TW201810338A - 用於增益型離子化的離子源 - Google Patents
用於增益型離子化的離子源 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201810338A TW201810338A TW106118510A TW106118510A TW201810338A TW 201810338 A TW201810338 A TW 201810338A TW 106118510 A TW106118510 A TW 106118510A TW 106118510 A TW106118510 A TW 106118510A TW 201810338 A TW201810338 A TW 201810338A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- chamber
- ion source
- cathode
- electrode
- filament
- Prior art date
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 135
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 28
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 25
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- -1 IHC ion Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/20—Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers
- H01J27/205—Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers with electrons, e.g. electron impact ionisation, electron attachment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32321—Discharge generated by other radiation
- H01J37/3233—Discharge generated by other radiation using charged particles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
- H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/3255—Material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0815—Methods of ionisation
- H01J2237/082—Electron beam
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本發明公開一種具有改善的壽命的離子源。在某些實施例中，離子源是間接加熱式陰極離子源，間接加熱式陰極離子源包括腔室，腔室具有多個導電壁，間接加熱式陰極離子源具有陰極，陰極電連接到離子源的壁。在離子源的一個或多個壁上設置有電極。電極中的至少一個被相對於腔室的壁施加偏壓。在某些實施例中，被吸引到陰極的正離子較少，從而減少陰極經歷的濺射量。有利的是，使用這種技術會改善陰極的壽命。在另一實施例中，離子源包括伯納斯離子源，伯納斯離子源包括具有細絲的腔室，細絲的一個引線連接到離子源的壁。
Description
本發明是有關於一種離子源，且特別是有關於一種將陰極電連接到腔室的壁以改善離子源的壽命的離子源。
可使用各種類型的離子源來生成在半導體處理設備中所使用的離子。舉例來說，伯納斯離子源是通過使電流通過設置在腔室中的細絲來工作。細絲發出電子來激發被引入到腔室中的氣體。可使用磁場來約束電子的路徑。在某些實施例中，電極也設置在腔室的一個或多個壁上。這些電極可被施加正偏壓或負偏壓，以控制離子及電子的位置，從而增大腔室中心附近的離子密度。提取開孔沿另一側設置且靠近腔室的中心，可經由所述提取開孔提取離子。
與伯納斯離子源相關的一個問題在於細絲的壽命。由於細絲暴露在腔室中，因此細絲會經受會縮短細絲壽命的濺射及其他現象。在一些實施例中，伯納斯離子源的壽命取決於細絲的壽命。
第二種類型的離子源是間接加熱式陰極（IHC）離子源。間接加熱式陰極離子源通過向設置在陰極後面的細絲供應電流來工作。細絲會發出熱電子（thermionic electron），熱電子朝陰極加速並對陰極進行加熱，此轉而會使陰極向離子源的腔室中發出電子。由於細絲受到陰極的保護，因此相對於伯納斯離子源來說，其壽命可延長。陰極設置在腔室的一端處。在與陰極相對的腔室的一端上通常設置有斥拒極（repeller）。陰極及斥拒極可被施加偏壓以斥拒電子，從而將電子向回朝腔室的中心引導。在一些實施例中，使用磁場來進一步將電子約束在腔室內。
在某些實施例中，電極也設置在腔室的一個或多個側壁上。這些電極可被施加正偏壓或負偏壓，以控制離子及電子的位置，從而增大腔室中心附近的離子密度。提取開孔沿另一側設置且靠近腔室的中心，可經由所述提取開孔提取離子。
與間接加熱式陰極離子源相關的一個問題在於陰極可具有有限的壽命。陰極在其背面上經受電子的轟擊，且在其正面上經受帶正電荷的離子的轟擊。離子轟擊會引起濺射，從而造成陰極的腐蝕。在許多實施例中，間接加熱式陰極離子源的壽命取決於陰極的壽命。在某些實施例中，來自等離子體的化學氣相沉積可使帶負電荷的陰極電連接到離子源的被接地的壁，從而導致離子源故障。
因此，壽命增加的離子源可為有益的。另外，如果離子源在用於產生電子的元件上經歷更少的濺射，也將是有利的。
本發明公開一種具有改善的壽命的離子源。在某些實施例中，所述離子源是間接加熱式陰極離子源，所述間接加熱式陰極離子源包括腔室，所述腔室具有多個導電壁，所述間接加熱式陰極離子源具有陰極，所述陰極電連接到所述離子源的壁。在所述離子源的一個或多個壁上設置有電極。電極中的至少一個被相對於腔室的壁施加偏壓。在某些實施例中，被吸引到陰極的正離子較少，從而減少陰極經歷的濺射量。有利的是，使用這種技術會改善陰極的壽命。在另一實施例中，離子源包括伯納斯離子源，所述伯納斯離子源包括具有細絲的腔室，所述細絲的一個側連接到離子源的壁。
根據一個實施例，公開一種間接加熱式陰極離子源。所述間接加熱式陰極離子源包括：腔室，包括多個導電壁，所述腔室中被引入氣體；陰極，設置在所述腔室的一端上；細絲，設置在所述陰極後面；磁場，穿過所述腔室；頂壁，具有提取開孔；以及電極，在所述腔室中沿所述腔室的壁設置；其中相對於所述腔室對所述電極施加電壓，且所述陰極電連接到所述腔室。在一些實施例中，所述電極設置在與所述磁場平行的側壁上。在再一實施例中，在與所述電極相對的側壁上設置有第二電極，其中所述電極和所述第二電極之間的電場與所述磁場相互垂直。在某些實施例中，所述電極設置在所述頂壁上且位於所述提取開孔的相對兩側上。
在第二實施例中，公開一種間接加熱式陰極離子源。所述間接加熱式陰極離子源包括：腔室，包括多個導電壁，所述腔室中被引入氣體；陰極，設置在所述腔室的一個壁上；細絲，設置在所述陰極後面；磁場，穿過所述腔室；以及電極，在所述腔室中設置在與所述陰極相對的壁上；其中所述陰極設置在與所述磁場平行的壁上。在某些實施例中，所述陰極電連接到所述腔室。在某些實施例中，所述電極被相對於所述腔室施加正偏壓。
在第三實施例中，公開一種伯納斯離子源。所述伯納斯離子源包括：腔室，包括多個導電壁，所述腔室中被引入氣體；細絲，設置在所述腔室的一端上；磁場，穿過所述腔室；頂壁，具有提取開孔；以及電極，沿所述腔室的壁設置；其中相對於所述腔室對所述電極施加電壓，且所述細絲的一個引線電連接到所述腔室。在某些實施例中，所述電極設置在與所述磁場平行的側壁上。在某些實施例中，在與所述電極相對的側壁上設置有第二電極，其中所述電極和所述第二電極之間的電場與所述磁場相互垂直。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
如上所述，離子源可易於因濺射（尤其是發生在用於產生電子的元件上的濺射）效應而引起壽命縮短。通常，在經過一段時間後，這些組件會失效。在某些實施例中，間接加熱式陰極離子源的故障是由陰極與離子源的壁之間的電短路、或者斥拒極與離子源的壁之間的電短路造成的。相似地，伯納斯離子源可易於因在細絲上發生的濺射效應而引起壽命縮短。
圖1示出克服這些問題的間接加熱式陰極離子源10。圖4是間接加熱式陰極離子源10的剖視圖。間接加熱式陰極離子源10包括腔室100，腔室100包括相對的兩端以及連接到這些端的側壁101。腔室100也包括底壁102及頂壁103。腔室的各個壁可由導電材料構成且可彼此電通訊。在腔室100中，在腔室100的第一端104處設置有陰極110。在陰極110後面設置有細絲160。細絲160與細絲電源165通訊。細絲電源165被配置成使電流通過細絲160，以使得細絲160發出熱電子。陰極偏壓電源115相對於陰極110對細絲160施加負偏壓，因此這些熱電子從細絲160朝陰極110加速並在這些熱電子撞擊陰極110的背面時對陰極110進行加熱。陰極偏壓電源115可對細絲160施加偏壓，以使細絲160具有例如比陰極110的電壓負200V至負1500V之間的電壓。陰極110接著在其正面上向腔室100中發出熱電子。
因此，細絲電源165將電流供應至細絲160。陰極偏壓電源115對細絲160施加偏壓以使細絲160具有比陰極110更負的值，進而使得電子被從細絲160朝陰極110吸引。另外，陰極110電連接到腔室100，以與腔室100的壁處於同一電壓。在某些實施例中，腔室100連接至電接地點（electrical ground）。
在這個實施例中，在腔室100中，在腔室100的與陰極110相對的第二端105上設置有斥拒極120。斥拒極120可與斥拒極電源125通訊。顧名思義，斥拒極120用於將從陰極110發出的電子向回朝腔室100的中心斥拒。舉例來說，可相對於腔室100來對斥拒極120施加負的偏壓以斥拒電子。舉例來說，斥拒極電源125可具有處於0V至-150V範圍中的輸出，但是也可使用其他電壓。在某些實施例中，相對於腔室100對斥拒極120施加介於0V與-150V之間的偏壓。在某些實施例中，斥拒極120可相對於腔室100浮動。換句話說，當浮動時，斥拒極120不電連接至斥拒極電源125或腔室100。在這個實施例中，斥拒極120的電壓趨於向接近陰極110的電壓漂移。
在某些實施例中，在腔室100中產生磁場190。這一磁場旨在沿一個方向約束電子。磁場190通常自第一端104到第二端105與側壁101平行地分佈。舉例來說，電子可被約束在與從陰極110到斥拒極120的方向（即，y方向）平行的列中。因此，電子不會經歷任何電磁力以在y方向上移動。然而，電子在其他方向上的移動可經歷電磁力。
在圖1所示的實施例中，在腔室100的側壁101上可設置有電極130A、130B，從而使電極130A、130B位於腔室100內。電極130A、130B可被電源施加偏壓。在某些實施例中，電極130A、130B可與共用電源通訊。然而，在其他實施例中，為使對間接加熱式陰極離子源10的輸出進行調節的靈活性及能力最大化，電極130A、130B可分別與各自的電極電源135A、135B通訊。
如同斥拒極電源125一般，電極電源135A、135B用於相對於腔室100對電極130A、130B施加偏壓。在某些實施例中，電極電源135A、135B可相對於腔室100對電極130A、130B施加正偏壓或負偏壓。在某些實施例中，電極130A、130B中的至少一個可被相對於腔室100施加介於40伏與500伏之間的偏壓。
陰極110、斥拒極120及電極130A、130B中的每一個由例如金屬等導電材料製成。
在被指為頂壁103的腔室100的另一側上可設置有提取開孔140。在圖1中，提取開孔140設置在與X-Y平面（平行於頁面）平行的側上。此外，儘管圖中未示出，然而間接加熱式陰極離子源10還包括進氣口（gas inlet），要被離子化的氣體經由所述進氣口被引入到腔室100中。
控制器180可與所述電源中的一個或多個通訊，從而使得可修改由這些電源供應的電壓或電流。控制器180可包括處理單元，例如微控制器、個人電腦、專用控制器或另一種合適的處理單元。控制器180也可包括非暫時性記憶元件，例如半導體記憶體、磁性記憶體或另一種合適的記憶體。這個非暫時性記憶元件可含有指令及其他資料，所述指令及其他資料使控制器180能夠執行本文所述功能。
控制器180可用來選擇將由陰極偏壓電源115、細絲電源165、電極電源135A、135B及斥拒極電源125供應的初始電壓或電流。這一初始電壓可基於正在使用的氣體的類型、或者基於將從間接加熱式陰極離子源10提取的離子的類型。另外，在某些實施例中，控制器也可監測所提取離子束的電流。基於所監測的提取電流，控制器180可至少使由細絲電源165供應的電流變化以獲得需要的提取電流。
在運作期間，細絲電源165使電流通過細絲160，此會使細絲160發出熱離子電子。這些電子撞擊可具有比細絲160更大的正值的陰極110的背面，從而使陰極110被加熱，此轉而使陰極110向腔室100中發出電子。這些電子與經由進氣口而被饋送至腔室100中的氣體分子碰撞。這些碰撞會生成正離子，從而形成等離子體150。可通過由斥拒極120、及電極130A、130B生成的電場來約束及操控等離子體150。另外，在某些實施例中，電子及正離子可在某種程度上受磁場190約束。在某些實施例中，等離子體150被約束在腔室100的中心附近、靠近提取開孔140。
由於陰極110未相對於腔室100被施加偏壓，因此被陰極110吸引的正離子較少且這些離子具有較低的能量，因此它們較少地發生濺射。因此，濺射量可減少且陰極110的壽命可延長。另外，即使在存在濺射時，電短路的風險也會在陰極110與腔室100的壁處於同一電壓時得到消除。
在這個實施例中，電子可被相對於腔室100施加正偏壓的電極130A吸引。然而，電子需要克服電磁力以穿越磁場190。因此，對電磁場190的強度及由電極電源135A施加的正電壓的選擇決定了當電子朝電極130A被吸引時電子的速度及能量。在對電極130A施加低的正偏壓情況下的較強的磁場將減少能夠穿越磁場190的電子量。相反，與施加至電極130A的較大偏壓進行耦合的弱磁場將使得以較高速度移動的更多電子能夠朝電極130A移動。
因此，通過改變磁場190的強度及由電極電源135A施加的電壓，可對電子的速度及能量進行操控。這使得間接加熱式陰極離子源10適用於多電荷離子、單體及離子化分子。
舉例來說，對於單電荷離子來說，可將富氣（rich gas）與弱磁場搭配使用。在某些實施例中，可藉由電極電源135A施加第一電壓。對於多電荷離子來說，可將貧氣（lean gas）與強磁場搭配使用。在這個實施例中，被施加至電極130A的電壓可大於第一電壓。較強的磁場可使得發生更多碰撞，從而生成多電荷物質。
圖1示出其中陰極110電連接到腔室100、而斥拒極120及電極130A、130B均被相對於腔室100分別使用斥拒極電源125、及電極電源135A、135B獨立地施加偏壓的間接加熱式陰極離子源10的實施例。圖2示出根據另一實施例的間接加熱式陰極離子源11。相似的元件被賦予相同的參考指示符。間接加熱式陰極離子源11具有陰極110及斥拒極120，陰極110及斥拒極120二者均電連接至腔室100。另外，電極130B中的一個也電連接到腔室100。換句話說，陰極110、斥拒極120、電極130B及腔室100的壁均處於同一電壓。因此，可省略電極電源135B及斥拒極電源125。
在這個實施例中，僅電極130A被相對於腔室100施加偏壓。電極130A可相對於腔室100被施加介於40伏與500伏之間的正偏壓。因此，腔室100內的電場僅由電極130A生成。另外，電極130A與電極130B之間的電場與磁場190垂直。具體來說，磁場190位於Y方向上，而電極130A與電極130B之間的電場處於X方向上。因此，電磁力主要位於Z方向上。在一些實施例中，電磁力向上朝向提取開孔140。
圖3示出圖2所示間接加熱式陰極離子源11的變化。在圖3中，省略了間接加熱式陰極離子源12的斥拒極。由於圖2所示斥拒極120與腔室100處於同一電壓，因此在圖3中省略斥拒極不會改變間接加熱式陰極離子源12的運行。換句話說，在這兩個實施例中，與陰極110相對的第二端105被偏壓成與腔室100的壁相同的電壓。
圖4示出沿圖1所示線AA截取的間接加熱式陰極離子源10的剖視圖。在這個圖中，陰極110被示出為倚靠間接加熱式陰極離子源10的第一端104。電極130A及130B被示出為位於腔室100的兩個相對的側壁101上。磁場190被示出為在Y方向上指向頁面之外。在某些實施例中，電極130A、130B可分別使用絕緣體133A、133B來與腔室100的側壁101分開。可通過使導電材料從腔室100的外部經由絕緣體133A、133B到達各自的電極130A、130B來形成從電極電源135A、135B到電極130A、130B的電連接。在某些實施例中，電極130B可與腔室100電通訊。在這些實施例中，可不採用絕緣體133B且可倚靠側壁101設置電極130B。另外，在某些實施例中，由於電極130B與側壁101處於同一電壓，因此可省略電極130B。
另外，在某些實施例中，不採用絕緣體133A、133B。而是，如果電極130A被相對於腔室100施加偏壓，則電極130A可與腔室100的壁間隔開。
儘管圖1至圖4均示出電極130A、130B沿腔室100的相對的側壁101設置，然而也可能存在其他實施例。圖5示出這種實施例。圖5是間接加熱式陰極離子源14的剖視圖。除了電極230的位置之外，這個間接加熱式陰極離子源14在大多數方面與其他間接加熱式陰極離子源相似。在這個實施例中，電極230設置在腔室100的其中設置有提取開孔140的頂壁103上。電極230可使用絕緣體233來與頂壁103絕緣。在一些實施例中，電極230可設置在腔室100內且環繞整個提取開孔140。在其他實施例中，電極230可在腔室100內設置在提取開孔140的相對的側壁上。因此，電場在靠近提取開孔140處最強。相對於圖4所示構型來說，這種構型可增大離子束電流或能量。
圖6示出間接加熱式陰極離子源15的另一個實施例。在這個實施例中，陰極210及細絲160已從間接加熱式陰極離子源15的一端移動到與電極130A相對的側壁101。換句話說，陰極210設置在與磁場190平行的側壁101上。因此，不同於前面的實施例，從陰極210發出的電子會立即遇到磁場190。因此，由電極電源135A施加至電極130A的電壓可足夠大以吸引所發出的電子穿越磁場190。作為另外一種選擇或另外地，磁場190可相對弱以使電子朝電極130A穿越所述場。在這個實施例中，通常含有陰極及斥拒極的間接加熱式陰極離子源15的兩端可不含有陰極及斥拒極。
本申請中的上述實施例可具有許多優點。首先，由於電極電連接到腔室，因此不會出現陰極與腔室的壁之間的短路問題，從而會消除間接加熱式陰極離子源故障的常見原因。第二，由於陰極電連接到腔室，因此被吸引到陰極的正離子較少，從而減少陰極所經受的濺射量。第三，相對於傳統間接加熱式陰極離子源來說，達成相等的提取電流所需的源功率（source power）降低，從而同樣會促成較長的離子源壽命。另外，根據本文所述實施例的離子源同樣良好地適用於多電荷物質、單體物質及分子物質。實驗資料已表明本文所述離子源以最少到30%的源功率提供最多達40%的束電流。
將用於產生電子的元件維持在腔室電壓或接近腔室電壓的電壓的概念也可應用於其他離子源。圖7示出根據一個實施例的伯納斯離子源300。
如同圖3所示間接加熱式陰極離子源一般，伯納斯離子源300包括腔室310，腔室310具有多個導電壁。伯納斯離子源300可具有斥拒極或可不具有斥拒極。另外，電極330A、330B可設置在相對的側壁301上。伯納斯離子源300包括細絲360，細絲360與細絲電源365通訊。細絲電源365的正端子與細絲360的一個引線通訊且也與腔室310的壁通訊。細絲電源365的負端子與細絲360的另一個引線通訊。細絲360的引線兩端的電壓可小於10伏。細絲360可設置在腔室310的第一端304處。
也可從伯納斯離子源300的第一端304朝與第一端304相對的第二端305施加磁場390。如同上述間接加熱式陰極離子源一般，電子可在某種程度上被約束成取向為y方向的列中。電極330A可被相對於腔室310施加正偏壓，且可設置在側壁301上。
在工作期間，細絲電源365使電流通過細絲360，此會使細絲360發出熱電子。這些電子與經由進氣口被饋送至腔室310中的氣體分子碰撞。這些碰撞會生成正離子，從而形成等離子體350。可通過由電極330A、330B生成的電場來約束及操控等離子體350。如同間接加熱式陰極離子源一般，電極330A可與電極電源335A通訊。另外，在某些實施例中，電子及正離子可在某種程度上受磁場390約束。在某些實施例中，等離子體350被約束在腔室310的中心附近、靠近提取開孔340。
控制器180的功能可如上所述。
由於細絲360的一個引線電連接到腔室310，因此被吸引到細絲360的正離子較少。因此，濺射量可減少且細絲360的壽命可延長。
儘管圖7示出具有電連接到腔室310的電極330B而不具有斥拒極的伯納斯離子源300，然而也可能存在其他實施例。舉例來說，圖1及圖2所示陰極110、陰極偏壓電源115、細絲160及細絲電源165可由圖7所示細絲360及細絲電源365取代。換句話說，在某些實施例中，伯納斯離子源可包括接地至腔室的斥拒極、或者與斥拒極電源通訊的斥拒極。另外，在某些實施例中，電極330B可與電極電源通訊。
另外，可通過修改圖7所示伯納斯離子源300，如圖5所示將電極330A設置在頂壁上。
如同前面闡述的間接加熱式陰極離子源一般，本申請中的上述伯納斯離子源的實施例可具有許多優點。舉例來說，由於細絲的一個引線電連接到腔室，因此被吸引到細絲的正離子較少，從而減少細絲所經受的濺射量。濺射的這一減少可延長細絲的壽命。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、11、12、14、15‧‧‧間接加熱式陰極離子源
100、310‧‧‧腔室
101、301‧‧‧側壁
102‧‧‧底壁
103‧‧‧頂壁
104、304‧‧‧第一端
105、305‧‧‧第二端
110、210‧‧‧陰極
115‧‧‧陰極偏壓電源
120‧‧‧斥拒極
125‧‧‧斥拒極電源
130A、130B、230、330A、330B‧‧‧電極
133A、133B、233‧‧‧絕緣體
135A、135B、335A‧‧‧電極電源
140、340‧‧‧提取開孔
150、350‧‧‧等離子體
160、360‧‧‧細絲
165、365‧‧‧細絲電源
180‧‧‧控制器
190、390‧‧‧磁場
300‧‧‧伯納斯離子源
X、Y、Z‧‧‧方向
100、310‧‧‧腔室
101、301‧‧‧側壁
102‧‧‧底壁
103‧‧‧頂壁
104、304‧‧‧第一端
105、305‧‧‧第二端
110、210‧‧‧陰極
115‧‧‧陰極偏壓電源
120‧‧‧斥拒極
125‧‧‧斥拒極電源
130A、130B、230、330A、330B‧‧‧電極
133A、133B、233‧‧‧絕緣體
135A、135B、335A‧‧‧電極電源
140、340‧‧‧提取開孔
150、350‧‧‧等離子體
160、360‧‧‧細絲
165、365‧‧‧細絲電源
180‧‧‧控制器
190、390‧‧‧磁場
300‧‧‧伯納斯離子源
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1是根據一個實施例的間接加熱式陰極（IHC）離子源。 圖2是根據另一實施例的間接加熱式陰極離子源。 圖3是根據另一實施例的間接加熱式陰極離子源。 圖4是圖1所示間接加熱式陰極離子源的剖視圖。 圖5是根據另一實施例的間接加熱式陰極離子源的剖視圖。 圖6是根據另一實施例的間接加熱式陰極離子源。 圖7是根據另一實施例的離子源。
10‧‧‧間接加熱式陰極離子源
100‧‧‧腔室
101‧‧‧側壁
104‧‧‧第一端
105‧‧‧第二端
110‧‧‧陰極
115‧‧‧陰極偏壓電源
120‧‧‧斥拒極
125‧‧‧斥拒極電源
130A、130B‧‧‧電極
135A、135 B‧‧‧電極電源
140‧‧‧提取開孔
150‧‧‧等離子體
160‧‧‧細絲
165‧‧‧細絲電源
180‧‧‧控制器
190‧‧‧磁場
X、Y、Z‧‧‧方向
Claims (15)
- 一種間接加熱式陰極離子源，包括： 腔室，包括多個導電壁，所述腔室中被引入氣體； 陰極，設置在所述腔室的一端上； 細絲，設置在所述陰極後面； 磁場，穿過所述腔室； 頂壁，具有提取開孔；以及 電極，在所述腔室中沿所述腔室的壁設置； 其中相對於所述腔室對所述電極施加電壓，且所述陰極電連接到所述腔室。
- 如申請專利範圍第1項所述的間接加熱式陰極離子源，其中在與所述陰極相對的所述腔室的第二端上設置有斥拒極，且所述斥拒極電連接到所述腔室。
- 如申請專利範圍第1項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述電極被相對於所述腔室施加正偏壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述電極設置在與所述磁場平行的側壁上。
- 如申請專利範圍第4項所述的間接加熱式陰極離子源，進一步包括位於與所述電極相對的側壁上的第二電極，其中所述電極和所述第二電極之間的電場與所述磁場相互垂直。
- 如申請專利範圍第5項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述磁場與所述電場被配置成朝所述提取開孔對正離子施加力。
- 如申請專利範圍第5項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述第二電極與所述腔室電通訊。
- 如申請專利範圍第1項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述電極設置在所述頂壁上且位於所述提取開孔的相對兩側上。
- 一種間接加熱式陰極離子源，包括： 腔室，包括多個導電壁，所述腔室中被引入氣體； 陰極，設置在所述腔室的一個壁上； 細絲，設置在所述陰極後面； 磁場，穿過所述腔室；以及 電極，在所述腔室中設置在與所述陰極相對的壁上； 其中所述陰極設置在與所述磁場平行的壁上。
- 如申請專利範圍第9項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述陰極電連接到所述腔室。
- 如申請專利範圍第9項所述的間接加熱式陰極離子源，其中所述電極被相對於所述腔室施加正偏壓。
- 一種伯納斯離子源，包括： 腔室，包括多個導電壁，所述腔室中被引入氣體； 細絲，設置在所述腔室的一端上； 磁場，穿過所述腔室； 頂壁，具有提取開孔；以及 電極，沿所述腔室的壁設置； 其中相對於所述腔室對所述電極施加電壓，且所述細絲的一個引線電連接到所述腔室。
- 如申請專利範圍第12項所述的伯納斯離子源，其中所述電極設置在與所述磁場平行的側壁上。
- 如申請專利範圍第13項所述的伯納斯離子源，進一步包括位於與所述電極相對的側壁上的第二電極，其中所述電極和所述第二電極之間的電場與所述磁場相互垂直。
- 如申請專利範圍第14項所述的伯納斯離子源，其中所述第二電極與所述腔室電通訊。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/198,723 | 2016-06-30 | ||
| US15/198,723 US9691584B1 (en) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Ion source for enhanced ionization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201810338A true TW201810338A (zh) | 2018-03-16 |
| TWI728120B TWI728120B (zh) | 2021-05-21 |
Family
ID=59070331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW106118510A TWI728120B (zh) | 2016-06-30 | 2017-06-05 | 用於增益型離子化的離子源 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9691584B1 (zh) |
| JP (1) | JP6646767B2 (zh) |
| KR (2) | KR102198551B1 (zh) |
| CN (2) | CN109417006B (zh) |
| TW (1) | TWI728120B (zh) |
| WO (1) | WO2018004878A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI755036B (zh) * | 2019-09-03 | 2022-02-11 | 美商應用材料股份有限公司 | 用於改善束電流之系統以及方法的離子源 |
| US11664183B2 (en) | 2021-05-05 | 2023-05-30 | Applied Materials, Inc. | Extended cathode and repeller life by active management of halogen cycle |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9691584B1 (en) | 2016-06-30 | 2017-06-27 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source for enhanced ionization |
| US10535499B2 (en) * | 2017-11-03 | 2020-01-14 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Varied component density for thermal isolation |
| US11404254B2 (en) * | 2018-09-19 | 2022-08-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Insertable target holder for solid dopant materials |
| US10896799B1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-01-19 | Applied Materials, Inc. | Ion source with multiple configurations |
| US11120966B2 (en) | 2019-09-03 | 2021-09-14 | Applied Materials, Inc. | System and method for improved beam current from an ion source |
| CN111551628B (zh) * | 2020-06-08 | 2022-09-06 | 中国计量科学研究院 | 一种电子轰击电离源装置、电离轰击方法及物质分析方法 |
| US11545330B2 (en) | 2021-05-12 | 2023-01-03 | Axcelis Technologies, Inc. | Ion source with multiple bias electrodes |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1454051A (fr) * | 1965-08-20 | 1966-07-22 | Commissariat Energie Atomique | Source d'ions |
| US4760262A (en) * | 1987-05-12 | 1988-07-26 | Eaton Corporation | Ion source |
| KR19990000029A (ko) * | 1997-06-02 | 1999-01-15 | 윤종용 | 자장방향 전환장치, 이 장치를 구비하는 반도체 제조설비의 이온발생장치 및 이를 이용한 이온형성방법 |
| JP4820038B2 (ja) * | 1999-12-13 | 2011-11-24 | セメクイップ， インコーポレイテッド | イオン注入イオン源、システム、および方法 |
| US6777686B2 (en) * | 2000-05-17 | 2004-08-17 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Control system for indirectly heated cathode ion source |
| JP4175604B2 (ja) * | 2001-11-16 | 2008-11-05 | 日新イオン機器株式会社 | イオン源 |
| KR100827670B1 (ko) * | 2002-06-26 | 2008-05-07 | 세미이큅, 인코포레이티드 | 이온 소스 |
| US7102139B2 (en) * | 2005-01-27 | 2006-09-05 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Source arc chamber for ion implanter having repeller electrode mounted to external insulator |
| GB0505856D0 (en) * | 2005-03-22 | 2005-04-27 | Applied Materials Inc | Cathode and counter-cathode arrangement in an ion source |
| KR100656955B1 (ko) * | 2005-12-30 | 2006-12-14 | 삼성전자주식회사 | 이온 임플랜터의 이온 발생 장치 |
| JP5555934B2 (ja) * | 2008-03-04 | 2014-07-23 | 株式会社昭和真空 | 荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法 |
| KR101128870B1 (ko) * | 2008-03-25 | 2012-03-27 | 미쯔이 죠센 가부시키가이샤 | 이온원 |
| US8330127B2 (en) * | 2008-03-31 | 2012-12-11 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Flexible ion source |
| CN100590221C (zh) * | 2008-06-03 | 2010-02-17 | 西安工业大学 | 能输出单一离子能量的离子束发射源 |
| JP4428467B1 (ja) | 2008-08-27 | 2010-03-10 | 日新イオン機器株式会社 | イオン源 |
| US8263944B2 (en) * | 2008-12-22 | 2012-09-11 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Directional gas injection for an ion source cathode assembly |
| US8766209B2 (en) * | 2011-07-21 | 2014-07-01 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Current limiter for high voltage power supply used with ion implantation system |
| US8994272B2 (en) * | 2013-03-15 | 2015-03-31 | Nissin Ion Equipment Co., Ltd. | Ion source having at least one electron gun comprising a gas inlet and a plasma region defined by an anode and a ground element thereof |
| CN105655217B (zh) * | 2015-12-14 | 2017-12-15 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源 |
| US9691584B1 (en) | 2016-06-30 | 2017-06-27 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source for enhanced ionization |
-
2016
- 2016-06-30 US US15/198,723 patent/US9691584B1/en active Active
-
2017
- 2017-05-23 KR KR1020197002409A patent/KR102198551B1/ko active IP Right Grant
- 2017-05-23 CN CN201780040167.2A patent/CN109417006B/zh active Active
- 2017-05-23 JP JP2018567705A patent/JP6646767B2/ja active Active
- 2017-05-23 CN CN202011561805.5A patent/CN112687505B/zh active Active
- 2017-05-23 US US15/566,311 patent/US10290461B1/en active Active
- 2017-05-23 KR KR1020207037640A patent/KR102332684B1/ko active IP Right Grant
- 2017-05-23 WO PCT/US2017/033981 patent/WO2018004878A1/en active Application Filing
- 2017-06-05 TW TW106118510A patent/TWI728120B/zh active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI755036B (zh) * | 2019-09-03 | 2022-02-11 | 美商應用材料股份有限公司 | 用於改善束電流之系統以及方法的離子源 |
| US11664183B2 (en) | 2021-05-05 | 2023-05-30 | Applied Materials, Inc. | Extended cathode and repeller life by active management of halogen cycle |
| TWI818517B (zh) * | 2021-05-05 | 2023-10-11 | 美商應用材料股份有限公司 | 離子源及監測和延長間熱式陰極離子源中陰極壽命的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6646767B2 (ja) | 2020-02-14 |
| CN109417006A (zh) | 2019-03-01 |
| KR102332684B1 (ko) | 2021-12-02 |
| US9691584B1 (en) | 2017-06-27 |
| US20190122851A1 (en) | 2019-04-25 |
| CN112687505B (zh) | 2023-05-12 |
| KR20210005291A (ko) | 2021-01-13 |
| KR20190014107A (ko) | 2019-02-11 |
| US10290461B1 (en) | 2019-05-14 |
| KR102198551B1 (ko) | 2021-01-06 |
| CN109417006B (zh) | 2021-01-19 |
| WO2018004878A1 (en) | 2018-01-04 |
| TWI728120B (zh) | 2021-05-21 |
| JP2019525392A (ja) | 2019-09-05 |
| CN112687505A (zh) | 2021-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI728120B (zh) | 用於增益型離子化的離子源 | |
| JP4179337B2 (ja) | イオン源およびその運転方法 | |
| TWI730642B (zh) | 間接加熱式陰極離子源及操作其的方法 | |
| KR102547125B1 (ko) | 간접 가열식 캐소드 이온 소스 | |
| US11232925B2 (en) | System and method for improved beam current from an ion source | |
| US11120966B2 (en) | System and method for improved beam current from an ion source | |
| US10056273B2 (en) | Heating apparatus, substrate heating apparatus, and method of manufacturing semiconductor device | |
| TWI818252B (zh) | 間接加熱式陰極離子源 | |
| US20210134569A1 (en) | Ion Source With Biased Extraction Plate | |
| CN111902904B (zh) | 离子源及箔衬垫 | |
| KR20240090779A (ko) | 추출된 이온 빔의 각도 제어를 위한 미스매치된 광학계 | |
| KR20240007172A (ko) | 다중 바이어스 전극을 가지는 이온 소스 |