本發(fā)明涉及離子注入設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種離子源、離子源注入設(shè)備及離子分布調(diào)整方法。

背景技術(shù)：

離子注入機(jī)主要用于半導(dǎo)體摻雜工藝，離子注入機(jī)的離子源內(nèi)布置不同位置分布的燈絲，各燈絲分別通過(guò)電流源加載數(shù)十甚至數(shù)百安培的高電流，燈絲周圍放出電子；在離子源內(nèi)壁上裝載有arc電極，作為陽(yáng)極，將燈絲作為陰極，于是，燈絲與arc電極之間形成了數(shù)千伏電壓的電場(chǎng)。離子源的腔室本身還裝載有永磁體，腔室內(nèi)即形成具有一定場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)。燈絲放出來(lái)的電子，在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)，并在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生各種方向的偏轉(zhuǎn)，電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生相應(yīng)的離子體。以bf3為例，高速運(yùn)動(dòng)的電子可能使bf3失去一個(gè)電子、失去某種元素、原子、原子團(tuán)等，從而產(chǎn)生包括bf³⁺、bf²⁺、f⁺、b⁺等離子混合，再經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的選擇，獲得摻雜需要的離子種類。

現(xiàn)有的離子源設(shè)計(jì)中，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果布置并固定燈絲位置的，在燈絲放電、arc電場(chǎng)及偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的綜合作用下，形成了等離子體(plasma)。等離子體在引出、加速電極的作用下，獲得加速，在后段偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的篩選作用下，得到摻雜需要的離子種類，并最終形成離子束。

離子源內(nèi)離子分布情況取決于燈絲電流，而離子束電流密度的大小取決于引出電壓和燈絲電流兩方面，而離子束電流密度的均一性取決于燈絲電流平衡。為了獲得均衡的電流密度，時(shí)常需要調(diào)節(jié)燈絲電流進(jìn)行補(bǔ)償，不同燈絲間電流差異最高可高達(dá)20％以上，這樣不同燈絲之間存在電流差異既不利于獲得較好的電流密度均一性和穩(wěn)定性，由于燈絲電流變化也不利于燈絲壽命，并且離子源中通常有多根燈絲，當(dāng)某一根燈絲最先到達(dá)使用壽命或者斷裂時(shí)，需要將多根燈絲同時(shí)更換新品，單次更換價(jià)格數(shù)萬(wàn)元，因此，燈絲均等損耗下，均等達(dá)到最大使用壽命，提高燈絲使用率，尤其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種離子源、離子注入設(shè)備及離子源的離子分布調(diào)整方法，其能夠節(jié)省燈絲壽命，節(jié)約費(fèi)用，提升離子束電流密度均一性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：

一種離子源，包括：

腔室；

多個(gè)放電部件，設(shè)置在所述腔室內(nèi)，用于在加載電信號(hào)之后產(chǎn)生電子；

加速電極，設(shè)置在所述腔室內(nèi)，用于與所述放電部件之間產(chǎn)生電場(chǎng)，以對(duì)電子加速；

磁場(chǎng)產(chǎn)生部件，設(shè)置在所述腔室上，用于在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)；

氣體引入部，用于向所述腔室內(nèi)引入氣體，以與電子碰撞產(chǎn)生離子；

及，離子引出部，用于將所述腔室內(nèi)的離子引出；

所述離子源還包括：移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述放電部件通過(guò)所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)以可移動(dòng)地方式設(shè)置在所述腔室內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：

滑動(dòng)軌道，設(shè)置在所述腔室內(nèi)；

滑塊，所述放電部件設(shè)置在所述滑塊上，所述滑塊設(shè)置在所述滑動(dòng)軌道內(nèi)，并能夠沿所述滑動(dòng)軌道移動(dòng)；

及，用于驅(qū)動(dòng)所述滑動(dòng)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)部件包括：

設(shè)置在所述滑動(dòng)軌道上的絲杠，所述滑塊設(shè)置在所述絲杠內(nèi)，并能夠與所述絲杠配合，沿所述絲杠移動(dòng)；

及，用于驅(qū)動(dòng)所述絲杠的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括罩設(shè)在所述滑動(dòng)軌道外的防塵罩。

進(jìn)一步的，所述滑動(dòng)軌道為一凹槽狀軌道，所述滑塊置于所述凹槽狀軌道內(nèi)，且在所述滑塊的相對(duì)兩側(cè)分別設(shè)置有能夠與所述凹槽狀軌道的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)相配合，以在所述滑塊移動(dòng)過(guò)程中起密封作用的側(cè)密封組件。

進(jìn)一步的，每一所述放電部件單獨(dú)連接一所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以使每一所述放電部件能夠單獨(dú)移動(dòng)位置。

進(jìn)一步的，所述放電部件包括用于在加載電流之后放出電子的燈絲，所述

燈絲包括：

燈絲本體，所述燈絲本體設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，并能夠被所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)；

燈絲電流源接線柱，設(shè)置在所述腔室外；

及，軟質(zhì)連接導(dǎo)線，所述軟質(zhì)連接導(dǎo)線連接所述燈絲本體及所述燈絲電流源接線柱。

一種離子注入設(shè)備，包括如上所述的離子源。

一種如上所述的離子源的離子分布調(diào)整方法，所述方法包括：

向離子源的多個(gè)放電部件上加載電信號(hào)，控制所述離子源的腔室內(nèi)產(chǎn)生離子；

監(jiān)測(cè)當(dāng)前離子源的腔室內(nèi)引出的離子束電流密度均一性狀態(tài)；

根據(jù)監(jiān)測(cè)的所述離子束電流密度均一性狀態(tài)，調(diào)整各所述放電部件的位置。

進(jìn)一步的，所述方法具體包括：

在所述放電部件包括的燈絲加載電流，以使所述燈絲放出電子，不同燈絲上所加載的電流值的差異值小于等于一預(yù)設(shè)差異值。

進(jìn)一步的，所述方法中還包括：根據(jù)監(jiān)測(cè)的所述離子束電流密度均一性狀態(tài)，調(diào)整各所述放電部件上所加載的電信號(hào)。

本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果如下：

上述方案，將離子源腔室內(nèi)的放電部件設(shè)計(jì)為可移動(dòng)的，通過(guò)調(diào)整放電部件的位置，可以實(shí)現(xiàn)電子可變分布，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)離子的可變分布，有利于離子源內(nèi)引出的離子束電流密度均一性；且由于可通過(guò)調(diào)整各放電部件的位置來(lái)對(duì)離子源腔室內(nèi)的離子分布進(jìn)行調(diào)整，各放電部件上所加載的電信號(hào)的差異值可以相同或者差異值很小，這樣有利于保證各放電部件上所加載的電信號(hào)的平衡，能提升離子束電流密度均一性和穩(wěn)定性，同時(shí)更有利于放電部件壽命，減少了現(xiàn)有技術(shù)中因頻繁更換耗材所帶來(lái)的費(fèi)用浪費(fèi)。

附圖說(shuō)明

圖1表示本發(fā)明實(shí)施例中提供的離子源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2表示本發(fā)明實(shí)施例中提供的離子源的工作原理示意圖；

圖3表示本發(fā)明實(shí)施例中提供的離子源中燈絲的移動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于所描述的本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中離子源內(nèi)通過(guò)調(diào)整燈絲上加載電流差異大，導(dǎo)致離子束電流均一性和穩(wěn)定性差，燈絲壽命短等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種離子源、離子源注入設(shè)備及離子源的離子分布調(diào)整方法，能夠節(jié)省燈絲壽命，節(jié)約費(fèi)用，提升離子束電流密度均一性和穩(wěn)定性。

如圖1所示，本發(fā)明所提供的離子源包括：

腔室100；

多個(gè)放電部件200，設(shè)置在所述腔室100內(nèi)，用于在加載電信號(hào)之后產(chǎn)生電子；

加速電極300，設(shè)置在所述腔室100內(nèi)，用于與所述放電部件200之間產(chǎn)生電場(chǎng)，以對(duì)電子加速；

磁場(chǎng)產(chǎn)生部件400，設(shè)置在所述腔室100上，用于在所述腔室100內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)；

氣體引入部(圖中未示出)，用于向所述腔室100內(nèi)引入氣體，以與電子碰撞產(chǎn)生離子；

離子引出部(圖中未示出)，用于將所述腔室100內(nèi)的離子引出；

及，移動(dòng)機(jī)構(gòu)500，所述電子產(chǎn)生組件通過(guò)所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500以可移動(dòng)地方式設(shè)置在所述腔室100內(nèi)。

上述方案中，將離子源腔室100內(nèi)的放電部件200設(shè)計(jì)為可移動(dòng)的，通過(guò)調(diào)整放電部件200的位置，可以實(shí)現(xiàn)電子可變分布，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)離子的可變分布，有利于離子源內(nèi)引出的離子束電流密度均一性；且由于可通過(guò)調(diào)整各放電部件200的位置來(lái)對(duì)離子源腔室100內(nèi)的離子分布進(jìn)行調(diào)整，各放電部件200上所加載的電信號(hào)的差異值可以相同或者差異值很小，這樣有利于保證各放電部件200上所加載的電信號(hào)的平衡，能提升離子束電流密度均一性和穩(wěn)定性，同時(shí)更有利于放電部件200壽命，減少了現(xiàn)有技術(shù)中因頻繁更換耗材所帶來(lái)的費(fèi)用浪費(fèi)。

在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，如圖3所示，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500包括：

滑動(dòng)軌道501，設(shè)置在所述腔室100上；

滑塊502，所述放電部件200設(shè)置在所述滑塊502上，所述滑塊502設(shè)置在所述滑動(dòng)軌道501內(nèi)，并能夠沿所述滑動(dòng)軌道501移動(dòng)；

及，用于驅(qū)動(dòng)所述滑動(dòng)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件。

采用上述方案，通過(guò)滑塊502與滑動(dòng)軌道501的配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述放電部件200進(jìn)行移動(dòng)的目的。

優(yōu)選的，如圖3所示，所述驅(qū)動(dòng)部件包括：

設(shè)置在所述滑動(dòng)軌道501上的絲杠503，所述滑塊502設(shè)置在所述絲杠503內(nèi)，并能夠與所述絲杠503配合，沿所述絲杠503移動(dòng)；

及，用于驅(qū)動(dòng)所述絲杠503的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(圖中未示出)。

采用上述方案，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以設(shè)置在所述滑動(dòng)軌道501的端部的電機(jī)安裝座504上，驅(qū)動(dòng)絲杠503，絲杠503與滑塊502配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊502的驅(qū)動(dòng)。這種移動(dòng)方式，通過(guò)絲杠503來(lái)驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)移動(dòng)，對(duì)于放電部件200的位置調(diào)整精度比較高。所述絲杠503優(yōu)選為滾珠絲杠。

應(yīng)當(dāng)理解的是，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500的具體實(shí)現(xiàn)方式可并不僅局限于此，還可以采用其他方式。

此外，如圖所示，在本發(fā)明所提供的優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3所示，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500還包括罩設(shè)在所述滑動(dòng)軌道501外的防塵罩505。

采用上述方案，通過(guò)設(shè)置所述防塵罩505，可以起到防塵目的，對(duì)軌道及滑塊502的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。

此外，如圖3所示，在本發(fā)明所提供的優(yōu)選實(shí)施例中，所述滑動(dòng)軌道501為一凹槽狀軌道，所述滑塊502置于所述凹槽狀軌道內(nèi)，且在所述滑塊502的相對(duì)兩側(cè)分別設(shè)置有側(cè)密封組件506，所述側(cè)密封組件506用于與所述凹槽狀軌道的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)相配合，以在所述滑塊502移動(dòng)過(guò)程中起密封作用。

采用上述方案，通過(guò)設(shè)置在滑塊502兩側(cè)的側(cè)密封組件506來(lái)與凹槽狀軌道的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)相配合，來(lái)起到對(duì)滑塊502的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步保護(hù)的目的。

此外，如圖3所示，在所述滑動(dòng)軌道501的端部還設(shè)置有擋塊507，用以對(duì)滑塊502的運(yùn)動(dòng)行程進(jìn)行限定。

此外，在本發(fā)明所提供的優(yōu)選實(shí)施例中，每一所述放電部件200單獨(dú)連接一所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500，以使每一所述放電部件200能夠單獨(dú)移動(dòng)位置。

采用上述方案，每一所述放電部件200可以單獨(dú)移動(dòng)位置，可以便于對(duì)每一放電部件200的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子源腔室100內(nèi)的離子分布進(jìn)行調(diào)整，而有利于離子源內(nèi)引出的離子束電流密度均一性。

當(dāng)然可以理解的是，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需求，一個(gè)所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500也可以同時(shí)控制幾個(gè)放電部件200移動(dòng)，例如：在所述絲杠503上可以同時(shí)設(shè)置幾個(gè)滑塊502，每一滑塊502上設(shè)置有所述放電部件200，通過(guò)一根絲杠503可同時(shí)驅(qū)動(dòng)幾個(gè)滑塊502移動(dòng)。

此外，圖2所示為本發(fā)明所提供的離子源的工作原理示意圖，其中為了便于理解，圖中僅示意出了一個(gè)放電部件。如圖2所示，在本發(fā)明所提供的優(yōu)選實(shí)施例中，所述放電部件200采用燈絲，各燈絲分別通過(guò)電流源加載數(shù)十甚至數(shù)百安培的高電流，燈絲周圍放出電子；所述加速電極300可以采用arc電極，燈絲可以作為陰極，arc電極作為陽(yáng)極，在燈絲與arc電極之間形成了數(shù)千伏電壓的電場(chǎng)；所述磁場(chǎng)產(chǎn)生部件400可以采用設(shè)置在腔室100內(nèi)的永磁體，可以在腔室100內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，燈絲放出來(lái)的電子，在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)，并在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生各種方向的偏轉(zhuǎn)，電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生相應(yīng)的離子體。以bf3為例，高速運(yùn)動(dòng)的電子可能使bf3失去一個(gè)電子、失去某種元素、原子、原子團(tuán)等，從而產(chǎn)生包括bf³⁺、bf²⁺、f⁺、b⁺等離子混合，再經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的選擇，獲得摻雜需要的離子種類。

其中，在現(xiàn)有技術(shù)中，燈絲固定在腔室100內(nèi)，在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，燈絲設(shè)計(jì)為可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，具體地，燈絲的連接方式可采用以下方式：

所述燈絲包括燈絲本體、燈絲電流源接線柱及軟質(zhì)連接導(dǎo)線，其中，所述燈絲本體設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500上，并能夠被所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500移動(dòng)；所述燈絲電流源接線柱設(shè)置在所述腔室100外；所述軟質(zhì)連接導(dǎo)線連接所述燈絲本體及所述燈絲電流源接線柱。

采用上述方案，將現(xiàn)有技術(shù)中離子源中燈絲的固定硬性安裝方式，改變?yōu)閷艚z電流源接線柱與燈絲本體采用軟質(zhì)連接導(dǎo)線連接，可以將燈絲可移動(dòng)地設(shè)置在所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500上，而將燈絲通過(guò)軟質(zhì)連接導(dǎo)線連接于腔室100外部的燈絲電流源接線柱，實(shí)現(xiàn)燈絲與電信號(hào)加載源之間的連接。

應(yīng)當(dāng)理解的是，在實(shí)際應(yīng)用中，所述放電部件200可能并不僅局限于燈絲，所述加速電極300、所述磁場(chǎng)產(chǎn)生部件400等也可采用其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)；并且，對(duì)于所述燈絲與所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)500的具體連接方式也可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種離子注入設(shè)備，包括如上所述的離子注入設(shè)備。

此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種本發(fā)明實(shí)施例中所提供的離子源的離子分布調(diào)整方法，所述方法包括：

向離子源的多個(gè)放電部件200上加載電信號(hào)，控制所述離子源的腔室100內(nèi)產(chǎn)生離子；

監(jiān)測(cè)當(dāng)前離子源的腔室100內(nèi)引出的離子束電流密度均一性狀態(tài)；

根據(jù)監(jiān)測(cè)的所述離子束電流密度均一性狀態(tài)，調(diào)整各所述放電部件200的位置。

上述方法中，可以通過(guò)所述離子源內(nèi)的放電部件200上加載電信號(hào)，控制加速電極300、磁場(chǎng)產(chǎn)生部件400、氣體引入部及離子引出部等開(kāi)啟電源，進(jìn)行工作，來(lái)使得離子源內(nèi)產(chǎn)生等離子體，監(jiān)測(cè)當(dāng)前離子源的腔室100內(nèi)引出的離子束電流密度均一性狀態(tài)，并根據(jù)所監(jiān)測(cè)得到的當(dāng)前離子源的腔室100內(nèi)引出的離子束電流密度均一性信息，來(lái)調(diào)整各放電部件200的位置，直至所監(jiān)測(cè)到的當(dāng)前離子源的腔室100內(nèi)引出的離子束電流密度均一性滿足工藝要求為止。

在上述方案中，通過(guò)調(diào)整各放電部件200的位置，可以實(shí)現(xiàn)電子可變分布，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)離子的可變分布，有利于離子源內(nèi)引出的離子束電流密度均一性；且由于可通過(guò)調(diào)整各放電部件200的位置來(lái)對(duì)離子源腔室100內(nèi)的離子分布進(jìn)行調(diào)整，各放電部件200上所加載的電信號(hào)的差異值可以相同或者差異值很小，這樣有利于保證各放電部件200上所加載的電信號(hào)的平衡，能提升離子束電流密度均一性和穩(wěn)定性，同時(shí)更有利于放電部件200壽命，減少了現(xiàn)有技術(shù)中因頻繁更換耗材所帶來(lái)的費(fèi)用浪費(fèi)。

需要說(shuō)明的是，在上述方法中，監(jiān)測(cè)當(dāng)前離子源的腔室100內(nèi)引出的離子束電流密度均一性狀態(tài)，具體包括：可以通過(guò)觀察法拉第杯監(jiān)測(cè)到的離子束電流密度均一性數(shù)據(jù)(方差)；且根據(jù)監(jiān)測(cè)的所述離子束電流密度均一性狀態(tài)，調(diào)整各所述放電部件200的位置時(shí)，使得觀察法拉第杯監(jiān)測(cè)到的離子束電流密度均一性數(shù)值盡量小時(shí)，如，小于一預(yù)設(shè)值時(shí)，則停止調(diào)整放電部件200的位置。

并且，優(yōu)選的，在本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法中，所述方法具體包括：在所述放電部件200包括的燈絲加載電流，以使所述燈絲放出電子，不同燈絲上所加載的電流值的差異值小于等于一預(yù)設(shè)差異值。

在上述方案中，調(diào)節(jié)合適的離子引出部的引出電壓等參數(shù)，并控制各燈絲上所加載的電流值，使得各燈絲上所加載的電流值相同，即，不同燈絲上所加載的電流值的差異值等于0，或者，控制各燈絲上所記載的電流值的差異值接近相同，在一個(gè)很小的預(yù)設(shè)差異值內(nèi)，對(duì)各燈絲位置進(jìn)行微調(diào)，有利于保證各放電部件200上所加載的電信號(hào)的平衡，能提升離子束電流密度均一性和穩(wěn)定性，同時(shí)更有利于放電部件200壽命，減少了現(xiàn)有技術(shù)中因頻繁更換耗材所帶來(lái)的費(fèi)用浪費(fèi)。

此外，優(yōu)選的，所述方法中還包括：根據(jù)監(jiān)測(cè)的所述離子束電流密度均一性狀態(tài)，調(diào)整各所述放電部件200上所加載的電信號(hào)。

采用上述方案，可以在對(duì)各放電部件200(如：燈絲)的位置進(jìn)行調(diào)整時(shí)，保證各放電部件200上所記載的電信號(hào)基本相同的條件下，如：各燈絲上所記載的電流值的差異值小于等于所述預(yù)設(shè)差異值，對(duì)各放電部件200上所加載的電信號(hào)也可以進(jìn)行微調(diào)，以進(jìn)一步提升離子束電流密度均一性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。