CN102347190A - 一种分体式离子源引出电极系统 - Google Patents

Abstract

一种分体式离子源引出电极系统，包括：减速电极3、屏蔽筒2、绝缘子4、加速电极7、减速电极连接杆1、加速电极连接杆8、电极基座10，所述屏蔽筒2安装在减速电极3上面向加速电极7的一侧；所述绝缘子4安装加速电极上7面向减速电极3的一侧，靠近屏蔽筒2并与屏蔽筒2相对应，其特征在于，其中所述减速电极3通过所述减速电极连接杆1连接固定到基座10上；其中所述加速电极7通过所述加速电极连接杆8连接固定到基座10上，连接方式使得所述加速电极7在需要时能够通过所述加速电极连接杆8的前后移动而沿离子束流的方向精确地前后移动。本发明的离子源引出电极结构稳定可靠，在过热的情况下加速电极和减速电极之间不会产生应力应变，从而不会损失电极的精度，还具有许多其它优点。

Description

一种分体式离子源引出电极系统

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造控制系统，即离子注入机，特别地，涉及一种用于离子注入机的分体式离子源引出电极系统。 

背景技术

在半导体制造工艺设备离子注入机中，离子源引出系统是整机设备关键部件之一，其与离子源本体结合在一起构成离子注入机的核心部件——离子源系统；其决定了离子注入机诸多性能指标，不仅决定离子源系统的引出束流大小、引出能量大小、引出束流品质及束稳定性能，同时与离子注入机其他光学部件匹配结合决定整机离子光学系统的束流传输效率和整机的生产效率。 

离子注入机离子源引出电极系统一般采用的是加减速三电极结构，反复实验及长期使用情况表明，离子源引出系统各个电极位置及加速电极缝结构参数对离子引出束流及束品质有着极其重要的影响：一方面，离子源工作于高温环境中，引出电极系统在高温及工作一段时间后容易发生热变形和移位现象而引起电极不对中问题；另一方面，加速电极缝工作一段时间后由于受高温、高能离子束溅射作用而慢慢扩大，产生电极结构参数上的变化；上述这些现象所带来的问题是直接影响离子源引出束流品质及整机的束传输效率和束流大小。 

发明内容

本发明是针对现有离子注入机技术中引出电极系统容易发生热变形和移位现象而引起出引出电极不对中、加速电极缝受离子束溅射作用而产生电极结构参数变化而影响引出束流及束品质，以及单个引出电极难以适应多种束流的一系列问题，采用了新型结构的离子源引出电极系统，该系统将加速电极和减速电极设计为可相对活动的分体式结构，解决了现有技术中引出电极系统的上述问题，满足离子注入机高可靠性高标准要求，并且一种电极即可适用于多种束流。 

本发明通过以下技术方案实现： 

1.一种分体式离子源引出电极系统，包括：减速电极3、屏蔽筒2、绝缘子4、加速电极7、减速电极连接杆1、加速电极连接杆8、电极基座10，所述屏蔽 筒2安装在减速电极3上面向加速电极7的一侧；所述绝缘子4安装加速电极上7面向减速电极3的一侧，靠近屏蔽筒2并与屏蔽筒2相对应，其特征在于， 

其中所述减速电极3通过所述减速电极连接杆1连接固定到基座10上；其中所述加速电极7通过所述加速电极连接杆8连接固定到基座10上，连接方式使得所述加速电极7在需要时能够通过所述加速电极连接杆8的前后移动而沿离子束流的方向精确地前后移动。 

2.一种分体式离子源引出电极系统，包括：减速电极3、屏蔽筒2、绝缘子4、加速电极7、减速电极连接杆1、加速电极连接杆8、电极基座10，所述屏蔽筒2安装在减速电极3上面向加速电极7的一侧；所述绝缘子4安装加速电极7上面向减速电极3的一侧，靠近屏蔽筒2并与屏蔽筒2相对应，其特征在于： 

其中所述减速电极3通过所述减速电极连接杆1连接固定到基座10上，连接方式使得所述减速电极3在需要时能够通过所述减速电极连接杆1的前后移动而沿离子束流的方向精确地前后移动；其中所述加速电极7通过所述加速电极连接杆8连接固定到基座上。 

3.第1项的分体式离子源引出电极系统，其中所述减速电极3通过所述减速电极连接杆1连接固定到基座上的连接方式使得，所述减速电极3在需要时能够通过所述减速电极连接杆1的前后移动而沿离子束流的方向精确地前后移动。 

4.第1和3项中任一项的分体式离子源引出电极系统，其特征在于基座10上有精密滑道，所述加速电极连接杆8通过精密滑道与基座10连接固定，在需要时能够通过在滑道中的前后移动达到使加速电极7前后移动的目的。 

5.第2至4项中任一项的分体式离子源引出电极系统，其特征在于基座10上有滑道，所述减速电极连接杆1通过精密滑道与基座10连接固定，在需要时能够通过在滑道中的前后移动达到使减速电极3前后移动的目的。 

6.前述任一项的分体式离子源引出电极系统，其中所述加速电极7包括加速电极座5和加速电极芯6，所述的加速电极芯6镶嵌在加速电极座5上，二者一起构成加速电极7。 

7.前述任一项的分体式离子源引出电极系统，其中所述加速电极7通过所述加速电极连接杆8连接固定到基座上的连接方式使得，所述加速电极7能够通过所述加速电极连接杆8的移动而沿离子束流的方向前、后、左、右、上、下移 动，从而使得当由于某种原因加速电极的电极缝与减速电极的电极缝之间的位置关系需要调整时，可通过调节这种连接方式进行调整。 

8.前述任一项的分体式离子源引出电极系统，其特征在于：屏蔽筒2为4个，绝缘子4为4个。 

9.使用前述任一项的离子源引出电极系统的离子注入机。 

本发明很好地解决了上述问题，并且具有如下技术效果： 

本发明的离子源引出电极系统结构稳定可靠，由于加速电极与减速电极之间并不直接相互连接固定，在过热的情况下，即使电极各自因受热不同而各自产生不相同的热变形时，加速电极和减速电极之间也不会产生应力应变，从而不会由于电极间的应力应变而使电极变形，进而损失电极的精度。 

此外，由于本发明的离子源引出电极系统中加速电极和减速电极间的距离可调节，所以同一个离子源引出电极系统就可以根据需要适用于各种离子源、引出束流大小、引出束流品质等，而不需要针对不同的束流或离子源制造多种引出电极，也即制造一套电极配件即可装配成适用于各种条件的引出电极。这样的设计有助于离子源引出电极系统的大规模工业化制造，也有利于节约对离子源引出电极系统设备投资。 

同样，由于加速电极和减速电极间不直接相互连接固定在一起，所以各个电极在受损情况不相同时可以方便地单独更换，最大程度地减少浪费，节约资源，节省时间。此外，由于离子源引出电极系统不可避免会存在溅射污染，这样的结构可以便于定期对电极内部进行清洁维护。 

附图说明

附图说明本发明的具体实施方式。在图中，相同的附图标记表示相同的部件。 

图1是本发明的一种实施方式的示意图，图中，加速电极和减速电极都可以前后移动。 

图2是本发明的另一种实施方式的示意图，图中，加速电极和减速电极都可以前后移动。 

图3是本发明的一种简化的实施方式的示意图，图中，加速电极可以前后移 动。 

图4是本发明的另一种简化的实施方式的示意图，图中，减速电极可以前后移动。 

图5是本发明的另一种实施方式的示意图，图中，加速电极由加速电极座和镶嵌在其中的加速电极芯构成。 

图6是离子注入机的关键部件的排列示意图。 

图7是整个离子源引出电极系统的电压的施加方式的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图的具体实施例对本发明作进一步介绍，应该理解，这些描述都是说明性的，本发明不限于此。本发明的范围仅由所附权利要求的范围所限定。 

首先参考图6，介绍离子注入机的关键部件的排列以及作用原理。 

如图6所示，离子源引出电极(未示出)将离子源中产生的离子束流引出。为了从总的离子束中选出所需离子种类，从而保证提供具有确定电荷和质量数的离子种类例如硼(B)、磷(P)、砷(As)、氩(Ar)，使离子束穿过专门的离子分选部件——质量分析器。然后离子束经过两组磁四极透镜，磁四极透镜组对粒子束进行强聚焦，并使离子束按一定的形状(条形)进入电扫描板(扫描偏转系统)。偏转的离子束形成一定的宽度(离子束展宽)进入平行束透镜。所述具有一定宽度的束流经过平行束透镜时，平行束透镜在使离子束偏转成平行束的同时，通过偏转消除了中性粒子的影响，并且使该束流在水平面形成达到所需宽度要求例如300mm的平行束，从而保证靶盘单晶片注入的均匀性。然后离子束进入加速管，加速管使离子束能量能增加到额定指标例如270KV。离子注入靶室(未示出)采用单片注入方式工作，最终注入到晶片架上的晶片上，达到对晶片进行搀杂改性的目的，由于离子束在水平方向经过扫描系统和束平行透镜作用达到了有效注入宽度，因此单晶片靶只需在垂直方向上下扫描以达到注入的均匀性要求。 

离子源引出电极系统设置在离子源的出口，将离子源产生的束流引出，并且调节束流的光学品质，便于与后面的光路匹配。设计良好的离子源引出电极系统能够对离子源的不同放电状态以及不同的引出能量，都能自动引出光学品质良好的束流。 

本发明对离子注入机的离子源引出电极系统做了改进。下面将参考附图对本发明的各种实施方式做出详细描述。但是，本发明不限于此，本发明的范围仅由其所附权利要求所限定。 

本发明的一种实施方式如图1中所示。 

图1中示出了一种本发明的离子源引出电极系统，其包括： 

减速电极连接杆1、加速电极连接杆8、减速电极3、绝缘子4、屏蔽筒2、加速电极7、电极基座10，所述屏蔽筒2安装在减速电极3上面向加速电极7的一侧；所述绝缘子4安装加速电极7上面向减速电极3的一侧，靠近屏蔽筒2并与屏蔽筒2相对应，其中所述减速电极3通过所述减速电极连接杆1连接固定到基座10上，图中减速电极3与减速电极连接杆1之间的连接通过螺钉(未示出)完成，基座10上有与减速电极连接杆1对应的开槽，基座通过该开槽固定减速电极连接杆，该开槽与减速电极杆之间配合完好，使得减速电极连接杆能够在该开槽中精确地前后移动；所述加速电极7通过所述加速电极连接杆8连接固定到基座上，图中加速电极7与加速电极连接杆8之间的连接通过螺钉(未示出)完成，基座10上有与加速电极连接杆8对应的开槽，基座通过该开槽固定加速电极连接杆8，该开槽与加速电极连接杆8之间配合完好，使得加速电极连接杆8能够在该开槽中精确地前后移动。 

可将基座上的开槽设计成各种形式，例如使用各种精密滑道，这样的设计使得与该滑道连接的连接杆的移动变得更加平顺，距离调节会更准确。ZL02254624.3和ZL94203767.7公开了两种滑轨装置，可将这两种滑轨用于本发明中。也可将滑道设计为可定量调节滑动距离的滑道，滑动距离的最小单位应该小于电极间距离的尺寸公差，优选小于所述尺寸公差的十分之一。 

在该实施方式中，减速电极连接杆1为直杆形式，加速电极连接杆8为弯曲杆的形式，这种设计使得可以方便地通过两个连接杆将两个尺寸相当的电极与同一基座连接。 

在该实施方式中，减速电极3与减速电极连接杆1之间的连接方式是任选的，只要连接方式能够使减速电极3固定到减速电极连接杆1上并且不显著影响整个系统的作用即可。基座10与减速电极连接杆1之间的连接方式是任选的，只要使得减速电极连接杆1能够精确地与基座匹配、固定在基座上，在需要时能够 精确地前后移动并且不显著影响整个系统的作用即可。 

同样地，在该实施方式中，加速电极7与加速电极连接杆8之间的连接方式是任选的，只要连接方式能够使加速电极7固定到加速电极连接杆8上并且不显著影响整个系统的作用即可。基座10与加速电极连接杆8之间的连接方式是任选的，只要使得加速电极连接杆8能够精确地与基座匹配、固定在基座上，在需要时能够精确地前后移动并且不显著影响整个系统的作用即可。 

在该实施方式中，屏蔽筒2为4个，屏蔽绝缘子4，防止绝缘子4溅射污染；减速电极3为高纯石墨材料，具有良好的耐高温、抗溅射性能；绝缘子4为4个，将加速电极7与减速两电极3间电位隔离；加速电极7为高纯石墨材料；整个引出电极系统中，加速电极7和减速电极3彼此不直接连接，分别通过加速电极连接杆8和减速电极连接杆1固定安装于基座10上。 

在加速电极中存在加速电极缝，并且在减速电极中存在减速电极缝，它们彼此对中，通过连接杆的移动，调节彼此的距离，能够最好地匹配各种束流的要求。 

在可供选择的实施方式中，减速电极3的材料和尺寸可以是任选的，一般地，它的材料可选为石墨，尺寸可为φ10mm～φ500mm，优选为φ100mm。 

在可供选择的实施方式中，减速电极缝的尺寸可以是任选的，一般地，它的尺寸可为φ1mm～φ100mm，优选为φ6mm。 

在可供选择的实施方式中，绝缘子4的材料和尺寸可以是任选的，一般地，它的材料可选自陶瓷，尺寸可为φ(5～50mm)*(5～60mm)，优选为φ15mm*20mm。 

在可供选择的实施方式中，屏蔽筒2的材料和尺寸可以是任选的，一般地，它的材料可选自铝，尺寸可根据屏蔽范围确定。 

在可供选择的实施方式中，加速电极7的材料和尺寸可以是任选的，一般地，它的材料可选自石墨，尺寸可为φ50mm～φ800mm，优选为φ200mm。 

在可供选择的实施方式中，加速电极缝的尺寸可以是任选的，一般地，它的尺寸可为φ1mm～φ50mm，优选为φ5mm。 

引出电极的电压施加方式如图7所示，其中加速电极的电压范围为30KV～70KV，减速电极的电压范围为2KV～10KV，其工作原理为，在离子源和加速电极间施加如图所示电压，由于加速电极的电势低于离子源电势，正离子便会向引出电极一端运动，由此将离子引出，但是由于一部分引出离子会撞击到加 速电极上，而产生次生电子，次生电子回流，会产生较大电流，使引出电流值出现虚假增加，所以在减速电极和加速电极间施加如图所示电压，减速电极相对加速电极为负电势，避免了次生电子回流。 

下面参考图2。图2是本发明的另一种实施方式的示意图，图中，加速电极和减速电极都可以前后移动。 

图2与图1的结构类似，所不同的是，在图2中，加速电极连接杆8为直杆形式，减速电极连接杆1为弯曲杆的形式，这种设计也可使得可以通过两个连接杆将两个尺寸相当的电极与同一基座连接。减速电极连接杆1和加速电极连接杆8也可使用其它任何形式，只要能够实现本发明的目的即可，例如，也可将两个连接杆都设计为弯曲杆的形式。 

下面参考图3。图3是本发明的一种简化的实施方式的示意图，图中，加速电极可以前后移动。 

图3中的实施方式与图1的结构类似，所不同的是，在图3中，减速电极直接通过连接杆1固定于基座上，无法实现前后移动，而加速电极仍然保持图1的结构。这样的设计使得可以简化基座的结构，以及基座与电极间的连接方式，虽然固定了减速电极，但是，由于加速电极仍然可以前后移动，所以仍然可以基本上实现本发明的目的。 

下面参考图4。图4是本发明的另一种简化的实施方式的示意图，图中，减速电极可以前后移动。 

图4中的实施方式与图2的结构类似，所不同的是，在图4中，加速电极直接通过连接杆8固定于基座上，无法实现前后移动，而减速电极仍然保持图2的结构。这样的设计使得可以简化基座的结构，以及基座与电极间的连接方式，虽然固定了加速电极，但是，由于减速电极仍然可以前后移动，所以仍然可以基本上实现本发明的目的。 

下面参考图5。图5是本发明的另一种实施方式的示意图，图中，加速电极由加速电极座和镶嵌在其中的加速电极芯构成。 

实用新型专利ZL200620012983.1公开了一种离子源引出电极系统，该系统使用了镶嵌式加速电极结构。 

在图5的实施方式中，结合了实用新型专利ZL200620012983.1中的特征， 加速电极7设计为由加速电极座5和加速电极芯6构成，其中加速电极芯6镶嵌在加速电极座5上。 

这样的设计在具有本发明的优点的同时，还实现了加速电极芯6的方便更换。 

本发明的电极优选采用耐高温的高纯石墨材料，本发明的离子源引出电极系统可以根据需要调节减速电极和加速电极之间的距离，并且可以方便地更换。同时，如果将加速电极设计成可更换式镶嵌结构，当加速电极引出缝尺寸变大时可方便地进行更换，而不需更换整个电极。同时减速电极和加速电极由于不直接连接，所以也可方便地单独更换。 

在优选的实施方式中，还可将本发明的加速电极连接杆和减速电极连接杆设计成可前后左右上下全方位移动的形式，这样可进一步给加速电极和减速电极提供更多的移动空间，从而通过随时调整加速电极和减速电极之间的位置关系来克服在生产过程中由于各种原因造成的电极间不对中、束流品质变差等现象，从而使电极满足高可靠性和高标准的要求。 

本发明的离子源引出电极系统结构连接稳定可靠，具有抗热变形、抗高温离子溅射性能好特点；同时结构连接操作方便，保证长期工作的可靠稳定性，满足离子注入机高可靠性高标准要求。 

本发明的特定实施例已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，或者惯用手段的直接替换，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。 

Claims (7)

1.一种分体式离子源引出电极系统，包括：减速电极(3)、屏蔽筒(2)、绝缘子(4)、加速电极(7)、减速电极连接杆(1)、加速电极连接杆(8)、电极基座(10)，所述屏蔽筒(2)安装在减速电极(3)上面向加速电极(7)的一侧；所述绝缘子(4)安装加速电极(7)上面向减速电极(3)的一侧，靠近屏蔽筒(2)并与屏蔽筒(2)相对应，其特征在于：

其中所述减速电极(3)通过所述减速电极连接杆(1)连接固定到基座(10)上，连接方式使得所述减速电极(3)在需要时能够通过所述减速电极连接杆(1)的前后移动而沿离子束流的方向精确地前后移动；其中所述加速电极(7)通过所述加速电极连接杆(8)连接固定到基座上。

2.权利要求1的分体式离子源引出电极系统，其特征在于基座(10)上有精密滑道，所述加速电极连接杆(8)通过精密滑道与基座(10)连接固定，在需要时能够通过在滑道中的前后移动达到使加速电极(7)前后移动的目的。

3.权利要求1和2中任一项的分体式离子源引出电极系统，其特征在于基座(10)上有滑道，所述减速电极连接杆(1)通过精密滑道与基座(10)连接固定，在需要时能够通过在滑道中的前后移动达到使减速电极(3)前后移动的目的。

4.前述权利要求中任一项的分体式离子源引出电极系统，其中所述加速电极(7)包括加速电极座(5)和加速电极芯(6)，所述的加速电极芯(6)镶嵌在加速电极座(5)上，二者一起构成加速电极(7)。

5.前述权利要求中任一项的分体式离子源引出电极系统，其中所述加速电极(7)通过所述加速电极连接杆(8)连接固定到基座上的连接方式使得，所述加速电极(7)能够通过所述加速电极连接杆(8)的移动而沿离子束流的方向前、后、左、右、上、下移动，从而使得当由于某种原因加速电极的电极缝与减速电极的电极缝之间的位置关系需要调整时，可通过调节这种连接方式进行调整。

6.前述权利要求中任一项的分体式离子源引出电极系统，其特征在于：屏蔽筒(2)为4个，绝缘子(4)为4个。

7.使用前述权利要求中任一项的离子源引出电极系统的离子注入机。

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