CN107359100A - 一种离子注入装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入装置及其使用方法，其中装置包括：主离子源、至少一个备用离子源、用于改变接入的离子源种类的离子源切换装置及用于使所述备用离子源和/或主离子源发射的离子进入筛选装置的离子通道。通过上述方式，本发明能够通过设置至少一个备用离子源的方式，在某一离子源需要停机维修时通过切换离子源使得其它离子源与筛选装置相连，保证离子注入装置可以连续工作，实现产品制造过程中的连续性。此外，该方法不需要将整个离子注入装置全部停机，也不需要重新建立真空环境，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及离子注入装置领域，特别是涉及一种离子注入装置及其使用方法。
背景技术
离子注入装置能够通过向半导体中注入特定离子的方式，达到改变半导体导电性、晶体结构等作用，因而广泛应用在半导体制备工艺中。离子注入装置结构精密复杂，尤其是离子源，处于高真空环境下的离子源至少包括灯丝和电极板，将灯丝高温加热使注入离子源的气体电离而获得离子，并通过电极板对获得的离子进行加速才能在筛选装置的磁场作用下筛选出特定离子，再向半导体中注入。
现有技术中，所述离子源中的灯丝使用寿命约为120h，电极板寿命约为350h，当所述灯丝或电极板达到使用寿命时，需要停机更换；且在更换的过程中，需要先将离子源及与其连通的装置从真空状态恢复至常压，更换灯丝或电极板后，还要将离子源及与其连通的装置进行抽真空，而抽真空及真空状态达到稳定的过程不仅操作麻烦，还需要耗费大量的时间。
可见，现有技术有待进一步改进。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种离子注入装置及其使用方法，能够解决现有离子注入装置一旦唯一的离子源不能工作时就必须停机更换零件的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种离子注入装置。
其中，所述装置包括：
主离子源、至少一个备用离子源、用于改变接入的离子源种类的离子源切换装置及用于使所述备用离子源和/或主离子源发射的离子进入筛选装置的离子通道。
其中，所述离子通道包括：
用于连接所述主离子源和所述筛选装置的第一离子通道及用于连接所述第一离子通道和所述备用离子源的第二离子通道。
其中，所述备用离子源发射的离子与所述主离子源发射的离子进入所述筛选装置的速度相同。
其中，所述第二离子通道设有离子方向改变装置。
其中，所述离子方向改变装置为磁铁或线圈，所述离子源切换装置为阀门。
其中，所述磁铁或线圈与所述筛选装置中的筛选磁铁或线圈具有相同的曲率半径。
其中，所述主离子源和所述至少一个备用离子源位于同一个真空环境中或各自独立的真空环境中。
为解决上述技术问题，本发明还采用的一个技术方案是：提供一种离子注入装置的使用方法。
其中，包括：
改变离子源切换装置的工作状态，每一所述工作状态对应使用不同的离子源；
备用离子源和/或主离子源发射的离子在所述工作状态下通过离子通道进入筛选装置。
其中，所述备用离子源和/或主离子源发射的离子通过离子通道进入筛选装置的方法包括；
当将所述离子源切换装置工作状态改变至开启时，第一离子通道与第二离子通道连通；
在所述第二离子通道中，离子方向改变装置改变所述备用离子源发射的离子的方向，并得到改变方向后的离子；
所述改变方向后的离子进入所述第一离子通道后进入筛选装置；
当将所述离子源切换装置工作状态改变至关闭时，所第一离子通道与所述第二离子通道不连通；
所述主离子源发射的离子进入所述第一离子通道后进入筛选装置；
其中，所述方法实现过程中所述离子注入装置不停机。
其中，所述备用离子源和/或主离子源发射的离子在所述第一离子通道中做匀速直线运动。
本发明的有益效果是：本发明通过设置至少一个备用离子源的方式，在某一离子源需要停机维修时通过切换离子源使得其它离子源与筛选装置相连，保证离子注入装置可以连续工作，实现产品制造过程中的连续性。
此外，该方法不需要将整个离子注入装置全部停机，也不需要重新建立真空环境，操作方便。
附图说明
图1是本发明离子注入装置一实施例的结构示意图；
图2是本发明离子注入装置的使用方法一实施例的流程图；
图3是当所述离子源切换装置的工作状态改变至开启时，备用离子源和/或主离子源发射的离子通过离子通道进入筛选装置的方法一实施例的流程图；
图4是当所述离子源切换装置的工作状态改变至关闭时，备用离子源和/或主离子源发射的离子通过离子通道进入筛选装置的方法一实施例的流程图。
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明离子注入装置的一实施例的结构示意图，其中，所述装置包括：主离子源110、至少一个备用离子源120、用于改变接入的离子源种类的离子源切换装置300及用于使所述备用离子源120和/或主离子源110发射的离子进入筛选装置400的离子通道200。
在一个示意性的场景中，所述主离子源110和备用离子源120都包括一灯丝(图未示)和电极板(图未示)，所述主离子源110和备用离子源120间隔设置，比如水平距离为2-3m，当然还可以是其他适合的距离。所述主离子源110和备用离子源120在未接入离子通道200时都处于真空状态，当所述离子源100接入时能够与离子注入装置的其它真空部达到压力相同而分融为一体，便于迅速进行工作。所述主离子源110和所述至少一个备用离子源120位于同一个真空环境中或各自独立的真空环境中，具体的，所述主离子源110和所述备用离子源120的电极板后都设有阀门，在某一离子源停机维修时，所述阀门关闭，能够将所述停机维修的离子源与离子通道200隔开，保持装置的真空环境。
在一个实施例中，当所述离子源100工作时，灯丝加热后使注入的气体发生电离产生宽度约为0.1-0.2m的离子束，通过控制灯丝温度及注入气体的量可以改变所述电离产生的离子束宽度。所述离子束经电极板加速后，通过所述离子通道200进入所述筛选装置400，在所述筛选装置400中，设置特定曲率半径的磁场来筛选特定种类的离子，筛选出的特定种类的离子被离注入半导体中。在该过程中，经加速后的离子具有的动能为E＝mv2/2＝qV①(其中，m为离子质量，v为离子的速度，q为离子的电荷量，V为作用在离子上的电压)，在所述筛选装置400中，离子受洛伦兹力发生圆周运动，qvB＝mv2/r②(v为离子的速度，q为离子的电荷量，B为离子受到的磁场强度，r为圆周运动的半径)，结合式①和式②，可以看出圆周运动的半径r＝B-1×(2mV/q)0.5③，也就是说，当确定要筛选的离子种类后，所述离子的质量和电荷量确定，通过调整所述筛选磁场强度B和所述作用在离子上的电压V改变离子的圆周运动半径r。
而为使特定离子在离开所述筛选装置400后能顺利注入半导体中，需要筛选磁场的曲率半径与离子圆周运动的半径r相同才能保证离子所述在筛选装置400中做圆周运动直至所述筛选装置400的出口，避免特定种类的离子在未到达所述筛选装置400的出口时撞击到所述筛选装置400的内壁上。而对于某一离子注入装置，所述筛选装置400中筛选磁场的曲率半径相对固定，因此，通过调整所述磁场强度B和所述作用在离子上的电压V来使得特定种类的离子的圆周运动半径r与所述筛选装置400的磁场曲率半径相同，才能使特定种类的离子通过所述筛选装置400被注入到半导体中；在一个实施例中，所述筛选装置400的内臂为石墨板，所述筛选磁场为在筛选装置400外面的线圈通电后产生磁场。
本发明设有至少一个备用离子源120，在某一个离子源需要停机维修时，切换所述离子源切换装置300使其它离子源与离子通道200连接，在整个切换过程中，所述离子注入装置不停机，即不必将整个离子注入装置停机后重新建立真空才能继续工作，不仅操作简单，而且有利于延长离子注入装置的工作周期，提高工作效率。
具体的，所述离子通道200包括：用于连接所述主离子源110和所述筛选装置400的第一离子通道210及用于连接所述第一离子通道210和所述备用离子源120的第二离子通道220。所述第二离子通道220与所述第一离子通道210之间设有离子源切换装置300，在一个实施例中，所述切换装置300为阀门，所述阀门可以为气动阀门，且每一个备用离子源120的离子通道通过至少一个阀门与第一离子通道210相连。
当所述离子源切换装置300处于关闭状态时，所述主离子源110中的灯丝产生的离子经电极板加速后，通过第一离子通道210直接进入所述筛选装置400，由于所述第一离子通道210内对通道中的离子无作用力，因此，离子在所述第一离子通道210内做匀速直线运动。当所述离子源切换装置300处于开启状态时，所述备用离子源120的灯丝产生的离子经电极板加速后进入所述第二离子通道220，后经所述第一离子通道210进入所述筛选装置400；在该过程中，所述主离子源110可以工作也可以不工作，且只需保证所述备用离子源120产生的离子在进入所述第一离子通道210时与所述主离子源110产生的离子具有相同的速度方向即可。通过设置离子源切换装置300可以轻松实现不同离子源的切换，在某个离子源需要更换维修时，所述备用离子源120可以与所述筛选装置400连接，使得所述离子注入装置连续工作，这样能最大限度的延长离子注入装置的工作周期，提高工作效率，避免经常停机维修带来的麻烦和工作效率的降低，有利于进一步推广应用。
在一个实施例中，所述备用离子源120发射的离子与所述主离子源110发射的离子进入所述筛选装置400的速度相同，所述速度为矢量，包括速度的大小和方向，当所述速度相同时，不需改变所述筛选装置400的操作参数，就能从所述备用离子源120发射的离子中筛选出所需离子，使得切换至备用离子源120后，操作更加简单。
进一步的，所述第二离子通道220设有离子方向改变装置(图未示)，设置所述离子方向改变装置可以在所述第二离子通道220中对备用离子源120发射的离子进行方向改变，使备用离子源120发射的离子进入第一离子通道210后与主离子源110发射的离子具有相同的运动轨迹，便于所述离子筛选装置400对离子进行筛选。
进一步的，所述离子方向改变装置为磁铁或线圈，对于运动的离子，通过施加磁场的方式能够有效改变离子的运动方向，所述磁场的产生方式可以通过放置永磁体，也可以是通过设置通电线圈产生磁场，在一个实施例中，所述离子方向改变装置为线圈。
更进一步的，所述磁铁或线圈与所述筛选装置400中的筛选磁铁或线圈具有相同的曲率半径，这是因为，在筛选装置400中设置特定曲率半径的磁铁能够将需要注入到半导体中的特定种类的离子进行筛选，在第二离子通道220中设置的磁铁或线圈与所述筛选装置400中的筛选磁铁或线圈具有相同的曲率半径能够在所述第二离子通道220中同时发挥改变离子方向的功能和筛选出需要注入到半导体中的特定种类的离子的功能，这样，通过所述第二离子通道220的离子都是能够通过所述筛选装置400被注入到半导体中的，这样有利于进一步控制注入离子的量，也有利于减小所述筛选装置400的工作量。
为解决上述技术问题，本发明还采用的一个技术方案是：提供一种离子注入装置的使用方法。
请参考图2，其中，包括步骤：
S1、改变离子源切换装置的工作状态，每一所述工作状态对应使用不同的离子源；
所述离子源切换装置300的工作状态包括开启或关闭，当所述离子源切换装置300的工作状态为关闭时，使用的离子源只有主离子源110；当所述离子源切换装置300的工作状态为开启时，使用的离子源为主离子源110和备用离子源120中的一个或两个；这样，用户可以通过使用离子源的个数调整进入所述筛选装置400中的离子的数量及被注入到半导体中的离子数量。
S2、备用离子源和/或主离子源发射的离子在所述工作状态下通过离子通道进入筛选装置。
所述离子源切换装置300的工作状态包括开启或关闭，当所述离子源切换装置300处于不同的工作状态时，所述备用离子源120和/或主离子源110发射的离子通过所述离子通道200进入所述筛选装置400的方法不同，且所述方法实现过程中所述离子注入装置不停机，具体地，请参考图3和图4，
其中，当所述离子源切换装置300的工作状态改变至开启时，所述备用离子源120和/或主离子源110发射的离子通过所述离子通道200进入所述筛选装置400的方法一实施例包括：
S211、当将所述离子源切换装置工作状态改变至开启时，第一离子通道与第二离子通道连通；
S212、在所述第二离子通道中，离子方向改变装置改变所述备用离子源发射的离子的方向，并得到改变方向后的离子；
S213、所述改变方向后的离子进入所述第一离子通道后进入筛选装置。
当所述离子源切换装置300的工作状态改变至关闭时，所述备用离子源120和/或主离子源110发射的离子通过所述离子通道200进入所述筛选装置400的方法一实施例包括：
S221、当将所述离子源切换装置工作状态改变至关闭时，所第一离子通道与所述第二离子通道不连通；
S222、所述主离子源发射的离子进入所述第一离子通道后进入筛选装置。
进一步的，所述备用离子源120和/或主离子110源发射的离子在所述第一离子通道210中做匀速直线运动，上述方法的技术细节与好处在所述装置部分已经介绍，此处不再赘述。
综上所述，本发明通过设置至少一个备用离子源的方式，在某一离子源需要停机维修时通过切换离子源使得其它离子源与筛选装置相连，保证离子注入装置可以连续工作，实现产品制造过程中的连续性。此外，该方法不需要将整个离子注入装置全部停机，也不需要重新建立真空环境，操作方便。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种离子注入装置，其特征在于，所述装置包括：
主离子源、至少一个备用离子源、用于改变接入的离子源种类的离子源切换装置及用于使所述备用离子源和/或主离子源发射的离子进入筛选装置的离子通道。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子通道包括：
用于连接所述主离子源和所述筛选装置的第一离子通道及用于连接所述第一离子通道和所述备用离子源的第二离子通道。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述备用离子源发射的离子与所述主离子源发射的离子进入所述筛选装置的速度相同。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二离子通道设有离子方向改变装置。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述离子方向改变装置为磁铁或线圈，所述离子源切换装置为阀门。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述磁铁或线圈与所述筛选装置中的筛选磁铁或线圈具有相同的曲率半径。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主离子源和所述至少一个备用离子源位于同一个真空环境中或各自独立的真空环境中。
8.一种离子注入装置的使用方法，其特征在于，包括：
改变离子源切换装置的工作状态，每一所述工作状态对应使用不同的离子源；
备用离子源和/或主离子源发射的离子在所述工作状态下通过离子通道进入筛选装置。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述备用离子源和/或主离子源发射的离子通过离子通道进入筛选装置的方法包括：
当将所述离子源切换装置工作状态改变至开启时，所述第一离子通道与所述第二离子通道连通；
在所述第二离子通道中，离子方向改变装置改变所述备用离子源发射的离子的方向，并得到改变方向后的离子；
所述改变方向后的离子进入所述第一离子通道后进入筛选装置；
当将所述离子源切换装置工作状态改变至关闭时，所第一离子通道与所述第二离子通道不连通；
所述主离子源发射的离子进入所述第一离子通道后进入筛选装置；
其中，所述方法实现过程中所述离子注入装置不停机。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述备用离子源和/或主离子源发射的离子在所述第一离子通道中做匀速直线运动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171117 |