專利名稱：具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子束的注入領(lǐng)域，特別涉及一種具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
離子注入是一種把原子或分子引入目標(biāo)工件襯底的制程，此制程通常被稱為摻 雜，它能改變材料的屬性。離子注入是一個在大規(guī)模集成電路的制造中常見的制程，離子注 入也可用于薄膜沉積等與制造光學(xué)儀器或顯示儀器(如平板顯示器)等相關(guān)的制造工藝。 一個典型的離子注入機(jī)包括一個產(chǎn)生離子束的離子源；一個離子束選擇、成型和傳輸系統(tǒng)， 它包括使用磁場的離子束質(zhì)量分析系統(tǒng)；以及一個靶室，用于處理將注入離子束的半導(dǎo)體 硅晶片。對于低能量注入系統(tǒng)，在靶室之前還增加減速裝置以減低離子束能量?，F(xiàn)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(dá)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，減速器上游的部分離子與真 空室里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(jìn)入到硅晶片的更深處，通常此被稱作能量污 染，能量污染則會影響芯片的性能。此外，中性原子或分子的產(chǎn)生率依賴于真空室內(nèi)的真空 度，而真空室內(nèi)的真空度很難每天都保持恒定，因而能量污染的程度每天在變化，這種變化 在芯片的制程中是不可容忍的。能量污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(zhuǎn)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(jìn)行了一次偏轉(zhuǎn)，由于離子束的偏轉(zhuǎn)，目標(biāo)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(biāo)工件的設(shè)計和操作帶來了問題。1998年，黃披露了幾個偏轉(zhuǎn)減速裝置，見美國專利號6441382，其中用了一些電極 對離子束進(jìn)行多次偏轉(zhuǎn)，并把離子束調(diào)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(jìn)行了多次偏轉(zhuǎn)，并把離子束調(diào)回到原來的位置和方向。在垂直于離子束運動的方向上，減速系統(tǒng)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(zhuǎn)，這種效應(yīng)通常被稱為端 部效應(yīng)。當(dāng)減速系統(tǒng)工作在大減速比時，端部效應(yīng)可能會大幅度增加，端部效應(yīng)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(zhuǎn)。而在上述的減速器裝置中，都沒有提出減小端部效應(yīng)的方法。因此，有必要給離子注入機(jī)提供新的改進(jìn)的減速電極裝置，它可更好地適用于寬 帶束和掃描束，更好地減小端部效應(yīng)，產(chǎn)生更均勻的低能量離子束，更好地減小能量污染。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種具有束流減速器的離子注入機(jī)系 統(tǒng)，解決目前在離子注入系統(tǒng)中偏轉(zhuǎn)減速裝置端部效應(yīng)明顯、不能產(chǎn)生均勻低能量離子束 和產(chǎn)生較大能量污染的問題。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是設(shè)計和制造一種具有束流減速器 的離子注入機(jī)系統(tǒng)，包括離子束系統(tǒng)和靶室系統(tǒng)，該離子束系統(tǒng)包括產(chǎn)生離子束的離子源 和用以選擇、成型和傳輸離子束到達(dá)靶室的電磁裝置，該靶室系統(tǒng)用來對目標(biāo)工件進(jìn)行掃 描；還包括減速裝置，其位于所述靶室系統(tǒng)的上游位置并減小離子束的能量，并移除有害的 上游中性分子和原子；所述減速裝置包括一系列電極對；所述電極對設(shè)置有側(cè)電極。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述側(cè)電極為單一電極；所述側(cè)電極位于所述電極對對 應(yīng)的上下電極對的兩個端部的中間附近。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述側(cè)電極為多個電極，所述多個電極基本均勻分布于 所述電極對對應(yīng)的上下電極對的兩個端部的間距間。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述離子束系統(tǒng)可以是圓形束離子束系統(tǒng)、寬帶束離子 束系統(tǒng)、或/和掃描束離子束系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述側(cè)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(cè)電極的電位由一個連接它對應(yīng)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(lián)組成并能提供側(cè)電極的每個電極所需的不同的電位。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述側(cè)電極的每個電極基本平均分配其對應(yīng)的上下電極 對之間的空間，所述側(cè)電極的每個電極在其對應(yīng)的上下電極對的端部附近，所述側(cè)電極的 每個電極的長度大約為其對應(yīng)的上下兩個電極的平均長度；所述側(cè)電極的每個電極的電位 基本平均分配其對應(yīng)的上下電極對的電位差。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述減速裝置為偏轉(zhuǎn)減速裝置，所述偏轉(zhuǎn)減速裝置偏轉(zhuǎn) 離子束10-50度并減小離子束的能量；所述電極對由一系列短電極對組成，每一對短電極 采用一對側(cè)電極以消除或減輕短電極對的端部效應(yīng)；所述偏轉(zhuǎn)減速裝置還包括抑制電極和 上游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(qū)域 的電場加速，所述上游中性原子或分子收集器則用于吸收上游的中性原子或分子。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)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(shè)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，并以傾斜的方式排列。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)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、抑制電極和上游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(shè)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(qū)域的電場加速，所述上游中性原子或分子收集器則用于吸收上游的中性原子或分 子；所述短電極對和長電極對中的任一對長或短電極對，均采用一對側(cè)電極以消除或減輕 電極對的端部效應(yīng)；所述位移減速裝置把離子束的軌道進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)，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(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)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(shè)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(shè)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(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是所述減速裝置為位移減速裝置，其由一系列電極對、抑制 電極和上游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(shè)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(qū)域的電場加速， 所述上游中性原子或分子收集器則用于吸收上游的中性原子或分子；所述電極對由第一電 極對、最后電極對和中間電極對組成，所述側(cè)電極位于所述中間電極對的上下電極的兩個 端部的中間附近，所述最后電極對可位于地電位，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(jìn)行了兩次偏轉(zhuǎn)，進(jìn) 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(zhuǎn)區(qū)并對通過其的離子束流進(jìn)行第一次偏轉(zhuǎn)；所述短電極對可形成偏轉(zhuǎn)減速區(qū)并 對通過其的離子表流進(jìn)行第二次偏轉(zhuǎn)和減速。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過采用多電極進(jìn)行減速和偏轉(zhuǎn)離子束，既能去掉 離子束的能量污染，又能減小電極的端部效應(yīng)，從而產(chǎn)生均勻的低能量離子束。


圖1轉(zhuǎn)載自日本專利號4-284343，顯示了用傾斜電極作為偏轉(zhuǎn)減速裝置；圖2轉(zhuǎn)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(zhuǎn)載自美國專利號7326941，顯示了一個彎道減速裝置；圖4是采用偏轉(zhuǎn)減速裝置的離子注入機(jī)的框圖；圖5是采用位移減速裝置的離子注入機(jī)的框圖；圖6是本發(fā)明的一個偏轉(zhuǎn)減速裝置的截面圖；圖7是本發(fā)明的一個偏轉(zhuǎn)減速裝置的三維透視圖；圖8是本發(fā)明的一個位移減速裝置的截面圖；圖9是本發(fā)明的一個位移減速裝置的三維透視圖；圖10是本發(fā)明的另一個位移減速裝置的截面圖；圖11顯示了本發(fā)明的一短電極對和側(cè)電極的每個電極的電壓控制方法；圖12顯示了本發(fā)明的一長電極對和側(cè)電極的每個電極的電壓控制方法；圖13顯示了本發(fā)明的另一長電極對和側(cè)電極的每個電極的電壓控制方法；圖14顯示了本發(fā)明的另一個側(cè)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(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行一些說明圖1轉(zhuǎn)載自日本專利號4-284343，顯示了用傾斜電極作為偏轉(zhuǎn)減速器裝置。傾斜的電極同時對離子束進(jìn)行減速和偏轉(zhuǎn)，因此，離子束被減速，偏轉(zhuǎn)又使得從上游來的的中性 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(zhuǎn)減速裝置。圖2轉(zhuǎn)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 極裝置與上游質(zhì)量分析磁鐵相結(jié)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(jìn)行減速和偏轉(zhuǎn)，因此，離子束被減速，偏轉(zhuǎn)又使得上游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(zhuǎn)載自美國專利號7326941，顯示了 一個彎道減速裝置。該電極裝置與上游質(zhì) 量分析磁鐵相結(jié)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(jìn)行減速和 偏轉(zhuǎn)，因此，離子束被減速，偏轉(zhuǎn)又使得上游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(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖4是采用偏轉(zhuǎn)減速裝置的離子注入機(jī)的框圖。離子注入機(jī)一般包括一個離子 束系統(tǒng)11和一個靶室系統(tǒng)18。離子束系統(tǒng)11可以是圓形束離子束系統(tǒng)、寬帶束離子束 系統(tǒng)、或掃描束離子束系統(tǒng)，離子束系統(tǒng)11通常包括產(chǎn)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(dá)設(shè)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(fā)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(chǎn)生需要的離子束系統(tǒng)，同時也可以根據(jù)實際需求使用多個上述電磁裝置配合使 用來產(chǎn)生相應(yīng)的離子束系統(tǒng)。靶室18則包括一個目標(biāo)工件17(例如晶圓)和目標(biāo)工件掃 描單元。為了獲得低能量高電流離子束，偏轉(zhuǎn)減速裝置15通常是設(shè)置在靶室18的前面，偏 轉(zhuǎn)減速裝置15通常有兩個功能減低離子束的能量，并把上游的中性原子或分子與離子束 分離。偏轉(zhuǎn)減速裝置15通常包括一定數(shù)量的電極，離子束沿軌道12進(jìn)入偏轉(zhuǎn)減速裝置15， 偏轉(zhuǎn)減速裝置改變離子束的軌道，離子束軌道12被偏轉(zhuǎn)成軌道16。離子束將沿軌道16進(jìn) 入靶室18到達(dá)目標(biāo)工件17。而上游的中性原子或分子13繼續(xù)沿軌道12前行，并直接穿越 偏轉(zhuǎn)減速裝置15，因而使上游的中性原子或分子13與離子束分開，從而極大的降低了注入 目標(biāo)工件的雜質(zhì)，上游的中性原子或分子13則可以通過其它裝置進(jìn)行吸收。偏轉(zhuǎn)減速裝置15的特點是，它把離子束的軌道偏轉(zhuǎn)了一次，離子束進(jìn)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是采用位移減速裝置的離子注入機(jī)的框圖，位移減速裝置35通常是設(shè)置在靶 室18的前面。位移減速裝置35通常包括一定數(shù)量的電極，位移減速裝置35對離子束進(jìn)行了兩 次偏轉(zhuǎn)，在一實施例中，每一次的偏轉(zhuǎn)角度是在10-50度之間。在位移減速裝置35內(nèi)，入射 離子束軌道12首先被偏轉(zhuǎn)成軌道34，然后離子束的軌道34再被偏轉(zhuǎn)成軌道36，離子束將 沿軌道36進(jìn)入靶室18到達(dá)目標(biāo)工件17。而上游的中性原子或分子13繼續(xù)沿軌道12前行， 并直接穿越偏轉(zhuǎn)減速裝置15，因而使上游的中性原子或分子13與離子束分開，從而極大的 降低了注入目標(biāo)工件的雜質(zhì)，上游的中性原子或分子13則可以通過其它裝置進(jìn)行吸收。位移減速裝置35的特點是，它把離子束的軌道偏轉(zhuǎn)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徑到達(dá)目標(biāo)工件，其中，減速離子束通過彎道到達(dá)目標(biāo)工件，漂移離 子束通過直道到達(dá)目標(biāo)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徑到達(dá)目標(biāo)工件。對于減速離子束，電極電位的設(shè)定是同時進(jìn)行 偏轉(zhuǎn)和減速，對于漂移離子束，電極電位的設(shè)定是只進(jìn)行偏轉(zhuǎn)而不進(jìn)行減速。圖6是本發(fā)明的一個偏轉(zhuǎn)減速裝置100的截面圖，偏轉(zhuǎn)減速裝置采用一定數(shù)量的電極對進(jìn)行離子束的偏轉(zhuǎn)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，最后一對電極對120通常是 在地電位。在第一對電極對110和最后一對電極對120之間，裝置還有另外的電極對。作為 一個設(shè)計實施例，在圖6的設(shè)計中采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(shè)置在相同的電位VlO，最后一 對電極對120設(shè)置在相同的電位V20，第二對電極對102和103分別設(shè)置在不同的電位V2 和V3，第三對電極對104和105分別設(shè)置在不同的電位V4和V5，第四對電極對106和107 分別設(shè)置在不同的電位V6和V7。 為了實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)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(shè)置通常取決于離子束的進(jìn)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(shè)置和調(diào)節(jié)使得裝置能夠引導(dǎo)進(jìn)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)，上游的中性原子或分子將繼續(xù)沿151的方向的直軌道153前行，因此，偏轉(zhuǎn)減速 裝置完成了減速和偏轉(zhuǎn)的雙重功能。離子束的偏轉(zhuǎn)角度可根據(jù)實際情況來進(jìn)行調(diào)整，如在 一種實施例中，該離子束的偏轉(zhuǎn)角度可以在10-50度之間。這個偏轉(zhuǎn)減速裝置100的設(shè)計實施實例采用了 5對短電極對，在其他的偏轉(zhuǎn)減速 裝置中，可以采用不同數(shù)量的短電極對來達(dá)到對離子束減速偏轉(zhuǎn)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(fù)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(qū)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(dǎo)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(yīng)，其結(jié)果會導(dǎo)致在電極端 部附近的離子會受到額外的電場力。特別是對于在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(yīng)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(yīng)將破壞寬帶束的電流密度均勻性和角度均 勻性。本發(fā)明也可以通過采用一對側(cè)電極以減輕有限的電極寬度造成的端部效應(yīng)。如圖6所示，采用側(cè)電極以減輕電極對的端部效應(yīng)，側(cè)電極提供給每個電極對，側(cè) 電極定位于上下電極的兩個端部的中間附近。側(cè)電極122提供給電極對102和103，側(cè)電極 122的電位是V22 ；側(cè)電極124提供給電極對104和105，側(cè)電極124的電位是V24 ；側(cè)電極 126提供給電極對106和107，側(cè)電極126的電位是V26。圖7是圖6的偏轉(zhuǎn)減速裝置100的三維透視圖，側(cè)電極的細(xì)節(jié)在圖7中被解釋的 更清楚。圖7顯示了偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)減速裝置基本上對稱于對稱面131和132?？梢钥吹剑總€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(shè)計實施例中，每個電極對的兩端都有一個側(cè)電極，每一端的側(cè)電極包含一個電極，但 由于對稱面的關(guān)系，另一端的側(cè)電極未顯示。對于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(cè)電極定位于上下兩個電極的端部的中間，以 減輕邊緣效應(yīng)。側(cè)電極的形狀和準(zhǔn)確定位，將取決于電場計算和詳細(xì)的設(shè)計。作為一個經(jīng) 驗法則，側(cè)電極的y位置在上下兩個電極的中間附近，側(cè)電極的χ位置在上下兩個電極的 端部附近，側(cè)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(cè)電極的電 位可設(shè)置為上下兩個電極電位的平均值附近。例如，側(cè)電極124的電位可以設(shè)置為V24 = 0. 5* (V4+V5)。圖8是本發(fā)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(zhuǎn)了兩次，離子束出去軌道與離子束進(jìn)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采用一定數(shù)量的電極對進(jìn)行離子束的偏轉(zhuǎn)和減速。第一對電極 對210的電位由進(jìn)入離子束的能量決定，最后一對電極對220通常是在地電位。在第一對 和最后一對電極對之間，裝置還有另外的電極對。作為一個設(shè)計實施實例，在圖8的設(shè)計中 采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(shè)置在相同的電位V10，最后一對 電極對220設(shè)置在相同的電位V20，第二對電極對202和203分別設(shè)置在不同的電位V2和 V3，第三對電極對204和205分別設(shè)置在不同的電位V4和V5，第四對電極對206和207分 別設(shè)置在不同的電位V6和V7。此設(shè)計實例還包括抑制電極201和上游中性原子或分子收 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(qū)域的電場加速，上游中性 原子或分子收集器230則用于吸收上游的中性原子或分子。為了減少電壓電源的數(shù)量，V4可以設(shè)置成等于V20，V6可以設(shè)置成等于V7。第一 電極對210、最后一對電極對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(zhuǎn)離子束，第二電極對202和203完成對離子束的第一次偏轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)離子束，第三電極對202和203完成對離子束的第二次偏轉(zhuǎn)。每一次 的偏轉(zhuǎn)角度可以在10-50度之間。電極電位VlO和V20的設(shè)置通常取決于離子束的進(jìn)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(shè)置和調(diào)節(jié)使得裝置能夠引導(dǎo)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)，上游的中性原子或分子將繼續(xù)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(jìn)入位移減速裝置，離子束首先經(jīng)過了抑制電極201和電極202 產(chǎn)生的的抑制區(qū)域，繼抑制區(qū)域后，離子束進(jìn)入長電極對202和203之間的第一個偏轉(zhuǎn)區(qū) 域，電極202和電極203的電位差(V2-V3)產(chǎn)生了一個偏轉(zhuǎn)場，如圖8所示，離子束受到向 上的偏轉(zhuǎn)。離子束偏轉(zhuǎn)角度可以由電極202和電極203的電位的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。經(jīng)過第一 次偏轉(zhuǎn)的離子束通過短電極對206和207，經(jīng)過短電極對206和207的減速后，離子束進(jìn)入 長電極對204和205之間的第二個偏轉(zhuǎn)區(qū)域，電極204和電極205的電位差(V4-V5)產(chǎn)生 了 一個偏轉(zhuǎn)場，如圖8所示，離子束受到向下的偏轉(zhuǎn)。最后一對電極220的電位V20通常設(shè) 置在地電位，電極220完成對離子束的最后減速。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(shè)計實施實例采用了 2對長電極對、3對短電極對、一個 抑制電極、和一個上游中性原子或分子收集器。在其它的位移減速裝置的設(shè)計中，根據(jù)具體 情況，可以采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 少的上游中性原子或分子收集器。由于每一對電極對在χ方向上的寬度是有限的，這個有限的電極寬度會導(dǎo)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(yīng)，其結(jié)果將會導(dǎo)致在電極端 部附近的離子會受到額外的電場力。特別是對于在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(yīng)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(yīng)將破壞寬帶束的電流密度均勻性和角度均 勻性。本發(fā)明的另一個特點是采用一對側(cè)電極以減輕有限的電極寬度造成的端部效應(yīng)。如圖8所示，采用側(cè)電極以減輕電極對的端部效應(yīng)，側(cè)電極提供給每個電極對，側(cè) 電極定位于上下電極的兩個端部的中間附近。側(cè)電極222提供給電極對202和203，側(cè)電極 222的電位是V22 ；側(cè)電極224提供給電極對204和205，側(cè)電極224的電位是V24 ；側(cè)電極 226提供給電極對206和207，側(cè)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(cè)電極的細(xì)節(jié)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于對稱面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(shè)計實施實例中，每個電極對的兩端都有一個側(cè)電極，每一端的側(cè)電極包含一個電極， 但由于對稱面的關(guān)系，另一端的側(cè)電極未顯示。對于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(yīng)的側(cè)電極定位于上下兩個電極的端部的中間，以減 輕邊緣效應(yīng)。側(cè)電極的形狀和準(zhǔn)確定位將取決于電場計算和詳細(xì)的設(shè)計。作為一個優(yōu)選實 施例，側(cè)電極的y位置在上下兩個電極中間附近，側(cè)電極的X位置在上下兩個電極的端部附 近，側(cè)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(cè)電極的電位可設(shè) 置為其對應(yīng)的上下兩個電極電位的平均值附近。例如，側(cè)電極226的電位可以設(shè)置為V26 =0. 5* (V6+V7)。對于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(yīng)的側(cè)電極222和224定位于上下兩個電極的 端部的中間，以減小邊緣效應(yīng)。側(cè)電極的形狀和準(zhǔn)確定位將取決于電場計算和詳細(xì)的設(shè)計。 以電極對202和203為例，作為一個優(yōu)選實施例，側(cè)電極222的y位置在上下兩個電極202 和203的中間附近，側(cè)電極的χ位置在上下兩個電極的端部附近，側(cè)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(cè)電極的電位可設(shè)置為上下兩個電極電 位的平均值附近。例如，側(cè)電極222的電位可以設(shè)置為V22 = 0. 5*(V2+V3)。圖7和圖9中沒有顯示每個電極對和側(cè)電極的支撐方法，一般情況下，采用絕緣體來對它們進(jìn)行支撐。圖10是本發(fā)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(zhuǎn) 了兩次，離子束出去軌道與離子束進(jìn)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。位移減速裝置采用一定數(shù)量的電極對進(jìn)行離子束的偏轉(zhuǎn)和減速。第一對電極對 410的電位由進(jìn)入離子束的能量決定，最后一對電極對420通常是在地電位。在第一對和最 后一對電極對之間，裝置還有另外的電極對。作為一個設(shè)計實施實例，在圖10的設(shè)計中采 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和最后一對電極對420都是短電極 對，它們組成一個類似于圖6的偏轉(zhuǎn)減速區(qū)域。電極通常與電壓電源連接。第一對電極對410設(shè)置在相同的電位V10，最后一對電 極對420設(shè)置在相同的電位V20，第二對電極對431和432分別設(shè)置在不同的電位V31和 V32，第三對電極對433和434分別設(shè)置在不同的電位V33和V34，第四對電極對435和436 分別設(shè)置在不同的電位V35和V36，第五對電極對437和438分別設(shè)置在不同的電位V37和 V38，第六對電極對439和440分別設(shè)置在不同的電位V39和V40。此設(shè)計實例還包括抑制 電極411，抑制電極411的電位設(shè)置成VII，以避免在上游離子束中的電子被離子減速區(qū)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(zhuǎn)離子束，第二電極對431和432完成對離子束的第一次偏轉(zhuǎn)。第三、四、五、六電極對 和最后電極對完成對離子束的第二次偏轉(zhuǎn)。每一次的偏轉(zhuǎn)角度可以在10-50度之間。電極電位VlO和V20的設(shè)置通常取決于離子束的進(jìn)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(shè)置和調(diào)節(jié)使得裝置能夠弓I 導(dǎo)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，并且使得出射離子束的能量減少了(V10-V20)，上游的中性原子或分子將繼續(xù)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(jìn)入位移減速裝置400，離子束首先經(jīng)過了抑制電極411和電極 431產(chǎn)生的的抑制區(qū)域，繼抑制區(qū)域后，離子束進(jìn)入長電極對431和432之間的第一個偏轉(zhuǎn) 區(qū)域，電極431和電極432的電位差(V31-V32)產(chǎn)生了一個偏轉(zhuǎn)場，如圖10所示，離子束受 到向上的偏轉(zhuǎn)。離子束偏轉(zhuǎn)角度可以由電極電位V31和V32的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。經(jīng)過第一次偏轉(zhuǎn)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和最后一對電極對420產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)減速區(qū)域，如圖10所示，離 子束受到向下的偏轉(zhuǎn)。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(shè)計實施實例采用了 1對長電極對、6對短電極對、一個抑制電極、和一個上游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(shè)計 中，根據(jù)具體情況，可以采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，或多或少的上游中性原子或分子收集器。如圖10所示，采用側(cè)電極以減輕電極對的端部效應(yīng)，側(cè)電極提供給每個電極對， 側(cè)電極定位于上下電極的兩個端部的中間附近。側(cè)電極461提供給電極對431和432，側(cè)電 極461的電位是V31 ；側(cè)電極463提供給電極對433和434，側(cè)電極463的電位是V63 ；側(cè)電 極465提供給電極對435和436，側(cè)電極465的電位是V65 ；側(cè)電極467提供給電極對437 和438，側(cè)電極467的電位是V67 ；側(cè)電極469提供給電極對439和440，側(cè)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(fā)明的一個短電極對 和側(cè)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(cè)電極122和122a在電極102和103的兩個端部的中間附近，側(cè)電極的電位 可以由一個連接于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(lián) 組成，側(cè)電極連接到Rl和R2之間的連接點，這樣，側(cè)電極的電位是，V22 = V3+(V2-V3)*R2/ (R1+R2)，在Rl = R2時，V22 = 0. 5* (V2+V3)，側(cè)電極的電位即是上下電極電位的平均值，同 時，可以根據(jù)實際情況來調(diào)整該電極的電位值。圖12顯示了本發(fā)明的一個長電極對和側(cè)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(cè)電極222和222a在電極202 和203的兩個端部的中間附近，側(cè)電極的電位可以由一個連接于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(lián)組成，側(cè)電極連接到Rl和R2之間的連接 點，這樣，側(cè)電極的電位是，V22 = V22 = V3+(V2-V3)*R2/(R1+R2)，在 Rl = R2 時，V22 = 0. 5*(V2+V3)，側(cè)電極的電位即是上下電極電位的平均值，同時，可以根據(jù)實際情況來調(diào)整 該電極的電位值。圖13顯示了本發(fā)明的另一個電極對和側(cè)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(cè)電極的電位可以連接到電壓電 源V22，在一個優(yōu)選實施例中，側(cè)電極222和222a在電極202和203的兩個端部的中間附 近，側(cè)電極的電位V22設(shè)置在上下電極電位的平均值V22 = 0. 5*(V2+V3)。圖14顯示了本發(fā)明的另一個側(cè)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(cè)電極包括兩個電極，左邊的側(cè)電極是222和222b，右邊的側(cè)電極是222a和 222c。為減小邊緣效應(yīng)，側(cè)電極的形狀和準(zhǔn)確定位將取決于電場計算和詳細(xì)的設(shè)計。不過， 作為一個優(yōu)選實施例，以側(cè)電極222和222a為例，側(cè)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(cè)電極的χ位置在上下兩個電極的端部附近，側(cè)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(cè)電極的電位可以由一 個分壓器303設(shè)定，分壓器303由R1、R2和R3串聯(lián)組成，如圖14所示，側(cè)電極222和222b連接到分壓器303的不同點，側(cè)電極的電位由分壓器的電阻決定。在Rl = R2 = R3時，側(cè)電極222的電位是V3+2/3* (V2-V3)，側(cè)電極222b的電位是V3+1/3* (V2-V3)。同時，每端的側(cè)電極也可包括兩個以上的電極，一個由多個電阻串聯(lián)組成的分壓 器可用于提供多個電極所需的不同的電位。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，包括離子束系統(tǒng)和靶室系統(tǒng)，該離子束系統(tǒng)包括產(chǎn)生離子束的離子源和用以選擇、成型和傳輸離子束到達(dá)靶室的電磁裝置，該靶室系統(tǒng)用來對目標(biāo)工件進(jìn)行掃描；其特征在于還包括減速裝置，其位于所述靶室系統(tǒng)的上游位置并減小離子束的能量，并移除有害的上游中性分子和原子；所述減速裝置包括一系列電極對；所述電極對設(shè)置有側(cè)電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述側(cè)電極 為單一電極；所述側(cè)電極位于所述電極對對應(yīng)的上下電極的兩個端部的中間附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述側(cè)電極 為多個電極，所述多個電極基本均勻分布于所述電極對對應(yīng)的上下電極對的兩個端部的間 距間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述離子束 系統(tǒng)可以是圓形束離子束系統(tǒng)、寬帶束離子束系統(tǒng)、或/和掃描束離子束系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)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(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述側(cè)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(cè)電極的電位由一個連 接它對應(yīng)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(lián)組成并能提供 側(cè)電極的每個電極所需的不同的電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述側(cè)電極 的每個電極基本平均分配其對應(yīng)的上下電極對之間的空間，所述側(cè)電極的每個電極在其對 應(yīng)的上下電極對的端部附近，所述側(cè)電極的每個電極的長度大約為其對應(yīng)的上下兩個電極 的平均長度；所述側(cè)電極的每個電極的電位基本平均分配其對應(yīng)的上下電極對的電位差。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述減速裝 置為偏轉(zhuǎn)減速裝置，所述偏轉(zhuǎn)減速裝置偏轉(zhuǎn)離子束10-50度并減小離子束的能量；所述電 極對由一系列短電極對組成，每一對短電極采用一對側(cè)電極以消除或減輕短電極對的端部 效應(yīng)；所述偏轉(zhuǎn)減速裝置還包括抑制電極和上游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(qū)域的電場加速，所述上游中性原子或分子收集器 則用于吸收上游的中性原子或分子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述短電極 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(shè)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，并以傾斜 的方式排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述減速裝 置為位移減速裝置，其由一系列短電極對、一系列長電極對、抑制電極和上游中性原子或分 子收集器組成；所述電極對連接到的電源電壓中的電壓設(shè)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(qū)域的電場加速，所述上游中性原子或分子 收集器則用于吸收上游的中性原子或分子；所述短電極對和長電極對中的任一對長或短電 極對，均采用一對側(cè)電極以消除或減輕電極對的端部效應(yīng)；所述位移減速裝置把離子束的 軌道進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)，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(jù)權(quán)利要求9所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述長、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(shè)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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述減速 裝置為位移減速裝置，其由一系列電極對、抑制電極和上游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(shè)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(qū)域的電場加速，所述上游中性原子或分子收集器則用于吸收 上游的中性原子或分子；所述電極對由第一電極對、最后電極對和中間電極對組成，所述側(cè) 電極位于所述中間電極對的上下電極的兩個端部的中間附近，所述最后電極對可位于地電 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(jìn)行了兩次偏轉(zhuǎn)，進(jìn)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(zhuǎn)區(qū)并對通過其的離子束流進(jìn)行第一 次偏轉(zhuǎn)；所述短電極對可形成偏轉(zhuǎn)減速區(qū)并對通過其的離子束流進(jìn)行第二次偏轉(zhuǎn)和減速。
全文摘要
本發(fā)明涉及離子束的注入領(lǐng)域，其公開了具有束流減速器的離子注入機(jī)系統(tǒng)，包括離子束系統(tǒng)和靶室系統(tǒng)，該離子束系統(tǒng)包括產(chǎn)生離子束的離子源和用以選擇、成型和傳輸離子束到達(dá)靶室的電磁裝置，該靶室系統(tǒng)用來對目標(biāo)工件進(jìn)行掃描；其特征在于還包括減速裝置，其位于所述靶室系統(tǒng)的上游位置并減小離子束的能量，并移除有害的上游中性分子和原子；所述減速裝置包括一系列電極對；所述電極對設(shè)置有側(cè)電極。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過采用多電極進(jìn)行減速和偏轉(zhuǎn)離子束，既能去掉離子束的能量污染，又減小電極的端部效應(yīng)。
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(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者胡新平, 黃永章 申請人:胡新平;黃永章