离子源灯丝结构、离子源装置及离子注入设备的制作方法

1.本技术涉及半导体制备技术领域，特别涉及一种离子源灯丝结构、离子源装置及离子注入设备。


背景技术：

2.离子注入设备是用来在集成电路的制造过程中执行离子掺入的重要制作工艺设备，其中包括了将气体材料或固体材料转换为离子束的离子源装置。离子源装置包括电源、腔室及离子源灯丝结构，其中，离子源灯丝结构包括灯丝及馈电连接杆。馈电连接杆一端连接电源，另一端连接灯丝，电源产生的高能电流通过馈电连接杆通入灯丝中。灯丝通电被加热后产生热电子，热电子与离子源装置的腔室内的气体材料或固体材料相互反应而产生离子。
3.目前现有的离子源灯丝结构中的馈电连接杆与灯丝的连接部位为爪式插口，灯丝插接于爪式插口中。在高温情况下，馈电连接杆的爪式插口易发生塑性形变，会导致出现灯丝与馈电连接杆的爪式插口接触面积减小的情况，使灯丝与爪式插口接触处的电阻变大而导致发热严重，容易使离子源装置中的其他器件(例如供电线缆)受热损坏。有鉴于此，亟需对离子源灯丝结构进行改进。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本技术提供了一种离子源灯丝结构、离子源装置及离子注入设备，能够改善离子源灯丝结构中灯丝与馈电连接杆接触处的发热现象。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种离子源灯丝结构，离子源灯丝结构包括灯丝、馈电连接杆和夹持部件。灯丝包括本体和安装端子。灯丝包括本体和安装端子。馈电连接杆包括主体部和设置有安装孔的连接部，连接部设置于主体部沿自身长度方向上的一端，主体部沿自身长度方向上的另一端与电源连接。夹持部件设置于安装孔，夹持部件为套筒状结构，夹持部件包括弹性结构段和固定段，固定段设置于弹性结构段沿自身长度方向上的两端，弹性结构段具有径向形变量，弹性结构段与安装端子插接式连接并向安装端子提供夹紧力。
6.在第一方面的一些实施方式中，沿固定段至弹性结构段的方向上，弹性结构段的内径呈逐渐减小趋势。
7.在第一方面的一些实施方式中，弹性结构段包括多个弹簧丝，多个弹簧丝沿圆周且间隔分布以形成套筒状结构。
8.在第一方面的一些实施方式中，固定段与弹性结构段为一体成型结构。
9.在第一方面的一些实施方式中，安装孔靠近主体部的一侧设置有凸台，凸台的尺寸形状与固定段的尺寸形状相匹配，固定段插接于凸台。
10.在第一方面的一些实施方式中，连接部远离主体部一侧的端面与连接部周向内侧表面的交接处设置有倒角结构。
11.在第一方面的一些实施方式中，连接部可拆卸连接于主体部。
12.在第一方面的一些实施方式中，连接部靠近主体部的一端设置有隔热结构，隔热结构位于连接部与主体部之间。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种离子源装置，离子源装置包括第一方面任一实施方式提供的离子源灯丝结构。
14.第三方面，本技术实施例提供了一种离子注入设备，离子注入设备包括第二方面实施方式提供的离子源装置。
15.本技术提供的离子源灯丝结构、离子源装置及离子注入设备，通过在离子源灯丝结构中的馈电连接杆中设置具有弹性结构段的夹持组件，弹性结构段具有径向形变量，灯丝插接于弹性结构后，弹性结构段能够向灯丝提供夹紧力。弹性结构具有弹性形变，所以在温度较高时，弹性结构不易发生永久性形变，以使弹性结构与离子源灯丝的接触面积较稳定，弹性结构与灯丝的接触处的电阻也不易发生变化，进而能够改善离子源灯丝结构中灯丝与馈电连接杆接触处因电阻过大而导致的发热现象，提高了离子源装置的安全性和可靠性。
16.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
17.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
18.图1为本技术一些实施例所提供的一种离子源灯丝结构的结构示意图；
19.图2为本技术一些实施例所提供的一种离子源灯丝结构的馈电连接杆的结构示意图；
20.图3为本技术一些实施例所提供的一种离子源灯丝结构的夹持部件的结构示意图。
21.具体实施方式中的附图标号如下：
22.10、灯丝；11、本体；12、安装端子；20、馈电连接杆；21、主体部；22、连接部；221、安装孔；222、凸台；223、倒角结构；23、隔热结构；30、夹持部件；31、弹性结构段；32、固定段。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
24.需要注意的是，除非另有说明，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
25.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
26.此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
28.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.离子注入设备是用来在集成电路的制造过程中执行离子掺入的重要制作工艺设备，其中包括了将气体材料或固体材料转换为离子束的离子源装置。离子源装置包括电源、腔室及离子源灯丝结构，其中，离子源灯丝结构包括灯丝及馈电连接杆。馈电连接杆一端连接电源，另一端连接灯丝，电源产生的高能电流通过馈电连接杆通入灯丝中。灯丝通电被加热后产生热电子，热电子与离子源装置的腔室内的气体材料或固体材料相互反应而产生离子。
30.本技术的发明人注意到，目前现有的离子源灯丝结构中的馈电连接杆与灯丝的连接部位为爪式插口，灯丝插接于爪式插口中。在高温情况下，馈电连接杆的爪式插口易发生塑性形变，会导致出现灯丝与馈电连接杆的爪式插口接触面积减小的情况，使灯丝与爪式插口接触处的电阻变大而导致发热严重，容易使离子源装置中的其他器件(例如供电线缆)受热损坏。
31.本技术的发明人研究发现，可以在离子源灯丝结构中的馈电连接杆中设置具有弹性结构的夹持组件，弹性结构具有径向形变量，灯丝插接于弹性结构后，弹性结构段能够向灯丝提供夹紧力。弹性结构具有弹性形变，以使弹性结构与离子源灯丝的接触面积较稳定，不易受温度影响，进而弹性结构与灯丝的接触处的电阻也不易变大，进而能够改善离子源灯丝结构中灯丝与馈电连接杆接触处因电阻过大而导致的发热现象，提高了离子源装置的安全性和可靠性。
32.为了解决现有技术问题，本技术实施例提供了一种离子源灯丝结构、离子源装置及离子注入设备，能够改善离子源灯丝结构中灯丝与馈电连接杆接触处的发热现象。下面首先对本技术实施例所提供的离子源灯丝结构进行介绍。
33.图1为本技术一些实施例所提供的一种离子源灯丝结构的结构示意图，图2为本技术一些实施例所提供的一种离子源灯丝结构的馈电连接杆的结构示意图，图3为本技术一
些实施例所提供的一种离子源灯丝结构的夹持部件的结构示意图。
34.如图1至图3所示，本技术实施例提供了一种离子源灯丝10结构，离子源灯丝10结构包括灯丝10、馈电连接杆20和夹持部件30。灯丝10包括本体11和安装端子12。馈电连接杆20包括主体部21和设置有安装孔221的连接部22，连接部22设置于主体部21沿自身长度方向上的一端，主体部21沿自身长度方向上的另一端与电源连接。夹持部件30设置于安装孔221，夹持部件30为套筒状结构，夹持部件30包括弹性结构段31和固定段32，固定段32设置于弹性结构段31沿自身长度方向上的两端，弹性结构段31具有径向形变量，弹性结构段31与安装端子12插接式连接并向安装端子12提供夹紧力。
35.灯丝10的材质可以是钨，并且，灯丝10的形状可以是但不限于螺旋结构、u型结构或波浪线型结构等，以使灯丝10在加热过程中更加均匀，本技术不对灯丝10的具体形状进行限定，可根据实际情况进行选定。灯丝10本体11通过安装端子12与馈电连接杆20连接，安装端子12可以是杆状结构。
36.馈电连接杆20用于连接灯丝10与外部供电线缆。具体地，馈电连接杆20的主体部21沿自身长度方向上的一端设置有连接部22，连接部22用于与灯丝10连接。馈电连接杆20的主体部21沿自身长度方向上的另一端通过供电线缆与电源连接。可选地，馈电连接杆20可以使用光滑杆，在馈电连接杆20的主体部21与电源连接的一端焊接接头以连接供电线缆；也可以在馈电连接杆20的主体部21与电源连接的一端上加工螺纹结构，使用螺帽连接供电线缆。馈电连接杆20需要直通到离子源装置腔室内的真空环境中，并保持真空密封和与其他部件的电气绝缘。
37.连接部22设置有安装孔221，夹持部件30设置于安装孔221中。夹持部件30为套筒状结构，安装孔221的形状尺寸与夹持部件30相匹配，以使夹持部件30能够嵌合于安装孔221中。夹持部件30与连接部22的连接方式可以是但不局限于插接、焊接或粘接等。
38.夹持部件30的弹性结构段31具有径向形变量，灯丝10的安装端子12插接于弹性结构段31，弹性结构段31能够向安装端子12提供夹紧力，以使灯丝10的安装端子12牢固地连接于馈电连接杆20的连接部22。夹持部件30的固定段32设置于弹性结构段31沿自身长度方向上的两端，一方面，可以提高弹性结构段31的结构牢固度；另一方面，夹持部件30可以通过固定段32与连接部22进行连接，能够减小安装孔221内壁对弹性结构段31的径向形变的影响。
39.上述技术方案中，通过在离子源灯丝10结构中的馈电连接杆20中设置具有弹性结构段31的夹持组件，弹性结构段31具有径向形变量，灯丝10插接于弹性结构段31后，弹性结构段31能够向灯丝10提供夹紧力。弹性结构段31具有弹性形变，以使弹性结构段31与离子源灯丝10的接触面积较稳定，不易受温度影响，进而弹性结构段31与灯丝10的接触处的电阻也不易发生变化，进而能够改善离子源灯丝10结构中灯丝10与馈电连接杆20接触处因电阻过大而导致的发热现象，提高了离子源装置的安全性和可靠性。
40.在一些实施例中，沿固定段32至弹性结构段31的方向上，弹性结构段31的内径呈逐渐减小趋势。
41.具体地，沿固定段32至弹性结构段31的方向上，弹性结构段31的内径呈逐渐减小趋势，使得弹性结构段31沿自身长度方向上的两端具有较大的内径，弹性结构段31中间部位具有较小的内径。其中，弹性结构段31沿自身长度方向上的两端具有较大的内径，能够使
得灯丝10的安装端子12较为容易地插入夹持部件30；弹性结构段31中间部位具有较小的内径，能够为灯丝10的安装端子12提供更大的夹紧力，进而能够进一步提高灯丝10与馈电连接杆20之间的连接牢固度。
42.上述技术方案中，通过将弹性结构段31的内径设置为沿固定段32至弹性结构段31的方向呈逐渐减小的趋势，一方面能够使得灯丝10的安装端子12较为容易地插入夹持部件30；另一方面，能够为灯丝10的安装端子12提供更大的夹紧力，进而能够进一步提高灯丝10与馈电连接杆20之间的连接牢固度。
43.在一些实施例中，弹性结构段31包括多个弹簧丝，多个弹簧丝沿圆周且间隔分布以形成套筒状结构。
44.具体地，弹簧丝的材质可以是但不限于碳钢、铁、铜及钛中的一种或多种。多个弹簧丝沿圆周分布以形成套筒状结构，弹簧丝沿自身长度方向上的两端固定连接于固定段32。进一步地，多个弹簧丝沿套筒状结构的周向间隔分布，使得弹簧丝之间形成缝隙，能够提升弹性结构段31的散热性能，进而减小灯丝10热量过多地通过夹持部件30传导至馈电连接杆20的连接部22上。
45.上述技术方案中，将弹性结构段31设置为多个弹簧丝沿圆周且间隔分布的形式，能够在为灯丝10提供足够预紧力的同时，还能够提高夹持部件30的散热性能，进一步减少了离子源灯丝10结构中灯丝10与馈电连接杆20接触处的温度，进而能够进一步提高离子源装置的安全性和可靠性。
46.在一些实施例中，固定段32与弹性结构段31为一体成型结构。
47.夹持部件30通过一体成型制造工艺制成，使得固定段32与弹性结构段31之间呈一体式结构。一方面，无需通过额外的焊接或粘接等连接工艺将固定段32与弹性结构段31进行连接，简化了夹持部件30的制作工艺流程。同时，相比于通过焊接或粘接等连接工艺将固定段32与弹性结构段31进行连接，呈一体式结构的固定段32与弹性结构段31之间具有更高的连接牢固度，进而能够提升夹持部件30整体的结构强度。
48.通过将夹持部件30的固定段32与弹性结构段31一体成型，不仅能够简化夹持部件30的制作工艺流程，还能够提升夹持部件30整体的结构强度。
49.在一些实施例中，安装孔221靠近主体部21的一侧设置有凸台222，凸台222的尺寸形状与固定段32的尺寸形状相匹配，固定段32插接于凸台222。
50.凸台222的尺寸形状与固定段32的尺寸形状相匹配，示例性地，夹持部件30的固定段32可以是圆环状结构，凸台222可以是圆柱状结构，凸台222的外径与固定段32的内径相匹配，以使固定段32能够插接于凸台222。可以理解的是，夹持部件30的固定段32也可以是方环状结构，相应的凸台222可以是方形柱状结构，本技术不对固定段32与凸台222的具体形状进行限定，可根据实际情况进行选定，为了简洁，在此不再赘述。
51.一方面，在夹持部件30的装配过程中，凸台222可以起到定位作用，便于夹持部件30与安装孔221进行装配。另一方面，固定段32插接于凸台222，固定段32的周向内侧表面与凸台222的周向外侧表面之间具有较大的接触面积，有利于提高夹持部件30与馈电连接杆20的连接部22之间的连接牢固度。固定段32的周向内侧表面与凸台222的周向外侧表面之间的连接方式可以是但不局限于焊接或粘接等。
52.上述技术方案中，通过在安装孔221靠近主体部21的一侧设置凸台222，不仅能够
便于夹持部件30与安装孔221进行装配，还能够提高夹持部件30与馈电连接杆20的连接部22之间的连接牢固度，进一步提高了离子源装置的安全性和可靠性。
53.在一些实施例中，连接部22远离主体部21一侧的端面与连接部22周向内侧表面的交接处设置有倒角结构223。
54.具体地，倒角结构223具有倾斜面，倒角结构223的倾斜面具有引导作用。一方面，在夹持部件30与安装孔221的装配过程中，倒角结构223的倾斜面可以引导夹持部件30准确地进入到安装孔221的内部；另一方面，灯丝10的安装端子12与夹持部件30的插接过程中，倒角结构223的倾斜面可以引导灯丝10的安装端子12准确地插接于夹持部件30中。
55.上述技术方案中，通过在连接部22远离主体部21的一端设置倒角结构223，不仅能够使夹持部件30便于装配至安装孔221中，还能够使灯丝10的安装端子12便于插接至夹持部件30中。
56.在一些实施例中，连接部22可拆卸连接于主体部21。
57.馈电连接杆20通过连接部22与灯丝10连接，灯丝10通电后会具有极高的温度，灯丝10的安装端子12部分位于连接部22的安装孔221中，因此，灯丝10的温度会传导至连接部22，连接部22长时间处于高温环境中会存在的过热损坏的风险。
58.可选地，连接部22与主体部21的可拆卸连接方式可以是但不局限于螺纹连接或者卡扣连接等。
59.上述技术方案中，通过将连接部22与主体部21的连接方式设置为可拆卸连接，当连接部22发生损坏需要进行更换时，不需要将整个馈电连接杆20从离子源装置上拆卸，仅将连接部22拆卸进行更换即可。如此，不仅能够提高更换效率，还能够降低成本。
60.在一些实施例中，连接部22靠近主体部21的一端设置有隔热结构23，隔热结构23位于连接部22与主体部21之间。
61.馈电连接杆20的主体部21沿自身长度方向上的一端设置有连接部22，连接部22用于与灯丝10连接。馈电连接杆20的主体部21沿自身长度方向上的另一端通过供电线缆与电源连接。灯丝10通电后会具有极高的温度，温度会由连接部22沿着馈电连接杆20传导至主体部21，连接于主体部21一端的供电线缆在高温下容易过热烧毁。
62.可选地，隔热结构23可以是但不局限于由聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚苯酯等材质制成的。本技术不对隔热结构23具体地材质进行限定，可以根据实际情况进行选用。隔热结构23可以是但不局限于片状结构体或膜层结构体。隔热结构23设置于连接部22靠近主体部21的一端并位于馈电连接杆20的连接部22与主体部21之间，隔热结构23用于阻隔馈电连接杆20的主体部21与连接部22之间的热传导。
63.上述技术方案中，通过在连接部22靠近主体部21的一端设置隔热结构23，隔热结构23位于馈电连接杆20的连接部22与主体部21之间，能够有效降低馈电连接杆20的主体部21与连接部22之间的热传导，进而减小了供电线缆在高温下过热烧毁的风险，进一步提高了离子源装置的安全性和可靠性。
64.根据本技术的一些实施例，本技术还提供了一种离子源装置，包括以上方案的离子源灯丝10结构。
65.可以理解的是，离子源装置包括本技术实施例提供的离子源灯丝10结构，离子源灯丝10结构的具体细节可以参见上述本技术实施例描述的离子源灯丝10结构中的相应部
分的描述，为了简洁，在此不再赘述。
66.根据本技术的一些实施例，本技术还提供了一种离子注入设备，包括以上方案的离子源装置。
67.可以理解的是，离子注入设备包括本技术实施例提供的离子源装置，离子源装置的具体细节可以参见上述本技术实施例描述的离子源装置及离子源灯丝10结构中的相应部分的描述，为了简洁，在此不再赘述。
68.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
69.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。