專利名稱：用于離子注入器的離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及半導(dǎo)體工藝設(shè)備，尤其是涉及離子注入器 和這種注入器所用的離子源。現(xiàn)有技術(shù)10 離子注入器已知用于處理諸如硅晶片的工件。當(dāng)以離子束轟擊這種硅晶片時(shí)，該硅晶片被選擇性地?fù)诫s離子雜質(zhì)，以用原始晶片 硅材料生產(chǎn)出半導(dǎo)體材料。眾所周知，可利用這種晶片制造復(fù)雜的 集成電路。通過光罩技術(shù)，選擇性地限制來自離子源的離子轟擊的 硅的暴露范圍，可以制造小型的電路部件。15 離子注入器一般基于其作用而有不同種類。有一種類注入器支持多個(gè)晶片，這些晶片被移動(dòng)通過適當(dāng)形狀的離子束。其他注入器 一次僅能處理加工一片晶片。在這些所謂的序列注入器中，單一晶 片被安放于支撐物上，而該支撐物前后移動(dòng)，通過來自離子源的薄 帶狀束線。20 這兩種離子注入器都包括離子源，其通常將諸如以氣態(tài)或固態(tài)存在的硼源材料離子化，且選擇性地將產(chǎn)生的各種離子加速與過濾，以形成具有受控的濃度與能量的束線帶或束線錐(pencil)。典型的離 子源對(duì)于離子注入器而言更換頻率很高的部件。源包括弧光室，在 其內(nèi)，源材料借助于固定于弧光室內(nèi)的燈絲而被離子化。由此產(chǎn)生25 了離子的等離子體區(qū)，離子從弧光室中抽取出，并且被加速。在使用氣態(tài)源材料的弧光室中，氣體必須從處于大氣壓下的弧光室內(nèi)的 源，引導(dǎo)至處于次大氣體的弧光室中。在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)弧光室要 更換時(shí)，在氣體源與弧光室間的氣體密封需要破除
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開的是關(guān)于離子源，最優(yōu)選地為應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝設(shè) 備，該工藝設(shè)備具有工件支撐，其與離子源及用于從源傳送離子至 工件支撐的傳輸系統(tǒng)相關(guān)地進(jìn)行定位。 5 離子源包括弧光室，以將引導(dǎo)至弧光室內(nèi)的源材料離子化，弧光室包括固定至弧光室的弧光室主體，還包括從源接受氣體的氣體 入口，以及通向弧光室內(nèi)的氣體出口，離子源還包括弧光室支撐， 其在氣體入口區(qū)域與弧光室密封接合，且弧光室支撐包括氣體供應(yīng) 管線，以將氣體自氣體源引導(dǎo)至氣體入口。 10 所公開的離子源使源的更換更簡(jiǎn)單，且可以避免離子注入器冗長(zhǎng)的停機(jī)期間。這些及其它的優(yōu)點(diǎn)、及所公開實(shí)施例的特征將接合 附圖來說明。


15 圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的離子注入器的整體示意圖；圖2是離子源弧光室的側(cè)視圖；圖3是圖2中離子源弧光室的仰視圖；圖4是圖3中平面4-4處的剖面圖；圖5是離子源弧光室的側(cè)視圖； 20 圖6是離子源弧光室的俯視圖；圖7是弧光室支撐的側(cè)視圖；圖8是圖7中的支撐的仰-見圖；圖9是圖8中的平面9-9處的剖面圖；圖IO是圖7中固定凸緣的側(cè)視圖； 25 圖11是圖7中固定凸緣的俯視圖；圖12是弧光室與支撐相互接合的側(cè)視圖；圖13是圖12所描述的平面圖；圖14是圖13中的平面14-14處的剖面圖；及
圖15是顯示弧光室與弧光室支撐在更換弧光室時(shí)^L分離的剖面圖。本發(fā)明的典型實(shí)施例5 圖1是典型的注入系統(tǒng)10的示意圖，其具有端點(diǎn)12、束線組件14、及終端工位16。端點(diǎn)12包括離子源18，其產(chǎn)生離子束30,并 將它引導(dǎo)到束線組件14。離子源18固定在源殼22上。適當(dāng)?shù)脑床?料是氣體，由氣體源31通過氣體供應(yīng)管線26輸送。束線組件14包括束線導(dǎo)管32和質(zhì)量分析器28，在質(zhì)量分析器2810中，建立有,茲場(chǎng)，使得只有適當(dāng)荷質(zhì)比的離子可通過分離孔洞34， 到達(dá)位于終端工位16中的工件40 (例如半導(dǎo)體晶片、顯示面板等)。 離子源18從源18抽取出，產(chǎn)生帶電離子，并形成離子束30，此離 子束30被引導(dǎo)，在束線組件14中沿著束線路徑到達(dá)終端工位16。 束線路徑典型地被抽真空的，以減少離子由于與空氣分子碰撞而偏15 離束線路徑的積克率。低能量注入器典型地系設(shè)計(jì)成提供數(shù)千電子伏特(keV)至大約80 -100keV的離子束，而高能量注入器可在質(zhì)量分析器28與終端工位 16間采用線性加速器(linac)裝置(圖中未示出)，以將經(jīng)質(zhì)量分析的束 線30加速至典型地為數(shù)百KeV的較高能量，其中DC加速也是可行20的。高能離子注入通常應(yīng)用于對(duì)工件40注入豐支深的場(chǎng)合。相反地， 高電流、低能量離子束30則典型地應(yīng)用于高劑量、淺深度的離子注 入。在注入器中可找到不同類型的終端工位16。"批次型"終端工位 可在旋轉(zhuǎn)的支撐結(jié)構(gòu)上同時(shí)處理多個(gè)工件40，其中工件40在離子束 25 路徑中旋轉(zhuǎn)經(jīng)過，直到所有的工件40都^L注入。另一方面，"序列 型"終端工位則可在束線路徑上注入單一工件40,由此，多件工件 40以序列方式一次注入一件，每件工件40都注入完成后，下一件工 件40的注入才開始。
圖1中所示的注入系統(tǒng)10包括序列型終端工位16,其中束線組 件14包括;鏡向掃描器36,其容納相對(duì)窄的外形(比如束線錐)的離子 束30,且將離子束30在X方向來回掃描，以將離子30延展成細(xì)長(zhǎng) 的帶狀外形，其有效的X方向?qū)挾戎辽倥c工件40的寬度相同。然后， 5 帶狀離子束30通過平行化器38，通常其將帶狀束線定向成與Z方向 平行而至工件40上(例如，平行化的離子束30通常與工件的表面垂 直)。工件40機(jī)械式地轉(zhuǎn)移成另一垂直方向(例如，圖1中穿入與穿 出頁(yè)面的Y方向)，其中機(jī)械制動(dòng)裝置(圖中未示出)在橫向掃描器 36做X方向掃描時(shí)，將工件40轉(zhuǎn)移至Y方向，借此離子束30撞擊 10 工件40的整個(gè)暴露表面。對(duì)于有角度的注入，離子束30與工件40 的相3于方向可對(duì)應(yīng);也調(diào)整。離子源圖2至圖15公開的是離子源18額外的細(xì)節(jié)。離子源包括弧光室 15 110，以將傳送至弧光室的源材料離子化。在弧光室中，等離子體區(qū) 借由燈絲(圖中未示出)或其它能量來源而產(chǎn)生。弧光室110限制出區(qū) 域112,且定義了出口孔洞114，其使得此區(qū)域中的離子得以排出， 而沿著行進(jìn)路徑加速至終端工位?；」馐彝咕?20連4姿于弧光室， 且包括第一表面122，第一表面限定了氣體入口 124，其可從氣體源 20 30接受離子化氣體。接于凸緣120的管路126將氣體自入口引導(dǎo)至 通向弧光室內(nèi)部區(qū)域112的氣體出口 30?；」馐?10與其所連接的 凸緣12(M皮視為一個(gè)單元，可以定期更換?；」怆x子源18的源外殼22包括源凸緣142，其具有順應(yīng)表面 (conforming surface)144，其與弧光室凸緣的第一表面122環(huán)繞氣體入 25口 124區(qū)域密封接合。凸緣142包括貫穿通道146，與氣體入口對(duì)準(zhǔn)。 氣體供應(yīng)管線26將氣體自氣體源30通過貫穿通道146而引導(dǎo)至弧 光室凸緣的氣體入口內(nèi)。凸緣142借助于細(xì)長(zhǎng)管152而被支撐在源外殼22內(nèi)，管152環(huán)
繞離開弧光室的離子的移動(dòng)路徑。細(xì)長(zhǎng)管152連接到源殼22的內(nèi)壁。 弧光室凸緣120與支撐凸緣142延伸環(huán)繞弧光室，此二凸緣沿周圍 密封區(qū)域彼此接合，此區(qū)域有助于在離子注入器的細(xì)長(zhǎng)管152內(nèi)部 保持真空。凸緣120與142外面在離子注入器工作時(shí)保持大氣壓。 5 根據(jù)實(shí)施例，周圍密封區(qū)域以位于凸緣120上凹槽內(nèi)的O型環(huán)密封 件162實(shí)施，此O型環(huán)密封件162以略微高出凸緣表面122的方式 延伸。氣體入口 124在徑向位置上較O型密封件162為內(nèi)，且為較 小直徑的O型環(huán)163所環(huán)繞，此O型163位于凹槽內(nèi)，也是以略高 出于凸緣表面122的方式延伸。10 圖12顯示二凸緣與固定于支撐上的弧光室。定位栓154、 156確 保密封件162、 163與支撐凸緣的正確配合。由0型環(huán)密封件162所 形成的周圍密封是氣壓密封，其隔絕高真空與大氣壓，且必須有極 低的漏損。由O型環(huán)163所維持的、環(huán)繞入口 124的密封件則是低 壓密封件，其僅需承受氣體流通過供應(yīng)管線26進(jìn)入弧光室造成的氣15 壓差。密封件上百分比級(jí)別的漏損是可接受的，因?yàn)樗鼉H導(dǎo)致工藝 氣體的損耗，而不會(huì)降低注入器的整體性能。由O型環(huán)163所實(shí)現(xiàn) 的密封件可為中等品質(zhì)?；」馐沂歉吆膿p部件，需要頻繁更換。在弧光室替換過程中，至 少一條氣體管線必須中斷。根據(jù)所公開的實(shí)施例，在密封件162與16320周圍的連結(jié)都必須中斷。外部氣體管線仍維持與凸緣142的連接， 而氣體連結(jié)所需的高度密封未被破壞。使用時(shí)，二凸緣借助于適當(dāng) 的緊固物(圖中未示出)保持在一起，在最初密封階段抽取真空時(shí)，緊 固件緊壓O型環(huán)162,163。當(dāng)弧光室更換完成后，這些緊固物便可松 脫，而細(xì)長(zhǎng)管152內(nèi)氣體則被排出，如此實(shí)現(xiàn)不需氣體供應(yīng)管線2625移除，而移除及更換弧光室。本發(fā)明以特定實(shí)施例描述。然而，本發(fā)明包括由落入本申請(qǐng)的精 神與范圍的公開設(shè)計(jì)而來的所有修改與改變。
權(quán)利要求
1.一種與半導(dǎo)體工藝設(shè)備一起使用的裝置，所述半導(dǎo)體工藝設(shè)備包括源、工件支撐、及將離子從所述源傳送至所述工件支撐區(qū)域的傳輸系統(tǒng)，所述裝置包括弧光室，其用于將引導(dǎo)至所述弧光室內(nèi)的源材料離子化，且包括連接至所述弧光室的弧光室主體，還包括用于接受來自源的氣體的氣體入口，以及通向弧光室內(nèi)的氣體出口，及弧光室支撐，其在所述氣體入口區(qū)域與所述弧光室主體密封接合，且包括氣體供應(yīng)管線，以將氣體從氣體源引導(dǎo)至所述氣體入口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述弧光室主體 包括大致上平坦的平面表面，其與所述弧光室支撐的順應(yīng)表面在所 述氣體入口區(qū)域接合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括密 15封部件，用以密封所述弧光室主體的所述平面表面與所述弧光室支撐在所述氣體入口附近的所述順應(yīng)表面的接合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述弧光室主體 與所述弧光室支撐包括向外延伸的第一與第二凸緣，所述二凸緣沿 所述弧光室徑向向外的周圍區(qū)域而彼此接合。20
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括彈性材料的密封件，其由所述凸緣之一所支撐，當(dāng)所述密封件和所述 平面表面與所述順應(yīng)表面之一"l婁合時(shí)，所述所述密封件會(huì)壓縮。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括彈性材利-的密封部件，其用于密封所述第一與第二凸緣在所述氣體入口區(qū)域25 附近間的4妾合。
7. —種與半導(dǎo)體工藝設(shè)備一起使用的裝置，所述半導(dǎo)體工藝設(shè) 備包括源、工件支撐、及將離子從所述源傳送至所述工件支撐區(qū)域 的傳輸系統(tǒng)，所述裝置包括弧光室，其用于將引導(dǎo)至所述弧光室內(nèi)的源材料離子化，所述 弧光室限定了出口孔洞，以將離子引導(dǎo)至所述傳輸系統(tǒng)，且包括弧 光室凸緣，其連接到所述弧光室，且包括第一表面，其限定了從源接受氣體的氣體入口，也限定通向弧光室內(nèi)的氣體出口；弧光室支撐，其包括支撐凸緣，其具有順應(yīng)表面，所述順應(yīng)表面在所述氣體入口區(qū)域與所述弧光室凸緣的第一表面密封接合，所述支撐凸緣包括貫穿通道，其與氣體入口對(duì)準(zhǔn)；及氣體供應(yīng)管線，其用于將氣體從氣體源通過所述支撐凸緣的所 述貫穿通道，引導(dǎo)至所述弧光室凸緣的氣體入口內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述弧光室支撐包括延伸部，所述延伸部環(huán)繞離開所述弧光室出口的離子，且其中 所述弧光室凸緣與所述支撐凸緣周圍延伸環(huán)繞所述弧光室，并沿周 圍密封區(qū)域彼此接合，所述周圍密封區(qū)域維持所述周圍密封區(qū)域一 側(cè)的真空區(qū)域，且維持所述周圍密封區(qū)域相對(duì)一側(cè)的大氣壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述周圍密封區(qū)域包括位于其中 一個(gè)所述凸緣的凹槽內(nèi)的O型環(huán)密封件。
10. —種離子源，其包括弧光室，其用于將引導(dǎo)至所述弧光室內(nèi)的源材料離子化，且包 括連接到所述弧光室的弧光室主體，所述弧光室還包括用于接受來 20自源的氣體的氣體入口，以及通向所述弧光室內(nèi)的氣體出口；及弧光反應(yīng)支撐，其在所述氣體入口區(qū)域與所述弧光室主體密封 接合，且包括氣體供應(yīng)管線，以將氣體從氣體源引導(dǎo)至所述氣體入 口 。
11. 一種離子源，其包括弧光室，其用于將引導(dǎo)至所述弧光室內(nèi)的源材料離子化，其限定了出口孔洞，以將離子引導(dǎo)至所述傳輸系統(tǒng)，且包括弧光室凸緣， 其連接到所述弧光室，所述弧光室凸緣包括第一表面，其限定了從 源接受氣體的氣體入口 ，還限定了通向所述弧光室內(nèi)的氣體出口； 弧光室支撐，其包括支撐凸緣，所述支撐凸緣具有順應(yīng)表面， 其在所述氣體入口區(qū)域與弧光室凸緣的所述第一表面密封接合，所述支撐凸緣還包括貫穿通道，其與氣體入口對(duì)準(zhǔn)；及氣體供應(yīng)管線，用于將氣體從氣體源通過所述支撐凸緣的所述 貫穿通道，而引導(dǎo)至所述弧光室凸緣的氣體入口內(nèi)。
12. —種使用半導(dǎo)體工藝設(shè)備的方法，所述半導(dǎo)體工藝設(shè)備具有離子源、工件支撐、以及將離子從所述離子源傳送至所述工件支撐區(qū)域的傳送系統(tǒng)，所述方法包括定位支撐，以使所述支撐的一部分限制離子行進(jìn)的路徑，且包括支撐凸緣，其從限制行進(jìn)路徑的所述部分徑向向外，所述支撐凸 緣包括氣體貫穿通道，其延伸通過所述支撐凸緣；提供導(dǎo)管，以將離子化氣體引導(dǎo)至所述支撐凸緣中的所述貫穿 通道；及將用于氣體電離的源弧光室安裝至所述支撐，以使所述弧光室 的氣體入口與所述支撐凸緣的所述貫穿通道對(duì)準(zhǔn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)所述 支撐凸緣與所述弧光室的所述氣體入口之間的接合進(jìn)行密封。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述弧光室包 括弧光室凸緣，其與所述支撐凸緣在所述支撐凸緣周圍附近接合， 且還包括將所述弧光室凸緣與支撐凸緣間的接合在周圍區(qū)域密封。
全文摘要
提供了一種離子注入器，其包括源、工件支撐、和將離子從源傳送到離子注入弧光室的傳輸系統(tǒng)，其中離子注入弧光室包括工件支撐。離子源具有弧光室，用于將引導(dǎo)至弧光室內(nèi)的源材料離子化，弧光室限定有出口孔洞，以將離子引導(dǎo)至傳輸系統(tǒng)，弧光室包括弧光室凸緣，其與弧光室相連，并包括第一表面，第一表面限定了從源接受氣體的氣體入口，還限定了通向弧光室內(nèi)的氣體出口?；」馐抑伟ㄖ瓮咕墸咕壘哂许槕?yīng)表面，此順應(yīng)表面在氣體入口區(qū)域與弧光室凸緣的第一表面密封接合，弧光室支撐還包括與氣體入口對(duì)準(zhǔn)的貫穿通道。氣體供應(yīng)管線將氣體從氣體源通過支撐凸緣的貫穿通道，引導(dǎo)至弧光室凸緣的氣體入口內(nèi)。
文檔編號(hào)H01J37/317GK101167154SQ200680003793
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者K·佩特利, K·貝克, W·貝爾 申請(qǐng)人:艾克塞利斯技術(shù)公司