TW200814125A - Front plate for an ion source - Google Patents

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200814125 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種適於離子佈植機之離子 【先前技術】 本發明之預期的應用為在離子佈植機之離 子佈植機可用在半導體元件或其他材料的製造 多其他的應用亦是可行。在這一類的應用中， 藉由佈植所需的摻質（dopant )物種原子至晶 成具有不同導電率的區域來加以修改。常見的 硼、磷、砷、及銻。這些摻質在離子源中產生 典型地，離子佈植機包含位於一真空腔體 在真空中的離子源。離子源使用在電弧腔體内 漿來製造離子。在電弧腔體中的電漿使用電位 源撞擊。熱電子可使用多種不同配置之一來產 費曼源（F r e e m a n s 〇 u r c e )或伯納源（B e r n a s 含間接加熱的陰極）。 在一典型的伯納源中，熱電子由陰極射出 作用下加速，且由磁場恨制以沿著朝 (counter-cathode)之螺旋形路徑行進。在電 與前驅物氣體分子互動製造所需的電漿。 電漿離子透過設置在前板中的孔洞而由電 出。在「離子雲（ion shower )」模式中，離子 如半導體晶圓之目標中佈植。或者，汲取出的 承的前板。 子源中，離 中，不過許 半導體晶圓 圓本體以形 摻質範例為 〇 内部之保持 部產生的電 差及熱電子 生，例如： source )(包 ’並在電場 反向陰極 弧腔體内部 弧腔體汲取 行進以在例 離子可通過 5 200814125 質量分析台，以致具有所需質量及能量的離子被挑選向前 行進以在半導體晶圓中佈植。更詳細的離子佈植機敘述可 參見美國專利第4,754,200號。

離子源將包含電弧腔體以容納電漿。如第1圖及第2 圖所示之腔體壁及前板係包圍住電弧腔體。此二部件式 (two-piece )構造係經組裝以形成如槽狀的孔洞，以允許 離子由電弧腔體中被汲取出。在A處顯示之舌狀物及凹槽 之配置係設置以協助前板的兩個部件之對準。離子没取電 極組件通常設置在孔洞之前方，以由離子源汲取出離子， 而前板可形成前述組件的電極之一。 【發明内容】 以此為背景，本發明存在於離子源之前板，其包含： 允許離子由離子源移出之出口孔洞，且出口孔洞係在正及 反側之間而實質平直地延伸穿過前板；及一狹缝，係由正側 向反側而以其至少一部分厚度之傾斜穿透前板，狹缝由前板 之一側延伸以與出口孔洞連結。 候斜狹缝之構造係允許容納前板之膨脹，從而減輕熱 應力。這是有利的，因為離子源的前板會變熱。舉例來說， 在前板與電弧腔體併用處，電漿中的熱在某種程度上會轉 移給前板，而這將使前板膨脹。由於前板典型由金屬製成， 溫度上升快速且膨脹顯著。石墨亦常用於前板。 出口孔洞允許視線直接進入離子源，以致離子可自由 地由離子源汲取出以用於隨後的佈植，其中，本發明係用 6 200814125 於離子佈植機中。傾斜狹缝使視線無法進入離子源中。 外’傾斜狹缝之使用增加穿過前板之路徑長度。結果， 子及氣體由離子源穿過狹缝而逸出之傾向因而大大縮減 尤其，傾斜狹縫之構造有效地防止電場穿入離子源。這 場可為用來由離子源汲取取離子之電極組件所產生的。 直的出口孔洞及傾斜狹縫之組合意謂汲取場係通過出口 洞而穿入離子源，但不通過狹缝。 可選擇地’狹縫可由側邊而直線延伸至出口孔洞。 口孔洞亦可為線形的，及可選擇地係實質與狹縫為共 線。因此’平直的出口孔洞及傾斜狹縫可相交於一點， 致在狹缝之任一側的前板部分與出口孔洞未相連結，並 鼢著岫板駟脹而相對於彼此移動。在一較佳的實施例中 朋板是單一部件的。舉例來說，前板可延伸環繞出口孔 未與狹縫結合之末端以便形成一般的C形或其類似物。 由單部件材料製作前板是有利的，因為與多部件設 相比則板之對準變得簡單。舉例來說，汲取孔洞邊緣 對準變传容易控制。此外，前板可精確成形，且當以機 製造單部件材料時，可更容易控制此形狀。精確的成形 則板形成電極之處是非常重要的，且對用於周密地成形 電場來說亦然。 狹縫可以固定傾斜而形成穿過前板，或其可在延伸 過前板時形成折線形（dog-let )。折線形之一部分可平 地延伸穿過前板。 上述指為可選擇的特性之所有組合亦預期形成本發 此 離 〇 些 平 孔 出 直 以 可 ， 洞 計 之 器 對 穿 直 明 7 200814125 之一部分。 根據進一步的實施態樣，本發明存在於離子源，其包 含任何上述之前板配置，同時存在於離子佈植機，其包含 任何此類的離子源。 【實施方式】 為了提供本發明之背景，一示範的應用係顯示於第. 圖，然而須注意這只是本發明之一應用範例，絕非用以限 制本發明。 第3圖顯示根據本發明之用於在半專體晶圓12中佈植 離子之已知的離子佈植機10,其包含離子源14及前板Μ。 在此實施例中，由離子源14產生之離子係為取出並通過 一質量分析台30。具有所需質量的離子被挑選以通過質量 解析缝32，接著撞擊半導體晶圓12。 離子佈植機10包含用於產生所需物種的離子束之離 子源14’其係位於真空腔體15内部。離子源^大體上包 含電弧腔體16,而電弧腔體16包含位於其-端之陰極2〇, 離子源14可被操作以致陽極由電弧腔體16之壁π , 陰極20經過充分加熱以產生熱電子。 由陰極2 0射出之執雷名^ w ^ B 、 之熱電子係被吸引至陽極，而在此實你 中，1%極即為鄰接的腔體壁18 〇熱電 怎广彳 1 6 祛备鰣八7 千在其松越電弧腔儀 …電子仃進的路徑可加以控制以防止電子只沿著最箱 8 200814125 路徑行進至腔體壁18 ^磁組件46提供一延伸穿過電弧腔 體1 6之磁場，以致熱電子沿著電弧腔體16之長度的螺旋 形路控而朝反向陰極44行進，其中陰極44係位於電弧腔 體1 ό之相對端。 供氣裝置22使電弧腔體16充滿欲佈植之物種或充滿 别驅物氣體物種。電弧腔體1 6在真空腔體1 5内部係保持 減壓。行進穿過電弧腔體16之熱電子係將存在於電弧腔體 1 6中之氣體分子離子化，亦可使分子斷裂。在電漿中產生 的離子亦將包含微量的污染物離子（例如··由腔體壁之材料 產生者）。 來自電弧腔體1 6内部之離子係利用負偏壓（相對於接 地線）/及取電極2 6而被汲取穿過設置在電弧腔體1 6之前板 27中之出口孔洞28。藉由電源供應器21而在離子源14 及接續的質量分析台3〇之間施加電位差，以加速汲取出的 離子，且離子源14及質量分析台30係藉由一絕緣體（未顯 不）而與彼此為電性絕緣。所汲取的離子之混合物接著通過 里刀析σ 3 〇 ’以使其在磁場的影響下通過彎曲的路徑。 任何離子行進之曲率半徑由其質量、電荷狀態、及能量來 决疋’且磁場係受到控制以便在一設定的束能量下，只有 二有所為質荷比（mass t〇 charge ratio)及能量的離 子能夠沿著符合質量解析缝32之路徑出去。射出的離子束 接著傳送至目標，亦即，欲佈植的半導體晶圓12，或在目 標位置處不存在有晶圓12時傳送至束終止件38。在其他 拉式中’亦可使用設置在質量分析台3 0及目標位置之間的 200814125 透鏡組件來使離子束加速或減速。 半導體晶圓12將固定在晶圓架36之上，在連續佈植 時，晶圓12會連續地傳送至晶圓架36或傳送離開晶圓架 36。或者，在許多晶圓12被放置於旋轉料架36上的情況 下，可加以使用平行處理，其中旋轉料架3 6係轉動以依次 將晶圓1 2提供至入射離子束。

第4圖更詳細地顯示用於第3圖之離子佈植機10中之 離子源14。第4圖係符合間接加熱之陰極配置，然而，其 他例如燈絲或費曼型之配置也可使用。 在第4圖中，陰極由電子管60之端蓋58提供，而電 子管60係略微突出至電弧腔體16之中，並包含加熱燈絲 62。加熱燈絲62及端蓋58係保持在不同電位以確保由燈 絲62射出之熱電子可加速進入端蓋58，而電子管60及電 弧腔體16之襯套56之間係留有一間隙以保持電性絕緣。 電子加速進入端蓋58係能夠傳送能量至端蓋58，以使其 充分加熱而射出熱電子至電孤腔體16中。反向陰極44係 位在電弧腔體16之遠端，且同樣與襯套56之間具有小間 隔以確保電性絕緣。磁組件46(只示於第3圖）可操作以提 供磁場，其致使由端蓋58射出之電子沿著電弧腔體16之 長度的螺旋形路徑3 4而朝反向陰極4 4行進。電弧腔體1 6 藉由供氣裝置22或藉由一或多個可加熱固體或液體之汽 化器23而充滿前驅物氣體物種。 加熱燈絲62藉由兩個定位器48而保持在適當位置， 該些定位器4 8係使用絕緣塊52而各自連接至離子源14 10 200814125 之本體50。絕緣塊 M ^ ^ ^ 你配備有屏蔽54，以防止任何由電 弧腔體10逸出之肩 矿 、體义子到達絕緣塊52。 電弧腔體16由壁形乂 設有襯套56 Φ 成，且其後壁、側壁、上及下壁皆 又屑儆嘗56。電弧胪騁 昤了 φ ^ 之前面由前板27形成，其密封 除了出口孔洞28之外从 ^ ^ 0 0 「的電弧腔體1 6，而離子係穿過出口 孔洞28而汲取出，且 错 T方將加以敘述出口孔洞28 〇 5至10圖传鹿一

27。a > 咏賴示根據本發明之一實施例之前板 么’則板2 7由單部株从 面° 材料而以機器加工製成，其具有前表 面70及後表面72。俞4 j- , 則板27將以導電的高熔點材料製成， ，、甲石墨以及金屬 容肢 两良好的選擇。前板27之前表面70(如 瑕至離子源時 心1。 規）為具有圓形角76之矩形。具有圓形 & 7 8之伸長捵 ^ ^ 係设置在其中央以用作出口孔洞2 8。較 乍的狹縫80由楫 ^ 曰28之一端78a延伸至前板27之鄰接側 〇 2 〇 知板2 7之德本；^、 直 傻表面72具有紕連於電弧腔體16之側邊的 _ 緣8 4出口孔洞2 8位於由凸緣8 4所包圍住之區域 内部’及^

上狹縫80延伸至接觸凸緣84然後穿過凸緣84。 如同所見，屮〇 W 孔洞28以直角由前板27之前表面70延 伸，而狹缝8 〇刖曰口 口 一 、疋王一角度。因此，當由前方觀看時，出 5 2 8提供通往離子源j 4内之直接視線，而狹縫8 〇 、否由於此角度及較長的路徑長度，由電弧腔體16穿過 狹縫80之離子損耗及氣體損耗被最小化。 热悉此技藝者須注意，在不偏離本發明由申請專利範 圍定義之範圍的情況下，上^施例可加以變化。 11 200814125 舉例來說，前板2 7之總形狀可由所示之矩形形狀作變 化。此外，角76不需為圓形、伸長的出口孔洞28並非必 要，且可採用其他形狀。出口孔洞2 8及狹缝8 0不需為共 直線。事實上，出口孔洞2 8或狹缝8 0兩者皆不需為線形， 且可使用其他形狀。雖然狹缝8 0顯示為採用固定的傾斜’ 但傾斜可隨著狹縫80延伸穿過前板27而變化，及/或狹縫 80可扭結以形成例如折線形（d〇g-leg )。 雖然電孤腔體16在一較佳的離子源14中加以敘述， 但本發明亦可延伸至其他離子源14。舉例來說，本發明之 優點將由任何由於離子化製程而變熱之離子源丨4所享有。 【圖式簡單說明】 為了讓本發明更加容易理解，一較佳的實施例現將參 照伴隨的圖式加以敘述，其中： " 第1圖為根據先前技術之經過組裝的前板之透視圖· 第2圖為第i圖之前板在組裝前之透梘圖； ’ 笫3圖為離子佈植機之示意圖; 第4圖為第3圖之離子源的側視圖； 第5圖為第4圖之前板之前視圖； 第6圖為沿著第5圖之線VI_VI之剖面圖； 第7圖為始於第5圖之鍊νπ-νΐϊ之側視圖； 第8圖為始於第5圖之線νιπ_νπι之側視圖； 第9圖為始於第5圖之前板前方的透視圖；及 第10圖為始於第5圖之前板後方的透視圖。 12 200814125

【主要元件符號說明】 1 0離子佈植機 12 晶圓 1 4離子源 15 真空腔體 16電弧腔體 18 壁 20陰極 21 電源供應器 22供氣裝置 23 汽化器 26沒取電極 27 前板 28出口孔洞/槽 30 質量分析台 32質量解析缝 34 螺旋形路徑 36晶圓架/旋轉料架 38 束終止件 44 (反向）陰極 46 磁組件 48定位器 50 本體 52絕緣塊 54 屏蔽 5 6概套 5 8 端蓋 60電子管 62 燈絲 70前表面 72 後表面 76角 7 8 圓形端 7 8 a 端 8 0狹縫 82鄰接侧 8 4 凸緣 13

Claims (1)

1. 200814125 十、申請專利範圍： 1. 一種用於一離子源之前板，其包含： 一正側及一反側； 一出口孔洞，其允許離子由該離子源而移出，且 口孔洞係在該正側及該反側之間實質平直地延伸穿過 板；以及 一狹缝，由該正側向該反側以其至少一部分厚度 傾斜而穿透該前板，該狹縫由該前板之一側延伸以與該 孔洞連結。 2. 如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該狹缝由 而直線地延伸至該出口孔洞。 3. 如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該出口孔 線形。 4.如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該狹缝及 口孔洞實質上為共直線。 5. 如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該狹縫係 固定傾斜而形成穿過該前板。 6. 如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該狹縫在 該出 該前 之一 出口 該側 洞為 該出 以一 其延 14 200814125 伸穿過該前板時形成一拆線形（dog-leg )。 7. 如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該前板包含一 單一部件（piece ) 〇 8. 如申請專利範圍第1項所述之前板，其中該反側之表面 包含一設置於周圍之凸緣。

   9. 一種離子源，其包含如申請專利範圍第1項所述之該前 板。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之離子源，其中該離子源包 含一電弧腔體。

   11. 一種離子佈植機，其包含如申請專利範圍第9項所述之 該離子源。 15