用于離子源的磁場(chǎng)源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于離子源的磁場(chǎng)源。提供了一種離子源，包括電離室和兩個(gè)磁場(chǎng)源。電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于縱軸。兩個(gè)磁場(chǎng)源各自包括（i）芯和（ii）大致纏繞芯的線圈。每一磁場(chǎng)源與相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面對(duì)準(zhǔn)并與其接近，并且取向大致平行于縱軸。磁場(chǎng)源的芯彼此在物理上分開并且電隔離。
【專利說明】用于離子源的磁場(chǎng)源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及磁場(chǎng)源，更具體地涉及在離子源中使用的磁場(chǎng)源，以生成沿著電離室的縱軸具有相對(duì)均勻的離子密度剖面的離子束。

【背景技術(shù)】
[0002]離子注入已經(jīng)是半導(dǎo)體器件制造中的關(guān)鍵技術(shù)并且當(dāng)前用于許多工藝，包括晶體管中的Pn結(jié)的制作，尤其是對(duì)于諸如存儲(chǔ)器和邏輯芯片的CMOS器件。通過創(chuàng)建包含在硅襯底中制作晶體管所需的摻雜元素的帶正電荷的離子，離子注入器能夠選擇性地控制引入到晶體管結(jié)構(gòu)中的能量(由此，注入深度)和離子電流(由此，劑量)這二者。傳統(tǒng)上，離子注入器已使用生成長(zhǎng)度達(dá)到約50mm的帶狀束的離子源。該束被傳送到襯底，并且通過跨過襯底的帶的電磁掃描、跨過束的襯底的機(jī)械掃描、或這二者，來實(shí)現(xiàn)所需的劑量和劑量均勻性。在某些情況下，初始帶狀束能夠通過沿著縱軸擴(kuò)散而擴(kuò)展為伸長(zhǎng)的帶狀束。在某些情況下，束甚至能夠假定具有橢圓或圓形的剖面。
[0003]當(dāng)前，業(yè)界在擴(kuò)展常規(guī)離子注入器的設(shè)計(jì)以產(chǎn)生更大程度的帶狀束方面存在興趣。擴(kuò)展帶狀束注入的這個(gè)業(yè)界興趣是由于近來全行業(yè)轉(zhuǎn)向諸如450nm直徑硅晶圓的更大襯底而產(chǎn)生的。在注入期間，襯底能夠跨過擴(kuò)展的帶狀束被掃描，而束保持穩(wěn)定。擴(kuò)展的帶狀束使得能夠更高的劑量率，這是因?yàn)?，由于擴(kuò)展的帶狀束的降低的空間電荷膨脹，得到的更高離子電流能夠經(jīng)過注入器束線而被傳送。為了實(shí)現(xiàn)跨過襯底注入的劑量的均勻，帶狀束中的離子密度需要相對(duì)于沿其長(zhǎng)度維度延伸的縱軸十分均勻。但是，在實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)這樣的均勻。
[0004]在某些束注入器中，在束傳送期間，校正器光學(xué)器件被包括在束線中以改變離子束的離子密度剖面。例如，博納斯型(Bernas-type)離子源已被用于產(chǎn)生50mm到10mm長(zhǎng)之間的離子束，其隨后擴(kuò)張為期望的帶狀尺寸并通過離子光學(xué)器件被校準(zhǔn)以產(chǎn)生比要注入的襯底更長(zhǎng)的束。如果從離子源提取時(shí)束極為不均勻，或者如果由空間電荷加載和/或束傳送光學(xué)器件引入了畸變，則使用校正器光學(xué)器件通常不足以創(chuàng)建良好的束均勻性。
[0005]在某些束注入器設(shè)計(jì)中，使用了大容量離子源，其包括沿弧形狹縫的縱軸對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)陰極，使得能夠調(diào)整從每個(gè)陰極的發(fā)射以修改離子源內(nèi)的離子密度剖面。多個(gè)氣體引入線沿著源的長(zhǎng)軸分布，以提升離子密度剖面的更好的均勻性。這些特征試圖在束提取期間產(chǎn)生均勻的剖面，同時(shí)限制束剖面校正光學(xué)器件的使用。盡管有這些努力，在提取的離子束中建立均勻的離子密度剖面的問題仍是帶狀束離子注入器的制造者最關(guān)注的之一，尤其是在使用提取孔尺寸超過10mm的離子源時(shí)。因此，需要改進(jìn)的離子源設(shè)計(jì)，能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的提取的離子束剖面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種改進(jìn)的離子源，能夠生成具有均勻離子密度剖面的帶狀束，并且充分地?cái)U(kuò)展以基本上沿其長(zhǎng)度注入襯底，諸如300mm或450mm的襯底。在某些實(shí)施例中，擴(kuò)展的帶狀束，諸如450mm帶狀束，由本發(fā)明的離子源生成，然后經(jīng)過離子注入器被傳送，而在傳送期間，束尺寸基本保持。能夠利用緩慢的水平機(jī)械掃描，跨過穩(wěn)定的帶狀束掃描襯底。
[0007]在一個(gè)方面，提供了一種離子源，包括電離室和兩個(gè)磁場(chǎng)源。電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于縱軸。兩個(gè)磁場(chǎng)源中的每個(gè)包括(i )芯和(ii)大致纏繞芯的線圈。每個(gè)磁場(chǎng)源與相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面對(duì)準(zhǔn)并且與其接近，并且取向大致平行于縱軸。磁場(chǎng)源的芯彼此在物理上分開并且電隔離。
[0008]在另一方面，提供了一種使用磁場(chǎng)源對(duì)在電離室中產(chǎn)生磁場(chǎng)的方法。磁場(chǎng)源對(duì)中的每個(gè)包括(i )芯和(i i )大致纏繞芯的線圈。電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于縱軸。該方法包括將每個(gè)磁場(chǎng)源對(duì)準(zhǔn)相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面，并且將磁場(chǎng)源取向?yàn)榇笾缕叫杏诳v軸。該方法還包括將磁場(chǎng)源的芯彼此電隔離且在物理上分開，并且獨(dú)立地控制施加到與線圈中每個(gè)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)線圈段的電流。該方法進(jìn)一步包括:基于施加到每個(gè)線圈段的電流，在電離室中產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)取向大致平行于縱軸。
[0009]在又一方面，提供了一種離子源。該離子源包括電離室、磁場(chǎng)源對(duì)、多個(gè)線圈段和控制電路。電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于縱軸。磁場(chǎng)源對(duì)中的每個(gè)磁場(chǎng)源包括i)芯和ii)大致纏繞芯的線圈。每個(gè)磁場(chǎng)源與相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面對(duì)準(zhǔn)并與其接近，并且取向大致平行于縱軸。多個(gè)線圈段與磁場(chǎng)源的線圈中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)?？刂齐娐酚糜讵?dú)立地調(diào)整供應(yīng)到線圈的多個(gè)線圈段中的每個(gè)的電流。
[0010]在其他示例中，上面的任何方面能夠包括以下的一個(gè)或多個(gè)特征。在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁場(chǎng)源的線圈包括多個(gè)線圈段。例如，三個(gè)線圈段能夠與每個(gè)磁場(chǎng)源的線圈相關(guān)聯(lián)。磁場(chǎng)源的中心線圈段的電流能夠包括磁場(chǎng)源的端線圈段的電流的大約一半。
[0011]在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁場(chǎng)源的線圈段包括(i)纏繞芯的第一長(zhǎng)度的主線圈段和
[11]纏繞主線圈段的一個(gè)或多個(gè)副線圈段。每個(gè)副線圈段能夠跨越芯的第二長(zhǎng)度，第一長(zhǎng)度大于第二長(zhǎng)度。
[0012]在一些實(shí)施例中，提供了控制電路，用于分開地調(diào)整供應(yīng)到每個(gè)線圈段的電流?？刂齐娐纺軌颡?dú)立地調(diào)整每個(gè)線圈段的電流以產(chǎn)生從電離室提取的離子的均勻密度剖面。
[0013]在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁場(chǎng)源包括螺線管。
[0014]在一些實(shí)施例中，由兩個(gè)磁場(chǎng)源所產(chǎn)生的電離室中的磁場(chǎng)取向大致沿縱軸。
[0015]在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁場(chǎng)源的縱向長(zhǎng)度至少與電離室的縱向長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。
[0016]在一些實(shí)施例中,兩個(gè)磁場(chǎng)源關(guān)于電離室的縱軸對(duì)稱。
[0017]在一些實(shí)施例中，電離室具有矩形形狀。
[0018]在一些實(shí)施例中，電離室限定提取孔，電離室中的離子經(jīng)過提取孔被提取。
[0019]通過下面的詳細(xì)描述，并結(jié)合僅僅作為示例而圖示本發(fā)明原理的附圖，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過參考下面結(jié)合附圖的描述，上述的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以及進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)更好理解。附圖沒有必要按比例，而是通常強(qiáng)調(diào)圖示技術(shù)的原理。
[0021]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例離子源的示意圖。
[0022]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例離子束提取系統(tǒng)的示意圖。
[0023]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例電子槍組件的示意圖。
[0024]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于圖3的電子槍組件的示例控制系統(tǒng)的示意圖。
[0025]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括磁場(chǎng)源對(duì)的示例離子源的示意圖。
[0026]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖5的磁場(chǎng)源的示例配置的示意圖。
[0027]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖5的磁場(chǎng)源的另一示例配置的示意圖。
[0028]圖8示出了由本發(fā)明的離子源所生成的離子束的示例離子密度剖面。
[0029]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一示例離子源的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例離子源的示意圖。離子源100能夠被配置為產(chǎn)生用于傳送到離子注入室的離子束，離子注入室將離子束注入到例如半導(dǎo)體晶圓中。如所示，離子源100包括:電離室102，將縱軸118限定為沿著電離室102的長(zhǎng)維度；電子槍對(duì)104 ;等離子體電極106 ;拉取電極(puller electrode) 108 ;氣體輸送系統(tǒng),包括多個(gè)氣體入口 110和多個(gè)質(zhì)量流控制器(MFC)112 ;氣源114以及合成離子束116。在操作中，來自氣源114的氣態(tài)材料經(jīng)由氣體入口 110被引入到電離室102。經(jīng)過每一氣體入口 110的氣流能夠由耦合到入口 110的相應(yīng)的質(zhì)量流控制器112來控制。在電離室102中，從通過電子沖擊而電離的氣體分子形成主等離子體，電子沖擊來自位于電離室102的相對(duì)側(cè)面上的電子槍對(duì)104中每個(gè)生成的電子束。在某些實(shí)施例中，電子槍104還能夠?qū)㈩~外的離子引入到電離室102中。使用包括等離子體電極106和拉取電極108的提取系統(tǒng)，電離室102中的離子能夠經(jīng)由提取孔(未示出)被提取并且形成高能離子束116?？v軸118能夠大致垂直于離子束116的傳播方向。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源(未示出)能夠位于電離室102和/或電子槍104附近以產(chǎn)生外部磁場(chǎng)，該外部磁場(chǎng)限制由電子槍104生成的電子束在電子槍104和電離室102之內(nèi)。
[0031]例如，氣源114能夠?qū)⒁环N或多種輸入氣體引入電離室102，諸如AsH3、PH3> BF3>SiF4, Xe、Ar、N2, GeF4, CO2, CO、CH3> SbF5和CH6。輸入氣體能夠經(jīng)由氣體輸送系統(tǒng)進(jìn)入電離室102，氣體輸送系統(tǒng)包括:i)多個(gè)氣體入口 110，在電離室102的側(cè)壁上沿著縱軸118間隔開，和ii)多個(gè)質(zhì)量流控制器112，各自耦合到氣體入口 110之一。因?yàn)殡婋x室102中的主等離子體的離子密度取決于輸入氣體的密度，所以分開地調(diào)整每一質(zhì)量流控制器112能夠提供對(duì)縱向118上離子密度剖面改善的控制。例如，控制電路(未示出)能夠監(jiān)測(cè)提取的束116的離子密度剖面，并且經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量流控制器112來自動(dòng)地調(diào)整輸入氣體的流速，以實(shí)現(xiàn)提取的束116沿縱向更均勻的密度剖面。在某些實(shí)施例中，氣源114能夠包括汽化器，用于對(duì)諸如BltlH14、B18H22、C14H14和/或C16Hltl的固體饋送材料進(jìn)行汽化，以生成蒸汽輸入用于供應(yīng)到電離室102。在此情況下，能夠使用一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的蒸汽入口(未示出)來將蒸汽輸入引入到電離室102中，繞開耦合MFC的入口 110。這一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的蒸汽入口能夠沿著電離室102的側(cè)壁在縱軸118的方向上均勻地散布。在某些實(shí)施例中，氣源114包括一個(gè)或多個(gè)液相氣源。液相材料能夠被氣體化并且使用包括氣體入口 110和質(zhì)量流控制器112的氣體輸送系統(tǒng)引入到電離室102中。質(zhì)量流控制器112能夠被適當(dāng)調(diào)整以有助于從液相材料演變來的氣體的流動(dòng)。
[0032]通常，電離室102能夠具有矩形形狀，該形狀在縱向118上比在橫向(未示出)上更長(zhǎng)。電離室102還能夠具有其他形狀，諸如圓柱形。電離室102沿縱向118的長(zhǎng)度可以約為450mm。提取孔(未示出)能夠位于電離室102的伸長(zhǎng)側(cè)面，而每個(gè)電子槍102位于橫側(cè)面。提取孔能夠沿著電離室102的長(zhǎng)度延伸，諸如約450mm長(zhǎng)。
[0033]為了從電離室102提取離子并且為了確定注入離子的能量，離子源100被源電源(未示出)保持在較高的正源電壓，例如IkV至80kV之間。等離子體電極106能夠包括在電離室102側(cè)面上沿縱軸118的提取孔板。在某些實(shí)施例中，等離子體電極106與電離室102電隔離，使得能夠?qū)Φ入x子體電極106施加偏壓。偏壓適合于影響電離室102內(nèi)生成的等離子體的特性，諸如等離子體電勢(shì)、離子駐留時(shí)間和/或等離子體內(nèi)的離子物種的相關(guān)擴(kuò)散屬性。等離子體電極106的長(zhǎng)度能夠大致與電離室102的長(zhǎng)度相同。例如，等離子體電極106能夠包括包含450mm乘6mm孔的板，成形為允許從電離室102提取離子。
[0034]一個(gè)或多個(gè)附加電極，諸如拉取電極108，用于增加提取效率并改善離子束116的聚焦。拉取電極108能夠與等離子體電極106類似地配置。這些電極能夠彼此間隔絕緣材料(例如相隔5mm)并且電極能夠保持在不同的電勢(shì)。例如，拉取電極108能夠相對(duì)于等離子體電極106或源電壓而偏置達(dá)到約-5kV。但是，電極能夠在寬電壓范圍上操作，以優(yōu)化產(chǎn)生期望的離子束用于特定注入工藝時(shí)的性能。
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例離子束提取系統(tǒng)的示意圖。如所示，提取系統(tǒng)包括等離子體電極202，其位于最靠近電離室102，接著是拉取電極204、抑制電極206和接地電極208。電極孔大致平行于電離室102的縱軸118。等離子體電極202和拉取電極204分別與圖1的等離子體電極106和拉取電極108相類似。在某些實(shí)施例中，等離子體電極202根據(jù)皮爾斯角(Pierce angle)來成形以抵消離子束116的空間電荷擴(kuò)張，由此實(shí)現(xiàn)提取時(shí)的大致平行的束軌跡。在某些實(shí)施例中，等離子體電極202的孔包括在電離室102中最接近等離子體的側(cè)面上的底切(undercut)，其有助于通過引入鋒利邊緣(下文稱為“刀邊緣”)而限定等離子體邊界。等離子體電極孔的寬度能夠大致與刀邊緣沿著散布平面的寬度相同。該寬度在圖2中被指示為Wl。Wl的值能夠在大約3mm到大約12mm范圍內(nèi)。此夕卜，如圖2所示，散布平面中的拉取電極204的孔的寬度(W2)能夠比等離子體電極202的孔的寬度更寬，諸如大約1.5倍寬。接地電極208能夠保持在端子電勢(shì)，其處于大地接地，除非期望將端子浮動(dòng)低于接地，否則，如某些注入系統(tǒng)的情況。抑制電極206相對(duì)于接地電極208負(fù)向偏置，諸如約-3.5kV，以便拒絕或抑制不想要的電子，這些電子否則將在生成帶正電荷的離子束116時(shí)被吸引到正偏置離子源100。通常，提取系統(tǒng)不限于兩個(gè)電極(例如抑制電極206和接地電極208);能夠按需要增加更多的電極。
[0036]在某些實(shí)施例中，控制電路(未示出)能夠自動(dòng)地調(diào)整一個(gè)或多個(gè)電極沿著離子束116的傳播方向(即，垂直于縱軸118)的間隔，以便提高離子束116的聚焦。例如，控制電路能夠監(jiān)測(cè)離子束116的束質(zhì)量，并且基于該監(jiān)測(cè)，彼此更接近或者遠(yuǎn)離地移動(dòng)抑制電極206或接地電極208中至少一個(gè)，以改變提取場(chǎng)。在某些實(shí)施例中，相對(duì)于離子束116的路徑，控制電路傾斜或旋轉(zhuǎn)抑制電極206或接地電極208中至少一個(gè)，以補(bǔ)償由于電極的安置而造成的機(jī)械誤差。在某些實(shí)施例中，控制電路沿著垂直束路徑一起移動(dòng)抑制電極206和接地電極208 (組I電極)，相對(duì)于能夠保持穩(wěn)定的剩余的電極(組2電極)，剩余電極包括等離子體電極202和拉取電極204。組I電極和組2電極之間的間隙能夠基于多種因素而確定，多種因素諸如離子束形狀、所需離子束能量和/或離子質(zhì)量。
[0037]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例電子槍組件104的示意圖。如所示，電子槍104包括陰極302、陽(yáng)極304、接地元件306和控制電路(未示出)。由陰極302發(fā)射熱電子，陰極302例如可以由諸如鎢或鉭的難熔金屬來構(gòu)造并且能夠被直接或間接加熱。如果陰極302被間接加熱，則可使用燈絲311來執(zhí)行間接加熱。具體地說，電流能夠流過燈絲311以加熱燈絲311，結(jié)果熱燈絲311熱離子地發(fā)射電子。通過將燈絲311偏置為低于陰極302電勢(shì)幾百伏的電壓，諸如相對(duì)于陰極到達(dá)負(fù)600V，由燈絲311生成的熱離子發(fā)射的電子能夠通過高能電子轟擊來加熱陰極302。陰極302適合于熱離子發(fā)射電子，導(dǎo)致在陽(yáng)極304形成高能電子束308，相對(duì)于陰極302，陽(yáng)極304保持在正電勢(shì)。電子束308適合于經(jīng)由電離室的孔312進(jìn)入電離室102，在電離室102中，電子束308通過對(duì)電離室102內(nèi)的氣體電離而產(chǎn)生主等離子體(未示出)。
[0038]此外，控制電路能夠使得在電子槍104中在陽(yáng)極304和接地元件306之間形成次等離子體310。具體地說，能夠在陽(yáng)極304和接地元件306之間創(chuàng)建電勢(shì)，使得其建立足以在存在電子束308的情況下創(chuàng)建次等離子體310的電場(chǎng)。通過對(duì)從電離室102經(jīng)由孔312進(jìn)入電子槍104的氣體進(jìn)行電離創(chuàng)建次等離子體，其中，氣體能夠由入口 110供應(yīng)。電子束308能夠維持次等離子體310持續(xù)延長(zhǎng)的時(shí)間段。次等離子體310的等離子密度與陽(yáng)極的電弧電流成比例，陽(yáng)極的電弧電流是陽(yáng)極正電壓的增函數(shù)。因此，控制電路能夠使用陽(yáng)極電壓，結(jié)合對(duì)源自陽(yáng)極電源(未示出)的電流的閉環(huán)控制，來控制和穩(wěn)定次等離子體場(chǎng)310。次等離子體310適合于生成帶正電荷的離子，帶正電荷的離子能夠經(jīng)由孔312被推進(jìn)到電離室102中，由此增加提取的離子束116的離子密度。當(dāng)由次等離子體310生成的帶正電荷的離子被正向偏置的陽(yáng)極304排斥而朝向電離室102行進(jìn)時(shí)，推進(jìn)運(yùn)動(dòng)就出現(xiàn)了。
[0039]控制電路能夠通過向陽(yáng)極304施加正電壓而在電子槍104中形成次等離子體310。部分地通過對(duì)源自陽(yáng)極電源的電流的閉環(huán)控制，控制電路能夠控制由次等離子體310所生成的離子的量，并且穩(wěn)定次等離子體310。該電流是通過陽(yáng)極304和接地元件306之間的等離子體放電而維持的電弧電流。此后，該操作模式被稱為“離子泵模式”。在離子泵模式中，除了離子之外，電子束308也經(jīng)由孔312進(jìn)行到電離室102以在電離室102中形成主等離子體。離子泵模式在期望增加提取電流的情況下可能是有優(yōu)勢(shì)的。或者，控制電路能夠通過適當(dāng)調(diào)整陽(yáng)極304的電壓，諸如將陽(yáng)極304的電壓設(shè)定為0，而基本上關(guān)斷電子槍104中的次等離子體310。在此情況下，只有電子束308從電子槍104流到電離室102，并不伴隨顯著量的帶正電荷的尚子。此后，該操作模式被稱為“電子沖擊模式”。
[0040]在另一操作模式中，控制電路能夠在電子槍104中形成次等離子體310，而不向電離室102提供電子束308。這能夠通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整發(fā)射器(即，陰極302)的電壓來完成，諸如將陰極302接地從而使之與電離室102相同電勢(shì)。結(jié)果是，電子束308中的電子在進(jìn)入電離室102時(shí)將具有低能量，有效地使得弱得多的電子束或沒有電子束進(jìn)入到電離室102或者在電離室102中形成有用的電子轟擊電離。在此操作模式中，次等離子體310能夠生成正離子用于推進(jìn)到電離室102中。在此操作模式中，電子槍104充當(dāng)?shù)入x子體源，而非電離室102。此后，該操作模式被稱為“等離子體源模式”。等離子體源模式具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，通過去除通常為2kV、lA電源的發(fā)射器電壓電源，降低了成本和復(fù)雜度。等離子體源模式能夠在淹沒式等離子體槍(plasma flood gun)、等離子體摻雜裝置、等離子體化學(xué)汽相淀積(CVD)等等中啟動(dòng)。在某些實(shí)施例中，能夠使用射頻放電來在等離子體源模式中生成等離子體310。但是，通常，電子槍104能夠充當(dāng)?shù)入x子體源和/或離子源。
[0041]通常，激活電子槍104中的次等離子體310能夠延長(zhǎng)離子源100的使用壽命。實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)離子源壽命的主要限制因素是陰極302的故障，主要由于離子濺射所造成的陰極腐蝕。陰極302的離子濺射的程度取決于多個(gè)因素，包括:i)局部等離子體或離子密度，ii)離子到達(dá)陰極302時(shí)的動(dòng)能。由于陰極302遠(yuǎn)離電離室102中的主等離子體，所以電離室102中創(chuàng)建的離子必須流出電離室102到達(dá)陰極302。這樣的離子流被陽(yáng)極304的正電勢(shì)極大地阻止。如果陽(yáng)極304的電勢(shì)足夠高，則低能量離子不能克服該電勢(shì)勢(shì)壘到達(dá)帶負(fù)電荷的陰極302。但是，在陽(yáng)極304和接地元件306之間的電弧中創(chuàng)建的等離子體離子能夠具有與陽(yáng)極304電勢(shì)一樣高的初始動(dòng)能(例如幾百eV)。離子濺射產(chǎn)量是離子能量K的增函數(shù)。具體地說，電子槍104附近的K的最大值被給出為:K=e (Ve-Va)，其中Va是陽(yáng)極304的電壓，Ve是陰極302的電壓，而e是電子電荷。根據(jù)這一關(guān)系，K能夠與陰極302和陽(yáng)極304之間的電勢(shì)差一樣大。因此，為了最大化陰極302的壽命，該差能夠被最小化。在某些實(shí)施例中，為了使陰極302附近的等離子體或離子密度保持較低，等離子體源模式的電弧電流也被調(diào)整為較低。比起等離子體源模式，這樣的條件更加接近地對(duì)應(yīng)于電子沖擊模式，盡管二者都可以有用地被利用而不用犧牲陰極壽命。通常，難熔金屬的離子濺射產(chǎn)量最小低于約10eV,并且隨著離子能量的增加而快速增加。因此，在某些實(shí)施例中，保持K低于約200V將最小化離子濺射并導(dǎo)致長(zhǎng)壽命工作。
[0042]在某些實(shí)施例中，控制電路能夠操作離子源100在“團(tuán)簇”或者“單體”模式。如上所述，離子源100能夠維持兩個(gè)單獨(dú)的等離子體區(qū)域一i)次等離子體310，其由陽(yáng)極304和接地元件306之間的電弧放電而生成，以及ii)主等離子體(未示出)，其由電離室102內(nèi)的氣體的電子沖擊電離而生成。這兩個(gè)等離子體形成機(jī)制的電離屬性是不同的。對(duì)于次等離子體310，除了帶負(fù)電荷的物種之外，陽(yáng)極304和接地元件306之間的電弧放電能夠有效地解離分子氣體物種并且創(chuàng)建解離片段的離子(例如，有效地將BF3氣體轉(zhuǎn)換為B+、BF+、BF2+和F+)。反之，在電離室102中通過對(duì)電子束308的電子沖擊電離而形成的等離子體傾向于保留分子物種而沒有實(shí)質(zhì)的解離(例如，將BltlH14轉(zhuǎn)換為BltlHx+離子，其中“X”表示氫化物物種的范圍，諸如Β1(ιΗ9+、Β1(ιΗ1(ι+等等)?？紤]到這些不同的電離屬性，控制電路能夠操作離子源100至少部分地將電離屬性定制為用戶期望的離子物種?？刂齐娐纺軌蛐薷奶囟怏w物種的“裂化形式”(即，從中性氣體物種形成特定離子相對(duì)豐度)以便如期望地為給定注入工藝增加特定離子的豐度。
[0043]具體地說，在單體操作模式中，控制電路能夠啟動(dòng)離子泵模式或等離子體源模式，其中次等離子體被生成以產(chǎn)生更大相對(duì)豐度的解離的離子。反之，在團(tuán)簇操作模式中，控制電路能夠啟動(dòng)電子沖擊模式，其中主等離子體占多數(shù)而次等離子體則弱到不存在，以產(chǎn)生父離子的相對(duì)豐度。因此，單體模式允許更多帶正電荷的離子從電子槍104的次等離子體310推進(jìn)到電離室102中，但允許更弱的電子束308或沒有電子束308進(jìn)入電離室102。反之，團(tuán)簇操作模式允許更少的帶正電荷的離子，但允許更強(qiáng)的電子束308從電子槍104進(jìn)入電離室102。
[0044]作為一個(gè)示例，考慮分子C14H1415由于其鍵合結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，對(duì)該分子的電離產(chǎn)生C14Hx+和C7Hx+兩種離子。以團(tuán)簇模式操作離子源增加了 C14Hx+離子的相對(duì)豐度，而以單體模式操作離子源增加了 C7Hx+離子的相對(duì)豐度，這是因?yàn)椋趩误w模式中父分子將更易于裂化。在某些實(shí)施例中，從氣相或液相材料，諸如AsH3、PH3、BF3、SiF4、Xe、Ar、N2、GeF4、C02、C0、CH3、SbF5, P4和As4，獲得感興趣的單體物種。在某些實(shí)施例中，從汽化的固體饋送材料，諸如B10H14^B18H22X14H14和C16H10,以及從氣相或液相材料，諸如C6H6和C7H16,獲得感興趣的團(tuán)簇物種。如果感興趣的原子(在這些示例中是B和C)的數(shù)量能夠在電離期間極大保留的話，這些材料作為電離注入物種是有用的。
[0045]控制電路能夠通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電子槍104的操作電壓來啟動(dòng)兩種模式之一。作為示例，為了啟動(dòng)單體模式，控制電路能夠設(shè)置i)發(fā)射器的電壓(Ve)，諸如陰極302的電壓，為大約-200V，以及ii)陽(yáng)極304的電壓(Va)為大約200V。單體模式還能夠在Ve被設(shè)置為約OV (即等離子體源模式)時(shí)啟動(dòng)，在此情況下，在電離室102內(nèi)基本沒有通過電子沖擊電離而創(chuàng)建的離子。為了啟動(dòng)團(tuán)簇模式，控制電路能夠設(shè)置i)Ve為大約-400V，Va為大約OV0
[0046]每個(gè)離子類型具有其優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)于低能量離子注入摻雜或材料修改(例如非晶化注入)，含多種感興趣原子的重分子物種可能是優(yōu)選的，諸如在上面提供的示例中的硼和碳。反之，對(duì)于摻雜硅襯底以創(chuàng)建晶體管結(jié)構(gòu)(例如源極和漏極)來說，單體物種，諸如B+，可能是優(yōu)選的。
[0047]為了控制電子槍104在不同操作模式中的操作，控制電路能夠調(diào)節(jié)與燈絲311、陰極302和陽(yáng)極304中每個(gè)相關(guān)聯(lián)的電流和/或電壓。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3的電子槍組件104的示例控制系統(tǒng)400的示意圖。如所示，控制電路400包括用于提供燈絲311兩端的電壓(Vf)以調(diào)節(jié)燈絲發(fā)射的燈絲電源402、用于相對(duì)于陰極302偏置燈絲311的陰極電源404 (Vc)、用于提供電壓給陽(yáng)極304 (Va)的陽(yáng)極電源406、以及用于提供諸如陰極302電壓的發(fā)射器電壓(Ve)的發(fā)射器電源。通常，電源402、404、406中的每個(gè)操作于受控電流模式，其中每個(gè)電源設(shè)置足以滿足設(shè)定點(diǎn)電流的輸出電壓。如所示，控制電路400包括兩個(gè)閉環(huán)控制器:1)閉環(huán)控制器408，用于調(diào)節(jié)燈絲311的電流發(fā)射，和2)閉環(huán)控制器418，用于調(diào)節(jié)在次等離子體310中生成的電弧電流，其是源自陽(yáng)極電源406的電流。
[0048]在控制操作的開始，控制電路400設(shè)置陰極電源404和陽(yáng)極電源406為其相應(yīng)的初始電壓值?？刂齐娐?00還使用例如通過操作者界面而可用的燈絲熱身實(shí)用而使燈絲311進(jìn)入發(fā)射。一旦達(dá)到發(fā)射，控制電路400的操作者能夠經(jīng)由控制器408和418啟動(dòng)閉環(huán)控制。
[0049] 閉環(huán)控制器408尋求保持用于燈絲311的設(shè)定點(diǎn)發(fā)射電流值，其是輸送到陰極302的電子束加熱電流。閉環(huán)控制器408通過調(diào)整燈絲電源402以調(diào)節(jié)燈絲電壓，即燈絲311的電壓兩端，來保持該電流值。具體地說，控制器408接收設(shè)定點(diǎn)燈絲發(fā)射電流值410作為輸入，這是源自陰極電源404的電流。設(shè)定點(diǎn)電流值410能夠是例如約1.2A。作為響應(yīng)，控制器408經(jīng)由輸出信號(hào)412調(diào)節(jié)燈絲電源402，使得燈絲電源402提供足夠的輸出電壓以允許離開燈絲電源402的電流接近設(shè)定點(diǎn)電流值410。監(jiān)測(cè)離開燈絲電源402的實(shí)際電流并向回報(bào)告給控制器408作為反饋信號(hào)416。反饋信號(hào)416中的實(shí)際電流與設(shè)定點(diǎn)電流410之間的差產(chǎn)生誤差信號(hào)，其能夠受控制器408的比例-積分-微分(PID)濾波器的制約?？刂破?08隨后將輸出信號(hào)412發(fā)送至燈絲電源402以最小化該差。
[0050]閉環(huán)控制器418通過調(diào)整由電子束308生成的電流而尋求保持設(shè)定點(diǎn)陽(yáng)極電流，這是因?yàn)?，?yáng)極電流與電子束電流成比例。閉環(huán)控制器418通過調(diào)整由燈絲311加熱陰極302的電子束從而調(diào)節(jié)陰極302發(fā)射的電子的量，來保持該設(shè)定點(diǎn)電流值。具體地說，控制器418接收設(shè)定點(diǎn)陽(yáng)極電流420作為輸入。作為響應(yīng)，控制器418經(jīng)由輸出信號(hào)422調(diào)節(jié)陰極電源404，使得陰極電源404提供足夠的輸出電壓以允許陽(yáng)極電源406處的電流接近設(shè)定點(diǎn)電流420。如上所述，通過調(diào)整陰極電源404的電壓，陰極302的電子加熱的水平得到調(diào)整，由此，電子束308的電流得到調(diào)整。由于陽(yáng)極304的電弧電流是通過電子束308饋送的，陽(yáng)極電流因此與電子束308的電流成比例。此外，監(jiān)測(cè)離開陽(yáng)極電源406的實(shí)際電流并向回報(bào)告給控制器418作為反饋信號(hào)426。反饋信號(hào)426中的實(shí)際電流與設(shè)定點(diǎn)電流420之間的差產(chǎn)生差信號(hào)，其受到控制器418的PID濾波器的制約?？刂破?18隨后將輸出信號(hào)422發(fā)送至陰極電源404以最小化該差。
[0051]在某些實(shí)施例中，電子束308的動(dòng)能能夠由控制電路基于對(duì)發(fā)射器電源430的電壓的測(cè)量來確定。例如，電子束能量能夠被計(jì)算為發(fā)射器電源電壓(Ve)與電子電荷(e)的乘積。發(fā)射器電源430還能夠發(fā)出電子束電流，其等價(jià)于離開發(fā)射器電源430的電流，并且充當(dāng)用于浮動(dòng)燈絲電源402的陰極電源404的參考電勢(shì)。
[0052]繼續(xù)參看圖3，電子槍104的接地元件306能夠被配置為通過降低電子束308在進(jìn)入電離室102之前的最終能量而使電子束308減速。具體地說，接地元件306能夠包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，諸如兩個(gè)透鏡，它們根據(jù)反皮爾斯幾何(reverse-Pierce geometry)來成形以充當(dāng)減速透鏡。作為示例，電子束308可以以500eV接近接地元件306，并且在經(jīng)過接地元件306后減速到lOOeV。結(jié)果，相比于其他的可能性，較低能量的電子電流被引入到電離室102。此外，能夠施加外部的、大致均勻的磁場(chǎng)320以限制電子束308為螺旋形軌跡。磁場(chǎng)320還能夠限制主等離子體(未示出)和次等離子體310在離子源100之內(nèi)。有關(guān)磁場(chǎng)320的細(xì)節(jié)將在下面結(jié)合圖5-7進(jìn)行描述。
[0053]能夠使用圖3的至少一個(gè)電子槍104來將電子束和/或離子經(jīng)由孔312引入到電離室102?？?12能夠允許將氣體從電離室102傳送到電子槍104，由此，在離子泵模式期間能夠形成電子槍104中的次等離子體310。在某些實(shí)施例中，使用兩個(gè)電子槍，每個(gè)位于電離室102的相對(duì)側(cè)，如圖1所示。電子槍對(duì)104中的每個(gè)所引入的電子束適合于在電離室102之內(nèi)在縱向118上行進(jìn)。來自每一電子槍104的電子束在電離室102內(nèi)電離氣體以在電離室102內(nèi)產(chǎn)生離子。如果激活了離子泵模式，則額外的離子能夠由電子槍104引入到電離室102中。
[0054]在一個(gè)方面，離子源100的一個(gè)或多個(gè)部件是由石墨構(gòu)造的，從而最小化由于例如高操作溫度、離子濺射腐蝕以及與氟化物的反應(yīng)而造成的特定有害效應(yīng)。石墨的使用還限制了在提取離子束116中的有害金屬成分的產(chǎn)生，諸如難熔金屬和過渡金屬。在某些示例中，電子槍104的陽(yáng)極304和接地元件306由石墨制成。此外，用來從電離室102提取離子的一個(gè)或多個(gè)電極能夠由石墨制成，包括等離子體電極106和拉取電極108。而且，電離室102，其能夠由鋁制成，能夠與石墨成一排。
[0055]在另一方面，離子源100能夠包括位于電離室102和/或電子槍104附近的一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源，以產(chǎn)生限制由每一電子槍104生成的電子束在電子槍104和電離室102內(nèi)的外部磁場(chǎng)。磁場(chǎng)源所產(chǎn)生的磁場(chǎng)還能夠使得提取離子束116能夠?qū)崿F(xiàn)更均勻的離子密度剖面。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括磁場(chǎng)源對(duì)的示例離子源的示意圖。如所示，夕卜部磁場(chǎng)能夠由位于電離室102每一側(cè)、平行于電子束308的路徑、即平行于電離室102的縱軸118的磁場(chǎng)源對(duì)502提供。磁場(chǎng)源對(duì)502能夠與兩個(gè)相對(duì)的室壁504的外部表面分別對(duì)準(zhǔn)并接近，其中，相對(duì)的室壁平行于縱軸118。在某些實(shí)施例中，電離室102的至少一部分表面，除了相對(duì)的室壁504和與電子槍104相對(duì)的側(cè)面之外，能夠形成提取孔。圖5示出了電離室102表面上的提取孔510的示例安置。兩個(gè)磁場(chǎng)源502能夠關(guān)于包括平行于縱軸118的電離室102的中心軸512的平面對(duì)稱。每一磁場(chǎng)源502能夠包括至少一個(gè)螺線管。
[0056]相對(duì)的室壁之一能夠限定提取孔。兩個(gè)磁場(chǎng)源502能夠關(guān)于縱軸118對(duì)稱。每一磁場(chǎng)源502能夠包括至少一個(gè)螺線管。
[0057]每一磁場(chǎng)源502的縱向長(zhǎng)度至少與電離室102的縱向長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。在某些實(shí)施例中，每一磁場(chǎng)源502的縱向長(zhǎng)度至少與兩個(gè)電子槍104的長(zhǎng)度加上電離室102的長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。例如，每一磁場(chǎng)源502的縱向長(zhǎng)度能夠是大約500mm、600mm、700mm或800mm。磁場(chǎng)源502能夠大致跨越電離室的提取孔，從提取孔提取離子。磁場(chǎng)源502適合于在長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度上限制電子束308。路徑長(zhǎng)度由(2X+Y)給出，如圖5中所示，其中，X是電子槍104的長(zhǎng)度，Y是電離室102的跨度(Y也粗略是離子提取孔的長(zhǎng)度，和提取的帶狀離子束116的期望長(zhǎng)度)。
[0058]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖5的磁場(chǎng)源502的示例配置的示意圖。如所不，每一磁場(chǎng)源502包括i)磁芯602,和ii)通常纏繞磁芯602的電磁線圈組件604。離子源結(jié)構(gòu)601，包括電離室102和電子槍104，浸入由電磁線圈組件604所產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)中。在某些實(shí)施例中，磁場(chǎng)源對(duì)502都不連接到磁軛，使得磁場(chǎng)源502所產(chǎn)生的磁通量消散于空間中并且遠(yuǎn)離離子源結(jié)構(gòu)601返回。該配置在離子源結(jié)構(gòu)601中產(chǎn)生磁通量，已發(fā)現(xiàn)帶來提取的離子束116在縱向118上的離子密度剖面上的改善的均勻性。此外，離子源結(jié)構(gòu)601中的磁通量可以取向?yàn)榭v向118。在某些實(shí)施例中，兩個(gè)磁場(chǎng)源502物理上互相遠(yuǎn)離且它們的磁芯602彼此電隔離。也就是說，在磁芯對(duì)602之間沒有電連接。
[0059]每一線圈組件604能夠包括沿著縱軸118分布并且由控制電路608獨(dú)立控制的多個(gè)線圈段606。具體地說，控制電路608能夠供應(yīng)不同的電壓給每一線圈段。作為示例，線圈組件604a能夠包括三個(gè)線圈段606a-c，它們?cè)陔x子源結(jié)構(gòu)601的頂部、中部、底部生成獨(dú)立的、部分重疊的磁場(chǎng)。得到的磁場(chǎng)能夠提供對(duì)每一電子槍104所生成的電子束308的限制，由此沿著縱軸118創(chuàng)建良好限定的等離子體柱。
[0060]每一線圈段606所生成的磁通量密度能夠被獨(dú)立地調(diào)整以校正提取的離子束116的離子密度剖面上的非均勻性。作為示例，對(duì)于線圈組件604a，中心段606b能夠具有供應(yīng)到端段606a、606c的電流的一半的電流。在某些實(shí)施例中，用于磁場(chǎng)源對(duì)502的對(duì)應(yīng)線圈段對(duì)606被供應(yīng)有相同的電流。例如，線圈606a和606d能夠具有相同的電流，線圈606b和606e能夠具有相同的電流，線圈606c和606f能夠具有相同的電流。在某些實(shí)施例中，每一線圈段606a-f被供應(yīng)有不同的電流。在某些實(shí)施例中，多個(gè)控制電路被用來控制一個(gè)或多個(gè)線圈段606。即使圖6示出了每一線圈組件604具有三個(gè)線圈段606，但每一線圈組件604能夠具有更多或更少的段。此外，線圈組件對(duì)604不必具有相同數(shù)目的線圈段606。用于每一線圈組件604的線圈段606的數(shù)目和布置能夠適當(dāng)?shù)乇慌渲脼樵谔崛〉碾x子束116中實(shí)現(xiàn)特定的離子密度剖面。
[0061]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖5的磁場(chǎng)源502的另一示例配置的示意圖。如所示，每一磁場(chǎng)源502的線圈組件704能夠包括I)大致纏繞對(duì)應(yīng)磁芯702的主線圈段708和2)纏繞主線圈段708的多個(gè)副線圈段710。每個(gè)線圈組件704的主線圈段708和副線圈段710中的每個(gè)由至少一個(gè)控制電路(未示出)獨(dú)立地控制。該布置在調(diào)整由磁場(chǎng)源502所生成的磁通量方面向操作者提供了更大的靈活性，使得生成的離子束116在縱向118上具有期望的離子密度剖面。例如，主線圈段708能夠用于提供對(duì)離子源結(jié)構(gòu)601中的磁場(chǎng)的粗略控制，而副線圈段710能夠用于精細(xì)調(diào)諧磁場(chǎng)。在某些實(shí)施例中，每一主線圈段708的縱向長(zhǎng)度至少為電離室102的長(zhǎng)度，而每一副線圈段710的長(zhǎng)度小于主線圈段708的長(zhǎng)度。
[0062]圖8示出了離子源100所生成的離子束的示例離子密度剖面的圖。該剖面示出了沿著縱軸118的電流密度。如所示，來自示例離子束的總離子束電流800約為96.1mA，在沿著縱軸118的400mm長(zhǎng)度至正負(fù)約2.72%內(nèi)的長(zhǎng)度上，電流密度大致均勻。
[0063]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一示例離子源的示意圖。離子源900包括陰極902、陽(yáng)極904、接地元件906、磁場(chǎng)源組件908和氣體饋送910。陰極902能夠大致類似于圖3的陰極302，其能夠被直接或間接地加熱。如果陰極902被間接加熱，則能夠使用燈絲913來執(zhí)行間接加熱。陰極902適合于熱離子發(fā)射電子，導(dǎo)致在陽(yáng)極904形成高能電子束914，陽(yáng)極914相對(duì)于陰極912保持在正電勢(shì)。此外，類似于圖3的電子槍布置104，能夠在陽(yáng)極904和接地元件906之間的離子源900中形成等離子體916。等離子體916是從對(duì)經(jīng)由氣體饋送910經(jīng)過接地元件906直接引入到離子源900的氣體進(jìn)行電離而創(chuàng)建的。電子束914能夠維持等離子體916持續(xù)延長(zhǎng)的時(shí)間段。等離子體916適合于生成帶正電荷的離子918，其能夠在孔912處通過提取系統(tǒng)(未示出)被提取并且被傳送到襯底用于注入。在離子源900中不需要電離室。因此，離子源900在設(shè)計(jì)和部署上相對(duì)緊湊。
[0064]在某些實(shí)施例中，能夠使用至少一個(gè)控制電路(未示出)來調(diào)節(jié)與燈絲912、陰極902和陽(yáng)極904中每個(gè)相關(guān)聯(lián)的電流和/或電壓以控制離子源900的操作。控制電路能夠使得離子源900操作于離子泵模式或等離子體源模式之一，如前面所述。控制電路還能夠調(diào)整氣體饋送910的流速以調(diào)節(jié)提取的離子束(未示出)的質(zhì)量。
[0065]可選地，離子源900能夠包括磁場(chǎng)源組件908，其產(chǎn)生外部磁場(chǎng)922來將電子束914限制于離子源900之內(nèi)。如所示，磁場(chǎng)源組件908包括軛組件，耦合到永磁體以生成強(qiáng)、局部化的磁場(chǎng)922，其平行于電子束914的方向?？商鎿Q地，能夠使用纏繞軛結(jié)構(gòu)的電磁線圈組件。因此，不需要并入對(duì)許多離子源系統(tǒng)來說很典型的大的外部磁線圈。這樣的磁場(chǎng)源組件908將磁場(chǎng)終結(jié)于靠近離子源900，使得其不會(huì)穿透進(jìn)入離子的提取區(qū)域很遠(yuǎn)。這就允許從大致無場(chǎng)體積中提取離子。
[0066]圖9的離子源設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，通過將離子源900的電離區(qū)域局部化在發(fā)射器組件內(nèi)(即不使用大電離室)，離子源900的尺寸顯著減小。此外，通過將氣體在其使用點(diǎn)引入到等離子體916，而不是引入到大電離室，氣體效率實(shí)質(zhì)增加并且有助于離子源900的緊湊、模塊化設(shè)計(jì)。而且，利用適當(dāng)?shù)膱?chǎng)箝位產(chǎn)生對(duì)等離子體916的局部磁限制，使得能夠從大致無場(chǎng)的區(qū)域提取離子電流。
[0067]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神或必要特征的情況下，本發(fā)明可以以其他具體形式來實(shí)施。上述實(shí)施例因此應(yīng)被視為有關(guān)說明性的而非限制這里描述的發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求指示的，而不是由前文的描述來指示的，并且因此，意圖是涵蓋落入權(quán)利要求的等價(jià)意義和范圍內(nèi)的所有變化。
【權(quán)利要求】
1.一種離子源，包括: 電離室，所述電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于所述縱軸；以及 兩個(gè)磁場(chǎng)源，每個(gè)磁場(chǎng)源包括(i)芯和(i i)大致纏繞所述芯的線圈，其中，每個(gè)磁場(chǎng)源與所述相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面對(duì)準(zhǔn)并且與其接近，并且取向大致平行于所述縱軸，并且 其中，所述磁場(chǎng)源的所述芯彼此在物理上分開并且電隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，每個(gè)磁場(chǎng)源的所述線圈包括多個(gè)線圈段。
3.如權(quán)利要求2所述的離子源，進(jìn)一步包括控制電路，用于分開地調(diào)整供應(yīng)到每個(gè)線圈段的電流。
4.如權(quán)利要求3所述的離子源，其中，所述控制電路適合于獨(dú)立地調(diào)整每個(gè)線圈段的電流以產(chǎn)生從所述電離室提取的離子的均勻密度剖面。
5.如權(quán)利要求2所述的離子源，進(jìn)一步包括與每個(gè)磁場(chǎng)源的所述線圈相關(guān)聯(lián)的三個(gè)線圈段。
6.如權(quán)利要求5所述的離子源，其中，磁場(chǎng)源的中心線圈段的電流包括所述磁場(chǎng)源的端線圈段的電流的大約一半。
7.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，每個(gè)磁場(chǎng)源包括螺線管。
8.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，由所述兩個(gè)磁場(chǎng)源產(chǎn)生的在所述電離室中的磁場(chǎng)取向大致沿所述縱軸。
9.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，每個(gè)磁場(chǎng)源的縱向長(zhǎng)度至少與所述電離室的縱向長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述兩個(gè)磁場(chǎng)源關(guān)于所述電離室的所述縱軸對(duì)稱。
11.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述電離室具有矩形形狀。
12.如權(quán)利要求2所述的離子源，其中，每個(gè)磁場(chǎng)源的所述線圈段包括(i)纏繞所述芯的第一長(zhǎng)度的主線圈段和(ii)纏繞所述主線圈段的一個(gè)或多個(gè)副線圈段，每個(gè)副線圈段跨越所述芯的第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度大于所述第二長(zhǎng)度。
13.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述電離室限定提取孔，所述電離室中的離子經(jīng)過所述提取孔被提取。
14.一種使用磁場(chǎng)源對(duì)在電離室中產(chǎn)生磁場(chǎng)的方法,所述磁場(chǎng)源對(duì)中的每個(gè)包括(i )芯和(i i )大致纏繞所述芯的線圈，并且所述電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于所述縱軸，所述方法包括: 將每個(gè)磁場(chǎng)源對(duì)準(zhǔn)所述相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面； 將所述磁場(chǎng)源取向?yàn)榇笾缕叫杏谒隹v軸； 將所述磁場(chǎng)源的所述芯彼此電隔離且在物理上分開； 獨(dú)立地控制施加到與所述線圈中每個(gè)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)線圈段的電流；以及 基于施加到每個(gè)線圈段的電流，在所述電離室中產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中，所述磁場(chǎng)取向大致平行于所述縱軸。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括:基于所述獨(dú)立控制，產(chǎn)生經(jīng)由退出孔從所述電離室提取的離子的均勻密度剖面。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括:調(diào)整每個(gè)磁場(chǎng)源的中心線圈段的電流，使得所述中心線圈段的電流為所述磁場(chǎng)源的端線圈段的電流的大約一半。
17.一種離子源，包括: 電離室，所述電離室具有貫穿其延伸的縱軸并且包括兩個(gè)相對(duì)的室壁，每個(gè)室壁平行于所述縱軸； 磁場(chǎng)源對(duì)，每個(gè)磁場(chǎng)源包括i)芯和ii)大致纏繞所述芯的線圈，其中，每個(gè)磁場(chǎng)源與所述相對(duì)的室壁中相應(yīng)一個(gè)的外部表面對(duì)準(zhǔn)并且與其接近，并且取向大致平行于所述縱軸； 與所述磁場(chǎng)源的所述線圈中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)線圈段；以及 控制電路，用于獨(dú)立地調(diào)整供應(yīng)到所述線圈的所述多個(gè)線圈段中的每個(gè)的電流。
18.如權(quán)利要求17所述的離子源，其中，所述磁場(chǎng)源對(duì)的所述芯彼此在物理上分開且電隔離。
19.如權(quán)利要求17所述的離子源，其中，每個(gè)線圈包括由所述控制電路獨(dú)立可控制的至少三個(gè)線圈段。
20.如權(quán)利要求17所述的離子源，其中，每個(gè)線圈包括(i)纏繞所述芯的第一長(zhǎng)度的主線圈段和(ii)纏繞所 述主線圈段的一個(gè)或多個(gè)副線圈段，每個(gè)副線圈段跨越所述芯的第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度大于所述第二長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】H01J37/08GK104051208SQ201310684726
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】薩米·K·哈托, 濱本成顯 申請(qǐng)人:日新離子機(jī)器株式會(huì)社