專利名稱：具有電子生成與聚焦溝的陰極、離子源及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示案大體上涉及離子注入，尤其涉及一種用于離子注入器的離子源 的具有電子生成與聚焦溝的陰極、離子源及其方法。
背景技術(shù)：
陰極(cathod)以及反射極(repeller)定位于離子注入器(ion implanter )的離子源(ion source )內(nèi),藉由將電子注入至源氣體(source gas )而產(chǎn)生離子等離子體(ion plasma)。反射極具有與陰極相同的 電勢但不經(jīng)受加熱，反射極的用途是藉由將電子反射回等離子而防止電 子逃逸出等離子。陰極以及反射極兩者在安裝后皆向源氣體提供實(shí)質(zhì)上 平坦的工作表面。然而，隨著離子源的使用，陰極以及反射極之工作表 面凈皮磨損成凹形表面(concave surface),其中陰極工作表面尤為嚴(yán) 重。凹形表面會增加離子源之輸出，尤其是在陰極接近其使用壽命 (useful life)的極限時。特定而言，陰極之凹形表面將熱離子電子聚 焦于等離子的中央?yún)^(qū)域中，此舉會增加輸出。不幸的是，由于陰極達(dá)到 了其使用壽命的極限，所以所增加的輸出的持續(xù)時間有限。
一種利用所增加的輸出的方法是建置具有凹形表面的陰極。然而， 出于若干原因，這種方法并不奏效。首先，凹形表面陰極可能會由于中 央?yún)^(qū)域較薄而縮短陰極的使用壽命。通常會在陰極中央處出現(xiàn)斷裂。此 外，凹形表面陰極可能會要求能呈現(xiàn)較高熱質(zhì)量(thermal mass)的結(jié) 構(gòu)，而所述結(jié)構(gòu)例如在陰極表面的邊緣較厚的情況下難以加熱及控制
發(fā)明內(nèi)容
揭示一種具有用于離子注入器系統(tǒng)的離子源的電子生成與聚焦溝的 陰極、離子源及其方法。在一個實(shí)施例中，陰極包括工作表面，所述工 作表面中定位有多個電子生成與聚焦溝。離子源的反射極可用類似方式 構(gòu)造。
本揭示案的第 一 態(tài)樣提供 一 種用于離子注入器的離子源的陰極，所
述陰才及包括工作表面，所述工作表面中定位有多個電子生成與聚焦溝。 本揭示案的第二態(tài)樣提供一種用于離子注入器的離子源，所述離子
源包括源氣體入口；包括工作表面的陰極，所述工作表面中定位有多
個電子生成與聚焦溝；以及離子等離子體出口。
本揭示案的第三態(tài)樣提供一種產(chǎn)生離子等離子體的方法，所述方法
包括提供源氣體；將偏壓施加至鄰近于源氣體的陰極上，以便產(chǎn)生離
子等離子體，所述陰極包括工作表面，所述工作表面中定位有多個電子
生成與聚焦溝。
本揭示案的說明的態(tài)樣是設(shè)計為解決此處描述的問題及/或其它未 討論的問題。


通過結(jié)合本揭示案的各種實(shí)施例的附圖，對本揭示案的各種態(tài)樣進(jìn)行詳 細(xì)描述，以^更更加容易理解本揭示案的特征和其他特征，其中 圖1顯示顯示根據(jù)本揭示案的離子注入器系統(tǒng)的示意圖。 圖2顯示根據(jù)本揭示案的離子源的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖3顯示圖2的離子源在移除離子等離子體出口蓋后的俯視圖。 圖4顯示根據(jù)本揭示案的陰極的等角圖。 圖5顯示圖4的陰極的部分橫截面圖。 圖6顯示圖4至圖5的替代實(shí)施例的俯視圖。 圖7顯示圖4至圖6的替代實(shí)施例的部分橫截面圖。
6注意，本揭示案的附圖并未按照比例。附圖僅僅想描繪本揭示案的典型 態(tài)樣，因此不應(yīng)被認(rèn)為限制本揭示案的范疇。在附圖中，附圖之間相同的標(biāo) 號表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
揭示用于離子源的陰極、離子源及其方法。首先，圖l顯示根據(jù)本
揭示案的i兌明性離子注入器系統(tǒng)(ion implanter system) 100。注入 器系統(tǒng)100包括離子束產(chǎn)生器(ion beam generator) 102,其用于產(chǎn) 生離子束(ion beam)104并將所產(chǎn)生的離子束傳輸至注入腔室(implant chamber ) 108中的目標(biāo)(target ) 106。離子束產(chǎn)生器102可以是當(dāng)前 已知或以后將研發(fā)的任何離子束產(chǎn)生器，諸如，可自Varian Semiconductor Equipment Associates (瓦利安半導(dǎo)體i殳備公司)購4尋 的離子束產(chǎn)生器。目標(biāo)106通常包括安放于壓板(platen) 114上的一 個或多個半導(dǎo)體晶圓。可由壓板驅(qū)動總成(platen drive assembly) 116以及目標(biāo)垂直掃描系統(tǒng)位置控制器(target vertical scan system position controller ) 118來控制壓板114的特征并因此控制目標(biāo)106 的特征，其中壓板驅(qū)動總成116旋轉(zhuǎn)目標(biāo)106 (即晶圓)，而目標(biāo)垂直 掃描系統(tǒng)位置控制器118控制目標(biāo)106的垂直位置。驅(qū)動總成116以及 位置控制器118皆回應(yīng)系統(tǒng)控制器120而操作。
除了上述組件以外，離子束產(chǎn)生器102可包括氣流140;離子源 142,包括源磁鐵(source magnet ) 144以及源偏壓控制器(source bias voltage controller) 146; 抑制電極(suppression electrode) 148、 提取電極(extraction electrode ) 150、以及用于電才及148、 150的一 個或多個操縱器馬達(dá)(manipulator motor ) 152;分析器磁鐵(analyzer magnet) 154;力口速器聚焦電極(accelerator focus electrode) 156; 力口速器抑制電極(accelerator suppression electrode) 158; 質(zhì)量狹縫(mass slit )160;掃描前抑制電極(pre-scan suppress ion electrode ) 162; 7JC平才3^苗寺反(horizontal scan plate) 164;掃4苗后^卩制電極 (post-scan suppress ion electrode )166; 氮?dú)?N2)泄氣孑L ( bleed ) 168; 校正器磁鐵(corrector magnet) 170; 限制孑L徑(limiting aperture) 172; 以及剖面儀系統(tǒng)(profiler system) 112。 由系統(tǒng)控 制器120監(jiān)視上述組件中的每一個，且所述每一個回應(yīng)系統(tǒng)控制器120 而才喿作。由于已知離子注入器系統(tǒng)100的操作，所以本文中不再進(jìn)一步 描述細(xì)節(jié)。
同到離子源142，根據(jù)本揭示案的一個實(shí)施例，如圖2至圖3所示， 離子源142包括源氣體入口 (source gas inlet) 200,其例如耦才妄 到氣流140 (圖1);以及蓋2(H中的離子等離子體出口 ( ion plasma outlet) 202 (僅圖2顯示)。圖2顯示橫截面?zhèn)纫晥D，且圖3顯示移 除離子等離子體出口蓋后的俯視圖。離子源142亦包括陰極210以及反 射極212，用于將偏壓施加至進(jìn)入離子源142的氣體，從而產(chǎn)生經(jīng)由離 子等離子體出口 202離開的離子等離子體(未顯示)。
如圖4以及圖5中最佳顯示，陰極210包括工作表面214，工作表 面214中定位有多個電子生成與聚焦溝(electron production and focusing groove) 216。在圖4至圖5中，電子生成與聚焦溝216構(gòu)成 實(shí)質(zhì)上同心的溝。托架(mount) 215耦接到工作表面214的背側(cè)，以用 于耦接至離子源142 (圖2)的夾具(clamp) 217 (圖2)。圖5顯示陰 極210的部分橫截面圖。多個電子生成與聚焦溝216中的每一個包括成 角表面(angled surface) 218，成角表面218相對于工作表面214的 平坦部分220成角度。如圖2中所顯示，每一溝216的成角表面218皆 面向與工作表面214相隔距離D處的焦點(diǎn)(focal point) FP。亦即， 自每一成角表面218實(shí)質(zhì)上垂直延伸的線相交于焦點(diǎn)FP處。焦點(diǎn)FP可 鄰近于離子等離子體出口 202。在一個實(shí)施例中，每一溝216的成角表面218的角度可不同，例如，使其皆面向焦點(diǎn)FP,或確保隨著陰極210 的老化，成角表面218在盡可能長的持續(xù)時間內(nèi)面向焦點(diǎn)FP。然而，此 做法并非必要，因?yàn)槔绯鲇谥圃旌啽愕哪康?，每一?16的成角表面 218的角度可能實(shí)質(zhì)上相等。另外，成角表面218無需為平坦的(如所 顯示)，且亦可采用使所產(chǎn)生的等離子聚焦的其他配置(例如，凹形)。 在一個實(shí)施例中，與工作表面214相隔的距離D可為近似30毫米。當(dāng) 然，可4見離子源142的尺寸而改變此距離。
圖6顯示替代實(shí)施例，其中電子生成與聚焦溝216并不以實(shí)質(zhì)上同 心的方式定位(亦即，并非圓形)且不連續(xù)。圖6的電子生成與聚焦溝 216仍提供與本文中所描述類似的優(yōu)點(diǎn)。盡管圖4至圖6顯示特定數(shù)目 的溝216(例如，3個溝)，但應(yīng)了解，可采用任何數(shù)目的溝。
在圖4以及圖5中，工作表面2H具有實(shí)質(zhì)上均一的厚度。亦即， 除了溝216以外，工作表面214的厚度相同。因此，整個工作表面具有 實(shí)質(zhì)上均一的厚度。圖7顯示替代實(shí)施例，其中工作表面214的中央?yún)^(qū) 域230比工作表面214的外部區(qū)域232厚。
參照圖2，離子源142亦可包括反射極212，反射極212的結(jié)構(gòu)實(shí) 質(zhì)上類似于陰極210。亦即，反射極212可具有工作表面314，工作表 面314中定位有多個電子聚焦溝(electron focusing groove) 316。 反射極212的每一溝316皆包括成角表面318，其相對于反射極212的 工作表面314的平坦部分320成角度。在此種狀況下，每一溝216的成 角表面218、每一溝316的成角表面318，可面向與陰極210的工作表 面214以及反射極212的工作表面314，相隔距離D處的焦點(diǎn)FP。
在操作中，使用離子源142來產(chǎn)生離子等離子體"0 (圖2)。特 定而言，經(jīng)由氣流140 (圖1)將源氣體提供至離子源142。將偏壓施加 至鄰近于源氣體的陰極210上，以便產(chǎn)生離子等離子體。亦將偏壓施加 至鄰近于源氣體的反射極212上，以便反射電子。在一個實(shí)施例中，反射極212與陰極210具有相同電勢，但此舉并非必需。工作表面214將 熱離子電子聚焦于離子等離子體250的中央?yún)^(qū)域中，此舉會增加輸出， 就仿佛工作表面為凹形一樣。以此方式，陰極210起到類似于光學(xué)系統(tǒng) 中所使用的菲涅爾(Fresnel)型透鏡的作用。然而，陰極210不會遭 受工作表面214實(shí)質(zhì)上變薄的問題(如同起初平坦但逐漸老化的陰極)， 而工作表面214變薄會縮短陰極210的使用壽命。與開始使用時完全平 坦的陰極的輸出相比，陰極210可提供近似40%至50%范圍內(nèi)的增加輸 出。隨著陰極210的使用，陰極210將變成凹形，且溝216的深度隨時 間減小。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的 更動與潤飾，因?yàn)楸景l(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者 為準(zhǔn)。
10
權(quán)利要求
1、一種用于離子注入器的離子源的陰極，所述陰極包括工作表面，其中定位有多個電子生成與聚焦溝。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 所述多個電子生成與聚焦溝包括多個實(shí)質(zhì)上同心的溝。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 所述多個溝中的每一個包括相對于所述工作表面的平坦部分成角度的 成角表面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 所述多個溝中的每一個的所述成角表面的所述角度實(shí)質(zhì)上相等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 所述多個溝中的每一個的所述成角表面，面向與所述工作表面相隔一段 距離的焦點(diǎn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 與所述工作表面相隔的所述距離為近似30毫米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 所述工作表面的中央?yún)^(qū)域比所述工作表面的外部區(qū)域厚。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子注入器的離子源的陰極，其中 所述工作表面具有實(shí)質(zhì)上均一的厚度。
9、 一種用于離子注入器的離子源，所述離子源包括 源氣體入口 ；包括工作表面的陰極，所述工作表面中定位有多個電子生成與聚焦 溝；以及離子等離子體出口。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子注入器的離子源，其中所述多個電子生成與聚焦溝包括多個實(shí)質(zhì)上同心的溝。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子注入器的離子源，其中所述多個電子生成與聚焦溝中的每一個包括相對于所述工作表面的平坦部分 成角度的成角表面。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于離子注入器的離子源，其中所述 多個溝中的每一個的所述成角表面的所述角度實(shí)質(zhì)上相等。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于離子注入器的離子源，其中所述 多個溝中的每一個的所述成角表面，面向與所述工作表面相隔一段距離 的焦點(diǎn)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于離子注入器的離子源，其中與所 述工作表面相隔的所述距離為近似30亳米。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于離子注入器的離子源，還包括輸 出孔徑，其中所述焦點(diǎn)鄰近于所述輸出孔徑。
16、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子注入器的離子源，其中所述工作表面的中央?yún)^(qū)域比所述工作表面的外部區(qū)域厚。
17、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子注入器的離子源，其中所述工作表面具有實(shí)質(zhì)上均一的厚度。
18、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子注入器的離子源，還包括具有 工作表面的反射極，所述工作表面內(nèi)定位有多個電子生成與聚焦溝。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于離子注入器的離子源，其中所述 陰極的所述多個電子生成與聚焦溝中的每一個包括相對于所述陰極的 所述工作表面的平坦部分成角度的成角表面，且所述反射極的所述多個 電子聚焦溝中的每一個包括相對于所述反射極的所述工作表面的平坦 部分成角度的成角表面。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于離子注入器的離子源，其中所述 多個電子生成與聚焦溝中的每一個的所述成角表面，面向與所述陰極以 及所述反射極的所述工作表面相隔一段距離的焦點(diǎn)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于離子注入器的離子源，其中所述 焦點(diǎn)鄰近于所述離子等離子體出口 。
22、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子注入器的離子源的離 子注入器系統(tǒng)。
23、 一種產(chǎn)生離子等離子體的方法，所述方法包括 提供源氣體；將偏壓施加至鄰近于所述源氣體的陰極上，以便產(chǎn)生所述離子等離 子體，所述陰極包括工作表面，所述工作表面中定位有多個電子生成與 聚焦溝。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，其中所述 多個電子生成與聚焦溝中的每一個包括相對于所述工作表面的平坦部 分成角度的成角表面。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，其中所述 多個電子生成與聚焦溝中的每一個的所述成角表面的所述角度實(shí)質(zhì)上 相等。
26、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，其中所述 多個溝中的每一個的所述成角表面，面向與所述工作表面相隔一段距離 的焦點(diǎn)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，其中與所 述工作表面相隔的所述距離為近似30毫米。
28、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，其中所述 工作表面的中央?yún)^(qū)域比所述工作表面的外部區(qū)域厚。
29、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，其中所述 工作表面具有實(shí)質(zhì)上均一的厚度。
30、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生離子等離子體的方法，還包括將 偏壓施加至鄰近于所述源氣體的反射極上，所述反射極包括工作表面， 所述工作表面中定位有多個電子聚焦溝。
全文摘要
揭示一種用于離子注入器系統(tǒng)的離子源的具有電子生成與聚焦溝的陰極、離子源及其方法。在一個實(shí)施例中，所述陰極包括工作表面，所述工作表面中定位有多個電子生成與聚焦溝。所述離子源的反射極可以類似方式構(gòu)造。
文檔編號H01J37/08GK101689488SQ200880021715
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者奈爾·J·巴森 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司