CN1119338A - 离子源孔同预定离子束路径的对准结构 - Google Patents

离子源孔同预定离子束路径的对准结构 Download PDF

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Abstract

在一种离子注入设备中，一种可移走的对准夹具90，同一种自对中的夹紧装置92一起，被用来使引出元件孔精确地定位到同预定的束路线对准。引出元件72固定于夹紧装置的支持环94，而夹紧装置安装于对准夹具。被安装于源机箱的对准夹具同预定束路线精密对准。夹紧装置的开口环107固定于围绕着离子发生电弧室18的支持筒80。由于夹紧装置是自对中的，故不危害引出元件孔的对准。在移走对准夹具之后，将可变间隙引出电极装置130固定于源机箱。

Description

离子源孔同预定离子束路径的 对准结构
本发明涉及到一种用于离子注入站中对工件进行离子束处理的离子注入机，更具体地说是一种使引出元件孔(弧隙)及引出电极间隙同预定的束路径精确定位并对准的结构和方法。
用来将掺杂剂引入半导体片子的一种现有技术是使离子束沿束的行进路径并选择性地安置硅片使其截取离子束。此技术已用于离子注入机中来对片子进行离子材料浓度可控的掺杂。
Eaton NV 200氧离子注入机是一例商用离子注入设备。这种现有技术的离子注入机采用了一种带有阴极的氧离子源，它包括一个用来提供电子以离化氧分子的灯丝。阴极发射的电子被加速通过含有浓度受到控制的氧气的区域。电子同气体分子相互作用产生能量并使分子离化。一但离化，带电的氧分子就沿行进路径被加速，从而形成用于半导体片子注入的离子束。授予Shubaly的美国专利4,714,834公开了一种采用阴极灯丝的离子源。
离子源结构的另一种方案包括采用不需要阴极和阴极灯丝的微波离子源。用微波提供功率的离子源以回旋共振频率激发离化室中的自由电子。这些电子同气体分子进行碰撞，使分子离化，在离子室中提供离子和更多的自由电子。这些离子然后承受到加速电场并以离子束的形式离开离化室。Hipple等人的美国专利4,883,968公开了一种这样的共振离子源。Hipple等人的968专利公开作为一个整体被本申请列为参考。
离子注入设备运行中的一个关键因素是产生的离子束路径相对于所需的预定束行进路径的精确性如何。在离化或电弧室中产生的离子通过细长的孔或弧隙而离开离化室。离子束沿束路径被位于电弧室附近的激励引出电极产生的电场加速。引出电极由二个半圆形盘组成，彼此分隔形成一个离子借以通过的细长缝隙。
为了获得同预定束路径重合的束路径，弧隙和引出电极间隙的位置和对准是很关键的。弧隙和引出电极间隙都必须定位成同预定束路径轴向对准。在现有技术的离子注入装置中，由于弧隙同离子束源机箱之间的累积位置公差，难以使弧隙相对于预定束路径精确对准。
源机箱支持着与产生离子束相关的各元件。在现有技术装置中，弧隙制作在引出元件或安置于电弧室上的板上。电弧室由离子源装置支持。离子源装置安装在离子源装置支持筒中。支持筒固定于绝缘子。绝缘子连接于离子束源机箱上。与相对于离子束源机箱而定位弧隙相关的公差，使弧隙同预定束路径的适当对准变成一项困难、费钱又费时间的事情。而且，由于电极板安装在附着在离子束源机箱并从其伸出的结构上，弧隙同引出电极间隙的对准也很困难。
本发明涉及一种方法和设备，它克服了弧隙同引出电极间隙相互之间以及同预定束路径的定位和对准困难。
根据本发明的一个最佳实施例组成的离子注入设备包括一个离子束源机箱和一个离子源装置。离子束源装置的一部分伸入到源机箱中并由离子源装置支持筒环绕和支持。离子源装置包括一个侧面敞开式电弧室。电弧室确定一个可离化的气体进入的内室。电弧室的敞口侧由一个含有一离子借以离开电弧室的细长孔或弧隙的引出元件或板封闭。在离化室中提供能源以离化其中的气体。
离子注入设备包括一个自对中的夹紧装置。引出元件固定于夹紧装置的支持环。支持环放置在开口环夹和固定卡环之间，开始时可相对于开口环夹和固定卡环作横向移动。引出元件(带有装于其上的夹紧装置)固定于对准夹具的安装面。夹紧装置被可移走地安装于对准夹具面。对准夹具当安装在离子源机箱上时，使引出元件弧隙同预定的束路线对准，并使夹紧装置定位成开口环夹同离子源装置支持筒的一端重叠。开口环夹被夹于离子源装置支持筒。因为夹紧装置是自对中且在支持环和开口环卡之间可横向操作，故即使支持筒相对于预定束路径偏离中心，也能保持弧隙同预定束路径的轴向对准。然后将对准夹具从离子束源机箱移走。
采用使引出元件弧隙相对于离子源装置机箱定位的对准夹具，消除了现有技术离子注入设备的累积定位公差。对准夹具使弧隙可沿预定束路径轴线精确定位。自对中夹紧装置使对准夹具在孔同预定离子束获得合适的对准后可以移走。
根据本发明的另一种方面，引出元件包括平的前后侧。电弧室的敞开侧包括一个圆壁连接表面，它被弹性装在引出元件的背面以便电弧室同引出元件之间密封。采用对准夹具使引出元件沿同预定离子束路径轴向对准的方向准确地定位，并且用夹紧装置固定于离子源装置支持筒，而不是将引出元件安装到电弧室。这种设计适应电弧室在离子源装置支持筒中位置的轻微偏离，同时保持了产生的离子束同预定离子束路径的轴向对准。
根据本发明的又一方面，本设备还包括一个含有由二个分开的半圆组成的引出电极的离子加速电极装置。半圆片支持成相互间隔，从而确定一个离子沿束路径被加速时借以通过的引出电极间隙。引出电极间隙同引出元件弧隙对准。
半圆片分别固定于第一和第二支持腿。各支持腿被安装在相应的角轨上。此轨道平行于预定的束路径并在相对的方向成角。一个马达用来使各支持腿沿其相应的角轨一致地移动。当支持腿沿其相应的轨道一致地移动时，引出电极间隙的宽度就改变，从而可用来调节离子束。
从结合附图对本发明最佳实施例的详细描述中，本发明的各种目的、优点和特征将更好理解。
图1是离子注入设备的示意图；
图2是离子束装置的局部示意图，包括一个离子束源机箱、一个界面板、一个绝缘子以及一个离子源装置支持筒；
图3是离子束源装置的局部剖面图；
图4是其上安装有对准夹具和夹紧装置的离子源装置机箱和离子源装置支持筒的局部剖面及正面图；
图5A是离子电弧室的局部平面和局部剖面图；
图5B是图5A电弧室的局部正面和局部剖面图；
图6A是夹紧装置的前视图；
图6B是图6A夹紧装置的剖面图；
图7A是图3和图4所示对准夹具的前视图；
图7B是图7A对准夹具从图7A的切割线7B-7B看的部分正面和部分剖面图；
图8A是其上安装有图6A夹紧装置的图7A对准夹具的前视图；
图8B是其上安装有图6A夹紧装置的图7A对准夹具的局部背视图；
图9是离子源装置机箱上安装有可变间隙电极的离子束源装置的正面图；
图10A是可变间隙电极板装置的前视图；
图10B是图10A可变间隙电极板装置的后视图；
图10C是可变间隙电极板装置的剖面图；
图11A是引出元件的前视图；
图11B是图11A引出元件从图11A的切割线11B-11B看的剖面图；以及
图11C是图11A引出元件的背视图。
图1是描述离子注入设备10的总示意图，此设备具有一个产生离子并沿路径加速离子以形成一个离子束14的离子束源装置12。束14中的离子从离子束源装置12行进一段路径以撞击到注入站16处的工件(未示出)上。在典型的注入站中，离子束14撞击硅片(未示出)以选择性地将对硅片掺杂并产生半导体片子的离子颗粒引入。
在图1所示离子注入系统10中，离子束14行进一固定的路径。借助于使硅片选择性地通过离子束14而移动，达到对离子注入剂量的控制。Eaton公司市售的NV-20A型注入机是一例现有技术的注入系统10。离子束源装置12采用微波发生器或灯丝来激发图3、4、5A和5B所示的离子发生或电弧室18中的自由电子。电子同注入电弧室内部的气体分子碰撞而产生离子。产生的离子从电弧室18由图3、10A、10B和10C所示的引出电极20加速并形成离子束14。进入注入室16的离子由引出电极20提供的初始能量为例如40-50Kev。
离子束14通过一段真空的路径而到达注入站16。真空路径由图1所示的真空泵24a、24b、24c来提供。构成离子束14的离子进入将带电离子向注入站16弯转的分析磁铁26。由于离子同分析磁铁26所建立的磁场相互作用，带有多重电荷的离子和原子数不对的不同种离子从束14中消失。在分析磁铁26和注入站16之间行进的离子在撞击注入站16中的片子之前，被加速电极22加速到更高的能量。
控制电路(未示出)对到达注入站16的注入剂量进行监测，并根据注入站16处硅片所需的掺杂水平而增减离子束浓度。监测离子束剂量的技术在现有技术中是熟知的，一般是采用与离子束相交的法拉弟筒30来监测束剂量。注入站16包括一个可移动的片子支座32。在装载可动支座32的过程中，片子由机械手36从片盒34取出并通过装料锁(末示出)插入注入室38。可动支座32由马达40带动绕中央轴42旋转以便使置于可动支座32外缘的片子通过离子束14。
图2更详细地示出了根据本发明而构成的离子束源装置12。离子束源装置12包括一个立方形的源机箱44。源机箱44由铝组成并有一个在机箱垂直侧壁48a、48b、48c、48d上分别有四个进出窗口46a、46b、46c、46d与之连接的内腔45。转至图3，一个接地的离子束线板(beam line plate)50被固定到源机箱44的垂直面48b。此接地束线板50包括一个开槽的石墨衬底52，离子束14在其向分析磁铁26行进时通过它而离开离子束源装置12。装在接地束线板50中切削出的圆形沟槽中的O形环54使离子束源机箱44和束线板50之间保持真空密封。当离子注入设备10运行时，源机箱内腔45中保持真空。离子束源机箱44同接地的束线板50电连接在一起。如从图2和3可见，界面板56固定在接地束线板50对面的源机箱垂直面48a和绝缘子58之间。
转到图3、4、5A和5B，形成束14的离子在电弧室18中产生。电弧室18确定一个内室60并有一敞开侧62。电弧室包括一个灯丝64和一个挡板66。待要离化的气体经过气体入口68被注入到电弧室内。
如从图3和4可很清楚地看见那样，电弧室18由伸出部70支持于离子源装置69的一端。一对弹簧71使电弧室18相对于引出元件72偏移。引出元件72(图11A、11B和11C)的形状为矩形，其一边73平坦，此面即安装电弧室18。如从图11B可最清楚地看到，引出元件的反侧74是凹的或稍微向内弯。引出元件72在元件的相对边上包括二个精确周边定位槽75和另外四个周边槽76，一边二个。精确周边定位槽75同细长椭圆孔或弧隙78的中心轴对准，在电弧室18中产生的离子通过78离开电弧室并沿离子束路径被引出电极20加速。引出电极20(图3、10A、10B和10C)被加电并相对于电弧室18的电位而可控地偏置，以加速从引出元件弧隙78离开电弧室18出来的离子。
转至图3和4，离子源装置支持筒80围绕并支持着离子源装置69。支持筒80由诸如铝的导电材料组成并伸过源机箱进出口46a。支持筒80同源机箱进出口46b同轴，且包括一个支撑绝缘子5 8的法兰盘81。靠近法兰盘81的支持筒中的二个切口84提供了到灯丝64(图5A和5B)的电源引线83的空间。远离法兰盘81的支持筒80的一端，围绕着电弧室18，且包括一个在支持筒80的内缘加工的环形台阶部分82。如从图3可见，离子源装置支持筒80的法兰盘81连接到绝缘子58并由58支持。绝缘子58使离子源机箱44同产生和加速离子离开电弧室18的正激励电压隔离开来。
为了确保产生的离子束14遵循预定的束路径，引出元件弧隙78同引出电极20彼此正确对准并相对于离子束源机箱44精确地定位，这是非常重要的。引出元件弧隙78或引出电极20相对离子束源机箱44的适当定位如果失败，将导致难以使离子束路径14同预定的所需束路径相重合，且难以控制注入站16中处理片子的离子剂量。
在本发明中，引出元件弧隙78利用可移走地安装在源机箱44(图4)上的对准夹具90而相对于离子束源机箱44被精确地定位，源机箱44准确地将引出元件72定位在源机箱44的内腔45之中，使弧隙78同预定的束路径恰当地轴向对准。引出元件72安装于自对中的夹紧装置92(图6A和6B)的一个支持环94。支持环94由向外开口的开口环卡107可移动地支持，107开始时松驰地连接于制动环108。亦即，在夹紧装置的初始条件中，支持环94和引出元件72可相对于松驰地连接的开口环卡107和制动环108作横向滑动或运动。
引出元件72(其上安置有夹紧装置92)被安装于对准夹具90(图8A和8B)。当对准夹具90安装在源机箱44上时，开口环卡107被固定在离子源装置支持筒80的端部。因为引出元件72保持固定于对准夹具，且因为支持环94和引出元件72可相对于开口环卡107作横向运动，故引出元件72保持同预定的离子束路径对准，同时开口环卡107固定于支持筒80。在开口环卡107固定于支持筒80之后，制动环108被紧紧地连接于开口环卡107，确保支持环94和引出元件72就位。然后从引出元件72松开对准夹具90并从离子源机箱44移走。使弧隙78直接对离子束源机箱44定位，消除了现有技术离子注入装置的累积公差。
图4、7A、7B、8A和8B所示的对准夹具90，同图3、4、6A、 6B、8A和8B所示的自对中夹紧装置92结合起来使用。引出元件72固定于夹紧装置92的一个支持环94。然后将引出元件72(其上装有夹紧装置92)安装于对准夹具90的前安装表面96。
如从图4可见，对准夹具90包括一个固定于离子束源机箱44垂直面48c的安装法兰盘98。其上固定有夹紧装置92和引出元件72(图8A和8B)的对准夹具90，通过源机箱垂直侧面进出窗口46c被插入，而对准夹具的安装法兰盘98被安装于源机箱垂直面48c。对准夹具90的尺寸定为使弧隙78准确地定位并同预定的束路径轴向对准，此时安装法兰盘98紧紧地卡在源机箱垂直面48c上，而安装法兰盘98的前面99支持二个从界面板56伸出的定位钮102(图2和9)。用二个通过安装法兰盘98中的开口105拧入源机箱垂直面48c中螺纹孔106的螺钉104a、104b(104a为内六角螺钉，104b为对准带肩螺钉)，使对准夹具90固定于源机箱44。
夹紧装置92是自对中的并将引出元件72固定于离子源装置支持筒80，同时保持引出元件弧隙78相对于源机箱44因而也是预定的束路径的位置，转到图6A和6B，除支持环94外，夹紧装置92还包括外向开口环卡107和制动环108。开口环卡107包括一个在其背面上的环形槽109(图8A)，其尺寸定为在离子源装置支持筒80的环形台阶部位82上可自由地滑动。拧紧三个带肩螺钉110以便将制动环108固定于开口环卡107但允许支持环94在开口环卡107和制动环108之间自由运动。其余六个制动螺钉111保持松驰直至夹紧装置被固定于支持筒80，如将要解释的那样。支持环94包括二个向内伸出的凸片114。凸片114包括四个螺纹孔116和二个引出元件定位钉118。
引出元件72的二个精密缝75同薄片引出元件定位钉118相互配合以便使引出元件相对于支持环94作精确定位。然后用四个带肩螺钉120旋入带螺纹的薄片孔116中将引出元件72固定于支持环凸片114。带肩螺钉120在安装到支持筒80时固定得松一些，使引出元件74可作有限的轴向运动(约1/32英寸)以适应离子注入设备10运行过程中的热膨胀。支持片114还包括二个定位孔121。
转到图7A、7B、8A和8B，夹紧装置92连同固定于支持环片114的引出元件72，借助于使自前安装表面96凸出的二个对准夹具定位钉122同支持环片114上的二个定位孔121相互对准，而被安装到对准夹具90的前安装表面96上。对准夹具定位钉122和薄片定位孔121确保了引出元件72的准确定位，从而也确定了对准夹具90上弧隙78的准确定位。四个卡销124(图4和7B)伸过对准夹具90并包括柄。拧紧卡销使柄126将引出元件72和夹紧装置92固定于对准夹具的安装表面96。柄126可旋转，以致在夹紧装置92固定于支持筒80之后，可将对准夹具90从引出元件72和夹紧装置92移走。
如从图4可清楚地看出，其中安装有夹紧装置92的对准夹具90通过进出窗口46c被插入到离子束源机箱44中。当对准夹具90通过进出窗口46c插入时，开口环卡107的环形槽109在离子源装置支持筒80的端面上滑动。对准夹具90的源机箱安装法兰盘98被定位成平坦地落在源机箱垂直侧壁48c上，而安装法兰盘98的前端面99紧靠界面板定位钮102。这就确保了对准夹具90的精确定位，从而也确保了引出元件70和弧隙78相对于源机箱44和预定束路径的精确定位。对准夹具螺钉104a和104b通过安装法兰盘98的孔105被插入并拧入源机箱螺纹孔106以对准夹具90并将其固定于源机箱44。
夹紧装置92被松驰地安装，以使开口环卡107相对于支持筒80自对中。拧紧内六角螺钉128，使开口环卡环形槽109张口以便将夹紧装置92固定于支持筒80的环形台阶部位82。然后拧紧此时还能使对准夹具90就位的六个松驰的制动环螺钉111中的五个(图6A和6B)，以确保支持环94和引出元件处于恰当的位置，亦即，固定于支持筒但保持弧隙78同预定束路径轴向对准。卡销124和对准夹具螺栓104被松开并通过进出窗口46c移走对准夹具90。然后拧紧其余松驰的制动环螺钉111。当引出元件72被固定于支持筒80的时候，电弧室18的敞开侧62同引出元件72的平坦侧73相连并密封。
由于引出元件72被从安装表面96精确地置于对准夹具上，当对准夹具安装法兰盘98被固定于源机箱侧壁48c时，就同预定的束路径对准了。而且，由于在拧紧制动环螺钉111前，支持环94开始时可相对于开口环卡107及与之连接的制动环108作横向运动，即使支持筒80尚未完全地对中于预定的束路线，也可使引出元件72在对准夹具上恰当地定位，此时开口环卡107固定于支持筒80。在开口环卡107固定于支持筒之后，拧紧制动环螺钉111就使支持环94紧固在开口环卡107和制动环108之间。这就确保了引出元件72处于恰当的位置并由于采用对准夹具90而获得了同预定的束路径的适当对准。然后可将对准夹具90移走而引出元件弧隙78将保持对准状态。
转至图3、9、10A、10B和10C，引出电极20是可变间隙电极装置130的一部分。可变间隙电极装置130包括引出电极20、二个石墨支持足132、133、二个支持足导轨168、170、二个铝的电极支持板134、135、一个含有二个半环150a、150b的环形场环150、一个安装板136、以及一个电极安装室137。
在对准夹具90从离子束源机箱44移走之后，将可变间隙电极130安装于离子束源机箱44。可变间隙电极装置安装板136紧密配合于源机箱垂直侧壁48c并紧靠界面板56上的二个定位钮102并由螺栓184和185(见图9)固定在源机箱44上。当可变间隙电极装置130被安装于源机箱44时，引出电极20、电极支持板134和135、环形场环150、以及支持足132和133的一部分伸入到源机箱的内腔45中。
转至图10A、10B和10C，引出电极20由二个匹配的石墨半圆盘装置20a和20b组成。在装配的时候，半圆盘装置20a和20b被对准于一个公共的垂直平面，此平面垂直于预定的束路径，二半圆盘分隔开以确定一个离子从弧隙78出来借以通过的细长缝隙。引出电极间隙140必须同预定的离子束路径和引出元件弧隙78精确地对准。当采用对准夹具90来定位时，相对于同一垂直侧壁48c使引出电极20定位以及定位钮102，确保了引出电极间隙140同引出元件弧隙78的精确对准，这是由于引出元件弧隙78也位于同一参考面并使用相同的定位钮。
每个半圆盘装置20a和20b都由一个引出电极板半圆盘138a和138b、一个接地板半圆盘148a和148b、三个陶瓷绝缘球144、二个安装弹簧的绝缘带肩螺钉143、一个引出电极板可置换边缘插入片141a和141b、以及一个背板半圆盘可置换边缘插入片142a和142b所组成。可置换插入片141a、141b、142a和142b固定于它们各自的半圆盘138a、138b、148a和148b并确定引出电极间隙140。插入片起保护其相关半圆盘免遭加速离子同半圆盘碰撞所引起的损伤的作用，可按要求更换并在重装时重新对准。
引出电极板半圆盘138a采用伸过半圆盘的安装弹簧的带肩螺钉143对，连同配合于半圆盘外缘附近的腔145中以提供分隔的三个陶瓷球144，按彼此分隔开的关系而被固定于背板半圆盘148a，从图10C可最清楚地看到平行的关系。相似地，引出电极板半圆盘138b按平行分隔的关系被固定于接地板半圆盘148b。
支持足132和133伸过安装板136中的开缝窗口158。如从图10C可最清楚地看出，伸过各窗口158并固定于支持足132和133和安装板136的是一个柔性条状波纹管160。波纹管160防止离化过程中产生的污染物进入电极安装室137。
电极安装室137分别将支持足132和133的一端172和174以及支持足导轨168和170分别包围起来。室侧壁188支持一个马达162和一皮带164。轴承支持的齿轮驱动机构166伸过室壁。各支持足132和133的相应端172和174分别可滑动地装于支持足导轨168和170。导轨168和170被倾斜，二个倾斜方向相反。
启动马达162来驱动皮带164和齿轮驱动机构166。驱动机构166机械上连接于支持足132和133并沿其相应导轨168和170一致地移动支持足。由于导轨168和170沿相反方向倾斜，支持足132和133的运动就使引出电极间隙140的宽度变化。在最佳实施例中，支持足132和133沿其相应的导轨168和170的行程约为2.5英寸。二导轨以对预定束路线偏离相反的3.5度的倾角而倾斜。当支持足132和133处于其最靠近于引出元件72的行程端点，行程和倾斜角产生引出电极间隙的宽度为0.093英寸且在其离引出元件72最远行程的端点，引出电极间隙宽度为0.400英寸。
可变间隙电极装置130的装配按下列顺序进行。可变间隙电极装置130被局部地安装于电极安装室137中伸过安装板窗口158的支持足132和133以及支持足导轨168和170被固定处。然后，用螺钉156将一个电极支持板135固紧于一个支持足132，而另一电极支持足134固紧于支持足133(图10B)。
这一零件然后被置于重复可变间隙电极装置130在源机箱44上的安装位置的夹具(未示出)之中。模拟半圆盘装置20a和20b以及场环半环150a和150b和支持件重量的重物(未示出)被装于相应的支持足132和133。这些重物引起各支持足发生与它们在离子注入设备10运行时将要发生的相同程度的偏移。然后在相应的安装板开缝窗口158之内使支持足132和133一直向前移动，并在前方位置内小心地定位。待有引出电极半圆盘装置20a和20b固定于其上的各支持板134和135的安装表面被精密加工以产生一个平坦的垂直安装表面。使用钻夹(未示出)在各支持板134和135中钻出二个安装孔，然后将孔攻出螺纹。
然后将零件从加工夹移走并将引出电极半圆盘装置20a和20b以及场环半环150a和150b安装在电极支持板134和135上。用二个伸过接地板半圆盘148b的精密对准螺钉146(图10C中只能见到其中一个)将半圆盘装置20b固定于电极支持板134，并拧进支持板134安装表面中的带螺纹安装孔中。相似地，用二个精密对准螺钉(未示出)将半圆盘装置20a固定于电极支持板135。
在电极支持板134和135远离半圆盘的一端，将环形场环150固定于支持板。场环150由二个半环150a和150b组成，二个半环由导线152(如图10A所见)通电，导线152还为前引出电极板半圆盘138a通电。于是，场环150的电位等于电极板20电位的一半。另一个前引出电极板半圆盘138b由导线151选择性地加电以提供更多样的电场强度从而能更好地控制离子注入过程。场环150用陶瓷绝缘子154来同支持板134和135进行电绝缘。
当可变间隙电极装置130被安装在源机箱垂直侧壁48c时，引出电极半圆盘装置20a和20b以及场环半环150a和150b的重量使支持足132和133偏移，其偏移程度与电极支持板134和135的安装表面被切削、钻孔和攻螺纹时在加工夹具中所模拟过的相同。将支持板136安装到定位钮102以及在加工支持板134和135时如上所述地对支持足的偏移进行模拟，导致引出电极间隙140同预定的束路径和弧隙78轴向对准。
用螺栓184和185将安装板136固定于源机箱44。安装板136的底表面176包括一个其外缘附近带有一个O形环178的沟槽，用来确保同源机箱垂直侧壁48c的可靠密封。电极安装室137的底表面180也有一个沟槽和O形环的组合件182，用来密封安装板136。用螺栓186(图9中示出了一个)将室137固定于安装板136。室137侧壁188的上表面187也包括一个密封室盖192的沟槽和O形环的组合件190。这就使室可被抽真空并且处于同离子束源机箱内腔45相同的真空压力下。
虽然本发明已在一定程度的特例范围内加以描述，但本技术领域的一般熟练人员不言自明，对本发明所述的实施例可做某些补充或修改或删除而不超越所附权利要求所列举的本发明的构思或范围。

Claims (18)

1.一种产生离子并沿预定的束路径加速离子以对工件进行处理的离子注入设备(10)，此设备包括一个含有一个离子束源装置，它包含一个确定内部区域(45)并至少有一个带有同内部区域连接的进出窗口(46c)的侧壁(48c)的离子束源机箱(44)、一个伸入到源机箱内部区域的离子源装置(69)，而它含有一个带敞开侧(62)并确定可离化气体进入其中的内室(60)的电弧室(18)、一个至少围绕包括电弧室的离子源装置一部分的离子源装置支持筒(80)、一个含有细长孔(78)的引出元件(72)、一个用来使电弧室敞开侧对引出元件形成偏移以封闭引出装置的偏移装置(71)、以及一个使内室中气体离化从而产生通过上述引出装置的细长孔而离开电弧内室的离子的能源，此离子注入设备的特征是：
一个含有可移动地固定在制动环(108)和周长可调的开口环(107)之间的支持环(94)的夹紧装置(92)，此支持环包括一个用来将引出元件固定于其上的安装装置(114)，开口环包括侧壁内的一个环形槽(109)，槽的尺寸定为在围绕电弧室的离子源装置支持筒的一端(82)上滑移并在开口环周长调整时啮合支持筒从而使引出元件固定于离子源装置支持筒。
2.根据权利要求1的离子注入设备(10)，进一步特征在于：一个对准夹具(90)，它包括一个夹紧支持元件和一个组合安装元件(98)，夹紧支持元件具有一个安装表面(96)和一个用来将固定于其上的夹紧装置(92)和引出元件(72)可移走地固定于安装表面且大小适合于通过源机箱进出窗口(46c)的固定装置(124)和(126)，所采用的安装元件可移走地固定于邻近进出窗口的源机箱(44)，对准夹具的尺寸定为当安装元件被固定于源机箱时，引出元件孔(78)同预定的束路径轴向对准。
3.根据权利要求1的离子注入设备(10)，其中离子束源装置(12)的进一步特征是一种可变间隙电极装置(130)，它包含一个含有二个相互隔开确定引出电极间隙(140)的相匹配的半圆盘装置(20a)和(20b)的引出电极(20)，二个支持足(132)和(133)、二个支持足导轨(168)和(170)以及一个驱动机构(166)，各半圆盘装置固定于各支持足靠近一端处，各支持足的另一端同各支持足导轨啮合，各支持足沿其导轨行进，驱动机构连接于各支持足并选择性地运行以推动支持足沿各自的导轨移动，支持足轨道沿相反方向倾斜，使当支持足沿其各自路径运动时，引出电极电隙发生变化。
4.根据权利要求3的离子注入设备(10)，其中可变间隙电极装置(12)的进一步特征是带有可固定于离子束源机箱(44)密封地覆盖进出窗口(46c)的安装板(136)的机箱室(137)，足支持导轨(168)和(170)以及啮合置于室内的足支持导轨的足支持部分(132)和(133)，安装板包括二个分开的开缝窗口(158)，通过它足支持部分支持着伸入到源机箱内部区(45)的半圆盘装置，开缝窗口的尺寸定为允许足支持沿其各自路径运动。
5.根据权利要求1的离子注入设备(10)，其特征还在于引出元件(72)在其一个侧面(73)上包括一个平坦的壁部分，且其中电弧室(18)的敞开侧(62)包括一个啮合外围表面以密封啮合引出元件平坦壁部分，且其中偏移装置(71)包括一组弹簧连接并使电弧室紧靠引出元件。
6.根据权利要求1的离子注入设备(10)，其特征还在于引出元件孔(78)是一个椭圆形缝。
7.根据权利要求1的离子注入设备(10)，其中夹紧装置支持环(94)的进一步特征是至少二个从其中伸出的凸出物(114)，此凸出物为安装引出元件(72)提供支持，至少二个凸出物包括一个或更多个与引出元件中相应定位孔或缝(75)配合的定位凸出(118)，以便相对于夹紧装置支持环精确地定位引出元件孔(78)。
8.根据权利要求7的离子注入设备(10)，其中对准夹具安装表面(96)的进一步特征是至少二个同夹紧装置支持环(94)中的定位孔或缝(121)配合的定位凸出(122)，以便相对于对准夹具(90)精确地定位引出元件孔(78)。
9.根据权利要求8的离子注入设备(10)，其特征还在于夹紧装置支持环(94)中的一个或更多个定位孔或缝(121)位于一个或更多个凸出物(114)中。
10.一种用来将离子源装置引出元件(72)定位在离子束源装置机箱(44)中内部区域(45)的方法，机箱(44)在侧壁(48c)中至少有一个进出窗口(46c)，而离子源装置支持筒(80)伸入源装置机箱内部区，使引出元件的孔(78)同预定的离子束路径轴向对准，此方法的特征是下列步骤：
a)将引出元件固定于带有用来啮合支持筒的周边可调开口环(107)的自对中夹紧装置(92)的支持环(94)；
b)将其上固定有夹紧装置的引出元件安装于对准夹具(90)的安装表面(96)；
c)将包括安装表面的对准夹具的一部分，插过离子束源装置机箱的侧壁进出窗口，使开口环靠近支持筒的一端(82)；
d)将对准夹具安装于离子束源装置机箱，对准夹具的尺寸定为使引出元件同预定的束路线轴向对准；
e)调节开口环使夹紧装置固定于支持筒；
f)从引出元件分离对准夹具；以及
g)从源机箱移走对准夹具。
11.权利要求10的使离子源装置引出元件(72)定位的方法，其进一步的特征是下列步骤：
h)将带有一个敞开侧(62)的离化电弧室(60)定位在支持筒(80)中，使其敞开侧密封连接于引出元件。
12.一种安装引出电极装置(130)，使由半圆盘装置确定的间隙(140)在安装板固定于离子束源装置机箱时同预定的离子束路径轴向对准的方法，引出电极装置(130)包括二个分隔开的半圆盘装置(20a)和(20b)、二个支持板(134)和(135)、二个支持足(132)和(133)、以及一个离子源装置安装板(136)，半圆盘装置固定于各自的支持板，支持板固定于各自的支持足，而支持足伸过安装板中由安装板支持的缝(158)，此方法的特征是下列步骤：
a)装配安装板、支持足和支持板以组成一个部分地装配的引出电极装置；
b)将此部分地装配的引出电极装置支持在加工夹具中；
c)对支持足加上重物以模拟安装于离子束源装置机箱的完全装配好的引出电极装置的支持足的偏移；
d)精确地加工各支持板的半圆盘装置的安装表面，使当完全装配好的引出电极装置安装于离子束源装置机箱时，半圆盘装置间隙同预定的束路径轴向对准；
e)从支持足移走重物；
f)将半圆盘装置安装于它们各自的支持板的半圆盘装置安装表面；以及
g)将离子源装置机箱安装板固定于源装置机箱。
13.一种用于离子注入系统(10)的离子源装置(12)，此离子源装置包括：
a)一个确定内部区(45)和进出窗口(46c)的离子束源机箱(44)；
b)一个由源机箱支持并伸入到内部区的支持筒(80)；
c)一个带有敞开侧(62)并确定一个可离化的源材料进入其中的腔(60)的离子电弧室(18)，电弧室至少由支持筒局部环绕并支持于支持筒之中；以及
d)一个密封连接电弧室敞开侧的引出元件(72)，引出元件包括一个电弧室腔中产生的离子通过它离开电弧室的弧隙(78)，该离子源装置的特性为：弧隙定位结构具有
i)一个啮合于支持筒的夹紧元件(107)和(108)支持引出元件；以及
ii)用来使上述弧隙同预定的束路线对准的定位装置(94)和(114)，定位装置适合于相对源装置机箱精确定位且在将夹紧元件沿横过预定离子束路径的方向固定于支持筒端之前可相对于夹紧元件移动。
14.权利要求13的离子源装置(12)，其进一步特征是定位装置(94)和(114)包括同引出元件(72)中定位缝(75)配合以使引出元件弧隙(78)同预定离子束路径轴向对准的定位柱(118)。
15.权利要求14的离子源装置(12)，其进一步特征是定位装置(94)和(114)包括含有二个向内延伸的凸出部(114)和从上述凸出部伸出的定位柱(118)的支持环(94)。
16.权利要求13的离子源装置(12)，其进一步特征是夹紧元件(107)和(108)包括一个周边可调的开口环(107)。
17.权利要求15的离子源装置(12)，其进一步特征是引出元件(72)被安装于支持环凸出部(114)。
18.权利要求16的离子源装置(12)，其进一步特征是夹紧元件(107)和(108)还包括一个连接于正对着支持筒(80)的开口环(107)的表面的制动环(108)。
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