[发明专利]用于离子源的汽化器

说明书

本发明公开一种具有若干新颖特征以防止蒸汽冷凝及喷嘴堵塞的汽化器。所述汽化器被设计成使得当蒸汽从坩埚流到电弧室时，温度沿着蒸汽所行进的路径而升高。所述汽化器使用将坩埚安装在外壳体内的嵌套架构。离开所述坩埚的蒸汽穿过开孔逸出，并沿着坩埚与外壳体之间的空间行进至喷嘴，蒸汽在所述喷嘴处流到电弧室。在某些实施例中，坩埚中的开孔设置在使坩埚中的液体无法到达开孔的位置处。

技术领域

本发明的实施例涉及一种与离子源一起使用的汽化器，且更具体来说，涉及一种可以各种取向布置的汽化器。

背景技术

离子源用来生成用于执行各种半导体工艺(例如，离子植入)的离子。在许多实施例中，掺杂剂物质常常是以气体形式被引入到离子源的电弧室中。掺杂剂物质接着被激发，例如由已经通过电势进行加速的高能电子进行激发或者由射频(radio frequency，RF)能量进行激发，从而生成离子。这些离子接着以离子束的形式从电弧室被提取出。

在某些实施例中，掺杂剂物质可为固体形式，在将掺杂剂物质用于离子源的电弧室之前所述固体被汽化。举例来说，可将固体材料设置在作为汽化器的一部分的坩埚或管(tube)中。接着对所述坩埚进行加热，例如通过外部加热线圈进行加热。蒸汽接着经由喷嘴逸出坩埚，并在喷嘴处被导向离子源的电弧室。在某些实施例中，坩埚可设置在离子源本身内。

与汽化器相关的一个问题是冷凝。在对坩埚进行加热时，设置在其中的固体材料达到足以产生所述固体材料所需要的蒸汽压力的温度。然而，当汽化的气体逸出坩埚时，所述气体可能会遇到温度比坩埚内的温度低的区。如果这一较低的温度比含有掺杂剂的固体材料的温度低，则蒸汽可能开始冷凝。冷凝可减少或者甚至阻止蒸汽流向离子源。

另外，在一些实施例中，汽化器的喷嘴可定位成比汽化器的其他部分低。换句话说，喷嘴的高度可低于汽化器的其他部分。这在含有掺杂剂的物质为液体状态时可能成问题。在某些应用中，含有掺杂剂的固体材料可具有比生成可用蒸汽压力所需的温度低的熔融温度。在这种情形中，坩埚的温度可能高于所述熔融温度。在这种情形中，所述材料可能会熔融，且由液体产生蒸汽。这些液体可能会接着朝高度比管的那些其他部分低的喷嘴流动。这些液体可能会造成汽化器堵塞。另外，液体可能会不期望地进入到离子源的电弧室。

综上所述，当前汽化器存在两个主要缺陷。第一是汽化器内的温度梯度使汽化器的某些部分比其他部分冷。这可能会造成汽化器中的蒸汽的某些部分冷凝并阻挡剩余蒸汽的流动。第二个问题是空间取向。如上所述，如果喷嘴的高度低于坩埚的其余部分，则液体可能会朝喷嘴流动，从而造成堵塞。

因此，存在能够解决与冷凝相关的这些问题的汽化器将是有利的。这种汽化器能够在不存在冷凝材料流出汽化器或堵塞的条件下以许多不同的取向进行布置也将是有利的。

发明内容

本发明公开一种具有若干新颖特征以防止蒸汽冷凝及喷嘴堵塞的汽化器。所述汽化器被设计成使得当蒸汽从坩埚流到电弧室时，温度沿着蒸汽所行进的路径而升高。所述汽化器使用将坩埚安装在外壳体内的嵌套架构 (nested architecture)。离开所述坩埚的蒸汽穿过开孔逸出，并沿着坩埚与外壳体之间的空间行进至喷嘴，蒸汽在喷嘴处流到电弧室。在某些实施例中，坩埚中的开孔设置在使坩埚中的液体无法到达开孔的位置处。

根据一个实施例，公开一种汽化器。所述汽化器包括：坩埚，在所述坩埚中可设置掺杂剂材料，所述坩埚具有穿过所述坩埚的侧壁的开孔；外壳体，环绕所述坩埚；蒸汽通道，设置在所述外壳体与所述坩埚之间，其中所述开孔与所述蒸汽通道连通；以及气体喷嘴，附装到所述外壳体的一端且与所述蒸汽通道连通。在一些实施例中，所述开孔设置在使得所述坩埚中的液体无法到达所述开孔的位置处。在某些实施例中，蒸汽在从所述坩埚穿过所述开孔而进入所述蒸汽通道并到达所述气体喷嘴的路径中行进，且其中随着所述蒸汽沿着从所述开孔到所述气体喷嘴的所述路径流动，温度升高。在一些实施例中，衬垫设置在所述坩埚与所述外壳体之间以将所述坩埚与所述外壳体隔开。