具有束流減速器的離子注入機系統的製作方法

2023-11-05 01:27:17 1

專利名稱：具有束流減速器的離子注入機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及離子束的注入領域，特別涉及一種具有束流減速器的離子注入機系統。
背景技術：
離子注入是一種把原子或分子引入目標工件襯底的製程，此製程通常被稱為摻 雜，它能改變材料的屬性。離子注入是一個在大規模集成電路的製造中常見的製程，離子注 入也可用於薄膜沉積等與製造光學儀器或顯示儀器(如平板顯示器)等相關的製造工藝。 一個典型的離子注入機包括一個產生離子束的離子源；一個離子束選擇、成型和傳輸系統， 它包括使用磁場的離子束質量分析系統；以及一個靶室，用於處理將注入離子束的半導體 矽晶片。對於低能量注入系統，在靶室之前還增加減速裝置以減低離子束能量。現代的低能高電流離子注入的要求是期望獲得能量低至IOOeV電流達1毫安量級 的離子束，通常，低能大電流離子束是通過減低高能離子束的能量來獲得的，比如，低能量 離子束(例如0. 1到5keV)是從高能量離子束(例如5到20KeV)減速得到的。然而，通常 的減速器是直線減速器，直線減速器有如下缺點。一個缺點是，減速器上遊的部分離子與真 空室裡的殘留氣體的原子和分子相碰撞而失去電荷變成中性原子或分子，這些中性原子或 分子在減速器中不會受到減速，因而這些中性原子或分子具有減速器之前的高能量。在注 入過程中，這些中性原子或分子比低能離子進入到矽晶片的更深處，通常此被稱作能量汙 染，能量汙染則會影響晶片的性能。此外，中性原子或分子的產生率依賴於真空室內的真空 度，而真空室內的真空度很難每天都保持恆定，因而能量汙染的程度每天在變化，這種變化 在晶片的製程中是不可容忍的。能量汙染的問題是眾所周知的，人們也提出了一些解決方法。1991年，加瀨披露了偏轉減速方法，見日本專利號4-284343，其中用了一些傾斜 的減速電極對離子束進行了一次偏轉，由於離子束的偏轉，目標工件也需要傾斜，還需要重 新定位，這種額外的傾斜和定位給目標工件的設計和操作帶來了問題。1998年，黃披露了幾個偏轉減速裝置，見美國專利號6441382，其中用了一些電極 對離子束進行多次偏轉，並把離子束調回到原來的位置和方向。2005年，陳和懷特披露了一個減速裝置，見美國專利號7326941，其中用了一些電 極對離子束進行了多次偏轉，並把離子束調回到原來的位置和方向。在垂直於離子束運動的方向上，減速系統的電極通常只有有限的寬度，因此，電極 的端部將會影響電場的分布，從而影響離子束的均勻減速和偏轉，這種效應通常被稱為端 部效應。當減速系統工作在大減速比時，端部效應可能會大幅度增加，端部效應尤其對寬 帶束和掃描束有更大的影響，因為寬帶束和掃描束需要在寬帶方向上得到均勻的減速和偏 轉。而在上述的減速器裝置中，都沒有提出減小端部效應的方法。因此，有必要給離子注入機提供新的改進的減速電極裝置，它可更好地適用於寬 帶束和掃描束，更好地減小端部效應，產生更均勻的低能量離子束，更好地減小能量汙染。

發明內容
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種具有束流減速器的離子注入機系 統，解決目前在離子注入系統中偏轉減速裝置端部效應明顯、不能產生均勻低能量離子束 和產生較大能量汙染的問題。本發明解決現有技術問題所採用的技術方案是設計和製造一種具有束流減速器 的離子注入機系統，包括離子束系統和靶室系統，該離子束系統包括產生離子束的離子源 和用以選擇、成型和傳輸離子束到達靶室的電磁裝置，該靶室系統用來對目標工件進行掃 描；還包括減速裝置，其位於所述靶室系統的上遊位置並減小離子束的能量，並移除有害的 上遊中性分子和原子；所述減速裝置包括一系列電極對；所述電極對設置有側電極。本發明進一步的改進是所述側電極為單一電極；所述側電極位於所述電極對對 應的上下電極對的兩個端部的中間附近。本發明進一步的改進是所述側電極為多個電極，所述多個電極基本均勻分布於 所述電極對對應的上下電極對的兩個端部的間距間。本發明進一步的改進是所述離子束系統可以是圓形束離子束系統、寬帶束離子 束系統、或/和掃描束離子束系統。本發明進一步的改進是所述側電極的每個電極的電位可由獨立的電壓電源提 供，或者所述側電極的電位由一個連接它對應的上下電極對的電壓分壓器提供，所述電壓 分壓器由多個電阻串聯組成並能提供側電極的每個電極所需的不同的電位。本發明進一步的改進是所述側電極的每個電極基本平均分配其對應的上下電極 對之間的空間，所述側電極的每個電極在其對應的上下電極對的端部附近，所述側電極的 每個電極的長度大約為其對應的上下兩個電極的平均長度；所述側電極的每個電極的電位 基本平均分配其對應的上下電極對的電位差。本發明進一步的改進是所述減速裝置為偏轉減速裝置，所述偏轉減速裝置偏轉 離子束10-50度並減小離子束的能量；所述電極對由一系列短電極對組成，每一對短電極 採用一對側電極以消除或減輕短電極對的端部效應；所述偏轉減速裝置還包括抑制電極和 上遊中性原子或分子收集器，所述抑制電極以避免在上游離子束中的電子被離子減速區域 的電場加速，所述上遊中性原子或分子收集器則用於吸收上遊的中性原子或分子。本發明進一步的改進是所述短電極對由上、下電極條組成；所述電極條在離子 束的運動方向上比較短，在離子束的橫向方向比較寬；所述上、下電極條分別連接到電壓電 源，其電壓設置可以相同或不同；所述短電極對的寬度一般比其電極對的間距大以便容納 較寬的寬帶束離子束和掃描束離子束，並以傾斜的方式排列。本發明進一步的改進是所述減速裝置為位移減速裝置，其由一系列短電極對、 一系列長電極對、抑制電極和上遊中性原子或分子收集器組成；所述電極對連接到的電源 電壓中的電壓設置可以相同或者不同；所述抑制電極以避免在上游離子束中的電子被離 子減速區域的電場加速，所述上遊中性原子或分子收集器則用於吸收上遊的中性原子或分 子；所述短電極對和長電極對中的任一對長或短電極對，均採用一對側電極以消除或減輕 電極對的端部效應；所述位移減速裝置把離子束的軌道進行兩次偏轉，使離子束出射軌道 與離子束入射軌道互相平行或具有一個角度；離子束出射軌道與離子束入射軌道的間距為5_50cm。本發明進一步的改進是所述長、短電極對分別由上、下電極條組成；所述短電極對上的電極條在離子束的運動方向上比較短，在離子束的橫向方向比較寬，所述上、下電極 條分別連接到電壓電源，其電壓設置可以相同或不同；所述長電極對上的電極條在離子束 的運動方向上比較長，在離子束的橫向方向比較寬，所述上、下電極條分別連接到電壓電 源，其電壓設置一般不相同；所述長、短電極對的寬度一般比其電極對的間距大以便容納較 寬的寬帶束離子束和掃描束離子束。本發明進一步的改進是所述減速裝置為位移減速裝置，其由一系列電極對、抑制 電極和上遊中性原子或分子收集器組成；所述電極對連接到的電源電壓中的電壓設置可以 相同或者不同；所述抑制電極以避免在上游離子束中的電子被離子減速區域的電場加速， 所述上遊中性原子或分子收集器則用於吸收上遊的中性原子或分子；所述電極對由第一電 極對、最後電極對和中間電極對組成，所述側電極位於所述中間電極對的上下電極的兩個 端部的中間附近，所述最後電極對可位於地電位，所述中間電極對由長電極對和多對短電 極對組成，多對短電極對以傾斜方式排列；所述位移減速裝置對離子束進行了兩次偏轉，進 入所述位移減速裝置的離子束流和出射所述位移減速裝置的離子束流平行；所述長電極對 可形成偏轉區並對通過其的離子束流進行第一次偏轉；所述短電極對可形成偏轉減速區並 對通過其的離子表流進行第二次偏轉和減速。本發明的有益效果是本發明通過採用多電極進行減速和偏轉離子束，既能去掉 離子束的能量汙染，又能減小電極的端部效應，從而產生均勻的低能量離子束。


圖1轉載自日本專利號4-284343，顯示了用傾斜電極作為偏轉減速裝置；圖2轉載自美國專利號6441382，顯示了用傾斜電極作為彎道減速裝置；圖3轉載自美國專利號7326941，顯示了一個彎道減速裝置；圖4是採用偏轉減速裝置的離子注入機的框圖；圖5是採用位移減速裝置的離子注入機的框圖；圖6是本發明的一個偏轉減速裝置的截面圖；圖7是本發明的一個偏轉減速裝置的三維透視圖；圖8是本發明的一個位移減速裝置的截面圖；圖9是本發明的一個位移減速裝置的三維透視圖；圖10是本發明的另一個位移減速裝置的截面圖；圖11顯示了本發明的一短電極對和側電極的每個電極的電壓控制方法；圖12顯示了本發明的一長電極對和側電極的每個電極的電壓控制方法；圖13顯示了本發明的另一長電極對和側電極的每個電極的電壓控制方法；圖14顯示了本發明的另一個側電極的實施方式和提供電位的方法。
具體實施例方式先對現有技術進行一些說明圖1轉載自日本專利號4-284343，顯示了用傾斜電極作為偏轉減速器裝置。傾斜的電極同時對離子束進行減速和偏轉，因此，離子束被減速，偏轉又使得從上遊來的的中性 原子或分子與離子束分離。這種類型的減速裝置，一般稱為偏轉減速裝置。圖2轉載自美國專利號6441382，顯示了用傾斜電極作為彎道減速器裝置；該電 極裝置與上遊質量分析磁鐵相結合，多次改變了離子束的軌道方向。該電極裝置同時對離 子束進行減速和偏轉，因此，離子束被減速，偏轉又使得上遊的中性原子或分子與離子束分 離。這種類型的減速裝置，一般稱為彎道減速裝置。
圖3轉載自美國專利號7326941，顯示了 一個彎道減速裝置。該電極裝置與上遊質 量分析磁鐵相結合，多次改變了離子束的軌道方向。該電極裝置同時對離子束進行減速和 偏轉，因此，離子束被減速，偏轉又使得上遊的中性原子或分子與離子束分離。這種類型的 減速裝置，一般稱為彎道減速裝置。下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖4是採用偏轉減速裝置的離子注入機的框圖。離子注入機一般包括一個離子 束系統11和一個靶室系統18。離子束系統11可以是圓形束離子束系統、寬帶束離子束 系統、或掃描束離子束系統，離子束系統11通常包括產生離子束的離子源和電磁裝置以選 擇、成型和傳輸離子束到達設計軌道12，如通過增加所述角度校正磁鐵、四極磁鐵來校正通 過其的離子束的發散角，通過磁鐵裝置來改變離子束的運行方向或/和加寬離子束的運行 軌跡，以產生需要的離子束系統，同時也可以根據實際需求使用多個上述電磁裝置配合使 用來產生相應的離子束系統。靶室18則包括一個目標工件17(例如晶圓)和目標工件掃 描單元。為了獲得低能量高電流離子束，偏轉減速裝置15通常是設置在靶室18的前面，偏 轉減速裝置15通常有兩個功能減低離子束的能量，並把上遊的中性原子或分子與離子束 分離。偏轉減速裝置15通常包括一定數量的電極，離子束沿軌道12進入偏轉減速裝置15， 偏轉減速裝置改變離子束的軌道，離子束軌道12被偏轉成軌道16。離子束將沿軌道16進 入靶室18到達目標工件17。而上遊的中性原子或分子13繼續沿軌道12前行，並直接穿越 偏轉減速裝置15，因而使上遊的中性原子或分子13與離子束分開，從而極大的降低了注入 目標工件的雜質，上遊的中性原子或分子13則可以通過其它裝置進行吸收。偏轉減速裝置15的特點是，它把離子束的軌道偏轉了一次，離子束進入軌道12和 離子束出去軌道16有一個角度，這個角度約為10-50度。圖5是採用位移減速裝置的離子注入機的框圖，位移減速裝置35通常是設置在靶 室18的前面。位移減速裝置35通常包括一定數量的電極，位移減速裝置35對離子束進行了兩 次偏轉，在一實施例中，每一次的偏轉角度是在10-50度之間。在位移減速裝置35內，入射 離子束軌道12首先被偏轉成軌道34，然後離子束的軌道34再被偏轉成軌道36，離子束將 沿軌道36進入靶室18到達目標工件17。而上遊的中性原子或分子13繼續沿軌道12前行， 並直接穿越偏轉減速裝置15，因而使上遊的中性原子或分子13與離子束分開，從而極大的 降低了注入目標工件的雜質，上遊的中性原子或分子13則可以通過其它裝置進行吸收。位移減速裝置35的特點是，它把離子束的軌道偏轉了兩次，離子束出射軌道36與 離子束入射軌道12互相平行，只有一個位置偏離h，這個位置偏離約為5-50cm。這種減速 裝置可被稱為位移減速裝置。
位移減速裝置與圖2及圖3的彎道減速裝置有顯著的不同。在彎道減速裝置中， 離子束有兩條不同的路逕到達目標工件，其中，減速離子束通過彎道到達目標工件，漂移離 子束通過直道到達目標工件。而在位移減速裝置中，不論是減速離子束，還是漂移離子束， 它們都通過相同的位移路逕到達目標工件。對於減速離子束，電極電位的設定是同時進行 偏轉和減速，對於漂移離子束，電極電位的設定是只進行偏轉而不進行減速。圖6是本發明的一個偏轉減速裝置100的截面圖，偏轉減速裝置採用一定數量的電極對進行離子束的偏轉和減速。這些電極對通常包括上和下兩個電極條，電極條通常在 離子束的運動方向ζ方向上比較短，在離子束的橫向方向χ方向上比較寬，上和下電極條一 般分別連接單獨的電壓電源。為了描述方便，這些短的電極對被稱作短電極對。第一對電極對110的電位由入射離子束的能量決定，最後一對電極對120通常是 在地電位。在第一對電極對110和最後一對電極對120之間，裝置還有另外的電極對。作為 一個設計實施例，在圖6的設計中採用了三個電極對第二電極對102和103，第三電極對 104和105，以及第四電極對106和107。第一對電極對110設置在相同的電位VlO，最後一 對電極對120設置在相同的電位V20，第二對電極對102和103分別設置在不同的電位V2 和V3，第三對電極對104和105分別設置在不同的電位V4和V5，第四對電極對106和107 分別設置在不同的電位V6和V7。 為了實現偏轉的目的，每對短電極對一般不相互平行，電極對以傾斜的方式排列。 電極電位VlO和V20的設置通常取決於離子束的進入能量和離子束的最終能量。電極電 位V2、V3、V4、V5、V6和V7的設置和調節使得裝置能夠引導進入的離子束151遵循一個彎 曲的軌道(圖6所示的曲線)通過裝置成為出口離子束152。出口離子束的能量減少了 (V10-V20)，上遊的中性原子或分子將繼續沿151的方向的直軌道153前行，因此，偏轉減速 裝置完成了減速和偏轉的雙重功能。離子束的偏轉角度可根據實際情況來進行調整，如在 一種實施例中，該離子束的偏轉角度可以在10-50度之間。這個偏轉減速裝置100的設計實施實例採用了 5對短電極對，在其他的偏轉減速 裝置中，可以採用不同數量的短電極對來達到對離子束減速偏轉的目的。第二電極對102和103的另一個功能是抑制功能。電極102和103的相對負電位 的抑制功能是眾所周知的以避免在上游離子束中的電子被離子減速區域的電場加速。然而，每一對電極對在χ方向上的寬度是有限的，這個有限的電極寬度會導致電 場分布在電極的端部附近變形，這種變形被稱為電場的端部效應，其結果會導致在電極端 部附近的離子會受到額外的電場力。特別是對於在X方向很寬的寬帶來和掃描束來說，寬 帶束和掃描束的邊緣離子會受到電場端部效應的影響，因此，寬帶束的邊緣離子會受到與 寬帶束的中心離子不同的電場力，電場端部效應將破壞寬帶束的電流密度均勻性和角度均 勻性。本發明也可以通過採用一對側電極以減輕有限的電極寬度造成的端部效應。如圖6所示，採用側電極以減輕電極對的端部效應，側電極提供給每個電極對，側 電極定位於上下電極的兩個端部的中間附近。側電極122提供給電極對102和103，側電極 122的電位是V22 ；側電極124提供給電極對104和105，側電極124的電位是V24 ；側電極 126提供給電極對106和107，側電極126的電位是V26。圖7是圖6的偏轉減速裝置100的三維透視圖，側電極的細節在圖7中被解釋的 更清楚。圖7顯示了偏轉減速裝置的一半，兩個虛線131和132界定了裝置的對稱面，整個偏轉減速裝置基本上對稱於對稱面131和132。可以看到，每個電極對的寬度(沿χ方向) 比它們的高度(沿y方向)大，這是為了能夠容納較寬的寬帶束離子束和掃描束離子束。在 這個設計實施例中，每個電極對的兩端都有一個側電極，每一端的側電極包含一個電極，但 由於對稱面的關係，另一端的側電極未顯示。對於每對短電極對的上下兩個電極102和103，或104和105，或106和107，上下 兩個電極一般具有相同的寬度(在χ方向)，側電極定位於上下兩個電極的端部的中間，以 減輕邊緣效應。側電極的形狀和準確定位，將取決於電場計算和詳細的設計。作為一個經 驗法則，側電極的y位置在上下兩個電極的中間附近，側電極的χ位置在上下兩個電極的 端部附近，側電極的ζ位置在上下兩個電極的ζ位置的平均位置附近。因此，側電極的電 位可設置為上下兩個電極電位的平均值附近。例如，側電極124的電位可以設置為V24 = 0. 5* (V4+V5)。圖8是本發明的一個位移減速裝置200實施例的截面圖，它把離子束的軌道偏轉了兩次，離子束出去軌道與離子束進入軌道互相平行，只有一個位置偏離。它包括一系列的 短電極對和一系列的長電極對。位移減速裝置200採用一定數量的電極對進行離子束的偏轉和減速。第一對電極 對210的電位由進入離子束的能量決定，最後一對電極對220通常是在地電位。在第一對 和最後一對電極對之間，裝置還有另外的電極對。作為一個設計實施實例，在圖8的設計中 採用了另外的三個電極對第二電極對202和203，第三電極對204和205，以及第四電極對 206 和 207。電極通常與電壓電源連接。第一對電極對210設置在相同的電位V10，最後一對 電極對220設置在相同的電位V20，第二對電極對202和203分別設置在不同的電位V2和 V3，第三對電極對204和205分別設置在不同的電位V4和V5，第四對電極對206和207分 別設置在不同的電位V6和V7。此設計實例還包括抑制電極201和上遊中性原子或分子收 集器230，抑制電極201避免在上游離子束中的電子被離子減速區域的電場加速，上遊中性 原子或分子收集器230則用於吸收上遊的中性原子或分子。為了減少電壓電源的數量，V4可以設置成等於V20，V6可以設置成等於V7。第一 電極對210、最後一對電極對220、和第四電極對206和207，這些電極對通常包括兩個電極 條，電極條通常在離子束的運動方向ζ方向上比較短，在離子束的橫向方向χ方向上比較 寬，為了描述方便，這些窄的電極對被稱作短電極對。這些短電極對與圖6中的短電極對類 似。第二電極對包括電極板202和203，電極板通常在離子束的運動方向ζ方向上比較 長，在離子束的橫向方向X方向上比較寬，它們通常具有不同的電位，因此它們的職能主要 是偏轉離子束，第二電極對202和203完成對離子束的第一次偏轉。為了描述方便，這些長 的電極對被稱作長電極對。第三電極對包括電極板204和205，第四電極對也是一對長電極 對，其職能主要是偏轉離子束，第三電極對202和203完成對離子束的第二次偏轉。每一次 的偏轉角度可以在10-50度之間。電極電位VlO和V20的設置通常取決於離子束的進入能量和離子束的最終能量。 電極電位V2、V3、V4、V5、V6和V7的設置和調節使得裝置能夠引導入射的離子束251遵循 一個彎曲的軌道(圖8所示的曲線)通過裝置成為出射離子束252。出射離子束的能量減少了(V10-V20)，上遊的中性原子或分子將繼續沿251的方向的直軌前行，因此，位移減速 裝置完成了減速和位移的雙重功能。
入射離子束251進入位移減速裝置，離子束首先經過了抑制電極201和電極202 產生的的抑制區域，繼抑制區域後，離子束進入長電極對202和203之間的第一個偏轉區 域，電極202和電極203的電位差(V2-V3)產生了一個偏轉場，如圖8所示，離子束受到向 上的偏轉。離子束偏轉角度可以由電極202和電極203的電位的調節進行控制。經過第一 次偏轉的離子束通過短電極對206和207，經過短電極對206和207的減速後，離子束進入 長電極對204和205之間的第二個偏轉區域，電極204和電極205的電位差(V4-V5)產生 了 一個偏轉場，如圖8所示，離子束受到向下的偏轉。最後一對電極220的電位V20通常設 置在地電位，電極220完成對離子束的最後減速。出射離子束的軌道252與入射軌道平行， 但有一個位置偏移，在一實施例中，該離子束的位置偏移約為5-50cm。這個位移減速裝置200的設計實施實例採用了 2對長電極對、3對短電極對、一個 抑制電極、和一個上遊中性原子或分子收集器。在其它的位移減速裝置的設計中，根據具體 情況，可以採用或多或少的長電極對，或多或少的短電極對，或多或少的抑制電極，或多或 少的上遊中性原子或分子收集器。由於每一對電極對在χ方向上的寬度是有限的，這個有限的電極寬度會導致電場 分布在電極的端部附近變形，這種變形被稱為電場的端部效應，其結果將會導致在電極端 部附近的離子會受到額外的電場力。特別是對於在X方向很寬的寬帶束和掃描束來說，寬 帶束和掃描束的邊緣離子會受到電場端部效應的影響，因此，寬帶束的邊緣離子會受到與 寬帶束的中心離子不同的電場力，電場端部效應將破壞寬帶束的電流密度均勻性和角度均 勻性。本發明的另一個特點是採用一對側電極以減輕有限的電極寬度造成的端部效應。如圖8所示，採用側電極以減輕電極對的端部效應，側電極提供給每個電極對，側 電極定位於上下電極的兩個端部的中間附近。側電極222提供給電極對202和203，側電極 222的電位是V22 ；側電極224提供給電極對204和205，側電極224的電位是V24 ；側電極 226提供給電極對206和207，側電極226的電位是V26。圖9是圖8的位移減速裝置200的三維透視圖，側電極的細節在圖9中被解釋的 更清楚。圖9顯示了位移減速裝置的一半，兩個虛線231和232界定了裝置的對稱面，整個 位移減速裝置基本上對稱於對稱面131和132。可以看到，每個電極對的寬度(沿χ方向) 比它們的高度(沿y方向)大，這是為了能夠容納較寬的寬帶束離子束和掃描束離子束。在 這個設計實施實例中，每個電極對的兩端都有一個側電極，每一端的側電極包含一個電極， 但由於對稱面的關係，另一端的側電極未顯示。對於每對短電極對的上下兩個電極如206和207，上下兩個電極一般具有相同的 寬度(本實施例中為在X方向)，其對應的側電極定位於上下兩個電極的端部的中間，以減 輕邊緣效應。側電極的形狀和準確定位將取決於電場計算和詳細的設計。作為一個優選實 施例，側電極的y位置在上下兩個電極中間附近，側電極的X位置在上下兩個電極的端部附 近，側電極的ζ位置是在上下兩個電極的ζ位置的平均位置附近。因此，側電極的電位可設 置為其對應的上下兩個電極電位的平均值附近。例如，側電極226的電位可以設置為V26 =0. 5* (V6+V7)。對於每對長電極對的上下兩個電極202和203、204和205，上下兩個電極一般具有相同的寬度(本實施例中為在X方向)，其對應的側電極222和224定位於上下兩個電極的 端部的中間，以減小邊緣效應。側電極的形狀和準確定位將取決於電場計算和詳細的設計。 以電極對202和203為例，作為一個優選實施例，側電極222的y位置在上下兩個電極202 和203的中間附近，側電極的χ位置在上下兩個電極的端部附近，側電極在ζ方向的長度是 上下兩個電極在ζ方向的平均長度的附近。因此，側電極的電位可設置為上下兩個電極電 位的平均值附近。例如，側電極222的電位可以設置為V22 = 0. 5*(V2+V3)。圖7和圖9中沒有顯示每個電極對和側電極的支撐方法，一般情況下，採用絕緣體來對它們進行支撐。圖10是本發明的另一個位移減速裝置實施例的截面圖，它把離子束的軌道偏轉 了兩次，離子束出去軌道與離子束進入軌道互相平行，只有一個位置偏離。它包括一系列的 短電極對和一系列的長電極對。位移減速裝置採用一定數量的電極對進行離子束的偏轉和減速。第一對電極對 410的電位由進入離子束的能量決定，最後一對電極對420通常是在地電位。在第一對和最 後一對電極對之間，裝置還有另外的電極對。作為一個設計實施實例，在圖10的設計中採 用了另外的電極對第二電極對431和432，第三電極對433和434，第四電極對435和436， 第五電極對437和438，第六電極對439和440。第二電極對431和432是一對長電極對。第三電極對433和434、第四電極對435 和436、第五電極對437和438、第六電極對439和440和最後一對電極對420都是短電極 對，它們組成一個類似於圖6的偏轉減速區域。電極通常與電壓電源連接。第一對電極對410設置在相同的電位V10，最後一對電 極對420設置在相同的電位V20，第二對電極對431和432分別設置在不同的電位V31和 V32，第三對電極對433和434分別設置在不同的電位V33和V34，第四對電極對435和436 分別設置在不同的電位V35和V36，第五對電極對437和438分別設置在不同的電位V37和 V38，第六對電極對439和440分別設置在不同的電位V39和V40。此設計實例還包括抑制 電極411，抑制電極411的電位設置成VII，以避免在上游離子束中的電子被離子減速區域 的電場加速。第二電極對包括電極板431和432，電極板通常在離子束的運動方向ζ方向上比較 長，在離子束的橫向方向X方向上比較寬，它們通常具有不同的電位，因此它們的職能主要 是偏轉離子束，第二電極對431和432完成對離子束的第一次偏轉。第三、四、五、六電極對 和最後電極對完成對離子束的第二次偏轉。每一次的偏轉角度可以在10-50度之間。電極電位VlO和V20的設置通常取決於離子束的進入能量和離子束的最終能量。 電極電位V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37、V38、V39和V40的設置和調節使得裝置能夠弓I 導入射的離子束451遵循一個彎曲的軌道(圖10所示的曲線)通過裝置成為出射離子束 452，並且使得出射離子束的能量減少了(V10-V20)，上遊的中性原子或分子將繼續沿251 的方向的直軌前行，因此，位移減速裝置完成了減速和位移的雙重功能。入射離子束251進入位移減速裝置400，離子束首先經過了抑制電極411和電極 431產生的的抑制區域，繼抑制區域後，離子束進入長電極對431和432之間的第一個偏轉 區域，電極431和電極432的電位差(V31-V32)產生了一個偏轉場，如圖10所示，離子束受 到向上的偏轉。離子束偏轉角度可以由電極電位V31和V32的調節進行控制。經過第一次偏轉的離子束通過由第三電極對433和434、第四電極對435和436、第五電極對437和 438、第六電極對439和440和最後一對電極對420產生的偏轉減速區域，如圖10所示，離 子束受到向下的偏轉。出射離子束的軌道452與入射軌道451平行，但有一個位置偏移，在 一實施例中，該離子束的位置偏移約為5-50cm。這個位移減速裝置400的設計實施實例採用了 1對長電極對、6對短電極對、一個抑制電極、和一個上遊中性原子或分子收集器(未顯示)。在其它的位移減速裝置的設計 中，根據具體情況，可以採用或多或少的長電極對，或多或少的短電極對，或多或少的抑制 電極，或多或少的上遊中性原子或分子收集器。如圖10所示，採用側電極以減輕電極對的端部效應，側電極提供給每個電極對， 側電極定位於上下電極的兩個端部的中間附近。側電極461提供給電極對431和432，側電 極461的電位是V31 ；側電極463提供給電極對433和434，側電極463的電位是V63 ；側電 極465提供給電極對435和436，側電極465的電位是V65 ；側電極467提供給電極對437 和438，側電極467的電位是V67 ；側電極469提供給電極對439和440，側電極469的電位 是 V69。下面，介紹提供每個電極的電位的方法。圖11舉例說明了本發明的一個短電極對 和側電極的每個電極的電壓控制方法，上電極102連接電源電壓V2，下電極103連接到電 源電壓V3。側電極122和122a在電極102和103的兩個端部的中間附近，側電極的電位 可以由一個連接於上下電極之間的分壓器301提供。分壓器301由兩個電阻Rl和R2串聯 組成，側電極連接到Rl和R2之間的連接點，這樣，側電極的電位是，V22 = V3+(V2-V3)*R2/ (R1+R2)，在Rl = R2時，V22 = 0. 5* (V2+V3)，側電極的電位即是上下電極電位的平均值，同 時，可以根據實際情況來調整該電極的電位值。圖12顯示了本發明的一個長電極對和側電極的每個電極的電壓控制方法，上電 極202連接電源電壓V2，下電極203連接到電源電壓V3。側電極222和222a在電極202 和203的兩個端部的中間附近，側電極的電位可以由一個連接於上下電極之間的分壓器 302提供。分壓器302由兩個電阻Rl和R2串聯組成，側電極連接到Rl和R2之間的連接 點，這樣，側電極的電位是，V22 = V22 = V3+(V2-V3)*R2/(R1+R2)，在 Rl = R2 時，V22 = 0. 5*(V2+V3)，側電極的電位即是上下電極電位的平均值，同時，可以根據實際情況來調整 該電極的電位值。圖13顯示了本發明的另一個電極對和側電極的每個電極的電壓控制方法，上電 極202連接電源電壓V2，下電極203連接到電源電壓V3。側電極的電位可以連接到電壓電 源V22，在一個優選實施例中，側電極222和222a在電極202和203的兩個端部的中間附 近，側電極的電位V22設置在上下電極電位的平均值V22 = 0. 5*(V2+V3)。圖14顯示了本發明的另一個側電極的實施方式和提供電位的方法。在這個實施 方式中，每端的側電極包括兩個電極，左邊的側電極是222和222b，右邊的側電極是222a和 222c。為減小邊緣效應，側電極的形狀和準確定位將取決於電場計算和詳細的設計。不過， 作為一個優選實施例，以側電極222和222a為例，側電極222和222b的y位置平均分配上 下兩個電極202和203之間的空間，側電極的χ位置在上下兩個電極的端部附近，側電極在 ζ方向的長度是上下兩個電極在ζ方向的平均長度的附近。因此，側電極的電位可以由一 個分壓器303設定，分壓器303由R1、R2和R3串聯組成，如圖14所示，側電極222和222b連接到分壓器303的不同點，側電極的電位由分壓器的電阻決定。在Rl = R2 = R3時，側電極222的電位是V3+2/3* (V2-V3)，側電極222b的電位是V3+1/3* (V2-V3)。同時，每端的側電極也可包括兩個以上的電極，一個由多個電阻串聯組成的分壓 器可用於提供多個電極所需的不同的電位。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的 保護範圍。
權利要求
一種具有束流減速器的離子注入機系統，包括離子束系統和靶室系統，該離子束系統包括產生離子束的離子源和用以選擇、成型和傳輸離子束到達靶室的電磁裝置，該靶室系統用來對目標工件進行掃描；其特徵在於還包括減速裝置，其位於所述靶室系統的上遊位置並減小離子束的能量，並移除有害的上遊中性分子和原子；所述減速裝置包括一系列電極對；所述電極對設置有側電極。
2.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述側電極 為單一電極；所述側電極位於所述電極對對應的上下電極的兩個端部的中間附近。
3.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述側電極 為多個電極，所述多個電極基本均勻分布於所述電極對對應的上下電極對的兩個端部的間 距間。
4.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述離子束 系統可以是圓形束離子束系統、寬帶束離子束系統、或/和掃描束離子束系統。
5.根據權利要求1或2或3任一所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於 所述側電極的每個電極的電位可由獨立的電壓電源提供，或者所述側電極的電位由一個連 接它對應的上下電極對的電壓分壓器提供，所述電壓分壓器由多個電阻串聯組成並能提供 側電極的每個電極所需的不同的電位。
6.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述側電極 的每個電極基本平均分配其對應的上下電極對之間的空間，所述側電極的每個電極在其對 應的上下電極對的端部附近，所述側電極的每個電極的長度大約為其對應的上下兩個電極 的平均長度；所述側電極的每個電極的電位基本平均分配其對應的上下電極對的電位差。
7.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述減速裝 置為偏轉減速裝置，所述偏轉減速裝置偏轉離子束10-50度並減小離子束的能量；所述電 極對由一系列短電極對組成，每一對短電極採用一對側電極以消除或減輕短電極對的端部 效應；所述偏轉減速裝置還包括抑制電極和上遊中性原子或分子收集器，所述抑制電極以 避免在上游離子束中的電子被離子減速區域的電場加速，所述上遊中性原子或分子收集器 則用於吸收上遊的中性原子或分子。
8.根據權利要求7所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述短電極 對由上、下電極條組成；所述電極條在離子束的運動方向上比較短，在離子束的橫向方向比 較寬；所述上、下電極條分別連接到電壓電源，其電壓設置可以相同或不同；所述短電極對 的寬度一般比其電極對的間距大以便容納較寬的寬帶束離子束和掃描束離子束，並以傾斜 的方式排列。
9.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述減速裝 置為位移減速裝置，其由一系列短電極對、一系列長電極對、抑制電極和上遊中性原子或分 子收集器組成；所述電極對連接到的電源電壓中的電壓設置可以相同或者不同；所述抑制 電極以避免在上游離子束中的電子被離子減速區域的電場加速，所述上遊中性原子或分子 收集器則用於吸收上遊的中性原子或分子；所述短電極對和長電極對中的任一對長或短電 極對，均採用一對側電極以消除或減輕電極對的端部效應；所述位移減速裝置把離子束的 軌道進行兩次偏轉，使離子束出射軌道與離子束入射軌道互相平行或具有一個角度；所述 離子束出射軌道與離子束入射軌道的間距為5-50cm。
10.根據權利要求9所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述長、短 電極對分別由上、下電極條組成；所述短電極對上的電極條在離子束的運動方向上比較短， 在離子束的橫向方向比較寬，所述上、下電極條分別連接到電壓電源，其電壓設置可以相同 或不同；所述長電極對上的電極條在離子束的運動方向上比較長，在離子束的橫向方向比 較寬，所述上、下電極條分別連接到電壓電源，其電壓設置一般不相同；所述長、短電極對的 寬度一般比其電極對的間距大以便容納較寬的寬帶束離子束和掃描束離子束。
11.根據權利要求1所述具有束流減速器的離子注入機系統，其特徵在於所述減速 裝置為位移減速裝置，其由一系列電極對、抑制電極和上遊中性原子或分子收集器組成；所 述電極對連接到的電源電壓中的電壓設置可以相同或者不同；所述抑制電極以避免在上遊 離子束中的電子被離子減速區域的電場加速，所述上遊中性原子或分子收集器則用於吸收 上遊的中性原子或分子；所述電極對由第一電極對、最後電極對和中間電極對組成，所述側 電極位於所述中間電極對的上下電極的兩個端部的中間附近，所述最後電極對可位於地電 位，所述中間電極對由長電極對和多對短電極對組成，多對短電極對以傾斜方式排列；所述 位移減速裝置對離子束進行了兩次偏轉，進入所述位移減速裝置的離子束流和出射所述位 移減速裝置的離子束流平行；所述長電極對可形成偏轉區並對通過其的離子束流進行第一 次偏轉；所述短電極對可形成偏轉減速區並對通過其的離子束流進行第二次偏轉和減速。
全文摘要
本發明涉及離子束的注入領域，其公開了具有束流減速器的離子注入機系統，包括離子束系統和靶室系統，該離子束系統包括產生離子束的離子源和用以選擇、成型和傳輸離子束到達靶室的電磁裝置，該靶室系統用來對目標工件進行掃描；其特徵在於還包括減速裝置，其位於所述靶室系統的上遊位置並減小離子束的能量，並移除有害的上遊中性分子和原子；所述減速裝置包括一系列電極對；所述電極對設置有側電極。本發明的有益效果是本發明通過採用多電極進行減速和偏轉離子束，既能去掉離子束的能量汙染，又減小電極的端部效應。
文檔編號H01J37/05GK101807507SQ201010151648
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月19日 優先權日2010年4月19日
發明者胡新平, 黃永章 申請人:胡新平;黃永章