專利名稱：Icp離子源中不同處理氣體之間快速切換的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種當(dāng)利用在聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)中的電感耦合等離子體(ICP)時(shí)使得能夠在不同處理氣體之間快速切換的方法和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
聚焦離子束系統(tǒng)被用于集成電路制造和納米技術(shù)的各種應(yīng)用中，以形成并更改微米級(jí)和納米級(jí)結(jié)構(gòu)。聚焦離子束能夠利用各種源來(lái)產(chǎn)生離子。液態(tài)金屬離子源能夠提供高分辨率(g卩，小光斑尺寸(small spot size))，但是通常產(chǎn)生低電流并且在可用離子類型方面受限。不同離子種類具有不同特征，這使得對(duì)于具體應(yīng)用而言一些離子種類與其他離子種類相比是更優(yōu)選的。例如，氦離子用于成像或拋光(light polishing)，而氙離子提供更
高的研磨率，這在大塊加工時(shí)是有用的。等離子體離子源能夠產(chǎn)生許多不同種類的離子并且具有更大的電流，但是通常不能聚焦到光斑那么小。等離子體離子源離子化等離子體腔中的氣體并且引出離子以形成聚焦在工件上的束。許多不同類型的氣體能夠用于等離子體離子源中，以提供不同種類的離子。當(dāng)離子從等離子體源被引出以形成束時(shí)，等離子體中的氣體必須被補(bǔ)充以保持等離子體。通常，用于等離子體離子源的氣體入口具有小開(kāi)口，氣體通過(guò)該小開(kāi)口被供應(yīng)，以保持等離子體腔中的壓力。由于氣體十分緩慢地被使用，因此補(bǔ)充氣體的小開(kāi)口十分小。當(dāng)用戶期望更換等離子體腔中的氣體以形成具有不同離子種類的束時(shí)，可能要花費(fèi)30分鐘來(lái)移除一種氣體并且用第二氣體來(lái)填充該腔。對(duì)于隨后利用不同處理氣體來(lái)處理工件的許多應(yīng)用而言，這是不可接受的長(zhǎng)時(shí)間。圖I示出了用于聚焦離子束系統(tǒng)的典型現(xiàn)有技術(shù)電感耦合等離子體源100，例如在名為 “Multi-source Plasma Focused Ion Beam System” 的美國(guó)專利申請(qǐng) No.12/373,676中所述的，該申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人并且在此以引用的方式結(jié)合到本文。氣體通過(guò)氣體過(guò)濾器106從外部供氣管線104被提供給源管103內(nèi)的等離子體腔102，并接著提供到具有限流器110的毛細(xì)管108。能量借助天線線圈114從RF功率源113被供給到等離子體腔102中，并且離子借助引出電極120被引出通過(guò)源電極118中的源電極孔116。進(jìn)出等離子體腔102的氣體流導(dǎo)通過(guò)毛細(xì)管(在源管103的頂部處)中的限流器110并且通過(guò)源電極118中的孔116 (通常直徑為175 μ m)。通過(guò)閥123與供氣管線104連接的泵122通過(guò)毛細(xì)管108和供氣管線104從等離子體腔102移除氣體。離子柱泵(未示出)通過(guò)源電極孔116從等離子體腔102引出氣體。許多氣源(例如，氣體存儲(chǔ)裝置130A、氣體存儲(chǔ)裝置130B、氣體存儲(chǔ)裝置130C和氣體存儲(chǔ)裝置130D)將氣體供應(yīng)到供氣管線104。束電壓源132將高電壓供應(yīng)給腔102中的等離子體，并且引出電壓源134將電壓供應(yīng)給引出電極120。引出離子和電子由聚焦電極136聚焦。聚焦柱和采樣腔的附加細(xì)節(jié)未被示出。為了從等離子體腔的內(nèi)部移除氣體，供氣管線104自身可以如所示地被泵送，以移除毛細(xì)管108中的限流器110上方的源管中的氣體。FIB系統(tǒng)在源電極118下方的體積還可以利用主腔真空泵(一個(gè)或多個(gè))(未示出)被充分地泵送。
由于源電極孔116和限流器110具有小直徑以及相應(yīng)十分低的氣體流導(dǎo)，因此不可能快速泵空源管103的內(nèi)部。這是缺點(diǎn)，對(duì)于產(chǎn)生FIB系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其如此。首先，在底部壓力足夠低以引入第二處理氣體之前，要花費(fèi)長(zhǎng)得多的時(shí)間將第一處理氣體從源管103泵出。氣體的不充分吹掃可能導(dǎo)致借助離子化污染該等離子體。其次，在熱烘(bakeout)期間，可能花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間以泵出從源管103的內(nèi)壁上熱解吸的污物。因此需要一種快速更換氣體的用于聚焦離子束系統(tǒng)的離子源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種允許快速地更換處理氣體或吹掃用于聚焦離子束柱的等離子體源中的污物的方法和設(shè)備。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，等離子體離子源包括可切換的氣體流導(dǎo)，使得流導(dǎo)能夠在低操作水平下被最優(yōu)化并接著增加以允許快速地切換等離子體腔中的氣體。閥打開(kāi)用于快速移除等離子體腔中的氣體的替代氣體路徑、并接著關(guān)閉該替代氣體路徑以用于正常操作。前述已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以便可以更好地理解下述的本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢(shì)將在下文被描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開(kāi)的概念和具體實(shí)施方式
可以被容易地用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)施本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)容易認(rèn)識(shí)到，這種等同構(gòu)造不偏離由所附權(quán)利要求書(shū)闡述的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)結(jié)合附圖參考下述說(shuō)明，在附圖中
圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合等離子體(ICP)離子源，該ICP離子源具有固定源電極以及氣體毛細(xì)管；
圖2示出了本發(fā)明的ICP源的實(shí)施方式，該ICP源具有處于關(guān)閉(向下)位置的可動(dòng)結(jié)
構(gòu)；
圖3示出了圖2的ICP源，該ICP源具有處于打開(kāi)(向上)位置的可動(dòng)結(jié)構(gòu)；
圖4示出了本發(fā)明的ICP源的另一實(shí)施方式，所述ICP源具有毛細(xì)組件被向下推動(dòng)以使得氣體供給到ICP離子源的源管以及具有O形圈402密封該毛細(xì)組件；
圖5示出了圖4的ICP源，所述ICP源具有毛細(xì)組件被向上推動(dòng)以使得能夠泵空源管和供氣歧管；
圖6示出了本發(fā)明的ICP源的另一實(shí)施方式，所述ICP源具有包括迷宮式密封件的毛細(xì)組件；
圖7示出了本發(fā)明的ICP源的另一實(shí)施方式，所述ICP源具有修改的源管以及由O形圈或迷宮式密封件密封的毛細(xì)組件；
圖8示出了圖7的ICP源，所述ICP源具有縮回的毛細(xì)組件以使得能夠泵空源管和供氣歧管；以及
圖9是示出了評(píng)估來(lái)自ICP離子源系統(tǒng)的處理氣體的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括能夠?qū)崿F(xiàn)ICP離子源中處理氣體之間的相對(duì)快速切換的數(shù)種方法和相應(yīng)結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的系統(tǒng)具有兩種可選擇構(gòu)造1)等離子體產(chǎn)生構(gòu)造，在該構(gòu)造中泵送速度是低的；以及2)源管泵空構(gòu)造，在該構(gòu)造中泵送速度要高得多，從而使得源管在數(shù)秒內(nèi)被泵出到主真空腔或供氣歧管中。本發(fā)明的實(shí)施方式提供替代氣體路徑以及使得該替代氣體路徑暴露或密封的可動(dòng)結(jié)構(gòu)?！疤娲鷼怏w路徑”是指并不通過(guò)源電極孔或入口限流器的氣體路徑。在一些實(shí)施方式中，這通過(guò)修改ICP離子源來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中源電極用作通氣口或者毛細(xì)組件用作提升閥?！疤嵘y”是指軸向移位(即，垂直于由閥揭開(kāi)的孔)的閥。一些實(shí)施方式采用源電極結(jié)構(gòu)，該源電極結(jié)構(gòu)能夠使得等離子體偏置并且還包括可密封孔，以用作
用于等離子體腔內(nèi)部的通氣閥。在其他實(shí)施方式中，安裝在等離子體腔內(nèi)的能夠豎直移動(dòng)的毛細(xì)組件用作打開(kāi)或關(guān)閉通風(fēng)通道的可動(dòng)結(jié)構(gòu)。這些實(shí)施方式中的任一個(gè)都可以以極小的附加成本或復(fù)雜性在現(xiàn)有技術(shù)離子源中被實(shí)施。在氣體通過(guò)主真空腔從等離子體腔被泵出的實(shí)施方式中，源電極或結(jié)構(gòu)的與源電極位于等離子體腔的同一端處的一個(gè)或多個(gè)孔由用于正常等離子體腔操作的可動(dòng)結(jié)構(gòu)密封。為了在等離子體產(chǎn)生的時(shí)刻期間形成密封，在一些實(shí)施方式中的源電極被修改以容納引導(dǎo)環(huán)，可動(dòng)結(jié)構(gòu)可以安置在該引導(dǎo)環(huán)上。除了引導(dǎo)環(huán)之外，源電極還能夠具有通孔，以提供通風(fēng)閥的期望替代功能。在其他實(shí)施方式中，包括與氣體入口位于等離子體腔的同一端處的可動(dòng)結(jié)構(gòu)的閥移動(dòng)以使得暴露或密封到氣體管路泵的氣體路徑?？蓜?dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括毛細(xì)組件，在正常操作期間，氣體通過(guò)該毛細(xì)組件進(jìn)入該腔中。在數(shù)個(gè)實(shí)施方式中，能夠利用迷宮式密封件、O形圈密封件或其他密封件來(lái)實(shí)現(xiàn)可動(dòng)構(gòu)件與源電極或等離子體腔的其他部分之間的密封。圖2和圖3示出了具有閥202的等離子體源200，該閥選擇性地增加用于吹掃等離子體腔204的氣體流導(dǎo)或者減少用于使用等離子體腔204中的等離子體操作的氣體流導(dǎo)。圖2示出了在閥202關(guān)閉(S卩，處于操作位置)的情況下的等離子體源200。圖3示出了在閥202打開(kāi)(即，在用于將氣體快速地泵出等離子體腔204的位置)的情況下的等離子體源200。具有成角度“導(dǎo)程(lead)”的環(huán)形引導(dǎo)環(huán)210將可動(dòng)結(jié)構(gòu)214或提升閥向下引導(dǎo)到源電極218的上表面(密封表面)216，該源電極218現(xiàn)具有從源管103的內(nèi)部引導(dǎo)到位于源電極218下方的腔中的多個(gè)通孔220。在圖2中，可動(dòng)結(jié)構(gòu)214定位成與源電極的上表面216接觸，從而提供足夠的密封以保持用于等離子體產(chǎn)生的源管103內(nèi)的所需氣壓。由于等離子體腔204中的氣壓通常小于I托(1.3 mbar)，并且源電極218下方的腔壓力處于更小數(shù)值的量級(jí)，因此在可動(dòng)結(jié)構(gòu)214的任一側(cè)上均幾乎不存在氣壓，并且在任何情況下，存在殘留氣壓將趨于向下推動(dòng)到可動(dòng)結(jié)構(gòu)214上，從而實(shí)現(xiàn)在表面216上的更好密封。圖3示出了可動(dòng)結(jié)構(gòu)214處于其上部位置處的等離子體源200，從而揭開(kāi)源電極218中的通孔220。升高可動(dòng)結(jié)構(gòu)214提供從等離子體腔204到主腔的附加氣體流導(dǎo)，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)孔220的附加流導(dǎo)比源電極218中的中心孔116的流導(dǎo)要大得多(在圖1_8中未按比例繪制)。箭頭222示出了通過(guò)孔220并且進(jìn)入到用于由系統(tǒng)真空泵移除的離子聚焦柱中的氣流?？梢允褂脭?shù)種不同的方法來(lái)移動(dòng)可動(dòng)結(jié)構(gòu)214。在一些實(shí)施方式中，由于應(yīng)用來(lái)自束電壓源132和/或引出電壓源134的高壓，該裝置使用可動(dòng)結(jié)構(gòu)214對(duì)源電極218的靜電斥力。在其他實(shí)施方式中，由于自從RF天線114發(fā)出的RF磁場(chǎng)出現(xiàn)的可動(dòng)結(jié)構(gòu)214中的電感渦流，可以使用向上的磁吸力。然后，這些渦流沿B場(chǎng)梯度(朝向更高的B場(chǎng))被向上吸引。在又一實(shí)施方式中，推桿可以被用于機(jī)械地提升和降低可動(dòng)結(jié)構(gòu)214。當(dāng)推桿(未示出)從源電極218下方的腔體積向上延伸并且穿過(guò)等離子體腔204中的開(kāi)口時(shí)，該推桿將在可動(dòng)結(jié)構(gòu)214上施加向上力，由此將該可動(dòng)結(jié)構(gòu)提離源電極218到達(dá)如圖3所示的打開(kāi)位置。雖然圖3示出了均勻地向上提升(即，仍與圖2中所示的那樣水平地取向)的可動(dòng)結(jié)構(gòu)，足夠的泵送所必需的就是可動(dòng)結(jié)構(gòu)被向上提升，并且只要可動(dòng)結(jié)構(gòu)214的底表面與源電極218的上表面216之間的真空密封被破壞，傾斜機(jī)構(gòu)以及豎直提升機(jī)構(gòu)就將起作用。還要注意，不需要精確地定位可動(dòng)結(jié)構(gòu)214，因?yàn)樵摽蓜?dòng)結(jié)構(gòu)不具有光學(xué)功能，如用 于圖I中的現(xiàn)有技術(shù)ICP離子源100的那樣，(固定)源電極218中的孔116的精確對(duì)齊仍是需要的。如果源電極218被硬釬焊或永久地附接到等離子體腔，那么可動(dòng)結(jié)構(gòu)214在硬釬焊之前必須已經(jīng)設(shè)置在等離子體腔204內(nèi)(B卩，松散地設(shè)置在內(nèi)部)。該孔不需要位于源電極自身中，該孔應(yīng)當(dāng)通向連接到真空泵的路徑。例如，該孔能夠位于電極支承件或其他結(jié)構(gòu)中，只要該孔通向等離子體腔204的內(nèi)部與離子光柱之間即可。圖4和圖5示出了包括具有閥402的等離子體源400的另一實(shí)施方式，該閥選擇性地增加用于吹掃等離子體腔404的氣體流導(dǎo)或者減小用于使用等離子體腔404中的等離子體操作的氣體流導(dǎo)。圖4示出了在閥402關(guān)閉(S卩，在操作位置中)的情況下的等離子體源400。圖5示出了在閥402打開(kāi)(即，處于用于將氣體從等離子體腔404快速泵出的位置中)的情況下的等離子體源400。箭頭示出了離開(kāi)等離子體腔404的用于吹掃的氣流。如圖5所示，通過(guò)將毛細(xì)組件410向上移動(dòng)以打開(kāi)圍繞毛細(xì)組件410的間隙502，氣體從該等離子體腔的端部進(jìn)入，在圖4的實(shí)施方式中，氣體通過(guò)該等離子體腔404的同一端部被排出。在圖4中，閥402示出為關(guān)閉狀態(tài)，毛細(xì)組件410定位并密封在位于等離子體管416中的沉孔414上的O形圈412上，以密封該毛細(xì)組件。在毛細(xì)組件410處于該下部位置中時(shí)，等離子體腔404能夠填充有通過(guò)毛細(xì)組件410的毛細(xì)管419中的限流器418的處理氣體。接著，RF功率由RF功率源113施加到RF天線114，以激勵(lì)等離子體腔404內(nèi)的等離子體。桿420被附接到毛細(xì)組件410，以將O形圈412提離沉孔414。閥402的致動(dòng)(SP，提升毛細(xì)組件410)可以手動(dòng)執(zhí)行，或者使用螺線管、氣動(dòng)致動(dòng)器或其他手段實(shí)現(xiàn)。波紋管422密封桿420從源的內(nèi)部區(qū)域延伸的部分。在圖5中，毛細(xì)組件410被示出為機(jī)械地向上拉動(dòng)，以打開(kāi)圍繞毛細(xì)組件的圓形通風(fēng)通道504，處理氣體和被解吸氣體(在熱烘期間)可以通過(guò)所述圓形通風(fēng)通道從源管內(nèi)部向上傳送通過(guò)間隙502，以最終由泵122借助閥123泵送通過(guò)供氣/泵出管線104，如所示的。一些氣體還被泵送通過(guò)源引出電極218中的孔116并且由柱塞泵系統(tǒng)(未示出)泵出該系統(tǒng)。圖6示出了帶電粒子束系統(tǒng)，該帶電粒子束系統(tǒng)具有與圖5中所示類似的等離子體源600，但是在毛細(xì)組件410和源管416之間采用迷宮式密封件602而不是O形圈。迷宮式密封件602省除了 O形圈，該O形圈可能遭受化學(xué)或機(jī)械損壞，從而可能在等離子體產(chǎn)生期間引起泄漏到源管416中。迷宮式密封件602可以允許更多的氣體泄漏，這是因?yàn)槊?xì)組件410和等離子體源管416的接觸表面比O形圈更硬。由于迷宮式密封件602在供氣管線104的環(huán)境與等離子體腔404之間密封，因此如果閥中的泄漏與通過(guò)限流器418的氣流相比是小的，那么該泄漏是可接受的。需要的話，通過(guò)迷宮式密封件602的小量氣體泄漏能夠被標(biāo)定，并且調(diào)節(jié)限流器418的尺寸以進(jìn)行補(bǔ)償，使得供氣管線104與等離子體腔404之間的總流導(dǎo)保持相同。在一些實(shí)施方式中，毛細(xì)管419能夠被省除，并且全部氣體能夠通過(guò)標(biāo)定迷宮式密封件進(jìn)入等離子體腔中。圖7和圖8示出了本發(fā)明的第三實(shí)施方式的兩種操作模式，圖7示出了構(gòu)造用于等離子體產(chǎn)生的FIB系統(tǒng)，而圖8示出了構(gòu)造用于從源管快速泵出的相同F(xiàn)IB系統(tǒng)。對(duì)于該第三實(shí)施方式，如對(duì)于第二實(shí)施方式的那樣，等離子體腔704通過(guò)等離子體管706的供氣體進(jìn)入的端部被泵出。在該情況下，取決于操作模式，毛細(xì)管組件710將其自身自動(dòng)定位在上部位置或下部位置。在泵出期間，彈簧712將毛細(xì)組件710提離源管706，從而打開(kāi)密封件714。對(duì)于等離子體產(chǎn)生(圖7)，毛細(xì)管組件710由處理氣體克服彈簧力向下擠壓，該處
理氣體通常處于在毛細(xì)管組件710之上的〉200托(270 mbar)的壓力下。在所示的示例中，O形圈720被用于將毛細(xì)組件710密封在源管706上?？梢圆捎萌鐖D6所示的迷宮式密封件或者其他類型的可打開(kāi)且可關(guān)閉的密封件。源管706和毛細(xì)組件710具有適配的錐形表面，使得當(dāng)組件710處于下部位置時(shí)毛細(xì)組件710安置成與源管706齊平。該構(gòu)造將毛細(xì)組件710引導(dǎo)到密封件714上面，以進(jìn)一步在源管706和毛細(xì)組件710的錐形表面之間形成密封并且防止來(lái)自源管腔704的不想要的泄漏。在等離子體操作期間，處理氣體穿過(guò)過(guò)濾器711、接著進(jìn)入具有限流器418的毛細(xì)管419中。如圖8所示，為了從等離子體腔704泵出氣體，通過(guò)切斷氣源130A至130D上的閥來(lái)關(guān)閉處理氣體壓力，并且泵出閥123打開(kāi)。結(jié)果，上拉彈簧和等離子體腔內(nèi)的氣壓的合力使得毛細(xì)組件710向上移動(dòng)，從而破壞下部密封714并且使得等離子體腔704能夠在切換氣體時(shí)被排空處理氣體或者在熱烘期間排空被解吸的氣體。一些氣體也通過(guò)源電極218中的通孔116被泵出等離子體腔704。在其他實(shí)施方式中，其他可動(dòng)結(jié)構(gòu)能夠揭開(kāi)等離子體腔704內(nèi)部與供氣管線104之間的其他路徑。例如，與氣體入口相鄰的路徑能夠由可動(dòng)結(jié)構(gòu)而不是毛細(xì)組件來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉。圖9示出了描述利用優(yōu)選實(shí)施方式以評(píng)估來(lái)自ICP離子源系統(tǒng)的處理氣體的方法的流程圖。從步驟902開(kāi)始，通過(guò)打開(kāi)氣源的閥，第一處理氣體被供應(yīng)到等離子體腔。在步驟904中，定位在等離子體腔中的等離子體被點(diǎn)燃。在點(diǎn)燃之后，在步驟906中，離子從等離子體腔被引出。在離子被引出之后，在步驟907中供氣閥關(guān)閉，并且在步驟908中等離子體熄滅。在步驟910中，可打開(kāi)的氣體通道被打開(kāi)以從腔排空第一處理氣體。在步驟912中，第一氣體被泵出。在完全排空處理氣體之后，可打開(kāi)的氣體通道關(guān)閉。如果在步驟914之后完成該處理，那么作業(yè)停止。否則，如在步驟902中的那樣，現(xiàn)可能將新的處理氣體引入到等離子體腔中。該新的處理氣體可以是第一處理氣體或者可以不同于該第一處理氣體的第二處理氣體?？纱蜷_(kāi)的氣閥還在熱烘期間打開(kāi)，以加速污物的移除?？纱蜷_(kāi)的氣閥借助一路徑將等離子體腔的內(nèi)部連接到泵，該路徑的氣體流導(dǎo)大于源孔或氣體入口限流器的氣體流導(dǎo)。泵優(yōu)選地能夠在少于15分鐘內(nèi)、更優(yōu)選地在少于10分鐘內(nèi)、并且最優(yōu)選地在少于5分鐘內(nèi)排空等離子體腔。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，電感耦合等離子體離子源包括用于保持等離子體的等離子體腔；用于將氣體提供給等離子體腔的氣體管線導(dǎo)管；孔，離子通過(guò)所述孔從等離子體腔被引出；以及閥，所述閥用于選擇性地增加來(lái)自等離子體腔的氣體流導(dǎo)，所述閥在操作期間設(shè)置在第一位置并且在第二位置時(shí)用于更快速地從等離子體腔移除氣體。在一些實(shí)施方式中，用于選擇性地增加來(lái)自等離子體腔的氣體流導(dǎo)的閥包括與源電極位于等離子體腔的同一端處的可關(guān)閉開(kāi)口。在一些實(shí)施方式中，閥包括源電極中的開(kāi)口，該開(kāi)口能夠由可移位構(gòu)件覆蓋。在一些實(shí)施方式中，該構(gòu)件由電場(chǎng)或磁場(chǎng)移位。在一些實(shí)施方式中，由等離子體電極電壓源或弓I出電極電壓源所供應(yīng)的電壓來(lái)提供電場(chǎng)。在一些實(shí)施方式中，該閥包括與氣體入口位于等離子體腔的同一端處的可關(guān)閉開(kāi)口。在一些實(shí)施方式中，該閥包括可動(dòng)結(jié)構(gòu)，該可動(dòng)結(jié)構(gòu)在第一位置中形成密封并且在第二位置中允許氣體傳送到等離子體腔內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，氣體入口的一部分能夠移位以密封或開(kāi)啟等離子體腔。在一些實(shí)施方式中，電感耦合的等離子體離子源還包括毛細(xì)管，該毛細(xì)管調(diào)節(jié)進(jìn)入等離子體腔中的氣體，并且其中可動(dòng)結(jié)構(gòu)支承該毛細(xì)管。在一些實(shí)施方式中，氣壓差對(duì)抗并克服偏壓力，以在操作期間將可動(dòng)結(jié)構(gòu)保持處于密封位置。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)入x子體源被排空時(shí)，偏壓力打開(kāi)閥而不需要手動(dòng)移動(dòng)該閥。在一些實(shí)施方式中，彈簧提供偏壓力。在一些實(shí)施方式中，閥包括迷宮式密封件。在一些實(shí)施方式中，電感耦合的等離子體離子源還包括偏壓機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)入x子體腔被泵空時(shí)該偏壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)打開(kāi)該閥。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，用于從ICP離子源系統(tǒng)排空處理氣體的方法包括提供ICP離子源系統(tǒng)，所述ICP離子源系統(tǒng)包括可排空的等離子體腔、包括用于將氣體供應(yīng)到等離子體腔的限流器的氣體入口、通過(guò)其將離子從等離子體腔引出的孔、以及來(lái)自等離子體腔的可選擇性打開(kāi)的氣體通道，所述可選擇性打開(kāi)的氣體通道并不通過(guò)限流器和孔；將來(lái)自第一氣源的處理氣體提供到等離子體腔中；點(diǎn)燃等離子體腔中的等離子體；通過(guò)源電極中的孔從等離子體腔引出離子；熄滅等離子體腔中的等離子體；打開(kāi)可打開(kāi)的氣體通道；以及將來(lái)自等離子體的氣體泵送通過(guò)該可打開(kāi)的通道。在一些實(shí)施方式中，用于從ICP離子源系統(tǒng)排空處理氣體的方法還包括在將等離子體泵送通過(guò)該可打開(kāi)的通道之后，關(guān)閉該可打開(kāi)的通道；通過(guò)包括限流器的氣體入口將第二處理氣體提供到等離子體腔中；以及點(diǎn)燃等離子體腔中的等離子體。在一些實(shí)施方式中，打開(kāi)該可打開(kāi)的氣體通道包括揭開(kāi)源孔中的孔。在一些實(shí)施方式中，打開(kāi)該可打開(kāi)的氣體通道包括移動(dòng)該氣體入口以開(kāi)啟通道。在一些實(shí)施方式中，打開(kāi)該可打開(kāi)的氣體通道包括當(dāng)氣體通過(guò)供氣管線被泵出時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)該氣體入口以開(kāi)啟通道。雖然作為示例描述了替代氣體路徑的具體位置和密封，但是本發(fā)明不局限于用于替代氣體路徑的任何具體位置或者用于暴露或密封該替代氣體路徑的任何具體類型的裝置。此外，本發(fā)明不局限于等離子體離子源，而是還能夠應(yīng)用到例如等離子體電子源。雖然本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，能夠?qū)Ρ疚淖鞒龈鞣N改變、替換和更改而不偏離由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍。此外，本申請(qǐng)的范圍不旨在局限于在說(shuō)明書(shū)中描述的過(guò)程、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、機(jī)構(gòu)、方法和步驟的具體實(shí)施方式
。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容能夠容易理解的，可以根據(jù)本發(fā)明來(lái)利用現(xiàn)有的或以后研究出的執(zhí)行與在本文所述的相應(yīng)實(shí)施方式大致相同的功能或?qū)崿F(xiàn)大致相同結(jié)果的過(guò)程、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、機(jī)構(gòu)、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求書(shū)旨在
將在其范圍內(nèi)包括這種過(guò)程、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、機(jī)構(gòu)、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種電感耦合等離子體離子源，包括 用于保持等離子體的等離子體腔； 用于將氣體提供給所述等離子體腔的氣體管線導(dǎo)管； 孔，離子通過(guò)所述孔從所述等離子體腔被引出；以及 閥，所述閥用于選擇性增加來(lái)自所述等離子體腔的氣體流導(dǎo)，所述閥在操作期間設(shè)置在第一位置并且在第二位置時(shí)用于更快速地從所述等離子體腔移除氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電感耦合等離子體離子源，其中，所述閥包括與源電極位于所述等離子體腔的同一端處的可關(guān)閉開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感耦合等離子體離子源，其中，所述閥包括在所述源電極中的開(kāi)口，所述開(kāi)口能夠由可移位構(gòu)件覆蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電感耦合等離子體離子源，其中，所述構(gòu)件由電場(chǎng)或磁場(chǎng)移位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電感耦合等離子體離子源，其中，由等離子體電極電壓源或引出電極電壓源所供應(yīng)的電壓來(lái)提供所述電場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電感耦合等離子體離子源，其中，所述閥包括與氣體入口位于所述等離子體腔的同一端處的可關(guān)閉開(kāi)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感耦合等離子體離子源，其中，所述閥包括可動(dòng)結(jié)構(gòu)，該可動(dòng)結(jié)構(gòu)在第一位置中形成密封并且在第二位置中允許氣體傳送到所述等離子體腔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電感耦合等離子體離子源，所述電感耦合等離子體離子源還包括毛細(xì)管，所述毛細(xì)管調(diào)節(jié)進(jìn)入等離子體腔中的氣體，并且其中，所述可動(dòng)結(jié)構(gòu)支承該毛細(xì)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感耦合等離子體離子源，其中，氣體入口的一部分能夠移位以密封或開(kāi)封所述等離子體腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感耦合等離子體離子源，其中，氣壓差對(duì)抗并克服偏壓力，以在操作期間將所述可動(dòng)結(jié)構(gòu)保持處于密封位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電感耦合等離子體離子源，其中，當(dāng)所述等離子體源被排空時(shí)，偏壓力打開(kāi)閥而不需要手動(dòng)移動(dòng)該閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電感耦合等離子體離子源，其中，彈簧提供所述偏壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的電感耦合等離子體離子源，其中，所述閥包括迷宮式密封件。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電感耦合等離子體離子源，所述電感耦合等離子體離子源還包括偏壓機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述等離子體腔被泵空時(shí)所述偏壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)打開(kāi)所述閥。
15.一種用于從ICP離子源系統(tǒng)排空處理氣體的方法，所述方法包括 提供ICP離子源系統(tǒng)，所述ICP離子源系統(tǒng)包括 可排空的等離子體腔； 包括用于將氣體供應(yīng)到所述等離子體腔的限流器的氣體入口； 通過(guò)其將離子從所述等離子體腔引出的孔；以及 來(lái)自所述等離子體腔的可選擇性打開(kāi)的氣體通道，所述可選擇性打開(kāi)的氣體通道并不通過(guò)限流器和孔； 將來(lái)自第一氣源的處理氣體提供到所述等離子體腔中； 點(diǎn)燃所述等離子體腔中的等離子體； 通過(guò)源電極中的孔從所述等離子體腔引出離子； 熄滅所述等離子體腔中的等離子體； 打開(kāi)所述可打開(kāi)的氣體通道；以及 將來(lái)自所述等離子體的氣體泵送通過(guò)所述可打開(kāi)的通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在將等離子體泵送通過(guò)該可打開(kāi)的通道之后，關(guān)閉所述可打開(kāi)的通道； 通過(guò)包括限流器的氣體入口將第二處理氣體提供到所述等離子體腔中；以及 點(diǎn)燃所述等離子體腔中的等離子體。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，打開(kāi)所述可打開(kāi)的氣體通道包括揭開(kāi)源孔中的孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，打開(kāi)所述可打開(kāi)的氣體通道包括移動(dòng)該氣體入口以開(kāi)啟通道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，打開(kāi)所述可打開(kāi)的氣體通道包括當(dāng)氣體通過(guò)供氣管線被泵出時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)該氣體入口以開(kāi)啟通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及電感耦合等離子體(ICP)離子源中不同處理氣體之間快速切換的方法和結(jié)構(gòu)?？纱蜷_(kāi)的氣體通道實(shí)現(xiàn)在帶電粒子束系統(tǒng)中的電感耦合等離子體源中的處理氣體或熱烘氣體的快速泵出。閥，通常定位在源電極中或形成為氣體入口的一部分，在打開(kāi)以泵空等離子體腔時(shí)增加氣體流導(dǎo)并且在操作等離子體源期間關(guān)閉。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102881546SQ20121024065
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者A.格勞佩拉, S.克羅格, M.W.烏特勞特, N.W.帕克 申請(qǐng)人:Fei 公司