TW521295B - Ion implantation ion source, system and method - Google Patents

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Description

521295 五、發明說明（1) 源奸i發明係提供一種值得製造的離子源以及可利用新來 的執感(t方t法’特別是如十棚十四氫（decabc)rane，Βι〇Ηΐ4) 人二 ^(heat-sensitive)材料、和氫化物（hydride)和包 s —聚物（dimer)的化合物（comp〇und)等對於離 ，賴的材料，以達到在半導體晶圓的商業離子子佈二％ 的新表現範圍。本發明可使較淺、較小和較高密度的半導 體几件被製造，特別是在互補式金 ®etal-oxide)半導體（(^〇幻的製造上。除了在半導體元件 的製ie中，大大地增進新離子佈植設備的操作，本發明使 ，離子源可用以翻新改進現存的離子佈植機，且可省下大 量的資本。本發明的實施例獨特地佈植十硼十四氫和其他 摻雜材料，特別是純離子光束，以符合製造設備廣泛的需 要。促成新技術的有效花費的不同的新穎構造、操作和過 程特徵也可被應用在此產業的習知技術。 如習知般，離子佈植係為積體電路（丨Cs )製造中的關 鍵技術。在邏輯和記憶I CS的製造中，離子被佈植在矽或 鎵砷晶圓中，以形成電晶體接合（transist〇r junction)，且摻雜ρ-η揍合的井（well)區域。藉由可選擇 地控制離子的能量，它們進入目標晶圓的佈植深度可被選 擇地控制，允許由離子佈植導入的摻雜劑濃度的三度空間 (three-dimensional )控制。摻雜劑濃度控制電晶體的電 子性質，以及Ics的表現。先前已使用過數種摻雜劑供給 材料，包括石申、氬、删、鈹、碳、鎵、錯、銦、氮、雄、 錫和矽。對於那些固體元素形式的種類（specie)，許多可
^11 1057-3587-PF.ptd 第8頁 521295
以氣體 化的氟 摻雜劑 推雜離 在適當 晶圓上 在佈植 缺點以 的容積 污染層 分子形式包含 化合物。離子 的供給材料離 子至想要的能 的能量下輪送 衝擊（imPact) 機中的出現對 外，此污染物 中，已在报多 次0 ’如在相當程 佈植機係為一 子化，抽 量，過濾 有興趣的 。一些元 於被佈植 的追蹤量 測試中被 出有 掉不 摻雜 素， 晶圓 在達 容忍 度的溫 製造工 興趣的 想要的 離子到 如與氟 是不利 成值得 。目前 具，其可 摻雜離子 離子種類 晶圓上， 不相關的 的，但除 生產的所 想要達到 量離子 使包含 ’加速 ’然後 用以在 元素， 了這些 有方面 的是低 在複雜的關係中，總體來說，數個變數必 以在給定的離子佈植過程中，達到想要的佈植分布 (profile) 〇 •換雜供給材料的性質（例如，BF3氣體） •摻雜離子種類（例如，β+ ) •離子能量（例如，5keV) •離子光束的化學純度（例如，<0· 01%的積極 (energetic)污染物） •離子光束的同位素（丨3〇1：〇1)丨(：）純度（例如，在113111 和115 In之間區別的能力） •離子光束的能量純度（例如，在一半最大值<2%的全 寬，亦即，FWHM) •角分散度以及在晶圓上的光束的空間程度 •佈植在晶圓上的總劑量（dos e )(例如，
1057-3587-PF.ptd 521295 五、發明說明（3) ' 1 015atoms/cm2) •劑量的均一度（例如，在總晶圓表面積之上的佈植 密度中的± 1%的變動） 這些變數影響經由離子佈植所製造的電晶體和其他元 件的電器性能、可製造的最小尺寸以及可製造的最大密 度。 第1圖顯示典型的商用離子佈植機。顯示的離子光束^ 從離子源42前進經過搬送（transport)(亦即，分析儀 "analyzer")磁鐵43，其根據離子的質量對電荷比率沿著 分散（縱）平面分離。光束的部分由磁鐵43對焦至質量決^ (resolving)開口 44上。開口尺寸（縱尺寸）決定質量電荷 比率的離子通過下游，最終衝擊目標晶圓55，其一般是可 被安裝在旋轉盤45上。質量決定開口 44越小，佈植機的決 定功率R越高，其中R = M/ AM(M為離子的標準質量電荷比、 率，而△ Μ為通過開口 44的質量電荷比率的範圍）。通過開 口 44的光束電流可由可動的法拉第偵測器46而監測，且^ 達晶圓位置的光束電流的部分可由位於盤45之後的第二法 拉第摘測器4 7所監測。離子源4 2偏離至高電壓，且經由進 氣開口48接收氣體分布和電力。源殼體（s〇urce ““““ 49由源泵（source pump)5〇被保持在高真空，且同樣地， 佈植機的下游部份由室泵（chamber pump)51被保持在高真 空。離子源42由介電襯（dielectric 源殼體 49電J*生隔離離子光束由離子源η抽出，且由抽出電極^ 加速。在最簡單的場合中（其中源殼體49、佈植磁鐵43和
521295 五、發明說明（4) 盤45被保持在地面（ground)電位），抽出電極53的最終 (final)電極為地面電位，且離子源被上升至正電壓v ， 其中光束能量E = qVa，且q為每離子的電荷。在這場合中， 離子光束以離子能量E衝擊晶圓55。在其他的佈植機中， 例如當在序列（serial)佈植機中，離子光束由靜電或電磁 掃描器在通過晶圓時被掃描，應用機械性的掃描系統以移 動晶圓或另一種此類的靜電或電磁掃描器，以在正交方向 上完成掃描。 在離子佈植技術中，離子源在系統的部分佔有报大^ 重要性。第2圖顯示用在商用離子源的”標準”技術，稱為
Enhanced Bernas"電弧放電（arc discharge)離子源。迫 形式的來源通常為各種離子佈植機的設計基礎，包括高售 流、高能量和中電流的離子佈植機。離子源&經由安裝门突 緣b被安裝在離子佈植機的真空系統上，安裝突緣b也< 有用/以冷卻水的真空供給開口、熱電偶、摻雜氣體供給γ \冷卻氣體、以及電源。摻雜氣體供給^^供給氣體， 2想要的摻雜種類的氟化物（flu〇ride)，至氣體在其 離子化的電弧室d。又提供有在安裝突緣之内的雙、
，在其中如砷、三氧二錫以及磷等的固態供給材粗 被汽化。爐（〇vens)、氣體供給和冷卻線路被包含太、^ :器製u—ined)紹塊这中。水冷卻限制紹塊g 冷 器且作動在10° °c和8°0 °c之間操作的篆發 ：當離子源作動時，也中和由電弧室d的輻射2 弧至d被安裝至無塊g，但在設計上與其熱接觸並不、、、良
521295 五、發明說明（5) 離子源a應用電弧放電電漿，其意味藉由在一限定的腔室 容積中維持而操作，一般狹窄的連續電弧在熱層（h〇t fi lament)陰極h之間放電’而存在於電弧室d、以及電弧 室d的内壁中。電弧產生狹窄的熱電漿，包括主要和次要 電子的雲狀物（Cl〇Ud)，有氣體離子出現而散佈在盆中。 因為此電弧一般可在超過300W電力中消失，且因為電弧室 d只經由輻射冷卻，在此Bernas離子源中的電弧室 作中達到80(TC的溫度。 示 氣體經由低傳導通道被導入電弧室d，且經由盥在吟 極h和電弧室d之間放電的電子以及與由電 產生- 多次要電子的電子衝擊而離子化。為了增加離子化效ΐ :質上均-的磁場i沿著由位在外部的磁 陰極h和對陰極（anticathode)j的轴而建立，如第接口 不。此栓供電弧電子的限制’且延伸其路徑的長度。位在 =弧室d =但在陰㈣的相對端的對陰極]·(有時稱為"排斥 )')一般被保持在與陰極h的相同電位，且用 =:=1 重限Λ的電弧電子’回到陰極h，從它們再次 被排斥電子重複地在螺旋路徑中移動。此 道在陰極h和對陰極』之間導 疋：電子軌 ”電弧電漿密度通常高=== =子成這分更離導子致， 產生。離早％ 且也允許抽出離子的高電流密度的 子源a被保持在與離子佈植 的上述地面雷竹（< 介％ 丄 < 屯1 va子日哥 ’在晶圓55的電位之上）··當離子衝 第12頁 1057-3587.PF.ptd 521295 五、發明說明（6) 擊晶圓基板時，離子的能量E由E = aV斯仏—甘山 離子的電荷。 W代所給疋，其中Q為每 此習知的Bernas電弧放電離子源的陰極h 一 (’、或間接加熱陰極，其在由外部電源供應器加？執、田 (thermionicaIly)放射電子。它和對陰極一般被保^ 本體的電位Va之下的60V*150V之 告 =浆開始時，電浆在室d之中發展鄰接請“出電： 用：Ϊ雷二？。^提供高電場，以有效地抽出電弧 K ;南電電流(例如，高至7A)可由此方法 在電弧室中消失的放電電力P為卜1)1，一般為幾百 瓦。除了由電弧所消失的熱之外，熱陰極[1也傳送電力至 牆壁。因此，電弧以提供摻雜電弧電漿用的高 :%楗，其由增加在電弧室d中的氣體壓力、以及由在熱 至脇上實質上防止摻雜材料的凝結而增進相關於冷環境的 離子化效率。 如果Bernas電弧放電離子源的固態源汽化爐e*f被利 用，汽化材料供給至電弧室d，且經由狹窄的汽化供給k和 1而有實質上的壓降，而進入空間（plenum)m*n。空間用 以傳播（diffuse)汽化材料至電弧室d，且在大約與電弧室 d相同的溫度。由電弧室的蒸發器的輻射熱負載一般也防 止蒸發器提供用在包含在大約2〇〇之下的固態供給材料 。的穩，溫度環境。因此，一般來說，只有在溫度大於2〇q c下汽化且在溫度大於8〇〇它下（典型的Bernas源的離子化 第13頁 1057-3587-PF.ptd 521295
室的牆壁溫度）分解的固態摻雜供給材料可由此方法被成 功的汽化和導入。
目前在半導體的離子佈植中存在的非常重要問題是在 低（例如：sub-keV)能量、且在商業上想要的速率下，防 止摻雜種類的有效佈植且值得製造的離子佈植機的限制。 利用低能量摻雜光束的一個關鍵且重要的應用為在⑽⑽製 造中的淺電晶體接合（shaii〇w transist〇r juncti〇ns)的 形成。當電晶體在尺寸上扭曲（shr ink)以根據致命的趨勢 (vital trend)在每一 ic中收容更多的電晶體時，電晶體 必須在更罪近目標晶圓表面.上形成。這需要降低佈植離子 的速度及能量，使它們在想要的淺層次下沉積。在這方面 中最關鍵的需要是低能量硼，p—型摻雜劑，佈植入矽晶 圓。因為硼原子在佈植機設計操作的給定能量下有低質 畺，匕們必須具有較高的速度且將比其他P—型摻雜劑穿透 (penetrate)入目標晶圓中更深；因此需要在比其他 更低的能量下佈植硼。 '
由於在離子光束中的空間（space)充電，離子佈植機 在傳送低能量離子光束時相對地沒有效率，能量越低，問 題越大。當離子沿著光束線（有"光束吹脹（M〇w_upVl)前 進時，在低能量光束中的空間充電導致光束交叉段面積 (cross-section area)(亦即，其”剖面"）變大。當光束剖 面超過佈植機傳送的光學（optics)已設計的剖面時，經由 漸暈（vignetting)的光束損失產生。例如，在5〇〇eV的傳 送旎量下，現在使用中的很多離子佈植機無法傳送足夠的
521295 五、發明說明（8) -------- 硼光束電流以在製造中、在商業上是有效率地，亦即， 為低佈植總量速率’晶圓產量太一低。另外，習知的離子〜 依賴在源區域（source region)中的強磁場的應用。因源 此磁場也在佈植機的光束抽出區域中存在一歧程产 (extent)，它傾向偏向此低能量光束，且實質上=光 放射性質降級（degrade)，其更降低經由佈植機的光束的 送。 已提出解決低能量硼佈植問題的方法··莫耳光束離子 佈值。代替在能量E佈植原子B+離子的離子電流丨，十硼 四氫莫爾離子，B1GH/，在能量ι〇χ E和離子電流〇1〇χ j下 佈植。以十硼十四氫的佈值技術，兩方法導致的佈植深产 和摻雜濃度（總量）已被顯示為大致相當，然而，具有重$ 的潛在優點。因為十硼十四氫離子的傳送能量是^量相告 的硼離子的十倍，且離子電流為硼電流的十分之一，對二 於光束吹帳的空間電荷力和導致的光束損失可相對於二 原子爛佈植，而被更減少。 當氣體可由習知離子源而被利用，以產生以離子 時，十^十四氫必須被用以產生十硼十四氫離子B1QHX+。十 = 風為固態材料，其在2 0 °C、1T 〇 r r的階級下具有 =效的（significant)蒸氣壓力，在1〇(rc溶解，在 刀解★為了經由較佳的昇華而被汽化，其必須在1 0 0 °c以 z 化’ h且必須在值得生產的離子源中操作’其局部環 5勞八子化至的牆壁和包含在室中的成分）係低於3 5 0 °c以 、 刀解。另外，因為十硼十四氫分子太大，當在電弧放
521295 五、發明說明(9) 電電漿中遭受電荷交換交互作用時，它 (dlSaSS〇Clate)(毀壞、fragment)成較小 t 二丰 ( — a1)硼或二硼六氫，因此可知習知摔刀作二疋素 電弧電漿源不可被應用在商業製造中，且離:作— 是由主要電子的衝擊而得到。又， 子化應該主要 熱至蒸發器’導致分子的熱不穩定性二存、：：： = 器在十硼十四氫所需的低溫下並盔法子源的蒸發 十四氫蒸氣與其熱表面作用時， 當十棚 易地被從分解的蒸氣沉積的硼所阻塞：因：線； 生產的佈植離子源是與十珊十四氫離子=:=付 習知提供特別的十硼十四氫離子源 =谷的。 製造利用的需要。 ’、 並未能符合值得 改進的= =用的技術的數種方式仍* 立佈植技術時新技術中可利用的有效花費也是建 本發明的各種特徵提供有效的^方 •經由新穎的蒸發器和菽氣 ★ ,。 和其他熱感材料 、 遞系、充α化十硼十四氫 氮乂控制的、低料的蒸氣流，例如，…四 •將大部分的十硼十四氫離子化成+ •防止十硼十四氫的埶分離 •:制Β丨。V的電荷交換和低能量電子導 •在沒有電弧電襞下操作離子源，其可改心放射性質 1057-3587-PF.ptd 第16頁
沒有利用強施加磁場下 光束的放射性質 卜 操作離子源，其可改進 •在沒有利用電弧放電 衝擊離子化，由外部產生 W用新穎的方式產生電3 束門共線的寬廣的;電過離子化室至熱隔離兴 (incorporation) 4子先束的合併 • ί:ί;ϋ上值得製造的爛摻雜劑的劑量率 新賴的= :::其：：雜劑的硬體設計，特別是❹ 起护材#^ 聚物、以及包含銦、銻的溫度敏|
且，很夕=合中，降低污染物的出現 要 符口在最中的離子佈植機的安裝基底的離子光學漂 由利用外界且較佳的遙控陰極且提供未污染材料 例如，石墨、、碳化矽或鋁）所製造的抽出開口和離子化 至，除去作為電晶體金屬污染來源的離子源 •使新的離子源重新翻新至現存的Bernas源為基底的 離子佈植機等的離子源設計空間中，且可與其他的離子源 設計相容
•在翻新的安裝中利用控制系統，其可保持操作者已 熟悉的操作介面和控制技巧 •在實質上不使佈植機停機下，在蒸發器中方便的控 制和補充（replenishment)固體
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521295 五、發明說明（11) 入你二ί供内部的調整和控制技術，使在單-設計下，符 合佈植機的光束線和掌營 又社早叹计下，符 域的強度和尺寸 耘的而要所產生的離子化的區 •提供新顆的方式、起始材料和摔作狀7，叮制、生土 (extension)、以及矽閘的摻雜 之长 •以及一般來說，提供 查 = 材料的離子化“徵氫 的實際需要。、 植來說是新賴的，以符合製造便利性 明^實施例可大大地增進新離子佈㈣、統的容量 Capablllty)，且可提供無縫（seamiess)且透明 (^〇anSparent)、提高終端使用者（end_user)的現存佈植 ^特別是本發明的特徵為可與現存的離子佈植技術相 =u據本發明構成的離子源可被重新翻 中安裝的現存的離子佈植機設備中。本發明= =⑴構造、尺寸和排列可符合現存商用佈植機的離子 △、二間、以及（2)應用新穎的離子源用控制系統，豆可完 ίίΓ:ίί的離子源控制器，而不需修正佈植機控制和 改善生產技術。 Μ 根據本發明的一特徵’提供一種可用以在商用離子流 層^(level)提供離子至離子佈植機的離子抽出系統的離 子源，離子源包括離子化室，由包含離子化容積的牆壁所
521295 五、發明說明（12) 限定，在離子化室的側壁中有一離子抽出開口，開口的長 度和寬度可使離子流藉由抽出系統從離子化容積抽出的方 式來排列。本發明的特徵在於關於離子化室的尺寸所 和排列的寬廣光束電子搶使主要電子的共線光束指向瘦由 離子化室至光束門，其相對於電子光束搶的放射電麼被 持在實質上的正電廢。光束門與離子化室熱隔離或分別冷 卻是較佳地。主要電子的光束路徑的軸在大致鄰近於開口 的方向中延伸，具有在對應於抽出開口的寬度方向上的方 向上的電子光束的尺寸大約比開口的寬度大或相同， 蒸發器以導入，例如，十硼十四氫蒸氣至離子化容積，且 控^統可控制主要電子能量’以使個別的蒸氣分子可由 從電子槍的主要電子的撞擊（c〇1Hsi〇ns)而主要地 (principally)被離子化。 在較佳實施例中，電子搶被安裝在與 熱隔離的支座（support)上。 至的牆壁 發明的另一特徵，提供一種可用以在商 十爛十四氫的離子至離子佈植機的離子抽出 系統的離子源’離子源包括離子 的踏壁所限定，在離子化室的侧壁中有一；；：：：積 設置可使離子流藉由抽出系統從離子 ：：出=， f化室的牆壁熱隔離且在外側的支座上的安裝電子J與= = 的構成、尺寸和排列為，使主要電：的ΐ 2束才曰向經由離子化室至光束門，且相對於 的放射電壓被維持在實質上的正電壓，光束門與離 1057-3587-PF.ptd 第19頁 五、發明說明（13) 熱隔離且位於其外側，主 抽出開口的方向上，設置=在鄰近於離子 巧離子化室’·以及控制系統，可的蒸氣或 置，使材料可被離子化。 工制主要電子的能 根據本發明的另一特 流層次中提供十硼十四氫的離子$、雜f可用以在商用離子 系統的離子源，離子源包括離子化：子=的離子抽出 的牆壁所限定，在離子化室的側壁中有二離子化容積 在與離子化室的牆壁熱隔離.且在:電子：安裝 於離子化室的構成、尺寸和排列士，且其相關 指向經由離子化室至光炭 ^ '子的寬廣光束 電屢被維持在實質上其相對於電子光束搶的放射 學元件（element)之後的既定尺電子光束搶包括在電子光 束，主要雷；沾上：寸在離子化室中放大光 ;伸離子抽出開口的方向上 容積；以及控制系統，體至離子化 被離子化。 ㈣主要電子的旎罝’使材料可 的下的這些和其他特徵的較佳實施例具有一或更多 值道'併入在靠近離子化室的離子源總成，且經由高 與其連通’沿著猫準(…⑷路徑的 " 疋乂 土 ，且係以在20 °c至20 0 °C的範圍的全部或部 第20頁 1057-3587-PF.ptd 521295
分上是可控制的。 光束門具有電子接收表面，其比進入離子化室的 光束的截面積大。 、 電子槍產生一般的平行（col 1 i mated)光束，在很多情 況下’電子搶一般是平行，且通過離子化室是較佳地。 光束門被女裝在動態（dynamically)冷卻支座上， 冷式支座是較佳地。 ^ 電子槍被安裝在動態冷卻支座上，水冷式支座是較佳 電子搶陰極被設置在 由電子搶陰極佔據的 系評估。 離子源電子搶包括陰 成形為選擇的變數的光束 抽出開口符合的剖面，在 子為平行光束是較佳地。 電子槍包括高傳送電 的放射器至少抽出電子的 (collimator)和另一電子 中’另一電子光學包括電 具有能力（capability)以 一放大參數來構成，光束 較佳實施例中，電子光學 頭。 遠離離子化室的位置中。 谷積由專用的（dedicated)真空 極和可變的電子光學，電子流動 ’包括電子的一般分散，以及與 很夕％合中，在離子化室中使電 子抽出階段（stage)，其可從槍 大部分，抽出階段在平行器 光學元件之後，在較佳實施例 子聚焦（zoom)鏡頭，或電子光學 變化能量，以及電子光束的至少 的線性和角放大是較佳地，且在 包括五個或更多的元件聚焦鏡 521295 有符合 形是較 槍，在 徑長度 子搶的 出的方 向至橫 ，加長 子化室 其設置 的實施 光學的 包括變 離子抽出 佳地。 一些實施 長是較佳 主要方向 向平行， 方向，以 電子光束 的電子光 用以在電 例中，一 構成不只 焦控制， 五、發明說明（15) 離子源的構成、尺寸和排 現存的離子佈植機中，且可進 離子源佔據的一般空間。 離子源的構成和排列導致 開口的開孔的剖面，交又剖面 離子源的電子光束搶為一 例中，搶長度比在離子化室中 地’例如，為了重新翻新的安 大致被排列為與離子光束從離 且排列一電子鏡（mirror)，·使 通過離子化容積。在這個和其 搶的陰極的均一放射表面的尺 束的最大剖面小，且電子光學 子光束進入離子化室前將其擴 些光學在鏡子之前，或在鏡子 用以變換角度也在線性上放大 以使光束的電子能量變化。 控制系統包括用以量測光 離子源電子光束搶以相對 大約20至300或5〇〇電子伏特之 侧十四氫離子化，電壓降在2〇 地’較咼的電壓在用以在選擇 其他供給材料上提供離子化條 為了在習知既存設計中用 列可被用以重新翻新至先前 入用在設計的佈植機的原始 電子光束具 一般來說矩 力口長的電子 的離子化路 裝，加長電 子化室被抽 電子光束轉 他實施例中 寸比通過離 包括光學， 大。在不同 的下游，且 。這些光學 束門的電流和強度的電路。 於離子化室的牆壁電壓下降 間的構成來操作；為了使十 至1 5 0電子伏特之間是較佳 的佈植種類上提供雙電荷或 件是有用的。 以在具有直接或間接加熱陰
521295 五、發明說明（16) 極的Bernas電弧放電源的離子佈植機上使用，控制系統包 括一操作者控制螢幕’對應於B e r n a s源用的螢幕，以及一 轉換器（translator)，有效地轉換電弧流控制訊號至電子 搶用的控制訊號。 離子化室與蒸發器間具有熱連續性，或具有一溫度控 制元件（d e v i c e)。 十硼十四氮用的蒸發器包括一溫度控制系統，且離子 化室與蒸發器間具有熱連續性，離子化室被限定在定義為 熱沉（sink)且與蒸發器熱連續的傳導塊（bl〇ck)中是較佳 地:傳導塊經由一或多個傳導墊片（gasket)與蒸發器熱連 續疋較佳地，包括在可與總成的剩餘部分分開的蒸發器上 的墊片。 ^ 離子化室由與溫度 所限定，可移動塊包括 離子源包括用以接 突緣，離子化室位於安 一隔離閥被可移動地安 具有蒸發器的安裝突緣 在控制中由在關閉位置 是較佳地，一與可移動 (transportable)，且- 氣隔離來構成。在一些 器，當被充填或作用時 或在不維持離子源的狀 控制安裝塊有熱傳關係的可移動塊 石墨、碳化矽或鋁是較佳地。 合離子源至離子佈植機的殼的安裝 裝突緣的内側，且蒸發器經由至少 裝至安裝突緣的外側，隔離閥可與 刀離’使蒸發器充填（charge)容積 的閥所隔離，有兩個串列的隔離閥 蒸發单元聯合且可搬動 -個以保持離子源的剩餘部分與大 較佳實施例中，提供兩個此蒸發 ’使一個不作動，且另一個操作， 況下’使兩不同的材料被汽化，或
521295 五、發明說明（17) 使相同的材料的額外量出現，以使延長的（1^〇1;1^(31^(1)佈 植運轉。 離子室中分別對應至電子光束搶和光束門的相對牆具 有使電子從電子光束槍通過至光束門的口（p〇rt)，口附近 的空間由殼體所包圍且與真空系統連通。 離子源包括氣體入口，經由此入口，如胂、磷化物、 鍺烷和矽烷氣體的化合物可被導入離子化室内而被離子 化0 離子化室的抽出開口，例如，用在高電流機器，其長 度大約為50随或以上，且在.寬度至少大約為35mm，且電 子光束的橫向載面積至少大約為3〇平方釐米是較佳地，例 如，用在高電流機器中的十硼十四氫，光束的截面積至少 大=為60平方楚米。用在中電流離子佈植機，抽出開口的 f度至少為15_，且其寬度至少大約為15mm，且電子光 士 =向截面積至少大約15平方㈣是較佳地。在很多的 =，^佈植機中，抽出開口的尺寸可為2〇随長、2mffl寬， 铭中，電子光束的截面積可被減少至大約為20平方 愛米的最小值。 壮姑提Γ一種離子佈植系統，包括離子佈植機，設計用以 的第二離子源被可=地；二任何上述新顆形式 式是較佳地，其主G = i谷積中，I子搶為加長形 行，i向與光束從離子化室抽出的方向平 子化容子光束轉向至橫方向，以通過離 佈植系統的此和其他實施例中，陰極的
五、發明說明（18) 尺寸比通過離子化室的電子光 口電子光學包括光學，設置用以在㈡較二圭 可控制電子能量變化。 令變焦控制疋較佳地，以 本發明也有關於應用具有上述不同特矜的 法，以使十硼十四氫離子化，上卜I t、置的方 包含銦、録的其他溫度敏感材料、以^ y^des)和 物。方法包括利用不同控制方法， 的化合 的文章中說明。 /、在先則的描述和下列 特別是本發明包括產生電子光 束平行，控制其橫剖面和其能量，且導2通：速和使光 室以_想要的離* :且“離子化 至冷部。也包括汽化固態材料的方法， 于離^化 統冷卻離子化室’ 2由壓力控 ^ 控制系 蒸發器的蒸氣生產，例如可隨著摔二重壓力控制 的降低容積。 ^者％作進仃，調整供給材料 =:的二殊特徵在於在離子佈植中，提供離 ί腔^ch t f氣體或加熱蒸氣的材料至包圍離子容積 的腔至（chamber)，腔室具有抽出開口，且電子的 、 近開口的離子化容積。根據本發明的一特徵' 廣光束與從腔室熱隔絕的光束門共線，電子能量被 = 將材料離子化。根據另一特徵，電子光束的能量的放=二 Π开ΐ光：ΐ制’以將材料離子化。根據另-特徵，光 束被形成’ it子能量由連續的加速和減速電子來控制九 521295 五、發明說明（19) 在這些特徵的較 熱的放射表面放 加速從放射器表 通過光束擴大光 括導入十爛十四 束參數，以將十 或此方法包括導 化物離子化，在 烷或矽烷或二硼 物，包括導入銦 子光束參數，以 而三曱銦是較佳 物，包括導入銻 子光束參數，以 而化合物為二錄 合物也是有用的 同的方法中，應 子化容積後接收 少在與腔室一樣 在一些情況 空間電荷效應交 於一些化合物而 質上比離子化室 離子模式是較佳 佳實施例中’寬廣（broad)電子光束從加 射，其與熱離子化室相隔遙遠且熱隔絕； 面的電子，使其在通過離子化室前平行且 學，以及用在將十硼十四氫汽化的方法包 氫蒸氣至離子化室，以及控制寬廣電子光 硼十四氫離子化，且製造十硼十四氫流， 入想要種類的氫化物至離子化室，且將氫 較佳實施例中，氫化物為胂或磷化物或鍺 化物。在其他較佳方法中，應用含銦化合 化合物蒸氣到離子化室，以及控制寬廣電 使銦化合物離子化，以及製造銦離子流， 地。在另一較佳方法中，應用含銻化合 化合物蒸氣到離子化室，以及控制寬廣電 使銻化合物離子化，以及製造銻離子流， 五氧疋較佳地。其他後述包含二聚物的化 用以製造二聚物離子和單體離子。在不 =光束門是較佳地，以在電子光束經過離 包括保持光束門與腔室熱隔絕，且至 高的電壓電位。 下，應用磁場以限制電子光束，例如，與 作用（counteract)。在一些情況下，對 言，描述的方法由改變光束門的電位至實 的牆壁的電位低而被轉換成反射（ref lex) 也以作為電子排斥對陰極，在一些場合
1057-3587-PF.ptd 第26頁 521295 五、發明說明（20) 中’方法包括應用與電子光束平行的磁 模式時，連續冷卻離子化室的牆壁。 或在操作反射 本發明也提出將新離子源翻新改 機中的方法，以及藉由代替的電弧 ^現存的離子佈植 面控制離子源的方法。 ’子源的操作者介 又，本發明提出利用描述的設備 佈植過程的方法，以形成半導體元件個離子 ㈣m以及在⑽s製造中的心源極/ 另外，本發明提出雙重模式操作的：： ::下具有與光束門共線的光束的寬廣ε光：：和= 棋式，其中據姑鐘1^' 44t ti- οσ / 、 果模式和反射 來限定;. „ 斥器（對陰極），具有可選擇地用 來限疋磁场，冷部牆壁以使材料離子： 使氫化物隨升高的溫度而分解。 仃疋較佳地， 場人Π Ϊ向光束門的寬廣電子光束的方法中，在-政 :播Π明提供施加磁場以限制電子光束的方法。一 根據本發明的另一特徵’提供離子源，且 二觸的構件，包括其氣體？蒸氣或㊁ 传將度不在想要的操作範圍中，接觸的關 或分子分解，構件與第二構件以傳導的孰傳 構件的溫度可由在：；、i;=(::tive:y)控制… 其虚熱電（thermoelectric)冷卻單元有關， .u M皁70以保持表面溫度在該操作範圍之中的控制 U㈣ϋ場合中’包括加熱器元件，其設置在冷 1057-3587-PF.ptd 第27頁 ^21295 發明說明（21) 二了件：中’以保持第二構件的溫度。在一歧 構件的相對面的熱傳導 導傳:況作=傳 ::广傳導性氣體被供給界：的間 形成的通道内是較佳地。 工夕一表面中 蒸發器用控制系統， 力的壓力敏感的離子 其包括對 計 本發明的特徵也包括一 於相關於在離子化室中的壓 (gauge) ° 本發明的另一特徵為一離
而在鄰近抽出開口的區域中將氣體汽離)子電化子先束’ 此特徵的較佳實施例具有下列一或多個特徵： 方式Ξί圈=離子化室外側，電子槍以與線圈同-φ 子搶的放射軸共線以當施加能量時，$ ;電：；離子化室和線圈内，在電子光束通過離子V ^ k供限制電子光束的空間電荷放大（expansion)的磁 ，電子搶陰極佔據的容積由指定的真空泵而真空化。 认正電壓的光束門共線’以接受穿透離子化室的光束 的電子。 加速-減速電子槍設置在離子化室外，安裝的電子搶 使其放射軸共線，以放射電子入離子化室。 加速-減速電子搶具有電子調焦鏡頭。加速-減速電子
521295 其他特 而更清 明的各 閥、3) 框架、 離子化 化室的 化的裝 造的離 置。蒸 冷卻的 施例中 源的實施 離子化室 口開口。 化固體供 化室内使 從鄰近於 外，設置 閥、氣體 子出口開 單一總成 鏡片之後的向傳送（high-transmission)抽 在相對短、強聚焦鏡片之後的至少兩元件， 片用以減速進入離子化室内的電子光束，短 (muUl~aperture)鏡片是較佳地，其包括連 導平板（conducting plate)，每一具有一開 的電壓值分別減少，以將電子減速。 光束減速階段使離子化室中的光束在接近通 過的加長開口的中段長度（mid—iength)的點 較佳實施例的說明 五、發明說明（22) 槍包括在聚焦 出階段，具有 短、強聚焦鏡 鏡片為多開口 續的至少兩傳 口’在平板上 電子搶的 過電子光束通 聚焦。 本發明的 請求項和摘要 具有本發 器、2 )蒸發器 6 )冷卻的安裝 的供給材料至 其蒸汽至離子 供給材料離子 子出口開口製 速和對焦的裝 至、電子搶、 子源的較佳實 每一特徵。 蒸發器： 和TMI(三甲基 徵將參考圖示 楚。 種特徵的離子 氣體供給、4) 以及7)離子出 室的裝置、汽 裝置、在離子 置、以及抽出 子的裝置。另 發器、蒸發器 安裝框架和離 全部被整合成 例包括1)蒸發 、5)電子搶、 包括導入氣態 給材料和導入 導入的氣態的 離子區域的離 將離開離子加 供給、離子化 口都在新的離 。以下將說明 蒸發器適用以汽化固體材料，如十硼十四氫 姻）’其在室溫具有相當高的蒸氣壓力，且
第29頁 521295 五、發明說明（23) 由蒸發器乂直下接的盘皿m°人在室溫和1 〇〇 °c之間的溫度範圍 ί二”較佳的排列容納在上至的範圍二 且有；ϋ力的：*/才严严。例*，固體的十侧十四氫在20 °c 力。現今在半導體的離子佈值中 P、,的其他佈值種類’如砷、磷、錫、硼、、 亂、秒和鍺可以氣態的形式被利鈇 是’但可以從固體的十料四氫和TMI、的1氣出現^銦並不 =實施例的蒸發器為加卫的叙塊，其放在 的固體材料的密封掛堝，全部由封閉回路水浴… (Cl〇Sed-circuit water bath)由圍繞， 圍。水浴由連結至蒸發器的封 ：身由鋁塊包 在良好限定的溫度。密閉回路制糸統被保持 積分差分)控制器控制(比例 點’且作動阻抗加熱器(其被安妾二用水者浴可= 平板），以經由比較設定點和讀值、…器 達到和維持其設定點溫度，以判斷值通=且，回回路而 適當值。為了轉保良好溫度的穩定性=電流
ί ί Ϊ在水浴中以連續地從水浴中移除i ^ ΐ低2 Ϊ 控制系統的設定時間。在實體上分開的加熱器平：：： ? J圈：間的溫度差經由對流電流的產' ;J 水流的流動混合。做為額外的混合援 = 可被收容在水浴中。此溫度控制系統在2〇々=二紫 定。從蒸發器至離子化室的氣體流動由蒸發器溫度所^
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斷，以達到高溫、高流動率。 從蒸發器至離子化室的氣體流動 斷’以達到高溫、高流動率。根據本發^ 2所判 蒸發器經由在坩堝和離子化室二實轭例， 離子化室連通。此由包括在兩部===路=與
^ ( 1 ine-〇f-sight) J (八有細尺寸殼體的大直徑閘）在蒸發器和源本'^泣 路被利用，以不限制此傳導性。由提供塞汽至 = 傳導（transport)的高傳導性（c〇nductance)，在 ^ 的壓力和所需的溫度抽出比習知蒸發器低。 …15中 在本發明的-實施例中，相對低的傳導供給 5錢直徑、20^長的管路來達成，提供在掛塥和離子化應用 之間大約0.07L/S的傳導性。這將需要在蒸發器中大約 2Torr的壓力，以在離子化室中建立大約4. 5mT〇u的壓 力。另一實施例應用相同長度、8mm直徑的管路，提 約0. 3L/s的傳導性，使蒸發器中壓力為〇. 5T〇rr ,以達到 材料的相同流率，因此在離子化室中有4 511^〇^的相同壓 力0 在給定溫度的材料的靜（static)蒸氣壓力以及在操作 中離開坩堝的蒸氣傳送和迴轉中的蒸發器坩堝中的動 (^dynamic)壓力並不相同。一般說來，穩態動壓力比靜蒸 氣壓力低，其程度隨在蒸發器坩堝中的源材料的分佈而改 變’除了構成的其他細節。根據本發明，使傳導性大，以 包含此效果。另外，在一些實施例中，由於電子進口和進
1057-3587-PF.ptd 第31頁 521295 五、發明說明（25) ___ 二=:t::境的離子化“額 中是較佳地，管路長度不小於30mm是較佳地，.3L/』：j圍 約不小於5mm，較佳的直徑範圍在5和 八直徑大 =外溫度，來提升壓力以驅動流動至離子化室=大： 濩溫度敏感材料，且可使廣範圍的材料保 中被蒸發。 w针在相對小溫度範圍 在上述蒸發器的數個實施例中，隨著這些準 =的構成允許在2(r“。10(rc或20(rc之間的溫度下操;;發 ^，器給定两傳導性以及此溫度範圍，本發明的發明人已 由於其相對低的溶點，可被包含的固體材料的廣範 匕括一些先前未在習知離子佈植中利用的材料（一般說 來’以固體形式的材料製造蒸汽是較佳地）。 。 在掛禍中汽化的氣體，只可利用相對低壓力的額外優 =為··可需要較少材料，即可在習知設計中建 體質流（mass flow)。 $旧乳 在另一實施例中，應用不同的蒸發器PID溫度控制 器。為了建立可重覆和穩定的流動，蒸發器piD溫度控制 器接收一般位於商用離子佈植機的源殼體中的離子化型 壓力計的輸出，以監測在源殼體中的副（sub一）大氣壓力二 因為壓力計輸出與進入源殼體的氣體流動成比例，其輸 可做為到PID溫度控制器的控制輸入。之後，piD溫度控制 l〇57-3587-PF.ptd 第32頁 521295 五、發明說明（26) 器可上升或下降蒸發哭、、w Λ 流動，直到達到想要的。力？增加或降低進入源的氣趲 溫度因二=個有用的⑽控制器的操作模式：基於 在另f &例中’綜合這兩個方法 完成流率的短期穩定度， 可 長期穩定度，以符合壓力”二：：：'皿度-成流率的 消#名&菸51 # m 士力叹點。此絲合方法的優點為卷 4耗在蒸發器坩堝中的固銬姑斗立 —_ ^ ^ 1句 補償由蒸發器的材料蒸發器溫度，以 + V λ/Ζ 降低表面區域實現的較小流率。 介。除了水浴以外，掛瑪與蒸發器的加工傳= Πί件被嵌入蒸發器的銘牆。加熱元件係為電“ 熱υ卻元件係為熱電⑽冷卻器。蒸發器也 被包含（encased)在熱隔絕中，以防止熱損失至環境也 (ambient)，因為想要的蒸發器溫度一般在室溫之上。 f實施例中，加熱/冷卻元件直接地決^蒸發器的牆壁溫 度，因此在坩堝中的材料溫度，因為材料與由鋁的單一件 加工的蒸發器牆壁直接接觸。相同的piD溫度控制器技術 可作為在先前描述的實施例中，使蒸發器達a1〇(rc以上 的溫度，大約2 0 0 °C以上是較佳地。 在另一實施例中，蒸發器包含兩密合但分開的構件： 蒸發器殼體和坩堝。坩堝以密合的機械配合（cl〇se mechanical fit)插入殼體。與坩堝接觸的蒸發器殼體的 表面包含矩形溝的樣式（pattern)，其可導入副大氣加壓 1057-3587-PF.ptd 第33頁 521295
五、發明說明（27) 2導氣體。加壓氣體提供在坩堝和溫度控制殼體之 夠的熱！導性，以控制與被汽化的其他固體供給材二:工 :十四虱接觸的坩堝表面的溫度。此實施例允許在； 的操作中’輕易地代替掛堝。相同的PI -發器 可被用在先前說明的實施例中。 役刷器技術 ^二些實施例中，還是（still)靠近離子化室、且嫁 由咼傳導路徑與其連通的蒸發器實體上 、、二 y緣外側且係可移動地安裝於其上，且蒸發 裝犬緣與位在真空系統中的離子化室連通。 在一些較佳的實施例中提供兩個獨立地 :餘部分可拆裝的蒸發器，以利用一蒸發器 另一個被充電或維修。 斥下的 瘵發益閥：在上述蒸發器的實施 =且經由開口 (一re)進入離子源的鄰發 = ί發器和離子化室之間的金屬密封或其他的埶傳 = 高傳導性間闕是較佳地。閑闕作為』 子化至刀開蒸發器，使當閥門關 但當賴啟時，在離子化室、 間建立短、高值道疮 (! . r …奴為心 ^ i ;b ζ,Ϊμ ΤΙ ^ ^ 發芎可從雜；、Ε 關閉位置，有閥附屬的蒸 ^ Ha材料1後，離子源可由安裝在^發/間 ::據的：置中的完全(blank)突緣而密封。在另、一實施 ,，以串列方式（in series)提供兩隔絕閥，一與可移
1057-3587-PF.ptd 第34頁 521295 五、發明說明（28) -- 除蒸發H連接（associated) ’且一與離子源的所有其他 件連接，有位於兩閥間的不連接界面。因此，系纟: 份可與大氣隔絕，且元件可彼此拆裝。密合閱（、座统的兩部 本體隔絕的閥是較佳地）之一具有與閥本體内整二離子源 閥初步開口（valved roughing port)，其在而 的】 置中密合後，使困在之間的死容積的空氣由初:在密閉位 真空。如果佈植機的源殼體在真空之下的話，$泵，被抽 被再充填後的密閉狀態中被安裝其閥。其被密=發器可在 佈植機中的離子源的密閉間。然後，蒸發=在 且蒸發器容積經由初步開口（與困在閥間的皮開^啟， 一起）被推出（PUmped out)。然後，離二，的氣體 而不需源殼體的通風。此能力大大地離降子^闕可被開啟’ 的佈植機維修停機時間（d〇wn Ume)。 - G發器所需 如此…、知器母具有兩個串列的隔絕閥 订设置，適用以蒸發不同的起 J ’二千 使在：個作料，另-個可被維修和再擇地被利用， 氣體供給：為了以氣體供仏 般利用耦合至氣體分佈系統子佈植機- 給至離子源。為了利用這此=源，金屬氣體供給線被供 例相似地具有耦合至離一 ^體，本發明的離子源的實施 的氣體配合（gaS f iuing)匕室内部且連接至氣體分佈系統 離子化室：離子化^限 由電子衝擊而離子化的區域供…至源的蒸氣或中性氣體 1057-3587-PF.ptd 1 第35頁 521295 五、發明說明（29) 徨道U *佳的實施例中，離子化室經由熱傳導塾與高 地經Γ献傳；：！=(:ntimate)熱和機械接觸，其相似 蒸發器熱接觸的離接觸。此提供經由與 从產ΐ =…升鬲室的牆壁的溫度至可導致十硼十四氫或装
氐溫瘵發的材料或氣體崩潰（break down)和分解的溫、 度。 /JDL 一，其他實施例中，離子化室、做為可移除的構件（在 了些％合中，可規則地[regularly ]代替、可消耗的部件 是杈佳地）、被維持在與溫度控制本體的良好熱傳遞關 係，使溫度控制的固體金屬熱沉具有習知水冷卻媒介或由 一或多個熱電冷卻器而被冷卻。 在較佳貫施例中，離子化室的尺寸和構成適用以重新 翻修安裝’以提供離子化容積、抽取特徵，且設計可與被 重新翻修的目標佈植機的性質相容的離子光學性質。 在較佳實施例中，離子化室為矩形，由加工鋁、鉬、 石墨、碳化矽或其他適合的熱傳導材料的單一件所製成。 因為在此設計中，避免離子化室與流體傳遞媒介接觸，在 一些場合中，離子化室和抽取開口被單一地由低價石墨形 成’其被輕易地加工，或由碳化矽，沒有一個創造佈植機 的穿過（transit ion)金屬污染的風險。相似地，為了低溫 操作（在其熔點以下），可應用鋁構成是較佳地。由石墨或 碳化矽加工的可設置和可取代的離子化室為本發明的特 1057-3587-PF.ptd 第36頁 521295 五、發明說明（30) /較佳實施例中，離子化室大約為7.5cm高、5cm cm冰，大約為商用可接受的電弧放電離子化 尺寸和形狀。室壁厚大約為丨cm。因此，離子化室具中 二、矩形五側箱的出現（apperance)。第六側由出口開口 所佔據。開〇可被加長作為Bernas電弧放電離 開口，且位於離子抽取光學的適當位置。控制供給 化室的氣體流率，以可足夠地維持在離子化室中的合 給氣f壓力。對於多數材料而言，包括十硼十四氫，在離 子化室中的0· 5raT〇rr和5mT〇rr之間的壓力將產生想要的系 統的良好離子化效率。在源殼體中的壓力獨立於離子化室 中的壓力。離子化室的壓力在〇· 5mT〇rr或51^〇^，安裝在 源殼體的離子計、一般用在商用離子佈植機以監測源^ 力、將分別讀取大約〇· 〇lmT〇rr和〇· imT〇rr。從蒸發器的 流率和所需維持此壓力的至離子化室的氣體供給係/約在 lsccm和lOsccm(每分鐘標準立方釐米）之間。 ^電子槍：為了在離子化室中將氣體離子化，控制的能 量且一般為均一分佈的電子由如下列圖示所示的寬廣、通 用、平行光束電子槍被導入離子化室。在本發明的一實施 例中’南電流電子搶在鄰近於離子化室的一端安裝，在此 室的外部，使主要能量（energet ic)的電子的直接流 (stream)經由開啟開口沿著矩形室的長軸' 在與加長的離 子抽取開口鄰近且平行的方向上、被射入離子化室中。在 本發明的較佳實施例中，電子槍的陰極由相當於用在由主 要電子使分子離子化的想要電子能量的電壓而被保持在離 Π· 1057-3587-PF.ptd 第37頁 521295 五、發明說明（31) 子化室電位以下的電位。兩開口、分別設置在離子化室 相對牆、以供電子光束通過，一開口用以供上述光束進 入’且第二開口用以供光束從離子化室出去。在電子光束 出去離子化室後，其由就位於離子化室外側的光束門攔 截光束門與電子進入點共線，且被維持在與離子化室相 比，正電位是較佳地。電子束的能量和電流可在個別的不 =範圍中被控制，以容納導入離子化室的不同供給材料的 特定離子化需要，以及在終端使用者的離子佈 需的特定離子電流。 牙尸巧 在特別的實施例中，電子搶以可提供在2〇eV*5〇〇eV 之間的電子光束能量、可程式的方式構成。 在此1範圍中的最低光束能量容納在一定離子化起點 (threshold)能量之下的蒸氣或氣體的選擇性離子化，以 限制從中性氣體種類製造的終端產物離 離子的產物’而不需當利用較高電子衝擊能量J子為 yx+ 、β8Ηχ+的重要產物或常在十硼十四氫破裂樣式中的 其他低階硼。 "提供在電子搶的能量範圍中的較高光束能量，例如， 供給氣體的As++ ’以收容多電荷離子的形成。對於 在t導體製造巾利用的不同供給氣體的離子產物的大部份 而口包括從十硼十四氫的Βι〇Ηχ+的產物，在50eV和150eV 之間的電子光束能量可得到良好結果。 在較佳的實施例中，電子搶的構成使電子光束電流可 在〇. ImV和5〇〇mV之間的射出的電子光束電流的範圍中選 第38頁 1057-3587-PF.ptd 521295 五、發明說明（32) ΐ子= !於佈植需要的離子源抽取的離子電流。 Π :: 整電子放射溫度和電子搶抽取電位的 ，才回圈電子搶控制器來完成，以維持想要的電子電Ο* Μ 定點。電子放射器、或陰極，由轨離心r„子電⑽5又 Μ姑私田热離子化（thermiomic)放 射放射電+，且在提高的溫度下操作。陰極可被直接加轨 之後保ΙΓ/敎陰極材料的電流）’《間接加熱。由從在陰& 4i 1寺的…細線（f 1 lament)的電子轟擊的陰極加埶為習 知所熟知的間接加熱技術❶陰極可由鶴、组、ub或、=¾ :耐土 :專導材料所製成。應瞭解的是提供；的‘ Ϊ將；；：=或组放射電子的豐富(C〇Pi_)電流以 室熱隔絕，以保持離子化室冷卻為優點。—離子化 事在ίΚΓΪΓ固實施例中顯示電子光束搶，其陰極安 裝在，近冷部支揮上的離子化室，其直接排除至室。 實施Γ中更包括其他優點，利用加長的電子搶 可使位於相當遠離離子化室的搶的加熱陰極，完： =絕?可利用與伸縮自如的（tele 學; 束電流符合。 疋杈佳地以與選擇的開口尺寸和光 她1止土優點中’空間效率設計’加長的電子搶以平杆於 的抽取方向的方式安裝，有陰極位於附近或甚至
521295 五、發明說明（33) 是外側，在離子源的安裝突緣之上，且在其另一端設有將 光束偏光以穿過離子化室的電子光束鏡。 在新的佈植機設計中，並沒有很多預設的空間限制， 描述的加長電子光束搶，有相對小的放射器表面，且相關 $調焦鏡可以與經由離子化室的電子的穿過方向共線的方 式排列，不需應用散射鏡。 在高電流設計中，與經由離子化室的穿過方向共線的 ϋίΐί;在數個方面上有優點，特別當應用用以經由 離子化至使電子流最大化的加速_減速系統。 然而，產生的電子光東具有重大的剖面積，亦即，當 其穿過離子化室為寬廣的一船单 、 mm认二？ 千订先束’至與其共線的光 束門在較佳的實施例中，在離子化室中的電 形剖广，例如在一實施例中，當射入離子化；ί ” 二：’/符合高電流機器的相當寬的抽取開 :剖面。在直接射入的場合中，•出電 電子光學的形狀所決定，例 >，雷早於：？束的形狀可由 hico，例如’其可大約為13ιη1ηχ6πηηΎ極開口和格線 子放射器的形狀，其對於給定的第一 丢極或電 陽極開口稍大，大約g15mrax 9mm 子而言，比格線和 束剖面的優點為符合習知從離子源抽取生般矩形電子光 面丄其也為矩形。從離子光束抽取的要離子光束剖 的咼電流佈植機中大約為50mm高、3 1 .口開口在許多 中，電子光束（以及由電子衝擊產生的t，在此場合 子）可使在離子化 第40頁 1057-3587-PF.ptd 521295
室中的出口開口的剖面大約為64„1„1>< 13mm。如果終端使用 者想要的話，可應用加長的出口開口，以包含較高的抽 電流。
如上述，在離子化室的牆壁中，有電子光束用的電子 進入開口和共線的電子出口開口是較佳地，其從習知應用 的Bernas離子源分離。在gernas離子源中，由放射器產生 的具能量（energetic)電子，一般位於離子化室内部^撞 擊室的牆壁，以形成"弧放電"的基礎。此提供提升離子化 室牆壁溫度的實質上的熱負荷。在本發明中，離子化的電 子（亦即，具能量的或"主要”電子）通過離子化室至限定的 光束門，實質上不與一般離子化室交叉。”次要”電子，亦 即，由供給氣體的離子化產生的低能量電子，雖然因為其 ，低能量電子，仍可達到離子化室的一般牆壁，他們並^ 提供重^的熱負荷至牆壁。主要電子的穿過特徵允許被傳 導地冷卻的離子化室，例如，由蒸發器，或由對抗以實質 上熱接觸安裝的離子化室的冷卻塊，而不提供在蒸發器或 ，的溫度控制器上的大熱負荷。為了避免由電子搶和具能 量，，子光束產生的熱，電子槍和電子光束門以熱隔絕的 方式安f ’任一個或都被安裝在冷卻的安裝框架的各水冷 構件上是較佳地。此框架為動態冷卻，例如，由一般在商 用的離子佈植機中可用的高阻抗、去離子化水。 冷部的安裝框架和光束門：冷卻的安裝框架，例如， f為其上可安裝電子搶和電子光束門的水冷片（sheet)金 屬總成。框架由可使電子搶和光束門獨立偏向（biased)的
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:::機械構件所構成。由安裝此兩部份至框 iiii離子化室的熱負荷。框架提供此安裝的構件用： 機械構架（framework)，且另外框架和安裝的 裝離子源總成在電隔絕支點上而被保持在 °女 發器電位不同的電位。 ；在-離子化室和蒸 在下面討論的實施例中，光束門被不連續的 (0diScretely)限定和分離，從與離子化室直接接觸被
電子光束在與光束門交又前，通過離子化室^ 口開口。光束門可被便利地維持在相對於室的牆壁』 要雷ί位，以在主要電子衝擊光束門時保持任何釋放的$ 土 。又，光束門電流可被偵測，而在控制系統中如售 =法（dlsgnistics)般利用。又，在多模式離子源中，由 破電隔絕，在爐構造上的電壓可被選擇地變更至負的，i 作為電子排斥器（對陰極），如下述。 、 在另一構成中，雖然清楚限定的光束門可以在冷卻白 P ^門和出口開口之間的熱傳導不良的方式下，例如由？ ^績兀件的點接觸，與出口開口實質上接觸。可提供也^ 有熱隔絕性質的電隔絕，以被維持在不同的電壓，且防^ 離子化至的一般（g e n e r a 1 )壁的加熱。此實施例的一優點 為離子化室外的源氣體的降低傳導，降低氣體利用。
、 從離子化室的抽取的離子由相對於位於靠近抽取開口 $離子化位置的中央室軸線的電子光束軸的不對稱關係而 利。由保持離子被抽取的開口平板上的電壓低於其他室 牆壁’離子朝抽取路徑被抽出。
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在利用 中，例如， 於離子化室 極電位的電 子化室且至 束門，在此 磁場也可由 方向被建立 反射時，提 其可增加創 給氣體的B+ 熟知，但在 的單一多模 新穎的 設置的磁性 關0 模式與上述利用的十蝴十四氫不同的離子源 利用BF3供給氣體，電子光束門可被偏向相對 為負電位，例如，在”反射幾何”中，大約為陰 壓，藉此由電子搶放射的主要電子反射回到^ 陰極，且重覆地再次回去，亦即，取代作為光 模式中，爐構造作為”排斥器”或對陰極。軸向 一對在離子源外部的磁性線圈沿著電子光束的 ，以在主要電子光束在陰極和光束門之間來回 供其限制。此特徵也提供離子用的一些限制， 造一些想要的離子產物的效率，例如從BF3供 。此操作的反射模式就其本身而言，為習3知所 此以可有效率地製造，例如，十硼十四氫離子 式離子源設計而達到。 多模式離子源包括上述目的用的電子搶，同軸 線圈，其與源殼體和包含在其中的離子化室相 圖式之簡單說明： 剖面圖，其圖示 的縱剖面圖，其
第Ϊ圖係為習知離子佈植機的簡圖； 第2圖係為Bernas電弧放電離子源的 第1圖設計的佈植機用的離子源； 第3圖係在本發明的離子源的實施例 設有蒸發器； 第3 A圖為剖面圖 的另一實施例； 與第3圖的部份相似 顯示蒸發器
521295 五、發明說明（37) 第3B圖為第3A圖的蒸發器 裝突緣，且第3C圖顯示從離子 第3D圖顯示兩閥實施例， 兩閥之間產生；
的可移動 化至拆_ 其中蒸發 特徵，利 蒸發器和 器從離子 用習知安 閥； 源分開在 第3 E圖顯示雙重蒸發器實施例； 第3F圖顯示與第3A圖相似的蒸發器每 但有分開的坩堝，以及在蒸發器殼體° 、 一貝施例， 器和殼體之間的氣體媒介傳導；_ ϋ堝，以及熱交換 且第4Α圖為第4 第4圖為第3圖的線4-4上的側剖面圖 圖的線4Α-4Α上的俯視圖；. 第4Β和4C圖係為與第4圖相似的圖示 定電光束門的其他排列； 為不連續的限
第4D和4Ε圖分別為第4和“圖的側和俯視 導、：卻的離子化室總成’具有可設置的内離子化室； 弟4F圖為寬廣平行電子光束的立體圖，及其與第^和 圖的實施例的離子抽取開口的關係； 第5圖係為與第4F圖相似的圖示，顯示較窄尺寸的離 子抽取開口和寬廣電子光束之間的關係； 第6圖為第3圖的離子源的開口板的前視圖；
第7圖為間接加熱陰極排列的圖示； 第8圖係表示安裝在先前存在的離子佈植機的改進容 積中的第3-6圖的離子源，且第8Α圖以較小的比例，顯示 第8圖的整個佈植機； 第9圖與第8圖相似，顯示應用加長正（right)角度電
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約的fch也丨i 的圖示 的光輛與離子化室的長轴平行 元件的大約的比例二；^雕· 第…圖顧亍第:知作電麼； 片的對焦性質由目上圖的離子源的電子光學，雙開口鏡 離子化室㈣4 = #彡像點所®*，且也圖以束門和 f、、、曰機械結構； 第 1 8 B 圖 §g 千 u. 佑姑德 〃、、“女裝第1 8和1 8A圖的離子源入現存的離子 佈植；，以及電子搶和磁圈的特殊排列； 沾娘1帝，係具有接党相對於離子化室的剩餘牆壁的電壓 圖：ϋ聖：的上視圖，且第19A和196圖，分別取在第19 、、 "開口板的内面的側視圖，面對離子化室的内 側和=側面，指向抽取光學； 的円 第1 9C圖為開口平板的邊緣圖，顯示由隔絕支點安 至離子化室的主體；以及 义 第2 Ο A和2 〇 B圖為另一實施例的開口插入平板的外側面 和内側面的側視圖，且第20C圖為第20A和20B的插入板可 被安裝入的絕緣框架的側視圖。 符號說明： 1、a、42離子源、 3、3a、92蒸發器閥、 5離子化室本體、 5b可拆卸端模組、 6’ ’密封、 2、VAP1、VAP2 蒸發器 4 、 6 、 6A塾片 5a安裝塊、 5c室定義構件、 8、9水冷通路、 521295 五、發明說明（40) 11光束門、 12 電子搶、 14 密封、 15’分支、 17 水浴、 1 9 供給材料、 2 1 熱交換器線圈、 23 水出口、 2 4a 水通道、 27 通道、 29本體、 3 0 冷卻器、 32電子光束、 34 電子光學、 3 6 矩形出口、 37’ 抽取開口、 40 導線、 4 3 磁鐵、 46、17偵測器、 49 源殼體、 50 源泵、 52 介電襯、 54磁圈、 58真空泵、 光束門構造、 開口板、 入口通道、 、1 6 ’ 離子化室、 、18’ 坩堝、 加熱板、 水入口、 攪拌器、 熱電偶、 閥、 殼體、 隔熱套筒、 陰極、 矩形入口、 出口開口、 細線、 熱離子電子、 開口、 盤、 離子源殼體 室泵、 抽取電極、 晶圓、 容積、
1057-3587-PF.ptd 第47頁 氣體供給、 f 汽化爐、 j陰極、 1 汽化供給、 分界線、 、6 7 冷卻通道、 管路、 供給架、 延伸殼體、 、8 Γ 安裝突緣、 抽取階段、 調焦鏡片、 減速階段、 初步管道、 氣體入口、 網柵電極、 圓柱鏡片、 106 enizel 鏡片 介面、 電力供給堆、 521295 五、發明說明（41) b、7安裝突緣、 c d 電弧室、 e g I呂塊、 h i 磁場、 k
m、η 空間、 D 6 5 掛禍面、 66 70 氣體盒、 72 74 進入管、 76 78高真空系統、 79 8 0 進給槽、 81 8 2 陰極、 83 84平行鏡片、 85 87轉換階段、 88 9 0 初步通道、 91 9 3 通風線、 93’ 9 4 關連閥、 100 101 Wehneldt 電極、 102 103 陽極、 104 200 控制系統、 202 204、220 離子源控制器、206 208、210、212 電力供應器、 211、20 6’ 、207 電力供給、 222通用轉換電路板。
1057-3587-PF.ptd 第48頁 521295 五、發明說明（42) " " "一- -一" 第3圖簡略顯示離子源丨的實施例。蒸發器2經由環 的，傳導墊片4附屬至蒸發器閥3。蒸發器閥3相似地附屬 至安裝突緣7，且安裝突緣7更藉由環狀的熱傳導墊片6和 被=屬至離子化室本體5。此經由熱傳導元件在蒸發 器、蒸發器閥和離子化室本體5間經由緊密的接觸確保良 好的熱傳導。附屬至離子化室5的安裝突緣7，例如，允許 離子源1安裝至離子佈植機（見第8圖）的真空殼體，且包含 至、、、α離子源電力的電通路、未圖示）、以及 冷卻用水冷通路8、9。在此較佳實施例中，水通路8、9在 冷卻的安裝框架10中循環水，以冷卻依序冷卻附屬部份、 電子光束門11和電子搶12的安裝框架1〇。出口開口板13由 金屬螺絲（未圖示）被安裝至離子化室本體5的面。由金屬 的傳導的環狀密封14或熱傳導聚合體幫助離子出口開口板 13至離子化室本體5的熱傳導。 一 ^蒸發器閥3在開啟位置時，從蒸發器2的蒸發氣體可 經由瘵發器閥3流入入口通道丨5至離子化室丨6的開啟容 積。這些氣體由離子化從電子搶12的電子光束傳送至電子 光束門11的交互作用。然後，在開啟容積產生的離子可從 離子源的出口開口 37出去，其由離子佈植機的離子光僂 送和收集。 蒸發器2的本體由加工鋁製造，且包圍圍繞含有如十 硼十四氫19的固體供給材料的坩堝18的水浴17。水浴丨了由 電阻加熱板2 0加熱，且由熱交換器線圈2 1冷卻，以保持水 浴在想要的溫度。熱交換器線圈2 1由水入口 2 2和水出口 2 3
521295 五、發明說明（43) 提供的去離子水所冷卻。在加熱和冷卻元件之間的溫度差 提供水的對流混合，且當蒸發器在操作時，磁性槳攪拌器 (paddle stirrer)24持續地攪拌水浴17。熱電偶25持續地 監測坩堝1 8溫度，以提供P ID蒸發器溫度控制器（未圖示） 用的溫度讀回（readback)。離子化室本體5由銘、石墨、 碳化矽或鉬製成，且經由熱傳導在接近蒸發器2的溫度下 操作。除了低溫汽化的固體外，離子源可經由氣體供給2 6 接受氣體，其由入口通道15直接供給至離子化室16的開放 容積。供給氣體提供包括AsH3、PH3、SbF5、BF3、C02、
Ar、N2、SiF4、GeF4以及具有重要優點的下述的GeH4、
PH3、B2H6的半導體的離子佈植用的通道27。當氣體供給26 用以輪入供給氣體時，關閉蒸發器閥3。在數個這些氣體 的場合中，本發明的寬廣光束電子離子化產生中至低離子 電流，用在中至低總量佈植。對於較高總量，可應用具有 磁場的可轉換模式至反射幾何的實施例。 第3圖的蒸發器2，或將說明的第3A圖，與第3B和3C圖 比較，可由關閉蒸發器閥3和移除在密封6的元件而從離子 ，1胃刀離’（分離線D)。此在再充填坩堝18中的固體供給材 料是有用的，且用在維修‘活動。
此在第3 D圖的實施例中，兩閥3、3 A以串列設置，閥3如 ^所述’永久地（Permanently)設置在可移除閥28，且閥 水久地設置在安裝突緣7，有拆裝板D設置在兩閥之間。 在第3A圖所示的離子源的實施例中，蒸發器“的設計 、 圖不同’而離子源的其餘部份與第3圖相同。在蒸發
第50頁 521295 五、發明說明（44) — f ΐ…二有水浴或水供給熱交換器。代替地，由第3 m 7 :佔據的容積由蒸發器28的加工鋁本體29佔Μ 電阻加熱板20與蒸發器本體29 二：銘本體29佔據。 熱本體29，且熱電冷卻器(ΤΕ)3〇與基 ：： 觸，以提供傳暮a % , “、、赞器本體29直接熱接 發器與環境溫度：隔絕隔如包圍蒸發器28，以使蒸 TE冷卻器30可在蒸發器二话，數個加熱板20和 加熱和冷卻電源、，且：提供工：’以提供更多的傳導 構成允許蒸發器在超過至㈣。此 作。 C，到大約2 〇 〇 C的溫度下操 第3B圖以大尺寸龜； ^ 發器28的連續安裝突緣：以：：：；1 離隔離閥3、蒸 使組合的離子源栓人離子G 裝突緣7b 突緣7“吏蒗發琴28以乃：f双體，例如’見第8圖。安裝 裝和分離:、、二分界線D的突緣7的關連間3安 分離，用以維；和：充使瞻蒸發器的本體 屬於===具f兩閱3和33,間3-般是保持在附 使得在Si線:二 化。密合閥3a的本體包括/MQ使蒸發器28和離子源1離子 在兩閥之間的空： = ◦，以由 閥3時，在開啟閥3a前使暮/=1吉而/抽真空’且在開啟 的附屬並不會對在離子调：發器抽真工。因此，蒸發器28 的影響。 / 原和光束線中保持的真空帶來不良
1057-3587-PF.ptd 第51頁 521295 五、發明說明（45) =„_間94使在進行保養之前將蒸發 放掉，也可用以在再充電後’用以將蒸發器抽真空： 除去氣體（out gas)，以調整使用狀況。 、 第3E圖的實施例顯示雙蒸發器的構成， ，能力。在金屬塊散熱器(heat sink)5a成中的蒸有氣先通月二述 在接近安裝突緣7處分叉，分支丨5,導向各 ^ VAP1和VAP2，每—具有可在分界線D分^裝的蒸發器 將參考第9B圖充分說明，離子化室本體5b為 以下 成，以關於溫度控制的安裝塊5a親密（in 'm 2傳^ 方式可拆離地安裝。 ue)熱傳遞的 分離的冷卻通道66和67可伸縮地接收，稱 (摩irt tube)，其在中間傳導冷、去離通嘴射二 ::沉浸的冷卻水在此點具有其最大效 =死 冷部框架ίο的個別向外區域中，水經由 3 和 官存在的通道之間限制的環狀空間返回。、、s 、邛和 第3F圖顯示與第3A圖相似的蒸發器，但以 (one-piece)鋁構成取代，蒸發器的本體 千人 分離的構件：蒸發器殼體29,和坩堝18，。坩 口、巨 械配合被插入殼體29，❶與坩堝^緊雄、的機 含矩形溝的樣式，·中加壓 =觸：；，器殼體的面包 氣體入口 93,被導入。加壓^體體^在次大氣壓力）經由 29’之間提供足夠的熱傳導性，、11 8和溫度控制殼體 施例允許在蒸發n的操作中，☆ ^ m9接觸的溫度。此實 谷易地替換坩堝18,。氣體 1057-3587-PF.ptd 第52頁 521295
五、發明說明（46) 也被供給至圍繞熱交換器21的容積中，以提昇在熱交換器 21和殼體29，之間的熱傳導。熱交換器21以水供給線圈顯 示，但也可選擇地包括TE冷卻器，如在第3人圖中°的冷卻器 參考第4圖，在離子源1的操作中，電子光束32從陰極 33放射，且由電子光學34聚焦，以形成寬廣、平行的光 束，由分散的電子（大體均勻的分散是較佳地）所構成。電 子光束在垂直於離子光束軸比其沿著軸較寬。第4圖顯示 離子源的幾何，其出口開口板13被移除；離子光束軸指向 離開紙面，見第4A圖。由中性氣體與電子光束的交互作用 所產生的離子分佈大體上對應於電子光束的定義剖面。 電子光束在離子化室中通過矩形入口 35，且與在開放 容積16、被離子化室本體5中限定、中的中性氣體交互作 用。然後，光束直接通過在離子化室中的矩形出口 36，且 由在水冷安裝框架10上安裝的光束門丨丨中攔截。光束門“ 關於電子搶被維持在正電位，且也相對於離子化室的牆壁 為稍微正是較佳地。因為由熱陰極33產生的熱負荷和:$ 子光^3 2與光束門丨丨衝擊產生的熱負荷是重要的，其在離 子化室開放容積1 6外側的位置防止其導致中性氣體分子和 離子的分解。只有從這些元件至離子化室的熱負荷被限制 在適度的輻射，所以離子化室可被有效地由至蒸發器2(第 3圖）的熱傳導、或由至巨大的（massive)安裝塊5a (第3e、 =圖）的傳導而冷卻。因此，離子化室的一般牆壁可被可 罪地維持在中性氣體分子和離子的分解溫度以下的溫度。 521295 五、發明說明（47) 對於十硼十四氫而言，此分解溫度大約為35〇t：。因為在 平板13中的離子出口開口37，如第4β、5和6圖所示，大體 為矩形的開口，鄰近於由大體均勻分散的電子的寬廣、平 行光束的開口創造的離子分佈應相似地為均勻。在根據此 實施例的十删十四氫和其他大分子的離子化中，並不承為 電弧電漿’而是使氣體由主要（具能量的）電子的直接電^ f擊離子化而離子化’在由任何主要限定磁場污染的缺席 中。此磁場的缺席限制在離子和相對冷 的：荷交換交互作用，只要他們不像在電弧電浆(電限子定的1 一-人電子可經由多離子化導致有興趣的離子損失）中強烈 地限制。十硼十四氫離子在寬廣分佈的電子光束通道中產 生。此相對於習知其他離子源，降低局部的離子密度。 磁％的缺席可改進抽取離子光束的放射性，特別是在 =(例如，5keV)抽取能量。在Bernas源中的電弧電漿的缺 席也可增進放射性，因為在離子化和抽取區域中沒有電漿 電位的出現。（本發明的發明人認為在習知基於電漿的離 子源:的電弧電漿電位的出現導入重大的離散能源成分至 抽取則的離子，其直接轉移至在抽取的離子光束中的額外 角分佈。由於電漿電位妒的最大角分佈0由0 = /_2arcsin { φ/Ε}1/2所給定，其中E為光束能量。例如，對於5Ev的電 漿電位和5eV的光束能量而言，e = 2.5deg。相對地，由直 接電子衝擊離子化產生的離子離散能量大致為熱量 [thermal ]，比leV 小很多）。 第4A圖顯示在離子化室本體5的開啟容積“中的電子
第54頁 521295 五、發明說明（48) =口36的上視圖，以及其在開口板13中的離子出口開⑶ 經由離子出口開口37的離子源1外側的 靜電抽取琢的穿透從離子化室移& 口 36位於靠近出口開口板13和:子出 取開口和離子化區域的邊緣之間：口 37“例如’在離子抽 導致良好的離子抽取效率抽=間的分開可 平又人見度的抽取開口可改進效 特別參數，寬廣、平行的電子光束32由於 f射、，由於在電子光束32中的空間電荷力，而不可充分 :維持f矩：剖面。電子出口36依據此設計選擇合適的尺 1，以在不由離子化室本體5的一般牆壁的 允許電子光束的通道。目此’在一些優勢的場合中，孔口 3m:3。5大，使其共線以接收和通過殘餘電子光束的至 第4B圖的實施例顯示不連續限制的光束門Η,，豆 寸和形狀配合開口36,，使其内、電子接收面盥 ςγ 環繞端壁的内面齊平。光束mi，如前所述，被的 卻框架1〇上且由其冷卻。如圖示，例如，-的；Ϊί二 被維持在光束門構造和室的牆壁之間。如圖 永:門: 曲折（labyrinth)、的形狀配合是較佳地，以限=友、 體和蒸氣的外流’纟維持門構造u’與離子化室的^ ^ 的熱和電隔絕，且防止摻雜氣體和蒸氣的損失。θ 在第4C圖的實施例中，電子隔絕ζ充滿光 化室牆壁之間的空間，維持光束門u’的電隔絕，：：： 摻雜氣體或蒸氣的損失。 1057-3587-PF.ptd 第55頁 521295 五、發明說明（49) 參考第4D和4E圖，埶雷式士、人u 電傳導材料可移除地插：以：卜；體…熱傳導和 U和5T〇rr之間/導其入比人包大：離壓子力介”導氣體(例如，在 殼體49中的操作真空v。大得多 Π? ?:個離子源 ^丛線隔i。在n’"面退離’且與蒸發器和處理氣體 以：ίΐ貫施例中’冷卻氣體經由紹塊或冷卻 ί=二ί拆卸的離子化室和塊或殼體之間出：， ::者間的，,®，至在鋁塊上加工的冷卻通道。 溝在:如密t部：之間的表面區域的重大比例的線性 土(例=’lmra 寬、〇._)。此構 平坦密合面(分離離子化室的溝狀的紹表面和 ：刀的 體的0環包圍包含冷卻通道溝的表面區域，確)保 ^艮^冷卻通道中的氣體與包含在此介面中的處理氣體 ，瘵軋用的通道和進給槽（feedthr〇ugh)的區域隔 也隔離從離U積和從冑空殼體的冷卻&體。在這 間的空間和在介面中的傳導氣體的壓 分子的中的冷卻氣體平均.自由（_n_f心）路^的傳階導礼體 (order)比在介面的相對面部分的空間小。 至汽氣體分子從室牆壁經過介面傳導熱 至周圍的冷部设體疋件。相似地，在室本體和外殼 的固體材料之間的實際物理接觸的任何區域由傳導提昇冷 卻。應注意的是在此想要的傳導氣體冷卻模式並不根據&
521295 五、發明說明（50) 曰曰 號中 流氣體流動，但只根據氣體分子介面的出現。因此，在一 些實施例中，其可在介面形成密封是較佳地，以如上述般 捕抓氣體，雖然在一些實施例中，在總成的邊緣的介面的 曝露，汽漏至操作真空VQ可被容忍’就如關於上述半導體 "圓的冷卻的場合中，例如，在King的美國專利4261762 在其他實施例中，離子化室總成的冷卻殼體或離子源 的其他構造的相似側牆元件以在此說明的冷卻安裝框架1 〇 的方式被水冷卻。在一些實施例中，根據在離子化室上的 熱負荷，從熱傳導墊片密封的内函物（inclusion)導致的 熱傳導、和在殼元件和室的相符（matching)面之間的實質 點接觸充分地保持室在想要的溫度範圍中，且不應用上述 的傳導氣體冷卻特點。 植機，關係可普遍地應用在佈 可設置的甜竭經由在介：=J:器溫度可由從 控制，用在需要經由氣體：：體傳導熱傳遞至周圍元件而 遞的操作狀況。相似地，電於，例如，2W/Cm2的熱傳 裝框架和開口板可作為經由傳^，表面、電子光束門、安 電或水冷卻殼體的溫度控制-氣體介面至如已說明的熱 器（conductor)。 ’如第4E圖所示，的傳導 第4F和5圖顯示通過 的不同尺寸，這些光束的/化#至的寬廣、平行電子光束 室的寬和較窄開口的剖面。付合第4F和5圖的各離子化 521295 五、發明說明（51) 第6圖顯示具有與紙面垂直的離子光束軸的離子出口 開口平板13。出口開口平板的尺寸符合在本體5中的離子 化室的尺寸，大約為7·β cm高、5.1 cm寬。出口開口平板包 含大約為5·1 cm高（s)、i.3cm寬（r)的開口37，適用於高 電流佈植機，且具有斜面38，以降低在其邊緣的強電場η。 其與19_(g)寬、6mm(p)深、剖面積114mm2的寬廣、平行 的電子光束符合。第5圖的實施例的開口具有相似的特丁 點，但寬度較窄，例如，為4_寬（r’），與6mm(g，）寬、 6mm(p’）深的電子光束符合。 第7圖顯示陰極33或電子放射器的形狀。在較佳實施 例中，其定義平面放射面，其尺寸大約為15_長、、 3_厚。其可由將電流通過它而直接加熱，或如所示般， 由電流經由導線40而流經細線39而被間接加熱，加熱它以 放射熱離子電子41。使細線39朝陰極33電位以下
的=壓偏壓’熱離子電子41由具能量的電 J 極33，如習知般。 ^ 第8圖顯示第3A圖的離子源的總成被翻 =離子佈植機的容積6。中，且第以圖顯示完整至的先:子 離子實施例中，除了佈植機原先設計的B — == 有被打擾’且裝入真空的容積6〇，第 3A圖的離子源已被安裝，有、 7。抽取電極53保持在其原始 1 弧放《ernas源般的相同區域且新的離=如電 贝巩具開口 37。磁圈54顯示 1057-3587-PF.ptd 第58頁 521295 五、發明說明（52) ! "" — ，然可用，例如，用在想要的反射模式的操作中，或用在 行進至光束門11的電子的封鎖Heid)。 。如第9圖所示，一般氣體連接使從在氣體盒7〇的供給 架76中的源1、2、3和4的摻雜氣體經由進入管74連接，且 經由管路72被排除至高真空系統78。 長E -光束搶式樣翻新的實施例 ^ 參考第9圖，延長的[光束搶單獨地設置於離子化 至。搶具有調焦光學，且包括下列部份：延伸殼體7 9、進 給槽80、安裝突緣81和81，、陰極82、抽取階段83、平行 鏡片84、調焦鏡片85和包括90度鏡的轉換階段87。 長槍殼體79沿著與從離子源的離子光束的放射的方向 A平行的軸A’放置，且在先前安裝的佈植機離子源的改進 空間60中。殼體從進給槽終端8〇延伸，位於離子源的安裝 突緣7的外側，通過真空泵58、在安裝突緣81，和主離子源 安裝突緣7終止。電子光束光學沿著離子源塊5連續至離子 化容積16的電子入口 35的點。 進給槽包括槍的其他階段以及陰極用的電力和控制線 的適當的配合、以及被冷卻的殼體的冷卻水入口和出口、 至少在陰極附近。在可選擇的實施例中，不應用搶殼體的 特殊冷卻’遙遠的（rem〇teness)陰極、如第9圖所示，確 保離，化室5不由陰極加熱，且蒸發器的保護的任何需要 的冷卻或操作人由傳導至水冷卻的安裝突緣等來達到。 由重大的價格和尺寸的功效，與穿過離子化容積16的
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五、發明說明（53) 最大寬廣、共線電子弁击 相對小。電阻加熱或間f : f尺寸比較，陰極82的尺寸 防火金屬的LaB6所製成的°面、二由如组或鎢等的 段。 版均勻的電子流至高電壓電子抽取階 梦2 =:示’第9圖的離子源被翻新改進至預先安 Π主要加熱源’陰極與離子化室16遠：= 成毁壞（fragi le)摻雜分不&八妨。. 便其不會促 其溫度控制所控制t絲子化室的熱被導入蒸發器且由 人口 ίϊ::化極82區域中的真空泵58攔截經由電子 至16逃脫（escaped)的回流（back- 優點: 2。此具有保護遙遠陰極82免於污染的重要 極的特別重要2長陰極的壽命，此為利料交佳的LaB6陰 感的特別重要特徵，其特別對於從化學主動種類的劣化敏 水冷塊和可拆卸的離子化室 在第9B圖（也見第3£圖）的實施例中，離子化室16，由 可拆卸的端模組5b所限定，模組5b經由熱傳導的漆， 與固體安裝塊5a端傳導熱接觸的方式安裝。 、 為了達到可拆卸性，傳導密封6,，經由穿過塊以和可 拆卸端模組5b的密合面的金屬螺絲而被壓縮。此構成使限
521295 五、發明說明（54)
定離子化室1 6’的構件5b從塊5a移除，且以未利用的構件 取代’可自由設置的構成是較佳地。其也可不同，且在一 些場合中，其比先前實施例的離子化室丨6，的冷卻牆壁更 為有效。對於可拆卸的構件的構成而言，除了鋁（其不昂 貴，且如果被傳送至離子光束中的晶圓，對於將被佈值的 晶圓比鉬、鎢或其他金屬較無損壞），離子化室構件5 b和 出口開口平板1 3從石墨或碳化矽構成是較佳地，其與因為 從離子源的推進（propagation)的晶圓的金屬污染的可能 一起移除。另外’石墨或碳化石夕的可拆卻離子化室可便宜 地形成，且在維修中可被丟棄，以取代一件構成，而較不 昂貴。 在另一實施例中，對於傳導地控制塊5a和室本體5b的 溫度而言，它們具有密合的平坦表面，包含允許傳導冷卻 氣體在塊5 a和室本體5 b之間的加工冷卻通道的塊表面，以 使在真空下導入的氣體依據第4D和4E圖的上述描述由熱傳 導（非對流）而傳熱，且在被佈值的冷卻晶圓的不同狀況下 利用的冷卻技巧，見King的美國專利第4261 762號。在這 場合中，在蒸氣和氣體通道的墊片防止如氬的傳導性熱傳 遞氣體與將被離子化的蒸氣或氣體的混合。
如圖示，塊5a由水通道24a冷卻，其由本身的熱控制 系統’第3E圖，或如第9B圖所示，由冷卻安裝在光束門η 上的框架10的冷卻系統24。基於穿過固體構件的熱傳導， 避免水與離子化室牆壁接觸，使其可能單獨地製造離子化 室的材料，如低價加工或成形石墨，其不可便利地暴露於
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第61頁 521295 五'發明說明（55) ^。陰極的遙遠位置及其熱影響與這些安人、 達成想要的離子化室的冷卻運轉。 、、” Μ & ，以 有利的Ε-光束搶特點 有二：2的特別較佳實施例的特點如第10圖所示， 抽取階段83。抽取階_為圓柱幾 了，且匕括陰極82、場成形網柵電極1〇〇、Wehneidt 101、圓柱鏡片1〇2和陽極103。關於陰極電位v ， = ，例如在-2V<Vg< + 4V，且陽極電位π依據在Μ ^的出口的想要電子能量…被維持在大約2〇〇至1〇〇〇正 伙特之間。Wehneldt電位和圓柱電位，、和ν ，分 至製造通過抽取階段限制其鏡片充填的電子^道，且限制 在抽取階段的輸出的電子軌道的光束角度。本質上，抽取 階段的目的在於收集從直接加熱陰極或從間接加熱陰極的 放射面的熱離子放射（thermionicaUy emitted)電子，以 提供想要的角剖面的光束中的重大具能量的電子的光束， 有如第1 0圖所示，用以表示良好品質標地物的下游可伸縮 鏡片系統的電子分佈和平行的均勻度程度。此調整如第12 圖所示’用在原先在低能量揚電子（p〇sitr〇n)發展的抽取 階段（見 I.J.Rosenberg, α·Η· Weiss 和 k.F· Canter, Physical Review Letters 44，p. 1139，1 980 )。其被修 正且被用以形成寬廣電子光束，作為本發明的部份。由 Rosenberg等說明的原始抽取階段本質上係為ι00%陽電子 傳送階段，設計用在延伸、1 0mm直徑的陽電子放射器。在 1057-3587-PF.ptd 第62頁 521295 五、發明說明（56) 本E-光束槍中，抽取階段比例較小，例如，由〇 · 5的因 子，以收容5mm直徑的陰極電子放射器，其具有網栅電極 的開口直徑1 0 0 5mm，且電極電位的訊號反轉以使結構適合 電子的抽取。有此比例因素，電子抽取階段大約為27mm 長，圓柱鏡片直徑為17. 5mm。 在第11圖中，典型的尺寸可為 d = 5mm、li = 1. 3mm d1 = 9· 5mm、12 = 2· 3mm d2 = 1 7· 5mm、13 = 4· 8mm d3 = 9· 5mm、14 = 1 8mm 相對於離子化室電位Vch，Vc在-20到-300或-500之間 的任何範圍。相對於Vc，其他電壓值可分別在以下的範圍 之間，例如，
-2V<Vg<4V 0V<VW<50 0V 50V<VS<500V 200V<V1<1000V 電子抽取階段的其他實施例是可能的。在一實施例 中’陰極82的放射面被向前移動，以與網柵丨〇〇位於相同 的平面上，未應用由網柵開口提供的場成形（f i e i d shaping)。在此場合中，網柵丨〇〇被保持在與陰極82相同 的電位。抽取階段的另一較佳實施例包含Pi erce幾何，其 網柵開口與陰極共面，但網柵形狀為圓錐形，其側邊以 22.5度傾斜，對應於135度的圓錐角（見j.R.Pierce，
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Theory and Design of Electron Beams, 2nd edition, Van Nostrand，New York，1 954)。此電極成形與在陰極 高度鄰近的電子空間電荷的影響交互作用是較佳的。 在現今的較佳實施例中，5mm直徑、圓形熱離子陰極 板被加熱’以攸其具有〇 · 2 c m2的放射面積的面放射大約 200mA/Cm2的平均電流密度，得到進入抽取階段的4〇“電 流。抽取階段作為包括在調焦鏡片85之後的平行鏡片84的 下列鏡片系統用的射出階段。在較佳實施例中，這些鏡片 包括17· 5mm直徑（"D”）、薄壁金屬圓柱、由相當於〇· 1D的 間隙为開。當施加不同電位至分開的圓柱時，強聚焦場在 間隙產生’製造鏡片（lensing)效果。 參考第10圖’平行鏡片84為不對稱的einzei鏡片，亦 即:其由三個在電壓VI、V12、V3、長度2D、11}和21)的共 ，軸圓柱所構成。VI不等於V3(因此，einzel鏡片為，，不對稱 )。一般而言，每一einzel鏡片的三個元件（三個一組 [yiplet])作為單一”厚”鏡片。在平行的einzel鏡片84的 %合中，V2>VI，且鏡片84作為加速鏡片。V12變化以調整 ' 因此為一個一組的倍率（magnification)。鏡片84 也用以限制由電子光束的圓柱的過度充填 (^overf i 1 1 i ng)，其可產生偏差和光束損失。如上述，平 二Ϊ片84代表具有適當光束特性的至下游變焦鏡片85的目 :，以使變焦鏡片85製造平行、變化能量的光束用作通 道至90度鏡子87。 在電子光學中，變焦鏡片完成變更電子光束能量的功
521295 五、發明說明（58) 能’且維持相同的目標物和影像位置。典型的變焦鏡片為 三元件鏡片，由分別在電壓vl、vl 2和v2保持的串列同心 中空金屬管構成。一般中心（center)元件在長度上比第一 和第三元件（例如，見第18圖中的鏡片84)短。在此場合 中，vl建立進入能量，且v2為出口能量。比率（v2/vl用在 加速，且v 1 / v 2用在減速）被稱為”變焦比率”。對於給定值 v 1和v2而吕，中心元件電壓值v j 2被選定以維持鏡片焦距 (因此为別為目標物和影像位置，p和q )。此類型的變焦鏡 片在限制的能量範圍上為可利用的（”變焦範圍"）。關於本 ^明和第13®中所示的五元件變焦鏡片85是此概念的延 伸。由增加額外的鏡片元件，此複合式鏡片比三元件鏡 片’提供下列更多的能力； 1)其可在延長的變焦範圍上操作，例如，20·】，而三 元件鏡片為5 : 1。 可變化角放大，且在"焦點模式"中操作，亦即， 由調=壓以使進入鏡片的電子執跡與出去時平行，亦 即’在鏡片出口沒有真實的焦點。 3 )其可如”伸縮”鏡片般操作，| — 生管y ^ 八 艮好疋義值P和Q產 生貫際的衫像’但有可變化的線性放大 比AEL2強的聚焦鏡片時，M>1， ® ，、'， 時，M<1 0 且田AEL2為強聚焦鏡片 變二I元：f片可提供可變化的線性和角放大，且允許 變焦控制，亦即，變化能量和放大量。
例如，參考第1 3A到1 3D圓，其顧+ χ A 丹顯不五το件變焦鏡片， Ή 第65頁 1057-3587-PF.ptd 521295
五、發明說明（59)
作為兩個三元件鏡片，AEL1和AEL2 —前一後（in tandem)。一般來說，電子光束將在不同的進入和出去 焦鏡片的能量，如前所述。另外，操作的數個模式如 示。第1 3 A圖顯示焦點模式，電子光束出去鏡片時的平y 良好，在無限處對應成為影像。此模式對於光束在進入仃 彎階段、如第9、9 B和1 〇圖所述的9 〇度鏡子8 7、前使其平 行是較佳地。其也是用以射出想要能量的良好平行光束入 離子化室是較佳地，以維持實質上與加長的抽取開口平 的光束。第1 3B圖顯示以單一放大被對焦至影像的光束。 當高程度的平行不需要時，‘此模式是想要的，且想要在麥 像位置保存在目標位置的光束特性，例如，當目標物尺 對於在離子化室中的光束剖面尺寸是合適時，當變焦鏡片 主要被用以修正電子光束能量時。第13c圖顯示被對焦在 比目標物小的影像的光束，其用在射入鏡子或離子化室是 合適的，當想要在電子光束中的空間電荷力的交互作用 時，以防止光束過度擴張，當變焦動作用以使光束減速 時。此模式也在製造與窄離子抽取開口會合 (con junction)的窄剖面電子光束是較佳地，例如，在中 或低電流離子佈值機中。.第13D圖顯示被對焦在比目標物 大的影像L此模式在射入離子化容積前擴大電子光束是有 利的，以提供大剖面離子化區域，在高電流離子佈值機的 寬離子抽取開口的場合中。 、—在與輸入平行鏡片84交會中，鏡片系統可在寬範圍中 進行線性和角放大、能量、和影像位置的控制，充分符合
521295 五、發明說明（60) 本發明的需要。 變焦鏡片85包括兩個一前一後的不對稱的einzel鏡 片’在第10圖中的enizel鏡片1〇4和1〇6、以及在第13圖中 的AEL1和AEL2。變焦鏡片85為五元件鏡片，有其中心（第 二）元件’3D長度，作為每一個一前一後的einzei鏡片的 元件。第13圖顯示AEL1(影像為AEL2用的目標物）用的目標 物和影像，其在無限遠處導致最後的影像，產生平行的電 子執跡。變焦鏡片85可由設定其元件電壓而作為焦點鏡片 被操作，使AEL1的第二焦點和AEL2的第一焦點重疊。在此 模式中，變焦鏡片85為伸縮的；進入鏡片的平行電子軌跡 也在出口平行。然而，在V2>V3>V4的場合中，變焦鏡片在 寬能ϊ範圍上將電子減速是有利的，且如果電壓差異，仍 可保持其伸縮性質，亦即V2 3和V34，被適當的調整。在第 11圖中顯示的陽電子鏡片構造的型式在τ· N· H〇rsky，
Ph· D· thesis, Brandeis University Dept· of
Physic, S 6 in i c ο π d u c t o r Surface StructurG Determination via Low Energy Positron Diffraction:
Cleavage Faces of CdSe， UMI Pub # 9010666， Chapter 3， 1 988中有顯示。從此論文取出的第14圖顯示減速操作 模式的例子’其鏡片元件電位乂！以運動能量單位表示，亦 即’運動能量。陽電子光束在lkeV進入變焦鏡 片，且在出去AEL1(亦即，在鏡片元件V3中）時減速至75ev 的光束能量。圖顯示V34如何變化作為陽電子最終光束能 量的功能，以維持最終光束能量用的平行輸出在5eV和
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-間。圖係為與此相似的電子光束鏡片構造所得的 圖所表示。 # ^ 新穎的實施例中，平行的電子鏡片84被調整與變 二鏡片85父會，以變化線性放大量和最終電子光束能量。 可艾％夏、可變直徑電子光束可由如第圖所述的 兄系、充所產生，有由加速幾何改良的豐富的電子產生的 優點，f利用減速階段達到適合與摻雜供給材料，例如十 蝴十四IL，父互作用的較低最終電子能量。
f進入離子化室塊5的離子化容積丨6前，由第1〇圖的 1 、仏的電子光束轉向90度。轉向階段87可為不同的熟知 =式L例如’兩相關且同轴的部份圓筒（例如，徑向圓筒 刀析器），分別在彎向電子光軸的彎部（e 1 b⑽）的内側和外 側形成，位於彎軸（curved axis)内側的部份圓筒被維持 在比位於彎軸外側的部份圓筒正的電位。這些與習知電子 路徑彎曲技術合作而將光束轉向9 〇度。
也可應用由兩平板或軸從變焦軸向（oriented)45度而 ’致在鏡子出口偏向90度的圓筒狀彎曲平板（亦即，平行 板或圓筒狀鏡子分析器）定義的鏡子，以在翻新改進的容 =中^ ^車父小的空間。然而，應用在此說明的徑向圓筒狀 分析器是較佳地，其有經由離子化室5的離子化空間丨6達 到光束的兩度空間轉換至新路徑的優點，而保留具有高傳 遞的預先建立的光束剖面。 在轉向後，光束通過限制開口丨〇，，其為矩形是較佳 地，且經由電子進入開口35進入離子化室5。限制開口 ι〇,
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以可代ΐ離子抽取開口的方式構成，一般來說，離子抽取 開口越t ’選擇的電子限制開口 1 G ’的對應尺寸越大。 ^ 在轉向鏡的操作中，在低電子能量下，空間電荷力可 衫響電子光束的控制。根據本發明，提供利用具有9 〇度轉 向鏡的長E光束搶的兩個不同模式，其可成功地處理。
E光束板式1 :變焦系統的減速能力被用以與前述的平 行鏡片的加速能力結合，以提供操作的加速-減速模式。 例如，鏡片電壓被調節（c〇〇rdinated)，以導致系統，例 如，從進入時的lkev變焦降至其出口時的1〇〇eV。因為光 束由於減速而擴大，光束的一些電子可能在鏡子中損失， 但此在想要低電流、低能量射入離子化容積丨6時是可便利 ，，受的。例如，系統可在電流小於5mA、在1〇〇eV或更高 月色量下操作。當電子的最終能量上升時，電子電流增加。 在本場合中的電子光束可被平行良好，且與相對小區域光 束門共線。 E光束模式2 :在這場合中，電子以高能量通過E光束 搶和鏡子，且減速階段88設在鏡子出口和離子化容積“的 入口之間。因為光束在高能量下平行，電子光學在沒有不
利的空間電荷效應下進行，傳遞鏡子用尺寸的良好平行光 束0 在鏡子之後，當光束進入離子化室時，其突然減速， 以擴大被限制在圓錐、漸擴容積的電子軌道。在這場人 中，例如，可得到20mA以上的電子電流。當光束= = 因為電子軌道一般保持為直線，光束可由面積比模Si大
521295 五、發明說明（63) 的光束門1 1 散而更靠近 而有點被補 化至沿著開 有光束門面 制氣體傳導 共線，以使 束門所攔截 在以使 方式安裝的 失’且在模 下被維持通 在操作 的離子光束 與光束門共 在較佳操作 同狀況下的 價格效率、 量光束。此 間的電子光 的其他種類 系統在寬廣 小但高純度 子化系統中 搁截。沿著在這場合中的離子化路徑，那些發 ^ 口以通過的電子軌跡由那些更從開口發散的 償’使沿著開口抽取的總離子不需在密度中變 口長度不可接受的程度。對於此操作模式，具 積大（有靠近離子化室的牆壁的光束門，以限 性），光束門的尺寸仍與有點發散的電子路徑 從鏡子的E光束的所有電子實質上由冷卻的光 〇 加長電子搶的軸與通過室的離子化路徑共線的 場合中（沒有應用鏡子），可避免光束的鏡子損 式1中產生的平行電子光束可在較大電子電流 過離子化室。 條件適於製造如第4D和5圖所示的不同環境中 下，=系統的操作具有數個優點。系統可產生 線的寬廣面積光束的不同尺寸剖面、以及適於 ’例如，在變焦比率為1 5至1的寬範圍的各不 不同電子密度。特別由利用相對小的陰極導致 空間效率和熱優點，且達到相對寬廣和控制能 系，，有用的，首先關於在大約20至150Ev之 束能量下的十硼十四氫，以及很多重要或新穎 。例如’上至300或500 eV的不同能量區域可使 、、共線，電子光束模式中關於所有種類（包括 光束的氟化物）操作。在特別構成的多模式離 系統可利用限制的磁場轉換至一些種類（例
521295 五、發明說明（64) 如，氫化物和氟化物）用的反射離子化模式。其也可產生 雙重電荷構化物或砰和三重電荷種類。 高電流應用的電子射出 對於一些離子佈值應用而言，想要得到可到達此技術 的最尚離子電流的離子電流。此嚴重地（CrifiCally)依賴 穿過離子化室的電子光束值，因為產生的離子電流大略與 此電子電流值成比例。射入離子化室的電子電流由在電子 搶光學和離子化室中的電子軌跡上作用的空間電荷力的影 響所限制。在空間電荷限制中，這些力量可增加增加的寬 度（add increased width)至由鏡片產生的緊（tightly)聚 焦的光束腰部（waist)，且當其發散至腰部的下游時，可 導入增加的角發散至光束。 本發明的發明人注意到與此關連的原則為··可被傳送 通過直徑D和長度L的管的最大電子電流可由將光束對焦在 以弧度（radian)表示的角度a=D/L的管的中央點而產生。 在此場合中，最大電流由（01^0.0385^/2 y所給定。 其中Imax為以mA量測的電子電流，且V為對應到能量 E = eV的電子的電壓（伏特），e為電子電荷。又，在此例子 中，最小腰部直徑w WW=：〇· 43D所給定。插入 〗5。、去 vmoov至方程式（1)中，得到Imax=1〇mA，而插入^=5。、 和V= 1 00 0V，得到ΐ_ = 106ιηΑ。 由攔截《作為由空間電荷力引發的角發散，這些例子 表示由在高能量下傳送空間電荷限制光束且在想要的較低 521295 五、發明說明（65) 能量下達到大射入的電子電流的第丨8圖的新穎實施例所達 到的優點。 第18圖的槍與第1〇圖的相似，但具有重大的差異：ι) 代替調焦鏡片85，應用雙開口鏡片88，其在離子化室的入 口中止，以及2)不利用鏡子87，以與離子化室的長軸共軸 的方式安裝搶。在具有這些特徵的較佳實施例中，利用大 直徑管（大約2· 5cm直徑）以限制鏡片充填（lens f 1 1 1 ing)，且因此由於偏差而導致光束損失。槍利用平行 鏡片被保持短，以表現想要的光束特徵至最終雙開口鏡片 (DAL)，用以射入至離子化室。提供使電子搶電壓（、、
Vw、VS、V1、V12，都稱為陰極電壓Vc)可調整，以提g供光 束電流、角發散和適用於給定應用的光束直徑的最佳表 現，且將在固定值操作，有在750eV*125〇eV之間的平行 鏡片84的出口的光束能量Ei(例如，Ei=e[V2— v ])。因 此，不需要由第10圖的搶所提供的寬範圍變焦能力， 元件平行鏡片84組合的四極管（tetr〇de)抽取槍83提供、一 夠的彈性，以控制和適當地判定電子光束特性。· 作為強聚焦減速鏡片，在離子化室中有想要的電子能 ί iEri[hVc]，其中Vch為離子化室電位（當^為地面，
其為離子光束加速電位va)。例如，有Ei = 1〇〇〇eV
Ef = 1 OOeV，DAL 為 1 0 : 1 減速器。 1 在現在DAL的較佳設計中，包括具有相等直徑d 開口的兩平板。板（厚度O.iD，）由均一距離D，/2分離，I 由玻璃化（vitrified)石墨、碳化矽或鋁構成，以去
521295 五、發明說明（66) 果利用鈕、鉬或不銹鋼 導致的轉變金屬污染。時『因光束衝擊（strike)開口 納此鏡片更多的有用範圍。I 一L 2cm± 〇· 6cm的值將容 (tied)在V2，且第二板被繫要的的一板被繫 更多的電力供給。DAL作A ; 乂 ch此鏡片的增加並不需要 且良好限定的方式，完作有/的目的··1)其以控制 摻雜供給氣體的離子化11曰士束的減速至有興趣的特別 及2)直提供電子率取大化所需的I的選擇值，以 及，、徒供电子先束的強對焦，以交互二 積中支配電子軌跡的分佈的空間電荷效果。 化谷 本發明的發明人f碰切LL K Q, 的電子電泣最大彳卜^ 原則的優點，為了使通過管 的電子電取大化，先束應對焦至管長度的中纟。根攄太 ^ 7 W剌冤子先束射入離子化室的場自由 谷積時，光束分散由將光束對焦至容積長度 的中央而琅小化。在根據第18圖的離子源的場合中，標準 ，點位在從DAL的主平面大約4cm的距離。在此用的光學在 第18A圖中詳細顯示。目標物〇，由上游鏡片表現至說，且 1.27cm，目標距離卜4 8])，，影像距離 此目標的對應影像I’由DAL製造。此模式用的值為 V2/Vrh = 10，D， Q - 3D ，線性放大量 Μ=1·〇(從 E.Harting and F. H. Read， Electrostatic Lenses， Elsevier， New York， 1976摘 錄）。因此，在此實施例中，電子光束被對焦至影像點， 其從DAL的主平面為3· 8cm，大約在離子化室長度的中央。 由變化鏡片比率V2/Vch和/或改變目標物的位置，此影像點 的位置可被移動’以使關於其他操作參數的離子源表現最 _ 1^· 1057-3587-PF.ptd 第73頁 521295 五、發明說明（67) 佳化（例如’影像可更向下游移動，以使光束的最小腰部 直位’亦即最少混亂的圓[t h e c i r c 1 e 〇 f 1 e a s t confusion]，落在靠近室中央）。光束的空間電荷分佈的 最大範圍可利用方程式（1)來估算，將方程式（1)重新排列 後如下所示： (2) D = 5· lLImax1/2V- 3/4 其中β為由電子通量（flux)攔截的直徑，且L為離子化 室的長度（大約7· 6cm)。代入Imax = 20mA和V=l〇〇V，得到 D'5· 5cm，代入imax = 4〇mA和V=168V也相同。確實在應用 中，分散在離子化室中的空間電荷將比由方程式（2 )估算 的少’由於在離子化容積中充足的（abundantly)正電荷離 子提供的空間電荷補償。第18*18A圖應用放大電子出°口 和光束門3 6，以攔截在光束中的大量電子。由保持光束 Π:離子化室之間的分開小，經由出口36流 氣體可為小。 領q 數個離子化室和離子抽取開口的有利特點 圖中顯示相反孔（counterbore)在室牆壁中設弟，^ 接受薄開口平板，以維持均一平剖面的方式 薄 板，以在開口平板之間建立均一電場；: '
25%)，用以由抽取光學的抽取場的離 的寬度的 經過離子容積的較短離子路徑降低 移除 能性，導致在電子入口-出口軸的室離中子的 離子抽取開口板關於離子化室偏斜至負電壓稱位置，3)
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VE(-25V〈VE<0V)，以更增加離子的漂移（drift)速度，以及 在導致的離子光束的最大可得電流。 參考第1 9〜1 9B圖的實施例，開口板的偏斜由以氮化硼 等的絕緣材料形成而完成，暴露至離子的内和外表面被覆 上如石墨的電傳導性的材料，以及電偏斜導體。 在其他貫施例中，應用隔絕支點，見第丨9C圖，以接 合電傳導的抽取開口板至室，且維持其電獨立。在此特點 的實施例中，在開口板的邊緣從離子化室的氣體損失可由 電隔絕開口平板的邊緣與離子化室（渦旋[inv〇luted]設 計）本體的内配合構造（interfitting c〇nf〇rmati〇n)而最 小化’以影響如第4B圖所述的複雜密封效果。 關於第20 A、B和C圖的實施例，電傳導開口板插入物 被安裝在電隔絕框架，其保持開口板於定位，且提供電接 觸至插入物。 此實施例便利在改變佈值運轉形式下改變開口板。在 一些實施例中’熱電冷卻器可在開口板中，以防止立過 熱二Ϊ其f實施例中，應、用冷卻框架10的延伸或分開的冷 部安裝框架，以支撐開口板。 高電流源的改進實施例 第18B圖顯示將第18和18A 的離子源殼體。電子槍如圖示 了應用此幾何入現存的佈值機 據典型的Bernas離子源考量而 圖導入的實施例改進佈值機 般安裝在頂部是較佳地。為 ’提供新的離子源殼體，依 構成，（如果想要的話，其
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可接收Berna=離子源），但修正殼體在頂部，以接收電子 ^ ^ ^聂口中，修正現存的離子源殼體，例如，由在 设體頂部移除磁_ c； 4 B + 碗圈b 4且插入真空開口，以接收突緣安裝、 垂直電子搶總成。 因為外部軸向磁場的佈值可在一些場合中有用，提供 小對的磁，，也如第丨8B圖所示。在此顯示的電子槍在空 間足夠且單一的合併排列下同軸地安裝在這些線圈之一 中 〇 一
、田加弘力至這些磁圈時，導致的軸向磁場可限制主電 子光束（都在電子搶和離子化室中）至窄的剖面，以降低由 於二間電荷的電子光束剖面分佈，且增加可被射入離子化 =積的有用電子電流的最大量。例如，70高斯的磁性通量 密度將作用以限制在離子化容積中的1006¥電子至大約 的5柱直徑。因為此長電子槍的電子放射器距離離子化室 遙遠，^將不使電弧放電開始，且依據外部磁場的強度， 其將提高在離子化區域中的低密度電漿。由控制此電漿至 低值，在一些場合中，由次要電子撞擊離子導致的多重離 子化可被控制至可接受的層次。又，在一些場合中，應了
解低密度電漿的出現可增進離子化區域的空間電荷中ς， 且實現較高離子光束電流。 、在多模式實施例中，如第18Β圖所示的關係應用較大 磁鐵，以當在反射模式中操作時，或當想要利用Bernas電 弧放電源時，應用較大磁場。
521295 五、發明說明（70) 通用離子源控制器 本㈣的離子源用通用_器單一地應用用在如 術⑼麵形式的電弧放電離子源的使用者介面。 第15圖以間圖形式顯示典型的控制系統2〇〇，其用以操作 螢存的機器的操作者經由可在電腦 L 擇圖像使用者介面⑽，s)的-租 ==面2〇2(01)操作佈值機。佈值機的一些參數從 Hi 手動地輸入資料或載入包含將運轉特定佈 ~柘二^?想要參數的既定佈值配料檔案。（；111，8的可用电 榮幕’用在真空系統、晶圓控制、佈值配 料的載入和產生、以及離子光束控制。 1 s f ΐ夕佈值機系統中，離子源參數的既定組經由在第 的01的光束控制榮幕而可程式*，包括使用： =;::=，：在電弧電流、電弧電壓、細線電流限 H::為皿度。除了這些設定點外，相同參數（例如， 。1上顯出)的實際值被讀回’且由控制系統在 數經！：：=二„光束的起始設定的許多其他參 源&舍丨^ ί幕Gu程式化和/或顯示，但並非使用者離子 的^要旦夏部份。這些包括光束能量、光束電流、離子 等了 里、抽取電極電壓、在離子源殼體中的真空程度 從οι = ί15圖所示，利用的（dedicated)離子源控制器204 靖取和進行輸入（設定點）值，提供適當的程式訊號至
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許多電力供應206中，也提供從電力供給至01的讀回。典 型的電力供給堆（stack)206如第15圖所示，分別包括用在 電弧、細線和蒸發器加熱器的電力供應器2 〇 8、2 1 〇和 212。來源磁鐵電流（s〇urce Magnet Current)用的程式和 電力產生可在螢幕上提供，但在現存的很多機器中，一〆 是與離子源控制器分別提供。 又 第1 5a圖顯示與第丨5圖相同的元件，但用在利用間接 加熱陰極（IHC)的Bernas形式離子源的類型。第15a圖盎第 15圖相同，除了加入陰極電力供給211、以及其讀回電壓 和電流。需要額外的電力供給，因為間接加熱陰極元件 (I HC )被保持在比細線高的正電壓，細線由電子轟擊加熱 IHC至足以使IHC放射相當於經由01提供的電弧電流設定點 值的電子電流的溫度。電弧控制經由包含在離子源控器 中的封閉迴路控制電路而完成。 第1 6圖簡略地顯示本發明的電子光束離子源控制器 220的基本設計。從電子槍導入光束門％的電子電流的控 制由在控制器220中的封閉迴路伺服電路完成，押制器22〇 調整電子放射器溫度和電子搶網栅電位，以維持工想要"的電 子電流设定點。控制器2 2 〇被設計以翻修入一般現存的佈 值機’同時在功能和機械上，且藉此在基本上不必改變佈 值機的控制軟體。為了達成機械的改進性，控 220和離子源電力供給2〇7在氣體箱中佔據相似的^質容 U:irernas離子源控制器204和電力供給。為 了保存佈值機現存控制軟體的整體性，控制器22〇建構成
521295 五、發明說明（72) 可接受從01202的現存輸入，且提供由01接受的讀回。因 此’操作者可以無須改變操作者長久習慣的方式，程式化 從01的本發明的離子源1。此功能可由包含在控制器22()中 的可設定的通用轉換電路板222所完成，其從〇12〇2接受類 比或數位輸入，且轉換這些輸入至適當的程式訊號，用在 本發明的離子源1的電子光束控制。此訊號處理包括適當 的數位類比轉換、1 6位元數位至2 〇位元數位的轉換、類比 數位轉換、訊號反向、以及由比例因子的訊號增加，例 如’依據安裝有寬廣、共線電子光束離子源改進入離子佈 ，機的型式和製造者。以此方式，然後可設定的通用轉換 器222處理由電子光束電力供給2〇7提供的讀回訊號，且以 〇 I想要的數位或類比格式報告回到〇丨2 2 〇。可設定的通用 ，換器222也可設定至由安裝的佈值機控制系統所需的特 定數目和輸出形式，例如在Bernas離子源和IHC 離 子源間的差異，其需要額外的讀回頻道，用在陰極電壓和 電流，以及不同的比例因子、用在陰極電流限制設定點， 在Bernas和Freeman離子源面對面（vis —…丨幻時。可設定 的通用轉換器222由代入如第16圖所示、以及下列表1[的 控制變數而完成，用在本發明的£光束離子源中的直接加 熱陰極電子搶的場合中。在已改進而取代IHC以⑺“離子 源的糸統的場合中，關於陰極電壓和細線電流的螢幕中 兩變數被指派為陽極電壓和陰極加熱電流的選擇 (optional)值。在用在本發明的改進E光束離子源中的間 接加熱電子源的場合中，其陰極電壓和加熱細線電流的值
521295 五、發明說明（73) 可以表列的選擇值代替。 οι設定點 (Bemas) 01設定點 (IHC Bemas) E光束設定點 E光束讀回 (Read Back) 01讀回 (Bemas) 01讀回 (IHC Bemas) 細線電流限制 陰極電流限制 放射電流限制 放射電流 細線電流 陰極電流 電弧電流 電弧電流 光束門電流 光束門電流 電弧電流 電弧電流 電弧電壓 電弧電壓 E光束能量 陰極電壓 電弧電壓 電弧電壓 蒸發器溫度 蒸發器溫度 蒸發器溫度~ 蒸發器溫度 蒸發器溫度 蒸發器溫度 ------——— 陽極電壓* 陰極電壓 L------ _ 陰極加熱電流* 細線電流 非必須 額外的電子光束控制設定，例如如第丨丨圖所示的許多 鏡片電壓，並無法經由01供使用者存取，但必須在控制器 預=° 一些這些電壓設定可經由在前面板（其經由面板安 裝ΐ表而提供目視的讀回）上的計量計手動的存取，且其 他（例如’長抽取搶的Vg *VW、以及變焦鏡片的V3和V34)被 經制器電子學中存在的韌體基底查閱表而自動地設 定。 一般來說，Bernas、Freeman、和 IHC Bernas 離子源 $電弧控制經由相似的裝置完成，稱為包含在離子源控制 器中的在板上（〇n-board)封閉迴路控制電路。為了實質上 以本發明的離子源改進現存離子佈值機的離子源，原先的 離子，從佈值機的源殼體移除，電源線被移除，且離子源 控制1器204、電力供給206或206，、亦即細線電力供給、蒸 發器電力供給、電弧電力供給、和陰極電力供給（如果有
第80頁 521295 五、發明說明（74) __ 的話）從佈值機的氣體箱移除。本發明的電子 被插入佈值機的改進容積中，且電子光束離子、束離子源1 220和相關的電力供給2〇7被插入氣體箱的空出$控制器 接一組新的電線。在安裝入佈值機的源殼體前4 ^中。連 的離子源機械構成。例如，對於十删十四氫的 準備想要 可在電子搶出口安裝大寬度離子抽取開口二大=產而言， 口。另外，如果佈值機已安裝可變寬度質量八寸限制開 可增加開口寬度，以通過十硼十四氫離子的^ ， 圍。又，以習知方式進行設定，根據本 的量範 徵進行修正。 汀解釋的不同特 ，了已說明的電子光束控制外，可提供溫度控制媳播 在瘵發器2。蒸發器由在控制器22〇中的封閉迴：严 ::統被保持在限定良好的溫度。如上所述，#閉心： 二，制糸統含有習知的PID(比例積分差分）控制方法。 ，，器接受溫度設定點且作動電阻加熱器（其被安裝在與 (7見合第Ια觸丄見第3圖）或與蒸發器本體29的質量有熱傳關;系 姓甘μ ~圖）的加熱板），以經由熱電偶讀回電路到達和維 啻又疋點/jnL度。電路比較設定點和讀回值，以判定通過 k:加ΐ ?的電流適當值。A 了確保良好的溫度穩定性， =部…交換器線圈2 1被浸在水浴中（在第3圖的水冷卻蒸 f ^的場合中）或在熱電（TE)冷卻器30(在第3A圖的固體金 G發器的實施例中）或由熱傳導氣體包圍的熱交換器線 矛，用加麼氣體的蒸發器以完成在第3F圖中的不同元 之間的熱傳導的實施例中），以持續地從系統移除熱， 第81頁 1057-3587-PF.ptd 521295 五、發明說明（75) 其降低溫度控制系統的設定時間。此溫度控制系統在2 〇 〇c 至2 0 0 C之間穩定。在此實施例中，從蒸發器至離子化室 的氣體流動由蒸發器溫度判定，以達到較高溫度、較高流 率。可應用相似的溫度控制系統，以控制第3 E或9 β圖的傳 導塊5 a的溫度。 如上所述，在另
.....施例中，應用不同的蒸發器P ID
，度控制，。為了建立可重複且穩定的流動，蒸發器pid 溫度控制器接收一般位於商用離子佈值機的源殼體中的萄 子化形式壓力计的輸出，以監控在源殼體中的次大氣壓 力。因為壓力計輸出與進入離子源的氣體流動成比例，月 =用其輸出作為至PID溫度控制器的控制輸入。piD溫度扫 !·二ί著產生或消滅蒸發器溫度，以增加或減少進入源纪 p^n ，直到得到想要的錶（gauge)壓力。因此，定義 PID控制器的兩個有用操作模式：溫度基底和壓力基底。
二考第16B圖’在另一實施例中，這兩個方法被單一 士 ^彳开，以使從蒸發器的流率的短期穩定性只由溫度程$ =成，且二率的長期穩定性由經由軟體調整蒸發器溫度而 ^作爲二，合局部採樣的壓力設定點。此綜合方法的優絮 地升高H匕Ϊ耗的固體供給材料，溫度由軟體控制慢憎 現的較小4員：t蒸發器表現的材料的降低表面積而負 在第二 在源殼體中的壓力計感測的壓力配合。 為應用類比數’在離子源殼體中的壓力的離子化計3〇( 位輸出被導入rpf /(ADC)的類比壓力訊號的來源。數 导入CPU，其在軟體控制下評估一段時間下的壓
521295 五、發明說明（76) 力漂移’且在溫度設定中導入逐漸的變化，以使壓力在最 佳範圍中穩定。 在第3和3 A圖的實施例中，離子化室的溫度由蒸發器 的溫度控制。第3E、9B和1 8B圖的實施例的溫度控制由分 別的溫度感測和控制單元達成，以利用熱傳遞媒介或熱電 冷卻器或兩者控制金屬熱沉的溫度。 期待（expected)離子電流的計算 可達到新離子源技術的離子電流產生的層次是有很大 的興趣。因為離子源由在橫過離子化室中的寬廣電子光束 佔據的容積限定的良好限定尺寸離子化區域中的具能量的 主要電子而利用電子衝擊離子化，其離子產生效率可以原 子物理的公式計算： (3 ) I = I。[ 1 -exp { -η 1 s }] 當Ι〇為指示電子電流，I為由具有截面積s的作用所影 響的電子電流’η為在離子化容積中的中性氣體分子的數 目密度（number density)，且1為路徑長度。此方程式可 以下列方式表示： (4) f = 1-exp{-Lsp1} 其中f為影響氣體離子化的電子光束比率，L為在〇。〇 的氣體分子的每Torr的數目密度，δ為特定氣體種類的離 子化剖面積（cm2)，且pi為壓力路徑長度產物（T〇rr-cm)。 十硼十四氫的尖峰未分解離子化剖面積尚未發行，只 有發明人察覺。然而，其應與己烷（C6 u相似，例如，其
521295 五、發明說明（77) =道大約w.3x i〜。對於離 離子化室壓力Wxl(m〇rr而言，方程式(2=5cra長且 f = 0. 3 7。此意味在下列的計算假执 十侧十四氮分子而產生十:子=單-電子撞擊 子的37%。在離子化容積中產十生四二子二電子電流中的電 下式計算： T 1生的離子電流（離子/秒）可如 (5 ) Ii〇n = f Iel 七f I。1"為離子電流，且1el為橫過離子化容積的電子電 &。為了使從離子源抽取的離子電流的比^ 成離子光束，電子光束的剖面大 ：f大化以形 面寬度是重要的，且離子付i離子抽取開口的剖 在罪近開口的區域中製造。另 1古f:广、光束中的電子電流密度應被保持的夠低以使不 由方程式⑻和⑷列入考慮的多離子的可能性不重要使不 下式=產生十侧十四氫離子的光束的電子光束電流可由 -产iiina)切十四氫離子由與主要電子的單 和：子Φ f i :b)亂體被度和離子密度低到使離子離子間 ;離，中性電荷交換交互作用並不導致重大的程度，例 ^氣體密度<1014〇1„-3且離子密度<1〇丨丨cm_3，以及〇所^ 產生的離子被收章人朵击。#i # 杲九束對於十硼十四氫離子的1mA光 束而吕，方程式（6)得到Iel = 2.7mA。因為 造在2 一的階次的電子電流密度，2:了構 丨出現且可Μ在此案中說明的電子光束搶
521295 五、發明說明（78) 設計而達成。 在離子化容積中的主要電子 (7) ne = Je/eve Η子的达度ne以下式給定： 其中e為電子電荷量（ = ΐ6χ 1〇— 速度。因此，對於100eV、lcm2剖面積的2 V雷為主要電子 言’ Jt應於如第4F圖所示的相對寬離子抽二開。，方: (7)得到ne二2 X l〇i〇cm-3。對於窄抽取開口壬工 "，J ^ ί ^ ^ ^ ^ 大Η目卩離子化谷積中的離子密度〜將可能與ne的 P白久大小相同，期待ni<1〇ncnr3是合理 因為〜與ne被期待為相似的大小，由於將電 反（opposite)電荷的離子離子化，電荷中性的一些程度在 離2化合積中元成。此電荷中性化的方法幫助補償在離子 化容積中的哥倫布力，使ni與⑽的值較高，且降低在離子 間的電荷交換交互作用。 在判定從寬廣、平行電子光束模式的期待的抽取電流 層-人的又一重要考慮為Child-Langmuir限制，亦即，最大 空間電荷限制的離子電流密度可由離子佈值機的抽取光學 而利用。雖然此限制有點依據佈值機光學的設計，其可利 用下式大約的近似： (8) Jmax = 1.72(Q/A)1/2U3/2d-2 其中Jmax為mA/cm2，且Q為離子電荷狀態，A為離子質量 (amu)，ϋ為抽取電壓（kV)，且d為間隙寬度（cm)。對於從 6mm的抽取間隙在5kV、ii7amu抽取的B1GHX+離子而言，方程
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式（8)、彳于到Jmax = 5mA/cm2。如果我們更假設離子抽取開口的 =為lcm2，我們推論在5keV的ΒιΛ+離子的5mA的 Wild-Langmuir限制，其容易地超過上述詳細開 口所需。 、 寬廣、 應 其可能 寬度的 反映在 良好穿 上述討 在沒有 是一比 開口將 子的光 電荷力 使其擴 鐵發散 相 磁場， 硼的十 很多的 此導致 共線光束電子搶離子源用的離子抽取開口考量 了解的是對於本發明的寬廣電子光束離子源而言， 應用比般應用在高電流Bernas電弧放電源的較/ 離=抽取開口。離子佈值機光束線設計使抽取開口 質1分解開口上’其尺寸達到質量分解開口下游试 ，效率^，且^也保持特定的質量分解率以^^^，見 論）。許多高電流光束線的光學應用單一放大，使 偏差時，離子抽取開口對應至分解開口的程度大釣 -，亦即、，與離子抽取開口的寬度相同的質量分解 可成乎通過所有傳送至其上的給定質量電荷比率鄭 束電μ在低旎1下，然而，Bernas離子源的空間 和偏離電磁#導致光束在反映在質量分解開口上時 =到！量分解的劣、匕，由導致由分析器超 、不5 、里電何比率離子的鄰接光束的重大重疊。 對地，在本發明的離子源中，在抽取區域中不 以士想要的較低總離子電流層次n 言’單一地合併而以較低偏差 ： 先束放射度。對於給定的質量分解開口尺寸而言: 比期待更高的經過質量分解開口的十侧十四
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率’也保存較高的R。因此，應注咅g 取開口不可降級光束光學的表現广或疋并入較寬—離子抽 實際上，可增進新賴離子源的較寬^ 機:質量分解。 寬開口的鮫大Η谇从而干，的開刼作，1 )因為較 見開口的較大開度，抽取電極的抽取場 室的離子化容積，，文進離子抽取效率 離子匕 = 合併以改良離子產率，且降 本發明製造的離子源有價值。 琢口中使
然而，需注意不要對佈值機的抽取光學的表 面衝擊。例如，如果抽取開口寬度w相對於抽取間_太大 的話，方程式（8)的有效性將受影響。由增加使w 一般相合 於或小於d的較佳限制，然後例如給定上述寬度d = 6mm，^ 利用6mm開口作為增加總抽取的離子電流的裝置。 對於改進的安裝而言，可有許多安裝的離子佈值機 徵得到優點’如可變寬度質量分解開口，其可被應用以使 質量分解開口開得更寬，以更增加傳送至晶圓的十硼十四 氫離子的電流。因為其已被顯示在許多場合中，不需去除 在B1QHX+離子的不同氫化物之間’以完成良好限定的淺 接合（因為在由氮化物質篁的範圍產生的接合深度的變化 與由在後佈值脆化[anneal ]中的硼擴散產生的接合位置的 分佈比較下為小），質量範圍可由分解開口通過，以增加 離子良率。例如，在許多場合中，經由B1GH12+通過的 Βι〇Η5+(大約為113amu至120amu)相對於通過單一氫化物，將 不會有重大的處理衝擊，如B1GH8+，且得到較高的總效率。
521295 五、發明說明（81) 因此’、1 6的質量分解率R可被應用，以完成上述例子，而 不至於導入有害的效應。減少經由可調整的分解開口的r 叮被排列不導入不想要的其他種類（例如’神和鱗）的交 互 >可染，其可在離子源中出現，因為質量範圍和運轉的十 彌十四氫比這些種類高。在操作離子室已被暴露至銦 和11 5^mu)的離子源的操作中，分析器磁鐵可被調整以通 過較而質量B1GHX+或甚至較低質量分子離子，與適當尺 寸的分解開口聯合，以確保銦不通過晶圓。 又’因為在寬廣電子光束離子源中有興趣的想要離子 種=的相對南濃度，且構成總抽取電流的其他種類的相對 低/辰度（降低光束炸燬[]3l〇w —up])，然後，雖然抽取的電 流與Bernas源比較下可能較低，抽取的電流的相對較高比 率可到達晶圓，且如想要般被佈植。 利用氫化物供給氣體等的改進 應知道說明的寬廣電子光束離子源的光束電流可由利 用供給氣體種類而被最大化，其中供給氣體種類具有大離 子化剖面積。十硼十四氫落入此範圍，以及其他許多的氫 化物氣體。當以電弧電漿基底的離子源，如改良的Bernas 離子源，有效地分離如BF3的緊密結合分子種類，他們傾 向於分解如十硼十四氫、二硼酸（dib〇rane)、鍺烷、和矽 烷和銦二甲酯的氫化物，例如，一般關於這些材料為不值 得生產。然而，根據本發明，應知道這些材料和如磷酸 (phosphene)和胂（arsine)的其他氫化物為適於在此說明 1057-3587-PF.ptd 第88頁 521295 五、發明說明（82) 7離子源的材料（且不會出現習知氟化 染問題）。因i利用說明的離子源原則，製物: =『離子光束的這些材料的利下: 例 化截面 平行的 提到的 面積， 有具有 在佈植 子光束 現存科 其 子佈植 例如， 列佈植 如，可考慮磷。磷具有大約5 10- tm2的尖峰離子 ί 士述的計算，方程式(6)指出6.2:αΎ廣、 電，束電流應得到ASHX+離子的imA的離子電流。 /、他氫化物和其他材料具有與麟酸相似 因此’在上述假設下，離子源應產生lmA，離對子於：Γ二小ΛΉ束電流的上述表列的種類而言。 雷、古鸱幻：只有50%的另一假設中，所需的最大電 電^將為i4mA ’其明顯的在應用上述特定實施例合 技中可用的電子光束電流的範圍中。 跟隨先前有關高至2· 6mA的離子電流可利用習知離 機技術而被傳送經由佈值機的討論。根據本發明， 利用在本發明的離子源中指出的供給材料可實現1 低月b里彌·蒸發的十侧十四氣（Jg Η 中能量硼：氣態的二硼（β2 Η6) ° 石申 氣態的胂（AsH3) 磷 氣態的磷(ph3) 姻 蒸發的銦三甲酯（CH3) 鍺 氣態的鍺烷（GeH4) 矽 氣態的石夕烷（S i H4)
521295 五、發明說明（83) ' --- 下列額外的銦的固體結晶形式，大多數需要比以如一 般用在離子佈植中的習知離子源蒸發器中的可穩定且可作 ，的製造下較低的蒸發器溫度，也可被用在本^明的蒸^ 器中’以製造銦承受（indium-bearing)蒗|[ .ΤηΡ !金、㈣、心、{Ιη(〇Η)3}。又，録、:束=用在本 發明的蒸發器中的溫度敏感固體讥2〇5、SbBr_3以及而 製造。 3
々除了利用這些材料以外，應用在操作的非反射模式 的寬廣、共線的電子光束的本離子源在低、但有時有用合 原子離子電流經由單一離子.化撞擊可使包括BI?3、AsF 、 PFS、Get、和SbFs的氟化物氣體離子化。可得到的離5 有較大的離子純度（由於多撞擊的最小化），與經由 ^ 化的Bernas源製造的較高電流而達成的比較下，有 :間：荷問題。又，在本發明構成的多模 : 中，都可由寬廣、共線的電子光束模式來達成， 射幾何或大磁性限定場的出現，且由轉換反射 = 可用的磁場，可發展電弧電漿的層次，以增進關於π: 難離子化或得到較高、雖然（albeit)較不純子& : 供給材料的操作。 于^： /爪^
為了在非反射和反射模式之間轉換，使用 光束門構造從正電壓（對於寬廣、共線的電子 換至接近電子搶的負電壓的控制以作為排斥器心轉 極），且也作動磁圈54。習知線圈已在原先設 、农 離子源的佈值機中出頊，_ 风甲出現，且裝入可被改進的本離子源。
521295 五、發明說明（84) 電货ί Hr的多&式版本（versi〇n)可被轉換至由電弧 在放射器靠近在第4A〜4D圖中的離子化容積 方式，ιί:場合中）’以相似於反射形式的Bernas源的 放射器距離離子化容積遙遠的話，有不1有 器的電漿。在先前的實施例(且也在第1; 18a、18b圖中言兑明γ 進的長、直接射入雷早於 存的磁圈，且提供與改 磁圈被充雷睹道祕子知的幾何相容的修正磁圈。當這些 在電子浐$ 2 i導的軸向磁場可限制主要電子光束（都 SHLr二中)至較窄剖面，降低因為空間電荷 先束°彳面的为佈，且增加可被射入離子化容積的右 的最大量。s為此實施例的電子放射器 :化：；遠，其將不引起電弧放電，但依據外界磁場強 :夠低提：ί離子化區域中的低密度電漿。如果電漿密度 °缺，人要電子與離子的撞擊引發的多離子化將不重 从而’，密度電浆的出現可增進離子化區域的空間電 何中性，以貫現較高的離子光束電流。 利用含有二聚物的供給材料的優點 本發明的低溫蒸發器可有效地利用除了已說明的材料 ^二t低熔點、且在溫度2〇〇。。以下的高蒸氣 ^力:不此在現存的商用離子源中可靠利用的其他溫度敏 感固體源材料。本發明的發明人已了解包含摻雜元素錯、 銦、磷和錄的二聚體的固體在本方法和離子源中是有用 的。在-些場合中，包含化合物的溫度敏感二聚體的蒸氣 第91頁 1057-3587-PF.ptd 521295 五、發明說明（85) 在離子化室中用以製造單體離子。在其他場合中，破裂樣 式（cracking pattern)可製造二聚體離子。在一些場合 中，即使在包含氧化物的二聚體的場合中，氧可被成功地 移除，且保存二聚體結構。從這些材料的二聚體佈植的利 用，可得到重大的改良，改良佈植至目標基板的摻雜劑的 總率（d 〇 s e r a t e )。 由方程式（8)的延伸，其量化限制從離子源抽取的離 子的空間電荷效應，在分子佈植的場合中’關於單原子佈 植:說明減輕由空間電荷導入的限制的優點的下列數字可 -¾. 7T\ >St ·
(9) A=n(V1/V2)3/2(m1/ffl2)-i/2 其中△為相對於在加速電位所曰 子佈植，由在加速電位\佈植質』、貝虿"12的原子的單乂 的摻雜物的η原子的化合物。在的分子和包含有興趣 植進入基板的相同佈植深度的場調整以給定與單體佈 △ =η2。對於二聚體佈植而中，方程式（9 )降低至 此，總效率增加至四倍可經由—X A S2對A s)，△ = 4 〇因 a列出適合應用至本發明的-一聚體佈植而達成。下表 ν — ‘體佈植。 表I a
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在CMOS離子佈植應用中的離子源的利用
在本案中’離子佈植被用在許多製造⑶⑽元件的處理 步驟中’不論在尖端科技和傳統的CM〇s元件構造。第丨7圖 顯示用在電晶體構造的製造特徵的標記（丨ab丨es)傳統佈植 應用和一般的（generic)CMOS 構造（從 R· Simonton and F· Sinclair, Applications in COMS Process Technology， in Handbook of Ion Implantation Technology, J.F. Ziegler， Editor， North-Holland， New York， 1992)。 對應於這些標記結構的佈植在下表I中列出，顯示一般的 掺雜種類、離子能量和在20 0 1年工業需要製造的總需求。
1057-3587-PF.ptd 第93頁 521295 五、發明說明（87)
表I 標記 佈植 種類 能量(keV) 總量(cnf2) A NMOS源極/汲極 鍺 30-50 Iel5-5el5 B NMOS標準調整(Vt) 磷 20-80 2el2-lel3 C NMOS LDD或汲極延伸 磷 20-50 Iel4-8el4 D p型井(槽)構造 硼 100-300 Iel3-lel4 E p形式通道停止點 硼 2.0-6 2el3-6el3 F PMOS源極/汲極 硼 2.0-8 Iel5-6el5 G PMOS 埋入(buried)通道 Vt 硼 10-30 2el2-lel3 Η PMOS打通抑制 磷 50-100 2el2-lel3 I η型井(槽)構造 填 300-500 Iel3-5el3 J η形式通道停止點 鍺 40-80 2el3-6el3 K NMOS打通抑制 硼 20-50 5el2-2el3 L PMOS LDD或汲極延伸 硼 0.5-5 Iel4-8el4 Μ 聚矽閘極摻雜 鍺、硼 2.0-20 2el5-8el5 除了表I列出的佈植之外，近來製程的發展包括吸收 劑（gettering)用的C佈植的利用，利用損壞（damage)佈值 用的鍺或石夕以降低通道（channeling)，且利用中電流的銦 和銻。從表I得知除了創造源極/汲極和延伸 (extention)，以及摻雜聚石夕閘極（polysilicon gate)， 所有其他的佈植只需要低或中總佈植，亦即在2 x 1 012和1 X 1 014cnr2之間的總量。因為離子電流需要符合具有想要的 佈植總量的特定晶圓產出比例，這些低和中總佈植可在 磷、鍺和硼的1 m A以下的離子光束電流的高晶圓產出下， 在本發明寬廣、共線電子光束離子源中進行是清楚的
1057-3587-PF.ptd 第94頁 521295 五、發明說明（88) (c 1 e a r )。又’根據本發明可这 形式摻 應可製造P型源極/汲極和延伸及 四風離子當然 雜。 下从汉I矽閘的p 供+ ,仏上述的寬廣、共線電子光束離子源可由提 供T硼十四風、砷、磷和硼或B2—A的光束電流，而在 大夕數的習知離子佈植機中得到高晶圓產能。也可由本發 明達成的此電流範圍中的鍺、矽、銻和銦的增加將使更多 未在表I中列出的近來的佈植機成為可能。 1057-3587-PF.ptd 第95頁

Claims (1)

  1. 521295
    • 種離子源’可用以在商用離子電流層次提供離子 至離子佈植機的離子抽出系統，該離子源包括離子化室， 由包含離子化容積的牆壁所限定，在該離子化室的一側壁 中有一抽出開口 ，該開口的長度和寬度以可使離子電流藉 ^=出系統從該離子化容積抽出的方式構成，關於該離 化至的尺寸所構成和排列的寬廣光束電子槍使主要電子 =方向的光束經由該離子化室射至與其共線的光束門，該 一束^相對於該電子光束搶的放射電壓被維持在實質上的 正電壓，主要電子的光束路徑的軸在大致鄰近於該開口的 方向中延伸，在對應於該抽出開口的寬度方向上的方向上 ΐ ΐ子光束的尺寸大約比該開口的寬度大或相同，設置蒸 發器以導入如十硼十四氫的蒸氣至該離子化容積、以及用 以從一氣體源導入氣體至該離子化容積的氣體通道、以及 可控制該主要電子能量的控制系統，以使個別的蒸氣或氣 體分子可由從該電子搶的主要電子的撞擊而主要地被離子 化是較佳地。 2.如申請專利範圍第丨項所述之離子源，其中該光束 門與該離子化室的側壁熱隔離。
    3 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該光 束門的尺寸比進入該離子化室的寬廣電子光束的尺寸大。 4 ·如申请專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該電 子搶與該離子化室的侧牆壁熱隔離。 5 ·如申请專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該抽 取開口實質上被加長。 、
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    蒸發器和該離子化室之間的通道具有高傳導性，例如，在 大約〇·〇3至0.3L/S之間的階級的傳導性。 7 ·如申請專利範圍第丨或2項所述之離子源，其中當在 2 0 C至2 0 0 °c之間的溫度範圍中操作時，該蒸發器為可控 制的。 卫 8·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中操作 參數由在主要電子和在離子化室中的蒸氣或氣體之間的單 一撞擊而主要地離子化。 9 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該電 子光束搶包括在電子光學元件之後的既定尺寸的加熱電子 放射表面，其相對於該電子槍的放射表面的尺寸在該離子 化至中放大該光束，該主要電子的光束路徑在鄰近於該離 子抽出開口的方向上延伸，設置通道以導入選擇的材料的 蒸氣或氣體至該離子化室、以及控制系統，可控制該主要 電子的能量，使材料可被離子化。 1 〇 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 蒸發為包含具有複數個想要的換雜種類的原子的叢集 (cluster)分子，且離子源的操作的參數使具有複數個想 要的種類的原子的分子離子化。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項所述之離子源，其中該蒸 發器適用於包含十硼十四氫，且參數使十硼十四氫離子 化。 1 2 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 電子搶形成寬廣、一般平行的電子光束。 1 3 ·如申请專利範圍第1 2項所述之離子源，其中該等
    1057-3587-pf3.ptc 第97頁 521295 案號 89126562 年 月 修正 六、申請專利範圍 ^ 電子進入該離子化室作為一般平行的光束^ ° 1 4.如申請專利範圍第1或2項所述之離子源’其中該 光束門被安裝在動態冷卻的支座上° 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之離子源，其中該動 悲冷卻的支座包括水冷式支座。 1 6·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 電子搶被安裝在動態冷卻的支座上。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項所述之離子源，其中該動 態冷卻的支座包括水冷式支座。 1 8.如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 電子搶陰極被設置在實質上遠離該離子化室的位置。 1 9 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中由 5亥電子搶陰極佔據的容積由專用的真空泵而真空化。 ^ 20·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 ^子搶包括陰極和可調整的電子光學，其電子的流動 為選擇的變數的光束。 ^ 如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 電子&包括高傳送電子抽出階段，可從該搶的放射器至少 抽出電子的大部分，該抽出階段在平行器和電子光學元件 之後。 、> 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之離子源，其中該電 子光學包括電子聚焦鏡頭。 、> $3 ·如申凊專利範圍第2 2項所述之離子源，其中該電 ^光學以具有能力變化能量、且該電子光 參數的方式構纟
    第98頁 521295 六 ^S_89126562 申請專利範圍 _ 早杏^ ·、如申請專利範圍第2 2項所述之離子源，其中兮雷 G以可變化該光束的線性和角放大的方式構成。X。 子光與·如申請專利範圍第22項所述之離子源，其中該電 予包括五個或更多的元件聚焦鏡頭。 人 Ο 〇 成、·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其構 機]ϊ Γ和排列可被用以翻新改進至預先存在的離子佈植 空間。可進入用在設計的佈植機的原始離子源佔據的一般 修正
    C\ rj •、如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其構成 1面導致4電子光束具有符合該離子抽出開口的開孔的
    2 8 ·如申請專利範圍第2 7項所述之離子源，其中該光 束的交又剖面一般為矩形。 、 “ 29·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 電子光束搶包括電子光學且為一加長的電子搶的形式，其 主要方向大致被排列為與該離子光束從該離子化室抽出的 方向平行’以及排列一電子鏡，使該電子光束轉向至橫方 向，以通過該離子化容積。 3 0 ·如申請專利範圍第2 9項所述之離子源，其中該陰 極的大致均一放射表面的尺寸比可通過該離子化室的電子 光束的最大剖面小，且該電子光學包括光學，其設置用以 在該電子光束進入該離子化室前將其擴大。 3 1.如申請專利範圍第3 0項所述之離子源，其中該電 子光學的至少一部份在該鏡子的下游擴大該光束。 32·如申請專利範圍第30或31項所述之離子源，其中
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    521295 年 曰 修正 月 案號 89126562 六、申請專利範圍 該電子光學的至少一部份在該鏡子之前擴大該離子光束。 33·如申請專利範圍第21項所述之離子源，其中該電 子光學包括光學總成，可變換該光束的角度和線性放大。 34·如申請專利範圍第33項所述之離子源，更包括可 變的變焦控制，設置以使該光束的電子能量變化。 35·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 光^門與該離子化室的側牆電隔絕，且該控制系統包括用 以量測該光束門的電流的電路。 ^ 36·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 電子光束搶和離子化室以之間的電壓下降大約2 〇至& 〇 〇電 子伏特之間操作的方式構成。 7 ·如申睛專利範圍第3 6項所述之離子源，用以使該 十石朋十四氫離子化，該電壓降在5 0至1 5 〇電子伏特之間。 38·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，為了在 $ =既存的設計用以在具有直接或間接加熱的陰極的電弧 電源上的離子佈植機上使用，該控制系統包括一摔作者 2 ’對應於該電弧放電源用的螢幕，以及一轉換 I:有政地轉換電弧電流控制訊號至該電子搶用的控制訊 〇 Q 如申睛專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 離子化室i ^ ' 至興蒸發is間具有熱連續性。 表哭4 〇 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中蒸 ΐ II匕括一溫度控制系統，且該離子化室與該蒸發器間具 有熱連續性。 請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 -------------------- 第100頁 521295 修正 -^^89126562^ 六、申請專利範圍 =子化至被限定在定義熱沉且與蒸發器熱連續的傳導塊 Ύ ° …、 4 2 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 至由以與溫度控制的傳導安裝塊有熱傳關係而設置 的可移動模組所限定。 43·如申請專利範圍第42項所述之離子源，其中該可 移動塊由石墨、碳化矽或鋁所構成。 、胃4 4 ·如申請專利範圍第4 3項所述之離子源，其中該傳 導塊經由一個傳導墊與該蒸發器熱連續，在此該蒸發器可 與该總成的剩餘部分分開。 45·如申請專利範圍第丨項所述之離子源，其中該離子 化至的至少一部份經由傳導氣體存在的介面與該蒸發器熱 連續。 4 6 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中該 離子源包括用以接合該離子源至離孑佈植機用殼的安裝突 緣，該離子化室位於該安裝突緣的内側，且蒸發器經由使 該蒸發器與該安裝突緣分離的一隔離閥被可移動地安裝至 該安裴突緣的外側，使該蒸發器在控制中、在關閉位置由 閥充填將被隔離的容積。 47.如申請專利範園第46項所述之離子„„源:\有兩個串 列的隔離閥是較佳地，一與可移動的蒸叙益單70聯合且可 搬動，且一個以保#該離子源的剩餘部7分與大氣隔離來構 成 4 8.如申請專利範園第4 7項戶斤 & %為高傳導閘閥 述之離子源’其中該閥
    1057-3587-pf3. Ptc 第101貢 521295 案號 89126562 年_月 曰 修正 六、申請專利範圍 4 9 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，其中分 別對應至該電子光束搶和該光束門的該離子化室的相對牆 具有使電子從該電子光束搶通過至該光束門的存取開口， 該等開口附近的空間由殼體所包圍且與真空系統連通。 5 0 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，更包括 氣體入口’經由此入口，包含如胂氣體、填化物體的化合 物可被導入該離子化室内而被離子化。 5 1 ·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，用在高 電流離子佈植機，其抽取開口實質上被加長，長度至少為 50或以上’且寬度至少大約為3. 5mm，且寬廣電子光束 的橫向截面積至少大約為3 〇平方釐米。 52·如申請專利範圍第51項所述之離子源，其中該光 束的截面積至少大約為6〇平方釐米。 53·如申請專利範圍第1或2項所述之離子源，用在中 電流離子佈植機，其抽出開口實質上被加長，長度至少為 15mm，且其寬度至少大約為15顏，且該電子光束的橫向 截面積至少大約為15平方釐米。 、 5 4.如申請專利範圍第5 3項所述之離子源，其中該抽 出開口的尺寸可大約為2〇mm長、2mm寬，且該電子光束的 截面積可被減少至大約為20平方釐米。 、 5 5 · —種離子佈植系統，包括離子佈植機，設計用以 佔據一般設計容積的第一離子源，以及根據任何上 專利範圍的形式的第二離子源被可操作地安裝在該容積月
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    中該電子 、 室抽出B為加長的形式，具有與該離子光束從該離子化 来走鏟A方向平行的主要方向’反设置電子鏡以將該電子 57 σ至横方向，以通過該離子化容積。 中兮险\如申請專利範圍第5 6項所述之離子佈植系統，其 光^ Γ ^的均一放射表面的尺寸比通過該離子化室的電子 $剖面小’且電子光學設置用以在該電子光束進入該 離子化室前將其擴大。 ^ 〇 — .一種離子佈植方法，其特徵在於應用申請專利範 圍苐1或2項所述的離子源。 59·如申請專利範圍第58項所述之離子佈植方法，用 以佈植從熱感固體材料導出的離子。 > 6+0·如申請專利範圍第59項所述之離子佈植方法，控 制該蒸發器，以維持其表面接觸該熱感固體材料，且其蒸 氣貫質上在800 °c之下的溫度。 6 1 ·如申請專利範圍第6 〇項所述之離子佈植方法，其 中該溫度被控制在2 〇和2 〇 〇 t之間的值。 6 2 ·如申請專利範圍第5 9、6 〇或6 1項所述之離子佈植 方法，用以佈植十硼十四氫的離子。 6 3 ·如申請專利範圍第5 9、6 〇或6 1項所述之離子佈植 方法，用以佈植銻是較佳地，固體材料為Sb2〇5、SbBr3或 S b C 13是較佳地。 6 4.如申请專利範圍第$ 9、6 〇或6 1項所述之離子佈植 方法’其中該固體材料包含的化合物，氫氧化銦或 In2(S04)3XH20是較佳地。匕3扣 6 5 ·如申睛專利範圍第$ g、6 〇或6 1項所述之離子佈植
    521295 修正 曰 年五 案號 89126562 六 申請專利範圍 方法’其中該固體材料包含砷的複合物，As2 03是較佳地。 66·如申請專利範圍第59、6〇或61項所述之離子佈植 方法’其中該固體材料為包含二聚體的化合物。 6 7 ·如申請專利範圍第6 6項所述之離子佈植方法，其 中該佈植的種類為二聚體。 68.如申請專利範圍第65項所述之離子佈植方法，其 中該佈植的種類為單體。 ^ 6 9· 種供離子方法，用以在離子佈植中提供離 子，包括導入包括氣體或加熱的蒸氣的材料至包圍離子化 ，積的離子化腔室，該腔室具有抽出開口，且電子的方向 寬廣光束通過鄰近該開口的離子化容積，寬廣光 二 門共線，該等電子的能量被選擇以將材料離子化。一 70. 如申請專利範圍第69項所述之提供離 中該光束門與該腔室熱隔絕。 长具 71. 如申請專利範圍第7〇項所述之 中該光束Η被分別冷卻。 Μ、離子方法，其 72. —種提供離子方法，用以在離 子，包括導入包括氣體或加熱的蒸氣的#佈植中^供離 容積的離子化腔室，該腔室具有抽出4至匕圍離子化 方向寬廣光束通過鄰近該開口的離子/’且該等電子的 子光束的能量和放大，由電子 令積，且控制該電 化。 ’、、、千以將該材料離子 73. —種提供離子方法，用以在離 子’包括導入包括氣體或加熱的蒸氣布植中提供離 容積的離子化腔室，該腔官 、材料至包圍離子化 ------α工至畀有抽出間 ---- 1 ，且該等電子的 1057-3587-pf3.ptc 第104頁 521295
    案號 89126562 六、申請專利範圍 方向寬廣光束通過鄰近該開口的輪 ,L /AA ^ 4+ ^ ^ ^ / 旧離子化容積，包括從放射 口口抽取電子，形成該光束，且該 1 ^ ^ ^ ^ ^ w荨電子的能量由連繽的加 連和減速该等電子的電子鏡片來控制。 接王如申明專利1&圍第69、7〇、71、72或73項所述之 ,二 方法，更包括利用蒸發器，其經由高傳導路徑與 ^該離子佈植用的離子被抽取的離子化室連通，且控制該 瘵發器的溫度在大約20 t；和20(rc之間的範圍。 曰75·如申請專利範圍第69、7〇、71、72或73項所述之 提供離子方法，其中寬廣電子光束從加熱的放射表面被放 射，其與该光束指向的離子化容積相隔遙遠且熱隔絕。 ^ 76·如申請專利範圍第69、70、71、72或73項所述之 提供離子方法，加速從放射表面的電子，且使其在通過該 離子化室前平行且通過光束擴大光學。 77·如申請專利範圍第69、7〇、71、72或73項所述之 ，供離子方法，包括將十硼十四氫汽化，導入該十硼十四 氯蒸氣至該離子化室，以及控制該寬廣電子光束參數，以 將該十娜十四氫離子化，且製造十硼十四氫電流。 78·如申請專利範圍第69、7〇、71、72或73項所述之 提供離子方法，包括導入想要種類的氫化物氣體至該離子 化室’且將該氫化物氣體離子化。 7 9 ·如申請專利範圍第7 8項所述之提供離子方法，其 中該氫化物為胂。 8 0 ·如申請專利範圍第7 8項所述之提供離子方法，其 中該氫化物為磷化物。 8 1 ·如申請專利範圍第7 8頊所述之提供離子方法，其 Γ'------^--—----
    1057-3587-pf3.ptc 第105貢 521295
    __案號 六、申請專利範圍 年-- 中該氫化物為錯烧。 82·如申請專利範圍第78項所述之提供離子方法，其 中該氫化物為石夕烧。 8 3 ·如申請專利範圍第7 8項所述之提供離子方法’其 中該氳化物為二硼化物。 84.如申請專利範圍第69、7〇、71、72或73項所述之 提供離子方法，包括將含銦的化合物汽化，導入銦化合物 条氣到該離子化室，以及控制該寬廣電子光束參數，以使 3銦化合物離子化，以及製造銦離子電流。 8 5 ·如申請專利範圍第8 4項所述之提供離子方法，其 中該化合物為三甲銦。 8 6 ·如申請專利範圍第8 4項所述之提供離子方法，其 中該化合物為氫氧化銦。 87·如申請專利範圍第84項所述之提供離子方法，其 中該複合物為1七（804)3乂[12〇。 曰88·如申請專利範圍第69、7〇、71、72或73項所述之 提供離子方法’包括導入包含二聚物的化合物到該離子化 室。 $ 9 ·如申凊專利範圍第8 8項所述之提供離子方法，其 中該二聚物為砷、銻、銦、磷。 一取·'申凊專利範圍第8 8項所述之提供離子方法，其 中 來物為由離子佈植系統的質量選擇開口所選擇且被佈 植0 91
    如申請專利範圍第88項所述之提供離子方法，其 ——早-二佈植系統的質量選擇開口所選擇且被佈 i^^ai 第106頁 521295 ---—案號▲ 89126562 车月日 修 六、申請專利範圍 / 植0 述之=·子處Λ方，用以提供如申請專利範圍第1項所 子化容積:L 光束n，以在該電子光束穿過該離 广積後接收它，並且包括保持該光束門冷卻，且至少 在與該腔室同樣高的電壓電位。 ▲ 9 3 ·如申請專利範圍第9 2項所述之處理方法，包括由 改變該光束門的電位 你A A 貫質上比該離子化室的牆壁的電位 低而被轉換成反射離子化模式以做為電子排斥對陰極。 用盥申請專利範圍第93項所述之處理方&，包括應 用與該電子光束平行的磁場。 95.如申請專利範圍第93或94項所述之處理方法，包 在反射杈式的操作中，連續冷卻該光束門。 、+、種處理方法，用以提供如申請專利範圍第1項所 述之離子源，包括應用磁場以限制該電子光束。 Q Γ7 1 總Μ碰.1一種離子源，具有表面暴露以與摻雜供給材料接 、、w疮彳 包括其氣體、蒸氣或離子，如果該構件表面的 二:不在想要的操作範圍中，該接觸的關係將導致凝結或 t $解’該構件以與第二構件傳導熱傳關係的方式設 置，其溫度被主動地控制。 - m9j·、如申請專利範圍第97項所述之離子源，其中該第 一構件為水冷卻。 i00·如申請專利^圍第97、98或99項所述之離子源，
    一 99·如申請專利範圍第97項所述之離子源，其中該第 件〔、熱電冷卻單元有關，其與可作動該單元以保持該 面的1度在5玄操作的範圍之中的控制系統有關。 521295 ---MMl 89126562__车月 日 倏正___ 六、申請專利範圍 包括加熱器元件，其與該冷卻系統合作，以保持該第二構 件的溫度。 1 0 1.如申請專利範圍第9 7、9 8或9 9項所述之離子源， 其中該表面為該離子化室的表面。 1 0 2 ·如申請專利範圍第9 7、9 8或9 9項所述之離子源， 其中該傳導熱傳遞關係包括形成與該構件的相對面的熱傳 導界面的表面。 1 0 3 ·如申請專利範圍第9 7、9 8或9 9項所述之離子源， 其中傳導氣體在氣體分子作用以由傳導傳熱通過界面的狀 況下，充填在傳導路徑中的界面的間隙。 1 〇 4 ·如申請專利範圍第丨〇 3項所述之離子源，其中該 傳導氣體被供給至導致熱傳導通過的至少一表面中形成的 通道内。 1 0 5 ·如申請專利範圍第9 7、9 8或9 9項所述之離子源， 其中一蒸發器的溫度用控制系統，其包括對於相關於在該 離子化室中的壓力的壓力敏感的離子化計。 1 0 6 · —種離子源，包括一加速-減速電子搶，設置以 射出電子光束至離子化室，以在鄰近抽出開口的區域中將 氣體或蒸汽離子化。 10 7·如申請專利範圍第1〇6項所述之離子源，其中磁 線圈被設置在該離子化室外側，該電子搶以與該線圈同心 的方式設置’以使該電子槍的放射軸共線以放射電子至該 離子化室内。 108.如申請專利範圍第107項所述之離子源，其中該 線圈以當施加能量時，可提供電子光束通過該離子化室
    1057-3587-pf3.ptc 第 108 頁 521295 案號8912阽R9 六、申請專利範圍 忖，限制該電子光束的空間電荷放大的磁場的方式來構成 和排列。 、1 0 9 ·如申睛專利範圍第1 0 6、1 〇 7或1 0 8項所述之離子 源，其中由該電子搶陰極佔據的容積由指定的真空泵而真 空化。 、 、如申凊專利範圍第1〇6、1〇7或1〇8項所述之離子 源’其中在正電壓的光束門共線，以接受穿透該離子化室 的光束的電子。 —狀11 L 一種離子源，包括設置在離子化室外的電子搶， 女衣$電子搶使其電子搶放射軸共線，以放射電子入該離 子化至，該電子搶為加速-減速電子搶。 11 2·如申請專利範圍第106或1 11項所述之離子源，其 該加速-減速電子搶具有電子變焦鏡頭。 1 3 ·如申請專利範圍第1 0 6或111項所述之離子源，其 f加速-減速電子槍包括在一聚 後的高傳送抽 出階段，1 士+ ， 有在一相對短、強聚焦鏡片之後的至少兩元 f短、強聚焦鏡片作用以減速進入該離子化室内的電 千光束。 π如申請專利範圍第113項所述之離子源，其中該 具=夕開口鏡片，其包括一列至少兩傳導平板，每一 子減速3 口，在該平板上的電壓分別減少值，以將該等電 中t申請專利範圍第106或111項所述之離子源，其 點^籬早I的光束減速階段在接近加長開口的中段長度的 點的離1^中，經過該電子光束通過。
    第109頁 1057-3587-pf3.ptc 521295 月 ^號 89126562 六、申請專利範圍 116·如申請專利範圍第97、98、99、104、1〇6、 107、1〇8或111項所述之離子源，其中提供兩個獨立可移 動的蒸發器，每一以與該離子化室連通的方式設置，當被 充填或作用時，使一個不作動，且另一個操作，或在不維 持該離子源的狀況下，使兩不同的材料被汽化，或使相同 的材料的額外量出現，以使延長的佈植運轉。 I 1 7. —種離子佈植系統，其包括離子佈植機，其設計 用以佔據一般$又计容積的現有第一離子源，以及基於排列 的電子搶设置的第二離子源，以經由該離子源的離子化室 投射電子光束，其中該第一離子源被移除並且該第二離子 =被可操作地安裝在該第一離子源原來佔據的設計容積 II 8 ·如申請專利範圍第11 7項所述之離子佈植系統， 其中該電子光束搶為一加長的形式，其主要方向大致被排 2為與離子光束從該離子化室抽出的方向平行，以及排列 電子、見使4電子光束轉向至橫方向，以通過該離子化 容積。 119·如申請專利範圍第117項所述之離子佈植系統， = i搶具有一陰極，其尺寸比通過該離子化室的電 用小’且包括電子光學’其依序包括排列 〃電子光束進入該離子化室前將其擴大的光學。 豆中辞蓉ΐ申請專利範圍第119項所述之離子佈植系統， ^ h子光學設有變焦控制，以可控制電子能量的變 化。 —子佈植方法’包括翻新改進非Bernas形式 HU 1057-3587-pf3.ptc 第110頁 521295 年 修正 曰 j號89126娜 六、申請專利範圍 電向光束門的寬廣電子光束進入設計用以 由可建槿二f漿離子源的離子佈植機的現存設備中，且夢 介經由代替電弧電聚1咖離子源的操二 控制非Bernas形式離子源。 盆中制ΐ，請專利範圍第121項所述之離子佈植方法， 極2 =係用以形成半導體元件，特別是在淺源極/汲 = <長，以及在CMOS製造中的矽閘門的摻雜。 模切你:種離子源’基於由電子光束的離子化且以雙重 、式知作構成，在正電位下與 走極你沾办尤來門構造共線的電子光 換成^ ^見廣光束模式和反射模式，其中該光束門被轉 換成排斥器（對陰極）。 +』饭锝 124.如申請專利範圍第123項所述之離子源，具有產 來限定該電子光束的磁場的磁鐵。 、人細如申請專利範圍第123項所述之離子源，設置以 化室的牆壁，以在升高的溫度分解的氯化物的 nk 1 26· 一種在目標基板中佈植銻離子的方法，包括汽化 攸由S^〇5、SbBrg或SbCl3構成的群組中選出的含銻固體， 3蒸氣離子A，以產生録離子光束且在該基板中佈植該 光束。 1 2 7. —種在目標基板中佈植砷離子的方法，包括汽化 包括As〇3的固體，將該蒸氣離子化，以產生砷離子光束且 在β亥基板中佈植該光束。 1 28· —種在目標基板中佈植銦離子的方法，包括汽化 包括In2(S〇4)3XH2〇的固體，將該蒸氣離子化，以產生銦離
    III nu iVP l_W_IWL· ________________ ' - - 521295 案號 89126562
    六、申請專利範圍 子光束且在該基板中佈植該光束。 1 2 9 · —種在目標基板中佈植磷離子的方法，勺 … 包括P2 Os的固體，將該蒸氣離子化，以產生磷離i括^化 在該基板中佈植該光束。 13 0· 種在目標基板中佈植銦離子的方法，包括、、气4 包括氫氧化銦的固體，將該蒸氣離子化，以產生 ^ b 束且在該基板中佈植該光束。 離子光
    1057-3587-pf3.ptc
    第112頁
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