TWI463518B - 獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置以及獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法 - Google Patents

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Description

獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置以及獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法
本發明是有關於一種離子植入技術，且特別是有關於一種獨立控制離子束之偏移、減速及/或聚焦的技術。
離子植入機(ion implanter)廣泛用於半導體製造中以選擇性地改變材料之導電性。在一典型的離子植入機中，從一離子源產生的離子被導向通過一系列束線元件，所述的束線組件包含一或多個分析磁鐵(analyzing magnet)以及多個電極。分析磁鐵選擇所要的離子種類，濾出污染種類(contaminant species)以及不具有所需能量的離子，且調整目標晶圓處之離子束品質。適當成形之電極可修改離子束之能量以及形狀。
圖1顯示習知離子植入機100，其包括離子源102、提取電極104、90°磁鐵分析器(magnet analyzer)106、第一減速(D1)級(first deceleration(D1)stage)108、70°磁鐵分析器110以及第二減速(D2)級112。D1以及D2減速級(亦稱為“減速透鏡(deceleration lens)”)分別由具有允許離子束通過之界定孔的多個電極所組成。藉由向多個電極施加不同組合之電壓電位，D1以及D2減速透鏡可操縱離子能量且使離子束以所要能量撞擊目標工件。
以上提及之D1或D2減速透鏡可為靜電三極體(或四極體)減速透鏡。圖2顯示習知靜電三極體減速透鏡200 之透視圖。靜電三極體減速透鏡200包含三組電極：入口電極(entrance electrode)202(亦稱為“端電極”)、抑制電極(suppression electrode)204(或“聚焦電極”)以及出口電極(exit electrode)206(亦稱為“接地電極”，儘管其未必連接至接地)。習知靜電四極體減速透鏡類似於靜電三極體減速透鏡200，除了四極體透鏡具有在抑制電極204與出口電極206之間的另一組抑制電極(或聚焦電極)。
在靜電三極體減速透鏡200中，每一組電極可具有允許離子束20穿過(例如，沿束線方向之+z方向)的空間/間隙。如圖2中所示，每一組電極可包括電耦接至彼此以共用相同電壓電位的兩個導電片。或者，每一組電極可為具有用於使離子束20穿過之孔徑的單片結構。如此一來，每一組電極有效地為具有單一電壓電位之單電極。為簡便起見，以單數指示每一組電極。亦即，將這些入口電極202稱為一“入口電極202”，將這些抑制電極204稱為一“抑制電極204”，且將這些出口電極206稱為一“出口電極206”。
在操作中，獨立地對入口電極202、抑制電極204以及出口電極206施加偏壓，藉此能以下述方式來操縱離子束20之能量及/或形狀。離子束20可經由入口電極202進入靜電三極體減速透鏡200且可具有初始能量，例如10-20keV。可在入口電極202與抑制電極204之間加速離子束20中之離子。一旦到達抑制電極204，離子束20可具有例如大約30keV或更高之能量。在抑制電極204與出口電極 206之間，可將離子束20中之離子減速至通常接近用於目標晶圓之離子植入之離子的能量。因此，當離子束20離開靜電三極體減速透鏡200時，其可具有例如大約3-5keV或更低之能量。
在靜電三極體減速透鏡200中發生之離子能量的顯著變化可對離子束20之形狀有實質性影響。例如，減速透鏡200可提供共同局部偏移(co-local deflection)以過濾高能量的中性離子，其會面臨控制偏移角度與束線聚焦的挑戰。用以控制離子束聚焦的電壓可能會根據離子束20具有不同電流與高度而改變，但控制離子束20偏移所需要的電壓是由離子束的能量(例如輸入與輸出)來決定。若離子束20的位置持續改變，由於無法迅速地調整離子束20的大小(聚焦)，因而要以此方式調整離子束20是困難的。習知的系統與方法並無法提供解決方法，使局部共存的偏移透鏡與減速透鏡無法獨立地控制離子束的偏移及/或聚焦。
鑒於前述內容，可理解現有的離子植入技術存在著相關的顯著問題以及缺陷。
本發明揭露一種獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的技術。在一特定的例示性實施例中，所述技術可藉由一獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置而實現。此裝置包括一電極結構，其包括配置於一離子束上方的一組上電極與配置於離子束下方的一組下電極。此組上電極與此 組下電極均具有固定位置且不可移動。此組上電極與此組下電極之間的電位差亦可隨著離子束的中央射線軌跡而改變，藉以反映中央射線軌跡上每一點的離子束能量，以獨立地控制離子束偏移、減速及/或聚焦。
在此特定的例示性實施例的其他方面，此組上電極與此組下電極係以對稱於離子束的中央射線軌跡而定位。
在此特定的例示性實施例的其他方面，沿著上述之中央射線軌跡，此組上電極與此組下電極之間的電位差除以離子束之間的一間隙可得到一數值，此數值為(Vupper (z)-Vlower (z))/gap(z)，且此數值與該離子束的能量之間具有一固定比例，此固定比例為係數*Ebeam (z)。
在此特定的例示性實施例的其他方面，用以偏移離子束的電位係以反對稱電位施加在離子束上方與下方的每一對上電極與下電極。
在此特定的例示性實施例的其他方面，施加在每一對上電極與下電極以偏移離子束的電位，係以兩倍電位並僅施加於離子束的一側。
在此特定的例示性實施例的其他方面，電極結構為一階梯式電極結構，以使此組上電極與此組下電極之間的間隙沿著離子束中央射線軌跡皆相同。
在此特定的例示性實施例的其他方面，電極結構為一喇叭型電極結構，以使此組上電極與此組下電極之間的間隙沿著離子束的中央射線軌跡增加。
在此特定的例示性實施例的其他方面，電極結構為一 平行電極結構，以使此組上電極的各個電極彼此平行，且此組下電極的各個電極彼此平行。
在此特定的例示性實施例的其他方面，此組上電極與此組下電極為電極板與桿狀電極的至少其中之一者。
在此特定的例示性實施例的其他方面，此組上電極與此組下電極是由非雜質材料與具有較低熱膨脹係數的材料的至少其中之一所製成。
在此特定的例示性實施例的其他方面，此組上電極與此組下電極的電極是弧形的，以聚焦水平離子束。
在此特定的例示性實施例的其他方面，電極結構更包括一或多個側邊元件，以聚焦水平束線。
在此特定的例示性實施例的其他方面，側邊元件裝設於此組上電極與此組下電極的至少一電極，且一或多個絕緣塊支撐此組上電極與此組下電極。
在此特定的例示性實施例的其他方面，側邊元件維持與此組上電極及此組下電極不同的電位，以提供額外的水平束線聚焦。
在另一特定的例示性實施例中，所述技術可藉由一獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法而實現。此方法包括，首先提供一電極結構，其包括配置於離子束上方的一組上電極與配置於離子束下方的一組下電極，此組上電極與此組下電極具有固定位置且不可移動；此方法亦可包括沿著該離子束的一中央射線軌跡改變該組上電極與該組下電極的電位差，以反映在該中央射線軌跡上每一點的離 子束能量，以獨立地控制該離子束之偏移、減速與聚焦。
現將參看如展示於隨附圖式中的本發明之例示性實施例來較為詳細地描述本發明。雖然以下參看例示性實施例來描述本發明，但應理解本發明不限於此。能夠理解本文之教示的一般熟習此項技術者將認識到額外實施、修改以及實施例以及其他使用領域，其處於如本文中所描述之本發明之範圍內且本發明可具有關於其之顯著效用。
本發明之實施例說明靜電透鏡結構的一種改良型式，其具有一或多個可變控制的抑制/聚焦電極。這些電極可包括各種外型、曲率、位置、材料及/或結構，其能相對於彼此而獨立地或分開地控制或偏壓，從而能更靈活且有效率地操控離子束的外型及能量。
圖3為本發明之一實施例的一種階梯式透鏡結構300的側視圖。階梯式透鏡結構300包括多組電極。舉例來說，階梯式透鏡結構300可包括一組入口電極302、一組或多組抑制/聚焦電極304以及一組出口電極306。每組電極可具有空間/間隙(space/gap)，以使離子束30(例如是帶狀離子束)通過。在一些實施例中，可在一殼體308內提供這些電極(例如入口電極302、抑制/聚焦電極304及出口電極306)。一泵浦310可直接或間接地連接於殼體(housing)308。在一實施例中，泵浦310可以是一真空泵浦，以提供一高真空環境或是其他受控環境。在其他實施例中，殼體308可包括一個或多個襯套(bushings)312。這 些襯套312可用使殼體308與其他構件絕緣。在此亦可提供其他多種實施例。
如圖3所示，各組入口電極302與出口電極306可包括彼此電性耦接的兩個導電片，或可為具有一孔徑以使離子束30穿過之單片結構。在一些實施例中，抑制/聚焦電極304的上半部與下半部可具有不同的電位(例如分開的導電片具有不同的電位)，以偏移所通過的離子束30。為簡便起見，以單數表示每一組電極。換言之，這些入口電極302可稱為一“入口電極302”，這些抑制電極304可稱為一“抑制電極304”，且這些出口電極306稱為一“出口電極306”。雖然階梯式透鏡結構300是被描述為七元件透鏡結構(例如其具有五組抑制/聚焦電極304)，但應瞭解其可運用任何數量的元件(或電極)。例如在一些實施例中，階梯式透鏡結構300可運用三至十個電極組(electrode sets)。在此亦可提供其他多種實施例。
在一些實施例中，通過電極的離子束30可包括硼或其他元素。藉由使用多個薄電極(例如抑制/聚焦電極304)來控制沿著離子束路徑或射束線30之電位的「級數」，可使離子束30達到靜電聚焦。在階梯式透鏡結構300中，亦可在避免過焦(over-focusing)的狀態下提供高減速比(high deceleration ratios)。因此，使用在一能量範圍內的輸入離子束30可形成較高品質束線，即使是非常低能量的輸出束線也是如此。在一實施例中，當離子束30通過透鏡結構300的電極時，離子束30可從6keV減速至0.2keV，且被 階梯式透鏡結構300的電極偏移15°。在此實施例中，能量比可為30/1。在此亦可提供其他多種實施例。
在此應瞭解，分開且獨立地控制減速、偏移及/或聚焦可由下述方式達成：(1)相對於離子束30的中央射線軌跡而保持電極的對稱性(例如入口電極302、抑制/聚焦電極304與出口電極306)；以及(2)沿著離子束30的中央射線軌跡改變偏移電壓，以反映在偏移角35下，中央射線軌跡上的每一點的束線能量。在此應瞭解，藉由電極相對於離子束30的中央射線軌跡的對稱性，最接近離子束30的上電極與下電極的末端，其與離子束30的中央射線軌跡可維持相等(或接近相等)的垂直距離。
舉例來說，位於離子束30上方與下方的電極，其電壓差(例如Vdefl (z))可以經由設定而使電場的偏移部分(deflection component)(例如(Vupper (z)-Vlower (z))/gap(z))與此點的束線能量(其可沿著電極或透鏡改變)之間具有一固定比例/係數(例如係數*Ebeam (z))。如下述方程式1所示：Vdefl (z)/gap(z)=係數*Ebeam (z)
在一些實施例中，此偏移電壓可以反向對稱地施加(例如+/-Vdefl (z))。在其他實施例中，偏移電壓例如是以兩倍偏移電壓來施加且僅施加在離子束30的一側。在此應瞭解，由於上、下電極之間的電壓關係可以固定成一特定幾何關係，因此便可將此關係實施於電路網絡或其他類似網絡。因此，即使未能完全消除在硬體中對於兩倍數量的電 源及/或維持此關係的需求，亦可因此而減少此需求。在此亦可提供其他多種實施例。
圖4A至圖4D為在本發明之一實施例的階梯式透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖400A至400D。在這些說明圖400A至400D中，在產生各種聚焦條件的每一個電極下，離子束30具有不同的發射率與電壓/偏壓。在此應瞭解，每個例示性說明圖可使用0.16的偏移係數(如上述方程式1)且可產生同樣或類似的偏移(例如偏移15°)。
舉例而言，圖4A繪示在階梯式透鏡結構中，使用零發射率離子束造成的偏移、減速及/或聚焦的說明圖400A。圖4B繪示在階梯式透鏡結構中，使用非零發射率離子束造成的偏移、減速及/或聚焦的說明圖400B。圖4C繪示在階梯式透鏡結構中，使用收斂且非零發射率離子束造成的偏移、減速及/或聚焦的說明圖400C。圖4D繪示在階梯式透鏡結構中，使用不同聚焦電壓造成的偏移、減速及/或聚焦的說明圖400D。在大部分的情形中，方程式1的係數可維持為0.16。在此亦可提供其他多種實施例。
圖5為本發明之一實施例的一種喇叭型(flared)透鏡結構500的側視圖。與圖3的階梯式透鏡結構300相似，喇叭型透鏡結構500亦可包括多組電極，例如一組入口電極502、一組或多組抑制/聚焦電極504以及一組出口電極506。每組電極可具有一開口，以使一離子束50以偏移角55通過。雖然喇叭型透鏡結構500是繪示成七元件透鏡結構，然與圖3相似，在此應瞭解其可運用任何數量的元件 (或電極)。例如在一些實施例中，喇叭型透鏡結構500可運用三至十個電極組。在此亦可提供其他多種實施例。
然而，圖5的喇叭型透鏡結構500與圖3不同處在於其可被定位成一「喇叭型」的結構。例如，離子束50位在出口電極506處的開口可大於離子束50位於入口電極502處的開口。因此，在每一組抑制/聚焦電極504處的開口會逐漸增加或呈喇叭型開口。在此應瞭解的是，此結構中的電極呈喇叭型(例如用以避免束線撞擊在電極上)，其仍在離子束50的中心射線軌跡上維持對稱性。在此亦可提供其他多種實施例。
圖6A為在本發明之一實施例的喇叭型透鏡結構中偏移、減速與/或聚焦的說明圖600A。在此實施例中，電極呈喇叭型分佈以避免束線撞擊在電極上，其維持在離子束50的中央射線軌跡處的對稱性。
圖6B與圖6C分別為在本發明之一實施例的喇叭型透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖600B、600C。應瞭解的是，雖然偏移角是由方程式1中的偏移係數所定義，但可更進一步地以較小的調整或”微調”來控制最終偏移角55。舉例來說，微調可藉由在最終電極(last electrode)(例如最終抑制/聚焦電極504)處增加些許偏移電位(電壓)而達成，其比例可調整至一最終能量。請參考圖6B，喇叭型透鏡結構的偏移、減速及/或聚焦的說明圖600B顯示了-0.2之微調的效果。請參考圖6C，喇叭型透鏡結構的偏移、減速及/或聚焦的圖600C顯示了+0.2之微調的效 果。在此亦可提供其他多種實施例。
圖7為本發明之一實施例的一種平行透鏡結構700的側視圖。與圖5的喇叭型透鏡結構500相似，平行透鏡結構700可包括多組電極，例如一組入口電極702、一組或多組抑制/聚焦電極704及一組出口電極706。每一組電極可具有一空間/間隙而使離子沿著離子束70的中央射線軌跡以偏移角75通過。雖然平行透鏡結構700被繪示成七元件透鏡結構，與圖5相似，應瞭解其可運用任何數量的元件(或電極)。例如在一些實施例中，平行透鏡結構700可運用三至十個電極組。在此亦可提供其他多種實施例。
在此亦應瞭解的是，平行透鏡結構700的電極可與圖5的喇叭型透鏡結構500類似而呈喇叭型。舉例來說，離子束70在出口電極706處的開口可大於離子束70在入口電極702處的開口。因此，位於每一組抑制/聚焦電極704的開口可逐漸地增加或呈喇叭型展開。電極亦相對於離子束70的中央射線軌跡而維持對稱，以避免離子束70產生像差。在此應瞭解的是，雖然平行透鏡結構700的電極是以喇叭型結構為例，然亦可提供其他多種不同型式的實施例(例如階梯式結構等)。
然而，與圖5不同的是，圖7的平行透鏡結構700的電極是彼此平行的。例如，相對於圖5的喇叭型透鏡結構500是使電極邊緣相對於中央射線軌跡具有一夾角來維持對稱性，圖7的平行透鏡結構700的電極是彼此平行使得電極的邊緣保持位於相似的位置。
圖7的平行透鏡結構具有諸多相關的優點。例如，相較於需要較高精確度與準確度的喇叭型或階梯式的電極，平行透鏡結構700中的電極比較容易定位。因此，只要平行透鏡結構700的電極邊緣保持相似於圖5的喇叭型透鏡結構500的電極邊緣方式定位，便可將離子束70因結構上的變更所造成的影響降至最低。在此亦可提供其他多種的實施例。
圖8為在本發明之一實施例的平行透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖800。在此，電極板彼此平行及呈喇叭型，以提供獨立地控制偏移、減速及/或聚焦。
圖9為本發明之一實施例的透鏡結構900的側視圖，其中透鏡結構900使用桿狀電極。與圖5的喇叭型透鏡結構500相似，使用桿狀電極的透鏡結構900可包括多組電極，例如一組入口電極902、一組或多組抑制/聚焦電極904及一組出口電極906。每組電極可具有一空間/間隙，以使離子沿著離子束90的中央射線軌跡以一偏移角95通過。雖然使用桿狀電極的透鏡結構900是以七元件透鏡結構為例，與圖5相似，在此應瞭解任何數量的元件(或電極)亦可被運用。例如在一些實施例中，使用桿狀電極的透鏡結構900可運用三至十個電極組。在此亦可提供其他多種實施例。
在此亦應瞭解的是，使用桿狀電極的透鏡結構900可與圖5的喇叭型透鏡結構500同樣具有相似的喇叭型結構。舉例來說，離子束90位於出口電極906處的開口大於 離子束90位於入口電極902處的開口。因此，在每組抑制/聚焦電極904處的開口逐漸地增加或呈喇叭型展開。電極亦可相對於離子束90的中央射線軌跡而維持對稱性。在此應瞭解的是，雖然使用桿狀電極的透鏡結構900是以喇叭型結構予以描述，然亦可提供其他多種不同型式的實施例(例如階梯式結構等)。
然而，與圖5不同的是，圖9的透鏡結構900的抑制/聚焦電極904可使用桿狀電極來代替電極板。只要桿狀電極的位置保持在與圖5的喇叭型透鏡結構500的電極邊緣相似的位置，便可將對離子束90的影響減至最小。例如，圖10係根據本發明之一實施例所繪示的使用桿狀電極的透鏡結構與平行透鏡結構的偏移、減速及/或聚焦的比較說明圖1000。在此，根據本發明的一實施例，桿狀電極桿可有效地提供獨立的控制偏移、減速及/或聚焦。
桿狀電極可由非雜質材料(non-contaminating)製造而成，例如石墨、玻璃石墨(glassy carbon)或其他非雜質材料。在此應瞭解的是，電極亦可由具有低熱膨脹係數的材料製成。在此亦可提供其他多種實施例。
使用桿狀電極具有諸多優點。例如，桿狀電極(或電極桿)的表面區域實質上小於電極板的表面區域。因此，桿狀電極有助於降低放電、故障及/或帶電粒子的自發產生的可能性。再者，使用桿狀電極可允許更開放的幾何結構，如此一來，其允許更大的抽氣效果(例如藉由真空泵浦310)。因此，可因降低壓力而減少電荷交換與剩餘能量污 染。
圖11A為本發明之一實施例的使用桿狀電極的透鏡結構1100A的俯視圖。在此實施例中，桿狀電極1104可藉由孔洞(未繪示)安裝在一個或多個絕緣塊1114上，或是具有絕緣襯套的導電板上。使用絕緣塊1114或襯套皆可使桿狀電極1104的位置獨立於變動的溫度中。
圖11B為本發明之一實施例的使用撓式桿狀電極的透鏡結構1100B的俯視圖。藉由在一個或多個絕緣塊1114或襯套上設置孔洞，桿狀電極1104可呈彎曲狀、弧形及/或拱形。彎曲的桿狀電極1104具有一優點，即其可對離子束提供較大的水平聚焦。
水平聚焦亦可藉由其他方式達成。例如，圖11C為本發明之一實施例的使用桿狀電極、弧形端板(end plate)與場終端電極(field termination eledtrodes)的透鏡結構1100C的俯視圖。在此，弧形端板(例如弧形出口電極1106)可對離子束提供較大的水平聚焦。
在此應瞭解的是，若電極1104不夠寬或絕緣塊1114由離子束中獲得電子，則絕緣塊1114或襯套可能會干擾離子束附近的靜電場。因此，最好能對透鏡結構提供夠寬的電極1104以減少絕緣塊1114或襯套的干擾效應。為了更進一步減少絕緣塊1114或襯套的影響，在此可利用一或多個場終端電極1116。在一些實施例中，這些場終端電極1116可設置在絕緣塊1114或襯套上，且位於抑制/聚焦電極1104的中間電位(intermediate potentials)區域，以減 輕對離子束造成任何額外的影響。
圖12A為本發明之一實施例的使用桿狀電極1204與場終端電極1216的透鏡結構1200A的俯視圖。在此實施例中，一或多個場終端電極1216可直接或間接裝設至桿狀電極1204的側邊以有效地屏蔽周邊構件的影響(例如組裝塊或組裝板)。
圖12B為本發明之一實施例的使用桿狀電極1204、場終端電極1216與側聚焦電極1218的透鏡結構1200B的側視圖。在此實施例中，側聚焦電極1218可在上下桿之間保持一平均且更正向的電位，以達到水平聚焦並抵銷離子束的空間電荷。
場終端電極1216與側聚焦電極1218可由導電薄板(sheet)或其他類似的材料製造。在一些實施例中，這些薄板可連接至一個或多個電極且具有高電阻。在此應瞭解的是，若這些薄板的電阻值一致，則流經電極之間的這些薄板的電流可在薄板中產生靜電電位，且其確切地在每個透鏡/電極的中間平面上映射出靜電電位。因此，這些薄板可產生一電磁場(例如在離子束所橫越的透鏡/電極的一體積內)，其如同以無限長的桿狀電極1204所產生的的電磁場一般。
在此應瞭解的是，掌控這些薄板中的電流的方程式可與真空中的電磁場相同。舉例來說，電流(solution of current)可以拉普拉斯方程式(Laplace’s equation)加上邊界條件以產生電磁場電位來陳述。因此，薄板上的電位可為在兩 個桿狀電極之間的中間點的模擬電位。
圖13為本發明之一實施例的透鏡結構1300的側視圖，此透鏡結構1300於導電場終端使用組裝襯套(mount bushing)1320。在此應瞭解的是，一或多個組裝襯套1320可用來將電阻薄板(例如場終端電極1316)連接至桿狀電極1304。這些組裝襯套1320可由導電材料製成，其例如為石墨、玻璃石墨及/或其他導電材料。在此亦可提供側聚焦電極1318，其可連接至絕緣塊1314或組裝襯套1320。在一些實施例中，場終端電極1316可由具有高電阻的導電材料製成，其例如碳化矽(silicon carbide,SiC)或其他類似的電阻材料(例如鋁)。此舉有助於減少從與桿狀電極1304連接的高電壓源處汲取過多的電流。碳化矽具有小於1E7ohm-cm的電阻。絕緣塊1314或組裝襯套1320可由石英或其他類似的材料製成。在此亦可提供其他多種實施例。
此種結構的優點在於，其側聚焦電極1218、1318的等電位(equipotentials)外型可隨著在桿狀電極1204、1304上的施加電壓而改變，其可與具有固定幾何外型的側終端電極1216、1316呈對比。
本發明之多個實施例可提供獨立的控制偏移、減速及/或聚焦。此種技術亦可用以可控制地減少離子束能量與準直一發散的帶狀離子束。可變式聚焦可藉由獨立地並可選擇地調整上述多種透鏡結構的電極而達成。此技術不僅對離子束外型提供所需的校正，獨立受控的電極最終會提供從靜電透鏡結構流出的一平行帶狀離子束，以改善離子植 入。
此處應瞭解的是，施加在獨立偏壓電極上的實際電壓電位可根據數學模型而計算定義出來，或者是可藉由反覆地調整偏壓電壓與量測對應函數的角度而得知。或者，可同時整合計算與實驗方法以得到偏壓電壓。
此處應瞭解的是，電極的外型(例如抑制/聚焦電極的外型)可以不是線型。舉例而言，可以運用具有特定曲率半徑的環形電極。在此實施例中，非線性曲率可用以校正因空間電荷力或其他類似力量所產生的二階效應。
此處亦應瞭解的是，上述實施例中並未將操作靜電透鏡結構限制成用以加速或減速離子束。
此處應瞭解的是，當這些電極是以桿狀進行描述與繪示時，亦可考慮其他形狀、其截面形狀、數量與尺寸。
此處亦應瞭解的是，儘管本發明的實施例是以應用七個元件(透鏡)的靜電透鏡結構為例，但亦可提供其他多種靜電透鏡結構。例如，可提供較少數量或較多數量的電極(例如具有單一、多個或分段式電極)的靜電透鏡結構。
在此亦應瞭解的是，儘管本發明的實施例是應用在離子植入中，以獨立地控制靜電透鏡而達到偏移、減速與/或聚焦，然此技術亦可用於其他植入。舉例來說，所揭露之可變動的靜電透鏡的技術亦可用於其他使用靜電減速及/或磁場偏移的多種離子植入系統中。在此亦可提供其他多種實施例。
本發明所揭露的並不限於所述的特定實施例。實際 上，除了本文中描述之內容外，一般熟習此項技術者自前述描述以及隨附圖式將顯而易見本發明之其他各種實施例以及對本發明之修改。因此，此等其他實施例以及修改意欲處於本發明之範圍內。此外，雖然本文中已在特定環境中出於特定目的之特定實施的背景下描述了本發明，但一般熟習此項技術者將認識到其有用性並不限於此，且本發明可出於許多目的而有益地實施於許多環境中。因此，以下陳述之申請專利範圍應鑒於如本文中所描述的本發明之完整廣度以及精神來解釋。
20、30、50、70、90‧‧‧離子束
35、55、75、95‧‧‧偏移角
100‧‧‧離子植入機
102‧‧‧離子源
104‧‧‧提取電極
106‧‧‧90°磁鐵分析器
108‧‧‧第一減速級
110‧‧‧70°磁鐵分析器
112‧‧‧第二減速級
200‧‧‧靜電三極體減速透鏡
202、302、502、702、902‧‧‧入口電極
204、304、504、704、904‧‧‧抑制電極
206、306、506、706、906‧‧‧出口電極
300‧‧‧階梯式透鏡結構
308‧‧‧殼體
310‧‧‧泵浦
312‧‧‧襯套
400A~400D、600A~600C、800、1000‧‧‧圖
500‧‧‧喇叭型透鏡結構
700‧‧‧平行透鏡結構
900、1100A、1100B、1100C、1200A、1200B‧‧‧透鏡結構
1104、1204、1304‧‧‧桿狀電極
1106‧‧‧弧形出口電極
1114、1314‧‧‧絕緣塊
1116、1216、1316‧‧‧場終端電極
1218、1318‧‧‧側聚焦電極
1300‧‧‧透鏡結構
1320‧‧‧組裝襯套
圖1繪示一種習知離子植入機。
圖2繪示一種習知靜電三極體透鏡。
圖3為本發明之一實施例的一種階梯式透鏡結構300的側視圖。
圖4A至圖4D為在本發明之一實施例的階梯式透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖。
圖5為本發明之一實施例的一種喇叭型透鏡結構的側視圖。
圖6A至圖6C為在本發明之一實施例的喇叭型透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖。
圖7為本發明之一實施例的一種平行透鏡結構的側視圖。
圖8為在本發明之一實施例的平行透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖。
圖9為本發明之一實施例的使用桿狀電極的透鏡結構的側視圖。
圖10為在本發明之一實施例的使用桿狀電極的透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦，相較於在平行透鏡結構中偏移、減速及/或聚焦的說明圖。
圖11A為本發明之一實施例的使用桿狀電極的透鏡結構的俯視圖。
圖11B為本發明之一實施例的使用撓式桿狀電極的透鏡結構的俯視圖。
圖11C為本發明之一實施例的使用桿狀電極、弧形端板與場終端電極的透鏡結構的俯視圖。
圖12A為本發明之一實施例的使用桿狀電極與場終端電極的透鏡結構的俯視圖。
圖12B為本發明之一實施例的使用桿狀電極、場終端電極與側聚焦電極的透鏡結構的側視圖。
圖13為本發明之一實施例的於導電場終端使用組裝襯套的透鏡結構的側視圖。
30‧‧‧離子束
35‧‧‧偏移角
300‧‧‧階梯式透鏡結構
302‧‧‧入口電極
304‧‧‧抑制電極
306‧‧‧出口電極
308‧‧‧殼體
310‧‧‧泵浦
312‧‧‧襯套

Claims (28)

  1. 一種獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，所述裝置包括：一電極結構，包括配置於一離子束上方的一組上電極與配置於該離子束下方的一組下電極，其中該組上電極與該組下電極具有固定位置且不可移動，且其中該組上電極與該組下電極之間的電位差隨著該離子束的一中央射線軌跡而改變，以反映沿著該中央射線軌跡上每一點的該離子束的能量，藉以獨立地控制該離子束之偏移、減速與聚焦。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該組上電極與該組下電極是以對稱於該離子束的該中央射線軌跡而定位。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中沿著該中央射線軌跡，該組上電極與該組下電極之間的電位差除以該離子束之間的一間隙可得到一數值，該數值為(Vupper (z)-Vlower (z))/gap(z)，且該數值與該離子束的能量之間具有一固定比例，該固定比例為係數*Ebeam (z)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中用以偏移該離子束的電位是以反對稱電位施加在該離子束上方與下方的每一對上電極與下電極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中施加在每一對上電極與下電 極以偏移該離子束的電位，是以兩倍電位並僅施加於該離子束的一側。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該電極結構為一階梯式電極結構，以使該組上電極與該組下電極之間的一間隙沿著該離子束的該中央射線軌跡皆相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該電極結構為一喇叭型電極結構，以使該組上電極與該組下電極之間的一間隙沿著該離子束的該中央射線軌跡增加。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該電極結構為一平行電極結構，以使該組上電極的各個電極彼此平行，且該組下電極的各個電極彼此平行。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該組上電極的電極與該組下電極的電極為電極板與桿狀電極的至少其中之一者。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該組上電極的電極與該組下電極的電極是由非雜質材料與具有較低熱膨脹係數的材料的至少其中之一所製成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該組上電極的電極與該組下電極的電極是弧形的，以聚焦水平離子束。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該電極結構更包括一或多個側邊元件以聚焦水平束線。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該側邊元件或該些側邊元件裝設於該組上電極與該組下電極的至少一電極上，且一或多個絕緣塊支撐該組上電極與該組下電極。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的裝置，其中該側邊元件或該些側邊元件維持與該組上電極及該組下電極不同的電位，以提供額外的水平束線聚焦。
  15. 一種獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，所述方法包括：提供一電極結構，其包括配置於一離子束上方的一組上電極與配置於該離子束下方的一組下電極，該組上電極與該組下電極是在固定且不可移動的位置上；以及沿著該離子束的一中央射線軌跡改變該組上電極與該組下電極的電位差，以反映沿著該中央射線軌跡上每一點的該離子束的能量，以獨立地控制該離子束之偏移、減速與聚焦。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該組上電極與該組下電極是以對稱於該離子束的該中央射線軌跡而定位。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之 偏移、減速與聚焦的方法，其中沿著該中央射線軌跡，該組上電極與該組下電極之間的電位差除以該離子束之間的一間隙可得到一數值，該數值為(Vupper (z)-Vlower (z))/gap(z)，且該數值與該離子束的能量之間具有一固定比例，該固定比例為係數*Ebeam (z)。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中用以偏移該離子束的電位是以反對稱電位施加在該離子束上方與下方的每一對上電極與下電極。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中施加在每一對上電極與下電極以偏移該離子束的電位，是以兩倍電位並僅施加於該離子束的一側。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該電極結構為一階梯式電極結構，以使該組上電極與該組下電極之間的一間隙沿著該離子束的該中央射線軌跡皆相同。
  21. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該電極結構為一喇叭型電極結構，以使該組上電極與該組下電極之間的一間隙沿著該離子束的該中央射線軌跡增加。
  22. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該電極結構為一平行電極結構，使得該組上電極的各個電極彼此平行，且該組下電 極的各個電極彼此平行。
  23. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該組上電極的電極與該組下電極的電極為電極板與桿狀電極的至少其中之一者。
  24. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該組上電極的電極與該組下電極的電極是由非雜質材料與具有較低熱膨脹係數的材料的至少其中之一所製成。
  25. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該組上電極的電極與該組下電極的電極是弧形的，以聚焦水平離子束。
  26. 如申請專利範圍第15項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該電極結構更包括一或多個側邊元件，以聚焦水平束線。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該側邊元件或該些側邊元件裝設於該組上電極與該組下電極的至少一電極上，且一或多個絕緣塊支撐該組上電極與該組下電極。
  28. 如申請專利範圍第26項所述的獨立控制離子束之偏移、減速與聚焦的方法，其中該側邊元件或該些側邊元件維持與該組上電極及該組下電極不同的電位，以提供額外的水平束線聚焦。
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