CN102449739A - 宽带离子束产生与控制用的共轭icp与ecr等离子源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子源，其能够使用一或多个等离子源产生高密度宽带离子束。除了所述等离子源，所述离子源亦包含扩散腔。所述扩散腔具有沿与所述等离子源的介电圆柱体相同的轴定向的提取孔径。在一实施例中，位于所述扩散腔的相对末端上的双等离子源用于形成更均一的提取离子束。在又一实施例中，多尖峰磁场用于进一步改良提取离子束的均一性。

Description

宽带离子束产生与控制用的共轭ICP与ECR等离子源

背景技术

在生产集成电路(integrated circuit，IC)时通常会使用离子植入器(implanter)，以藉由p型或n型掺杂(doping)在半导体晶圆(通常为硅)中形成具有不同导电性的区。在此类装置中，用等离子源使掺杂气体离子化。自所述源中提取正离子束，将所述离子束加速至所要能量，对其进行质量过滤，然后引导向所述晶圆。当离子撞击晶圆时，离子穿透至特定深度(依据其动能及质量)，并在晶圆内形成具有不同导电性(依据掺杂元素的浓度)的区。此等区的n或p掺杂特性伴随其在晶圆上的几何组态界定其功能性，例如电晶体内的n-p-n或p-n-p接面(junction)。藉由许多此类掺杂区的互相连接，晶圆可转变成复合集成电路。

图1中显示代表性离子植入器50的方块图。功率源1将所需的能量(DC或RF)传递至等离子源2，以致能掺杂气体的离子化。在毫托(mTorr)范围内的压力下(由抽真空系统(vacuum pumping system)所确认)藉由质量流量受控系统(mass-flow controlled system)(未图示)将气体馈入至等离子腔内。依据所要的掺杂剂，在带有或不带有共载气(co-carrier gas)的情况下引入不同的氟化物或氢化物掺杂气体，如BF₃、PF₃、AsF₃、GeF₄、B₂H₆、PH₃、AsH₃、GeH₄等。等离子腔具有孔径(aperture)3，透过此孔径藉由电极4的组合来提取离子。常用方案为三极体(triode)组合，其中等离子腔孔径处于高正电势下，然后是负电势下的第二电极(抑制电极)，最后是接地电势下的第三电极。第二电极的作用是阻止二次电子(secondary electron)流回至等离子腔。然而，其它提取电极组合如四极体、五极体或单透镜(Einzel lenses)亦是可能的。此等退出的离子形成为射束(beam)20，该射束20随后穿过质量分析器磁铁6。所提取的离子束由离子的混合体组成。例如，自BF₃气体提取的射束将主要由BF₃ ⁺、BF₂ ⁺、BF⁺、B⁺及F⁺离子组成。因此，必须使用质量分析器来自离子束中移除多余成份，从而产生具有所要能量且由单离子物质(在BF₃的情况下为B⁺离子)组成的离子束。为了将能量减小至所要级别，所要物质的离子随后穿过减速级(deceleration stage)8，该减速级8可包含一或多个电极。减速级的输出是分散的离子束。校正器磁铁10用来扩展离子束，接着将所述离子束转变成平行的带状离子束。带状射束顺着角度校正器10指向晶圆或工件。在一些实施例中，可添加第二减速级12。晶圆或工件附接至晶圆支撑件14。晶圆支撑件14提供垂直运动，使得晶圆可被带入射束路径中，然后上下穿过固定带状离子束。晶圆支撑件14亦可被旋转，以便可相对于晶圆表面成不同入射角来执行植入。在晶圆位于射束路径以外时，可藉由法拉第杯(Faraday cup)16来量测所述射束电流。基于射束电流值及所要剂量，计算晶圆曝露时间或扫描速度以及穿过带状离子束的次数。

考虑到自等离子源提取离子的速率由

${\mathrm{dN}}_{\mathrm{extr}}/\mathrm{dt}\≅{\mathrm{Anv}}_B$

给定，其中A为提取孔径的面积，n为离子密度(假设等于电子密度)，且V_B＝(k_BT_e/m_i)^1/2波姆速度(Bohm velocity)(其中k_B、T_e及m_i分别为波兹曼常数、电子温度及离子质量)，有限数目的等离子源已证实具有足以用作离子源的等离子密度。在一些实施例(如伯纳斯源(Bernas source))中，电弧放电产生等离子。钨丝(tungsten filament)用来产生维持高电弧等离子密度所需的电子通量。在其它实施例(如间接加热阴极(indirectly heated cathode，IHC)，其亦为一种形式的电弧放电)中，为了防止钨丝不利地曝露于等离子且因此为了延长源的使用寿命，藉由来自间接加热阴极的热离子发射(thermionic emission)提供必要的电子。虽然此等准热等离子源(quasithermalplasma source)对于产生所要离子密度是有效的，但其通常仅用于形成原子离子，因为电弧腔内形成高温。由于解离能(dissociation energy)通常较低，所以电弧等离子内的热能往往较高，足以打破分子键(molecular bond)并将馈入气体分解成较小的分子或原子。

已发现对于需要低离子能量的浅植入应用，为了克服有害的空间电荷效应(space-charge effect)并提高离子植入处理的产率，可使用在分子中具有较高含量的活性掺杂剂，如C₂B₁₀H₁₂、B₁₀H₁₄及B₁₈H₂₂，的分子气体。所产生的分子离子可在较高能量下加速，因而防止射束受到空间电荷有害效应的影响。然而，由于其质量较重，所以可执行浅植入(shallow implant)。

对于此类需要在活性掺杂剂中富含分子离子而非掺杂剂原子离子的植入处理，低温等离子源(如RF感应耦合放电)非常适合。在此等放电中，藉由经由天线耦合来自RF产生器的功率来产生等离子。一种此类源为感应耦合等离子源(inductively coupled plasma source，ICP)。流经天线的高RF电流导致振荡磁场，所述磁场根据麦克斯韦的第三电动力学定律(Maxwell’s 3^rdelectrodynamics law)：

$\▿\×\stackrel{\mathrm{\ρ}}{E}=-\∂\stackrel{\mathrm{\ρ}}{B}/\∂\stackrel{\mathrm{\ρ}}{t}$

在有限的空间区(集肤深度)中产生密集电场，其为RF激发频率及气压的函数。由此等电场加速的电子获得足以使气体分子离子化并产生等离子的能量。所产生的等离子并不处于热平衡，因为电子的温度(通常为～2-7eV)远远高于离子或中性粒子温度。

用于离子植入用途的另一潜在等离子源为电子回旋加速器共振(electroncyclotron resonance，ECR)源。ECR源的工作原理使用电子回旋加速器共振来加热等离子。在对应于如下定义的电子回旋加速器共振的频率下将微波(microwave)注射至一体积内。所述体积可含有低压气体。微波可加热气体中的自由电子，所述自由电子又与体积中的气体的原子或分子碰撞并导致离子化。

在冷等离子中，沿磁场传播的波遵循以下分散关系

$N=\sqrt{1\±{\left(\frac{f_{\mathrm{pe}}}{f}\right)}^2\frac{1}{\frac{f_{\mathrm{ce}}}{f}\·\frac{k_{\left|\right|}}{k}\mathrm{\μ}1}}$

其中N为折射率，f_pe＝(n_ee²/4π²ε₀m_e)^1/2为等离子频率(其中n_e、e、ε₀及m_e分别为电子密度、基本电荷、真空的介电常数及电子质量)，f_ce＝eB/27πm_e为电子回旋加速器频率(B为磁场的感应)，k及k_||为总的波数目及平行于磁场的波数目。在分数前蕴含“+”符号的等式对应于右极化波，且另一符号(“-”符号)对应于左极化波。与ECR源相关的是右极化(right hand polarized，RHP)波，因为其可针对不存在截断(cutoff)的磁场强度的任意高的等离子密度传播。更重要的是，RHP波在电子回旋加速器频率下具有共振，其意谓可藉由将功率耦合至电子组件而有效率地加热等离子。对于最常见的微波频率(2.45GHz)，当磁场强度为B＝875高斯时满足共振条件。

由于其简单设计(用于ICP源的螺旋天线，用于ECR源的环形磁铁)，针对此类等离子源采用了圆柱形几何形状。此几何形状的缺点是，等离子在径向上是不均一的，即，等离子柱(plasma column)在放电轴上具有非常尖的密度剖面。此沿着径向方向的不均一等离子密度剖面特性限制了此几何形状对于大面积等离子处理的应用。因此，通常可结合源使用处理(扩散或扩展)腔，使得在等离子源中产生的等离子在处理腔内扩展，且尖密度剖面松弛。然而，虽然所述密度剖面对于有些应用较平滑，但所述密度剖面是不可接受的，因为从图2中可见，其仍会跟踪源中的等离子密度剖面。

因此，可有效使用由ICP和/或ECR等离子源产生的相对高等离子密度并形成宽且均一的带状离子束的离子源自离子植入的角度而言将是有利的。

发明内容

本发明解决了现有技术的问题，本发明描述一种离子源，其能够使用一个或两个ICP或ECR等离子源产生宽带离子束。除了等离子源的外，所述离子源亦包含扩散腔。所述扩散腔为金属圆柱体，其具有沿圆柱体的中心轴定向的提取孔径。以此方式，与等离子源的圆柱形对称相关联的尖径向密度剖面是无关的。

在一个实施例中，位于扩散腔的相对末端上的双ICP或ECR等离子源用于沿扩散腔中的轴向方向产生均一等离子密度，且因此产生均一的所提取的带状离子束。

在另一实施例中，围绕扩散腔的多尖峰磁场用于进一步改良所提取的离子束的均一性。

亦可借助若干独立控制来控制射束均一性，所述控制包含气体流速、输入RF或微波功率、驱动频率，且对于ECR源，所述控制包含用于每一等离子源的轴向磁场剖面的形状。

附图说明

图1显示代表性高电流离子植入器工具的方块图。

图2显示圆柱形对称等离子源的源及扩散腔内的径向等离子密度剖面。

图3显示习知ICP等离子源的主要组件。

图4a显示习知ECR等离子源的主要组件。

图4b显示与图4a中呈现的ECR源相关联的磁场剖面。

图5a显示双ICP等离子源的实施例的侧视图。

图5b显示双ECR等离子源的实施例的侧视图。

图6a显示扩散腔的第一实施例的侧视图。

图6b显示具有一个提取孔径的图6a的扩散腔的横向剖视图。

图6c显示具有多个提取孔径的图6a的扩散腔的横向剖视图。

图6d显示图5a至图5b中显示的离子源的第一实施例的端视图。

图7a显示扩散腔的第二实施例的侧视图。

图7b显示图7a的扩散腔在含有直径且与提取孔径平行的平面内的纵向剖视图。

图7c显示图7a的扩散腔在含有直径及提取孔径的平面内的纵向剖视图。

图7d显示图5a至图5b中显示的离子源的第二实施例的端视图。

图8a为显示轴向磁场感应在共轭ECR等离子源及扩散腔内的分布的图表。

图8b为显示各种ECR等离子与扩散腔组态的代表性轴向等离子密度的图表。

图9显示用于掺杂在硅晶圆上建立的太阳能电池的离子源组态。

图10显示用于掺杂太阳能电池箔的离子源组态。

具体实施方式

图3在纵向剖视图中显示典型ICP等离子源100的主要组件。介电圆柱体110较佳用于容纳低压气体，并允许自天线105至等离子的RF耦合。为了正确运转，较佳将圆柱体内的气压维持在小于20毫托。介电圆柱体110可由任何合适介电材料如石英、派热司玻璃(pyrex)、氧化铝或蓝宝石组成。紧密缠绕着介电圆柱体的是螺旋天线105，其用于将RF功率耦合至等离子的电子组件。天线105较佳由铜管制成以允许冷却，天线105由RF功率源120提供功率。可藉由自动L或PI型匹配网络125来达成与可变等离子阻抗的RF匹配。在其它实施例中，天线105可嵌入于介电圆柱体的壁内。由天线传递的能量用于使介电圆柱体内的气体离子化。ICP源的一个末端由凸缘115终止，凸缘115较佳含有气体入口130，所要的工作气体101以特定流速穿过所述入口引入至腔内。相对的末端是开放的，且较佳具有弹性耦合135，用于将介电圆柱体110连接至金属扩散腔(未图示)。

图4a在纵向剖视图中显示典型ECR等离子源150的主要组件。圆柱体155较佳用于容纳低压气体。为了正确运转，由非磁性材料制成的圆柱体155内的气压较佳将维持在小于20毫托(mTorr)。为了形成电子回旋加速器共振区域，由磁铁160提供必要的磁场，磁铁160最佳为一螺线管或多个轴向对称的螺线管，其能够提供超过1千高斯的轴向磁场。此将允许在典型的2.45GHz微波频率下运行ECR源。然而，在其它RF频率下运行亦是可能的。可由Sm-Co或Nd-Fe-B永久磁铁的堆迭提供较高值的磁场强度。因此，在本发明全文中，磁铁160可理解为表示一或多个螺线管或一永久磁铁组态。ECR源的一个末端由凸缘165终止，凸缘165较佳含有气体入口170，所要的工作气体151以特定流速穿过所述入口引入至腔内。此末端可包含微波耦合器(microwave coupler)(其在此项技术中是众所周知的)及介电窗168，微波157可穿过介电窗168进入圆柱体155。介电窗155可由如石英、氧化铝或蓝宝石等材料制成。此等微波的频率等于电子回旋加速器共振，其由特定轴向位置处的磁场值界定。相对的末端是开放的，且较佳具有弹性耦合180，用于将圆柱体155连接至金属扩散腔。螺线管160由DC电流源(未图示)馈入。电流的流动方向或永久磁铁的定向被选择成使得磁场感应(B)指向圆柱体210的开放末端，因而允许传播RHP波。结合螺线管160使用的□及□符号用于表示电流进入并分别退出纸张的平面的事实。

磁性圆柱体的相对轴向位置可被精确地调整，使得所要电子回旋加速器共振区域将在空间上位于源的开放末端，如图4b中的阴影区域所示。由于微波传播需要高于电子回旋加速器共振值的磁场强度值，所以所述几何形状假设共振区域上游(即，自介电窗朝源的开放末端)的场强度较高。若未能如此，则可能会导致波在到达共振区域的前衰减。

上述等离子源通常产生具有沿圆柱体110、155的中心轴形成尖峰的径向密度剖面的等离子。即使在结合扩散腔使用时，虽然或多或少地变平坦，但扩散腔内的密度剖面仍展现出与图2中所示相同的非均一径向剖面。因此，穿过沿与圆柱体110、155的中心轴正交的轴定向的缝隙(slit)提取离子束产生尖的带状离子束剖面，其在射束的中间部分具有高电流密度，而在射束的周边具有较低的射束电流密度。此特性对于植入用途而言是不可接受的，因为其将产生非均一的植入剂量，且因此产生不良的最终半导体装置。

图5a图示离子源300的第一实施例。两个ICP等离子源(如结合图3所述的ICP等离子源)301、302与扩散腔210轴向配合。扩散腔210较佳具有圆柱体形状，其较佳具有大于介电圆柱体301、302的直径的直径，例如20-50cm。所述ICP源及扩散腔对准，使得中心轴共线；换而言之，所述三个组件是同轴的。提取孔径330位于扩散腔210上，平行于腔的中心轴。提取孔径的高度较佳较小，例如为3-5mm。扩散腔210的长度可经选择而容纳宽度为35cm的带状离子束提取缝隙330，此将允许植入300mm直径的晶圆。因为对于扩散腔的长度不存在限制性条件，所以将准许植入下一代450mm直径晶圆的50cm较宽提取孔径是可能的。

图5b图示等离子离子源300的第二实施例。替代于共轭ICP源，两个ECR等离子源301、302(如结合图4所述的ECR等离子源)与扩散腔210轴向配合。

图6a显示代表性扩散腔的侧视图，而图6b显示可与图5a-5b所示的实施例一起使用的代表性扩散腔的剖视图。如图6b所示，扩散腔210的腔外壳240较佳由铝或类似磁性可渗透材料构造。在特定实施例中，导电衬垫(liner)245围绕腔外壳的内表面放置。此衬垫245(较佳由掺杂的碳化硅或石墨制成)具有两个用途。首先，其用以减少溅射且因此减少来自腔壁240的金属对等离子260及所得的离子束270的可能污染。其次，其导电特性确保对等离子电势的控制。

为了允许提取正离子，所述腔由高电压DC功率源(未图示)在正电势下电偏置。在图6a-6b所示的一个实施例中，单个提取孔径用于在提取光学器件(extraction optics)250的帮助下提取射束。通常提取光学器件250包括一组具有各种电势的电极，其用以自等离子260中提取正离子。图6b显示三极体提取光学器件，但亦可使用四极体或五极体总成。在一个实施例中，此孔径的高度为3mm且长度为350mm，但其它尺寸及组态亦是可能的。在图6c所示的第二实施例中，使用多个平行孔径，从而允许提取多个射束分支(beamlet)275，其进一步组合且产生较长且较高电流的带状离子束270。

如图6a所示，为了改良等离子260的均一性，可使用多尖峰(multicusp)磁性组态，其较佳用沿扩散腔的长度定向的多列永久磁铁棒280(如Sm-Co或Nb-Fe-B)来达成。此等磁铁280安装成使得面向扩散腔210的腔外壳240的外表面的极具有交替的极性。换而言之，一个磁铁列排列成使得北极面向腔外壳240，而位于邻接于所述列的每一侧的列内的磁铁排列成使得其南极面向腔外壳。围绕腔外壳的圆周重复此图案，但非常接近提取孔径230的区中除外。为了在左及右扩散腔壁上封闭尽可能多的磁场线285，可藉由连续地且以将形成图6c所示的径向图案的纵向列的相同的极性放置磁铁280来产生多尖峰场。等离子中的磁场线285的磁场强度B及穿透深度y根据以下等式受具有交替极性的磁铁的圆周分隔d、受磁铁表面处的磁场强度B₀且受磁铁宽度Δ控制：

$B\left(y\right)=\frac{{2B}_0\mathrm{\Δ}}{d}\exp (-\frac{\mathrm{\πy}}{d})$

藉由对此等参数的适当调整，可在腔壁附近形成强磁场，而主体等离子(bulk plasma)没有磁场。以此方式，带电荷的微粒(电子及离子)被磁场线285捕获，且因此导致对腔壁240的较低损耗以及隐含地较高的等离子密度及均一性。可藉由添加一围绕磁铁并形成“轭(yoke)”效应的钢板(steelsheet)290来增加磁场的强度。在Δ＝3/8″且d＝3/4″的正方形剖面形Sm-Co磁铁的一个实施例中，获得距腔壁1.5″处的50G的磁场强度。对于所提议的几何形状，所得的总多尖峰磁场致使等离子260朝提取孔径230偏移。藉由在提取孔径区内无磁场，带电荷的微粒自由地朝提取孔径230移动，且因此可提取高密度离子束。图6b及图6c中藉由虚线显示了主体无磁场的等离子与存在强磁场的区域之间的边界。

在图7a至图7d所示的另一实施例中，产生多尖峰磁场285的永久磁铁棒280排列成圆周图案：一列具有相同极性的磁铁，例如，其中面向腔内部的北极沿腔的圆周放置，但提取孔径所在的圆扇形除外。多尖峰磁场源自于使用交替的磁铁极性，即，纵向距离d分开的邻近圆周列的南极将面向腔的内部，且其北极将面向腔的外部。所述图案藉由将具有交替极性的磁铁沿图7d所示的同心圆放置而在左侧壁及右侧壁上连续。为了保护磁铁免受操作期间产生的热量的损害，可围绕扩散腔放置冷却系统295(图7b至图7c所示)。可将水用作冷却剂，但亦可使用其它冷却液体或气体。

图6及图7图示了两个用于产生多尖峰磁场的代表性组态。对于所述两个实施例，为了防止射束受到不合需要的磁效应的影响，离子束提取区及主体等离子不含磁场，即多尖峰磁场在扩散腔的圆周上延伸，但提取孔径所在的圆扇形除外。本领域技术人员将明白，可使用其它技术及组态来达成此场。

参看图4a及图4b，ECR等离子源301、302在共同扩散腔内注入等离子。由于ECR等离子源中的每一个内的轴向磁场处在相反方向，所以由每一螺线管产生的磁场降低至足够低的值，以使得穿过孔径230提取离子不受干扰是重要的。此可藉由将螺线管抵靠着扩散腔适当放置且藉由左右扩散腔凸缘多尖峰场来部分地达成。由于局部多尖峰场的强度将相对高，所以螺线管在扩散腔内产生的磁场的微弱轴向成份将失效。图8a所示的所得轴向磁场剖面将允许必要的磁场强度以满足每一源中的ECR条件，且同时在扩散腔主体中形成大约为零的轴向磁场，从而允许多尖峰场排斥来自壁的等离子，但同时将其朝提取孔径“推送”。

图8b图示了显示各种组态的等离子密度的代表性图表。标记为“PS1”及“PS2”的线显示了对于仅一个等离子源(ICP或ECR)将等离子注入至扩散腔内的情况，等离子密度随轴向位置而变的代表性关系。请注意，所述密度随距等离子源100的轴向距离的增加而减小。标记为“PS1+PS2”的线显示了两个等离子源均操作(即在共同扩散腔内抽吸等离子)但扩散腔无磁性多尖峰场的组态的等离子密度的代表性图表。请注意，来自个别等离子源的密度加在一起，从而沿扩散腔的轴向方向形成较均一的等离子密度。以此方式，随距第一源301的距离的增加而在扩散腔210内经历的等离子密度的减小被第二等离子源302的存在抵消。标记为“PS1+PS2+MM”的线显示了两个等离子源均在工作且存在磁性多尖峰场的组态的等离子密度的代表性剖面。磁性多尖峰场的存在使等离子均一性的纵向范围延伸。

请注意，虽然较佳实施例使用两个等离子源(ICP或ECR)，但本发明亦预期使用与扩散腔耦合的单个等离子源。在此实施例中，可藉由其它技术来抵消源自沿纵轴的等离子密度减小(对于进入扩散腔内的愈来愈深的位置)的非均一射束剖面，所述其它技术例如为使用具有可变高度(在等离子密度减小的方向上逐渐增加)的提取缝隙，和/或在扩散腔内引入多尖峰磁场组态中的磁场梯度。

上述两种类型的离子源均允许扩散腔内的所得等离子密度以若干方式变化。对于所述两个实施例，由于每一等离子源被独立地馈入有工作气体，且抽真空是藉由共同扩散腔上的提取孔径达成的，所以气体流动进入每一等离子源内的速率可独立改变。此将产生对沿纵向方向的等离子密度剖面的细微调整。

第二，扩散腔内的多尖峰磁场可被调整，以便改良等离子密度的均一性。此可藉由针对表面磁场强度、磁铁棒尺寸及分离间隙选择适当的值来达成。

在ICP源的情况下，用于驱动RF天线的功率可针对每一源独立改变，因而引入另一控制参数。类似地，对于ECR源，所注入的微波功率可独立改变。

在ECR源的情况下，调整等离子密度轴向剖面且隐含地调整射束均一性的额外方法是藉由将每一等离子源内的磁场整形(藉由更改DC电流(在使用螺线管的情形下)或调整空间位置(在使用永久磁铁的情形下))。

对此等控制旋钮中的每一个的微调(fine tuning)将允许提取在延伸的宽度上具有非常良好的均一性的高带状离子束电流。此将允许对大直径晶圆的均一剂量植入。

如上所述，此装置可用于离子植入器。预期可使用此离子源产生数百毫安的宽度为大于350毫米且高达500毫米的均一带状离子束。

然而，其用途并不局限于仅典型离子植入应用。此装置可用于其它应用，例如用于如图9所示掺杂在晶圆上建立的太阳能电池。由于预期的提取电流非常高，所以可迅速地较佳在单遍(single pass)中达成所要掺杂。在此情况下，晶圆510放置于表面上，所述表面例如为传送带(conveyer belt)520，传送带520使晶圆510受到带状离子束270的入射。在一个实施例中，使用机械臂(robotic arm)500将晶圆510放置于传送带520上。在此实施例中，所要的剂量由射束电流及传送带520的速度设定。在植入的后，例如藉由第二机械臂530将晶圆520自带510上取走。

以类似方式，可掺杂如图10所示的太阳能电池箔(foil)400。使用所述离子束源，可使缠绕于两个由电机驱动的卷筒(reel)410、420上的箔400连续穿过真空腔，在所述真空腔处其与射束路径交叉。所述高射束电流将允许快速地较佳在单遍中达成所要的掺杂，剂量由射束电流及卷筒转速设定。图10显示了此处理的简单示意图。图中显示了腔外壳及扩散腔的剖面，其中发射离子束270。为了清晰起见已自图中有意省略了离子源的其它组件，但此组态中存在所述组件。此离子束的形状为带状，其中长尺寸与图10的平面正交。在一个实施例中，太阳能电池箔的宽度等于或略小于所发射的带状离子束的宽度。所述离子束在于扩散腔210的提取孔径下方经过时撞击太阳能电池箔400的一部分。在一个实施例中，经由旋转卷筒410、420来传送太阳能电池箔400。可调整此等卷筒的速度以改变箔400的每一部分曝露于离子束的时间量。

Claims (17)

1.一种离子源，包括：

第一感应耦合等离子源，包括：

第一介电圆柱体，其具有第一中心轴、第一闭合末端及第一开放末端；

第一气体入口，其与所述第一圆柱体连通，所述第一圆柱体用以将第一气体提供至所述第一圆柱体内；以及

第一天线，其围绕所述第一介电圆柱体，所述第一天线用以将RF功率感应耦合至所述第一气体；

第二ICP等离子源，包括：

第二介电圆柱体，其具有第二中心轴、第二闭合末端及第二开放末端；

第二气体入口，其与所述第二圆柱体连通，所述第二气体入口用以将第二气体提供至所述第二圆柱体内；以及

第二天线，其围绕所述第二介电圆柱体，所述第二天线用以将RF功率感应耦合至所述第二气体；以及

腔外壳，其界定扩散腔，所述扩散腔包括第一末端及第二末端，其中所述扩散腔的所述第一末端连通所述第一介电圆柱体的所述开放末端，所述扩散腔的所述第二末端连通所述第二介电圆柱体的所述开放末端及提取孔径，所述提取孔径的一个尺寸远远大于第二尺寸，其中所述较长尺寸与所述第一介电圆柱体的所述第一中心轴平行。

2.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第二中心轴与所述提取孔径的所述较长尺寸平行，且与所述第一介电圆柱体的所述第一中心轴同轴。

3.根据权利要求2所述的离子源，还包括围绕所述腔外壳以形成多尖峰磁场的额外磁铁。

4.根据权利要求2所述的离子源，还包括与所述第一天线连通的第一RF功率源及与所述第二天线连通的第二RF功率源，所述第一RF功率源及所述第二RF功率源每一个用以为对应的天线提供功率。

5.根据权利要求4所述的离子源，其中所述RF功率藉由两个独立匹配网络提供至所述第一天线及第二天线。

6.根据权利要求2所述的离子源，还包括靠近所述提取孔径定位的提取光学器件，其用以便于离子自所述扩散腔退出。

7.一种离子源，包括：

第一电子回旋加速器共振等离子源，包括：

第一圆柱体，其具有第一中心轴、第一闭合末端及第一开放末端；

第一气体入口，其与所述第一圆柱体连通，所述第一气体入口用以将第一气体提供至所述第一圆柱体内；

第一磁铁，其围绕所述圆柱体，所述第一磁铁用以在所述第一圆柱体内产生轴向磁场；以及

第一介电窗，其靠近所述闭合末端，用于将微波引入至所述第一介电圆柱体内，所述微波及所述磁场组合以使所述第一气体离子化；

第二ECR等离子源，包括：

第二圆柱体，其具有第二中心轴、第二闭合末端及第二开放末端；

第二气体入口，其与所述第二圆柱体连通，所述第二气体入口用以将第二气体提供至所述第二圆柱体内；

第二磁铁，其围绕所述第二圆柱体，所述第二磁铁用以在所述第二圆柱体内产生轴向磁场；以及

第二介电窗，其靠近所述第二闭合末端，用于将微波引入至所述第二圆柱体内，所述微波及所述磁场组合以使所述第二气体离子化；以及

腔外壳，其界定扩散腔，所述扩散腔包括第一末端及第二末端，其中所述扩散腔的所述第一末端与所述第一圆柱体的所述开放末端连通，所述扩散腔的所述第二末端与所述第二圆柱体的所述开放末端及提取孔径连通，所述提取孔径的一个尺寸远远大于第二尺寸，其中所述较长尺寸与所述第一圆柱体的所述第一中心轴平行。

8.根据权利要求7所述的离子源，还包括围绕所述腔外壳以形成多尖峰磁场的额外磁铁。

9.根据权利要求7所述的离子源，其中所述第一磁铁及第二磁铁包括螺线管，且所述离子源还包括DC电流源，用以控制由所述螺线管形成的所述磁场。

10.根据权利要求7所述的离子源，其中所述第一磁铁及第二磁铁包括螺线管，且所述离子源还包括第一DC电流源及第二DC电流源，其中所述螺线管中的每一个由对应电流源控制。

11.根据权利要求7所述的离子源，其中所述第一磁铁及第二磁铁包括永久磁铁。

12.根据权利要求7所述的离子源，还包括靠近所述提取孔径的提取光学器件，其用以便于离子自所述扩散腔退出。

13.一种调整离子束均一性的方法，包括：

提供离子源，所述离子源包括：

第一等离子源，其选自由ICP等离子源及ECR等离子源组成的群组，所述第一等离子源包括：

第一圆柱体，其具有第一中心轴、第一闭合末端及第一开放末端；

第一气体入口，其与所述第一圆柱体连通，所述第一气体入口用以将第一气体提供至所述第一圆柱体内；以及

使所述第一气体离子化成等离子的第一构件；

第二等离子源，其选自由ICP等离子源及ECR等离子源组成的群组，所述第二等离子源包括：

第二圆柱体，其具有第二中心轴、第二闭合末端及第二开放末端；

第二气体入口，其与所述第二圆柱体连通，所述第二气体入口用以将第二气体提供至所述第二圆柱体内；以及

使所述第二气体离子化成等离子的第二构件；以及

腔外壳，其界定扩散腔，所述扩散腔包括第一末端及第二末端，其中所述扩散腔的所述第一末端与所述第一圆柱体的所述开放末端连通，所述扩散腔的所述第二末端与所述第二圆柱体的所述开放末端及提取孔径连通，所述提取孔径的一个尺寸大于第二尺寸，其中所述较长尺寸与所述第一介电圆柱体的所述中心轴平行；

调整所述离子源的特性，所述特性选自由与所述使所述第一气体及第二气体离子化的构件相关联的参数以及所述第一气体及第二气体进入所述入口的流速组成的群组。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述等离子源包括ICP等离子源，且其中所述使所述第一气体及第二气体离子化的构件包括：

用第一天线围绕所述第一圆柱体，所述第一天线与第一RF功率源连通；

用第二天线围绕所述第二圆柱体，所述第二天线与第二RF功率源连通；以及

为所述RF功率源供能，藉此为所述天线中的每一个提供功率，且与所述使所述第一气体及第二气体离子化的构件相关联的所述参数包括调整所述RF功率源的输出。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述等离子源包括ECR等离子源，且其中所述使所述第一及第二气体离子化的构件包括：

用第一螺线管围绕所述第一圆柱体；

用第二螺线管围绕所述第二圆柱体；

将电磁波引入至所述第一圆柱体及第二圆柱体内，以及

为DC电流源供能以控制由所述螺线管形成的磁场剖面，其中与所述使所述第一气体及第二气体离子化的构件相关联的所述参数包括调整所述螺线管中的电流。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述等离子源包括ECR等离子源，且其中所述使所述第一及第二气体离子化的构件包括：

用第一永久磁铁围绕所述第一圆柱体；

用第二永久磁铁围绕所述第二圆柱体；

将电磁波引入至所述第一圆柱体及第二圆柱体内，且

其中与所述使所述第一气体及第二气体离子化的构件相关联的所述参数包括调整所述永久磁铁的轴向位置。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述等离子源包括ECR等离子源，且其中所述使所述第一及第二气体离子化的构件包括：

穿过所述第一闭合末端上的第一介电窗将微波注入至所述第一圆柱体内，

穿过所述第二闭合末端上的第二介电窗将微波注入至所述第二圆柱体内，且

其中与所述使所述第一气体及第二气体离子化的构件相关联的所述参数包括调整所述注入至所述第一圆柱体及第二圆柱体内的微波的功率。

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