TW202338884A - 環狀運動加強型離子源 - Google Patents

Abstract

一種具有增加的等離子體電位的間熱式陰極離子源。在某些實施例中，提取板在比電弧腔室的主體更高的電壓處偏置以實現較高等離子體電位。遮罩電極可用以去除偏置提取板與等離子體之間的相互作用。電弧腔室的橫截面可為圓形或接近圓形以促進電子在腔室中的旋轉。在另一實施例中，偏置電極可在高度方向上在腔室中安置在提取孔的相對側上。在一些實施例中，僅電極中的一個在大於電弧腔室的主體的電壓處偏置。

Description

環狀運動加強型離子源

本公開的實施例涉及離子源，且更具體地說，涉及具有安置在腔室中的至少一個偏置元件以使得等離子體電位增加的間熱式陰極離子源。

各種類型的離子源可用於產生在半導體處理設備中使用的離子。舉例來說，間熱式陰極（indirectly heated cathode；IHC）離子源通過將電流供應到安置在陰極後方的燈絲來操作。燈絲發射朝向陰極加速且加熱陰極的熱電子，進而致使陰極將電子發射到離子源的電弧腔室中。陰極安置在電弧腔室的一個端處。反射極可安置在電弧腔室的與陰極相對的端上。陰極和反射極可偏置以便驅趕電子，從而將所述電子引導回電弧腔室的中心。在其它實施例中，冷陰極可安置在電弧腔室的相對端上。在一些實施例中，磁場用於進一步限制電弧腔室內的電子。多個側用於連接電弧腔室的兩個端。

提取孔沿這些側中的一個接近電弧腔室的中心安置，電弧腔室中產生的離子可經由所述提取孔提取。

IHC離子源中存在各種相關的參數。這些參數包含提取的束電流、摻雜劑分解以及等離子體穩定性。然而，優化所有這些參數可為困難的。舉例來說，高提取電流可減小等離子體穩定性。

因此，如果存在克服這些問題的IHC離子源，那麼其將為有益的。具體地說，如果甚至在高提取電流下存在具有改良的等離子體穩定性的IHC離子源，那麼其將為有利的。

公開一種具有增加的等離子體電位的IHC離子源。在某些實施例中，提取板在比電弧腔室的主體更高的電壓處偏置以實現較高等離子體電位。遮罩電極可用以減少偏置提取板與等離子體之間的相互作用。電弧腔室的橫截面可為圓形或接近圓形以促進電子在腔室中的旋轉。在另一實施例中，偏置電極可在高度方向上在腔室中安置在提取孔的相對側上。在一些實施例中，僅電極中的一個在大於電弧腔室的主體的電壓處偏置。

根據一個實施例，公開一種離子源。離子源包括腔室，所述腔室包括：主體，包括第一端、第二端、底部以及多個壁；間熱式陰極，安置在腔室的第一端處；提取板，包括具有寬度和高度的提取孔，離子經由所述提取孔提取，所述提取板與主體電隔離，其中主體和提取板形成封閉容積；一或多個遮罩電極，安置在鄰近於提取板且不與提取板物理接觸的封閉容積中，且電連接到主體；以及提取電源，與提取板連通，其中提取板相對於主體正偏置。在一些實施例中，一或多個遮罩電極沿提取孔的寬度安置在提取孔的上方和下方。在一些實施例中，一或多個遮罩電極的內表面為弧形。在一些實施例中，底部和多個壁為具有弧形內表面的單式元件，使得單式元件的內表面和一或多個遮罩電極沿腔室的部分在腔室中形成圓形或接近圓形的橫截面。在一些實施例中，圓形或接近圓形的橫截面沿提取孔的寬度延伸。在某些實施例中，底部和多個壁為單獨組件，且更包括安置在拐角中的弧形電極，所述拐角形成於底部與每一壁之間，其中弧形電極電連接到主體。在一些實施例中，底部的內表面、多個壁、弧形電極以及一或多個遮罩電極的暴露部分沿腔室的部分形成圓形或接近圓形的橫截面。在一些實施例中，圓形或接近圓形的橫截面沿提取孔的寬度延伸。在一些實施例中，提取板在大於主體的電壓的10伏到100伏的電壓處偏置。

根據另一實施例，公開一種離子注入系統。離子注入系統包括上述離子源、品質分析器以及加速/減速級。

根據另一實施例，公開一種離子源。離子源包括腔室，所述腔室包括：主體，包括第一端、第二端、底部以及多個壁；間熱式陰極，安置在腔室的第一端處；提取板，電連接到主體且包括具有寬度和高度的提取孔，離子經由所述提取孔提取，其中主體和提取板形成封閉容積；兩個電極，安置在鄰近於提取板的封閉容積中，其中一個電極在高度方向上安置在提取孔的上方且一個電極在高度方向上安置在提取孔的下方；以及電極電源，與兩個電極的第一電極連通，其中第一電極與主體電隔離且相對於主體正偏置，且第二電極電連接到主體。在一些實施例中，兩個電極包括具有平坦內表面和平坦背表面且平行於提取板佈置的板。在一些實施例中，兩個電極包括具有平坦內表面和平坦背表面且相對於提取板成角度安置的板。

根據另一實施例，公開一種離子源。離子源包括腔室，所述腔室包括：主體，包括第一端、第二端、底部以及多個壁；間熱式陰極，安置在腔室的第一端處；提取板，電連接到主體且包括具有寬度和高度的提取孔，離子經由所述提取孔提取，其中主體和提取板形成封閉容積；一或多個電極，安置在封閉容積中，其中一或多個電極在高度方向上安置在提取孔的上方和提取孔的下方；以及電極電源，與一或多個電極中的至少一個連通，其中一或多個電極的內表面為弧形，且一或多個電極安置在拐角中或鄰近於拐角安置，所述拐角形成於主體與提取板之間的結合處。在一些實施例中，底部和多個壁為具有弧形內表面的單式元件，使得單式元件的內表面和一或多個電極沿腔室的部分形成圓形或接近圓形的橫截面。在一些實施例中，底部及多個壁為單獨組件，且更包括安置在拐角中的弧形電極，所述拐角形成於底部與每一側壁之間，其中弧形電極電連接到主體。在某些實施例中，底部的內表面、多個壁、弧形電極以及一或多個電極的暴露部分沿腔室的部分形成圓形或接近圓形的橫截面。在一些實施例中，一或多個電極包括兩個電極，且兩個電極在不同電壓下偏置。

根據另一實施例，公開一種離子注入系統。離子注入系統包括上述離子源、品質分析器以及加速/減速級。

公開其中操控等離子體電位的IHC離子源的各種實施例。等離子體電位可通過偏置電弧腔室內的一或多個組件而增加，所述一或多個元件在比電弧腔室的主體的其餘部分更高的電壓下暴露於等離子體。

圖1繪示根據一個實施例的IHC離子源10。IHC離子源10包含電弧腔室100。電弧腔室100具有主體，所述主體包括兩個相對端、底部以及連接到這些端的壁101。兩個相對端之間的方向稱為X方向。壁101之間的方向稱為Y方向。底部與提取板103之間的方向稱為Z方向。電弧腔室100的端和壁101可由導電材料構成，且可彼此電連通。在一些實施例中，內襯可靠近一或多個壁101安置。陰極110在電弧腔室100中安置在電弧腔室100的第一端104處。燈絲160安置在陰極110後方。燈絲160與燈絲電源165連通。燈絲電源165配置成使電流穿過燈絲160，使得燈絲160發射熱電子。陰極偏置電源115相對於陰極110負偏置燈絲160，因此這些熱電子從燈絲160朝向陰極110加速且在其撞擊陰極110的背表面時加熱陰極110。陰極偏置電源115可偏置燈絲160，使得所述燈絲具有比陰極110的電壓負例如200伏到1500伏之間的電壓。接著，陰極110將其前表面上的熱電子發射到電弧腔室100中。

因此，燈絲電源165向燈絲160供應電流。陰極偏置電源115偏置燈絲160以使得所述燈絲比陰極110更負，使得電子從燈絲160被吸引朝向陰極110。在某些實施例中，陰極110可相對於電弧腔室100，例如由偏置電源111偏置。在其它實施例中，陰極110可電連接到電弧腔室100，以便位於與電弧腔室100的壁101相同的電壓處。在這些實施例中，可不採用偏置電源111且陰極110可電連接到電弧腔室100的壁101。在某些實施例中，電弧腔室100連接到電接地。

在與第一端104相對的第二端105上，可安置反射級120。反射級120可借助於反射級偏置電源123相對於電弧腔室100偏置。在其它實施例中，反射極120可電連接到電弧腔室100，以便處於與電弧腔室100的壁101相同的電壓。在這些實施例中，可不採用反射極偏置電源123，且反射極120可電連接到電弧腔室100的壁101。在另外其它實施例中，不採用反射極120。

陰極110和反射極120各自由例如金屬或石墨等導電材料構成。陰極110的中心和反射級120的中心可沿中心軸108安置。

包括電弧腔室100的主體的元件全部以電方式和機械方式彼此耦合。換句話說，第一端104、第二端105、底部以及壁101全部在相同電位。

在某些實施例中，磁場190沿平行於X方向的電弧腔室100施加。這個磁場190意圖沿一個方向限制電子。磁場190通常平行於壁101從第一端104運行到第二端105。舉例來說，可將電子限制在平行於從陰極110到反射極120的方向（即，X方向）的列中。因此，電子不經歷任何在X方向上移動的電磁力。然而，電子在其它方向上的移動可經歷電磁力。

此外，IHC離子源10還包括進氣口106，待電離的進氣可經由所述進氣口106引入到電弧腔室100。

電弧腔室100的一側稱為提取板103。提取板103包含提取孔140。在圖1中，提取孔140安置在平行於X-Y平面（垂直於頁面）的一側上。提取板103由例如金屬或石墨等導電材料構成。在某些實施例中，提取孔140可具有遠大於其高度（即，Y方向）的寬度（即，X方向）。

提取板103通過使用絕緣體141與電弧腔室100的主體電隔離。如上文所提及，第一端104、第二端105、底部以及壁101保持在共同電位。這可為接地的。然而，在其它實施例中，這些元件可使用電源偏置。

如上所陳述，提取板103通過使用絕緣體141與電弧腔室100的主體電隔離。具體地說，絕緣體141可將提取板103與壁101、第一端104以及第二端105中的兩個分離。這些絕緣體141可由例如氮化硼（BN）、氧化鋁（Al ₂O ₃）以及其它材料等介電材料構成。

一或多個遮罩電極150安置在電弧腔室100的內部與提取板103之間。一或多個遮罩電極150可鄰近於提取板103但不與提取板103物理接觸。通過這種方式，一或多個遮罩電極150可阻擋提取板103的部分暴露於等離子體。

如圖2A中所見，一或多個遮罩電極150可在Y方向上安置在提取孔140的上方和下方。一或多個遮罩電極150可延伸提取孔140的整個寬度。在一些實施例中，一或多個遮罩電極150可在X方向上延伸超出提取孔140。在一個實施例中，在圖2A中所繪示，可存在兩個遮罩電極150，一個在高度方向上安置在提取孔140的一側上。在另一實施例中，在圖2B中所繪示，遮罩電極150可為具有對應於提取孔140的開口的單式組件。

儘管以上的公開描述寬度遠大於高度的提取孔，但其它提取孔為可能的。舉例來說，提取孔140可為圓形開口。在這個實例中，圖2A的一或多個遮罩電極150仍可在高度方向上安置在提取孔140的兩側上。在一個實施例中，可存在兩個遮罩電極150，一個在高度方向（即，Y方向）上安置在提取孔的一側上。這些遮罩電極150可在X方向上延伸超出圓形開口。在另一實施例中，類似於圖2B中所繪示，遮罩電極150可為具有對應於提取孔140的孔的單式組件。舉例來說，單式元件可為圓形、方形、菱形、矩形或具有孔的任何其它形狀。

一或多個遮罩電極150可被塑形以便形成面向電弧腔室100的弧形內表面。弧形內表面可為凹入的。此外，遮罩電極150例如通過使用絕緣體143或一或多個遮罩電極150與提取板103之間的間隙與提取板103電隔離。這些絕緣體143可由例如氮化硼（BN）、氧化鋁（Al ₂O ₃）以及其它材料等介電材料構成。

一或多個遮罩電極150可由難熔金屬構成且為導電的。一或多個遮罩電極150可在與電弧腔室100的主體相同的電位處偏置。在某些實施例中，當組裝電弧腔室100時，一或多個遮罩電極150接觸電弧腔室100的主體。術語“電弧腔室的主體”指第一端104、第二端105、底部以及壁101。一或多個遮罩電極150可與主體物理接觸和/或電接觸，以便具有與主體相同的電壓。在一個實施例中，一或多個遮罩電極150與主體物理接觸。在另一實施例中，如圖3A和圖3B中所繪示，一或多個遮罩電極例如由導線或導電材料144電連接到主體。

在某些實施例中，例如圖2A、圖2B以及圖3A中所繪示，主體的部分，特別是底部及多個壁包括具有與提取板103相對的底部和兩個壁的單式組件151。底部與提取板103之間的方向稱為Z方向。在這個實施例中，單式元件151可具有U形內表面。

如圖3A中所繪示，當組裝時，單式元件151的U形內表面和遮罩電極150的內表面可沿電弧腔室100的部分在Y-Z平面中形成圓形或接近圓形的橫截面。這個圓形或接近圓形的橫截面可沿X方向延伸提取孔140的整個寬度。術語“接近圓形”定義為從中心軸108到單式元件151或遮罩電極150的內表面上的任一點的最短距離相差小於30%的配置。

圖3B繪示第二配置。在這個實施例中，壁101可由例如底部152和兩個壁153等單獨元件構成。為了產生圓形或接近圓形的橫截面，弧形電極154可安置在底部152與壁153中的每一個之間的拐角中。弧形電極154的內表面可為凹入的。弧形電極154可電連接到底部152和壁153。在一個實施例中，弧形電極154可抵靠著底部152和/或壁153。在另一實施例中，如圖3B中所繪示，弧形電極154例如由導線或導電材料144電連接到主體。

弧形電極154可從第一端104延伸到第二端105。在另一實施例中，弧形電極154延伸提取孔140的整個寬度。弧形電極154可電連接到電弧腔室100的主體。

底部152、壁153、弧形電極154以及一或多個遮罩電極150的暴露部分沿電弧腔室100的部分在Y-Z平面中形成圓形或接近圓形的橫截面。在這個實施例中，術語“接近圓形”定義為從中心軸108到底部152、壁153、弧形電極154或遮罩電極150的暴露內表面上的任一點的最短距離相差小於30%的配置。

在操作中，當組裝時，提取板103和電弧腔室100的主體形成封閉容積。進氣經由進氣口106進入這個封閉容積。電離引入到IHC離子源10的進氣以形成等離子體。這個等離子體具有稱為等離子體電位的電位，所述電位與形成封閉容積的壁的電位相關。

在這個實施例中，提取板103使用提取電源145獨立地偏置。在某些實施例中，提取電源145指電弧腔室100的主體。提取電源145可能能夠向提取板103供應相對於電弧腔室100的主體為正的電壓。這些電壓可比主體電壓正5伏到100伏，但其它值也為可能的。

相對於電弧腔室100的主體正偏置的提取板103在較高等離子體密度下提供高效離子源操作。在這個模式下，因為提取板103在比電弧腔室100的主體更高的電位處偏置，等離子體電位增加到大於電弧腔室100的主體之電壓的電壓。具體地說，在提取孔140附近，等離子體電位可等於或大於施加到提取板103的電壓。沿中心軸108，等離子體電位大於電弧腔室100的電壓且可大約為施加到提取板103的電壓的50%到75%。

這在電弧腔室100中產生從中心軸108徑向向外延伸的電場。換句話說，由於等離子體電位大於電弧腔室100的主體和遮罩電極150的電壓，徑向方向上存在電壓梯度。此外，如前所述，可存在平行於中心軸108的磁場190。

徑向電場和軸向磁場190產生由圖3A至圖3B中的箭頭指示的旋轉力。這個旋轉力可通過最小化暴露於等離子體且位於比主體更高的電壓處的內表面的表面積而優化。因此，一或多個遮罩電極150的使用提供兩個功能。第一，一或多個遮罩電極150有助於沿電弧腔室100的部分在Y-Z平面中形成電弧腔室100的圓形或接近圓形的橫截面。第二，一或多個遮罩電極150也減小暴露於等離子體且具有與電弧腔室100的主體不同的電位的內表面的表面積。在某些實施例中，最小化暴露於等離子體的提取板103（充當陽極）的表面積與暴露於等離子體的電弧腔室100內的總表面積的比率可為有利的。在圖3A中所繪示的實施例中，這個總表面積包含一或多個遮罩電極150的暴露內表面、單式元件151的暴露內表面、第一端104、第二端105以及提取板103的暴露部分。在圖3B中所繪示的實施例中，這個總表面積包含一或多個遮罩電極150的暴露內表面、弧形電極154的暴露內表面、壁153的暴露內表面、底部152的暴露內表面、第一端104、第二端105以及提取板103的暴露部分。在某些實施例中，暴露於等離子體的提取板103的表面積與電弧腔室100內的總表面積的比率可在0.01與0.3之間。在某些實施例中，比率可在0.01與0.2之間。在一些實施例中，比率可在0.01與0.1之間。

圖4繪示根據另一實施例的IHC離子源10。在這個圖式中，等同於圖1中的元件的元件已給出相同的附圖標記。在這個實施例中，提取板103電連接到電弧腔室100的主體。提取孔140可為寬度遠大於其高度的狹縫。

因此，為了增加等離子體電位，一或多個電極300安置在電弧腔室100內。在這個實施例中，電極300可使用電極電源310偏置。在某些實施例中，電極電源310指電弧腔室100的主體。電極電源310可能能夠向電極300供應相對於電弧腔室100的主體為正的電壓。這些電壓可比主體電壓正5伏到100伏，但其它值也為可能的。通過這種方式，電極300中的一或多個可充當陽極。

一或多個電極300可安置在電弧腔室100內的多個不同位置中。每一位置鄰近於提取板103的至少一部分。如圖5A至圖5B中所繪示，一或多個電極300可在高度方向或寬度方向上鄰近於提取板103安置在提取孔140的相對側上。在某些實施例中，電極300可具有暴露於等離子體的表面積，其在提取板103的內表面積的3%與50%之間。在一些實施例中，暴露於等離子體的電極300的表面積可在提取板103的內表面積的3%與30%之間。在一些實施例中，暴露於等離子體的電極300的表面積可在提取板103的內表面積的3%與20%之間。在一些實施例中，暴露於等離子體的電極300的表面積可在提取板103的內表面積的3%與10%之間。如圖5A中所繪示，電弧腔室100的主體可為單式組件151。替代地，如圖5B中所繪示，電弧腔室100的主體可包括製成底部152和壁153的單獨組件。電極300可為具有面向等離子體的平坦內表面和面向提取板103的平坦背表面的板。在這些實施例中，電極300平行於提取板103佈置。

圖5C繪示電極300的另一位置。在這個實施例中，如上文所描述，電極300為板。此外，電極300相對於提取板103成角度安置。在一個實施例中，電極300可與提取板103形成45°的角度，但其它角度為可能的。應注意，電極300的這個位置可如圖5C中所繪示的與單式元件151或例如圖5B中所繪示的與由單獨元件構成的主體一起使用。

圖5D至圖5E繪示電極300安置在拐角中或鄰近於拐角安置的實施例，所述拐角形成在主體與提取板103之間的結合處，且更具體地說，壁與提取板103之間的結合處。此外，電極300還可具有弧形內表面。這個弧形內表面可為凹入的。在圖5D中所繪示的實施例中，底部和壁為單式組件151，使得單式組件151和電極300沿電弧腔室100的部分在Y-Z平面中形成圓形或接近圓形的橫截面。術語“接近圓形”定義為從中心軸108到單式元件151或電極300的內表面上的任一點的最短距離相差小於30%的配置。在圖5E中所繪示的實施例中，電弧腔室100的主體由例如底部152和壁153等單獨元件形成。在這個實施例中，可採用電連接到主體的弧形電極154。通過這種方式，電弧腔室100的橫截面沿電弧腔室100的部分在Y-Z平面中為圓形或接近圓形。在這個實施例中，術語“接近圓形”定義為從中心軸108到底部152、壁153、弧形電極154或電極300的暴露內表面上的任一點的最短距離相差小於30%的配置。圓形或接近圓形的橫截面可沿提取孔140的寬度延伸。

在圖5D至圖5E中所繪示的實施例中，弧形內表面促進電子的旋轉，類似於圖1的IHC離子源的操作。

在圖5A至圖5E中所繪示的實施例中，一或多個電極300可在Y方向上安置在提取孔140的上方和下方。電極300可延伸提取孔140的整個寬度。在一些實施例中，電極300可在X方向上延伸超出提取孔140。在一個實施例中，可存在兩個電極300，一個在高度方向上安置在提取孔140的一側上。在另一實施例中，在電極通常偏置的情況下，電極300可為具有對應於提取孔140的開口的單式組件。

在圖5A至圖5E中所繪示的實施例中，一或多個電極300可使用共同電極電源310相對於電弧腔室100的主體正偏置。在另一實施例中，採用兩個電極300且僅兩個電極300中的一個可偏置，而另一個電連接到電弧腔室100。在另一實施例中，兩個電極300可使用兩個不同電極電源偏置。舉例來說，第二電極可在與第一電極相同的電壓處，在比第一電極更大或更小的電壓處偏置。此外，在某些實施例中，電極300中的一個可相對於電弧腔室100負偏置。具體地說，如果電極300中的一或多個在與主體不同的電壓處偏置，那麼其可通過使用間隙或通過使用絕緣體142與提取板103和主體電隔離。具體地說，絕緣體142可將提取板103與電極300分離或將主體與電極300分離。這些絕緣體142可由例如氮化硼（BN）、氧化鋁（Al ₂O ₃）以及其它材料等介電材料構成。如圖5D和圖5E所繪示，如果電極300中的一個位於與主體相同的電壓處，那麼其可例如由導線或導電材料144與主體或提取板103物理接觸和/或電接觸。

弧形電極154可電連接到底部152和壁153。在一個實施例中，弧形電極154可抵靠著底部152和/或壁153。在另一實施例中，如圖5E中所繪示，弧形電極154例如由導線或導電材料144電連接到主體。

儘管以上的公開描述寬度遠大於高度的提取孔，但其它提取孔為可能的。舉例來說，提取孔140可為圓形開口。在這個實例中，圖5A至圖5E的一或多個電極300仍可在高度方向上安置在提取孔140的兩側上。在一個實施例中，可存在兩個電極300，一個在高度方向（即，Y方向）上安置在提取孔的一側上。這些電極300可在X方向上延伸超出圓形開口。在另一實施例中，在電極300通常偏置的情況下，電極300可為具有對應於提取孔140的孔的單式組件。舉例來說，單式元件可為圓形、方形、菱形、矩形或具有孔的任何其它形狀。

在某些實施例中，正偏置且暴露於等離子體的一個或電極300的表面積與電弧腔室100內的總表面積的比率可在0.01與0.3之間。在某些實施例中，比率可在0.01與0.2之間。在一些實施例中，比率可在0.05與0.2之間。

圖6繪示使用圖1或圖4的IHC離子源10的離子注入系統。如圖1和圖4所繪示，一或多個提取電極200安置在IHC離子源10的提取孔外部和附近。一或多個提取電極200可使用提取電極電源201偏置。

品質分析器210位於提取電極200下游。品質分析器210使用磁場引導所提取離子1的路徑。磁場根據離子品質和電荷影響離子的飛行路徑。具有分辨孔221的品質分辨裝置220安置在品質分析器210的輸出端或遠端處。通過適當選擇磁場，僅具有選定品質和電荷的那些離子1將被引導通過分辨孔221。其它離子將撞擊品質分辨裝置220或品質分析器210的壁且不會在所述系統中進一步行進。

準直器230可安置在品質分辨裝置220的下游。準直器230接受穿過分辨孔221的離子1且產生由多個平行或幾乎平行的細束形成的帶狀離子束。品質分析器210的輸出端或遠端和準直器230的輸入端或近端可相隔固定距離。品質分辨裝置220安置在這兩個元件之間的空間中。

加速/減速級240可位於準直器230下游。加速/減速級240可稱為能量純度模組。能量純度模組為配置成獨立地控制離子束的偏轉、減速以及聚焦的束線透鏡組件。舉例來說，能量純度模組可為豎直靜電能量篩檢程式（vertical electrostatic energy filter；VEEF）或靜電篩檢程式（electrostatic filter；EF）。工件250位於加速/減速級240下游。

本申請案中的以上描述的實施例可具有許多優點。圖3A至圖3B和圖5D至圖5E的IHC離子源使電子以旋轉方式進行E x B漂移。這減少損失到電弧腔室100的主體的電子的數量。通過增加可獲得的電子的數量，可產生更多電離。因此，相比於傳統的IHC離子源，等離子體密度可增加。此外，在每一實施例中，等離子體電位增加。等離子體電位的增加可產生更大等離子體密度。在一個實驗中，通過使用在10伏處偏置的電極300或提取板103，沿中心軸108的等離子體電位相比於傳統的IHC離子源增加約7伏。這致使沿中心軸108的等離子體密度增加約300%。更大的等離子體密度可產生更高的提取電流、更好的分解以及更低的等離子體雜訊。

本公開並不受限於本文所描述的特定實施例的範圍。實際上，除本文中所描述的那些實施例和對本公開的修改以外，所屬領域的一般技術人員根據以上描述和附圖將對本公開的其它各種實施例和本公開的修改顯而易見。因此，這類其它實施例和修改意圖屬於本公開的範圍。此外，儘管已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的情形下描述了本公開，但所屬領域的一般技術人員將認識到本公開的實用性並不限於此，並且出於任何目的，本公開可以有利地在任何環境中實施。因此，應考慮到如本文中所描述的本公開的整個廣度和精神來解釋上文闡述的權利要求。

1:離子 10:IHC離子源 100:電弧腔室 101、153:壁 103:提取板 104:第一端 105:第二端 106:進氣口 108:中心軸 110:陰極 111:偏置電源 115:陰極偏置電源 120:反射級 123:反射級偏置電源 140:提取孔 141、142、143:絕緣體 144:導電材料 145:提取電源 150:遮罩電極 151:單式組件 152:底部 154:弧形電極 160:燈絲 165:燈絲電源 190:磁場 200:提取電極 201:提取電極電源 210:品質分析器 220:品質分辨裝置 221:分辨孔 230:準直器 240:加速/減速級 250:工件 300:電極 310:電極電源 X:方向 Y:方向 Z:方向

為了更好地理解本公開，參考附圖，所述附圖以引用的方式併入本文中，且在圖中： 圖1為根據一個實施例的間熱式陰極（IHC）離子源； 圖2A繪示根據一個實施例的圖1的IHC離子源的透視圖； 圖2B繪示根據另一實施例的圖1的IHC離子源的透視圖； 圖3A至圖3B繪示根據兩個實施例的圖1的IHC離子源的橫截面圖； 圖4為根據另一實施例的間熱式陰極（IHC）離子源； 圖5A至圖5E繪示根據多個實施例的圖4的IHC離子源的橫截面圖；且 圖6繪示利用圖1或圖4的IHC離子源的離子注入系統。

101:壁

103:提取板

140:提取孔

143:絕緣體

150:遮罩電極

151:單式組件

Claims (19)

1. 一種離子源，包括： 腔室，包括： 主體，包括第一端、第二端、底部以及多個壁； 間熱式陰極，安置在所述腔室的第一端處； 提取板，包括具有寬度和高度的提取孔，離子經由所述提取孔提取，所述提取板與所述主體電隔離，其中所述主體和所述提取板形成封閉容積； 一或多個遮罩電極，安置在鄰近於所述提取板且不與所述提取板物理接觸的所述封閉容積中，且電連接到所述主體；以及 提取電源，與所述提取板連通，其中所述提取板相對於所述主體正偏置。
2. 如請求項1所述的離子源，其中所述一或多個遮罩電極沿所述提取孔的所述寬度安置在所述提取孔的上方和下方。
3. 如請求項1所述的離子源，其中所述一或多個遮罩電極的內表面為弧形。
4. 如請求項3所述的離子源，其中所述底部和所述多個壁為具有弧形內表面的單式元件，使得所述單式元件的所述內表面和所述一或多個遮罩電極沿所述腔室的部分在所述腔室中形成圓形或接近圓形的橫截面。
5. 如請求項4所述的離子源，其中所述圓形或接近圓形的橫截面沿所述提取孔的所述寬度延伸。
6. 如請求項3所述的離子源，其中所述底部和所述多個壁為單獨組件，且更包括安置在拐角中的弧形電極，所述拐角形成於所述底部與每一壁之間，其中所述弧形電極電連接到所述主體。
7. 如請求項6所述的離子源，其中所述底部的所述內表面、所述多個壁、所述弧形電極以及所述一或多個遮罩電極的暴露部分沿所述腔室的部分形成圓形或接近圓形的橫截面。
8. 如請求項7所述的離子源，其中所述圓形或接近圓形的橫截面沿所述提取孔的所述寬度延伸。
9. 如請求項1所述的離子源，其中所述提取板在大於所述主體的電壓的10伏到100伏的電壓處偏置。
10. 一種離子注入系統，包括： 如請求項1所述的離子源； 品質分析器；以及 加速/減速級。
11. 一種離子源，包括： 腔室，包括： 主體，包括第一端、第二端、底部以及多個壁； 間熱式陰極，安置在所述腔室的第一端處； 提取板，電連接到所述主體且包括具有寬度和高度的提取孔，離子經由所述提取孔提取，其中所述主體和所述提取板形成封閉容積； 兩個電極，安置在鄰近於所述提取板的所述封閉容積中，其中一個電極在高度方向上安置在所述提取孔的上方，且一個電極在所述高度方向上安置在所述提取孔的下方；以及 電極電源，與所述兩個電極的第一電極連通，其中所述第一電極與所述主體電隔離且相對於所述主體正偏置，且第二電極電連接到所述主體。
12. 如請求項11所述的離子源，其中所述兩個電極包括具有平坦內表面和平坦背表面且平行於所述提取板佈置的板。
13. 如請求項11所述的離子源，其中所述兩個電極包括具有平坦內表面和平坦背表面且相對於所述提取板成角度安置的板。
14. 一種離子源，包括： 腔室，包括： 主體，包括第一端、第二端、底部以及多個壁； 間熱式陰極，安置在所述腔室的第一端處； 提取板，電連接到所述主體且包括具有寬度和高度的提取孔，離子經由所述提取孔提取，其中所述主體和所述提取板形成封閉容積； 一或多個電極，安置在所述封閉容積中，其中所述一或多個電極在高度方向上安置在所述提取孔的上方和所述提取孔的下方；以及 電極電源，與所述一或多個電極中的至少一個連通，其中所述一或多個電極的內表面為弧形，且所述一或多個電極安置在拐角中或鄰近於拐角安置,所述拐角形成於所述主體和所述提取板之間的結合處。
15. 如請求項14所述的離子源，其中所述底部和所述多個壁為具有弧形內表面的單式元件，使得所述單式元件的所述內表面和所述一或多個電極沿所述腔室的部分形成圓形或接近圓形的橫截面。
16. 如請求項14所述的離子源，其中所述底部和所述多個壁為單獨組件，且更包括安置在拐角中的弧形電極，所述拐角形成於所述底部與每一側壁之間，其中所述弧形電極電連接到所述主體。
17. 如請求項16所述的離子源，其中所述底部的所述內表面、所述多個壁、所述弧形電極以及所述一或多個電極的暴露部分沿所述腔室的部分形成圓形或接近圓形的橫截面。
18. 如請求項14所述的離子源，其中所述一或多個電極包括兩個電極，且所述兩個電極在不同電壓下偏置。
19. 一種離子注入系統，包括： 如請求項14所述的離子源； 品質分析器；以及 加速/減速級。