CN1894763B

CN1894763B - 用于在离子植入中延长设备正常运行时间的方法及装置

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Publication number: CN1894763B
Application number: CN2004800371171A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·N·霍尔斯基; 罗伯特·W·米尔加特三世; 小乔治·P·萨科; 戴尔·康拉德·雅各布森; 韦德·艾伦·科鲁尔
Original assignee: Semequip Inc
Current assignee: Semequip Inc
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: TWI326102B; TWI328244B; US20080121811A1; WO2005060602A3; EP1695369A2; EP1695038A4; WO2005059942A2; TW200529271A; CN1964620A; US7723700B2; WO2005060602A2; JP4643588B2; WO2005059942A3; KR20060126995A; JP2007518221A; US7629590B2; TW200523977A; EP1695038A2; KR20060126994A; US20080047607A1

Abstract

通过具有使用反应性卤素气体F或Cl就地蚀刻清理一离子源(400)及一提取电极(405)的设置的源及通过具备可延长清理之间运行持续时间的特征来增强或延长离子源(400)的运行寿命。后者包括：进行精确的蒸气流量控制，进行离子束光学元件的精确聚焦，及对所述提取电极进行温度控制以防止形成沉积物或防止电极被破坏。一种由一用于产生掺杂剂离子以进行半导体晶圆处理的离子源构成的装置耦接至一远端等离子体源，所述远端等离子体源向第一离子源输送F或Cl离子以便清理所述第一离子源及所述提取电极中的沉积物。这些方法及装置能在以可冷凝的馈入气体(例如升华的蒸气源)运行时实现长的设备正常运行时间，且尤其适用于与所谓的冷离子源一起使用。本文描述了当使用十硼烷及十八硼烷作为进料时以及当使用气化砷元素及磷元素时能实现长的设备正常运行时间、并有助于在离子植入期间增强离子束稳定性的方法及装置。

Description

用于在离子植入中延长设备正常运行时间的方法及装置

技术领域

本发明涉及离子束的产生，其中在一离子源中将一种或多种气态或气化的进料离子化。本发明还涉及一种用于操作一离子源来产生一离子束以对半导体衬底及平板显示器的衬底进行离子植入的方法及装置。具体而言，本发明涉及到延长用于产生离子束的系统的生产时间(即“正常运行时间”)。

背景技术

离子束是由从离子源提取出的离子形成。离子源通常采用一连接至高电压电源的离子化室。所述离子化室与一离子化能量源相关联，所述离子化能量源例如(举例而言)为电弧放电、来自发射电子的阴极的高能电子、或者射频或微波天线。将所需离子物质以气态或气化形式作为进料引入至离子化室内，以在离子化室中经受离子化能量的作用。通过一提取孔从所述室中提取所产生的离子是基于离子的电荷来进行的。一提取电极位于所述离子化室之外、与提取孔对齐、并处于一低于离子化室之电压。所述电极用于抽取出离子-通常形成一离子束。视所需用途而定，可对所述离子束进行质量分析以建立质量及能量纯度、使其加速、聚焦及承受扫描力。然后将离子束传输至其使用地点，例如传输至一处理室内。由于离子束具有精确的能量质量，因而可将其离子以高的精确度植入于半导体衬底内的所需深度。

离子束的精确的能量质量会受到进料或其分解产物在离子束产生系统的表面上-且具体而言在会影响离子化、离子提取及加速的表面上-冷凝及沉积的严重影响。

离子植入工艺

传统的向半导体晶片内引入掺杂元素的方法是通过引入一受控能量离子束来进行植入。此会将所需的杂质物质引入半导体衬底的材料内而形成所需深度的掺杂(或“杂质”)区。杂质元素被选择成与半导体材料相键合而形成电载流子，从而改变半导体材料的导电率。电载流子既可为电子(由N型掺杂剂产生)也可为由P型掺杂剂产生的空穴(即不存在电子)。由此引入的掺杂剂杂质的浓度会决定掺杂区的导电率。为形成晶体管结构、绝缘结构及其他此等电子结构(其统统用作半导体器件)，必须形成许多此种N型及P型杂质区。

为形成一离子束来进行离子植入，将气体或蒸气进料选择成包含所需掺杂元素。将所述气体或蒸气引入高压真空离子化室内，同时引入能量来将其离子化。此会形成包含掺杂元素的离子(例如，在硅中，元素As、P及Sb为施主或N型掺杂剂，而B及In为受主或P型掺杂剂)。由所述提取电极提供一加速电场来将通常带正电荷的离子提取出离子化室并使其加速，从而形成所需离子束。当需要具有高的纯度时，通过质量分析来传输离子束以选择要植入的物质，此在所属领域中众所周知。所述离子束最终被传输至一处理室以供植入至半导体晶片内。

在平板显示器(FPD)的制造中也使用类似的技术，这种显示器包含单衬底驱动电路来操作组装于显示器上的薄膜晶体管。在此种情形中，衬底是一已涂覆有半导体层的透明板(例如玻璃)。在FPD制造中所用的离子源通常在实体上较大，以便形成含硼、磷及砷的材料的大面积离子束，这些离子束被引至一含纳要接受植入的衬底的室内。大多数EPD植入机并不在离子束到达衬底之前对离子束进行质量分析。

离子污染

一般而言，例如P或As等N型掺杂剂的离子束不应包含任何明显的P型掺杂剂离子部分，且例如B或In等P型掺杂剂的离子束不应包含任何明显的N型掺杂剂离子部分。此种状态称作“交叉污染”且是人们所不希望看到的。当源进料在离子源中积聚并随后改变源进料时，例如当首先使用元素磷进料来产生N型P⁺束、并随后变换成BF₃气体来产生P型BF₂ ⁺束时，就可能会出现交叉污染。

当进料在离子源内积聚从而干扰所述源成功地运行时，会出现严重的污染效应。此种状态总是要求移出所述离子源及所述提取电极来进行清理或更换，从而导致整个离子植入系统的“停机”时间延长并因而造成生产率损伤。

在用于器件晶片制造的离子植入机中所用的许多离子源是“热的”源，也就是说，其通过维持电弧放电及产生稠密等离子体来工作；此种“热的”源的离子化室可达到800℃或更高的工作温度，在许多情况下会显著降低固体沉积物的积聚。此外，在这些源中使用BF₃来产生含硼的离子束会进一步减少沉积物，这是因为在产生BF₃等离子体时会产生大量的氟离子；而氟可蚀刻离子源的壁，且具体而言，通过以化学方式产生气态的BF₃而回收所沉积的硼。然而，对于其他进料而言，则已在热的离子源中形成有害的沉积物。其实例包括锑(Sb)金属、及固态的铟(In)，其离子用于掺杂硅衬底。

在离子源的设计包含必须保持低于其居里温度的永久磁铁的应用中、或在离子源被设计成使用如果暴露于热的表面就会被分解的热敏进料的应用中、或者在同时存在这两种状态的应用中，则使用冷的离子源，例如使用浸没式RF天线来激励源等离子体的RF桶型离子源(例如参见Leung等人的第6,094,012号美国专利，其以引用方式并入本文中)。冷的离子源会比热的离子源在更大程度上受到进料的沉积的影响。

使用卤代进料来形成掺杂剂可有助于在一定程度上减少沉积物，然而在某些情形中，却偏好使用例如氢化物等非卤素进料而不使用卤代化合物。在非卤素应用中，使用例如气态B₂H₆、AsH₃及PH₃等离子源进料。在某些情形中，使用气化形式的元素As及P。在冷的离子源中使用这些气体及蒸气已造成了明显的材料沉积且要求移出并清理所述离子源-有时要频繁进行。使用B₂H₆及PH₃的冷离子源目前在FPD植入工具中很常用。这些离子源会受到交叉污染(N型掺杂剂与P型掺杂剂之间)且还会因存在沉积物而形成微粒。当传输至衬底时，微粒会对良率产生不良影响。在历史上，交叉污染效应一直迫使FPD制造商使用专用的离子植入机：对N型离子使用一种离子植入机，对P型离子使用一种离子植入机，这已严重影响了所有者的成本。

氢化硼

作为离子植入源材料，例如B₁₀H₁₄(十硼烷)及B₁₈H₂₂(十八硼烷)等氢化硼材料已引起了人们的关注。在正确的条件下，这些材料会形成如下离子：B₁₀H_x ⁺，B₁₀H_x ^-，B₁₈H_x ⁺及B₁₈H_x ^-。当被植入时，这些离子会形成非常浅的高剂量P型植入剂以在CMOS制造中形成浅的接面。由于这些材料在室温下为固体，因而必须将其气化并将蒸气引入至离子源来进行离子化。其为低温材料(例如十硼烷在100℃下熔化，且在室温下的蒸气压力约为0.2乇；此外，十硼烷还在350℃以上离解)，且因而必须在冷离子源中使用。其为脆弱的分子，例如在热的等离子体源中容易离解。

氢化硼的污染问题

例如十硼烷及十八硼烷等氢化硼在用于形成离子束时会因其易于在离子源内离解这一倾向而造成严重的沉积问题。在Bernas型式的电弧放电离子源中以及在电子碰撞(“软”)式离子源中使用这些材料已证实了含硼的沉积物会以一可观的速率在离子源内积聚。实际上，引入至所述源内的氢化硼蒸气有多达一半会以离解的、冷凝的材料形式滞留于离子源中。最终，视离子源的设计而定，所堆积的冷凝材料会干扰所述源的运行并使得需要移出及清理所述离子源。

在使用这些材料时，提取电极的污染也一直是一个问题。直接离子束轰击及冷凝的蒸气二者均可形成会使离子束形成光学元件的工作劣化的层，因为这些含硼的层看起来为电绝缘性的。一旦沉积形成一电绝缘层，其就会积聚电荷并在击穿时形成真空放电或者所谓的“闪信号”。这些不稳定性会影响离子束的精确质量并可能导致形成污染离子。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种会延长使用寿命并减少设备停机时间的用于产生离子束的方法及装置。

本发明的特征是一种用于一离子源和相关提取电极以及离子束产生系统中的类似组件的就地清理程序及装置，其会周期性地以化学方式移除沉积物，从而延长使用寿命及增强性能而无需将设备解体。

本发明的特征还在于一种有效受热的离子提取电极，其由一种会减少放电的频率及发生率的材料组成，该材料较佳为一种金属。

另一特征在于，大体而言，将一提取电极加热至一离子源的进料的冷凝温度以上，在较佳情形中，该电极由金属(较佳为铝或钼)构成。

本发明的特征还在于会促进离子的产生及利用的步骤及构造特征。此会减小在离子源中所需的进料的浓度，并相关地降低有害沉积物在离子束产生系统的表面上积聚的速率。

本发明的这些及其他创新之处可包括一个或多个如下特征：

提供一反应性气体供应源并将其引入所述离子源，并通过将所述离子源暴露于来自该供应源的反应产物(例如氟原子F或氟分子F₂)而就地清理所述离子源；将所述氟原子或氟分子从一远端等离子体源注入所述离子源内；通过暴露于自一远端供应源流来的气态ClF₃来清理所述离子源；在所述清理作用阶段期间，将所述离子化装置的反应性组件与反应性气体隔开而免受影响；所述离子源由铝制成，所述提取电极由铝制成，所述提取电极的正面不存在尖的或粗糙的形体；所述提取电极的板有效地受到温度控制；所述提取电极的板有效地受到加热；对所述提取电极的加热是辐射性或电阻性加热；在其他情形中，所述提取电极的所述板有效地受到冷却。

另一特征是将所述特征与适于形成特别易于热分解及沉积的进料的“簇”或“分子”离子束的装置一起使用。

尽管大多数离子植入专家认同，使用氢化硼来形成例如B₁₀H_x ⁺及B₁₈H_x ⁺等“簇”离子束对于形成浅的接面而言极具吸引力，然而用于离子化及传输这些大的分子的构件已造成了某些问题。例如，第6,288,403号及第6,452,338号美国专利阐述了已成功产生十硼烷离子束的离子源。然而，已发现，与其他用于进行离子植入的市售离子源相比，这些十硼烷离子源具有特别短的使用寿命。这样短的使用寿命主要归因于含硼沉积物在离子源内的积聚及绝缘涂层在离子提取电极上的沉积-此造成了离子束不稳定性，从而需要使植入机停机并进行维护。

根据另一特征，提供用于明显减少此种沉积物在氢化硼离子源中及在离子提取电极上的沉积的构件，并提供用于清理这些组件上的沉积物而无需将其移出离子植入机(即就地进行)的构件。本发明能实现氢化硼簇离子束在半导体制造中的长使用寿命商用应用。

本发明的一个特定方面是一种用于产生一离子束的系统，其包括一离子源与一提取电极及一反应性气体清理系统的组合，所述离子源包括一连接至一高电压电源并具有一气态或气化进料入口的离子化室、一用于在所述离子化室内将所述进料离子化的可通电的离子化系统及一与一真空室连通的提取孔，所述真空室由一真空抽吸系统抽成真空，所述提取电极设置于所述离子化室外面的所述真空室中、与所述离子化室的所述提取孔对齐并适于维持在一低于所述离子化室的电压以下的电压，以通过所述孔从所述离子化室内提取离子，且所述反应性气体清理系统可在所述离子化室及离子化系统被断电时工作，以提供一通过所述离子化室及所述离子提取孔的反应性气体流来与所述离子产生系统的至少某些表面上的沉积物反应并移除所述沉积物。

此一方面的较佳实施例具有一种或多种如下特征：

所述系统构造成用于在半导体晶片中植入离子，所述离子化室具有一小于约100ml的容积及一小于约200cm²的内表面面积。

所述系统经过构造而产生一以小于约2标准升/分钟的流速流入所述离子化室内的反应性气体流。

所述提取电极构造成产生一适于传输至一利用点的加速的离子束。

所述提取电极位于一自所述提取孔向所述真空抽吸系统移动的反应性气体路径内，以使所述反应性气体清理所述提取电极。

所述提取电极与一加热器相关联，以在所述提取电极提取形成于所述离子化室中的离子期间使所述电极维持一高的温度，例如高于从固体形成的热敏蒸气的冷凝温度、低于离解温度。

所述提取电极与一冷却器件相关联，例如当所述电极由热敏材料制成并与一热的离子源一起使用时。

所述提取电极具有一光滑的、无形体的外表。

所述反应性气体清理系统包括：一等离子体室，所述等离子体室设置成接收一能够被等离子体离解的馈入气体以产生一通过一室出口的反应性气体流；及一用于将所述反应性气体传输至所述离子化室的导管。

所述等离子体室构造及设置成接收及离解一种能够被离解成氟原子的化合物，例如NF₃、C₃F₈或CF₄。

所述反应性气体清理系统构造及设置成共享一与所述离子源相关的辅助设施。

所述系统构造成引导一离子束穿过一质量分析器，其中所述反应性气体清理系统构造及设置成与所述质量分析器共享一辅助设施。

所述反应性气体清理系统包括一来自一高压反应性气体(例如ClF₃)容器的导管。

所述系统与一终点检测系统相结合，所述终点检测系统适于至少协助检测所述反应性气体与所述用于产生一离子束的系统的一表面上的污染物的反应基本完成。

所述终点检测系统包括一用于分析在所述反应性气体清理系统运行期间已暴露至所述表面的气体的化学组成的分析系统。

一温度检测器设置成检测所述反应性气体与所述系统一表面上的污染物的放热反应基本结束。

所述可通电的离子化系统包括一位于所述离子化室内或与所述离子化室连通的易于受到所述反应性气体损坏的组件，且设置有用于将所述组件与流过所述系统的反应性气体屏蔽开的构件。

所述用于屏蔽所述组件的构件包括一用于产生一穿过所述组件的惰性气体(例如氩)流的结构。

所述用于屏蔽一组件的构件包括一不能透过所述反应性气体的屏蔽元件。

所述系统构造成与作为所述反应性气体的反应性卤素气体一起使用，且所述提取电极及相关部件包含铝(Al)或氧化铝(Al₂O₃)。

所述离子源构造成通过电弧放电、RF场、微波场或电子束在所述离子化室内产生离子。

所述系统与一可冷凝固态进料气化器相关联以用于产生馈送给所述离子化室的溃入蒸气。

所述离子源构造成将能够形成簇离子或分子离子的进料气化，且所述离子化系统构造成将所述材料离子化以形成用于植入的簇离子或分子离子。

所述系统的所述真空室与一抽吸系统相关联，所述抽吸系统包括一能够产生高真空的高真空泵及一能够产生真空的预抽泵，所述高真空泵可在所述离子源运行期间运行，且能够在所述反应性气体清理系统运行期间与所述真空室隔离，所述预抽泵可在所述反应性气体清理系统运行期间运行。

所述系统与一离子植入装置相关联，所述装置构造成在一真空室内的提取电极植入站之后传输离子。在较佳实施例中，包含一隔离阀以在所述反应性气体清理系统运行期间将所述植入站与所述离子化室及所述提取电极相隔离。

所述离子源构造成及适于产生用于半导体处理的掺杂剂离子，且所述反应性气体清理系统适于向所述离子化室或所述提取电极输送氟(F)离子或氯(Cl)离子以便清理表面上的沉积物。

所述离子源适于被温控至一给定温度。

所述离子源适于产生一含硼的离子束，在较佳实施例中，所述含硼的离子束是通过向所述离子源内馈送气化氢化硼材料来产生，尤其是十硼烷(B₁₀H₁₄)或十八硼烷(B₁₈H₂₂)来产生所述含硼的离子束。

所述离子源适于产生含砷的离子束。

所述离子源适于产生含磷的离子束。

所述离子源的所述离子化室包含铝。

所述离子源的所述离子化室或者所述提取电极包含一耐受例如氟(F)等卤素气体侵蚀的材料。

本发明的另一个特定方面是一种使用前面所述的任一种系统或与一离子植入机相关联的一离子源系统进行就地清理的方法，其中在一离子源断电且处于真空状态时反应性卤素气体流入所述离子源内。

该方面的实施例具有一种或多种如下特征：

所述反应性卤素气体为氟(F)。

所述反应性卤素气体为氯(Cl)。

所述氟气体是从一远端等离子体源引入所述离子源内。

所述氟气体是通过一NF₃等离子体而在所述远端等离子体源内产生。

所述氟气体是通过一C₃F₈或CF₄等离子体而在所述远端等离子体源内产生。

所述反应性卤素气体为ClF₃。

在所述离子源已将十硼烷B₁₀H₁₄离子化后实施所述清理程序来移除沉积物。

在所述离子源已将十八硼烷B₁₈H₂₂离子化后实施所述清理程序来移除沉积物。

在所述离子源已将含砷的化合物(例如砷化三氢AsH₃)或元素砷As离子化后实施所述清理程序来移除沉积物。

在所述离子源已将含磷的化合物(例如元素磷P或磷化三氢PH₃)离子化后实施所述清理程序来移除沉积物。

在所述离子源已将含锑的化合物(例如三甲基锑Sb(CH₄)₃或五氟化锑SbF₅)离子化后实施所述清理程序来移除沉积物。

在为植入一不同的离子物质而更换离子源进料中间在一离子植入机中就地对一离子源实施所述清理程序。

本发明的另一个特定方面是一种离子植入系统，其具有一离子源及一用于从所述离子源提取离子的提取电极，其中所述提取电极包括一加热器，所述加热器构造成使所述电极维持一足以明显减少正被离子化的气体或蒸气及自其产生的产物在所述电极上的冷凝的高的温度。

该方面的实施例具有一种或多种如下特征：所述电极包含铝。

所述电极由钼构成。

所述电极由辐射式加热器进行加热。

所述电极由电阻式加热器进行加热。

所述电极的温度被控制至一所需温度，在某些实施例中，所述温度介于150℃与250℃之间。

所述电极通过暴露于含卤素的反应性气体而周期性地得到清理。

本发明的另一个特定方面是一种就地清理任一前述系统的离子提取电极或一与一离子植入机相关联的离子提取电极的方法，其中在所述电极位于原位且处于真空状态时使反应性卤素气体在所述离子提取电极上流动。

该方面的实施例具有一种或多种如下特征：

所述反应性卤素气体为氟(F)或氯(Cl)。

将氟气体从一远端等离子体源引入一其中装有所述提取电极的真空室内。

所述反应性气体为ClF₃。

在为植入一不同的离子物质而更换离子源进料的中间实施所述清理程序。

设置为在原位进行时刻清理的离子源

根据一较佳实施例，所述就地化学清理方法利用F原子气体在所述离子源及提取电极仍保持安装于离子束产生系统中的同时有效地清理所述离子源及所述离子提取电极上的沉积物。在一较佳实施例中，采用一具有受冷却室壁的电子碰撞离子源。较佳地，所述离子化室及源块是由铝或一种含铝的络合物制成，从而使得在铝表面上形成氟化铝来充当钝化层从而防止受到F的进一步化学腐蚀。

此种特征的一个实施例使用直接耦接至所述离子源的一入口的一远端反应性气体源的出口。

在一较佳实施例中，所述反应性气体源是一用于向一辅助离子化室内引入例如NF₃或C₃F₈等蚀刻溃入气体的等离子体源。通过在所述辅助室中维持一等离子体，会产生例如F及F₂等反应性气体，且这些反应性气体在引入至主离子源中之后会对所沉积的材料进行化学腐蚀。在气体相中所释放的副产物通过所述离子化室的提取孔吸出并通过所述设备的真空系统抽离，从而对所述室进行清理。

沉积模型

通常所遵循的物理学原理是当两个物体相互作用时，可存在不止一种结果。此外，可为每一种结果指配概率或可能性，以便当考虑所有可能的结果时，其单独的概率之和为100％。在原子及分子物理学中，有时将此等可能的结果称为“通道”并将与每一相互作用通道相关的概率称为“截面”。更确切地说，两个微粒(比如电子与气体分子)彼此以任何方式相互作用的可能性为“总截面”，而以某些类型相互作用(例如由电子自身粘附至气体分子从而形成一负离子、或由从气体分子上移除电子从而形成一正离子、或由将分子离解成片断、或者由以静电方式从分子散开而分子无任何化学变化所表示的相互作用)的可能性为“部分截面”。

此种事件状态可由一数学关系式来表示，该数学关系式将总的截面σ_T表示为其i个部分截面之和：

(1)σ_T＝σ₁+σ₂+σ₃+...σ_i，或

(2)σ_T＝∑σ_i。

在离子植入机中所用的离子源通常显示出不太大的离子化比例。换句话说，馈送入离子源内的气体或蒸气仅有一小的比例(从百分之几到百分之几十)得到离子化。其余气体或蒸气通常以气相形式以其原始状态或以某种其他中性状态离开所述源。换句话说，离子化截面远小于总截面。当然，某些气体组分可作为沉积材料滞留于离子源中，尽管对于常用的植入进料而言此往往为总量中一小的比例。尽管例如元素As或P等通过加热而气化的进料比通常为气态的进料更易于产生沉积物，然而如果离子源的壁处于比气化器更高的温度且不会造成严重的沉积风险，则受热蒸气往往以气相形式滞留。然而，当例如从气态BF3溃入气体产生硼离子束以及从In及Sb产生离子束时，仍可能会产生大量的有害沉积物。

此外，一般而言，随着时间的进行，在离子产生系统的某些其他组件上确实会出现可冷凝材料的沉积物，从而会影响其在解体及清理之前的工作寿命。

此外，在使用氢化硼的情况下，代表与离子化介质(即离子源中的电子)的所有相互作用的总截面看起来较大，而离子化截面较小，且最大的截面代表氢化硼分子离解成非挥发性片断并随后留存于离子源表面上的通道。这些片断的沉积的问题会受到为减小进料热分解而对离子化室的壁进行冷却的不利影响。总之，看起来所述源中来自含硼片断的氢化硼的沉积是一种基本的现象，在任一类作用于此种材料的离子源中均会观察到此种现象，且该问题的解决受到半导体制造行业的广泛、密切关注。

适用于氢化硼的电子碰撞离子源

一种特别适用于氢化硼的离子源是一种受到完全温度控制的电子碰撞式离子源(参见第6,452,338号及第6,686,595号美国专利；以及第PCT/US03/20197号国际专利申请案-其均以引用方式并入本文中)；还参见图7。所述离子源并非轰击一电弧放电等离子体来形成离子，而是借助以一个或多个聚焦电子束形式注入的高能电子对工艺气体使用“软”的电子碰撞离子化。此种“软”的离子化方法会保持这些大的分子从而形成离子化的簇。如在图7中所示，固体氢化硼材料在一气化器中受到加热且蒸气通过一蒸气导管流至一金属室，即离子化室。一位于所述离子化室外部的电子枪将一高能电子的高电流流输送至离子化室内，该电子流大体平行于所述室正面中的一伸长槽定向并与其毗邻。通过一离子提取电极从该槽提取出离子从而形成一高能离子束。在将升华的氢化硼蒸气传输至离子化室期间，使所有表面保持于一高于气化器温度(但远低于离解温度)的温度，以防止蒸气冷凝。很多个小时的测试已证实，当采用此种温度控制时，蒸气溃入表面及阀门表面确实会保持清洁。

延长在使用十硼烷时在各次清理之间的离子源寿命

以定量方式对蒸气流速对源寿命(维护降格)的影响进行了研究。使电子碰撞式离子源以给定蒸气流速在受控条件下以十硼烷进料连续运行，直至断定材料堆积正导致十硼烷束电流显著降低为止。测试了从约0.40sccm到1.2sccm不等的五种不同的流速。结果得到了从约150μA到700μA不等的经质量分析的十硼烷束电流(B₁₀Hx⁺)。应注意，在离子植入中所用离子源中的典型溃入气体流速介于1至约3sccm之间，因而将该测试范围视为一“低”流速区域。

在图5中归纳了这些寿命测试的结果。其显示为一简单的模型-一双曲线函数。这不会使人感到意外；如果采用0蒸气流速，则源寿命将原理上为无限大；而如果采用极高的蒸气流速，则源寿命将渐进地降低至0。因而，可将该模型表达为：

(3)(流速)×(流动持续时间)＝常数。

方程式(3)简单地表明寿命(即流动持续时间)反比于流速；该常数为所沉积材料的量。如果方程式(3)是精确的，则所沉积材料的比例就与材料的流速无关，此与我们的描述离解及随后的沉积为固定截面的模型相一致。这些数据表明，在以约0.5sccm的十硼烷蒸气流速使用电子碰撞式离子源时，可使得专门使用十硼烷保持100个小时以上。尽管在许多情况下这是可以接受的，然而在商业化半导体制作工厂中，却希望使源寿命远高于200个小时。而当将离子源与本发明的新颖的就地清理程序结合使用时，就会获得大大延长的源寿命。

就地离子源化学清理的某些特征的优点

使用一辅助离子源产生反应性气体以便就地清理离子源会存在几种非常重要的优点。人们已开发出此种等离子体源来用于从过程排放系统中除去流出物的应用(例如由Advanced Energy公司提供的Litmus 1501)、及用于清理大的CVD处理室(例如MKSAstron反应性气体产生器)，但就本发明发明者所知，此前人们还未认识到可将远端反应性气体产生器有用地应用于对用于产生离子束的离子源的离子化室及提取电极进行清理。人们已使用例如MKS Astron等远端反应性气体产生器来清理处理室(即其中处理半导体晶片的相对大的真空室)，此係一种使用高溃入气体流量(数标准升/分钟(SLM))的应用且其中对等离子体源施加高RF功率(约6kW)。本发明的系统可对于被清理离子源中离子化室的极小容积(半导体晶片植入机的离子化室的容积通常小于约100ml，例如仅约75ml，且表面积小于约200cm²，例如约100cm²)使用小得多的溃入气体流速(例如小于约0.5SLM的NF₃)及小得多的RF功率(小于约2.5kW)。流入离子化室内的反应性气体流小于约2标准升/分钟。

人们可能会对使用一外部离子源产生等离子体副产物来引入至系统的主离子源内感到奇怪；为什么不只是将(例如NF₃)气体直接引入主离子源内以在该源内直接形成等离子体副产物？理由看起来并不明显。为在离子植入系统的正常运行时间(生产周期)的一小的比例中实现远超过溃入气体沉积速率的蚀刻速率，已发现必须使反应性气体以相对极高的流量产生及引入至小的离子化室内(例如流量处于10²至10³sccm数量级)-与在离子植入时主离子源的典型溃入流速处于1-3sccm范围内相比；如此高的流量将会使主离子源的离子化室内的压力远超过其进行离子植入的设计工作压力。此外，在主离子源内维持一高密度NF₃等离子体将会蚀刻掉敏感组件，例如热的钨灯丝。这是因为卤素气体会以随温度以指数方式升高的高速率蚀刻掉耐高温金属。(例如，Rosner等人即提出一种用于对钨衬底进行F蚀刻的模型：

(4)速率(微米/分钟)＝2.92×10^-14T^1/2N_Fe^-3900/T，

其中N_F为氟的浓度，单位为原子/cm³，且T为以开尔文温度表示的衬底温度。)

由于实际上所有用于离子植入的离子源均包含热的灯丝，且由于在许多情形中，离子源室也由例如Mo及W等耐高温金属或石墨(其会受到F的强烈腐蚀)制成，因而在高温工作条件下这些离子源将很快地失效，从而无法使用蚀刻清理过程。

在本较佳实施例中，使氟原子以100sccm或以上的流速进入断电的主离子源的低温离子化室中，且流入离子化室内的总气体流量为500sccm或以上。在这些条件下，离子化室内的气体压力约为0.5乇，而植入机的真空源室内的压力则为数十毫乇或以上。在一较佳工作模式中，在清理阶段之前，关闭离子源的真空室与植入机真空系统之间的一隔离阀，并对离子源的涡轮分子泵进行隔离。然后，用真空系统中的大容量低真空泵(即通常对涡轮分子泵进行支持并将真空系统抽空至“低”真空的泵)来抽吸离子源的所述室。

图5所示的一相关蚀刻清理过程的一不同实施例是利用一种“干蚀刻”气体，例如ClF₃。如在上文所看到，ClF₃分子在接触到要清理的沉积表面时会分解；从而释放出氟原子及氯原子而无需产生等离子体。尽管ClF₃气体因具有高度的反应性而需要使用专门设备来运送，然而其在原理上可将化学清理过程简化成不需要辅助的反应性气体等离子体源。由于有毒气体是按例行程序馈入离子植入机的离子源内，因而所述设备中的大部分已构造成“有毒气体友好”形式，且可直接增设一包含ClF₃的单独的气体分配系统。

对离子植入机的离子源进行就地化学清理的优点包括：a)将源的寿命延长至数百或者可能数千小时后才需要维护；b)减轻或消除因更换物质而引起的交叉污染，例如当从十八硼烷离子植入变换至砷或磷离子植入时，及从砷或磷离子植入变换至十八硼烷离子植入时；及c)在离子源的使用寿命期间保持最高的离子源性能。

例如，每八个小时(即操作人员每换一次班)及在每一次物质更换的中间实施一10分钟化学清理方案对植入机正常运行时间的影响将微乎其微，且对于现代半导体制作工厂而言将是可接受的。

终点检测

已认识到，在清理过程期间提供终点检测将是有益的，以便可产生关于清理过程的效力及所需持续时间的定量信息并可确保所述化学清理过程的重复性。图3显示一用于对该清理过程进行取样的压差四极质量分析器。通过监测例如F、Cl、BF₃、AsF₃、AlF₃、Wf₆等清理气体产物的浓度，可对清理过程进行调整及检验。或者，可使用监测该过程的光学构件。一FTIR光学分光计可通过一视口来监测存在于植入机离子源的真空室中的气体。在某些情形中，对于就地监测器件而言，可能偏好使用此种非侵入性(移地)方法来识别化学物质。另一选择为，参见图4，一可抽取的FTIR分光计可耦合至所述源真空室来进行终点监测。一种用于实现终点检测的新颖方法是由如下来组成：在清理期间监测离子化室的温度。由于化学反应会放出热量，因而在反应期间会释放出能量，从而使室的温度升高。原则上可使用此种效应来确定反应速率何时减小。

新颖的离子提取电极

例如十硼烷及十八硼烷等氢化硼是热敏材料。其在气化并在温度为20℃与100℃之间冷凝。因此，使这些材料所接触到的所有表面的温度保持高于气化器温度(但低于其离解温度)以防止冷凝是很重要的。我们已发现，当使用此种氢化硼时，对提取电极的污染会成为一个问题。直接离子束轰击与冷凝的溃入蒸气或其分子离解产物二者均可使用于形成离子束的光学器件的工作变差，因为这些含硼的层看起来为电绝缘性的。一旦沉积形成电绝缘层，其就会获取电荷(“充电”)并在电击穿时形成真空放电或“闪信号”。此种放电会导致离子束电流不稳定并可导致形成可到达离子束所射向的处理室的微粒。在现代半导体制作工厂中，一其离子束产生系统每小时经历许多次闪信号的离子植入机将被认为不具备生产用价值。此外，甚至在因绝缘涂层变厚而不存在此种放电时，电极表面上的电荷也会形成可造成束导引效应的讨厌的杂散电场，从而造成离子束损失并可能不利地影响离子束的质量。

新的信息的发现已促成了一种对该问题的健壮的解决方案。大多数植入机离子提取电极是由石墨制成。人们已发现石墨在该应用中具有许多优点，包括材料成本低、易于机加工、导电率高、热膨胀系数低、及在高温下具有良好的机械稳定性。然而，在使用石墨提取电极时，却发现在产生氢化硼离子束之后存在不稳定性。怀疑是电极表面已变成绝缘性。收集了电极沉积物的样本并用x射线荧光分光计进行了化学分析。研究表明，其化学计量成分与一种B₂C形式的硼-碳化合物相一致，而人们发现B₂C为绝缘性的。此外，离子源附近的金属表面，包括离子源的前面板(即离子提取孔板)在长期使用后看起来也已沉积有绝缘涂层。当时设想使所述电极由铝制成，并提供辐射式加热器来使电极板(即抑制电极及接地电极)保持处于一经过良好控制的高到足以防止十硼烷及十八硼烷冷凝的高温(参见图9、11)。此外，面朝离子源的抑制电极是由单件经过机加工的铝制成，具有一光滑、无形体的外观，且所有紧固件均位于板的背面上。此种构造显著减小了在万一形成绝缘涂层时放电点的数量及严重程度，其利用了如下原理：一“点”或尖锐形体处的电场强度要比一光滑表面处的电场强度大许多倍。

由此形成的提取电极表现出优异的性能，并以极低的闪信号出现频率可靠地运行了100小时以上(至少为石墨电极的十倍)。此种巨大的改良归因于：i)采用了Al构造(即金属与石墨相比)，ii)对电极板进行了有效的加热及温度控制，及(iii)电极表面光滑。我们发现，当使用十硼烷时使电极板在200℃下工作会得到良好的结果，从而显著减少沉积材料量。一般而言，应使提取电极的温度保持低于进料的离解温度。在使用十硼烷的情况下，应使温度保持低于350℃，较佳处于150℃至250℃范围内。在使用十八硼烷进行工作时，温度则不应超过160℃，因为在高于该温度时会在十八硼烷中发生化学变化；当使用十八硼烷工作时，使提取电极温度处于120℃与150℃之间会得到良好的结果。

图11中所示的辐射式设计表现出极佳的温度均匀性。在包含电阻式加热器、尤其是如图12所示使用铝电极时，也可产生良好的均匀性并得到一种需要更少维护的更紧凑的设计。

其他金属(例如钼)也将适用于构造一受热提取电极。钼具有耐高温的优点，因而其可耐受极高的温度。其还具有良好的导热性。另一方面，铝像In及B一样是周期表中的III族元素，因此具有仅是硅中的轻微污染物的优点(其是硅中的p型掺杂剂)，而例如钼等过渡金属则非常不利于集成电路中的载流子寿命。铝还不易受到卤素的腐蚀，而例如钼等过渡金属则易于受到腐蚀，尤其是在高温情况下。然而，铝的主要缺点在于其不是高温材料且应在约400℃以下使用。

出于这些原因，视具体用途而定，所述受热电极通常由一种所选的耐高温材料构成，当与就地蚀刻清理结合使用时，通常偏好使用铝或含铝的络合物。

附图说明

图1：包含反应性气体清理的离子束产生系统。

图2：包含反应性气体清理的离子束产生系统的第二实施例。

图3：类似于图1但包含一气化器及某些气体分配元件的离子束产生系统。

图4：类似于图2但包含一气化器及某些气体分配元件的离子束产生系统。

图5：包含通过引入ClF₃来进行反应性气体清理的离子产生系统。

图6：离子植入机的气箱，其包括一反应性气体等离子体源、溃入蒸气源、离子源电子器件、及用于等离子体源的设备。

图6A：类似于图6的视图，其显示一蒸气流控制系统。

图6B：一离子束产生系统的阀门示意图。

图7：电子碰撞离子源。

图7A：图7的一部分的放大图，其显示对各元件的屏蔽。

图7B：一实施例的控制图。

图8：离子提取电极。

图9：离子提取电极光学器件。

图9a：B₁₈H_x ⁺离子束的曲线图。

图10：提取电极及操纵装置。

图11：电极的端头分解图。

图12：电极端头的第二实施例。

图13：B₁₀H_x ⁺离子束电流-十硼烷流速曲线图。

图14：寿命-十硼烷蒸气流速曲线图。

图15：Si试样的蚀刻速率。

图16：离子植入机。

具体实施方式

新颖的离子束产生系统

图1显示一离子束产生系统。如在该实例中所示，其适于产生一用于传输至一离子植入室以供植入半导体晶片或平板显示器内的离子束。图中显示离子源400、提取电极405、真空室410、由电绝缘材料制成的电压绝缘套管415、真空抽吸系统420、真空室隔离阀425、反应性气体入口430、溃入气体及蒸气入口441、蒸气源445、溃入气体源450、反应性气体源455、离子源高电压电源460、及所形成之离子束475。在411处显示一离子束传输室。离子源400构造成提供簇离子及分子离子，例如氢化硼离子B₁₀H_x ⁺、B₁₀H_x ^-、B₁₈H_x ⁺及B₁₈H_x ^-，或者另外提供更传统的离子束，例如P⁺、As⁺、B⁺、In⁺、Sb⁺、Si⁺及Ge⁺。离子源400可为一Bernas型式的电弧放电式离子源-其在离子植入中最为常用，或者一“桶”型水冷离子源-其使用例如一用于形成RF场以产生离子的浸没式RF(射频)天线、一微波离子源或者一电子撞击离子化源。用于待离子化的气态进料的气体及蒸气入口441连接至一适当的蒸气源445，蒸气源445可紧靠气体及蒸气入口441或者可位于一更远的位置，例如位于一终端壳体内其他位置的气体分配箱中。终端壳体是一封闭所述离子束产生系统的金属箱(未图示)。其容纳离子源所需的设备，例如抽吸系统、电源分配、气体分配及控制设备。当利用质量分析来选择离子束中的离子物质时，所述质量分析系统也可位于所述终端壳体内。

为提取出能量界定分明的离子，由高电压电源460使离子源400相对于提取电极405及真空室410保持一高的正电压(在其中产生带正电荷的离子束的更常见情形中)。提取电极405靠近离子化室的提取孔504布置并与其对齐。其由至少两个包含孔的电极板组成：一最靠近离子化室500的所谓的抑制电极406及一“接地”电极407。抑制电极406相对于接地电极407承受负偏压，以拒斥当产生带正电荷的离子束时被吸引至承受正偏压的离子源400上的不希望有的电子。接地电极407、真空室410及终端壳体(未图示)全部处于所谓的终端电位-其处于地电位，除非希望使整个终端在地电位以上浮动-在某些植入系统(例如对于中等电流离子植入机而言)中即为此种情形。提取电极405可为下文所述的新颖的温控金属设计。

(若产生带负电荷的离子束，则使离子源保持处于一高的负电压并进行其他适当的变化，终端壳体通常仍保持在地电位)

图1显示反应性气体源455处于终端电位，其中反应性气体入口430包含一高电压断口431，该高电压断口431通常由例如(举例而言)Al₂O₃等绝缘陶瓷制成。由于一般而言可将用于离子植入的离子源偏压至高达约90kV的最高电压，因而在该种应用中，该高电压断口必须耐受90kV。如下文所将说明，所述清理系统仅在离子化源及高电压断开(断电)时使用，因而当真空室410处于高真空状态时仅存在断口431两端的高电压，此使高电压隔离间隙要求更易得到满足。一与真空室410连通的专用的终点检测器470用于在化学清理期间检测反应性气体产物。

对于适合与离子植入系统一起使用的离子源(例如用于掺杂半导体晶片)而言，离子化室较小-容积小于约100ml，具有小于约200cm²的内表面面积，并构造成以低于约200标准升/分钟的流速接收反应性气体流(例如氟原子或含氟的反应性化合物)。

可以看出，图1所示的系统能实现就地清理，即无需将离子源从其在真空室中的工作位置移出，且几乎不会使运行中断。

图2显示另一实施例。图2相对于图1的主要差别在于，反应性气体源455及反应性气体入口430处于离子源的电位。此种方法具有双重优点：其结构更加紧凑，且其允许将反应性气体源455及其相关气体供应源容纳于处于离子源电位的向离子源400提供气体及功率的气箱中-在商用离子植入系统中通常如此。

化学清理系统

图3所示实施例具有许多类似于图1的特征，其构造成选择性地产生簇离子及单体离子二者。其具有一用于通常为气态的进料的专用气体入口435并通过阀门443与一用于产生氢化硼及其他气化进料的蒸气源445相连通。为对离子源及电极实施就地化学清理，一远端等离子体源455将由一清理气体供应源465所提供的气体(例如NF₃)离解成分解产物(例如F，F₂)及含N的化合物。当希望进行清理时，在将离子源断电后，通过专用反应性气体入口430将所述分解产物从远端等离子体源455馈入离子化室内。远端等离子体源455安装于电压隔离套管415的终端电位侧上。由于离子源400以高电压运行，因而一处于真空中的高电压断口431会提供电压隔离。

在要启动一清理循环时，将离子源关闭并关闭真空室隔离阀425；将真空抽吸系统420的高真空泵421隔离并通过在由预抽泵422有效地抽吸真空室410时引入干燥的N₂而将真空室410置于一＜1乇的低真空状态。一旦处于低真空状态，即向等离子体源455引入氩气(自Ar气源466)并由将射频(RF)功率耦合至等离子体源455内的板上电路对等离子体源通电。一旦开始进行等离子体放电，Ar就会减少且含F的溃入清理气体465(例如NF₃)就会被引入至等离子体源455内。呈中性形式的反应性F气体及经离解的溃入清理气体465的其他副产物通过反应性气体入口430被引入至离子源400的已断电的离子化室500内。Ar及NF₃的流速较高，介于0.1SLM(标准升/分钟)与数SLM之间。因此，可通过此种方式以离解产物的形式向离子源400内引入最多约1SLM的反应性F。由于离子化室500的容积及表面积较小，因而此会得到对所沉积材料的极高的蚀刻速率。离子化室500具有一面向所述提取电极且包含截面积介于约0.2cm²与2cm²之间的提取孔504的前面板，在通电运行过程中，由提取电极405通过提取孔504提取出离子。在清理过程中，由真空室410通过孔504从离子化室500中吸出反应性气体负载；然后由低真空泵422从室410中抽吸出所述气体负载。由于提取电极405靠近并面朝离子化室500的孔504，因而电极表面会截交相当大量的反应性气体流。由此形成电极清理作用，从而移除电极表面上的沉积物，尤其是移除抑制电极406正面(其处于接收到最多沉积物的位置上)上的沉积物。因此，较佳使提取电极及其基座由例如Al及Al₂O₃等耐F的材料制成。

图3所示实施例也具有一终点检测器，所述终点检测器由一构造成在腐蚀性环境中应用的压差残余气体分析器(RGA)组成。分析器RGA与真空室410相连通。其将通过监测含F反应产物(例如通过B与F相结合而得到的BF₃气体)的分压而用作清理作业的终点检测器。也可使用其他类型的终点检测器，图中显示RGA只是为了例示一个特定实施例。当RGA处的含硼分压减小时，该清理过程即基本结束。一旦该清理过程结束，即可将等离子体源455关闭并用Ar气(其还吹扫离子化室500、室410及其中所包含的元件)短时地吹扫等离子体源455。然后将低真空泵422隔离而不再与真空室410连通，开启高真空泵421的隔离阀，并使真空室410恢复至高真空状态(约为1×10^-5乇或以下)。然后开启真空室隔离阀425。此时，该系统即准备重新进行离子束的产生。可对离子源电压源460通电并按正常方式操作离子源400。

图3所示实施例的一优点在于，为支持远端等离子体源455所需的辅助设施(例如冷却水循环及电源)可处于离子植入机的终端电位(参见图16中的208)。此使得能够与植入机的质量分析器磁铁230共享在S处所标记的设施，例如冷却水及电源。在清理模式过程中，当对等离子体源455通电时，分析器230被断电并因而不需要使用水或电源，在离子束产生模式中则与此相反。此种“共享”可通过在S’处所示意性表示的适当控制方案来实现，所述控制方案视所用的工作模式而将例如冷却水循环及电源接线等辅助设施或者引至分析器磁铁230(虚线箭头S)或者引至远端等离子体源455(实线箭头S)。

图4显示一类似于图2的用于对源400及提取电极405实施就地化学清理的实施方案。在离子源400内整合有三个入口通道，以分别用于来自等离子体源455的反应性气体430、来自若干个所选存储空间450之一的溃入气体435、及来自气化器445的溃入蒸气440。不同于图3，图4所示实施例具有处于离子源400的高电压的基于等离子体的反应性气体源455。此使远端等离子体源455能够共享离子源400的控制点，且还使得能够从处于离子源电位的离子源气体分配箱(还参见图6及6A)提供清理用溃入气体465及来自存储器466的氩吹扫气体。图中还显示一不同类型的终点检测器，即一傅立叶变换红外线(FTIR)光学分光计。该检测器可通过一石英窗而移地(在真空室外)工作。如图4所示，也可转而使用一种提取类型的FTIR分光计，其在清理过程中直接在真空室410中对气体进行取样。此外，一温度传感器TD可通过感测离子化室的表面中一绝热的代表性区域而感测断电的离子化室的温度。传感器TD可监测由F与污染性沉积物的放热反应所产生的热量，以用作一终点检测。

图5显示一类似于图4但包含一从根本上不同类型的反应性气体源455的离子束产生系统。在此种情形中，将包含于一气瓶中的反应性ClF₃气体直接馈送入离子源400中而不使用一远端等离子体源。由于不需要用于远端等离子体源的电源及控制器件，因而此会潜在地降低设备成本及占用面积。然而，由于ClF₃为自燃性的，因而其属于危险品并需要进行专门的气体运送，而NF₃(例如)主要是一种窒息性物质，且其毒性小于例如BF₃、PH₃或AsH₃等许多半导体气体，因而更为安全。

图6显示包含于一气箱B内的等离子体源455、蒸气源445、源电子器件、及用于所述等离子体源的辅助设施S，所述气箱B意在改装至一现有离子植入机设备内。

图6a所示实施例不同于上文图6所示实施例之处在于，其包含一如下文所述的较佳的气化器及流量控制系统。图6B为图4所示离子源及自清理系统的阀门示意图。

较佳的离子源及气化器

图7为一较佳离子源10及其各种组件的图式，并参见图7A。其详细构造以及其较佳工作模式类似于由Horsky等人在2003年6月26日提出申请且名称为“一种离子植入装置及一种通过植入氢化硼簇离子来制造半导体的方法(An ion implantationdevice and a method of semiconductor manufacturing by the implantation of boron hydridecluster ions)”的第PCT/US03/20197号国际申请案中以及由Horsky在2002年6月26日提出申请且名称为“电子碰撞式离子源(Electron impact ion source)”的第10/183,768号美国专利申请案中所揭示，这两个申请案均以引用方式并入本文中。离子源10为一种新颖电子碰撞式离子化系统的一个实施例。图7为所述源构造的一剖面示意图，其用于阐明构成离子源10的各组件的功能。离子源10制作成通过一安装法兰36介接至一离子植入机的已抽空的真空室。因此，图7中所示离子源10的处于法兰36右侧的部分处于高真空状态(压力＜1×10^-4乇)。将气态材料引入离子化室44内，在其中通过来自电子束70的电子碰撞将气体分子离子化，电子束70通过电子入口孔71进入离子化室44以使电子束70对准离子提取孔81(毗邻、平行于提取孔81延伸)。由此，毗邻于离子提取孔81(其看上去为离子提取孔板80中的一个槽)形成离子。然后，由位于离子提取孔板80前面的提取电极220(图8及9)提取所述离子并使其形成一高能离子束475。参见图7，例如氩、磷化氢、或砷(举例而言)等气体可通过气体导管33馈送入离子化室44内。而例如十硼烷或十八硼烷等固体进料29则可在气化器28中气化，并将蒸气通过源块35内的蒸气导管32馈送入离子化室44内。通常，离子化室44、离子提取孔板80、源块35(包括蒸气导管32)及气化器室30均由铝制成。通过气化器室30的闭环温度控制使固体进料29保持均一的温度。在压载空间(ballastvolume)31中积聚的升华的蒸气50通过导管39及节流阀100和截止阀110馈送。节流阀100与截止阀110之间的蒸气50的标称压力是由受热的压力表60(较佳为一电容式压力计)来监测。由于蒸气50通过位于源块35中的蒸气导管32馈送入离子化室44内，且气体通过气体导管33馈送，因而该离子源-其能够根据需要形成由分子离子(例如B₁₈H_x ⁺)或单体离子(例如As⁺)组成的离子束475-既可对气态材料也可对气化材料进行离子化。

流入离子产生系统内的蒸气流量控制

流至图7所示离子化室的蒸气流量(并参见图7B)取决于刚好位于蒸气馈送通道32之前的区域(即位于图7所示截止阀110内)中的蒸气压力。这是由位于节流阀100与截止阀110之间的压力表60(例如一电容式压力计)来测量。一般而言，流速与蒸气压力成正比。这使压力信号能够代表流量，并用作一设定点来对流量进行选择。为产生一流入离子源内的所需蒸气流量，使气化器室30到达一当节流阀100处于其完全开启位置时会超过所需流速的温度。然后，调节节流阀100以达到所需的压力输出。

为形成一随时间稳定的流量，使用双PID控制器(例如Omron E5CK控制回路数字控制器)来分别构建对气化器温度及蒸气压力的单独的闭环控制。控制(反馈)变量对于温度而言为热电偶的输出、对于压力而言为压力表的输出。图7B所示图式显示一用于执行这些闭环控制功能的数字蒸气馈送控制器220。

在图7B中，将来自压力表60的压力表输出250施加至节流阀位置控制器件245，由节流阀位置控制器件245对节流阀100施加节流阀位置控制信号247。将来自气化器28的热电偶输出225施加至气化器加热器控制器件215，由气化器加热器控制器件215控制施加至气化器28的加热器功率248。

由数字溃入控制器220构建一第二级慢速控制，以将固体进料气化速率调节为其开口表面积(尤其是固体-真空接口处可用表面积)的函数。随着气化器内的进料随时间的进行而被消耗，该可用表面积会稳定地减小，直至蒸气的散发速率不能支持所需的蒸气流速，从而造成节流阀100上游的蒸气压力降低。这称作“散发速率有限”运行。因此，当向气化器中新添加进料时，在标称节流阀位置处于其动态范围的低端(即节流阀仅部分地开启)时，比如25℃的气化器温度就可支持所需的蒸气流量。随着时间的进行(例如，在进料消耗掉20％之后)，阀门位置将一再地进一步开启以维持所需的流量。当节流阀接近其动态范围的高导通极限(即开启量最大)时，由控制器220感测到该阀门位置并向气化器加热器控制器件215发送一新的更高加热器设定点温度。该增量被选择成一旦气化器温度稳定至其新的值，即会使标称节流阀工作点重新接近其动态范围的低端。因此，数字控制器220既能适应设定点蒸气压力的短时间变化又能适应气化器温度的长时间变化的能力使在所填充进料的寿命内对蒸气流量的控制非常强大。此种控制会防止向离子化室内过量地馈送蒸气。其效果是限制离子产生系统表面上不希望有的沉积物的量，从而延长在清理之间的离子源寿命。

图8显示一面朝新颖的离子源10的离子提取电极220的俯视图(向下看)。离子源10相对于处于本地地电位(即处于真空室的电位)的离子提取电极220保持处于一正电位V_A。离子提取电极220是一简单的二极管；电极板302为“接地”电极而板300为“抑制”电极-通常由抑制电源V_S使其保持低于地电位数千伏特。图中显示离子源10的离子化室44及离子提取孔板80面朝提取电极220。这三个板80、300、302包含用于通过其提取出离子90的矩形槽或孔；图8沿“短”的或散开的方向显示槽的外形。

新颖的受热电极

在图14所示的十硼烷寿命测试过程中，使用了一种新颖的受热铝电极。图9在一维“槽”孔径透镜的发散平面中显示该提取系统的基本光学设计的俯视图。在所用的植入机中，由图8所示的高电压正电源V_A使离子源的离子化室490保持处于所需的离子束能量。例如，如果希望得到一20keV的离子束，则使V_A＝20kV。使离子提取孔板500与离子化室490电绝缘，以便可由双极电源V_B对其施加-750-750V的偏压。所述绝缘是通过一夹于离子提取孔板500与离子化室490之间的导热性电绝缘聚合物衬垫来实现。离子源本体中暴露于蒸气的各个部件(图7中的源块35、离子化室44及提取孔板80)彼此保持良好的热接触，以在源工作过程中使各表面保持处于受控温度。在离子化室490中所产生的离子由提取电极540通过离子提取孔板500中的孔提取出，所述提取电极540由抑制电极510及接地电极520组成。离子以一聚焦离子束的形式沿离子束轴线530传播。被电源V_S偏压至负的数千伏特的抑制电极510用于抑制因离子束轰击而从抑制电极的上游产生的二级电子，从而防止这些高能电子回流至承受正偏压的离子源内。离子化室490、离子提取孔板500、抑制电极510及接地电极520全部由铝制成，并具有光滑的、经仔细抛光的表面以使局部电场最小化。

对离子提取孔板500施加偏压的一重要效应是改变图9所示离子光学系统的焦距。负的偏压会使焦距最大，而正的偏压则使焦距减小。在偏压较大时，此种效应可能会很明显。出于诊断目的，安装了一位于分析器磁铁入口处、刚好位于源室隔离阀下游的扫描线轮廓曲线仪(图16中的210)。该扫描仪记录了离子束电流在发散平面中的分布，此适用于确定离子束在发散平面中聚焦的良好程度。在图9a中针对-483V、0及+300V三种不同的偏压条件显示了20keV十八硼烷离子束的轮廓。在0伏特条件下基本上过聚焦，在正电压条件下过聚焦的程度变大，而在负电压条件下则正确地聚焦。在这三次测量中，电极位置保持恒定不变。如人们所预期，正确的聚焦条件得到了最高的离子束电流。

能改变光学焦距并由此对光学系统进行微调以获得最高离子束电流的能力使得可向气化器中引入最少量的进料。同样，此具有能限制离子产生系统表面上不希望有的沉积物的量、从而延长清理之间的离子源寿命的有利效果。

除了刚才所述的对提取孔板施加偏压以使系统聚焦外，本发明还提供用于使提取电极光学元件相对于系统中的其他组件移动的构件。图10显示安装于一三轴线操纵器610上的新颖电极600，所述三轴线操纵器610能允许沿由座标系620所界定的X、Z及Θ方向运动(相对于离子源)。致动器613控制X方向的运动，终端机612控制Z方向的运动，而致动器611控制Θ方向的运动。操纵器610通过安装法兰615安装至植入机真空室的侧面上。

图11显示所述新颖电极端头的受辐射加热型式的局部分解图。图中显示抑制电极700、接地电极710、加热器板720及辐射加热丝730。所述抑制电极及接地电极是由铝制成，加热器板是由不锈钢制成，而加热丝730是由镍铬铁合金制成。当所述电极在200℃下工作时，用于维持所述温度的功率消耗约为60W。加热器功率是由一闭环PDD控制器Omron E5CK根据热电偶的反馈来控制。

图12显示所述新颖电极端头的一受电阻加热型式的局部分解图。图中显示抑制电极800、接地电极810及电阻加热器820。这四个电阻加热器820装入套管830内，其中每一电极板内两个。套管830为一对分式设计，以使加热器压配合于所述套管内，从而实现紧密接触。加热器与电极之间的紧密接触对于确保对电极正确地加热、及防止加热器过早烧坏而言颇为重要。同样，Omron E5CK或同等控制器可根据热电偶的反馈来控制电极温度。

如上文所述，对提取电极使用这些加热方案可维持一受到充分控制的足够高的高温，以防止例如因图7及7A中由以相对低的温度运行的离子源所产生的十硼烷及十八硼烷的冷凝。由耐氟材料(例如铝)制成的提取电极能实现对所述电极的周期性就地清理，以移除任何由通过提取孔抽吸出的氟蒸气所形成的沉积物。

对于固有运行方式会热到热量可能会损坏提取电极总成(若由低温材料制成)的等离子体离子源，会遇到一种不同的情形。参见图9，其以虚线形式显示分别与铝电极构件510及522的背面成热传递关系紧固的循环冷却盘管512及522。冷却流体在这些冷却盘管中循环可对铝电极进行冷却，以防止来自热离子源的热量引起变形。这使得能够对提取电极使用耐氟材料，例如铝或含铝的络合物，这些耐氟材料能耐受任何由进料或反应性清理气体所带来的氟的腐蚀。

当使用十硼烷工作时源的寿命的测量

图14显示在一宽广的十硼烷流量范围内进行测试的源的寿命结果。对这些数据的拟合是根据方程式(3)进行的。在这些测试过程中未记录到离子源故障；而是，当十硼烷离子电流降至其初始水平的大约一半时结束各个测试。在检查离子源时，发现在离子化室内沉积有大量的含硼材料，这些材料大多粘附于所述室的内壁上。在某些情形中，离子提取孔也被部分地堵塞。方程式(3)中的模型看起来与该数据非常相符，并表明“贫乏”作业是在两次就地化学清理程序或解体之间延长离子源寿命的关键。

在F清理过程中对离子化室内蚀刻速率的测量

使用具有图7所示离子源10的系统对位于离子化室44内的1mm厚硅试样进行F清理过程测试，并进行了如下修改：并非包含一专用的反应性进料导管，而是使用蒸气进料导管32来引入反应性气体。使用Si是因为F对Si的蚀刻已众所周知，且纯Si材料可按Si晶片形式得到。该测试需要在两个清理循环之间移出气化器。对两个试样位置进行了测试：其中一个试样位置与反应性气体入口(即蒸气进料32)成视线关系，另一个则不成视线关系。在图15中显示蚀刻速率随NF₃的流速而变化。在该过程中，使流入远端等离子体源内的氩的流速保持为700sccm，而NF₃的流速则在50sccm至500sccm之间变化。视线几何排列显示蚀刻速率增大到五倍，因而如果可均匀地进行，则其为一种较佳的几何排列。

为此，图3所示的几何排列应比图4所示的几何排列提供对离子源离子化室44的更好的蚀刻均匀性。该测试还表明，将对蚀刻敏感的组件的位置与气体流屏蔽开能有效地为这些组件提供一定程度的保护。

为延长自清理离子产生系统中各组件的寿命，应选择能耐受反应性气体的构造材料，并可采取措施对敏感组件进行屏蔽。

在离子化室的内部，如上文所述，在离子化作用的温度允许的情况下采用铝，因为铝组件能耐受反应性气体氟。当希望进行更高温度的离子化作业时，铝-碳化硅(AlSiC)合金是离子化室或提取电极表面的一个较佳选择。用于离子化室中的表面的其他材料为硼化钛(TiB₂)、碳化硼(B₄C)及碳化硅(SiC)。

对于暴露于氟但不暴露于离子化作用的组件-例如电子源组件(例如电极)，可使这些组件由镍基合金(Hastelloy)、耐氟的不锈钢及镀镍的金属(例如镀镍的钼)制成。

惰性气体保护及可移动的实体障蔽二者均可保护系统中的组件在清理过程中免受反应性气体的作用。例如，参见图7A，一用于惰性气体(例如氩)的导管113从一气体源(未图示)延伸出。其出口在离子源中处于一关键位置，以便在启动惰性气体流进行清理循环时使惰性气体流笼罩要保护的组件。在图7A中，惰性气体导管113的出口113a将一充斥的氩气流引导到电子枪112的各有效组件(包括发射电子的阴极)上。在图7A中还显示一可移动的屏蔽构件73，其可在清理循环中移动就位。在所示实例中，其可在通至束流收集器72或另一电子枪(当设置于离子化室44的那一侧上时)的孔71A上方移动。

实施上述清理过程来观察其对硼在离子化室内及在图7所示新颖离子源10中离子提取孔内侧上的沉积的影响。所观察到的蚀刻速率的特性类似于图15中的曲线，但降低到三分之一。因而，在NF₃流速为500sccm时，对十硼烷沉积物的蚀刻速率为7μm/min(不成视线关系)及36μm/min(成视线关系)。在以0.8sccm的蒸气流量以十硼烷运行4小时后，离子提取孔内侧在清理之前具有约133μm厚的含硼沉积物。在使用这些流速进行一次5分钟的F清理之后及进行一次15分钟的F清理之后进行观察。孔板的一侧与蒸气进料口成视线关系。从清理图案观察到蒸气进料孔在竖直方向上居中。在经过15分钟的清理之后，所述板上的沉积物几乎完全被清除。此外，在长期运行之后移出图10所示的新颖的受热铝制提取电极并进行检查。其非常干净而不存在任何明显的十硼烷沉积物。这无疑是由于所述电极被暴露于反应性的F(F可经过位于蒸气导管前面的离子源离子提取孔流至其正前面的提取电极)。此外，Al电极总成的高温也会增大对其沉积物的有效蚀刻速率。

关于离子化室，同样，在进行15分钟的蚀刻清理后，在所述室中几乎不存在沉积物。实施一其中以下列方式使所述系统进行重复循环的测试：采用十硼烷工作两小时(所分析离子束电流＞500μA)，关闭所述源并使灯丝冷却，随后以500sccm的NF₃溃入气体及700sccm的Ar进行15分钟的化学清理，来看实施重复的化学清理步骤是否对离子源或提取电极有任何害处。在进行21个循环之后，离子源或电极的工作特性未出现任何可测量到的变化。该结果证实此种F清理过程能使离子源在以可冷凝物质工作时具有极长的寿命。

包含于一实例性离子植入机内的离子产生系统

图16显示一商业离子植入机中的各基本要素，其中安装有包含图7所示离子源的新颖离子束产生系统的一实施例。离子源10插入于离子植入机的源真空室209内。其通过绝缘体211与室209进行电绝缘。离子提取电极220从离子源10提取离子并使其加速以形成一离子束200。离子束200完全在真空中传播；其自电极220进入分析器室290、300，在此处由双极分析器磁铁230使其变弯并分散成若干以其电荷对质量比相区分的单独的细束。所关心的细离子束穿过质量分辨孔270进入一最终的加速(或减速)级310。由此产生、选取及加速的离子束240离开离子束形成系统208并被引入处理室330中，其在此处截交旋转盘314上的一个或多个器件晶片312。可通过关闭隔离阀210来使离子源真空室209与植入机真空系统的其余部分相隔离。例如，在对离子源进行就地清理之前关闭隔离阀210。

Claims

1.一种用于产生一离子束(475或240)的离子产生系统，其包括一用于产生固体进料的蒸气的固体进料气化器(28，445)、一离子源(400或10)与位于一真空室(410或209)内的提取电极(405，220或540)、及一反应性气体清理系统(455，430，图1-6B)，

所述离子源包括一连接至一高电压电源并具有一用于来自该气化器的该固体进料的蒸气的入口(441，440或32)的离子化室(500，490或44)、一用于在所述离子化室内将所述蒸气离子化的可通电的离子化系统及一与所述真空室(410或209)连通的提取孔(504或81)，所述真空室由一真空抽吸系统(420)抽成真空，

所述提取电极(405，220或540)设置于所述离子化室外面的所述真空室中、与所述离子化室的所述提取孔(504或81)对齐并适于维持在一低于所述离子化室的电压以下的电压，以通过所述孔从所述离子化室内提取离子从而形成所述离子束，

在所述离子源工作期间，所述离子产生系统的表面易于积聚进料沉积物或相关污染物，

且所述反应性气体清理系统(455，430)可在所述离子源断电时工作，以提供一进入并通过所述离子化室(500，490或44)及通过所述离子提取孔(504或81)的反应性气体流来与所述离子产生系统的至少某些表面上的所述沉积物反应并移除所述沉积物。

2.如权利要求1所述的系统，其构造成由一包含一辅助等离子体室的反应性气体产生器(455)形成所述反应性气体流，所述辅助等离子体室经设置以接收一能够被所述等离子体室内的等离子体离解的气态进料化合物，以形成通过一出口及一导管(430)的所述反应性气体流以将所述反应性气体从所述辅助等离子体室运送至所述离子化室(500，490或44)。

3.如权利要求1所述的系统，其中要被所述离子源离子化的源材料包含一易于形成一种可在离子源作业过程中在所述离子产生系统的表面上冷凝的材料的分子且所述反应性气体选择成能够与所述可冷凝的材料反应以形成一挥发的反应产物。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述离子源是一低温离子源，所述离子源的所述可通电的器件经构造以产生一用于电子撞击离子化的聚焦电子束或者经构造以作为一RF场离子源运行。

5.如权利要求1所述的系统，其具有一气化器(28，445)，所述气化器(28，445)经构造以使一固态氢化硼源材料气化并向所述离子化室提供氢化硼蒸气来离子化。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述氢化硼材料为十硼烷B₁₀H₁₄，且所述反应性气体清理系统适于从所述表面上移除十硼烷的冷凝的分解产物。

7.如权利要求5所述的系统，其中所述氢化硼材料为十八硼烷B₁₈H₂₂，且所述反应性气体清理系统适于从所述表面上移除十八硼烷的冷凝的分解产物。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述反应性气体清理系统包括一辅助反应性气体产生器(455)，所述辅助反应性气体产生器(455)经构造以使一气态化合物离解成原子氟。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述反应性气体清理系统包括一辅助反应性气体产生器(455)，所述辅助反应性气体产生器(455)经构造及设置以与所述离子源(400或10)共享一辅助设施(S，图6A，6B)。

10.如权利要求1所述的系统，其进一步包含一用于引导所述所提取离子束穿过一质量分析器(230)的系统，其中所述反应性气体清理系统是一经构造及设置以与所述质量分析器共享-辅助设施(S，图3)的辅助反应性气体产生器。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述离子化室(500，490或44)通过一绝缘套管(415)支撑于一真空室(410或209)内，所述绝缘套管(415)使所述离子源在其运行过程中通电时能够保持在一明显不同于所述真空室的电压电位的电压电位，且所述反应性气体清理系统布置成保持在所述离子源的所述电位并通过所述绝缘套管(415)与所述离子化室连通。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述离子化室(500，490或44)通过一绝缘套管(415)支撑于所述真空室(410或209)内，所述绝缘套管(415)使所述离子源在运行过程中能够保持在一明显不同于所述真空室的电压电位的电压电位，且所述反应性气体清理系统布置成保持在所述真空室的所述电位并通过所述室的壁、因而通过一使所述绝缘套管与所述离子化室(500，490或44)隔离的电压断口(431)与所述离子化室连通。

13.如权利要求1所述的系统，其进一步包含一监测系统，所述监测系统包括一终点检测系统(470，RGA，FTIR，TD)，所述终点检测系统(470，RGA，FTIR，TD)适于至少协助检测所述反应性气体与所述表面上的污染物的反应完成。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述监测系统包括一终点检测系统，所述终点检测系统包括一分析系统以用于分析在所述反应性气体清理系统运行期间已暴露至所述表面的气体的化学组成。

15.如权利要求13或14所述的系统，其中所述监测系统包括一温度检测器(TD)，所述温度检测器(TD)设置成检测所述反应性气体与所述表面上的污染物的一放热反应的进度或结束。

16.如权利要求1所述的系统，其中所述离子源包括一位于所述离子化室内或与所述离子化室连通的易于受到所述反应性气体损坏的组件，且设置有用于使所述组件免受所述反应性气体作用的构件(17，113，图7A)。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述构件包括一导管(113，图7A)以用于产生一穿过所述易于受到损坏的组件的惰性气体。

18.如权利要求1所述的系统，其中所述反应性气体为一卤素且所述离子产生系统中要用所述反应性气体移除沉积物的表面是由能耐受所述卤素侵蚀的材料构成。

19.如权利要求1所述的系统，其中所述反应性气体是一卤素，所述离子源是一低温离子源，且包含所述离子源的所述离子产生系统的表面或者最接近所述离子源的所述提取电极(406，300，510，700或800)的一外露部分是由能耐受所述卤素侵蚀的铝或一铝基材料构成，且用所述反应性气体从所述离子产生系统的表面或者所述外露部分移除沉积物。

20.如权利要求1所述的系统，其中所述离子源布置于一真空室(410或209)内，所述真空室(410或209)与一抽吸系统(420)相关联，所述抽吸系统(420)包括一能够形成高真空的高真空泵(421)及一能够形成低真空的预抽泵(422)，所述高真空泵(421)可在所述离子源(400或10)运行期间运行，且能够在所述反应性气体清理系统运行期间与所述真空室隔离，所述预抽泵(422)可在所述反应性气体清理系统运行期间运行以移除挥发的反应产物。

21.如权利要求1所述的系统，其中所述提取电极(405，220或540)与一电加热器(720，730图11，820图12)相关联，所述加热器适于在离子提取过程中使所述提取电极保持于高于离开所述离子源的气态或气化材料的冷凝温度的高温。

22.如权利要求20或21所述的系统，其中所述提取电极包含钼。

23.如权利要求20所述的系统，其中所述提取电极由辐射式加热器(720，730)进行加热。

24.如权利要求20所述的系统，其中所述提取电极由电阻式加热器(820)进行加热。

25.如权利要求22所述的系统，其中所述提取电极的温度被控制至一所需温度。

26.如权利要求24所述的系统，其中所述温度介于150℃与250℃之间。

27.一种用于产生一离子束(475或240)的离子产生系统，其包括一气态或气化形式的进料源、一离子源(400或10)与一位于一真空室(410或209)内的提取电极(405，220或540)、及一反应性气体清理系统，

所述离子源包括一连接至一高电压电源并具有一气态或气化进料入口(441，440或32)的离子化室(500，490或440)、一用于在所述离子化室内将所述气态或气化进料离子化的可通电的离子化系统及一与所述真空室(410或209)连通的提取孔(504或81)，所述真空室由一真空抽吸系统(420)抽成真空，

且所述反应性气体清理系统包括一能够使一气态进料化合物离解以提供反应性气体的辅助反应性气体产生器(455，图1-4，6，6A或6B)，所述产生器可在所述离子源断电时工作，以提供一进入并通过所述离子化室(500，490或44)及通过所述离子提取孔(504或81)的反应性气体流来与所述离子产生系统的至少某些表面上的所述沉积物反应并移除所述沉积物。

28.一种离子植入系统，其具有一离子源(400或10)及一用于从所述离子源提取离子的提取电极(405，220或540)，其中所述提取电极(405，或220或540)与一电加热器(720，730图11，820图12)相关联，所述加热器适于在离子提取过程中使所述提取电极保持于高于离开所述离子源的气态或气化材料的冷凝温度的高温。

29.如权利要求28所述的系统，其中所述提取电极包含铝。

30.一种用于形成一离子束的方法，其使用如权利要求1-27中任一项所述的系统，其包括如下步骤：操作所述离子源，并此后中断所述离子源的运行并通过使反应性气体流入所述离子化室内而使所述表面受到清理。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述离子源是一用于形成一植入于一靶内的离子束的离子植入机的一组件。

32.如权利要求30所述的方法，其经实施以使一固态氢化硼源材料气化并向所述离子化室提供氢化硼蒸气来离子化。

33.如权利要求32所述的方法，其中所述氢化硼材料是十硼烷B10H14，且所述反应性气体清理系统用于从所述表面上移除冷凝的十硼烷分解产物。

34.如权利要求32所述的方法，其中所述氢化硼材料是十八硼烷B18H22，且所述反应性气体清理系统用于从所述表面上移除冷凝的十八硼烷分解产物。

35.如权利要求30所述的方法，其中所述离子源用于从含砷的化合物、元素砷、含磷的化合物、元素磷、含锑的化合物、硅化合物或锗化合物形成离子且所述反应性气体清理系统用于根据正被离子化的相应材料而从所述表面上移除沉积物。

36.一种用于一离子源中的阴极加热组合件，所述阴极加热组合件包括：

一抑制阴极；

一经设置邻近所述抑制阴极并与其电子绝缘以形成一提取阴极的接地阴极；及

一用于加热所述提取阴极的加热器。

37.如权利要求36所述的阴极加热组合件，其中所述抑制阴极和所述接地阴极中的至少一者由一耐氟材料形成。

38.如权利要求37所述的阴极加热组合件，其中所述耐氟材料为铝。

39.如权利要求37所述的阴极加热组合件，其中所述耐氟材料为一耐高温材料。

40.如权利要求39所述的阴极加热组合件，其中所述耐高温材料为钼。

41.如权利要求36所述的阴极加热组合件，其中所述加热器经设置与所述接地阴极相接触。

42.如权利要求36所述的阴极加热组合件，其中所述组合件经配置以使所述抑制阴极由辐射加热能量加热。

43.如权利要求36所述的阴极加热组合件，其进一步包含一用于感测所述提取阴极温度的温度传感装置。

44.如权利要求43所述的阴极加热组合件，其中所述温度传感装置是一热电偶。

45.如权利要求44所述的阴极加热组合件，其进一步包含一用于控制所述阴极组合件温度的温度控制器。