 있다.
특정 실시양태에서 이온 주입 시스템은 아크 챔버 및 도판트 공급원을 포함하고, 이때 상기 도판트 공급원은 예를 들어, BF3, XeF2, AsH3, PH3, GeF4, SiF4, H2Se, AsF5, AsF3, PF5, PF3 또는 다른 붕소, 규소, 비소, 인 또는 게르마늄-함유 도판트 공급원을 포함할 수 있다.
또 다른 주입에서, 본 발명은 이온 주입 시스템의 아크 챔버 내에서 아크 챔버를 통해 유동된 도판트 공급원 기체로부터 플라스마를 발생시켜 주입을 위한 도판트 공급원 이온을 형성하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것으로, 이때 도판트 공급원 기체가 아크 챔버를 통해 유동하는 시간의 적어도 일부 시간 동안 기상 반응성 물질은 도판트 공급원 기체와 동시에 아크 챔버를 통해 유동하여 이온 주입 시스템 내에서의 세정을 수행한다.
일반적으로, 도판트 공급원 기체 및 기상 반응성 물질의 동시 유동이 장비내 세정을 달성하기 위해 수행될 수 있지만, 전형적으로 순차적인 방식으로 세정 작업을 수행하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 이온 공급원이 제1 도판트 공급원으로부터 제1 플라스마를 발생시킨 후 이온 공급원이 제2 도판트 공급원으로부터 제2 플라스마를 발생시키는 경우, 기상 반응성 물질이 플라스마를 발생시키거나 발생시키지 않으면서 이온 공급원을 통해 유동하는 중간 세정 단계를 이용한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 Xe+ 이온을 규소 기판에 주입한 후 도판트 이온을 규소 기판에 주입하는 단계를 포함하는, 도핑된 규소 기판의 형성 방법을 제공한다. 이 방법에서, Xe+ 이온의 주입은 상기 기판의 결정 구조를 비결질 구조로 만드는 데 기여한다.
불화된 제논 플라스마, 예를 들어, XeF2 플라스마를 발생시키는 경우, 세정을 위해, Xe+ 이온은 공급원 자체의 일부 저에너지 스퍼터(sputter) 세정을 행할 수 있다. 추출 후, Xe+ 이온은 이온 공급원의 하류에 위치한 컴포넌트, 예컨대, 진공 벽, 이온 광학 컴포넌트, 웨이퍼 디스크 및 웨이퍼 홀더의 일부 고에너지 스퍼터링을 행할 수 있다.
유사하게, 텅스텐 플루오라이드 종, 예컨대, WF6, WFs, 및/또는 WF4를 사용하는 경우, 유리 플루오라이드는 이온 공급원의 다양한 컴포넌트를 스퍼터 세정할 수 있고/있거나 텅스텐이 이온 공급원의 다양한 컴포넌트 상에 침착될 수 있다. 세정과 침착 단계 사이에서 일어나는 작용은 시스템의 개개의 컴포넌트의 온도에 의존한다.
다양한 양태에서, 본 발명은 미세전자 장치의 제작에서 사용되는 이온 주입 시스템의 이온 공급원 영역을 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이온 공급원 영역은 예를 들어, 간접적으로 가열된 캐쏘드 공급원, 프리만(Freeman) 공급원 또는 버나스(Bernas) 공급원을 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명은 이온 주입기의 진공 챔버 및/또는 그 내에 함유된 컴포넌트로부터 잔류물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 조건 하에서 충분한 시간 동안 상기 진공 챔버 및/또는 컴포넌트를 기상 반응성 할라이드 조성물과 접촉시킴으로써 상기 진공 챔버 및 컴포넌트로부터 잔류물을 장비내 제거하는 것; 및 잔류물이 상기 진공 챔버 및/또는 컴포넌트를 구성하는 물질과 상이한 경우, 기상 반응성 물질이 상기 잔류물과 선택적으로 반응하고 이온 주입기의 진공 챔버 및/또는 컴포넌트를 구성하는 물질과 최소한으로 반응하게 하는(예를 들어, 실질적으로 반응하지 않게, 바람직하게는 완전히 반응하지 않게 하는) 방식, 및 잔류물이 상기 진공 챔버 및/또는 컴포넌트를 구성하는 물질과 동일한 경우, 기상 반응성 물질이 상기 잔류물 및 상기 진공 챔버 및/또는 컴포넌트 둘다와 반응할 수 있게 하는 방식으로 상기 진공 챔버 및 컴포넌트로부터 잔류물을 장비내 제거하는 것에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 기상 반응성 할라이드와 잔류물의 반응성에 적용되는 용어 "선택적으로"는 상기 기상 반응성 할라이드와 잔류물 사이의 우선적 반응을 기술하기 위해 사용된다. 기상 반응성 할라이드는 이온 주입기의 진공 챔버 및/또는 컴포넌트를 구성하는 물질과 본질적으로 반응하지 않는 상태를 유지하면서 이온 주입기 진공 챔버 및/또는 컴포넌트가 잔류물 자체의 원소와 동일한 또는 유사한 원소를 포함하는 경우 상기 진공 챔버 및/또는 컴포넌트를 구성하는 물질과 어느 정도 반응할 수 있다. 예를 들어, 기상 반응성 물질은 선택적 반응성을 나타내고 컴포넌트로부터 텅스텐 침착물을 제거하면서 상기 컴포넌트 자체 내의 텅스텐과도 반응할 수 있다. 이러한 동시-반응이 일어나기 위해 잔류물과 컴포넌트는 정확히 동일한 물질일 필요는 없지만 일부 물질을 공통적으로 포함할 것이다.
또 다른 실시양태에서, 이온 주입기의 컴포넌트는 이 컴포넌트가 이온 주입기로부터 제거되는 분리된 전용 챔버 내에서 장비외 세정된다.
장비내 세정을 더 상세히 살펴보면, 이러한 세정은 하기 3가지 인자에 주로 의존한다: 세정 전구체의 반응성, 세정 반응 부산물의 휘발성 및 화학적 세정에 이용되는 반응 조건. 세정 조성물은 주입기를 구성하는 물질의 마모를 최소화하면서 원치 않는 잔류물을 제거해야 한다. 세정 반응에 의해 발생된 부산물은 이온 주입기의 진공 시스템 또는 다른 펌핑 장치에 의한 그의 제거를 촉진하기에 충분한 휘발성을 나타내어야 한다.
주입기의 컴포넌트와 동일한 물질로부터 형성된 잔류물의 세정은 컴포넌트 자체를 다소 마모시킨다. 구체적으로, 텅스텐 아크 챔버를 이용하는 시스템으로부터 텅스텐 침착물을 제거하기 위한 세정제로서 XeF2의 사용은 상기 아크 챔버의 내부로부터 일부 텅스텐을 제거할 것이다. 그러나, 시스템 효율의 최대화 면에서, 아크 챔버의 내부 물질의 일부 손실은 상기 시스템이 세정되지 않고 텅스텐 침착물이 상기 시스템 내에 축적되는 경우 감소되는 시스템 성능을 고려할 때 중요하지 않다.
기상 반응성 물질은 예를 들어, 불화된 제논 화합물 증기, 예컨대, XeF2 증기를 포함할 수 있다. XeF2는 바람직한 반응성 할라이드 기체이고 실온에서 승화할 것이지만 가열기를 이용하여 가열하여 승화의 속도를 증가시킬 수 있다. XeF2는 효과적인 규소 에칭제인 것으로 공지되어 있고 미세전자 기계 시스템(MEMS) 장치 가공에서 규소 선택적 에칭제로서 사용되고 있다. 구체적으로, XeF2는 하기 반응에 따라 규소와 반응한다:
2 XeF2 (g) + Si (s) → 2 Xe (g) + SiF4 (g) (10)
규소/XeF2 반응은 활성화, 즉 플라스마 또는 열적 가열 없이 일어날 수 있다. XeF2와 규소의 반응 속도는 XeF2와 SiO2의 반응 속도보다 훨씬 더 커서 XeF2는 규소와의 반응에 대해 선택성을 나타낸다.
XeF2 또는 다른 불화된 제논 화합물은 본 발명의 실시에서 금속성 붕소의 에칭제로서 유용하게 사용된다. 이론에 구속받고자 하는 것은 아니지만, 붕소는 하기 반응에 따라 에칭되는 것으로 생각된다:
3XeF2(g) + 2B(s) → 3Xe(g) + 2BF3(g) (11)
비소, 인 및 게르마늄을 위한 에칭제로서의 XeF2의 사용은 본 발명에 의해 고려되고 하기 반응들을 수반할 수 있다:
5XeF2(g) + 2As(s) -> 5Xe(g) + 2AsF5(g) (12)
5XeF2(g) + 2P(s) → 5Xe(g) + 2PF5(g) (13)
2XeF2(g) + Ge(s) → 2Xe(g) + GeF4(g) (14)
이러한 반응은 에너지 활성화를 이용하거나 이용하지 않고 수행할 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 잔류물을 이온 주입기의 컴포넌트로부터 적어도 부분적으로 제거, 예를 들어, 잔류물의 25% 이상 제거, 더 바람직하게는 잔류물의 50% 이상 제거, 가장 바람직하게는 잔류물의 75% 이상 제거하는 데 유용하고, 잔류물이 이온 주입기의 컴포넌트를 구성하는 물질, 예컨대, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 그래파이트, 절연 물질, 밀봉제 물질 등과 상이한 경우 상기 잔류물이 이들 물질들에 대해 선택적으로 제거되는 방식으로 상기 잔류물을 이온 주입기의 컴포넌트로부터 적어도 부분적으로 제거하는 데 유용하다.
구조체의 잔류물 및 컴포넌트 물질이 동일한 물질인 경우, 컴포넌트의 성능에 상당한 영향을 주지 않도록 컴포넌트로부터의 물질의 제거를 낮은 수준, 예컨대 마이크론 또는 수십 마이크론 범위로 유지하면서 유사한 수준의 잔류물 제거가 바람직하다. 추가로, 일반적으로 침착물은 균일한 두께 또는 침착을 가지지 않기 때문에, 이들은 세정 공정에서 컴포넌트 자체의 물질보다 더욱 반응성일 수 있으며, 따라서 기상 반응성 물질 조성물은 컴포넌트 부분과의 반응보다 잔류물과의 반응에 더욱 선택적이다.
정체(stagnant) 방식, 연속 방식 및 직접 도입 방식을 비롯하여, 기상 반응성 물질 조성물의 장비내 세정을 위한 이온 공급원 영역으로의 몇가지 전달 방식을 사용할 수 있다. 이러한 세정 방식은 본 발명의 실시에 유용하게 사용되는 장치 및 방법론과 함께 국제 특허 출원 공개 제WO 07/127865호에 보다 자세하게 기술되어 있다. 국제 특허 출원 공개 제WO 07/127865호의 내용은 그 전체가 본원에서 참고로서 인용된다. 본원에서 본 발명의 다양한 실시양태와 관련하여 세정 조성물로서 XeF2의 사용이 기재되어 있지만, 다른 불화된 화합물, 예컨대 WF6, WF5 및/또는 WF4가 XeF2와 함께 또는 다르게는 대안으로 사용되거나, 또는 기타 및 추가의 불화된 화합물이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, BrF3을 사용하여 플라즈마없이 텅스텐을 에칭할 수 있다. 다른 양태에서, 본 발명은 고체 도핑 물질용 캐리어 기체로서 XeF2 또는 N2F4를 사용함을 포함하는 고체 도핑 물질을 사용하는 이온 주입 시스템의 성능을 개선시키고 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 고체 도핑 물질은 Sb2O3 및 InCl3을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 의해 고려되는 바와 같이, Sb2O3, InCl3 또는 다른 고체 도핑 물질에 대한 캐리어 기체로서 XeF2 또는 N2F4의 사용은 공급원 챔버 및 그의 컴포넌트 상에 침착되는 Sb, In 및 다른 도판트를 제거한다. 본 방법은 심지어 붕소로의 스위치 오버가 Sb 주입 후에 이루어지는 경우에도 유용성을 갖는다.
본 발명의 방법에 의해 달성되는 장점은 두 가지 이상이다: 첫 번째로, 실제 시간 공급원 세정을 제공하여 이온 공급원 챔버 및 그의 컴포넌트 상의 도판트 축적을 방지하거나 감소시키고, 이에 따라 이온 공급원 수명의 연장과 함께 이온 공급원 성능이 개선되며; 두 번째로, 플라즈마 및/또는 빔 전류가 향상되고/되거나 안정화된다.
다른 양태에서, 본 발명은 기체 도핑 물질과의 병행류 기체로서 XeF2 또는 N2F4를 사용함을 포함하는 기체 도핑 물질을 사용하는 이온 주입 시스템의 성능을 개선시키고 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 기체 도핑 물질은 GeH4를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 의해 고려되는 바와 같이, GeH4 또는 다른 기체 도핑 물질과의 병행류 기체로서 XeF2 또는 N2F4의 사용은 공급원 챔버 및 그의 컴포넌트 상에 침착되는 Ge 또는 다른 도판트를 제거한다. 본 발명의 실시에 의해 달성되는 장점은 두 가지 이상이다: 첫 번째로, 실제 시간 공급원 세정을 제공하여 이온 공급원 챔버 및 그의 컴포넌트 상의 도판트 축적을 방지하거나 감소시키고, 이에 따라 이온 공급원 성능이 개선되고, 이온 공급원 수명이 연장되며; 두 번째로, 플라즈마 및/또는 빔 전류가 향상되고/되거나 안정화된다.
다른 양태에서, 본 발명은 세정 기체가 침착물과 화학적으로 반응하여 적어도 부분적으로 침착물 제거를 달성하는 조건하에 이온 주입 시스템의 포어라인을 세정 기체와 접촉시킴을 포함하는, 이온 주입 시스템의 포어라인을 세정하여 이온화-관련 침착물을 이온 주입 시스템으로부터 제거하는 방법에 관한 것이다. 침착물은 B, Ge, Si, P 및 As, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것들이지만, 이에 제한되지 않는다. 세정 기체는 XeF2, N2F4, F2 및 상기 구성 요소와 같은 침착물과 반응성인 다른 불화된 종들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 당해 분야의 숙련자들에 의해 이해되는 바와 같이, 필요한 세정 기체의 양은 존재하는 침착물의 양에 좌우된다. 유사하게, 세정 기체 및 침착물의 반응 동안 방출되는 열의 양은 세정 기체의 유속에 좌우된다. 세정 공정으로부터 생기는 부산물 종의 식별 및 농도는 세정 기체 유속, 침착물을 구성하는 조성 및 펌프 정화 유속에 좌우된다. 비제한적이고 예시적인 목적만을 위해서, 포어라인으로부터 인을 세정하기 위해 XeF2를 사용하는 예를 하기에 기재하였다:
세정 공정에 필요한 XeF2의 양을 결정하는데 사용되는 화학 반응은 다음과 같다: 5XeF2(g) + 2P(s) → 5Xe(g) + 2PF5(g). 형성 엔탈피(kJ/mol)는 문헌[Lange's Handbook of Chemistry (14th ed)]으로부터 취하고, 반응 동안 유리되는 열을 결정하기 위해 본원에 열거하였다: XeF2(-164); Xe(0); P(0); 및 PF5(-1594.4). XeF2의 유속은 세정 공정에 필요한 시간 및 유리되는 열을 결정한다. XeF2 실린더를 가열하는 수단을 구비하지 않고, 지속된 최대 유속은 대략 50 sccm이며, 이는 적절한 전달 튜빙 컨덕턴스로 추측된다. 이러한 유속은 가열 재킷을 사용함으로써 실린더가 실온에서 유지되는 경우 100 sccm 이상으로 증가될 수 있다. 인 침착물을 세정하는데 필요한 XeF2의 양은 하기 표 1에 나타내었으며, 세정 반응 동안 방출되는 열의 양은 하기 표 2에 나타내었다.
인 침착물의 질량(g) 필요한 XeF2의 질량(g)
10 137
100 1367
1000 13,666
XeF2의 유속(sccm) 열 발생 속도(와트)
50 17.6
100 35
200 70
상기 기재된 세정 반응으로부터 다양한 부산물의 최대 생성 속도는 하기 표 3에 나타내었다.
XeF2의 유속(sccm) AsF3 PF3 BF3 GeF4 SiF4
50 0.20 g/분
(33.3 sccm)		 0.13 g/분
(33.3 sccm)		 0.10 g/분
(33.3 sccm)		 0.17 g/분
(25 sccm)		 0.12 g/분
(25 sccm)
당해 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 잔류물의 조성이 달라질 수 있기 때문에, 표 3에 나타낸 데이터는 각 원소가 그 원소를 구성하는 100% 조성이라 가정하여 부산물 양이 각 원소에 대해 결정되는 것으로 가정함을 기준으로 한다. 더구나, 이들 종의 최대 농도는 배출 시스템에서의 희석 유속에 좌우된다. 예를 들면, 러핑 펌프(roughing pump)의 바로 하류에서, 펌프가 10 slpm의 질소 정화를 갖는 경우, PF3의 최대 정상 상태 농도는 3330 ppm이다. 이러한 값은 XeF2의 유속이 50 sccm 보다 높은 경우 증가할 수 있다.
상기 기재된 방법의 한 실시양태에서, 세정 기체는 주입 공급원 챔버 내로 유동하고, 이때 터보 펌프는 꺼지지만, 러핑 펌프는 켜진다. 이러한 실시는 포어라인 침착물에 대한 세정 기체의 유속을 개선시켜, 보다 빠른 세정 공정을 제공한다. 추가로, 세정 기체 유속은 기체 실린더를 가열시킴으로써 추가로 개선될 수 있으며, 이때 세정 기체는 실온 또는 그 이상까지로 저장된다. 바람직하게는, 본 실시에서, 기체 실린더로부터 이온 주입기로의 전달 라인은 유사하게 가열된다.
상기 기재된 방법의 다른 실시양태에서, 세정 기체는 주입 공급원 챔버, 펌프 및 포어라인에 특정 압력으로 충전된 후 낮은 압력으로 펌핑되는 펄스 유동에서 주입 공급원 챔버 내로 유동한다. 이러한 공정은 이온 주입 시스템의 포어라인 상의 침착물이 제거될 때까지 반복된다. 이러한 실시는 바람직하게는 러핑 펌프의 주입구 상에 격리 밸브를 사용한다.
바람직한 실시에서, 상기 기재된 실시양태는 추가로 기체 실린더를 가열함을 포함하며, 이때 세정 기체는 실온 또는 그 이상으로 저장된다.
모든 실시양태에서, 상기 방법은 바람직하게는 추가로 러핑 펌프 출구에서 스크러버(scrubber)를 포함하여 세정 공정으로부터 생성되는 휘발성 부산물을 제거한다.
각 실시양태는 바람직하게는 추가로 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)(미국 펜실베니아주 소재)로부터 시판되는 Xe 회수 시스템을 포함하며, 이는 인터넷 사이트[http://www.fabtech.org/product_briefings/_a/new_product_air_products_offers_on_site_xenon_recovery.]에 기재되어 있고, 이를 본원에 인용한다.
이온 주입 시스템의 포어라인을 세정하는 방법의 다른 실시양태는 터보 펌프의 하류에서 세정 기체를 제공하고, 상기 세정 기체를 이온 주입 시스템의 포어라인으로 연속적으로 유동시킴을 포함한다. 이러한 실시는 바람직하게는 심지어 주입 공정이 실행되는 경우에도 포어라인 상의 침착물을 세정하여, 이에 따라 이온 주입의 작동이 중단되는 것을 감소시킨다.
상기 기재된 실시양태에서, 세정 기체는 바람직하게는 기체 실린더에 저장되고, 상기 방법은 바람직하게는 추가로 기체 실린더를 가열함을 포함하며, 이때 세정 기체는 실온 또는 그 이상에서 저장된다.
상기 기재된 실시양태는 바람직하게는 추가로 러핑 펌프 출구에서 스크러버를 제공하여 세정 공정으로부터 생성되는 휘발성 부산물을 제거함을 포함한다.
상기 기재된 실시양태는 추가로 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스 인코포레이티드(미국 펜실베니아주 소재)로부터 시판되는 Xe 회수 시스템을 제공함을 포함하며, 이는 인터넷 사이트[http://www.fabtech.org/product_briefings/_a/new_product_air_products_offers_on_site_xenon_recovery.]에 기재되어 있고, 이를 본원에 인용한다.
다른 양태에서, 본 발명은 캐쏘드를 하나 이상의 세정 기체 및 하나 이상의 침착 기체로 구성된 기체 혼합물과 접촉시킴을 포함하는, 캐쏘드를 갖는 이온 주입 시스템의 성능을 개선시키고 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이며, 이때 상기 기체 혼합물은 캐쏘드 상의 물질의 침착 및 캐쏘드로부터 이러한 물질 또는 다른 물질의 제거의 균형을 맞춘다. 기체 혼합물의 세정 기체는 캐쏘드 및 캐쏘드의 물질 상에 침착된 도판트를 제거하지만, 기체 혼합물의 침착 기체는 캐쏘드 상으로의 도판트 침착을 직접 또는 간접적으로 야기시킨다. 이러한 기체 혼합물은 도판트 물질의 축적과 캐쏘드 상의 이러한 물질 또는 다른 물질의 제거 사이에 균형을 유지하며, 따라서 이온 공급원 수명이 연장된다. 기체 혼합물의 이온 공급원 주입기로의 저장 및 분배는 본원에서 참고로서 인용되는 미국 특허 제5,518,528호에 기재된 흡착-침착 장치(SDS(safe delivery source, 안전 전달 공급원)로 지칭됨); 본원에서 참고로서 인용되는 미국 특허 제6,101,816호에 기재된 목적하는 압력에서 유체를 보유하는 관을 포함하는 유체 저장 및 분배 시스템(VAC(Vacuum Actuated Cylinder, 진공 작동 실린더)로 지칭됨); 또는 본원에서 참고로서 인용되는 미국 특허 제6,089,027호에 기재된 SDS 및 VAC(VAC-소르브(Sorb)로 지칭됨)의 하이브리드 유체 저장 및 분배 시스템을 이용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 유체 저장 및 분배 시스템은 기체의 대기압 이하 압력 전달을 제공함으로써, 고압 유체 저장 및 분배 시스템보다 더욱 안정하고 더욱 효율적이다. 게다가, 기체 혼합물의 기체 중 몇몇(이들은 고압 유체 저장 및 분배 시스템하에 공동 존재하도록 양립할 수 없다)은 SDS, VAC 또는 VAC-소르브 시스템하에 함께 저장되고 분배될 수 있다.
상기 기재된 방법의 한 실시양태에서, 기체 혼합물의 기체는 동시에 유동하여 캐쏘드와 접촉한다.
상기 기재된 방법의 다른 실시양태에서, 기체 혼합물의 기체는 순차적으로 유동하여 캐쏘드와 접촉한다.
상기 기재된 방법의 다른 실시양태에서, 기체 혼합물은 하나 이상의 수소-함유 기체 및 하나 이상의 불소-함유 기체의 조합물을 포함하며, 이때 수소-함유 기체는 세정 기체로서 작용하고, 불소-함유 기체는 침착 기체로서 작용한다.
상기 개시된 방법의 다른 실시양태에서는, 기체 혼합물이 하나 이상의 비-도판트 기체, 즉, As, P, Ge, B, Si 또는 C를 함유하지 않는 기체와 하나 이상의 도판트 기체의 조합을 포함하고, 여기서 비-도판트 기체는 세정 기체로서 작용하고, 도판트 기체는 침착 기체로서 작용한다.
세정 기체의 예는 Xe/H2, Ar/H2, Ne/H2, Xe/NH3, Ar/NH3, Ne/NH3, Ar/Xe 및 Ar/Xe/H2이지만, 이로 한정되지는 않는다.
침착 기체의 예는 F2, N2F4, ClF3, WF6, MoF6 및 NF3이지만, 이로 제한되지는 않는다.
기체 혼합물의 예는 AsH3/AsF3, AsH3/AsF5, PH3/PF3, PH3/PF5, SiH4/SiF4, H2/Xe/SiF4, GeH4/GeF4, H2/Xe/GeF4, H2/GeF4, B2H6/BF3, H2/BF3, F2/BF3, CO2/F2, CO2/CF4, CO/F2, CO/CF4, COF2/F2, COF2/CH4, COF2/H2이지만, 이로 제한되지는 않는다.
본 발명의 특징 및 이점은 하기의 비한정적인 실시예에 의해 보다 완전히 도시되어 있다.
실시예 1
본 실시예는 침착물을 제거하기 위한 화학적 세정제를 이용함으로써 달성되는 이온 공급원 수명 및 주입기 이용에서의 개선을 나타낸다. 바람직하게는, 침착물은 주입기에서 오염물 플레이크 및 전도성 막이 축적되는 것을 방지하게 위해 정기적인 간격으로 제거된다.
이온 주입기의 기체 상자에 위치한 이의 공급 용기로부터 정기적 간격으로 XeF2를 도입함으로써 장비내 세정이 수행되었으며, 여기서 XeF2 세정 증기는 하루에 2회 10 내지 15분동안 이온 공급원으로 도입되었다. 세정제의 유동 동력학을 시험하기 위해서 고전류 주입기를 이용하였다. XeF2 세정성을 측정하고, 세정제가 주입기의 빔라인 컴포넌트에는 부정적인 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. XeF2 시약을 이용한 세정 과정이 중간 전류 주입기 장치에 이용하기에 적합하다.
도 1은 장비내 세정 공정을 시행하기 전과 후의 중간 전류 주입기에서 나온 규정 공급원 수명 자료의 그래프이다. 자료를 아르신과 포스핀을 포함하는 도판트 조성물에 대해 전개시켰다. 세정 전에, 이온 공급원은 약 250±90시간의 평균 작동 수명을 가졌고, 이는 2개의 일반(common) 실패 모드에 의해 제한된다.
실패의 주된 모드는 억제기 전압 공급으로부터의 과다한 유출이었다. 안정한 이온 빔의 성공적 추출을 위해, 아크 챔버 외부에 위치한 전극에 억제기 전압이 공급된다. 전극은 다수의 작은 절연기에 의해 전기적으로 절연되고, 하나 이상의 이들 절연기 상의 전도성 필름의 축적으로 인해 과다한 억제기 누출이 야기될 수 있다.
실패의 제2 모드는 침착된 물질의 플레이크로 인한 아크 챔버에서의 컴포넌트의 단락이었다.
이들 실패 모드는 장비내 화학적 세정 과정에 의해 최소화되는 것으로 발견되었다. 정기적인 매일 2회의 세정이 생산시 공급원 수명을 증가시켰다.
억제기 누출 전류에 미치는 XeF2의 효과는 도 2에서 추가로 도시되어 있고, 도 2는 장비내 세정을 도입하기 전과 후의 중간 전류 수단에 대한 누출 전류의 그래프이다. 각각의 자료점은 웨이퍼 롯트를 주입하는데 필요한 시간동안의 평균 억제기 전류를 나타내고, 점들은 여러 이온 공급원의 수명동안 플롯팅되었다. 누출의 크기는 마지막 예방적 보수시 절연기를 교체한 이후 경과한 시간에 의존한다. 자료는 정기적인 장비내 세정이 누출 전류를 크게 감소시켜서 예정에 없던 공급원 정비가 요구되는 1.5mA의 제어 상한에 결코 도달하지 않음을 보여준다.
BF3와 PH3을 포함한 주입 도판트 혼합물을 이용한 장비내 세정 효과 또한 평가되었다. 공급원을 이들 조건 하에서 497시간동안 구동시켰고, BF3 화학에 기인한 필라멘트 상의 텅스텐 침착을 비롯한 아크 제한된 조건에 대해 실패하였다. 시험 시스템에서의 497시간의 단일 공급원 수명은 동일한 시스템에서의 역사적인 평균 299시간과 비교된다. 이는 단일 자료 점이지만, 확립된 패턴에 부합한다. 이 사례에서의 공급원 수명 개선은 공급원 아크 챔버의 텅스텐 침착물을 XeF2로 에칭함에 의한 것으로 보인다.
도 3a 및 3b의 사진은 세정제의 효과에 대한 추가의 증거를 제공한다. 양쪽 사진 모두에서, 각각 약 98시간동안 생산한 후, 주기적인 예방적 보수를 위해 이온 공급원 어셈블리를 제거한 후의 이온 공급원 하우징의 외관이 도시되어 있다. 도 3a의 사진의 경우 장비내 세정이 매일 2회 수행된 반면, 도 3b의 사진의 경우, 세정이 수행되지 않았다.
세정하지 않을 경우, 상당한 양의 침착된 물질이 존재하고, 이중 일부는 탈층되어 플레이크화되기 시작하였다. 정기적인 보수 활동 동안, 하우징의 내부 표면으로부터 침착된 물질을 제거하기 위해 손으로 문질렀다. 장비내 세정을 이용하면 하우징이 훨씬 더 깨끗해 보였고, 손으로 세정할 때 시간이 거의 또는 전혀 걸리지 않았다. 반응하지 않은 XeF2를 아크 챔버 외부로 내보내고, 진공 챔버 벽으로 보내고, 도판트와 다른 침착물을 화학 반응에 의해 제거함으로써 침착물을 제거하였다.
이온 공급원 내부와 주위의 침착물은 소위 "주입기 기억 효과"를 야기한다. 하나의 도판트 공급원 기체를 다른 것으로 바꾸면, 첫 번째 도판트 기체가 종결된지 오랜 후에도 첫 번째 도판트의 원소에서 나온 이온이 이온 공급원 플라스마로부터 계속 추출된다. 일부의 경우, 이 효과로 인해 바람직한 이온 빔이 심하게 오염되어 주입 과정에 나쁜 영향을 미친다.
주입기 기억 효과의 한 예는 BF2 주입기에서의 P 오염이다. 공정 수율에 미치는 이 오염의 영향이 너무 심해서 많은 반도체 제조 설비는 동일한 장비에서의 인과 붕소 주입 계획을 피한다. 이는 주입 조작을 계획하는데 있어 상당한 장애이다. P/BF2 오염은 PH3를 이용한 주입으로부터 공급원에서의 인 침착물로부터 생성된다. BF2 +의 경우 BF3 기체로의 전환시, 불소중 일부는 반응하여 31P19F+를 형성한다. 31P19F+의 질량은 50이다. 이는 49인 11B19F2의 바람직한 매스에 충분히 가까워서 PF+가 PF+ 이온과 함께 주입된다. 결과적으로 BF2 + 주입은 특정한 질량-에너지 범위에서의 경계적 질량 분리능을 갖는 일부 고 전류 시스템으로 제한된다.
주입기 기억 효과에 대한 영향을 측정하기 위해 PH3 도판트 기체에서 나온 P+ 이온 빔을 이용한 모의 생산에서 약 200시간동안 작동된 고 전류 주입기를 이용하여 XeF2 세정을 평가하였다. 시스템을 BF3 기체로 전환시키고, 고용량(5x1015 이온/cm2)의 BF2 +를 이용하여 맨(bare) 실리콘 모니터 웨이퍼를 즉각 주입하였다. BF2 + 주입 동안, 시스템 분석 자석의 분리 천공(resolution aperture)을 보통보다 더 많이 열어, 오염 효과가 2차 이온 질량 분광계(SIMS) 분석을 이용한 편리한 측정을 위해 충분히 크도록 하였다.
BF3, 아르곤 및 XeF2의 3가지 기체를 각각 구동시킨 후 BF2 +를 이용한 주입 모니터 웨이퍼에 의해 남아있는 오염물의 양을 주기적으로 모니터링함으로써 BF3, 아르곤 및 XeF2의 세정 효과를 비교하였다. BF2와 함께 주입된 P의 양을 SIMS에 의해 측정하였다. 주입된 인의 전형적인 SIMS 스펙트럼이 도 4a에 나타나 있고, 여기서 인 스펙트럼의 피크는 이온 공급원으로부터 추출된 PF+ 이온의 주입된 깊이에 상응하고, 투여량은 BF2중 약 3% PF의 오염 수준에 상응한다.
도 4b는 BF3 또는 XeF2중 하나를 이용한 세정 시간의 함수로서의 오염물 수준의 플롯이고, 여기서 플롯은 PH3에서 BF3로의 변환 직후의 오염 수준에 대해 정상화된다. BF3 플라스마를 구동하였을 때 심지어 2시간 후에도 PF 오염에 미치는 효과가 적었다. 아르곤 플라스마를 이용하였을 때 유사한 결과(도시되지 않음)가 수득되었다. 이와는 대조적으로, XeF2를 이용하여 단 15분동안 장비내 세정한 후에 PF 오염이 2배 감소되었고, XeF2를 이용하여 30분동안 장비내 세정한 후에는 PF 오염이 5배 감소되었었다.
장비내 세정을 이용하기 전에 중간 전류 주입 유니트는 한달에 장비당 평균 3.3회 공급원을 교환하였고, 평균 공급원 변경 및 후속적인 자격 시험에 약 5시간이 요구되고, 이는 장비당 연간 200시간의 생산 시간 손실에 해당한다. 공급원 수명은 장비내 세정에 의해 효과적으로 2배가 되었고, 각각의 중간 전류 장비당 약 100시간의 생산 시간을 추가시켰다. 결과적으로 시험 웨이퍼가 절약되고, 자격 웨이퍼의 후 가공에 필요한 계측 장비와 가공 시간이 절감되며(연간 40회의 자격 시험이 각각의 중간 전류 주입기에 대해 수행된다), 이는 장비내 세정의 효율성을 입증하였다.
실시예 2
본 실시예는 예시적인 이온 주입기 시스템의 이온 공급원에서의 필라멘트 성장의 제어를 입증한다.
도 5a는 증가된 필라멘트 전류 및 중량에 대한, XeF2 유동 및 아크 전력 변화의 효과를 나타내는 그래프이다. 그래프는 주입기 시스템의 작동 경과 시간(시간으로 표시됨)에 대한 함수로서 필라멘트의 중량(g 단위)을 나타낸다. 그래프 위쪽의 선은 분당 2.2 표준 제곱 센티미터(sccm)의 XeF2 유동 및 100 볼트/0.05 amp의 아크 전력에서의 작동을 나타내고, 여기서 3시간 작동한 후 필라멘트 중량이 319 mg/시간 증가한 것으로 측정되었다. 그래프의 아래쪽 선은 0.5 sccm의 XeF2 유동 및 40 볼트/0.05 amp의 아크 전력을 반영하고, 이는 3시간의 작동 시간동안 63 mg/시간의 필라멘트 중량을 증가시켰다.
도 5b는 필라멘트 전류에 대한 XeF2 유동과 아크 전력 변화의 효과를 나타내는 그래프이다. 그래프는 주입기 시스템의 작동 시간에 대한 함수로서 필라멘트 전류(암페어 단위)를 보여준다. 그래프에서 위쪽의 선은 분당 2.2 표준 제곱 센티미터(sccm)의 XeF2 유동 및 100 볼트/0.05 amp의 아크 전력에서의 작동을 나타내고, 여기서 필라멘트 전류가 16 amp/시간 상승한 것으로 측정되었다. 그래프의 아래쪽 선은 0.5 sccm의 XeF2 유동 및 40 볼트/0.05 amp의 아크 전력을 반영하고, 이는 3시간의 작동 시간동안 2.3 amp/시간의 필라멘트 전류를 상승시켰다.
도 6은 평균 필라멘트 전류(암페어 단위)의 함수로서 필라멘트 중량 변화(mg/시간 단위)의 그래프이다. 그래프는 텅스텐 이동을 위한 플라스마 조건과 고온 유동(플라스마 없음)의 효과를 보여주고, 낮은 유동 및 높은 유동 고온 필라멘트 조건에 대한 자료와 낮은 유동 및 높은 유동 플라스마 조건에 대한 자료가 있다. 이들 자료는 필라멘트에서 물질의 침착 또는 다르게는 에칭을 수행하는 적절한 공정 조건을 선택함으로써 시스템에서 텅스텐의 이동이 선택적으로 조절될 수 있음을 보여준다.
본 발명은 본원에서 다양한 구체적인 실시양태를 참고하여 개시되었지만, 당 분야의 숙련자들에게 인식되는 바와 같이, 본 발명이 이로 한정되지 않고 다양한 다른 변형 및 실시양태로 확장되고 이를 포함함은 명확하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 따라 넓게 간주되고 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 필라멘트 및 캐쏘드를 포함하는 이온 공급원 챔버를 포함하고, 사용 중에 상기 필라멘트 또는 캐쏘드 상에 물질의 에칭 및 침착이 일어날 수 있는 이온 주입 시스템의 성능을 향상시키고 수명을 연장시키는 방법에 있어서,
    (a) 상기 이온 공급원 챔버의 온도를 제어하여 그에 따라 상기 이온 주입 시스템에서의 이온 주입 작동 중에 필라멘트 또는 캐쏘드 상에 물질의 에칭 및 침착을 제어하는 단계; 및
    (b) 상기 이온 주입 작동 중에 상기 이온 공급원 챔버에, H2, NH3 및 CO 중 적어도 하나를 포함하는 기체 혼합물을 제공하는 단계로서, 이때 상기 기체 혼합물이 추가로
    (i) 도판트 기체; 및
    (ii) (1) 이온 공급원 챔버의 온도를 제어함으로써 캐쏘드 또는 필라멘트 상에 침착을 에칭하기 위해 효과적인 기상 반응성 물질을 포함하는 세정 기체, 및 (2) 이온 공급원 챔버의 온도를 제어함으로써 필라멘트 또는 캐쏘드를 재성장시키기 위해 효과적인 불소화된 처리 기체(다만, 상기 도판트 기체가 불소화된 도판트 기체를 포함하는 경우에 불소화된 도판트 기체 및 불소화된 처리 기체가 동일할 수 있다)를 포함하는 처리 기체 혼합물
    을 포함하는 단계를 포함하고,
    상기 (a) 단계는
    (i) 필라멘트 또는 캐쏘드가 사전결정된 범위보다 두껍거나 얇은지 결정하는 방식으로 필라멘트 또는 캐쏘드를 모니터링하는 단계; 및
    (ii) 이온 주입 작동 중에, 이온 공급원 챔버의 온도를 제어하여 그에 따라 처리 기체 혼합물이 필라멘트 또는 캐쏘드를 에칭하거나 재성장시키게 하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 기체가, 붕소, 인, 비소, 셀레늄, 질소, 아르곤, 게르마늄, 규소, 산소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 도판트 원소를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 기체 혼합물이, BF3, B10H14, B18H22, PH3, AsH3, PF3, PF5, AsF3, AsF5, H2Se, N2, Ar, GeF4, SiF4, WF4, WF5, WF6, TaF3, TaF5, NO, N2O, NO2, CO, CO2, O2, H2, F2, GeF4, GeH4, NF3, IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6, CF4, Cl2, HCl, ClF3, ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, NH3, HOBr, Br2, BrF3, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3, CH2F2, CH3F, COF2, HF, C2HF5, C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3, CH2Cl2 및 CH3Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기체를 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 공급원 챔버 내 이온 공급원의 필라멘트의 사전결정된 전기 저항이 유지되도록 온도가 제어되는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 기체 혼합물이 도판트 기체와 함께 상기 이온 공급원 챔버에 혼합물로서 공급되는, 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도판트 기체 및 처리 기체 혼합물이 동시에(cocurrently) 상기 이온 공급원 챔버로 유동되는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도판트 기체 및 처리 기체 혼합물이 순차적으로(sequentially) 상기 이온 공급원 챔버로 유동되는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 기체가 Xe/H2, Ar/H2, Ne/H2, Xe/NH3, Ar/NH3, Ne/NH3, Ar/Xe 및 Ar/Xe/H2로부터 선택되는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 기체가 BF3을 포함하는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 기체가 GeF4 또는 GeH4를 포함하는, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물이 BF3 및 H2를 포함하는, 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물이 H2를 포함하는, 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물이 GeF4 및 H2를 포함하는, 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물이 NH3을 포함하는, 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물이 CO를 포함하는, 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물의 기체들이 동시에 상기 캐쏘드와 접촉하는, 방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물의 기체들이 순차적으로 상기 캐쏘드와 접촉하는, 방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 기체 혼합물이 SDS(safe delivery source), VAC(Vacuum Actuated Cylinder) 또는 VAC-소르브(Sorb) 시스템에 의해 함께 저장되고 분배되는, 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 기체 혼합물이 AsH3/AsF3, AsH3/AsF5, PH3/PF3, PH3/PF5, SiH4/SiF4, H2/Xe/SiF4, GeH4/GeF4, H2/Xe/GeF4, H2/GeF4, B2H6/BF3, H2/BF3, F2/BF3, CO2/F2, CO2/CF4, CO/F2, CO/CF4, COF2/F2, COF2/CH4 및 COF2/H2로부터 선택되는, 방법.
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