CN102334180B - 独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的技术 - Google Patents

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Abstract

一种独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的技术。在一特定的例示性实施例中，所述技术可实现为一独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的装置。此装置可包括一电极结构，此电极结构包括位于离子束上方的一组上电极与位于离子束下方的一组下电极。此组上电极与此组下电极是以对称于离子束的中央射线轨迹而定位。此组上电极与此组下电极之间的电位差亦可随着离子束的中央射线轨迹而改变，藉以反映中央射线轨迹上每一点的离子束能量，以独立地控制离子束偏移、减速与聚焦。

Description

独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的技术
技术领域
本发明涉及一种离子注入技术，尤其涉及一种独立控制离子束的偏移、减速和/或聚焦的技术。
背景技术
离子注入机(ion implanter)广泛用于半导体制造中以选择性地改变材料的导电性。在一典型的离子注入机中，从一离子源产生的离子被导向通过一系列束线元件，所述的束线组件包含一或多个分析磁铁(analyzing magnet)以及多个电极。分析磁铁选择所要的离子种类，滤出污染种类(contaminant species)以及不具有所需能量的离子，且调整目标晶圆处的离子束品质。适当成形的电极可修改离子束的能量以及形状。
图1显示现有离子注入机100，其包括离子源102、提取电极104、90°磁铁分析器(magnet analyzer)106、第一减速(D1)级(first deceleration(D1)stage)108、70°磁铁分析器110以及第二减速(D2)级112。D1以及D2减速级(亦称为“减速透镜(deceleration lens)”)分别由具有允许离子束通过的界定孔的多个电极所组成。藉由向多个电极施加不同组合的电压电位，D1以及D2减速透镜可操纵离子能量且使离子束以所要能量撞击目标工件。
以上提及的D1或D2减速透镜可为静电三极管(或四极管)减速透镜。图2显示现有静电三极管减速透镜200的透视图。静电三极管减速透镜200包含三组电极：入口电极(entrance electrode)202(亦称为“端电极”)、抑制电极(suppression electrode)204(或“聚焦电极”)以及出口电极(exit electrode)206(亦称为“接地电极”，尽管其未必连接至接地)。现有静电四极管减速透镜类似于静电三极管减速透镜200，除了四极管透镜具有在抑制电极204与出口电极206之间的另一组抑制电极(或聚焦电极)。
在静电三极管减速透镜200中，每一组电极可具有允许离子束20穿过(例如，沿束线方向的+z方向)的空间/间隙。如图2中所示，每一组电极可包括电耦接至彼此以共用相同电压电位的两个导电片。或者，每一组电极可为具有用于使离子束20穿过的孔径的单片结构。如此一来，每一组电极有效地为具有单一电压电位的单电极。为简便起见，以单数指示每一组电极。亦即，将这些入口电极202称为一“入口电极202”，将这些抑制电极204称为一“抑制电极204”，且将这些出口电极206称为一“出口电极206”。
在操作中，独立地对入口电极202、抑制电极204以及出口电极206施加偏压，藉此能以下述方式来操纵离子束20的能量和/或形状。离子束20可经由入口电极202进入静电三极管减速透镜200且可具有初始能量，例如10-20keV。可在入口电极202与抑制电极204之间加速离子束20中的离子。一旦到达抑制电极204，离子束20可具有例如大约30keV或更高的能量。在抑制电极204与出口电极206之间，可将离子束20中的离子减速至通常接近用于目标晶圆的离子注入的离子的能量。因此，当离子束20离开静电三极管减速透镜200时，其可具有例如大约3-5keV或更低的能量。
在静电三极管减速透镜200中发生的离子能量的显著变化可对离子束20的形状有实质性影响。例如，减速透镜200可提供共同局部偏移(co-local deflection)以过滤高能量的中性离子，其会面临控制偏移角度与束线聚焦的挑战。用以控制离子束聚焦的电压可能会根据离子束20具有不同电流与高度而改变，但控制离子束20偏移所需要的电压是由离子束的能量(例如输入与输出)来决定。若离子束20的位置持续改变，由于无法迅速地调整离子束20的大小(聚焦)，因而要以此方式调整离子束20是困难的。现有的系统与方法并无法提供解决方法，使局部共存的偏移透镜与减速透镜无法独立地控制离子束的偏移和/或聚焦。
鉴于前述内容，可理解现有的离子注入技术存在着相关的显著问题以及缺陷。
发明内容
本发明揭示一种独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的技术。在一特定的例示性实施例中，所述技术可藉由一独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的装置而实现。此装置包括一电极结构，电极结构包括配置于一离子束上方的一组上电极与配置于离子束下方的一组下电极。此组上电极与此组下电极均具有固定位置且不可移动。此组上电极与此组下电极之间的电位差亦可随着离子束的中央射线轨迹而改变，藉以反映沿着中央射线轨迹上每一点的离子束能量，以独立地控制离子束偏移、减速和/或聚焦。
在此特定的例示性实施例的其他方面，此组上电极与此组下电极是以对称于离子束的中央射线轨迹而定位。
在此特定的例示性实施例的其他方面，沿着上述的中央射线轨迹，此组上电极与此组下电极之间的电位差除以离子束之间的一间隙可得到一数值，此数值为(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)，且此数值与该离子束的能量之间具有一固定比例，此固定比例为系数*Ebeam(z)。
在此特定的例示性实施例的其他方面，用以偏移离子束的电位是以反对称电位施加在离子束上方与下方的每对上电极与下电极。
在此特定的例示性实施例的其他方面，施加在每对上电极与下电极以偏移离子束的电位，是以两倍电位并仅施加于离子束的一侧。
在此特定的例示性实施例的其他方面，电极结构为一阶梯式电极结构，以使此组上电极与此组下电极之间的间隙沿着离子束中央射线轨迹皆相同。
在此特定的例示性实施例的其他方面，电极结构为一喇叭型电极结构，以使此组上电极与此组下电极之间的间隙沿着离子束的中央射线轨迹增加。
在此特定的例示性实施例的其他方面，电极结构为一平行电极结构，以使此组上电极的各个电极彼此平行，且此组下电极的各个电极彼此平行。
在此特定的例示性实施例的其他方面，此组上电极与此组下电极为电极板与杆状电极的至少其中之一。
在此特定的例示性实施例的其他方面，此组上电极与此组下电极是由非杂质材料与具有较低热膨胀系数的材料的至少其中之一所制成。
在此特定的例示性实施例的其他方面，此组上电极与此组下电极的电极是弧形的，以聚焦水平离子束。
在此特定的例示性实施例的其他方面，电极结构还包括一或多个侧边元件，以聚焦水平束线。
在此特定的例示性实施例的其他方面，侧边元件装设于此组上电极与此组下电极的至少一电极，且一或多个绝缘块支撑此组上电极与此组下电极。
在此特定的例示性实施例的其他方面，侧边元件维持与此组上电极及此组下电极不同的电位，以提供额外的水平束线聚焦。
在另一特定的例示性实施例中，所述技术可藉由一独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的方法而实现。此方法包括，首先提供一电极结构，电极结构包括配置于离子束上方的一组上电极与配置于离子束下方的一组下电极，此组上电极与此组下电极具有固定位置且不可移动；此方法亦可包括沿着该离子束的一中央射线轨迹改变该组上电极与该组下电极的电位差，以反映沿着该中央射线轨迹上每一点的离子束能量，以独立地控制该离子束的偏移、减速与聚焦。
现将参看如展示于附图中的本发明的例示性实施例来较为详细地描述本发明。虽然以下参看例示性实施例来描述本发明，但应理解本发明不限于此。能够理解本文的教示的所属领域的普通技术人员将认识到额外实施、修改以及实施例以及其他使用领域，其处于如本文中所描述的本发明的范围内且本发明可具有关于其的显著效用。
附图说明
为了便利对本揭示案的更完整理解，现请参看附图，其中相同数字指示相同组件。惟不应将此等附图理解为限制本揭示案，但期望其仅为例示性的。
图1为一种现有离子注入机。
图2为一种现有静电三极管透镜。
图3为本发明的一实施例的一种阶梯式透镜结构的侧视图。
图4A至图4D为在本发明的一实施例的阶梯式透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图。
图5为本发明的一实施例的一种喇叭型透镜结构的侧视图。
图6A至图6C为在本发明的一实施例的喇叭型透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图。
图7为本发明的一实施例的一种平行透镜结构的侧视图。
图8为在本发明的一实施例的平行透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图。
图9为本发明的一实施例的使用杆状电极的透镜结构的侧视图。
图10为在本发明的一实施例的使用杆状电极的透镜结构中偏移、减速和/或聚焦，相较于在平行透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图。
图11A为本发明的一实施例的使用杆状电极的透镜结构的俯视图。
图11B为本发明的一实施例的使用挠式杆状电极的透镜结构的俯视图。
图11C为本发明的一实施例的使用杆状电极、弧形端板与场终端电极的透镜结构的俯视图。
图12A为本发明的一实施例的使用杆状电极与场终端电极的透镜结构的俯视图。
图12B为本发明的一实施例的使用杆状电极、场终端电极与侧聚焦电极的透镜结构的侧视图。
图13为本发明的一实施例的于导电场终端使用组装衬套的透镜结构的侧视图。
具体实施方式
本发明的实施例说明静电透镜结构的一种改良型式，其具有一或多个可变控制的抑制/聚焦电极。这些电极可包括各种外型、曲率、位置、材料和/或结构，其能相对于彼此而独立地或分开地控制或偏压，从而能更灵活且有效率地操控离子束的外型及能量。
图3为本发明的一实施例的一种阶梯式透镜结构的侧视图。阶梯式透镜结构300包括多组电极。举例来说，阶梯式透镜结构300可包括一组入口电极302、一组或多组抑制/聚焦电极304以及一组出口电极306。每组电极可具有空间/间隙(space/gap)，以使离子束30(例如是带状离子束)通过。在一些实施例中，可在一壳体308内提供这些电极(例如入口电极302、抑制/聚焦电极304及出口电极306)。一泵浦310可直接或间接地连接于壳体(housing)308。在一实施例中，泵浦310可以是一真空泵浦，以提供一高真空环境或是其他受控环境。在其他实施例中，壳体308可包括一个或多个衬套(bushings)312。这些衬套312可用使壳体308与其他构件绝缘。在此亦可提供其他多种实施例。
如图3所示，各组入口电极302与出口电极306可包括彼此电性耦接的两个导电片，或可为具有一孔径以使离子束30穿过的单片结构。在一些实施例中，抑制/聚焦电极304的上半部与下半部可具有不同的电位(例如分开的导电片具有不同的电位)，以偏移所通过的离子束30。为简便起见，以单数表示每一组电极。换言之，这些入口电极302可称为一“入口电极302”，这些抑制电极304可称为一“抑制电极304”，且这些出口电极306称为一“出口电极306”。虽然阶梯式透镜结构300是被描述为七元件透镜结构(例如其具有五组抑制/聚焦电极304)，但应了解其可运用任何数量的元件(或电极)。例如在一些实施例中，阶梯式透镜结构300可运用三至十个电极组。在此亦可提供其他多种实施例。
在一些实施例中，通过电极的离子束30可包括硼或其他元素。藉由使用多个薄电极(例如抑制/聚焦电极304)来控制沿着离子束路径或射束线30的电位的“级数”，可使离子束30达到静电聚焦。在阶梯式透镜结构300中，亦可在避免过焦(over-focusing)的状态下提供高减速比(high deceleration ratios)。因此，使用在一能量范围内的输入离子束30可形成较高品质束线，即使是非常低能量的输出束线也是如此。在一实施例中，当离子束30通过透镜结构300的电极时，离子束30可从6keV减速至0.2keV，且被阶梯式透镜结构300的电极偏移15°。在此实施例中，能量比可为30/1。在此亦可提供其他多种实施例。
在此应了解，分开且独立地控制减速、偏移和/或聚焦可由下述方式达成：(1)相对于离子束30的中央射线轨迹而保持电极的对称性(例如入口电极302、抑制/聚焦电极304与出口电极306)；以及(2)沿着离子束30的中央射线轨迹改变偏移电压，以反映在偏移角35下，中央射线轨迹上的每一点的束线能量。在此应了解，藉由电极相对于离子束30的中央射线轨迹的对称性，最接近离子束30的上电极与下电极的末端，其与离子束30的中央射线轨迹可维持相等(或接近相等)的垂直距离。
举例来说，位于离子束30上方与下方的电极，其电压差(例如Vdefl(z))可以经由设定而使电场的偏移部分(deflection component)(例如(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z))与此点的束线能量(其可沿着电极或透镜改变)之间具有一固定比例/系数(例如系数*Ebeam(z))。如下述方程式1所示：
Vdefl(z)/gap(z)＝系数*Ebeam(z)
在一些实施例中，此偏移电压可以反向对称地施加(例如+/-Vdefl(z))。在其他实施例中，偏移电压例如是以两倍偏移电压来施加且仅施加在离子束30的一侧。在此应了解，由于上、下电极之间的电压关系可以固定成一特定几何关系，因此便可将此关系实施于电路网络或其他类似网络。因此，即使未能完全消除在硬件中对于两倍数量的电源和/或维持此关系的需求，亦可因此而减少此需求。在此亦可提供其他多种实施例。
图4A至图4D为在本发明的一实施例的阶梯式透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图400A至400D。在这些说明图400A至400D中，在产生各种聚焦条件的每一个电极下，离子束30具有不同的发射率与电压/偏压。在此应了解，每个例示性说明图可使用0.16的偏移系数(如上述方程式1)且可产生同样或类似的偏移(例如偏移15°)。
举例而言，图4A为在阶梯式透镜结构中，使用零发射率离子束造成的偏移、减速和/或聚焦的说明图400A。图4B为在阶梯式透镜结构中，使用非零发射率离子束造成的偏移、减速和/或聚焦的说明图400B。图4C为在阶梯式透镜结构中，使用收敛且非零发射率离子束造成的偏移、减速和/或聚焦的说明图400C。图4D为在阶梯式透镜结构中，使用不同聚焦电压造成的偏移、减速和/或聚焦的说明图400D。在大部分的情形中，方程式1的系数可维持为0.16。在此亦可提供其他多种实施例。
图5为本发明的一实施例的一种喇叭型(flared)透镜结构500的侧视图。与图3的阶梯式透镜结构300相似，喇叭型透镜结构500亦可包括多组电极，例如一组入口电极502、一组或多组抑制/聚焦电极504以及一组出口电极506。每组电极可具有一开口，以使一离子束50以偏移角55通过。虽然喇叭型透镜结构500是显示成七元件透镜结构，然与图3相似，在此应了解其可运用任何数量的元件(或电极)。例如在一些实施例中，喇叭型透镜结构500可运用三至十个电极组。在此亦可提供其他多种实施例。
然而，图5的喇叭型透镜结构500与图3不同处在于其可被定位成一“喇叭型”的结构。例如，离子束50位在出口电极506处的开口可大于离子束50位于入口电极502处的开口。因此，在每一组抑制/聚焦电极504处的开口会逐渐增加或呈喇叭型开口。在此应了解的是，此结构中的电极呈喇叭型(例如用以避免束线撞击在电极上)，其仍在离子束50的中心射线轨迹上维持对称性。在此亦可提供其他多种实施例。
图6A为在本发明的一实施例的喇叭型透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图600A。在此实施例中，电极呈喇叭型分布以避免束线撞击在电极上，其维持在离子束50的中央射线轨迹处的对称性。
图6B与图6C分别为在本发明的一实施例的喇叭型透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图600B、600C。应了解的是，虽然偏移角是由方程式1中的偏移系数所定义，但可更进一步地以较小的调整或“微调”来控制最终偏移角55。举例来说，微调可藉由在最终电极(lastelectrode)(例如最终抑制/聚焦电极504)处增加些许偏移电位(电压)而达成，其比例可调整至一最终能量。请参考图6B，喇叭型透镜结构的偏移、减速和/或聚焦的说明图600B显示了-0.2的微调的效果。请参考图6C，喇叭型透镜结构的偏移、减速和/或聚焦的图600C显示了+0.2的微调的效果。在此亦可提供其他多种实施例。
图7为本发明的一实施例的一种平行透镜结构700的侧视图。与图5的喇叭型透镜结构500相似，平行透镜结构700可包括多组电极，例如一组入口电极702、一组或多组抑制/聚焦电极704及一组出口电极706。每一组电极可具有一空间/间隙而使离子沿着离子束70的中央射线轨迹以偏移角75通过。虽然平行透镜结构700被显示成七元件透镜结构，与图5相似，应了解其可运用任何数量的元件(或电极)。例如在一些实施例中，平行透镜结构700可运用三至十组电极。在此亦可提供其他多种实施例。
在此亦应了解的是，平行透镜结构700的电极可与图5的喇叭型透镜结构500类似而呈喇叭型。举例来说，离子束70在出口电极706处的开口可大于离子束70在入口电极702处的开口。因此，位于每一组抑制/聚焦电极704的开口可逐渐地增加或呈喇叭型展开。电极亦相对于离子束70的中央射线轨迹而维持对称，以避免离子束70产生像差。在此应了解的是，虽然平行透镜结构700的电极是以喇叭型结构为例，然亦可提供其他多种不同型式的实施例(例如阶梯式结构等)。
然而，与图5不同的是，图7的平行透镜结构700的电极是彼此平行的。例如，相对于图5的喇叭型透镜结构500是使电极边缘相对于中央射线轨迹具有一夹角来维持对称性，图7的平行透镜结构700的电极是彼此平行使得电极的边缘保持位于相似的位置。
图7的平行透镜结构具有诸多相关的优点。例如，相较于需要较高精确度与准确度的喇叭型或阶梯式的电极，平行透镜结构700中的电极比较容易定位。因此，只要平行透镜结构700的电极边缘保持相似于图5的喇叭型透镜结构500的电极边缘方式定位，便可将离子束70因结构上的变更所造成的影响降至最低。在此亦可提供其他多种的实施例。
图8为在本发明的一实施例的平行透镜结构中偏移、减速和/或聚焦的说明图800。在此，电极板彼此平行及呈喇叭型，以提供独立地控制偏移、减速和/或聚焦。
图9为本发明的一实施例的透镜结构900的侧视图，其中透镜结构900使用杆状电极。与图5的喇叭型透镜结构500相似，使用杆状电极的透镜结构900可包括多组电极，例如一组入口电极902、一组或多组抑制/聚焦电极904及一组出口电极906。每组电极可具有一空间/间隙，以使离子沿着离子束90的中央射线轨迹以一偏移角95通过。虽然使用杆状电极的透镜结构900是以七元件透镜结构为例，与图5相似，在此应了解任何数量的元件(或电极)亦可被运用。例如在一些实施例中，使用杆状电极的透镜结构900可运用三至十组电极。在此亦可提供其他多种实施例。
在此亦应了解的是，使用杆状电极的透镜结构900可与图5的喇叭型透镜结构500同样具有相似的喇叭型结构。举例来说，离子束90位于出口电极906处的开口大于离子束90位于入口电极902处的开口。因此，在每组抑制/聚焦电极904处的开口逐渐地增加或呈喇叭型展开。电极亦可相对于离子束90的中央射线轨迹而维持对称性。在此应了解的是，虽然使用杆状电极的透镜结构900是以喇叭型结构予以描述，然亦可提供其他多种不同型式的实施例(例如阶梯式结构等)。
然而，与图5不同的是，图9的透镜结构900的抑制/聚焦电极904可使用杆状电极来代替电极板。只要杆状电极的位置保持在与图5的喇叭型透镜结构500的电极边缘相似的位置，便可将对离子束90的影响减至最小。例如，图10为根据本发明的一实施例所示的使用杆状电极的透镜结构与平行透镜结构的偏移、减速和/或聚焦的比较说明图1000。在此，根据本发明的一实施例，杆状电极杆可有效地提供独立的控制偏移、减速和/或聚焦。
杆状电极可由非杂质材料(non-contaminating)制造而成，例如石墨、玻璃石墨(glassy carbon)或其他非杂质材料。在此应了解的是，电极亦可由具有低热膨胀系数的材料制成。在此亦可提供其他多种实施例。
使用杆状电极具有诸多优点。例如，杆状电极(或电极杆)的表面区域实质上小于电极板的表面区域。因此，杆状电极有助于降低放电、故障和/或带电粒子的自发产生的可能性。再者，使用杆状电极可允许更开放的几何结构，如此一来，其允许更大的抽气效果(例如藉由真空泵浦310)。因此，可因降低压力而减少电荷交换与剩余能量污染。
图11A为本发明的一实施例的使用杆状电极的透镜结构1100A的俯视图。在此实施例中，杆状电极1104可藉由孔洞(未示出)安装在一个或多个绝缘块1114上，或是具有绝缘衬套的导电板上。使用绝缘块1114或衬套皆可使杆状电极1104的位置独立于变动的温度中。
图11B为本发明的一实施例的使用挠式杆状电极的透镜结构1100B的俯视图。藉由在一个或多个绝缘块1114或衬套上设置孔洞，杆状电极1104可呈弯曲状、弧形和/或拱形。弯曲的杆状电极1104具有一优点，即其可对离子束提供较大的水平聚焦。
水平聚焦亦可藉由其他方式达成。例如，图11C为本发明的一实施例的使用杆状电极、弧形端板(end plate)与场终端电极(field terminationeledtrodes)的透镜结构1100C的俯视图。在此，弧形端板(例如弧形出口电极1106)可对离子束提供较大的水平聚焦。
在此应了解的是，若电极1104不够宽或绝缘块1114由离子束中获得电子，则绝缘块1114或衬套可能会干扰离子束附近的静电场。因此，最好能对透镜结构提供够宽的电极1104以减少绝缘块1114或衬套的干扰效应。为了更进一步减少绝缘块1114或衬套的影响，在此可利用一或多个场终端电极1116。在一些实施例中，这些场终端电极1116可设置在绝缘块1114或衬套上，且位于抑制/聚焦电极1104的中间电位(intermediate potentials)区域，以减轻对离子束造成任何额外的影响。
图12A为本发明的一实施例的使用杆状电极1204与场终端电极1216的透镜结构1200A的俯视图。在此实施例中，一或多个场终端电极1216可直接或间接装设至杆状电极1204的侧边以有效地屏蔽周边构件的影响(例如组装块或组装板)。
图12B为本发明的一实施例的使用杆状电极1204、场终端电极1216与侧聚焦电极1218的透镜结构1200B的侧视图。在此实施例中，侧聚焦电极1218可在上下杆之间保持一平均且更正向的电位，以达到水平聚焦并抵销离子束的空间电荷。
场终端电极1216与侧聚焦电极1218可由导电薄板(sheet)或其他类似的材料制造。在一些实施例中，这些薄板可连接至一个或多个电极且具有高电阻。在此应了解的是，若这些薄板的电阻值一致，则流经电极之间的这些薄板的电流可在薄板中产生静电电位，且其确切地在每个透镜/电极的中间平面上映射出静电电位。因此，这些薄板可产生一电磁场(例如在离子束所横越的透镜/电极的一体积内)，其如同以无限长的杆状电极1204所产生的的电磁场一般。
在此应了解的是，掌控这些薄板中的电流的方程式可与真空中的电磁场相同。举例来说，电流(solution of current)可以拉普拉斯方程式(Laplace’s equation)加上边界条件以产生电磁场电位来陈述。因此，薄板上的电位可为在两个杆状电极之间的中间点的模拟电位。
图13为本发明的一实施例的透镜结构1300的侧视图，此透镜结构1300于导电场终端使用组装衬套(mount bushing)1320。在此应了解的是，一或多个组装衬套1320可用来将电阻薄板(例如场终端电极1316)连接至杆状电极1304。这些组装衬套1320可由导电材料制成，其例如为石墨、玻璃石墨和/或其他导电材料。在此亦可提供侧聚焦电极1318，其可连接至绝缘块1314或组装衬套1320。在一些实施例中，场终端电极1316可由具有高电阻的导电材料制成，其例如碳化硅(silicon carbide，SiC)或其他类似的电阻材料(例如铝)。此举有助于减少从与杆状电极1304连接的高电压源处汲取过多的电流。碳化硅具有小于1E7ohm-cm的电阻。绝缘块1314或组装衬套1320可由石英或其他类似的材料制成。在此亦可提供其他多种实施例。
此种结构的优点在于，其侧聚焦电极1218、1318的等电位(equipotentials)外型可随着在杆状电极1204、1304上的施加电压而改变，其可与具有固定几何外型的侧终端电极1216、1316呈对比。
本发明的多个实施例可提供独立的控制偏移、减速和/或聚焦。此种技术亦可用以可控制地减少离子束能量与准直一发散的带状离子束。可变式聚焦可藉由独立地并可选择地调整上述多种透镜结构的电极而达成。此技术不仅对离子束外型提供所需的校正，独立受控的电极最终会提供从静电透镜结构流出的一平行带状离子束，以改善离子注入。
此处应了解的是，施加在独立偏压电极上的实际电压电位可根据数学模型而计算定义出来，或者是可藉由反复地调整偏压电压与量测对应函数的角度而得知。或者，可同时整合计算与实验方法以得到偏压电压。
此处应了解的是，电极的外型(例如抑制/聚焦电极的外型)可以不是线型。举例而言，可以运用具有特定曲率半径的环形电极。在此实施例中，非线性曲率可用以校正因空间电荷力或其他类似力量所产生的二阶效应。
此处亦应了解的是，上述实施例中并未将操作静电透镜结构限制成用以加速或减速离子束。
此处应了解的是，当这些电极是以杆状进行描述与示出时，亦可考虑其他形状、其截面形状、数量与尺寸。
此处亦应了解的是，尽管本发明的实施例是以应用七个元件(透镜)的静电透镜结构为例，但亦可提供其他多种静电透镜结构。例如，可提供较少数量或较多数量的电极(例如具有单一、多个或分段式电极)的静电透镜结构。
在此亦应了解的是，尽管本发明的实施例是应用在离子注入中，以独立地控制静电透镜而达到偏移、减速和/或聚焦，然此技术亦可用于其他注入。举例来说，所揭示的可变动的静电透镜的技术亦可用于其他使用静电减速和/或磁场偏移的多种离子注入系统中。在此亦可提供其他多种实施例。
本发明所揭示的并不限于所述的特定实施例。实际上，除了本文中描述的内容外，所属领域的普通技术人员自前述描述以及附图将显而易见本发明的其他各种实施例以及对本发明的修改。因此，此等其他实施例以及修改意欲处于本发明的范围内。此外，虽然本文中已在特定环境中出于特定目的的特定实施的背景下描述了本发明，但所属领域的普通技术人员将认识到其有用性并不限于此，且本发明可出于许多目的而有益地实施于许多环境中。因此，权利要求应鉴于如本文中所描述的本发明的完整广度以及精神来解释。

Claims (26)

1.一种用以独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的装置，所述装置包括：
一电极结构，包括配置于一离子束上方的一组上电极与配置于该离子束下方的一组下电极，其中该组上电极与该组下电极具有固定位置且不可移动，且其中该组上电极与该组下电极之间的电位差随着该离子束的一中央射线轨迹而改变，以反映沿着该中央射线轨迹上每一点的该离子束的能量，藉以独立地控制该离子束的偏移、减速与聚焦，其中沿着该中央射线轨迹，该组上电极与该组下电极之间的电位差除以该离子束之间的一间隙可得到一数值，该数值为(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)，且该数值与该离子束的能量之间具有一固定比例，该固定比例为系数*Ebeam(z)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该组上电极与该组下电极是以对称于该离子束的该中央射线轨迹而定位。
3.根据权利要求1所述的装置，其中用以偏移该离子束的电位是以反对称电位施加在该离子束上方与下方的该组上电极与下电极。
4.根据权利要求1所述的装置，其中施加在每对上电极与下电极以偏移该离子束的电位，是以两倍电位并仅施加于该离子束的一侧。
5.根据权利要求1所述的装置，其中该电极结构为一阶梯式电极结构，以使该组上电极与该组下电极之间的一间隙沿着该离子束的该中央射线轨迹皆相同。
6.根据权利要求1所述的装置，其中该电极结构为一喇叭型电极结构，以使该组上电极与该组下电极之间的一间隙沿着该离子束的该中央射线轨迹增加。
7.根据权利要求1所述的装置，其中该电极结构为一平行电极结构，以使该组上电极的各个电极彼此平行，且该组下电极的各个电极彼此平行。
8.根据权利要求1所述的装置，其中该组上电极的电极与该组下电极的电极为电极板与杆状电极的至少其中之一。
9.根据权利要求1所述的装置，其中该组上电极的电极与该组下电极的电极是由非杂质材料与具有较低热膨胀系数的材料的至少其中之一所制成。
10.根据权利要求1所述的装置，其中该组上电极的电极与该组下电极的电极是弧形的，以聚焦水平离子束。
11.根据权利要求1所述的装置，其中该电极结构还包括一或多个侧边元件以聚焦水平束线。
12.根据权利要求11所述的装置，其中该侧边元件或该些侧边元件装设于该组上电极与该组下电极的至少一电极上，且一或多个绝缘块支撑该组上电极与该组下电极。
13.根据权利要求11所述的装置，其中该侧边元件或该些侧边元件维持与该组上电极及该组下电极不同的电位，以提供额外的水平束线聚焦。
14.一种用以独立控制离子束的偏移、减速与聚焦的方法，所述方法包括：
提供一电极结构，其包括配置于一离子束上方的一组上电极与配置于该离子束下方的一组下电极，该组上电极与该组下电极是在固定且不可移动的位置上；以及
沿着该离子束的一中央射线轨迹改变该组上电极与该组下电极的电位差，以反映沿着该中央射线轨迹上每一点的该离子束的能量，以独立地控制该离子束的偏移、减速与聚焦，其中沿着该中央射线轨迹，该组上电极与该组下电极之间的电位差除以该离子束之间的一间隙可得到一数值，该数值为(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)，且该数值与该离子束的能量之间具有一固定比例，该固定比例为系数*Ebeam(z)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中该组上电极与该组下电极是以对称于该离子束的该中央射线轨迹而定位。
16.根据权利要求14所述的方法，其中用以偏移该离子束的电位是以反对称电位施加在该离子束上方与下方的该组上电极与下电极。
17.根据权利要求14所述的方法，其中施加在每对上电极与下电极以偏移该离子束的电位，是以两倍电位并仅施加于该离子束的一侧。
18.根据权利要求14所述的方法，其中该电极结构为一阶梯式电极结构，以使该组上电极与该组下电极之间的一间隙沿着该离子束的该中央射线轨迹皆相同。
19.根据权利要求14所述的方法，其中该电极结构为一喇叭型电极结构，以使该组上电极与该组下电极之间的一间隙沿着该离子束的该中央射线轨迹增加。
20.根据权利要求14所述的方法，其中该电极结构为一平行电极结构，使得该组上电极的各个电极彼此平行，且该组下电极的各个电极彼此平行。
21.根据权利要求14所述的方法，其中该组上电极的电极与该组下电极的电极为电极板与杆状电极的至少其中之一。
22.根据权利要求14所述的方法，其中该组上电极的电极与该组下电极的电极是由非杂质材料与具有较低热膨胀系数的材料的至少其中之一所制成。
23.根据权利要求14所述的方法，其中该组上电极的电极与该组下电极的电极是弧形的，以聚焦水平离子束。
24.根据权利要求14所述的方法，其中该电极结构还包括一或多个侧边元件，以聚焦水平束线。
25.根据权利要求24所述的方法，其中该侧边元件或该些侧边元件装设于该组上电极与该组下电极的至少一电极上，且一或多个绝缘块支撑该组上电极与该组下电极。
26.根据权利要求24所述的方法，其中该侧边元件或该些侧边元件维持与该组上电极及该组下电极不同的电位，以提供额外的水平束线聚焦。
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