CN104979152A - 一种离子注入设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种离子注入设备，该设备包括真空腔和快门控制器，还包括设置在真空腔内的离子发射装置、靶室和快门装置，离子发射装置用于发射离子流对靶室内的材料进行离子注入，快门装置在快门控制器的控制下打开或关闭，以控制离子流的注入量，由于快门装置的相应速度能够达到毫秒级，相对于通过启停控制的传统的离子输入设备的秒量级的精确度来说，能够对离子束的注入时间进行更为精确的控制，从而能够解决现有的离子注入设备无法满足对注入时间进行更高精度的控制需求的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种离子注入设备。
背景技术
离子注入是一种将离子在电场里加速、并嵌入到另一固体里的材料科学，广泛应用于材料改性工程领域，该过程能够改变固体的物理、化学或电子性质。对材料进行离子注入的离子注入设备主要由离子源、质量分析器、加速器和靶室等组成。其中，离子源用于将需要注入的元素的气态粒子电离成离子，再通过质量分析器筛选出需要的离子，经加速器对离子进行加速并最终引至靶室注入到所需要改性的材料上。
传统的离子注入设备在控制注入剂量时主要是利用束流积分仪的工作原理为将注入离子束转化为脉冲信号，通过对计数脉冲来显示来控制注入的剂量。由于整个离子注入过程需要多个器件进行配合动作，因此启停的惯性较大，导致注入时间的精确度不高，一般最高注入时间的精确度为秒量级，无法满足对注入时间进行更高精度的控制需求。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种离子注入设备，用于对材料进行离子注入，以解决现有的进行离子注入的设备无法满足对注入时间进行更高精度的控制需求的问题。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种离子注入设备，包括真空腔、离子发射装置、靶室、快门装置和快门控制器，其中：
所述离子发射装置设置在所述真空腔内；
所述靶室设置在所述真空腔内，且与所述离子发射装置的离子发射口相对应，用于容纳待离子注入的材料；
所述快门装置设置在所述真空腔内，所述快门装置的光圈位于所述离子发射装置的离子发射路径上；
所述快门控制器与所述快门装置相连接，用于控制所述光圈打开或关闭。
可选的，所述快门装置为电控快门装置。
可选的，所述离子注入设备为高剂量型离子注入设备。
可选的，所述离子发射装置包括离子源、质量分析器、加速器、四级透镜和扫描系统。
可选的，还包括密封装置，所述快门装置与所述快门控制器通过所述密封装置相连接。
可选的，所述密封装置为法兰装置。
可选的，所述快门控制器输出的控制信号包括打开控制信号和遮挡控制信号，其中：
所述打开控制信号为高电平信号；
所述遮挡控制信号为低电平信号。
可选的，所述离子发射装置发射的离子束流为氮离子束流，所述材料为金刚石材料。
从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种离子注入设备，该设备包括真空腔和快门控制器，还包括设置在真空腔内的离子发射装置、靶室和快门装置，离子发射装置用于发射离子流对靶室内的材料进行离子注入，快门装置在快门控制器的控制下打开或关闭，以控制离子流的注入量，由于快门装置的相应速度能够达到毫秒级，相对于通过启停控制的传统的离子输入设备的秒量级的精确度来说，能够对离子束的注入时间进行更为精确的控制，从而能够解决现有的离子注入设备无法满足对注入时间进行更高精度的控制需求的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种离子注入设备的示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种真空注入设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种离子注入设备的示意图。
如图1所示，本实施例提供的离子注入设备包括真空腔10、离子发射装置20、靶室30、快门装置40和快门控制器50。其中，离子发射装置20、靶室30和快门装置40均设置在该真空腔10内。
真空腔10为离子注入提供一个高真空的环境，当然为了使真空腔内的环境达到真空并达到一定的真空度，还需要配置相应的抽真空装置，由于几乎所有的真空注入设备均配置有该抽真空装置，因此在申请中就不再赘述。
离子发射装置20用于发射对材料进行注入的离子流，本实施例中的离子发射装置为用于对金刚石材料进行离子注入的氮离子发射装置。离子发射装置20一般包括离子源、质量分析器、加速器、四极透镜、扫描系统。
离子源是用于将气体电离成目标离子的装置。它使中性原子、分子或原子团簇电离，并从中引出离子束。离子源根据原理不同分为电子碰撞型和固体表面电离型。电子碰撞型离子源靠具有一定动能的电子撞击气体分子产生等离子体，再用电场从等离子体中引出离子束。
所有的离子源都包含放电室、放电物质与功率的导入元件、维持放电稳定和离子寿命的约束电场或磁场结构、离子引出和抽气系统等五大部分。
离子源结构中主要元件的包括阴极、约束场、放电功率源和引出结构。阴极的种类包括冷阴极、热阴极、空心阴极、等离子体阴极等；约束场分为永磁体、超导磁场、磁镜场、会切场、均匀磁场、静电阱等；放电功率源的种类包括射频、微波、电子束等；引出结构分为轴向或侧向、膨胀杯、多孔或多电极等。
质量分析器的作用是将不同荷质比的离子分开，起到筛选离子的作用，目前使用的质量分析器主要包括磁偏转式质量分析器和四极杆式质量分析器。磁偏转式质量分析器的工作原理是在离子源中被加速而具有一定动能的离子进入分析器后，受到磁场力的作用，将在磁场中做匀速圆周运动，由于检测器的位置是固定的，只有一定荷质比的离子可以到达检测器。
加速器是通过静电场将目标离子加速的装置。
四级透镜是电磁透镜中的一种，是电磁线圈产生的磁场构成的透镜，通过轴对称的非均匀的磁场让电子束折射，从而产生电子束的会聚与发散。
扫描系统的作用是使注入的离子均匀分布。
靶室30用于放置需要进行加工改性的材料。其与离子发射装置20的离子发射口相对应，以保证从该离子发射口发出的离子流能够照射到放置在该靶室30的材料上。
快门装置40设在离子发射装置20与靶室30之间。快门装置40一般用于照相机上，用于控制光通量和曝光时间，由于离子流的性质与光线的性质差不多，因此专用在这里对离子流进行导通或遮挡。
快门控制器50通过导线与快门装置40相连接，通过相应的控制信号对快门装置的光圈41进行打开操作或关闭操作，当光圈41打开时，离子发射装置20发射的离子流能够通过该光圈41照射在靶室30的材料上；当光圈41关闭时，离子流就会被光圈41所遮挡。随着科学技术的发展，现在的快门装置的开关速度在毫秒级以上，因此能够以极快的响应速度对离子流进行遮挡或导通。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种离子注入设备，该设备包括真空腔和快门控制器，还包括设置在真空腔内的离子发射装置、靶室和快门装置，离子发射装置用于发射离子流对靶室内的材料进行离子注入，快门装置在快门控制器的控制下打开或关闭，以控制离子流的注入量，由于快门装置的相应速度能够达到毫秒级，相对于通过启停控制的传统的离子输入设备的秒量级的精确度来说，能够对离子束的注入时间进行更为精确的控制，从而能够解决现有的离子注入设备无法满足对注入时间进行更高精度的控制需求的问题。
以对金刚石材料制备氮-空位缺陷为例。实验需求氮离子转变为氮-空穴缺陷的产率为1％，实验需求缺陷-缺陷平均间距≥300nm，所以满足实验需求的氮离子注入剂量为≤1011cm-2。而现有大部分的离子注入设备最低注入剂量为1013cm-2，因为无法满足实验需求的注入量。而本申请提供的离子注入设备的最低注入剂量能够达到≤1010cm-2，因此能够很好地满足实验的需求。
本申请提供的离子注入设备除了包括上述部件以外，还包括设置在真空腔10外的手动操纵面板11和束流积分仪12。控制面板用于对该离子注入设备进行手动操作和控制；束流积分仪12用于将注入的离子束转化为脉冲信号，通过对脉冲信号的计数来统计注入的离子的数量。
本申请中的快门装置40优选电控快门装置，其中设置有电磁阀等驱动部件、用于根据快门控制器50输出的控制信号对光圈41的开闭进行控制，控制信号包括打开控制信号和遮挡控制信号，以分别控制光圈41打开或关闭，打开控制信号为高电平信号，遮挡控制信号为低电平信号。
当本离子注入设备为高剂量型离子注入设备时，由于其本身的离子流量较大，因此如果在不添加快门装置的情况下无法进行低剂量注入，而由于快门装置能够提供毫秒级的开关，因此使离子注入设备在添加快门装置后能够进行低剂量的离子注入。
实施例二
图2为本申请另一实施例提供的一种离子注入设备的示意图。
如图2所示，本实施例提供的离子注入设备是在上一实施例的基础上增设了密封装置60。
由于快门装置40位于真空腔10内，而快门控制器50位于真空腔10外，而两者还需要通过导线进行连接以传输相应的控制信号，为了使导线在穿过真空腔10的外壁时不至于影响真空腔10的密封性，因此通过密封装置60使导线通过该真空腔10的外壁能够为真空腔10提供安全可靠的密封性。
该密封装置60优选法兰装置，法兰装置利用螺栓固定在真空腔10的外壁上，从而为导线提供安全密封的通道。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种离子注入设备，其特征在于，包括真空腔、离子发射装置、靶室、快门装置和快门控制器，其中：
所述离子发射装置设置在所述真空腔内；
所述靶室设置在所述真空腔内，且与所述离子发射装置的离子发射口相对应，用于容纳待离子注入的材料；
所述快门装置设置在所述真空腔内，所述快门装置的光圈位于所述离子发射装置的离子发射路径上；
所述快门控制器与所述快门装置相连接，用于控制所述光圈打开或关闭。
2.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，所述快门装置为电控快门装置。
3.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，所述离子注入设备为高剂量型离子注入设备。
4.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，所述离子发射装置包括离子源、质量分析器、加速器、四级透镜和扫描系统。
5.如权利要求1～4任一项所述的离子注入设备，其特征在于，还包括密封装置，所述快门装置与所述快门控制器通过所述密封装置相连接。
6.如权利要求5所述的离子注入设备，其特征在于，所述密封装置为法兰装置。
7.如权利要求5所述的离子注入设备，其特征在于，所述快门控制器输出的控制信号包括打开控制信号和遮挡控制信号，其中：
所述打开控制信号为高电平信号；
所述遮挡控制信号为低电平信号。
8.如权利要求5所述的离子注入设备，其特征在于，所述离子发射装置发射的离子束流为氮离子束流，所述材料为金刚石材料。
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|---|---|
| CN (1) | CN104979152A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112635280A (zh) * | 2020-12-12 | 2021-04-09 | 北京烁科中科信电子装备有限公司 | 一种离子注入机束流与剂量测控装置及方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4361762A (en) * | 1980-07-30 | 1982-11-30 | Rca Corporation | Apparatus and method for neutralizing the beam in an ion implanter |
| JPH05128997A (ja) * | 1991-11-06 | 1993-05-25 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
| JPH06150874A (ja) * | 1992-11-05 | 1994-05-31 | Nippon Steel Corp | イオン注入方法及びイオン注入装置 |
| JPH08106875A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Hitachi Ltd | イオン注入装置および方法 |
| US5767522A (en) * | 1996-07-30 | 1998-06-16 | Nec Corporation | Ion-implantation system using split ion beams |
| JPH11339706A (ja) * | 1998-05-26 | 1999-12-10 | Sony Corp | イオン注入装置及び方法 |
| CN1397151A (zh) * | 2000-02-01 | 2003-02-12 | 英特维克公司 | 等离子体加工系统和方法 |
| US6822395B2 (en) * | 2002-09-03 | 2004-11-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Devices for controlling electron emission in plasma flood system |
| CN101393860A (zh) * | 2007-09-21 | 2009-03-25 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体片的制造方法 |
| CN101517726A (zh) * | 2006-09-27 | 2009-08-26 | 应用材料股份有限公司 | 基材固持设备 |
| CN103909352A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-09 | 北京理工大学 | 基于局部离子注入实现电子状态调控的飞秒激光加工方法 |
| CN203930077U (zh) * | 2014-04-28 | 2014-11-05 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 含混合离子束流的h+离子截面信号采集系统 |
| CN104465296A (zh) * | 2013-09-13 | 2015-03-25 | 岛津分析技术研发（上海）有限公司 | 离子传输装置以及离子传输方法 |
| CN204265833U (zh) * | 2014-11-29 | 2015-04-15 | 深圳市炬宇泰科技有限公司 | 真空离子镀膜系统 |
| CN204265829U (zh) * | 2014-11-29 | 2015-04-15 | 深圳市炬宇泰科技有限公司 | 真空离子镀膜机 |
-
2015
- 2015-07-28 CN CN201510455853.9A patent/CN104979152A/zh active Pending
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4361762A (en) * | 1980-07-30 | 1982-11-30 | Rca Corporation | Apparatus and method for neutralizing the beam in an ion implanter |
| JPH05128997A (ja) * | 1991-11-06 | 1993-05-25 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
| JPH06150874A (ja) * | 1992-11-05 | 1994-05-31 | Nippon Steel Corp | イオン注入方法及びイオン注入装置 |
| JPH08106875A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Hitachi Ltd | イオン注入装置および方法 |
| US5767522A (en) * | 1996-07-30 | 1998-06-16 | Nec Corporation | Ion-implantation system using split ion beams |
| JPH11339706A (ja) * | 1998-05-26 | 1999-12-10 | Sony Corp | イオン注入装置及び方法 |
| CN1397151A (zh) * | 2000-02-01 | 2003-02-12 | 英特维克公司 | 等离子体加工系统和方法 |
| US6822395B2 (en) * | 2002-09-03 | 2004-11-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Devices for controlling electron emission in plasma flood system |
| CN101517726A (zh) * | 2006-09-27 | 2009-08-26 | 应用材料股份有限公司 | 基材固持设备 |
| CN101393860A (zh) * | 2007-09-21 | 2009-03-25 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体片的制造方法 |
| CN104465296A (zh) * | 2013-09-13 | 2015-03-25 | 岛津分析技术研发（上海）有限公司 | 离子传输装置以及离子传输方法 |
| CN103909352A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-09 | 北京理工大学 | 基于局部离子注入实现电子状态调控的飞秒激光加工方法 |
| CN203930077U (zh) * | 2014-04-28 | 2014-11-05 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 含混合离子束流的h+离子截面信号采集系统 |
| CN204265833U (zh) * | 2014-11-29 | 2015-04-15 | 深圳市炬宇泰科技有限公司 | 真空离子镀膜系统 |
| CN204265829U (zh) * | 2014-11-29 | 2015-04-15 | 深圳市炬宇泰科技有限公司 | 真空离子镀膜机 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112635280A (zh) * | 2020-12-12 | 2021-04-09 | 北京烁科中科信电子装备有限公司 | 一种离子注入机束流与剂量测控装置及方法 |
| CN112635280B (zh) * | 2020-12-12 | 2024-02-23 | 北京烁科中科信电子装备有限公司 | 一种离子注入机束流与剂量测控装置及方法 |
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