一種用于離子注入機的寬束離子源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于離子注入機的寬束離子源裝置，包括源磁場鐵芯、源磁場線圈、弧室和引出電極，弧室的一端設有第一燈絲和第一陰極，弧室的另一端設有第二燈絲和第二陰極，第一燈絲和第二燈絲分別連接燈絲電源，第一燈絲和第一陰極之間連接第一偏置電源，第二燈絲和第二陰極之間連接第二偏置電源，第一陰極與弧室之間連接第一弧壓電源，第二陰極與弧室之間連接第二弧壓電源。由于弧室采用了雙燈絲、雙陰極的雙間熱式陰極結(jié)構(gòu)，使氣體介質(zhì)與陰極發(fā)射出的熱電子充分發(fā)生碰撞，能夠產(chǎn)生較寬的離子束以及較強的束流強度，所以可以方便地擴大離子束寬度，直接獲得覆蓋目標注入硅片寬度的平行寬帶束流。
【專利說明】一種用于離子注入機的寬束離子源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子注入機【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于離子注入機的寬束離子源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]寬束離子源裝置是離子注入機的核心部件，其用于產(chǎn)生寬帶離子束。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的寬束離子源裝置包括源磁場鐵芯、纏繞在所述源磁場鐵芯上的源磁場線圈、弧室3和引出電極，弧室3的底部設有送氣孔，弧室3的頂部設有引出縫，所述引出電極設于所述引出縫外。其中，弧室3采用單燈絲、單陰極加反射極的間熱式陰極結(jié)構(gòu)，源磁場鐵芯包括設置在弧室3兩端側(cè)的左鐵芯13和右鐵芯14，源磁場線圈包括設置分別纏繞在左鐵芯13和右鐵芯14上的左線圈23和右線圈24，左鐵芯13和右鐵芯14通過磁軛8連接。由于只在弧室3的一端設置了單陰極，單陰極向弧室3的腔體內(nèi)發(fā)射熱電子時，熱電子無法到達離陰極較遠的空間處，也就無法與弧室3另一端附近的氣體介質(zhì)發(fā)生碰撞，所以弧室3的長度一般比較小，相應地引出縫的長度也比較小，現(xiàn)有技術(shù)的離子注入機上的寬束離子源裝置的引出縫最大為100毫米，當目標注入硅片寬度較大時，無法直接獲得覆蓋目標注入硅片寬度的平行寬帶束流，需要采用復雜的光路結(jié)構(gòu)在離子注入機的光路上對束流進行寬度擴展和角度修正，才能獲得覆蓋目標注入硅片寬度的平行寬帶束流，完成離子注入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于離子注入機的寬束離子源裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的寬束離子源裝置無法產(chǎn)生較寬的離子束，當目標注入硅片寬度較大時，需要復雜的光路結(jié)構(gòu)對束流進行寬度擴展和角度修正才能完成離子注入的問題。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于離子注入機的寬束離子源裝置，包括源磁場鐵芯、纏繞在所述源磁場鐵芯上的源磁場線圈、弧室和引出電極，所述弧室的底部設有送氣孔，所述弧室的頂部設有引出縫，所述引出電極設于所述引出縫外，所述弧室的一端設有第一燈絲和第一陰極，所述弧室的另一端設有第二燈絲和第二陰極，所述第一燈絲和第二燈絲分別連接燈絲電源，所述第一燈絲和第一陰極之間連接第一偏置電源，所述第二燈絲和第二陰極之間連接第二偏置電源，所述第一陰極與弧室之間連接第一弧壓電源，所述第二陰極與弧室之間連接第二弧壓電源。
[0005]作為優(yōu)選，所述弧室的底部設有氣體勻流板，所述氣體勻流板上帶有多個勻流板氣孔。
[0006]作為進一步地優(yōu)選，所述多個勻流板氣孔均勻布置在所述氣體勻流板上。
[0007]作為優(yōu)選，所述源磁場鐵芯包括上鐵芯和下鐵芯，所述上鐵芯和下鐵芯布置在所述弧室的兩側(cè)，所述上鐵芯和下鐵芯關(guān)于所述弧室的沿長度方向的軸線對稱，所述源磁場線圈包括纏繞在所述上鐵芯上的上線圈和纏繞在所述下鐵芯上的下線圈。
[0008]作為進一步地優(yōu)選，所述上線圈和下線圈分別為單個線圈。[0009]作為進一步地優(yōu)選，所述上線圈和下線圈分別包括多個獨立的子線圈。
[0010]作為進一步地優(yōu)選，所述上線圈包括用于調(diào)節(jié)所述弧室的內(nèi)部兩端的磁場強度的第一子線圈和第二子線圈、以及用于調(diào)節(jié)所述弧室內(nèi)中部的磁場強度的第三子線圈，所述第三子線圈位于所述第一子線圈和第二子線圈之間，所述下線圈與上線圈具有相同的結(jié)構(gòu)。
[0011]作為優(yōu)選，所述引出縫的長度在300毫米以上。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013]I)由于弧室采用了雙燈絲、雙陰極的雙間熱式陰極結(jié)構(gòu)，使氣體介質(zhì)與陰極發(fā)射出的熱電子充分發(fā)生碰撞，能夠產(chǎn)生較寬的離子束以及較強的束流強度，所以可以方便地擴大離子束寬度，直接獲得覆蓋目標注入硅片寬度的平行寬帶束流；
[0014]2)由于源磁場鐵芯和源磁場線圈設置在弧室的兩側(cè)，磁場的均勻性比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所廣生的磁場大幅提聞，并且具有進一步擴大弧室尺寸的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中離子源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例一的寬束離子源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為圖2所示的寬束離子源裝置的弧室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為圖3所示的弧室的氣體勻流板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為離 子束從本實施例一的寬束離子源裝置中引出的狀態(tài)示意圖；
[0020]圖6為本發(fā)明實施例二的寬束離子源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]主要附圖標記說明:
[0022]11、上鐵芯12、下鐵芯
[0023]13、左鐵芯14、右鐵芯
[0024]21、上線圈22、下線圈
[0025]23、左線圈24、右線圈
[0026]211、第一子線圈 212、第二子線圈
[0027]213、第三子線圈
[0028]3、弧室
[0029]31、第一燈絲 32、第二燈絲
[0030]33、第一陰極 34、第二陰極
[0031]35、送氣孔36、引出縫
[0032]37、氣體勻流板 371、勻流板氣孔
[0033]41、第一燈絲電源42、第二燈絲電源
[0034]51、第一偏置電源52、第二偏置電源
[0035]61、第一弧壓電源62、第二弧壓電源
[0036]7、源磁場電源
[0037]8、磁軛
[0038]9、引出電極
[0039]10、離子束【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。
[0041]實施例一:
[0042]如圖2至圖5所示，實施例一的用于離子注入機的寬束離子源裝置包括源磁場鐵芯、纏繞在源磁場鐵芯上的源磁場線圈、弧室3和引出電極9，弧室3的底部設有送氣孔35，弧室3的頂部設有引出縫36，引出電極9設于引出縫36外，弧室3的一端設有第一燈絲31和第一陰極33，弧室3的另一端設有第二燈絲32和第二陰極34，第一燈絲31和第二燈絲32分別連接燈絲電源，第一燈絲31和第一陰極33之間連接第一偏置電源51，第二燈絲32和第二陰極34之間連接第二偏置電源52，第一陰極33與弧室3之間連接第一弧壓電源61，第二陰極34與弧室3之間連接第二弧壓電源62。
[0043]源磁場線圈與源磁場電源7連接以在弧室3內(nèi)產(chǎn)生磁場，源磁場線圈可以采用圖1所示的結(jié)構(gòu)布置在弧室3的兩端側(cè)，也可以采用其他布置方式，只要能在弧室3的腔體內(nèi)產(chǎn)生比較均勻的磁場即可。
[0044]氣體介質(zhì)(如三氟化硼)通過設置在弧室3底部的送氣孔35送入到弧室3內(nèi)；弧室3中產(chǎn)生的正離子被引出電場吸引，從設置在弧室3頂部的引出縫36離開弧室3的腔體。
[0045]燈絲電源包括第一燈絲電源41和第二燈絲電源42，第一燈絲31連接第一燈絲電源41，第二燈絲32連接第二燈絲電源42，第一燈絲電源41和第二燈絲電源42供電時，會對分別對第一燈絲31和第二燈絲32進行加熱，當?shù)谝粺艚z31和第二燈絲32的溫度達到一定值后，開始發(fā)射出熱電子。
[0046]第一偏置電源51和第二偏置電源52連接在燈絲和陰極之間，用于加速燈絲發(fā)射出的熱電子，熱電子被加速后獲得能量，分別轟擊到第一陰極33和第二陰極34的內(nèi)表面，對第一陰極33和第二陰極34產(chǎn)生加熱效果；第一陰極33和第二陰極34的溫度達到一定值后，陰極的外表面開始發(fā)射熱電子。
[0047]第一弧壓電源61和第二弧壓電源62連接在陰極和弧室3的腔體之間，用于對從陰極的外表面發(fā)射出來的熱電子進行加速，使從陰極外表面發(fā)射出來的熱電子加速向弧室3的腔體內(nèi)運動。
[0048]在本實施例中，作為優(yōu)選實施方式，引出縫36的長度在300毫米以上。由于實施例一的寬束離子源裝置的弧室3采用了雙燈絲、雙陰極的雙間熱式陰極結(jié)構(gòu)，使陰極發(fā)射出的熱電子充分到達弧室3的腔體內(nèi)部的每個位置，與氣體介質(zhì)充分發(fā)生碰撞，能夠產(chǎn)生較寬的離子束10以及較強的束流強度，所以可以方便地擴大離子束10寬度，直接獲得覆蓋目標注入硅片寬度的平行寬帶束流。如圖5所示，實施例一的寬束離子源裝置能產(chǎn)生寬度在300毫米以上的離子束10。
[0049]在本實施例中，作為優(yōu)選實施方式，弧室3內(nèi)的底部設有氣體勻流板37，氣體勻流板37上帶有多個勻流板氣孔371，多個勻流板氣孔371均勻布置在氣體勻流板37上；氣體介質(zhì)從設置在弧室3底部的送氣孔35進入弧室3的腔體內(nèi)后，通過氣體勻流板37上的勻流板氣孔371均勻分布到弧室3的腔體內(nèi)。
[0050]為了在弧室3的腔體內(nèi)獲得更為均勻的磁場分布，在本實施例中，作為優(yōu)選實施方式，源磁場鐵芯包括上鐵芯11和下鐵芯12，上鐵芯11和下鐵芯12布置在弧室3的兩側(cè)，上鐵芯11和下鐵芯12關(guān)于弧室3的沿長度方向的軸線對稱，源磁場線圈包括纏繞在上鐵芯11上的上線圈21和纏繞在下鐵芯12上的下線圈22，上線圈21和下線圈22分別為單個線圈；上線圈21和下線圈22均與源磁場電源7連接，當源磁場電源7通電后，能夠在弧室3的腔體內(nèi)產(chǎn)生均勻的磁場，磁場的均勻性比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的磁場大幅提高，并且具有進一步擴大弧室3尺寸的能力。
[0051]采用實施例一的寬束離子源裝置產(chǎn)生離子束10的方法包括以下步驟:
[0052]1、整機系統(tǒng)送氣，將弧室3壓力控制到合適值；
[0053]2、源磁場電源7供電，電源電壓設定到適當值，在弧室3空間獲得適當?shù)脑创艌鯞 ；
[0054]3、第一燈絲電源41和第二燈絲電源42供電，加熱燈絲，燈絲溫度達到一定值后發(fā)射出熱電子；
[0055]4、第一偏置電源51和第二偏置電源52供電，連接在燈絲和陰極之間，電源電壓設定到合適值，對從燈絲出來的熱電子進行加速，熱電子被加速后獲得能量，轟擊到陰極內(nèi)表面，對陰極產(chǎn)生加熱效果；
[0056]5、陰極在熱電子轟擊后溫度升高，達到一定值后開始發(fā)射熱電子；
[0057]6、第一弧壓電源61和第二弧壓電源62供電，對從陰極外表面發(fā)射出來的熱電子進行加速；
[0058]7、被弧壓加速的熱電子加速向弧室3的腔體運動，但同時受到弧室3軸線方向源磁場B的約束，從而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿B方向的螺旋運動；
[0059]8、電子在聞速運動過程中與弧室3內(nèi)氣體發(fā)生碰撞,氣體分子失去電子變成尚子，電子失去部分能量但繼續(xù)運動，從氣體碰撞出來的電子同樣受弧壓和源磁場B控制，力口入到高速螺旋運動電子行列，向弧室3的腔體內(nèi)壁運動，電子碰撞產(chǎn)生鏈式反應；產(chǎn)生螺旋運動的電子的運動軌跡比沒有發(fā)生螺旋運動的情況大大延長，提高了電子與弧室3內(nèi)其它分子的碰撞幾率，從而提聞弧室3內(nèi)氣體的尚化率；
[0060]9、從陰極發(fā)射的電子最終到達弧室3內(nèi)壁，被弧室3內(nèi)壁吸收形成弧流，弧室3內(nèi)發(fā)生放電現(xiàn)象；合適的燈絲電源電壓、偏置電壓、弧壓和源磁場強度B，能夠維持弧室3內(nèi)的放電穩(wěn)定工作，在弧室3內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體；
[0061]10、等離子體中的正離子被引出電場吸引，從引出縫36離開弧室3的腔體，并被引出電場加速，形成所需要的束流。
[0062]實施例二:
[0063]如圖6所示，實施例二的寬束離子源裝置與實施例一的寬束離子源裝置的區(qū)別僅在于源磁場線圈不同，其余結(jié)構(gòu)均相同。下面僅就區(qū)別部分進行詳細說明。
[0064]為改善源磁場的分布，實施例二中采用了多線圈結(jié)構(gòu)的源磁場，可通過調(diào)節(jié)各線圈的驅(qū)動電流，進一步調(diào)節(jié)源磁場在弧室3區(qū)間的均勻性分布狀態(tài)，改善寬帶束流的均勻性分布。
[0065]源磁場鐵芯包括上鐵芯11和下鐵芯12，上鐵芯11和下鐵芯12布置在弧室3的兩偵牝上鐵芯11和下鐵芯12關(guān)于弧室3的沿長度方向的軸線對稱，源磁場線圈包括纏繞在上鐵芯11上的上線圈21和纏繞在下鐵芯12上的下線圈22，上線圈21和下線圈22分別包括多個獨立的子線圈；可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)每邊線圈的數(shù)量和在弧室3軸線方向的空間尺寸和分布，以獲得滿足需要的離子源磁場分布狀態(tài)。
[0066]在實施例二中，作為優(yōu)選實施方式，上線圈21包括用于調(diào)節(jié)弧室3的內(nèi)部兩端的磁場強度的第一子線圈211和第二子線圈212、以及用于調(diào)節(jié)弧室3內(nèi)中部的磁場強度的第三子線圈213，第三子線圈213位于第一子線圈211和第二子線圈212之間，下線圈22與上線圈21具有相同的結(jié)構(gòu)。
[0067]源磁場線圈中的第一子線圈211和第二子線圈212調(diào)節(jié)弧室3區(qū)間兩端的磁場強度，第一子線圈211和第二子線圈212的驅(qū)動電流增強，兩端磁場提高，驅(qū)動電流降低，兩端磁場減??；
[0068]源磁場線圈中的第三子線圈213調(diào)節(jié)弧室3區(qū)間中部的磁場強度，第三子線圈213的驅(qū)動電流增強，中部磁場提高，驅(qū)動電流降低，中部磁場減小。
[0069]以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于離子注入機的寬束離子源裝置，包括源磁場鐵芯、纏繞在所述源磁場鐵芯上的源磁場線圈、弧室和引出電極，所述弧室的底部設有送氣孔，所述弧室的頂部設有引出縫，所述引出電極設于所述引出縫外，其特征在于，所述弧室的一端設有第一燈絲和第一陰極，所述弧室的另一端設有第二燈絲和第二陰極，所述第一燈絲和第二燈絲分別連接燈絲電源，所述第一燈絲和第一陰極之間連接第一偏置電源，所述第二燈絲和第二陰極之間連接第二偏置電源，所述第一陰極與弧室之間連接第一弧壓電源，所述第二陰極與弧室之間連接第二弧壓電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述弧室內(nèi)的底部設有氣體勻流板，所述氣體勻流板上帶有多個勻流板氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述多個勻流板氣孔均勻布置在所述氣體勻流板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述源磁場鐵芯包括上鐵芯和下鐵芯，所述上鐵芯和下鐵芯布置在所述弧室的兩側(cè)，所述上鐵芯和下鐵芯關(guān)于所述弧室的沿長度方向的軸線對稱，所述源磁場線圈包括纏繞在所述上鐵芯上的上線圈和纏繞在所述下鐵芯上的下線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述上線圈和下線圈分別為單個線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述上線圈和下線圈分別包括多個獨立的子線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述上線圈包括用于調(diào)節(jié)所述弧室的內(nèi)部兩端的磁場強度的第一子線圈和第二子線圈、以及用于調(diào)節(jié)所述弧室內(nèi)中部的磁場強度的第三子線圈，所述第三子線圈位于所述第一子線圈和第二子線圈之間，所述下線圈與上線圈具有相同的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于離子注入機的寬束離子源裝置，其特征在于，所述引出縫的長度在300毫米以上。
【文檔編號】H01J37/08GK103871809SQ201210530299
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】彭立波 申請人:北京中科信電子裝備有限公司