一種分體式離子源引出電極系統的製作方法

2023-06-15 02:25:21

專利名稱：一種分體式離子源引出電極系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件製造控制系統，即離子注入機，特別地，涉及一種用於離子注入機的分體式離子源引出電極系統。
背景技術：
在半導體製造工藝設備離子注入機中，離子源引出系統是整機設備關鍵部件之一，其與離子源本體結合在一起構成離子注入機的核心部件——離子源系統；其決定了離子注入機諸多性能指標，不僅決定離子源系統的引出束流大小、引出能量大小、引出束流品質及束穩定性能，同時與離子注入機其他光學部件匹配結合決定整機離子光學系統的束流傳輸效率和整機的生產效率。離子注入機離子源引出電極系統一般採用的是加減速三電極結構，反覆實驗及長期使用情況表明，離子源引出系統各個電極位置及加速電極縫結構參數對離子引出束流及束品質有著極其重要的影響一方面，離子源工作於高溫環境中，引出電極系統在高溫及工作一段時間後容易發生熱變形和移位現象而引起電極不對中問題；另一方面，加速電極縫工作一段時間後由於受高溫、高能離子束濺射作用而慢慢擴大，產生電極結構參數上的變化；上述這些現象所帶來的問題是直接影響離子源引出束流品質及整機的束傳輸效率和束流大小。

發明內容
本發明是針對現有離子注入機技術中引出電極系統容易發生熱變形和移位現象而引起出引出電極不對中、加速電極縫受離子束濺射作用而產生電極結構參數變化而影響引出束流及束品質，以及單個引出電極難以適應多種束流的一系列問題，採用了新型結構的離子源引出電極系統，該系統將加速電極和減速電極設計為可相對活動的分體式結構， 解決了現有技術中引出電極系統的上述問題，滿足離子注入機高可靠性高標準要求，並且一種電極即可適用於多種束流。本發明通過以下技術方案實現1. 一種分體式離子源引出電極系統，包括減速電極3、屏蔽筒2、絕緣子4、加速電極7、減速電極連接杆1、加速電極連接杆8、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3 上面向加速電極7的一側；所述絕緣子4安裝加速電極上7面向減速電極3的一側，靠近屏蔽筒2並與屏蔽筒2相對應，其特徵在於，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接杆1連接固定到基座10上；其中所述加速電極7通過所述加速電極連接杆8連接固定到基座10上，連接方式使得所述加速電極 7在需要時能夠通過所述加速電極連接杆8的前後移動而沿離子束流的方向精確地前後移動。2. 一種分體式離子源引出電極系統，包括減速電極3、屏蔽筒2、絕緣子4、加速電極7、減速電極連接杆1、加速電極連接杆8、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3上面向加速電極7的一側；所述絕緣子4安裝加速電極7上面向減速電極3的一側，靠近屏蔽筒2並與屏蔽筒2相對應，其特徵在於其中所述減速電極3通過所述減速電極連接杆1連接固定到基座10上，連接方式使得所述減速電極3在需要時能夠通過所述減速電極連接杆1的前後移動而沿離子束流的方向精確地前後移動；其中所述加速電極7通過所述加速電極連接杆8連接固定到基座上。3.第1項的分體式離子源引出電極系統，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接杆1連接固定到基座上的連接方式使得，所述減速電極3在需要時能夠通過所述減速電極連接杆1的前後移動而沿離子束流的方向精確地前後移動。4.第1和3項中任一項的分體式離子源引出電極系統，其特徵在於基座10上有精密滑道，所述加速電極連接杆8通過精密滑道與基座10連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前後移動達到使加速電極7前後移動的目的。5.第2至4項中任一項的分體式離子源引出電極系統，其特徵在於基座10上有滑道，所述減速電極連接杆1通過精密滑道與基座10連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前後移動達到使減速電極3前後移動的目的。6.前述任一項的分體式離子源引出電極系統，其中所述加速電極7包括加速電極座5和加速電極芯6，所述的加速電極芯6鑲嵌在加速電極座5上，二者一起構成加速電極 7。7.前述任一項的分體式離子源引出電極系統，其中所述加速電極7通過所述加速電極連接杆8連接固定到基座上的連接方式使得，所述加速電極7能夠通過所述加速電極連接杆8的移動而沿離子束流的方向前、後、左、右、上、下移動，從而使得當由於某種原因加速電極的電極縫與減速電極的電極縫之間的位置關係需要調整時，可通過調節這種連接方式進行調整。8.前述任一項的分體式離子源引出電極系統，其特徵在於屏蔽筒2為4個，絕緣子4為4個。9.使用前述任一項的離子源引出電極系統的離子注入機。本發明很好地解決了上述問題，並且具有如下技術效果本發明的離子源引出電極系統結構穩定可靠，由於加速電極與減速電極之間並不直接相互連接固定，在過熱的情況下，即使電極各自因受熱不同而各自產生不相同的熱變形時，加速電極和減速電極之間也不會產生應力應變，從而不會由於電極間的應力應變而使電極變形，進而損失電極的精度。此外，由於本發明的離子源引出電極系統中加速電極和減速電極間的距離可調節，所以同一個離子源引出電極系統就可以根據需要適用於各種離子源、引出束流大小、引出束流品質等，而不需要針對不同的束流或離子源製造多種引出電極，也即製造一套電極配件即可裝配成適用於各種條件的引出電極。這樣的設計有助於離子源引出電極系統的大規模工業化製造，也有利於節約對離子源引出電極系統設備投資。同樣，由於加速電極和減速電極間不直接相互連接固定在一起，所以各個電極在受損情況不相同時可以方便地單獨更換，最大程度地減少浪費，節約資源，節省時間。此外， 由於離子源引出電極系統不可避免會存在濺射汙染，這樣的結構可以便於定期對電極內部進行清潔維護。


本發明的具體實施方式
。在圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。圖1是本發明的一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極和減速電極都可以前後移動。圖2是本發明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極和減速電極都可以前後移動。圖3是本發明的一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，加速電極可以前後移動。圖4是本發明的另一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，減速電極可以前後移動。圖5是本發明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極由加速電極座和鑲嵌在其中的加速電極芯構成。圖6是離子注入機的關鍵部件的排列示意圖。圖7是整個離子源引出電極系統的電壓的施加方式的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖的具體實施例對本發明作進一步介紹，應該理解，這些描述都是說明性的，本發明不限於此。本發明的範圍僅由所附權利要求的範圍所限定。首先參考圖6，介紹離子注入機的關鍵部件的排列以及作用原理。如圖6所示，離子源引出電極(未示出)將離子源中產生的離子束流引出。為了從總的離子束中選出所需離子種類，從而保證提供具有確定電荷和質量數的離子種類例如硼(B)、磷(P)、砷(As)、氬(Ar)，使離子束穿過專門的離子分選部件——質量分析器。然後離子束經過兩組磁四極透鏡，磁四極透鏡組對粒子束進行強聚焦，並使離子束按一定的形狀(條形)進入電掃描板(掃描偏轉系統)。偏轉的離子束形成一定的寬度(離子束展寬) 進入平行束透鏡。所述具有一定寬度的束流經過平行束透鏡時，平行束透鏡在使離子束偏轉成平行束的同時，通過偏轉消除了中性粒子的影響，並且使該束流在水平面形成達到所需寬度要求例如300mm的平行束，從而保證靶盤單晶片注入的均勻性。然後離子束進入加速管，加速管使離子束能量能增加到額定指標例如270KV。離子注入靶室(未示出)採用單片注入方式工作，最終注入到晶片架上的晶片上，達到對晶片進行攙雜改性的目的，由於離子束在水平方向經過掃描系統和束平行透鏡作用達到了有效注入寬度，因此單晶片靶只需在垂直方向上下掃描以達到注入的均勻性要求。離子源引出電極系統設置在離子源的出口，將離子源產生的束流引出，並且調節束流的光學品質，便於與後面的光路匹配。設計良好的離子源引出電極系統能夠對離子源的不同放電狀態以及不同的引出能量，都能自動引出光學品質良好的束流。本發明對離子注入機的離子源引出電極系統做了改進。下面將參考附圖對本發明的各種實施方式做出詳細描述。但是，本發明不限於此，本發明的範圍僅由其所附權利要求所限定。本發明的一種實施方式如圖1中所示。圖1中示出了一種本發明的離子源引出電極系統，其包括減速電極連接杆1、加速電極連接杆8、減速電極3、絕緣子4、屏蔽筒2、加速電極7、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3上面向加速電極7的一側；所述絕緣子4 安裝加速電極7上面向減速電極3的一側，靠近屏蔽筒2並與屏蔽筒2相對應，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接杆1連接固定到基座10上，圖中減速電極3與減速電極連接杆1之間的連接通過螺釘(未示出)完成，基座10上有與減速電極連接杆1對應的開槽，基座通過該開槽固定減速電極連接杆，該開槽與減速電極杆之間配合完好，使得減速電極連接杆能夠在該開槽中精確地前後移動；所述加速電極7通過所述加速電極連接杆8連接固定到基座上，圖中加速電極7與加速電極連接杆8之間的連接通過螺釘(未示出)完成，基座10上有與加速電極連接杆8對應的開槽，基座通過該開槽固定加速電極連接杆8， 該開槽與加速電極連接杆8之間配合完好，使得加速電極連接杆8能夠在該開槽中精確地前後移動。可將基座上的開槽設計成各種形式，例如使用各種精密滑道，這樣的設計使得與該滑道連接的連接杆的移動變得更加平順，距離調節會更準確。ZL022M624.3和 ZL94203767. 7公開了兩種滑軌裝置，可將這兩種滑軌用於本發明中。也可將滑道設計為可定量調節滑動距離的滑道，滑動距離的最小單位應該小於電極間距離的尺寸公差，優選小於所述尺寸公差的十分之一。在該實施方式中，減速電極連接杆1為直杆形式，加速電極連接杆8為彎曲杆的形式，這種設計使得可以方便地通過兩個連接杆將兩個尺寸相當的電極與同一基座連接。在該實施方式中，減速電極3與減速電極連接杆1之間的連接方式是任選的，只要連接方式能夠使減速電極3固定到減速電極連接杆1上並且不顯著影響整個系統的作用即可。基座10與減速電極連接杆1之間的連接方式是任選的，只要使得減速電極連接杆1能夠精確地與基座匹配、固定在基座上，在需要時能夠精確地前後移動並且不顯著影響整個系統的作用即可。同樣地，在該實施方式中，加速電極7與加速電極連接杆8之間的連接方式是任選的，只要連接方式能夠使加速電極7固定到加速電極連接杆8上並且不顯著影響整個系統的作用即可。基座10與加速電極連接杆8之間的連接方式是任選的，只要使得加速電極連接杆8能夠精確地與基座匹配、固定在基座上，在需要時能夠精確地前後移動並且不顯著影響整個系統的作用即可。在該實施方式中，屏蔽筒2為4個，屏蔽絕緣子4，防止絕緣子4濺射汙染；減速電極3為高純石墨材料，具有良好的耐高溫、抗濺射性能；絕緣子4為4個，將加速電極7與減速兩電極3間電位隔離；加速電極7為高純石墨材料；整個引出電極系統中，加速電極7和減速電極3彼此不直接連接，分別通過加速電極連接杆8和減速電極連接杆1固定安裝於基座10上。在加速電極中存在加速電極縫，並且在減速電極中存在減速電極縫，它們彼此對中，通過連接杆的移動，調節彼此的距離，能夠最好地匹配各種束流的要求。在可供選擇的實施方式中，減速電極3的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選為石墨，尺寸可為Φ IOmm Φ 500mm，優選為Φ 100mm。在可供選擇的實施方式中，減速電極縫的尺寸可以是任選的，一般地，它的尺寸可為 Φ Imm ~ Φ 100mm,優選為 Φ 6mm0在可供選擇的實施方式中，絕緣子4的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選自陶瓷，尺寸可為Φ (5 50mm) * (5 60mm)，優選為Φ 15mm*20mm。在可供選擇的實施方式中，屏蔽筒2的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選自鋁，尺寸可根據屏蔽範圍確定。在可供選擇的實施方式中，加速電極7的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選自石墨，尺寸可為Φ 50mm Φ 800mm，優選為Φ 200mm。在可供選擇的實施方式中，加速電極縫的尺寸可以是任選的，一般地，它的尺寸可為 Φ Imm ~ Φ 50mm,優選為 Φ 5mm。引出電極的電壓施加方式如圖7所示，其中加速電極的電壓範圍為30KV 70KV， 減速電極的電壓範圍為2KV 10KV，其工作原理為，在離子源和加速電極間施加如圖所示電壓，由於加速電極的電勢低於離子源電勢，正離子便會向引出電極一端運動，由此將離子引出，但是由於一部分引出離子會撞擊到加速電極上，而產生次生電子，次生電子回流，會產生較大電流，使引出電流值出現虛假增加，所以在減速電極和加速電極間施加如圖所示電壓，減速電極相對加速電極為負電勢，避免了次生電子回流。下面參考圖2。圖2是本發明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極和減速電極都可以前後移動。圖2與圖1的結構類似，所不同的是，在圖2中，加速電極連接杆8為直杆形式，減速電極連接杆1為彎曲杆的形式，這種設計也可使得可以通過兩個連接杆將兩個尺寸相當的電極與同一基座連接。減速電極連接杆1和加速電極連接杆8也可使用其它任何形式， 只要能夠實現本發明的目的即可，例如，也可將兩個連接杆都設計為彎曲杆的形式。下面參考圖3。圖3是本發明的一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，加速電極可以前後移動。圖3中的實施方式與圖1的結構類似，所不同的是，在圖3中，減速電極直接通過連接杆1固定於基座上，無法實現前後移動，而加速電極仍然保持圖1的結構。這樣的設計使得可以簡化基座的結構，以及基座與電極間的連接方式，雖然固定了減速電極，但是，由於加速電極仍然可以前後移動，所以仍然可以基本上實現本發明的目的。下面參考圖4。圖4是本發明的另一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，減速電極可以前後移動。圖4中的實施方式與圖2的結構類似，所不同的是，在圖4中，加速電極直接通過連接杆8固定於基座上，無法實現前後移動，而減速電極仍然保持圖2的結構。這樣的設計使得可以簡化基座的結構，以及基座與電極間的連接方式，雖然固定了加速電極，但是，由於減速電極仍然可以前後移動，所以仍然可以基本上實現本發明的目的。下面參考圖5。圖5是本發明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極由加速電極座和鑲嵌在其中的加速電極芯構成。實用新型專利ZL200620012983. 1公開了一種離子源引出電極系統，該系統使用了鑲嵌式加速電極結構。在圖5的實施方式中，結合了實用新型專利ZL2006200U983. 1中的特徵，加速電極7設計為由加速電極座5和加速電極芯6構成，其中加速電極芯6鑲嵌在加速電極座5上。這樣的設計在具有本發明的優點的同時，還實現了加速電極芯6的方便更換。
本發明的電極優選採用耐高溫的高純石墨材料，本發明的離子源引出電極系統可以根據需要調節減速電極和加速電極之間的距離，並且可以方便地更換。同時，如果將加速電極設計成可更換式鑲嵌結構，當加速電極引出縫尺寸變大時可方便地進行更換，而不需更換整個電極。同時減速電極和加速電極由於不直接連接，所以也可方便地單獨更換。在優選的實施方式中，還可將本發明的加速電極連接杆和減速電極連接杆設計成可前後左右上下全方位移動的形式，這樣可進一步給加速電極和減速電極提供更多的移動空間，從而通過隨時調整加速電極和減速電極之間的位置關係來克服在生產過程中由於各種原因造成的電極間不對中、束流品質變差等現象，從而使電極滿足高可靠性和高標準的要求。本發明的離子源引出電極系統結構連接穩定可靠，具有抗熱變形、抗高溫離子濺射性能好特點；同時結構連接操作方便，保證長期工作的可靠穩定性，滿足離子注入機高可靠性高標準要求。本發明的特定實施例已對本發明的內容做了詳盡說明。對本領域一般技術人員而言，在不背離本發明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，或者慣用手段的直接替換，都構成對本發明專利的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1.一種分體式離子源引出電極系統，包括減速電極(3)、屏蔽筒O)、絕緣子、加速電極(7)、減速電極連接杆(1)、加速電極連接杆(8)、電極基座(10)，所述屏蔽筒⑵安裝在減速電極C3)上面向加速電極(7)的一側；所述絕緣子(4)安裝加速電極上(7)面向減速電極(3)的一側，靠近屏蔽筒(2)並與屏蔽筒(2)相對應，其特徵在於，其中所述減速電極C3)通過所述減速電極連接杆(1)連接固定到基座(10)上；其中所述加速電極(7)通過所述加速電極連接杆(8)連接固定到基座(10)上，連接方式使得所述加速電極(7)在需要時能夠通過所述加速電極連接杆(8)的前後移動而沿離子束流的方向精確地前後移動。
2.權利要求1的分體式離子源引出電極系統，其中所述減速電極(3)通過所述減速電極連接杆(1)連接固定到基座上的連接方式使得，所述減速電極C3)在需要時能夠通過所述減速電極連接杆(1)的前後移動而沿離子束流的方向精確地前後移動。
3.權利要求1和2中任一項的分體式離子源引出電極系統，其特徵在於基座(10)上有精密滑道，所述加速電極連接杆(8)通過精密滑道與基座(10)連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前後移動達到使加速電極(7)前後移動的目的。
4.權利要求2和3中任一項的分體式離子源引出電極系統，其特徵在於基座(10)上有滑道，所述減速電極連接杆(1)通過精密滑道與基座(10)連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前後移動達到使減速電極C3)前後移動的目的。
5.前述權利要求中任一項的分體式離子源引出電極系統，其中所述加速電極(7)包括加速電極座( 和加速電極芯(6)，所述的加速電極芯(6)鑲嵌在加速電極座( 上，二者一起構成加速電極(7)。
6.前述權利要求中任一項的分體式離子源引出電極系統，其中所述加速電極(7)通過所述加速電極連接杆(8)連接固定到基座上的連接方式使得，所述加速電極(7)能夠通過所述加速電極連接杆(8)的移動而沿離子束流的方向前、後、左、右、上、下移動，從而使得當由於某種原因加速電極的電極縫與減速電極的電極縫之間的位置關係需要調整時，可通過調節這種連接方式進行調整。
7.前述權利要求中任一項的分體式離子源引出電極系統，其特徵在於屏蔽筒(2)為4 個，絕緣子⑷為4個。
8.使用前述權利要求中任一項的離子源引出電極系統的離子注入機。
全文摘要
一種分體式離子源引出電極系統，包括減速電極3、屏蔽筒2、絕緣子4、加速電極7、減速電極連接杆1、加速電極連接杆8、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3上面向加速電極7的一側；所述絕緣子4安裝加速電極上7面向減速電極3的一側，靠近屏蔽筒2並與屏蔽筒2相對應，其特徵在於，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接杆1連接固定到基座10上；其中所述加速電極7通過所述加速電極連接杆8連接固定到基座10上，連接方式使得所述加速電極7在需要時能夠通過所述加速電極連接杆8的前後移動而沿離子束流的方向精確地前後移動。本發明的離子源引出電極結構穩定可靠，在過熱的情況下加速電極和減速電極之間不會產生應力應變，從而不會損失電極的精度，還具有許多其它優點。
文檔編號H01J37/04GK102347191SQ20101024307
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者伍三忠, 劉仁傑, 唐景庭, 孫勇 申請人:北京中科信電子裝備有限公司