[发明专利]一种离子源自动稳弧流的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子源自动稳弧流的方法，应用到离子注入机中，属于半导体器件制造领域。 

背景技术

离子源是光路的起点，也是离子束的源头，其性能特点，对束线系统甚至总机的多项参数起决定性作用。其中间热式离子源具有寿命长的特点，提高了离子注入机的可靠性，延长了维护周期，但也由于离子源起弧工作的环路延长，稳定工作难度提高。 

灯丝电源提供加热灯丝发射电子所需的功率，偏置电源加速灯丝所发射的电子使其轰击到离子源的阴极上，实现阴极间接加热；弧压电源加速阴极块发射的电子轰击弧室中的低压气体，使之产生电离放电，形成弧流，弧流的大小直接影响离子注入机的束流稳定性，是我们的控制目标。 

本发明通过将弧流和灯丝电源控制用PID控制方式进行闭环，实现了弧流在设定值附近的自动稳定，提高了离子束流的稳定性 

发明内容

如图1所示，离子源工作包括阴极(1)灯丝(2)、弧室(3)、弧压电源(4)、灯丝电源(5)、偏置电源(6)、束流(7)。其中产生的束流(7)是将需要注入的元素通过离子源电离而产生，离子源整个装置在高真空条件下，灯丝电源(5)加上一定的电流使灯丝加热，灯丝电源(5)提供加热灯丝发射电子所需的功率，当加热温度达到电子的溢出功，灯丝发射电子，在灯丝(2)与阴极(1)之间加一偏置电源(6)，电子在偏置电压的作用下加速，以一定的能量打到阴极(1)上，使阴极(1)发热，同样当温度达到电子的溢出功时，阴极(1)表面发射电子，在阴极(1)与弧室(3)之间加上弧压电源(4)，阴极(1)表面溢出的电子在弧压电场作用下，由阴极(1)飞向弧室(3)；同时在弧室(3)中送入了一定的工艺气体，此时弧室(3)由高真空变为低真空，阴极(1)发射的电子与弧室(3)中的气体发生碰撞而产生电离，形成等离子体。 

自动稳弧流方法的流程图如图2所示： 

步骤(8)开始给灯丝(2)加热产生电流；步骤(9)是当灯丝电源(5)提供加热灯丝(2)发射电子所需的功率，加热温度达到电子的溢出功，灯丝(2)发射电子；步骤(10)是电子在偏压的作用下，以一定的能量打到阴极(1)上，使阴极(1)发热产生电子，同样当温度达到电子的溢出功时，阴极(1)表面发射电子，在阴极(1)与弧室(3)之间加上弧压电源(4)，阴极(1)表面溢出的电子在弧压电场电场作用下，由阴极飞向弧室(3)，与放弧室(3)中的气体发生碰撞而产生电离产生弧流；步骤(11)检测弧流的大小与目标弧流值比较，如果超出允许误差范围，转入步骤12，如果没有超出允许误差范围转入步骤13，间隔一定时间后再次检测和比较弧流值；步骤12对弧流误差值进行PID计算，然后输出一定的值来调整灯丝电源(5)，从而改变灯丝(2)的电流值。 

以上步骤在灯丝电流和弧流之间形成一闭环控制，当弧流不在设定值范围内，将反馈回来的值给PID控制器，PID控制器控制灯丝电流变化，进而改变离子源弧流，从而使弧流自动稳定，不需要人工或主控计算机干预。 

本发明具有如下优点： 

简化了离子源起弧工作流程，降低离子源操作的难度，大大提高了离子源工作的稳定性，离子束束流的稳定度有了质的飞跃，为确保最终离子注入的均匀性、准确性和重复性打好了基础。 

附图说明

本发明的具体实施方式： 

图1是本发明的简易框图即离子源示意图 

图2是自动稳弧流的流程图 

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述： 

离子束所产生的弧流受灯丝电源(5)、偏置电源(6)、弧压电源(4)的控制，在高真空条件下，首先给灯丝(2)加热，灯丝电源(5)给灯丝(2)提供加热所需的功率，当加热温度达到灯丝(2)发射电子所需的功率时，灯丝(2)发射电子，偏置电源(6)在灯丝(2)与阴极(1)之间加上一定的偏压，电子在偏压的加速下，以一定的能量打到阴极(1)上，这样就使阴极(1)发热。同样的情况，当温度达到电子的溢出功时，阴极(1)表面会发出电子，在阴极(1) 和弧室(3)之间加上弧压电源(4)。阴极(1)表面发射的电子在弧压的作用下，从阴极(1)射向弧室(3)，阴极(1)发射的电子与弧室(3)中的气体发生碰撞，产生电离，形成等离子体。