CN112106167A - 用于离子源壳体的氢气排气 - Google Patents

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Abstract

用于离子注入系统的终端系统(102)具有离子源(108)，该离子源具有壳体和包括一个或多个孔板的提取电极组件。气体箱(152)电耦接至离子源。气体源(148)在气体箱内，以与离子源组件基本相同的电位提供气体。排气导管(154、172、174)将气体引入到位于离子源的壳体的内部和至少一个孔板的上游的区域。排气导管具有一个或多个贯穿离子源组件的主体延伸的馈通件，例如位于离子源的安装凸缘中的孔。安装凸缘可以是具有通道的管状部。排气导管可以进一步具有限定为气体分配环(174)的气体分配设备(172)。气体分配环通常可以环绕安装凸缘的管状部。

Description

用于离子源壳体的氢气排气
相关申请的引用
本申请是美国非临时申请，其要求于2018年5月11日提交的题为《用于离子源壳体的氢气排气》的第62/670,307号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及离子注入系统，并且更具体地涉及具有用于离子注入系统的离子源的氢气排气的离子注入系统。
背景技术
在半导体器件的制造中，离子注入被用来对半导体掺杂杂质。离子注入系统通常用于用离子束中的离子对工件(例如半导体晶圆)进行掺杂，以产生n型或p型材料掺杂，或在集成电路制造过程中形成钝化层。这种射束处理通常用于以预定的能级并以受控的浓度选择性地向晶圆注入特定掺杂剂材料的杂质，以在集成电路制造期间产生半导体材料。当用于掺杂半导体晶圆时，离子注入系统将选定的离子种类注入到工件中，以产生所需的外源性材料。注入由诸如锑、砷或磷之类的源材料产生的离子会导致“n型”外源性材料晶圆，而“p型”外源性材料晶圆往往是由通过诸如硼、镓或铟等源材料产生的离子导致的。
典型的离子注入机包括离子源、离子提取装置、质量分析装置、射束传输装置和晶圆处理处理装置。离子源产生所需的原子或分子掺杂剂种类的离子。这些离子通过提取系统(通常是一组电极)从离子源中被提取，从而形成离子束，该提取系统供能并引导来自源的离子流。在质量分析装置(通常是进行提取离子束的质量分散或分离的磁偶极子)中，将所需的离子从离子束中分离出来。射束传输装置通常是包含一系列聚焦装置的真空系统，将离子束传输到晶圆处理装置，同时保持所需的离子束特性。最后，半导体晶圆通过晶圆处置系统进出晶圆处理装置，该晶圆处置系统可以包括一个或多个机械臂，该一个或多个机械臂用于将要处理的晶圆放置在离子束的前面并从离子注入机中去除处理过的晶圆。
离子注入机中的离子源通常通过将电弧腔室中的源材料电离来产生离子束，其中源材料的成分是所需的掺杂剂元素。然后以离子束的形式从电离的源材料中提取所需的掺杂剂元素。在一些情况下，期望的掺杂剂元素可以包括诸如铝等金属离子。
常规地，当铝离子是期望的掺杂剂元素时，出于离子注入的目的，已经使用诸如氮化铝(AIN)和氧化铝(Al2O3)等材料作为铝离子的源材料。氮化铝或氧化铝是固态的绝缘材料，通常置于形成等离子体的电弧腔室中(在离子源中)。传统上引入蚀刻剂气体(例如，包含氟的气体)来化学蚀刻含铝材料，其中使源材料离子化，并且铝被提取并沿束线转移到位于端站中的碳化硅工件，以用于注入其中。但是，蚀刻过程会产生绝缘材料(例如AIFx、AIN、Al203等)，该材料与预期的铝离子一起从电弧腔室中发射出去，其中绝缘材料在离子注入系统的各个组件之间造成不利的电弧作用。
发明内容
以下提供本发明的简化概述，以提供对本发明的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛概述。它既不旨在标识本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。其目的是以简化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序言。
本发明的各方面促进了用于将铝离子注入到工件中的离子注入制程。根据一个示例性方面，提供了一种离子注入系统，该离子注入系统具有离子源，其配置成以形成离子束；束线组件，其配置成选择性地传输离子束；以及端站，其配置成接受离子束以将铝离子注入工件中。
根据一个示例性方面，提供了一种用于离子注入系统的终端系统。终端系统例如包括离子源组件，离子源组件通常具有壳体和具有一个或多个孔板的提取电极组件。例如，气体箱电耦接至离子源组件，并且气体源设置在气体箱内。气体源例如配置成以与离子源组件基本相同的电位提供气体。此外，提供了排气导管，并且该排气导管与离子源组件相关联，其中，排气导管配置成将气体引入到通常位于离子源组件的壳体的内部和一个或多个孔板中的一个或多个的上游的区域。
根据一个示例，排气导管包括一个或多个贯穿离子源组件的主体延伸的馈通件。该一个或多个馈通件例如可以包括位于离子源组件的安装凸缘中的孔。例如，安装凸缘可包括管状部，该管状部中限定有通道。在另一个示例中，排气导管还包括气体分配设备。气体分配设备例如可以包括气体分配环。在一个示例中，气体分配环通常环绕安装凸缘的管状部。
根据另一示例，气体分配设备包括位于其圆周周围的多个分配孔。气体分配设备例如可以定位在壳体的内部和提取电极组件的接地板的上游。
根据本发明的又一示例性方面，氢气源包括氢气发生器。在一示例中，离子源和气体箱通过多个电绝缘体与终端系统的其余部分电隔离。在另一个示例中，提供了多个绝缘支架，其中该多个绝缘支架将终端系统与大地电隔离。气体例如可以分别包括反应气体和惰性气体中的一种，分别诸如氢气和氙气。
根据其他示例性方面，提供了一种离子注入系统，其中该离子注入系统包括上述终端。在另一个示例性方面，提供了一种用于增加离子源的寿命的方法。该方法例如包括在离子源的壳体的内部注入气体。例如，该气体配置成与离子源内离子形成的非所需副产物反应，其中该反应配置成防止在离子源壳体的内部和离子源组件的外部的一个或多个表面上形成非所需污染物。该气体例如可以包含氢气。该一个或多个表面例如可以包括与离子源相关的绝缘体表面。此外，喷射气体可以包括将气体提供给具有多个分配孔的气体分配环，其中，气体分配环位于离子源的壳体的内部和提取电极接地板的上游。
以上概述仅旨在给出本发明的一些实施例的一些特征的简要概述，并且其他实施例可以包括与上述特征不同的附加和/或不同的特征。特别地，该概述不应被解释为限制本申请的范围。因此，为了实现前述和相关目的，本发明包括以下描述的特征以及在权利要求中特别指出的特征。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，这些实施例指示了可以采用本发明的原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，根据本发明的以下详细描述，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的多个方面的利用氢气发生器的示例性真空系统的框图。
图2示出了根据本发明的另一方面的包括离子源和气体箱的示例性终端的立体图。
图3示出了根据本发明的另一方面的包括离子源和气体箱的示例性终端的平面图。
图4示出了根据本发明的另一方面的示例性气体箱的立体图。
图5示出了根据本发明的另一方面的示例性排气导管的立体图。
图6示出了根据本发明的另一方面的示例性离子源的立体图。
图7示出了根据本发明的另一方面的图6的离子源的一部分的局部放大图。
具体实施方式
本发明总体上涉及离子注入系统和用于向与其相关联的离子源提供氢气的源。更具体地，本发明涉及氢气发生组件，该氢气发生组件用于为所述离子注入系统产生氢气并且用于将氢气提供到位于离子源组件的壳体的内部和提取孔或电极组件的上游的位置。本发明将氢气发生器定位在与离子源组件相关联的气体箱中，其中气体箱被维持在较高的电压。因此，气体箱外壳的密封性和安全性有利地改善了重复的硬件和气体输送管道。另一种方法是在到达电弧腔室主体气体入口之前分离氢气处理气体流以及分使用固定或可变计量装置确定氢气处理气体流的比例。
本发明进一步允许将排出的氢气引入到处于接地和/或返回电位的源容纳室中。通过在气体箱中提供氢气排气，可以利用气体箱外壳的密封性和安全性，从而有利地避免了重复的硬件。在一个示例中，排气材料可以被封闭在处于接地或返回电位的次级气体箱中。排气材料可以位于接地电位或返回电位，无论排气材料是否位于外壳内。
因此，现在将参考附图描述本发明，其中，贯穿所有附图，相同的参考标记可用于指代相同的元件。应当理解，这些方面的描述仅是说明性的，不应以限制性的意义来解释它们。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。此外，本发明的范围不旨在由下文参考附图描述的实施例或示例来限制，而是仅由所附权利要求及其等同物来限制。
还应注意，提供附图是为了给出本发明的实施例的一些方面的图示，因此仅被视为示意性的。特别地，附图中所示的元件不必彼此成比例，并且选择附图中各个元件的位置以提供对相应实施例的清楚理解，并且不应被解释为必须是在根据本发明实施例的实现方式中的各个组件的实际相对位置的表示。此外，除非另外特别指出，否则本文描述的各种实施例和示例的特征可以彼此组合。
还应理解，在以下描述中，附图中所示或本文所述的功能块、设备、组件、电路元件或其他物理或功能单元之间的任何直接连接或耦合也可以通过间接连接或耦合来实现。此外，应当理解，在一个实施例中，附图中所示的功能块或单元可以被实现为单独的特征或电路，并且在另一实施例中，也可以或可替代地在共同的特征或电路中被全部或部分地实现。例如，几个功能块可以被实现为在诸如信号处理器之类的通用处理器上运行的软件。应当进一步理解，除非相反地指出，否则在以下说明书中被描述为基于有线的任何连接也可以被实现为无线通信。
根据本发明的一个方面，图1示出了示例性真空系统100。在本示例中，真空系统100包括离子注入系统101，但是也可以设想各种其他类型的真空系统，例如等离子体处理系统或其他半导体处理系统。离子注入系统101例如包括终端102、束线组件104和端站106。
一般而言，终端102中的离子源组件108耦合到电源110，以将掺杂剂材料从离子源组件电离成多个离子，以形成离子束112。
在本示例中，离子束112被引导通过射束转向设备114，并离开孔116朝向端站106。在端站106中，离子束112轰击工件118(例如诸如硅晶圆的半导体、显示面板等)，工件118被选择性地夹紧或安装到夹盘120(例如，静电夹盘或ESC)。一旦嵌入到工件118的晶格中，注入的离子就会改变工件的物理和/或化学性质。因此，离子注入被用于半导体器件的制造和金属表面处理，以及材料科学研究中的各种应用。
本发明的离子束112可以采取任何形式，例如铅笔或点射束、带状束、扫描束或其中离子被引导朝向端站106的任何其他形式，并且可以想到属于本发明的范围的所有这些形式。
根据一个示例性方面，端站106包括处理腔室122(例如真空腔室124)，其中处理环境126与处理腔室相关联。处理环境126通常存在于处理腔室122内，并且在一个示例中，包括由真空源128(例如，真空泵)产生的真空，真空源128耦合到处理腔室并配置成基本上排空处理腔室形成真空。真空源128可以包括一个或多个真空泵，该一个或多个真空泵可操作地耦合到终端102、束线组件104和端站106中的一个或多个，以选择性地排空形成真空。此外，提供控制器130以选择性地控制真空系统100。
本发明认识到，已经发现在其上形成有基于碳化硅的器件的工件118具有比基于硅的器件更好的热和电特性，特别是在高压和高温装置例如电动汽车中使用的应用中。然而，离子注入到碳化硅中使用了与用于由硅构成的工件118的注入掺杂剂不同的注入掺杂剂类别。在碳化硅注入物中，例如，经常执行铝和氮注入。例如，氮注入相对简单，因为可以将氮作为气体引入，并且提供了相对容易的调节、净化等。然而，铝则更加困难，因为迄今为止已知的铝的良好气态溶液很少。
根据本发明，离子源材料132进一步提供到离子源组件108的电弧腔室134，以产生与离子束112相关联的离子。例如，离子源材料132可以包括诸如碘化铝(III)(AlI3)等基于碘化物的掺杂剂、诸如SbF3等基于卤素的掺杂剂以及诸如AlCl3等基于氯的掺杂剂，将在下文中进一步详细讨论。
常规地，出于离子注入的目的，已经使用诸如氮化铝(AIN)、氧化铝(Al203)等材料作为铝离子的源材料132。氮化铝或氧化铝通常是固体的绝缘材料，其可以作为源材料132提供于形成离子的等离子体的离子源组件108的电弧腔室134中。例如，包含铝的源材料132通常在电弧腔室134中与某种形式的蚀刻剂气体(例如，BF3、PF3、NF3等)一起使用，以形成铝离子。因此，在一个示例中，将诸如氟等蚀刻剂气体引入到电弧腔室134中，以化学蚀刻含铝的源材料132，其中铝被离子化，并且铝离子被提取并以离子束112的形式的束线转移到位于端站106中的工件118(例如，碳化硅工件)。然而，这些材料具有产生绝缘材料(例如AIN、Al203等)的不利副作用，该绝缘材料与预期离子一起在电弧腔室发射出来。
例如，提供包括一个或多个电极138的提取电极组件136，其通过提取孔140从离子源组件108提取离子，其中紧邻提取孔的一个或多个电极可以被偏置，以抑制靠近离子源组件的中和电子的倒流或者返回至提取电极。这样，上述绝缘材料例如可以随后涂覆各种电极和组件，例如与离子源组件108相关的提取电极组件136。绝缘材料的这种涂覆可能会积聚电荷且不利地改变这些电极的静电特性。
绝缘材料的这种积聚可导致通常被称为电极(例如，一个或多个电极138之间)的突波或电弧的行为，因为积聚的电荷会将电弧引向其他组件和/或电接地。在极端情况下，电源110的行为会因此类电弧发生改变和变形，从而导致离子束112的行为无法预测、射束电流减少以及需要经常进行预防性维护以清洁这些组件。另外，来自这些材料的薄片和其他残留物会在离子源组件108的电弧腔室134中形成，从而改变其工作特性，导致频繁清洁、维护和/或更换离子源组件。
本发明内容设想了包含碘化铝(III)(All3)的源材料132以产生原子铝离子，其中本发明有利地减轻或消除了上述绝缘材料、薄片等的形成和/或积聚。当使用固态的碘化铝(III)(All3)或其他金属碘化物作为源材料132时，可以利用汽化器144来最初汽化源材料。可以形成所得的碘化物副产物(例如，碘)，如果没有对策，则可以随后用绝缘涂层涂覆离子源组件108的离子源壳体146和具有绝缘涂层的提取电极组件136。
因此，本发明有利地延长了离子源组件108和相关电极的寿命，从而产生了更稳定的离子束112，并且允许比先前所见的实质上更高的射束电流。例如，本发明可以用于从作为源材料132的固态碘化铝(III)(All3)产生单原子铝离子，以在室温至1000℃的温度范围内以电气方式掺杂由碳化硅、硅或其他材料构成的工件，与传统技术相比，具有改善源的寿命、射束电流和可操作特性。
本发明认识到，离子注入制程可以利用基于卤素的掺杂剂气体或化合物(例如，BF3、GeF4、SiF4、PF3、SbF3、NF3等)，其中这些化合物的裂解产生具有高电负性并且易于与构成离子源组件108和提取电极组件136的各种难熔金属、石墨和陶瓷组件反应的氟副产物。
为了减轻、最小化或消除这种掺杂剂副产物的负面影响，可以使氢气排气流入离子源组件108的离子源壳体146内或附近，其中氢气排气与残留的氟反应生，形成HF和/或H2F，因此危害较小，因为随后会形成较少的氟化碳(CFX)和氟化钨(WFX)。氟化碳和氟化钨是挥发性导电腐蚀性气体，其中具有较少量的可用于与各种绝缘体反应的这种材料有利于离子源组件108的使用寿命。在基于碘化物的金属化合物的情况下，例如，与在离子源组件108的各个部件上沉积碘化物相反，所产生的HI气体是挥发性的，并且可以经由与离子源组件108相关联的真空源128去除。
例如，在离子源组件108中使用四氟化锗(GeF4)和氢气作为共伴气体，会发生以下反应：
Figure BDA0002764921690000071
和
Figure BDA0002764921690000072
当使用GeF4而没有氢气作为共伴气体时，会发生以下反应：
Figure BDA0002764921690000073
和
Figure BDA0002764921690000074
从热学上讲，等式(4)的结果通常不稳定，并且可能会分解回元素钨(W)并释放F返回等离子体。
当使用碘化铝(III)All3和氢气作为共伴气体时，会发生以下反应：
Figure BDA0002764921690000081
等式(5)中的水(H20)例如来自腔室井中的湿气。例如，来自碘化物和氢气的反应动力学是有利的，因为它在形成挥发性气体副产物(HI)之后降低了总能量，该挥发性气体副产物在形成时不断被抽走。
为离子源组件108(例如，离子源壳体146)或电弧腔室134供应或产生氢气的几种选择是可能的。例如，可以将包含氢气的高压瓶用作气体源148，其中可以将高压瓶可流体地耦接至离子源组件108。在这种情况下，例如在与之相关联的重大故障的情况下，气体源148的输出端处的小孔口(未示出)可用于防止释放大量的气体。用于将氢气供应到离子源组件108或离子源壳体146的气体源148的另一个替代示例可以包括真空活化瓶，该瓶用作利用低压瓶(未显示)的安全输送系统(Safe Delivery System:SDS)，其中通过真空源128将去往离子源组件108的气体输送管线保持在真空状态。
将氢气供应给离子源组件108、离子源壳体146或电弧腔室134中的一个或多个的又一替代示例包括氢气发生器150。应注意，虽然具体叙述了氢气和氢气发生器150，应当理解，任何气体和相关的气体源148(例如，气瓶、气体发生器或其他任何气体源)都被认为落入本发明的范围内。在一个示例中，氢气发生器150可使用一个或多个串联连接的电解池来离解水。尽管未示出，但是本领域普通技术人员将理解，每个电解池可包括阳极电极(例如，用于产生氧气)、阴极电极(例如，用于产生氢气)和隔膜(例如，用于分离氧气和氢气)。因此，氢气发生器150的储存器仅存储该制程所需的足够的氢气，从而使得氢气发生器成为关注存在高压氢气瓶的应用的安全替代方案。
本发明设想在与终端102相关联的气体箱152中提供氢气发生器150，其中气体箱处于离子源组件108的提取电位(例如，气体箱处于与离子源相同的高电位或提取电压)，并且其中可以使用导电管154(例如，不锈钢管)将氢气发生器的输出直接连接离子源组件中，用作共伴气体。因此，可以利用气体箱152的安全性和密封性，其中可以避免用非导电管桥接高电压间隙的问题。例如，非导电管可以容易地损坏，从而潜在地在离子源组件108外部但在离子源壳体146内部的附近释放可燃氢和/或有毒掺杂剂。如图4所示，气体箱152例如是图1和图2所示的终端102中的外壳，并且与离子源组件108相关联，其中可以进一步定位容纳与注入相关的各种气体的加压气瓶。通过将氢气发生器150放置在气体箱152中(已经处于从电接地升高的电压中)，可以利用气体箱外壳的密闭性和安全性，从而避免了包括气体输送管道的重复设计/硬件。
通常，将气体箱保持在大约1keV至60keV的范围提取电位(例如，从接地升高的电位)。本发明认识到，常规上，当实现用于产生用于离子源的氢气共伴气体的独立氢气发生器(未示出)时，独立氢气发生器被放置在终端外部的地电位的地板上。在这样的地电位下，独立氢气发生器的电位会大大低于离子源。因此，常规上已利用非导电管(例如聚乙烯(例如，
Figure BDA0002764921690000093
)或
Figure BDA0002764921690000092
管)来跨越电接地和终端之间的高电压间隙，以将气体转移到气体箱中，以连接到流量控制器，使氢气流入离子源本身。然而，本发明认识到，这样使用非导电管来跨越高电压间隙具有各种不利缺陷，例如有跳闸风险，并且具有将潜在爆炸性氢气泄漏到附近环境中的可能性。
因此，根据本发明的一个示例性方面，提供了氢气发生器150，其尺寸和大小设置成可装配在通常将常规气瓶放置在气体箱152中的狭槽中。如此，提供了各种安全装置，其中氢气可以被注入到离子源组件108中，同时具有与离子源组件相同的电位。气体箱152例如搁置在多个电绝缘体156上，其中气体箱和用于离子源组件108的各种控制器(未示出)处于与离子源相同的电位。因此，通过将氢气发生器150放置在气体箱152中，在氢气发生器和离子源组件108之间不存在电压降。此外，从气体箱152中的氢气发生器150到离子源108的流体连接可以有利地包括诸如不锈钢管之类的导电管154，其中该导电管在其间提供牢固且安全的流体耦合，如图5所示。
因此，本发明有利地提供了一种气体(例如氢气)，其处于高于接地参考的较高电压。这样，不需要重复使用各种密封装置和控制装置来减轻与易燃气体流量低有关的火花。高压气瓶(例如，氢瓶)可以可替代地放置在图3或图4所示的气体箱152中，用于向离子源组件108提供气体。例如，图3的氢气发生器150可以以大约10sccm的速率使氢气流动。在一个示例中，氢气发生器150具有大约70psi或更小的相对小的存储容量。这样，氢气不会以通常与上述高压气瓶相关的高压(例如2000psi)存储。此外，氢气发生器150保持在与离子源组件108相同的电位(例如，高于电接地的较高的电压)，该电位可以比接地电位高大约1keV至60keV。
根据另一个示例性方面，本发明提供了一种用于离子注入系统101的终端系统158，其中，该终端系统包括氢气发生器150，氢气发生器150处于与离子源组件108相同的电位。终端系统158例如可以通过多个绝缘支架159与大地电绝缘。由于终端系统158通过绝缘支架159与大地电绝缘，因此可以将终端系统视为接地参考(例如，返回参考)，其中终端102可以被偏置到各种电压，例如相对于大地大约为正的300keV。气体箱152和离子源组件108例如与上面讨论的导电管154耦合，并且因此彼此处于相同的电位，其中气体箱和离子源两者都可以处于高于终端102的升高的电位(例如，60keV),同时通过电绝缘体156使其与终端进一步绝缘，从而提供在高于接地电位300keV的气体箱和离子源。
本发明还提供了一种用于经由图6所示的排气导管160将排气引入离子源组件108的壳体146中的设备和方法(例如，在大地、终端电位和/或返回电位处)，其中利用了与气体箱152相关联的安全性和密闭性(例如，处于升高的电位，例如提取电位)。可以从气体箱152或任何排气体源(未示出)中的一个或多个提供排气。
排气例如可以包括反应性气体(例如氢气)，其中排气与同主要掺杂剂的裂解相关的不期望的副产物反应。例如，排气可包含氢气，其中氢气与与碘化铝的主要掺杂剂种类有关的碘化物反应。或者，排气可包括惰性气体(例如氙气)，其中惰性气体可执行诸如提供电子和减少空间电荷的功能，以有助于离子束的稳定。例如，排气可以包括容易释放电子的惰性气体中的一种或多种，和/或一种反应性气体，该反应性气体与一种或多种与主要掺杂剂裂解相关的不希望的副产物反应。例如，可以将氢气用作排气，以与氟反应，从而防止与离子源组件108和离子源壳体146的各种组件发生蚀刻或其他不利反应，其中氟与来自排气的氢气反应并被泵出。
例如，排气可以经由排气导管160引入，排气导管160包括一个或多个穿过离子源组件108的主体164及其相关的安装部件(例如离子源的安装凸缘166，如图6所示)的馈通件162，上述所有均处于升高的电压(例如，处于提取电位)。在一个示例中，一个或多个馈通件162包括位于离子源组件108的安装凸缘166中的孔168，并且继续贯穿安装凸缘的管状部170的横截面，在该处其进一步连接到气体分配设备172。排气导管160例如可以是任何导管(例如，管、通道、管线等)，其配置成将排气提供给离子源组件108的离子源壳体146内的任何地方。例如，气体箱152内的氢气发生器150配置成向电弧腔室134和离子源组件108两者供应共伴气体和排气。例如，一个或多个导管或进料管线将助气和排气两者供应到相应的电弧腔室134和离子源组件108内。在一个示例中，可以利用三通(tee)(未示出)来分离分别去往的电弧腔室134和离子源组件108的流。各个流量控制器(未示出)也可以用来控制相应的气体流量。
气体分配设备172例如配置成沿期望的方向或朝向期望的设备(例如朝向离子源组件108的提取电极组件136或安装凸缘166或任何期望的位置)引导排气。提取电极组件136可包括一个或多个孔板，例如接地板。排气导管160例如可以配置成将气体引入到通常位于离子源组件108的离子源壳体146的内部和一个或多个孔板(例如，与提取电极组件136相关联的孔板)中的一个或多个孔板的上游(例如接地板的上游)的区域。尽管在图6-图7所示的本示例中，气体分配设备172被示为位于提取电极组件136的上游，但是在其他示例中，气体分配设备可位于离子源组件108的离子源壳体146内的任何位置。气体分配设备172可替代地包括分配杆，该分配杆中限定有一个或多个用于分配排气的孔。例如，可以在气体分配设备172中限定该一个或多个孔，以沿一个或多个期望的方向(例如指向离子源组件108的上游和/或下游)引导排气。例如，气体分配设备172可包括一个或多个指向期望方向的管或其他导管，其中该一个或多个管中的每一个包括至少一个用于沿期望的方向或朝向壳体内的期望的位置引导排气流的孔。气体分配设备172可以设置在离子源壳体146内，在图1的束波导114上游的任何地方。
在一个特定示例中，气体分配设备172包括气体分配环174，如图7中更详细地示出的。气体分配环174例如包括位于气体分配环的圆周178周围的多个分配孔176。该多个分配孔176例如可以被限定在气体分配环174的外径中，或者可以包括位于气体分配管(未示出)中的一个或多个孔口、通孔或孔，该一个或多个孔口、通孔或孔配置成使排气流动向前和/或向后或相对于离子源组件108成任何角度，以提供排气的均匀或不均匀分配。
气体分配环174例如位于离子源组件108的壳体146的内部。因此，减轻或消除了与冗余安全性和密封性措施有关的额外成本，其中气体分配环174可以进一步用于其他类型或种类的排气，使得不需要的主要掺杂气体产物或副产物可以通过化学方法相应地“反应完(react out)”。例如，图6的气体分配环174和/或一个或多个馈通件162可增加在到达绝缘体和/或未反应的副产物会出现问题的其他表面之前不希望的副产物被有利地“反应完”或危害较小的可能性。
气体分配设备172例如可以被设置在各种电位，诸如接地电位、相对于大地的返回电位或处于升高的电位的返回电位。例如，可以将流向气体分配设备172的排气流调整为多个排气流速。例如，对于双电荷离子，氢气趋于中和双电荷并损失射束电流，其中大约3sccm的流速可能是足够的。例如，对于单电荷离子，流速可以调整到大约8sccm。因此，可以基于注入物的种类、电荷状态和与要执行的期望注入相关的能量中的一种或多种来确定排气流速。此外，排气的流速和/或压力可以至少部分地基于与特定高压间隙之间的气体压力相关的帕申曲线(Paschen curve)。例如，可以提供排气的压力限制，使得排气的压力可以被限制为低于安全阈值压力(例如，排气压力不超过5×10-4托(torr))。
例如，本发明的氢气发生器150可以进一步配置成将氢气排气供给到离子源壳体146中，其中离子源壳体可以处于接地或处于终端电压(例如，接地参考或返回)。例如，如图1所示，可以进一步提供氢气发生器180作为腔室排气，其中氢气发生器可以可操作地连接至气环或气管，以分配氢气。氢气发生器180例如不必位于气体箱152中，其中氢气发生器可以电耦合至大地和/或接地参考或处于高于接地的升高电位的返回参考。
尽管已经参照一个或多个特定实施例示出和描述了本发明，但是应当注意，上述实施例仅用作本发明的一些实施例的实现方式的示例，并且本发明的应用不限于这些实施例。特别是关于上述组件(组成件、设备、电路等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述此类组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应可以执行所描述的组件的指定功能(即，功能上等效)的任何组件，但是在结构上不等同于在本文所示的本发明示例性实施例中执行功能的所发明的结构。另外，虽然可能已经仅针对几个实施例中的一个发明了本发明的特定特征，但是根据任何给定的或特定的应用可能期望的和有利的，这种特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合。因此，本发明不限于上述实施例，而是仅由所附权利要求及其等同物来限制。

Claims (20)

1.一种用于离子注入系统的终端系统，其中，所述终端系统包括：
离子源壳体；
离子源组件，位于所述离子源壳体内，其中，所述离子源组件包括具有一个或多个孔板的提取电极组件；
气体箱，电连接到所述离子源组件；
气体源，设置在所述气体箱内，其中，所述气体源配置成以与所述离子源组件相同的电位提供气体；以及
排气导管，与所述离子源组件相关联，其中，所述排气导管配置成将所述气体引入到位于所述离子源壳体的内部并且所述一个或多个孔板中的一个或多个孔板的上游的区域。
2.根据权利要求1所述的终端系统，其中，所述排气导管包括一个或多个馈通件，所述馈通件穿过所述离子源组件的主体延伸。
3.根据权利要求2所述的终端系统，其中，所述一个或多个馈通件包括位于所述离子源组件的安装凸缘中的孔。
4.根据权利要求3所述的终端系统，其中，所述安装凸缘包括管状部，所述管状部中限定有通道。
5.根据权利要求4所述的终端系统，其中，所述排气导管还包括气体分配设备。
6.根据权利要求5所述的终端系统，其中，所述气体分配设备包括气体分配环。
7.根据权利要求6所述的终端系统，其中，所述气体分配环通常环绕所述安装凸缘的所述管状部。
8.根据权利要求5所述的终端系统，其中，所述气体分配设备包括位于其圆周周围的多个分配孔。
9.根据权利要求5所述的终端系统，其中，所述气体分配设备位于所述离子源组件的外部并且位于所述提取电极组件的接地板的上游。
10.根据权利要求1所述的终端系统，其中，所述气体源包括配置成产生氢气的氢气发生器。
11.根据权利要求1所述的终端系统，其中，所述离子源和所述气体箱通过多个电绝缘体与所述终端系统的其余部分电绝缘。
12.根据权利要求1所述的终端系统，还包括多个绝缘支座，其中，所述多个绝缘支座将所述终端系统与大地电绝缘。
13.根据权利要求1所述的终端系统，其中，所述气体包括反应性气体和惰性气体中的一种。
14.根据权利要求13所述的终端系统，其中，所述反应性气体包括氢气。
15.根据权利要求13所述的终端系统，其中，所述惰性气体包括氙气。
16.一种离子源，包括：
离子源壳体和设置在所述离子源壳体中的提取电极组件，所述提取电极组件具有一个或多个孔板；
氢气体源，所述氢气体源配置成以与所述离子源相同的电位提供氢气；以及
与所述壳体相关联的排气导管，其中，所述排气导管配置成将氢气引入到通常位于所述离子源壳体的内部和所述提取电极的所述一个或多个孔板中的一个或多个孔板的上游的区域。
17.根据权利要求16所述的离子源，其中，所述排气导管包括流体连接至所述氢气体源的气体分配环，其中，所述气体分配环通常围绕所述离子源壳体的管状部。
18.根据权利要求17所述的离子源，其中，所述气体分配环包括围绕其圆周布置的多个分配孔，并且其中，所述气体分配环位于所述离子源壳体的内部和所述提取电极组件的接地板的上游。
19.根据权利要求16所述的离子源，其中，所述氢气体源包括氢气发生器。
20.一种离子注入系统，包括：
终端，包括：
气体箱，具有产生氢气的氢气发生器；以及
离子源组件，配置成形成离子束，其中，所述离子源组件包括具有电弧腔室和提取电极组件的离子源壳体，其中，所述离子源组件还包括排气导管，所述排气导管配置成将气体引入通常位于所述离子源组件的内部和所述提取电极组件的上游的区域，并且其中，所述离子源组件和所述气体箱处于相同的电位；
束线组件，配置成选择性地传输所述离子束；以及
端站，配置成接收所述离子束，以将离子注入到工件中。
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