專利名稱：一種離子源自動穩(wěn)弧流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子源自動穩(wěn)弧流的方法，應(yīng)用到離子注入機(jī)中，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子源是光路的起點(diǎn)，也是離子束的源頭，其性能特點(diǎn)，對束線系統(tǒng)甚至總機(jī)的多項(xiàng)參數(shù)起決定性作用。其中間熱式離子源具有壽命長的特點(diǎn)，提高了離子注入機(jī)的可靠性， 延長了維護(hù)周期，但也由于離子源起弧工作的環(huán)路延長，穩(wěn)定工作難度提高。燈絲電源提供加熱燈絲發(fā)射電子所需的功率，偏置電源加速燈絲所發(fā)射的電子使其轟擊到離子源的陰極上，實(shí)現(xiàn)陰極間接加熱；弧壓電源加速陰極塊發(fā)射的電子轟擊弧室中的低壓氣體，使之產(chǎn)生電離放電，形成弧流，弧流的大小直接影響離子注入機(jī)的束流穩(wěn)定性，是我們的控制目標(biāo)。本發(fā)明通過將弧流和燈絲電源控制用PID控制方式進(jìn)行閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)了弧流在設(shè)定值附近的自動穩(wěn)定，提高了離子束流的穩(wěn)定性

發(fā)明內(nèi)容
如圖1所示，離子源工作包括陰極(1)燈絲O)、弧室(3)、弧壓電源0)、燈絲電源、偏置電源(6)、束流(7)。其中產(chǎn)生的束流(7)是將需要注入的元素通過離子源電離而產(chǎn)生，離子源整個裝置在高真空條件下，燈絲電源( 加上一定的電流使燈絲加熱，燈絲電源( 提供加熱燈絲發(fā)射電子所需的功率，當(dāng)加熱溫度達(dá)到電子的溢出功，燈絲發(fā)射電子， 在燈絲( 與陰極(1)之間加一偏置電源(6)，電子在偏置電壓的作用下加速，以一定的能量打到陰極(1)上，使陰極(1)發(fā)熱，同樣當(dāng)溫度達(dá)到電子的溢出功時，陰極(1)表面發(fā)射電子，在陰極(1)與弧室(3)之間加上弧壓電源，陰極(1)表面溢出的電子在弧壓電場作用下，由陰極⑴飛向弧室⑶；同時在弧室⑶中送入了一定的工藝氣體，此時弧室⑶ 由高真空變?yōu)榈驼婵?，陰極(1)發(fā)射的電子與弧室(3)中的氣體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生電離，形成等離子體。自動穩(wěn)弧流方法的流程圖如圖2所示步驟⑶開始給燈絲⑵加熱產(chǎn)生電流；步驟(9)是當(dāng)燈絲電源(5)提供加熱燈絲(2)發(fā)射電子所需的功率，加熱溫度達(dá)到電子的溢出功，燈絲(2)發(fā)射電子；步驟(10)是電子在偏壓的作用下，以一定的能量打到陰極(1)上，使陰極(1)發(fā)熱產(chǎn)生電子，同樣當(dāng)溫度達(dá)到電子的溢出功時，陰極(1)表面發(fā)射電子，在陰極(1)與弧室(3)之間加上弧壓電源
，陰極(1)表面溢出的電子在弧壓電場電場作用下，由陰極飛向弧室(3)，與放弧室(3) 中的氣體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生電離產(chǎn)生弧流；步驟(11)檢測弧流的大小與目標(biāo)弧流值比較，如果超出允許誤差范圍，轉(zhuǎn)入步驟12，如果沒有超出允許誤差范圍轉(zhuǎn)入步驟13，間隔一定時間后再次檢測和比較弧流值；步驟12對弧流誤差值進(jìn)行PID計算，然后輸出一定的值來調(diào)整燈絲電源(5)，從而改變燈絲O)的電流值。
以上步驟在燈絲電流和弧流之間形成一閉環(huán)控制，當(dāng)弧流不在設(shè)定值范圍內(nèi)，將反饋回來的值給PID控制器，PID控制器控制燈絲電流變化，進(jìn)而改變離子源弧流，從而使弧流自動穩(wěn)定，不需要人工或主控計算機(jī)干預(yù)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)簡化了離子源起弧工作流程，降低離子源操作的難度，大大提高了離子源工作的穩(wěn)定性，離子束束流的穩(wěn)定度有了質(zhì)的飛躍，為確保最終離子注入的均勻性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性打好了基礎(chǔ)。


本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的簡易框圖即離子源示意2是自動穩(wěn)弧流的流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述離子束所產(chǎn)生的弧流受燈絲電源( 、偏置電源(6)、弧壓電源(4)的控制，在高真空條件下，首先給燈絲⑵加熱，燈絲電源(5)給燈絲(2)提供加熱所需的功率，當(dāng)加熱溫度達(dá)到燈絲(2)發(fā)射電子所需的功率時，燈絲(2)發(fā)射電子，偏置電源(6)在燈絲(2)與陰極(1)之間加上一定的偏壓，電子在偏壓的加速下，以一定的能量打到陰極(1)上，這樣就使陰極⑴發(fā)熱。同樣的情況，當(dāng)溫度達(dá)到電子的溢出功時，陰極⑴表面會發(fā)出電子，在陰極(1)和弧室C3)之間加上弧壓電源G)。陰極(1)表面發(fā)射的電子在弧壓的作用下， 從陰極(1)射向弧室(3)，陰極(1)發(fā)射的電子與弧室C3)中的氣體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生電離，形成等離子體。當(dāng)控制系統(tǒng)設(shè)定離子源工作的目標(biāo)弧流值，離子源自動穩(wěn)弧流的方法開始工作， 步驟(8)開始給燈絲( 加熱產(chǎn)生電流；步驟(9)是當(dāng)燈絲電源( 提供加熱燈絲(2)發(fā)射電子所需的功率，加熱溫度達(dá)到電子的溢出功，燈絲(2)發(fā)射電子；步驟(10)是電子在偏壓的作用下，以一定的能量打到陰極(1)上，使陰極(1)發(fā)熱產(chǎn)生電子，同樣當(dāng)溫度達(dá)到電子的溢出功時，陰極⑴表面發(fā)射電子，在陰極⑴與弧室⑶之間加上弧壓電源，陰極 (1)表面溢出的電子在弧壓電場電場作用下，由陰極飛向弧室(3)，與放弧室(3)中的氣體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生電離產(chǎn)生弧流；步驟(11)檢測弧流的大小與目標(biāo)弧流值比較，如果超出允許誤差范圍，轉(zhuǎn)入步驟12，如果沒有超出允許誤差范圍轉(zhuǎn)入步驟13，間隔一定時間后再次檢測和比較弧流值；步驟12對弧流誤差值進(jìn)行PID計算，然后輸出一定的值來調(diào)整燈絲電源(5)，從而改變燈絲O)的電流值。通過離子源自動穩(wěn)弧流的方法的閉環(huán)控制使離子源的弧流穩(wěn)定工作在設(shè)定值附近，而不會出現(xiàn)大的波動，即使出現(xiàn)大的波動，也能夠迅速再次穩(wěn)定到先前的穩(wěn)定工作狀態(tài)。本發(fā)明的特定實(shí)施例已對發(fā)明內(nèi)容做了詳盡說明。對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言， 在不背離本發(fā)明原理的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都構(gòu)成對本發(fā)明專利的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求
1.一種離子源自動穩(wěn)弧流的方法就是通過檢測離子源弧壓電源(4)負(fù)載電流——弧流的變化來控制影響陰極發(fā)射電子的燈絲電源(5)的負(fù)載電流——燈絲電流，實(shí)現(xiàn)弧流的自動穩(wěn)定。
2.權(quán)力要求1所述的一種自動穩(wěn)弧流的方法，其特征在于燈絲電源( 和弧壓電源 (4)之間形成閉環(huán)控制，把設(shè)定的弧流值與檢測到的當(dāng)前值進(jìn)行比較之后，它們的偏差值作為PID控制器的輸入，通過PID控制算法得到一個輸出值來控制燈絲電源( 輸出的燈絲電流。
3.權(quán)力要求1所述的一種自動穩(wěn)弧流的方法，其特征在于當(dāng)檢測的實(shí)際弧壓電源(4) 的負(fù)載——弧流不在設(shè)定值范圍內(nèi)，通過PID控制器控制燈絲電源( 的輸出，直到弧流值穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子源自動穩(wěn)弧流的方法，離子源裝置包括陰極(1)燈絲(2)、弧室(3)、弧壓電源(4)、燈絲電源(5)、偏置電源(6)。自動穩(wěn)弧流的方法就是通過檢測弧壓電源(4)的負(fù)載電流——弧流的變化，用PID控制器來控制影響陰極發(fā)射電子的燈絲電源(5)的負(fù)載電流——燈絲電流，達(dá)到穩(wěn)定弧流的目的。在燈絲電源(5)和弧壓電源(4)之間形成一閉環(huán)控制，從而使弧流自動穩(wěn)定，不需要人工或主控計算機(jī)干預(yù)。
文檔編號H01J37/32GK102445901SQ20101051420
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者伍三忠, 唐景庭, 孫勇, 彭立波, 林萍 申請人:北京中科信電子裝備有限公司