CN107430968A - 用于离子源的集成提取电极操纵器 - Google Patents

Abstract

模块化离子源和提取设备200包括选择性地电连接到电压电位的离子源室202，其中离子源室包括提取孔203。提取电极206位于靠近离子源室的提取孔的位置，其中提取电极被配置为从离子源室提取离子，并且可以电接地。一个或多个连杆208可操作地连接到离子源室，并且一个或多个绝缘体210将提取电极连接到相应的一个或多个连杆，其中一个或多个绝缘体使相应的一个或多个连杆与提取电极电绝缘，其中提取电极与离子源室电绝缘。一个或多个致动器212、218、220可操作地将一个或多个连杆连接到离子源室，其中一个或多个致动器被配置成使一个或多个连杆相对于所述离子源室平移，其中使提取电极在一个或多个轴线上平移。

Description

用于离子源的集成提取电极操纵器

技术领域

本发明总体涉及离子注入系统，更具体地说涉及具有模块化离子源的离子源，该模块化离子源具有集成的提取电极操纵器，其减少与离子源和提取电极相关联的时间量和维护量。

背景技术

在半导体器件和其他离子相关产品的制造中，使用10个注入系统来将掺杂剂元素注入半导体晶片、显示面板或其它类型的工件。典型的离子注入系统或离子注入器利用已知配方或工艺用离子束冲击工件，以便产生n型或p型掺杂区域，或在工件中形成钝化层。当用于掺杂半导体时，离子注入系统注入选定的离子物质以产生所需的非本征材料。通常，掺杂剂原子或分子被离子化和隔离，有时被加速或减速，形成为离子束，并注入到工件中。掺杂剂离子物理地轰击并进入工件的表面，随后在其晶格结构中停留在工件表面下方。

离子注入已经成为工业上优先选择以在大规模制造集成电路中用杂质掺杂半导体的技术。离子剂量和离子能量是用于定义注入步骤的两个最重要的变量。离子剂量与给定半导体材料的注入离子的浓度有关。通常，高电流注入器(通常大于10毫安(mA))离子束电流)用于高剂量注入物，而中等电流注入器(通常能够达到约10mA的束电流)用于低剂量的应用。

离子能量是用于控制半导体器件的结深度的主要参数。构成离子束的离子的能级决定了注入离子的深度。诸如用于在半导体器件中形成逆行阱的那些高能量过程需要高达几百万电子伏(MeV)的注入物，而浅结可能需要低于1000电子伏(1keV)的超低能量(ULE)。

典型的离子注入器包括三个部分或子系统：(i)用于产生离子束的离子源，(ii)离子束提取系统，(iii)包括用于质量分辨离子束的质量分析磁体的束线，以及(iv)包含待由离子束注入的半导体晶片或其它基板的靶室。半导体器件越来越小的持续趋势是驱动束线结构以在低能量下传送高束电流。高离子束电流提供所需的剂量水平，白色低能量允许浅注入物。例如，CMOS器件中的源极/漏极扩展使得对于这种高电流，低能量应用是理想的。

离子注入器中的离子源通常通过在离子源室内离子化含有所需掺杂元素的源气体而产生离子束，并且提取系统以离子束的形式提取电离源气体。电离过程由电子束来实现，该电子束可以采取诸如热加热灯丝或射频(RF)天线的热离子发射器的形式。热离子发射器通常被电偏压，使得发射的电子获得足够的能量来电离，而RF天线将高能RF信号传送到源室以激励环境电子。

因此，高能电子离子化离子源室中的源气体以产生所需的离子。由源气体产生的所需掺杂剂离子的实例可包括硼(B)、磷(P)或砷(As)。在利用热离子发射器进行电离的离子源中，局部发射器温度通常超过2500℃，由发射器热照射的源极室可达到约700℃的温度。

在离子源内生成的离子通过与位于源室外部的一个或多个提取电极相关联的电场经过细长的源孔或狭缝提取。源极孔和提取电极可以由石墨制成，利用石墨在高温下的低蒸气压以及对工件的低污染风险，因为硅中非常小量的碳对半导体的电性能影响很小，每个提取电极系统通常包括间隔开的元件，其形成细长的提取间隙，离子束通过该提取间隙。如果需要带正电的离子束，则提取电极相对于源极孔被负电偏压。

通常，对于正离子提取，使用多于一个提取电极，通过为提取系统下游的系统中存在的电子提供屏障，其中一个电极用作电子抑制电极。因此，抑制电极相对于束线电位是负偏压的，并且提取系统中的最后一个电极通常处于束线电位，以防止提取系统的电场在提取后影响离子束传输。因此，典型的提取系统包括两个电极；如果使用更多的电极，则在下游移动的每个连续电极上通常减小多个电极上的电压的大小，以便为正离子束提供加速场，直到达到抑制偏压。

在设计这种离子注入器时，希望由离子源产生的离子束和从离子源提取的离子束精确地遵循所需的预定行进路径。提取电极相对于源极孔的精确位置对于实现与预定离子束路径重合的离子束路径是重要的。因此，通常需要精确对准和定位提取电极或电极与源极孔。

提取电极通常安装在从源壳体延伸和/或连接到源壳体的结构上。在离子注入过程中通过离子源的操作产生的热经常导致该结构的热膨胀，从而当系统达到新的平衡时电极系统的温度变化时导致提取电极与源孔未对准。此外，电极相对于离子源的对准通常不需要从离子注入系统中去除离子源和/或提取电极，由此可能产生各种有害的对准问题。另外，提取电极与离子源分离，因此除去离子源或提取电极进行维护可导致额外的未对准。这种不对准可能导致离子束的预期路径中不需要的中断，并导致不需要的“束转向”以及离子束质量的变形，这可能损害其通过束线的其余部分的传输。

用于在离子注入器中调整提取电极相对于源孔的位置的各种机构是已知的。这种机构见于授权给Trueira的美国专利第5,420,415号、授权给Benveniste等人的美国专利5,661,308以及授权给Benveniste的美国专利公开第2005/0242293号。通常，通过与离子产生机构或离子源分离的提取电极操纵器来执行提取电极的操作。因此，从离子注入系统移除多个部件，从而导致额外的未对准。

此外，提取电极通常与离子源电隔离，以便在提取电极和离子源之间提供适当的提取电位。通过使用真空作为电绝缘体已经实现了提取电极和离子源的分离，因为这样使得各个部件更易于处理和维护。然而，使用真空作为电绝缘体导致机械解耦的缺点，因此导致如上所述的对准问题。通常，为了维护离子源或提取电极，操作者将单独移除两个组件，然后将它们与固定装置重新对准。因此，常规的离子源和提取电极的维护是耗时的，并且经常遇到不对准问题，导致额外的停机或浪费。

发明内容

本发明通过提供具有集成的提取电极操纵器的模块化离子源来克服现有技术的各种限制，其中离子源的模块化性质提供了具有降低的维护成本的有效离子注入系统。因此，以下给出本发明的简化概述，以便提供对本发明的某些方面的基本理解。本发明内容不是对本发明的广泛概述。本发明既不旨在确定本发明的关键或关键要素，也不旨在描述本发明的范围。其目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前奏。

本发明总体涉及可以容易地在离子注入系统中更换和维持的模块化离子源和提取设备。根据本发明的一个示例性方面，模块化离子源和提取设备包括离子源室，其中离子源室选择性地电连接到电压电位。离子源室还包括位于其远端附近的源或提取孔。

提取电极系统进一步定位在离子源室的提取孔附近，其中第一提取电极被电偏压到适当的电位并被配置为从离子源室提取离子。提取系统的后续电极可以被偏压以加速并将提取的离子束聚焦到所需的能量和形状，例如，下一个到最后的电极可以相对于离子束引导被负偏压，使得来自提取系统下游的电子被势阱有效地抑制，并且被阻止到达离子源室。例如，抑制电极可以防止这些电子形成能够加载电提取电路的能量电子束；在源室中散发额外的热量，这些热量可能导致材料局部熔化，并产生可能对操作者造成安全隐患的X射线辐射。

因此，抑制电极允许提取系统的安全操作，同时有助于离子束的适当聚焦和加速。例如，提取系统中的最后一个电极处于离子束引导电位，有效地终止提取场，并允许离子束在提取系统下游实现自中和。自中和是一种有助于增强离子迁移的作用，特别是在高电流离子束中。在双电极提取系统的情况下，例如，第一电极用作提取和抑制电极，并且第二(或最后)电极接地。

根据一个方面，一个或多个连杆可操作地连接到离子源室。一个或多个绝缘体还将提取电极系统连接到相应的一个或多个连杆，其中一个或多个绝缘体使相应的一个或多个连杆与提取电极电绝缘。因此，提取电极系统经由一个或多个绝缘体与离子源室电绝缘。

还提供了一个或多个致动器，其中一个或多个致动器将一个或多个连杆可操作地连接到离子源室。例如，一个或多个致动器被配置成使一个或多个连杆相对于离子源室平移，其中使提取电极系统沿着一个或多个轴平移。因此，提供了模块化离子源和提取电极组件，由此本公开的模块化性质可以改善常规维护和对准问题。

根据一个示例性方面，一个或多个连杆包括至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆。一个或多个致动器还包括间隙控制致动器和角度控制致动器。间隙控制致动器例如可操作地连接到离子源室并且被配置为使得至少一个间隙控制连杆沿第一轴线相对于离子源室线性平移。例如，角度控制致动器可操作地连接到离子源室并且被配置为使至少一个角度控制连杆相对于离子源室沿着第二轴线线性平移，其中第一轴线和第二轴线大致平行并间隔开预定距离。例如，第二轴线可以相对于第一轴线变化角度，然而，只要这种倾斜角度的可变性小，任何上述变化都是倾斜角度的量级，因此也是小的。

可以进一步提供线性平移台，其中线性平移台的底座通常固定地连接到离子源室，并且线性台的平台与基座线性滑动接合。例如，至少一个间隙控制连杆通常固定地连接到平台。框架进一步可操作地连接到所述平台，其中所述间隙控制致动器被配置为使所述平台和框架大致平行于所述第一轴线线性平移，其中所述至少一个间隙控制连杆沿着所述第一轴线线性地平移。

在另一个示例中，角度控制致动器固定地连接到平台，其中间隙控制致动器还被配置成使对准致动器大体平行于第一轴线线性平移。因此，至少一个角度控制连杆在间隙控制致动器致动时进一步沿着第二轴线与至少一个间隙控制连杆一起线性平移，而角度控制致动器可操作地使角度控制连杆相对于平台线性地平移。

根据又一示例，离子源室包括与提取孔径向对置的凸缘。例如，凸缘包括朝着提取孔褪色的内侧和与内侧相对的外侧。例如，线性平移台和框架可操作地连接到凸缘的外侧。线性平移台的基座可以固定地连接到凸缘的外侧。凸缘还可以包括从凸缘的内侧延伸穿过其中到凸缘的外侧的一个或多个通道，其中至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆穿过凸缘的一个或多个通道。在一个示例中，至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆与一个或多个通道滑动接合。波纹管还可以进一步分别将凸缘连接到至少一个间隙控制连杆以及至少一个角度控制连杆中的每一个，其中每个波纹管在凸缘的内侧和与凸缘的外侧相关联的环境之间提供密封(例如真空密封)。或者，可以使用被构造成提供真空密封件的各种其它密封件，例如基于O形环的滑动密封件。

框架例如可以包括具有与其相关联的远端的轭，其中至少一个间隙控制连杆包括沿着倾斜轴线固定地连接到轭的相应远端的第一间隙控制连杆和第二间隙控制连杆。因此，线性平移台包括固定地连接到离子源室的多个基座以及与多个基座相互线性滑动接合的多个平台，其中多个平台固定地连接到轭。

控制器可以进一步被设置并被配置为选择性地独立地致动间隙控制致动器和角度控制致动器，其中独立地控制提取电极系统沿着一个或多个轴平移。

在另一个示例中，间隙控制致动器和角度控制致动器可操作地连接到所述离子源室的侧壁。

根据本发明的另一示例性方面，离子注入系统包括离子束源，该离子束源包括上述模块离子源和提取电极操纵器设备。束线组件接收来自源的离子束，其包括选择性地传递选定离子的质量分析器以及从束线组件接收离子束的终端站。

为了实现前述和相关目的，本发明包括以下充分描述并在权利要求书中具体指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅指示可以使用本发明的原理的各种方式中的几种方式。当结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖特征将从下面对本发明的详细描述中变得明显。

附图说明

图1示出了根据本公开的一个示例的示例性离子注入系统。

图2示出了根据本公开的一个方面的模块化离子源和提取电极装置的部分剖视图。

图3示出了根据本公开的一个方面的图2的模块化离子源和提取电极装置的端视图，

图4A-4C示出了根据本公开的其他方面的各种位置的模块化离子源和提取电极装置的附加部分剖视图。

具体实施方式

本发明总体上涉及模块化离子源和提取电极操纵器系统及其使用方法。更具体地，该系统和方法通过提供模块化离子源和提取电极操纵器组件，有效地提取在具有较低维护成本的离子注入系统中利用的离子束。

因此，现在将参考附图描述本发明，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。应当理解，这些方面的描述仅仅是说明性的，并且它们不应被认为是限制的含义。在下面的描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将明白，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。

现在参考附图，为了更好地理解本公开，在图1中示意性地示出了示例性离子注入系统100，其中示例性离子注入系统适合于实现本发明的一个或多个方面。应当注意，尽管示出了离子注入系统100作为一个示例，本发明可以使用各种其它类型的离子注入设备和系统(例如高能量系统、低能量系统或其它注入系统)来实施，并且所有这样的系统被认为落入本发明的范围内。

图1的离子注入系统100例如包括端子102、束线组件104和终端站106(例如，包括处理室)，其中离子注入系统通常通过一个或多个真空泵108处于真空下。离子注入系统100例如被配置成将离子注入到工件110(例如，半导体晶片、显示面板等)中。在一个示例中，离子注入系统100被配置为将离子注入单个工件110中(“串联”离子注入器)，其中工件通常位于在终端站106内的支撑件112(例如，基架或静电卡盘)上。或者，离子注入系统100被配置成将离子注入到多个工件110(例如，“批量”离子注入器)中，其中终端站106包括旋转盘(未示出)，几个工件在其上相对于离子束114平移。应当注意，可操作以从离子源提取离子并将它们注入一个或多个工件中的任何离子注入设备被认为落入本发明的范围内。

端子102例如包括：离子源120，由限定提取的离子的能量的源电源122(V_source)供电；以及提取组件124，由提取电源126(V_ex)供电以经由提取电压V_Extract从离子源提取离子的提取组件。例如，提取组件124与束线组件104结合可操作以将离子引向驻留在终端站106中的支撑件112上的工件110，以在给定的能级注入。

在一个示例中，偏压在电位V_source处的离子源120包括等离子体室128，其中以相对高的等离子体密度(例如，10¹⁰至10¹³cm^-3)产生处理材料M_source的离子。应当注意，通常产生正离子，尽管本发明也适用于其中由离子源120产生负离子的系统。提取组件124还包括提取孔130和一个或多个提取电极132，其中提取孔被偏压到提取电位V_source。提取电压V_Extract由电位V_source和施加到提取电极的电压V_ex定义，从而将提取的离子束114提供给束线组件104。在一个示例中，如果需要120keV的离子能量，则当工件接地时，相对于工件110而言V_source＝120kV。将在下文中进一步详细讨论提取组件124及其结构。

根据本公开，当一个或多个提取电极132中的第一个处于抑制电位时，例如，提取电压V_Extract可以被定义为提取电源126(V_ex)和源电源122(V_source)的电位差。在另一示例中，当第一电极接地时，提取电压V_Extract可以被定义为源电源122的电位。应当理解，一个或多个提取电极132的各种其它配置及其电连接被认为落入本公开的范围内。

如果产生正离子，例如，一个或多个提取电极132被偏压为低于V_source的电压(例如，0-100kV的提取电压)。一个或多个提取电极132相对于提取电极的负相对电位在提取孔130以及一个或多个提取电极132之间产生静电场，提取电极可操作以将正离子提取出并加速离开离子源120。例如，一个或多个提取电极132具有与其相关联的一个或多个电极孔134，其中带正电荷的离子通过提取孔130以及再一个电极孔离开离子源120以形成离子束114，并且其中所提取的离子的速度通常由提供给一个或多个提取电极的电位V_Extract确定，并且提取后的最终速度由V_source确定。

束线组件104例如包括：离子束导向器135，在离子源120附近具有入口(例如，与提取孔130相关联)；质量分析器136，接收提取的离子束114；以及具有分辨板138的出口，其中质量分析器通常产生偶极磁场，以将仅具有适当荷质比或其范围的离子(例如，具有期望质量范围的离子的经质量分析的离子束)大量地传递到位于终端站106的工件110。通常，离子源120中的源材料的电离产生具有所需原子质量的带正电荷的离子的种类。然而，除了所需的离子种类之外，电离过程还将产生一定比例的具有其它质量的离子，并且具有高于或低于固有质量的原子或分子质量的离子不适于注入，并且被称为不需要的物质。由质量分析器136产生的磁场通常导致离子束114中的离子以弧形轨迹移动，因此，建立了磁场使得仅其质量等于所需离子种类的质量的离子穿过离子束路径P到达终端站106。

例如，离子束导向器135的出口处的分辨板138与质量分析器136一起工作以便从离子束114中消除不需要的离子束，离子束具有与所需的离子种类的荷质比不同的荷质比。分辨板138例如包括一个或多个细长孔140，其中离子束114中的离子在离开离子束135时穿过孔。在分辨板138处，来自离子束110的路径P(例如P'处所示)的期望离子的分散度处于其最小值，其中离子束的宽度(P'-P)在离子束114通过分辨孔140的位置最小。质量远大于或远小于所需离子质量的不需要的离子物质从图1的离子束导向器135内的期望离子束路径P大幅偏转，并且通常不会离开离子束导向器。然而，如果不需要的离子的质量接近于所需物质的质量，则不需要的离子的轨迹将仅从所需的离子束路径P略微偏转。因此，仅仅从所需的离子束路径P略微偏转的这种不需要的离子将具有撞击分辨孔140的面向上游表面142的趋势。

在一个示例中，质量分析器136的磁场的强度和取向以及从离子源120提取的离子的速度由控制器144确定，使得通常只有质量等于所需物质的质量的离子将穿过预定的所需离子束路径P到达终端站106，在一个示例中，控制器144可操作以控制离子注入系统100的所有方面。控制器144例如可操作以控制用于产生离子的源电源122以及提取电源126，其中通常控制离子束路径P。例如，控制器144还可操作用于调节与质量分析器136相关联的磁场的强度和取向等等。在另一示例中，控制器144还可操作以控制工件110在终端站106内的位置，并且还可以被配置为控制工件在终端站106和外部环境143之间的传送。应当理解，控制器144可以包括用于系统100的整体控制的处理器、计算机系统和/或操纵器(例如，结合操作者的输入的计算机系统)。

在以高电流运行的离子注入系统100中，例如，离子束路径P的长度相对较短，并且在离子束撞击工件110之前通常需要离子束114减速(例如，称为“减速模式”)。在这种系统中，减速抑制板146设置在分辨板138的下游，其中由减速抑制电压源148提供的减速抑制电压V_Decel通常使离子束减速，并防止电子沿着离子束线P向上游行进。接地板150还设置在减速抑制板146的下游，以便中和减速板146的下游效应。例如，减速板146和接地板150进一步用作光学器件，以便在撞击工件110之前聚焦减速离子束114。应当注意，尽管在一个示例中使用减速抑制板146来提供离子束的减速和/或抑制，但减速抑制板可以由任何电偏压板和/或孔组成，并且所有这些板和/或孔都被认为落入本发明的范围内。另外，如果将离子束114作为一个例子讨论减速时，则应当理解，本发明可以在没有减速的情况下实现，其中设想离子注入系统的各种构造及其操作。

离子注入系统100的维护通常需要拆卸系统的各种部件，其中组件在重新组装期间可重复地精确对准对于注入物可重复是重要的。如上所述，照惯例很麻烦的一个区域是提取电极与离子源的对准。因此，根据一个示例性方面，提供了本公开的模块化离子源和提取设备200，其中模块化离子源和提取设备在从离子注入系统100维护和从其移除装置期间提供可重复的对准。

因此，根据本公开，图2更详细地示出了示例性模块离子源和提取设备200。例如，图2的模块化离子源和提取设备200包括离子源室202，其选择性地电连接到电压电位(与图1的源电源122相关联的V_source)，其中离子源室包括具有与其相关联的提取孔平面204的提取孔203。包括与提取电极平面207相关联的一个或多个提取电极206的提取电极系统205进一步定位成靠近离子源室202的提取孔203：其中一个或多个提取电极分别电接地或通电并且被配置为从离子源室提取离子，如前所述。

根据一个示例，一个或多个连杆208(一个或多个轴或其它构件)进一步可操作地连接到离子源室202，其中一个或多个绝缘体210进一步将提取电极系统205连接到相应的一个或多个连接。因此，一个或多个绝缘体210使相应的一个或多个连杆208与提取电极系统电绝缘，其中一个或多个提取电极206与离子源室202电绝缘。

一个或多个致动器212进一步可操作地连接到一个或多个连杆208和离子源室202，其中一个或多个致动器被配置为相对于离子源室平移一个或多个连杆，其中使提取电极系统205相对于一个或多个轴线平移。因此，离子源室202与一个内聚单元中的提取电极系统205集成，其中离子源室和提取电极206连接在一起，而不管图1的离子注入系统100中的提取设备200的放置位置，或从其中移除。

图2的模块化离子源和提取设备200例如通过一个或多个连杆208和一个或多个绝缘体210机械地连接离子源室202和提取电极系统205，并且其中一个或多个致动器212电连接到离子源室，而提取电极系统205与离子源室电隔离。因此，在图1的离子注入系统100的操作期间，图2的一个或多个致动器212和一个或多个连杆208例如处于电压电位V_source，而一个或多个绝缘体210将提取电极系统205在接地或向其提供比离子源室202的电压电位低的电位。

根据另一示例，一个或多个连杆208包括至少一个间隙控制连杆214和至少一个角度控制连杆216。此外，一个或多个致动器212包括间隙控制致动器218和角度控制致动器220，其中间隙控制致动器可操作地连接到离子源室并且被配置为使至少一个间隙控制连杆214相对于所述离子源室202沿着第一轴线222线性平移。因此，间隙控制致动器218选择性地控制离子源室202的提取电极206和提取孔203之间的间隙223。

角度控制致动器220例如可操作地连接到离子源室202并且被配置成使至少一个角度控制连杆216相对于离子源室沿着第二轴线224直线平移。在另一示例中，与至少一个间隙控制连杆214和至少一个角度控制连杆216相关联的一个或多个绝缘体210经由一个或多个球接头225可操作地连接至提取电极系统205，其中一个或多个球接头提供提取电极系统相对于所述离子源室202的多个运动自由度。在本示例中，第一轴线222和第二轴线224大致平行并且间隔开预定距离226。因此，角度控制致动器220选择性地控制提取电极系统205和离子源室202的提取孔203之间的角度227(例如，在提取孔径平面204和提取电极平面207之间)。例如，第一轴线222和第二轴线224大致平行，但是在角度227的控制上可以相对于彼此成角度地变化。然而，只要可变性小，任何平行度误差也将很小。

可以进一步提供一个或多个线性平移台228，如图3所示，其中每个线性平移台例如包括固定地连接到离子源室202的基座230。每个线性平移台228还包括平台232，该平台与相应的基座230线性滑动接合。在本示例中，至少一个间隙控制连杆214通常固定地连接到平台232。例如，框架234进一步可操作地连接到平台232，其中间隙控制致动器218被配置成线性地平移平台232和框架234平行于图2的第一轴线222。因此，经由框架234，至少一个间隙控制连杆214通过间隙控制致动器218进一步沿着第一轴线222平移。

在另一示例中，图3的角度控制致动器220固定地连接到平台232，其中间隙控制致动器218进一步被配置为使角度控制致动器大体平行于图2的第一轴线222线性地平移，其中使至少一个角度控制连杆216进一步沿着第二轴线224线性平移。因此，提取电极系统205和离子源室202的提取孔203之间的角度227保持独立于间隙223。角度控制致动器220例如还被配置成相对于框架234平移角度控制连杆216，在其中独立于间隙223控制角度227，如图4C的示例所示，如下文将进一步讨论的。

根据另一示例，图2的离子源室202的壳体235包括与提取孔203远端相对的凸缘236。凸缘236例如包括面向提取孔203的内侧238和与内侧相对的外侧240。凸缘236例如提供用于将模块化离子源和提取设备200安装在图1的离子注入系统100内的安装表面(未示出)。在本示例中，一个或多个线性平移台228(例如，每个线性平移台的基座230)和框架234可操作地连接到凸缘236的外侧240，其中凸缘238和与其电连接的部件(例如，一个或多个间隙控制致动器218、一个或多个角度控制致动器220、一个或多个间隙控制连杆214和一个或多个角度控制连杆216)进一步处于电压电位V_source。

凸缘236例如可以包括一个或多个通道242，其从内侧238延伸穿过凸缘到其外侧240，其中至少一个间隙控制连杆214和至少一个角度控制连杆216穿过凸缘的一个或多个通道，在一个示例中，至少一个间隙控制连杆214和至少一个角度控制连杆216与一个或多个通道242滑动接合。在另一示例中，至少一个间隙控制连杆214和至少一个角度控制连杆216简单地穿过一个或多个通道242并且不接触凸缘236。

例如，波纹管244分别将凸缘236连接到至少一个间隙控制连杆214和至少一个角度控制连杆216中的每一个，其中每个波纹管在凸缘的内侧238和与图2的凸缘的外侧240相关联的环境246(例如，图1的大气或外部环境143坐靠于抽真空的束线的位置)之间提供密封。或者，滑动密封件或其它已知的密封件可以提供真空密封。

在另一示例中，虽然未示出，框架234可相对于倾斜轴线247可旋转地连接到平台232，其中至少一个间隙控制连杆214沿着倾斜轴线固定地连接到框架，并且其中倾斜轴线大致垂直于第一轴线222。在另一示例中，图3的框架234可以包括具有与其相关联的远端250的轭248，其中至少一个间隙控制连杆214包括第一间隙控制连杆214A和第二间隙控制连杆214B，第二间隙控制连杆固定地连接到轭的相应远端，或者平行于倾斜轴线247，此外，线性平移台228可以包括固定地连接到离子源室202的多个基座230，其中相应的多个平台232固定地连接至轭248(例如接近轭的相应远端250)。

根据另一方面，图1的控制器144进一步被配置为选择性地独立地致动间隙控制致动器218和角度控制致动器220，其中独立地控制提取电极206在一个或多个轴线上的平移。

在又一示例中，间隙控制致动器218和角度控制致动器220可操作地连接到图2的离子源室202的壳体235的侧壁251。虽然未示出，但在另一替代方案中，单个间隙控制致动器218和单个角度控制致动器220彼此相对地固定连接到离子源室202的壳体235的侧壁251(例如彼此相对高达180度)。因此，当一致地致动时，单个间隙控制致动器218和单个角度控制致动器220提供间隙223的控制，并且当独立或差分地致动时，提供角度227或倾斜的控制。

图4A-4C示出了根据本公开的若干示例的提取设备200的各种配置。例如，图4A说明在缩回位置254处的提取设备200，其中提取电极系统205经由间隙控制致动器218定位成靠近提取孔203。在图4A的缩回位置254中，至少一个间隙控制连杆214缩回，使得离子源室202的提取电极206和提取孔203之间的间隙223处于第一预定间隙值。如图4B所示，至少一个间隙控制连杆214延伸以经由间隙控制致动器218将提取电极系统205定位在延伸位置256，使得离子源室202的提取电极206和提取孔203之间的间隙223处于第二预定间隙值。如图4A和4B的示例所示，角度控制致动器220将角度控制连杆216保持在相对于框架234的基本上恒定的位置，从而保持角度227(例如，在图4A和4B中示出为大约零度，其中提取孔平面204和提取电极平面207大致平行)，在图4A的缩回位置252和图4B的延伸位置254。

例如，图4C还示出了处于延伸位置256的提取设备200，其中离子源室202的提取电极206和提取孔203之间的间隙223处于第一预定间隙值。然而，在图4C中，提取设备200进一步示出在倾斜位置258，其中提取电极系统205通过角度控制致动器220进一步倾斜。如图4C所示，离子源室202的提取孔203和提取电极206之间的角度227已经通过角度控制致动器220从图4B所示的角度进行了修改，其中角度控制连杆216相对于框架234的位置由角度控制致动器控制，其中使提取电极系统205在倾斜位置258。应当注意图4C中所示的角度227作为许多可能的角度的一个示例，并且任何正或负角度被认为落入本公开的范围内。此外，应当注意，可以提供附加的或其它的角度控制致动器和/或角度控制连杆(未示出)以便在多个平面中控制提取电极系统205相对于离子源室202的各种角度，并且进一步考虑到落在本公开的范围内。

因此，可以从离子注入系统100去除图1-4的模块化离子源和提取设备200，其中另一个模块化离子源和提取设备处于待机状态，并准备在离子注入系统中更换。常规系统不提供这样的模块化，其中在每次保持离子源或提取电极时，在重新组装离子注入系统100中的离子源或提取电极之后通常需要对准过程。本发明提供了模块化，其中模块化离子源和提取设备200可以被带到工作台并与已经被维持和对准的另一个模块化离子源和提取设备调换等。

虽然已经针对某个优选实施例示出并描述了本发明，但是显而易见的是，本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图后将会做出等同的更改和修改。特别地，参照由上述元件(组件、装置、电路等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括参照装置)旨在(除非另外指明)与实现所述元件的特定功能的任何元件对应(也就是说在功能上等效)，即使在结构上不等效于实现本文说明的发明的实例性实施例的功能的公开的结构。此外，虽然本发明的特定的特征可能参照几个实施例中的唯一一个被公开，但是这个特征可以按照任何给定的或特定的应用所希望并对其有利的方式与其他实施例的一个或多个其他特征相结合。

Claims (20)

1.一种模块化离子源和提取设备，包括：

离子源室，选择性地电连接到电压电位，其中所述离子源室包括提取孔；

提取电极系统，定位成靠近所述离子源室的提取孔的提取电极系统，其中所述提取电极系统被配置为经由一个或多个提取电极从所述离子源室提取离子；

一个或多个连杆，可操作地连接到所述离子源室；

一个或多个绝缘体，将所述提取电极系统连接到相应的一个或多个连杆，其中所述一个或多个绝缘体使相应的一个或多个连杆与所述提取电极系统电绝缘，其中使所述提取电极系统与所述离子源室电绝缘；以及

一个或多个致动器，可操作的将所述一个或多个连杆连接到所述离子源室，其中所述一个或多个致动器被配置为使所述一个或多个连杆相对于所述离子源室平移，其中所述提取电极沿着一个或多个轴线平移。

2.根据权利要求1所述的模块化离子源和提取设备，其中所述离子源室和提取电极经由所述一个或多个连杆和多个绝缘体机械连接，其中所述一个或多个致动器电连接到所述离子源室。

3.根据权利要求1所述的模块化离子源和提取设备，其中所述一个或多个连杆包括至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆，并且其中所述一个或多个致动器包括间隙控制致动器和角度控制致动器，其中所述间隙控制致动器可操作地连接到所述离子源室并且被配置为使所述至少一个间隙控制连杆相对于所述离子源室沿第一轴线线性平移，并且其中所述角度控制致动器可操作地连接到所述离子源室并且被配置为使所述至少一个角度控制连杆相对于所述离子源室沿着第二轴线线性地平移，其中所述第一轴线和第二轴线大致平行并间隔开预定距离。

4.根据权利要求3所述的模块化离子源和提取设备，还包括：

线性平移台，包括：

基座，固定地连接到所述离子源室；以及

平台，与所述基座线性滑动接合，其中所述至少一个间隙控制连杆通常固定地连接到所述平台；以及

框架，可操作地连接到所述平台，其中所述间隙控制致动器被配置为使所述平台和框架大致平行于所述第一轴线线性平移，其中所述至少一个间隙控制连杆沿着所述第一轴线线性地平移。

5.根据权利要求4所述的模块化离子源和提取设备，其中所述角度控制致动器固定地连接到所述平台，其中所述间隙控制致动器还被配置成使所述角度控制致动器大体平行于所述第一轴线线性平移，其中使所述至少一个角度控制连杆沿着所述第二轴线进一步线性平移。

6.根据权利要求4所述的模块化离子源和提取设备，其中所述离子源室包括与所述提取孔径向对置的凸缘，其中所述凸缘包括面向所述提取孔的内侧和与所述内侧相对的外侧，并且其中所述线性平移台和框架可操作地连接到所述凸缘的外侧。

7.根据权利要求6所述的模块化离子源和提取设备，其中所述基座固定地连接到所述凸缘的外侧。

8.根据权利要求6所述的模块化离子源和提取设备，其中所述凸缘包括从所述凸缘的内侧到外侧延伸穿过所述凸缘的一个或多个通道，其中所述至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆通过所述凸缘的一个或多个通道。

9.根据权利要求8所述的模块化离子源和提取设备，还包括波纹管，所述波纹管分别将所述凸缘连接到所述至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆中的每一个，其中每个波纹管在所述凸缘的内侧和与所述凸缘的外侧相关联的环境之间提供密封。

10.根据权利要求8所述的模块化离子源和提取设备，其中所述至少一个间隙控制连杆和至少一个角度控制连杆与所述一个或多个通道滑动接合。

11.根据权利要求4所述的模块化离子源和提取设备，包括具有多个基座和多个平台的多个线性平移台，其中所述框架固定地连接到所述多个平台中的每一个。

12.根据权利要求4所述的模块化离子源和提取设备，其中所述框架沿着倾斜轴线可旋转地连接到所述平台，其中所述至少一个间隙控制连杆沿着所述倾斜轴线固定地连接到所述框架，并且其中所述倾斜轴线大致垂直于所述第一轴线。

13.根据权利要求4所述的模块化离子源和提取设备，其中所述框架包括具有与其相关联的远端的轭，其中所述至少一个间隙控制连杆包括沿着所述倾斜轴线固定地连接到所述轭的相应远端的第一间隙控制连杆和第二间隙控制连杆。

14.根据权利要求13所述的模块化离子源和提取设备，其中所述线性平移台包括固定地连接到所述离子源室的多个基座以及与所述多个基座相互线性滑动接合的多个平台，其中所述多个平台固定地连接到所述轭。

15.根据权利要求14所述的模块化离子源和提取设备，其中所述多个平台中的至少两个平台固定地连接到靠近所述轭的相应远端的所述轭。

16.根据权利要求3所述的模块化离子源和提取设备，还包括控制器，其被配置为选择性地独立地致动所述间隙控制致动器和角度控制致动器，其中独立地控制所述一个或多个轴中的所述提取电极的平移。

17.根据权利要求3所述的模块化离子源和提取设备，其中所述间隙控制致动器和角度控制致动器可操作地连接到所述离子源室的侧壁。

18.根据权利要求1所述的模块化离子源和提取设备，还包括控制器，其被配置为选择性地独立地致动所述一个或多个致动器，其中控制所述提取电极在所述一个或多个轴线上的平移。

19.根据权利要求1所述的模块化离子源和提取设备，其中所述提取电极相对于所述离子源室的位置由所述一个或多个致动器和一个或多个连杆选择性地固定。

20.根据权利要求19所述的模块化离子源和提取设备，还包括安装装置，其被配置为选择性地将所述离子源室和提取电极作为模块连接到离子注入系统。