用于将电极附连到感应耦合等离子体源的系统技术方案

本发明专利技术涉及用于将电极附连到感应耦合等离子体源的系统。一种用于聚焦离子束系统的感应耦合等离子体带电粒子源包括具有可移除地附连的源电极的等离子体反应室。紧固机构将所述源电极与等离子体反应室连接并且允许形成热传导的真空密封。利用可移除的源电极，等离子体源管的改进的可服务性和重新使用现在是可能的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用在聚焦带电粒子束系统中的感应耦合等离子体带电粒子源以及更具体地涉及一种具有可移除源电极的等离子体离子源。
技术介绍
当与聚焦镜筒一起使用从而形成带电粒子(即离子或电子)的聚焦束时，感应耦合等离子体(ICP)源较其他类型的等离子体源有优势。感应耦合等离子体源，诸如在KELLER 等人的“MagneticalIy Enhanced, Inductively Coupled Plasma Source for aFocused 1n Beam System”的美国专利号N0.7241361 (其被转让给本专利技术的受让人)中描述的感应耦合等离子体源，能够提供在窄能量范围内的带电粒子，由此减少色差并且允许带电离子被聚集成小斑点。从感应耦合等离子体系统中提取的带电粒子从位于等离子体反应室的一个边界壁中的小( 0.2_直径)孔中显现。这个特殊壁典型地是金属并且被称作“源”电极。然而，为了使反应室周围的磁场不分流，大部分室壁由诸如陶瓷或者石英的绝缘材料制成。在当前的ICP离子源中，源电极被固定地附连并且在安装之后不能被移除。该附连方法典型地是将源电极胶合(环氧树脂)到源管的下开口中。在第一步骤中，薄金属层在源电极将被胶合的位置处被直接施加到源管。然后源电极在精确定位的固定设备的帮助下胶合在金属化层上，胶合剂形成真空密封并且没有胶合剂面对等离子体反应室。已观察到，等离子体在一些操作模式下使环氧树脂退化，导致重大的操作困难。一个这样的困难是等离子体源被环氧树脂污染，导致来自环氧树脂的碳再分布到反应室侧壁，从而使在反应室周围的能量的感应耦合分流。一旦源管因使用而被污染，它就不能被清洁并且必须被丢弃，并且更换源管的费用增加了 ICP源的操作成本。另一个这样的困难是由于因来自等离子体轰击和涡流加热的升高的源电极温度而加热环氧树脂。如果环氧树脂的加热没有被主动式冷却很好地补偿，则环氧树脂可以热分解，导致环氧树脂接合失效。另一个这样的困难是当由于在环氧树脂密封中的开口而在源管和FIB镜筒之间的真空密封出现泄漏，由此减少在源管内的可获得的气体压力，导致减弱的离子产生时。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种系统用于将电极可移除地附连到用在聚焦离子束系统中的感应耦合等离子体离子源。本专利技术的实施例提供系统和方法用于将源电极可移除地附连到用于聚焦离子束系统中的等离子体反应室。源电极能够可移除地附连到等离子体室，优选为真空密闭的、热传导的、精确定位的、在强电场中耐用的且容易地被拆卸以重新配置和维护。在前所述相当广泛地概括了本专利技术的特征和技术优势以便可以更好地理解随后的本专利技术的详细描述。本专利技术的附加特征和优势将在下文中描述。本领域技术人员应当理解的是，所公开的具体实施例和概念可以容易地用作用于修改或设计其他结构以实现本专利技术的同样目的的基础。本领域技术人员也应当意识到，这样的等效构造没有脱离如附加权利要求中所阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更透彻地理解本专利技术以及其优势，现在结合附图参考以下描述，在所述附图中:图1A示出了感应耦合等离子体带电粒子源的一部分的截面图，其中源电极被压配合到该源中。一些背景线被省略以澄清在横截面的平面中的特征。图1B示出了从图1A中的剖面线A-A角度的截面图。图2A示出了感应耦合等离子体带电粒子源的一部分的截面图，其中源电极通过螺钉夹具附连到该源。一些背景线被省略以澄清在横截面的平面中的特征。图2B示出了从图2A中的剖面线B-B角度的截面图。图3A示出了感应耦合等离子体带电粒子源的一部分的截面图，其中源电极通过凸轮夹具附连到该源。一些背景线被省略以澄清在横截面的平面中的特征。图3B示出了从图3A中的剖面线C-C角度的截面图。图4A示出了感应耦合等离子体带电粒子源的一部分的截面图，其中源电极由螺钉保持。一些背景线被省略以澄清在横截面的平面中的特征。图4B示出了从图4A中的剖面线D-D角度的截面图。图5A示出了感应耦合等离子体带电粒子源的一部分的截面图，其中源电极通过螺钉从等离子体室内部附连到该源。一些背景线被省略以澄清在横截面的平面中的特征。图5B示出了从图5A中的剖面线E-E角度的截面图。图6A示出了感应耦合等离子体带电粒子源的一部分的截面图，其中源电极通过偏置插脚附连到该源。一些背景线被省略以澄清在横截面的平面中的特征。图6B示出了从图6A中的剖面线F-F角度的截面图。图7是示出了制作和使用可移除源电极的方法的流程图。具体实施例方式本专利技术的各个实施例包括在ICP带电粒子源中源电极的多种安装方法。源电极在等离子体源内执行若干功能，包括:提供高电压给等离子体(这确定在工件处的离子或电子能量)；提供抽运屏障以在反应室内保持足够的压力水平从而使得能够等离子体产生而同时在源下面的FIB或电子镜筒内保持高真空；以及用作聚焦镜筒中的第一透镜的第一元件，这要求高定位精度以保持相对于提取电极的同心度和平行度从而防止透镜畸变。源电极和反应室的座架之间的接合点应当满足以下的要求:接合点必须形成真空密封从而最大的压力差能够被保持在反应室和下游体积之间；接合点必须尽可能高效地传导热量，因为源电极将吸收来自等离子体以及来自感应耦合涡流的热量，并且反应室用作散热器；即使与等离子体放电接触，接合点也必须保持耐用；接合点必须在位置和定向上都精确地定位源电极，从而确保高性能的离子束；以及尽管在源电极和处在其他电势的邻近部分之间的高电压场，接合点必须保持稳定从而避免电弧放电。为了提供高电压给等离子体，必要的是提供到源电极的电连接。为了提供所述抽运屏障，必要的是安装方案在源电极安装之后保持良好的真空密封。为了提供透镜的第一元件，必要的是安装系统保持相对于聚焦镜筒良好的同心度和平行度。源电极系统优选地由材料诸如钥或者镍基超级合金诸如耐盐酸镍基合金C2000构成，该材料与等离子体室的严酷环境相兼容。由于等离子体室在高操作温度和室温之间循环，所以源电极系统必须也具有与陶瓷或者石英等离子体室的热膨胀系数相兼容的热膨胀系数。“兼容”意味着各个元件和组件在制造和操作期间遇到的温度范围内都不会被损坏或者变弱。与严酷环境相兼容的许多材料具有与陶瓷的不良热膨胀系数匹配，使得电极附连系统的设计困难。本专利技术的各个实施例解决了这个问题并且包括用于将源电极附连到等离子体反应室的多种手段，其是真空密闭的、热传导的、精确定位的、在强电场中稳定的并且容易拆卸以重新配置。在本专利技术的一些实施例中，绝缘反应室的附连部分(即面对源电极的部分)的表面涂敷有典型为金属的薄界面层。在一个实施例中，反应室由氧化铝陶瓷制成并且界面层是由两部分工艺制成的金属化层，第一步骤是把钥锰层烧结到陶瓷而第二步骤是把镍电化学或者机械电镀到第一层的顶部上。镍层为钎焊到薄金属层的环提供适当的机械附连。薄金属层也提供源电极区域外部的电场被逐出真空室并且进入绝缘侧壁。钥锰优选用于基层，因为在高温点火工艺之后钥在某种程度上扩散到氧化铝中，由此确保与氧化铝表面的极好的共形接合。本专利技术不限制于任何具体的材料。基于这里提供的例子和指导，可替选的材料可以针对各个元件和界面层进行选择。金属安装环被钎焊或者以其他方式永久地附连到界面层，然后源电极优选地可移除地附连到金属安装环。在一些实施例中，所述安装环合并诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将电极可移除地附连到感应耦合等离子体源的系统，包括：具有反应室的感应耦合等离子体源；附连到所述反应室的界面层；附着到所述界面层的安装环；以及附连到所述安装环的源电极，所述界面层、安装环和源电极的组合在反应室附连部分和所述源电极之间形成热传导的密封。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·科洛格，A·格劳佩拉，N·W·帕克，A·B·维尔斯，M·W·尤特劳特，W·斯科茨拉斯，G·A·施温德，S·张，N·史密斯，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：