CN116504598A - 一种电子发射装置及电荷中和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，公开一种电子发射装置及电荷中和设备。其中电子发射装置包括支架、电子发射体、直流稳压电源、感应加热线圈、交流电源和底座。电子发射体安装于支架上；电子发射体的一端连接于直流稳压电源的负极，直流稳压电源的正极接地，直流稳压电源用于为电子发射体提供偏置电压；感应加热线圈的中间设置有容纳部，电子发射体位于容纳部内，感应加热线圈的两端连接于交流电源，交流电源用于为感应加热线圈提供交流电流，底座用于安装支架和感应加热线圈。本发明利用感应加热线圈的电磁感应实现非接触式加热从而提高能量利用效率，该电子发射体的形状没有严格，因此能够适应地增加电子发射体的直径，提高电子发射体的使用寿命。

Description

一种电子发射装置及电荷中和设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电子发射装置及电荷中和设备。

背景技术

高通量的真空电子流可以用于碰撞气体分子形成离子或与离子结合形成中性气体分子，因而在半导体抛光/刻蚀设备中被广泛应用。热电子发射是一种常见的自由电子产生方式，一般是在细丝形状的高熔点导电材质(如高纯钨丝)中通入大电流，利用焦耳热加热该导电细丝到很高的温度从而使电子的热运动能量接近材料的电子逸出功，从而电子脱离导电细丝并在所加偏压作用下加速运动离开。

现有的热电子发射方式存在如下缺陷：由于导电细丝采用焦耳热加热，因此，导电细丝的直径较小，导电细丝的工作温度接近沸点，由于热蒸发和高温重结晶，导电细丝不断被消耗后性能衰退，导致导电细丝使用寿命短，甚至发生导电细丝断裂。

基于此，亟需一种电子发射装置及电荷中和设备，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种电子发射装置及电荷中和设备，利用感应加热线圈的电磁感应实现非接触式加热从而提高能量利用效率，能够适应地增加电子发射体的直径，提高电子发射体的使用寿命。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种电子发射装置，包括：

底座；

支架,其安装于所述底座上；

电子发射体，其安装于所述支架上；

直流稳压电源，所述电子发射体的一端连接于所述直流稳压电源的负极，所述直流稳压电源的正极接地，所述直流稳压电源用于为所述电子发射体提供偏置电压；

感应加热线圈，其固定安装于所述底座上，所述感应加热线圈的中间设置有容纳部，所述电子发射体位于所述容纳部内，所述感应加热线圈的两端连接于交流电源，所述交流电源用于为所述感应加热线圈提供交流电流。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述感应加热线圈至少一端连接于接地线。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述感应加热线圈包括空心导线，所述空心导线绕制成所述感应加热线圈，所述空心导线的中心沿长度方向设置有冷却流道，所述冷却流道内流通冷却介质。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述支架的材质为陶瓷。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述电子发射体为高纯钨棒、六硼化镧棒、钍钨棒或铈钨棒。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述电子发射体为高纯钨棒时，所述电子发射体表面镀六硼化镧薄膜。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述直流稳压电源设置有电流传感器。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述电子发射体的横截面为圆形、椭圆形或多边形；和/或

所述感应加热线圈的横截面为圆形、椭圆形或多边形。

作为一种电子发射装置的优选技术方案，所述电子发射体沿长度方向的外径不相同；和/或

所述感应加热线圈沿长度方向的外径不相同。

另一方面，提供一种电荷中和设备，包括以上任一方案所述的电子发射装置。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种电子发射装置及电荷中和设备，工作时，感应加热线圈电阻很低，交流电源为感应加热线圈通入较大的交变电流，可以在电子发射体中产生涡流实现非接触加热，以使电子发射体的温度满足要求。电子发射体的端部与直流稳压电源的负极连接，直流稳压电源的正极接地，直流稳压电源为电子发射体提供偏置电压，从而产生空间电子流。本发明利用感应加热线圈的电磁感应实现非接触式加热从而提高能量利用效率，相对于现有技术中导电细丝的结构，该电子发射体的形状没有严格，因此能够适应地增加电子发射体的直径，提高电子发射体的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的电子发射装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的电子发射装置电路连接的示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的电子发射装置的剖视图。

图中标记如下：

1、支架；2、电子发射体；21、螺纹孔；3、直流稳压电源；4、感应加热线圈；5、交流电源；6、接地线；7、底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实施例提供一种电荷中和设备，其包括电子发射装置，该电子发射装置包括支架1、电子发射体2、直流稳压电源3、感应加热线圈4、交变电源5和底座7。

具体地，支架1和感应加热线圈4安装于底座7上；电子发射体2安装于支架1上；电子发射体2的一端连接于直流稳压电源3的负极，直流稳压电源3的正极接地，直流稳压电源3用于为电子发射体2提供偏置电压；感应加热线圈4的中间设置有容纳部，电子发射体2位于容纳部内，感应加热线圈4的两端连接于交流电源5，交流电源5用于为感应加热线圈4提供交流电流。工作时，感应加热线圈4电阻很低，交流电源5为感应加热线圈4通入较大的交变电流，可以在电子发射体2中产生涡流实现非接触加热，以使电子发射体2的温度满足要求。电子发射体2的端部与直流稳压电源3的负极连接，直流稳压电源3的正极接地，直流稳压电源3为电子发射体2提供偏置电压，从而产生空间电子流。本实施例利用感应加热线圈4的电磁感应实现非接触式加热从而提高能量利用效率，相对于现有技术中导电细丝的结构，该电子发射体2的形状没有严格，因此能够适应地增加电子发射体2的直径，提高电子发射体2的使用寿命。

本实施例中，直流稳压电源3设置有电流传感器。该电子发射装置放置于真空腔中，可以工作于超高真空到低真空范围内。感应加热线圈4中的交变电流频率为1-100kHz，电流为0.1-10A。直流稳压电源3的电流传感器，在标定该电流与发射电流之间的关系后，可以测量和反馈控制自由电子流的强度。

本实施例中，如图3所示，电子发射体2的两端均设置有螺纹孔21，任选一个螺纹孔21连接于直流稳压电源3的负极插头。

现有技术中，在导电细丝上加偏置电压加速电子时，由于外部缺乏屏蔽罩，因而该偏置电压会导致空间中的电场分布被扰乱，从而影响离子的运动轨迹，进而影响电子发射装置外的其他零部件性能。尤其是现有的热电子发射方式用于线性离子源的电荷中和设备时，由于材料电阻率和几何尺寸的限制，常需要横向排列数个导电细丝，但会造成电子流不均匀降低中和效果从而影响工艺处理的均匀性。为解决上述问题，如图1和图2所示，本实施例中，感应加热线圈4至少一端连接于接地线6。一方面，由于感应加热线圈4一端接地；另一方面，由于感应加热线圈4的电阻很小，线圈上的交变电压小于一伏特，远低于电子发射体2上所加的偏置电压(约为几百伏特)，因而感应加热线圈4还可以起到接地屏蔽罩的作用，电子发射体2位于容纳部内，避免电子发射体2上的偏置电压引起的空间电场扰动。

优选地，感应加热线圈4包括空心导线，空心导线绕制成感应加热线圈4，空心导线的中心沿长度方向设置有冷却流道，冷却流道内流通冷却介质，能够对感应加热线圈4进行冷却，避免感应加热线圈4温度过高。

现有技术中，导电细丝的加热需要非常高的电流，这对电极连接要求很高，通常采用高电导率的铜排作为电极支架，大量的热量会从电极连接处散失。为解决上述问题，本实施例中，支架1的材质为陶瓷。陶瓷材质具有绝缘和隔热的性能，避免电子发射体2上的热量耗散，提高能量利用效率。

现有技术中，导电细丝依靠焦耳热加热，对导电细丝的电阻有严格要求，通常需要做成细丝形状，这要求材料具有良好的延展性，某些具备较低逸出功的材料(如六硼化镧)则无法使用。为解决上述问题，本实施例中，电子发射体2为高纯钨棒、六硼化镧棒、钍钨棒或铈钨棒，相对于现有技术的导电细丝，一方面，电子发射体2为棒状，增加了电子发射体2的结构强度；另一方面，其可以采用较低逸出功的材料，例如六硼化镧，提高电子发射装置性能。进一步优选地，电子发射体2为高纯钨棒时，电子发射体2表面镀六硼化镧薄膜，以使电子发射体2表面具备较低的逸出功，提高性能。

优选地，电子发射体2的横截面和感应加热线圈4的横截面为圆形、椭圆形或多边形。例如电子发射体2的横截面采用矩形、方形、圆形、椭圆形、五边形、六边形或梯形。感应加热线圈4的横截面可以为矩形、方形、圆形、椭圆形、五边形、六边形或梯形，用以产生不同纵向均匀而横向具有特殊空间分布的自由电子流。其中，纵向指的是电子发射体2的长度方向，横向指的是电子发射体2的径向。

本实施例中，由于该电子发射装置具有很好的纵向均匀性，因而很适合作为线性离子源的电荷中和设备。电子发射体2沿长度方向的外径不相同；和/或感应加热线圈4沿长度方向的外径不相同。电子发射体2的横截面和感应加热线圈4的横截面可以在纵向上改变，其中，外径不相同包括直径变化或形状改变，以此适应线性离子源在纵向上的分布不均匀性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电子发射装置，其特征在于，包括：

底座(7)；

支架(1)，其安装于所述底座(7)上；

电子发射体(2)，其安装于所述支架(1)上；

直流稳压电源(3)，所述电子发射体(2)的一端连接于所述直流稳压电源(3)的负极，所述直流稳压电源(3)的正极接地，所述直流稳压电源(3)用于为所述电子发射体(2)提供偏置电压；

感应加热线圈(4)，其固定安装于所述底座(7)上，所述感应加热线圈(4)的中间设置有容纳部，所述电子发射体(2)位于所述容纳部内，所述感应加热线圈(4)的两端连接于交流电源(5)，所述交流电源(5)用于为所述感应加热线圈(4)提供交流电流。

2.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述感应加热线圈(4)至少一端连接于接地线(6)。

3.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述感应加热线圈(4)包括空心导线，所述空心导线绕制成所述感应加热线圈(4)，所述空心导线的中心沿长度方向设置有冷却流道，所述冷却流道内流通冷却介质。

4.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述支架(1)的材质为陶瓷。

5.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子发射体(2)为高纯钨棒、六硼化镧棒、钍钨棒或铈钨棒。

6.根据权利要求5所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子发射体(2)为高纯钨棒时，所述电子发射体(2)表面镀六硼化镧薄膜。

7.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述直流稳压电源(3)设置有电流传感器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子发射体(2)的横截面为圆形、椭圆形或多边形；和/或

所述感应加热线圈(4)的横截面为圆形、椭圆形或多边形。

9.根据权利要求1-7任一项所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子发射体(2)沿长度方向的外径不相同；和/或

所述感应加热线圈(4)沿长度方向的外径不相同。

10.一种电荷中和设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电子发射装置。