KR20210007999A - 이온 소스 하우징 용 수소 블리드 가스 - Google Patents

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네일 콜빈
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액셀리스 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

이온 주입 시스템 용 터미널 시스템은 하우징 및 하나 이상의 개구 플레이들을 가지는 추출 전극 조립체를 가지는 이온 소스를 포함한다. 가스 박스는 상기 이온 소스에 전기적으로 연결된다. 가스 소스는 상기 이온 소스 조립체와 실질적으로 동일한 전위로 가스를 제공하기 위해 상기 가스 박스 내에 있다. 블리드 가스 도관은 상기 이온 소스의 상기 하우징 내부 영역 및 적어도 하나의 개구 플레이트들의 상류에 가스를 도입한다. 상기 블리드 가스 도관은 상기 이온 소스의 마운팅 플랜지에 있는 홀과 같이 상기 이온 소스 조립체의 본체를 통해 연장되는 하나 이상의 피드-스루들을 가진다. 상기 마운팅 플랜지는 채널을 가지는 관형 부분일 수 있다. 상기 블리드 가스 도관은 가스 분배 링으로 정의된 가스 분배 장치를 추가 포함할 수 있다. 상기 가스 분배 링은 일반적으로 상기 마운팅 플랜지의 상기 관형 부분을 둘러쌀 수 있다.

Description

이온 소스 하우징 용 수소 블리드 가스
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템들(ion implantation systems)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상기 이온 주입 시스템의 이온 소스(ion source) 용 수소 블리드 가스(hydrogen bleed gas)를 가지는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 5월 11일자로 출원된 "이온 소스 하우징 용 수소 블리드 가스(HYDROGEN BLEED GAS FOR AN ION SOURCE HOUSING)"라는 제목의 미국 임시 출원 제62/670,307의 이점을 주장하는 미국 정규 출원이고, 그 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
반도체 장치들(semiconductor devices)의 제조에서, 이온 주입(ion implantation)은 불순물들로 반도체들을 도핑하는데 사용된다. 이온 주입 시스템들(ion implantation systems)은 종종 n-형 또는 p-형 재료 도핑을 생성하거나 집적 회로를 제조하는 동안 패시베이션 층들을 형성하기 위해 이온 빔으로부터 이온들을 가지는 반도체 웨이퍼와 같은 공작물을 도핑하는데 종종 사용된다. 이러한 빔 처리(beam treatment)는 집적 회로를 제조하는 동안 반도체 재료를 생성하기 위하여, 미리 결정된 에너지 레벨(predetermined energy level) 및 제어된 농도(controlled concentration)로 특정 도펀트 재료(specified dopant material)의 불순물들을 상기 웨이퍼들에 선택적으로 주입하는데 종종 사용된다. 반도체 웨이퍼들을 도핑하는데 사용될 때, 상기 이온 주입 시스템은 선택된 이온 종들을 상기 공작물 내로 주입하여, 상기 원하는 외인성 재료(extrinsic material)를 생성한다. 예를 들어, 안티몬(antimony), 비소(arsenic) 또는 인(phosphorus) 같은 소스 재료들로부터 생성된 이온들을 주입하면 "n-형" 외인성 재료 웨이퍼가 생성되는 반면, "p-형" 외인성 재료 웨이퍼는 종종 붕소(boron), 갈륨(gallium) 또는 인듐(indium) 같은 소스 재료들로 생성된 이온들에서 생성된다.
전형적인 이온 주입기(ion implanter)는 이온 소스(ion source), 이온 추출 장치(ion extraction device), 질량 분석 장치(mass analysis device), 빔 이송 장치(beam transport device) 및 웨이퍼 처리 장치(wafer processing device)를 포함한다. 상기 이온 소스는 원하는 원자 또는 분자 도펀트 종들의 이온들을 생성한다. 이들 이온들은 추출 시스템, 전형적으로 상기 소스로부터 이온들의 상기 흐름을 에너지화하고 유도하는 전극들 세트에 의해 상기 소스로부터 추출되어, 이온 빔을 형성한다. 원하는 이온들은 질량 분석 장치(mass analysis device), 전형적으로 상기 추출된 이온 빔의 질량 분산(mass dispersion) 또는 질량 분리(mass separation)를 수행하는 자기 쌍극자(magnetic dipole)에서 상기 이온 빔으로부터 분리된다. 상기 빔 이송 장치, 전형적으로 포커싱 장치들 시리즈들을 포함하는 진공 시스템은 상기 이온 빔의 원하는 특성들을 유지하면서 상기 이온 빔을 상기 웨이퍼 처리 장치로 이송한다. 마지막으로, 반도체 웨이퍼들은 상기 이온 빔 앞에 처리될 웨이퍼를 배치하고 처리된 웨이퍼들을 상기 이온 주입기로부터 제거하기 위해 하나 이상의 로봇 암들(robotic arms)을 포함할 수 있는 웨이퍼 핸들링 시스템(wafer handling system)을 통해 상기 웨이퍼 처리 장치 내외로 수송된다.
이온 주입기들의 이온 소스들은 전형적으로 아크 챔버에서 소스 재료를 이온화하여 상기 이온 빔을 생성하며, 상기 소스 재료의 성분은 원하는 도펀트 요소이다. 이어서, 상기 원하는 도펀트 요소는 상기 이온 빔 형태의 상기 이온화된 소스 재료로부터 추출된다. 일부 경우에, 상기 원하는 도펀트 요소는 알루미늄(aluminum)과 같은 금속 이온들을 포함할 수 있다.
통상적으로, 알루미늄 이온들이 상기 원하는 도펀트 요소인 경우, 질화알루미늄(AlN) 및 알루미나(Al2O3) 같은 재료들이 이온 주입을 위해 알루미늄 이온들의 소스 재료로서 사용되어 왔다. 질화알루미늄 또는 알루미나는 고체, 절연성 재료들로서, 전형적으로 상기 플라즈마가 (상기 이온 소스에서) 형성되는 상기 아크 챔버 내에 배치된다. 통상적으로, 에칭 가스(가령, 불소 함유 가스)가 도입되어 상기 알루미늄-함유 재료들을 화학적으로 에칭하고, 이에 의해 상기 소스 재료가 이온화되며, 알루미늄이 상기 빔 라인을 따라 추출되어 주입을 위해 엔드 스테이션에 위치된 실리콘 카바이드 공작물로 수송된다. 그러나, 상기 에칭 공정은 상기 아크 챔버로부터 상기 의도된 알루미늄 이온들과 함께 방출되는 절연 재료(가령, AlFX, AlN, Al2O3 등)를 생성하여, 상기 절연 재료는 상기 이온 주입 시스템의 다양한 성분들 사이에 유해한 아크(deleterious arcing)를 야기할 수 있다.
다음은 본 발명의 일부 측면들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간략화된 요약을 제시한다. 이런 요약은 본 발명의 포괄적인 개요가 아니다. 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 식별하거나 본 발명의 범위를 설명하려는 것이 아니다. 본 발명의 목적은 후술하는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 발명의 측면들은 공작물에 알루미늄 이온들을 주입하기 위한 이온 주입 공정들을 용이하게 한다. 일 예시적인 측면에 따르면, 이온 빔을 형성하도록 구성되는 이온 소스, 상기 이온 빔을 선택적으로 이송하도록 구성되는 빔 라인 조립체, 및 상기 알루미늄 이온들을 공작물 내로 주입하기 위해 상기 이온 빔을 수용하도록 구성되는 엔드 스테이션을 가지는 이온 주입 시스템이 제공된다.
일 예시적인 측면에 따르면, 이온 주입 시스템을 위한 터미널 시스템이 제공된다. 예를 들어, 상기 터미널 시스템은 일반적으로 하우징 및 하나 이상의 개구 플레이트들을 가지는 추출 전극 조립체를 가지는 이온 소스 조립체를 포함한다. 가스 박스는, 예를 들어, 상기 이온 소스 조립체에 전기적으로 연결되고, 가스 소스는 상기 가스 박스 내에 배치된다. 상기 가스 소스는, 예를 들어, 상기 이온 소스 조립체와 실질적으로 동일한 전위로 가스를 제공하도록 구성된다. 또한, 블리드 가스 도관이 제공되며, 상기 이온 소스 조립체와 연관되며, 상기 블리드 가스 도관은 일반적으로 상기 이온 소스 조립체의 상기 하우징 내부 영역 및 하나 이상의 개구 플레이트들 중 하나 이상의 상류에 가스를 도입하도록 구성된다.
일 예에 따르면, 상기 블리드 가스 도관은 상기 이온 소스 조립체의 본체를 통해 연장되는 하나 이상의 피드-스루들을 포함한다. 상기 하나 이상의 피드-스루들은, 예를 들어, 상기 이온 소스 조립체의 마운팅 플랜지 내 홀을 포함할 수 있다. 상기 마운팅 플랜지는, 예를 들어, 내부에 채널이 형성된 관형 부분을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 블리드 가스 도관은 가스 분배 장치를 추가 포함한다. 예를 들어, 상기 가스 분배 장치는 가스 분배 링을 포함할 수 있다. 일례에서, 상기 가스 분배 링은 일반적으로 상기 마운팅 플랜지의 상기 관형 부분을 둘러싼다.
다른 예에 따르면, 상기 가스 분배 장치는 그 원주 둘레에 위치되는 복수의 분배 홀들을 포함한다. 예를 들어, 상기 가스 분배 장치는 상기 하우징 내부 및 상기 추출 전극 조립체의 접지 플레이트 상류에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시된 측면에 따르면, 상기 수소 가스 소스는 수소 발생기를 포함한다. 일 예에서, 상기 이온 소스 및 가스 박스는 복수의 전기 절연체들을 통해 상기 터미널 시스템의 나머지 부분으로부터 전기적으로 분리된다. 다른 예에서, 복수의 절연 스탠드 오프들이 제공되고, 이에 의해 상기 복수의 절연 스탠드 오프들이 상기 터미널 시스템을 접지로부터 전기적으로 분리한다. 예를 들어, 상기 가스는 각각 수소 가스 및 크세논과 같은 반응성 가스 및 불활성 가스 중 하나를 포함할 수 있다.
다른 예시적인 측면에 따르면, 이온 주입 시스템이 제공되며, 상기 이온 주입 시스템은 전술 한 터미널을 포함한다. 다른 예시적인 측면에서, 이온 소스의 수명을 증가시키는 방법이 제공된다. 예를 들어, 상기 방법은 상기 이온 소스의 하우징 내부에 가스를 주입하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 가스는 상기 이온 소스 내에서 이온들의 형성의 바람직하지 않은 부산물과 반응하도록 구성되고, 상기 반응은 상기 이온 소스 하우징 내부 및 상기 이온 소스 조립체 외부의 하나 이상의 표면들에서 바람직하지 않은 오염 물질들의 형성을 방지하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 가스는 수소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 표면들은 상기 이온 소스와 관련된 절연체 표면을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가스를 주입하는 것은 복수의 분배 홀들을 가지는 가스 분배 링에 가스를 제공하는 것을 포함할 수 있고, 상기 가스 분배 링은 상기 이온 소스의 상기 하우징 내부 및 추출 전극 접지 플레이트의 상류에 위치한다.
상술한 요약은 단지 본 발명의 일부 실시 예의 일부 특징에 대한 간략한 개요를 제공하기 위한 것이며, 다른 실시 예는 전술한 것과 다른 추가 및/또는 다른 특징을 포함할 수 있다. 특히, 이런 요약은 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서 전술한 목적과 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하에서 설명되고 특히 청구 범위에서 지적되는 특징들을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 예시적인 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시 예는 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 다양한 방식 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은 상기 도면들과 관련하여 고려될 때 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 여러 측면들에 따른 수소 발생기를 이용하는 예시적인 진공 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 소스 및 가스 박스를 포함하는 예시적인 터미널의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 소스 및 가스 박스를 포함하는 예시적인 터미널의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 예시적인 가스 박스의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 예시적인 블리드 가스 도관의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 예시적인 이온 소스의 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 도 6의 이온 소스의 일부의 부분 확대도를 도시한다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템(ion implantation system) 및 이와 관련된 이온 소스에 수소 가스(hydrogen gas)를 제공하는 소스(source)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 상기 이온 주입 시스템을 위해 수소를 발생시키고, 추출 개구 또는 전극 조립체의 상류에 상기 이온 소스 조립체의 하우징 내부 위치에 상기 수소 가스를 제공하기 위한 수소 발생 컴포넌트들(hydrogen generation components)에 관한 것이다. 본 발명은 이온 소스 조립체(ion source assembly)와 관련된 가스 박스(gas box) 내에 수소 가스 발생기(hydrogen gas generator)를 위치시켜, 상기 가스 박스는 상승된 전압(elevated voltage)으로 유지된다. 따라서, 상기 가스 박스 인클로저(gas box enclosure)의 보관(containment) 및 안전(safety) 측면들은 유리하게는 이중 하드웨어(duplicative hardware) 및 가스 전달 배관(gas delivery piping)을 개선시킨다. 또 다른 방법은 상기 아크 챔버 본체 가스 유입 이전에 수소 공정 가스 흐름을 분할하고, 고정 또는 가변 계량 장치를 사용하여 상기 수소 공정 가스 흐름을 비율로 나누는 것이다.
본 발명은 또한 접지(ground) 및/또는 리턴 전위(return potential)에 있는 소스 하우징 챔버(source housing chamber)로 수소 가스 블리드(hydrogen gas bleed)를 도입할 수 있게 한다. 상기 가스 박스 내에 수소 가스 블리드(hydrogen gas bleed)를 제공함으로써, 상기 가스 박스 인클로저(gas box enclosure)의 봉쇄 및 안전 측면을 활용할 수 있고, 이로써 이중 하드웨어(duplicitous hardware)를 회피할 수 있다. 일 예에서, 상기 블리드 가스 물질은 접지 또는 리턴 전위에 있는 2차 가스 상자(secondary gas box)에 동봉될 수 있다. 상기 블리드 가스 재료는 상기 블리드 가스 재료가 인클로저 내부에 있는지 여부에 관계없이 접지 또는 리턴 전위에 위치할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이제 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 동일한 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 이들 측면들의 상기 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 다음의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명되는 실시 예 또는 예에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구 범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되도록 의도된다.
또한 주목할 점은, 도면들은 본 발명의 실시 예의 일부 측면의 예시를 제공하기 위해 제공되므로, 단지 개략적인 것으로 간주되어야 한다. 특히, 도면에 도시된 요소들은 반드시 서로 비례하는 것은 아니며, 도면에서 다양한 요소의 배치는 각각의 실시 예에 대한 명확한 이해를 제공하기 위해 선택되며, 본 발명의 실시 예에 따른 구현에서 다양한 구성 요소의 실제 상대 위치를 반드시 나타내는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에 기술된 다양한 실시 예 및 예의 특징은 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 서로 결합될 수 있다.
다음의 설명에서, 도면들에 도시되거나 본 명세서에 기술된 기능 블록들, 장치들, 컴포넌트들, 회로 요소들 또는 다른 물리적 또는 기능적 유닛들 사이의 임의의 직접 연결 또는 결합은 또한 간접 연결 또는 결합에 의해 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 도면들에 도시된 기능 블록들 또는 유닛들은 일 실시 예에서 별도의 특징들 또는 회로들로서 구현될 수 있고, 또한 다른 실시 예에서 공통 특징 또는 회로에서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 여러 기능 블록들은 신호 프로세서 같은 공통 프로세서에서 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 또한, 이하의 명세서에서 와이어-기반으로 기술된 임의의 연결은 달리 언급되지 않는 한 무선 통신으로서 구현될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도 1은 예시적인 진공 시스템(vacuum system)(100)을 도시한다. 본 예에서, 상기 진공 시스템(vacuum system)(100)은 이온 주입 시스템(ion implantation system)(101)을 포함하지만, 플라즈마 처리 시스템들 또는 다른 반도체 처리 시스템들 같은 다양한 다른 유형들의 진공 시스템들이 또한 고려된다. 상기 이온 주입 시스템(101)은, 예를 들어, 터미널(terminal)(102), 빔 라인 조립체(beamline assembly)(104) 및 엔드 스테이션(end station)(106)을 포함한다.
일반적으로 말하면, 상기 터미널(102) 내의 이온 소스 조립체(ion source assembly)(108)는 전원(power supply)(110)에 연결되어, 상기 이온 소스 조립체로부터 복수의 이온들로 도펀트 물질(dopant material)을 이온화하여, 이온 빔(ion beam)(112)을 형성한다.
본 예에서, 상기 이온 빔(112)은 빔-조향 장치(beam-steering apparatus)(114)를 통해 상기 엔드 스테이션(106)을 향해 개구(aperture)(116) 밖으로 지향된다. 상기 엔드 스테이션(106)에서, 상기 이온 빔(112)은 척(chuck)(120)(가령, 정전 척 또는 ESC)에 선택적으로 클램핑되거나 장착되는 공작물(workpiece)(118)(가령, 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등의 반도체)을 타격한다(bombard). 상기 공작물(118)의 상기 격자 내로 삽입되면(embedded), 상기 주입된 이온들은 상기 공작물의 상기 물리적 및/또는 화학적 특성들을 변화시킨다. 이런 이유로, 이온 주입은 반도체 장치 제조 및 금속 마감(metal finishing)은 물론, 재료들 과학 연구(materials science research)의 다양한 응용 분야에 사용된다.
본 발명의 상기 이온 빔(112)은 연필(pencil) 또는 스폿 빔(spot beam), 리본 빔(ribbon beam), 스캔 빔(scanned beam) 같은 임의의 형태이거나, 또는 이온들이 엔드 스테이션(106)을 향하는 임의의 다른 형태를 취할 수 있으며, 그러한 모든 형태들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
일 예시적인 측면에 따르면, 상기 엔드 스테이션(106)은 진공 챔버(vacuum chamber)(124) 같은 공정 챔버(process chamber)(122)를 포함하고, 공정 환경(process environment)(126)은 상기 공정 챔버와 관련된다. 상기 공정 환경(126)은 일반적으로 상기 공정 챔버(122) 내에 존재하며, 일 예로 상기 공정 챔버에 연결되고 상기 공정 챔버를 실질적으로 배기(evacuate)하도록 구성된 진공 소스(vacuum source)(128)(가령, 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함한다. 상기 진공 소스(128)는 그 선택적 배기를 위해 상기 터미널(102), 빔 라인 조립체(104), 및 엔드 스테이션(106) 중 하나 이상에 작동 가능하게 연결되는 하나 이상의 진공 펌프들을 포함할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 상기 진공 시스템(100)의 선택적인 제어를 위해 제공된다.
본 발명은 실리콘 카바이드 기반 장치들이 형성된 공작물들(118)이 실리콘 기반 장치들보다 특히, 전기 자동차, 등과 같은 고전압 및 고온 장치에 사용되는 응용 분야에서 열적 및 전기적 특성이 우수한 것으로 밝혀 졌다는 것을 인식한다. 그러나, 실리콘 카바이드 내로 이온 주입은 실리콘(silicon)으로 구성된 공작물(118)에 사용되는 것과 다른 종류의 주입 도펀트를 사용한다. 예를 들어, 실리콘 카바이드 주입들에서 알루미늄(aluminum) 및 질소(nitrogen) 주입들이 종종 수행된다. 예를 들어, 질소 주입들은 상기 질소가 가스로 도입될 수 있고, 비교적 용이한 튜닝, 세정 등을 제공하기 때문에 비교적 간단하다. 그러나 알루미늄은 현재 알려진 양호한 알루미늄 가스 용액들(good gaseous solutions)이 거의 없기 때문에 더욱 어렵다.
본 발명에 따르면, 이온 소스 재료(132)는 상기 이온 빔(112)과 관련된 이온들의 생성을 위해 상기 이온 소스 조립체(108)의 아크 챔버(134)에 추가로 제공된다. 예를 들어, 상기 이온 소스 재료(132)는 요오드화알루미늄(III)(AlI3)과 같은 요오드화물-기반 도펀트들, SbF3와 같은 할로겐-기반 도펀트들 및 AlCl3와 같은 염소-기반 도펀트들을 포함할 수 있으며, 아래에서 더 자세히 논의될 것이다.
종래에는 알루미늄 이온들의 상기 소스 재료(132)로서 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 등의 재료들이 이온 주입의 목적으로 사용되어 왔다. 질화 알루미늄 또는 알루미나는 일반적으로 이온들의 플라즈마가 형성되는 상기 이온 소스(108) 조립체의 상기 아크 챔버(134) 내의 소스 재료들(132)로서 제공될 수 있는 고체(solid), 절연성(insulative) 재료들이다. 예를 들어, 알루미늄을 함유하는 소스 재료들(132)은 알루미늄 이온들을 형성하기 위해 상기 아크 챔버(134)에 일부 형태의 에칭 가스(가령, BF3, PF3, NF3 등)의 제공과 함께 일반적으로 사용된다. 따라서 일 예에서, 불소와 같은 에칭 가스가 상기 알루미늄-함유 소스 재료들(132)을 화학적으로 에칭하기 위해 상기 아크 챔버(134)에 도입되고, 이에 의해 알루미늄이 이온화되고, 알루미늄 이온이 추출되어 상기 이온 빔(112)의 형태로 빔 라인을 따라 상기 엔드 스테이션(106)에 위치된 공작물(118)(가령, 실리콘 카바이드 공작물)로 수송된다. 그러나, 이들 재료들은 절연 재료(가령, AlN, Al2O3 등)를 생성하여 상기 아크 챔버로부터 상기 의도된 이온들과 함께 방출되는 불운한 부작용을 가진다.
예를 들어, 추출 개구(140)를 통해 상기 이온 소스 조립체(108)로부터 이온들을 추출하기 위해 하나 이상의 전극들(138)을 포함하는 추출 전극 조립체(136)가 제공되고, 이에 의해 상기 추출 개구에 매우 근접한 상기 하나 이상의 전극들은 상기 이온 소스 조립체에 가까운 중화 전자들의 역류를 억제하거나 추출 전극으로 역류하는 것을 억제하도록 바이어스 될 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, 전술 한 절연 재료는 상기 이온 소스 조립체(108)와 관련된 상기 추출 전극 조립체(136)와 같은 다양한 전극들 및 컴포넌트들을 후속적으로 코팅할 수 있다. 이러한 절연 재료의 코팅은 전하를 축적하고, 이러한 전극들의 상기 정전기 특성을 불리하게 변경할 수 있다.
이런 절연 재료의 축적은 일반적으로 다른 컴포넌트들 및/또는 접지에 대한 상기 축적된 전하 아크들(built up charge arcs)로서 이들 전극들(가령, 하나 이상의 전극들(138) 사이)의 일반적으로 글리칭(glitching)은 아킹(arcing)으로 지칭되는 동작을 초래한다. 최악의 경우, 상기 전원(110)의 동작은 이러한 아킹으로 인해 변경 및 왜곡될 수 있으며, 따라서 상기 이온 빔(112)의 예측할 수 없는 동작, 감소된 빔 전류들 및 빈번한 예방 유지 보수를 통해 이러한 컴포넌트들을 청소할 수 있다. 또한, 이러한 재료들로부터의 플레이크들(flakes) 및 기타 잔류물(other residue)은 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 아크 챔버(134)에서 형성될 수 있으며, 이로써 그 작동 특성을 변경시켜 상기 이온 소스 조립체를 자주 청소, 유지 관리 및/또는 교체한다.
본 발명은 원자 알루미늄 이온들을 생성하기 위해 요오드화알루미늄(III)(AlI3)을 포함하는 상기 소스 재료(132)를 고려하고, 이에 의해 본 발명은 유리하게는 전술 한 절연 재료들, 플레이크들 등의 형성 및/또는 축적을 완화하거나 제거한다. 요오드화알루미늄(III)(AlI3) 또는 기타 금속 요오드화물 화합물들을 고체 상태로 상기 소스 재료(132)로 사용하는 경우, 기화기(vaporizer)(144)는 상기 소스 재료를 초기에 기화시키기 위해 이용될 수 있다. 요오드화물 부산물(가령, 요오드)이 형성될 수 있는데, 이러한 부산물은 대응책이 없는 경우 상기 이온 소스 조립체(108)의 이온 소스 하우징(146) 및 상기 추출 전극 조립체(136)를 절연 코팅으로 코팅할 수 있다.
따라서, 본 발명은 유리하게는 상기 이온 소스 조립체(108) 및 관련 전극들의 수명을 연장하여, 더 안정된 이온 빔(112)을 생성하고 이전에 본 것보다 실질적으로 더 높은 빔 전류를 허용한다. 예를 들어, 종래 기술들보다 개선된 소스 수명들, 빔 전류들 및 작동 특성들을 사용하여 실리콘 카바이드, 실리콘 또는 기타 재료(들)로 구성된 공작물을 실온에서 1000℃까지의 온도에서 전기적으로 도핑하기 위해, 본 발명은 상기 소스 재료(132)로서 고체 요오드화알루미늄(III)(AlI3)으로부터 단일 원자 알루미늄 이온들(single atom aluminum ions)을 생성하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 이온 주입 공정들이 할로겐 기반 도펀트 가스 또는 화합물들(가령, BF3, GeF4, SiF4, PF3, SbF3, NF3 및 기타)을 이용할 수 있고, 이들 화합물들의 크래킹은 높은 전기 음성(highly electronegative)이며 상기 이온 소스 조립체(108) 및 추출 전극 조립체(136)를 구성하는 다양한 내화 금속들, 흑연 및 세라믹 성분들과 쉽게 반응하는 불소 부산물들(fluorine byproducts)을 생성한다.
이러한 도펀트 부산물들의 부정적인 영향들을 완화, 최소화 또는 제거하기 위해, 수소 블리드 가스(hydrogen bleed gas)가 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 이온 소스 하우징(146)으로 유입되거나 그에 근접할 수 있으며, 이에 의해 상기 수소 블리드 가스는 HF 및/또는 H2F를 형성하는 잔류 불소와 반응하여, 더 적은 불소화 탄소(CFx) 및 불소화 텅스텐(WFx)이 후속적으로 형성되므로 이들을 덜 유해하게 만든다. 불소화 탄소 및 불소화 텅스텐은 휘발성 전도성 부식성 가스이며, 다양한 절연체들과 반응할 수 있는 더 적은 양의 이러한 물질(들)을 가지는 것이 상기 이온 소스 조립체(108)의 수명에 유리하다. 예를 들어, 요오드화물-기반 금속 화합물의 경우, 생성되는 HI 가스는 휘발성이며, 상기 이온 소스 조립체(108)의 다양한 컴포넌트들에 요오드화물을 증착하는 것과는 반대로 상기 이온 소스 조립체(108)와 관련된 상기 진공 소스(128)를 통해 제거될 수 있다.
예를 들어, 상기 이온 소스 조립체에서 수소를 공동 가스로 사용하는 게르마늄 테트라 플루오라이드(Germanium tetrafluoride)(GeF4)를 사용하면 다음과 같은 반응이 발생할 수 있다:
4GeF 4 + 2H 2 + 2W → 4Ge + + 2WF 6 + 4HF (g) (1)
및
2WF 6 (g) + 6H 2 (g) → 2W (s) + 12 HF (g) (2).
GeF4를 수소 없이 공동 가스로 사용하면, 다음과 같은 반응이 발생할 수 있다.
6GeF 4 + 4W → 6Ge + + 4WF 6 (3)
및
4WF 6 (g) → 4 W (s) + 24 F · (g) (4).
열적으로 말하면, 식(4)의 결과는 일반적으로 불안정하며, 원소 텅스텐(W)으로 다시 분해되고, 불소(F)가 플라즈마로 다시 방출될 수 있다.
요오드화알루미늄(III)(AlI3)이 수소와 함께 공동 가스로 사용될 때, 다음 반응이 일어날 수 있다:
AlI 3 + H2 + H 2 O → Al (s) + 3HI (g) + OH (5).
식(5)에서 상기 물(H2O)은 예를 들어 상기 챔버 웰(chamber well)의 수분으로부터 발생한다. 요오드화물(iodide) 및 수소(hydrogen)로부터의 상기 반응의 상기 동역학들은, 예를 들어, 형성함에 따라 지속적으로 펌핑되고 있는 상기 휘발성 가스 부산물(HI)을 형성한 후 상기 전체 에너지를 감소시키기 때문에 유리하다.
상기 이온 소스 조립체(108)(가령, 상기 소스 하우징(142)) 또는 아크 챔버(110)에 수소 가스를 공급 또는 생성하는 여러 옵션들이 가능할 수 있다. 예를 들어, 수소를 함유하는 고압-용기(high-pressure bottle)가 가스 소스로서 사용될 수 있으며, 이에 의해 상기 고압-용기는 상기 이온 소스 조립체(108)에 유체적으로 연결(fluidly coupled)될 수 있다. 이러한 경우에, 예를 들어, 상기 가스 소스의 상기 출력에 작은 오리피스(small orifice)(도시되지 않음)는 그와 관련된 중대한 고장의 경우에, 대량의 가스가 방출되는 것을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 상기 이온 소스 조립체(108) 또는 이온 소스 하우징(146)에 수소 가스를 공급하는 상기 가스 소스(148)의 다른 대체 예는 저압 용기(low pressure bottle)(도시되지 않음)를 사용하는 안전 전달 시스템(Safe Delivery System)(SDS)의 역할을 하는 진공-활성화된 용기(vacuum-activated bottle)를 포함할 수 있고, 이에 의해 상기 이온 소스 조립체(108)로의 상기 가스 전달 라인은 상기 진공 소스(128)에 의해 진공 상태로 유지된다.
상기 이온 소스 조립체(108), 이온 소스 하우징(146) 또는 아크 챔버(134) 중 하나 이상에 수소 가스를 공급하는 또 다른 대체 예는 수소 발생기(hydrogen generator)(150)를 포함한다. 수소 가스 및 수소 발생기(150)가 구체적으로 언급되지만, 임의의 가스 및 관련 가스 소스(148)(가령, 가스 용기들, 가스 발생기들, 또는 임의의 가스의 다른 소스)이 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다는 것을 이해해야 한다. 일 예에서, 상기 수소 발생기(150)는 직렬로 연결된(connected serially) 하나 또는 여러 개의 전기 분해 셀들(electrolysis cells)을 사용하여 물(water)을 해리할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 통상의 기술자는 각각의 전기 분해 셀들은 (가령, 산소 생산을 위한) 애노드 전극(anode electrode), (가령, 수소 생산을 위한) 캐소드 전극(cathode electrode), 및 (가령, 산소와 수소의 분리를 위한) 다이어프램(diaphragm)을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 상기 수소 발생기(150)의 저장소(reservoir)는 상기 공정에 필요한 충분한 수소만을 저장하고, 이로써 상기 수소 발생기는 상기 고압 수소 용기들(high pressure hydrogen bottles)의 존재가 우려가 되는 응용들에 대한 안전한 대안이 된다.
본 발명은 상기 터미널(102)과 관련된 가스 박스(gas box)(152)에 상기 수소 발생기(144)를 제공함으로써, 상기 가스 박스가 상기 이온 소스 조립체(108)의 추출 전위에 있고(가령, 상기 가스 박스는 상기 이온 소스와 동일한 높은 전위 또는 추출 전압에 있음), 이에 의해 상기 수소 발생기의 출력은 전도성 튜빙(154)(가령, 스테인리스 강 튜브)을 사용하여 공동 가스로서 사용하기 위해 상기 이온 소스 조립체 내로 직접 배관될(plumbed directly) 수 있다는 것을 고려한다. 따라서, 상기 가스 박스(152)의 안전(safety) 및 밀폐(containment) 특징들이 이용될 수 있고, 이에 의해 비-전도성 튜빙(non-conductive tubing)과 고전압 갭(high voltage gap)을 브리징하는 것에 대한 우려들을 회피할 수 있다. 예를 들어, 비-전도성 튜빙은 쉽게 손상될 수 있고, 이로써 이온 소스 조립체(108) 외부 근처에서 가연성 수소(flammable hydrogen) 및/또는 독성 도펀트(toxic dopant)를 잠재적으로 방출하지만, 이온 소스 하우징(146) 내부에 있을 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스 박스(152)는, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 상기 터미널(102) 내의 인클로저이고, 상기 이온 소스 조립체(108)와 연관되며, 이에 의해 상기 주입과 관련된 다양한 가스들을 함유하는 가압 가스 용기들(pressurized gas bottles)이 더 위치될 수 있다. 상기 수소 발생기(150)를 상기 가스 박스(152) 내에 위치시킴으로써(이미 전기 접지로부터 상승된 전압에 있음), 상기 가스 박스 인클로저의 상기 밀폐 및 안전 측면들이 이용될 수 있고, 이로써 상기 가스 전달 배관을 포함하는 중복된 설계/하드웨어(duplicate designs/hardware)를 피할 수 있다.
통상적으로 가스 박스는 대략 1 keV에서 60 keV 범위의 추출 전위(가령, 접지 전위로부터 상승된 전위)로 유지된다. 본 발명은 통상적으로, 이온 소스 용 수소 공동 가스의 생산을 위한 독립형 수소 발생기(stand-alone hydrogen generator)(도시되지 않음)를 구현할 때, 상기 독립형 수소 발생기가 상기 터미널 외부의 접지 전위에서 바닥에 배치된다는 것으로 이해한다. 이러한 접지 전위에서, 상기 독립형 수소 발생기는 상기 이온 소스보다 상당히 낮은 전기 전위에 있을 수 있다. 따라서, 폴리에틸렌(가령, Poly-Flo®) 또는 Teflon® 튜빙 같은 비-전도성 튜빙은 통상적으로 상기 가스를 상기 가스 박스로 이송하여 유동 제어기에 연결하여 상기 수소 가스를 상기 이온 소스 자체로 유동시키기 위해 전기 접지와 상기 터미널 사이의 고-전압 갭을 교차시키는데 사용되었다. 그러나, 본 발명은 상기 고-전압 갭을 가로지르는 비-전도성 튜빙의 이러한 사용은 트립 위험과 같은 다양한 유해한 결함을 가지고, 잠재적으로 폭발적인 수소 가스를 상기 주변 환경으로 누출시킬 수 있는 가능성을 가지는 것으로 이해되고 있다.
따라서, 본 발명의 일 예시적인 측면에 따르면, 상기 수소 발생기(150)는 상기 가스 박스(152) 내에 통상적으로 가스 용기가 정상적으로 놓여 지는 슬롯(slot)에 맞도록 제공되고, 크기가 조정된다. 이와 같이, 다양한 안전 특징들이 제공되며, 이에 의해 상기 수소 가스는 상기 이온 소스 조립체와 동일한 전기 전위에 있는 동안 상기 이온 소스 조립체(108) 내로 주입될 수 있다. 상기 가스 박스(152)는, 예를 들어, 다수의 전기 절연체들(156) 상에 놓이고, 이에 의해, 상기 가스 박스 및 상기 이온 소스 조립체(108)를 위한 다양한 제어기들(도시되지 않음)은 상기 이온 소스와 동일한 전기 전위에 있다. 따라서, 상기 가스 박스(152) 내에 상기 수소 발생기(150)를 위치시킴으로써, 상기 수소 발생기와 상기 이온 소스(108) 사이에 전압 강하(voltage drop)가 존재하지 않는다. 또한, 상기 가스 박스(152) 내의 상기 수소 발생기(144)로부터 상기 이온 소스(108)로의 유체 연결들은 스테인리스 강 튜빙과 같은 상기 전도성 튜빙(154)을 유리하게 포함할 수 있으며, 이에 의해 상기 전도성 튜빙은 도 5에 도시된 바와 같이 그들 사이에 강력하고 안전한 유체 결합을 제공한다.
따라서 본 발명은 접지 기준보다 상승된 전압에 있는 가스(가령, 수소 가스)를 유리하게 제공한다. 이와 같이, 각종 밀폐 장치 및 제어들 등이 가연성 가스의 낮은 흐름과 관련된 스파크들을 완화시키기 위해 중복될 필요는 없다. 고압 가스 용기(가령, 수소 용기)는 대안적으로 가스를 상기 이온 소스 조립체(108)에 제공하기 위해 도 3 혹은 도 4의 상기 가스 박스(152)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 수소 발생기(150)는 대략 10sccm의 속도로 수소 가스를 유동시킬 수 있다. 일 예에서, 상기 수소 발생기(150)는 대략 70 psi 이하의 비교적 작은 저장 용량을 가진다. 이와 같이, 상기 수소 가스는 위에서 논의된 상기 고압 가스 용기들과 전형적으로 관련된 고압(가령, 2000psi)에서 저장되지 않는다. 또한, 상기 수소 발생기(150)는 상기 이온 소스 조립체(108)와 동일한 전위(가령, 전기 접지 이상의 고전압)로 유지되며, 이는 접지 전위보다 대략 1keV 내지 60keV 정도 높을 수 있다.
또 다른 예시적인 측면에 따르면, 본 발명은 이온 주입 시스템(101)을 위한 터미널 시스템(terminal system)(158)을 제공하고, 상기 터미널 시스템은 상기 이온 소스 조립체(108)와 동일한 전위에 있는 상기 수소 발생기(150)를 포함한다. 상기 터미널 시스템(158)은, 예를 들어, 다수의 절연 스탠드오프들(insulating standoffs)(159)에 의해 접지로부터 전기적으로 분리될(electrically isolated) 수 있다. 상기 터미널 시스템(158)은 절연 스탠드오프들(159)을 통해 접지로부터 전기적으로 절연되기 때문에, 상기 터미널 시스템은 접지 기준(가령, 리턴 기준)으로 간주될 수 있으며, 이에 의해 상기 터미널(102)은 접지와 관련하여 대략 양(positive)의 300keV와 같은 다양한 전압들로 바이어스 될 수 있다. 상기 가스 박스(152) 및 이온 소스 조립체(108)는, 예를 들어, 위에서 논의된 상기 전도성 튜빙(154)과 연결되고, 따라서 서로 동일한 전위에 있으며, 이에 의해 상기 가스 박스 및 이온 소스는 상기 전기 절연체들(156)에 의해 접지로부터 추가로 절연되면서, 상기 터미널(102) 위의 상승된 전위(가령, 60keV)에 있을 수 있고, 이로써 접지 전위 이상의 360keV에서 상기 가스 박스와 이온 소스를 제공한다.
본 발명은 또한 도 6에 도시된 바와 같이 블리드 가스 도관(bleed gas conduit)(160)을 통해 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 하우징(146)으로 (가령, 접지, 터미널 전위 및/또는 리턴 전위에서) 블리드 가스(bleed gas)를 도입하는 장치 및 방법을 제공하며, 이에 의해 가스 박스(152)와 관련된 안전 및 봉쇄가 (가령, 추출 전위와 같은 상승된 전위에서) 활용된다. 상기 블리드 가스는 하나 이상의 상기 가스 박스(152) 또는 임의의 블리드 가스 소스(도시되지 않음)로부터 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 블리드 가스는 수소(hydrogen)와 같은 반응성 가스(reactive gas)를 포함할 수 있고, 상기 블리드 가스는 1 차 도펀트의 크래킹과 관련된 바람직하지 않은 부산물(들)과 반응한다. 예를 들어, 상기 블리드 가스는 수소를 포함할 수 있으며, 상기 수소는 요오드화 알루미늄(aluminum iodide)의 일차 도펀트 종들(primary dopant species)과 관련된 요오드화물들(iodides)과 반응한다. 대안으로, 상기 블리드 가스는 크세논(xenon)과 같은 불활성 가스(inert gas)를 포함할 수 있으며, 상기 불활성 가스는 상기 이온 빔의 안정화를 돕기 위해 전자를 공급하고, 공간 전하를 감소시키는 것과 같은 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 블리드 가스는 전자를 쉽게 포기하는 하나 이상의 불활성 가스 및/또는 상기 일차 도펀트의 크래킹과 관련된 하나 이상의 바람직하지 않은 부산물들과 반응하는 반응성 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이온 소스 조립체(108) 및 이온 소스 하우징(146)의 다양한 컴포넌트들과의 에칭 또는 기타 유해한 반응들을 방지하도록 불소와 반응하기 위해 수소가 상기 블리드 가스로 사용될 수 있고, 상기 불소는 상기 블리드 가스로부터의 수소와 반응하여 펌핑된다.
예를 들어, 상기 블리드 가스는 도 6에 도시된 바와 같이, 이온 소스 조립체(108)의 본체(body)(164) 및 상기 이온 소스의 마운팅 플랜지(mounting flange)(166)와 같은 관련 장착 컴포넌트들을 관통하는 하나 이상의 피드-스루들(feed-throughs)(162)을 포함하는 상기 블리드 가스 도관(160)을 통해 도입될 수 있고, 이들은 모두 상승 전압(가령, 추출 전위)에 있다. 일 예에서, 상기 하나 이상의 피드-스루들(162)은 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 마운팅 플랜지(166)에 홀(hole)(168)을 포함하고, 상기 장착 플랜지의 관형 부분(170)의 단면을 통해 계속되며, 여기서 가스 분배 장치(gas distribution apparatus)(172)에 추가로 연결된다. 예를 들어, 상기 블리드 가스 도관(160)은 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 이온 소스 하우징(146) 내의 어느 곳에도 상기 블리드 가스를 제공하도록 구성된 임의의 도관(가령, 튜빙, 채널, 라인 등)일 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 박스(152) 내의 상기 수소 발생기(150)는 상기 공동-가스 및 상기 블리드 가스를 상기 아크 챔버(134) 및 상기 이온 소스 조립체(108) 모두에 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 도관들 또는 공급 라인들은 각각의 아크 챔버(134) 및 이온 소스 조립체(108) 내로 상기 공동-가스 및 블리드 가스 모두를 공급한다. 일 예에서, 티(tee)(도시되지 않음)는 각각의 아크 챔버(134) 및 이온 소스 조립체(108)로의 흐름을 분리하는데 이용될 수 있다. 각각의 흐름 제어기들(도시되지 않음)은 마찬가지로 가스의 각각의 흐름을 제어하는데 이용될 수 있다.
상기 가스 분배 장치(172)는, 예를 들어, 상기 추출 전극 조립체(136) 또는 상기 이온 소스 조립체(108)의 마운팅 플랜지(166), 또는 임의의 원하는 위치와 같이, 상기 블리드 가스를 원하는 방향 또는 원하는 장치 쪽으로 향하도록 구성된다. 상기 추출 전극 조립체(136)는 접지 플레이트(ground plate)와 같은 하나 이상의 개구 플레이트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 블리드 가스 도관(160)은 일반적으로 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 이온 소스 하우징(146) 내부의 영역 및 접지 플레이트의 상류와 같은 하나 이상의 개구 플레이트들(가령, 상기 추출 전극 조립체(136)와 관련된 개구 플레이트) 중 하나 이상의 상류에 상기 가스를 도입하도록 구성될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에서는, 상기 가스 분배 장치(172)는 추출 전극 조립체(136)의 상류인 것으로 도시되어 있지만, 다른 예들에서는 상기 가스 분배 장치는 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 이온 소스 하우징(146) 내의 임의의 곳에 위치할 수 있다. 상기 가스 분배 장치(172)는 대안으로 상기 블리드 가스의 분배를 위해 내부에 정의된 하나 이상의 홀들을 가지는 분배 바(distribution bar)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 홀들은 상기 블리드 가스가 상기 이온 소스 조립체(108)의 상류 및/또는 하류를 가리키는 것과 같이 하나 이상의 원하는 방향들로 향하도록 상기 가스 분배 장치(172)에 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분배 장치(172)는 원하는 방향을 가리키는 하나 이상의 튜브들 또는 다른 도관들을 포함할 수 있으며, 상기 하나 이상의 튜브 각각은 상기 블리드 가스의 흐름을 원하는 방향으로 또는 상기 하우징 내의 원하는 위치로 향하도록 하기 위한 하나 이상의 오리피스를 포함한다. 상기 가스 분배 장치(172)는 도 1의 빔 가이드(114)의 상류 어디에서나 상기 이온 소스 하우징(146) 내에 제공될 수 있다.
하나의 특정 예에서, 상기 가스 분배 장치(172)는 도 7에 더 상세히 도시된 바와 같이 가스 분배 링(gas distribution ring)(174)을 포함한다. 예를 들어, 상기 가스 분배 링(174)은 상기 가스 분배 링의 원주(178) 둘레에 위치된 복수의 분배 홀들(distribution holes)(176)을 포함한다. 예를 들어, 복수의 분배 홀들(176)은 상기 가스 분배 링(174)의 외경에 정의될 수 있거나, 또는 상기 블리드 가스의 흐름을 전방 및/또는 후방으로 또는 상기 이온 소스 조립체(108)와 관련하여 임의의 각도로 유도하여 상기 블리드 가스의 균일하거나 불균일한 분포를 제공하도록 구성된 가스 분배 튜브(도시되지 않음) 내의 하나 이상의 오리피스들, 관통 홀들 또는 개구들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가스 분배 링(174)은 상기 이온 소스 조립체(108)의 상기 하우징(146) 내부에 위치된다. 따라서 이중 안전 및 봉쇄 조치들과 관련된 추가 비용들이 완화되거나 제거되며, 이에 따라 상기 가스 분배 링(174)은 다른 유형들 또는 종들의 블리드 가스와 함께 추가로 이용될 수 있어서, 원치 않는 부산물들 또는 상기 일차 도펀트 가스들의 부산물들이 이에 따라 화학적으로 "반응"(“reacted out", chemically)될 수 있다. 도 6의 상기 가스 분배 링(174) 및/또는 하나 이상의 피드-스루(162)는 예를 들어, 바람직하지 않은 부산물이 절연체들 및/또는 미 반응 부산물들이 문제가 되는 다른 표면들에 도달하기 전에 유리하게 "반응"되거나 덜 해로울 확률을 높일 수 있다.
예를 들어, 상기 가스 분배 장치(172)는 접지 전위, 접지에 대한 리턴 전위 또는 상승된 전위에서의 리턴 전위와 같은 다양한 전위들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분배 장치(172)로의 상기 블리드 가스의 흐름은 복수의 블리드 유량들(flow rates)로 조정될 수 있다. 예를 들어, 이중-전하 이온(double-charged ion)의 경우, 수소는 상기 이중 전하를 중화시키고, 빔 전류를 잃는 경향이 있으므로, 대략 3sccm 유량이 적절할 수 있다. 예를 들어 단일-전하 이온(single-charge ion)의 경우, 상기 유량을 대략 8sccm로 조정할 수 있다. 따라서, 상기 블리드 가스의 유속은 수행될 상기 원하는 주입과 관련된 하나 이상의 주입 종들, 전하 상태 및 에너지에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 블리드 가스의 유량 및/또는 압력은 특정 고전압 갭 사이의 가스 압력과 관련된 파센 곡선(Paschen curve)에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 예를 들어, 블리드 가스에 대한 압력 제한이 제공되어 블리드 가스의 압력이 안전한 임계 압력(가령, 5x10-4 torr을 초과하지 않는 블리드 가스 압력) 미만으로 제한될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 상기 수소 발생기(150)는 수소 블리드 가스를 상기 이온 소스 하우징(146)으로 공급하도록 추가로 구성될 수 있고, 이에 따라 상기 이온 소스 하우징은 접지 또는 단자 전압(가령, 접지 기준 또는 리턴)에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 수소 발생기(180)는 챔버 블리드(chamber bleed)로서 추가로 제공될 수 있으며, 이에 의해 상기 수소 발생기는 상기 수소 가스를 분배하기 위해 가스 링 또는 가스 튜브 또는 튜브들에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 수소 발생기(180)는 상기 가스 박스(152)에 위치할 필요가 없으며, 이에 의해 상기 수소 발생기는 접지(earth ground) 및/또는 접지(ground) 또는 리턴 기준에 접지 위의 상승된 전위에서 전기적으로 연결될 수 있다.
비록 본 발명이 특정 실시 예 또는 실시 예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 전술한 실시 예는 본 발명의 일부 실시 예의 구현을 위한 예일뿐이며, 본 발명의 응용은 이들 실시 예로 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 특히, 전술한 컴포넌트(조립체들, 장치들, 회로들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 컴포넌트를 설명하기 위해 사용된 용어("수단"에 대한 언급 포함)는, 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 도시된 본 발명의 예시적인 실시 예에서의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동일하지는 않지만, 기술된 컴포넌트(즉, 기능상 동등함)의 특정 기능을 수행하는 임의의 컴포넌트에 대응하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징은 몇몇 실시 예 중 하나에 대해서만 개시될 수 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 응용에 바람직하고 유리할 수 있는 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 실시 예로 제한되지 않고 첨부된 청구 범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 이온 주입 시스템(ion implantation system) 용 터미널 시스템(terminal system)으로서,
    이온 소스 하우징(ion source housing);
    상기 이온 소스 하우징 내에 위치되는 이온 소스 조립체(ion source assembly) - 상기 이온 소스 조립체는 하나 이상의 개구 플레이트들(aperture plates)을 가지는 추출 전극 조립체(extraction electrode assembly)를 포함함 -;
    상기 이온 소스 조립체에 전기적으로 연결되는 가스 박스(gas box);
    상기 가스 박스 내에 배치되는 가스 소스(gas source) - 상기 가스 소스는 상기 이온 소스 조립체와 동일한 전위(same electrical potential)로 가스를 제공하도록 구성됨 -; 및
    상기 이온 소스 조립체와 연관되는 블리드 가스 도관(bleed gas conduit) - 상기 블리드 가스 도관은 상기 가스를 상기 이온 소스 하우징 내부 영역 및 하나 이상의 개구 플레이트 중 하나 이상의 상류에 도입하도록 구성됨 -;
    을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블리드 가스 도관은 상기 이온 소스 조립체의 본체(body)를 통해 연장되는 하나 이상의 피드-스루들(feed-throughs)을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 피드-스루들은 상기 이온 소스 조립체의 마운팅 플랜지(mounting flange) 내 홀(hole)을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마운팅 플랜지는 내부에 채널(channel)이 형성되는 관형 부분(tubular portion)을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 블리드 가스 도관은 가스 분배 장치(gas distribution apparatus)를 추가 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분배 장치는 가스 분배 링(gas distribution ring)을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 분배 링은 일반적으로 상기 마운팅 플랜지의 상기 관형 부분을 둘러싸는(encircle),
    터미널 시스템(terminal system).
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분배 장치는 그 원주 둘레(around a circumference)에 위치되는 복수의 분배 홀들(distribution holes)을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분배 장치는 상기 이온 소스 조립체 외부(external) 및 상기 추출 전극 조립체의 접지 플레이트(ground plate)의 상류(upstream)에 위치하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 소스는 수소 가스(hydrogen gas)를 생성하도록 구성되는 수소 발생기(hydrogen generator)를 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 소스 및 가스 박스는 복수의 전기 절연체들(electrical insulators)을 통해 상기 터미널 시스템의 나머지 부분으로부터 전기적으로 분리되는(electrically isolated),
    터미널 시스템(terminal system).
  12. 제 1 항에 있어서,
    복수의 절연 스탠드 오프들(insulating standoffs)을 추가 포함하되,
    상기 복수의 절연 스탠드 오프들은 상기 터미널 시스템을 접지(earth ground)로부터 전기적으로 분리하는(electrically isolated),
    터미널 시스템(terminal system).
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스는 반응성 가스(reactive gas) 및 불활성 가스(inert gas) 중 하나를 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반응성 가스는 수소 가스(hydrogen gas)를 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 크세논(xenon)을 포함하는,
    터미널 시스템(terminal system).
  16. 이온 소스 하우징(ion source housing) 및 그 내부에 배치되고 하나 이상의 개구 플레이트들(aperture plates)을 가지는 추출 전극 조립체(extraction electrode assembly);
    상기 이온 소스와 동일한 전위로 수소 가스를 제공하도록 구성되는 수소 가스 소스(hydrogen gas source); 및
    상기 하우징과 연관되는 블리드 가스 도관(bleed gas conduit) - 상기 블리드 가스 도관은 상기 수소 가스를 일반적으로 상기 이온 소스 하우징의 내부 영역 및 상기 추출 전극의 상기 하나 이상의 개구 플레이트들 중 하나 이상의 상류에 도입하도록 구성됨 -;
    을 포함하는,
    이온 소스(ion source).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 블리드 가스 도관은 수소 가스 소스에 유체적으로 연결되는(fluidly coupled) 가스 분배 링(gas distribution ring)을 포함하고,
    상기 가스 분배 링은 일반적으로 상기 이온 소스 하우징의 관형 부분(tubular portion)을 둘러싸는,
    이온 소스(ion source).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 분배 링은 그 원주 둘레(around a circumference)에 위치하는 복수의 분배 홀들(distribution holes)을 포함하고,
    상기 가스 분배 링은 상기 이온 소스 하우징 내부(internal) 및 상기 추출 전극 조립체의 접지 플레이트의 상류(upstream)에 위치하는,
    이온 소스(ion source).
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 수소 가스 소스는 수소 발생기(hydrogen generator)를 포함하는,
    이온 소스(ion source).
  20. 하기를 포함하는 터미널(terminal):
    수소 가스(hydrogen gas)를 생성하도록 구성되는 수소 발생기(hydrogen generator)를 가지는 가스 박스(gas box); 및
    이온 빔을 형성하도록 구성되는 이온 소스 조립체(ion source assembly) - 상기 이온 소스 조립체는 아크 챔버(arc chamber) 및 추출 전극 조립체(extraction electrode assembly)를 포함하는 이온 소스 하우징(ion source housing)을 포함하고, 상기 이온 소스 조립체는 일반적으로 상기 이온 소스 하우징 일반적 내부 영역 및 상기 추출 전극 조립체의 상류에 가스를 도입하도록 구성되는 블리드 가스 도관(bleed gas conduit)을 추가 포함하고, 상기 이온 소스 조립체와 상기 가스 박스는 동일한 전위에 있음 -;
    상기 이온 빔을 선택적으로 이송하도록 구성되는 빔 라인 조립체(beamline assembly); 및
    공작물에 이온들을 주입하기 위해 상기 이온 빔을 수용하도록 구성되는 엔드 스테이션(end station);
    을 포함하는,
    이온 주입 시스템(ion implantation system).
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI729801B (zh) * 2020-05-08 2021-06-01 晨碩國際有限公司 遠端摻雜氣體供應系統之氣體傳輸適配裝置
US20220013323A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 Axcelis Technologies, Inc. Hydrogen co-gas when using a chlorine-based ion source material
US11881376B2 (en) * 2020-10-02 2024-01-23 Entegris, Inc. Method and systems useful for producing aluminum ions
US11699563B2 (en) * 2020-10-30 2023-07-11 Axcelis Technologies, Inc. Etching aluminum nitride or aluminum oxide to generate an aluminum ion beam
US20240035148A1 (en) * 2022-07-29 2024-02-01 Axcelis Technologies, Inc. Ion implantation system and method for implanting aluminum using non-fluorine-containing halide species or molecules
CN115595560A (zh) * 2022-10-27 2023-01-13 拓荆科技股份有限公司（Cn） 一种半导体处理装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07245196A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Ulvac Japan Ltd イオン加速装置
JPH09102286A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Nissin Electric Co Ltd イオン源
US6515290B1 (en) * 2000-09-05 2003-02-04 Axcelis Technologies, Inc. Bulk gas delivery system for ion implanters
US6485534B2 (en) * 2000-12-20 2002-11-26 Axcellis Technologies, Inc. Contaminant collector trap for ion implanter
JP3971965B2 (ja) * 2002-07-04 2007-09-05 株式会社神戸製鋼所 イオン源への材料ガスの供給方法及びその装置
US7791047B2 (en) * 2003-12-12 2010-09-07 Semequip, Inc. Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation
WO2007146888A2 (en) * 2006-06-12 2007-12-21 Semequip, Inc. Vapor delivery to devices under vacuum
US7586109B2 (en) * 2007-01-25 2009-09-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improving the performance and extending the lifetime of an ion source with gas dilution
US8000080B2 (en) 2007-12-07 2011-08-16 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Particle trap
FR2926301A1 (fr) 2007-12-21 2009-07-17 Commissariat Energie Atomique Implanteur ionique avec generateur d'hydrogene
US8759788B1 (en) * 2013-03-11 2014-06-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion source
KR101952698B1 (ko) * 2014-10-27 2019-02-28 엔테그리스, 아이엔씨. 이온 주입 방법 및 장치

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