TWI897921B - 在利用電荷剝離機制的離子植入系統中控制金屬汙染之設備 - Google Patents

Abstract

一種用於將高電荷狀態離子植入至一工件中同時減少痕量金屬汙染之方法，包括：在一離子源中自一所要物種產生處於一第一電荷狀態下之所要離子；以及在一第一離子束中產生一汙染物物種之痕量金屬離子。該些所要離子及該些痕量金屬離子之荷質比相等。自該離子源提取該些所要離子及痕量金屬離子。自該些所要離子剝離至少一個電子以定義處於一第二電荷狀態下之該些所要離子及該些痕量金屬離子之一第二離子束。選擇性地使只有來自該第二離子束之該些所要離子僅穿過一電荷選擇器，以定義處於該第二電荷狀態下之該些所要離子且不包含該些痕量金屬離子之一最終離子束，且該第二電荷狀態之該些所要離子係植入至一工件中。

Description

在利用電荷剝離機制的離子植入系統中控制金屬汙染之設備

本發明大體上係關於離子植入系統，且更特定言之，係關於用於控制汙染且針對所要電荷狀態在高能量下增大離子束電流之系統及方法。

本申請案主張2020年2月7日申請的第62/971,473號美國臨時申請案的權益，該申請案的全部內容以全文引用之方式併入本文中。

在半導體裝置製造中，離子植入用以使用雜質摻雜半導體。離子植入系統常常用以使用來自離子束之離子摻雜工件(諸如半導體晶圓)，以便產生n型或p型材料摻雜，或在積體電路製造期間形成鈍化層。此射束處理常常用以使用指定摻雜劑材料之雜質在預定能量位準下及以經控制濃度選擇性地植入晶圓，以在積體電路製造期間產生半導體材料。當用於摻雜半導體晶圓時，離子植入系統將所選擇離子物種注入至工件中以產生所要非本徵材料。舉例而言，植入由諸如銻、砷或磷的源材料產生的離子產生「n型」非本徵材料晶圓，而「p型」非本徵材料晶圓常常由使用諸如硼、鎵或銦的源材料產生的離子產生。

典型離子植入機包括離子源、離子提取裝置、質量分析裝置(具有或不具有後段加速部分)、射束輸送裝置及晶圓處理裝置。離子源產生所要原 子或分子摻雜劑物種之離子。藉由離子提取裝置自離子源提取這些離子，該離子提取裝置典型地為供能及引導來自離子源之離子流從而形成離子束的一組電極。所要離子在質量分析裝置中與離子束分離，該質量分析裝置典型地為執行所提取離子束之質量分散或分離的磁偶極子。射束輸送裝置將經分析離子束輸送至晶圓處理裝置同時維持離子束之所要性質，該射束輸送裝置典型地為含有一系列聚焦裝置之真空系統。最終，半導體晶圓經由晶圓處置系統轉移入或轉移出晶圓處理裝置，該晶圓處置系統可包括一或多個機器人臂以用於將待處理之晶圓置放在經分析離子束前方且自離子植入機移除經處理晶圓。

基於RF之加速器及基於DC之加速器可實施於離子植入機中，其中離子可經由加速器之多個加速級反覆地加速。舉例而言，基於RF之加速器可具有電壓驅動加速間隙。歸因於RF加速場之時變性質及多個加速間隙，存在影響最終射束能量之大量參數。由於離子束之電荷狀態分佈可改變，故需要付出大量努力來將離子束中之電荷值保持在最初預期之單一值。

本發明瞭解到對於高能量位準下的植入配方(例如，植入之離子束能量、質量、電荷值、射束純度、射束電流及/或總劑量位準)之顯著需求需要在不會非必要地損害離子源的情況下提供較高射束電流及射束純度。因此，在此提供用於以高純度增大射束電流之系統或方法。

因此，下文呈現本發明之簡化概述以便提供對本發明之一些態樣的基本理解。此概述並非本發明之廣泛綜述。其既不預期鑑別本發明之關鍵或至關重要之要素，亦不描繪本發明之範疇。其目的在於以簡化形式呈現本發明之一些概念以作為隨後呈現之更詳細描述的序言。

本發明之態樣促成用於將離子(例如，砷離子)植入至工件中之 離子植入製程。根據一個例示性態樣，提供一種離子植入系統，其具有：離子源，其經組態以形成離子束；射束線組件，其經組態以選擇性地輸送離子束；以及終端站，其經組態以接收離子束以用於將離子植入至工件中。

根據一個例示性態樣，離子源經組態以產生所要物種之所要離子及汙染物物種之痕量金屬離子兩者。舉例而言，所要物種之所要離子處於第一電荷狀態，其中所要離子及痕量金屬離子之荷質比相等。提取設備經組態以自離子源提取所要離子及痕量金屬離子以定義第一離子束，且質量分析儀經組態以自第一離子束選擇所要離子及痕量金屬離子，藉此定義經質量分析之離子束。加速器經組態以將經質量分析之離子束自第一能量加速至第二能量，且電荷剝離設備經組態以自所要離子剝離至少一個電子，藉此定義包含處於第二電荷狀態下之所要離子及痕量金屬離子的第二離子束。此外，電荷選擇器定位於電荷剝離設備之下游，其中電荷選擇器經組態以僅選擇性地使處於第二電荷狀態下之所要離子自其穿過。因此，定義最終離子束，其中最終離子束包含處於第二電荷狀態下之所要離子且不包含痕量金屬離子。終端站可進一步經組態以接收最終離子束以用於將所要離子植入至工件中。

根據一個實例，電荷選擇器包含定位成鄰近於電荷剝離設備之電磁質量分析儀。在另一實例中，電荷剝離設備定位於加速器內。

舉例而言，加速器可包含複數個加速器級，其中電荷剝離設備定位於複數個加速器級中之至少兩者之間。舉例而言，加速器可包含RF加速器，該RF加速器具有經組態以產生加速RF場之一或多個諧振器。舉例而言，在RF加速器中，複數個加速器級分別包含經組態以產生加速場之一或多個諧振器。

在另一實例中，加速器包含經組態以經由靜止DC高電壓加速所要離子之DC加速器。在又一實例中，電荷選擇器包含能量過濾器。此外，掃描器可經提供且經組態以往復掃描最終離子束以定義經掃描離子束。舉例而言，掃 描器可包含靜電掃描器或電磁掃描器，該靜電掃描器或該電磁掃描器經組態以分別靜電地或電磁地掃描最終離子束，以定義經掃描離子束。在另一實例中，角度校正器透鏡經提供且經組態以使經掃描離子束平行化及偏移以供植入至工件中。

根據又一實例，電荷剝離設備包含泵及氣體源，其中泵經組態以泵送來自氣體源之氣體且控制氣體至加速器中之流動，且其中氣體之流動經組態以自所要物種之離子剝離電子。舉例而言，氣體包含六氟化硫。

舉例而言，所要離子可包含砷離子，且痕量金屬離子可包含鈦或鐵。舉例而言，第一電荷狀態之所要離子可包含₇₅As 3+離子，且痕量金屬離子包含₅₀Ti 2+離子。在另一實例中，第一電荷狀態之所要離子可包含₇₅As 4+離子，且痕量金屬離子包含₅₆Fe 3+離子。

根據另一實例態樣，提供一種離子植入系統，其包含經組態以沿著射束線產生離子束的離子源，其中離子束包含第一電荷狀態離子及痕量金屬離子。提供質量分析儀以用於對沿著射束線之離子束進行質量分析，且加速器沿著射束線定位且經組態以將離子束自第一能量加速至第二能量。

舉例而言，電荷剝離設備設置於系統中且經組態以沿著射束線自第一電荷狀態離子剝離至少一個電子，藉此定義包含第二電荷狀態離子及痕量金屬離子之經剝離離子束。舉例而言，電荷選擇器設備沿著射束線定位於電荷剝離設備之下游且經組態以選擇經剝離離子束中之第二電荷狀態離子以定義沿著射束線之最終離子束，其中最終離子束包含第二電荷狀態離子及大致為零的痕量金屬離子。此外，終端站可沿著射束線設置及定位，且經組態以支撐待植入有第二電荷狀態離子之工件。

在一個實例中，加速器包含複數個加速器級，其中電荷剝離設備定位於複數個加速器級中之至少一者之下游。舉例而言，複數個加速器級可包含 定義於個別加速器設備內之多個加速級。替代地，複數個加速器級可由複數個個別加速器設備定義或位於複數個個別加速器設備內。舉例而言，電荷選擇器設備可進一步定位於複數個加速級中之至少兩者之間。舉例而言，離子植入系統可進一步包含定位於加速器之下游的能量過濾器，其中能量過濾器進一步經組態以過濾最終離子束。

在另一實例中，掃描器設置於系統中且經組態以往復掃描最終離子束以定義經掃描離子束。掃描器可包含靜電掃描器或電磁掃描器，該靜電掃描器或該電磁掃描器經組態以分別靜電地或電磁地掃描最終離子束，以定義經掃描離子束。

根據又一態樣，提供一種用於將高電荷狀態離子植入至工件中同時減少痕量金屬汙染之方法。舉例而言，方法包含在離子源中產生所要物種之所要離子，其中所要離子處於第一電荷狀態，且其中產生所要離子進一步產生汙染物物種之痕量金屬離子，其中所要物種及汙染物物種之荷質比相等。自離子源提取所要離子及痕量金屬離子，藉此定義第一離子束。在一個實例中，對第一離子束進行質量分析，藉此定義經質量分析之離子束。在一個實例中，加速經質量分析之離子束。舉例而言，經質量分析之離子束穿過電荷剝離元件，其中電荷剝離元件自所要離子剝離至少一個電子，藉此定義包含處於第二電荷狀態下之所要離子及痕量金屬離子的第二離子束。第二離子束穿過電荷選擇器元件，藉此定義包含處於第二電荷狀態下之所要離子且不包含痕量金屬離子之最終離子束。此外，屬於第二電荷狀態之所要離子植入至工件中。

100:離子植入系統

102:源腔室組件

104:離子源

106:提取電極

108:離子束

110:質量分析儀

112:經分析離子束

114:加速器

114A:加速器

114B:加速器

116:經加速離子束

118:能量濾波器

120:最終能量離子束

122:射束掃描器

124:經掃描離子束

126:角度校正器透鏡

128:最終離子束

130:工件

132:終端站

134:後段加速植入機

136:電荷剝離器

138:電荷選擇器

200:加速器

202:加速器級

204:加速器級

205:加速器級

206:加速器級

208:加速器級

210:加速器級

212:加速器級

214:加速器電極

216:射入離子束

217:透鏡

218:射出離子束

220:電荷剝離器

230:第一複數個加速器級

232:第二複數個加速器級

234:剝離器管

236:泵

238:氣體源

240:控制裝置

242:泵送擋扳

300:圖表

400:圖表

500:方法

502:動作

504:動作

506:動作

508:動作

510:動作

512:動作

514:動作

600:方法

602:動作

604:動作

606:動作

608:動作

610:動作

612:動作

700:系統

702:離子束

704:離子源

705:質量分析儀

706:第一加速器

708:電荷剝離器

710:第一磁體

712:第二加速器

714:第二磁體

716:終端站

750:系統

[圖1A]為說明根據本發明之一態樣的離子植入系統之簡化俯視圖； [圖1B]為說明根據本發明之一態樣的在加速器之後具有電荷剝離器之離子植入系統之簡化俯視圖；[圖2]為根據本發明之至少一個態樣的離子植入系統之一部分；[圖3]說明穿過氬氣及六氟化硫之砷射束之電荷狀態分佈；[圖4]說明在剝離電荷中利用之各種介質；[圖5]為說明根據本發明之另一實例的減少金屬汙染之方法之流程圖；[圖6]為說明根據本發明之又一實例的減少金屬汙染之方法之流程圖；且[圖7]為根據本發明之又另一實例的離子植入系統之實例佈局。

[圖8]為根據本發明之另一實例的植入系統之簡化示意性佈局。

與擴散相反，離子植入為物理製程，其為一種在半導體設備製造中採用以選擇性地將摻雜劑植入至半導體工件及/或晶圓材料中的化學製程。因此，植入動作並不依賴於摻雜劑與半導體材料之間的化學相互作用。對於離子植入，摻雜劑原子/分子經離子化且隔離，有時經加速或減速，形成為射束，且掃過工件或晶圓。摻雜離子物理轟擊工件，進入表面，且典型地以其晶格結構停留在工件表面下方。佐藤(Satoh)共同擁有之美國專利案第8,035,080號描述用於增大射束電流之各種系統及方法，該專利案之內容以全文引用之方式併入本文中。

本發明瞭解到高能量植入應用(例如，用於影像感測器之形成中)可對金屬汙染極為敏感。高能量應用常常可能需要利用較高電荷狀態離子(例如，砷離子)，諸如三電荷(例如，As 3+)、四電荷(例如，As 4+)或甚至較高電荷離子，以便獲得較高最終能量植入。然而，產生及提取這些較高電荷狀態離子可能引起在所提取離子束中形成痕量金屬離子之較高風險。

舉例而言，離子植入用於對金屬汙染極敏感之一些裝置(諸如CMOS影像感測器(CMOS image sensor；CIS))之積體電路(integrated circuit；IC)製造，其中此類汙染可能影響裝置效能，如所謂的白色像素及暗電流效能問題。用於CIS裝置製造之高能量離子植入愈來愈需要較低位準之金屬汙染，諸如表面金屬汙染及高能金屬汙染。在高能量離子植入系統中，例如多電荷狀態離子用以經由加速級獲得較高最終植入能量。然而，自離子源提取用於植入之較高電荷狀態離子導致潛在的「高能金屬汙染風險」，其中由離子源產生之少(但可追蹤)量之一或多個汙染物離子可獲得能量且穿過分析磁體、電過濾器及速度過濾器，且最終植入至工件中。

本發明瞭解到，這些植入中可能不需要離子束中之這些痕量金屬離子，此係由於痕量金屬離子連同所要較高電荷離子一起植入至工件中，導致所得IC中之潛在問題。迄今為止，這些痕量金屬汙染離子中之一些尚不能夠自所要高電荷狀態離子束過濾出。舉例而言，在來自離子源之所提取砷離子束中，在離子源內部產生之砷三電荷(₇₅As 3+)離子及鈦雙電荷(₅₀Ti 2+)離子通常無法藉由下游分析磁體、電過濾器及速度過濾器區分，此係由於此兩者具有相同磁剛性、能量與電荷比及速度。因此，兩種離子將到達工件，因此使得高能金屬離子(例如，Ti汙染)植入至工件中。另一類似實例為鐵三電荷(₅₆Fe 3+)離子，其通常在經組態以選擇砷四電荷(₇₅As 4+)離子時無法藉由下游分析磁體分離。

本發明藉由以來自所提取離子束之所選擇較低電荷狀態離子(例如，₇₅As 3+)開始且接著在輸送離子束期間剝離例如一個電子以產生所要較高電荷狀態離子束(例如，₇₅As 4+)來提供對痕量金屬汙染之解決方案。舉例而言，藉由以較低電荷狀態離子開始且在電荷剝離製程之後選擇所要較高電荷狀態離子，最初伴隨所選擇較低電荷狀態離子之痕量金屬汙染離子可與所要較高電荷狀態離子分離，同時較高電荷狀態離子可視需要進一步加速至最終能量以 用於植入。藉此，舉例而言，本發明可歸因於可用於較低電荷狀態離子產生之較低弧功率而減少最初形成於離子源中之痕量金屬離子的量，同時亦提供過濾機制以在植入至工件中之前自所要較高電荷狀態離子移除痕量金屬離子，因此導致工件中之痕量金屬汙染減少。

為了減少這些汙染，本發明提供電荷剝離器，其經組態以獲得所要離子之電荷狀態，使得可藉由在電荷剝離之後沿著射束線下游選擇所要離子來分離汙染物離子(例如，上文所描述之Ti或Fe離子)。

現參考圖式，為了更佳地理解本發明，圖1A至1B說明根據本發明之各種例示性態樣之實例離子植入系統100。舉例而言，離子植入系統100有時可稱為後段加速植入機，如下文將論述。

舉例而言，圖1A之離子植入系統100包含源腔室組件102，其包含離子源104及提取電極106，以提取離子且使離子加速至中間能量且通常形成離子束108。舉例而言，質量分析儀110自離子束108移除非所需離子質量及電荷物種以定義經分析離子束112，其中加速器114經組態以使經分析離子束加速以定義經加速離子束116。根據本發明之一個實例，加速器114例如包含RF直線粒子加速器(LINAC)，其中離子由RF場反覆地加速。替代地，加速器114包含DC加速器(例如，串列式靜電加速器)，其中利用靜止DC高電壓使離子加速。

舉例而言，離子植入系統100進一步包含定位於加速器114之下游之能量過濾器118，其中能量過濾器經組態以自從加速器114之輸出出現的經加速離子束116移除非所需能譜，以定義最終能量離子束120。舉例而言，射束掃描器122經組態以掃描自能量過濾器118離開之最終能量離子束120，其中以快速頻率來回掃描最終能量離子束以定義經掃描離子束124。舉例而言，射束掃描器122經組態以靜電地或電磁地掃描最終能量離子束120，以定義經掃描離子束124。

經掃描離子束124進一步傳遞至角度校正器透鏡126中，其中角度 校正器透鏡經組態以將扇形經掃描射束124轉換為最終離子束128。舉例而言，角度校正器透鏡126可經組態以使經掃描離子束124平行化及偏移，以定義最終離子束128。舉例而言，角度校正器透鏡126可包含經組態以定義最終離子束128之電磁或靜電裝置。

舉例而言，最終離子束128隨後植入至工件130(例如，半導體晶圓)中，該工件130可選擇性地定位於處理腔室或終端站132中。舉例而言，工件130可在混合掃描流程中移動為與最終離子束128正交(例如，移入紙中及自紙中移出)，以均勻地輻照工件130之整個表面。應注意，本發明瞭解用於相對於工件130掃描最終離子束128之各種其他機制及方法，且所有這些機制及方法預期屬於本發明之範疇內。

舉例而言，圖1A至1B之離子植入系統100可經組態為混合並行掃描單工件離子植入系統。舉例而言，植入系統100亦可稱為後段加速植入機134，此係由於主要加速器114定位於質量分析儀110之下游及能量過濾器118之上游。舉例而言，此類型之離子植入機提供在加速器114之後之能量過濾器118，以便移除加速器之輸出中之非所需能譜。然而，應注意，本發明瞭解到，本發明之各個態樣可與任何類型之離子植入系統結合實施，該任何類型之離子植入系統包括但不限於圖1A至1B之例示性系統100。

在一個實例中，可藉由增大離子電荷值(q)來增大穿過加速器114之離子粒子之最終動能。在一個具體實例中，可藉由如圖1A中所展示將電荷剝離器136設置於加速器114內或如圖1B中所展示設置於兩個加速器114A及114B之間來增大離子電荷狀態(q)。舉例而言，加速器114可呈許多形式且可包含任何數目的加速器級，該些任何數目的加速器級由單個加速器設備定義或定義於單個加速器設備內(諸如圖1A中所展示實例中所說明)或由多個加速器設備定義或定義於多個加速器設備內(諸如圖1B中所展示實例中所說明)。舉例而 言，在作為RF加速器的加速器114中，如圖1A中所展示，數個(例如，六個或更多個)加速器級可包含用於產生加速場(圖中未示)之諧振器，且加速器級中之至少一者可包含在這些加速器級處替換諧振器的電荷剝離器136。

在另一實例中，離子粒子之加速可在位於加速器114內之電荷剝離器136之前例如經由加速器內之第一複數個加速級發生。加速亦可在電荷剝離器136之後例如經由加速器114內之第二複數個加速級發生。替代地，第一複數個加速級可在加速器114外部。舉例而言，雖然圖中未示，但第一複數個加速級可與質量分析儀110相關聯，且因此離子束108在進入電荷剝離器136之前經加速及質量分析。

在另一實例中，電荷剝離器136可位於第一加速器114A下游或之後，如圖1B中所展示。舉例而言，電荷選擇器138定位於電荷剝離器136之後，以便在剝離製程之後選擇具有較高電荷狀態的所要離子。所選擇較高電荷狀態離子可因此進入第二加速器114B，以便獲得高於初始電荷狀態離子之最大能量。比較圖1A及圖1B之組態，圖1B中所展示之電荷選擇器138例如可經組態以僅選擇所要離子物種之特定離子電荷狀態，同時防止其他電荷狀態離子進入第二加速器114B。因此，在某些情況下，相較於圖1A中所說明之組態，圖1B中所展示之系統100之組態可在完整加速之後顯著純化所要離子之能譜。

在一個實例中，圖1A之經質量分析之離子束112包含正離子，該些正離子包含第一電荷狀態(例如，₇₅As 3+)，其中離子之淨電荷可為正。在進入電荷剝離器136之後，第一電荷狀態之正離子之一部分可轉換成第二電荷狀態之更正離子(例如，₇₅As 6+)。因此，離開加速器114之經加速離子束116包含較低濃度之第一電荷狀態之正離子，及一定濃度之處於高於利用第一電荷狀態可獲得之動力最大能量位準之能量的第二電荷狀態之離子。舉例而言，相較於自離子源104直接提取此類第二電荷狀態離子，在電荷剝離器136中由電荷剝離製程 轉換之第二電荷狀態離子的濃度可能更高。舉例而言，自離子源104提取之離子束108可包含任何射束物種，諸如砷、硼、磷或其他物種。

圖2說明根據本發明之一態樣的離子植入系統之實例加速器200之一部分的一個實例。舉例而言，加速器200可包含RF加速器，且可包含任何數目的加速器級，本實例中展示為加速器級202、204、205、206、208、210及212。加速器級202、204、205、206、208、210及212可分別包含至少一個加速器電極214，其由RF諧振器驅動，例如以用於在其兩側上產生RF加速場(圖中未示)。具有電荷狀態(例如，淨電荷或價數)之帶電粒子的射入離子束216可順序地穿過加速器電極之孔。加速之原理在此項技術中為人熟知。

可藉由併入於加速器200內之透鏡217(例如，靜電四極透鏡)提供射束聚焦。在一個具體實例中，加速器200可將單電荷離子加速至第一電荷狀態之最大動能位準。在一個具體實例中，較高第二電荷狀態之離子可用於達至比較低第一電荷狀態之最大動能位準更高的能量位準。因此，包含第一電荷狀態之離子的射入離子束216可作為進入射束進入加速器200且轉換成較高或較低淨電荷價數之第二電荷狀態的離子。藉由移除其中的電子，如藉由併入於加速器200內之電荷剝離器220，射入離子束216可轉換成包含第二較高電荷狀態之離子的射出離子束218(例如，₇₅As 3+轉換成₇₅As 6+)，藉此使射束能量增大至超過第一電荷狀態之最大動能位準。

舉例而言，一旦已提取及形成射入離子束216，則該射入離子束可藉由加速器200(例如，13.56MHz十二諧振器RF線性加速器)加速。本發明不受限於一個特定加速器或線性加速器(linear accelerator；LINAC)的類型。在一個具體實例中，加速器200可包含：第一複數個加速器級230，其整合於加速器200中以用於在其中使射入離子束216加速；以及第二複數個加速器級232，其整合於加速器200中以用於使射入離子束216進一步加速以作為射出離子束218離 開加速器200。雖然第一複數個加速器級整合於加速器200中且在圖2所說明的實例中之電荷剝離器220的上游，但第一複數個加速器級230可替代地位於質量分析儀(例如，圖1之質量分析儀110)之前。因此，舉例而言，電荷剝離器220可位於加速器200之加速級中之任一者處，只要第一複數個加速器級向第一電荷狀態之離子提供足夠能量即可，使得能量足夠高以在濃度大於離子源處可獲得之量的情況下得到用於第二電荷狀態之離子之產生的高剝離效率。

舉例而言，RF加速器之諧振器可在任何加速級處藉由電荷剝離器220替換。在一個具體實例中，舉例而言，電荷剝離器220在射入離子束216之方向上可位於加速器之第一複數個加速器級230中之至少一者之下游，且位於加速器200之第二複數個加速器級232中之至少一者之上游。在其他具體實例中，舉例而言，加速器200之第一複數個加速器級230可包含比第二複數個加速器級232更多或更少的加速器級。替代地，加速器200之第一複數個加速器級230可包含與第二複數個加速器級232數目相同的加速器級。級的數目並不受限於圖2中所說明之實例。

在另一具體實例中，進入加速器200之射入離子束216包含第一電荷狀態之正離子束，且射出離子束218包含第二電荷狀態之正離子束，該第二電荷狀態比第一電荷狀態包含更正的電荷狀態。射入離子束216可進入電荷剝離器220，該電荷剝離器220例如包含剝離器管234(例如，填充有重分子量氣體之細管)。舉例而言，電荷剝離器220亦可包含泵236(例如，差動渦輪泵)，其用於泵送來自氣體源238之氣體以減少或控制流入至相鄰加速器部分中之氣體的量。舉例而言，氣體包含用於有效地自射入離子束216剝離電子且在射出離子束218內產生包含較高正電荷狀態之較高濃度之離子的六氟化硫(SF₆)或另一高分子量氣體。舉例而言，電荷剝離器220及/或泵236可包含經組態以調整氣體自氣體源238至電荷剝離器220中之流動速率的控制裝置240。氣體之流動速率可功能上基 於射入離子束216之能量、電流及/或物種中之至少一者。電荷剝離器220可進一步包含在電荷剝離器220之兩側上的泵送擋扳242(例如，差動泵送擋扳)。舉例而言，泵送擋扳242可用於最小化洩漏至相鄰加速器級(例如，加速器級205及206)以及差動泵236中之氣體。

舉例而言，藉由第一線性加速器(LINAC)加速之離子束經導引至氣體層，該氣體層經組態以剝離掉電荷剝離器220中之離子周圍的電子以便增大離子之電荷狀態，從而經由第二LINAC達成較高能量增益。舉例而言，對於砷(As)之最高能量範圍，經由第一LINAC加速之3+砷離子藉由電荷剝離器220剝離為6+砷離子。因此，舉例而言，大致8%之7MeV 3+砷離子轉換成6+砷離子。然而，若轉換將更有效，則可能實現更多6+射束電流。

串列式高能量加速器通常依賴於電荷剝離以產生高能量離子，藉此，此串列式高能量加速器已習知地將氬氣用於此電荷剝離。在所謂的「超高能量」串列式加速器上，極薄碳箔亦已用作電荷剝離器，但碳箔之短暫壽命在離子植入之任何工業用途中具有有限適用性且目前已知為僅用於理論研究加速器。舉例而言，圖3中所展示之圖表300中提供與使10MeV碘離子束穿過各種氣體及箔相關聯之電荷剝離能力。

此前，離子之剝離通常限於諸如圖4之圖表400中所展示之氣體，且主要地，限於氬氣之使用。舉例而言，六氟化硫(SF₆)氣體可有利地用於在氣體剝離器中剝離砷離子，其中電荷狀態分佈趨向於偏移至較高電荷狀態，且因此，例如，6+離子之產率幾乎為習知地藉由氬氣可見的兩倍。

舉例而言，圖3中所展示之圖表300說明根據一個實例之使7200KeV砷3+離子束穿過含有SF₆之氣體剝離器及穿過含有氬氣之氣體剝離器之後的電荷狀態分佈的比較。如所展示，SF₆之利用使5+及6+離子產率加倍，因此使5+及6+離子束之最終射束電流增大兩倍。此效率增大為顯而易見的，當在剝離器中 將氬氣用於6+離子時，實現大致8%轉換率，而使用SF₆提供大致16%轉換率，或大致6+射束之量的兩倍。

舉例而言，氣體剝離器藉由使離子穿過材料而操作，其中若離子以足夠快之速度穿過材料，則與剝離器中之背景氣體或固體膜原子的相互作用使離子束趨向於丟失電子。因此，取決於離子進入剝離器之速度，離子束以較高電荷自剝離器出射。雖然在某些情況下可能需要氣體剝離器，但本發明進一步預期使用採用極薄碳膜之薄膜剝離器以提供較高之帶較高電荷離子群。然而，基於製程要求，相較於氣體剝離器，薄膜剝離器可能具有更短的壽命。

在實例氣體剝離器中，一般而言，管設置於氣體剝離器內，其中剝離氣體饋送至管之中心，其中該氣體具有比周圍真空更高之氣體密度。在管之末端處，提供真空(例如，藉由真空泵)，使得最少量之剝離氣體傳播至系統之其餘部分。因此，較高壓力區設置於剝離器內，其中經加速砷離子穿過較高壓力區且與剝離氣體原子相互作用，因此自離子剝離電子並且產生源自剝離器之離子之較高電荷。此較高電荷離子亦可有利地用於串列式加速器中。

舉例而言，氬氣具有大致40之分子量，而SF₆實質上更重，具有大致146之分子量。因此，一個理論為剝離器中使用之氣體愈重，自離子束剝離電子之效率愈大。SF₆為更易於用於商業用途之較重氣體分子中之一種，且因此被視為優於其他較重氣體。然而，其他重分子量氣體(例如，比氬氣重)可類似地用於電子剝離。舉例而言，SF₆可為有利的，此係因為其為在抑制高電壓電弧方面有效之氣體。

此前，SF₆應尚未被視為供用於氣體剝離器中或射束線中之其他地方的合乎需要的氣體。舉例而言，SF₆為環境有毒的，且在氣體將泵出至大氣或以其他方式逸出氣體剝離器內之密封區時將成問題。因此，本發明進一步預期將SF₆分解成其低毒性及/或低揮發性之成分。替代地，SF₆可再循環並再次利用。

應瞭解，SF₆已習知用於抑制超出用於高電壓絕緣之槽中之射束線的範圍的電弧，而在射束線內使用SF₆來剝離電子，其中射束線提供與SF₆之先前利用明顯不同的環境及應用。習知地，一般技術者應尚未在射束線之真空中的高電壓區中利用SF₆，此係由於如此可使得電壓難以保持。舉例而言，應瞭解，當在真空中提供SF₆時，其往往會誘發火花，因此使其在氣體剝離器中之利用反常，因為一般技術者將不希望存在SF₆。在射束線中，將假設會引起有害電弧作用或發火花。

SF₆在氣體剝離器中可有利地提供額外益處，此係由於SF₆為比習知氣體剝離器中利用之氬氣更重的氣體，藉此SF₆有利地輔助定位因通過管之較低傳導率所致之高壓力區，該傳導率與氣體之分子量的平方根成反比。舉例而言，SF₆可饋送至氣體剝離器之管之中間以產生局部高壓力區。若諸如氫氣之較輕氣體將用於氣體剝離器中，則該較輕氣體將迅速擴散且難以定位。

根據一或多個實例，本文中提供各種系統及方法以增大在電荷狀態之最大動能下可獲得的射束電流而無需在離子源處利用較高或不同電荷狀態。舉例而言，離子植入系統之離子源可包含用於自其產生離子束之特定電荷狀態的離子(例如，砷離子)(例如，₇₅As 3+)。離子植入系統內(諸如沿著射束路徑定位之加速器內)的過程可用於使得離子改變其初始電荷值(例如，電荷交換反應)。舉例而言，在一個具體實例中，包含淨正電荷三之砷離子可經選擇進入加速器且藉由包含氣體源及渦輪泵之電荷剝離器剝離電子。根據本發明，氣體源包含高分子量氣體，諸如六氟化硫(SF₆)。

在一個具體實例中，加速器可在其中包含數個加速器級及電荷剝離器。當較高速度離子最緊密接近於電荷剝離器內之氣體的另一分子或原子時，離子可自分子或原子獲取電子(亦即，電子捕獲反應)，或可將電子丟失至分子或原子(亦即，電荷剝離反應)。之前的反應使離子電荷之值減小一；舉例而言， 單電荷離子可變為中性，亦即，電中性原子。後者使離子電荷之值增大一(例如，單電荷離子變為雙電荷離子)。

在一個具體實例中，包含第一正電荷狀態(例如，+3淨正電荷或價數)之正離子(例如，砷離子)經引入至包含電荷剝離器及複數個加速級之加速器中。各別加速級可包含用於產生RF加速場以沿著射束路徑加速離子之RF諧振器。電荷剝離器可包含用於將高分子量氣體(例如，SF₆)排放至加速器中之氣體源及用於產生真空以排出氣體且防止氣體流入至加速級中之渦輪泵。電荷剝離器可替換加速器內之加速級中之一者以便剝離電子之離子，且因此，使得進入加速器之正離子轉換成離開加速器之第二電荷狀態(例如，+6淨正電荷或價數)的更正離子。

現參考圖5及圖6，提供用於控制汙染且針對所要電荷狀態在實質上高能量下增大離子束電流之各種方法500、600。應注意，儘管在本文中將例示性方法500及600說明及描述為一系列動作或事件，但將瞭解，本發明不受這些動作或事件之所說明排序限制，此係因為根據本發明，一些步驟可按不同次序發生及/或與除本文中所展示及描述之步驟以外的其他步驟同時發生。另外，可能並不需要所有的所說明步驟來實施根據本發明之方法。此外，將瞭解，該些方法可結合本文中所說明及描述之系統及設備以及結合未說明之其他系統實施。

圖5之方法500在502處起始。在動作504中，離子源產生第一電荷狀態離子及痕量金屬離子，藉此在動作506中，提取或以其他方式形成包含第一電荷狀態離子及痕量金屬離子之第一離子束。舉例而言，動作506中形成之第一離子束可經導引至質量分析儀中，藉此對第一離子束進行質量分析。可根據荷質比選擇質量分析儀之磁場強度。在一個實例中，質量分析可在離子源下游。

在一個實例中，具有相同磁剛性之第一電荷狀態離子及痕量金屬離子可經選擇(例如，經由質量分析儀)以進入加速器中。所選擇第一電荷狀態 離子經加速至一能量，該能量相比於離子源處可獲得之能量產生對於更高電荷狀態之更高剝離效率。在動作508中，在加速至較高能量之後，經由電荷剝離器自第一電荷狀態離子剝離至少一個電子，因此定義包含第二電荷狀態離子及痕量金屬離子之第二離子束。在動作510中，第二電荷狀態離子係選自第二離子束，以形成主要包含第二電荷狀態離子而包含大致為零的痕量金屬離子之最終離子束。應注意，「大致為零的」痕量金屬離子指示相較於第一或第二離子束中之痕量金屬離子的量，最終離子束中之痕量金屬離子顯著減少。因此，「大致為零」可解釋為零痕量金屬離子或相當小數目之痕量金屬離子，使得其可視為對離子植入不顯著。在一個實例中，第二正電荷狀態之正離子可在512處進一步經加速至最終能量。因此，在於動作514中最終離子束將第二電荷狀態離子植入至工件中之前，本發明提供自第二離子束對痕量金屬離子之大致50%至100%移除。

參考圖6，圖6之方法600在602處起始。在動作604中，離子源產生包含第一電荷狀態之離子及痕量金屬離子之離子束。舉例而言，第一電荷狀態之離子可包含₇₅As 3+離子，其中痕量金屬離子包含₅₀Ti 2+。應注意，本發明瞭解第一電荷狀態之各種其他離子可與各種其他痕量金屬離子一起產生，且所有這些組合進一步屬於本發明之範疇內。舉例而言，第一電荷狀態之離子可包含₇₅AS 4+離子，其中痕量金屬離子包含₅₆Fe 3+離子。

舉例而言，離子束可具有各種射束物種(例如，砷)。在動作606中，可不以特定次序加速離子束且對其進行質量分析。在動作608中，可同時將第一電荷狀態之離子連同離子束中之痕量金屬離子一起選擇至加速器中。在動作610中，第一電荷狀態離子可進一步經加速至最終能量，且藉由使離子束穿過電荷剝離器來剝離電子以將第一電荷狀態離子轉換至第二電荷狀態(例如，As 4+)。在動作612中，第二電荷狀態之離子可選自離子束，其中在將第二電荷狀態離子植入至工件中之前自離子束移除基本上所有痕量金屬離子。

應瞭解，本文中所論述的實例汙染情況(例如，As離子束中之Fe汙染)僅為一個實例，且本發明進一步涵蓋利用類似原理減少所有其他金屬汙染。

一般而言，自離子源提取之所要離子可指定為_mX^a，且嵌入於所提取離子束內部之汙染物離子為_nY^b，其中「m」為離子X之原子質量，「a」為離子X之電荷狀態，「n」為汙染物離子Y之原子質量，且「b」為離子Y之電荷狀態。在所要離子具有能量「a*E」且汙染物離子具有能量「b*E」時且在「m/n」的原子質量比等於電荷比「a/b」時，原理可適用，其中汙染物離子Y無法藉由磁性過濾器、靜電過濾器及速度過濾器分離(例如，區分)。

在摻雜劑氣體材料引入至離子源之電弧箱中以產生離子時，在電漿之形成期間產生摻雜劑物種之複數個電荷狀態以及可能的痕量金屬離子。舉例而言，在包含AsH3之摻雜劑氣體材料饋送至離子源之電弧箱中以用於電漿點燃以獲得As離子時，在離子源中產生₇₅As離子之許多不同電荷狀態(例如，As+、As 2+、As 3+、As 4+等)及一或多個痕量金屬離子，諸如₅₀Ti 2+、₅₆Fe 3+等。舉例而言，離子源之電弧箱可包含由諸如鎢(W)、鉬(Mo)及其他金屬之金屬建構的各種金屬組件。電弧箱亦可包含可含有諸如鈦(Ti)、鐵(Fe)及/或其他金屬之痕量金屬的其他組件。

一般而言，提取電壓V施加至提取電極以便自離子源之電弧箱提取離子，以便形成離子束且將離子束導引至質量分析儀中。然而，在某些情況下，不同物種之離子可由於其質荷比實質上類似或相同而經選擇以自質量分析儀輸出。舉例而言，在質量分析儀經組態以自離子束選擇₇₅As 3+離子時，具有與₇₅As 3+相同質荷比的離子(諸如₅₀Ti 2+)可同樣由質量分析儀選擇(例如，Ti之50/2等於25之質荷比，其與As之75/3相同)。因此，在此實例中，₅₀Ti 2+及₇₅As 3+離子兩者將穿過質量分析儀以進入下游射束線組件以供進一步加速。應注意，在此 進一步加速之前，歸因於所施加提取電壓及離子之各別電荷狀態，實例₇₅As 3+離子與₅₀Ti 2+離子之能量比(例如，E_As/E_Ti)為3：2。另外，₇₅As 3+離子之速度(v _As )及₅₀Ti 2+離子之速度(v _Ti )歸因於其質量比亦為3：2而亦實質上類似或相同，如可藉由利用動能公式E=(1/2)mv ²導出。

舉例而言，在包含第一電荷狀態之離子(例如，₇₅As 3+離子)及痕量金屬離子(例如，₅₀Ti 2+痕量金屬離子)之離子束藉由下游RF線性加速器(LINAC)進一步加速時，兩種離子歸因於至RF LINAC之各別進入速度實質上相同而將與加速電極處之RF相變同步。因此，各別離子將以實質上相同的最終速度及能量比(例如，3：2)離開RF LINAC。雖然提供加速，但RF LINAC亦可充當速度過濾器；然而，RF LINAC無法區分₇₅As 3+離子及₅₀Ti 2+離子(由於其速度相同)。

在離子束藉由基於DC之加速器而非上文所論述之RF LINAC加速的情況中，離子之能量增益係基於其各別電荷狀態及針對加速提供之電壓。因此，以類似方式，₇₅As 3+離子與₅₀Ti 2+離子之最終能量比亦將相同(例如，3：2)。

舉例而言，歸因於如上文所提及之類似原因，下游電磁體即使在藉由基於RF或DC之加速器最終加速之後仍無法分離離子。另一方面，靜電能量過濾器可用於離子植入系統中以分離具有不同能量-電荷比選擇的離子。然而，在此情況下，靜電能量過濾器無法將其分離；因為在最終加速之後，₇₅As 3+離子與₅₀Ti 2+之能量比為3：2且其電荷比亦為3：2。

因此，在需要高電荷狀態離子以獲得高能量以供植入至工件時，在不添加用於加速低電荷狀態離子之實質射束線長度的情況下，需要用於自離子源之此類特定痕量金屬汙染機制的過濾方案。

因此，本發明描述包含電荷剝離器及電荷狀態選擇器之實例設備，其中電荷狀態選擇器為位於電荷剝離器之定位下游處且緊靠電荷剝離器之 電磁質量分析儀。舉例而言，在電荷狀態選擇器設定為在75As 3+離子經歷電荷剝離製程之後自離子束選擇₇₅As 4+離子(例如，第二電荷狀態)而非₇₅As 3+離子(例如，第一電荷狀態)時，此組合式設備提供自上文所提及之離子束即刻移除諸如₅₀Ti 2+之痕量金屬離子。₇₅As 4+離子之質荷比為75/4(亦即，18.75)且₅₀Ti 2+離子之質荷比仍為50/2(亦即，25)，因此提供對痕量金屬離子之移除，即使其處於類似速度下。

因此，舉例而言，在定位於電荷剝離器之後的電荷狀態選擇器設定為選擇₇₅As 4+離子而非₇₅As 3+離子時，痕量金屬₅₀Ti 2+離子無法經選擇且因此自離子束移除。實際上，將不存在可在電荷剝離之後經選擇以與₇₅As 4+一起穿過電荷狀態選擇器磁體的其他Ti電荷狀態離子。因此，所選擇₇₅As 4+離子可藉由額外基於RF或DC之加速器進一步加速以便達到所要較高能量以供在離子束中無痕量金屬₅₀Ti 2+汙染的情況下進行植入，藉此為工件提供所要植入。

在另一具體實例中，電荷狀態選擇器可包含靜電過濾器，其中靜電過濾器基於能量-電荷比在電荷剝離製程之後選擇所要第二電荷狀態離子。舉例而言，如上文所提及，₇₅As 3+之第一電荷狀態離子與₅₀Ti 2+之痕量金屬離子的能量比為3：2，且其電荷比亦為3：2。因此，靜電過濾器由於離子的相同的能量-電荷比(亦即，1)而無法分離該些離子。在電荷剝離製程之後，靜電過濾器可經組態以選擇₇₅As 4+之第二電荷狀態離子，其中該些離子的能量-電荷比為3：4，且將由於₅₀Ti 2+之痕量金屬離子的為2：2的不同能量-電荷比而過濾出該些痕量金屬離子。同樣，將不存在可在電荷剝離之後經選擇以便連同₇₅As 4+一起穿過靜電過濾器的其他可能的₅₀Ti電荷狀態離子。所選擇₇₅As 4+離子可藉由額外基於RF或DC之加速器進一步加速以便達到所要較高能量以供在離子束中無痕量金屬₅₀Ti 2+汙染的情況下進行植入，藉此為工件提供所要植入。

本發明瞭解到，上文所描述及提及之痕量金屬汙染之類似機制亦 可在質量分析磁體經組態以自離子源選擇₇₅As 4+離子的情況下發生，其中來自離子源之₅₆Fe 3+痕量金屬離子變為汙染物且可與₇₅As 4+離子一起穿過質量分析儀。類似地，亦可使用組合上文所論述之電荷剝離器及下游電荷狀態選擇器的過濾方案。

本發明進一步提供用於選擇電荷狀態與特定摻雜劑及/或加速位準之組合。圖7進一步說明根據本發明之又一實例的簡化系統700。舉例而言，離子束702形成於離子源704處，其中離子束自離子源提取，藉由質量分析儀705進行質量分析，且穿過第一加速器706(例如，線性加速器或LINAC)及電荷剝離器708。如上文所描述，處於第一加速器706之出口的離子束702可包含來自離子源704之第一電荷狀態離子(例如，₇₅As 3+)及痕量金屬離子(例如，₅₆Ti 2+)。在本實例中，電荷剝離器708定位於第一加速器706與第一磁體710之間，該第一磁體710經組態以將第一電荷狀態離子轉換成其他電荷狀態離子，包括所要第二電荷狀態離子(例如，₇₅As 4+)。第二加速器712(例如，所謂的能量增強器或E-增強器)可進一步設置於第一磁體710與第二磁體714之間，以使由第一磁體710選擇之第二電荷狀態離子加速至較高能量。在穿過第二磁體714之後，離子束702經導引至終端站716以供植入至工件。舉例而言，第一磁體710可用作電荷狀態選擇器。

舉例而言，第一磁體710可包含設置於第一加速器706與E增強器712之間的第一60度磁體，且第二磁體714可包含設置在E增強器之後以供能量過濾的120度磁體。應注意，雖然本文中描述第一磁體710及第二磁體714之特定角度，但亦存在各種替代方案且各種替代方案亦預期屬於本發明之範疇內。

上述實例之一個有利態樣為定位於電荷剝離器708之下游的第一磁體710通常藉由將第一磁體710設定為在剝離製程之後自在電荷剝離器708處經歷之第一電荷狀態離子選擇所要第二電荷狀態離子來移除所有其他電荷狀態 及痕量金屬離子。

在一替代具體實例中，如圖8中所說明，可省略圖7中所說明之第二加速器712及第二磁體714。舉例而言，在圖8之電荷剝離器708處之電荷剝離之後，可在不進一步加速的情況下在終端站716中將由第一磁體710選擇之處於第二電荷狀態下之第二電荷狀態離子束702(不具有痕量金屬離子汙染)植入至工件。

儘管已相對於特定應用及實施展示及描述了本發明，但應瞭解，在閱讀並理解了本說明書及隨附圖式之後，所屬領域中具有通常知識者將想到等效更改及修改。特別關於由上文所描述之組件(組件、裝置、電路、系統等)執行之各種功能，除非另外指示，否則用以描述這些組件之術語(包括對「構件」之提及)意欲對應於執行所描述組件之指定功能的任何組件(亦即，功能上等效的)，儘管結構上不等效於執行在本發明之本文中所說明之例示性實施中功能的所揭示結構。

另外，儘管可能已相對於若干實施中的僅一者揭露了本發明的特定特徵，但此類特徵可與其他實施的一或多個其他特徵組合，如對於任何給定或特定應用可能為所要且有利的。此外，就詳細描述抑或申請專利範圍中利用之術語「包括(includes/including)」、「具有(has/having)」或其變化形式之程度而言，此類術語意欲以類似於術語「包含(comprising)」之方式為包括性的。

500:方法

502:動作

504:動作

506:動作

508:動作

510:動作

512:動作

514:動作

Claims (18)

1. 一種離子植入系統，其包含：一離子源，其經組態以產生一所要物種之所要離子及一汙染物物種之痕量金屬離子，其中該所要物種之該些所要離子處於一第一電荷狀態，且其中該些所要離子及該些痕量金屬離子之荷質比相等，其中該些所要離子包含₇₅As 3+離子，且該些痕量金屬離子包含₅₀Ti 2+離子；一提取設備，其經組態以自該離子源提取該些所要離子及該些痕量金屬離子以定義一第一離子束；一質量分析儀，其經組態以自該第一離子束選擇該些所要離子及該些痕量金屬離子，藉此定義一經質量分析之離子束；一加速器，其經組態以將該經質量分析之離子束自一第一能量加速至一第二能量；一電荷剝離設備，其經組態以自該些所要離子剝離至少一個電子，藉此定義包含處於一第二電荷狀態下之該些所要離子及該些痕量金屬離子的一第二離子束；以及一電荷選擇器，其定位於該電荷剝離設備之下游，其中該電荷選擇器經組態以選擇性地使只有處於該第二電荷狀態下之該些所要離子自其穿過，藉此定義包含處於該第二電荷狀態下之該些所要離子及大致為零的該些痕量金屬離子的一最終離子束。
2. 如請求項1之離子植入系統，其中該電荷選擇器包含定位成鄰近於該電荷剝離設備之一電磁質量分析儀。
3. 如請求項1之離子植入系統，其中該電荷剝離設備定位於該加速器內。
4. 如請求項1之離子植入系統，其中該加速器包含複數個加速器 級，且其中該電荷剝離設備定位於該複數個加速器級中之至少兩者之間。
5. 如請求項4之離子植入系統，其中該加速器包含一RF加速器，且其中該複數個加速器級分別包含經組態以產生一加速場之一或多個諧振器。
6. 如請求項1之離子植入系統，其中該加速器包含經組態以經由一靜止直流(DC)高電壓加速該些所要離子之DC加速器。
7. 如請求項1之離子植入系統，其中該加速器包含一射頻(RF)加速器，且包含經組態以產生一加速RF場之一或多個諧振器。
8. 如請求項1之離子植入系統，其中該電荷選擇器包含一能量過濾器。
9. 如請求項1之離子植入系統，其進一步包含一掃描器，該掃描器經組態以往復掃描該最終離子束以定義一經掃描離子束。
10. 如請求項9之離子植入系統，其中該掃描器包含一靜電掃描器或一電磁掃描器，該靜電掃描器或該電磁掃描器經組態以分別靜電地或電磁地掃描該最終離子束，以定義該經掃描離子束。
11. 如請求項9之離子植入系統，其進一步包含一角度校正器透鏡，該角度校正器透鏡經組態以使該經掃描離子束平行化及偏移。
12. 如請求項1之離子植入系統，其中該電荷剝離設備包含一泵及一氣體源，其中該泵經組態以泵送來自該氣體源之一氣體且控制該氣體至該加速器中之一流動，且其中該氣體之該流動經組態以自該所要物種之該些所要離子剝離電子。
13. 如請求項1之離子植入系統，其中該氣體包含六氟化硫。
14. 一種離子植入系統，其包含：一離子源，其包含電弧箱，該電弧箱在其內部具有一汙染物物種之痕量，其中該汙染物物種包含鈦，且其中該離子源經組態以在該電弧箱內產生該汙染物 物種之痕量金屬離子以及在一3+的第一電荷狀態下之砷離子，其中該些砷離子及該些痕量金屬離子之荷質比相等；一提取設備，其經組態以自該離子源提取該些砷離子及該些痕量金屬離子以定義一第一離子束；一質量分析儀，其經組態以自該第一離子束選擇該些砷離子及該些痕量金屬離子，藉此定義一經質量分析之離子束；一加速器，其經組態以將該經質量分析之離子束自一第一能量加速至一第二能量；一電荷剝離器，其經組態以自該些砷離子剝離至少一個電子，藉此定義包含處於一第二電荷狀態下之該些砷離子及該些痕量金屬離子的一第二離子束；以及一電荷選擇器，其定位於該電荷剝離設備之下游，其中該電荷選擇器經組態以選擇性地使只有處於該第二電荷狀態下之該些砷離子自其穿過，藉此定義包含處於該第二電荷狀態下之該些砷離子及大致為零的該些痕量金屬離子的一最終離子束。
15. 如請求項14之離子植入系統，其中該加速器包含複數個加速器級，其中該電荷剝離器定位於該複數個加速器級中之至少一者之下游。
16. 如請求項15之離子植入系統，其進一步包含定位於該加速器之下游的一能量過濾器，其中該電荷選擇器定位於該複數個加速級中之至少兩者之間，且其中該能量過濾器進一步經組態以過濾該最終離子束。
17. 如請求項14之離子植入系統，其中在該第一電荷狀態下之該些砷離子包含₇₅As 3+離子的情況下該些痕量金屬離子包含₅₀Ti 2+離子，且其中在該第一電荷狀態下之該些砷離子包含₇₅As 4+離子的情況下該些痕量金屬離子包含₅₆Fe 3+離子。
18. 如請求項14之離子植入系統，其中該最終離子束包含零的該些痕量金屬離子。