一种用于离子注入机的宽束离子源装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于离子注入机的宽束离子源装置，包括源磁场铁芯、源磁场线圈、弧室和引出电极，弧室的一端设有第一灯丝和第一阴极，弧室的另一端设有第二灯丝和第二阴极，第一灯丝和第二灯丝分别连接灯丝电源，第一灯丝和第一阴极之间连接第一偏置电源，第二灯丝和第二阴极之间连接第二偏置电源，第一阴极与弧室之间连接第一弧压电源，第二阴极与弧室之间连接第二弧压电源。由于弧室采用了双灯丝、双阴极的双间热式阴极结构，使气体介质与阴极发射出的热电子充分发生碰撞，能够产生较宽的离子束以及较强的束流强度，所以可以方便地扩大离子束宽度，直接获得覆盖目标注入硅片宽度的平行宽带束流。
【专利说明】一种用于离子注入机的宽束离子源装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及离子注入机【技术领域】，特别涉及一种用于离子注入机的宽束离子源装置。
【背景技术】
[0002]宽束离子源装置是离子注入机的核心部件，其用于产生宽带离子束。如图1所示，现有技术中的宽束离子源装置包括源磁场铁芯、缠绕在所述源磁场铁芯上的源磁场线圈、弧室3和引出电极，弧室3的底部设有送气孔，弧室3的顶部设有引出缝，所述引出电极设于所述引出缝外。其中，弧室3采用单灯丝、单阴极加反射极的间热式阴极结构，源磁场铁芯包括设置在弧室3两端侧的左铁芯13和右铁芯14，源磁场线圈包括设置分别缠绕在左铁芯13和右铁芯14上的左线圈23和右线圈24，左铁芯13和右铁芯14通过磁轭8连接。由于只在弧室3的一端设置了单阴极，单阴极向弧室3的腔体内发射热电子时，热电子无法到达离阴极较远的空间处，也就无法与弧室3另一端附近的气体介质发生碰撞，所以弧室3的长度一般比较小，相应地引出缝的长度也比较小，现有技术的离子注入机上的宽束离子源装置的引出缝最大为100毫米，当目标注入硅片宽度较大时，无法直接获得覆盖目标注入硅片宽度的平行宽带束流，需要采用复杂的光路结构在离子注入机的光路上对束流进行宽度扩展和角度修正，才能获得覆盖目标注入硅片宽度的平行宽带束流，完成离子注入。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于离子注入机的宽束离子源装置，以解决现有技术中的宽束离子源装置无法产生较宽的离子束，当目标注入硅片宽度较大时，需要复杂的光路结构对束流进行宽度扩展和角度修正才能完成离子注入的问题。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供了一种用于离子注入机的宽束离子源装置，包括源磁场铁芯、缠绕在所述源磁场铁芯上的源磁场线圈、弧室和引出电极，所述弧室的底部设有送气孔，所述弧室的顶部设有引出缝，所述引出电极设于所述引出缝外，所述弧室的一端设有第一灯丝和第一阴极，所述弧室的另一端设有第二灯丝和第二阴极，所述第一灯丝和第二灯丝分别连接灯丝电源，所述第一灯丝和第一阴极之间连接第一偏置电源，所述第二灯丝和第二阴极之间连接第二偏置电源，所述第一阴极与弧室之间连接第一弧压电源，所述第二阴极与弧室之间连接第二弧压电源。
[0005]作为优选，所述弧室的底部设有气体匀流板，所述气体匀流板上带有多个匀流板气孔。
[0006]作为进一步地优选，所述多个匀流板气孔均匀布置在所述气体匀流板上。
[0007]作为优选，所述源磁场铁芯包括上铁芯和下铁芯，所述上铁芯和下铁芯布置在所述弧室的两侧，所述上铁芯和下铁芯关于所述弧室的沿长度方向的轴线对称，所述源磁场线圈包括缠绕在所述上铁芯上的上线圈和缠绕在所述下铁芯上的下线圈。
[0008]作为进一步地优选，所述上线圈和下线圈分别为单个线圈。[0009]作为进一步地优选，所述上线圈和下线圈分别包括多个独立的子线圈。
[0010]作为进一步地优选，所述上线圈包括用于调节所述弧室的内部两端的磁场强度的第一子线圈和第二子线圈、以及用于调节所述弧室内中部的磁场强度的第三子线圈，所述第三子线圈位于所述第一子线圈和第二子线圈之间，所述下线圈与上线圈具有相同的结构。
[0011]作为优选，所述引出缝的长度在300毫米以上。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0013]I)由于弧室采用了双灯丝、双阴极的双间热式阴极结构，使气体介质与阴极发射出的热电子充分发生碰撞，能够产生较宽的离子束以及较强的束流强度，所以可以方便地扩大离子束宽度，直接获得覆盖目标注入硅片宽度的平行宽带束流；
[0014]2)由于源磁场铁芯和源磁场线圈设置在弧室的两侧，磁场的均匀性比传统结构所广生的磁场大幅提闻，并且具有进一步扩大弧室尺寸的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为现有技术中离子源的结构示意图；
[0016]图2为本发明实施例一的宽束离子源装置的结构示意图；
[0017]图3为图2所示的宽束离子源装置的弧室的结构示意图；
[0018]图4为图3所示的弧室的气体匀流板的结构示意图；
[0019]图5为离 子束从本实施例一的宽束离子源装置中引出的状态示意图；
[0020]图6为本发明实施例二的宽束离子源装置的结构示意图。
[0021]主要附图标记说明:
[0022]11、上铁芯12、下铁芯
[0023]13、左铁芯14、右铁芯
[0024]21、上线圈22、下线圈
[0025]23、左线圈24、右线圈
[0026]211、第一子线圈 212、第二子线圈
[0027]213、第三子线圈
[0028]3、弧室
[0029]31、第一灯丝 32、第二灯丝
[0030]33、第一阴极 34、第二阴极
[0031]35、送气孔36、引出缝
[0032]37、气体匀流板 371、匀流板气孔
[0033]41、第一灯丝电源42、第二灯丝电源
[0034]51、第一偏置电源52、第二偏置电源
[0035]61、第一弧压电源62、第二弧压电源
[0036]7、源磁场电源
[0037]8、磁轭
[0038]9、引出电极
[0039]10、离子束【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0041]实施例一:
[0042]如图2至图5所示，实施例一的用于离子注入机的宽束离子源装置包括源磁场铁芯、缠绕在源磁场铁芯上的源磁场线圈、弧室3和引出电极9，弧室3的底部设有送气孔35，弧室3的顶部设有引出缝36，引出电极9设于引出缝36外，弧室3的一端设有第一灯丝31和第一阴极33，弧室3的另一端设有第二灯丝32和第二阴极34，第一灯丝31和第二灯丝32分别连接灯丝电源，第一灯丝31和第一阴极33之间连接第一偏置电源51，第二灯丝32和第二阴极34之间连接第二偏置电源52，第一阴极33与弧室3之间连接第一弧压电源61，第二阴极34与弧室3之间连接第二弧压电源62。
[0043]源磁场线圈与源磁场电源7连接以在弧室3内产生磁场，源磁场线圈可以采用图1所示的结构布置在弧室3的两端侧，也可以采用其他布置方式，只要能在弧室3的腔体内产生比较均匀的磁场即可。
[0044]气体介质(如三氟化硼)通过设置在弧室3底部的送气孔35送入到弧室3内；弧室3中产生的正离子被引出电场吸引，从设置在弧室3顶部的引出缝36离开弧室3的腔体。
[0045]灯丝电源包括第一灯丝电源41和第二灯丝电源42，第一灯丝31连接第一灯丝电源41，第二灯丝32连接第二灯丝电源42，第一灯丝电源41和第二灯丝电源42供电时，会对分别对第一灯丝31和第二灯丝32进行加热，当第一灯丝31和第二灯丝32的温度达到一定值后，开始发射出热电子。
[0046]第一偏置电源51和第二偏置电源52连接在灯丝和阴极之间，用于加速灯丝发射出的热电子，热电子被加速后获得能量，分别轰击到第一阴极33和第二阴极34的内表面，对第一阴极33和第二阴极34产生加热效果；第一阴极33和第二阴极34的温度达到一定值后，阴极的外表面开始发射热电子。
[0047]第一弧压电源61和第二弧压电源62连接在阴极和弧室3的腔体之间，用于对从阴极的外表面发射出来的热电子进行加速，使从阴极外表面发射出来的热电子加速向弧室3的腔体内运动。
[0048]在本实施例中，作为优选实施方式，引出缝36的长度在300毫米以上。由于实施例一的宽束离子源装置的弧室3采用了双灯丝、双阴极的双间热式阴极结构，使阴极发射出的热电子充分到达弧室3的腔体内部的每个位置，与气体介质充分发生碰撞，能够产生较宽的离子束10以及较强的束流强度，所以可以方便地扩大离子束10宽度，直接获得覆盖目标注入硅片宽度的平行宽带束流。如图5所示，实施例一的宽束离子源装置能产生宽度在300毫米以上的离子束10。
[0049]在本实施例中，作为优选实施方式，弧室3内的底部设有气体匀流板37，气体匀流板37上带有多个匀流板气孔371，多个匀流板气孔371均匀布置在气体匀流板37上；气体介质从设置在弧室3底部的送气孔35进入弧室3的腔体内后，通过气体匀流板37上的匀流板气孔371均匀分布到弧室3的腔体内。
[0050]为了在弧室3的腔体内获得更为均匀的磁场分布，在本实施例中，作为优选实施方式，源磁场铁芯包括上铁芯11和下铁芯12，上铁芯11和下铁芯12布置在弧室3的两侧，上铁芯11和下铁芯12关于弧室3的沿长度方向的轴线对称，源磁场线圈包括缠绕在上铁芯11上的上线圈21和缠绕在下铁芯12上的下线圈22，上线圈21和下线圈22分别为单个线圈；上线圈21和下线圈22均与源磁场电源7连接，当源磁场电源7通电后，能够在弧室3的腔体内产生均匀的磁场，磁场的均匀性比传统结构所产生的磁场大幅提高，并且具有进一步扩大弧室3尺寸的能力。
[0051]采用实施例一的宽束离子源装置产生离子束10的方法包括以下步骤:
[0052]1、整机系统送气，将弧室3压力控制到合适值；
[0053]2、源磁场电源7供电，电源电压设定到适当值，在弧室3空间获得适当的源磁场B ；
[0054]3、第一灯丝电源41和第二灯丝电源42供电，加热灯丝，灯丝温度达到一定值后发射出热电子；
[0055]4、第一偏置电源51和第二偏置电源52供电，连接在灯丝和阴极之间，电源电压设定到合适值，对从灯丝出来的热电子进行加速，热电子被加速后获得能量，轰击到阴极内表面，对阴极产生加热效果；
[0056]5、阴极在热电子轰击后温度升高，达到一定值后开始发射热电子；
[0057]6、第一弧压电源61和第二弧压电源62供电，对从阴极外表面发射出来的热电子进行加速；
[0058]7、被弧压加速的热电子加速向弧室3的腔体运动，但同时受到弧室3轴线方向源磁场B的约束，从而发生偏转，沿B方向的螺旋运动；
[0059]8、电子在闻速运动过程中与弧室3内气体发生碰撞,气体分子失去电子变成尚子，电子失去部分能量但继续运动，从气体碰撞出来的电子同样受弧压和源磁场B控制，力口入到高速螺旋运动电子行列，向弧室3的腔体内壁运动，电子碰撞产生链式反应；产生螺旋运动的电子的运动轨迹比没有发生螺旋运动的情况大大延长，提高了电子与弧室3内其它分子的碰撞几率，从而提闻弧室3内气体的尚化率；
[0060]9、从阴极发射的电子最终到达弧室3内壁，被弧室3内壁吸收形成弧流，弧室3内发生放电现象；合适的灯丝电源电压、偏置电压、弧压和源磁场强度B，能够维持弧室3内的放电稳定工作，在弧室3内产生稳定的等离子体；
[0061]10、等离子体中的正离子被引出电场吸引，从引出缝36离开弧室3的腔体，并被引出电场加速，形成所需要的束流。
[0062]实施例二:
[0063]如图6所示，实施例二的宽束离子源装置与实施例一的宽束离子源装置的区别仅在于源磁场线圈不同，其余结构均相同。下面仅就区别部分进行详细说明。
[0064]为改善源磁场的分布，实施例二中采用了多线圈结构的源磁场，可通过调节各线圈的驱动电流，进一步调节源磁场在弧室3区间的均匀性分布状态，改善宽带束流的均匀性分布。
[0065]源磁场铁芯包括上铁芯11和下铁芯12，上铁芯11和下铁芯12布置在弧室3的两侦牝上铁芯11和下铁芯12关于弧室3的沿长度方向的轴线对称，源磁场线圈包括缠绕在上铁芯11上的上线圈21和缠绕在下铁芯12上的下线圈22，上线圈21和下线圈22分别包括多个独立的子线圈；可根据实际需要调节每边线圈的数量和在弧室3轴线方向的空间尺寸和分布，以获得满足需要的离子源磁场分布状态。
[0066]在实施例二中，作为优选实施方式，上线圈21包括用于调节弧室3的内部两端的磁场强度的第一子线圈211和第二子线圈212、以及用于调节弧室3内中部的磁场强度的第三子线圈213，第三子线圈213位于第一子线圈211和第二子线圈212之间，下线圈22与上线圈21具有相同的结构。
[0067]源磁场线圈中的第一子线圈211和第二子线圈212调节弧室3区间两端的磁场强度，第一子线圈211和第二子线圈212的驱动电流增强，两端磁场提高，驱动电流降低，两端磁场减小；
[0068]源磁场线圈中的第三子线圈213调节弧室3区间中部的磁场强度，第三子线圈213的驱动电流增强，中部磁场提高，驱动电流降低，中部磁场减小。
[0069]以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于离子注入机的宽束离子源装置，包括源磁场铁芯、缠绕在所述源磁场铁芯上的源磁场线圈、弧室和引出电极，所述弧室的底部设有送气孔，所述弧室的顶部设有引出缝，所述引出电极设于所述引出缝外，其特征在于，所述弧室的一端设有第一灯丝和第一阴极，所述弧室的另一端设有第二灯丝和第二阴极，所述第一灯丝和第二灯丝分别连接灯丝电源，所述第一灯丝和第一阴极之间连接第一偏置电源，所述第二灯丝和第二阴极之间连接第二偏置电源，所述第一阴极与弧室之间连接第一弧压电源，所述第二阴极与弧室之间连接第二弧压电源。
2.根据权利要求1所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述弧室内的底部设有气体匀流板，所述气体匀流板上带有多个匀流板气孔。
3.根据权利要求2所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述多个匀流板气孔均匀布置在所述气体匀流板上。
4.根据权利要求1所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述源磁场铁芯包括上铁芯和下铁芯，所述上铁芯和下铁芯布置在所述弧室的两侧，所述上铁芯和下铁芯关于所述弧室的沿长度方向的轴线对称，所述源磁场线圈包括缠绕在所述上铁芯上的上线圈和缠绕在所述下铁芯上的下线圈。
5.根据权利要求4所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述上线圈和下线圈分别为单个线圈。
6.根据权利要求4所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述上线圈和下线圈分别包括多个独立的子线圈。
7.根据权利要求6所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述上线圈包括用于调节所述弧室的内部两端的磁场强度的第一子线圈和第二子线圈、以及用于调节所述弧室内中部的磁场强度的第三子线圈，所述第三子线圈位于所述第一子线圈和第二子线圈之间，所述下线圈与上线圈具有相同的结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于离子注入机的宽束离子源装置，其特征在于，所述引出缝的长度在300毫米以上。
【文档编号】H01J37/08GK103871809SQ201210530299
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月11日 优先权日:2012年12月11日
【发明者】彭立波 申请人:北京中科信电子装备有限公司