CN103688334A - 有关离子束的中央射线轨迹的控制静电透镜的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种在静电透镜(700)中控制带电粒子束偏向的方法，包括建立对称静电透镜组态，所述组态包括在对称于中央射线轨迹(702)的未调整位置(L1)上配置多个电极(714,716)，所述多个电极被施加一组未调整电压，以产生相对对称于中央射线轨迹的场。对应于未调整电压的对称电场被计算。多个下部电极(716)被安排至不对称于中央射线轨迹的调整位置(L2)上。一组调整电压由下部电极得到。其中，所述的一组调整电压在对称电场的各自调整位置上具有一组各自相应的电位。当带电粒子通过时，此组调整电压被施加被于不对称的透镜组态。

Description

有关离子束的中央射线轨迹的控制静电透镜的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种可构成半导体结构（semiconductor structures）的离子植入技术（ion implantation），尤其涉及在分级静电透镜（gradedelectrostatic lens）中控制带电粒子束偏转的方法。
背景技术
离子植入器（ion implanter）被广泛地运用在半导体制造中，选择性地转换材料导电性。在典型的离子植入机，离子由离子源（ion source）产生，直接穿越一系列的束线组件（beam-line component），包含一个或多个分析磁铁（analyzing magnet）与多个电极。分析磁铁会选择需要的离子种类，过滤出受污染的种类及具有非需要能量的离子，并且在目标晶圆（target wafer）处调整离子束的品质。合适形状的电极会修正离子束的能量与形状。
图1为现有离子植入器100，包括离子源102、提取电极（extractionelectrodes）104、90°磁铁分析器（magnet analyzer）106、第一减速级（D1）108、70°磁铁分析器110、第二减速级（D2）112。D1与D2减速级（亦可称为“减速透镜”)各自由多个电极组成，所述电极具有界定的孔径以允许离子束从中穿过。经由提供不同电压电位的组合施加给多个电极，D1与D2减速透镜可控制离子能量且让离子束在以所需的能量下击中目标晶圆。
典型的所述D1与D2减速透镜都是静电三极管（或四极管）减速透镜。图2显示现有静电三极管减速透镜200。静电三极管减速透镜200由三组电极所构成:入口电极202（亦可称为“端电极”）、抑制电极204（亦可称为“聚焦电极”）和出口电极206（虽然并未真正与地表连结，亦可称为“接地电极”）。现有的静电四极管减速透镜与静电三极管减速透镜200相近，除了四极管透镜有一组额外的抑制电极在抑制电极204与出口电极206之间。在静电三极管减速透镜200，每一组电极都有空间/间隙让离子束20可通过于其间（例如，在沿着束方向的+z方向）。如图2所示，每一组电极会包括两导电件彼此电藕连接以均分同样的电压电位。每一组电极中可择一是一片含孔可供离子束20通过的结构。如图，每一组电极实际上是有单一电压电位的单一电极。为简化名称，在此文中每组电级对以单数简称之。换言之，若干入口电极202简称为“入口电极202”，若干抑制电极204简称为“抑制电极204”，以及若干出口电极206简称为“出口电极206”。
在操作过程中，入口电极202、抑制电极204与出口电极206独立地被偏置，使得离子束20的能量及/或形状以如下操作。离子束20可由入口电极202进入三极管减速透镜200，且具有初始能量，如10-20keV。在离子束20中的离子会在入口电极202与抑制电极204之间被加速。在达抑制电极204时，离子束20会有能量，例如约30keV或更高。在抑制电极204与出口电极206之间，离子束20中的离子会被减速到较接近常用于目标晶圆的离子植入的能量的能量。在一个例子里，当离子束20离开三极管减速透镜200，其能量近似于3-5kwV或者更低。
发生于静电三极管减速透镜200中的离子能量的显著变化可对离子束20的形状具有实质影响。举例而言，可提供用于过滤高能中性物质（energetic neutral）的位于同一地点的偏转减速透镜200可能面临与偏转角度的控制及束聚焦相关联的挑战。控制离子束20的偏转所需的电压可取决于束（例如，输入及输出两者）的能量，而用以控制离子束20的聚焦的电压可变化以适应具有不同电流及高度的离子束。此情形可导致难以调谐离子束20，因为若离子束20的位置亦持续变化，则调谐离子束20的大小（聚焦）可能并非简单易行的。现有系统及方法并不提供对独立地控制离子束在位于同一地点的偏转及减速透镜中的偏转及/或聚焦的解决方案。鉴于前述内容可理解，存在与当前离子植入技术相关联的显著问题及缺点。
此外，希望能够将高导电系数束在减速透镜系统中聚焦且同时将束偏转在须要的偏转角度。为了得到足够的聚焦给高导电系数束，用已知的减速透镜系统，将有必要使用大到不实际的电极电压，且会提升介电质崩坏的风险。因此，效能会被限制在可用于电极的最大实际电压，由此会限制场的最大强度，使场施加于束的值不足以执行所需的聚焦/偏转场强度。由前述观点可知现今离子植入技术仍有显著问题与缺点。
发明内容
本发明的具体发明内容为一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，包括建立对称的静电透镜组态，所述组态包括多个在对称于中央轨迹射线的未调整位置上配置多个电极，且所述多个电极被施加一组未调整电压，以产生相对对称于中央射线轨迹的场。本方法更包括根据未调整电压计算一个对称电场。本方法也包括配置多个电极在不对称于中央射线轨迹的调整位置上，以及获得一组可施加在多个电极的调整电压。其中，所述的一组调整电压在对称电场的各自调整位置上具有一组各自相应的电位。当带电粒子束通过，所述一组调整电压被施加于不对称的透镜组态。
本发明的具体发明内容为一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，包括建立一组上部电极位置与一组未偏移下部电极位置，所述上部与下部位置构成对称组态。此对称组态更包括多个上部电极与多个下部电极。其中，当包括第一组下部电极电压的第一组电压被施加于所述上部及下部电极时，对称组态可操控以产生第一偏转场且导引带电粒子束的中央射线轨迹通过沿着一第一路径的第一偏转角度，定义出所述对称组态的中心线。本方法也包括多个位在靠近对称透镜组态中心线的偏移位置上的下部电极。其中，当所述第一组电压被应用于位在上部与下部电极时，中央射线轨迹定义出大于第一偏转角度的增量偏转角度。本发明还包括决定出供所述多个下部电极的一组降低电压。其中，降低电压被配置导引所述中央射线轨迹通过小于所述增量偏转角度的减量偏转角度，且降低电压小于所述的一组第一下部电极电压。
本发明的具体发明内容更包括一种不对称静电透镜，适于控制带电粒子束偏向，此不对称静电透镜包括一个入口孔可供含中央轨迹射线的带电粒子束通过，以及出口孔可供带电粒子束通过。所述透镜还包括一组由多个上部电极与多个下部电极组成的抑制电极。所述多个上部与下部电极被相对地安排，以定义出空间供带电粒子通过，以定义出透镜的中心线。所述多个上部与下部电极被配置接收一组电压以偏转带电粒子束通过额定偏转角度。其中，当中央射线轨迹以额定偏转角度通过出口孔时，下部电极被放置在一组不对称位置上，此不对称位置位在中央射线轨迹的路径上且比上部电极靠近中央射线轨迹。
附图说明
图1显示现有的离子植入器。
图2显示现有静电三极管透镜。
图3显示对称透镜的侧视图。
图4为例示性分级透镜组态的几何表示。
图5为图4的分级透镜的离子束能量vs.电极位置图。
图6为图4的分级透镜产生的离子束的拱形运动的几何表示。
图7为例示性不对称透镜的剖面图示。
图8(a)与图8(b)为对称配置与不对称配置实施例的电压与模拟效能比较的模拟结果。
图9为控制带电粒子束方法的例示性步骤。
图10说明例示性图示用以计算电位和例示性的电极电压。
图11为另一控制带电粒子束方法的例示性步骤。
图12为图7的透镜的描述，说明例示性方法的外观。
具体实施方式
现在将参考如随附图示，将本发明更彻底地描述，且显示本发明的较佳实施例。本发明虽以不同形式揭示，但不应被理解为限制于此处所列的实施例。此外，这些实施例被提供以致此揭示将可周全以及完整，且彻底传递本发明范围给本领域的技术人员。在图示中的相同标号指的是相同的元件以贯穿全文。
为解决现今透镜组态问题，改良透镜包括一个不对称静电透镜组态在此被揭示。此不对称静电透镜组态可以是一个分级减速透镜，包括一个或多个可控制变数的抑制/聚焦电极。所述电极可能包括各种形状、曲率、位置、材料和/或组态单独或分开控制/偏置于彼此，由此提供操作离子束形状与能量的弹性与效率。
虽在此所描述的若干实施例主要在叙述减速与滤光透镜，本发明亦可实施于包含全面偏转的加速或聚焦透镜。
为了更清楚的描述本发明的不对称静电透镜，在此先由重新探讨对称静电透镜开始。特别是改良现今静电三极管减速透镜(electrostatictriode deceleration lens)的技术与系统，已发展为称为垂直静电能量滤波器（vertical electrostatic energy filter,VEEF）的方法。此种技术与系统可独立控制离子束的偏转或聚焦。2009年1月2日在申请的标题为“Techniques for Independently Controlling Deflection,Deceleration andFocus of an Ion Beam”的美国专利申请案第12/348,091号中与标题为“System and Method for Controlling Deflection of a Charged Particle BeamWithin a Graded Electrostatic Lens”的美国专利申请案第12/647,950号就曾揭示。在所述案件中所揭示的VEEF透镜是一种分级减速对称透镜，且电极被摆设对称于离子束的中央射线轨迹，因此透镜的中心线会和离子束的中心线互相重合。一系列的电极对被配置在相对于离子束的两边，且上部电极的有效部份（active part）被放置在与下部电极对应部分具有离中央射线轨迹相同距离之处。
尤其是，在对称VEEF系统中，使离子束偏转的偏转电压Vd被平均的施加在束之上与束之下，如下详述。电压可由Vu=Vcrt+Vd以及V1=Vcrt－Vd得到，且由此可产生电场Vd/g，g是到对称电极的距离，故gu=gd。此外，减速度与聚焦场被加在偏转场之上且能适应束的不同能量与几何特性，随之变化。
在下文中，名词“VEEF”、“透镜”、“VEEF透镜”与“静电透镜”泛指分级减速透镜，可提供带电粒子束角度的偏转。名词“对称”与“不对称”在此是为了区别对称组态与不对称组态的电极，如下所述。
虽然对称VEEF透镜配置可单独地控制偏转或聚焦场，但在许多束情况，如高导电系数束，可能会需要高偏转场与高聚焦场。但要产生所述场所需的电压会大到超过实际可达电压，因此会提高介电质崩坏的风险。据此，本发明将直接应用若干VEEF。然而，因为许多对称VEEF静电透镜系统的基本定理可用于本发明中的不对称VEEF静电透镜系统，如下的讨论将会由几个显著的对称VEEF特征开始。
图3是含对称结构VEEF300的侧视图，如图3所绘，分级透镜组态300含若干组电极，包括一组入口电极302，数组抑制/聚焦电极304以及一组出口电极306。每一组电极提供空间/间隙可让离子束30(如带束(ribbon beam))通过。电极(如入口电极302，抑制/聚焦电极304以及一组出口电极306）可提供于外壳（housing）308中。外壳308可包含一个或多个衬套（bushing）312。此等衬套312可用于使外壳308与其他组件电隔离。如图3中所示，每一组入口电极302及出口电极306可包含彼此电耦合的两个导电件，或可为具有供离子束30从中穿过的孔径的单片式结构。抑制/聚焦电极304的上部及下部部分可具有不同电位（例如，在单独的导电件中），以便使从中穿过的离子束30偏转。为简单起见，每一组电极可以单数形式指称。亦即，若干入口电极302可被称为“入口电极302”，若干抑制/聚焦电极304可被称为“抑制/聚焦电极304”，且若干出口电极306可被称为“出口电极306”。尽管将分级透镜组态300显示为七（7）元件透镜组态（例如具有五（5）组抑制/聚焦电极304），但应了解，可利用任何数目的元件（或电极）。举例而言，分级透镜组态300可利用范围为三（3）至十（10）个的电极组。穿过电极的离子束30可包含硼或其他元素。可藉由使用若干薄电极（例如抑制/聚焦电极304）以控制电位沿离子束路径或束线30的分级，来达成离子束30的静电聚焦。在分级透镜组态300中，亦可提供高减速比率，同时避免过度聚焦。因此，输入离子束30的用途可在可实现较高品质束（甚至极低能量输出束）的能量范围内使用。在范例中，当离子束30穿过透镜组态300的电极时，离子束30可自6keV减速至0.2keV，且藉由分级透镜组态300的电极而在15°处偏转。在此实例中，能量比率可为30/1。
应了解，可藉由以下步骤来实现分离且独立地控制离子束减速、偏转及/或聚焦：（1）维持电极（例如入口电极302、抑制/聚焦电极304及出口电极306）相对于离子束30的中心射线轨迹（central ray trajectory，“CRT”）的对称，以及（2）改变沿离子束30的CRT的偏转电压，以便反映以偏转角度35在沿CRT的每一点处的束能量。藉由电极相对于离子束30的CRT的对称，应了解，上部及下部电极的最靠近离子束30的端部可维持在距离子束30的CRT相等（或几乎相等）的垂直距离处。举例而言，在离子束30上方及下方的电极上的电压的差异（例如，Vdef(z)=Vupper(z)-Vlower(z)）可经组态以使得电场的偏转分量（例如，(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)）可为该点处的束能量（其可沿电极或透镜而变化）的固定比率/因子（例如，因子*Ebeam(z)）。举例而言，此可表达为下文的等式1
Vdefl(z)/gap(z)=因子*Ebeam(z)    等式1
图3所显示的对称VEEF能独立地将离子束减速及偏转。更细部的对称VEEF结构可由图4提供，图4中例性地显示的此几何形状含有7个内部及外部电极（编号为0至6），以20度偏转弧θ为中心。在此实例中，电极的位置呈扇形（使得来自输入束的高能中性物质不会击中高压电极），且电极的角度间距为均一的。第一电极“0”（内部及外部）连系至上游（高能）束线，且最后的电极“6”（内部及外部）连系至下游（低能束线）。上游束线与下游束线之间的电位差为透镜的减速电压。内部电极与外部电极之间（在沿偏转弧的特定位置处）的电压差与束在该点处的CRT的能量成比例。偏转电压差与CRT能量之间的比例常数称为偏转因子Fdefl。
并不连系至输入束线的第一电极（图4中编号1）被称为抑制电极，因为其抑制上游束等离子体电子自束去除。在此抑制电极与最终接地电极之间，束的能量根据电极2至5上的电位而减小。减速场（decelerationfield）的此分级影响束的净聚焦（net focus），以及残余能量污染（energycontamination，EC）。此分级依据由单一参数α（如由以下等式2界定）体现的幂定律而描述。
Ecrt(0)=E0
E crt ( i = 1 · · · 6 ) = E f + ( E 0 - E f + e V s ) ( ( 6 - i ) 5 ) α 等式2
其中i=描述沿透镜的位置的指数，Ecrt=每一点I处的crt上的离子能量，Ef=束的最终能量，E0=束的初始能量，Vs=抑制电极的位置处的crt上的电位，且e=电子电荷。
因此，自等式2可见，若α=1，则crt上的离子能量自E0+eVs线性地变为Ef，而若α>1，则能量更快地降落，如图5中所例示。一般而言，较大α使束较快地减速，从而减少高能中性化离子到达晶圆（亦即，导致较低EC）的机会，而较小α导致束的较大程度的聚焦。
图6显示出理想对称VEEF结构在实际作动时的几何细节。内部电极与外部电极之间的电压差提供与粒子的运动垂直的电场，因此产生限于局部的圆形或弧形运动。曲率半径及弧的长度（且因此净偏转角度）必须符合透镜的几何形状，以便使束保持定中心于内部电极与外部电极之间，从而使像差（aberration）及聚焦与偏转之间的耦合减至最少。若Fdefl在VEEF的长度上恒定，则束的中心射线轨迹（CRT）将为正圆形，从而产生其长度L上的净偏转角度θ。
因此，在一个对称VEEF配置中，一系列的内部与外部电极对被放置在沿着一系列的半径且此半径被放置于提供一个相应于静电透镜所需的偏转角度θ。美国专利申请案第12/348,091号与第12/647,950号提供以此结构如对称VEEF，控制偏转角度、减速度与带电粒子束聚焦方法的细节。
使用对称VEEF配置如上述，可能需要提供一极大的间隔在相对的电极之间。例如，一个极大的电极间隔可帮助束在通过VEEF透镜间偏转时避免打击到电极。无论如何，增加相对电极间的空间间隔亦需要增加电压以维持适当束运作时所需要的电场强度，这样会使电极电压超过电极能稳定运作时的极限，如前所述。
图7呈现不对称VEEF700可满足前述缺失；提供一不对称配置的电极结构，在一给定的电场强度时，相较于对称VEEF结构，此不对称配置电极可帮助降低运作时的电压。VEEF700可以是减速透镜，用以将离子束702减速，同时当束以箭头指引方向穿过透镜时，将束以偏转角度Θ偏转。透镜700亦提供离子束702的聚焦。透镜702可包括外壳（housing）704、入口孔706与出口孔708。箭头702用于代表离子束，但也可代表束702的CRT，且在图7所绘的范例中，以偏转角度Θ为20°穿过。然而，Θ可能有其他大于或小于20°的值。
透镜700可包括衬套（bushing）710与泵（pump）712，泵可直接或间接连接至外壳704。泵712可为用于提供高真空环境（high-vacuumenvironment）或其他控制环境。此等衬套710可用于使外壳704与其他组件电隔离。透镜700包括一组互相以直线排列的上部电极714，如图7。一组下部电极716，可对应至每一上部电极。不对称VEEF700的运作方式与所述图4所绘的对称VEEF相似。电压被供应到电极714与716的每一电极，以定义出减速场与偏转场将离子束702聚焦。内部与外部电极的电压差（沿着偏转弧线的特定位置）在此点会被安排与束的CRT能量成比例，以维持一个固定的偏转因子Fdef1。
与对称VEEF系统不同，所述一组下部电极716被放置在比上部电极714更靠近CRT702。“被放置在较靠近CRT”指的是至少一个或最好是一个以上的下部电极716，相较于其所对应的上部电极714，被放置较靠近CRT702。如图7所绘制的例子，所有的下部电极716相较于对应的上部电极，都被放置在较靠近CRT702。如前段所讨论的对称VEEF，每一下部电极都会和相对应的上部电极形成一对。如图7所示的实施例，每一下部电极与所对应的上部电极，沿着同一半径被配置在由下部电极放置所形成的曲线的不同点上。在给定场强度下，借着将下部电极716定位在较靠近CRT702，在沿着上部与下部电极间的半径，施加在电极716的电压会低于对称配置电极，此以电极716下方，沿曲线L2的空心圆表示。据此，如前所详述，在一些实施例当中VEEF700可使用下部电极电压以提供与对称VEEF相同电场。
在其他实施例中，当VEEF700施加于上部与下部电极的电压与对称VEEF相同时，可提供相较于对称VEEF更强的电场。换言之，因为在VEEF700中，上部与下部电极的距离减短了，因此能提供更高的场强度。这将会非常实用，例如在给定的电极电压时，能提供更好的束聚焦。
虽然在上部与下部间所相应的电极间隔通常会由入口孔706到出口孔708而加大，如图7所绘的实施例。相较于临近的电极，位于靠近出口孔708的最终电极对，相较于临近的电极会被配置与上部下部电极间有较接近的间隙。后者的配置（如图4的对称电极对所示）可有效的控制电场的终止与等离子体的范围。
图7显示的不对称VEEF，上部电极以“沿线（in-line）”方示排列，在本发明中的其他配置，则将下部电极配置在较上部电极靠近束的CRT的位置。如图7，将上部电极以沿线配置的优点为，降低由高能中性物质所产生的污染。高能中性物质在本发明中能以一个静电透镜中残余能量污染（EC）的提供机制（contributory mechanism）被确认。众所皆知的是，被离子化试片的离子束可能会变被中性化。当离子接近或位在于减速和/或偏转透镜中，如VEEF，一旦中性化发生，中性粒子将不会再受到电场控制。高能中性物质，可能例如在靠近入口孔处被中性化，且在进入减速透镜前保留与入射离子能量相似的能量，以有初始能量30keV的离子束来说，此能量例如10-30keV，且在进入分级透镜后输出最终能量10keV。因为所述中性物质不受到减速场的控制，此些高能中性物质可能会以不变的动能行进，直到打击到某一物体。由于偏转场并不会作用在带能量的中性物质上，这些中性物质可能会持续在直线上传播直到遭遇任一位在沿其行进路线上的物体。在对称VEEF电极的例子里，若上部电极被放置在拱形路径，上部电极会提供给高能中性物质适当的目标（target）（如图3）。这些带高能中性物质将会被反射穿过出口孔且在被离子束处理过的晶圆之上，引起一个在晶圆中的能量污染；因为这些中性物质的实际能量会有相当大的变化且通常大于额定植入能量。
如图7所绘的实施例，借着将上部电极采取一沿线排列，在带能量的中性物质行进通过VEEF700时，可提供较少的目标。例如，离子在A位置被中性化后可能会有平行于一行（row）上部电极714的行进方向。据此，中性物质将不会遇到上部电极714且较不会被反射向外至晶圆。此外，即使下部电极716以不对称组态，仍被配置偏离CRT702，因此当任何离子沿CRT702行进中且可能被中性化时，可提供较少的目标。因此，在不会由高能中性物质和电极间碰撞所产生额外EC的风险下，下部电极716可被配置更靠近CRT702。
在例示性的实施例中，上部电极与下部电极间的间隔在靠近入口孔处约50到100mm，在靠近出口孔处约100到200mm。在一些实施例中，下部电极716可能被配置在比上部电极更靠近CRT702约5mm到10mm处，例如更靠近13mm。
图8(a)与图8(b)以含初始能量30keV与离开能量10keV的砷离子束为例，一起说明比较七电极对的对称与不对称配置中，VEEF电压参数与模拟结果。在对称（图8(a)）与不对称（图8(b)）的配置中，两者皆被设定在α等于0.1，表示一个高度聚焦束。同样地，上部电极的电压在对称配置与不对称配置为相同，且两种配置的上部电极都被配置为沿线组态。此外，在两种配置的例子中，电极电压都被设计在可偏转CRT20度。
在对称电极组态中，上部电极与下部电极的空间在初始的电极对约80mm且在靠近最后一个电极对时增加至160mm。在不对称电极组态中，每一上部电极与下部电极间的空间较对应的对称配置对小13mm。
在每一例子中，束电流资料是在束将进入透镜前的z=30mm位置上所撷取，以点A代表；以及减速之后被偏转20度在透镜之外，以点C代表的一点，z=644mm。如图802a与802b的曲线所示，两个VEEF都有一个初始直径约20mm的束被摆放在入口孔中心处，约在Y=200mm。由曲线804a与804b所示，两VEEF下游束的直径在z=644mm处皆约60mm。806a与806b比较说明出两种配置下有一个相似的高能中性粒子曲线。最后，曲线802a与802b说明对称与反对称VEEF结构中，在位于距离CRT20mm处，束能量与束能量曲线沿z方向有相似变化。因此，在给定相同的电压施加于上部电极时，不对称VEEF配置产生一个与对称VEEF配置相似的聚焦。
图8(a)与图8(b)也显示出在相应施加于对称与反对称结构中下部电极的电压（同时见图10）。在第一电极位置的电压皆是-20kV。然而，在位置3-7时，电压在对称组态中的范围约-35kV，且在不对称组态中，电压的范围约是-31kV。因此，在本发明的不对称VEEF组态在相当低电压运作下能提供与对称VEEF组态相似的束聚焦结果，将砷束由30kV减速至10kV且偏转20度。
有鉴于所述的例子，显而易见的是，在一给定的束效能定律下（如聚焦、偏转角度、束减速度的量），当下部电极移动靠近束CRT时，下部电极将会有电压下降的需求发生。再次由图7可知，因为下部电极716并未放置在高能中性物质的路径上，在不大量地增加与带能量中性物质面对的机会下，下部电极将会被摆放地比上部电极714更靠近CRT。为产生给定的效能，下部电极所需的电压下降会将会增加，此增加是由于移动下部电极相对靠近束CRT至一点，而至此点会使束的功能由于其它机制而受损。以图8(a)与图8(b)为例，以入射直径为20mm的离子束，在第一组电极对有80mm间隔的对称组态下，移对下部电极更靠近束CRT20mm在不对称组态是可能的，因此由束的边缘到VEEF的入口约10mm。然而，在靠近束边界处，像差的影响会在下部电极716到CRT702产生极限，此极限可以经验或模拟方式决定。由于像差，在垂直束中会有偏斜产生（通常是高斯（Gaussian）的形状）。垂直角度的分布也会受到束曲线偏差的影响。因此，若需正常运作，5mm束-电极间的间隙会太小。
除在降低电压下提供与对称VEEF相似的效能之外，在相似电压下，不对称的VEEF组态提供相较于对称VEEF，更改进的效能。在本发明的一个实施例中，不对称组态可用于达到一个用对称组态无法实行的偏转场。换言之，一组下部电极将会被放置的如图8(b)，且同时维持下部电极的高压，此高压如同图8(a)所示与对称放置的下部电极相同。在此种方式下，因为在上部与下部电极间在小的间隙下，产生相同电压落差，故相当大的电场将在不对称配置中被实现。
在本发明的一个组态中，VEEF的一组下部电极可操控移动在多个位置。例如，电极716可被操控移动在由虚线L1与L2表示的位置。此组下部电极可被操控移动在一组建立出对称VEEF组态的第一位置以及一组建立出不对称VEEF组态的第二位置间。下部电极被配置在一组可一起移动下部电极的驱动底盘。
此可移动下部电极至不同位置的可能性提供束的制程的弹性。例如，若是束不需要极高电压，下部电极716可被放置在离CRT较远处，此可有效地使能量纯净且避免在当束太靠近电极时会脱离轨道。当使用需要高度聚焦的高空间充电束（high space charge）或高能量束，需要较强电场以偏转所需的偏转角度时，下部电极716可被摆设更靠近CRT。
另外，至少一些下部电极可单独于其他下部电极被操控移动。例如，再以图4的对称电极配置为例，与本发明一致的是，当其它在位置0-5的下部电极为可被移动，位在位置6的下部电极可以被固定，且被配置在更靠近上部电极。
较低的下部电极716可被组态为能沿着垂直于CRT方向的轴旋转。电极714与716可以为杆状且杆子的轴被配置正交于束702的方向。电极714与716的断面可以是圆形、椭圆形或其他形状，或在不同电极中其形状可改变（如图7所显示）下部电极有非圆断面积如卵形、凸轮可使此些电极的上表面在距CRT702不同间距的位置间旋转。有卵形、凸轮状的下部电极716可配置单独地旋转，因此在每一电极位置上可单独改变下部电极的表面与CRT间距离。在此方法之下，离子束的偏转角度与聚焦可被调整。例如，当电极旋转至新位置时束的CRT能被允许移动。在此情况下，近似电压分布可藉由降低Fdef1和/或调整α参数被施加。在其他实施例中，电极的位置在不修正聚焦电压（α参数）下，可以被调整且应用于偏转场的校正。
在本发明的其他实施例中，一组上部电极可被操控移动在不同的位置间。
图9显示出控制带电粒子束的示范步骤。在步骤902可得到一组对称电极位置，根据图8(a)，一组定义出对称VEEF组态的上部电极位置与下部电极位置可由模拟或已知设计得到。例如，使用者可能希望利用对称或不对称电极修正一个已存在的VEEF设计。
在步骤904，一个静电模型被用来计算由步骤902所得到的对称VEEF组态的电场。这个步骤可用一个电脑模型计算二维电场与束等离子体场的边界。两个由电脑计算产生的二维场示范例表示如图8(a)与图8(b)。所计算出的场可根据束的需求，如要达一定聚焦时所需要的电压。当束以一额定偏转角度被偏转时，此计算出的电场会产生一个和对称VEEF组态的上部电极与下部电极对称的CRT。此额定偏转角度可以是入射离子束与当CRT离开出口孔中心时的离开离子束两者间的角度。
在步骤906中可得到一组调整下部电极位置。此组调整下部电极位置与上部电极位置可定义出一个不对称的VEEF组态。当CRT以额定偏转角度偏转时，调整下部电极位置提供下部电极一个比上部电极更靠近CRT的位置，如图7。欲决定调整下部电极位置时，需考虑包括需要维持低偏离轨道与低EC，和需要避免垂直束的偏斜。
一组相对应于调整下部电极位置的调整下部电极电压可在步骤908中被计算出来。根据在步骤904所决定的计算电场，一个轴向电位分布在VEEF系统中可沿任何特定半径被计算出来。图10概括地说明了一个当电极被摆设在五个不同半径P2-P6时的二维图示。例如，图8(a)与图8(b)所说明的模拟用的电极位置，被用在将30keV的砷束减速（未显示出第一与最后一组电极）。在图10中列表出的资料是在七组不同电极位置时所对应的电极电压，如图8(a)与图8(b)所示同时表示出对称与不对称配置。如图可见，所计算出位在调整下部电极位置上的调整电压比对称配置所计算出的下部电极电压低的多。
如图10的例示图，一个在P3位置上的上部与下部电极沿着半径R平放，以此可决定在R与曲线L1、L2、L3相交处的一系列电位V1、V2、V3。后者的曲线反过来说可代表特定的距离。根据沿着半径R的电位图，沿着R上任意位置的电压可被计算，所以当电极的Y-Z座标被指定后，位于沿着R上的下部电极所对应的电压可被决定。在图10中所示，在P3电极位置，下部电极被考虑放在曲线L1与R相交处。相对地，分配在调整电极位置上的下部电极的电压是V1。在电极座标位置的Y-Z位置没有对应被绘制出电位的例子里，电位可以用现代技术如映像函数（mapping functionrm）决定。很明显地，在对称配置中，电压V1（-31391）比相对应的电压V2（-35500）要低很多。同样的结果很明显的在位置P4-P7（位置P7没有被显示在二维图当中）。
在步骤910中，一组上部与调整下部电极电压被施加在以上部电极位在上，下部电极位在调整下部电极位置的VEEF电极。
在此所述的方法，如上述在图9的步骤，将指令程式实际地体现于由能够执行所述指令的机器读取的电脑可读储存媒体上来使本文所述的方法自动化。通用电脑为此类机器的实例。此项技术中熟知的适当储存媒体的非限制例示性清单包含诸如可读或可写CD、快闪记忆体晶片（例如随身碟（thumb drive））、各种磁性储存媒体等装置。
本发明的方法，如图9所示的方法，可利用许多方式提供离子束一个改良后减速度、聚焦与偏转的组合。例如，可期望提供一个静电透镜能在一个广泛多变的离子束条件范围下运作；例如，从高能量到相对低能量。对照本发明的方法如图9，可提供一个VEEF系统有一组可移动的下部电极，如前述图7曾描述。因此，对于低能量束或是较不需聚焦的束，可移动的电极可以提供一个可构成对称电极组态的一第一组位置。用相同的VEEF系统在高能量束时，下部电极可被移动到一个第二电极位置。第二电极位置的电极电压可用图9的方法再被计算出来。当用高能量束时，这些电压可被用在新的电极组态。
另外，在图9所被设定的步骤，可以被用在设计一个有固定电极的不对称VEEF配置，固定的电极可由对称VEEF组态改建，专用在所需的束条件如高能量、高导电系数束，当高偏转场为必要时。
根据本发明的另一实施例，图11显示出控制带电粒子离子束偏转的例示性步骤。由于能量较高的束所需的偏转场较高，用在对称VEEF组态的束能量会被能安全施加在下部电极的最大电压所限制。因此，作业在一个第一组条件下的VEEF如低束能量条件是能被满足的，因为所需的电压施加在下部电极以达到所需的偏转与聚焦并无法在对称VEEF组态被执行。若在第二组条件下作业如高束能量条件接着要进行，图11的方法提供一个方便的方法，可在不需要经由大量电脑模型下去调整束的行为。
在步骤1102，与步骤902相似，一组对称电极位置可由一对应的对称VEEF组态到。在对称VEEF组态中，一个离子束的CRT以一组第一电压被引导穿过一个第一偏转角度。此偏转角度与CRT沿着透镜的一个中心线行进、由出口孔中心离开VEEF以及撞在一个加工晶圆所需位置上有关。
在步骤1104，下部电极被安排比上部电极更靠近VEEF中心的不对称组态，。例如，一个VEEF包括若干可移动下部电极、可选择的一组较靠近透镜中心线的偏移位置和一组可被传送至机械装置的信号，所述信号用以移动下部电极至偏移位置上。在这种方式下，当给定一组电极电压，离子束的CRT会被偏转穿过一个增量偏转角度，且在电极被朝透镜中心线移动时，将带CRT更靠近下部电极。图12说明了此方案，上部电极714与下部电极716的电压被固定而其他下部电极可在其他位置间移动。就下部电极716的第一组位置，且此第一组位置沿曲线L2以对称配置而言，下部电极与上部电极的电压被设定沿透镜中心线与角度θ偏转CRT702。当下部电极被调整至沿曲线L1的不对称位置，在不改变电极电压的情况下，CRT沿路径702a偏转而定义出一个大偏转角度。
在步骤1106，一组降低下部电极电压被决定以用于产生CRT的一个减量偏转角度。下部电极电压的大略分布可不需利用电脑编码决定。降低电极电压值可由计算减少偏转角度达需求值的偏转场的值来决定。例如，再以图12为例，可能适用减少偏转角度到一角度，此角度在由CRT702a与CRT702形成的角度之间。CRT可接受的偏转角度范围会被一条件限制，此条件为离开离子束在所需角度击到一个要被处理的晶圆720，例如在角度90度，且晶圆需要的部份如中央部分。如前所述，若偏转因子Fdef1在整个VEEF长度中是一个常数，CRT会随着一个圆弧，在整个长度中产生一个净偏转角度θ。按照现有的实施例，基于在不对称组态中上部电极与下部电极间减少的间隔，与在对称配置中偏转场的值，在不对称组态中一个减量偏转角度因子可被建立。减量偏转角度因子可再被用于估算电压，此电压用在偏移下部电极以减少CRT偏转角度在可接受的范围。只要一个平均偏转常数产生需要的偏转角度，在VEEF中Fdef1于整个CRT路径长度间是一个常数，此估算出的电压值不需要被决定的很精准。
在步骤1108，所述的降低下部电极电压可能可以被施加在不对称组态的下部电极，以按照所需要的几何来偏转离子束。
所述本发明中的方法与系统，利用VEEF系统的内部不对称，束经过此系统被偏转。由于能量的污染可能由中性物质与上部电极的交互作用产生，较不会是与下部电极交互作用而来，本发明提供一个方法，藉操控下部电极的位置与电压来控制VEEF中束的特性。借着提供一个不对称组态，此不对称组态的下部电极较靠近于一个由对称组态所定义的透镜中心线，对称VEEF配置的效能可以藉由降低下部电极电压完成；在下部电极电压程度不大于那些由对称配置所产生的电压下，和/或增加整个对称VEEF的效能可被达成。
本发明亦促进修改束的特性，藉由提供可移动的下部电极，在束沿不对称VEEF组态传播时可增加或减少偏转角度（以及束的聚焦）。
本文中的功能及过程步骤可自动或者完全或部分地回应于使用者命令而执行。在使用者不直接起始自动执行的活动（包含步骤）的情况下，回应于可执行指令或装置操作而执行所述活动。
将了解，所揭示的系统及方法并非排他性的。可根据本发明的原理得出实现相同目标的其他系统及方法。尽管已参考特定实施例描述了本发明，但将理解，本文所显示及描述的实施例及变化仅用于说明目的。在不脱离本发明的范畴的情况下，本领域的技术人员可实施对当前设计的修改。在替代实施例中，过程及应用可位于存取连接所揭示系统的元件的网络的一个或多个（例如分布式）处理装置上。另外，图中所提供的功能及步骤中的任一者可在硬件、软件或其两者的组合中实施，且可驻存于位于连接所揭示系统的元件的网络或另一已连接网络（包含网际网络）的任一位置处的一个或多个处理装置上。

Claims (17)

1.一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其特征在于，包括：
建立对称静电透镜组态，该组态包括：在对称于带电粒子束的中央射线轨迹的未调整位置上配置多个电极，所述多个电极被施加未调整电压，以产生相对对称于中央射线轨迹的场；
计算相应于该组未调整电压的对称电场；
安排所述多个电极至不对称于中央射线轨迹的调整位置；
获得用于所述多个电极的一组调整电压，其中，该组调整电压在该对称电场中的各自调整的不对称位置上具有一组各自相应的电位；以及
当带电粒子束通过时，将该组调整电压施加于不对称的透镜组态。
2.根据权利要求1所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中所述中央射线轨迹沿弧线设置，且该些调整位置位于中央射线轨迹之下。
3.根据权利要求1所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中所述对称电场在相对于垂直中央射线轨迹的方向上是均匀的。
4.根据权利要求1所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中所述静电透镜组态包括减速透镜，且该组调整电压被设置为可产生带电粒子束所需的减速度。
5.一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其特征在于，包括：
获得用于对称组态的一组上部电极位置以及一组未偏移下部电极位置，该对称组态包括多个上部电极与多个下部电极，其中当包括第一组下部电极电压的第一组电压被施加于该些上部及下部电极时，该对称组态可以操控以产生第一偏转场，该第一偏转场导引带电粒子束的中央射线轨迹通过沿着第一路径的第一偏转角度，定义出该对称组态的中央线；
安排该些下部电极至较靠近对称透镜组态的中央线的偏移位置，其中当该第一组电压被施加于该些上部与下部电极时，该中央射线轨迹定义出大于该第一偏转角度的增量偏转角度；
估计该些下部电极的一组降低电压，其中，该组降低电压被设置为引导该中央射线轨迹通过小于该增量偏转角度的减量偏转角度；以及
当带电粒子束通过所述不对称透镜组态，施加该组降低电压于该不对称透镜组态的该些下部电极上，其中该带电粒子束的中央射线轨迹会以该减量偏转角度偏转，且该组降低电压会小于该第一组下部电极电压。
6.根据权利要求5所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中该组降低电压被设置为产生该带电粒子束的偏转因子FLdef1，该偏转因子FLdef1低于该第一组电压产生的偏转因子FHdef1。
7.根据权利要求5所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中当该组降低电压被施加于该些下部电极时，该中央射线轨迹截击经加工晶圆的中央部位。
8.根据权利要求5所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中安排该些下部电极在更靠近中央线偏移位置的方法包括:
提供静电透镜一个移动机制，以在多个位置间移动至少部份的该些下部电极；以及
移动该至少部份的下部电极由该些未偏移位置到该些偏移位置上。
9.一种控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其特征在于，包括：
入口孔，可供有中央射线轨迹的带电粒子束通过；
出口孔，可供带电粒子束通过
多个上部电极；以及
多个下部电极，
其中该些上部电极与下部电极相对地安排，以定义出空间供该带电粒子束通过，
其中，该些上部与下部电极被设置为接收一组电压以偏转所述带电粒子束的中央射线轨迹通过额定偏转角度，
其中，当该中央射线轨迹以该额定偏转角度通过该出口孔，该些下部电极被设置在一组不对称位置上，该组不对称位置沿着一个比所述多个上部电极更靠近该中央射线轨迹的路径。
10.根据权利要求9所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中至少部分的该些下部电极可被操作在多个电极位置之间移动。
11.根据权利要求10所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中该至少部分的下部电极被配置在驱动底盘上。
12.根据权利要求10所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中该至少部分的下部电极中的一个或多个下部电极包含可转动的凸轮，被设置为用于在多个电极位置中转动。
13.根据权利要求10所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中该至少部分的下部电极中的一个或多个下部电极被操作而独立于其他下部电极在多个电极位置之间移动。
14.根据权利要求9所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，还包括：
机器可读储存媒体，被编码以储存：
该组调整位置，
一组未调整电压，用于多个上部与下部电极，当该未调整电压施加于对称配置的该些上部与下部电极时，该未调整电压引导所述中央射线轨迹通过所述额定偏转角度，其中该些上部电极与该些下部电极分别与该中央射线轨迹间隔相等距离；以及
电脑程式码，且当所述电脑程式码被一处理器执行时，该处理器执行一个方法，包括：
计算一组对称电场，所述对称电场由施加该组未调整电压至该对称组态所产生；
计算该些下部电极的一组调整电压，其中该组调整电压在该对称电场中的各自的调整后位置上具有一组各自相应的电位；以及
可传送信号至一组电源供应器的控制器，用以施加该组调整电压于所述多个下部电极。
15.根据权利要求9所述的不对称静电透镜系统，还包括一减速度透镜。
16.根据权利要求15所述的不对称静电透镜系统，其中所述系统被设置为减速含初始能量大于约20keV的离子束至最终能量约在1到20keV之间，其中该不对称透镜被设置为提供与该对称组态等效的离子束聚焦与偏转。
17.根据权利要求10所述的不对称静电透镜系统，其中该些下部电极被设置为由一组第一位置偏移，将离子束偏转该额定偏转角度至一组更接近该不对称透镜组态中央的一组偏移位置，其中当该组下部电极被设置于该些偏移位置上时，该中央射线轨迹的偏转角度大于所述额定偏转角度。
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