TW201642300A - 用於離子源之整合式萃取電極操作器 - Google Patents

Abstract

一種模組化離子源和萃取設備，包含一離子源腔室，選擇性地電性耦接至一電壓位準，其中該離子源腔室包含一萃取孔隙。一萃取電極被設置於該離子源腔室之該萃取孔隙近側，其中該萃取電極電性接地並且被組構成用以從該離子源腔室萃取離子。一或多個連結可操作地耦接至該離子源腔室，且一或多個絕緣體將該萃取電極系統耦接至相應的該一或多個連結，其中該一或多個絕緣體使相應的該一或多個連結電性絕緣於該萃取電極，且在其中使該萃取電極電性絕緣於該離子源腔室。一或多個致動器可操作地將該一或多個連結耦接至該離子源腔室，其中該一或多個致動器被組構成用以相對於該離子源腔室平移該一或多個連結，且在其中於一或多條軸線上平移該萃取電極。

Description

用於離子源之整合式萃取電極操作器

本發明概括而言係有關於離子植入系統(ion implantation system)，特別是關於一種具有模組化離子源的離子源，該模組化離子源具有一整合式萃取電極操作器(extraction electrode manipulator)，其降低關聯離子源與萃取電極的維護工作量和時間。

在半導體裝置和其他離子相關產品的製造當中，離子植入系統被用以將掺雜元素(dopant element)加諸於半導體晶圓、顯示面板、或其他類型的工件之中。典型的離子植入系統或離子植入機使用一已知配方或製程以一離子束撞擊一工件，從而產生n型或p型摻雜區域，或者在工件之中形成鈍化層(passivation layer)。當使用於摻雜半導體之時，離子植入系統注入選定的離子物種以產生預期之非本徵材料(extrinsic material)。一般而言，掺雜原子或分子被離子化及析離，有時被加速或減速，形成一射束，並被植入一工件。掺雜離子實體轟擊工件並進入工件的表面，隨後停留於工件表面下的結晶晶格結構之中。

離子植入已成為業界偏愛的技術，用來在積體電路的大規模生產中將雜質摻入半導體。離子劑量和離子能量係用以界定一植入步驟的 兩個最重要的變數。離子劑量有關於針對一特定半導體材料的植入離子的濃度。通常來說，高電流植入機(概括而言大於10毫安培(mA)離子束電流)被用於高劑量植入，而中等電流植入機(概括而言能夠高達大約10mA射束電流)被用於較低劑量的應用。

離子能量係用以控制半導體裝置中的接面深度的主要參數。構成離子束的離子能量位準決定植入離子深度的等級。諸如用以形成半導體裝置中的反擴散井(retrograde well)的高能量製程需要高達數百萬電子伏特(MeV)的植入，而淺型接面(shallow junction)則要求低於一千電子伏特(1keV)的超低能量(ultra low energy；ULE)位準。

典型的離子植入機包含三個部分或子系統：(i)一離子源，用於產生一離子束、(ii)一離子束萃取系統、(iii)一射束線(beamline)，包含一質量分析磁鐵，用於離子束的質量解析、以及(iv)一標靶腔室，容納預定接受離子束植入的半導體晶圓或其他基板。半導體裝置日益縮小的持續傾向正驅動射束線結構在低能量處發送高射束電流。高射束電流提供預期之劑量等級，而低能量則准許淺型植入。例如，在CMOS裝置中的源極/汲極延伸造成此種高電流、低能量應用有所需求。

位於離子植入機之中的離子源通常藉由在一離子源腔室(ion source chamber)之內將包含一預定掺雜元素的一原料氣體離子化而產生一離子束，而一萃取系統則以離子束的形式萃取出經過離子化的原料氣體。離子化過程受一電子射束的影響，可以採取一熱離子發射器的形式，諸如一加熱燈絲，或者一射頻(RF)天線。一熱離子發射器通常被施設電性偏壓，使得放射電子獲得充足的能量進行離子化，而一RF天線則將一高能RF信號 投送入來源腔室以激發環境電子。

高能電子因此離子化離子源腔室之中的原料氣體以產生預期的離子。從原料氣體產生的預期掺雜離子的例子可以包含硼(B)、磷(P)或砷(As)。在使用一熱離子發射器進行離子化的一離子源之中，局部發射器溫度通常超過2500℃，且受該發射器熱輻射的來源腔室可以達到700℃量級的溫度。

產生於離子源內的離子被透過一長形來源孔隙萃取出來，或者被與位於來源腔室外部的一或多個萃取電極相關聯的一電場分離。上述來源孔隙和萃取電極可以由石墨製成，利用石墨在高溫下的低蒸汽壓以及對工件較低污染風險的優勢，因為矽之中極微小含量的碳對於半導體的電氣性質影響不大。每一萃取電極系統基本上包含彼此間隔的元件，形成離子束游移而穿越其中的一長形萃取間隙。若其需要一帶正電的離子束，則萃取電極相對於該來源孔隙被施設電性負偏壓。

一般而言，對於正離子萃取而言，其使用超過一個萃取電極，其中一電極藉由對出現於萃取系統的系統下行處的電子提供一阻障而充當電子抑制電極。該抑制電極因此相對於射束線電位被施加負偏壓，且萃取系統中的最末一個電極通常處於射束線電位，以防止萃取系統的電場在萃取之後影響射束輸送。一典型萃取系統因此包含兩個電極；若使用更多電極，則該複數電極上的電壓之強度通常往下行方向的每一後續電極遞減，以對正電性離子束提供一加速場域，直到抵達抑制偏壓為止。

在設計此一離子植入機之時，其希望對離子源所產生的和自其萃取出的離子束精確地依循一預期的特定行進路徑。萃取電極相對於來 源孔隙的精確位置對於達成一個重合該特定射束路徑的射束路徑而言有其重要性。因此，一或多個萃取電極與來源孔隙的精確對齊與定位基本上係有需要的。

萃取電極通常被裝載於一個延伸自來源外殼及/或連接至來源外殼的結構之上。離子植入製程期間由離子源之運作所產生之熱通常導致此結構的熱膨脹，因此當電極系統的溫度變動而系統抵達一新的平衡之時，造成萃取電極與來源孔隙之錯位。此外，電極相對於離子源的對齊傳統上必須從離子植入系統移除離子源及/或萃取電極，此使得各種不利的對齊問題可能由此產生。或者，萃取電極與離子源分隔，此使得離子源或萃取電極因檢修之故的擇一移除可能造成進一步的錯位。此等錯位可以造成離子束預定路徑內的意外中斷及造成非預期的"射束轉向"，以及離子束品質上的扭曲，此會影響到其在射束線剩餘部分的輸送。

已知存在用以在離子植入機中相對於來源孔隙調整萃取電極的位置的各種機制。此類機制可見於授予Trueira的編號5,420,415的美國專利，授予Benveniste等人的編號5,661,308的美國專利，以及Benveniste提申的編號2005/0242293的美國專利公開案。傳統上，萃取電極的操控係由與離子產生機構或離子源分離的萃取電極操作器執行。因此，多個部件被移除自離子植入系統，因此導致進一步的錯位。

此外，萃取電極傳統上電性隔離於離子源，以在萃取電極與離子源之間提供正確的萃取電位。萃取電極與離子源之分隔係藉由使用真空達成，其充當一電性絕緣體，因為如此配置使得個別部件更容易控制和維護。然而，使用真空做為電性絕緣體產生一機械脫鉤的缺點，從而導致 如前所述的對齊問題。傳統上，為了維修離子源或萃取電極，操作人員將分別移除該二組件，而後利用夾具將其重新對齊。因此，傳統的離子源和萃取電極之維護耗時且通常伴隨導致額外停機或廢棄的錯位問題。

本發明藉由提供一種具有一整合式萃取電極操作器的模組化離子源而克服先前技術的各種限制，其中離子源的模組化性質提供一種具備較低維護成本的有效率的離子植入系統。因此，以下提出本發明的簡略摘要，以提供對於本發明的一些特色的一基本了解。此摘要並非本發明的詳盡全面描述。其並非意圖指出本發明的關鍵或至要元件亦非意圖劃定本發明的範疇。其目的係以一簡化形式提出本發明的一些概念，做為後續更詳細說明的一個前奏。

本發明概括而言係針對一種模組化離子源和萃取設備，其可輕易地在一離子植入系統之中被置換和檢修。依據本發明之一示範性特色，所述模組化離子源和萃取設備包含一離子源腔室，其中該離子源腔室被選擇性地電性耦接至一電壓位準。該離子源腔室另包含一來源或萃取孔隙，設置於靠近其之一遠側端。

一萃取電極系統另被設置於該離子源腔室之該萃取孔隙近側，其中所述第一萃取電極被施設電性偏壓於一適當電位並且被組構成用以從該離子源腔室萃取離子。該萃取系統中的後續電極可被施設偏壓以將萃取之射束加速並聚集至一預期之能量及形狀。例如，倒數第二個電極可以相對於射束導引模塊(beam guide)被施加負偏壓，使得萃取系統下行處的電子被一電位井(potential well)有效地抑制，並被阻止抵達該離子源腔室。舉 例而言，所述抑制電極可以阻止此等電子形成可能對萃取電路造成負荷的一高能電子射束、消散可能在來源腔室中造成局部材料熔化的額外熱能、以及產生可能代表對操作者之一安全性隱患的X射線輻射。

抑制電極因此促成萃取系統的安全運作，同時有助於離子束的適當聚焦和加速。例如，萃取系統中的最末一個電極係處於射束導引模塊電位，有效地終結萃取場域並容許萃取系統下行處的離子束自中和(self-neutralization)作用。自中和係一種輔助增強離子輸送的效應，特別是在高電流離子束之中。例如，在一個二電極萃取系統的情況下，第一電極充當萃取及抑制電極，而第二(或最末)電極被接地。

依據一特色，一或多個連結可操作地耦接至離子源腔室。一或多個絕緣體進一步將萃取電極系統耦接至相應的一或多個連結，其中該一或多個絕緣體使該等相應的一或多個連結電性絕緣於該萃取電極。因此，萃取電極系統透過該一或多個絕緣體電性絕緣於離子源腔室。

其另提供一或多個致動器，其中該一或多個致動器可操作地將該等一或多個連結耦接至該離子源腔室。例如，上述的一或多個致動器被組構成用以相對於該離子源腔室平移該等一或多個連結，在其中沿一或多條軸線平移該萃取電極系統。因此，其提出一種模組化離子源和萃取電極組件，使得由於本揭示的模組化性質，傳統的檢修和對齊問題可以被改善。

依據一示範性特色，上述的一或多個連結包含至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結。該一或多個致動器另包含一間隙控制致動器和一角度控制致動器。例如，所述間隙控制致動器可操作地耦接至該離 子源腔室，並且被組構成用以沿一第一軸線相對於該離子源腔室線性地平移該至少一間隙控制連結。例如，所述角度控制致動器可操作地耦接至該離子源腔室，並且被組構成用以沿一第二軸線相對於該離子源腔室線性地平移該至少一角度控制連結，其中該第一軸線和第二軸線大致平行且相隔一特定距離。例如，該第二軸線可以相對於該第一軸線在角度上有所差異，然而，只要此一傾斜角度之變化微小，則任何前述之變異均是此傾斜角度之量級，因此亦微小。

其可以另提供一線性平移平台，其中該線性平移平台之一基座大體固定地耦接至該離子源腔室，且該線性平移平台中的一平臺線性滑動式地接合該基座。例如，該至少一間隙控制連結大體而言固定地耦接至該平臺。一框架另可操作地耦接至該平臺，其中該間隙控制致動器被組構成用以大體平行於該第一軸線線性地平移該平臺和框架，且在其中沿該第一軸線線性地平移該至少一間隙控制連結。

在另一示例之中，該角度控制致動器固定地耦接至該平臺，其中該間隙控制致動器另被組構成用以大體平行於該第一軸線線性地平移該角度控制致動器。因此，該至少一角度控制連結在該間隙控制致動器致動之後即伴隨該至少一間隙控制連結沿該第二軸線被進一步線性地平移，而該角度控制致動器仍操作性地相對於該平臺線性地平移該角度控制連結。

依據又另一示例，該離子源腔室包含一凸緣，位於該萃取孔隙的遠端對側。例如，該凸緣包含面朝該萃取孔隙之一內側以及位於該內側對立側的一外側。例如，該線性平移平台和框架可操作地耦接至該凸緣 的上述外側。該線性平移平台的基座可以固定地耦接至該凸緣的上述外側。該凸緣可以另包含一或多個通道，從該凸緣的內側通過其中而延伸至外側，其中該至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結穿越該凸緣的該一或多個通道。在一示例之中，該至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結滑動式地接合該一或多個通道。

一伸縮囊(bellows)可以進一步將該凸緣分別耦接至該至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結中的每一者，其中每一伸縮囊均在該凸緣的內側與關聯該凸緣外側的一環境之間提供一密封(例如，真空密封)。或者，其可以使用被組構成用以提供一真空密封的各種其他密封，諸如一O環型式的滑動式密封。

例如，該框架可以包含一磁軛(yoke)，具有關聯的遠端，其中該至少一間隙控制連結包含一第一間隙控制連結和一第二間隙控制連結，沿著該傾斜軸線固定地耦接至該磁軛的相應的遠端。因此，該線性平移平台包含複數基座和複數平臺，該複數基座固定地耦接至該離子源腔室，而該複數平臺分別線性滑動式地接合該複數基座，其中該複數平臺固定地耦接至該磁軛。

其可以另提供一控制器，被組構成用以選擇性地獨立地致動該間隙控制致動器和角度控制致動器，在其中沿著該一或多條軸線獨立地控制該萃取電極系統之平移。

在另一示例之中，該間隙控制致動器和角度控制致動器可操作地耦接至該離子源腔室之一側壁。

依據本發明的另一示範性特色，一離子植入系統包含一離子 束來源，此離子束來源包含上述的模組化離子源和萃取電極操作器設備。一射束線組件從該來源接收離子束，包含選擇性地讓所選離子通過的一質量分析器以及從該射束線組件接收離子束之一終端站。

為了實現前述及相關目標，本發明包含完整描述於下文及特別指出於申請專利範圍之中的特徵。以下說明和附隨圖式詳細地闡述本發明的特定例示性實施例。然而，此等實施例僅指出可以使用本發明之原理的各種方式中的一些方式。配合圖式審閱本發明以下的詳細說明，本發明的其他目的、優點及新穎特徵將趨於明顯。

100‧‧‧離子植入系統

102‧‧‧頭端

104‧‧‧射束線組件

106‧‧‧終端站

108‧‧‧真空泵

110‧‧‧工件

112‧‧‧支承結構

114‧‧‧離子束

120‧‧‧離子源

122‧‧‧來源電源

124‧‧‧萃取組件

126‧‧‧萃取電源

128‧‧‧電漿室

130‧‧‧萃取孔隙

132‧‧‧萃取電極

134‧‧‧電極孔隙

135‧‧‧射束導引模塊

136‧‧‧質量分析器

138‧‧‧解析平板

140‧‧‧長形孔隙

142‧‧‧上行方向表面

143‧‧‧外部環境

144‧‧‧控制器

146‧‧‧減速抑制平板

148‧‧‧減速抑制電壓源

150‧‧‧接地平板

200‧‧‧模組化離子源和萃取設備

202‧‧‧離子源腔室

203‧‧‧萃取孔隙

204‧‧‧萃取孔隙平面

205‧‧‧萃取電極系統

206‧‧‧萃取電極

207‧‧‧萃取電極平面

208‧‧‧連結

210‧‧‧絕緣體

212‧‧‧致動器

214‧‧‧間隙控制連結

214A‧‧‧第一間隙控制連結

214B‧‧‧第二間隙控制連結

216‧‧‧角度控制連結

218‧‧‧間隙控制致動器

220‧‧‧角度控制致動器

222‧‧‧第一軸線

223‧‧‧間隙

224‧‧‧第二軸線

225‧‧‧球形接頭

226‧‧‧特定距離

227‧‧‧角度

228‧‧‧線性平移平台

230‧‧‧基座

232‧‧‧平臺

234‧‧‧框架

235‧‧‧外殼

236‧‧‧凸緣

238‧‧‧凸緣內側

240‧‧‧凸緣外側

242‧‧‧凸緣通道

244‧‧‧伸縮囊

247‧‧‧傾斜軸線

248‧‧‧磁軛

250‧‧‧磁軛的關聯遠端

251‧‧‧外殼側壁

254‧‧‧回縮位置

256‧‧‧延伸位置

258‧‧‧傾斜位置

圖1例示依據本揭示之一示例的一示範性離子植入系統。

圖2例示依據本揭示之一特色的一模組化離子源和萃取電極設備的一局部剖面視圖。

圖3例示依據本揭示之一特色的圖2的模組化離子源和萃取電極設備的一端視圖。

圖4A至4C例示依據本揭示其他特色的處於各種位置的一模組化離子源和萃取電極設備的更多局部剖面視圖。

本發明概括而言係針對一模組化離子源和萃取電極操作器系統以及其使用方法。更具體言之，所述系統及方法藉由提供模組化離子源和萃取電極操作器組件而以較低維護成本有效率地萃取使用於一離子植入系統之中的一離子束。

因此，以下將參照圖式描述本發明，其中類似的參考編號在本文各處用以表示類似的元件。其應當理解，此等特色的說明僅係例示性質，不應被認定為具有限制性含義。在以下說明之中，基於闡釋的目的，其提出眾多特定細節以提供對於本發明的一全盤了解。然而，對於相關領域之熟習者應顯然可知，本發明可以在略去此等特定細節下實現。

以下參看圖式，為了得到對於本揭示的一較佳理解，示範性離子植入系統100被示意性地繪示於圖1之中，其中該示範性離子植入系統適於實施本發明的一或多個特色。其應注意，雖然離子植入系統100被例示成一示例，但本發明可以使用各種其他類型的離子植入設備和系統付諸實現，諸如高能量系統、低能量系統、或者其他植入系統，且所有此類系統均應被設想成落入本發明的範疇之內。

舉例而言，圖1的離子植入系統100包含一頭端102、一射束線組件104、以及一終端站106(例如，包含一製程處理室)，其中該離子植入系統透過一或多個真空泵108大致而言被置於真空之下。例如，離子植入系統100被組構成用以將離子植入一工件110(例如，一半導體晶圓、顯示面板、等等)。在一示例之中，離子植入系統100被組構成用以將離子植入一單一工件110(例如，一"序列式"離子植入機)，其中該工件通常駐留於位於終端站106之內的一支承結構112(例如，一底座或靜電卡盤)之上。或者，離子植入系統100被組構成用以在離子植入多個工件110(例如，一"批次式"離子植入機)，其中終端站106包含一旋轉圓盤(圖中未顯示)，一些工件相對於一離子束114被平移於其上。其應注意，可操作以自一離子源萃取離子並將其植入一或多個工件的任何離子植入設備均應被設想為落入 本發明的範疇之內。

例如，頭端102包含由一來源電源122(V_source)供電的一離子源120，該來源電源122界定出被萃取離子之能量，以及包含由一萃取電源126(V_EX)供電的一萃取組件124，以透過一萃取電壓V_Extract從該離子源萃取離子。舉例而言，萃取組件124結合射束線組件104可操作地將離子導向駐留於位於終端站106中的支承結構112上的工件110，以使用一特定能量位準進行其植入。

在一示例之中，被施偏壓於電位V_source的離子源120包含一電漿室128，其中一製程材料M_source的離子被產生於相當高的電漿密度(例如，10¹⁰至10¹³cm^-3)。概括而言其應注意，正離子被產生，雖然本發明亦適用於其中離子源120產生負離子的系統。萃取組件124另包含一萃取孔隙130以及一或多個萃取電極132，其中該萃取孔隙被施偏壓至前述的萃取電位V_source。萃取電壓V_Extract由電位V_source和施加至萃取電極的電壓V_EX所界定，從而提供萃取離子束114給射束線組件104。在一示例之中，若需要一120keV的離子能量，則當工件接地之時，相對於工件110，V_source等於120kV。萃取組件124和其組態進一步詳述於下文。

依據本揭示，舉例而言，當一或多個萃取電極132中的第一者處於抑制電位之時，萃取電壓V_Extract可以被定義為萃取電源126(V_EX)與來源電源122(V_source)之間的電位差。在另一示例之中，當前述第一電極被接地之時，萃取電壓V_Extract可以被定義為來源電源122的電位。其應能理解，前述一或多個萃取電極132和與其電性連接的各種其他組態均應被設想為落入本揭示的範疇之內。

例如，若產生正離子，則該一或多個萃取電極132被施偏壓於一小於V_source的電壓(例如，一個0至100kV的萃取電壓)。該一或多個萃取電極132處相對於萃取電極的負相對電位在萃取孔隙130與一或多個萃取電極132之間建立一靜電場，可操作以將正離子從離子源120萃取出來並將其加速。例如，該一或多個萃取電極132具有與其關聯的一或多個電極孔隙134，其中帶正電的離子透過萃取孔隙130和一或多個電極孔隙離開離子源120以形成離子束114，且其中萃取離子的速度概括而言係由提供給該一或多個萃取電極的電位V_Extract決定，而萃取之後的最終速度則由V_source決定。

例如，射束線組件104包含一射束導引模塊135，具有一入口靠近離子源120(例如，關聯該萃取孔隙130)、一質量分析器136，接收萃取離子束114、以及一出口，具有一解析平板138，其中該質量分析器基本上建立一雙極磁場以僅讓具有恰當荷質比(charge-to-mass ratio)或其範圍(例如，具有預期質量範圍的離子的經過質量分析的一離子束)的離子大量通過至位於終端站106中的工件110。概括而言，離子源120之中的來源材料的離子化產生具有一預定原子質量的一帶正電的離子物種。然而，除了預定的離子物種之外，所述離子化過程亦會產生一定比例的具有其他質量的離子。具有高於或低於前述恰當質量的原子質量或分子質量的離子不適合用於植入，且被稱為不合意的物種。質量分析器136產生的磁場通常致使離子束114之中的離子在一拱形軌跡內移動，因此，該磁場被建立成使得僅有質量等於預定離子物種質量的離子穿越射束路徑P而通往終端站106。

例如，位於射束導引模塊135出口處的解析平板138結合質量分析器136運作，以自離子束114排除其荷質比異於預定離子物種荷質比 的不合意離子物種。例如，解析平板138包含一或多個長形孔隙140，其中離子束114之中的離子在離開射束導引模塊135時通過該等孔隙。在解析平板138上，始於離子束110中的路徑P之一預期離子分散(例如，圖中例示於P')係位於其最小值，其中離子束(P'-P')之一寬度係離子束114通過鑑別孔隙140之一最小範圍。具有的質量遠大於或遠小於預定離子質量的不合意離子物種在圖1的射束導引模塊135之內被從預定射束路徑P大致偏轉，且概括而言並非離開該射束導引模塊。然而，若一不合意離子的質量極為接近預定物種的質量，則不合意離子的軌跡將僅從預定射束路徑P略微偏轉。因此，從預定射束路徑P僅略微偏轉的此一不合意離子將具有撞擊鑑別孔隙140的一上行方向表面142的傾向。

在一示例之中，質量分析器136的磁場的強度與方位，以及萃取自離子源120的離子之速度，係由一控制器144建立，使得概括而言僅有質量等於預定物種質量的離子會穿過該特定、預期的離子束路徑P而通往終端站106。在一示例之中，控制器144可操作地控制離子植入系統100的所有面向。例如，控制器144可操作地控制來源電源122以產生離子，以及萃取電源126，其中離子束路徑P被大致地控制。例如，控制器144進一步可操作地調整關聯質量分析器136的磁場之強度和方位，以及其他項目。在另一示例之中，控制器144進一步可操作地控制位於終端站106之內的工件110之位置，且能夠進一步被組構成用以控制工件在終端站106與一外部環境143之間的轉移。其應當理解，控制器144可以包含一處理器、電腦系統、及/或系統100整體控制的操作者(例如，一電腦系統結合一操作者的輸入)。

例如，在一個以高電流運作的離子植入系統100之中，射束路徑P的長度相當地短，而其通常需要離子束114之減速(例如，稱為"減速模式")恰在離子束撞擊工件110之前發生。在此一系統之中，其提供一減速抑制平板146於解析平板138下行處，其中藉由一減速抑制電壓源148提供的一減速抑制電壓V_Decel大體使離子束減速並且防止電子沿射束線P朝上行方向行進。其進一步提供一接地平板150於減速抑制平板146下行處，以抵消減速抑制平板146的下行效應。例如，減速抑制平板146和接地平板150進一步被使用做為光學器件，以在撞擊工件110之前聚焦經過減速的離子束114。其應注意，雖然減速抑制平板146在一示例之中被使用來提供離子束的減速及/或抑制，但減速抑制平板可以是由任何被施設電性偏壓的平板及/或孔隙構成，且所有此等平板及/或孔隙均應設想為落入本發明的範疇之內。此外，雖然離子束114的減速被描述成一示例，但其應能理解，本揭示可以在未施行減速下實現，其中設想出離子植入系統的各種組態，以及其運作。

離子植入系統100的維護通常需要拆裝系統的各種部件，其中重新組裝期間各部件的可重複、精確對齊對於具有可再現的植入而言係很重要的。如同前文所提及，傳統上已認定為棘手的一個領域係萃取電極與離子源的對齊。因此，依據一示範性特色，本揭示提出一模組化離子源和萃取設備200，其中該模組化離子源和萃取設備在設備維護及從離子植入系統100移除該設備期間提供可再現的對齊。

因此，依據本揭示，圖2更詳細地例示該示範性模組化離子源和萃取設備200。例如，圖2的模組化離子源和萃取設備200包含選擇性 地電性耦接至一電壓位準(關聯圖1的來源電源122的V_source)之一離子源腔室202，其中該離子源腔室包含一萃取孔隙203，此萃取孔隙203具有與其關聯的一萃取孔隙平面204。包含關聯一萃取電極平面207的一或多個萃取電極206之一萃取電極系統205被進一步設置於離子源腔室202的萃取孔隙203之近側，其中該一或多個萃取電極分別電性接地或通電，並被組構成用以從離子源腔室萃取離子，如先前所述。

依據一示例，一或多個連結208(例如，一或多個機軸或其他構件)進一步可操作地耦接至離子源腔室202，其中一或多個絕緣體210將萃取電極系統205進一步耦接至相應的一或多個連結。因此，該一或多個絕緣體210使該等相應的一或多個連結208電性絕緣於該萃取電極系統205，並在其中使該一或多個萃取電極206絕緣於該離子源腔室202。

一或多個致動器212進一步可操作地耦接至該一或多個連結208和該離子源腔室202，其中該一或多個致動器被組構成用以相對於該離子源腔室平移該一或多個連結，在其中相對於一或多條軸線平移該萃取電極系統205。因此，離子源腔室202與萃取電極系統205整合於一凝聚單元之中，其中該離子源腔室和萃取電極206耦接在一起，無論萃取設備200係配置於圖1的離子植入系統100之中或自其移除皆然。

例如，圖2的模組化離子源和萃取設備200透過該一或多個連結208與一或多個絕緣體210機械性地耦接該離子源腔室202和萃取電極系統205，且其中該一或多個致動器212電性耦接至該離子源腔室，但萃取電極系統205則電性隔離於該離子源腔室。因此，在圖1的離子植入系統100的運作期間，舉例而言，圖2中的一或多個致動器212和一或多個連結 208係處於電壓位準V_source，而該一或多個絕緣體210提供萃取電極系統205於接地或者一個低於離子源腔室202之電壓位準的電位。

依據另一示例，上述的一或多個連結208包含至少一間隙控制連結214和至少一角度控制連結216。此外，該一或多個致動器212包含一間隙控制致動器218和一角度控制致動器220，其中該間隙控制致動器可操作地耦接至該離子源腔室，並且被組構成用以沿一第一軸線222相對於該離子源腔室202線性地平移該至少一間隙控制連結214。該間隙控制致動器218因此選擇性地控制介於該等萃取電極206與離子源腔室202的萃取孔隙203之間的一間隙223。

例如，該角度控制致動器220可操作地耦接至離子源腔室202，並且被組構成用以沿一第二軸線224相對於該離子源腔室線性地平移該至少一角度控制連結216。在另一示例之中，關聯至少一間隙控制連結214和至少一角度控制連結216的一或多個絕緣體210透過一或多個球形接頭225可操作地耦接萃取電極系統205，其中該一或多個球形接頭提供萃取電極系統相對於離子源腔室202的多重自由度移動。在本示例之中，第一軸線222和第二軸線224大體平行且相隔一特定距離226。因此，角度控制致動器220選擇性地控制介於萃取電極系統205與離子源腔室202的萃取孔隙203之間(例如，萃取孔隙平面204與萃取電極平面207之間)的一角度227。例如，第一軸線222和第二軸線224大致平行，但可以因角度227的控制而在相對於彼此的角度上有所變異。然而，只要變化微小，則任何平行度的誤差亦將微小。

其可以進一步提供一或多個線性平移平台228，如圖3所繪 示，例如，其中每一線性平移平台均包含固定地耦接至離子源腔室202的一基座230。每一線性平移平台228均另包含線性滑動式地接合相應的基座230之一平臺232。在本示例之中，該至少一間隙控制連結214大體而言固定地耦接至該平臺232。例如，一框架234進一步可操作地耦接至平臺232，其中該間隙控制致動器218被組構成用以大致平行於圖2的第一軸線222線性地平移平臺232與框架234二者。因此，透過框架234，該至少一間隙控制連結214進一步被間隙控制致動器218沿第一軸線222線性地平移。

在另一示例之中，圖3的角度控制致動器220固定地耦接至平臺232，其中該間隙控制致動器218另被組構成用以大致平行於圖2的第一軸線線性地平移該角度控制致動器，且在其中進一步沿著第二軸線224線性地平移該至少一角度控制連結216。因此，介於萃取電極系統205與離子源腔室202的萃取孔隙203之間的角度227被維持與間隙223無關。例如，角度控制致動器220進一步被組構成用以相對於框架234平移角度控制連結216，在其中與間隙223無關地控制角度227，如圖4C之中的例子所例示，且將於本文進一步說明。

依據另一示例，圖2的離子源腔室202中之一外殼235包含一凸緣236，位於萃取孔隙203的遠端對側。例如，凸緣236包含面朝該萃取孔隙203之一內側238以及位於該內側對立側的一外側240。例如，凸緣236提供一裝載表面(圖中未顯示)，用以將模組化離子源和萃取設備200裝載於圖1的離子植入系統100之內。在本示例之中，該一或多個線性平移平台228(例如，每一線性平移平台的基座230)和框架234可操作地耦接至凸緣236的外側240，其中凸緣236和與其電性耦接的部件(例如，一或多個間 隙控制致動器218、一或多個角度控制致動器220、一或多個間隙控制連結214、以及一或多個角度控制連結216)均係處於電壓位準V_source。

例如，凸緣236可以包含從其內側238到其外側240延伸通過該凸緣的一或多個通道242，其中該至少一間隙控制連結214和至少一角度控制連結216通過該凸緣的該等一或多個通道。在一示例之中，該至少一間隙控制連結214和至少一角度控制連結216滑動式地接合該一或多個通道242。在一示例之中，該至少一間隙控制連結214和至少一角度控制連結216單純地通過該一或多個通道242而並未接觸凸緣236。

例如，一伸縮囊244將凸緣236分別耦接至該至少一間隙控制連結214和至少一角度控制連結216中的每一者，其中每一伸縮囊均在圖2中的該凸緣的內側238與關聯該凸緣外側240的一環境246(例如，圖1的大氣或外部環境143與抽真空的射束線藉由密封而彼此隔絕)之間提供一密封。或者，一滑動式密封或其他已知密封方式均可以提供一真空密封。

在另一例子之中，儘管並未顯示於圖中，框架234可以相對於一傾斜軸線247旋轉式地耦接至平臺232，其中該至少一間隙控制連結214沿該傾斜軸線固定地耦接至該框架，且其中該傾斜軸線大體而言垂直於該第一軸線222。在另一例子之中，圖3的框架234可以包含一磁軛248，此磁軛248具有關聯的遠端250，其中該至少一間隙控制連結214包含一第一間隙控制連結214A和一第二間隙控制連結214B，沿著該傾斜軸線247固定地耦接至該磁軛的相應的遠端。此外，線性平移平台228可以包含固定地耦接至離子源腔室202的複數基座230，其中相應的複數平臺232固定地耦接至磁軛248(例如，接近該磁軛相應的遠端250)。

依據又另一特色，圖1的控制器144進一步被組構成用以選擇性地獨立地致動間隙控制致動器218和角度控制致動器220，在其中獨立地控制一或多個軸線上的萃取電極206的平移。

在又另一示例之中，間隙控制致動器218和角度控制致動器220可操作地耦接至圖2的離子源腔室202的外殼235的一側壁251。儘管圖中未顯示，但在另一選替性例子中，一單一間隙控制致動器218和一單一角度控制致動器220彼此對立地(例如，上達180度的彼此對立)固定耦接至離子源腔室202的外殼235的側壁251。因此，當一致地致動之時，該單一間隙控制致動器218和單一角度控制致動器220提供間隙223之控制，且當獨立地或差動地致動之時，提供角度227或傾斜之控制。

圖4A至4C繪示依據本揭示一些示例的萃取設備200的各種組態。例如，圖4A繪示位於一回縮位置254的萃取設備200，其中萃取電極系統205透過間隙控制致動器218被設置成接近萃取孔隙203。在圖4A的回縮位置254之中，該至少一間隙控制連結214被回縮，使得介於萃取電極206與離子源腔室202的萃取孔隙203之間的間隙223處於一第一特定間隙數值。如圖4B所繪示，該至少一間隙控制連結214被延伸以透過間隙控制致動器218將該萃取電極系統205定位於一延伸位置256上，使得介於萃取電極206與離子源腔室202的萃取孔隙203之間的間隙223處於一第二特定間隙數值。如圖4A及4B的例子所繪示，角度控制致動器220將角度控制連結216相對於框架234保持於一大致固定之位置，從而在圖4A的回縮位置252與圖4B的延伸位置256二者處均維持角度227(例如，在圖4A和4B之中被顯示成大約零度，其中萃取孔隙平面204與萃取電極平面207大 體而言彼此平行)。

圖4C亦繪示萃取設備200處於延伸位置256，舉例而言，其中介於萃取電極206與離子源腔室202的萃取孔隙203之間的間隙223處於第一特定間隙數值。然而，在圖4C之中，萃取設備200進一步被繪示成一傾斜位置258，其中萃取電極系統205進一步透過角度控制致動器220被傾斜。如圖4C所繪示，介於離子源腔室202的萃取孔隙203與萃取電極206之間的角度227已被角度控制致動器220更改成與圖4B顯示者不同，其中角度控制連結216相對於框架234的位置受角度控制致動器所控制，且在其中顯示萃取電極系統205處於傾斜位置258。其應注意，圖4C所繪示的角度227，係做為許多可能角度的其中一個例子，且任何正值或負值角度均應被設想為落入本揭示的範疇之內。此外，其應注意，其可以提供更多的或其他的角度控制致動器及/或角度控制連結(圖中未顯示)，以在多個平面上相對於離子源腔室202控制萃取電極系統205的各種角度，此亦應進一步被設想為落入本揭示的範疇之內。

因此，圖1至4的模組化離子源和萃取設備200可以從離子植入系統100移除，其中另一模組化離子源和萃取設備處於備用狀態並準備隨時被置換到離子植入系統之中。傳統系統並無提供此模組性，其中每次檢修離子源或萃取電極而重新組裝離子源或萃取電極於離子植入系統100中之後，傳統上均需要一對齊程序。本揭示提供模組性，其中模組化離子源和萃取設備200可以被取出至一工作台並且和已完成檢修及對齊等動作的另一模組化離子源和萃取設備交換。

儘管本發明的顯示及描述係參照一或多個特定較佳實施 例，但相關領域的熟習者在審閱並理解此說明書和隨附圖式之後，顯然能夠構想出等效的變造及修改。特別是有關上述部件(組件、裝置、電路、等等)所執行的各種功能，用以描述此等部件的用語(包含使用一"裝置"的參照)，除非另有敘明，否則均係意圖表示執行所述部件的特定功能之任何部件(意即，功能上等效的部件)，即使在結構上並未等同於執行本文例示的本發明示範性實施例的功能之揭示結構亦然。此外，雖然本發明之一特別特徵可以是僅揭示於數個實施例的其中一者，但此特徵可以結合其他實施例的一或多個其他特徵，以利任何特定或特別應用的需求與優勢。

200‧‧‧模組化離子源和萃取設備

202‧‧‧離子源腔室

203‧‧‧萃取孔隙

204‧‧‧萃取孔隙平面

205‧‧‧萃取電極系統

206‧‧‧萃取電極

207‧‧‧萃取電極平面

208‧‧‧連結

210‧‧‧絕緣體

212‧‧‧致動器

214‧‧‧間隙控制連結

216‧‧‧角度控制連結

218‧‧‧間隙控制致動器

220‧‧‧角度控制致動器

222‧‧‧第一軸線

223‧‧‧間隙

224‧‧‧第二軸線

225‧‧‧球形接頭

226‧‧‧特定距離

227‧‧‧角度

228‧‧‧線性平移平台

230‧‧‧基座

232‧‧‧平臺

234‧‧‧框架

235‧‧‧外殼

236‧‧‧凸緣

238‧‧‧凸緣內側

240‧‧‧凸緣外側

242‧‧‧凸緣通道

244‧‧‧伸縮囊

251‧‧‧外殼側壁

Claims (20)

1. 一種模組化離子源和萃取設備，包含：一離子源腔室，選擇性地電性耦接至一電壓位準，其中該離子源腔室包含一萃取孔隙；一萃取電極系統，被設置成接近該離子源腔室之該萃取孔隙，其中該萃取電極系統被組構成透過一或多個萃取電極從該離子源腔室萃取離子；一或多個連結，可操作地耦接至該離子源腔室；一或多個絕緣體，將該萃取電極系統耦接至相應的該一或多個連結，其中該一或多個絕緣體使相應的該一或多個連結電性絕緣於該萃取電極系統，且在其中使該萃取電極系統電性絕緣於該離子源腔室；以及一或多個致動器，可操作地將該一或多個連結耦接至該離子源腔室，其中該一或多個致動器被組構成用以相對於該離子源腔室平移該一或多個連結，且在其中沿一或多條軸線平移該萃取電極。
2. 如申請專利範圍第1項的模組化離子源和萃取設備，其中該離子源腔室和萃取電極透過該一或多個連結與該複數絕緣體被機械性地耦接，其中該一或多個致動器電性耦接至該離子源腔室。
3. 如申請專利範圍第1項的模組化離子源和萃取設備，其中該一或多個連結包含至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結，且其中該一或多個致動器包含一間隙控制致動器和一角度控制致動器，其中該間隙控制致動器可操作地耦接至該離子源腔室並且被組構成用以沿一第一軸線相對於該離子源腔室線性地平移該至少一間隙控制連結，且其中該角度控制致動器可操作地耦接至該離子源腔室並且被組構成用以沿一第二軸線相對於該 離子源腔室線性地平移該至少一角度控制連結，其中該第一軸線和該第二軸線大致平行並相隔一特定距離。
4. 如申請專利範圍第3項的模組化離子源和萃取設備，另包含：一線性平移平台，包含：一基座，固定地耦接至該離子源腔室；以及一平臺，線性滑動式地接合該基座，其中該至少一間隙控制連結大體固定地耦接至該平臺；以及一框架，可操作地耦接至該平臺，其中該間隙控制致動器被組構成用以大體平行於該第一軸線線性地平移該平臺和框架，且在其中沿該第一軸線線性地平移該至少一間隙控制連結。
5. 如申請專利範圍第4項的模組化離子源和萃取設備，其中該角度控制致動器固定地耦接至該平臺，其中該間隙控制致動器另被組構成大體平行於該第一軸線線性地平移該角度控制致動器，且在其中進一步沿該第二軸線線性地平移該至少一角度控制連結。
6. 如申請專利範圍第4項的模組化離子源和萃取設備，其中該離子源腔室包含位於該萃取孔隙遠端對側之一凸緣，其中該凸緣包含面向該萃取孔隙之一內側以及位於該內側對立側之一外側，且其中該線性平移平台和框架可操作地耦接至該凸緣的該外側。
7. 如申請專利範圍第6項的模組化離子源和萃取設備，其中該基座固定地耦接至該凸緣之該外側。
8. 如申請專利範圍第6項的模組化離子源和萃取設備，其中該凸緣包含從其該內側到其該外側延伸通過該凸緣的一或多個通道，其中該至少一 間隙控制連結和至少一角度控制連結通過該凸緣的該一或多個通道。
9. 如申請專利範圍第8項的模組化離子源和萃取設備，另包含一伸縮囊，將該凸緣分別耦接至該至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結中的每一者，其中每一伸縮囊均在該凸緣的該內側與關聯該凸緣該外側的一環境之間提供一密封。
10. 如申請專利範圍第8項的模組化離子源和萃取設備，其中該至少一間隙控制連結和至少一角度控制連結滑動式地接合該一或多個通道。
11. 如申請專利範圍第4項的模組化離子源和萃取設備，包含具有複數基座和複數平臺的複數線性平移平台，其中該框架固定地耦接至該複數平臺中的每一者。
12. 如申請專利範圍第4項的模組化離子源和萃取設備，其中該框架沿一傾斜軸線旋轉式地耦接至該平臺，其中該至少一間隙控制連結沿該傾斜軸線固定地耦接至該框架，且其中該傾斜軸線大體垂直於該第一軸線。
13. 如申請專利範圍第4項的模組化離子源和萃取設備，其中該框架包含一磁軛，該磁軛具有與其關聯的遠端，其中該至少一間隙控制連結包含一第一間隙控制連結和一第二間隙控制連結，沿該傾斜軸線固定地耦接至該磁軛的相應的遠端。
14. 如申請專利範圍第13項的模組化離子源和萃取設備，其中該線性平移平台包含複數基座和複數平臺，該複數基座固定地耦接至該離子源腔室，而該複數平臺分別線性滑動式地接合該複數基座，其中該複數平臺固定地耦接至該磁軛。
15. 如申請專利範圍第14項的模組化離子源和萃取設備，其中該複數 平臺的其中至少兩者於接近該磁軛相應的遠端處固定地耦接至該磁軛。
16. 如申請專利範圍第3項的模組化離子源和萃取設備，另包含一控制器，被組構成用以選擇性地獨立地致動該間隙控制致動器和角度控制致動器，且在其中獨立地控制該萃取電極在該一或多條軸線上的平移。
17. 如申請專利範圍第3項的模組化離子源和萃取設備，其中該間隙控制致動器和角度控制致動器可操作地耦接至該離子源腔室的一側壁。
18. 如申請專利範圍第1項的模組化離子源和萃取設備，另包含一控制器，被組構成用以選擇性地獨立地致動該一或多個致動器，且在其中控制該萃取電極在該一或多條軸線上的平移。
19. 如申請專利範圍第1項的模組化離子源和萃取設備，其中該萃取電極相對於該離子源腔室之一位置被該一或多個致動器和一或多個連結選擇性地固定。
20. 如申請專利範圍第19項的模組化離子源和萃取設備，另包含一裝載設備，被組構成用以將做為一模組的該離子源腔室和萃取電極選擇性地耦接至一離子植入系統。