CN108411273B - 一种用于离子注入设备的辅助加热系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于离子注入设备的辅助加热系统，包括位于离子注入设备离子源部的气体预热室和离子源加热模块，所述离子源加热模块内置于离子源腔的腔壁内，所述离子源加热模块由多个加热模块构成。该技术方案通过控制离子源腔内温度的稳定性来改善离子带状束流的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及离子体领域，特别涉及一种用于离子注入设备的辅助加热系统及方法。
背景技术
离子注入作为LTPS工艺中一个极为重要的环节，随着产品要求的提高，制程对离子注入机所产生的带状束流的均匀性有了越来越高的要求。对于离子注入设备，其带状束流的均匀性极大程度上依赖于离子源腔中离子分布的均匀性，而离子分布的均匀性只能通过改变腔室内多个钨灯丝的电流来进行控制。在离子源长时间工作后，由于钨灯丝不断受到离子溅射以及化学腐蚀的影响会逐渐被损耗掉，这一过程中钨灯丝电流逐渐下降，离子源腔室内温度也因此而下降，这直接导致了腔室内离子的热扩散速度变慢，从而影响离子分布的均匀性。为了保证离子分布的均匀性，设备会重新调整单个乃至多个钨灯丝的电流，利用这种方法始终将束流的均匀性保持在要求的范围内。但是，这种方法也会导致一些负面效果的出现：1)由于钨灯丝间电流差异的逐渐增加，使得个别钨灯丝损耗加快，从而影响钨灯丝组整体的使用时间；2)受灯丝间电流差异加大的影响，腔室内不同区域的气体离化率以及离子动能逐渐产生较大的差异，这导致离子源腔内不同位置引出的束流产生不同程度的扩散，电极板不同位置受到不同程度的脏污累积，容易引发设备放电并且影响后续电极清洗的效果；3)清洗过程中，H2离子均匀性受灯丝损耗差异增大的影响而逐渐变差，电极清洗效果受到影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种用于离子注入设备的辅助加热系统及方法，通过控制离子源腔内温度的稳定性来改善离子带状束流的均匀性。
本发明实施例提供的一种用于离子注入设备的辅助加热系统，包括位于离子注入设备离子源部的气体预热室和离子源加热模块，所述离子源加热模块内置于离子源腔的腔壁内，所述离子源加热模块由多个加热模块构成。
可选地，所述离子源腔划分为多个区域，每个区域均装有测温装置，由所述测温装置检测出每块区域的温度，然后通过一个或多个所述离子源加热模块将每个区域的温度控制在预设温度范围内。
可选地，所述离子源加热模块根据束流的均匀性以及脏污的沉积速率来调控所述离子源腔内的温度。
可选地，所述离子源加热模块将离子源腔内部温度控制在0～2000℃。
可选地，所述离子源加热模块与离子源腔的外腔壁之间隔热，隔热材料采用硅酸盐材料、陶瓷纤维类材料、纳米微孔绝热类材料中的任一种或任几种组合。
另外，本发明实施例还提供一种用于离子注入设备的辅助加热方法，包括：
气体经过气体预热室加热之后通入离子源腔；
所述离子源腔的腔壁内置离子源加热模块，所述离子源加热模块由多个加热模块构成，将所述离子源腔划分为多个区域，每个区域均装有测温装置，由所述测温装置检测出每块区域的温度并计算区域之间温度差异，然后通过一个或多个所述离子源加热模块进行温度补偿使得各区域的温度接近，进而将所述离子源腔的温度控制在预设范围内。
可选地，所述离子源加热模块根据束流的均匀性以及脏污的沉积速率来调控所述离子源腔内的温度。
可选地，所述离子源加热模块将离子源腔内部温度控制在0～2000℃。
可选地，如果均匀性不满足注入要求，则利用所述离子源加热模块对所述离子源腔内各区域进行同步或差别升温。
由上可见，应用本实施例技术方案，由于采用辅助加热系统，通过维持离子源腔中温度的稳定性来控制离子束流的均匀性。除此以外，利用该技术方案还能有效的延长钨灯丝的使用时间以及降低脏污的沉积速率进而减少设备的维护频率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种用于离子注入设备的辅助加热系统示意图；
图2为本发明提供的一种离子源加热模块立体分布示意图；
图3为本发明提供的一种离子源加热模块展开分布示意图；
图4为本发明提供的一种气体预热室结构示意图；
图5为本发明提供的一种用于离子注入设备的辅助加热方法流程图；
图6为本发明提供的另一种用于离子注入设备的辅助加热方法流程图；
图7为本发明提供的一种离子注入设备示意图；
图8为本发明提供的一种离子分布与束流均匀性示意图；
图9为本发明提供的另一种离子分布与束流均匀性示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本实施例提供一种用于离子注入设备的辅助加热系统，如图1所示，包括位于离子注入设备离子源部的气体预热室10和离子源加热模块20，所述离子源加热模块20内置于离子源腔30的腔壁内，所述离子源加热模块20由多个加热模块构成，所述离子源加热模块20的数量和分布可根据实际情况进行调整，如图2和3所示。如图4所示，注入的离子气体经气体输送管道进入所述气体预热室10进行加热，加热之后通入所述离子源腔30，以确保气体分子足够活跃，进而增加气体分子与热电子的碰撞频率，使气体的离化率增加。所述气体预热室10靠近离子源腔30，主要用于对靠近离子源腔30的气体进行加热来使工艺气体温度升高，从而增加气体分子和电子之间的碰撞频率，进而使气体电离率增加。
所述离子源腔30划分为多个区域，每个区域均装有测温装置40，由所述测温装置40检测出每块区域的温度，然后通过一个或多个所述离子源加热模块20将每个区域的温度控制在预设温度范围内。可以但不限于，所述离子源加热模块20根据束流的均匀性以及脏污的沉积速率来调控所述离子源腔30内的温度。所述离子源加热模块20将离子源腔30内部温度控制在0～2000℃。所述离子源加热模块20与离子源腔30的外腔壁之间隔热，隔热材料采用硅酸盐材料、陶瓷纤维类材料、纳米微孔绝热类材料中的任一种或任几种组合。
可见，本发明提供一种用于离子注入设备离子源部的辅助加热系统，目的在于改善束流均匀性的控制方法，通过温度“补偿”的方法来保持离子腔内温度的稳定，从而使腔内粒子维持一定的扩散速度，进而保证离子源腔内离子分布的均匀性。除此以外，利用该技术方案还能有效的延长钨灯丝的使用时间以及降低脏污的沉积速率进而减少设备的维护频率。
另外，本发明实施例还提供一种用于离子注入设备的辅助加热方法，包括：
气体经过气体预热室加热之后通入离子源腔，以确保气体分子足够活跃，进而增加气体分子与热电子的碰撞频率，使气体的离化率增加；所述离子源腔的腔壁内置离子源加热模块，所述离子源加热模块由多个加热模块构成，用于通过维持离子源腔中温度的稳定性来控制离子束流的均匀性；将所述离子源腔室划分为多个区域，每个区域均装有测温装置，由所述测温装置检测出每块区域的温度并计算区域之间温度差异，然后通过一个或多个所述离子源加热模块进行温度补偿使得各区域的温度接近，进而将所述离子源腔的温度控制在某一合适温度范围内(各个区域之间的温差ΔT很小)，以确保腔内粒子保持一定的扩散速度，进而使离子分布变得更加均匀。采用这种方法对带状束流均匀性的控制步骤如图5所示，包括：
开启灯丝，灯丝间电流差异较小；利用测温装置检测腔室内各区域温度并计算区域之间温度差异；通过离子源加热模块进行温度补偿使各区域温度接近；开启电弧并通入气体产生离子；利用电极系统将离子引出并形成束流；通过法拉第杯组检测带状束流的强度并计算均匀性；如果均匀性满足要求则开始离子注入，否则利用离子源加热模块对离子源腔内各区域进行同步升温，然后再通过法拉第杯组检测带状束流的强度并计算均匀性，直至均匀性满足要求。
此外，还可以利用以下的方案对束流的均匀性进行控制，进而抑制灯丝输出电流差异而造成的损耗差异，如图6所示，包括：
用相同的电流加热钨灯丝；利用测温装置检测腔室内各区域温度并计算区域之间温度差异；通过离子源加热模块进行温度补偿使各区域温度接近；开启电弧并通入气体产生离子；利用电极系统将离子引出并形成束流；通过法拉第杯组检测带状束流的强度并计算均匀性；如果均匀性满足要求则开始离子注入，否则利用离子源加热模块对离子源腔内各区域进行差别升温，然后再通过法拉第杯组检测带状束流的强度并计算均匀性，直至均匀性满足要求。
一般地，离子注入设备的主要构成如图7所示，其束流均匀性的好坏基本由离子源腔中离子的分布决定；在真空中，等离子体的电子和离子都会各自以一定的速度向外进行热运动。由于温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式，温度高的粒子的热运动速率大，反之，温度低的粒子热运动速率小。在离子源腔室环境温度高时，粒子(分子、离子、电子等)的动能大、运动速率高，粒子间的扩散也就变得很明显。对于单根灯丝而言，其产生的离子的分布范围也就越大。对于多灯丝构成的离子源腔内温度越高，离子的分布就会越均匀，这时束流的形状也会更理想，如图8所示；在离子源腔室环境温度比较低时，由于离子动能的减小，离子的热扩散就会变慢，这时单根灯丝所产生的离子分布就会越集中。对于多灯丝构成的离子源来说，温度越低，腔内离子的分布就会越不均匀，从而导致得到的束流均匀性也不理想，如图9所示。
本发明提供一种用于离子注入设备离子源部的辅助加热方法，目的在于改善束流均匀性的控制方法，通过温度“补偿”的方法来保持离子腔内温度的稳定，从而使腔内粒子维持一定的扩散速度，进而保证离子源腔内离子分布的均匀性，能够有效提升钨灯丝的使用时间和降低设备的维护频率。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于离子注入设备的辅助加热系统，其特征在于，包括位于离子注入设备离子源部的气体预热室和离子源加热模块，所述离子源加热模块内置于离子源腔的腔壁内，所述离子源加热模块由多个加热模块构成，所述离子源腔划分为多个区域，每个区域均装有测温装置，由所述测温装置检测出每块区域的温度，然后通过一个或多个所述离子源加热模块将每个区域的温度控制在预设温度范围内。
2.如权利要求1所述的一种用于离子注入设备的辅助加热系统，其特征在于，所述离子源加热模块根据束流的均匀性以及脏污的沉积速率来调控所述离子源腔内的温度。
3.如权利要求2所述的一种用于离子注入设备的辅助加热系统，其特征在于，所述离子源加热模块将离子源腔内部温度控制在0～2000℃。
4.如权利要求3所述的一种用于离子注入设备的辅助加热系统，其特征在于，所述离子源加热模块与离子源腔的外腔壁之间隔热，隔热材料采用硅酸盐材料、陶瓷纤维类材料、纳米微孔绝热类材料中的任一种或任几种组合。
5.一种用于离子注入设备的辅助加热方法，其特征在于，包括：
气体经过气体预热室加热之后通入离子源腔；
所述离子源腔的腔壁内置离子源加热模块，所述离子源加热模块由多个加热模块构成，将所述离子源腔室划分为多个区域，每个区域均装有测温装置，由所述测温装置检测出每块区域的温度并计算区域之间温度差异，然后通过一个或多个所述离子源加热模块进行温度补偿使得各区域的温度接近，进而将所述离子源腔的温度控制在预设范围内。
6.如权利要求5所述的一种用于离子注入设备的辅助加热方法，其特征在于，所述离子源加热模块根据束流的均匀性以及脏污的沉积速率来调控所述离子源腔内的温度。
7.如权利要求6所述的一种用于离子注入设备的辅助加热方法，其特征在于，所述离子源加热模块将离子源腔内部温度控制在0～2000℃。
8.如权利要求7所述的一种用于离子注入设备的辅助加热方法，其特征在于，如果均匀性不满足注入要求，则利用所述离子源加热模块对所述离子源腔内各区域进行同步或差别升温。
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