專利名稱：一種分體式離子源引出電極系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件制造控制系統(tǒng)，即離子注入機，特別地，涉及一種用于離子注入機的分體式離子源引出電極系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝設(shè)備離子注入機中，離子源引出系統(tǒng)是整機設(shè)備關(guān)鍵部件之一，其與離子源本體結(jié)合在一起構(gòu)成離子注入機的核心部件——離子源系統(tǒng)；其決定了離子注入機諸多性能指標(biāo)，不僅決定離子源系統(tǒng)的引出束流大小、引出能量大小、引出束流品質(zhì)及束穩(wěn)定性能，同時與離子注入機其他光學(xué)部件匹配結(jié)合決定整機離子光學(xué)系統(tǒng)的束流傳輸效率和整機的生產(chǎn)效率。離子注入機離子源引出電極系統(tǒng)一般采用的是加減速三電極結(jié)構(gòu)，反復(fù)實驗及長期使用情況表明，離子源引出系統(tǒng)各個電極位置及加速電極縫結(jié)構(gòu)參數(shù)對離子引出束流及束品質(zhì)有著極其重要的影響一方面，離子源工作于高溫環(huán)境中，引出電極系統(tǒng)在高溫及工作一段時間后容易發(fā)生熱變形和移位現(xiàn)象而引起電極不對中問題；另一方面，加速電極縫工作一段時間后由于受高溫、高能離子束濺射作用而慢慢擴大，產(chǎn)生電極結(jié)構(gòu)參數(shù)上的變化；上述這些現(xiàn)象所帶來的問題是直接影響離子源引出束流品質(zhì)及整機的束傳輸效率和束流大小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有離子注入機技術(shù)中引出電極系統(tǒng)容易發(fā)生熱變形和移位現(xiàn)象而引起出引出電極不對中、加速電極縫受離子束濺射作用而產(chǎn)生電極結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而影響引出束流及束品質(zhì)，以及單個引出電極難以適應(yīng)多種束流的一系列問題，采用了新型結(jié)構(gòu)的離子源引出電極系統(tǒng)，該系統(tǒng)將加速電極和減速電極設(shè)計為可相對活動的分體式結(jié)構(gòu)， 解決了現(xiàn)有技術(shù)中引出電極系統(tǒng)的上述問題，滿足離子注入機高可靠性高標(biāo)準(zhǔn)要求，并且一種電極即可適用于多種束流。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)1. 一種分體式離子源引出電極系統(tǒng)，包括減速電極3、屏蔽筒2、絕緣子4、加速電極7、減速電極連接桿1、加速電極連接桿8、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3 上面向加速電極7的一側(cè)；所述絕緣子4安裝加速電極上7面向減速電極3的一側(cè)，靠近屏蔽筒2并與屏蔽筒2相對應(yīng)，其特征在于，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接桿1連接固定到基座10上；其中所述加速電極7通過所述加速電極連接桿8連接固定到基座10上，連接方式使得所述加速電極 7在需要時能夠通過所述加速電極連接桿8的前后移動而沿離子束流的方向精確地前后移動。2. 一種分體式離子源引出電極系統(tǒng)，包括減速電極3、屏蔽筒2、絕緣子4、加速電極7、減速電極連接桿1、加速電極連接桿8、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3上面向加速電極7的一側(cè)；所述絕緣子4安裝加速電極7上面向減速電極3的一側(cè)，靠近屏蔽筒2并與屏蔽筒2相對應(yīng)，其特征在于其中所述減速電極3通過所述減速電極連接桿1連接固定到基座10上，連接方式使得所述減速電極3在需要時能夠通過所述減速電極連接桿1的前后移動而沿離子束流的方向精確地前后移動；其中所述加速電極7通過所述加速電極連接桿8連接固定到基座上。3.第1項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接桿1連接固定到基座上的連接方式使得，所述減速電極3在需要時能夠通過所述減速電極連接桿1的前后移動而沿離子束流的方向精確地前后移動。4.第1和3項中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其特征在于基座10上有精密滑道，所述加速電極連接桿8通過精密滑道與基座10連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前后移動達到使加速電極7前后移動的目的。5.第2至4項中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其特征在于基座10上有滑道，所述減速電極連接桿1通過精密滑道與基座10連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前后移動達到使減速電極3前后移動的目的。6.前述任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其中所述加速電極7包括加速電極座5和加速電極芯6，所述的加速電極芯6鑲嵌在加速電極座5上，二者一起構(gòu)成加速電極 7。7.前述任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其中所述加速電極7通過所述加速電極連接桿8連接固定到基座上的連接方式使得，所述加速電極7能夠通過所述加速電極連接桿8的移動而沿離子束流的方向前、后、左、右、上、下移動，從而使得當(dāng)由于某種原因加速電極的電極縫與減速電極的電極縫之間的位置關(guān)系需要調(diào)整時，可通過調(diào)節(jié)這種連接方式進行調(diào)整。8.前述任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其特征在于屏蔽筒2為4個，絕緣子4為4個。9.使用前述任一項的離子源引出電極系統(tǒng)的離子注入機。本發(fā)明很好地解決了上述問題，并且具有如下技術(shù)效果本發(fā)明的離子源引出電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，由于加速電極與減速電極之間并不直接相互連接固定，在過熱的情況下，即使電極各自因受熱不同而各自產(chǎn)生不相同的熱變形時，加速電極和減速電極之間也不會產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，從而不會由于電極間的應(yīng)力應(yīng)變而使電極變形，進而損失電極的精度。此外，由于本發(fā)明的離子源引出電極系統(tǒng)中加速電極和減速電極間的距離可調(diào)節(jié)，所以同一個離子源引出電極系統(tǒng)就可以根據(jù)需要適用于各種離子源、引出束流大小、引出束流品質(zhì)等，而不需要針對不同的束流或離子源制造多種引出電極，也即制造一套電極配件即可裝配成適用于各種條件的引出電極。這樣的設(shè)計有助于離子源引出電極系統(tǒng)的大規(guī)模工業(yè)化制造，也有利于節(jié)約對離子源引出電極系統(tǒng)設(shè)備投資。同樣，由于加速電極和減速電極間不直接相互連接固定在一起，所以各個電極在受損情況不相同時可以方便地單獨更換，最大程度地減少浪費，節(jié)約資源，節(jié)省時間。此外， 由于離子源引出電極系統(tǒng)不可避免會存在濺射污染，這樣的結(jié)構(gòu)可以便于定期對電極內(nèi)部進行清潔維護。


本發(fā)明的具體實施方式
。在圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。圖1是本發(fā)明的一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極和減速電極都可以前后移動。圖2是本發(fā)明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極和減速電極都可以前后移動。圖3是本發(fā)明的一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，加速電極可以前后移動。圖4是本發(fā)明的另一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，減速電極可以前后移動。圖5是本發(fā)明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極由加速電極座和鑲嵌在其中的加速電極芯構(gòu)成。圖6是離子注入機的關(guān)鍵部件的排列示意圖。圖7是整個離子源引出電極系統(tǒng)的電壓的施加方式的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖的具體實施例對本發(fā)明作進一步介紹，應(yīng)該理解，這些描述都是說明性的，本發(fā)明不限于此。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求的范圍所限定。首先參考圖6，介紹離子注入機的關(guān)鍵部件的排列以及作用原理。如圖6所示，離子源引出電極(未示出)將離子源中產(chǎn)生的離子束流引出。為了從總的離子束中選出所需離子種類，從而保證提供具有確定電荷和質(zhì)量數(shù)的離子種類例如硼(B)、磷(P)、砷(As)、氬(Ar)，使離子束穿過專門的離子分選部件——質(zhì)量分析器。然后離子束經(jīng)過兩組磁四極透鏡，磁四極透鏡組對粒子束進行強聚焦，并使離子束按一定的形狀(條形)進入電掃描板(掃描偏轉(zhuǎn)系統(tǒng))。偏轉(zhuǎn)的離子束形成一定的寬度(離子束展寬) 進入平行束透鏡。所述具有一定寬度的束流經(jīng)過平行束透鏡時，平行束透鏡在使離子束偏轉(zhuǎn)成平行束的同時，通過偏轉(zhuǎn)消除了中性粒子的影響，并且使該束流在水平面形成達到所需寬度要求例如300mm的平行束，從而保證靶盤單晶片注入的均勻性。然后離子束進入加速管，加速管使離子束能量能增加到額定指標(biāo)例如270KV。離子注入靶室(未示出)采用單片注入方式工作，最終注入到晶片架上的晶片上，達到對晶片進行攙雜改性的目的，由于離子束在水平方向經(jīng)過掃描系統(tǒng)和束平行透鏡作用達到了有效注入寬度，因此單晶片靶只需在垂直方向上下掃描以達到注入的均勻性要求。離子源引出電極系統(tǒng)設(shè)置在離子源的出口，將離子源產(chǎn)生的束流引出，并且調(diào)節(jié)束流的光學(xué)品質(zhì)，便于與后面的光路匹配。設(shè)計良好的離子源引出電極系統(tǒng)能夠?qū)﹄x子源的不同放電狀態(tài)以及不同的引出能量，都能自動引出光學(xué)品質(zhì)良好的束流。本發(fā)明對離子注入機的離子源引出電極系統(tǒng)做了改進。下面將參考附圖對本發(fā)明的各種實施方式做出詳細描述。但是，本發(fā)明不限于此，本發(fā)明的范圍僅由其所附權(quán)利要求所限定。本發(fā)明的一種實施方式如圖1中所示。圖1中示出了一種本發(fā)明的離子源引出電極系統(tǒng)，其包括減速電極連接桿1、加速電極連接桿8、減速電極3、絕緣子4、屏蔽筒2、加速電極7、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3上面向加速電極7的一側(cè)；所述絕緣子4 安裝加速電極7上面向減速電極3的一側(cè)，靠近屏蔽筒2并與屏蔽筒2相對應(yīng)，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接桿1連接固定到基座10上，圖中減速電極3與減速電極連接桿1之間的連接通過螺釘(未示出)完成，基座10上有與減速電極連接桿1對應(yīng)的開槽，基座通過該開槽固定減速電極連接桿，該開槽與減速電極桿之間配合完好，使得減速電極連接桿能夠在該開槽中精確地前后移動；所述加速電極7通過所述加速電極連接桿8連接固定到基座上，圖中加速電極7與加速電極連接桿8之間的連接通過螺釘(未示出)完成，基座10上有與加速電極連接桿8對應(yīng)的開槽，基座通過該開槽固定加速電極連接桿8， 該開槽與加速電極連接桿8之間配合完好，使得加速電極連接桿8能夠在該開槽中精確地前后移動?？蓪⒒系拈_槽設(shè)計成各種形式，例如使用各種精密滑道，這樣的設(shè)計使得與該滑道連接的連接桿的移動變得更加平順，距離調(diào)節(jié)會更準(zhǔn)確。ZL022M624.3和 ZL94203767. 7公開了兩種滑軌裝置，可將這兩種滑軌用于本發(fā)明中。也可將滑道設(shè)計為可定量調(diào)節(jié)滑動距離的滑道，滑動距離的最小單位應(yīng)該小于電極間距離的尺寸公差，優(yōu)選小于所述尺寸公差的十分之一。在該實施方式中，減速電極連接桿1為直桿形式，加速電極連接桿8為彎曲桿的形式，這種設(shè)計使得可以方便地通過兩個連接桿將兩個尺寸相當(dāng)?shù)碾姌O與同一基座連接。在該實施方式中，減速電極3與減速電極連接桿1之間的連接方式是任選的，只要連接方式能夠使減速電極3固定到減速電極連接桿1上并且不顯著影響整個系統(tǒng)的作用即可?；?0與減速電極連接桿1之間的連接方式是任選的，只要使得減速電極連接桿1能夠精確地與基座匹配、固定在基座上，在需要時能夠精確地前后移動并且不顯著影響整個系統(tǒng)的作用即可。同樣地，在該實施方式中，加速電極7與加速電極連接桿8之間的連接方式是任選的，只要連接方式能夠使加速電極7固定到加速電極連接桿8上并且不顯著影響整個系統(tǒng)的作用即可?；?0與加速電極連接桿8之間的連接方式是任選的，只要使得加速電極連接桿8能夠精確地與基座匹配、固定在基座上，在需要時能夠精確地前后移動并且不顯著影響整個系統(tǒng)的作用即可。在該實施方式中，屏蔽筒2為4個，屏蔽絕緣子4，防止絕緣子4濺射污染；減速電極3為高純石墨材料，具有良好的耐高溫、抗濺射性能；絕緣子4為4個，將加速電極7與減速兩電極3間電位隔離；加速電極7為高純石墨材料；整個引出電極系統(tǒng)中，加速電極7和減速電極3彼此不直接連接，分別通過加速電極連接桿8和減速電極連接桿1固定安裝于基座10上。在加速電極中存在加速電極縫，并且在減速電極中存在減速電極縫，它們彼此對中，通過連接桿的移動，調(diào)節(jié)彼此的距離，能夠最好地匹配各種束流的要求。在可供選擇的實施方式中，減速電極3的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選為石墨，尺寸可為Φ IOmm Φ 500mm，優(yōu)選為Φ 100mm。在可供選擇的實施方式中，減速電極縫的尺寸可以是任選的，一般地，它的尺寸可為 Φ Imm ~ Φ 100mm,優(yōu)選為 Φ 6mm0在可供選擇的實施方式中，絕緣子4的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選自陶瓷，尺寸可為Φ (5 50mm) * (5 60mm)，優(yōu)選為Φ 15mm*20mm。在可供選擇的實施方式中，屏蔽筒2的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選自鋁，尺寸可根據(jù)屏蔽范圍確定。在可供選擇的實施方式中，加速電極7的材料和尺寸可以是任選的，一般地，它的材料可選自石墨，尺寸可為Φ 50mm Φ 800mm，優(yōu)選為Φ 200mm。在可供選擇的實施方式中，加速電極縫的尺寸可以是任選的，一般地，它的尺寸可為 Φ Imm ~ Φ 50mm,優(yōu)選為 Φ 5mm。引出電極的電壓施加方式如圖7所示，其中加速電極的電壓范圍為30KV 70KV， 減速電極的電壓范圍為2KV 10KV，其工作原理為，在離子源和加速電極間施加如圖所示電壓，由于加速電極的電勢低于離子源電勢，正離子便會向引出電極一端運動，由此將離子引出，但是由于一部分引出離子會撞擊到加速電極上，而產(chǎn)生次生電子，次生電子回流，會產(chǎn)生較大電流，使引出電流值出現(xiàn)虛假增加，所以在減速電極和加速電極間施加如圖所示電壓，減速電極相對加速電極為負電勢，避免了次生電子回流。下面參考圖2。圖2是本發(fā)明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極和減速電極都可以前后移動。圖2與圖1的結(jié)構(gòu)類似，所不同的是，在圖2中，加速電極連接桿8為直桿形式，減速電極連接桿1為彎曲桿的形式，這種設(shè)計也可使得可以通過兩個連接桿將兩個尺寸相當(dāng)?shù)碾姌O與同一基座連接。減速電極連接桿1和加速電極連接桿8也可使用其它任何形式， 只要能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的即可，例如，也可將兩個連接桿都設(shè)計為彎曲桿的形式。下面參考圖3。圖3是本發(fā)明的一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，加速電極可以前后移動。圖3中的實施方式與圖1的結(jié)構(gòu)類似，所不同的是，在圖3中，減速電極直接通過連接桿1固定于基座上，無法實現(xiàn)前后移動，而加速電極仍然保持圖1的結(jié)構(gòu)。這樣的設(shè)計使得可以簡化基座的結(jié)構(gòu)，以及基座與電極間的連接方式，雖然固定了減速電極，但是，由于加速電極仍然可以前后移動，所以仍然可以基本上實現(xiàn)本發(fā)明的目的。下面參考圖4。圖4是本發(fā)明的另一種簡化的實施方式的示意圖，圖中，減速電極可以前后移動。圖4中的實施方式與圖2的結(jié)構(gòu)類似，所不同的是，在圖4中，加速電極直接通過連接桿8固定于基座上，無法實現(xiàn)前后移動，而減速電極仍然保持圖2的結(jié)構(gòu)。這樣的設(shè)計使得可以簡化基座的結(jié)構(gòu)，以及基座與電極間的連接方式，雖然固定了加速電極，但是，由于減速電極仍然可以前后移動，所以仍然可以基本上實現(xiàn)本發(fā)明的目的。下面參考圖5。圖5是本發(fā)明的另一種實施方式的示意圖，圖中，加速電極由加速電極座和鑲嵌在其中的加速電極芯構(gòu)成。實用新型專利ZL200620012983. 1公開了一種離子源引出電極系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了鑲嵌式加速電極結(jié)構(gòu)。在圖5的實施方式中，結(jié)合了實用新型專利ZL2006200U983. 1中的特征，加速電極7設(shè)計為由加速電極座5和加速電極芯6構(gòu)成，其中加速電極芯6鑲嵌在加速電極座5上。這樣的設(shè)計在具有本發(fā)明的優(yōu)點的同時，還實現(xiàn)了加速電極芯6的方便更換。
本發(fā)明的電極優(yōu)選采用耐高溫的高純石墨材料，本發(fā)明的離子源引出電極系統(tǒng)可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)減速電極和加速電極之間的距離，并且可以方便地更換。同時，如果將加速電極設(shè)計成可更換式鑲嵌結(jié)構(gòu)，當(dāng)加速電極引出縫尺寸變大時可方便地進行更換，而不需更換整個電極。同時減速電極和加速電極由于不直接連接，所以也可方便地單獨更換。在優(yōu)選的實施方式中，還可將本發(fā)明的加速電極連接桿和減速電極連接桿設(shè)計成可前后左右上下全方位移動的形式，這樣可進一步給加速電極和減速電極提供更多的移動空間，從而通過隨時調(diào)整加速電極和減速電極之間的位置關(guān)系來克服在生產(chǎn)過程中由于各種原因造成的電極間不對中、束流品質(zhì)變差等現(xiàn)象，從而使電極滿足高可靠性和高標(biāo)準(zhǔn)的要求。本發(fā)明的離子源引出電極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)定可靠，具有抗熱變形、抗高溫離子濺射性能好特點；同時結(jié)構(gòu)連接操作方便，保證長期工作的可靠穩(wěn)定性，滿足離子注入機高可靠性高標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明的特定實施例已對本發(fā)明的內(nèi)容做了詳盡說明。對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，或者慣用手段的直接替換，都構(gòu)成對本發(fā)明專利的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求
1.一種分體式離子源引出電極系統(tǒng)，包括減速電極(3)、屏蔽筒O)、絕緣子、加速電極(7)、減速電極連接桿(1)、加速電極連接桿(8)、電極基座(10)，所述屏蔽筒⑵安裝在減速電極C3)上面向加速電極(7)的一側(cè)；所述絕緣子(4)安裝加速電極上(7)面向減速電極(3)的一側(cè)，靠近屏蔽筒(2)并與屏蔽筒(2)相對應(yīng)，其特征在于，其中所述減速電極C3)通過所述減速電極連接桿(1)連接固定到基座(10)上；其中所述加速電極(7)通過所述加速電極連接桿(8)連接固定到基座(10)上，連接方式使得所述加速電極(7)在需要時能夠通過所述加速電極連接桿(8)的前后移動而沿離子束流的方向精確地前后移動。
2.權(quán)利要求1的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其中所述減速電極(3)通過所述減速電極連接桿(1)連接固定到基座上的連接方式使得，所述減速電極C3)在需要時能夠通過所述減速電極連接桿(1)的前后移動而沿離子束流的方向精確地前后移動。
3.權(quán)利要求1和2中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其特征在于基座(10)上有精密滑道，所述加速電極連接桿(8)通過精密滑道與基座(10)連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前后移動達到使加速電極(7)前后移動的目的。
4.權(quán)利要求2和3中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其特征在于基座(10)上有滑道，所述減速電極連接桿(1)通過精密滑道與基座(10)連接固定，在需要時能夠通過在滑道中的前后移動達到使減速電極C3)前后移動的目的。
5.前述權(quán)利要求中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其中所述加速電極(7)包括加速電極座( 和加速電極芯(6)，所述的加速電極芯(6)鑲嵌在加速電極座( 上，二者一起構(gòu)成加速電極(7)。
6.前述權(quán)利要求中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其中所述加速電極(7)通過所述加速電極連接桿(8)連接固定到基座上的連接方式使得，所述加速電極(7)能夠通過所述加速電極連接桿(8)的移動而沿離子束流的方向前、后、左、右、上、下移動，從而使得當(dāng)由于某種原因加速電極的電極縫與減速電極的電極縫之間的位置關(guān)系需要調(diào)整時，可通過調(diào)節(jié)這種連接方式進行調(diào)整。
7.前述權(quán)利要求中任一項的分體式離子源引出電極系統(tǒng)，其特征在于屏蔽筒(2)為4 個，絕緣子⑷為4個。
8.使用前述權(quán)利要求中任一項的離子源引出電極系統(tǒng)的離子注入機。
全文摘要
一種分體式離子源引出電極系統(tǒng)，包括減速電極3、屏蔽筒2、絕緣子4、加速電極7、減速電極連接桿1、加速電極連接桿8、電極基座10，所述屏蔽筒2安裝在減速電極3上面向加速電極7的一側(cè)；所述絕緣子4安裝加速電極上7面向減速電極3的一側(cè)，靠近屏蔽筒2并與屏蔽筒2相對應(yīng)，其特征在于，其中所述減速電極3通過所述減速電極連接桿1連接固定到基座10上；其中所述加速電極7通過所述加速電極連接桿8連接固定到基座10上，連接方式使得所述加速電極7在需要時能夠通過所述加速電極連接桿8的前后移動而沿離子束流的方向精確地前后移動。本發(fā)明的離子源引出電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，在過熱的情況下加速電極和減速電極之間不會產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，從而不會損失電極的精度，還具有許多其它優(yōu)點。
文檔編號H01J37/04GK102347191SQ20101024307
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者伍三忠, 劉仁杰, 唐景庭, 孫勇 申請人:北京中科信電子裝備有限公司