CN111584334B - 用于离子注入装置的绝缘结构 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于离子注入装置的绝缘结构，包括：绝缘管；所述绝缘管具有内表面以及两端的开口；至少一个屏蔽管，所述屏蔽管随形安装于所述绝缘管的内表面上。通过设置屏蔽管，使污染物无法渗透到绝缘管的内表面上，可以维持稳定的离子驱逐电压，延长绝缘管的清洗周期。从而延长绝缘管的使用寿命，提高了离子注入装置的可靠性。

Description

用于离子注入装置的绝缘结构
技术领域
本申请涉及半导体器件制造领域，具体涉及一种用于离子注入装置的绝缘结构。
背景技术
为了维持离子驱逐电压能够保持在安全的范围之内，离子注入装置的Source(离子源)装置100'使用的高电压绝缘用磁管10'的绝缘性能是很重要的，通常需要维持在50MΩ。现有技术中Source(离子源)装置100'的高压许可和标准电位之间的绝缘是使用绝缘体制成的高电压绝缘用磁管10'来实现的，其中，高电压绝缘用磁管10'的内部表面裸露在外,在离子化过程中，离子化反应残留物发生部(Arc Chamber)20'产生的气体反应物质附着在高电压绝缘用磁管10'的内表面,其阻力会迅速降到要求水平以下,从而无法维持绝缘功能，因此引起高电压不稳定、设备停止运转或因加速能量异常而导致离子注入深度发生变化的问题。
为了防止高电压绝缘用磁管10'被污染的问题，如图1-2所示，目前是采用在高电压绝缘用磁管10'两端附着法兰盘30'和离子源室40'(chamber)，在法兰盘30'和离子源室40'(chamber)上分别附着高压屏蔽50'(High Voltage Shield)和接地屏蔽60'(GroundShield)的结构,由于高压屏蔽50'和接地屏蔽60'由于受到电位差的限制而无法完全接近,从而拥有绝缘空间70',但是随着一定时间的推移,离子化过程中的反应残留物移动到相应绝缘空间70',产生高电压绝缘用磁管10'内表面吸附反应残留物的现象。
发明内容
本申请至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本申请提出一种用于离子注入装置的绝缘结构，以防止反应残留物污染绝缘管，提高离子注入装置的可靠性。
为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种用于离子注入装置的绝缘结构，包括：
绝缘管；所述绝缘管具有内表面以及两端的开口；
至少一个屏蔽管，所述屏蔽管随形安装于所述绝缘管的内表面上。
本申请第二方面提供了一种离子注入装置，包括如上所述的绝缘结构。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了现有技术中离子源装置的结构示意图；
图2示出了图1所示结构的局部放大图；
图3示出了本申请一个实施例中离子注入装置的结构示意图；
图4示出了本申请一个实施例中绝缘结构的示意图；
图5示出了在图4所示结构的顶部的局部放大图；
图6示出了在图4所示的结构上中的屏蔽管结构示意图；
图7示出了在图4所示的结构上中的绝缘管结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
请参照图3，其概略表示离子注入装置100的结构示意图。离子注入装置100以对被处理物的表面进行离子注入处理的方式构成，被处理物可以是半导体基板10，例如为晶圆。因此，为便于说明有时将被处理物称为基板10，但是这并非将注入处理对象限定在特定物体上。
离子注入装置100具备离子源装置11、射束线装置12及注入处理室13。离子注入装置100以通过射束扫描及机械扫描中的至少一种方式来对整个基板10照射离子束A的方式构成。离子源装置11用于对射束线装置赋予离子束A。
射束线装置12以从离子源装置11向注入处理室13输送离子的方式构成。离子源装置11的下游设有质谱分析装置14，并用于从离子束A筛选所需离子。
射束线装置12对通过质谱分析装置14的离子束A进行包含例如偏转、加速、减速、整形、扫描等在内的操作。射束线装置12例如可以具备射束扫描装置15，该射束扫描装置15通过对离子束A施加电场或磁场(或这两者)来扫描离子束A。以此，射束线装置12向注入处理室13供给应照射到基板10的离子束A。
参照图4-7，离子源装置11包括绝缘结构110，该绝缘结构110包括：
绝缘管111；绝缘管111具有内表面117以及两端的开口；
至少一个屏蔽管112，屏蔽管112随形安装于绝缘管111的内表面上。
在本实施例中，绝缘管111套设于屏蔽管112的外侧，且屏蔽管112安装于绝缘管111的内表面117上。
绝缘管111可以为例如由陶瓷或树脂等绝缘材料形成的绝缘体，绝缘管111为空心筒状部件，绝缘管的内表面117暴露于内部空腔。并且，绝缘管111具备暴露于外部空间的绝缘管外壁面，绝缘管外壁面面向大气压环境或外部环境。
在本实施例中，该绝缘结构110可以包括2个屏蔽管112，这2个屏蔽管112分别靠近绝缘管111两端的开口安装，且这2个屏蔽管112之间具有间隙，即绝缘管111的内表面117没有被屏蔽管112完全覆盖，当然，在本申请的一些实施例中，根据绝缘管111的尺寸，该绝缘结构110可以仅包括1个屏蔽管112，这个屏蔽管112靠近绝缘管111一端的开口安装，即该屏蔽管112仅安装在绝缘管111内表面的一侧，本申请在此不做限定，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。
值得一提的是，绝缘管111安装于法兰盘和离子源室之间，即绝缘管111的一端开口与法兰盘对接，另一端开口与离子源室对接连通，离子源室及法兰盘由金属(例如铝或铝合金)等导电材料形成。通过电源装置，离子源室被施加第1直流电压，法兰盘被施加高于第1直流电压的第2直流电压，离子源室及法兰盘分别被施加正高电压。亦或，离子源室及法兰盘也可以分别被施加负高电压。即在离子源室上形成标准电位，法兰盘上形成高压电位。
具体地，可以采用2个屏蔽管112，当采用2个屏蔽管112时，可以分别临近法兰盘、离子源室而设置，也就是说这2个屏蔽管112临近高压电位、标准电位而设置，这样可以使得屏蔽效果更好，减少高压电位、标准电位处产生的反应物污染绝缘管111内表面。
当离子束从高压区运动到低压区时，正离子在负电场的作用下减速，多数离子减速后可以规则向后运动，在没有安装屏蔽管112时，少数离子会撞击到绝缘环上，产生二次电子，这些二次电子随时间增加会聚集很多，导致绝缘管111功能失效，最终电源会短路打火，此时束流瞬间中断。当增加屏蔽管112时，二次电子无法直接溅射到绝缘管111上，而是由导电屏蔽管112直接形成电流，不会发生电子积累爬电现象。
值得一提的是，如图6所示，屏蔽管112可以呈分离式，具体地，在本实施例中，屏蔽管112可以呈上下分离式，屏蔽管112包括包括两个组装在一起的第一半屏蔽管113和第二半屏蔽管114，第一半屏蔽管113与第二半屏蔽管114可拆卸连接，使得屏蔽管112便于在绝缘管内部拆卸。
进一步地，第一半屏蔽管113的两端部与第二半屏蔽管114的两端部对接而组装在一起，具体地，第一半屏蔽管113的两端部与第二半屏蔽管114的两端部的连接处可以呈Z字形。
值得一提的是，继续参照图6，第一半屏蔽管113在两端部分别与第二半屏蔽管114的两端部对接的两个对接位置的连线与水平面的夹角为0°，一方面使得第一半屏蔽管113与第二半屏蔽管114的对接更加便捷。另一方面可以提高第一半屏蔽管113与第二半屏蔽管114对接后的强度。
在本申请的一些实施例中，如图4、5、7所示，绝缘管111的内表面具有褶皱结构，这样可以延长绝缘管111内表面的长度，提高绝缘的效果,屏蔽管112可以呈喇叭状，沿绝缘管111的内表面内侧至边缘的方向，屏蔽管112的截面面积逐渐减小。具体地，参照图5，屏蔽管112可以最大限度的贴近绝缘管111的内表面，但是由于绝缘管111内表面上褶皱结构存在，屏蔽管112的外表面与绝缘管111的内表面117之间存在间隙116，而该间隙116即为防止污染的空间。
此外，继续参照图6，屏蔽管112远离绝缘管111开口的喇叭口具有圆滑末端，这样做一方面是为了预防高电压放电，另一方面是使得屏蔽管112可以最大限度的与绝缘管111贴合。
需要注意的是，继续参照图4，屏蔽管112可拆卸的安装于绝缘管111的内表面。具体地，屏蔽管112可以通过螺钉115安装于绝缘管111的内表面。螺钉115可以从屏蔽管112的底部、顶部以及中部将其进行固定，这里的螺钉115可以是圆头螺钉115，可以使用耐热、高硬度的绝缘材料，比如聚醚醚酮(PEEK)。当然，屏蔽管112也可以通过其他可拆卸的连接方式安装在绝缘管111的内表面上。
值得一提的是，在实际组装绝缘结构的过程中，可以将绝缘管111水平放置，然后将第一半屏蔽管113、第二半屏蔽管114从左右两侧贴着绝缘管111内表面放到绝缘管111内，然后再上紧螺钉115即可。这样通过屏蔽管112、绝缘管111之间的间隙使污染物无法渗透到绝缘管111的内表面上，可以维持稳定的离子驱动电压，延长绝缘管的清洗周期提高开工率。从而延长绝缘管111的使用寿命。具体的，可以将绝缘管111破坏的时间从原来的1-2个月延长到最长3个月以上。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，包括：
绝缘管；所述绝缘管具有内表面以及两端的开口；
至少一个导电屏蔽管，所述屏蔽管随形安装于所述绝缘管的内表面上，所述屏蔽管安装于所述绝缘管内表面的边缘；
所述绝缘管的内表面具有褶皱结构；屏蔽管贴近绝缘管的内表面，由于绝缘管内表面上褶皱结构存在，屏蔽管的外表面与绝缘管的内表面之间存在间隙；
所述屏蔽管呈喇叭状，沿所述绝缘管的内表面内侧至边缘的方向，所述屏蔽管的截面面积逐渐减小；
所述屏蔽管远离所述绝缘管开口的喇叭口具有圆滑末端，一方面预防高电压放电，另一方面使得屏蔽管与绝缘管贴合。
2.根据权利要求1所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述屏蔽管包括两个组装在一起的第一半屏蔽管和第二半屏蔽管。
3.根据权利要求2所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述第一半屏蔽管在两端部分别与第二半屏蔽管的两端部对接而组装在一起。
4.根据权利要求3所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述第一半屏蔽管的两端部与所述第二半屏蔽管的两端部均呈Z字形。
5.根据权利要求3所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述第一半屏蔽管在两端部分别与第二半屏蔽管的两端部对接的两个对接位置的连线与水平面的夹角为0°。
6.根据权利要求1所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述屏蔽管为2个，分别靠近所述绝缘管两端的开口安装。
7.根据权利要求1所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述屏蔽管为1个，所述屏蔽管靠近所述绝缘管一端的开口安装。
8.根据权利要求1所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述屏蔽管通过螺钉安装于所述绝缘管的内表面。
9.根据权利要求8所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述螺钉由耐热、高硬度的绝缘材料制取。
10.根据权利要求9所述的用于离子注入装置的绝缘结构，其特征在于，所述材料选自聚醚醚酮。
11.一种离子注入装置，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的绝缘结构。
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