TWI326102B - Method and apparatus for extending equipment uptime in ion implantation - Google Patents

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1326102 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於產生離子束，其中在離子源中電離一或多 個氣態或蒸發供給材料。本發明亦係關於用以在離子源中 進行操作以產生離子束，用於半導體基板與平面板顯示器 所需基板之離子佈植的方法及裝置。特定言之s本發明係 關於產生離子束的系統之產生時間（即「可用時間」）的延 長。 【先前技術】 採用從離子源擷取的離子而產生離子束。離子源通常使 用連接至南電壓電源供應的電離室。電離室係與以下電離 能量源相關聯：例如電弧放電、自電子發射陰極的高能電 子，或射頻或微波天線。將所需離子種類源引入電離室作 為以氣態或蒸發形式的供給材料’其中將該種類源曝露於 電：能量。根據離子放電，透過擷取孔隙從電離室擷取所 獲得的離子。㈣取電極處於電離室的外面、錢取孔隙 對：：以及低於電離室之電壓的電壓。電極汲出離子，其 通常形成為離子束。取決於所需使用，離子束可加以質量 :析以建亡質量與能量純度，得到加速、聚焦以及經歷掃 田力。接著將離子束傳送至其使用點，例如至處理室中。 :為離子束的準確能量品質之結果，其離子可在所需深度 *月況下採用高精度加以佈植於半導體基板中。 " 可以受到以下因素的嚴重影響：離子 系統之表面（尤其係、影響電離、離子插取與加速之 98257.doc 1326102 表面）上的供給材料或其分解產物之凝結與沈積。 離子伸植程序 一將摻雜物元素引人半導體晶圓之傳統廣泛係藉由將受控 高能離子束引入離子佈植。此會將所需雜質種類引入半導 體基板之材料，以形成具有所需深度的摻雜（或「雜質」） 區域。選擇雜質元素選擇成與半導體材.料焊接，以建立電 氣載體，從而改變半導體材料之導電性。電氣載體可以為 電子(由N型摻雜物所產生)或由p型摻雜物所產生的「電 洞」（即沒有電子卜如此引入的摻雜物雜質之凝結可決定 摻雜區域之導電性。必須建立許多N型與p型雜質區域以形 成電晶體結構、隔離結構與其他此類電子結構，其共 為半導體元件。 ' 為了產生離子束用於離子佈植，選擇氣體或蒸氣供給材 料以包含所需穆雜物元素。將氣體或蒸氣引入真空高電壓 電離室’同時引入能量對其進行電離。此可建立離子，其 包含推雜元素（例如在石夕中，元素As、P與Sb為施主或_ 按雜物，而細為受體㈣接雜物)。藉由掏取電極而 提供加速電場，以從電離室榻 子，從而建立所需離子束1需要正電的離 ^ 田*要回純度時，透過質詈公 析而傳送離子束爽搜' 所瞭解。最終將離子束傳逆泛處理〜+ 項技術者 中。 束傳达至處理至以佈植於半導體基板 將類似技術用以塑4從λ i l 示器(韻… 驅動器電路之平面板顯 .顯不器所普遍使用的薄膜電晶體進行操 98257.doc 1326102 作在此情況下基板為半導體層所施加的透明面板，例如 坡螭。用於製造FPD的離子源通常在實體上較大，以建立 (例如）含硼、磷與砷材料之大面積離子束，其係引導至包 3要佈植的基板之處理室中。大多數!7?1)佈植器在其到達 基板之前並不對離子束進行質量分析。 離子污染 一般而言，N型摻雜物（例如卩或人幻之離子束不應包含p 型摻雜離子之任何重要部分，而p型摻雜物（例如3或1〇)之 離子束不應包含N型掺雜離子之任何重要部分。此類狀況 係稱為「交又污染」，而且不合需要。交又污染可以出現 在源供給材料累積於離子源中時，接著改變源供給材料， 例如在首先運行元素磷供給材料以產生Nsp+離子束時， 接著切換至BF3氣體以產生p型Bf2+離子束。 嚴重的污染效應出現在供給材料累積於離子源内，因此 其與離子源之成功操作相干擾。此類狀況總是要求移除用 、/月洗或取代的離子源與掏取電極，從而導致整個離子佈 植系統的延長「停止」時間，及隨後的產量損失。 「許多用於元件晶圓製造所需的離子佈植之離子源為 「熱」離子源，也就是說，其藉由維持電弧放電及產生密 集電漿而進行操作；此類「熱」離子源之電離室可達到 800oC或更高的择作 輙作/m度從而在許多情況下實質上減小 固體沈積物的累積。士冰 & 檟此外在此類離子源中使用bf3以產 t進 乂地減小沈積物，因為在產生bf3電 榮中會產生报多的氟量；氟可㈣離子源之^，特定言 98257.doc 1326102 之’可透過氣態BF3之化學產生而恢復沈積的棚。然而在 其他供給材料情況下，已在熱離子源中形成有害沈積物。 範例包含録（Sb)金屬，與固體銦（Ιη)，其離子係用以摻雜 矽基板。 冷離子源’例如採用浸沒式RF天線來激發源電漿的rF 桶型離子源（例如參見Leung等人提出的美國專利第 6,094,012號，其係以引用的方式併入本文中）係用於以下 應用.其中離子源之設計包含必須保持在低於其居裏溫度 的永久磁體，或將離子源設計成採用若曝露於熱表面則會 毀壞的熱敏供給材料，或其中該等狀況之兩者皆存在。冷 離子源比熱離子源更易遭受供給材料之沈積。將鹵化供給 材料用以產生摻雜物可能會有助於將沈積減小至某程度， 然而在某引起情況下，較佳在齒化化合物上採用非鹵素供 給材料，例如氫化物。對於非鹵素應用而言，採用離子源 供給材料，例如氣態ΙΗ6、^^與pH3。在某些情況下， 採用以蒸發形式的元素^與卩。冷離子源中的該等氣體與 瘵氣之使用已導致重要的材料沈積，而且需要有時頻繁地 移除並清理離子源。如今將採用B#6與PH;的冷離子源共 同用於FPD佈植工具。該等離子源遭受交又污染（在N型摻 雜物與P型摻雜物之間），並且還由於沈積物的存在而遭受 粒子：成。當傳送至基板時，粒子會對產量產生消極影 響。交又污染效應已在歷史上迫使FpD製造者採用專用離 子佈植器’一個用於N型離子，而另一個用於p型離子，其 已嚴重地影響所有權的成本。 ’、 98257.doc 硼氫化物 硼氫化物材料’例如Βι〇Ηι4(十硼烷)與〜Ay十八硼 烧）已吸51作為離子佈植源材料的興趣。在正確的條件 下，該等材料會形成離子Βι〇Ηχ+、BiqHx.、Βι8Ηχ+與 18 X ®正在進行佈植時，該等離子致動很淺的高劑量 P型二植物’用Μ娜製造中的接合形成。因為該等材料 在至皿下為ID II ’所以其必須加以蒸發並且將蒸氣引入 離子源以進行電離。其為低溫材料（例如十缝在HHTC情 況下會熔化，並且在室溫情況下有接近〇 2托的蒸氣壓 力’另外十爛貌在超過35代的情況下會解離），因此必須 用於冷離子源。其為易碎分子，該等分子在（例如）熱電聚 源中容易解離。 硼氫化物之污染問題 硼氫化物（例如十侧院與十八蝴院），在用以產生離子束 τ由於其傾向於在離子源内冑易地解離而呈現嚴重的沈積 ’題Bernas型電弧放電離子源申以及此外電子撞擊 (「軟―」）電離源中的該等材料之使用，已證實含爛沈積物 曰以實質速率而累積在離子源内。實際上，引人離子源中 的蝴氫化物蒸氣之至多—半可保留在離子源中作為解離凝 材料最終而s，根據離子源的設計，凝結材料之聚集 會與離子源的操作相干擾，而且必須移除並清洗離子源。 當採用該等材料時，操取電極之污染也已成為問題。直 接離子束撞擊與凝結蒸氣皆可形成使離子束形成光學元件 之插作劣化的層，因為該等含侧層顯現為具有電性絕緣 98257.doc 1326102 性。一旦沈積紐絕緣層，料會累積電荷並在擊穿後建 立真二放電，或所謂的「失靈」。此類不穩定性會影響離 子束的準確品質’並可以促進污染粒子的產生。 【發明内容】 本發明之-目的係提供—種用以產生離子束的方法及裝 置，其增加使用壽命並減小儀器停止時間。 本發明之特徵在㈣於離子源及_聯的擷取電極與離 子束產生系統之類似組件的原地清洗程序及裝置，其週期 性地化學移除沈積物’⑯而增加使用壽命與性能，而無需 拆卸系統。 本發明之特徵亦在於主動加熱離子擷取電極，直係由可 減小放電之頻率及出現的材料所組成，此材料較佳為金 屬。 另-特徵在於通常將操取電極加熱至離子源之供給材料 的凝結溫度以上，在較佳情泥下，該電極係由金屬組成， 較佳為紹或钥。 本發明之特徵^在於可改進離子之產生與利用的步驟及 結構特徵。此會減小離子源中之供給材料的所需濃度，並 且採用相關方式，可減小離子束產生系統之表面上的有害 沈積物之累積的速率。 本發明之該等及其他創新可包含以下特徵之—❹個： 提供反應氣體之供應並將其弓丨人離子源，而且透過曝露 於來自該供應的反應產物（例如原子或分子氟。），原地 清洗離子源；將原子氟或分子I自遠端f聚源注入離子 98257.doc • 11， 1326102 ::透過曝露於自遠端供應流動的氣態cif3而清洗離子 氣體；由铭製造離子源;置之反應組件與反應 正面無尖銳或⑽形體;_ =取電極;摘取電極之 對擷取電極之板主動進行 對擷取電極之板主動進行加熱；掏取電 ：： :或電阻性;在其他情形下對權取電極之板主動= 另一特徵在於將前述之特科伯田—人 义特徵使用在適合於形成「簇」離 子束或「分子」離子束的裝置中，而兮雜2 土 肀而s亥雖子束係由特別易 受熱離解與沈積影響之供給材料所形成。 雖然大多數離子佈植專家贊同採用硼氫化物來形成 「竊」離子束（例如51也+與^)，對於淺接合形成而 言很有吸引力，但是用以電離並傳送該等較大分子的構件 已呈現出問題。例如’纟國專利第6,288,4〇3號與6,452,338 號說明已成功產生十硼烷離子東的離子源。然而，與用於 離子佈植的其他商用離子源相比，此類十㈣離子源已發 現展現出尤其短的使用壽命。此較短使用壽命已主要係由 於離子源内含侧沈積物的累積，以絲子棟取電極上的絕 緣塗層之沈積，其已導致需要佈植器停止及維護的離子束 不穩定性。 依據另特徵，知供構件來貫質上減小删氩化物離子源 中及離子擷取電極上的此類沈積物之沈積’並且提供構件 來清理該等組件上的沈積物，而無需從離子佈植器中（即 原地）移除該等沈積物。本發明致動半導體制中具有較長 98257.doc • 12- 1326102 使用哥命之棚虱化物蔡離子束之商用β 本發明之一特定癌樣係用以產生—離子束的一系統，該 系統包括：一離子源，其與一擷取電極及一反應氣體清洗 系統組合，該離子源包括連接至高電壓電源供應的一電離 室並具有用於氣悲或瘵發供給材料的入口；一可通電電離 糸統，其周電離該電離室及與一真空外殼進行流通之擷取 孔隙内的供給材料，該真空外殼係由真空幫浦系統抽空； 該擷取電極係置放於電離室外面的真空外殼中、與電離室 之擷取孔隙對準、以及適於維持在低於電離室之電壓的一 電壓，以透過孔隙從電離室内擷取離子，該反應氣體清洗 系統可在使電離室與電離系統斷電時操作，以透過電離室 並透過離子擷取孔隙提供反應氣體流，來與離子產生系統 之表面之至、某些上的沈積物反應並移除該等沈積物。 本發明之較佳具體實施例具有以下特徵之一或多個。 將系統被建構成用於在半導體晶圓中佈植離子，電離室 具有小於約iOOm!的容積，及小約 200 cm2的内部表面積。 將系統被建構成採用小於約2公升/分鐘（SLM)的流量， 產生進入電離室的反應氣體流。 將擷取電極被建構成產生適合於傳送至利用點的加速離 子束。 將擷取電極定位在從擷取孔隙移動至真空幫浦系統的反 應氣體之路徑内，以便由反應氣體清理擷取電極。 擷取電極係與加熱器相關聯，以在由產生於電離室中的 操取電極進行操取時將電極維持在高溫，例如在固體獲得 98257.doc 1326102 的熱敏洛氣之凝結溫度以上、在解離溫度以下 例如在電極係由熱敏材 榻取電極係與冷卻元件相關聯， 料形成並用於熱離子源的情況下。 擷取電極具有光滑、無特徵之外觀。 反應氣體清洗包括-電漿室，該電漿室係、配置成接收能 夠由電漿所解離的供給氣體’以透過電漿室出口而產生反 應氣體流；以及-導管，其用以傳送反應氣體至電離室。 將電漿室被建構並配置成接收並解離能夠解離成原子氟 的化合物，例如nf3、（：3卩8或CF4。 將反應氣體清㈣統被建構並配置成共享與離子源相關 聯的服務設施。 將該系統被建構成透過質量分析器而引導離子束，其中 將反應氣體清洗系統被建構並g己置成共享與f量分析器相 關聯的服務設施。 反應氣體清洗系統包括自加壓反應氣體（例如C1F3)之容 器的導管。 該系統係與端點偵測系統組合中，該端點偵測系統係適 於至少協助偵測具有用以產生離子束的系統之表面上的污 染之反應氣體之反應的實質完成。 端點偵測系統包括分析系統，用於分析在反應氣體清洗 系統之操作期間分析已曝露於表面的氣體之化學組成。 將溫度僧測器配置成偵測具有系統之表面上的污染之反 應氣體之玫熱反應的實質終止。 可通電電離系統包含電離室内或與電離室流通的一組 98257.doc 1326102 件’其易受反應氣體的損害， 件與流經系統的反應氣體。 用以屏蔽該組件的構件包括 體（例如氬氣）流的配置。 並且將構件提供成屏蔽該組 用以產生穿過組件之惰性氣 其對反應氣體具 用以屏蔽一組件的構件包括屏蔽部件 有不能浸透性= 將該系統被建構成採用反應 操作，並且擷取電極及相關聯 (Al2〇3)。 南素氣體作為反應氣體進行 的零件包括鋁（A1)或氧化鋁 將離子源被建構成在電離室内經由電弧放電、㈣、微 波場或電子束而產生離子。 :系統係與可凝結固體供給材料之蒸發器相關聯，該蒸 發器用以產生供給蒸氣給電離室。 將離子源被建構成蒸發能夠產生鎮或分子離子的供給材 料，並且將電離系統被建構成電離材科以形成用 簇或分子離子。 们

系統之真空外殼係與抽氣系統_聯，該抽氣系統包括 繼生向真空的一高真空幫浦，及能夠產生真空的—持 壓幫浦’該高真空幫浦可在離子源之操作期間操作，並且 能夠在反應氣體清洗系統之操作期間與真空外殼隔離，令 持壓幫浦可在反應氣體清洗系統之操作期間操作。 X ，該系統係與離子佈植裝置相關聯，將該裝置被建構成傳 运真空室内㈣取電極佈植台之後的離子。在較佳具體實 施例中，包含-隨m以在反錢體清㈣'統之操 98257.doc -15- 1326102 作時期將佈植台與電離室與擷取電極隔離。 將離子源被建構並適於產生摻雜離子用於半導體處理， 亚且將反應氣體清洗系統適於遞送氟F離子或氣C1離子至 電離室或擷取電極，以清洗表面的沈積物。 將離子源適於受溫度控制至一給定溫度。 將離子源適於產生含娜子束s在較佳具體實施例令， 藉由供給蒸發硼氫化物材料於離子源（尤其係十硼烷、 IoHm或十八硼烷、BuH22)中而產生含硼離子束. 將離子源適於產生含砷離子束。 將離子源適於產生含磷離子束。 離子源之電離室包括鋁。 離子源或擷取電極之電離室包括能對鹵素氣體（例如氟 F)所造成的腐敍具有抵抗性之材料。 本發明之另一特定態樣為採用上述說明或與離子佈植器 相關聯的離子源之任一項之系統進行原地清洗的方法，其 中反應鹵素氣體m離子源，而且離子源係斷電並且在 真空條件下。 此態樣之具體實施例具有以下特徵之一或多個。 反應齒素氣體為氟F。 反應鹵素氣體為氣C1。 從遠端電漿源將氟氣體引入離子源。 藉由NF3電漿在遠端電漿源中產生氟氣體。 藉由C3FS或eh電漿在遠端電漿源中產生氟氣體。 反應鹵素氣體為C1F3。 98257.doc -16 - 1326102 在離子源已電離十硼烷Βι〇Η丨4之後，進行清洗程序以 除沈積物。 移 在離子源已電離十人職B18H22之後，進行清洗程序以 移除沈積物。 在離子源已電離含砷化合物（例如三氫化砷AsH3或元素 砷As)之後，進行清洗程序以移除沈積物。 在離子源已電離含磷化合物（例如元素磷P或三氫化磷 PH3)之後，進行清洗程序以移除沈積物。 在離子源已電離含銻化合物（例如三甲基銻讥⑴札）〗或五 氟化銻SbF5)之後，進行清洗程序以移除沈積物。 在更換離子源供給材料之間於離子佈植器對離子源原地 進行清洗程序，以便佈植不同的離子種類。 本發明之另一特定態樣係離子佈植系統，其具有離子源 與用以從該離子源擷取離子的擷取電極，其中該擷取電極 包含加熱器，其係被建構成將電極維持在高溫，其足以實 質上減小得到電離的氣體或蒸氣與從中產生之產物在電極 上的凝結。 此.¾樣之具體實施例具有以下特徵之一或多個。 電極包括紹。 電極包括銷。 電極係由輻射加熱器所加熱。 電極係由電阻加熱器所加熱。 將電極之溫度控制在所需溫度，在具體實施例中該溫度 係在150°C與25(TC之間。 98257.doc •17· ^26102 藉由曝露於反應含齒素氣體，原地週期性地清理電極。 本發明之另一態樣係原地清洗所說明的系統之任一個之 離子擁取電極，或與離子佈植器相關聯的離子搁取電極， 其中使反應齒素氣體在離子擷取電極上流動，而電極係於 真空條件下在原地。 此態樣之具體實施例具有以下特徵之一或多個。 反應鹵素氣體為氟F或氣C1。 從遠端電漿源將氟氣體引入真空外殼，擷取電極即滯留 於該真空外殼中。 藉由NF3電漿在遠端電漿源中產生氟氣體。 藉由qF8或CF4電漿在遠端電漿源中產生氟氣體。 反應氣體為C1F3 在離子源已電離十硼烷心〇1114之後，進行清洗程序以移 除沈積物。 在離子源已電離十八硼烷BlsH22之後，進行清洗程序以 移除沈積物。 在離子源已電離含砷化合物（例如三氫化砷AsHs或元素 砷As)之後’進行清洗程序以移除沈積物。 在離子源已電離含磷化合物（例如元素磷p或三氫化磷 PH3)之後，進行清洗程序以移除沈積物。 在更換離子源供給材料之間進行清洗程序，以便佈植不 同離子種類。 具有原地蝕刻清洗的離子源 依據較佳具體實施例，原地化學清洗裎序利用原子f氣 98257.doc • 18， 1326102 體來有效地從離子源及從離子擷取電極清洗沈積物，而離 子源及擷取電極保持安裝於離子束產生系統中。在較佳具 體實施例中’使用具有冷卻室壁的電子撞擊離子源。較佳 的係，由鋁或由含鋁的錯合物而製造電離室及源區塊，從 而致動氟化铭得以建立在鋁表面上以作為鈍化層，其可防 止由受到F的進一步化學腐蝕。 此特徵之一項具體實施例採用與離子源之入口直接耦合 的遠端反應氣體源之出口。 在較佳具體實施例中’反應氣體源為電漿源，其將蝕刻 · 供給氣體（例如nf3或c3F8)引入補充電離室。藉由將電聚維 持在補充電離室中，可產生反應氣體（例如FstF2)，並且將 該等氣體引入主要離子源，從而對沈積的材料進行化學腐 敍。氣相中釋放的副產物係透過電離室之擷取孔隙而汲 取，並由安裝的真空系統抽走，從而清洗電離室。 沈積型式 一般所觀察的物理原理為：當二個物件互動時，可以存 在-個以上的結果4外，可以指定機率或可能性給各結 果’以便當考量所有可能的結果時，其個別機率之和為 1〇〇广。在原子與分子物理中，此類可能的結果有時係稱 為通道」，而與各互動通道相關聯的機率係稱為「斷 面」。更準確地說，根本彼此互動的二種粒子（例如電子與 ^體刀子）之可旎性係稱為「總斷面」，而某類型互動（例如 =、下所表示的互動：藉由將本身附於氣體分子從而形 成負離子的電子，或藉由從氣體分子中移除電子從而形成 98257.doc •19· 1326102 正離子，或藉由將分子解離成片段’或藉由從分子中進行 彈性散射而無分子之化學變化）的可能性為「部分斷面」。 上事件狀態可由數學關係表示，該數學關係將總斷面 表達為其i部分斷面之總和： ⑴ στ=σ,+σ2+σ:+.··σί，或 (2) στ=σ;. 用於離子佈植㈣離子源通常顯示出適度的離子部分。 也就說，電離供給於離子源的氣體或蒸氣之僅一小部分 (從百刀之幾至百分之幾十）。其餘氣體或蒸氣通常將離子 源留在氣相中，在其原始狀態中或在某另—中性狀態中。 也就是說，電離斷面比總斷面小甚多H某些氣體成 分可保留在離子源中作為沈積的材料，雖然此趨向於為用 於通常使用之佈植供給材料的總和之較小的百分比。與氣 態供給材料的正常產生沈積物㈣，由加熱而蒸發的供給 材料（如元素As或Ρ)更能輕易地產生沈積物，但是若離子 源之土的’皿度间於在瘵發器處時，則加熱的蒸氣趨向於保 留在氣相中，而且不會引起嚴重的沈積風險。然而，當採 用（例如）氣態BF3供給氣體而產生蝴離子束，以及採用化與 Sb而產生離子束時，仍有顯著的有害沈積物。 此外一般而言，凝結材料之沈積物確實隨時間出現於離 子產生系，统之某#•其他組件上，&而在拆卸&清洗之前影 響其操作壽命。 此外在爛氫化物的情況下，表示所有與電離媒體（即離 子源中的電子）的互動之總斷面顯現為較大，電離斷面較 98257.doc 1326102 小，而且迄今最大斷面表示用以將硼氫化物分子解離成非 揮發性片段的通道，該等片段接著保持在離子源之表面 上。該等片段之沈積的問題受到在減小供給材料之熱分解 的努力中電離室壁之冷卻的不利影響。總言之，顯現出自 離子源中的含硼片段之硼氫化物的沈積為基本現象，其將 在任一類型之作用於此材料的離子源中得到觀察，而且對 該問題的解決辦比較廣泛，此對於半導體製造者而言具有 關鍵利益。 適合於领氫化物的電子撞擊離子源。 尤其適合於硼氫化物的離子源為電子撞擊離子源，其完 全受溫度控制（參見美國專利第6,452,338號與第6,686,595 號，此外還有國際申請案第PCT/us〇3/2〇197號其分別係 以引用的方式併入本文中），還參見圖7。除撞擊電弧放電 電毁以建立離子以外，離子源藉由以一或多個聚焦電子束 之形式而注射的高能電子，採用處理氣體之「軟」電子撞 擊電離。λ「軟」電離處理可保存該等較大分子，以便形 成電離鎮。如圖7所示，在蒸發器中加熱固體侧氯化物材 料，並且蒸氣流經蒸氣導管至金屬室，即電離室。定位在 電離室外面的電子搶遞送高電流高能電子流於電離室中， 將此電子流引導成粗略地平行並鄰近於電離室前面的延長 槽。藉由離子擷取電極從此槽中擷取離子，從而形成高能 離子束。在將昇華硼氫化物蒸氣傳送至電離室期間，將所 有表面保持在高於蒸發器溫度（但是適當地低於解離溫 度)，以防止蒸氣的凝結。許多小時的測試已確認當實施 98257.doc 1326102 滷咖度控制’洛氣供給與閥之表面實際上會保持清 潔。 在清洗之間採用十硼烷而延長離子源壽命。 乂里化方式研九瘵氣流量對離子源壽命（維護間隔）的影 響。於給定蒸氣流量在受控條件下採用十職供給材料而 繼續地運行電子撞擊離子源s直至決^材料之聚集引起十 硼烷離子束電流的顯著減小。測試過五個不同的流量，其 範圍從約0.40 sccm至約h2 s“me此導致質量分析脫碳删 =子束電流（Β1〇Ηχ+)，其範圍從約15〇 ^八至了⑼“A。應注 意用於離子佈植之離子源巾的典型供給氣體流量範圍係從 1至3 SCCm，因此將此測試範圍視為「低」流量範圍。 圖5概述該等壽命測試之結果。建議較簡單的型式，即 雙曲線函數。此並不意外，若假定零蒸氣流量，則原則上 離子源壽命將發散；而若假定很高的蒸氣流量，則離子源 壽命將漸近地減小為零。因此，可以將型式表達為： (3)(流量）χ(流動時間）=常數。 等式（3)簡單地陳述壽命（即流動持續時間）係與流量成反 比’常數為沈積的材料之數量。若等式（3)係精確的則沈 積的材料之部分係取決於材料的流量，其係與說明用於解 離及隨後沈積的固定斷面之型式一致。該等資料顯示出： 採用具有約0.5 seem十硼烷蒸氣流量之電子撞擊源，可以 將專用十硼烷操作維持達超過100小時。雖然此在許多2 況下可以接受，但是在商用半導體製造設施中，需要適2 超過200小時的離子源壽命。當將離子源與本發明之新: 98257.doc •22· 1326102 原地清洗程序結合使用時，可大幅延長離子源壽命。 原地離子源化學清洗之某些特徵之優點 採用補充離子源來產生反應氣體用於離子源之原地清洗 具有若干重要優點。此類電漿源已開發用於從處理排氣系 統（例如由先進能量公司所提供的Litmus 1501)移除排出物 之應用’並且用以清洗較大CVD處理室（例如mks Astron 反應氣體產生器）’但是對於發明者的認知而言，先前並 未認識到：遠端反應氣體產生器可有用地施加於清洗用以 產生離子束的離子源與擷取電極之電離室。遠端反應氣體 產生器（例如MKS Astron)已用以清洗處理室（即相對較大的 真空室，其中處理半導體晶圓），採用供給氣體之高流量 (方干公升/分鐘（SLM))的應用，與施加於電漿源的高RF 功率（約6 kW) 〇本發明之系統可將更適度的供給氣體速 率（例如小於約0.5 SLM的Nh)，及更小的！^功率（小於約 2.5 kW)用於清洗極小容積的離子源之電離室（用於半導體 晶圓之佈植器的電離室之容積通常小於約100 ml，例如僅 約75 ml ’表面積小於約200 cm2，例如約為100 cm2)。進 入電離室的反應氣體流係小於約2公升/分鐘》 對採用外部離子源來產生電漿副產物以將其引入系統之 主要離子源可能會感到陌生，為何不僅將（例如NF3)氣體 直接引入主要離子源以直接建立該離子源内的電漿副產 物.原因似乎不明顯。為了在離子佈植系統之可用時間 (產生週期）的—小部分期間，達到遠遠超過自供給氣體的 沈積速率^^ ，± + d速率，頃發現反應氣體必須在相對很高流 98257.doc 1326102 量情:兄下加以產生並引入較小的電離室中，例如流量類似 於102至1〇3 SCCm，此與用於丨至3 sccm之範圍内的離子佈 植之主要離子狀典型供給流量形成對比；此類高流量將 提高主要離子源之電離室内的壓力，至遠遠超過將其設計 成操作用於離子佈植的M力。此外1高密度阳電浆維 持在主要離子源内會將敏感組件（例如熱鎢絲峰刻掉。此 係因為齒素氣體採用隨溫度而指數式增加的高速率對難熔

金層進行钱刻。（例如，Rosner等人提議用於鶴基板之㈣ 刻的型式： ⑷速率（微米/分鐘）=2.92x1(T14i^Nf e 其令MW原子中的敗之濃率，而τ為基板溫度，其 單位係克耳文溫度）。 因為事實上所有用於離子佈植的離子源均 並且因為在許多情況下離子源室也係由難炫金屬;例：Μ( 與W’或石墨（其會受到F的侵略式腐钱））製造，所㈣等

離子源將在高溫操作條件下迅速地失效，從而使㈣^ 程序不能用。 在目前較佳具體實施例中，引起原子氟在⑽似爪或更 多的流量情況下進入已斷電主要離子源之冷電離室中，而 且進入電離室的總氣體流量為或5一更多。在相同停 件下’電離室内的氣體壓力為約0.5托，而佈植 二 源外殼㈣壓力為^毫托或更多。在錢操作模式中Γ 先於清洗階段，在離子源之真空外殼與佈植器直 間關閉隔㈣，並且對離子源之渦輪分子幫浦進行隔^ 98257.doc •24- 1326102 接耆採用真空系統之高容量低真空幫浦(即通常支持渦輪 甫並將真工系統抽成「低」真空的幫浦）抽吸離子 源之外殼。 「圖5所不的相關蝕刻清洗程序之不同具體實施例利用 「乾蝕刻」氣體，例如CIF3。如先前已觀察到，C1F3分子 會破壞與要清理的沈積表面之接觸，因此釋放原子氟與氯 而無需電漿的產生。雖然CIF3氣體之處理由於其高度反應 性而需要特殊儀器’但是其原則上可將化學清洗程序簡化 至無需輔助反應氣體《源的程度。因為按常規將有毒氣 體供給於用於離子佈植的離子源中，所以已將儀器之很多 部刀被建構成f十「有♦氣體有利」，並且可以直接方式添 加併入CIF3的獨立氣體分配系統。 用於離子佈植的離子源之原地化學清洗的優點包含：a) j需要使用之前將離子源壽命延長至數百，或可能數千小 時；b)減小或消除由種類變化所引起的交又污染，例如當 從♦十八钱離子佈植切換至钟或磷離子佈植，以及從神或 磷料佈植切換至十八硼炫離子佈植時；心)在離子源之 使用壽命期間維持峰值離子源性能。 例如，執行每八小時（即每操作人員之輪班變化一次）以 及在各種類變化之間賴分鐘化學清洗之協定，將對佈植 器之可用時間產生最小的影響 而言是可接受的。 並且對現代半導體制設施 端點偵測 已認識到有利的係在 >月洗程序期間提供端點谓測，以便 98257.doc •25- 1326102 可產生關於清洗程序之功效及需要之持續時間方面的量化 貝訊’並且可確保化學清洗程序之重複能力。圖3顯示差 動幫浦四極質量分析器取樣與清洗程序。藉由監視清洗氣 體產物（例如 F、Cl ' Bf3、Pf3、asF3、A1F3、WF6)的濃 度可調諧並改變清洗程序。或者，可以利用監視程序之 光學構件。透過觀埠，FTIR光學分光計可以監視滯留在佈 植器之離子源之真空外殼中的氣體。在某些情況下，用以 識別化學種類的此非入侵（外地）式構件對於原地監視元件 而S可忐會較佳。或者，通見圖4，可將擷取式FTIR分光 汁與用於端點監視的離子源之真空外殼耦合。用以完成端 點偵測的新穎構件係由在清洗期間監視電離室之溫度組 成。因為化學反應為放熱反應，所以在反應期間釋放能 里，從而提咼電離室溫度。此效應可原則上用以建立何時 應減小反應速率。 新顆離子操取電極 硼氫化物（例如十硼烷與十八硼烷）為熱敏材料◊其在20t 與100 C之間的溫度情況下會蒸發並凝結。因此重要的係 維持在高於蒸發器溫度（但是低於其解離所處的溫度）之溫 度情況下該等材料與之接觸的所有表面，以防止凝結。已 發現當採用此類硼氫化物時，擷取電極之污染為一問題。 直接離子束撞擊與凝結供給蒸氣或其分子解離之產物皆可 以使離子束形成光學元件之操作劣化，因為該等含硼層顯 現為具有電性絕緣性。一旦電性絕緣層得到沈積，其會獲 知T電電荷（「充滿電」），並且在電性擊穿之後建立真空 98257.doc -26- 丄獨102 放電或「失靈」。此類放電會建立離子東電流中的不穩定 性，亚且可以貢獻可能會到達離子束所引導至的處理室之 粒子的建立。在現代半導體製造設施中並不考量值得產生 士有經歷每小時許多失靈的離子束產生系統之離子佈植 益。此外’即使在缺乏此類放電的情況下，因為絕緣塗層 會變仵較厚，所以電極表面上的帶電電荷建立不合需要的 雜散電場，其可導致離子束操縱效應，從而建立離子束損 失，並且可能會不利地影響離子束品質。 新資訊之發現已產生對此問題的有力解決辦法。大多數 佈植器離子類取電極係 '由石墨製造。已看出石墨在此應用 中具有許多優點，包含低材料成本、易於加工、高導電 性、低熱膨脹係數及高溫情況下&良好機制穩定性。缺 而，採用石墨擷取電極，在產生删氫化物之離子束之後觀 察到不穩；t性。懷疑電極之表面已變得具有絕緣性。收集 電極沈積物之樣本，並且由X光螢光光譜學執行化學分 析。研究揭露與發現為具有絕緣性的形式b2C之蝴碳化合 物致的化干汁里法。此外，顯現出離子源附近的金屬表 面，包含離子源之端板（即離子擷取孔隙板），在長時間使 用之後也已沈積絕緣塗層^構想製造紹電極，並且提供轄 射加熱器以將電極板（即抑制電極與接地電極）保持在適當 又控的同層·（參見圖9、11)，該溫度高至足以防止十硼烷與 十八硼烷之凝結。此外’面對離子源的抑制電極係由具有 光滑、無特徵外觀的銘之單—加工件所製造，而且所有緊 固件較位在板的背側。此組態已戲劇性地減小形成絕緣 98257.doc •27· 1326102 塗層之事件中的放電點之數量與激烈，該減小係採用以下 原理：一「點」或尖銳特徵處的電場應力大於光滑表面許 多倍。 擷取電極因此產生、證實優良的性能，並且採用很低的 失靈頻率而可靠地操作達超過100小時（至少為石墨電極的 十倍長）。此大的改進係歸於：i)Al結構（即金屬對石墨）， ii)電極板之主動加熱與溫度控制器，及Hi)光滑的電極表 面。已發現當運行十硼烷時，在2〇(TC情況下操作電極提 供良好的結果，從而在很大程度上減小沈積的材料之數 量° 一般而言，應將擷取電極之溫度保持在供給材料之解 離溫度以下。在十硼烷的情況下，應將溫度保持在35〇它 以下’較佳在15(TC至25(TC的範圍内。對於十八硼烷操作 而言，溫度應不超過160°C，因為在此溫度以上化學變化 會出現在十八棚烧中；當運行十八爛烧時，12〇。匸與15〇。匚 之間的擷取電極溫度可產生良好的結果。 圖11所示的輕射設計證實很好的溫度均勻性。併入電阻 加熱器’尤其係採用圖12所解說的鋁電極，也可以產生良 好的均勻性並導致需要較少維護的更小型設計。 為了構造加熱式操取電極，其他金屬（例如鉬）也將有 用。銷具有難溶之優點’因此其可以經受很高的溫度。其 還具有良好的導熱性。另一方面’鋁為週期表之第11〗欄元 素狀In與B，因此提供在矽中適度污染的優點（其為矽中的 P型摻雜物），而過渡金屬（例如翻）對積體電路中的載體壽 命非常有害。鋁還不易受到鹵素的腐蝕，而過渡金屬（例 98257.doc •28·

I320IUZ 如在目)易於腐巍，士、甘 > ^ 尤其係在高溫情況下。然而鋁的主要缺 ,1¾ * 甘-,, 、· /、亚非南溫材料，而且應在約400°C以下使用。 因該等原因’取決於特定使用，加熱式電極係由選擇的 "’、材料所建構’當與原地蝕刻清洗相關聯而使用時該材 料較佳為鋁或含鋁錯合物。 【實施方式】 新穎離子束產生系统 圖1顯示離子束產生系統。如此範例所示，將其適於產 生離子束以傳送至離子佈植室，從而將其植入半導體晶圓 或平面板顯示器。所顯示的係離子源400、擷取電極405、 真空外设410、電性絕緣材料之電壓隔離套筒々。、真空抽 氣系.，’先420、真空外殼隔離閥425、反應氣體入口 、供 給氣體與蒸氣人π441、蒸氣源445、供給氣體源45〇、反 應氟體源455、離子源高電壓電源供應46〇與獲得的離子束 475。採用411指示離子束傳送外殼。將離子源4〇〇被建構 成提供簇離子與分子離子，例如硼氫化物離子I#/、 Βι〇Ηχ、B1SHX及buhx-，或此外更多的傳統離子束，例 如P As 、B 、In、sb+、Si+及Ge+。離子源4〇〇可以為 (例如）最常用於離子佈植的Bernas型電弧放電離子源，或 採用形成RF場以建立離子之浸沒式RF(射頻）天線的「桶」 型水冷卻離子源、微波離子源或電子撞擊電離源。用於要 電離的氣態供給材料之氣體與蒸氣入口 441係連接至合適 的蒸氣源445，其可緊密接近於氣體與蒸氣入口 441，或可 定位在更遠位置，例如在定位於端子封裝内別處的氣體分 98257.doc •29· 1326102 配箱中。端子封裝為金屬箱（圖中未顯示），其封裝離子束 產生系統。其包含用於離子源的所需要設施，例如幫浦、 電源分配、氣體分配與控制。當將質量分析用於選擇離子 束中的離子種類時’也可將質量分析系統定位在端子封裝 中。 為了擷取適田疋義的能量之離子，藉由高電壓電源供應 460針對榻取電極奶與真空外殼41()，將離子源保持^ 高正電壓（在其中產生帶正電離子束的更通常情況下）。將 擷取電極405置放成接近於電離室之榻取孔隙並與之對 φ 準。其係由以下組成：1纟二個含孔隙的電極板、最接近 於電離至500之-所謂的抑制電極4〇6、與一「接地」電極 4〇7。針對接地電極4〇7將抑制電極4〇6偏壓成帶負電，以 拒絶或抑制不合需要的電極，其係在產生帶正電離子束時 附於正偏壓離子源4〇()。接地電極術、真空外殼41〇、與 端子封裝（圖中未顯示）係全部在所謂的端子電位，其為接 地電位’除非需要將整個端子浮在地面以上，此係針對# 鲁 些佈植系統之情況’例如針對中等電流離子佈植器。擷取 電和05可以為新穎溫度受控金厲設計，如以下所說明。 (右產生可負電離子束，則將離子源保持在具有其他合 適變化的高負電壓’端子封裝通常保持在接地)。 圖1顯不端+電位情況下的反應氣體源455，反應氣體人 . 4 430併入问電壓斷路器43丨，其可由絕緣陶瓷（例如八丨2〇〇 氣1^因為一般可以將用於離子佈植的離子源偏壓達約90 kV 的最大電壓，所以此高電壓斷路器43 1必須避開將90 kV用 98257.doc -30- 1326102 於該應用。如以下將說明，僅在電離源與高電壓斷開（斷 電）的If况才使用清洗系統，以便當真空外殼41〇係在高真 空時’橫跨斷路器431僅存在高電壓，此比較容易滿足高 電壓避開間隙要求。將與真空外殼41〇流通的專用端點偵 測器47G用以在化學清洗期間監視反應氣體產物。 對於適合用於離子佈植系統的離子源（例如以摻雜半導 體晶圓）而言’電離室較小，其具有小於約⑽㈣容積、 具有小於約200⑽2的内部表面冑、並且係被建構成接收 具有小於約200 SLM之流量的反應氣體流，例如原子默或 含反應鼠的化合物。 可以看出圖1之系統致動原地清洗，即無需將離子源從 其在真空外殼中的操作位置移除，並且具有很少的使用中 斷。 圖2與圖1的主要差異在於反 430係在離子源電位。此方法 圖2解說另一具體實施例。 應氣體源455與反應氣體入口 之利益係雙重的：其為更小租丨的 尺J型的配置’並且其使反應氣體 源455及其相關聯的氣體供應可包含在氣體箱+，在離子 源電位的該氣體箱供應氣體及電源給離子源4〇〇，此在商 用離子佈植系統中係典型的。 化學清洗系統 將具有許多類似於圖1之料科沾回， 符徵的圖3之具體實施例構件成 選擇性地產生簇離子與單體離子。盆1 八八有專用氣體入口 435用於通常處於氣態的供給材料，並且透過閥443盘基氣 源445流通，以產生蝴氣化物及其他蒸發供給材料二了 98257.doc 1326102 體之離子佈植元件及方法」，與由H〇rsky提出的美國專利 ， 申請案第1G/183,768號，「電子撞擊離子源」，中請日期為·， 2002年6月26日，兩者皆以引用的方式併入本文中。離子 源10為新穎電子撞擊電離系統之一項具體實施例。圖7為 離子源結構之斷面示意圖，其用以闡明組成離子源1〇的組 件之功能。經由安裝法蘭36使離子源1〇與離子佈植器之抽 空真空室接合。因此如圖7所示，在法籣36右邊的離子源 10之部分係在高真空中（壓力<1χ1〇·4托）。將氣態材料引入 電離室44中，其中由自電子束7〇的電子撞擊對氣體分子進鲁 行電離，該電子束透過電子入口孔隙71進入電離室44，以 便將電子束70與離子擷取孔隙81對準（延長成鄰近於離子 擷取孔隙並與之平行）。因此，將離子建立成鄰近於離子 擷取孔隙8 1，其顯現為離子擷取孔隙板8〇中的一槽。接著 藉由定位在離子擷取孔隙板8〇前面的棟取電極22〇(圖8與 9)，擷取離子並將其形成於高能離子束475中。參見圖7， 經由氣體導管33可將氣體（例如氬、三氩化磷或三氫砷化）鲁 供給於電離室44中。可在蒸發器28中蒸發固體供給材料 29 ’並且可透過離子源組塊35内的蒸氣導管32將蒸氣供給 於電離室44中。通常而言，電離室44'離子擷取孔隙板 80、離子源組塊35(包含蒸氣.導管32)、與蒸發器外殼30全 部係由鋁製造。藉由蒸發器外殼3 〇之閉合迴路溫度控制 - 器’將固體供給材料29保持在均勻溫度。累積碴片容積3 1 的昇華蒸氣50透過導管39並透過節流閥1〇〇與關閥11〇而進 行供給。藉由加熱式壓力計60(較佳為電容壓力計）監視節 98257.doc -36· 1326102 圖8』示面對新穎離子源10的離子擷取電極220之俯視圖 (朝下看）針對在本地接地電位的離子擷取電極220，將離 子源10保持在正電位Va ’即在真空外殼之電位。離子榻取 電極220為簡單的二極體，電極板3〇2為「接地」電極，而 電極板_為抑制電極，其通常係藉由抑制電源供應A而 保持在低於接地電位幾千伏^離子源1G之電離室料與離 子擷取孔隙板80係顯示成面對擷取電極22〇。三塊板8〇、 300、302包含擷取離子9〇所透過的矩形槽或孔隙，圖$解 說「短」或分散方向上的槽輪廓。 新穎加熱電極 在圖14所示的十硼烷壽命測試期間，使用新穎加熱式鋁 電極。圖9顯示絲系統之基本光學設計之俯視圖，其係 在一維槽」孔隙透鏡之分散平面中。在所用的佈植器 中，藉由正高電壓電源供應Va將離子源之電離室49〇保持 在所需離子束功能，如圖8所示。例如’若需要2〇让…離 子束，則VA=20 kV。將離子擷取孔隙板5〇〇與電離室49〇電 性隔離，以便可由從_750 乂至75〇 v的雙極電源供應乂^對 該孔隙板進行偏壓。藉由夾在擷取孔隙板5〇〇與電離室4卯 之間的導熱電性絕緣聚合墊圈而完成隔離。將曝露於蒸氣 的離子源主體之零件（圖7中的離子源組塊35、電離室料與 擷取孔隙板80)維持成彼此良好地熱接觸，以維持源操作 期間的受控溫度錶面。藉由由抑制電極51〇與接地電極 組成的擷取電極540，透過離子擷取孔隙板5〇〇中的孔隙而 擷取產生於電離室490中的離子。離子沿離子束軸53〇傳播 98257.doc •39- 1326102 ί 束。藉由電源供應心偏磨為負幾千伏特的抑制 : 以抑制二次電極，其係由於離子束撞擊產生於 =極上游，從而防止該等高能電子回流至正偏壓的離 接2電離室、離子插取孔隙板鳩、抑制電極別 與接地電極520全部係由鋁製造，並 氺沾主二、η ”有先滑、仔細拋 元的表面以最小化本地電場。 風=離子類取孔隙板500的重要效應係改變圖9之離子光 距、斜之』胃偏壓會增加焦距，而正偏壓會減小隹 距。對於較大偏壓而言，效應可以係 … 日从 丁見貝性的。為了診斷 、，女裝#播線路輪廓曲線儀，將1 的Λ 士 將其疋位在分析器磁體 口处，正好在離子源外殼隔離閥（圖16中的21〇)之下 游。此掃描器記錄分散平面中的離子束電流分配，1可用 以決定如何將離子束適當地聚 '、 2〇 , 名…在刀放千面中》圖9Α顯示 ζυ keV十八硼烷離子束輪廓 术輪廓用於二種不同偏壓狀況： -似V、〇與+3〇〇 νβ零伏特狀況係實質上過聚焦，正電 壓狀況係過聚焦，而負電壓狀 W狀况如適當聚焦。在三個量測 期間將電極位置保持恆定。 斗一 #所預期’適當的聚焦狀況產 生取南的離子束電流。 改變光學焦距並因此調證 先认 刃咕先學糸統以獲得最高離子束電 *丨L的成力，使最少量的供认奸社处2丨 曰+ 供，·。材枓能引入蒸發器。此外，此 具有限制離子產生系統之表 — 不5的要的沈積物之數量 的有利效應，從而延長清洗之間的離子源壽命。 除偏壓擷取孔隙板以聚隹剛十 …剛才5兄明的系統以外，本發明 ^供構件用以移除相對於系統之其他組件的操取電極光 98257.doc 1326102 學元件。圖10顯示安裝於三軸操縱器610上的新穎電極 600，該操縱器允許在由座標系統620所定義的X、Z與Θ方 向上運動。驅動器613控制X運動、驅動器612控制Z運 動，而驅動器611控制Θ運動。操縱器610經由安裝法蘭615 安裝於佈植器真空外殼之側面。 圖11顯示新穎電極頭之輻射式加熱版本之部分分解圖。 所顯示的係抑制電極700、接地電極710、加熱器板720與 輻射加熱器線路730。抑制電極與接地電極係由鋁製造， 加熱器板係由不錄鋼製造，而加熱器線路7 3 0係由鎮鉻耐 熱合金製造。當在200°C情況下操作電極時，功率消義約 為60 W以維持該溫度。根據熱電耦之回讀，採用閉合迴路 PID控制器Omron E5CK而控制加熱器功率。 圖12顯示新穎電極頭之電阻加熱版本之部分分解圖。所 顯示的係抑制電極800、接地電極810與電阻加熱器820。 四個電阻加熱器820適合套筒830，二個電阻加熱器適合各 電極板。套筒830為分離式設計，以便加熱器壓合於套筒 中，從而達到密切接觸。加熱器與電極之間的密切接觸， 對於確保電極的適當加熱以及防止加熱器之過早燃盡而言 比較重要。此外，Omron E5CK或等效物可以根據熱電藉 之回訊而控制電極溫度。 如以上所說明，使該等加熱配置用於擷取電極可維持適 當受控的高溫，該溫度高至足以防止例如由圖7與7A之相 對冷卻操作離子源所產生的十棚烧與十八蝴烧之凝結。由 耐氟材料（例如鋁）製造的擷取電極致動電極之原地清洗， 98257.doc -41 · 1326102 使用Si ’因為藉由F所進行的Si之蝕刻已得到適當地瞭 解，並且純Si材料可用於Si晶圓之形式。此測試需要在清 洗週期之間移除蒸發器。對二個片位置進行了測試：一個 位置具有與反應氣體入口（即蒸氣供給32)的視線關係，而 另一個無視線。蝕刻速率係在圖15中顯示為與NFS流量成 函數關係。在此程序期間，7〇〇 sccm的氬氣流係維持遠端 毁原中同時NF3流直係在從5〇 8(^111至5〇〇 sccm的範圍 文支視線幾何結構顯示飯刻速率中約5之因數的增 加，因此若可均勻地進行㈣，則其為較佳幾何結構。為 此目的，與圖4所示的幾何結構相比，圖3描繪的幾何結構 應提供離子源電離室44之較佳飯刻均句性。測試還指示： 蝕刻敏感組件與氣流彼此屏蔽之位置可有效地提供一定程 度之對該等組件的保護。 為了延長自清洗離子產生系統結構之組件的壽命，選擇 對反應氣體具有抵抗性的材料，並且可以提供敏感組件之 、斤扣示，將銘用於電離室之内部，其中允許電離 動作之恤度’因為！g組件可以經受反應氣體氟。在需要較 W度電離操作的情況下，碳化㈣（AlSiC)合金為用於電 離室之表面或用㈣取電極的良好選擇1於電離室令= 表面之，、他材料為硼化鈦（TiB2)、碳化硼（BW)與碳化矽 對於曝路於虱而不曝露於電離動作的組 組件（例如電極而一 π+人 如電子 參））而s，可由哈司特鎳合金、耐氟不 98257.doc 1326102 選擇與加速的離子束240留下 (或減速）級3 10。如此產生 室330，其中該離子 晶圓3 12。藉由關閉 離子束形成系統208 ’並且係引入處理 束截取旋轉磁碟314上的—或多個元件 隔離閥210，可將離子泝首介。Λ 十/原真空外殼209與佈植器之真空系統 的其餘部分隔離。例如，在雜工.β β ，士 在離子源之原地清洗之前關閉隔 離閥210。 【圖式簡單說明】 圖1 .併入反應氣體清洗的離子束產生系統。 圖2 .併入反應氣體清洗的離子束產生系統之第二具體 貫施例。 圖3 :類似於圖1但併入蒸發器與某氣體分佈元件的離子 束產生系統。 圖4 :類似於圖2但併入蒸發器與某氣體分佈元件的離子 束產生糸統。 圖5 :藉由引入CIF3而併入反應氣體的離子產生系統。 圖6:用於離子佈植器的氣體箱，其包含反應氣體電漿 源、供給蒸氣源 '離子源電子及用於電漿源的設施。 圖6Α :類似於圖6的圖式，其顯示蒸氣流量控制系統。 圖6Β :用於離子束產生系統的示意性閥。 圖7 :電子撞擊離子源》 圖7Α:圖7之一部分的放大圖’其顯示元件之屏蔽。 圖7Β :用於一具體實施例的控制圖。 圖8:離子擷取電極。 圖9:離子擷取電極光學元件。 98257.doc -46- 1326102 圖9A: B18Hx+離子束輪廓。 圖10 :擷取電極與操縱器。 圖11 :電極頭分解圖。 圖1 2 :電極頭之第二具體貫施例。 圖13 : Bl0Hx+離子束電流對十硼烷流量。 圖14 :使用壽命對十棚烧蒸氣流量s 圖15 : Si片之蝕刻速率。 圖16 :離子佈植器。 【主要元件符號說明】 10 離子源 28 蒸發器 29 固體供給材料 30 蒸發器外殼 31 碴片容積 32 蒸氣導管 33 氣體導管 35 離子源組塊 36 安裝法蘭 39 導管 44 電離室 50 昇華蒸氣 60 壓力計 70 電子束 71 電子入口孔隙 98257.doc -47- 1326102 255 熱電耦輸出 270 分解孔隙 300 電極板 302 電極板 310 加速（或減速）級 312 元件晶圓 314 旋轉磁碟 330 處理室 400 離子源 405 擷取電極 406 抑制電極 407 接地電極 410 真空外殼 411 離子束傳送外殼 415 電壓隔離套筒 420 真空抽氣系統 421 高真空幫浦 422 幫浦 425 真空外殼隔離閥 430 反應氣體入口 431 高電壓斷路器 435 氣體入口 440 供給蒸氣 441 供給氣體與蒸氣入口 98257.doc •49- 1326102 443 445 450 455 456 460 465 466 470 475 490 500 504 510 512 520 522 530 540 600 610 611 612 613 闊 蒸氣源 供給氣體源 反應氣體源/遠端電漿源 出σ 離子源高電壓電源 清洗氣體供應 氣體源 端點偵測器 離子束 電離室 電離室 擷取孔隙 抑制電極 環形冷卻線圈 接地電極 環形冷卻線圈 離子束軸 掏取電極 新顆電極 三軸操縱器 驅動器 驅動器 驅動器 98257.doc -50- 1326102 615 安裝法蘭 620 座標糸統 700 抑制電極 710 接地電極 720 加熱器板 730 輻射加熱器線路 800 抑制電極 810 接地電極 820 電阻加熱器 830 套筒 B 氣體箱 RGA 殘餘氣體分析器 S 設施 TD 溫度偵測器 VA 正高電壓電源 Vb 雙極電源 Vs 抑制電源 98257.doc •51 -

Claims (1)

1326102 一— 第093138510號專利申請案 Ρ?Γ〇6 申請專利範圍替換本(99年3月）千月 十、申請專利範圍： ' 1. 一種用於產生一離子束（475或240)之離子產生系統，其 包括用以產生蒸氣材料之固體供給材料之蒸發室（28， 445)、於一真空外殼（41〇或2〇9)内之—離子源（4〇〇或1〇) 及擷取電極（405，220或540)，及一反應氣體清洗系統 (455，430，圖 1-6Β)， 該離子源包括一電離室（5〇〇，490或44)，其係與一高 電壓電源供應連接並且具有用於來自蒸發室之蒸發材料 之一入口（441、440或32); —可通電電離系統，其用以 電離該電離室内的該蒸氣材料；以及一擷取孔隙（5〇4及 81) ’其與該真空外殼（410或209)呈連通，該真空外殼係 由一真空抽氣系統（420)所抽空， 該擷取電極（405，220或540)係置放於該電離室外之該 真空外殼，與該電離室之該擷取孔隙（5〇4或81)對準，並 且適於維持在低於該電離室之電壓的一電壓處，以透過 該孔隙從該電離室内擷取離子而形成離子束， 於離子源操作之間’離子產生系統之表面易受到供給 材料或相關污染物沈積物之累積， 以及可在該離子源釋放能量時，該反應氣體清洗系統 (45 5、43 0)可操作以透過該電離室（5〇〇，490或44)並透 過該離子擷取孔隙（504或81)提供一反應氣體流，從而與 該離子產生系統之至少一些該等表面的沈積物反應並移 除該等沈積物。 2·—種用於產生一離子束（475或24〇)之離子產生系統，其 98257-990326.doc 嗶·务2吾修正替換頁 包括一氣態或蒸氣型態之供給材料源、於一真空外殼 (410或2G9)内之-離子源（彻或1())及—操取電極， 220或540)，及一反應氣體清洗系統， 該離子源包括一電離室（500, 49〇或44)，其係與一高電壓 電源供應連接並且具有用於氣態或蒸氣供給材料之一入 口（441、440或32广一可通電電離系統，其用以電離該電 離室内的該氣態或蒸氣供給材料；以及一擷取孔隙（5〇4 或81)，其與該真空外殼（41〇或209)呈連通，該真空外殼 係由一真空抽氣系統（420)所抽空， s亥摘取電極（405 ’ 220或540)係置放於該電離室外之該 真空外殼，與該電離室之該擷取孔隙（5 〇4或8丨）對準，並 且適於維持在低於該電離室之電壓的一電壓處，以透過 該孔隙從該電離室内擷取離子而形成離子束， 於離子源操作之間’離子產生系統之表面易受到供給 材料或相關污染物的沈積物之累積， 及該反應氣體清洗系統包含一補充反應氣體源 (455，圖卜4，6，6A或6B)，其可操作以分離一氣態供給 化合物以提供反應氣體，當該離子源被釋放能量時，該 產生器可操作以提供一反應氣體流至及穿過該電離室 (500，490或44)以及穿過該離子擷取孔隙（504或81)，從 而與該離子產生系統之至少一些該等表面之沈積物反應 並移除該等沈積物。 3.如請求項1之系統，其係被建構成藉由一反應氣體源 (455)產生該反應清洗氣體流，該反應氣體產生器（455) 98257-990326.doc 9¾ Οδ η 卑为曰修正替換頁I , 〒 产西己置以接枚—氣態供給化合物之補充電聚室，該 ^態供給化合物可於該電漿室内藉由電聚分解以透過〆 出口產生反應清洗氣體流；及一用以由該補充電漿室逑 送該反應氣體至該電離室（500，49〇或44)之一 (430) 〇 如明求項1之系統’其中該藉由該離子源而離子化之來 源材料包含一分子，於離子源操作時，該分子容易製造 出-可於該離子產生系統表面壓縮之材料，且該反應氣 體被選擇以能夠與該可壓、缩材料反應以形成一揮發反應 產物。 如吻求項1之系統，其中該離子源係為一低溫離子源， 該離子源之該能量裝置係建構以產生一用以電子撞擊離 子化之聚焦電子束或係建構以操作一無線電場離子源。 6. 如請求項1之系統，其具有一蒸發器（28，445)，該蒸發 益建構以蒸發一固體硼氫化物來源材料及將該硼氫化物 蒸氣供給至該電離室以供電離。 7. 如請求項6之系統，其中該硼氫化物材料為十硼烷 Βι〇Η丨4 ’以及該反應氣體清洗系統係適用以從該等表面 移除十硼烷之濃縮分解產物。 8. 如請求項6之系統，其中該硼氫化物材料為十八硼燒 B丨8只22，以及該反應氣體清洗系統係適用’以從該等表面 移除十八硼烷之濃縮分解產物。 9. 如請求項1之系統’其令該反應氣體清洗系統包含一補 充反應氣體源（455)，其係被建構以分離一氣態化合物為 98257-990326.doc 1326102 10. 11. 12. 13. 14. 9阜3月2¾修正機頁 原子氟，例如NF3、C3F8或CF4。 如請求項1之系統，其中該反應氣體清洗系統包含一補 充反應氣體源（455) ’其係被建構及配置成與離子源（4〇〇 或10)共享一服務設施（S，圖6A及6B)。 如請求項1之系統，其進一步包含被建構成透過一質量 分析器（230)而引導該被提取離子束之一系統，其中該反 應氣體清洗系統係為一被建構並配置成與該質量分析器 共享一服務設施（S，圖3)之補充反應氣體產生器。 如請求項1之系統，其中該電離室（5〇〇，490或44)係經由 一致能該離子源之隔離套筒（415)而被支撐於一真空外殼 (41 0或209)，以使其於操作中被激勵時，其電壓位準維 持於貫質上與該真空外殼之電壓位準不同，以及該反應 氣體清洗系統係被配置為維持於該離子源之位準，及藉 由該隔離套筒（415)與該電離室通信。 如晴求項1之系統，其中該電離室（500，490或44)係經由 一於操作中用以致能該離子源之隔離套筒（415)而被支撐 於一真空外殼（41〇或209)，以使其電壓位準維持於實質 上與該真空室之電壓位準不同，以及該反應氣體清洗系 統係被配置為維持於該真空外殼之位準，及藉由該外殼 之壁以與該電離室通信，之後藉由一電壓斷路器（431)將 該電展隔離套筒從該電離室（500，490或44)分離。 如叫求項1之系統’其進一步包含一監視系統，其調適 以監視該等表面上反應氣體之清洗動作的至少某些過 程’例如該監視系統包含一端點偵測系統（470，RGA， Ί 98257-990326.doc 1326102 15. 16. 17. 18. 19. 20. %3月2 %修正替換頁 FTIR ’ TD)，其調適以至少協助偵測於該等表面上有污 染物之反應氣體的反應之實質上完成。 θ求項14之系統’其中該監視系統包含一端點偵測系 統，其包含一用於氣體之化學組成之分析系統（例如rga 或FTIR) ’該軋體之化學組成係於該反應氣體清洗之操 作中被暴露於該等表面。 如凊求項14或15之系統，其中該監視系統包含一溫度感 測器(TD) ’其配置以偵測於表面上有污染物之反應氣體 的一放熱反應之進行或終止。 如請求項1之系統，其中該離子源包含位於該電離室或 與該電離室通信之—元件’該元件易受該反應氣體之傷 害，以及提供以保護該元件免受該反應氣體之構件（17, 113，圖 7A)。 如請求項17之系統，其中該構件含一導管（113，圖7A)， 用以產生一穿過易受反應氣體損害的組件之惰性氣體 流’例如氬。 如凊求項1之系統，其中該反應氣體係一 i素，以及該 離子產生系統之該等表面係由對齒素所造成的腐蝕具有 抵抗性之材料所組成，其中係藉由該反應氣體移除該離 子產生系統的表面之沈積物。 如請求項1之系統，其中該反應氣體係一函素，該離子 源係一低溫離子源，且該離子產生系統之該等表面包含 该離子源或該抑制電極（4〇6，300，51〇，7〇0或8〇〇)之一 接近該離子源之暴露部分，其中係藉由反應氣體從其移 98257-990326.doc 1326102 _ ' %3月2 %修正替換頁 除沈積物’該電極係由紹或以料主要成分之對鹵素所 造成的腐蝕具有抵抗性之金屬所組成。 21 θ求項1之系統’其中該離子源係位於與一抽氣系統 (4卵目關聯之―真心卜殼_或期）内姉氣系統包 U句產生问真空的一高真空幫浦㈠2”與能夠產生低真 工的持壓幫浦（422)，該高真空繁浦（421)可在該離子 源（4〇〇或1G)之操作期間操作，並且能夠在該反應氣體清 洗系、、·先之操作期間與該真空外殼隔離，該持壓幫浦（422) 可在β亥反應氣體清洗系統之操作期間操作以移除揮發反 應產物。 22. 如凊求項1之系統，其中該擷取電極（4〇5，22〇或⑽）與 ’、’、器（720，73 0，820)相關，該加熱器被調適以於離 子擷取中維持該擷取電極於一高溫，其係高於脫離該離 子源之氣體或蒸氣的凝結溫度以上。 23. 離子植入系，统’其具有一離子源（4〇〇或⑼及—用於將 該等離子由該離子源擷取之擷取電極（405，220或540), 其中該操取電極（405，220或540)與一加熱器（72〇，73〇 或820)相關，該加熱器被調適以於離子擷取中維持該擷 取電極於同溫，其係高於脫離該離子源之氣體或蒸氣 的凝結溫度以上。 24. 如請求項23之系統，其中該擷取電極包含鋁。 25 _如#求項21或22之系統，其中該擷取電極包含鉬。 26.如咐求項21之系統，其中該電極係由輻射加熱器（π。， 730)所加熱。 98257-990326.doc ^^0102 鞠 ΐ ^ η . -------- — ^i 極係由電阻加熱器（820)所 27.如請求項21之季絲甘士 《糸統其t該電 加熱。 28. 如請求項25之系統 想 要的溫度。 ，、〒該電極之溫度係被控制至一 29. 如請求項27之系访 ^ . “、·，，八中該溫度係介於I50°C與250。〇. 30 切用生離子束的方法，包含以下步驟：操作該離 ^ Ητ止該離子源之操作，及藉由進人電離室之 體流（例如原子氟）清洗該等表面。 31·如請求項3〇之方法，其中該離子源係—離子佈植器之一 凡件，該離子佈植器储使用以產生被植人-目標之一 離子束。 月求項30之方法，其實施以蒸發一固態硼氫化物來源 材料及供給硼氫化物蒸氣至該電離室以供離子化。 如。月求項32之方法’其中該硼氫化物材料係為脫碳硼， 即十硼烷β1〇η"，且該反應氣體清洗系統係適用以從該 等表面移除脫碳硼之濃縮分解產物。 Κ如請求項32之方法，其中該該侧氫化物材料係十八魏 (Β ί sH22)，且该反應氣體清洗系統係適用以從該等表面移 除十八硼烷之濃縮分解產物。 35.如請求項30之方法，其中該離子源係被使用以從含砷化 合物（如砷）、元素砷、含磷化合物（如磷化氫）、元素 填、含銻化合物（如三甲銻及氟化銻）、矽化合物或鍺化 合物產生離子，以及該反應氣體清洗系統係適用以基於 98257-990326.doc 1326102 $ 3月26日修正替換頁 被離子化之個別材料而從該等表面移除沈積物。 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 一用於一離子源之加熱電極組件，該加熱電極組件包 含： 一抑制陰極； 一接地陰極，其被置放於鄰近該抑制陰極且與其電絕緣 以形成一操取電極；以及 一用以加熱該擷取電極之加熱器0 如請求項36之加熱電極組件’其中至少一個該抑制陰極 及该接地陰極係由一耐氟材料所形成。 如請求項37之加熱電極組件，其中該耐氟材料係為鋁。 如請求項37之加熱電極組件，其中該耐氟材料係為一難 熔材料。 如請求項39之加熱電極組件，其中該難熔材料係為鉬。 如請求項36之加熱電極組件，其中該加熱器係被置放為 與該接地陰極接觸》 如請求項36之加熱電極組件，其中該組件係組態以使得 該抑制陰極係藉由輻射加熱能量而加熱。 如請求項36之加熱電極叙件，其進—步包含—溫度感應 裝置，用以感測該掏取電極之溫度。 如請求項43之加熱電極組件，其中該溫度感應裝置係一 熱偶。 如請求項44之加熱電極組件，進一步包含一溫度控制 器其用以控制該電極組件之溫度β 98257-990326.doc 1326102 第093138510號專利申請案3月26日修正替換頁 中文圖式替換頁(99年3月）_____ 画7B

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