TW201545196A - 離子產生裝置及熱電子放出部 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能夠減少陰極的維護頻率之離子產生裝置及熱電子放出部。本發明的離子產生裝置具備：電弧室(12)；陰極(30)，從電弧室(12)的內部向外軸向延伸，且向電弧室內放出熱電子；筒狀熱反射器(56)，設置於陰極(30)的徑向外側，且沿軸向延伸；及狹小結構(60)，在夾在陰極(30)與熱反射器(56)之間之間隙(58)，徑向寬度WB在軸向規定位置變小。
Description
本發明係有關一種離子產生裝置及用於該裝置之熱電子放出部。
在半導體製造製程中以改變導電性或改變半導體晶片的晶體結構等為目的而規範地實施向半導體晶片植入離子之製程。該製程中所使用之裝置通常被稱為離子植入裝置。
眾所周知，以旁熱型離子源作為該種離子植入裝置的離子源。旁熱型離子源藉由直流電流加熱燈絲以產生熱電子，並藉由該熱電子加熱陰極。並且，產生自加熱陰極之熱電子在電弧室被加速，並與電弧室內的源氣體分子相撞，使得源氣體分子中所含之原子離子化。用於放出熱電子之陰極例如由被燈絲加熱之帽及端部安裝有帽之管狀構件構成(參閱專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開平8-227688號公報
作為導入到電弧室內之源氣體分子例如使用氟化物和氯化物等鹵化物。鹵化物的源氣體分子在離子化過程中產生鹵自由基，該鹵自由基會影響構成離子源之組件例如電弧室內壁的金屬材料並進行化學結合。並且經化學結合之金屬材料與源氣體分子一同被離子化，有可能以離子化物質堆積在電弧室內壁或構成陰極之管狀構件的表面等。
為了提高熱電子的產生效率，將陰極帽保持為高溫狀態為佳，且安裝有帽之管狀構件的熱絕緣性要高。另一方面，若因使用離子源而使金屬材料堆積在管狀構件的表面，則會使管狀構件的熱絕緣性下降並無法將帽維持在高溫狀態。這樣一來，難以穩定地生成離子，而需要對絕緣性下降之組件進行清潔或更換等維護。尤其在成為高溫狀態之陰極周邊容易有鹵化物解離且易堆積金屬材料，因此需要頻繁地進行維護，其結果使得使用離子植入裝置之製程的生產率下降。
本發明係鑑於該種情況而完成者，其目的為提供一種能夠減少陰極的維護頻率之離子產生裝置及熱電子放出部。
本發明的一種態樣的離子產生裝置，其具備：電弧
室；陰極，其從電弧室的內部向外軸向延伸，並向電弧室內放出熱電子；筒狀熱反射器，設置於陰極的徑向外側，且沿軸向延伸；及狹小結構，在夾在陰極與熱反射器之間之間隙，徑向寬度在軸向規定位置變小。
本發明的另一態樣為熱電子放出部。該熱電子放出部為用於向電弧室內生成電漿之熱電子放出部，其具備：陰極，從電弧室內部向外軸向延伸，並向電弧室內放出熱電子；筒狀熱反射器，設置於陰極的徑向外側，且沿軸向延伸；及狹小結構，在夾在陰極與熱反射器之間之間隙，徑向寬度在軸向規定位置變小。
另外，在方法、裝置、系統等之間相互替換以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現形式之發明，作為本發明的方式同樣有效。
依本發明能夠提供一種減少陰極的維護頻率且生產率較高的離子產生裝置及熱電子放出部。
10‧‧‧離子產生裝置
12‧‧‧電弧室
14‧‧‧熱電子放出部
24‧‧‧導氣口
28‧‧‧燈絲
30‧‧‧陰極
40‧‧‧熱電子
42‧‧‧電漿
50‧‧‧陰極帽
50a‧‧‧前面
50b‧‧‧背面
52‧‧‧熱斷路器
52a‧‧‧卡止端部
52b‧‧‧安裝端部
52c‧‧‧外周面
56‧‧‧熱反應器
56b‧‧‧連接端部
58‧‧‧間隙
60‧‧‧狹小結構
62‧‧‧突起部
C1‧‧‧上部區域
C2‧‧‧中間區域
C3‧‧‧底部區域
第1圖為表示實施形態之離子產生裝置的電弧室及熱電子放出部的概略構成之圖。
第2圖為表示實施形態之熱電子放出部的構成之剖面圖。
第3圖為表示實施形態之熱電子放出部的構成之俯視
圖。
第4圖為表示比較例之熱電子放出部之模式圖。
第5圖(a)為表示變形例1之熱電子放出部之剖面圖，第5圖(b)為表示變形例2之熱電子放出部之剖面圖。
第6圖(a)為表示變形例3之熱電子放出部之剖面圖，第6圖(b)為表示變形例4之熱電子放出部之剖面圖。
第7圖為表示其他實施形態之熱電子放出部的構成之剖面圖。
以下，參閱附圖對用於實施本發明的形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同的要件標註相同的符號，適當省略重複說明。並且，以下所述構成為示例，不對本發明的範圍做任何限定。
第1圖為表示實施形態之離子產生裝置10的電弧室12及熱電子放出部14的概略構成之圖。
本實施形態之離子產生裝置10為旁熱型離子源，其具備電弧室12、熱電子放出部14、反射極18、抑制電極20、接地電極22及各種電源。
電弧室12具有大致呈長方體的箱型形狀。電弧室12由高熔點材料構成，具體而言由鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)等高熔點金屬或它們的合金、石墨(C)等構成。
藉此，電弧室內即使成為溫度較高的環境亦不易使電弧室熔化。
電弧室12包含上面板12a、下面板12b及側壁板12c。側壁板12c上形成有導入源氣體之導氣口24及引出離子束之開口部亦即前狹縫26。上面板12a上設有熱電子放出部14，下面板12b上插通有反射極18。
另外，以下說明中，將自上面板12a朝向下面板12b之方向稱為軸向；與軸向正交之方向稱為徑向。並且，將電弧室12的內部稱為內側，電弧室12的外部稱為外側。
熱電子放出部14係向電弧室內放出熱電子者，且具有燈絲28和陰極30。熱電子放出部14插入於上面板12a的安裝孔12d，並以與電弧室12絕緣之狀態被固定。
燈絲28藉由燈絲電源34被加熱，並在前端產生熱電子。燈絲28中所產生之(1次)熱電子在由陰極電源36產生之陰極電場被加速，並與陰極30碰撞，藉由其碰撞時所產生之熱量加熱陰極30。被加熱之陰極30產生(2次)熱電子40，該(2次)熱電子40藉由被電弧電源38施加於陰極30與電弧室12之間之電弧電壓被加速，以作為具有供氣體分子電離之充份的能量之射束電子放出到電弧室12中。
反射極18具有反射板32。反射板32設置於與熱電子放出部14對向之位置，且與陰極30對向，並大致平行設置。反射板32使電弧室內的電子反彈，以供電子滯留在生成電漿42之位置，藉此提高生成效率。
接著，參閱第2圖及第3圖對熱電子放出部14的構成進行詳述。第2圖為表示實施形態之熱電子放出部14的構成之剖面圖，第3圖為表示實施形態之熱電子放出部14的構成之俯視圖。
熱電子放出部14具備燈絲28、陰極30、熱反射器56及狹小結構60。陰極30包含陰極帽50、熱斷路器52及陰極保持器54。熱電子放出部14為防止與電弧室12的上面板12a接觸而與安裝孔12d隔開間隔插入於安裝孔12d，並固定於安裝板46。陰極30及熱反射器56的電位相同，但被施加之電弧電位不同於電弧室12。
陰極帽50為被燈絲28加熱之後向電弧室內放出熱電子之構件，例如由包含鎢(W)或鉭(Ta)等之高熔點材料構成。陰極帽50呈具有軸向厚度之柱狀形狀，例如具有圓柱形形狀。陰極帽50具有與電弧室12的內部空間相對之正面50a、與燈絲28相對之背面50b及側面50c。背面50b上設有從側面50c向徑向外側突出之凸緣50d。凸緣50d夾在熱斷路器52與陰極保持器54之間而卡止。藉此，陰極帽50固定於熱斷路器52與陰極保持器54的端部，且從卡止端部52a向電弧室12的內側突出。
熱斷路器52為從電弧室12的內部向外軸向延伸之筒狀構件，且為固定陰極帽50之構件。熱斷路器52例如具有與陰極帽50的形狀相對應之圓筒形狀。熱斷路器52例如由包含鎢(W)或鉭(Ta)等之高熔點材料構成。熱斷路器52具有用於卡止陰極帽50之卡止端部52a、及用於
安裝到設置於電弧室12的外部之安裝板46之安裝端部52b。安裝端部52b亦可以直接安裝於安裝板46，亦可以經由陰極保持器54間接安裝於安裝板46。亦即，熱斷路器52在安裝端部52b可以固定於陰極保持器54。
熱斷路器52具有熱絕緣性較高的形狀為佳，以將陰極帽50保持在高溫狀態，例如具有軸向長，壁薄的形狀。藉由如此設定熱斷路器52的形狀，陰極帽50與安裝板46之間的熱絕緣性得到提高。藉此，被燈絲28加熱之陰極帽50不易經由熱斷路器52而朝向安裝板46放出熱量。
陰極保持器54為設置於熱斷路器52的內側之構件，且為沿著熱斷路器52軸向延伸之筒狀構件。陰極保持器54例如由包含鎢(W)或鉭(Ta)等之高熔點材料構成。陰極保持器54具有用於按壓陰極帽50之固定端部54a、及用於安裝於安裝板46之安裝端部54b。陰極保持器54與熱斷路器52同樣為軸向長、壁薄的形狀為佳。
燈絲28與兩條導引電極44連接，並經由絕緣部48固定於設置在電弧室12的外部之安裝板46。燈絲28藉由將鎢線彎曲成螺旋環狀而形成。燈絲28設置於被陰極帽50、熱斷路器52及陰極保持器54區隔之陰極30的內部。藉此將燈絲28從在電弧室12的內部空間生成之電漿隔離，以防止燈絲28的劣化。
熱反射器56設置於陰極帽50及熱斷路器52的徑向外側，且具有與熱斷路器52的外周面52c對向並軸向延
伸之筒狀形狀。熱反射器56例如由包含鎢(W)、鉭(Ta)、石墨(C)等之高熔點材料構成。熱反射器56具有在陰極帽50的正面50a的附近沿徑向外側延伸之開口端部56a、及在熱斷路器52的安裝端部52b的附近沿徑向內側延伸而與熱斷路器52連接之連接端部56b。
熱反射器56將來自成為高溫狀態之陰極帽50的輻射熱朝陰極帽50反射，並使陰極帽50維持高溫狀態。熱反射器56軸向延伸至與側面50c對向之位置為佳，以便能夠反射來自陰極帽50的側面50c的輻射熱。換言之，熱反射器56比卡止陰極帽50之熱斷路器52更朝電弧室12的內側軸向延伸為佳。
並且，熱反射器56在熱斷路器52的安裝端部52b附近，安裝於熱斷路器52為佳。換言之，熱反射器56安裝於遠離陰極帽50及熱斷路器52的卡止端部52a之位置為佳。這是因為，若在陰極帽50及熱斷路器52的卡止端部52a附近安裝熱反射器56，則容易使陰極帽50的熱量傳遞到熱反射器56，且會使熱斷路器52的熱絕緣性下降。
狹小結構60為在夾在陰極帽50及熱斷路器52與熱反射器56之間之間隙58，將間隙58的徑向寬度W設為在軸向規定位置為較小的寬度WB之結構。如第2圖所示，狹小結構60包含從熱反射器56的內周面56c向徑向內側突出之突起部62。另外，狹小結構60如後述第5圖(a)所示之變形例，亦可以包含從熱斷路器52的外周面52c向徑向外側突出之突起部，且如第6圖(a)、第6圖
(b)所示之變形例，亦可以包含從熱斷路器52及熱反射器56這二者突出之突起部。
突起部62在設有突起部62之部位，將間隙58的徑向寬度設小，以便間隙58的徑向寬度成為較小的寬度WB。突起部62中，設有突起部62之部位的間隙58的寬度WB成為間隙58的原有寬度W的1/2以下為佳。換言之，將突起部62的徑向突出寬度WA設為大於間隙58的寬度WB為佳。並且，突起部62的軸向長度L為間隙58的寬度WB的2倍以上為佳。例如，間隙58原有寬度W為2mm左右時，將間隙58的寬度WB設為0.2mm~1mm左右，將軸向長度L設為1mm~3mm左右即可。將間隙58的寬度WB設為0.5mm左右，將軸向長度L設為1.5mm左右即可。
突起部62在沿軸向延伸之熱反射器56的內周面56c中，設置於熱斷路器52的卡止端部52a的附近位置。其中，所謂卡止端部52a的附近位置是指，依據軸向位置將間隙58分成上部區域C1、中間區域C2、底部區域C3這3個區域時，與中間區域C2的範圍對應之位置。上部區域C1為靠近電弧室12的內部空間的區域，具體而言為以陰極帽50的正面50a及背面50b的軸向中間位置為界，相比該中間位置更靠近正面50a的區域。底部區域C3為遠離電弧室12的內部空間的區域，具體而言為以熱斷路器52的卡止端部52a及熱反射器56的連接端部56b的軸向中間位置為界，相比該中間位置更靠近連接端部56b的
區域。中間區域C2為位於上部區域C1與底部區域C3之間之區域。
藉由將突起部62設置在中間區域C2，使得在電弧室12的內部空間生成之電漿難以侵入到間隙58的裏面亦即底部區域C3。並且，由於不在底部區域C3設置突起部62，而擴大間隙58裏面的徑向寬度W，並能夠使通過因突起部62而變窄之部位之電漿在底部區域C3變得稀薄。藉此，減少區隔底部區域C3之熱斷路器52或熱反射器56暴露於高密度電漿之影響。並且，由於不在上部區域C1設置突起部62，所以能夠避免阻礙從陰極帽50的側面50c放出之熱電子的放出。藉此，能夠防止從陰極30放出之熱電子量的減少並能夠提高離子生成效率。
並且，如第3圖所示，突起部62沿著內周面56c周方向連續設置，並以圍繞熱斷路器52或陰極帽50的外側之方式形成為環狀。突起部62設置為，間隙58的寬度WB在周方向不同位置均勻。另外，變形例中突起部62形成為，間隙58的寬度WB在周方向不同位置為不同寬度，亦可以僅形成在周方向的局部位置。
如第1圖所示，在具有以上構成之離子產生裝置10上在沿連結陰極30與反射極18之軸向施加被源磁場線圈感應之外部磁場B。並且，由於反射極18與放出射束電子之陰極30對向而設，因此射束電子沿著磁場B在陰極30與反射極18之間往復移動。進行往復移動之射束電子藉由與導入到電弧室12之源氣體分子相撞電離而產生離
子，並在電弧室12生成電漿42。射束電子因施加磁場而幾乎存在於限定範圍內，因此離子主要在該範圍生成，並藉由擴散到達電弧室12的內壁、前狹縫26、陰極30、反射極18，並在牆面消失。
作為源氣體使用稀有氣體或氫(H2)、磷化氫(PH3)、砷化氫(AsH3)等氫化物、三氟化硼(BF3)、四氟化鍺(GeF4)等氟化物、三氯化銦(InCl3)等氯化物等鹵化物。並且，作為源氣體還使用二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氧(O2)等包含氧原子(O)之物質。該些源氣體通過導氣口24導入到電弧室12，且被(2次)熱電子40離子化。若被激發之離子射入電弧室12的內壁、陰極30、反射極18並與之相撞，則藉由濺射或化學蝕刻使各部的構成材料(W、Ta、Mo、石墨等)磨耗。
源氣體為氟化物時，例如為BF3時經離子化而生成B+、BF+、BF2 +、F+、F2 +，若該些離子在電弧室12內部的牆面被中和，則會生成F、F2等反應性較高的氟自由基。氟自由基與構成離子產生裝置10之組件的材料化學結合，而變成WFx、TaFx、MoFx、CFx等氟化物。該些氟化物在比較低的溫度下氣化，且在電弧室內被離子化，並作為WFx +、TaFx +、MoFx +、CFx +電漿化物質流入電弧室的內壁並附著於此。
由該種鹵化物構成之附著物亦會附著到構成熱電子放出部14之熱斷路器52等上。構成陰極30之熱斷路器52
等在運行離子產生裝置10之過程中變成高溫狀態，因此使因熱分解包含在堆積物中之F等鹵素解離，並堆積成W、Ta、Mo、C等熱導性較高的物質。這樣一來，使熱斷路器52的厚度增大，藉此使得堆積物增加並降低熱斷路器52的熱絕緣性。這樣不得不對燈絲28加大所投入之電力，以維持陰極帽50的溫度。
並且，燈絲電源34的電源容量通常都有上限，因此若熱斷路器52的熱絕緣性下降，則即使將投入電力提高至上限值亦有可能無法將陰極帽50的溫度維持在所要求之溫度。若陰極帽50的溫度無法得到維持，則藉由熱電子放出部14生成之熱電子的量達不到目標值，而導致離子生成效率及離子生成量的降低。這樣一來，則無法從離子產生裝置10引出所要求之電流量的離子束，且需要進行更換陰極30等維護來恢復熱絕緣性。維護頻率越高，離子產生裝置10的運行率越低，並導致使用離子植入裝置之製程的生產率下降。並且，陰極30的更換頻率增加，亦會增加維護成本。
作為源氣體使用包含氧原子之物質時，電弧室內會產生氧自由基，所產生之氧自由基使構成離子產生裝置10之各部的構成材料(W、Ta、Mo、石墨等)蝕耗。由氧自由基導致之蝕耗程度在變成高溫之陰極30周邊尤為高。若熱斷路器52和熱反射器56的壁薄的部份被蝕耗，則有可能使該些組件脫落。這樣一來，難以穩定地生成電漿，並且需要對損傷組件進行維護。維護頻率越高，離子產生
裝置10的運行率越低，且降低使用離子植入裝置之製程的生產率並增加維護成本。
參閱第4圖所示之比較例對該種課題進行詳述。第4圖為表示比較例之熱電子放出部114之模式圖。熱電子放出部114除了未在實施形態之熱電子放出部14設置構成狹小結構60之突起部62之外，與實施形態之熱電子放出部14具有相同的構成。
比較例中由於未設置狹小結構60，因此如箭頭X所示，在電弧室12的內部空間生成之電漿以及離子化物質容易流入至間隙158的裏面(安裝端部52b或連接端部56b的附近)。陰極30的附近保持高溫狀態，因此容易堆積由離子化物質引起之堆積物，且由電漿引起之蝕耗程度較大。例如，若熱斷路器52的外周面52c有大量金屬材料堆積，則熱斷路器52的熱絕緣性會大幅下降。並且，若熱斷路器52的安裝端部52b或熱反射器56的連接端部56b附近被蝕耗，則會導致該些構件的安裝強度下降。因此，不得不頻繁地維護構成熱電子放出部114之組件，以穩定地運行離子產生裝置。
另一方面，本實施形態中在熱電子放出部14設置了狹小結構60，因此能夠減少流入夾在熱斷路器52與熱反射器56之間之間隙58之電漿量，並能夠使間隙58中的電漿變得稀薄。藉此，能夠藉由減少堆積在區隔間隙58之熱斷路器52外周面52c之堆積物的量，來抑制熱斷路器52的熱絕緣性的下降。並且，降低區隔間隙58之熱斷
路器52或熱反射器56的蝕耗程度，並能夠抑制該些構件的損傷。藉此，藉由降低構成熱電子放出部14之組件的維護頻率，能夠設為生產率高的離子產生裝置10及熱電子放出部14。並且，不使熱斷路器52與熱反射器56在設置有突起部62之位置接觸，藉由在兩者之間設置間隙，能夠維持熱斷路器52的熱絕緣性。藉此，能夠防止熱電子放出量的下降，並能夠穩定地運行離子產生裝置10及熱電子放出部14。
第5圖(a)為表示變形例1之熱電子放出部14之剖面圖。變形例1作為構成狹小結構60之突起部，以具有設置於熱斷路器52的外周面52c之突起部64來代替設置於熱反射器56的內周面56c之突起部62，這一點與上述實施形態不同。突起部64與突起部62同樣配置成，軸向位置為包含於中間區域C2之位置。藉由設置突起部64，能夠減少流入間隙58裏面之電漿量，並能夠減少構成熱電子放出部14之組件的維護頻率。
第5圖(b)為表示變形例2之熱電子放出部14之剖面圖。變形例2作為構成狹小結構60之突起部，具有形成為徑向突起之寬度WA依據軸向位置而不同的突起部66，這一點與上述實施形態不同。突起部66具有徑向突起之寬度WA隨著遠離電弧室內部空間逐漸變小的形狀。藉由設為該種形狀，有效地抑制來自電弧室的內部空間的電漿的流入，並且藉由擴大底部區域C3中的間隙58的容積來使底部區域C3的電漿體密度變得稀薄。為了起到該
種效果，盡量將底部區域C3範圍的突起部66所突起之寬度WA設為極小，或設為不在底部區域C3範圍形成突起部66之構成為佳。另外，第5圖(b)中，採用在熱反射器56設置突起部66之構成，但作為另一變形例，可以採用在熱斷路器52設置突起之寬度WA沿軸向變化之突起部66之構成。
第6圖(a)為表示變形例3之熱電子放出部14之剖面圖。變形例3作為構成狹小結構60之突起部，具有設置於熱反射器56之第1突起部68a及設置於熱斷路器52之第2突起部68b，這一點與上述實施形態不同。第1突起部68a及第2突起部68b設置於軸向重合之位置，例如設置於軸向相同位置且相同範圍。向第1突起部68a的徑向突出之寬度WA1及向第2突起部68b的徑向突出之寬度WA2的寬度之和WA1+WA2為大於第1突起部68a與第2突起部68b之間的徑向寬度WB為佳。藉此，藉由減少流入間隙58裏面之電漿的量，能夠使間隙58的底部區域C3的電漿體密度變得稀薄。
第6圖(b)為表示變形例4之熱電子放出部14之剖面圖。變形例4作為構成狹小結構60之突起部，具有設置於熱反射器56之第1突起部69a及設置於熱斷路器52之第2突起部69b，這一點與上述實施形態不同。第1突起部69a及第2突起部69b設置於軸向不相重合之位置，設置於軸向不同的位置。向第1突起部69a的徑向突出之寬度WA1比第1突起部69a與熱斷路器52之間的徑向寬
度WB1大。同樣，向第2突起部69b的徑向突出之寬度WA2比第2突起部69b與熱反射器56之間的徑向寬度WB2大。因此，第1突起部69a及第2突起部69b配置成其一部份在徑向上重合。藉由設成該種結構，能夠使電漿難以侵入到間隙58的裏面，並能夠使間隙58的底部區域C3的電漿體密度變得稀薄。
第7圖為表示另一實施形態之熱電子放出部214的構成之剖面圖。本實施形態之熱電子放出部214未設置配置在陰極帽50及熱斷路器52的徑向外側之熱反射器56，這一點與上述實施形態不同。
本實施形態中構成狹小結構260之突起部264設置於熱斷路器52的外周面52c。狹小結構260在夾在熱斷路器52與和熱斷路器52的外周面52c對向之上面板12a的安裝孔12d之間隙258，間隙258的徑向寬度WB局部設為小於原有寬度W。藉此，能夠減少通過間隙258從電弧室的內部向外部流出之電漿的量，並減少對於設置於電弧室12的外部之熱斷路器52之堆積或蝕耗的影響。另外，本實施形態中，突起部264亦可以設置於電弧室12的安裝孔12d。
以上，參閱上述實施形態對本發明進行了說明，但本發明並非限定於上述實施形態，適當組合或替換實施形態的構成亦均屬於本發明。並且，可依據本領域具有通常知識者的知識適當重新排列實施形態的組合或處理順序、或對實施形態加以各種設計變更等變形，加以該種變形之實
施形態亦屬於本發明的範圍。
12‧‧‧電弧室
12a‧‧‧上面板
12d‧‧‧安裝孔
14‧‧‧熱電子放出部
28‧‧‧燈絲
30‧‧‧陰極
44‧‧‧導引電極
46‧‧‧安裝板
48‧‧‧絕緣部
50‧‧‧陰極帽
50a‧‧‧正面
50b‧‧‧背面
50c‧‧‧側面
50d‧‧‧凸緣
52‧‧‧熱斷路器
52a‧‧‧卡止端部
52b‧‧‧安裝端部
52c‧‧‧外周面
54‧‧‧陰極保持器
54a‧‧‧固定端部
54b‧‧‧安裝端部
56‧‧‧熱反射器
56a‧‧‧開口端部
56b‧‧‧連接端部
56c‧‧‧內周面
58‧‧‧間隙
60‧‧‧狹小結構
62‧‧‧突起部
C1‧‧‧上部區域
C2‧‧‧中間區域
C3‧‧‧底部區域
L‧‧‧軸向長度
W‧‧‧徑向寬度
WA‧‧‧徑向突出寬度
WB‧‧‧徑向寬度
Claims (16)
- 一種離子產生裝置，其特徵為具備：電弧室；陰極，從前述電弧室的內部向外軸向延伸，且向前述電弧室內放出熱電子；筒狀熱反射器，設置於前述陰極的徑向外側，且沿前述軸向延伸；及狹小結構，在夾在前述陰極與前述熱反射器之間之間隙，前述徑向寬度在前述軸向規定位置變小。
- 如申請專利範圍第1項所述之離子產生裝置，其中，前述陰極與前述熱反射器的電位相同。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中，前述狹小結構包含突起部，該突起部設置於前述陰極和前述熱反射器中的至少一方且向前述徑向突出，並且沿前述軸向延伸，前述突起部在沿前述軸向延伸之區間，前述間隙的前述徑向寬度在前述規定位置減小。
- 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中，前述突起部中，向前述徑向突出之寬度大於沿前述軸向延伸之區間之前述間隙的前述徑向寬度。
- 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其 中，前述突起部中，沿前述軸向延伸之區間的長度為沿前述軸向延伸之區間之前述間隙的前述徑向寬度的2倍以上。
- 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中，前述突起部具有設置於前述陰極之內側突起部及設置於前述熱反射器之外側突起部，前述內側突起部及前述外側突起部設置於前述軸向重合位置。
- 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中，前述突起部具有設置於前述陰極之內側突起部及設置於前述熱反射器之外側突起部，前述內側突起部及前述外側突起部設置於前述軸向不相重合之位置，沿前述徑向重合。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中，前述陰極包含：陰極帽，向前述電弧室內放出熱電子；及筒狀熱斷路器，從前述電弧室的內部向外軸向延伸，且固定前述陰極帽，將前述狹小結構中前述熱斷路器與前述熱反射器之間的前述徑向寬度設小。
- 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其 中，前述陰極包含：陰極帽，向前述電弧室內放出熱電子；及筒狀熱斷路器，從前述電弧室的內部向外軸向延伸，且固定前述陰極帽，前述陰極帽上未設置有前述突起部。
- 如申請專利範圍第8項所述之離子產生裝置，其中，前述熱斷路器具有：卡止端部，使前述陰極帽卡止；及安裝端部，安裝於設置在前述電弧室外之構件上。
- 如申請專利範圍第10項所述之離子產生裝置，其中，前述熱反射器包含連接端部，其在前述安裝端部的附近朝前述熱斷路器沿徑向內側延伸，且與前述熱斷路器連接，前述間隙具有：底部區域，前述軸向位置較前述卡止端部與前述連接端部的中間成為更靠近前述連接端部的位置；及中間區域，前述軸向位置較前述底部區域成為更靠近前述卡止端部的位置，前述狹小結構中，與前述中間區域相比，前述底部區域的前述徑向寬度更大。
- 如申請專利範圍第11項所述之離子產生裝置，其中，前述離子產生裝置還具備燈絲，其設置於前述熱斷路器的內部，對前述陰極帽進行加熱， 前述陰極帽包括面向前述電弧室的內部空間之正面及卡止於前述卡止端部且面向前述燈絲之背面，前述間隙具有上部區域，其前述軸向位置較前述正面和前述背面的中間成為更靠近前述正面的位置，前述中間區域為，其前述軸向位置較前述上部區域成為更靠近前述卡止端部的位置之區域，前述狹小結構中，與前述中間區域相比，前述上部區域的前述徑向寬度更大。
- 如申請專利範圍第11或12項所述之離子產生裝置，其中，與前述電弧室的內部空間相比，前述底部區域為電漿體密度更稀薄的空間。
- 如申請專利範圍第8項所述之離子產生裝置，其中，前述離子產生裝置還具備將電漿生成用源氣體導入到前述電弧室內之導氣口，前述源氣體係包含鹵化物者，前述狹小結構抑制前述熱斷路器的熱絕緣性可能由於導電性物質的附著而下降，前述導電性物質因前述鹵化物而生成。
- 如申請專利範圍第8項所述之離子產生裝置，其中，前述離子產生裝置還具備將電漿生成用源氣體導入到前述電弧室內之導氣口， 前述源氣體包含氧(O)，前述狹小結構抑制前述熱斷路器可能由於氧而生成之物質產生的損傷。
- 一種熱電子放出部，其用於向電弧室內生成電漿，其特徵為具備：陰極，從前述電弧室的內部向外軸向延伸，且向前述電弧室內放出熱電子；筒狀熱反射器，設置於前述陰極的徑向外側，且沿前述軸向延伸；及狹小結構，在夾在前述陰極與前述熱反射器之間之間隙，前述徑向寬度在前述軸向規定位置變小。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI645440B (zh) * | 2016-04-20 | 2018-12-21 | 大陸商中微半導體設備（上海）有限公司 | 電漿處理裝置、熱電子產生器、電漿點燃裝置及其方法 |
| US10658149B1 (en) | 2019-02-22 | 2020-05-19 | Powerchip Semiconductor Manufacturing Corporation | Ion source head structure of semiconductor ion implanter |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170330725A1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | Axcelis Technologies, Inc. | Lanthanated tungsten ion source and beamline components |
| JP6898753B2 (ja) * | 2017-03-06 | 2021-07-07 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン生成装置 |
| CN107182165B (zh) * | 2017-06-20 | 2024-05-14 | 华中科技大学 | 一种基于热电子发射阴极的等离子体发射装置 |
| US10297424B2 (en) * | 2017-06-26 | 2019-05-21 | Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. | Filament, ionization chamber, and ion-implantation apparatus |
| JP7194053B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2022-12-21 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン生成装置およびイオン注入装置 |
| JP7319865B2 (ja) * | 2019-08-22 | 2023-08-02 | イビデン株式会社 | カソード |
| KR102243748B1 (ko) | 2019-10-02 | 2021-04-23 | 운해이엔씨(주) | 양자에너지가 조사되는 다용도 반응기 |
| CN118056259A (zh) * | 2021-10-08 | 2024-05-17 | 住友重机械离子科技株式会社 | 离子生成装置及离子注入装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5497006A (en) | 1994-11-15 | 1996-03-05 | Eaton Corporation | Ion generating source for use in an ion implanter |
| GB0131097D0 (en) * | 2001-12-31 | 2002-02-13 | Applied Materials Inc | Ion sources |
| JP4308610B2 (ja) * | 2003-09-02 | 2009-08-05 | 株式会社コガネイ | イオン発生装置 |
| US6984831B2 (en) * | 2004-03-05 | 2006-01-10 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Gas flow restricting cathode system for ion implanter and related method |
| JP3758667B1 (ja) * | 2005-05-17 | 2006-03-22 | 日新イオン機器株式会社 | イオン源 |
| US20080164427A1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-10 | Applied Materials, Inc. | Ion implanters |
| JP5119396B2 (ja) * | 2008-08-18 | 2013-01-16 | 日新イオン機器株式会社 | 熱陰極およびそれを備えるイオン源 |
| JP2010073387A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Seiko Epson Corp | イオン発生装置、半導体プロセス用イオン注入装置および半導体装置の製造方法 |
| JP5343835B2 (ja) * | 2009-12-10 | 2013-11-13 | 日新イオン機器株式会社 | 反射電極構造体及びイオン源 |
| DE102010049521B3 (de) * | 2010-10-25 | 2012-04-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls |
| JP5925084B2 (ja) * | 2012-08-28 | 2016-05-25 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン生成方法およびイオン源 |
-
2014
- 2014-05-26 JP JP2014108345A patent/JP6169043B2/ja active Active
-
2015
- 2015-05-13 TW TW104115250A patent/TWI667680B/zh active
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- 2015-05-26 US US14/721,808 patent/US9425023B2/en active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI645440B (zh) * | 2016-04-20 | 2018-12-21 | 大陸商中微半導體設備（上海）有限公司 | 電漿處理裝置、熱電子產生器、電漿點燃裝置及其方法 |
| US10658149B1 (en) | 2019-02-22 | 2020-05-19 | Powerchip Semiconductor Manufacturing Corporation | Ion source head structure of semiconductor ion implanter |
| TWI725384B (zh) * | 2019-02-22 | 2021-04-21 | 力晶積成電子製造股份有限公司 | 半導體離子植入機的離子源頭結構 |
Also Published As
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