KR20160089490A - Method for implant productivity enhancement - Google Patents

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본웅 구
존 에이. 프론티에로
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크리스토퍼 제이. 리비트
티모시 제이. 밀러
비크람 엠. 보슬
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

작업물을 프로세싱하는 방법이 개시되며, 여기에서 이온 챔버는 먼저 희망되는 도펀트 종 및 다른 종으로 코팅된다. 이러한 컨디셔닝 프로세스 다음에, 불소 및 희망되는 도펀트를 포함하는 공급가스가 챔버로 도입되고 이온화된다. 그런 다음, 이온들이 챔버로부터 추출되고 작업물을 향해 가속되며, 여기에서 이온들이 먼저 질량 분석되지 않은 상태로 주입된다. 컨디셔닝 프로세스 동안 사용되는 다른 종은 3 족, 4 족, 또는 5 족 원소일 수 있다. 희망되는 도펀트 종은 붕소일 수 있다.A method of processing a workpiece is disclosed, wherein the ion chamber is first coated with the desired dopant species and other species. Following this conditioning process, a feed gas comprising fluorine and the desired dopant is introduced into the chamber and ionized. The ions are then extracted from the chamber and accelerated toward the workpiece, where the ions are first injected without being mass analyzed. Other species used during the conditioning process may be Group 3, Group 4, or Group 5 elements. The dopant species desired may be boron.

Description

주입 생산성 향상을 위한 방법{METHOD FOR IMPLANT PRODUCTIVITY ENHANCEMENT}[0001] METHOD FOR IMPLANT PRODUCTIVITY ENHANCEMENT [0002]

본 출원은 2013년 7월 18일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 61/847,776호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 개시내용이 참조로서 통합된다.This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 847,776, filed July 18, 2013, the disclosure of which is incorporated by reference.

기술분야Technical field

본 개시의 실시예들은 이온 주입 시스템에서 이온 빔 품질을 개선하기 위한 방법들에 관한 것이며, 더 구체적으로, 붕소 이온 빔 품질을 개선하기 위한 방법들에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure are directed to methods for improving ion beam quality in an ion implantation system, and more particularly, to methods for improving boron ion beam quality.

반도체 작업물들은 보통 희망되는 전도성을 생성하기 위하여 도펀트 종으로 주입된다. 예를 들어, 솔라 셀들은 방출 영역을 생성하기 위하여 도펀트 종으로 주입될 수 있다. 이러한 주입은 여러 가지의 상이한 메커니즘들을 사용하여 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어, 이온 소스가 사용된다. 이러한 이온 소스는 그 안에서 소스 가스들이 이온화되는 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 소스 가스들로부터의 이온들은, 하나 이상의 전극들을 사용하여 챔버 내에서 개구를 통해 추출될 수 있다. 이러한 추출된 이온들은 작업물을 향해 보내지며, 여기에서 이온들이 솔라 셀을 형성하기 위해 작업물 내로 주입된다. Semiconductor workpieces are usually implanted into the dopant species to produce the desired conductivity. For example, the solar cells may be implanted into the dopant species to create an emissive region. This implantation can be accomplished using a variety of different mechanisms. In one embodiment, an ion source is used. Such an ion source may include a chamber within which the source gases are ionized. Ions from these source gases can be extracted through the openings in the chamber using one or more electrodes. These extracted ions are directed toward the workpiece, where the ions are injected into the workpiece to form a solar cell.

프로세스 효율성을 개선하고 비용을 낮추기 위한 노력에 있어서, 일부 실시예들에 있어, 이온 소스로부터 추출된 이온들이 어떠한 질량 분석도 없이 직접적으로 작업물을 향해 가속된다. 다시 말해서, 이온 소스 내에서 생성된 이온들이 가속되고 작업물 내로 직접적으로 주입된다. 질량 분석기는 이온 빔으로부터 희망되지 않는 종을 제거하기 위해 사용된다. 질량 분석기의 제거는, 이온 소스로부터 추출된 모든 이온들이 작업물 내로 주입될 것임을 의미한다. 결과적으로, 그러면 이온 소스 내에서 또한 생성될 수 있는 희망되지 않는 이온들이 작업물 내로 주입된다.In an effort to improve process efficiency and lower costs, in some embodiments, the ions extracted from the ion source are accelerated directly toward the workpiece without any mass analysis. In other words, the ions generated in the ion source are accelerated and injected directly into the workpiece. A mass spectrometer is used to remove unwanted species from the ion beam. Removal of the mass spectrometer means that all ions extracted from the ion source will be injected into the workpiece. As a result, undesired ions, which can also be generated in the ion source, are then injected into the workpiece.

이러한 현상은, 소스 가스가 할로겐-기반 화합물, 예컨대 불화물일 때 가장 두드러질 수 있다. (준안정성 또는 여기된) 중성입자들 및 불소 이온들이 이온 소스의 내부 표면들과 반응할 수 있으며, 이는 원치 않는 이온들, 예컨대 불순물 원소들로서 존재하는 실리콘, 산소, 탄소, 및 알루미늄 및 중 금속들을 릴리즈(release)한다. This phenomenon may be most noticeable when the source gas is a halogen-based compound such as a fluoride. (Metastable or excited) neutral particles and fluorine ions may react with the inner surfaces of the ion source, which may include silicon, oxygen, carbon, and aluminum and heavy metals present as unwanted ions, such as impurity elements Release.

따라서, 빔 품질을 개선하는 방법, 특히 할로겐 기반 소스 가스들이 이용되는 실시예들에 대한 빔 품질을 개선하는 방법이 유익할 것이다.Thus, a method of improving beam quality, particularly a method of improving beam quality for embodiments in which halogen-based source gases are used, would be beneficial.

작업물을 프로세싱하는 방법이 개시되며, 여기에서 이온 챔버는 먼저 희망되는 도펀트 종 및 다른 종으로 코팅된다. 이러한 컨디셔닝(conditioning) 프로세스 다음에, 불소 및 희망되는 도펀트 종을 포함하는 공급가스(feedgas)가 챔버로 도입되고 이온화된다. 그런 다음, 이온들이 챔버로부터 추출되고 작업물을 향해 가속되며, 여기에서 이온들이 먼저 질량 분석되지 않은 상태로 주입된다. 컨디셔닝 프로세스 동안 사용되는 다른 종은 3 족, 4 족, 또는 5 족 원소일 수 있다. 희망되는 도펀트 종은 붕소일 수 있다. A method of processing a workpiece is disclosed, wherein the ion chamber is first coated with the desired dopant species and other species. Following this conditioning process, a feed gas containing fluorine and the desired dopant species is introduced into the chamber and ionized. The ions are then extracted from the chamber and accelerated toward the workpiece, where the ions are first injected without being mass analyzed. Other species used during the conditioning process may be Group 3, Group 4, or Group 5 elements. The dopant species desired may be boron.

일 실시예에 있어, 작업물을 프로세싱하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 컨디셔닝 가스를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 컨디셔닝 가스는 희망되는 도펀트 종을 포함하는 수소화물 및 컨디셔닝 코-가스(co-gas)를 포함하고, 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 4 족 원소의 수소화물, 또는 희망되는 도펀트 종과 반대되는 전도성을 갖는 종의 수소화물을 포함하며, 도입되는 가스의 총 체적의 10% 내지 40% 사이가 컨디셔닝 코-가스를 포함하는, 단계; 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하기 위하여 컨디셔닝 가스 및 컨디셔닝 코-가스를 이온화하는 단계; 코팅이 형성된 후 챔버 내로 도입되는 가스들을 변경하고 공급가스를 챔버 내로 도입하는 단계로서, 공급가스는 불소 및 희망되는 도펀트 종을 포함하는, 단계; 이온들을 생성하기 위하여 공급가스를 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및 이온들이 질량 분석 없이 작업물 내로 주입될 수 있도록 챔버로부터 이온들을 추출하고 이온들을 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함한다.In one embodiment, a method for processing a workpiece is disclosed. The method includes the steps of introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas comprises a hydride and a conditioning co-gas comprising a desired dopant species, the conditioning nose gas comprises an inert gas, A hydride of a Group 4 element, or a hydride of a species having a conductivity opposite to the desired dopant species, wherein between about 10% and 40% of the total volume of introduced gas comprises a conditioning nose gas; Ionizing the conditioning gas and the conditioning nose gas to form a coating on the walls of the chamber; Modifying the gases introduced into the chamber after formation of the coating and introducing the feed gas into the chamber, wherein the feed gas comprises fluorine and the desired dopant species; Ionizing the feed gas in the chamber to produce ions; And extracting ions from the chamber and accelerating the ions toward the workpiece so that the ions can be injected into the workpiece without mass analysis.

제 2 실시예에 있어서, 작업물을 프로세싱하는 방법이 개시되며, 방법은, 컨디셔닝 가스를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 컨디셔닝 가스는 보레인(borane) 및 컨디셔닝 코-가스를 포함하고, 컨디셔닝 코-가스는 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는, 단계; 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하는 단계로서, 코팅은 붕소 및 4 족 또는 5 족 원소를 포함하는, 단계; 코팅이 형성된 후 공급가스를 챔버 내로 도입하는 단계로서, 공급가스는 불소 및 붕소를 포함하는, 단계; 이온들을 생성하기 위하여 공급가스를 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및 챔버로부터 이온들을 추출하고 이온들을 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함한다.In a second embodiment, a method of processing a workpiece is disclosed, the method comprising: introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas comprises a borane and a conditioning nose- Wherein the conditioning co-gas comprises a hydride of a Group 4 or Group 5 element; Forming a coating on the walls of the chamber, wherein the coating comprises boron and Group 4 or Group 5 elements; Introducing a feed gas into the chamber after formation of the coating, wherein the feed gas comprises fluorine and boron; Ionizing the feed gas in the chamber to produce ions; And extracting ions from the chamber and accelerating ions toward the workpiece.

제 3 실시예에 있어, 작업물들을 프로세싱하는 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 챔버의 벽들을 붕소 및 4 족 또는 5 족 원소로 코팅하기 위하여 이온 소스의 챔버 상에서 컨디셔닝 프로세스를 수행하는 단계; 및 벽들 상에 코팅이 형성된 후 주입 프로세스를 수행하는 단계로서, 불소 및 붕소를 포함하는 공급가스는 이온들을 생성하기 위하여 이온화되고, 이온들이 챔버로부터 추출되고 작업물들을 향해 가속되며, 이온들이 질량 분석 없이 작업물들 내로 주입되는, 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어, 컨디셔닝 프로세스는 보레인을 포함하는 컨디셔닝 가스 및 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는 컨디셔닝 코-가스를 챔버 내에서 이온화하는 단계를 포함한다. 일부 추가적인 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 포스핀(PH3), 아르신(AsH3), 게르만(GeH4) 또는 실란(SiH4)일 수 있다.In a third embodiment, a method of processing works is disclosed. The method includes performing a conditioning process on the chamber of the ion source to coat the walls of the chamber with boron and Group 4 or Group 5 elements; And performing a post-implantation process after the coating is formed on the walls, wherein a feed gas comprising fluorine and boron is ionized to produce ions, ions are extracted from the chamber and accelerated toward the workpiece, Into the workpieces without the need for a vacuum. In some embodiments, the conditioning process includes ionizing a conditioning nose gas comprising a conditioning gas comprising borane and a hydride of a Group 4 or Group 5 element in the chamber. In some additional embodiments, the conditioning co-gas may be phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), germane (GeH 4 ), or silane (SiH 4 ).

본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로써 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 실시예들에 따른 주입 시스템을 도시한다.
도 2는 희석 가스 농도의 함수로서 도펀트 전류 및 오염물질 레벨의 대표적인 그래프이다.
도 3의 A 내지 도 3의 B는 2개의 상이한 컨디셔닝 절차들을 사용하는 전체 빔 전류의 퍼센트로서 오염물질들을 도시한다.
도 4의 A 내지 도 4의 B는 2개의 컨디셔닝 절차들 사이의 차이점을 보여준다.
For a better understanding of the disclosure, reference is made to the accompanying drawings, which are incorporated herein by reference.
Figures 1A-1C illustrate an injection system according to different embodiments.
Figure 2 is a representative graph of dopant current and contaminant level as a function of diluent gas concentration.
Figures 3A-B illustrate contaminants as a percentage of total beam current using two different conditioning procedures.
Figures 4A-4B show the differences between the two conditioning procedures.

이상에서 설명된 바와 같이, 불화물들과 같은 할로겐-기반 종의 이온화는 이온 소스의 내부 표면들로부터 릴리즈되는 입자들이 작업물 내로 주입되게 하는 것을 초래할 수 있다. 이러한 오염물질들은, 알루미늄, 탄소, 질소, 산소, 실리콘, 불소-기반 화합물들, 및 (불순물 원소들로서 존재하는 중 금속들을 포함하는) 다른 원치 않는 종을 포함할 수 있다. 자유 할로겐 이온들에 의해 초래되는 손상을 해결하기 위한 하나의 접근방식은 주입 동안 제 2 소스 가스를 도입하는 것일 수 있다.As described above, ionization of halogen-based species such as fluorides can result in particles being released from the inner surfaces of the ion source being injected into the workpiece. These contaminants may include aluminum, carbon, nitrogen, oxygen, silicon, fluorine-based compounds, and other unwanted species (including heavy metals present as impurity elements). One approach to address the damage caused by free halogen ions may be to introduce a second source gas during implantation.

도 1a 내지 도 1c는 제 2 소스 가스가 이온 소스(100)의 챔버(105)로 도입될 수 있는 다양한 실시예들을 도시한다. 이러한 도면들의 각각에 있어, 이온 소스(100)는, 흑연 또는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있는 몇몇 챔버 벽들(107)에 의해 획정(define)되는 챔버(105)를 포함한다. 이러한 챔버(105)에, 소스 가스 컨테이너(170) 내에 저장된 하나 이상의 소스 가스들이 가스 주입구(110)를 통해 공급될 수 있다. 이러한 소스 가스는 RF 안테나(120) 또는 다른 메커니즘에 의해 에너지를 공급받을 수 있다. RF 안테나(120)는, RF 안테나(120)에 전력을 공급하는 RF 전원 공급장치(미도시)와 전기적으로 연통한다. 석영 또는 알루미나 윈도우(window)와 같은 유전체 윈도우(125)는 RF 안테나(120)와 이온 소스(100)의 내부 사이에 배치될 수 있다. 이온 소스(100)는 또한 이온들이 통과할 수 있는 개구(140)를 포함한다. 네거티브(negative) 전압이, 챔버(105) 내로부터 개구(140)를 통해 그리고 작업물(160)을 향해 포지티브하게(positively) 대전된 이온들을 추출하기 위하여 개구(140) 외부에 배치된 추출 억제 전극(130)에 인가된다. 접지 전극(150)이 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 개구(140)는 유전체 윈도우(125)를 포함하는 측(side)에 대향되는 이온 소스(100)의 측 상에 위치된다. 챔버(105)로부터 추출되는 이온들이 이온 빔(180)으로 형성되며, 이온 빔은 작업물(160)을 향해 보내진다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이온들이 작업물(160)과 충돌하기 전에 어떠한 질량 분석기도 이온들을 필터링하기 위해 사용되지 않는다. 도 1a에 도시된 특정한 일 실시예에 있어, 2차 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(175) 내에 저장되며, 제 2 가스 주입구(111)를 통해 챔버(105)로 도입된다. 도 1b에 도시된 다른 실시예에 있어, 2차 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(176) 내에 저장되며, 제 1 소스 가스에 의해 사용되는 것과 동일한 가스 주입구(110)를 통해 챔버(105)로 도입된다. 도 1c에 도시된 또 다른 실시예에 있어, 제 2 소스 가스는 단일 가스 컨테이너(178) 내에서 제 1 소스 가스와 혼합될 수 있다. 그런 다음 가스들의 이러한 혼합물이 가스 주입구(110)를 통해 챔버(105)로 도입된다. 1A-1C illustrate various embodiments in which a second source gas may be introduced into the chamber 105 of the ion source 100. In each of these figures, the ion source 100 includes a chamber 105 that is defined by several chamber walls 107, which may be made of graphite or other suitable material. In this chamber 105, one or more source gases stored in the source gas container 170 may be supplied through the gas inlet 110. This source gas may be energized by the RF antenna 120 or other mechanism. The RF antenna 120 is in electrical communication with an RF power supply (not shown) that supplies power to the RF antenna 120. A dielectric window 125, such as a quartz or alumina window, may be disposed between the RF antenna 120 and the interior of the ion source 100. The ion source 100 also includes an opening 140 through which ions can pass. A negative voltage is applied to the extraction inhibitor electrode 140 disposed outside the opening 140 to extract positively charged ions from within the chamber 105 through the opening 140 and toward the workpiece 160. [ (130). A ground electrode 150 may also be used. In some embodiments, the opening 140 is positioned on the side of the ion source 100 opposite the side comprising the dielectric window 125. Ions extracted from the chamber 105 are formed into an ion beam 180 and the ion beam is directed toward the workpiece 160. As described above, no mass analyzer is used to filter the ions before the ions collide with the workpiece 160. 1A, a secondary source gas is stored in a second gas container 175 and is introduced into the chamber 105 through a second gas inlet 111. In one particular embodiment, 1B, a secondary source gas is stored in the second gas container 176 and introduced into the chamber 105 through the same gas inlet 110 as used by the first source gas. do. 1C, the second source gas may be mixed with the first source gas in a single gas container 178. In one embodiment, This mixture of gases is then introduced into the chamber 105 through the gas inlet 110.

이러한 실시예들 중 임의의 실시예에 있어, 제 1 소스 가스 및 제 2 소스 가스는 동시에 또는 순차적으로 챔버(105)로 도입될 수 있다. In any of these embodiments, the first source gas and the second source gas may be introduced into the chamber 105 simultaneously or sequentially.

공급 가스로도 지칭되는 제 1 소스 가스는 불소와 결합된 붕소와 같은 도펀트를 포함할 수 있다. 따라서, 공급 가스는 DFn 또는 DmFn의 형태일 수 있으며, 여기에서 D는 도펀트 원자를 나타내고, 이는 붕소, 갈륨, 인, 비소, 또는 다른 3 족 또는 5 족 원소일 수 있다. 희석 가스로도 지칭될 수 있는 제 2 소스 가스는 XHn 또는 XmHn의 화학식을 갖는 분자일 수 있으며, 여기에서 H는 수소이다. X는 이상에서 설명된 것들 중 임의의 것과 같은 도펀트 종일 수 있다. 대안적으로, X는 또한 작업물(160)의 전도성에 영향을 주지 않는 원자일 수 있다. 예를 들어, 작업물(160)이 실리콘을 포함하는 경우, X는 실리콘 및 게르마늄과 같은 4 족 원소일 수 있다.The first source gas, also referred to as the feed gas, may comprise a dopant such as boron combined with fluorine. Thus, the feed gas may be in the form of DF n or D m F n , where D represents a dopant atom, which may be boron, gallium, phosphorus, arsenic, or other Group 3 or Group 5 elements. The second source gas, which may also be referred to as a diluent gas, can be a molecule having the formula XH n or X m H n , where H is hydrogen. X may be a dopant species such as any of those described above. Alternatively, X may also be an atom that does not affect the conductivity of the workpiece 160. For example, where workpiece 160 comprises silicon, X may be a Group 4 element such as silicon and germanium.

다시 말해서, 공급 가스는 BF3 또는 B2F4일 수 있으며, 반면 희석 가스는, 예를 들어, PH3, SiH4, NH3, GeH4, B2H6, 또는 AsH3일 수 있다. 이러한 목록은 사용될 수 있는 일부 가능한 종을 나타낸다. 다른 공급 가스 종 및 희석 종이 또한 가능하다는 것이 이해되어야 한다.In other words, the feed gas may be BF 3 or B 2 F 4 , while the diluent gas may be, for example, PH 3 , SiH 4 , NH 3 , GeH 4 , B 2 H 6 , or AsH 3 . These lists represent some possible species that may be used. It should be understood that other feed gas species and diluent species are also possible.

공급 가스와 희석 가스를 결합함으로써, 불소 이온들의 유해한 효과들이 감소될 수 있다. 예를 들어, 임의의 특정 이론에 한정되지 않고, 수소의 도입이 유전체 윈도우(125) 상에 필름 또는 코팅을 생성할 수 있다. 이는 유전체 윈도우(125)를 보호하는데 기여하며, 이는 추출되는 이온 빔(180) 내에 포함되는 유전체 윈도우(125)로부터 기인하는 오염물질들의 양을 감소시킨다. 이에 더하여, 희석 가스는, 오염물질들의 다른 소스일 수 있는 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들을 코팅할 수 있다. 이러한 코팅은 불소 이온들과 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있으며, 이는 생성되는 오염물질들의 양을 감소시킨다.By combining the feed gas and the diluting gas, the deleterious effects of the fluorine ions can be reduced. For example, without being limited to any particular theory, the introduction of hydrogen can produce films or coatings on the dielectric window 125. This contributes to protecting the dielectric window 125, which reduces the amount of contaminants that result from the dielectric window 125 contained within the ion beam 180 being extracted. In addition, the diluent gas may coat the inner surfaces of the plasma chamber walls 107, which may be other sources of contaminants. This coating can reduce the interaction between the fluorine ions and the inner surfaces of the plasma chamber walls 107, which reduces the amount of contaminants produced.

희석 가스의 도입은, 오염물질들의 생성 및 이러한 오염물질들의 이온 빔 내로의 포함을 감소시킬 수 있다. 반대로, 많은 양의 희석 가스의 도입은 이온 빔 내에서 사용될 도펀트 이온들의 생성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 과도한 양의 희석 가스의 도입은 이온 소스에 의해 생성되는 도펀트 빔 전류를 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 수소를 포함하는 과도한 양의 희석 가스는 에칭 및 그에 따른 추가적인 오염을 야기할 수 있다. 수소는 특정 재료들을 에칭하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 수소는 흑연 벽들과 반응할 수 있으며, 이는 CHx 가스가 생성되는 것을 초래한다.The introduction of a diluting gas can reduce the generation of contaminants and their inclusion in the ion beam. Conversely, the introduction of a large amount of diluent gas can negatively affect the generation of dopant ions to be used in the ion beam. For example, the introduction of an excessive amount of diluent gas may reduce the dopant beam current produced by the ion source. Additionally, an excessive amount of diluent gas, including hydrogen, can cause etching and hence additional contamination. Hydrogen is known to etch certain materials. For example, hydrogen can react with graphite walls, which results in the generation of CH x gas.

의외로, 오염물질 감소가 희석제 농도의 증가에 따라 비례적으로 감소하지 않는다는 것이 결정되었다. 다시 말해서, 희석제의 양이 어떤 문턱값 이상으로 증가하는 경우, 오염물질 전류 대 도펀트 전류의 비율이 실제로 증가한다. 이는, 어떤 문턱값 이상에서, 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 상의 추가적인 코팅이 불소 이온들에 대한 추가적인 보호를 거의 제공하지 않거나 또는 제공하지 않는다는 사실에 의해 초래될 수 있다. 추가적으로, 고 플라즈마 전위와 같은 플라즈마 파라미터들이 희석 가스의 높은 퍼센트와 함께 변경될 것이며, 이는 희석 가스 이온들에 의한 챔버 벽들의 추가적인 스퍼터링을 야기할 수 있다. 이에 더하여, 높은 희석 가스 퍼센트는 벽 재료의 에칭을 야기할 수 있으며, 따라서 오염물질을 추가한다. 챔버 벽들의 추가적인 스퍼터링은 증가된 오염물질 레벨을 야기할 수 있다. 따라서, 도펀트 전류가 희석제 농도의 함수로서 감소하고, 오염물질 농도가 어떤 문턱값 이후 일정하게 남아 있거나 또는 증가하는 경우, 이온 빔 내의 오염물질의 퍼센트는 필연적으로 증가한다. Surprisingly, it was determined that the contaminant reduction did not decrease proportionally with increasing diluent concentration. In other words, when the amount of diluent increases above a certain threshold, the ratio of contaminant current to dopant current actually increases. This may be caused by the fact that, above certain thresholds, the additional coating on the inner surfaces of the plasma chamber walls 107 provides little or no additional protection for the fluoride ions. In addition, plasma parameters such as high plasma potential will be altered with a high percentage of diluent gas, which can cause additional sputtering of chamber walls by diluent gas ions. In addition, a high dilution gas percentage can cause etching of the wall material, thus adding contaminants. Additional sputtering of the chamber walls may result in increased contaminant levels. Thus, if the dopant current decreases as a function of the diluent concentration and the contaminant concentration remains constant or increases after a certain threshold, the percentage of contaminants in the ion beam necessarily increases.

도 2는, 이온 빔 내의 도펀트와 비교하여 도펀트 빔 전류 및 오염물질의 퍼센트 둘 모두에 대한 희석 가스 농도의 영향들을 보여주는 대표적인 그래프를 도시한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 오염물질은, 실리콘, 질소, 산소, 수소, 알루미늄, 탄소, 탄소-기반 화합물들, 불소, 불소-기반 화합물들, 또는 다른 비-도펀트 종을 함유하는 이온 종일 수 있다. Figure 2 shows an exemplary graph showing the effects of dilute gas concentration on both the dopant beam current and percent of contaminants as compared to the dopant in the ion beam. As discussed above, the contaminant can be an ion species containing silicon, nitrogen, oxygen, hydrogen, aluminum, carbon, carbon-based compounds, fluorine, fluorine-based compounds, or other non- .

도 2에서 확인될 수 있는 바와 같이, 바 그래프에 의해 표현되는 도펀트 전류는 희석제가 존재하지 않을 때 최대이다. 이러한 예에 있어 GeH4인 희석 가스의 농도가 증가됨에 따라, 도펀트 전류의 거의 선형적인 감소가 존재한다. 이러한 그래프가 도펀트 전류와 희석제 농도 사이의 특정 관계를 도시하지만, 이러한 관계가 사용된 테스트 조건들에 특유할 수 있다는 것을 주의해야만 한다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 내부의 상이한 희석 가스, 상이한 RF 전력 레벨, 또는 상이한 압력(또는 흐름 레이트(rate))이 상이한 결과들을 생성할 수 있다. 따라서, 이러한 바 그래프는 도펀트 전류와 희석제 농도 사이의 일반적인 경향을 나타내도록 의도된다.As can be seen in FIG. 2, the dopant current represented by the bar graph is maximum when no diluent is present. In this example, depending on the concentration of the diluted GeH 4 gas is increased, there is an almost linear decrease of the dopant current. It should be noted that although these graphs show a particular relationship between the dopant current and the diluent concentration, this relationship may be unique to the test conditions used. For example, different diluent gases, different RF power levels, or different pressures (or flow rates) within the plasma chamber can produce different results. Thus, this bar graph is intended to show the general trend between dopant current and diluent concentration.

라인(300)은 이온 빔 내의 도펀트와 비교하여 특정 오염물질의 퍼센트로서 정의되는 빔 불순물의 측정을 도시하며, 여기에서 오염물질은 이상에서 식별된 것들 중 하나일 수 있다. 예상된 바와 같이, 빔 불순물은 희석제 농도가 0%로부터 10%로 증가됨에 따라 감소한다. 이상에서 언급된 바와 같이, 이는 희석 가스 내의 수소의 코팅 작용에 기인할 수 있다. 희석 가스 내의 다른 종이 코팅 작용에 영향을 미칠 수 있는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, GeH4의 경우에 있어, 수소 분자들이 가벼우며, 그에 따라 빠르게 밖으로 펌핑될 수 있다. 그러나, GeH4는 부착된 수소를 갖는 무거운 분자이며, 그에 따라 챔버 표면들과 반응하고 이러한 표면들을 코팅하기 위한 긴 체류 시간 및 높은 가능성을 가질 수 있다. 예를 들어, 조성 GeHx를 갖는 화합물들이 벽을 코팅할 수 있으며, 그에 따라 벽 재료를 불소 에칭으로부터 보호할 수 있다. 그러나, 의외로, 빔 불순물은 희석제 농도가 약 30%에 도달할 때까지 상대적으로 평평하게 남아 있는다. 다시 말해서, 더 많은 희석제 가스의 도입에도 불구하고, 도펀트의 양에 대하여 오염물질의 양이 상대적으로 일정하게 남아 있는다. 약 5% 내지 30%의 범위 전체에 걸쳐, 빔 불순물은 약 1% 미만이다. 놀랍게도, 희석제 농도가 약 30%를 넘어 증가되는 경우, 빔 불순물은 상당히 극적으로 증가하며, 가스 혼합물이 60% 희석 가스인 경우, 5%를 초과하는 레벨에 도달한다. 빔 불순물은 희석 가스의 농도가 5% 내지 30% 사이일 때 최소화될 수 있다. Line 300 shows a measurement of beam impurities defined as a percentage of a particular contaminant as compared to the dopant in the ion beam, wherein the contaminant may be one of those identified above. As expected, the beam impurity decreases as the diluent concentration increases from 0% to 10%. As mentioned above, this can be attributed to the coating action of hydrogen in the diluent gas. It may be possible that other paper in the diluent gas may affect the coating action. For example, in the case of GeH 4 , the hydrogen molecules are light and thus can be quickly pumped out. However, GeH 4 is a heavier molecule with attached hydrogen, and therefore may have a long residence time and high probability to react with and coat the chamber surfaces. For example, compounds having the composition GeH x can coat the walls, thereby protecting the wall material from fluorine etching. However, unexpectedly, the beam impurity remains relatively flat until the diluent concentration reaches about 30%. In other words, despite the introduction of more diluent gas, the amount of contaminant remains relatively constant with respect to the amount of dopant. Over a range of about 5% to 30%, the beam impurity is less than about 1%. Surprisingly, if the diluent concentration is increased by more than about 30%, the beam impurities increase dramatically and reach a level exceeding 5% if the gas mixture is a 60% diluent gas. The beam impurity can be minimized when the concentration of diluent gas is between 5% and 30%.

도 1a 내지 도 1c는 필요한 이온들을 생성하기 위한 RF 안테나(120) 및 RF 전원 공급장치를 갖는 이온 소스를 사용한다. 그러나, IHC, 중공형(hollow)-캐소드, 헬리콘, 및 마이크로파 이온 소스를 포함하는 다른 이온 소스들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 전자들의 열이온 방출을 야기하기 위해 열을 사용하는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC)가 또한 일부 실시예들에 있어 사용될 수 있다. 다른 이온 소스들이 또한 본 개시의 범위 내에 속한다.1A through 1C use an ion source having an RF antenna 120 and an RF power supply for generating necessary ions. However, it will be appreciated that other ion sources may be used, including IHC, hollow-cathode, helicon, and microwave ion sources. For example, an indirectly heated cathode (IHC) that uses heat to cause thermal ion emission of electrons may also be used in some embodiments. Other ion sources are also within the scope of this disclosure.

따라서, 2개의 소스 가스들을 사용함으로써 감소된 빔 불순물을 갖는 추출되는 이온 빔(180)이 생성될 수 있다. 제 1 소스 가스, 또는 공급 가스는, BF3 또는 B2F4와 같은 붕소 및 불소 둘 모두를 함유하는 종일 수 있다. 제 2 소스 가스, 또는 희석제는, 실란(SiH4) 또는 게르만(GeH4)과 같은 실리콘 또는 게르마늄 중 하나 및 수소를 함유하는 종일 수 있다. 이러한 2개의 소스 가스들은, 이들이 이온화되는 이온 소스(100)의 챔버(105) 내로 동시에 또는 순차적으로 도입된다. 이온 소스는 RF 안테나(120)에 의해 생성되는 RF 에너지를 사용할 수 있다. 다른 실시예에 있어, 이온 소스는 IHC를 사용하여 전자들의 열이온 방출을 사용할 수 있다. 가스를 이온화하는 다른 방법들이 또한 이온 소스에 의해 사용될 수 있다. 이러한 2개의 소스 가스들은, (체적으로) 총 가스의 5%-30%가 희석 가스가 되고 동시에 나머지가 공급가스가 되도록 도입될 수 있다. 둘 모두의 소스 가스들로부터의 이온들은 전극들(130, 150)의 사용을 통해 개구(140)를 통해 추출되고 작업물(160)을 향해 가속되며, 여기에서 이들이 작업물(160) 내로 주입된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 이온들은 질량 분석되지 않을 수 있으며, 이는 추출된 모든 이온들이 작업물(160) 내로 주입된다는 것을 의미한다. Thus, by using two source gases, an extracted ion beam 180 with reduced beam impurity can be generated. The first source gas, or feed gas, may be a species containing both boron and fluorine, such as BF 3 or B 2 F 4 . The second source gas, or diluent, can be either silicon or germanium, such as silane (SiH 4 ) or germane (GeH 4 ), and hydrogen containing species. These two source gases are introduced simultaneously or sequentially into the chamber 105 of the ion source 100 where they are ionized. The ion source may use RF energy generated by the RF antenna 120. In another embodiment, the ion source can use thermal ion emission of electrons using IHC. Other methods of ionizing the gas may also be used by the ion source. These two source gases can be introduced such that between 5% and 30% of the total gas (by volume) becomes the diluent gas and the remainder is the feed gas. Ions from both source gases are extracted through openings 140 through the use of electrodes 130 and 150 and accelerated toward workpiece 160 where they are injected into workpiece 160 . As described above, these ions may not be mass analyzed, meaning that all of the extracted ions are injected into the workpiece 160.

다른 예에 있어, 희석 가스는 반대되는 전도성을 갖는 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 소스 가스, 또는 공급 가스는, BF3 또는 B2F4와 같은 붕소 및 불소 둘 모두를 함유하는 종일 수 있다. 제 2 소스 가스, 또는 희석제는, 인, 질소 또는 비소와 같은 5 족 원소 및 수소를 함유하는 종일 수 있다. In another example, the diluent gas may comprise a dopant having an opposite conductivity. For example, the first source gas, or feed gas, may be a species containing both boron and fluorine, such as BF 3 or B 2 F 4 . The second source gas, or diluent, may be a Group 5 element such as phosphorus, nitrogen or arsenic and a species containing hydrogen.

이상의 개시는 가스의 총 체적의 약 5%-30% 사이의 범위의 희석제를 논의한다. 그러나, 일부 실시예들에 있어, 이러한 범위가 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어, 희석제 농도는, 1-10%, 2-10%, 3-10% 또는 5-10%와 같이 10%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 1-15%, 2-15%, 3-15%, 5-15%, 또는 7-15%와 같이 15%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 2-20%, 3-20%, 5-20%, 7-20%, 또는 10-20%와 같이 20%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 3-30%, 5-30%, 7-30%, 10-30% 또는 15-30%와 같이 30%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 3-40%, 5-40%, 7-40%, 10-40%, 15-40% 또는 20-40%와 같이 40%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 5-50%, 7-50%, 10-50%, 15-50%, 20-50%, 또는 25-50%와 같이 50%에 이를 수 있다. 마지막으로, 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 5-60%, 7-60%, 10-60%, 15-60%, 20-60%, 25-60% 또는 30-60%와 같이 60%만큼 높을 수 있다.The above discussion discusses diluents ranging between about 5% and 30% of the total volume of gas. However, in some embodiments, this range may be different. For example, in some embodiments, the diluent concentration can amount to 10%, such as 1-10%, 2-10%, 3-10%, or 5-10%. In another embodiment, the diluent concentration can amount to 15%, such as 1-15%, 2-15%, 3-15%, 5-15%, or 7-15%. In another embodiment, the diluent concentration can reach 20%, such as 2-20%, 3-20%, 5-20%, 7-20%, or 10-20%. In another embodiment, the diluent concentration can amount to 30%, such as 3-30%, 5-30%, 7-30%, 10-30%, or 15-30%. In another embodiment, the diluent concentration can reach 40%, such as 3-40%, 5-40%, 7-40%, 10-40%, 15-40%, or 20-40%. In other embodiments, the diluent concentration can amount to 50%, such as 5-50%, 7-50%, 10-50%, 15-50%, 20-50%, or 25-50%. Finally, in another embodiment, the diluent concentration may range from 60%, such as 5-60%, 7-60%, 10-60%, 15-60%, 20-60%, 25-60%, or 30-60% % ≪ / RTI >

이상의 설명은 비-질량 분석된 이온 빔을 사용하여 작업물 내로 주입될 이온들을 생성하기 위해 사용되는 플라즈마를 생성하기 위하여 공급가스와 함께 희석 가스를 사용하는 것을 상세화한다. 그러나, 다른 기술들이 또한 이러한 방법에 더하여 또는 이러한 방법 대신에 사용될 수 있다. The above description details the use of a diluting gas with the feed gas to produce the plasma used to generate the ions to be injected into the workpiece using the non-mass analyzed ion beam. However, other techniques may also be used in addition to or instead of this method.

예를 들어, 일 실시예에 있어, 이온 소스(100)의 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들이 주입 프로세스 이전에 컨디셔닝될 수 있다. 컨디셔닝은, 재료가 이러한 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 상으로 코팅되는 프로세스이다. 이러한 재료는 플라즈마 챔버 벽들(107)을 할로겐들의 유해한 효과들로부터 보호하는데 기여할 수 있으며, 이는 이러한 플라즈마 챔버 벽들(107)로부터 에칭되고 추출되는 이온 빔 내로 도입되는 오염물질들의 양을 감소시킨다.For example, in one embodiment, the inner surfaces of the plasma chamber walls 107 of the ion source 100 may be conditioned prior to the implantation process. Conditioning is a process in which the material is coated onto the inner surfaces of these plasma chamber walls 107. This material can contribute to protecting the plasma chamber walls 107 from the harmful effects of halogens, which reduces the amount of contaminants introduced into the ion beam that are etched and extracted from these plasma chamber walls 107.

컨디셔닝은 다수의 방식들로 수행될 수 있다. 제 1 실시예에 있어, 컨디셔닝은 주입과 동일한 방식으로 수행된다. 다시 말해서, 플라즈마는 RF 안테나(120) 또는 다른 플라즈마 생성기로부터의 에너지를 사용하여 챔버(105) 내에서 생성된다. 그런 다음, 플라즈마로부터의 이온들이 전극들(130, 150)로의 바이어스 전압들의 인가를 통해 챔버(105)로부터 추출된다. 이러한 시간 동안, 추출되지 않는 플라즈마로부터의 이온들이 챔버(105)의 플라즈마 챔버 벽들(107)뿐만 아니라 유전체 윈도우(125) 상에 증착될 수 있다. Conditioning can be performed in a number of ways. In the first embodiment, conditioning is performed in the same manner as implantation. In other words, the plasma is generated in the chamber 105 using energy from the RF antenna 120 or other plasma generator. Ions from the plasma are then extracted from the chamber 105 through the application of bias voltages to the electrodes 130,150. During this time, ions from the unextracted plasma may be deposited on the dielectric window 125 as well as the plasma chamber walls 107 of the chamber 105.

제 2 실시예에 있어, 바이어스 전압들이 전극들(130, 150)에 인가되지 않는다. 이러한 방식에 있어, 플라즈마 및 이온들이 챔버(105) 내에 남아 있는다. 다시, 플라즈마로부터의 이온들이 챔버(105)의 플라즈마 챔버 벽들(107) 상에 증착될 수 있다. In the second embodiment, bias voltages are not applied to the electrodes 130,150. In this manner, the plasma and ions remain in the chamber 105. Again, ions from the plasma can be deposited on the plasma chamber walls 107 of the chamber 105.

각각의 실시예에 있어, 이러한 플라즈마의 생성이 이온들을 생성하며, 이들 중 일부가 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면에 들러 붙고, 이는 이러한 표면들 상에 코팅을 생성한다. 이러한 컨디셔닝 프로세스는 약 60분 동안 수행될 수 있지만, 시간의 양이 본 개시에 의해 제한되지 않는다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컨디셔닝 프로세스는 특정 두께의 코팅이 생성될 때까지 수행될 수 있다.In each embodiment, the generation of this plasma produces ions, some of which adhere to the inner surface of the plasma chamber walls 107, which creates a coating on these surfaces. This conditioning process can be performed for about 60 minutes, but the amount of time is not limited by this disclosure. In other embodiments, such a conditioning process may be performed until a coating of a certain thickness is produced.

일부 실시예들에 있어, 희망되는 도펀트 종을 함유하는 수소화물이 플라즈마 챔버 벽들(107)을 컨디셔닝하기 위해 사용된다. 희망되는 도펀트 종은 후속 주입 프로세스 동안 사용될 도펀트일 수 있다. 다시 말해서, 공급가스가 주입 프로세스 동안 작업물 내로 주입될 붕소를 포함하는 시나리오들에 있어서, 보레인이 컨디셔닝 프로세스 동안 컨디셔닝 가스로서 사용될 수 있다. 이러한 보레인은, 다이보레인(B2H6), 펜타보레인(B5H9), 데카보레인(B10H14), 또는 임의의 다른 보레인일 수 있다. 상이한 도펀트가 주입될 예정인 경우, 상이한 수소화물이 컨디셔닝 가스로서 사용될 수 있다.In some embodiments, a hydride containing the desired dopant species is used to condition the plasma chamber walls 107. The dopant species desired may be a dopant to be used during the subsequent implantation process. In other words, in scenarios where the feed gas comprises boron to be injected into the workpiece during the injection process, borane can be used as the conditioning gas during the conditioning process. Such borane can be diborane (B 2 H 6 ), pentaborene (B 5 H 9 ), decaborane (B 10 H 14 ), or any other borane. If different dopants are to be injected, different hydrides may be used as the conditioning gas.

이에 더하여, 컨디셔닝 코-가스가 이러한 수소화물과 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 크립톤 또는 제논일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 4 족 원소를 함유하는 수소화물, 예컨대 비제한적으로 실리콘(즉, 실란, SH4) 또는 게르마늄(즉, 게르만, GH4)일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 희망되는 도펀트와 반대되는 전도성의 종을 함유하는 수소화물일 수 있다. 다시 말해서, 공급가스가 붕소를 함유하는 경우, 5 족 원소를 함유하는 수소화물이 컨디셔닝 코-가스로서 사용될 수 있다. 이러한 시나리오에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 포스핀(PH3) 또는 아르신(AsH3)일 수 있다.In addition, a conditioning co-gas can be used with these hydrides. In some embodiments, the conditioning co-gas may be an inert gas, such as helium, argon, krypton, or xenon. In other embodiments, conditioning co- gas may be a hydride containing a Group 4 element, such as, but not limited to, silicon (i.e., silane, SH 4) or germanium (that is, germane, GH 4). In yet other embodiments, the conditioning co-gas may be a hydride containing a conductive species opposite the desired dopant. In other words, if the feed gas contains boron, a hydride containing a Group 5 element may be used as the conditioning co-gas. In such a scenario, the conditioning co-gas may be phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ).

컨디셔닝 코-가스의 양이 변화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 챔버(105) 내로 도입되는 총 가스의 10-40% 사이일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 총 가스의 20-40% 사이일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 컨디셔닝 프로세스 동안 도입되는 총 가스의 약 30%일 수 있다. The amount of conditioning co-gas can be varied. For example, in some embodiments, the conditioning co-gas may be between 10-40% of the total gas introduced into the chamber 105. In other embodiments, the conditioning co-gas may be between 20-40% of the total gas. In yet other embodiments, the conditioning co-gas may be about 30% of the total gas introduced during the conditioning process.

특정한 일 예에 있어, BF3 또는 B2F4가 작업물을 주입하기 위한 공급가스로서 사용된다. 이온 소스(100)의 플라즈마 챔버 벽들(107)을 컨디셔닝하기 위하여, 다이보레인이 컨디셔닝 코-가스와 함께 사용될 수 있다. 이러한 컨디셔닝 코-가스는, 예를 들어, 헬륨, 아르곤, 크립톤 또는 제논과 같은 비활성 가스; SH4 또는 GeH4와 같은 4 족 수소화물; 또는 PH3 또는 AsH3과 같은 5 족 수소화물일 수 있다. 물론, 이러한 목록이 철저한 것이 아니며, 다른 분자들이 컨디셔닝 프로세스 동안 컨디셔닝 코-가스로서 사용될 수 있다. In a particular example, BF 3 or B 2 F 4 is used as the feed gas for injecting the workpiece. In order to condition the plasma chamber walls 107 of the ion source 100, diborane may be used with the conditioning nose-gas. Such conditioning co-gases include, for example, inert gases such as helium, argon, krypton or xenon; A quaternary hydride such as SH 4 or GeH 4 ; Or a 5-membered hydride such as PH 3 or AsH 3 . Of course, this list is not exhaustive, and other molecules can be used as conditioning co-gases during the conditioning process.

놀랍게도, 컨디셔닝 프로세스 동안의 컨디셔닝 코-가스의 추가가 후속 주입의 품질에 크게 영향을 준다. 예를 들어, 하나의 테스트에 있어, 컨디셔닝 프로세스가 컨디셔닝 가스로서 다이보레인만을 사용하여 이온 소스 상에서 수행되었다. 이러한 컨디셔닝이 1 시간 동안 수행되었다. 컨디셔닝 후, 챔버(105) 내에서 플라즈마를 생성하기 위하여 B2F4와 같은 공급가스가 약 3 KW의 RF 파워와 함께 사용되었으며, 작업물들이 붕소-기반 이온 빔으로 주입되었다. 추가적으로, 주입 프로세스 동안 도입된 총 가스의 10%가 GeH4를 포함하는 희석 가스였다. 이러한 테스트에 있어서, 10keV의 추출 에너지가 사용되었다. 작업물이 주입되는 동안, 이온 빔의 분석이 수행되었다. 희석 가스로서 10% GeH4를 사용하는 B2F4를 이용한 주입의 2 시간 미만 후에, 총 빔 전류의 퍼센트로서 오염물질이 1%를 초과하였다는 것이 발견되었다. 이는, 라인(400)이 이온 빔 내의 오염물질들의 퍼센트를 나타내는 도 3의 A에서 그래픽적으로 확인될 수 있다. 오염물질들은, 비제한적으로, 탄소, 질소, 산소, 불소, 알루미늄 및, 이러한 원소들 중 임의의 원소를 함유하는 화합물들을 포함한다.Surprisingly, the addition of the conditioning co-gas during the conditioning process greatly affects the quality of the subsequent injection. For example, in one test, the conditioning process was performed on an ion source using only diborane as the conditioning gas. This conditioning was carried out for 1 hour. After conditioning, a feed gas such as B 2 F 4 was used with RF power of about 3 KW to generate the plasma in the chamber 105, and the workpieces were implanted with a boron-based ion beam. Additionally, 10% of the total gas introduced during the injection process was diluted gas containing GeH 4. For this test, an extraction energy of 10 keV was used. While the workpiece was being injected, an analysis of the ion beam was performed. After less than 2 hours of injection with B 2 F 4 using 10% GeH 4 as the diluting gas, it was found that the contaminant exceeded 1% as a percentage of the total beam current. This can be confirmed graphically at A of FIG. 3 where line 400 represents the percentage of contaminants in the ion beam. Contaminants include, but are not limited to, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, aluminum, and compounds containing any of these elements.

두번째 테스트에 있어, 컨디셔닝이 컨디셔닝 가스(다이보레인) 및 컨디셔닝 코-가스(게르만)의 조합을 사용하여 수행되었다. 이러한 컨디셔닝이 또한 1 시간 동안 수행되었다. 다시, 컨디셔닝 후, 챔버(105) 내에서 플라즈마를 생성하기 위하여 B2F4와 같은 공급가스가 10% GeH4 희석 가스와 함께 사용되었으며, 작업물들이 붕소-기반 이온 빔으로 주입되었다. 작업물이 주입되는 동안, 이온 빔의 분석이 수행되었다. 첫번째 결과들과 달리, 이러한 경우에 있어서, 심지어 9 시간의 연속적인 동작 이후에도, 오염물질들의 레벨이 여전히 총 빔 전류의 1% 미만이었다. 이는, 라인(410)이 이온 빔 내의 오염물질들의 퍼센트를 나타내는 도 3의 B에 그래픽적으로 도시된다.In the second test, conditioning was performed using a combination of conditioning gas (diborane) and conditioning co-gas (germane). This conditioning was also carried out for 1 hour. Again, after conditioning, a feed gas, such as B 2 F 4 , was used with a 10% GeH 4 dilution gas to produce a plasma within the chamber 105, and the workpieces were implanted with a boron-based ion beam. While the workpiece was being injected, an analysis of the ion beam was performed. Unlike the first results, in this case, even after 9 hours of continuous operation, the level of contaminants was still less than 1% of the total beam current. This is graphically illustrated in Figure 3B, where line 410 represents the percentage of contaminants in the ion beam.

동작시, 이온 소스(100)의 플라즈마 챔버 벽들(107)을 재료로 코팅하기 위하여 컨디셔닝 사이클이 먼저 수행된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에 있어, 코팅은 다이보레인과 같은 보레인을 챔버(105) 내로 도입함으로써 생성되는 붕소-기반 재료이다. 그런 다음, 이러한 컨디셔닝 가스가 플라즈마로 활성화되며, 플라즈마로부터의 이온들이 챔버(105)의 플라즈마 챔버 벽들(107)에 들러 붙고 이를 코팅한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 컨디셔닝 프로세스의 품질 및 두께를 개선하기 위하여, 컨디셔닝 코-가스가 보레인과 함께 사용될 수 있다. 이러한 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 크립톤 또는 제논일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컨디셔닝 코-가스는 PH3 또는 AsH3과 같은 5 족 원소를 함유하는 수소화물일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컨디셔닝 코-가스는 4 족 원소의 수소화물일 수 있다. 이러한 컨디셔닝 코-가스는 적어도 부분적으로 보레인과 동시에 도입될 수 있다.In operation, a conditioning cycle is first performed to coat the plasma chamber walls 107 of the ion source 100 with a material. As described above, in some embodiments, the coating is a boron-based material that is produced by introducing a boron such as diborane into the chamber 105. These conditioning gases are then activated by the plasma, and ions from the plasma adhere to and coat the plasma chamber walls 107 of the chamber 105. As described above, in order to improve the quality and thickness of the conditioning process, a conditioning co-gas can be used with borane. Such a conditioning co-gas may be an inert gas such as helium, argon, krypton or xenon. In other embodiments, such a conditioning co-gas may be a hydride containing a Group 5 element such as PH 3 or AsH 3 . In other embodiments, such a conditioning co-gas may be a hydride of a Group 4 element. Such a conditioning co-gas can be introduced at least partially into the boron.

이러한 컨디셔닝 프로세스는, 플라즈마 챔버 벽들(107)에서 발견되는 불순물들 및 다른 오염물질들이 플라즈마로부터 분리되도록 플라즈마 챔버 벽들(107)을 코팅하는데 기여한다. 이러한 코팅은, 붕소와 같은 3 족 원소일 수 있는 컨디셔닝 가스 내에서 발견되는 도펀트를 함유한다. 코팅은 또한, 게르마늄 또는 실리콘과 같은 4 족 원소들; 또는 인 또는 비소와 같은 5 족 원소들과 같은 컨디셔닝 코-가스 내에서 발견되는 분자들을 함유할 수 있다. 충분한 두께의 코팅이 적용될 수 있다. 컨디셔닝 절차의 지속기간은 1-시간 컨디셔닝 사이클과 같은 경과 시간에 기초할 수 있거나, 또는 코팅이 플라즈마 챔버 벽들(107) 상에 축적됨에 따른 코팅의 측정된 두께에 기초할 수 있다.This conditioning process contributes to coating the plasma chamber walls 107 such that impurities and other contaminants found in the plasma chamber walls 107 are separated from the plasma. Such a coating contains a dopant that is found in a conditioning gas, which may be a Group III element such as boron. The coating may also include Group 4 elements such as germanium or silicon; Or molecules found in a conditioning co-gas such as Group 5 elements such as phosphorus or arsenic. A coating of sufficient thickness may be applied. The duration of the conditioning procedure may be based on the elapsed time, such as a 1-hour conditioning cycle, or it may be based on the measured thickness of the coating as the coating is deposited on the plasma chamber walls 107.

그런 다음, 챔버(105)에 공급되는 가스들이 주입 프로세스 동안 사용될 가스들로 변경된다. 특히, 공급가스가 도입된다. 컨디셔닝 가스 및 컨디셔닝 코-가스는 챔버(105) 내로 계속해서 도입될 수 있거나 또는 도입되지 않을 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 공급가스는 BF3 또는 B2F4와 같은 도펀트 및 불소를 함유하는 분자일 수 있지만, 다른 가스들이 또한 사용될 수 있다. 주입 프로세스에서 사용되는 도펀트가 컨디셔닝 프로세스와 관련하여 이상에서 설명된 것과 동일할 수 있다는 것을 주의해야 한다. 추가적으로, 희석 가스가 주입 프로세스 동안 챔버(105)에 공급될 수 있다. 이러한 희석 가스는, 비제한적으로, B2H6, GeH4, SH4, PH3, AsH3과 같은 3 족, 4 족, 또는 5 족 원소를 함유하는 수소화물일 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, 희망되는 도펀트 종이 3 족 원소인 시나리오에 있어서, 희석 가스는 4 족 또는 5 족 원소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 희석 가스 및 컨디셔닝 코-가스는 동일한 가스일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 희석 가슨 및 컨디셔닝 가스가 동일한 가스일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 희석 가스는 컨디셔닝 가스 및 컨디셔닝 코-가스 둘 모두를 포함할 수 있다. 그런 다음, 전극들(130)에 바이어스 전압을 인가함으로써 주입 가스들이 플라즈마로 활성화되며 추출된다. 그런 다음, 추출된 이온들이 작업물을 향해 보내지며, 여기에서 이온들이 먼저 질량 분석되지 않고 주입된다. The gases supplied to the chamber 105 are then changed to gases to be used during the injection process. In particular, feed gas is introduced. The conditioning gas and conditioning co-gas may or may not be continuously introduced into the chamber 105. As described above, this feed gas can be a dopant and a fluorine containing molecule such as BF 3 or B 2 F 4 , but other gases can also be used. It should be noted that the dopant used in the implantation process may be the same as described above in connection with the conditioning process. Additionally, a diluent gas may be supplied to the chamber 105 during the injection process. Such a diluent gas may be, without limitation, a hydride containing a Group III, Group IV, or Group 5 element such as B 2 H 6 , GeH 4 , SH 4 , PH 3 , and AsH 3 . As mentioned above, in the scenario where the desired dopant species is a Group 3 element, the diluent gas may comprise Group 4 or Group 5 elements. In some embodiments, the diluent gas and the conditioning co-gas may be the same gas. In other embodiments, the dilution gason and the conditioning gas may be the same gas. In still other embodiments, the diluent gas may comprise both a conditioning gas and a conditioning co-gas. Then, the injection gases are activated by plasma and extracted by applying a bias voltage to the electrodes 130. The extracted ions are then directed toward the workpiece, where the ions are injected first without being mass analyzed.

이러한 주입 프로세스는 복수의 작업물들(160)에 대해 사용되며, 특정 시간 기간 동안 계속될 수 있거나, 또는, 추출된 이온 빔 내의 오염물질들의 레벨이 미리 결정된 레벨에 도달할 때 종료될 수 있다. 예를 들어, 주입 프로세스는 오염물질들의 레벨이 총 빔 전류의 약 1%에 도달할 때까지 계속될 수 있지만, 다른 오염 레벨들이 선택될 수도 있다. 도 4의 A 내지 도 4의 B는 2개의 컨디셔닝 절차들의 비교를 도시한다. 도 4의 A에 도시된 제 1 실시예에 있어, 컨디셔닝은 컨디셔닝 가스로서 오로지 다이보레인만을 사용하여 수행된다. 컨디셔닝은 1 시간 동안 수행되며, 그런 다음 주입 프로세스가 개시된다. 오염물질들의 레벨이 미리 결정된 레벨, 예컨대 1%에 도달할 때 주입 프로세스가 종료한다. 보여지는 바와 같이, 이는 약 50%의 듀티 사이클을 야기하며, 여기에서 작업물들을 주입하는데 소요되는 시간과 대략적으로 동일한 양의 시간이 챔버(105)를 컨디셔닝하는데 소요된다. 도 4의 B에 도시된 제 2 실시예에 있어, 컨디셔닝은 다이보레인과 함께 이러한 예에서 게르만일 수 있는 컨디셔닝 코-가스를 사용하여 수행된다. 도 3의 B에 도시된 바와 같이, 이러한 조합은 할로겐의 유해한 효과들에 저항하며, 더 긴 주입 시간을 가능하게 한다. 이러한 특정한 예에 있어, 컨디셔닝 프로세스가 1 시간 동안 수행되었으며, 그런 다음 주입 프로세스가 약 9 시간 동안 수행되었다. 9 시간 후, 오염물질의 레벨이 미리 결정된 레벨 이하였다. 다시 말해서, 이러한 특정한 실시예에 있어, 총 시간에 의해 나누어지는 주입 소요 시간으로서 정의되는 듀티 사이클이 약 90%이다. 듀티 사이클의 이러한 차이가 매우 크다. 달리 말하면, 10 일의 기간 동안, 90%의 듀티 사이클에서, 주입은 약 216 시간 동안 수행될 것이다. 대조적으로, 50% 듀티 사이클을 사용하면, 주입의 동일한 지속기간을 달성하기 위하여 18 일이 소요될 것이다. 이는 직접적으로 동작 효율 및 각 작업물의 비용으로 변환된다. 이러한 예가 예시적이며, 결과들이 상이한 가스들 및/또는 주입 에너지들의 선택에 따라 상이할 수 있다.This implantation process is used for a plurality of workpieces 160 and may be continued for a specific time period or may be terminated when the level of contaminants in the extracted ion beam reaches a predetermined level. For example, the implantation process may continue until the level of contaminants reaches about 1% of the total beam current, but other levels of contamination may be selected. Figures 4A-4B show a comparison of two conditioning procedures. In the first embodiment shown in Fig. 4A, conditioning is carried out using only diborane as the conditioning gas. Conditioning is performed for one hour, and then an infusion process is initiated. The injection process ends when the level of contaminants reaches a predetermined level, e.g., 1%. As can be seen, this results in a duty cycle of about 50%, where an amount of time approximately equal to the time required to inject the workpieces is required to condition the chamber 105. In the second embodiment shown in Fig. 4B, conditioning is performed using a conditioning co-gas, which may be trivial in this example with diborane. As shown in Figure 3B, this combination resists the deleterious effects of halogen and allows longer injection times. In this particular example, the conditioning process was performed for one hour, and then the infusion process was performed for about nine hours. After 9 hours, the level of contaminants was below a predetermined level. In other words, in this particular embodiment, the duty cycle defined as the required injection time divided by the total time is about 90%. This difference in duty cycle is very large. In other words, for a period of 10 days, at a duty cycle of 90%, the injection will be performed for about 216 hours. In contrast, using a 50% duty cycle would take 18 days to achieve the same duration of injection. This directly translates into operating efficiency and the cost of each workpiece. These examples are illustrative, and the results may differ depending on the choice of different gases and / or implant energies.

챔버(105) 내에서 생성된 모든 이온들이 궁극적으로 작업물 내에 주입되기 때문에, 질량 분석을 사용하지 않는 이온 주입 시스템 내에서 이러한 다양한 가스들 및 코-가스들을 사용하기 위한 능력은 놀라운 것이다. 작업물에 유해한 영향을 주지 않으면서, 컨디셔닝 프로세스 및 주입 프로세스 둘 모두 동안에 도펀트 종이 아닌 다른 종을 사용하기 위한 능력은 예측할 수 없는 것이다.The ability to use these various gases and nose gases in an ion implantation system that does not use mass spectrometry is surprising because all of the ions generated in the chamber 105 are ultimately injected into the workpiece. The ability to use species other than the dopant species during both the conditioning process and the infusion process, without adversely affecting the workpiece, is unpredictable.

본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.This disclosure is not to be limited in scope by the specific embodiments described herein. Rather, in addition to the embodiments described herein, various other embodiments of the disclosure and modifications thereto will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Accordingly, these other embodiments and modifications are intended to fall within the scope of the present disclosure. Further, although the present disclosure has been described herein in the context of certain embodiments in a particular environment for a particular purpose, those skilled in the art will appreciate that the benefit of this disclosure is not so limited, and that the disclosure may be applied to any number of environments As will be appreciated by those skilled in the art. Accordingly, the claims set forth below should be construed in light of the full breadth and spirit of this disclosure, as set forth herein.

Claims (14)

작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
컨디셔닝 가스(conditioning gas)를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 컨디셔닝 가스는 희망되는 도펀트 종을 함유하는 수소화물 및 컨디셔닝 코-가스(co-gas)를 포함하고, 상기 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 4 족 원소의 수소화물, 또는 상기 희망되는 도펀트 종과 반대되는 전도성을 갖는 종의 수소화물을 포함하며, 도입되는 가스의 총 체적의 10% 내지 40% 사이가 상기 컨디셔닝 코-가스를 포함하는, 단계;
상기 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하기 위하여 상기 컨디셔닝 가스 및 상기 컨디셔닝 코-가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계;
상기 코팅이 형성된 후 상기 챔버 내로 도입되는 가스들을 변경하고 공급가스(feedgas)를 상기 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 공급가스는 불소 및 상기 희망되는 도펀트 종을 포함하는, 단계;
이온들을 생성하기 위하여 상기 공급가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및
상기 이온들이 질량 분석 없이 상기 작업물 내로 주입될 수 있도록, 상기 챔버로부터 상기 이온들을 추출하고 상기 이온들을 상기 작업물을 향해 가속하는, 단계를 포함하는, 방법.
CLAIMS What is claimed is: 1. A method of processing a workpiece,
Introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas comprises a hydride and a conditioning co-gas containing a desired dopant species, the conditioning nose gas An inert gas, a hydride of a Group 4 element, or a hydride of a conductivity species opposite the desired dopant species, wherein between 10% and 40% of the total volume of the introduced gas comprises the conditioning nose gas Comprising;
Ionizing the conditioning gas and the conditioning nose gas in the chamber to form a coating on the walls of the chamber;
Modifying the gases introduced into the chamber after the coating is formed and introducing feedgas into the chamber, wherein the feed gas comprises fluorine and the desired dopant species;
Ionizing the feed gas in the chamber to produce ions; And
Extracting the ions from the chamber and accelerating the ions toward the workpiece so that the ions can be injected into the workpiece without mass analysis.
청구항 1에 있어서,
상기 희망되는 도펀트 종은 붕소를 포함하는, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the desired dopant species comprises boron.
청구항 2에 있어서,
상기 컨디셔닝 코-가스는 4 족 원소의 수소화물을 포함하는, 방법.
The method of claim 2,
Wherein the conditioning nose gas comprises a hydride of a Group 4 element.
청구항 2에 있어서,
상기 컨디셔닝 코-가스는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는, 방법.
The method of claim 2,
Wherein the conditioning nose gas comprises a hydride of a Group 5 element.
청구항 2에 있어서,
상기 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스를 포함하는, 방법.
The method of claim 2,
Wherein the conditioning nose gas comprises an inert gas.
작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
컨디셔닝 가스를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 컨디셔닝 가스는 보레인(borane) 및 컨디셔닝 코-가스를 포함하고, 상기 컨디셔닝 코-가스는 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는, 단계;
상기 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하는 단계로서, 상기 코팅은 4 족 또는 5 족 원소 및 붕소를 포함하는, 단계;
상기 코팅이 형성된 후 공급가스를 상기 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 공급가스는 불소 및 붕소를 포함하는, 단계;
이온들을 생성하기 위하여 상기 공급가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및
상기 챔버로부터 상기 이온들을 추출하고 상기 이온들을 상기 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함하는, 방법.
CLAIMS What is claimed is: 1. A method of processing a workpiece,
Introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas comprises a borane and a conditioning nose gas, the conditioning nose gas comprising a hydride of a Group 4 or Group 5 element, step;
Forming a coating on the walls of the chamber, wherein the coating comprises a Group 4 or Group 5 element and boron;
Introducing a feed gas into the chamber after the coating is formed, the feed gas comprising fluorine and boron;
Ionizing the feed gas in the chamber to produce ions; And
Extracting the ions from the chamber and accelerating the ions toward the workpiece.
청구항 6에 있어서,
상기 이온들은 질량 분석 없이 상기 작업물 내로 주입되는, 방법.
The method of claim 6,
Wherein the ions are injected into the workpiece without mass analysis.
청구항 6에 있어서,
희석 가스가 상기 공급가스와 함께 상기 챔버 내로 도입되며, 상기 희석 가스는 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하고,
상기 방법은, 이온들을 생성하기 위하여 상기 챔버 내에서 상기 공급가스와 함께 상기 희석 가스를 이온화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
The method of claim 6,
A diluent gas is introduced into the chamber together with the feed gas, wherein the diluent gas comprises a hydride of a Group 4 or Group 5 element,
The method further comprising the step of ionizing the diluent gas with the feed gas in the chamber to produce ions.
청구항 6에 있어서,
상기 코팅은 상기 챔버 내에서 상기 컨디셔닝 가스 및 상기 컨디셔닝 코-가스를 이온화함으로써 형성되는, 방법.
The method of claim 6,
Wherein the coating is formed by ionizing the conditioning gas and the conditioning nose gas in the chamber.
작업물들을 프로세싱하는 방법으로서,
챔버의 벽들을 4 족 또는 5 족 원소 및 붕소로 코팅하기 위하여 이온 소스의 상기 챔버 상에서 컨디셔닝 프로세스를 수행하는 단계; 및
상기 벽들 상에 코팅이 형성된 후 주입 프로세스를 수행하는 단계로서, 불소 및 붕소를 포함하는 공급가스가 이온들을 생성하기 위하여 이온화되며, 상기 이온들이 상기 챔버로부터 추출되고 상기 작업물들을 향해 가속되며, 상기 이온들은 질량 분석 없이 상기 작업물들 내로 주입되는, 단계를 포함하는, 방법.
CLAIMS 1. A method for processing works,
Performing a conditioning process on the chamber of the ion source to coat the walls of the chamber with Group 4 or Group 5 elements and boron; And
Performing a post-implantation process after a coating is formed on the walls, wherein a feed gas comprising fluorine and boron is ionized to produce ions, the ions are extracted from the chamber and accelerated toward the workpiece, Ions are injected into the work without mass analysis.
청구항 10에 있어서,
상기 컨디셔닝 프로세스는, 보레인을 포함하는 컨디셔닝 가스 및 상기 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는 컨디셔닝 코-가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계를 포함하는, 방법.
The method of claim 10,
Wherein the conditioning process comprises ionizing a conditioning gas in the chamber comprising a conditioning gas comprising borane and a hydride of the Group 4 or Group 5 element.
청구항 11에 있어서,
상기 컨디셔닝 코-가스는 포스핀(PH3) 또는 아르신(AsH3)을 포함하는, 방법.
The method of claim 11,
Wherein the conditioning nose gas comprises phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ).
청구항 11에 있어서,
상기 컨디셔닝 코-가스는 게르만(GeH4) 또는 실란(SiH4)을 포함하는, 방법.
The method of claim 11,
Wherein the conditioning nose gas comprises germane (GeH 4 ) or silane (SiH 4 ).
청구항 10에 있어서,
상기 추출된 이온들이 이온 빔을 형성하며,
상기 방법은, 상기 이온 빔 내의 오염물질의 퍼센트가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우, 상기 컨디셔닝 프로세스를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
The method of claim 10,
The extracted ions form an ion beam,
The method further comprising repeating the conditioning process if the percentage of contaminants in the ion beam exceeds a predetermined threshold.
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