用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源和寬帶離子束系統的製作方法

2023-04-30 09:08:41

專利名稱：用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源和寬帶離子束系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造設備，尤其涉及一種用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源和寬帶離子束系統。
背景技術：
離子注入是一種把原子或分子引入目標工件襯底的製程，此製程通常被稱為摻雜，它能改變材料的屬性。離子注入是一個在大規模集成電路的製造中常見的製程，離子注入也可用於太陽能電池片的製造工藝，離子注入也可用於薄膜沉積等與製造光學儀器或顯示儀器(如平板顯示器)等相關的製造工藝。—個典型的離子注入機包括一個產生離子束的離子源；一個離子束選擇、成型和傳輸系統，它包括使用磁場的離子束質量分析系統；以及一個靶室，用於處理將注入離子束的半導體矽晶片。離子源是離子注入系統的重要組成部分，離子源通常用於產生穩定的不同種類的離子束，在不同的引出電壓下，這些離子束會具有不同的能量。圖1描述了一種已被廣泛應用於離子注入系統中的所謂的間接加熱式陰極離子源的典型體現。該離子源包括一個具有導電室壁的弧室14，在弧室14的一端有一個間熱式陰極101，間熱式陰極101包括一個陰極12和設置在其內部的燈絲11。燈絲11連接到第一個電源31，電源31產生高電流，這個高電流可以加熱鎢燈絲11到高溫以產生熱電子發射。第二個電源32在鎢燈絲11和陰極12之間形成偏置電壓，這個偏壓加速鎢燈絲11的熱發射電子向陰極12運動，並加熱陰極12。陰極12被加熱後產生進入至弧室14的熱發射電子。第三個電源33在陰極12和弧室14之間形成偏置電壓，這個偏壓加速陰極12的熱發射電子進入弧室14。在弧 室14的另一端設置反射電極13，反射電極13的電位的設置與陰極12的地位相同或相近，反射電極的作用是將弧室內的電子反射回弧室。一個源磁鐵在弧室14的內部建立磁場B來約束弧室內的電子。一種典型的源磁鐵是一個超大口徑的二極磁鐵，這個源磁鐵通常包括在弧室兩端的磁極22和24，以及環繞磁極22日和24線圈21和23。一個氣源(未顯示)可提供摻雜物種的氣體，例如，BF3，PH3 or AsH3等，氣體經過進氣口 15進入弧室14。電子通過與氣體分子的相互作用在弧室內產生等離子體41。弧室14前端16有一個引出長孔徑41，一套引出電極(未顯示)可從等離子體41中通過引出孔徑41引出離子束42。典型的間熱式離子源通常產生50 -1OOmm寬的離子束。寬帶離子束已經被用於現代高電流離子注入機進行300毫米晶圓的離子注入，見美國專利US5350926。在那裡，寬帶束是由一個小尺寸(與大晶圓尺寸比較)的離子源產生的小尺寸離子束擴展形成的。為了減少這種注入機系統的複雜性，人們希望能夠產生細寬的寬帶離子束。因此，最好是由寬帶束離子源提供一個密度分布均勻的寬帶離子束，這在未來450_晶圓或電池片的注入應用中尤為意義突出。為了從離子源產生300毫米或更寬的離子束，需要有改進的離子源技術。

發明內容
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，解決現有技術中存在注入機系統複雜且無法提供密度分布均勻的寬帶離子束的問題。本發明提供了一種用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，包括弧室、雙間接加熱式陰極、多通道氣體入口裝置、窗框型源磁鐵、限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置、放置在所述弧室內部的內部電極以及給所述弧室、雙間接加熱式陰極、窗框源磁鐵和放置在所述弧室內部的內部電極供電的電源。作為本發明的進一步改進，所述弧室在長度方向具有一個100毫米至1000毫米尺寸的長形腔體，所述弧室的一面有一個在長度方向具有100毫米至1000毫米尺寸的長形引出開口以便離子從所述長形引出開口被引出。作為本發明的進一步改進，所述雙間接加熱式陰極由兩個間接加熱式陰極組成，每一個間接加熱式陰極設置在所述弧室的一端；所述的間接加熱式陰極包括筒狀的陰極、燈絲和支撐裝置，該支撐裝置支撐所述筒狀的陰極和燈絲，所述筒狀的陰極的一端是敞開的，所述筒狀的陰極的另一端包括一個導電性罩延伸到弧室內用於發射致電離的電子。作為本發明的進一步改進，所述多通道氣體入口裝置安裝在所述弧室的內部，並面對氣體供給管線，所述多通道氣體入口裝置的多通道氣體入口有沿電弧室的長方向設置多個均勻分布的孔，從所述氣體供給管線進入的摻雜氣體分子通過所述多通道氣體入口裝置的多通道氣體入口後被重新分配進入弧室。作為本發明的進一步改進，所述弧室內部沿長度方向設置多個電極，每個電極的形狀與弧室的內部形狀相似，每個電極分別連接到獨立的電壓電源，每個電極的電源電壓的極性和電壓強度單獨調整以便調整弧室內的等離子體密度。

作為本發明的進一步改進，所述限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置的材料通常是磁性材料製成的板或空心盒，所述限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置設置在所述窗框形源磁鐵的下遊，用來限制源磁場的下遊的的磁場分布範圍。作為本發明的進一步改進，所述窗框形源磁鐵包括一個窗框形磁軛、一對主線圈和一組側線圈，該窗框形磁軛有一對長邊和一對短邊，長邊大於短邊；多個電源給所述主線圈和所述側線圈供電。作為本發明的進一步改進，所述主線圈卷繞在所述窗框形磁軛的長邊，主線圈串聯連接並由一個電流源供電，主線圈居中設置在所述窗框形磁軛的長邊；所述側線圈纏繞在所述窗框形磁軛的長邊並分別設置在所述主線圈的兩個端部，側線圈串聯連接，並由一個電流源供電，或每個側線圈可以分別由單獨的電流源供電。作為本發明的進一步改進，所述主線圈進一步包括多個單獨的小線圈，每一個單獨的小線圈連接到一個獨立的電流電源，每個獨立小線圈的電流電源的極性和強度進行調整；在每個相鄰小線圈之間的空間插入磁性材料套。本發明同時提供了一種寬帶離子束系統，包括用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，引出電極單元，離子束輸送裝置，離子束測量單元和目標靶室，所述離子束輸送裝置用於傳輸、聚焦、加速或減速所述寬帶離子束到目標的表面，用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源通過引出電極單元引出、用離子束輸送裝置進行輸送併到達目標靶室；所述離子束測量單元測量離子束的離子束電流、離子束電流密度分布和離子束的角度。作為本發明的進一步改進，所述的用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源包括弧室、雙間接加熱式陰極、多通道氣體入口裝置、窗框型源磁鐵、限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置、放置在所述弧室內部的內部電極以及給所述弧室、雙間接加熱式陰極、窗框源磁鐵和放置在所述弧室內部的內部電極供電的電源。作為本發明的進一步改進，所述離子束輸送裝置包括質量分析單元，偏轉單元和加速單元；所述離子束輸送裝置傳輸，聚焦，加速或減速所述寬帶離子束到目標表面；所述離子束測量單元測量離子束的離子束電流，離子束電流密度分布和離子束的角度，電子束電流密度分布的測量數據被用來反饋控制窗框形磁鐵的主線圈、側線圈的調節，或反饋控制多個內部電極的調節以獲得均勻的寬帶離子束
本發明的有益效果是:通過採用雙間熱式陰極，具有可調節局部磁場的源磁鐵，具有可調節的多個電極，從而進一步達到調接弧室內的等離子體密度分布的目的。

圖1顯示了一個廣泛應用於離子注入機的間熱式陰極離子源；
圖2顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，雙間熱式陰極和分布式進氣裝
置；
圖3顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，窗框形源 磁鐵以及它的兩個主線圈和四個側線圈；
圖4顯示了示出的窗框形源磁鐵的主線圈和邊線圈的作用；
圖5顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，開口型的窗框形源磁鐵；
圖6顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，窗框形磁鐵有多個小線圈；
圖7顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，另一種窗框形磁鐵；
圖8顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，弧室內部放置多個電極；
圖9顯示了本發明的一個包括寬帶束離子源的離子束系統。具體實施方式

下面結合

及具體實施方式
對本發明進一步說明。圖2顯示了本發明的一個具有雙間熱式陰極的寬帶束離子源；該離子源包括一個具有導電室壁的弧室14，弧室14在其長度方向明顯增加，其長度為100-1000mm。在弧室14的一端有一個間熱式陰極101，間熱式陰極101包括一個陰極12和設置在其內部的燈絲
11。燈絲11連接到第一個電源31，電源31產生高電流，這個高電流可以加熱鎢燈絲11到高溫以產生熱電子發射。第二個電源32在鎢燈絲11和陰極12之間形成偏置電壓，這個偏壓加速鎢燈絲11的熱發射電子向陰極12運動，並加熱陰極12。陰極12被加熱後產生進入至弧室14的熱發射電子。第三個電源33在陰極12和弧室14之間形成偏置電壓，這個偏壓加速陰極12的熱發射電子進入弧室14。產生均勻的寬帶束離子源的關鍵是長形弧室內的等離子體密度沿長度方向需要均勻。改善均勻度的技術之一是在弧室的另一端設置間熱式陰極。在弧室14的另一端有一個間熱式陰極102，間熱式陰極102間熱式陰極102與間熱式陰極101基本相同。間熱式陰極102包括一個陰極12a和設置在其內部的燈絲11a。燈絲Ila連接到第一個電源31a，電源31a產生高電流，這個高電流可以加熱鎢燈絲Ila到高溫以產生熱電子發射。第二個電源32a在鎢燈絲Ila和陰極12a之間形成偏置電壓，這個偏壓加速鎢燈絲Ila的熱發射電子向陰極12a運動，並加熱陰極12a。陰極12被加熱後產生進入至弧室14的熱發射電子。第二個電源32a可以是獨立的，或就是電源32。第三個電源33在陰極12a和弧室14之間形成偏置電壓，這個偏壓加速陰極12a的熱發射電子進入弧室14。一個氣源(未顯示)可提供摻雜物種的氣體，例如，BF3，PH3 or AsH3等，氣體經過進氣口 15進入弧室14。產生均勻的寬帶束離子源的關鍵是在長形弧室14內產生沿長度方向均勻密度的等離子體。一種提高在電弧室的內部的等離子體的均勻性的一個實施例是要設計的多通道氣體入口 17。多通道氣體入口 17安裝在電弧室的內部，並面對的氣體供給管線15的出口。多通道氣體入口 17有多個均勻分布的系列小孔18，系列小孔18沿電弧室的細長方向是均勻分布的。從所述氣體管線15進入的摻雜氣體分子通過多通道氣體入口 17後被重新分配通過系列小孔18後進入電弧室14。以這種方式，摻雜氣體分子將會被均勻地分布在電弧室14內。其結果是，從陰極發射的電子與均勻分布的摻雜氣體分子相互碰撞，產生均勻的等離子體41。弧室14前端16有一個引出長形開口 41，引出長形開口 41在其長度方向的尺寸為100-1000mm。一套引出電極(未顯示)可從等離子體41中通過引出開口 41引出離子束42。一個源磁鐵在弧室14的內部建立磁場B來約束弧室內的電子。由於弧室在其長度方向很長，為了獲得在長度方向均勻的等離子體，磁場B在長度方向的分布最好是均勻分布。 圖3顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，窗框形源磁鐵以及它的兩個主線圈和四個邊線圈。源磁鐵106是窗框型磁體，離子源和圖2所示的離子源的是相同的，包括長形弧室14，間熱式陰極101和102，長形引出開口 16，弧室內產生的等離子體41，引出的離子束42。弧室14設置在離子源磁鐵106產生的的磁場區域之內。長形弧室14的中心設置在源磁鐵106的中心附近。生產均勻的寬束離子源的關鍵是在沿的電弧室14的長邊方向產生均勻分布的等離子體。提高電弧室的內部的等離子體的均勻性的一個方式是設計一個源磁鐵，這個源磁鐵能夠產生沿電弧室14的長邊方向的均勻磁場Bx，在本發明中，源磁鐵106採用窗框型磁鐵。這個窗框形磁鐵的磁軛通常採用軟鐵製造。磁軛的長邊107，磁軛的短邊109，長邊107通常遠遠大於短邊109。源磁鐵有兩組線圈，主線圈和側線圈。它們線圈分別繞在的磁鐵框架的長邊。主線圈401和402的繞在長邊107。主線圈401和402串聯連接，由電流源Ill供電。主線圈401和402產生磁場Bx，主線圈通常是居中設置在長邊107，主線圈的尺寸的設計是為了能在長邊方向上提供更好的均勻分布的磁場Bx。側線圈具有四個線圈403，404，405和406。側線圈403和404纏繞的長邊107並被分別設置在主線圈401的兩個端部，側線圈405和406纏繞的長邊107並被分別設置在主線圈402的兩個端部，側線圈403，404，405和406可以被串聯連接，由電流源112供電，側線圈403，404，405和406也可以分別由單獨的電流源(圖中未顯示出)供電。做為本發明的特徵之一，側線圈的引入是為了調整和改變主線圈產生的磁場Bx的分布。磁場Bx的分布的調整，可以有利於產生沿電弧室14的長邊方向更均勻分布的等離子體41。在一實施例中:
寬帶束的離子源可能包括一個或兩個間接加熱式陰極，每個陰極設置在弧室的一端。弧室的進氣口為多進氣口，多進氣口在弧室的長度方向幾乎均勻分布，從而使弧室內的氣體壓強均勻。寬帶束的離子源可能包括一個源磁鐵，這個源磁鐵可以是窗框形磁鐵。它有兩個線圈組，每組線圈分別繞在的磁鐵框架的長邊。弧室處於源磁鐵的磁場區域內。每個線圈組可以由一個主線圈和四個側線圈組成，每一個側線圈可以連接到一個獨立的電流電源，每個獨立側線圈的電流電源的極性和強度可以不同。每個側線圈的電流的極性和強度可以進行遠程控制，以調節磁場區域的磁場分布，從而改變弧室內等離子體密度的分布。每個線圈組可以由多個小獨立體線圈組成，每一個獨立的小線圈可以連接到一個獨立的電流電源，每個獨立小線圈的電流電源的極性和強度可以不同。每個小線圈的電流的極性和強度可以進行遠程控制，以調節磁場區域的磁場分布，從而改變弧室內等離子體密度的分布。在每個相鄰小線圈之間的空間可以插入磁性材料(如軟鐵等)套，磁性材料套可以增加磁場區域內弧室所 處空間的磁場強度。窗框形源磁鐵的磁鐵框架的短邊的部分磁性材料可以被非磁性材料代替。寬帶束的離子源的弧室內部可以沿長度方向設置多個電極，每個電極的形狀可以與弧室的內部形狀相似。每個電極可以分別連接到獨立的電壓電源，每個電極的電源電壓的極性和電壓強度可以不問。每個電極的電壓極性和強度可以進行遠程控制，從而改變弧室內等離子體密度的分布。這個寬帶束離子源系統還可進一步包括一個引出電極系統，一個下遊磁屏蔽裝置已限制源磁場的磁場範圍，它還可以包括一個離子束電流密度分布測量系統。這個寬帶束離子源系統還可進一步包括一個離子束電流密度分布測量系統，這個離子束電流密度分布測量系統一般設置在離子源的下遊，或者做為在包括離子源的離子注入機中的一個裝置。根據離子束流密度分布測量數據，每個源磁體線圈的小線圈的電流的極性和強度可以進行遠程控制調節，以反饋調節寬帶離子束電流的密度分布的均勻性。根據離子束流密度分布測量數據，每個弧室內的多電極的電壓的極性和強度可以進行遠程控制調節，以反饋調節寬帶離子束電流的密度分布的均勻性。圖4顯示了示出的窗框形源磁鐵的主線圈和側線圈的作用。由於窗框形磁鐵在X方向上的對稱性，橫軸的起點是窗框型源磁鐵在X方向的中心，Xrnax的定義是窗框形磁鐵內部的的磁場區域的最大範圍。垂直軸是在X方向上的磁場的分量強度Bx，為了解釋的方便，Bx的分布已被歸一化到在中心的磁場強度的值。在圖中，繪製的磁場分布是電弧室14的中心位置附近處的磁場Bx的分布。菱形點的線是只有主線圈的磁場分布，可以看到，這個場分布是非常均勻的，比傳統使用的較大磁間隙的二級磁鐵產生的磁場分布要均勻的多。然而，由於電弧室內的等離子體密度分布的複雜性，所以在運行寬帶離子源時，人們期望能夠調節源磁場的分布，側線圈的引入就是為了達到這個目的。在這個圖4所示的例子中，四個側線圈串聯連接後由一個電源供電。方形點的線是當側線圈的勵磁電流與主線圈的勵磁電流在方向相同時的磁場分布，很明顯，磁場的分布已經被改變了，磁場分布的從均勻分布被調節到向上彎曲的分布。三角形點的線是當側線圈的勵磁電流與主線圈的勵磁電流在方向相反時的磁場分布，很明顯，磁場分布的從均勻分布被調節到向下彎曲的分布。由此可見，側線圈可以有效地改變源磁鐵產生的磁場分布。磁場分布的變化的調節量，可以根據主線圈和側線圈的設計以及主線圈和側線圈的勵磁電流的大小和方向來調節，磁場分布的向上彎曲或向下彎曲的量可以達到從0%到30 %自由調節。圖5顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，開口型的窗框形源磁鐵；圖5所示的一個具體的設計中，磁軛的短邊109的磁性材料(例如，軟鐵)可以被部分地除去。採用這樣的設計方式，主線圈401和402產生的磁場Bx可以更均勻地分布在沿X方向更寬的範圍內。除去的磁性體材料的空間，可以填充非磁性的材料，例如鋁等在圖中未示出)，這樣，就可以維持窗框形源磁鐵的穩定的機械結構。圖6顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，窗框形磁鐵有多個小線圈。該離子源的結構與圖2的離子源相同，包括長形弧室14，間熱式陰極101和102，長形引出開口 16，弧室內產生的等離子體41，引出的離子束42。弧室14設置在離子源磁鐵的磁場區域之內。

產生均勻的寬帶束離子源的關鍵是長形弧室內的等離子體密度沿長度方向需要均勻。改善均勻度的技術之一是，產生在長形弧室41的長度方向均勻的磁場分布，源磁鐵採用窗框形磁鐵。這個窗框形磁鐵的磁軛16，通常採用軟鐵製造。磁軛的長邊107，磁軛的短邊109。長邊107通常遠遠大於短邊109。源磁鐵有兩個線圈組，每組線圈分別繞在的磁鐵框架的長邊107。每個線圈組可以由多個小獨立線圈組成，小線圈的數量有設計決定，從I個到100個不等。如圖3A-A所示的上線圈有小線圈 111，112，113，114，115，116，117，118，119，120，121，122，123，124 組成，所示的下線圈有小線圈 131，132，133，134，135，136，137，138，139，140，141，142，143，144 組成。每一個獨立的小線圈可以串聯起來連接到一個電流電源供電。每一個獨立的小線圈也可以連接到一個獨立的電流電源,例如圖3A-A所示的111線圈連接到電源151，131線圈連接到電源152。在窗框形磁鐵的中部空間即可產生均勻的磁場Bx。產生均勻的寬帶束離子源的關鍵是長形弧室內的等離子體密度沿長度方向需要均勻。改善均勻度的技術之一是，每個獨立小線圈的電流電源的極性和強度可以不同，通過調節小線圈的電流，就可以調節局部磁場的強度，這樣，就能改變區域的磁場分布。通過磁場分布的調節，從而調節弧室內等離子體密度的分布。
弧室14設置在窗框形磁鐵的磁場區域之內，弧室14的中心可以設置在窗框形磁鐵的中心或中心附近。圖7顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，另一種窗框形磁鐵。為了增加弧室41處的磁場強度，在每個相鄰小線圈之間的空間可以插入磁性材料(如軟鐵等)套。如圖7A-A所示的上部的小線圈124和123之間的磁性材料套171，下部的小線圈144和143之間的磁性材料套172等。上部的磁性材料套171可以與窗框形磁軛的上部的長邊107相接觸，也可以不接觸。下部的磁性材料套172可以與窗框形磁軛的下部的長邊108相接觸，也可以不接觸。這些磁性材料套可以增加窗框形磁鐵的磁場強度。圖8顯示了本發明的寬帶束離子源具有的特性之一，弧室內部放置多個電極。該離子源的結構與圖2的離子源相類似，包括長形弧室14，間熱式陰極101和102，長形引出開口 16，弧室內產生的等離子體41，引出的離子束42。弧室14設置在離子源磁鐵的磁場區域之內。產生均勻的寬帶束離子源的關鍵是長形弧室內的等離子體密度沿長度方向需要均勻。改善均勻度的技術之一是在弧室的內部沿長度方向設置一系列的電極，電極的數目由設計決定，從I個到100個不等。如圖6A-A所示，在弧室內設置了 13個電極:201，202，203，204，205，206，207，208，209，210，211，212 和 213。如圖 6C-C 所示，每一個電極的形狀可以與弧室的內部形狀相似。每一個電極通過各自獨立的絕緣引線241與外部各自獨立的電壓電源相連接，如圖 6A-A 所示，13 個電極:201，202，203，204，205，206，207，208，209，210，211，212 和 213，分別與電源 VI, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, VII，V12, V13 相連接。弧室內部電極的電壓可以影響弧室內部局部的等離子體密度，每個獨立電極的電壓電源的極性和強度可以不同，通過調節電極的電壓，從而調節弧室內等離子體密度的分布以獲得均勻的等離子體密度分布。

圖9顯示了本發明 的一個包括寬帶束離子源的離子束系統。離子源本體由三部分301，311和312組成，301是真空密封法蘭，312是弧室，弧室採用本發明結構，311是弧室的支撐結構。302、303和304構成高壓絕緣體，302和304是真空密封法蘭，303是絕緣材料。304是真空室。315是離子源磁鐵，源磁鐵採用本發明的窗框形磁鐵。316是位於源磁鐵下遊的磁屏蔽裝置，磁屏蔽裝置的材料通常是磁性材料(如軟鐵等)製造，磁屏蔽裝置用來限制源磁場的磁場範圍。313和314是引出電極裝置，313是引出電極，314是引出電極的位置調節機構，321是引出的離子束。306、317和308是離子束系統的另一個真空室，306和308是連接法蘭，308是真空室，真空室308完成離子束系統的其它功能，如離子束分析、偏轉、加速或減速等(未顯示)，321是經過如分析、偏轉、加速或減速等的離子束，320是真空泵接口。309是離子束系統的靶室，這個靶室包括靶片等，靶室還特別包括一個離子束電流密度分布測量系統323，離子束電流密度分布測量系統323測量寬帶離子束在X方向的密度分布。根據離子束流密度分布測量數據，圖3和圖5中的每個源磁體側線圈如401，402，403和404等的電流的極性和強度可以進行遠程控制調節，以反饋調節寬帶離子束電流的密度分布的均勻性。圖7中的每個源磁體線圈的小線圈，如111和131等的電流的極性和強度可以進行遠程控制調節，以反饋調節寬帶離子束電流的密度分布的均勻性。根據離子束流密度分布測量數據，圖8中的每個弧室內的電極，如201和202等，的電壓的極性和強度可以進行遠程控制調節，以反饋調節寬帶離子束電流的密度分布的均勻性。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍 。
權利要求
1.一種用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:包括弧室、雙間接加熱式陰極、多通道氣體入口裝置、窗框型源磁鐵、限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置、放置在所述弧室內部的內部電極以及給所述弧室、雙間接加熱式陰極、窗框源磁鐵和放置在所述弧室內部的內部電極供電的電源。
2.根據權利要求1所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述弧室在長度方向具有一個100毫米至1000毫米尺寸的長形腔體，所述弧室的一面有一個在長度方向具有100毫米至1000毫米尺寸的長形引出開口以便離子從所述長形引出開口被引出。
3.根據權利要求1所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述雙間接加熱式陰極由兩個間接加熱式陰極組成，每一個間接加熱式陰極設置在所述弧室的一端；所述的間接加熱式陰極包括筒狀的陰極、燈絲和支撐裝置，該支撐裝置支撐所述筒狀的陰極和燈絲，所述筒狀的陰極的一端是敞開的，所述筒狀的陰極的另一端包括一個導電性罩延伸到弧室內用於發射致電離的電子。
4.根據權利要求1所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述多通道氣體入口裝置安裝在所述弧室的內部，並面對氣體供給管線，所述多通道氣體入口裝置的多通道氣體入口有沿電弧室的長方向設置多個均勻分布的孔，從所述氣體供給管線進入的摻雜氣體分子通過所述多通道氣體入口裝置的多通道氣體入口後被重新分配進入弧室。
5.根據權利要求1所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述弧室內部沿長度方向設置多個電極，每個電極的形狀與弧室的內部形狀相似，每個電極分別連接到獨立的電壓電源,每個電極的電源電壓的極性和電壓強度單獨調整以便調整弧室內的等離子體密度。
6.根據權利要求1所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置的材料是磁性材料製成的板或空心盒，所述限制源磁鐵下遊的的磁場 分布範圍的磁屏蔽裝置設置在所述窗框形源磁鐵的下遊，用來限制源磁場的下遊的的磁場分布範圍。
7.根據權利要求1所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述窗框形源磁鐵包括一個窗框形磁軛、一對主線圈和一組側線圈，該窗框形磁軛有一對長邊和一對短邊，長邊大於短邊；多個電源給所述主線圈和所述側線圈供電。
8.根據權利要求7所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述主線圈卷繞在所述窗框形磁軛的長邊，主線圈串聯連接並由一個電流源供電，主線圈居中設置在所述窗框形磁軛的長邊；所述側線圈纏繞在所述窗框形磁軛的長邊並分別設置在所述主線圈的兩個端部，側線圈串聯連接，並由一個電流源供電，或每個側線圈可以分別由單獨的電流源供電。
9.根據權利要求7所述用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，其特徵在於:所述主線圈進一步包括多個單獨的小線圈，每一個單獨的小線圈連接到一個獨立的電流電源，每個獨立小線圈的電流電源的極性和強度進行調整；在每個相鄰小線圈之間的空間插入磁性材料套。
10.一種寬帶離子束系統，其特徵在於:包括權利要求1所述的用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，引出電極單元，離子束輸送裝置，離子束測量單元和目標靶室，所述離子束輸送裝置用於傳輸、聚焦、加速或減速所述寬帶離子束到目標的表面，用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源通過引出電極單元引出、用離子束輸送裝置進行輸送併到達目標靶室；所述離子束測量單元測量離子束的離子束電流、離子束電流密度分布和離子束的角度。
11.根據權利要求10所述的寬帶離子束系統，其特徵在於:所述的用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源包括弧室、雙間接加熱式陰極、多通道氣體入口裝置、窗框型源磁鐵、限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置、放置在所述弧室內部的內部電極以及給所述弧室、雙間接加熱式陰極、窗框源磁鐵和放置在所述弧室內部的內部電極供電的電源。
12.根據權利要求10所述的寬帶離子束系統，其特徵在於:所述離子束輸送裝置包括質量分析單元，偏轉單元和加速單元；所述離子束輸送裝置傳輸，聚焦，加速或減速所述寬帶離子束到目標表面；所述離子束測量單元測量離子束的離子束電流，離子束電流密度分布和離子束的角度，電子束電流密度分布的測量數據被用來反饋控制窗框形磁鐵的主線圈、側線圈的調節，或反饋控 制多個內部電極的調節以獲？ ？得均勻的寬帶離子束。
全文摘要
本發明涉及半導體製造設備，其公開了一種用於離子束系統的間熱式寬帶束離子源，包括弧室、雙間接加熱式陰極、多通道氣體入口裝置、窗框型源磁鐵、限制源磁鐵下遊的的磁場分布範圍的磁屏蔽裝置、放置在所述弧室內部的內部電極以及給所述弧室、雙間接加熱式陰極、窗框源磁鐵和放置在所述弧室內部的內部電極供電的電源。本發明的有益效果是通過採用雙間熱式陰極，具有可調節局部磁場的源磁鐵，具有可調節的多個電極，從而進一步達到調接弧室內的等離子體密度分布的目的。
文檔編號H01J37/08GK103247505SQ20131008979
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者黃永章 申請人:寧波瑞曼特新材料有限公司