TWI417926B - 離子源和用於產生離子束的方法 - Google Patents

離子源和用於產生離子束的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI417926B
TWI417926B TW096117728A TW96117728A TWI417926B TW I417926 B TWI417926 B TW I417926B TW 096117728 A TW096117728 A TW 096117728A TW 96117728 A TW96117728 A TW 96117728A TW I417926 B TWI417926 B TW I417926B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
arc chamber
chamber body
temperature
thermal
source
Prior art date
Application number
TW096117728A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200811903A (en
Inventor
Bo Vanderberg
Victor Benveniste
John Fallon
Ilya Pokidov
Original Assignee
Axcelis Tech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Axcelis Tech Inc filed Critical Axcelis Tech Inc
Publication of TW200811903A publication Critical patent/TW200811903A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI417926B publication Critical patent/TWI417926B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32467—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/08—Ion sources
    • H01J2237/0815—Methods of ionisation
    • H01J2237/082—Electron beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

離子源和用於產生離子束的方法
本發明是有關於一種具有一離子產生源的離子植入器，此產生源可發射離子以構成一用於工件射束處理的離子束。
離子植入器可藉由以離子束轟炸晶圓來進行矽晶圓處理。此射束處理之其一用途即為對晶圓選擇性地摻入以具受控濃度的不純物，以在一積體電路的製造過程中產獲一半導體材料。
一種典型的離子植入器包含一離子源、一離子擷取裝置、一質量分析裝置、一射束傳送裝置及一晶圓處理裝置。該離子源產生具有所欲原子或分子摻質物類的離子。可由一擷取系統自該來源中擷取出這些離子，此系統通常是一組電極，可將來自該來源的離子流予以激能化並進行導引。在一質量分析裝置中將所欲離子與該離子源的副產物加以分離，此裝置通常是一磁性雙極，並可進行所擷取離子束的質量散佈作業。該射束傳送裝置通常係一真空系統，其中含有一光學串序的聚焦裝置，並將該離子束傳送至該晶圓處理裝置而同時維持該離子束的所欲光學性質。最後，在該晶圓處理裝置裡植入半導體晶圓。
批次離子植入器包含一旋碟支架，以將多個矽晶圓移動通過該離子束。當該支架旋轉晶圓而經過該離子束時，該離子束即撞擊到晶圓的表面。
序列植入器一次可處理一片晶圓。晶圓是被支撐在一卡匣內，並且一次抽出一片而經放置在一支架上。然後令該晶圓指向於一植入指向，因此離子束撞擊該單一晶圓。這些序列植入器是利用射束塑形電子以將該射束偏折離於其初始投射路徑，並且經常是與共同座落之晶圓支架移動併同使用，藉以選擇性地摻質或處理整個晶圓表面。
產生用於現有植入器內之離子束的離子源通常稱為熱弧離子源，並且可含有用以產生離子的加熱芯絲陰極，此者係經塑形為一適當離子束以進行晶圓處理。經核發予Sferlazzo等人之美國專利第5,497,006號即有關於一種離子源，此者具有一由一基座所支撐的陰極，並按相對於一氣體限室所放置以將離子化電子排入該氣體限室內。該’006專利的陰極係一管狀導電本體及末端覆蓋，此者部份地延伸進入該氣體限室。一芯絲係經支撐於該管狀本體之內，並且發射電子而藉電子轟炸將該末端覆蓋加熱，將該離子化電子熱性發射進入該氣體限室之內。
經核發予Cloutier等人之美國專利第5,763,890號亦揭示一種熱弧離子源以供運用於一離子植入器內。該離子源包含一氣體限室，此者具有導電室體邊壁，可限界一氣體離子地帶。該氣體限室包含一離出開口，讓離子能夠離開該室體。一基底相對於一為以自離開該氣體限室之離子構成出一離子束的結構以定位該氣體限室。
其他來源可驅動RF、微波或電子束放電以產生出所欲離子。這些來源可產生低於該熱弧離子源10－100倍的電漿密度，並且通常是運用於具有低離子電位的來源材料(易於離子化的物類)，或是在當該來源室體含有大型離子擷取區域時。像是經核發予Leung等人之美國專利第6,975,072號案文中所顯示的冷離子源雖可具有由相對低溫材料，像是不鏽鋼、銅質或鋁質，所製成的來源材料，然像是熱弧離子源的熱性來源將該來源室體邊壁曝出於一攝氏數萬度之溫度的熱弧電漿以及高溫功率密度，這要求先前技藝植入器的來源成分為由高溫，所謂的折射性，材料所製成，像是鉬質、鉭質或鎢質。亦參見Zhimin Wan等人於IEEE，2002的「Water Cooled Plasma Flood Source for Intense Ion Beam Implanation」乙文，以及美國公開申請案2003：0218429。
本揭示是有關於一種至少部份地由鋁質所製造的熱弧離子源。既已發現可藉由一「熱型」或熱弧式「Berna」或「Freeman」式或ihc(間接加熱陰極)的經改善熱弧離子源溫度控制，利用鋁質作為一來源熱弧室體承殼以製作離子源承殼。
一種用以產生一離子串流的示範性離子源具有一鋁質合金熱弧室體本體，此者至少部份地限界一離子化範圍，其中含有氣態離子化材料而於一熱弧室體範圍內所離子化。在一示範性具體實施例裡，一溫度感測器監視該熱弧室體之內的溫度，並且提供一與所感測之溫度相關的信號。一控制器監視由該感測器測得的所感測溫度，並且調整該溫度以將該所感測溫度維持在一範圍之內。
熟諳與本發明相關之技藝的人士將可自閱讀規格說明並參照於隨附圖式而即能顯知本發明的進一步特性。
現參照圖1，其中說明一離子束植入器10之略圖描述。該植入器包含一離子源12，此者係為以產生構成一射束14的離子，而該射束係經塑形且選擇性地偏折，而行經一射束路徑至一標的或植入站台20。該植入站台含有一真空或植入室體22，此者定義一內部範圍，而其內放置有一像是一半導體晶圓之工件24，藉以由組成該離子束14的離子進行植入作業。概由一控制器41所表示之控制電子元件係經供置以監視並控制該工件41所接受到的離子劑量。對該等控制電子元件之操作者輸入是透過一位於靠近該末端站台20處的使用者控制主控台26所執行。在該離子束14內的離子在當該射束行旅一於該離子源與該植入室體之間的範圍時傾向於分散。為降低此分散性，可藉由一或更多的真空幫浦27將該範圍維持在低壓之下。
該離子源12含有一電漿室體，此者定義一內部範圍，而將來源材料注入其內。該來源材料可包含可離子化氣體或是汽化來源材料。在該電漿室體之內所產生的離子是由該離子束擷取組裝28自該室體擷取出，此組裝含有數個金屬電極，以供產生一離子加速電場。
沿該射束路徑16所放置者係一分析磁鐵30，此者可將該離子束14彎折，並將其導引經過一射束快門32。後續於該射束快門32，該射束14通過一將該射束14聚焦的四極透鏡系統36。然後該射束通過一偏折磁鐵40，此者可由該控制器41所控制。該控制器41將一交流信號提供至該磁鐵40的導電繞線，而此者又可令該離子束14按一數百赫茲之頻率從一側至另一側重複地偏折或掃描。在一所揭示具體實施例裡是使用從200至300赫茲的掃描頻率。此偏折，或是側至側掃描，可產生出一薄型、扇狀的細帶離子束14a。
在該扇狀細帶射束之內的離子在該等離開該磁鐵40之後即依循發散路徑。離子進入一平行化磁鐵42，其中組成該射束14a的離子再度地按不同量值所彎折，因而該等離開該平行化磁鐵42而沿概略平行的射束路徑移動。然後離子進入一能量過濾器44，將該等離子因其電荷之故而被偏折向下(圖1的y方向)。這可移除在進行上游射束塑形處理過程中進入到該射束之內的中性粒子。
離開該平行化磁鐵42的細帶離子束14a係一具一基本上構成一極為狹窄長方形之截面的離子束，亦即一即如在一方向上為有限地(即如約1/2英吋)延伸，像是垂直延展，而在正交方向上則具有一因該磁鐵40所致生之掃描或偏折所向外擴展之範圍，的射束，藉以完整地涵蓋一像是矽晶圓之工件的直徑。
一般說來，該細帶離子束14a的範圍在當掃描時可足以植入該工件24的整個表面。假定該工件24具有300 mm的水平直徑(或一300 mm的直徑)。該磁鐵40將該射束加以偏折，使得該細帶離子束14a在當撞擊到該植入室體22內之工件24的植入表面時，其水平範圍將為至少300 mm。
一工件支撐結構50可在植入作業過程中支撐並相對於該細帶離子束14而移動該工件24(在y方向上往上及往下)，使得該工件24的整個植入表面能夠均勻地植入以離子。由於該植入室體內部範圍為經淨空，因此工件必須要透過一載鎖60以進入及離開該室體。一經架置於該植入室體22之內的機械臂62會將該工件自動地往返移入移出該載鎖60。在圖1裡，一工件24係經顯示為位在該載鎖60內之一水平位置處。該機械臂藉由旋轉該工件，並經過一弧狀路徑，以將該工件24自該載鎖60移至該支架50。在進行植入作業之前，該工件支撐結構50會先將該工件24旋轉至一垂直或近似垂直位置以進行植入。若該工件24為垂直，亦即相對於該離子束14為法向，則該離子束與該工件表面之法向間的植入角度或入射角度為0度。
在一典型的植入作業操作裡，可由兩個機械臂80、82其中一者自多個卡匣70－73之一者擷取出未經摻質的工件(通常為半導體晶圓)，而該等機械臂可將一工件24移動至一指向器84，在此將該工件24旋轉至一特定指向。一機械臂擷取出該經定向之工件24並且將其移入該載鎖60。該載鎖關閉並以幫浦汲取至一所欲真空狀態下，接著開啟而進入該植入室體22。該機械臂62抓取該工件24，將其攜入該植入室體22內，並且將其放置在該工件支撐結構50之一靜電鉗夾或叉架上。該靜電鉗夾係經激能化以在植入作業過程中將該工件24夾持定位。適當的靜電鉗夾可如於1995年7月25日核發予Blake等人之美國專利第5,436,790號，以及於1995年8月22日核發予Blake等人之美國專利第5,444,597號案文中所揭示者，該等兩案係經授予本發明之所有權人。茲按參考方式將該等’790及’597兩項專利依其個別整體而併入本案。
在該工件24的離子束處理之後，該工件支撐結構50將該工件24送返至一水平位置，並且將該靜電鉗夾去能化以釋放該工件。該機械臂62在此離子束處理之後抓取該工件24，並將其從該支架50移返至該載鎖60內。根據一替代性設計，該載鎖具有經獨立地淨空及受壓的頂部與底部範圍，並且在此替代性具體實施例裡，該植入站台20處之一第二機械臂(未以圖示)抓取該經植入工件24並將其從該植入室體22移返至該載鎖60。從該載鎖60，該等機械裝置之一的一機械臂將該經植入工件24移返至該等卡匣70－73的其中一者，並且通常會是送回至原先取出此工件的卡匣。
離子源
該運用本發明之離子產生源12(第2－5圖)含有一來源區塊120，此者是由該凸緣82所支撐，該凸緣具有握把83，而可藉此將該來源12自該植入器移除。該來源區塊120支撐一電漿熱弧室體76以及一電子發射陰極124，此陰極在本發明之較佳具體實施例裡是由該熱弧室體76所支撐，然與其相電子隔絕。
一熱弧離子源係如Ed.W.Kunkel所著教科書「Plasma Physics in Theory and Application」(MacGraw－Hill，1966)中，注意文中所述：「All[electrical]discharge with eVc<E[Vc is cathode voltage drop,E is ionization energy]will be classified as electric arcs regardless of specific conditions at the cathode or in the body of the plasma[...]Obviously,in this way the category of arcs is very large,since no restrictions are placed on either gas pressure or current density.In fact,all thermionic diodes must be included here as long as sufficient gas ionization occurs to produce a substantial neutralization of the space charge,so that the term discharge plasma may still be appropriate.Depending on gas density,current density,and the conditions at the cathode,arc discharges can differ greatly in their characteristic properties.」(所有具eVc<E之[電子]放電[Vc為陰極電壓降，E為離子能量]都將被歸類為電弧，而無論在陰極處或者在該電漿之本體內的特定條件如何皆然。[...]顯然地，按此方式，電弧的種類將極為龐大，這是因為對於氣體壓力或電流密度皆未施予限制。事實上，在此必須納入所有的熱二極體，只要進行足夠的氣體離子化以產生顯著的空間電荷中性化即可，因此該放電電漿乙詞仍可為適當。依據氣體密度、電流密度及在陰極處之條件而定，各種電弧放電在其特徵性質上可為大相逕庭。)所定義。此項定義在此是藉由稱之為「熱芯絲」離子源而概述合一，其中具足夠能量的電子自一經直接激能化之芯絲所發射(因而作為一陰極)，或是其中來自一激能化芯絲的電子轟炸一陰極，而此陰極又發射出具有足夠能量的電子，以將位於熱弧室體內的氣體離子化。
一來源磁鐵(未以圖示)環繞該電漿熱弧室體76，藉以將產生電子的電漿包限於該室體76之內經緊密限界的行旅路徑。該來源區塊120亦定義容納汽化烘爐122、123的腔洞，該等係經填入即如砷質的可汽化固體，可將其汽化為氣體，然後再藉由穿過一熱遮罩130的遞送噴嘴126、128而注入到該電漿室體76內。該電漿熱弧室體76係一由一鋁質合金所製成的長型金屬結構。一種適當的合金為6061鋁質，此者隨可購獲而具有利的加工性質。此合金含有96－98%的鋁質，並具有額外0.8－2%的鎂質及0.4－0.8%的矽質，且加入微量的其他組成成分(資料來源：matweb.com)。該承殼定義一內部離子化範圍R，並由兩個長型側壁、頂部及底部邊壁所限界。一自鎢質或鉬質所建構的個別前壁定義平板132鄰接於該離子化範圍R。而自其兩個側壁向外延伸，該熱弧室體含有一支撐凸緣134，藉以將該熱弧室體架置於該來源區塊。
四個長型支柱136穿過在該平板132之內的四個凹格138。該等支柱136穿過由該來源區塊所支撐的套管146，以及將該平板132偏移朝向該熱弧室體76的彈簧148。
可藉由該遞送噴嘴126、128，將氣態材料自該汽化器122、123注入該電漿熱弧室體76的內部裡，此者延伸通過在該來源區塊120之內的開口131、133。在該室體76的相反側上，通道141自該室體76的後方延伸穿過一室體本體及開口，然後進入該電漿熱弧室體76的內部。該等噴嘴鄰近於對該等通道的進入途徑，藉以自該烘爐122、123遞送氣態來源材料。此外，可藉由位在該室體後壁之內的埠口或開口142，將氣體直接地導送進入該室體76裡。一連至該開口142的遞送排管144可從在該離子源外部的來源或供應器，將氣體直接地注入到該熱弧室體76內。
該熱弧室體之末端邊壁定義一開口158，此者大小係經調整以讓該陰極124能夠延伸進入該電漿熱弧室體76的內部，而不致碰觸到定義該開口158的室體邊壁。該陰極124是由一絕緣架置區塊150所支撐，此者經耦接於該熱弧室體的後方。一經配入於該開口158的陰極本體係經架置於一由該絕緣架置區塊150所支撐的導電架置平板152。
該陰極124大致是根據Cloutier等人之’890專利的揭示所建構。該陰極124之一外部管狀組件是由一折射材料所製成。此管狀組件之一較低末端鄰近於該架置平板152。一內部管狀組件亦為由一折射材料所製成，並且具有一分緒較低末端局部，此者在該架置平板152內係經分緒成一分緒開口。該陰極124之一末端覆蓋164具導電性，並由一折射材料所製成，且經配入於該等管狀組件之一末段的平底鑽孔內。該等內部及外部管狀組件之長度，因此該末端覆蓋164朝上延伸而進入該熱弧室體76，並越過該外部管狀態組件的末端。
兩個導電架置支臂170、171在該陰極124內支撐一芯絲178。該等支臂170、171係藉由一連接器172而經直接地接附於該絕緣區塊150，該連接器穿過該等支臂並交接於在該區塊150內的分緒開口。該導電激能化條帶174係經耦接於該芯絲，並且被透過電力饋送175、176而經由該承殼80之凸緣82所導送的信號激能化。該芯絲178是由一鎢質線路而經彎折以構成一螺旋迴路所製成。該芯絲178的末端是由兩個折射材料支腳所支撐，此等係經適當鉗夾所握持而電子接觸於兩個支臂170、171。
當藉由施加一跨於該電力饋送175、176上之電位差以將該鎢質線路芯絲178激能化時，該芯絲即發射電子，這些電子朝向該陰極124的末端覆蓋加速並予撞擊。當該末端經電子轟炸而為足夠加熱時，此者又會將電子發射到該熱弧室體76內，撞擊氣體分子並在該室體76內產生離子。如此產生出離子電漿，並且在該電漿內的離子離開該平板132內的開口178而構成該離子束。該覆蓋遮蔽該芯絲而不致接觸到該室體內的離子電漿，並且延長該芯絲的壽命。
由該陰極124所產生而經發射進入該熱弧室體76內然又不與一氣體離子化地帶內之氣體分子相交接的電子移動至一斥退器180的鄰近處。該斥退器180含有一位於該熱弧室體76內的金屬組件，此者可將電子彈返至該氣體離子化地帶，而在該處電子將可能撞擊到氣體分子。該斥退器的金屬組件是由折射材料所製成。一陶瓷絕緣器可將該斥退器絕緣於該電漿熱弧室體76之一較低邊壁的電子電位。因此，該陰極124及該斥退器180為電子且熱性隔絕於該等熱弧室體邊壁。
該室體76的邊壁被保持在一局部接地或參考電位處。該陰極，包含該陰極末端覆蓋164在內，被保持在一50－150伏特之間的電位處，而低於該室體邊壁的局部接地。此電位係藉由一電力饋通而耦接於該平板152，以將一電子導體接附至支撐該陰極的平板152。該饋通182係經顯示於圖2及圖3內。而圖式中並未顯示從該饋通至該陰極區塊的連接。該芯絲178被保持在一於200與600伏特之間的電壓處，而低於該末端覆蓋164者。在該芯絲與該陰極之間龐大電壓差可將高能量傳授予離開該芯絲的電子，而足以將該末端覆蓋164加熱，並且將電子熱性發射進入該室體76之內。該斥退器組件180可浮動於該室體76內之氣體電漿的電位處。
Sferlazzo等人的’006專利略述一可控制於該陰極與該陽極(該熱弧室體的室體邊壁)間之熱弧電流的電路。在Sferlazzo等人的專利中描述此電路的操作，並亦併入於本文。在離子產生的過程中，該來源因將離子化能量注入到該熱弧室體內而發熱。並非所有的這項能量皆將該熱弧室體內的氣體離子化，而是產生出某一程度的熱性。該室體含有水流耦接190、192，該等可將冷卻水導入該凸緣，並且將受熱水傳送離出該熱弧室體的範圍。
除將該陰極124架置於該熱弧室體以外，該絕緣區塊150可相對於該陰極本體定位該芯絲178，並且相對於該熱弧室體定位該陰極本體。在Cloutier等人之專利中進一步地詳述該等功能。
可經由本發明實作，並且尤其是透過使用該示範性來源12，以達到部份設計目標。本發明之一目的在於，對於施用最小(即如400W)至最高(即如1500W)的電力，可將該熱弧室體76的溫度維持在攝氏400度及攝氏550度之間。在溫度低於400℃時會有含有砷質之來源材料，像是AsH3，此為一種常用的來源氣體，濃聚於該離子源內部的風險，而這會影響到來源操作，並且若是後續使用其他的來源氣體則會污染該來源。而在溫度高於550℃時，既已瞭解到鋁質合金會失去其在硬度及彈性方面的機械性質，這會影響到該來源組裝的機械整體性以及擷取性質。在此溫度範圍上，該來源必須相對於該來源區塊120而良好地對準於熱弧縫隙78。該示範性設計必須能夠容納經組裝元件的熱性膨脹，尤其是該熱弧室體76及該熱弧縫隙78。就以該熱弧室體之一側至一側定位而言，對於間隔寬度0.03mm具代表性的容忍度是具有0.1mm之數階，以及相對於一垂直軸為0.1度的熱弧室體離出孔徑之傾斜度。這些設計指南在中等電流植入器裡特別地重要，其中將離子束正確地放置在晶圓上較為重要。
將該熱弧室體維持在如前標定或所欲之溫度範圍內可讓該來源成殼能夠由鋁質所製成，此者比起先前技藝熱弧室體材料(像是鉬質)其製造成本較為廉價，並且重量較輕。亦可採用鋁質以製造該來源區塊120(該熱弧室體係經接附於此)。
一汽化器組裝202是由不鏽鋼所製成，並且經銅鋅焊接於一鋼質平板200上。該汽化器組裝定義空間相隔之內部孔腔210、212，並可透過彈性導管214、216將氮氣幫浦注入於其內。將該氮氣導入到該孔腔內，藉以對所欲範圍之熱弧來源承殼溫度獲致額外程度的溫度控制。在本較佳具體實施例裡是使用氮氣，亦可將正常大氣導入及導出該孔腔。一連接器218在通道131、133之一範圍內分緒至該來源區塊120，並且在該等通道131、133之內將輻射遮罩(各個汽化器一個)固持定位。
可由經設置在該來源區塊之內的感測器220、222來監視在該汽化器烘爐之範圍內的溫度，該等包含溫度回應熱耦接，並可透過導體224將信號傳送至該等連接器226，而此等又可將輸出信號傳送至一個別的汽化器控制器(未以圖示)。一第三感測器(未以圖示)係經放置在該熱弧來源承殼內，並且經耦接於一導體224，此者可將信號傳離該熱弧來源承殼而送至一經架置在圖6中所顯示之凸緣的額外或第三連接器226，此者又會將一信號傳送至該控制器300。
該示範性來源亦含有兩組230、232的三個長型，通常為圓柱形，的加熱器，此等係經插入在該熱弧來源承殼裡概為平行延伸的通道內。這些加熱器為可個別啟動的電阻加熱器，並可如Dalton Watt彈性機匣加熱器所購獲，其中含有一彈性不鏽鋼外部殼套。該外部表面可對該熱弧室體提供輻射熱。位在該殼套之內的電阻加熱器可將該殼套加熱。該彈性外部殼套在當被推入其相對應的通道內時會朝內壓縮。當該熱弧室體承殼隨著溫度變化而膨脹及收縮時，這些加熱器機匣的外部殼套即膨脹及收縮，藉以維持該經內部嵌入之電阻加熱器與定義該長型孔腔之鋁質熱弧室體承殼間的良好熱導性。這些加熱器是由一直流電源供應器所供電，並可藉由達240伏特DC/AC而啟動。
可利用兩個架置腳針250及連接器254以獲致在架置處理上的正確度。在該熱弧室體承殼的一端處，該承殼含有一凸起252，此者具有一穿越通道。該穿越通道可容納三個分緒連接器254其中一者，此者交接於一經架置在該來源區塊254上之對齊突起256內的分緒開口255。而其他的連接器(未以圖示)延伸穿過在該熱弧室體承殼76內的開口257，並分緒進入兩個其他分緒開口255，此等係對於該來源區塊之一面向該熱弧來源承殼的末端表面所空間隔置。
在該來源12的組裝過程中，會將該熱弧室體帶往交接於該來源區塊。此步驟是藉由該等腳針250所達成，該等係自經曝出之來源區塊末端而延伸。該等分緒連接器穿過該熱弧室體，而經螺絲旋接於該來源區塊並經栓緊。該等腳針可相對於該來源區塊以穩固地定位該熱弧室體及熱弧縫隙。溫度變化造成該室體及該來源區塊兩者繞於一將該等兩個架置腳針250二分的垂直中央線而膨脹及收縮。可因該等分緒連接器254的彈性之故而出現該熱弧室體與該來源區塊間的不相等膨脹率，這可某一程度地讓該熱弧室體能夠相對於該來源區塊而微略地相對側向移動。
亦可藉由利用兩個eGrafTM 襯墊260、262以促進該來源區塊與該熱弧室體之間的熱導性，該等係經架置於該熱弧室體與該來源區塊之間。該等襯墊260、262在適當位置處定義多個孔洞，以容納該等分緒連接器254。這些襯墊係由石墨所構製，並自低熱阻性材料所建構，且尤其是為以熱接觸介接處理所製成。這些襯墊可促進高操作溫度下(在該所欲溫度範圍的高末端處)的熱導性，並且據以在當於高溫範圍操作時，可藉由促進熱性流離於該熱弧室體來阻抗高溫搖晃。在該示範性具體實施例裡，該襯墊係經製作以具有一5/1000英吋的受控厚度。該eGraf襯墊具有一達攝氏400度的標定操作溫度，然實作上確可按達到該來源操作之攝氏550度上限值的較高溫度操作。
圖7係一說明如何維持在該目標溫度範圍之內的控制略圖或流程圖。一溫度控制器300(此者具一控制器輸入302以調整該溫度)具有一交流電輸入310，以及一用來感測一來自於監視該熱弧室體溫度之熱耦接226的溫度之輸入。該控制器300開啟及關閉一繼電器320的接點，以令將來自於一供應器322之DC電力平行地施加跨於兩組的加熱器構件上。該控制器300實作一固定電力控制，其中可維持對於該熱弧室體陰極與組成該等兩組230、232之加熱器的總電力輸入。若該熱弧室體是在高電力(高射束電流)下運作，則該等加熱器是按低電力運行。相反地，若該熱弧室體是在低電力(低射束電流)下運作，則該等加熱器是按高電力運行。該汽化器烘爐係經卸接於此控制，這是由於在其中是將氣態材料直接地幫浦注入該熱弧室體之內的應用項目上該控制必須運行。
為實作此項控制，該控制器300利用所感測之溫度以及一控制迴路，其中對於該等加熱器的電力是基於溫度而變化。當該熱弧室體的溫度趨近於上部範圍時，即降低對於該等加熱器的電力，並且相反地當溫度趨近於下部範圍時，即提高對於該等加熱器的電力。
即使是並無該熱弧室體溫度的主動控制，仍可對該植入器所運行的電力範圍加以限制。若將該熱弧室體的溫度維持在400℃及550℃之內，該等定義一最小及最大來源電力，則其數值係依照該熱性電路的設計而定。可存在有其中該來源運行於一有限電力範圍之內，或按幾乎為固定之電力，的應用項目，像是專屬植入器-對於這些應用項目來說，則並不需要主動控制。主動控制可讓該示範性系統能夠在一更廣泛的電力範圍之內運作-而此範圍是由該控制系統能夠提供的電力所擴張。
自如前的本發明較佳具體實施例說明，熟諳本項技藝之人士將即能感知各種改良、變化與修改項目。而歸屬於本項技藝之內的改良、變化與修改項目應由後載申請專利範圍所涵蓋。
10．．．離子束植入器
12．．．離子源
14．．．離子束
14a．．．細帶離子束
20．．．植入站台
22．．．植入室體
24．．．工件
26．．．使用者控制主控台
27．．．真空幫浦
28．．．離子束擷取組裝
30．．．分析磁鐵
32．．．射束快門
36．．．四極透鏡系統
40．．．偏折磁鐵
41．．．控制器
42．．．平行化磁鐵
44．．．能量過濾器
50．．．工件支撐結構
60．．．載鎖
62．．．機械臂
70．．．卡匣
71．．．卡匣
72．．．卡匣
73．．．卡匣
76．．．電漿熱弧室體
78．．．熱弧縫隙
80．．．機械臂/承殼
82．．．機械臂/凸緣
83．．．握把
84．．．指向器
120．．．來源區塊
122．．．烘爐
123．．．烘爐
124．．．電子發射陰極
126．．．遞送噴嘴
128．．．遞送噴嘴
130．．．熱遮罩
131．．．開口
132．．．平板
133．．．開口
136．．．長型支柱
138．．．凹格
141．．．通道
142．．．開口
144．．．遞送排管
146．．．套管
148．．．彈簧
150．．．絕緣區塊
152．．．導電架置平板
158．．．開口
164．．．末端覆蓋
170．．．導電架置支臂
171．．．導電架置支臂
172．．．連接器
174．．．導電激能化條帶
175．．．電力饋送
176．．．電力饋送
178．．．芯絲
180．．．斥退器
180．．．饋通
190．．．水流耦接
192．．．水流耦接
200．．．鋼質平板
202．．．汽化器組裝
210．．．內部孔腔
212．．．內部孔腔
214．．．彈性導管
216．．．彈性導管
218．．．連接器
220．．．感測器
222．．．感測器
224．．．導體
226．．．連接器
230．．．加熱器集組
232．．．加熱器集組
250．．．架置腳針
252．．．凸起
254．．．分緒連接器
255．．．分緒開口
256．．．突起
257．．．開口
260．．．襯墊
262．．．襯墊
300．．．控制器
302．．．控制器輸入
310．．．交流電輸入
320．．．繼電器
322．．．電力供應器
圖1係離子植入器略視圖，該離子植入器用於類似經架置於一旋動支架上的矽晶圓之工件，對其加以離子束處理；圖2及圖3係根據本發明所建構之離子源的分解外觀視圖；圖4係圖2及圖3之離子源的截面視圖；圖5自圖4直線5－5所定義之平面而觀看的視圖；圖6係該離子源之後方立體圖；以及圖7係用以操作根據本發明所建構之離子源的控制電路略圖。
10．．．離子束植入器
12．．．離子源
14．．．離子束
14a．．．細帶離子束
20．．．植入站台
22．．．植入室體
24．．．工件
26．．．使用者控制主控台
27．．．真空幫浦
28．．．離子束擷取組裝
30．．．分析磁鐵
32．．．射束快門
36．．．四極透鏡系統
40．．．偏折磁鐵
41．．．控制器
42．．．平行化磁鐵
44．．．能量過濾器
50．．．工件支撐結構
60．．．載鎖
62．．．機械臂
70．．．卡匣
71．．．卡匣
72．．．卡匣
73．．．卡匣
80．．．機械臂/承殼
82．．．機械臂/凸緣
84．．．指向器

Claims (17)

  1. 一種用於產生一離子串流之芯絲型離子源，其包含：弧室承殼，其限界一離子化範圍，該弧室承殼由鋁質合金材料所構成；熱芯絲電子發射陰極，其被耦合至該弧室承殼用以發射電子到其之該離子化範圍；氣體遞送系統，其用於注入氣體分子進入該弧室承殼的該離子化範圍；以及控制電路，其用以維持該弧室承殼的操作溫度為400℃-550℃之範圍中的一溫度範圍，其中，用以離子化被注入該弧室承殼的氣體分子之具有足夠能量的高能量電子自陰極被發射進入該承殼內部以離子化被注入到該承殼內部的氣體分子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，其中該控制電路包含一溫度感測器，以供監視該熱弧室體承殼的溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，另包含：a)溫度感測器，以供監視該熱弧室體承殼的溫度，並且提供有關於所感測溫度的信號；以及b)其中該控制電路監視由該感測器測量的所感測溫度，並且調整該溫度以將該所感測溫度維持在所欲溫度範圍內。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之離子源，其中該熱弧室體承殼包含多個通道，其支撐經耦接於該控制電路，而用以提高及降低該熱弧室體承殼溫度的電阻性加熱構件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之離子源，其中該等電阻性加熱構件包含外部彈性殼套，其可隨溫度變化而膨脹並收縮，以維持該承殼與該等電阻加熱構件之間的良好熱傳導。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，進一步包含支撐該熱弧室體本體的源區塊，該者含有用以將氣體離子化材料注入該熱弧室體承殼內部的烘爐，並且其中該熱弧室體承殼係藉由經介置在該熱弧室體承殼與該來源區塊之間的溫度絕緣熱性遮罩而空間隔離於該來源區塊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，另包含一烘爐，其經支撐於一鋁質合金來源區塊內，藉以將氣態離子化材料注入在該熱弧室體裡。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之離子源，其中該烘爐包含接收用以冷卻該烘爐之冷卻氣體的孔腔。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，進一步包含一離出孔徑平板，其經架置於架置支柱，並且含有彈簧以供相對於該熱弧室體承殼而偏移該孔徑平板。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之離子源，其中來源區塊具有定位腳針，其交接於該熱弧室體承殼內沿一中央線而在空間相隔位置處的相對應孔洞，而同時可讓該熱弧室體本體在該中央線之任一側上膨脹及收縮。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之離子源，進一步包含一離出孔徑平板，其具有概為對齊於中央線之熱弧縫隙，而可繞於此者出現該熱弧室體的膨脹及收縮。
  12. 一種用以產生離子束的方法，其中包含：a)將鋁質合金熱弧室體承殼加以定位，其至少部份地限界一離子化範圍，以藉由將該熱弧室體承殼架置在用以相對於離子行旅路徑定位該熱弧室體承殼之來源區塊而發射一離子串流；b)藉由從熱芯絲電子發射陰極來源發射出的該等電子，以將該等電子導引經過該離子化範圍；c)加速從陰極發射出的該等電子經過該離子化範圍以形成離子；d)控制施加至該弧室體承殼之能量以維持感測到的溫度在400℃-550℃之範圍中；以及e)自該熱弧室體承殼發射離子以構成該射束。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，另外包含監視在該熱弧室體承殼之範圍處的溫度，並且提供有關於所感測溫度的信號，以供運用於決定對該熱弧室體施加多少電力。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該定位處理包含相對於一離子束行旅路徑固定一來源區塊，並且沿一中央線將該熱弧室體本體連接至該來源區塊，以讓該熱弧室體本體能夠隨著溫度變化而膨脹及收縮。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該來源區塊係藉一熱導襯墊而經空間隔置於該熱弧室體本體，此襯墊可在該所欲溫度範圍之一高端處禁制溫度變化。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中控制該熱 弧室體承殼溫度的方式是藉由放置一電阻加熱器，而其與一熱弧室體本體相接觸，並且調整行經該電阻加熱器的電流。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中在該電阻加熱器與該承殼本體之間的熱導性是由環繞於該電阻加熱器的彈性殼套所維持。
TW096117728A 2006-05-19 2007-05-18 離子源和用於產生離子束的方法 TWI417926B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/437,547 US7435971B2 (en) 2006-05-19 2006-05-19 Ion source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200811903A TW200811903A (en) 2008-03-01
TWI417926B true TWI417926B (zh) 2013-12-01

Family

ID=38723841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW096117728A TWI417926B (zh) 2006-05-19 2007-05-18 離子源和用於產生離子束的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7435971B2 (zh)
JP (2) JP2009537951A (zh)
KR (1) KR101407694B1 (zh)
CN (1) CN101449354B (zh)
TW (1) TWI417926B (zh)
WO (1) WO2007136722A2 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7655930B2 (en) * 2007-03-22 2010-02-02 Axcelis Technologies, Inc. Ion source arc chamber seal
TWI325146B (en) * 2008-02-05 2010-05-21 Advanced Ion Beam Tech Inc Method and device of ion source generation
US8089052B2 (en) * 2008-04-24 2012-01-03 Axcelis Technologies, Inc. Ion source with adjustable aperture
US7812321B2 (en) * 2008-06-11 2010-10-12 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a multimode ion source
US8809800B2 (en) * 2008-08-04 2014-08-19 Varian Semicoductor Equipment Associates, Inc. Ion source and a method for in-situ cleaning thereof
JP4428467B1 (ja) * 2008-08-27 2010-03-10 日新イオン機器株式会社 イオン源
CA2755661C (en) * 2009-03-27 2017-09-26 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Heated time of flight source
JP5872541B2 (ja) * 2010-04-09 2016-03-01 イー エイ フィシオネ インストルメンツ インコーポレーテッドＥ．Ａ．Ｆｉｓｃｈｉｏｎｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｉｎｃ． 改良型イオン源
CN103182698A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 北京中科信电子装备有限公司 一种离子源的辅助安装和拆卸装置
US9490185B2 (en) * 2012-08-31 2016-11-08 Axcelis Technologies, Inc. Implant-induced damage control in ion implantation
US8658986B1 (en) * 2012-10-11 2014-02-25 Ion Technology Solutions, Llc Ion source assembly
JP6166910B2 (ja) * 2013-02-26 2017-07-19 株式会社ニューフレアテクノロジー カソードの動作温度調整方法、及び描画装置
US9275819B2 (en) * 2013-03-15 2016-03-01 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Magnetic field sources for an ion source
US8994272B2 (en) * 2013-03-15 2015-03-31 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion source having at least one electron gun comprising a gas inlet and a plasma region defined by an anode and a ground element thereof
US9543110B2 (en) 2013-12-20 2017-01-10 Axcelis Technologies, Inc. Reduced trace metals contamination ion source for an ion implantation system
CN106233419B (zh) * 2014-05-09 2017-11-28 株式会社日立高新技术 离子蚀刻装置以及试料加工方法
US10347457B1 (en) * 2017-12-19 2019-07-09 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Dynamic temperature control of an ion source
JP6642612B2 (ja) * 2018-04-12 2020-02-05 日新イオン機器株式会社 イオン源、イオンビーム照射装置及びイオン源の運転方法
JP2024533829A (ja) 2021-10-01 2024-09-12 シャイン テクノロジーズ エルエルシー イオン収集のための繊維格子を備えたイオン生成システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5857889A (en) * 1996-03-27 1999-01-12 Thermoceramix, Llc Arc Chamber for an ion implantation system
US6452338B1 (en) * 1999-12-13 2002-09-17 Semequip, Inc. Electron beam ion source with integral low-temperature vaporizer
TW200523977A (en) * 2003-12-12 2005-07-16 Semequip Inc Method and apparatus for extending equipment uptime in ion implantation

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146810A (en) * 1977-12-29 1979-03-27 International Business Machines Corporation Radiation heated acceleration
JPH0195455A (ja) * 1987-10-07 1989-04-13 Oki Electric Ind Co Ltd 高ドーズイオン注入装置
JPH0261940A (ja) * 1988-08-26 1990-03-01 Nissin Electric Co Ltd イオン源
US5262652A (en) 1991-05-14 1993-11-16 Applied Materials, Inc. Ion implantation apparatus having increased source lifetime
JPH05325871A (ja) * 1992-05-13 1993-12-10 Nec Corp イオン注入装置
US5497006A (en) * 1994-11-15 1996-03-05 Eaton Corporation Ion generating source for use in an ion implanter
US5763890A (en) * 1996-10-30 1998-06-09 Eaton Corporation Cathode mounting for ion source with indirectly heated cathode
US6135128A (en) * 1998-03-27 2000-10-24 Eaton Corporation Method for in-process cleaning of an ion source
US6136725A (en) 1998-04-14 2000-10-24 Cvd Systems, Inc. Method for chemical vapor deposition of a material on a substrate
WO2001043157A1 (en) * 1999-12-13 2001-06-14 Semequip, Inc. Ion implantation ion source, system and method
JP3724311B2 (ja) * 2000-02-07 2005-12-07 日新電機株式会社 イオンビーム発生装置
US20040156739A1 (en) * 2002-02-01 2004-08-12 Song Shihong Gary Castable high temperature aluminum alloy
US6975072B2 (en) 2002-05-22 2005-12-13 The Regents Of The University Of California Ion source with external RF antenna
US7960709B2 (en) 2002-06-26 2011-06-14 Semequip, Inc. Ion implantation device and a method of semiconductor manufacturing by the implantation of boron hydride cluster ions
JP4744141B2 (ja) * 2002-06-26 2011-08-10 セムエキップ インコーポレイテッド Ｎ及びｐ型クラスターイオン及び陰イオンの注入によるｃｍｏｓ素子の製造方法
JP4211320B2 (ja) * 2002-08-22 2009-01-21 株式会社島津製作所 真空ポンプ
ATE474070T1 (de) * 2003-01-15 2010-07-15 United Technologies Corp Legierung auf aluminium-basis
US7791047B2 (en) 2003-12-12 2010-09-07 Semequip, Inc. Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5857889A (en) * 1996-03-27 1999-01-12 Thermoceramix, Llc Arc Chamber for an ion implantation system
US6452338B1 (en) * 1999-12-13 2002-09-17 Semequip, Inc. Electron beam ion source with integral low-temperature vaporizer
TW200523977A (en) * 2003-12-12 2005-07-16 Semequip Inc Method and apparatus for extending equipment uptime in ion implantation

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013243159A (ja) 2013-12-05
US20080067412A1 (en) 2008-03-20
CN101449354A (zh) 2009-06-03
JP5671109B2 (ja) 2015-02-18
WO2007136722A3 (en) 2008-04-10
TW200811903A (en) 2008-03-01
KR20090029212A (ko) 2009-03-20
US7435971B2 (en) 2008-10-14
WO2007136722A2 (en) 2007-11-29
KR101407694B1 (ko) 2014-06-17
CN101449354B (zh) 2011-03-30
JP2009537951A (ja) 2009-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI417926B (zh) 離子源和用於產生離子束的方法
JP6469700B2 (ja) イオン注入システムのための、金属汚染が微量に低減されたイオン源
KR100571015B1 (ko) 데카보란 이온화기
EP0713239B1 (en) Ion generating source for use in an ion implanter
US5703372A (en) Endcap for indirectly heated cathode of ion source
US7655930B2 (en) Ion source arc chamber seal
TWI391975B (zh) 間接加熱的陰極離子源
US8089052B2 (en) Ion source with adjustable aperture
US5763890A (en) Cathode mounting for ion source with indirectly heated cathode
KR101838578B1 (ko) 실라보란 주입 공정들
JPS5843861B2 (ja) イオン・ビ−ム衝撃装置
JP2000054126A (ja) 電荷中和装置およびその中和作業を監視する方法
JP2009283459A (ja) マルチモードイオン源
TW201503208A (zh) 用於離子源抵抗氟和氟化氫的密封物
US20240145207A1 (en) Ion Source Cathode
KR100672835B1 (ko) 이온 임플랜터의 이온 발생 장치

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees