CN105470084B - 电子供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子供应系统，包括一腔体，该腔体的侧壁上设置有沿该腔体的长度方向分布的引出单元，该腔体中设置有至少一个阴极，该阴极用于发射电子，该电子供应系统还包括多个环绕于该腔体上的磁性装置，多个磁性装置沿着该腔体的长度方向间隔设置，该些磁性装置的叠加磁场使得：在该腔体中，电子得以在该腔体的长度方向上分布，该引出单元用于引出一部分电子以形成带状电子团。本发明采用一级或多级磁场限制了电子在不理想的方向上的运动，使得绝大部分电子都能沿着带状离子束的宽度方向分布，从而能够用于大尺寸离子束的中和，并且避免电子在形成一定分布之前就撞击损失，使得用于中和的电子始终能有充足的数量。

Description

电子供应系统

技术领域

本发明涉及一种电子供应系统，特别是涉及一种能引出大尺寸的总体呈带状电子团的电子供应系统。

背景技术

在离子注入中，由于空间电荷效应的影响，会使得大尺寸的带状离子束失去均匀性，从而影响后续的注入环节。为了尽可能消除空间电荷效应的影响，业内引入了电子中和的方式，即在离子束的传输过程中，采用电子对其进行中和，以此来缓解空间电荷效应对离子束形态的影响。

现有的中和系统中，采用了PEFG(plasma electron flood gun，等离子电子流枪)来向离子束提供电子以中和离子束中的正电荷。然而，随着加工晶圆的尺寸越来越大，越来越需要大尺寸的带状离子束，例如宽度达到450mm以上的带状离子束。

对于使用大尺寸的带状离子束的情况而言，希望用于中和的电子也能在离子束的宽度方向上尽可能均匀地覆盖离子束的整个宽度，并且在离子束宽度方向上的电子密度也能尽可能均匀。而现有的PEFG一般针对的是束斑形状的离子束，显然难以提供大尺寸的均匀电子流，无法适用于大尺寸离子束的正电荷中和。

此外，虽然也有一些中和装置考虑到了带状离子束的应用场合，采用了长条状的狭缝来引出电子，然而引出的电子依然难以覆盖较大尺寸的带状离子束(例如450mm以上)。并且，由于离子束的宽度较宽，除了要保证在宽度方向上的均匀性之外，还希望电子的数量也能比较充足。而为了增加电子的数量，现有的做法是增加电子产生装置中的偏置电压，同时在中和系统中充入气体，利用碰撞产生更多电子。然而，这又产生了一个问题，很多电子在还没有在长度方向上(即带状离子束的宽度方向)形成一定分布之后，就撞击到中和系统的腔体的腔壁损失掉了。

另外，为了形成能够覆盖较宽离子束的电子团，而增加电子产生系统的数量，不仅提高了成本，也加大了整个系统的复杂度。

为此，希望能找到一种电子供应系统，既能形成在一定长度范围内覆盖带状离子束宽度的电子团，并且不至于在形成较大长度分布之前就撞击到中和系统的腔体，继而保证电子有充足的数量可以用于大尺寸离子束的中和。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的PEFG大多针对形状为束斑的束流、难以在较大尺寸的宽度上覆盖离子束的缺陷，提供一种适用于大尺寸离子束中和的电子供应系统，其采用一级或多级磁场限制了电子在不理想的方向上的运动，使得绝大部分电子都能沿着带状离子束的宽度方向分布，从而能够用于大尺寸离子束的中和，并且避免电子在形成一定分布之前就撞击损失，使得用于中和的电子始终能有充足的数量。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种电子供应系统，其特点在于，其包括一腔体，该腔体中填充有气体，该腔体的侧壁上设置有沿该腔体的长度方向分布的引出单元，该腔体中设置有至少一个阴极，该阴极用于发射电子，

该电子供应系统还包括多个环绕于该腔体上的磁性装置，多个磁性装置沿着该腔体的长度方向间隔设置，该些磁性装置的叠加磁场使得：在该腔体中，电子得以在该腔体的长度方向上分布，

该引出单元用于引出一部分电子以形成沿长度方向分布的电子团作为中和区，该带状电子团的长度方向与该腔体的长度方向一致(所谓的带状电子团即是指沿着腔体的长度方向上电子会形成一定分布，从而形成一个沿着腔体长度方向的电子富集区，该电子富集区中有一定数量的电子，该些电子将用于离子束中正电荷的中和)，由于大尺寸分布的电子富集区的存在，能有效地中和带状离子束。

其中该带状电子团的长度大于等于该带状离子束的宽度，该带状离子束的宽度方向与该腔体的长度方向一致，该带状离子束的束流方向垂直于该腔体的长度方向。

在磁性装置的叠加磁场的作用下，电子能够在腔体的长度方向上分布，这样引出单元引出的电子团就能用于中和尺寸较大的带状离子束了。

优选地，该些磁性装置的叠加磁场用于限制电子在纵向上的运动，该纵向为垂直于该腔体的长度方向的方向。

在磁场的作用下，绝大部分电子不会在该纵向上运动，那么电子撞击腔体侧壁而造成的损失就会大大减少，从而保证有足够量的电子来中和大尺寸带状离子束中的正电荷。

优选地，该阴极的数量为一个，在该腔体的长度方向上，该阴极置于该腔体的中部，该些磁性装置的设置位置呈轴对称分布，对称轴垂直于该腔体的长度方向且穿过该阴极，

其中，该叠加磁场在该腔体的长度方向上呈周期性的空间分布，并且相邻两个磁性装置形成的磁场使得：部分电子得以被限制在相邻两个磁性装置之间的空间中。这里所说的部分电子是能量较低的电子，其被限制于相邻两个磁性装置之间的空间中，而能量较高的电子会在腔体的长度方向上运动，这样所有的电子就能在腔体的长度方向上形成一定分布，同时又能保证长度方向上各处的电子密度。这里的周期性是指磁场强度沿着长度方向呈周期性的空间分布。

优选地，该阴极的数量为一个，在该腔体的长度方向上，该阴极置于该腔体的中部，该些磁性装置的设置位置呈轴对称分布，对称轴垂直于该腔体的长度方向且穿过该阴极，

其中，在该腔体的长度方向上，自该阴极至远离该阴极的方向上，磁性装置的磁场强度依次递减，部分电子沿着该腔体的长度方向自磁场强度强的位置向磁场强度弱的位置运动，

并且相邻两个磁性装置形成的磁场使得：另一部分电子得以被限制在相邻两个磁性装置之间的空间中。

由于在该腔体的长度方向上磁场强度存在一定差异，而电子会从磁场强度较强的位置向磁场强度较弱的位置移动，那么即使腔体的长度比较长，也能够保证电子在长度方向上各个位置的密度，并且形成较长的沿腔体长度方向分布的等离子体，从而提供沿腔体长度方向分布的电子，形成大尺寸的电子富集区。

优选地，阴极的数量为多个，该些阴极沿着该腔体的长度方向分布，且该阴极设置于该磁性装置所产生的磁场的最大磁场强度处。

优选地，该阴极的数量和该磁性装置的数量一致，且每个阴极的设置位置与每个磁性装置一一对应。

优选地，该磁性装置为电磁铁，该电磁铁的线圈上的电流是可调的。通过调节通过线圈的电流来调节该磁性装置周围的磁场强度，从而调整腔体中等离子体的密度，由此来调整电子团中电子的位置分布和密度分布。

优选地，该引出单元的长度大于等于该带状离子束的宽度；

和/或，该腔体作为阳极。

优选地，该引出单元为一长条状的槽孔或者多个沿着该腔体的长度方向排列的通孔。

优选地，该电子包括阴极发射的初级电子以及初级电子撞击气体分子而产生的次级电子。

在腔体中填充有气体，在初级电子的撞击下腔体中会形成等离子体，通过磁性装置的作用，等离子体不仅仅位于阴极附近的区域，而是会沿着腔体的长度方向分布充满腔体的全部空间。而在次级电子和等离子体共同的作用下，能够保证电子团沿着腔体的长度方向分布，由此可以用于中和大尺寸的带状离子束。

优选地，沿着该腔体的长度方向，该些磁性装置的位置是可调的。通过调节磁性装置的位置来调节该磁性装置周围的叠加磁场的磁场强度和磁场强度的分布，从而调整腔体中等离子体的密度，由此来调整电子团中电子的位置分布和密度分布。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

1、采用了一级磁场或多级磁场对电子施加束缚，保证绝大部分电子能沿着腔体的长度方向运动，从而在腔体的长度方向上形成一定分布，由此形成了得以覆盖带状离子束的宽度方向的大尺寸电子团。

2、由于磁场的束缚，使得绝大部分电子不会在垂直于腔体的长度方向上运动，也就尽可能避免了电子撞击腔体的腔壁而造成的数量的损失，使得在应用大尺寸离子束时，也能保证用于中和的电子始终数量充足。

3、磁性装置的磁场强度大小是可调的，由此可以根据需要调整磁场的分布从而调整电子的分布，使其可以适应不同情况的离子束。

4、阴极的数量和设置位置可以根据离子束的情况灵活调整，通过采用多个阴极，并且在每个阴极的位置处设置磁性装置，可以使得电子团的长度达到相当长的尺寸(例如达到1.5m)，由此可以覆盖超大尺寸的带状离子束。

附图说明

图1为本发明实施例1的电子供应系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1的电子供应系统的腔体中阴极设置示意图。

图3为本发明实施例1的电子供应系统工作时电子的运动方向示意图。

图4为本发明实施例1的采用电子中和带状离子束中正电荷的示意图。

图5为本发明实施例3的模拟所得的电子运动轨迹示意图。

图6为本发明实施例4的电子供应系统的腔体中阴极设置示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

参考图1和图2，本实施例所述的电子供应系统包括一腔体1，该腔体中填充有气体，该腔体1的侧壁上设置有沿该腔体的长度方向(x方向)分布的引出单元，本实施例中引出单元为沿着x方向排布的多个通孔11，该腔体1中设置有一个阴极3，该阴极3用于发射电子，

该电子供应系统还包括多个环绕于该腔体上的磁性装置20、21(与阴极位置相对应的磁性装置以20表示，其他位于磁性装置20两侧的磁性装置以21表示)，多个磁性装置沿着该腔体的长度方向间隔设置，该些磁性装置的叠加磁场使得：在该腔体中，电子得以在该腔体的长度方向上分布，

该引出单元用于引出一部分电子以形成带状电子团，该带状电子团的长度方向与该腔体的长度方向一致，该带状电子团用于中和带状离子束，

其中该带状电子团的长度大于等于该带状离子束的宽度，该带状离子束的宽度方向与该腔体的长度方向一致，该带状离子束的束流方向垂直于该腔体的长度方向。

在图1和图2所示的实施例中，阴极3设置于腔体1的中部，并且与阴极3的位置相对应的腔体上环绕有磁性装置20，另外的磁性装置21的设置位置呈轴对称分布，对称轴垂直于该腔体的长度方向且穿过该阴极3，

其中，该叠加磁场在该腔体的长度方向上呈周期性分布，并且相邻两个磁性装置形成的磁场使得：部分电子得以被限制在相邻两个磁性装置之间的空间中。这样，绝大部分电子就不会沿着y方向运动而撞击腔体的侧壁造成损失(当然，这里所说的限制自然是指尚未有离子束经过通孔11上方时的情况，当有离子束经过时，由于离子束中正电荷的关系，电子会在正电荷或电场的作用下自腔体中引出，从而实现中和)。

参考图3，由于叠加磁场的作用，电子4得以在x方向上形成一定分布，并且在y方向上的运动被限制(那么大部分电子就不会撞击腔体侧壁损失)，那么当通孔11的位置上方有带状离子束(该带状离子束的束流方向为z方向，即垂直于纸面；带状离子束的宽度方向为x方向)经过时，在x方向上形成一定分布的电子就会自通孔11被引出从而形成带状电子团，继而用于中和带状离子束中的正电荷。

参考图4，以附图标记5表示带状离子束，带状离子束5的束流方向是z方向，电子4会在正电荷的吸引下从腔体中被引出，并且用于中和带状离子束5中的正电荷。为了图示的简洁清楚，仅仅示出局部离子束和局部的电子。

实施例2

实施例2的基本原理与实施例1相同，不同之处仅在于：

本实施例中引出单元为一长条状的槽孔，该槽孔的长度方向与该腔体的长度方向一致，并且该磁性装置为电磁铁，该电磁铁的线圈上的电流是可调的。

其余未提及之处参照实施例1。

实施例3

实施例3的基本原理与实施例1相同，不同之处仅在于：

本实施例中，该阴极的数量为一个，在该腔体的长度方向上，该阴极置于该腔体的中部，该些磁性装置的设置位置呈轴对称分布，对称轴垂直于该腔体的长度方向且穿过该阴极，

其中，在该腔体的长度方向上，自该阴极至远离该阴极的方向上，磁性装置的磁场强度依次递减，部分电子沿着该腔体的长度方向自磁场强度强的位置向磁场强度弱的位置运动，

并且相邻两个磁性装置形成的磁场使得：另一部分电子得以被限制在相邻两个磁性装置之间的空间中。

参考图5，曲线为采用Lorentz(软件名称)模拟所得的电子的运动轨迹，其余附图标记沿用实施例1的附图标记。根据软件模拟的结果可以看出，区域A处的电子因为发生碰撞，继而在磁场的作用下被限制于相邻的磁性装置之间，并且还有一部分电子在腔体的长度方向上运动，由此形成了：一部分电子沿着腔体的长度方向运动，另一部分电子则被限制于相邻的磁性装置之间。这样，就实现了电子能够沿着腔体的长度方向形成一定分布，同时又不会向垂直于长度方向的方向运动而撞击侧壁造成损失。

也就是说，本实施例中，电子包括阴极发射的初级电子以及初级电子撞击气体分子而产生的次级电子。

其余未提及之处参照实施例1。

实施例4

实施例4的基本原理与实施例1相同，不同之处仅在于：

参考图1和图6，本实施例的电子供应系统的外观依然参考图1，即腔体1上环绕的磁性装置的分布与图1相同，不同之处在于腔体中阴极的设置，本实施例中阴极有多个，数量和磁性装置的数量一致，设置位置也相对应。

这样，每个阴极都会发射电子，而电子在碰撞中又会产生次级电子，这样通过设置了多个阴极，电子的数量就会非常充足，而且可以采用长度相对较长的腔体，合理的分布多个阴极和磁性装置，这样引出的带状电子团的长度甚至可以达到1.5m，能够用于超大尺寸带状离子束的中和。

其余未提及之处参照实施例1。

本发明采用了一级磁场或多级磁场对电子施加束缚，保证绝大部分电子能沿着腔体的长度方向运动，从而在腔体的长度方向上形成一定分布，由此形成了得以覆盖带状离子束的宽度方向的带状电子团。将本发明的电子供应系统应用于形成大尺寸离子束的离子注入设备中，可以消除空间电荷效应对大尺寸离子束的影响，使得注入前的离子束依然具有较好的均匀性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子供应系统，其特征在于，其包括一腔体，该腔体中填充有气体，该腔体的侧壁上设置有沿该腔体的长度方向分布的引出单元，该腔体中设置有一个阴极，该阴极用于发射电子，

该电子供应系统还包括多个环绕于该腔体上的磁性装置，多个磁性装置沿着该腔体的长度方向间隔设置，该些磁性装置的叠加磁场使得：在该腔体中，电子得以在该腔体的长度方向上分布，

该引出单元用于引出一部分电子以形成带状电子团，该带状电子团的长度方向与该腔体的长度方向一致，该带状电子团用于中和带状离子束，

其中该带状电子团的长度大于等于该带状离子束的宽度，该带状离子束的宽度方向与该腔体的长度方向一致，该带状离子束的束流方向垂直于该腔体的长度方向。

2.如权利要求1所述的电子供应系统，其特征在于，该些磁性装置的叠加磁场用于限制电子在纵向上的运动，该纵向为垂直于该腔体的长度方向的方向。

3.如权利要求1所述的电子供应系统，其特征在于，该阴极的数量为一个，在该腔体的长度方向上，该阴极置于该腔体的中部，该些磁性装置的设置位置呈轴对称分布，对称轴垂直于该腔体的长度方向且穿过该阴极，

其中，该叠加磁场在该腔体的长度方向上呈周期性分布，并且相邻两个磁性装置形成的磁场使得：部分电子得以被限制在相邻两个磁性装置之间的空间中。

4.如权利要求1所述的电子供应系统，其特征在于，在该腔体的长度方向上，该阴极置于该腔体的中部，该些磁性装置的设置位置呈轴对称分布，对称轴垂直于该腔体的长度方向且穿过该阴极，

其中，在该腔体的长度方向上，自该阴极至远离该阴极的方向上，磁性装置的磁场强度依次递减，部分电子沿着该腔体的长度方向自磁场强度强的位置向磁场强度弱的位置运动，

并且相邻两个磁性装置形成的磁场使得：另一部分电子得以被限制在相邻两个磁性装置之间的空间中。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的电子供应系统，其特征在于，该磁性装置为电磁铁，该电磁铁的线圈上的电流是可调的。

6.如权利要求1-4中任意一项所述的电子供应系统，其特征在于，该引出单元的长度大于等于该带状离子束的宽度；

和/或，该腔体作为阳极。

7.如权利要求1-4中任意一项所述的电子供应系统，其特征在于，该引出单元为一长条状的槽孔或者多个沿着该腔体的长度方向排列的通孔。

8.如权利要求1-4中任意一项所述的电子供应系统，其特征在于，该电子包括阴极发射的初级电子以及初级电子撞击气体分子而产生的次级电子。

9.如权利要求1所述的电子供应系统，其特征在于，沿着该腔体的长度方向，该些磁性装置的位置是可调的。