CN101807507A - 具有束流减速器的离子注入机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离子束的注入领域，其公开了具有束流减速器的离子注入机系统，包括离子束系统和靶室系统，该离子束系统包括产生离子束的离子源和用以选择、成型和传输离子束到达靶室的电磁装置，该靶室系统用来对目标工件进行扫描；其特征在于：还包括减速装置，其位于所述靶室系统的上游位置并减小离子束的能量，并移除有害的上游中性分子和原子；所述减速装置包括一系列电极对；所述电极对设置有侧电极。本发明的有益效果是：本发明通过采用多电极进行减速和偏转离子束，既能去掉离子束的能量污染，又减小电极的端部效应。

Description

具有束流减速器的离子注入机系统

技术领域

本发明涉及离子束的注入领域，特别涉及一种具有束流减速器的离子注入机系统。

背景技术

离子注入是一种把原子或分子引入目标工件衬底的制程，此制程通常被称为掺杂，它能改变材料的属性。离子注入是一个在大规模集成电路的制造中常见的制程，离子注入也可用于薄膜沉积等与制造光学仪器或显示仪器(如平板显示器)等相关的制造工艺。一个典型的离子注入机包括一个产生离子束的离子源；一个离子束选择、成型和传输系统，它包括使用磁场的离子束质量分析系统；以及一个靶室，用于处理将注入离子束的半导体硅晶片。对于低能量注入系统，在靶室之前还增加减速装置以减低离子束能量。

现代的低能高电流离子注入的要求是期望获得能量低至100eV电流达1毫安量级的离子束，通常，低能大电流离子束是通过减低高能离子束的能量来获得的，比如，低能量离子束(例如0.1到5keV)是从高能量离子束(例如5到20KeV)减速得到的。然而，通常的减速器是直线减速器，直线减速器有如下缺点。一个缺点是，减速器上游的部分离子与真空室里的残留气体的原子和分子相碰撞而失去电荷变成中性原子或分子，这些中性原子或分子在减速器中不会受到减速，因而这些中性原子或分子具有减速器之前的高能量。在注入过程中，这些中性原子或分子比低能离子进入到硅晶片的更深处，通常此被称作能量污染，能量污染则会影响芯片的性能。此外，中性原子或分子的产生率依赖于真空室内的真空度，而真空室内的真空度很难每天都保持恒定，因而能量污染的程度每天在变化，这种变化在芯片的制程中是不可容忍的。

能量污染的问题是众所周知的，人们也提出了一些解决方法。

1991年，加濑披露了偏转减速方法，见日本专利号4-284343，其中用了一些倾斜的减速电极对离子束进行了一次偏转，由于离子束的偏转，目标工件也需要倾斜，还需要重新定位，这种额外的倾斜和定位给目标工件的设计和操作带来了问题。

1998年，黄披露了几个偏转减速装置，见美国专利号6441382，其中用了一些电极对离子束进行多次偏转，并把离子束调回到原来的位置和方向。

2005年，陈和怀特披露了一个减速装置，见美国专利号7326941，其中用了一些电极对离子束进行了多次偏转，并把离子束调回到原来的位置和方向。

在垂直于离子束运动的方向上，减速系统的电极通常只有有限的宽度，因此，电极的端部将会影响电场的分布，从而影响离子束的均匀减速和偏转，这种效应通常被称为端部效应。当减速系统工作在大减速比时，端部效应可能会大幅度增加，端部效应尤其对宽带束和扫描束有更大的影响，因为宽带束和扫描束需要在宽带方向上得到均匀的减速和偏转。而在上述的减速器装置中，都没有提出减小端部效应的方法。

因此，有必要给离子注入机提供新的改进的减速电极装置，它可更好地适用于宽带束和扫描束，更好地减小端部效应，产生更均匀的低能量离子束，更好地减小能量污染。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具有束流减速器的离子注入机系统，解决目前在离子注入系统中偏转减速装置端部效应明显、不能产生均匀低能量离子束和产生较大能量污染的问题。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计和制造一种具有束流减速器的离子注入机系统，包括离子束系统和靶室系统，该离子束系统包括产生离子束的离子源和用以选择、成型和传输离子束到达靶室的电磁装置，该靶室系统用来对目标工件进行扫描；还包括减速装置，其位于所述靶室系统的上游位置并减小离子束的能量，并移除有害的上游中性分子和原子；所述减速装置包括一系列电极对；所述电极对设置有侧电极。

本发明进一步的改进是：所述侧电极为单一电极；所述侧电极位于所述电极对对应的上下电极对的两个端部的中间附近。

本发明进一步的改进是：所述侧电极为多个电极，所述多个电极基本均匀分布于所述电极对对应的上下电极对的两个端部的间距间。

本发明进一步的改进是：所述离子束系统可以是圆形束离子束系统、宽带束离子束系统、或/和扫描束离子束系统。

本发明进一步的改进是：所述侧电极的每个电极的电位可由独立的电压电源提供，或者所述侧电极的电位由一个连接它对应的上下电极对的电压分压器提供，所述电压分压器由多个电阻串联组成并能提供侧电极的每个电极所需的不同的电位。

本发明进一步的改进是：所述侧电极的每个电极基本平均分配其对应的上下电极对之间的空间，所述侧电极的每个电极在其对应的上下电极对的端部附近，所述侧电极的每个电极的长度大约为其对应的上下两个电极的平均长度；所述侧电极的每个电极的电位基本平均分配其对应的上下电极对的电位差。

本发明进一步的改进是：所述减速装置为偏转减速装置，所述偏转减速装置偏转离子束10-50度并减小离子束的能量；所述电极对由一系列短电极对组成，每一对短电极采用一对侧电极以消除或减轻短电极对的端部效应；所述偏转减速装置还包括抑制电极和上游中性原子或分子收集器，所述抑制电极以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，所述上游中性原子或分子收集器则用于吸收上游的中性原子或分子。

本发明进一步的改进是：所述短电极对由上、下电极条组成；所述电极条在离子束的运动方向上比较短，在离子束的横向方向比较宽；所述上、下电极条分别连接到电压电源，其电压设置可以相同或不同；所述短电极对的宽度一般比其电极对的间距大以便容纳较宽的宽带束离子束和扫描束离子束，并以倾斜的方式排列。

本发明进一步的改进是：所述减速装置为位移减速装置，其由一系列短电极对、一系列长电极对、抑制电极和上游中性原子或分子收集器组成；所述电极对连接到的电源电压中的电压设置可以相同或者不同；所述抑制电极以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，所述上游中性原子或分子收集器则用于吸收上游的中性原子或分子；所述短电极对和长电极对中的任一对长或短电极对，均采用一对侧电极以消除或减轻电极对的端部效应；所述位移减速装置把离子束的轨道进行两次偏转，使离子束出射轨道与离子束入射轨道互相平行或具有一个角度；离子束出射轨道与离子束入射轨道的间距为5-50cm。

本发明进一步的改进是：所述长、短电极对分别由上、下电极条组成；所述短电极对上的电极条在离子束的运动方向上比较短，在离子束的横向方向比较宽，所述上、下电极条分别连接到电压电源，其电压设置可以相同或不同；所述长电极对上的电极条在离子束的运动方向上比较长，在离子束的横向方向比较宽，所述上、下电极条分别连接到电压电源，其电压设置一般不相同；所述长、短电极对的宽度一般比其电极对的间距大以便容纳较宽的宽带束离子束和扫描束离子束。

本发明进一步的改进是：所述减速装置为位移减速装置，其由一系列电极对、抑制电极和上游中性原子或分子收集器组成；所述电极对连接到的电源电压中的电压设置可以相同或者不同；所述抑制电极以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，所述上游中性原子或分子收集器则用于吸收上游的中性原子或分子；所述电极对由第一电极对、最后电极对和中间电极对组成，所述侧电极位于所述中间电极对的上下电极的两个端部的中间附近，所述最后电极对可位于地电位，所述中间电极对由长电极对和多对短电极对组成，多对短电极对以倾斜方式排列；所述位移减速装置对离子束进行了两次偏转，进入所述位移减速装置的离子束流和出射所述位移减速装置的离子束流平行；所述长电极对可形成偏转区并对通过其的离子束流进行第一次偏转；所述短电极对可形成偏转减速区并对通过其的离子表流进行第二次偏转和减速。

本发明的有益效果是：本发明通过采用多电极进行减速和偏转离子束，既能去掉离子束的能量污染，又能减小电极的端部效应，从而产生均匀的低能量离子束。

附图说明

图1转载自日本专利号4-284343，显示了用倾斜电极作为偏转减速装置；

图2转载自美国专利号6441382，显示了用倾斜电极作为弯道减速装置；

图3转载自美国专利号7326941，显示了一个弯道减速装置；

图4是采用偏转减速装置的离子注入机的框图；

图5是采用位移减速装置的离子注入机的框图；

图6是本发明的一个偏转减速装置的截面图；

图7是本发明的一个偏转减速装置的三维透视图；

图8是本发明的一个位移减速装置的截面图；

图9是本发明的一个位移减速装置的三维透视图；

图10是本发明的另一个位移减速装置的截面图；

图11显示了本发明的一短电极对和侧电极的每个电极的电压控制方法；

图12显示了本发明的一长电极对和侧电极的每个电极的电压控制方法；

图13显示了本发明的另一长电极对和侧电极的每个电极的电压控制方法；

图14显示了本发明的另一个侧电极的实施方式和提供电位的方法。

具体实施方式

先对现有技术进行一些说明：

图1转载自日本专利号4-284343，显示了用倾斜电极作为偏转减速器装置。倾斜的电极同时对离子束进行减速和偏转，因此，离子束被减速，偏转又使得从上游来的的中性原子或分子与离子束分离。这种类型的减速装置，一般称为偏转减速装置。

图2转载自美国专利号6441382，显示了用倾斜电极作为弯道减速器装置；该电极装置与上游质量分析磁铁相结合，多次改变了离子束的轨道方向。该电极装置同时对离子束进行减速和偏转，因此，离子束被减速，偏转又使得上游的中性原子或分子与离子束分离。这种类型的减速装置，一般称为弯道减速装置。

图3转载自美国专利号7326941，显示了一个弯道减速装置。该电极装置与上游质量分析磁铁相结合，多次改变了离子束的轨道方向。该电极装置同时对离子束进行减速和偏转，因此，离子束被减速，偏转又使得上游的中性原子或分子与离子束分离。这种类型的减速装置，一般称为弯道减速装置。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图4是采用偏转减速装置的离子注入机的框图。离子注入机一般包括一个离子束系统11和一个靶室系统18。离子束系统11可以是圆形束离子束系统、宽带束离子束系统、或扫描束离子束系统，离子束系统11通常包括产生离子束的离子源和电磁装置以选择、成型和传输离子束到达设计轨道12，如通过增加所述角度校正磁铁、四极磁铁来校正通过其的离子束的发散角，通过磁铁装置来改变离子束的运行方向或/和加宽离子束的运行轨迹，以产生需要的离子束系统，同时也可以根据实际需求使用多个上述电磁装置配合使用来产生相应的离子束系统。靶室18则包括一个目标工件17(例如晶圆)和目标工件扫描单元。

为了获得低能量高电流离子束，偏转减速装置15通常是设置在靶室18的前面，偏转减速装置15通常有两个功能：减低离子束的能量，并把上游的中性原子或分子与离子束分离。偏转减速装置15通常包括一定数量的电极，离子束沿轨道12进入偏转减速装置15，偏转减速装置改变离子束的轨道，离子束轨道12被偏转成轨道16。离子束将沿轨道16进入靶室18到达目标工件17。而上游的中性原子或分子13继续沿轨道12前行，并直接穿越偏转减速装置15，因而使上游的中性原子或分子13与离子束分开，从而极大的降低了注入目标工件的杂质，上游的中性原子或分子13则可以通过其它装置进行吸收。

偏转减速装置15的特点是，它把离子束的轨道偏转了一次，离子束进入轨道12和离子束出去轨道16有一个角度，这个角度约为10-50度。

图5是采用位移减速装置的离子注入机的框图，位移减速装置35通常是设置在靶室18的前面。

位移减速装置35通常包括一定数量的电极，位移减速装置35对离子束进行了两次偏转，在一实施例中，每一次的偏转角度是在10-50度之间。在位移减速装置35内，入射离子束轨道12首先被偏转成轨道34，然后离子束的轨道34再被偏转成轨道36，离子束将沿轨道36进入靶室18到达目标工件17。而上游的中性原子或分子13继续沿轨道12前行，并直接穿越偏转减速装置15，因而使上游的中性原子或分子13与离子束分开，从而极大的降低了注入目标工件的杂质，上游的中性原子或分子13则可以通过其它装置进行吸收。

位移减速装置35的特点是，它把离子束的轨道偏转了两次，离子束出射轨道36与离子束入射轨道12互相平行，只有一个位置偏离h，这个位置偏离约为5-50cm。这种减速装置可被称为位移减速装置。

位移减速装置与图2及图3的弯道减速装置有显著的不同。在弯道减速装置中，离子束有两条不同的路径到达目标工件，其中，减速离子束通过弯道到达目标工件，漂移离子束通过直道到达目标工件。而在位移减速装置中，不论是减速离子束，还是漂移离子束，它们都通过相同的位移路径到达目标工件。对于减速离子束，电极电位的设定是同时进行偏转和减速，对于漂移离子束，电极电位的设定是只进行偏转而不进行减速。

图6是本发明的一个偏转减速装置100的截面图，偏转减速装置采用一定数量的电极对进行离子束的偏转和减速。这些电极对通常包括上和下两个电极条，电极条通常在离子束的运动方向z方向上比较短，在离子束的横向方向x方向上比较宽，上和下电极条一般分别连接单独的电压电源。为了描述方便，这些短的电极对被称作短电极对。

第一对电极对110的电位由入射离子束的能量决定，最后一对电极对120通常是在地电位。在第一对电极对110和最后一对电极对120之间，装置还有另外的电极对。作为一个设计实施例，在图6的设计中采用了三个电极对：第二电极对102和103，第三电极对104和105，以及第四电极对106和107。第一对电极对110设置在相同的电位V10，最后一对电极对120设置在相同的电位V20，第二对电极对102和103分别设置在不同的电位V2和V3，第三对电极对104和105分别设置在不同的电位V4和V5，第四对电极对106和107分别设置在不同的电位V6和V7。

为了实现偏转的目的，每对短电极对一般不相互平行，电极对以倾斜的方式排列。电极电位V10和V20的设置通常取决于离子束的进入能量和离子束的最终能量。电极电位V2、V3、V4、V5、V6和V7的设置和调节使得装置能够引导进入的离子束151遵循一个弯曲的轨道(图6所示的曲线)通过装置成为出口离子束152。出口离子束的能量减少了(V10-V20)，上游的中性原子或分子将继续沿151的方向的直轨道153前行，因此，偏转减速装置完成了减速和偏转的双重功能。离子束的偏转角度可根据实际情况来进行调整，如在一种实施例中，该离子束的偏转角度可以在10-50度之间。

这个偏转减速装置100的设计实施实例采用了5对短电极对，在其他的偏转减速装置中，可以采用不同数量的短电极对来达到对离子束减速偏转的目的。

第二电极对102和103的另一个功能是抑制功能。电极102和103的相对负电位的抑制功能是众所周知的：以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速。

然而，每一对电极对在x方向上的宽度是有限的，这个有限的电极宽度会导致电场分布在电极的端部附近变形，这种变形被称为电场的端部效应，其结果会导致在电极端部附近的离子会受到额外的电场力。特别是对于在x方向很宽的宽带来和扫描束来说，宽带束和扫描束的边缘离子会受到电场端部效应的影响，因此，宽带束的边缘离子会受到与宽带束的中心离子不同的电场力，电场端部效应将破坏宽带束的电流密度均匀性和角度均匀性。本发明也可以通过采用一对侧电极以减轻有限的电极宽度造成的端部效应。

如图6所示，采用侧电极以减轻电极对的端部效应，侧电极提供给每个电极对，侧电极定位于上下电极的两个端部的中间附近。侧电极122提供给电极对102和103，侧电极122的电位是V22；侧电极124提供给电极对104和105，侧电极124的电位是V24；侧电极126提供给电极对106和107，侧电极126的电位是V26。

图7是图6的偏转减速装置100的三维透视图，侧电极的细节在图7中被解释的更清楚。图7显示了偏转减速装置的一半，两个虚线131和132界定了装置的对称面，整个偏转减速装置基本上对称于对称面131和132。可以看到，每个电极对的宽度(沿x方向)比它们的高度(沿y方向)大，这是为了能够容纳较宽的宽带束离子束和扫描束离子束。在这个设计实施例中，每个电极对的两端都有一个侧电极，每一端的侧电极包含一个电极，但由于对称面的关系，另一端的侧电极未显示。

对于每对短电极对的上下两个电极102和103，或104和105，或106和107，上下两个电极一般具有相同的宽度(在x方向)，侧电极定位于上下两个电极的端部的中间，以减轻边缘效应。侧电极的形状和准确定位，将取决于电场计算和详细的设计。作为一个经验法则，侧电极的y位置在上下两个电极的中间附近，侧电极的x位置在上下两个电极的端部附近，侧电极的z位置在上下两个电极的z位置的平均位置附近。因此，侧电极的电位可设置为上下两个电极电位的平均值附近。例如，侧电极124的电位可以设置为V24＝0.5*(V4+V5)。

图8是本发明的一个位移减速装置200实施例的截面图，它把离子束的轨道偏转了两次，离子束出去轨道与离子束进入轨道互相平行，只有一个位置偏离。它包括一系列的短电极对和一系列的长电极对。

位移减速装置200采用一定数量的电极对进行离子束的偏转和减速。第一对电极对210的电位由进入离子束的能量决定，最后一对电极对220通常是在地电位。在第一对和最后一对电极对之间，装置还有另外的电极对。作为一个设计实施实例，在图8的设计中采用了另外的三个电极对：第二电极对202和203，第三电极对204和205，以及第四电极对206和207。

电极通常与电压电源连接。第一对电极对210设置在相同的电位V10，最后一对电极对220设置在相同的电位V20，第二对电极对202和203分别设置在不同的电位V2和V3，第三对电极对204和205分别设置在不同的电位V4和V5，第四对电极对206和207分别设置在不同的电位V6和V7。此设计实例还包括抑制电极201和上游中性原子或分子收集器230，抑制电极201避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，上游中性原子或分子收集器230则用于吸收上游的中性原子或分子。

为了减少电压电源的数量，V4可以设置成等于V20，V6可以设置成等于V7。第一电极对210、最后一对电极对220、和第四电极对206和207，这些电极对通常包括两个电极条，电极条通常在离子束的运动方向z方向上比较短，在离子束的横向方向x方向上比较宽，为了描述方便，这些窄的电极对被称作短电极对。这些短电极对与图6中的短电极对类似。

第二电极对包括电极板202和203，电极板通常在离子束的运动方向z方向上比较长，在离子束的横向方向x方向上比较宽，它们通常具有不同的电位，因此它们的职能主要是偏转离子束，第二电极对202和203完成对离子束的第一次偏转。为了描述方便，这些长的电极对被称作长电极对。第三电极对包括电极板204和205，第四电极对也是一对长电极对，其职能主要是偏转离子束，第三电极对202和203完成对离子束的第二次偏转。每一次的偏转角度可以在10-50度之间。

电极电位V10和V20的设置通常取决于离子束的进入能量和离子束的最终能量。电极电位V2、V3、V4、V5、V6和V7的设置和调节使得装置能够引导入射的离子束251遵循一个弯曲的轨道(图8所示的曲线)通过装置成为出射离子束252。出射离子束的能量减少了(V10-V20)，上游的中性原子或分子将继续沿251的方向的直轨前行，因此，位移减速装置完成了减速和位移的双重功能。

入射离子束251进入位移减速装置，离子束首先经过了抑制电极201和电极202产生的的抑制区域，继抑制区域后，离子束进入长电极对202和203之间的第一个偏转区域，电极202和电极203的电位差(V2-V3)产生了一个偏转场，如图8所示，离子束受到向上的偏转。离子束偏转角度可以由电极202和电极203的电位的调节进行控制。经过第一次偏转的离子束通过短电极对206和207，经过短电极对206和207的减速后，离子束进入长电极对204和205之间的第二个偏转区域，电极204和电极205的电位差(V4-V5)产生了一个偏转场，如图8所示，离子束受到向下的偏转。最后一对电极220的电位V20通常设置在地电位，电极220完成对离子束的最后减速。出射离子束的轨道252与入射轨道平行，但有一个位置偏移，在一实施例中，该离子束的位置偏移约为5-50cm。

这个位移减速装置200的设计实施实例采用了2对长电极对、3对短电极对、一个抑制电极、和一个上游中性原子或分子收集器。在其它的位移减速装置的设计中，根据具体情况，可以采用或多或少的长电极对，或多或少的短电极对，或多或少的抑制电极，或多或少的上游中性原子或分子收集器。

由于每一对电极对在x方向上的宽度是有限的，这个有限的电极宽度会导致电场分布在电极的端部附近变形，这种变形被称为电场的端部效应，其结果将会导致在电极端部附近的离子会受到额外的电场力。特别是对于在x方向很宽的宽带束和扫描束来说，宽带束和扫描束的边缘离子会受到电场端部效应的影响，因此，宽带束的边缘离子会受到与宽带束的中心离子不同的电场力，电场端部效应将破坏宽带束的电流密度均匀性和角度均匀性。本发明的另一个特点是采用一对侧电极以减轻有限的电极宽度造成的端部效应。

如图8所示，采用侧电极以减轻电极对的端部效应，侧电极提供给每个电极对，侧电极定位于上下电极的两个端部的中间附近。侧电极222提供给电极对202和203，侧电极222的电位是V22；侧电极224提供给电极对204和205，侧电极224的电位是V24；侧电极226提供给电极对206和207，侧电极226的电位是V26。

图9是图8的位移减速装置200的三维透视图，侧电极的细节在图9中被解释的更清楚。图9显示了位移减速装置的一半，两个虚线231和232界定了装置的对称面，整个位移减速装置基本上对称于对称面131和132。可以看到，每个电极对的宽度(沿x方向)比它们的高度(沿y方向)大，这是为了能够容纳较宽的宽带束离子束和扫描束离子束。在这个设计实施实例中，每个电极对的两端都有一个侧电极，每一端的侧电极包含一个电极，但由于对称面的关系，另一端的侧电极未显示。

对于每对短电极对的上下两个电极如206和207，上下两个电极一般具有相同的宽度(本实施例中为在x方向)，其对应的侧电极定位于上下两个电极的端部的中间，以减轻边缘效应。侧电极的形状和准确定位将取决于电场计算和详细的设计。作为一个优选实施例，侧电极的y位置在上下两个电极中间附近，侧电极的x位置在上下两个电极的端部附近，侧电极的z位置是在上下两个电极的z位置的平均位置附近。因此，侧电极的电位可设置为其对应的上下两个电极电位的平均值附近。例如，侧电极226的电位可以设置为V26＝0.5*(V6+V7)。

对于每对长电极对的上下两个电极202和203、204和205，上下两个电极一般具有相同的宽度(本实施例中为在x方向)，其对应的侧电极222和224定位于上下两个电极的端部的中间，以减小边缘效应。侧电极的形状和准确定位将取决于电场计算和详细的设计。以电极对202和203为例，作为一个优选实施例，侧电极222的y位置在上下两个电极202和203的中间附近，侧电极的x位置在上下两个电极的端部附近，侧电极在z方向的长度是上下两个电极在z方向的平均长度的附近。因此，侧电极的电位可设置为上下两个电极电位的平均值附近。例如，侧电极222的电位可以设置为V22＝0.5*(V2+V3)。

图7和图9中没有显示每个电极对和侧电极的支撑方法，一般情况下，采用绝缘体来对它们进行支撑。

图10是本发明的另一个位移减速装置实施例的截面图，它把离子束的轨道偏转了两次，离子束出去轨道与离子束进入轨道互相平行，只有一个位置偏离。它包括一系列的短电极对和一系列的长电极对。

位移减速装置采用一定数量的电极对进行离子束的偏转和减速。第一对电极对410的电位由进入离子束的能量决定，最后一对电极对420通常是在地电位。在第一对和最后一对电极对之间，装置还有另外的电极对。作为一个设计实施实例，在图10的设计中采用了另外的电极对：第二电极对431和432，第三电极对433和434，第四电极对435和436，第五电极对437和438，第六电极对439和440。

第二电极对431和432是一对长电极对。第三电极对433和434、第四电极对435和436、第五电极对437和438、第六电极对439和440和最后一对电极对420都是短电极对，它们组成一个类似于图6的偏转减速区域。

电极通常与电压电源连接。第一对电极对410设置在相同的电位V10，最后一对电极对420设置在相同的电位V20，第二对电极对431和432分别设置在不同的电位V31和V32，第三对电极对433和434分别设置在不同的电位V33和V34，第四对电极对435和436分别设置在不同的电位V35和V36，第五对电极对437和438分别设置在不同的电位V37和V38，第六对电极对439和440分别设置在不同的电位V39和V40。此设计实例还包括抑制电极411，抑制电极411的电位设置成V11，以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速。

第二电极对包括电极板431和432，电极板通常在离子束的运动方向z方向上比较长，在离子束的横向方向x方向上比较宽，它们通常具有不同的电位，因此它们的职能主要是偏转离子束，第二电极对431和432完成对离子束的第一次偏转。第三、四、五、六电极对和最后电极对完成对离子束的第二次偏转。每一次的偏转角度可以在10-50度之间。

电极电位V10和V20的设置通常取决于离子束的进入能量和离子束的最终能量。电极电位V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37、V38、V39和V40的设置和调节使得装置能够引导入射的离子束451遵循一个弯曲的轨道(图10所示的曲线)通过装置成为出射离子束452，并且使得出射离子束的能量减少了(V10-V20)，上游的中性原子或分子将继续沿251的方向的直轨前行，因此，位移减速装置完成了减速和位移的双重功能。

入射离子束251进入位移减速装置400，离子束首先经过了抑制电极411和电极431产生的的抑制区域，继抑制区域后，离子束进入长电极对431和432之间的第一个偏转区域，电极431和电极432的电位差(V31-V32)产生了一个偏转场，如图10所示，离子束受到向上的偏转。离子束偏转角度可以由电极电位V31和V32的调节进行控制。经过第一次偏转的离子束通过由第三电极对433和434、第四电极对435和436、第五电极对437和438、第六电极对439和440和最后一对电极对420产生的偏转减速区域，如图10所示，离子束受到向下的偏转。出射离子束的轨道452与入射轨道451平行，但有一个位置偏移，在一实施例中，该离子束的位置偏移约为5-50cm。

这个位移减速装置400的设计实施实例采用了1对长电极对、6对短电极对、一个抑制电极、和一个上游中性原子或分子收集器(未显示)。在其它的位移减速装置的设计中，根据具体情况，可以采用或多或少的长电极对，或多或少的短电极对，或多或少的抑制电极，或多或少的上游中性原子或分子收集器。

如图10所示，采用侧电极以减轻电极对的端部效应，侧电极提供给每个电极对，侧电极定位于上下电极的两个端部的中间附近。侧电极461提供给电极对431和432，侧电极461的电位是V31；侧电极463提供给电极对433和434，侧电极463的电位是V63；侧电极465提供给电极对435和436，侧电极465的电位是V65；侧电极467提供给电极对437和438，侧电极467的电位是V67；侧电极469提供给电极对439和440，侧电极469的电位是V69。

下面，介绍提供每个电极的电位的方法。图11举例说明了本发明的一个短电极对和侧电极的每个电极的电压控制方法，上电极102连接电源电压V2，下电极103连接到电源电压V3。侧电极122和122a在电极102和103的两个端部的中间附近，侧电极的电位可以由一个连接于上下电极之间的分压器301提供。分压器301由两个电阻R1和R2串联组成，侧电极连接到R1和R2之间的连接点，这样，侧电极的电位是，V22＝V3+(V2-V3)*R2/(R1+R2)，在R1＝R2时，V22＝0.5*(V2+V3)，侧电极的电位即是上下电极电位的平均值，同时，可以根据实际情况来调整该电极的电位值。

图12显示了本发明的一个长电极对和侧电极的每个电极的电压控制方法，上电极202连接电源电压V2，下电极203连接到电源电压V3。侧电极222和222a在电极202和203的两个端部的中间附近，侧电极的电位可以由一个连接于上下电极之间的分压器302提供。分压器302由两个电阻R1和R2串联组成，侧电极连接到R1和R2之间的连接点，这样，侧电极的电位是，V22＝V22＝V3+(V2-V3)*R2/(R1+R2)，在R1＝R2时，V22＝0.5*(V2+V3)，侧电极的电位即是上下电极电位的平均值，同时，可以根据实际情况来调整该电极的电位值。

图13显示了本发明的另一个电极对和侧电极的每个电极的电压控制方法，上电极202连接电源电压V2，下电极203连接到电源电压V3。侧电极的电位可以连接到电压电源V22，在一个优选实施例中，侧电极222和222a在电极202和203的两个端部的中间附近，侧电极的电位V22设置在上下电极电位的平均值V22＝0.5*(V2+V3)。

图14显示了本发明的另一个侧电极的实施方式和提供电位的方法。在这个实施方式中，每端的侧电极包括两个电极，左边的侧电极是222和222b，右边的侧电极是222a和222c。为减小边缘效应，侧电极的形状和准确定位将取决于电场计算和详细的设计。不过，作为一个优选实施例，以侧电极222和222a为例，侧电极222和222b的y位置平均分配上下两个电极202和203之间的空间，侧电极的x位置在上下两个电极的端部附近，侧电极在z方向的长度是上下两个电极在z方向的平均长度的附近。因此，侧电极的电位可以由一个分压器303设定，分压器303由R1、R2和R3串联组成，如图14所示，侧电极222和222b连接到分压器303的不同点，侧电极的电位由分压器的电阻决定。在R1＝R2＝R3时，侧电极222的电位是V3+2/3*(V2-V3)，侧电极222b的电位是V3+1/3*(V2-V3)。

同时，每端的侧电极也可包括两个以上的电极，一个由多个电阻串联组成的分压器可用于提供多个电极所需的不同的电位。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有束流减速器的离子注入机系统，包括离子束系统和靶室系统，该离子束系统包括产生离子束的离子源和用以选择、成型和传输离子束到达靶室的电磁装置，该靶室系统用来对目标工件进行扫描；其特征在于：还包括减速装置，其位于所述靶室系统的上游位置并减小离子束的能量，并移除有害的上游中性分子和原子；所述减速装置包括一系列电极对；所述电极对设置有侧电极。

2.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述侧电极为单一电极；所述侧电极位于所述电极对对应的上下电极的两个端部的中间附近。

3.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述侧电极为多个电极，所述多个电极基本均匀分布于所述电极对对应的上下电极对的两个端部的间距间。

4.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述离子束系统可以是圆形束离子束系统、宽带束离子束系统、或/和扫描束离子束系统。

5.根据权利要求1或2或3任一所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述侧电极的每个电极的电位可由独立的电压电源提供，或者所述侧电极的电位由一个连接它对应的上下电极对的电压分压器提供，所述电压分压器由多个电阻串联组成并能提供侧电极的每个电极所需的不同的电位。

6.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述侧电极的每个电极基本平均分配其对应的上下电极对之间的空间，所述侧电极的每个电极在其对应的上下电极对的端部附近，所述侧电极的每个电极的长度大约为其对应的上下两个电极的平均长度；所述侧电极的每个电极的电位基本平均分配其对应的上下电极对的电位差。

7.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述减速装置为偏转减速装置，所述偏转减速装置偏转离子束10-50度并减小离子束的能量；所述电极对由一系列短电极对组成，每一对短电极采用一对侧电极以消除或减轻短电极对的端部效应；所述偏转减速装置还包括抑制电极和上游中性原子或分子收集器，所述抑制电极以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，所述上游中性原子或分子收集器则用于吸收上游的中性原子或分子。

8.根据权利要求7所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述短电极对由上、下电极条组成；所述电极条在离子束的运动方向上比较短，在离子束的横向方向比较宽；所述上、下电极条分别连接到电压电源，其电压设置可以相同或不同；所述短电极对的宽度一般比其电极对的间距大以便容纳较宽的宽带束离子束和扫描束离子束，并以倾斜的方式排列。

9.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述减速装置为位移减速装置，其由一系列短电极对、一系列长电极对、抑制电极和上游中性原子或分子收集器组成；所述电极对连接到的电源电压中的电压设置可以相同或者不同；所述抑制电极以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，所述上游中性原子或分子收集器则用于吸收上游的中性原子或分子；所述短电极对和长电极对中的任一对长或短电极对，均采用一对侧电极以消除或减轻电极对的端部效应；所述位移减速装置把离子束的轨道进行两次偏转，使离子束出射轨道与离子束入射轨道互相平行或具有一个角度；所述离子束出射轨道与离子束入射轨道的间距为5-50cm。

10.根据权利要求9所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述长、短电极对分别由上、下电极条组成；所述短电极对上的电极条在离子束的运动方向上比较短，在离子束的横向方向比较宽，所述上、下电极条分别连接到电压电源，其电压设置可以相同或不同；所述长电极对上的电极条在离子束的运动方向上比较长，在离子束的横向方向比较宽，所述上、下电极条分别连接到电压电源，其电压设置一般不相同；所述长、短电极对的宽度一般比其电极对的间距大以便容纳较宽的宽带束离子束和扫描束离子束。

11.根据权利要求1所述具有束流减速器的离子注入机系统，其特征在于：所述减速装置为位移减速装置，其由一系列电极对、抑制电极和上游中性原子或分子收集器组成；所述电极对连接到的电源电压中的电压设置可以相同或者不同；所述抑制电极以避免在上游离子束中的电子被离子减速区域的电场加速，所述上游中性原子或分子收集器则用于吸收上游的中性原子或分子；所述电极对由第一电极对、最后电极对和中间电极对组成，所述侧电极位于所述中间电极对的上下电极的两个端部的中间附近，所述最后电极对可位于地电位，所述中间电极对由长电极对和多对短电极对组成，多对短电极对以倾斜方式排列；所述位移减速装置对离子束进行了两次偏转，进入所述位移减速装置的离子束流和出射所述位移减速装置的离子束流平行；所述长电极对可形成偏转区并对通过其的离子束流进行第一次偏转；所述短电极对可形成偏转减速区并对通过其的离子束流进行第二次偏转和减速。

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