CN107093542A - 离子源、离子源注入设备及离子分布调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种离子源、离子注入设备及离子源的离子分布调整方法，所述离子源包括：腔室；多个放电部件，设置在腔室内，用于在加载电信号之后产生电子；加速电极，设置在腔室内，用于与放电部件之间产生电场，以对电子加速；磁场产生部件，设置在腔室上，用于在腔室内产生磁场；气体引入部，用于向腔室内引入气体，以与电子碰撞产生离子；及，离子引出部，用于将腔室内的离子引出；离子源还包括：移动机构，放电部件通过移动机构以可移动地方式设置在腔室内。本发明提供的离子源、离子注入设备及离子源的离子分布调整方法能够节省灯丝寿命，节约费用，提升离子束电流密度均一性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及离子注入设备技术领域，尤其涉及一种离子源、离子源注入设备及离子分布调整方法。
背景技术
离子注入机主要用于半导体掺杂工艺，离子注入机的离子源内布置不同位置分布的灯丝，各灯丝分别通过电流源加载数十甚至数百安培的高电流，灯丝周围放出电子；在离子源内壁上装载有ARC电极，作为阳极，将灯丝作为阴极，于是，灯丝与ARC电极之间形成了数千伏电压的电场。离子源的腔室本身还装载有永磁体，腔室内即形成具有一定场强的磁场。灯丝放出来的电子，在电场作用下，产生高速运动，并在磁场作用下产生各种方向的偏转，电子运动过程中与气体分子发生碰撞，产生相应的离子体。以BF3为例，高速运动的电子可能使BF3失去一个电子、失去某种元素、原子、原子团等，从而产生包括BF3+、BF2+、F+、B+等离子混合，再经过偏转磁场的选择，获得掺杂需要的离子种类。
现有的离子源设计中，是根据实验结果布置并固定灯丝位置的，在灯丝放电、ARC电场及偏转磁场的综合作用下，形成了等离子体(plasma)。等离子体在引出、加速电极的作用下，获得加速，在后段偏转磁场的筛选作用下，得到掺杂需要的离子种类，并最终形成离子束。
离子源内离子分布情况取决于灯丝电流，而离子束电流密度的大小取决于引出电压和灯丝电流两方面，而离子束电流密度的均一性取决于灯丝电流平衡。为了获得均衡的电流密度，时常需要调节灯丝电流进行补偿，不同灯丝间电流差异最高可高达20％以上，这样不同灯丝之间存在电流差异既不利于获得较好的电流密度均一性和稳定性，由于灯丝电流变化也不利于灯丝寿命，并且离子源中通常有多根灯丝，当某一根灯丝最先到达使用寿命或者断裂时，需要将多根灯丝同时更换新品，单次更换价格数万元，因此，灯丝均等损耗下，均等达到最大使用寿命，提高灯丝使用率，尤其重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子源、离子注入设备及离子源的离子分布调整方法，其能够节省灯丝寿命，节约费用，提升离子束电流密度均一性和稳定性。
本发明所提供的技术方案如下：
一种离子源，包括：
腔室；
多个放电部件，设置在所述腔室内，用于在加载电信号之后产生电子；
加速电极，设置在所述腔室内，用于与所述放电部件之间产生电场，以对电子加速；
磁场产生部件，设置在所述腔室上，用于在所述腔室内产生磁场；
气体引入部，用于向所述腔室内引入气体，以与电子碰撞产生离子；
及，离子引出部，用于将所述腔室内的离子引出；
所述离子源还包括：移动机构，所述放电部件通过所述移动机构以可移动地方式设置在所述腔室内。
进一步的，所述移动机构包括：
滑动轨道，设置在所述腔室内；
滑块，所述放电部件设置在所述滑块上，所述滑块设置在所述滑动轨道内，并能够沿所述滑动轨道移动；
及，用于驱动所述滑动移动的驱动部件。
进一步的，所述驱动部件包括：
设置在所述滑动轨道上的丝杠，所述滑块设置在所述丝杠内，并能够与所述丝杠配合，沿所述丝杠移动；
及，用于驱动所述丝杠的驱动电机。
进一步的，所述移动机构还包括罩设在所述滑动轨道外的防尘罩。
进一步的，所述滑动轨道为一凹槽状轨道，所述滑块置于所述凹槽状轨道内，且在所述滑块的相对两侧分别设置有能够与所述凹槽状轨道的内壁结构相配合，以在所述滑块移动过程中起密封作用的侧密封组件。
进一步的，每一所述放电部件单独连接一所述移动机构，以使每一所述放电部件能够单独移动位置。
进一步的，所述放电部件包括用于在加载电流之后放出电子的灯丝，所述
灯丝包括：
灯丝本体，所述灯丝本体设置在所述移动机构上，并能够被所述移动机构移动；
灯丝电流源接线柱，设置在所述腔室外；
及，软质连接导线，所述软质连接导线连接所述灯丝本体及所述灯丝电流源接线柱。
一种离子注入设备，包括如上所述的离子源。
一种如上所述的离子源的离子分布调整方法，所述方法包括：
向离子源的多个放电部件上加载电信号，控制所述离子源的腔室内产生离子；
监测当前离子源的腔室内引出的离子束电流密度均一性状态；
根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件的位置。
进一步的，所述方法具体包括：
在所述放电部件包括的灯丝加载电流，以使所述灯丝放出电子，不同灯丝上所加载的电流值的差异值小于等于一预设差异值。
进一步的，所述方法中还包括：根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件上所加载的电信号。
本发明所带来的有益效果如下：
上述方案，将离子源腔室内的放电部件设计为可移动的，通过调整放电部件的位置，可以实现电子可变分布，从而实现杂质离子的可变分布，有利于离子源内引出的离子束电流密度均一性；且由于可通过调整各放电部件的位置来对离子源腔室内的离子分布进行调整，各放电部件上所加载的电信号的差异值可以相同或者差异值很小，这样有利于保证各放电部件上所加载的电信号的平衡，能提升离子束电流密度均一性和稳定性，同时更有利于放电部件寿命，减少了现有技术中因频繁更换耗材所带来的费用浪费。
附图说明
图1表示本发明实施例中提供的离子源的结构示意图；
图2表示本发明实施例中提供的离子源的工作原理示意图；
图3表示本发明实施例中提供的离子源中灯丝的移动机构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中离子源内通过调整灯丝上加载电流差异大，导致离子束电流均一性和稳定性差，灯丝寿命短等技术问题，本发明提供了一种离子源、离子源注入设备及离子源的离子分布调整方法，能够节省灯丝寿命，节约费用，提升离子束电流密度均一性和稳定性。
如图1所示，本发明所提供的离子源包括：
腔室100；
多个放电部件200，设置在所述腔室100内，用于在加载电信号之后产生电子；
加速电极300，设置在所述腔室100内，用于与所述放电部件200之间产生电场，以对电子加速；
磁场产生部件400，设置在所述腔室100上，用于在所述腔室100内产生磁场；
气体引入部(图中未示出)，用于向所述腔室100内引入气体，以与电子碰撞产生离子；
离子引出部(图中未示出)，用于将所述腔室100内的离子引出；
及，移动机构500，所述电子产生组件通过所述移动机构500以可移动地方式设置在所述腔室100内。
上述方案中，将离子源腔室100内的放电部件200设计为可移动的，通过调整放电部件200的位置，可以实现电子可变分布，从而实现杂质离子的可变分布，有利于离子源内引出的离子束电流密度均一性；且由于可通过调整各放电部件200的位置来对离子源腔室100内的离子分布进行调整，各放电部件200上所加载的电信号的差异值可以相同或者差异值很小，这样有利于保证各放电部件200上所加载的电信号的平衡，能提升离子束电流密度均一性和稳定性，同时更有利于放电部件200寿命，减少了现有技术中因频繁更换耗材所带来的费用浪费。
在本发明所提供的实施例中，如图3所示，所述移动机构500包括：
滑动轨道501，设置在所述腔室100上；
滑块502，所述放电部件200设置在所述滑块502上，所述滑块502设置在所述滑动轨道501内，并能够沿所述滑动轨道501移动；
及，用于驱动所述滑动移动的驱动部件。
采用上述方案，通过滑块502与滑动轨道501的配合，来实现对所述放电部件200进行移动的目的。
优选的，如图3所示，所述驱动部件包括：
设置在所述滑动轨道501上的丝杠503，所述滑块502设置在所述丝杠503内，并能够与所述丝杠503配合，沿所述丝杠503移动；
及，用于驱动所述丝杠503的驱动电机(图中未示出)。
采用上述方案，所述驱动电机可以设置在所述滑动轨道501的端部的电机安装座504上，驱动丝杠503，丝杠503与滑块502配合，来实现对滑块502的驱动。这种移动方式，通过丝杠503来驱动滑动移动，对于放电部件200的位置调整精度比较高。所述丝杠503优选为滚珠丝杠。
应当理解的是，在实际应用中，对于所述移动机构500的具体实现方式可并不仅局限于此，还可以采用其他方式。
此外，如图所示，在本发明所提供的优选实施例中，如图3所示，所述移动机构500还包括罩设在所述滑动轨道501外的防尘罩505。
采用上述方案，通过设置所述防尘罩505，可以起到防尘目的，对轨道及滑块502的滑动结构起到保护作用。
此外，如图3所示，在本发明所提供的优选实施例中，所述滑动轨道501为一凹槽状轨道，所述滑块502置于所述凹槽状轨道内，且在所述滑块502的相对两侧分别设置有侧密封组件506，所述侧密封组件506用于与所述凹槽状轨道的内壁结构相配合，以在所述滑块502移动过程中起密封作用。
采用上述方案，通过设置在滑块502两侧的侧密封组件506来与凹槽状轨道的内壁结构相配合，来起到对滑块502的滑动结构进行进一步保护的目的。
此外，如图3所示，在所述滑动轨道501的端部还设置有挡块507，用以对滑块502的运动行程进行限定。
此外，在本发明所提供的优选实施例中，每一所述放电部件200单独连接一所述移动机构500，以使每一所述放电部件200能够单独移动位置。
采用上述方案，每一所述放电部件200可以单独移动位置，可以便于对每一放电部件200的位置进行调节，以实现对离子源腔室100内的离子分布进行调整，而有利于离子源内引出的离子束电流密度均一性。
当然可以理解的是，在实际应用中，可以根据实际需求，一个所述移动机构500也可以同时控制几个放电部件200移动，例如：在所述丝杠503上可以同时设置几个滑块502，每一滑块502上设置有所述放电部件200，通过一根丝杠503可同时驱动几个滑块502移动。
此外，图2所示为本发明所提供的离子源的工作原理示意图，其中为了便于理解，图中仅示意出了一个放电部件。如图2所示，在本发明所提供的优选实施例中，所述放电部件200采用灯丝，各灯丝分别通过电流源加载数十甚至数百安培的高电流，灯丝周围放出电子；所述加速电极300可以采用ARC电极，灯丝可以作为阴极，ARC电极作为阳极，在灯丝与ARC电极之间形成了数千伏电压的电场；所述磁场产生部件400可以采用设置在腔室100内的永磁体，可以在腔室100内产生磁场，灯丝放出来的电子，在电场作用下，产生高速运动，并在磁场作用下产生各种方向的偏转，电子运动过程中与气体分子发生碰撞，产生相应的离子体。以BF3为例，高速运动的电子可能使BF3失去一个电子、失去某种元素、原子、原子团等，从而产生包括BF3+、BF2+、F+、B+等离子混合，再经过偏转磁场的选择，获得掺杂需要的离子种类。
其中，在现有技术中，灯丝固定在腔室100内，在本发明所提供的实施例中，灯丝设计为可移动的结构，具体地，灯丝的连接方式可采用以下方式：
所述灯丝包括灯丝本体、灯丝电流源接线柱及软质连接导线，其中，所述灯丝本体设置在所述移动机构500上，并能够被所述移动机构500移动；所述灯丝电流源接线柱设置在所述腔室100外；所述软质连接导线连接所述灯丝本体及所述灯丝电流源接线柱。
采用上述方案，将现有技术中离子源中灯丝的固定硬性安装方式，改变为将灯丝电流源接线柱与灯丝本体采用软质连接导线连接，可以将灯丝可移动地设置在所述移动机构500上，而将灯丝通过软质连接导线连接于腔室100外部的灯丝电流源接线柱，实现灯丝与电信号加载源之间的连接。
应当理解的是，在实际应用中，所述放电部件200可能并不仅局限于灯丝，所述加速电极300、所述磁场产生部件400等也可采用其他方式来实现；并且，对于所述灯丝与所述移动机构500的具体连接方式也可根据实际需求进行调整。
本发明的实施例中还提供了一种离子注入设备，包括如上所述的离子注入设备。
此外，在本发明的实施例中还提供了一种本发明实施例中所提供的离子源的离子分布调整方法，所述方法包括：
向离子源的多个放电部件200上加载电信号，控制所述离子源的腔室100内产生离子；
监测当前离子源的腔室100内引出的离子束电流密度均一性状态；
根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件200的位置。
上述方法中，可以通过所述离子源内的放电部件200上加载电信号，控制加速电极300、磁场产生部件400、气体引入部及离子引出部等开启电源，进行工作，来使得离子源内产生等离子体，监测当前离子源的腔室100内引出的离子束电流密度均一性状态，并根据所监测得到的当前离子源的腔室100内引出的离子束电流密度均一性信息，来调整各放电部件200的位置，直至所监测到的当前离子源的腔室100内引出的离子束电流密度均一性满足工艺要求为止。
在上述方案中，通过调整各放电部件200的位置，可以实现电子可变分布，从而实现杂质离子的可变分布，有利于离子源内引出的离子束电流密度均一性；且由于可通过调整各放电部件200的位置来对离子源腔室100内的离子分布进行调整，各放电部件200上所加载的电信号的差异值可以相同或者差异值很小，这样有利于保证各放电部件200上所加载的电信号的平衡，能提升离子束电流密度均一性和稳定性，同时更有利于放电部件200寿命，减少了现有技术中因频繁更换耗材所带来的费用浪费。
需要说明的是，在上述方法中，监测当前离子源的腔室100内引出的离子束电流密度均一性状态，具体包括：可以通过观察法拉第杯监测到的离子束电流密度均一性数据(方差)；且根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件200的位置时，使得观察法拉第杯监测到的离子束电流密度均一性数值尽量小时，如，小于一预设值时，则停止调整放电部件200的位置。
并且，优选的，在本发明实施例所提供的方法中，所述方法具体包括：在所述放电部件200包括的灯丝加载电流，以使所述灯丝放出电子，不同灯丝上所加载的电流值的差异值小于等于一预设差异值。
在上述方案中，调节合适的离子引出部的引出电压等参数，并控制各灯丝上所加载的电流值，使得各灯丝上所加载的电流值相同，即，不同灯丝上所加载的电流值的差异值等于0，或者，控制各灯丝上所记载的电流值的差异值接近相同，在一个很小的预设差异值内，对各灯丝位置进行微调，有利于保证各放电部件200上所加载的电信号的平衡，能提升离子束电流密度均一性和稳定性，同时更有利于放电部件200寿命，减少了现有技术中因频繁更换耗材所带来的费用浪费。
此外，优选的，所述方法中还包括：根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件200上所加载的电信号。
采用上述方案，可以在对各放电部件200(如：灯丝)的位置进行调整时，保证各放电部件200上所记载的电信号基本相同的条件下，如：各灯丝上所记载的电流值的差异值小于等于所述预设差异值，对各放电部件200上所加载的电信号也可以进行微调，以进一步提升离子束电流密度均一性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种离子源，包括：
腔室；
多个放电部件，设置在所述腔室内，用于在加载电信号之后产生电子；
加速电极，设置在所述腔室内，用于与所述放电部件之间产生电场，以对电子加速；
磁场产生部件，设置在所述腔室上，用于在所述腔室内产生磁场；
气体引入部，用于向所述腔室内引入气体，以与电子碰撞产生离子；
及，离子引出部，用于将所述腔室内的离子引出；
其特征在于，所述离子源还包括：移动机构，所述放电部件通过所述移动机构以可移动地方式设置在所述腔室内。
2.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，
所述移动机构包括：
滑动轨道，设置在所述腔室内；
滑块，所述放电部件设置在所述滑块上，所述滑块设置在所述滑动轨道内，并能够沿所述滑动轨道移动；
及，用于驱动所述滑动移动的驱动部件。
3.根据权利要求2所述的离子源，其特征在于，
所述驱动部件包括：
设置在所述滑动轨道上的丝杠，所述滑块设置在所述丝杠内，并能够与所述丝杠配合，沿所述丝杠移动；
及，用于驱动所述丝杠的驱动电机。
4.根据权利要求2所述的离子源，其特征在于，
所述移动机构还包括罩设在所述滑动轨道外的防尘罩。
5.根据权利要求2所述的离子源，其特征在于，
所述滑动轨道为一凹槽状轨道，所述滑块置于所述凹槽状轨道内，且在所述滑块的相对两侧分别设置有能够与所述凹槽状轨道的内壁结构相配合，以在所述滑块移动过程中起密封作用的侧密封组件。
6.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，
每一所述放电部件单独连接一所述移动机构，以使每一所述放电部件能够单独移动位置。
7.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，
所述放电部件包括用于在加载电流之后放出电子的灯丝，所述灯丝包括：
灯丝本体，所述灯丝本体设置在所述移动机构上，并能够被所述移动机构移动；
灯丝电流源接线柱，设置在所述腔室外；
及，软质连接导线，所述软质连接导线连接所述灯丝本体及所述灯丝电流源接线柱。
8.一种离子注入设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的离子源。
9.一种如权利要求1至7任一项所述的离子源的离子分布调整方法，其特征在于，所述方法包括：
向离子源的多个放电部件上加载电信号，控制所述离子源的腔室内产生离子；
监测当前离子源的腔室内引出的离子束电流密度均一性状态；
根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述方法具体包括：
在所述放电部件包括的灯丝加载电流，以使所述灯丝放出电子，不同灯丝上所加载的电流值的差异值小于等于一预设差异值。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述方法中还包括：根据监测的所述离子束电流密度均一性状态，调整各所述放电部件上所加载的电信号。
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