TWI550678B - 離子源及其熱電子產生方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種離子佈植機的離子源，尤指一種離子源的熱電子產生方法。
離子佈植機在半導體製程中是用以對半導體晶圓中的待摻雜區進行離子佈植，而該離子佈植機中的離子源是則是用來產生離子佈植用的離子束。
請參閱圖8所示，該離子源60主要於一基座61上依序設有一支撐組件62及一電弧室63。該電弧室63的外殼630的頂面開口設有一萃取電極板631，該萃取電極板631形成有一萃取孔隙631a，而該外殼630的底面係與一進氣管64連通，摻雜源氣體通過該進氣管64進入該電弧室63。當該電弧室63通電產生熱電子，熱電子會碰撞摻雜源氣體，並將摻雜源氣體予以離子化，以產生多種帶正、負電的離子。為了將離子佈植用的帶正電的離子自該電弧室63中萃取出來，該萃取電極板631會再通電以產生電場，將該電弧室63內的帶正電的離子透過該萃取電極板的萃取孔隙631a向外吸引，以構成一離子束。
目前離子源依照不同的熱電子產生方式概有二種：其中一種為間接加熱陰極式離子源(Indirectly-Heated-Cathode Ion Source；IHC Ion Source)，另一種為伯納式離子源(Bernas Ion Source)，以下進一步說明較常見的間接加熱陰極式離子源的熱電子產生結構及方法。
請配合參閱圖9所示，該電弧室63外殼630內進一步包含有四內側板632、一內底板633、一電隔離設置於其中一內側板632的一燈絲634及一陰極635，以及一電隔離設置於另一相對內側板的斥拒極636；其中該燈絲634位在該陰極635的外側且相互保持一間隔。該燈絲634係耦接一燈絲電源供應單元70，該陰極635係耦接一偏流電源供應單元71，該電弧室63的內側板632及內底板633係共同耦接至一電弧電源供應單元72；其中，該燈絲電源供應單元70、該偏流電源供應單元71與該電弧電源供應單元72係相互串聯耦接。
一般來說，該燈絲電源供應單元70會提供大電流電源予該燈絲634，該燈絲634升溫後(如溫度大於攝氏1000度)後會發射電子。此時，由於該偏流電源供應單元71的正、負電極分別耦接該陰極635及燈絲634，故當偏流電源供應單元71提供一偏壓予該陰極時，因為該陰極635呈正電位，會加速吸引該燈絲發射634的電子，並於該燈絲634及陰極635之間構成一電流(偏流電流)。由於該燈絲634發射的電子會不停撞擊該陰極635的外側，於撞擊時即能量轉換予該陰極，使該陰極635的溫度提高，達到加熱陰極635的作用。於該陰極635加熱至一定溫度，且當該電弧電源供應單元72提供的電壓予該電弧室63的內側板632及內底板633時，該高溫的陰極635會向該電弧室63內空間發射熱電子。
一般來說，電弧電源供應單元72提供予電弧室63的內側板632及內底板633的電壓落於60V至150V的電壓範圍中，以構成一令熱電子加速放射至電弧室63內部的加速電場，也因此提高了熱電子的能量，而高能量的熱電子可多次撞擊摻雜源氣體。當摻雜源氣體被離子化後會產生許多不同種類的離子，以三氟化硼(BF
3)的摻雜源氣體來說，被第一次放射出來的高能量熱電子撞擊後，可能產生一價帶正電離子，但由於此時熱電子仍有充足能量，故一價的帶正電離子有機會再被撞擊出二價或三價帶正電離子，一般來說概一價帶正電離子包含有BF
3 +、BF
2 +、BF
+、B
+、F
+，而二價帶正電離子包含有BF
2+、B
2+、F
2+、；然而，當對半導體晶圓進行B
+離子佈植所需要的離子只有一價帶正電的硼離子B
+；由此可知，自該電弧室63萃取出來的離子束即包含該些帶正電的一價及二價離子，並非全然為硼離子B
+。
以電弧電源供應單元72提供85V電壓並依序調高電弧電源供應單元72的功率後，量測該電弧室的萃取電流(離子束)及有用的一價硼離子(B+)的ROI電流；其中ROI電流係指在晶圓表面上可供佈植的終端電流稱為ROI電流(Region Of Interest；ROI)，如下表一所示為所獲得的實測結果。當產生20mA萃取電流(離子束)，其中一價硼離子B
+的ROI電流僅為0.92mA、當產生25mA的萃取電流時，一價硼離子B
+的ROI電流僅有1.94、當產生30mA的萃取電流時，一價硼離子B
+的ROI電流僅有3.07…；如此雖可藉由提高該電弧電源供應單元的電流來增加硼離子B
+，但不必要的離子仍佔萃取電流中很高的比例，對於離子佈植的效率及品質均非最佳，有必要進一步改善。
表一
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> 電弧電源功率W (固定電弧電壓85V) </td><td> 萃取電流(離子束)mA </td><td> 一價硼離子(B<sup>+</sup>)的ROI電流mA </td></tr><tr><td> 85.9 </td><td> 20 </td><td> 0.92 </td></tr><tr><td> 113.9 </td><td> 25 </td><td> 1.94 </td></tr><tr><td> 142.8 </td><td> 30 </td><td> 3.07 </td></tr><tr><td> 174.3 </td><td> 35 </td><td> 4.01 </td></tr><tr><td> 206.6 </td><td> 40 </td><td> 4.59 </td></tr><tr><td> 236.3 </td><td> 45 </td><td> 4.61 </td></tr></TBODY></TABLE>
有鑑於既有離子源所產生的萃取電流中有用的離子比例低的缺陷，本發明主要目的係提出一種離子源及其熱電子產生方法，以拉高所有有用的離子在萃取電流中的比例。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該離子源包含有： 一電弧室，係包含有： 一外殼，係包含有複數內壁，並具有一上開口及一底進氣孔；其中該底進氣孔係供一摻雜源氣體通入電弧室內； 複數內板，係分別設置於該外殼的對應內壁上； 一萃取電極板，係蓋合於外殼的上開口，該萃取電極板中間形成有一第一萃取間隙；以及 一熱電子產生元件，係電隔離地設置於該外殼的一側及對應該外殼一側的內板上；以及 一電源供應裝置，係包含有： 一加熱電源供應單元，係耦接至該熱電子產生元件，使該熱電子產生元件加熱至一預定溫度；以及 一電弧電源供應單元，係耦接至該複數內板及該熱電子產生元件；其中該電弧電源供應單元提供落在20V至45V電壓範圍之間的輸出電壓。
上述本發明主要調降該離子源的電弧電源供應單元的電壓落在20V至45V電壓範圍之間，令該熱電子產生元件所產生的熱電子能量減弱，避免熱電子多次撞擊已離子化的離子；如此，即可有效減少不必要的二價或三價帶正電的離子，相對提高離子束(萃取電流)中有用離子的比例。
欲達上述目的本發明所使用的主要技術手段係令該離子源包括一電弧室，該電弧室係於一外殼的複數內壁分別設有一內板，以構成一放電空間，其中一內板及其對應的外殼內壁電絕緣地穿設有一熱電子產生元件；其中該離子源的熱電子產生方法包含有以下步驟： 提供一加熱電源予該熱電子產生元件，使該熱電子產生元件加熱至一預定溫度後發射熱電子；以及 提供一電弧電源予該複數內板及該熱電子產生元件，以加速吸引該熱電子至該電弧室的放電空間；其中該電弧電源提供落在20V至45V電壓範圍之間的電壓。
上述本發明主要調降提供予該電弧室內板之電弧電源的電壓，使其落在20V至45V電壓範圍之間，令該熱電子產生元件產生的熱電子能量減弱，避免熱電子多次撞擊已離子化的離子；如此，即可有效減少不必要的二價或三價帶正電的離子，相對提高離子束(萃取電流)中所需要的離子的比例。
本發明係針對一種離子佈植機的離子源進行改良，使其產生的萃取電流中有用離子比例拉高；以下謹以具體實施例及實際量測數據說明本發明技術內容。
首先請參閱圖1所示，係為本發明的一離子源1的立體外觀圖，其主要於一基座30的頂面301上依序疊設有一散熱裝置20及一電弧室10；再如圖3A所示，該電弧室10係進一步電連接至一外部的電源供應裝置50。
請配合參閱圖2及圖3A所示，圖3A所示為本發明第一較佳實施例，即該離子源為一間接加熱陰極式離子源，其中該電弧室10包含有一外殼11、複數內板12、12a、12b、一萃取電極板13及一熱電子產生元件；於本實施例中，該熱電子產生元件14係為一間接加熱陰極組件；其中該外殼11具有一上開口及一底進氣孔111；其中該上開口係蓋合該萃取電極板13，而該底進氣孔111係供該基座30上的一進氣管40連接。該萃取電極板13在中間位置平行一長邊方向形成有一第一萃取孔隙131。該複數內板12、12a、12b係分別設置於該外殼11的對應內壁上，以構成一放電空間100。該間接加熱陰極組件係電隔離地設置於該外殼11的一側及對應該外殼一側的內板12a上，且由外至內包含有一燈絲141及一陰極142；其中該燈絲141及陰極142之間保持一間隔。該電弧室外殼11的另一相對側及對應該側的內板12b上設置有一斥拒極143。如圖4所示，該電弧室10的萃取電極板13外進一步間隔地設置有一抑制電極板15及一接地電極板16。該抑制電極板15係間隔設置於該萃取電極板13的一外側，並形成有一第二萃取間隙151，且該第二萃取間隙151係對準該萃取電極板13的第一萃取間隙131。該接地電極板16係間隔設置於該抑制電極板15一外側，並形成有一第三萃取間隙161，且該第三萃取間隙161係對準該抑制電極板15的第二萃取間隙151。
該電源供應裝置50係包含有一燈絲電源供應單元51、一偏流電源供應單元52及一電弧電源供應單元53；其中該燈絲電源供應單元51係耦接至該燈絲141，使該燈絲141加熱至一第一預定溫度後放射電子；該偏流電源供應單元52的正、負電極係分別耦接至該陰極142及該燈絲141，以於該陰極142及該燈絲141之間建立一加速電場，吸引該燈絲141放射電子撞擊該陰極142，使該陰極142加熱；待該陰極142加熱至一第二預定溫度後即發射熱電子。該電弧電源供應單元53的正、負電極則分別耦接至該複數內板12、12a、12b及該陰極142；其中該電弧電源供應單元53提供落在20V至45V電壓範圍之間的輸出電壓，於該陰極142與各內板12、12a、12b之間建立一加速電場，使該陰極142的熱電子被加速發射至該電弧室的放電空間100中，對通入之摻雜源氣體離子化，以產生數種離子。
再如圖4所示，為順利將帶正電的離子自該電弧室10的萃取電極板13的第一萃取孔隙131取出來構成一離子束100a，該萃取電極板13係耦接至一第一高壓電源供應單元54的正電極，而該抑制電極板15係耦接至一第二高壓電源供應單元55的負電極，該第二高壓電源供應單元55的正電極則耦接至該第一高壓電源供應單元54的負電極。該抑制電極板15與該萃取電極板13之間建立一加速電場，將該電弧室10內帶正電的離子加速萃取出來，並調整被萃取出的帶正電的離子的行進方向以通過該第一萃取間隙131，再調整被萃取出的帶正電的離子的行進方向。上述接地電極板16係耦接到地，將萃取離子束過程中產生的電子旁路到地。
綜上所述，本發明間接加熱陰極式離子源的熱電子產生方法包含有：提供一加熱電源予該燈絲，使該燈絲加熱至一第一預定溫度後發射電子；提供一偏流電源予該陰極及該燈絲，其中該陰極係耦接至該偏流電源的正電極，以吸引該燈絲發射的電子來提高陰極的溫度，於達到一第二預定溫度，即向該電弧室內發射熱電子；以及提供一電弧電源予該複數內板及該陰極，其中該複數內板耦接至該偏流電源的正電極，以加速吸引該熱電子；其中該電弧電源提供落在20V至45V電壓範圍之間的電壓。
同理，本發明第二較佳實施例，如圖3B所示，其大多與圖3A所示的第一較佳實施例相同，惟其離子源係為一伯納式離子源，其電弧室10’的熱電子產生元件14’為一燈絲141，而其電源供應裝置50’係包含有一燈絲電源供應單元51及一電弧電源供應單元53。該燈絲電源供應單元51係耦接至該燈絲141，使該燈絲141加熱至一預定溫度後放射電子，而該電弧電源供應單元53的正電極同樣耦接至該複數內板12、12a、12b，而負電極則連接至該燈絲電源供應單元51的負電極，以與燈絲141耦接；其中該電弧電源供應單元53提供落在20V至45V電壓範圍之間的輸出電壓，以於各內板12、12a、12b之間建立一加速電場。
適用於本發明的摻雜源氣體可為四氟化鍺、鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、砷化氫或磷化氫其中之一。此外，適用於本發明的摻雜源氣體也可以為由一摻雜氣體與一補充氣體合成的一摻雜組成氣體，該摻雜氣體為四氟化鍺、鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、砷化氫或磷化氫，該補充氣體為氬氣、氫氣、氮氣、氦氣、氨氣、氟氣或氙氣；即各該參雜氣體可配合該些補充氣體的其中之一共同混合成該摻雜組成氣體，以作為本發明的摻雜源氣體之用；亦或，可分別使用各該參雜氣體及其中一補充氣體，令其共同流入該電弧室以構成一共流(co-flow)氣體，同樣可作為本發明的摻雜源氣體之用。
以下進一步說明針對前揭數種不同摻雜源氣體進行實驗量測後，獲得較佳的電弧電源電壓為：
當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有三氟化硼(BF3)或摻雜源氣體為三氟化硼(BF3)，該電弧電源的電壓為30V~45V。
當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有砷化氫(AsH3)或磷化氫(PH3)，該電弧電源的電壓為25V~40V。
當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有四氟化矽(SiF4)，該電弧電源的電壓為25V~40V。
由上述可知，本發明相較既有間接加熱陰極式或伯納式離子源調降提供予該電弧室內板之電弧電源的電壓，使其落在20V至45V電壓範圍之間；然而，藉由較低電弧電源電壓所建立的加速電場，會使得該熱電子產生元件產生的熱電子能量相對減弱。理論上，熱電子正面撞離摻雜源氣體最外圍的第一個價電子所需的能量並不高，只需由8V至15V的加速電場所供予該熱電子的能量即可，但若進一步撞離摻雜源氣體的第二個價電子，則熱電子需要22V以上的加速電場提供其更大的能量才能實現。然而，熱電子的撞擊方向無法被控制，故基於考慮熱電子的撞擊力以及一定大小的萃取電流(離子束)下，本發明調整電弧電源的電壓落在20V至45V電壓範圍之間，有相當大的機會至少撞離摻雜源氣體的最外圍的第一個價電子；因此，雖然本發明相較既有間接加熱陰極式或伯納式離子源降低電弧電源電壓，使製造出熱電子的能量相對較低，但也因為較低能量的熱電子在撞擊後能量衰減，而可減少撞擊出二價或三價離子的機會。
本發明同樣以三氟化硼作為通入本發明電弧室進行離子化，並設定該電弧電源的電壓為40V，再調整六組由小至大的電弧電源電流(依加大功率)，進行該電弧室的萃取電流(離子束)及其中有用的一價的硼離子(B
+)的ROI電流的量測；其中ROI電流係指在晶圓表面上可供佈植的終端電流稱為ROI電流(Region Of Interest；ROI)，實際量測結果如下表二所示。
表二
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> 電弧電源功率W (固定電弧電壓40V) </td><td> 萃取電流(離子束)mA </td><td> 一價硼離子(B<sup>+</sup>)的ROI電流mA </td></tr><tr><td> 134.4 </td><td> 20 </td><td> 1.55 </td></tr><tr><td> 177.6 </td><td> 25 </td><td> 2.54 </td></tr><tr><td> 222.0 </td><td> 30 </td><td> 3.92 </td></tr><tr><td> 266.4 </td><td> 35 </td><td> 4.98 </td></tr><tr><td> 310.8 </td><td> 40 </td><td> 5.78 </td></tr><tr><td> 360.0 </td><td> 45 </td><td> 6.43 </td></tr></TBODY></TABLE>
如圖5所示，由於本發明的電弧電源的電壓落在20V至45V電壓範圍之間，而既有間接加熱陰極式離子源的電弧電源的電壓範圍為60V至150V，當本發明第一佳實施例之電源供應裝置50設定電弧電源的電壓為40V，而設定既有電弧電源的電壓為85V時，同樣以三氟化硼作通入電弧室後所量測得到的萃取電流及有用的一價硼離子的ROI電流數值，很明顯可比較出在各組相同的萃取電流(25mA、30mA、35mA、40mA、45mA)中，本發明的一價的硼離子的ROI電流數值的曲線L2確實較既有間接加熱陰極式離子源的曲線L1為高。
再請參閱圖1及圖2，為本發明的離子源1以複數彈性勾扣組件將該散熱裝置20及電弧室10緊扣於該基座30上，即該基座30的下基板31上螺設有四個等距離的L形固定件32，各該固定件32上勾設有一彈簧33的一端，該彈簧33另一端則勾扣於一勾條34一端，該勾條34另一端形成有一勾部341，以勾扣於該電弧室10的該萃取電極板13的二相對長邊，於扣合後受到該彈簧33下拉的回復力，該電弧室10及其下方的散熱裝置20即可緊扣於在該基座30的頂面301上。
當調大電弧電源功率時，該電弧室的溫度會隨之提升，因此本發明使用高散熱的散熱裝置20，該高散熱的散熱裝置20係包含有一散熱本體21及至少一冷卻媒介管22。該散熱本體21的底面212係設置於該基座30的頂面301，其頂面211係全平面地貼平於該電弧室外殼11的底面，再如圖6所示，本實施例的該散熱本體21的二相對短側214係自該頂面211分別向下向內漸縮，該散熱本體21的底面212小於頂面211；再如圖7所示，為另一散熱裝置20’的實施例，該散熱本體21的二相對短側214的下部向下向內凹設一空間216，該散熱本體21的底面212小於頂面211；相較於圖6所示的散熱裝置30的實施例，可快速將電弧室10傳導至該散熱本體21的頂面211的熱，較快速地集中至該散熱本體21的中間。再者，為不與該進氣管40干涉，再配合圖2所示，該散熱本體21對應該進氣管40的一側面213係向內凹設有一凹槽215，該凹槽215係貫穿該散熱本體21的頂面211及底面212，由於且該進氣管40的外管壁與該凹槽215內壁面有一間距，使該進氣管40不與該散熱本體21接觸。各該冷卻媒介管22係穿經該散熱本體21，並自該散熱本體21底面向下穿出二支管221、222，並自該基座30的頂面301插入該基座30中，以外接一冷卻媒介(圖中未示)。再者，其中一支管221係作為冷卻媒介進入管；另一支管222則作為冷卻媒介的排出管，使該冷卻媒介可於該冷卻媒介管22中流動。較佳地，該冷卻媒介可為冷卻氣體或冷卻液體。
綜上所述，本發明散熱裝置20、20’係主要全平面貼平於該電弧室10底面，除提供更穩固的支撐外，藉由更大接觸面積提供該電弧室高熱傳導效率，再配合冷卻媒管22內的流程冷卻媒介，快速將散熱本體21的熱帶離，使整體散熱效率更佳；再者，由於該散熱裝置20、20’係主要全平面貼平於該電弧室10的底面，縱使外殼在高溫運作下不易受熱變形，亦能進一步避免因使用某些易熱裂解的摻雜氣體堵塞該電弧室的底進氣孔。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而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，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
1‧‧‧離子源
10、10’‧‧‧電弧室
100‧‧‧放電空間
100a‧‧‧離子束
11‧‧‧外殼
111‧‧‧底進氣孔
12、12a、12b‧‧‧內板
13‧‧‧萃取電極板
131‧‧‧第一萃取間隙
14、14’‧‧‧熱電子產生元件
141‧‧‧燈絲
142‧‧‧陰極
143‧‧‧斥拒極
15‧‧‧抑制電極板
151‧‧‧第二萃取間隙
16‧‧‧接地電極板
161‧‧‧第三萃取間隙
20、20’‧‧‧散熱裝置
21‧‧‧散熱本體
211‧‧‧頂面
212‧‧‧底面
213‧‧‧側面
214‧‧‧短側
215‧‧‧凹槽
216‧‧‧空間
22‧‧‧冷卻媒介管
221、222‧‧‧支管
30‧‧‧基座
301‧‧‧頂面
31‧‧‧下基座
40‧‧‧進氣管
50、50’‧‧‧電源供應裝置
51‧‧‧燈絲電源供應單元
52‧‧‧偏流電源供應單元
53‧‧‧電弧電源供應單元
54‧‧‧第一高壓電源供應單元
55‧‧‧第二高壓電源供應單元
60‧‧‧離子源
61‧‧‧基座
62‧‧‧支撐組件
63‧‧‧電弧室
630‧‧‧外殼
631‧‧‧萃取電極板
631a‧‧‧萃取孔隙631a
632‧‧‧內側板
633‧‧‧內底板
634‧‧‧燈絲
635‧‧‧陰極
636‧‧‧斥拒極
64‧‧‧進氣管
70‧‧‧燈絲電源供應單元
71‧‧‧偏流電源供應單元
72‧‧‧電弧電源供應單元
10、10’‧‧‧電弧室
100‧‧‧放電空間
100a‧‧‧離子束
11‧‧‧外殼
111‧‧‧底進氣孔
12、12a、12b‧‧‧內板
13‧‧‧萃取電極板
131‧‧‧第一萃取間隙
14、14’‧‧‧熱電子產生元件
141‧‧‧燈絲
142‧‧‧陰極
143‧‧‧斥拒極
15‧‧‧抑制電極板
151‧‧‧第二萃取間隙
16‧‧‧接地電極板
161‧‧‧第三萃取間隙
20、20’‧‧‧散熱裝置
21‧‧‧散熱本體
211‧‧‧頂面
212‧‧‧底面
213‧‧‧側面
214‧‧‧短側
215‧‧‧凹槽
216‧‧‧空間
22‧‧‧冷卻媒介管
221、222‧‧‧支管
30‧‧‧基座
301‧‧‧頂面
31‧‧‧下基座
40‧‧‧進氣管
50、50’‧‧‧電源供應裝置
51‧‧‧燈絲電源供應單元
52‧‧‧偏流電源供應單元
53‧‧‧電弧電源供應單元
54‧‧‧第一高壓電源供應單元
55‧‧‧第二高壓電源供應單元
60‧‧‧離子源
61‧‧‧基座
62‧‧‧支撐組件
63‧‧‧電弧室
630‧‧‧外殼
631‧‧‧萃取電極板
631a‧‧‧萃取孔隙631a
632‧‧‧內側板
633‧‧‧內底板
634‧‧‧燈絲
635‧‧‧陰極
636‧‧‧斥拒極
64‧‧‧進氣管
70‧‧‧燈絲電源供應單元
71‧‧‧偏流電源供應單元
72‧‧‧電弧電源供應單元
圖1：本發明一離子源的立體外觀圖。 圖2：圖1的部分剖面圖。 圖3A：本發明為一間接加熱陰極式離子源的電弧室與電源供應裝置的電性連接示意圖。 圖3B：本發明為一伯納式離子源的電弧室與電源供應裝置的電性連接示意圖。 圖4：圖1電弧室與抑制電極板及接地電極板的電性連接示意圖。 圖5：圖3A與習用間接加熱陰極式離子源的電弧電源功率與萃取電流的量測曲線圖。 圖6：本發明散熱裝置第一較佳實施例的立體外觀圖。 圖7：本發明散熱裝置第二較佳實施例的立體外觀圖。 圖8：既有一種間接加熱陰極式離子源的立體外觀圖。 圖9：既有間接加熱陰極式離子源的電弧室與電源供應裝置的電性連接示意圖。
10‧‧‧電弧室
100‧‧‧放電空間
11‧‧‧外殼
12、12a、12b‧‧‧內板
131‧‧‧第一萃取間隙
14‧‧‧熱電子產生元件
141‧‧‧燈絲
142‧‧‧陰極
143‧‧‧斥拒極
50‧‧‧電源供應裝置
51‧‧‧燈絲電源供應單元
52‧‧‧偏流電源供應單元
53‧‧‧電弧電源供應單元
Claims (19)
- 一種離子源，包括： 一電弧室，係包含有： 一外殼，係包含有複數內壁，並具有一上開口及一底進氣孔；其中該底進氣孔係供一摻雜源氣體通入電弧室內； 複數內板，係分別設置於該外殼的對應內壁上； 一萃取電極板，係蓋合於外殼的上開口，該萃取電極板中間形成有一第一萃取間隙；以及 一熱電子產生元件，係電隔離地設置於該外殼的一側及對應該外殼一側的內板上；以及 一電源供應裝置，係包含有： 一加熱電源供應單元，係耦接至該熱電子產生元件，使該熱電子產生元件加熱至一預定溫度；以及 一電弧電源供應單元，係耦接至該複數內板及該熱電子產生元件；其中該電弧電源供應單元提供落在20V至45V電壓範圍之間的輸出電壓。
- 如請求項1所述之離子源，其中： 該熱電子產生元件由外至內包含有一燈絲及一陰極，其中該燈絲與該陰極之間保持一間隔； 該加熱電源供應單元係耦接至該燈絲，以加熱燈絲至該預定溫度； 該電源供應裝置係進一步包含有一偏流電源供應單元，其正、負電極分別耦接至該陰極及該燈絲； 該電弧電源供應單元的正、負電極分別耦接至該複數內板及該陰極。
- 如請求項1所述之離子源，其中： 該熱電子產生元件係包含一燈絲； 該加熱電源供應單元係耦接至該燈絲，以加熱燈絲至該預定溫度； 該電弧電源供應單元的正、負電極分別耦接至該複數內板及該燈絲。
- 如請求項1所述之離子源，該摻雜源氣體係為四氟化鍺、鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、砷化氫或磷化氫。
- 如請求項1所述之離子源，該摻雜源氣體係為一由摻雜氣體與補充氣體共同混合成的摻雜組成氣體；其中該摻雜氣體係為四氟化鍺、鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、砷化氫或磷化氫，該補充氣體為氬氣、氫氣、氮氣、氦氣、氨氣、氟氣或氙氣；其中各該摻雜氣體係與該補充氣體的其中之一混合成摻雜組成氣體。
- 如請求項5所述之離子源，該摻雜氣體與該補充氣體係共同流入該電弧室的底進氣孔，以構成一共流氣體。
- 如請求項4至6中任一項所述之離子源，其中： 當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有三氟化硼(BF3)，該電弧電源供應單元的輸出電壓為30V至45V； 當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有砷化氫(AsH3)或磷化氫(PH3)，該電弧電源供應單元的輸出電壓為25V至40V； 當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有四氟化矽(SiF4)，該電弧電源供應單元的輸出電壓為25V至40V。
- 如請求項1至3中任一項所述之離子源，係進一步包含有： 一抑制電極板，係間隔設置於該萃取電極板的一外側，並形成有一第二萃取間隙；其中該第二萃取間隙係對準該萃取電極板的第一萃取間隙；以及 一接地電極板，係間隔設置於該抑制電極板一外側，並形成有一第三萃取間隙；其中該第三萃取間隙係對準該抑制電極板的第二萃取間隙；其中： 上述萃取電極板係耦接至一第一高壓電源供應單元的正電極； 上述抑制電極板係耦接至一第二高壓電源供應單元的負電極，該第二高壓電源供應單元的正電極則耦接至該第一高壓電源供應單元的負電極； 上述接地電極板係耦接到地。
- 如請求項8所述之離子源，係進一步包含有： 一基座，其頂面凸設有一進氣管；以及 一散熱裝置，係設置於該基座的頂面與該電弧室的外殼底面之間。
- 如請求項9所述之離子源，該散熱裝置包含有： 一散熱本體，其底面設置於該基座頂面，其頂面係全平面地貼平於該電弧室底板的底面，該散熱本體對應該進氣管的一側面向內凹設有一貫穿其頂面及其底面的凹槽，且該進氣管的外管壁與該凹槽內壁面有一間距；以及 至少一冷卻媒介管，係穿經該散熱本體，並自該散熱本體底面向下穿出二支管，各該冷卻媒介管係透過該二支管填充有一流動的冷卻媒介。
- 如請求項10所述之離子源，該冷卻媒介為冷卻氣體或冷卻液體。
- 如請求項11所述之離子源，係進一步包含有複數彈性勾扣組件，其中各彈性勾扣組件係包含有： 一L形固定位，係螺設於該基座的一下基板上； 一彈簧，其一端係勾設於該L形固定位； 一勾條，其一端勾扣於該彈簧的另一端，該勾條的另一端形成有一勾部，以勾扣於位在該電弧室的該萃取電極板的側邊。
- 一種離子源的熱電子產生方法，該離子源包括一電弧室，該電弧室係於一外殼的複數內壁分別設有一內板，以構成一放電空間，其中一內板及其對應的外殼內壁電絕緣地穿設有一熱電子產生元件；其中該熱電子產生方法包括： 提供一加熱電源予該熱電子產生元件，使該熱電子產生元件加熱至一第一預定溫度後發射熱電子；以及 提供一電弧電源予該複數內板及該熱電子產生元件，以加速吸引該熱電子至該電弧室的放電空間；其中該電弧電源提供落在20V至45V電壓範圍之間的電壓。
- 如請求項13所述之熱電子產生方法，該熱電子產生元件由外至內包含有一燈絲及一陰極，且該燈絲與該陰極之間保持一間隔；其中： 於上述提供加熱電源予熱電子元件步驟中，係將該加熱電源提供予該燈絲；且該熱電子產生方法進一步包含有：提供一偏流電源予該陰極及該燈絲，其中該陰極係耦接至該偏流電源的正電極，以吸引該燈絲發射的電子來提高陰極的溫度，於達到一第二預定溫度，即向該電弧室內發射熱電子； 於上述提供電弧電源予該複數內板及該熱電子產生元件的步驟中，該電弧電源係提供予該複數內板及該陰極。
- 如請求項13所述之熱電子產生方法，該熱電子產生元件係包含一燈絲；其中： 於上述提供加熱電源予熱電子元件步驟中，係將該加熱電源提供予該燈絲，以便向該電弧室內發射熱電子； 於上述提供電弧電源予該複數內板及該熱電子產生元件的步驟中，該電弧電源係提供予該複數內板及該燈絲。
- 如請求項13所述之熱電子產生方法，該電弧室具有一底進氣孔，以通入一摻雜源氣體，使該熱電子離子化該摻雜源氣體；其中該摻雜源氣體係為四氟化鍺、鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、砷化氫或磷化氫。
- 如請求項13所述之熱電子產生方法，該電弧室具有一底進氣孔，以通入一摻雜源氣體，使該熱電子離子化該摻雜源氣體；其中該摻雜源氣體係為一由摻雜氣體與補充氣體共同混合成的摻雜組成氣體；其中該摻雜氣體係為四氟化鍺、鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、砷化氫或磷化氫，該補充氣體為氬氣、氫氣、氮氣、氦氣、氨氣、氟氣或氙氣；其中各該摻雜氣體係與該補充氣體的其中之一混合成摻雜組成氣體。
- 如請求項17所述之熱電子產生方法，該摻雜氣體與該補充氣體係共同流入該電弧室的底進氣孔，以構成一共流氣體。
- 如請求項16至18中任一項所述之熱電子產生方法，其中： 當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有三氟化硼(BF3)，該電弧電源的電壓為30V至45V； 當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有砷化氫(AsH3)或磷化氫(PH3)，該電弧電源的電壓為25V至40V； 當自該電弧室通入的摻雜源氣體包含有四氟化矽(SiF4)，該電弧電源的電壓為25V至40V。
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