專利名稱：離子束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過將離子束照射到靶上而實(shí)現(xiàn)離子注入的離子注入裝置，以及涉及一種構(gòu)成該離子注入裝置、并包含用于進(jìn)行離子束掃描和偏轉(zhuǎn)的離子束偏轉(zhuǎn)器的離子束裝置。具體地，本發(fā)明涉及一種能夠縮短離子束流線長度的離子束裝置。
背景技術(shù)：
在離子束裝置(此后以離子注入裝置為例)中，例如離子注入裝置中，迄今已實(shí)現(xiàn)離子束的平行，以使靶平面(例如，半導(dǎo)體襯底)內(nèi)的離子束的入射角均勻。
為了防止不希望的能量的離子(稱作“能量污染物”或“能量致污物”)隨所需能量注入靶內(nèi)(這種注入被稱為“能量污染”或“能量致污”)，不希望的能量的離子被去除(該過程被稱為“能量分離”或“能量分析”)。
迄今已通過利用不同的功能元件實(shí)現(xiàn)離子束的平行和能量分離。
因而，離子束的束流線(beam line)的長度變長，從而提高因離子束發(fā)散等造成的損耗。因此，離子束的傳輸效率上出現(xiàn)下降，從而導(dǎo)致確保足量射束上的困難。特別地，在離子束以低能量傳輸中明顯出現(xiàn)離子束的空間電荷效應(yīng)，從而分散離子束并對離子束有效傳輸造成困難。因此，需要能盡量縮短束流線長度的離子注入裝置。
下面將提到相關(guān)技術(shù)的特定例子。日本專利公報No.3-233845(從第1頁右欄到第二頁左上欄的區(qū)域范圍，圖6)(此后稱之為專利文件1)描述一種通過靜電偏轉(zhuǎn)而分離能量的技術(shù)。但是，用于能量分離的靜電偏轉(zhuǎn)電極是平行板型電極，離子束未被靜電偏轉(zhuǎn)電極平行。離子束的平行由只用于平行目的的另一平行板型掃描電極進(jìn)行。因此，如前所述，仍有增加束流線長度的問題。
另一能量分離技術(shù)是在離子束已加速到最終能量后(在下游位置)放置偏轉(zhuǎn)電磁體，并用以下數(shù)學(xué)式確定離子束的轉(zhuǎn)向半徑。這里，“B”表示通量密度；“m”表示構(gòu)成離子束的離子的質(zhì)量；“q”表示電荷；以及“V1”表示與能量相關(guān)的離子束的加速電壓。
R1＝(1/B)×(2mV1/q)1/2該技術(shù)被描述為，例如在日本專利No.33358336(此后稱之為專利文件2)中，能量分析磁體(第0002，0003段，圖1)。但是，該技術(shù)實(shí)踐于不進(jìn)行掃描和平行的離子束。離子束的平行由只為平行目的提供的，被稱為另一射束平行磁體的偏轉(zhuǎn)電磁體實(shí)施。因此，如前所述，仍有增加束流線長度的問題。
在日本專利公報No.11-354064(第0016到0018段，圖1)(此后稱之為專利文件3)中描述了通過利用單個元件(扇形電磁體)進(jìn)行被掃描離子束的平行及能量分離的技術(shù)。
專利文件3中所述技術(shù)用于通過被稱作扇形電磁體的偏轉(zhuǎn)電磁體進(jìn)行離子束平行和能量分離。在離子束能量(相應(yīng)于數(shù)學(xué)式1中的V1)與所需離子的質(zhì)量“m”增加的情況下，如數(shù)學(xué)式1所示，如果試圖引出能量為200keV或更高的銦(In)離子，通量密度B必須極大以實(shí)現(xiàn)常數(shù)的轉(zhuǎn)向半徑R1。為此，共同構(gòu)成偏轉(zhuǎn)電磁體的鐵芯和線圈變得非常大，因而偏轉(zhuǎn)電磁體變得很大。另外，還有一個問題是偏轉(zhuǎn)電磁體的重量和成本增加，用于偏轉(zhuǎn)電磁體的能源尺寸也增加等。
另外，專利文件3所述技術(shù)受到以下問題困擾。即，離子束被偏轉(zhuǎn)電磁體在一個平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，所述平面中被稱作靜電偏轉(zhuǎn)電磁體的掃描器進(jìn)行離子束的掃描。因此，如果不使偏轉(zhuǎn)電磁體中的離子束的偏轉(zhuǎn)角非常大，則能量分離不會充分進(jìn)行，從而會導(dǎo)致充分消除不希望的能量的離子失敗。其原因如下。具有所需能量的離子束以及具有不希望能量的離子都在被掃描器掃描后分散。為了在一個平面內(nèi)使如此分散的離子束互相分離，與寬度較窄的離子束互相分離的情況，或者在不同平面內(nèi)離子束互相分離的情況相比，必須使得離子束的偏轉(zhuǎn)角非常大。通過使數(shù)學(xué)式1所示的通量密度B很大，使偏轉(zhuǎn)角很大相當(dāng)于轉(zhuǎn)向半徑R1的顯著減小。在這種情況下，仍會遇到類似于先前所述的問題。
如果試圖在不明顯增加偏轉(zhuǎn)電磁體的偏轉(zhuǎn)角的情況下解決不希望的能量入射在靶上的問題，則從偏轉(zhuǎn)電磁體出口到靶的距離必須變長。因此，有增加束流線長度的問題。
另外，中性粒子—作為大氣中殘留的分子與離子束撞擊的結(jié)果—在偏轉(zhuǎn)電磁體內(nèi)以在其中、在其上和在其下方式直線傳播。除非增加偏轉(zhuǎn)電磁體的偏轉(zhuǎn)角或除非增加從偏轉(zhuǎn)電磁體到靶的距離，直線傳播的中性粒子入射到靶內(nèi)。因此，出現(xiàn)離子不均勻的注入到靶內(nèi)。為了解決該問題，必須在使偏轉(zhuǎn)電磁體偏轉(zhuǎn)角變大與增加從偏轉(zhuǎn)電磁體出口到靶的距離之間做出選擇。無論如何，仍有束流線長度增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個靶是提供一種可進(jìn)行離子束平行，離子束能量分離，并縮短離子束的束流線長度的離子束裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一種離子束裝置其特性在于包括掃描器，所述掃描器在給定掃描表面內(nèi)繞給定掃描中心掃描入射的離子束；以及靜電偏轉(zhuǎn)器，所述靜電偏轉(zhuǎn)器將從所述掃描器發(fā)出的所述離子束靜電偏轉(zhuǎn)90°，使得所需能量的離子束在定心于所述掃描中心上的圓弧形偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)垂直于所述掃描表面的方向上傳播。該離子束裝置具有進(jìn)行離子束掃描和分離的結(jié)構(gòu)。因而，該離子束裝置也被稱為離子束偏轉(zhuǎn)器。
根據(jù)本發(fā)明的第二種離子束裝置其特性在于包括引出離子束的離子源；質(zhì)量分離電磁體，所述質(zhì)量分離電磁體將所需質(zhì)量的離子束從由所述離子源引出的所述離子束中分離；掃描器，所述掃描器在給定掃描表面內(nèi)繞給定掃描中心掃描已經(jīng)過所述質(zhì)量分離電磁體的所述離子束；靜電偏轉(zhuǎn)器，所述靜電偏轉(zhuǎn)器將從所述掃描器發(fā)出的所述離子束靜電偏轉(zhuǎn)90°，使得所需能量的離子束在定心于所述掃描中心上的圓弧形偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)垂直于所述掃描表面的方向上傳播；以及掃描機(jī)構(gòu)，所述掃描機(jī)構(gòu)保持離子注入的靶，并在靶以給定角度與從所述靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的離子束交叉的方向上機(jī)械地往復(fù)移動所述靶。該離子束裝置具有進(jìn)行離子束掃描、偏轉(zhuǎn)和注入的結(jié)構(gòu)。因而，該離子束裝置也被稱為離子束注入裝置。
根據(jù)該離子束裝置，被所述掃描器掃描的離子束散開成扇形并入射到靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)。
注入到所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)的所需能量的離子束被在定心于掃描中心的弧形偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)靜電偏轉(zhuǎn)90°，從而在垂直于掃描表面的方向上傳播，然后從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出(輸出)。
構(gòu)成從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的所需能量的離子束的離子束互相平行。其原因是，由于直立在一個表面上的多個法線互相平行，所以無論掃描位置如何，用同樣方式以直角從一個掃描表面發(fā)出的離子束互相平行。如此，從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的離子束可被平行。
入射到靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)的離子束中不希望能量的離子在偏轉(zhuǎn)半徑(即，轉(zhuǎn)向半徑)方面與所需能量的離子束不同。因而，不能量的離子可與所需能量的離子束分離。以這種方式，可進(jìn)行能量致污物的消除，即，能量分離。
另外，離子束被靜電偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)的方向是與離子束被掃描器掃描的方向垂直的方向。與在專利文件3中所述技術(shù)相反，具有不同能級并且已被通過掃描器的掃描動作分散的離子束不在單個平面內(nèi)互相分離而是在不同平面內(nèi)分離。不同能級的離子的分離簡單，因而能量分離功能很強(qiáng)。另外，離子束被靜電偏轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)的角度大到90°。即使在這點(diǎn)上，分離具有不同能級的離子也容易，因而能量分離功能非常強(qiáng)。這些因素的綜合的結(jié)果，靜電偏轉(zhuǎn)器30的能量分離功能非常強(qiáng)。
與偏轉(zhuǎn)電磁體的情況相反，在靜電偏轉(zhuǎn)器的情況中，偏轉(zhuǎn)角度的增加可通過彎曲靜電偏轉(zhuǎn)器等方法相對簡單地實(shí)現(xiàn)。另外，偏轉(zhuǎn)角度不依賴于構(gòu)成離子束的離子質(zhì)量，并且該離子質(zhì)量不容易偏轉(zhuǎn)。即使偏轉(zhuǎn)角增加到90°時，也可防止在專利文件3中所述的偏轉(zhuǎn)電磁體變得很大的問題。
如上所述，根據(jù)該離子束裝置，離子束的平行和能量分離可通過利用一個靜電偏轉(zhuǎn)器實(shí)現(xiàn)。因而，與通過不同功能元件(例如專利文件1或2所述技術(shù)中的情況)實(shí)現(xiàn)離子束的平行和能量分離相比時，離子束的束流線的長度可被縮短。
由于如前所述靜電偏轉(zhuǎn)器30的能量分離功能相當(dāng)強(qiáng)，與專利文件3所述技術(shù)的情況相比，從靜電偏轉(zhuǎn)器30出口到靶50的長度可顯著縮短。從這點(diǎn)上，離子束4的束流線的長度可被縮短。
在根據(jù)本發(fā)明的第三種離子束裝置中，所述掃描機(jī)構(gòu)可優(yōu)選地在平行于所述靶表面的方向上移動所述靶。
在根據(jù)本發(fā)明的第四種離子束裝置中，所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有互相隔開并相對的一對偏轉(zhuǎn)電極。
在根據(jù)本發(fā)明的第五種離子束裝置中，如果在一點(diǎn)上以直角相交的三個軸設(shè)為X、Y、Z軸，則所述離子束平行于所述Z軸入射到所述掃描器內(nèi)；所述掃描器繞所述掃描中心在平行于Y-Z平面的所述掃描平面內(nèi)掃描所述入射的離子束；以及靜電偏轉(zhuǎn)器將所述入射的離子束內(nèi)所需能量的離子束偏轉(zhuǎn)90°，從而平行于所述X軸發(fā)出；如果考慮所述被掃描并偏轉(zhuǎn)的離子束內(nèi)具有所需能量的一個離子束的軌跡，所述軌跡在線性部分的末端呈弧形部分，所述弧形部分以90°角弧的方式彎曲，從而變得平行于所述X軸；以及構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的一對偏轉(zhuǎn)電極的相對表面(mutually-opposingsurfaces)每個具有與回轉(zhuǎn)表面大體一致的形狀，其中所述回轉(zhuǎn)表面由當(dāng)所述一個離子束的軌跡經(jīng)過所述掃描中心并在掃描方向上相對于與所述X軸平行的軸旋轉(zhuǎn)一預(yù)設(shè)角度時的所述弧形部分得到。
在根據(jù)本發(fā)明的第六種離子束裝置中，構(gòu)成所述偏轉(zhuǎn)電極的所述各自偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面每個所呈的形狀可通過定心于一輪環(huán)中心軸(toruscenter axis)而周向地切割輪環(huán)(torus)一預(yù)設(shè)角度來限定，并且切割所述輪環(huán)的縱向橫截表面的外周只90°，所述輪環(huán)中心軸經(jīng)過掃描中心并平行于X軸。
在根據(jù)本發(fā)明的第七種離子束裝置中，構(gòu)成所述偏轉(zhuǎn)電極的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的每個所述相對的表面由與所述回轉(zhuǎn)表面一致的多個表面的組合所形成。
在根據(jù)本發(fā)明的第八種離子束裝置中，構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的至少一個被縫隙在偏轉(zhuǎn)角增加的方向上分割成多個段。
在根據(jù)本發(fā)明的第九種離子束裝置中，構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的至少所述相對表面由碳形成。
在根據(jù)本發(fā)明的第十種離子束裝置中，所述離子束裝置可進(jìn)一步包括用于將偏轉(zhuǎn)電壓施加到構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面的偏轉(zhuǎn)電源，其中所述偏轉(zhuǎn)電壓是d.c.電壓并關(guān)于地電壓對稱。
在根據(jù)本發(fā)明的第十一種離子束裝置中，所述掃描器以對稱于所述離子束的入射軸的方式掃描入射到所述掃描器內(nèi)的所述離子束。在根據(jù)本發(fā)明的第十二種離子束裝置中，所述掃描器只在關(guān)于所述離子束的入射軸的一側(cè)上的區(qū)域內(nèi)掃描入射到所述掃描器內(nèi)的所述離子束。
在根據(jù)本發(fā)明的第十三種離子束裝置中，所述離子束裝置可進(jìn)一步包括加速/減速設(shè)備，所述加速/減速設(shè)備插在所述掃描器與所述靜電偏轉(zhuǎn)器之間并靜電加速或減速所述被掃描的離子束；所述加速/減速設(shè)備具有在所述離子束傳播方向上以給定間隔隔開的至少兩個電極；以及每個所述電極為定心于所述掃描中心上的圓弧形，并具有在所述掃描方向上比所述被掃描離子束更寬的射束通過孔。
在根據(jù)本發(fā)明的第十四種離子束裝置中，優(yōu)選地，構(gòu)成所述加速/減速設(shè)備的入口電極還兼作允許所需質(zhì)量離子束通過并且阻止不希望質(zhì)量離子通過的分析隙(analysis slit)。
在根據(jù)本發(fā)明的第十五種離子束裝置中，允許所需能量的離子束通過并且阻止不希望能量的離子通過的射束遮攔(beam mask)位于所述靜電偏轉(zhuǎn)器出口的附近。
在根據(jù)本發(fā)明的第十六種離子束裝置中，從所述靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的所述被掃描離子束的射束剖面呈弧形，其中被掃描射束垂直于所述離子束傳播方向，并且所述射束遮攔具有大致類似于所述弧形被掃描射束剖面的弧形幾何形狀的射束通過孔。
在根據(jù)本發(fā)明的第十七種離子束裝置中，所述掃描器具有一對互相平行的掃描電極，以及在所述一對掃描電極之間施加掃描電壓VS的掃描電源，所述掃描電壓VS由VS＝ct/(1-c2t2)1/2(“c”為常數(shù)，“t”為時間)表示。
在根據(jù)本發(fā)明的第十八種離子束裝置中，所述靜電偏轉(zhuǎn)器可具有減速入射到所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)的所述離子束之中所需能量的所述離子束，同時偏轉(zhuǎn)所述離子束的功能。
在根據(jù)本發(fā)明的第十九種離子束裝置中，所述靜電偏轉(zhuǎn)器可具有加速入射到所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)的所述離子束之中所需能量的所述離子束，同時偏轉(zhuǎn)所述離子束的功能。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十種離子束裝置中，所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；以及所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面的間隔朝所述偏轉(zhuǎn)器的所述出口變得更大。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十一種離子束裝置中，所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；以及所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面的間隔朝所述偏轉(zhuǎn)器的所述出口變得更窄。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十二種離子束裝置中，如果所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極被在所述偏轉(zhuǎn)角增加的方向上分割成“n”對(“n”是2或更大的整數(shù))，以如此形成“n”個偏轉(zhuǎn)電極對；施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對之中所述內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Va1、Va2、……Van；并且施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對之中所述外偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Vb1、Vb2、……Vbn，則可滿足以下關(guān)系Va1＜Va2＜...＜Van，Vb1＜Vb2＜...＜Vbn，以及Va1＜Vb1，Va2＜Vb2，...，Van＜Vbn。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十三種離子束裝置中，其中如果所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極被在所述偏轉(zhuǎn)角增加的方向上分割成“n”對(“n”是2或更大的整數(shù))，以如此形成“n”個偏轉(zhuǎn)電極對；施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對中所述內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Va1、Va2、……Van；并且施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對之中所述外偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Vb1、Vb2、……Vbn，則滿足以下關(guān)系Va1＞Va2＞...＞Van，Vb1＞Vb2＞...＞Vbn，以及Va1＜Vb1，Va2＜Vb2，...，Van＜Vbn。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十四種離子束裝置中，所述各自“n”個偏轉(zhuǎn)電極對的所述相對表面之間的所述間隔從所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述入口到所述出口為常數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十五種離子束裝置中，所述各自“n”個偏轉(zhuǎn)電極對中所述相對表面之間的所述間隔朝所述偏轉(zhuǎn)器的所述出口變寬。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十六種離子束裝置中，所述各自“n”個偏轉(zhuǎn)電極對中所述相對表面之間的所述間隔朝所述偏轉(zhuǎn)器的所述出口變窄。
在根據(jù)本發(fā)明的第二十七種離子束裝置中，其中如果所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的相對表面的半徑設(shè)為ra和rb；施加到所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的電壓分別設(shè)為Va、Vb；所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)所需能量的所述離子束中的電勢設(shè)為V；與所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述出口處動能的所述離子束相應(yīng)的電壓設(shè)為Ve；以及所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)所述離子束的設(shè)計(jì)軌道半徑設(shè)為rc，大致滿足以下表達(dá)式或等價數(shù)學(xué)關(guān)系
Va＝V-2(Ve-V)log(rc/ra)，以及Vb＝V+2(Ve-V)log(rb/rc)如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過利用單個靜電偏轉(zhuǎn)器可實(shí)現(xiàn)離子束的平行和能量分離。因而，與通過利用不同功能元件實(shí)現(xiàn)離子束的平行和能量分離的情況相比，離子束的束流線長度可縮短。
進(jìn)一步地，由于所述靜電偏轉(zhuǎn)器的能量分離功能相當(dāng)強(qiáng)，與使用已知偏轉(zhuǎn)電磁體的情況相比，從靜電偏轉(zhuǎn)器出口到靶的長度可顯著縮短。因此，離子束的束流線長度可被縮短。
因此，例如，可通過減小因離子束發(fā)散等造成的損耗而提高射束的傳輸效率，從而確保大的射束量。該效應(yīng)在所傳輸離子束為低能是尤其顯著。
由于可縮短束流線的長度，可使整個系統(tǒng)緊湊。
與采用磁場的偏轉(zhuǎn)電磁體相比，靜電偏轉(zhuǎn)器可實(shí)現(xiàn)重量減輕及功耗降低。
第三種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即即使離子束注入到靶的角度不為0度，離子束入射到靶內(nèi)的入射位置也在靶平面內(nèi)保持不變。
第八種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即能夠通過分離的偏轉(zhuǎn)電極之間存在的縫隙有效抽空靜電偏轉(zhuǎn)器的內(nèi)部。
第九種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即因?yàn)闉R射粒子由濺射碳產(chǎn)生，即使不希望能量的離子與偏轉(zhuǎn)電極的相對表面撞擊，從而導(dǎo)致濺射及錯誤到達(dá)靶，也較少影響在靶由制造的半導(dǎo)體器件的特性。
第十種離子束裝置具有如下額外的優(yōu)勢。具體地，所需能量離子束經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器中地電勢區(qū)域附近。因而，該離子束在靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)不加速或減速。另外，位于靜電偏轉(zhuǎn)器直接上游的設(shè)備與位于靜電偏轉(zhuǎn)器直接下游的設(shè)備保持在地電勢。因而，即使在靜電偏轉(zhuǎn)器之前或之后，該離子束在靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)也不加速或減速。因此，即使經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器，離子束的能量也保持不變。
第十二種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即由于中性粒子不被掃描器掃描并直線傳播，促進(jìn)中性粒子從離子束分離。
第十三種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即因?yàn)椴徽撾x子束被掃描器掃描的掃描位置如何，始終在與離子束入射到加速/減速設(shè)備內(nèi)的方向平行的方向上施加加速/減速設(shè)備中的電場，即使被掃描離子束被電場加速或減速，離子束也不被電場彎曲，離子束的方向保持不變。
第十四種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即因?yàn)楸苊饬颂峁﹩为?dú)的分析隙，所以與提供單獨(dú)的分析隙的情況相比，能夠縮短束流線的長度。
第十五種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即因?yàn)榻Y(jié)合了靜電偏轉(zhuǎn)器與射束遮攔，能夠提高能量分離性能。
第十六種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即因?yàn)榻Y(jié)合了靜電偏轉(zhuǎn)器與射束遮攔，能夠在很大程度上提高能量分離性能。
第十七種離子束裝置具有額外的優(yōu)勢，即從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的離子束被在掃描方向的線上掃描的速度變?yōu)槌?shù)。
第十八種離子束裝置具有以下額外的優(yōu)勢。具體地，靜電偏轉(zhuǎn)器可在減速離子束的同時偏轉(zhuǎn)它，從而避免提高具有單獨(dú)的離子束加速/減速設(shè)備的偏轉(zhuǎn)器的必要。因此，與偏轉(zhuǎn)器提供單獨(dú)的離子束加速/減速設(shè)備的情況相比，可縮短束流線。因而，因離子束分散等造成的損耗被進(jìn)一步降低，從而提高射束的傳輸效率。如此，促進(jìn)確保更大的射束量。另外，由于束流線可被縮短，整個離子束裝置可更為緊湊。
特別地，在離子束減速的情況下，通過加速/減速設(shè)備完全減速到所需能級后，使離子束經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器時，低能的束流線被延長，從而增加因空間電荷效應(yīng)造成的離子束的發(fā)散。相反，根據(jù)本發(fā)明，離子束在靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)偏轉(zhuǎn)的同時逐漸減速到所需能級。低能束流線在靜電偏轉(zhuǎn)器0內(nèi)的任意位置被縮短。因此，可抑制因空間電荷效應(yīng)造成的離子束的發(fā)散。所以，可促進(jìn)低能下大電流離子束的引出。
第十九到二十六種離子束裝置具有以下額外的優(yōu)勢。具體地，靜電偏轉(zhuǎn)器可在加速離子束的同時偏轉(zhuǎn)它，從而避免提高具有單獨(dú)的離子束加速/減速設(shè)備的偏轉(zhuǎn)器的必要。因此，與偏轉(zhuǎn)器提供單獨(dú)的離子束加速/減速設(shè)備的情況相比，可縮短束流線。因而，因離子束分散等造成的損耗被進(jìn)一步降低，從而提高射束的傳輸效率。如此，促進(jìn)確保更大的射束量。另外，由于束流線可被縮短，整個離子束裝置可更為緊湊。
根據(jù)所述二十七種離子束裝置，可在靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)更平滑地實(shí)現(xiàn)離子束在預(yù)設(shè)軌道上的加速或減速。因此，產(chǎn)生另一個優(yōu)勢，即能夠以從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出軌道對齊的離子束。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的離子束裝置的實(shí)施例的平面視圖；圖2是在箭頭F的方向上觀察時，部分示出圖1所示離子束裝置的前視圖，示出從離子源到靜電偏轉(zhuǎn)器出口的區(qū)域；圖3是示出圖1所示靜電偏轉(zhuǎn)器的圍繞物的例子的透視圖；圖4是示出示例輪環(huán)的透視圖；圖5是示出圖1所示掃描器與靜電偏轉(zhuǎn)器之間位置關(guān)系的視圖；圖6是示出圖1所示示例射束遮攔的前視圖；圖7是示出靜電偏轉(zhuǎn)器的第二實(shí)施例的剖視圖；圖8是示出靜電偏轉(zhuǎn)器的第三實(shí)施例的剖視圖；圖9是示出靜電偏轉(zhuǎn)器的第四實(shí)施例的剖視圖；圖10是示出類似于圖9所示靜電偏轉(zhuǎn)器的靜電偏轉(zhuǎn)器的例子的剖視圖；圖11是示出離子束落在靶上用于注入的第一和第二角度的透視圖；圖12是示出在磁場44方向上觀察時圖1所示偏轉(zhuǎn)電磁體的例子的視圖；圖13是示出在磁場44方向上觀察時圖1所示偏轉(zhuǎn)電磁體的另一例子的視圖；圖14是示出從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的離子束的弧形掃描射束剖面與靶運(yùn)動之間示例相對關(guān)系的視圖；圖15是示出示例掃描電壓波形圖的視圖；圖16是示出注入角φ不為0度時，從靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的離子束與靶運(yùn)動之間示例相對關(guān)系的視圖；圖17A是示出平行于X軸的平行射束入射到靶內(nèi)的例子的示意性視圖；圖17B是示出射束從平行于X軸的方向分散，入射到靶內(nèi)的例子的示意性視圖；圖17C是示出射束相對平行于X軸的方向變窄，入射到靶內(nèi)的例子的示意性視圖；圖18是示出靜電偏轉(zhuǎn)器提供有加速和減速離子束功能的實(shí)施例的視圖；圖19是描述帶有偏轉(zhuǎn)電極的靜電偏轉(zhuǎn)器具有加速或減速離子束功能的情況的原理的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧剖面輪廓；圖20是描述帶有兩個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器具有加速或減速離子束功能的情況的原理的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧剖面輪廓；
圖21是描述當(dāng)離子束被具有兩個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧剖面輪廓；圖22是描述當(dāng)離子束被具有四個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧剖面輪廓；圖23是示出圖22所示實(shí)施例中各自偏轉(zhuǎn)電極的半徑角度的依賴性；圖24是描述當(dāng)離子束被具有四個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極朝偏轉(zhuǎn)器出口變窄；圖25是描述當(dāng)離子束被具有九個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧剖面輪廓；圖26是描述當(dāng)離子束被具有九個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧剖面輪廓；圖27是描述當(dāng)離子束被具有一個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極朝偏轉(zhuǎn)器出口分散；圖28是描述當(dāng)離子束被具有一個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器減速時所獲得的射束軌跡等模擬的一個示例結(jié)果的視圖，其中每個偏轉(zhuǎn)電極朝偏轉(zhuǎn)器出口變窄；圖29是示出基于電阻分壓方法的偏轉(zhuǎn)電源的例子的電路圖；圖30是示出基于多電源方法的偏轉(zhuǎn)電源的例子的電路圖；進(jìn)一步地，圖中的符號中，數(shù)字2表示離子源，數(shù)字4表示離子束，數(shù)字4a表示所需能量的離子束，數(shù)字6表示質(zhì)量分離電磁體，數(shù)字12表示掃描器，數(shù)字16表示掃描電源，數(shù)字22表示加速/減速設(shè)備，數(shù)字28表示加速/減速電源，數(shù)字30表示靜電偏轉(zhuǎn)器，數(shù)字32、32a、32b表示偏轉(zhuǎn)電極，數(shù)字33表示相對的表面，數(shù)字40a、40b表示偏轉(zhuǎn)電源，數(shù)字42表示偏轉(zhuǎn)電磁體，數(shù)字46表示射束遮攔，數(shù)字50表示靶，數(shù)字52表示保持器，數(shù)字54表示掃描機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的離子束裝置(具體地，離子注入裝置)的實(shí)施例的平面視圖。圖2是在箭頭F方向上觀察時，部分示出圖1所示離子束裝置的前視圖，示出從離子源到靜電偏轉(zhuǎn)器出口的一部分離子束裝置。在以下描述中，在沿從離子源2引出的離子束4傳播的路徑的區(qū)域，離子源附近的區(qū)域被稱為“上游區(qū)域”，相對的區(qū)域被稱為“下游區(qū)域”。
該離子束裝置包括引出離子束4的離子源2；從由離子源2引出的離子束4中分離所需質(zhì)量的離子束4(即，進(jìn)行離子束4的質(zhì)量分離)的質(zhì)量分離電磁體6；以及以給定的掃描中心P為中心、在給定掃描表面13(見圖3)內(nèi)掃描已經(jīng)過質(zhì)量分離電磁體6的離子束4的掃描器12。離子束4被掃描器12掃描的掃描角設(shè)為θ。
在本實(shí)施例中，假設(shè)在一點(diǎn)以直角相交的三個軸為X軸、Y軸和Z軸，離子束4平行于Z軸入射到掃描器12內(nèi)。掃描器12以掃描中心P為中心在平行于Y-Z平面的掃描表面13內(nèi)掃描如此入射的離子束4。
在圖1隨后的圖中，為了幫助理解離子束4的傳播方向以及其它設(shè)備的取向，示出X、Y和Z軸。
從離子源2引出的離子束4的剖面輪廓(垂直于傳播方向剖面)呈例如圓點(diǎn)形。但是剖面輪廓可呈其它形狀(例如，橢圓形或矩形)。
如本實(shí)施例中的情況，如需要，用于使離子束4的剖面輪廓成形的四極透鏡(quadrupole lens)(Q透鏡)8可插在質(zhì)量分離電磁體6與掃描器12之間。
如本實(shí)施例中的情況，質(zhì)量分離電磁體6的下游可位于聯(lián)合質(zhì)量分離電磁體6操作的分析隙10上，以允許所需質(zhì)量的離子束4通過而阻礙不希望質(zhì)量的離子通過(即，進(jìn)行質(zhì)量分離)。在本實(shí)施例中，分析隙10位于掃描器12的直接上游，但分析隙10也可位于在稍后將描述的加速/減速設(shè)備22入口處提供的電極24的直接上游。替代地，位于入口處的電極24可兼作分析隙。如果電極24被用作分析隙，可免除形成額外的分析隙的必要。因而，與單獨(dú)提供分析隙的情況相比，可縮短束流線。
在該實(shí)施例中，位于從離子源2到掃描器12的范圍內(nèi)的各自設(shè)備封裝在高壓箱18內(nèi)。如圖2所示，高壓箱18由支撐絕緣體20支撐在地電勢部分21上方的位置。加速/減速電壓VA從用作d.c.電源的加速/減速電源28施加在高壓箱18，位于連接到高壓箱18的加速/減速設(shè)備22入口的入口電極24，與地電勢部分21之間。在離子束4被加速/減速設(shè)備22加速的加速模式下，加速/減速電源28連接到高壓箱18，使得正端連接到高壓箱18，如所示實(shí)施例的情況。相反，在離子束4被減速的減速模式下，負(fù)端連接到高壓箱18，與所示實(shí)施例相反。用于加速模式的加速/減速電源28和用于減速模式的加速/減速電源28可為一個電源或不同電源。替代地，在減速模式的情況下，專為減速模式設(shè)計(jì)的電源(未示出)可插在離子源2與地電勢部分21之間，從而使得加速/減速設(shè)備22減速離子束4。
在本實(shí)施例中，掃描器12為靜電型，并具有一對互相平行的平行板型掃描電極14。三角形或大致三角形波形的掃描電壓Vs(見，例如圖15)從掃描電源16施加在掃描電極14之間。具體地，在本實(shí)施例中，相對于高壓箱18的電勢在高壓側(cè)和低壓側(cè)對稱振蕩的掃描電壓VS，即±VS，施加在掃描電極14之間。
如圖2和3所示實(shí)施例的情況，掃描器12可為在對稱于入射軸62(即，平行于Z軸的軸)的方向上掃描入射到掃描器12內(nèi)的離子束4的掃描器。替代地，掃描器12可為只掃描相對于入射軸62的一側(cè)(即，在Y軸方向上的一側(cè))上的區(qū)域。為了使掃描器12進(jìn)行后一種情況中的掃描，僅需要例如朝高于或低于高壓箱電勢的水平偏移掃描電壓Vs的中心電勢以施加偏置。如果以后一種的情況施加進(jìn)行掃描，中性粒子不被掃描器12掃描而直線傳播，從而促進(jìn)從離子束4中分離中性粒子。
離子束裝置進(jìn)一步包括靜電偏轉(zhuǎn)器30，所述靜電偏轉(zhuǎn)器30將從掃描器發(fā)出的離子束4靜電偏轉(zhuǎn)90°，使得離子束4內(nèi)的所需能量的離子束4a在定心于掃描中心P上的圓弧偏轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)以垂直于掃描表面13的方向，即，以平行于X軸的方向傳播；以及掃描機(jī)構(gòu)54，所述掃描機(jī)構(gòu)54保持供離子注入的靶50(例如，半導(dǎo)體襯底)，并在靶50以給定角度與已經(jīng)過靜態(tài)偏轉(zhuǎn)器30的離子束4a交叉的方向上機(jī)械地往復(fù)移動靶50。在本實(shí)施例中保持器52保持靶54。
如本實(shí)施例的情況，靜電加速或減速被掃描器12掃描的離子束4的加速/減速設(shè)備22可插在掃描器12與靜電偏轉(zhuǎn)器30之間。加速/減速設(shè)備22具有在離子束4的傳播方向上以給定間距隔開的至少兩個電極24。參照圖3，每個電極24為定心于掃描中心P上的圓弧形，并具有在離子束4的傳播方向比被掃描離子束4的寬度寬的射束通過孔(beam passage hole)26。
在本實(shí)施例中，關(guān)于構(gòu)成加速/減速設(shè)備22的每個電極24的電勢，在入口提供的電極24的電勢與高壓箱18一致。在出口(即，最下游位置)提供的電極24的電勢相應(yīng)于地電勢，位于入口與出口之間的各自電極24的電勢相應(yīng)于高壓與地電勢之間的電勢。
如果采用例如以上所述的加速/減速設(shè)備22，不管被掃描器12掃描的離子束4的掃描位置如何，在加速/減速設(shè)備22內(nèi)產(chǎn)生的電場始終被與其平行地施加到入射到加速/減速設(shè)備22內(nèi)的離子束4。即使被掃描離子束4被電場加速或減速，離子束4也不由電場彎曲，離子束4的傳播方向保持不變。
靜電偏轉(zhuǎn)器30將參照圖3等進(jìn)一步說明。
靜電偏轉(zhuǎn)器30具有一對(套)以給定間距相對的偏轉(zhuǎn)電極32。
如前所述，靜電偏轉(zhuǎn)器30在偏轉(zhuǎn)離子束90°后平行于X軸的方向上發(fā)出入射離子束4中的所需能量的離子束4a?，F(xiàn)給出已被掃描器12掃描并被30偏轉(zhuǎn)的離子束4中的所需能量的一個離子束4a的軌跡。該軌跡包括線性部分以及在其端部形成的弧形部分，其中弧形部分以弧形彎曲90°，從而變得平行于X軸。構(gòu)成靜電偏轉(zhuǎn)器30的一對偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33每個的形狀與一回轉(zhuǎn)表面一致或大致一致，其中所述回轉(zhuǎn)表面由一個離子束4a的軌跡在掃描方向上相對于經(jīng)過掃描中心P并與X軸平行的軸60旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度時的弧形部分得到。
與它們的相對表面33相對的各自偏轉(zhuǎn)電極32的表面不局限于任何特定形狀。例如，在圖1所示實(shí)施例的情況下，該表面可呈與相對表面33的形狀一致的形狀或者其它形狀。其原因是用于偏轉(zhuǎn)離子束4的的電場在相對表面33之間產(chǎn)生，因此相對表面33的形狀較重要。
不論掃描器12掃描離子束4的角度如何，離子束4被靜電偏轉(zhuǎn)器30偏轉(zhuǎn)的位置與掃描中心等距。進(jìn)一步地，偏轉(zhuǎn)力作用在離子束4上的方向位于垂直于掃描表面13的平面中，該平面包括離子束4前進(jìn)的方向，并連接與各自被掃描離子束4。特別地，靜電偏轉(zhuǎn)器30的結(jié)構(gòu)，即，相對表面33的結(jié)構(gòu)相對于離子束4的掃描角度θ對稱(即，在方位角方向上對稱)。
在靜電偏轉(zhuǎn)器30的偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33之間限定的空間包括離子束4入射的入口端面36；所需能量的離子束4a被偏轉(zhuǎn)90°的偏轉(zhuǎn)區(qū)34；以及離子束4a由其退出的出口端面38。入口端面36垂直于離子束4的掃描表面13，即，Y-Z平面，并且彎曲成定心于掃描中心P上的圓弧形。出口端面38平行于Y-Z平面，并且彎曲成定心于包括出口端面38的平面內(nèi)的一點(diǎn)上的圓弧形，該點(diǎn)為掃描中心P投影在平面內(nèi)的一點(diǎn)上。偏轉(zhuǎn)區(qū)34以同樣的方式彎曲成離子束4被掃描的任何掃描角度θ，并將入口端面36連接到出口端面38。
例如，構(gòu)成圖1到3所示的靜電偏轉(zhuǎn)器30的偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33均呈與曲面100的形狀一致或大致一致的形狀。這里，曲面100由點(diǎn)“e”、“f”、“g”和“h”限定。點(diǎn)“e”、“f”、“g”、“h”通過定心于一輪環(huán)中心軸96而周向地切割例如圖4所示的輪環(huán)95一預(yù)設(shè)角度來確定，并且切割僅僅90°的輪環(huán)95的縱向橫截表面(即，極向橫截表面)98的外周，所述輪環(huán)中心軸96經(jīng)過掃描中心P并平行于X軸。
在構(gòu)成靜電偏轉(zhuǎn)器30的所述一對偏轉(zhuǎn)電極32之間形成從外偏轉(zhuǎn)電極32朝內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32指向的電場。從偏轉(zhuǎn)電源施加用于以前述方式偏轉(zhuǎn)離子束4的d.c.偏轉(zhuǎn)電壓。
在這種情況下，偏轉(zhuǎn)電源簡單地對外偏轉(zhuǎn)電極32施加高于施加于內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32的偏轉(zhuǎn)電壓。例如，可采用對內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32施加地電勢而對外偏轉(zhuǎn)電極32施加正偏轉(zhuǎn)電勢的偏轉(zhuǎn)電源。如本實(shí)施例的情況，優(yōu)選地在外、內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32上提供施加偏轉(zhuǎn)電壓+VD、-VD(具有相同絕對值但極性相反)的偏轉(zhuǎn)電源40a、40b，該電壓相對地電勢對稱。
如此，偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33之間的中間位置的電勢呈地電勢。因此，所需能量的離子束4a經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)的地電勢區(qū)域附近。因而，離子束4a在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)不加速或減速。進(jìn)一步地，位于靜電偏轉(zhuǎn)器30的直接上游的設(shè)備及位于其正下游的設(shè)備通常保持在地電勢。因此，位于前述加速/減速設(shè)備22出口的出口電極24保持在地電勢，而稍后將描述的保持器52以及射束遮攔46也保持在地電勢。于是，離子束4、4a在靜電偏轉(zhuǎn)器30之前和之后既不加速也不減速。因此，即使離子束經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器30，離子束的能量也保持不變。
根據(jù)該離子束設(shè)備，由掃描器12掃描的離子束4入射到靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)同時以扇形分散。
已入射到靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)的離子束4中所需能量的離子束4a被靜電偏轉(zhuǎn)90°，從而在與定心于掃描中心P上的圓弧形偏轉(zhuǎn)區(qū)34中的掃描表面13垂直的方向上前進(jìn)。如此，離子束4a從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出(輸出)。
構(gòu)成以這種方式從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出的所需能量的離子束4a的各自離子束4a互相平行。在本實(shí)施例中，離子束4a互相平行，同時平行于X軸。離子束4a的狀態(tài)在圖9、11和17A中示出。由于直立在一個平面上的多個法線互相平行，所以無論掃描位置如何，以直角入射到一個掃描平面13的離子束4a互相平行。如此，從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出的離子束4a可被平行。
入射到靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)的離子束4中不希望能量的離子4b在偏轉(zhuǎn)半徑(轉(zhuǎn)向半徑)方面與所需能量的離子束4a不同。因而，如圖1所示，離子4b與所需能量的離子束4a分離。以這種方式，能量致污物可被消除，即，可進(jìn)行能量分離。
進(jìn)一步地，離子束4被靜電偏轉(zhuǎn)器30偏轉(zhuǎn)的方向是與用于掃描的掃描器12掃描離子束4的方向垂直的z。與在專利文件3中所述技術(shù)相反，具有不同能級并且已被通過掃描器12的掃描動作分散的離子束不在單個平面內(nèi)互相分離而是在不同平面內(nèi)分離。不同能級的離子的分離簡單，因而能量分離功能很強(qiáng)。另外，離子束4a被靜電偏轉(zhuǎn)器30偏轉(zhuǎn)的角度大到90°。即使在這點(diǎn)上，分離具有不同能級的離子也容易，因而能量分離功能非常強(qiáng)。這些因素的綜合的結(jié)果，靜電偏轉(zhuǎn)器30的能量分離功能非常強(qiáng)。
與偏轉(zhuǎn)電磁體的情況相反，在靜電偏轉(zhuǎn)器30的情況中，偏轉(zhuǎn)角度的增加可通過彎曲靜電偏轉(zhuǎn)器30等方法相對簡單地實(shí)現(xiàn)。另外，偏轉(zhuǎn)角度不依賴于構(gòu)成離子束的離子質(zhì)量“m”，并且質(zhì)量“m”的離子可容易地偏轉(zhuǎn)。即使當(dāng)偏轉(zhuǎn)角增加到90°時，也可防止在專利文件3中所述的偏轉(zhuǎn)電磁體變得很大的問題。
現(xiàn)描述靜電偏轉(zhuǎn)器30的偏轉(zhuǎn)角不依賴于離子質(zhì)量“m”的原因。通常，如果入射離子束的能量設(shè)為EB；構(gòu)成離子束的離子的電荷設(shè)為“q”；施加在偏轉(zhuǎn)電極之間的偏轉(zhuǎn)電壓設(shè)為V；偏轉(zhuǎn)路徑的長度設(shè)為L，通過涉及使用平行板型偏轉(zhuǎn)電極的靜電偏轉(zhuǎn)所實(shí)現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)角Θ可由以下數(shù)學(xué)式表示。
tanΘ＝kVLq/EB(“k”表示不依賴于離子質(zhì)量的常數(shù))當(dāng)利用柱形偏轉(zhuǎn)電極而實(shí)現(xiàn)使離子束的偏轉(zhuǎn)軌跡呈圓形的靜電偏轉(zhuǎn)時，數(shù)學(xué)式2中的tanΘ由Θ(弧度)代替來表示數(shù)學(xué)式2。
如從前述數(shù)學(xué)式中顯見，與磁場偏轉(zhuǎn)相反(見數(shù)學(xué)式1)，由靜電偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角Θ不依賴于構(gòu)成離子束的離子的質(zhì)量“m”。這也應(yīng)用于靜電偏轉(zhuǎn)器30的情況。因此，當(dāng)具有大質(zhì)量“m”的離子進(jìn)行能量分離時，不必根據(jù)質(zhì)量“m”增加電壓V。因此，不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)電源容量、功耗及尺寸需要格外增加的問題。與采用磁場的偏轉(zhuǎn)電磁體相比時，靜電偏轉(zhuǎn)器30可實(shí)現(xiàn)重量減少、功耗下降及成本降低。
如上所述，根據(jù)該離子束裝置，離子束4的平行和能量分離可通過利用一個靜電偏轉(zhuǎn)器30實(shí)現(xiàn)。因而，與通過不同功能元件(例如專利文件1或2所述技術(shù)中的情況)實(shí)現(xiàn)離子束的平行和能量分離相比時，離子束4的束流線的長度可被縮短。
由于如前所述靜電偏轉(zhuǎn)器30的能量分離功能相當(dāng)強(qiáng)，與專利文件3所述技術(shù)的情況相比，從靜電偏轉(zhuǎn)器30出口到靶50的長度可顯著縮短。從這點(diǎn)上，離子束4的束流線的長度可被縮短。
根據(jù)專利文件1所述的技術(shù)，為了提高能量分離功能，允許所需能量的離子束通過而阻擋不希望能量的離子通過的射束遮攔位于距離靜電偏轉(zhuǎn)器相當(dāng)遠(yuǎn)的位置。相反，即使本發(fā)明的離子束裝置裝備有與這些射束遮攔同樣目的和操作的射束遮攔，該射束遮攔也可位于靜電偏轉(zhuǎn)器30的出口附近。圖1所示射束遮攔46是這種射束遮攔的一個例子。如前所述，這是因?yàn)殪o電偏轉(zhuǎn)器30的能量分離功能非常強(qiáng)。因此，即使放置射束遮攔46，從靜電偏轉(zhuǎn)器30到射束遮攔46的距離仍可相當(dāng)縮短，因而束流線的長度也可縮短。
參照圖5，離子束裝置可相對地縮短從掃描中心P到靜電偏轉(zhuǎn)器30入口的距離L1。與該離子束裝置相比的一個對象是在1992年出版的以下出版物中描述的技術(shù)及靜電平行離子束。
離子注入技術(shù)-92(ION IMPLANTATION TECHNOLOGY-92)，A.M.Ray等，Overview of the Eaton NV-8200P，第401到404頁。
根據(jù)該出版物中所述技術(shù)，離子束將被掃描的寬度必須在多個電極的入口處等于離子束將要注入的靶的直徑，所述多個電極用作使掃描的離子束平行。相反，本發(fā)明的離子束裝置所要滿足的僅有的要求是所要掃描的離子束4a的寬度在靜電偏轉(zhuǎn)器30出口處達(dá)到與靶50的直徑相應(yīng)的值，所述靜電偏轉(zhuǎn)器30使離子束4等平行。假設(shè)采用單個離子束掃描角來互相比較兩種技術(shù)，與在所述出版物中描述的技術(shù)下實(shí)現(xiàn)的裝置相比，本發(fā)明的離子束裝置顯然可在很大程度上縮短長度L1。
參照圖5，在本發(fā)明的離子束裝置中，如果掃描器12的掃描角設(shè)為±θ，靜電偏轉(zhuǎn)器30的有效偏轉(zhuǎn)半徑設(shè)為R，而靶50的直徑設(shè)為D，從掃描中心P到靜電偏轉(zhuǎn)器30的出口Q的長度LP由以下數(shù)學(xué)式表示。圖5以摘取并放大的方式示出圖1所示的掃描器12和靜電偏轉(zhuǎn)器30。
LP＝L1+πR/2＝L2-R+πR/2＝D/(2tanθ)-R+πR/2＝D/(2tanθ)+(π/2-1)R假設(shè)D＝300mm，θ＝±15°，R＝400mm，從以上數(shù)學(xué)式中可推出束流線LP，即LP≈788mm。
如上所述，即使與已知技術(shù)相比，該離子束裝置也可縮短離子束4的束流線長度。因此，例如，可通過減少因離子束4的發(fā)散等而造成的損耗來提高射束的傳輸效率并確保大的射束量。傳輸?shù)湍芰侩x子束4時該效果尤為可觀。
由于束流線的長度可被縮短，整個系統(tǒng)可變得緊湊。
在掃描器12隨后的步驟，保持離子束4的掃描角的方向?qū)ΨQ。因而，該掃描器12隨后的階段中的裝備結(jié)構(gòu)簡單。另外，離子束4的特性對于掃描角度方向均勻。前一優(yōu)勢的原因歸功于設(shè)計(jì)、工藝及具有對稱性的裝備布置上的簡單。后一優(yōu)勢的原因歸功于，例如斑點(diǎn)形離子束4的剖面輪廓等在掃描角度方向上保持不變。
在與從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出的離子束4a的傳播方向垂直的方向上所取的掃描射束剖面5的形狀，即沿Y-Z平面線所取的掃描射束剖面5的形狀呈弧形，如圖2、6和14所示。具體地，掃描射束剖面5呈定心于點(diǎn)P1上的弧形(見圖14)，所述點(diǎn)P1由掃描中心P投影在平行于Y-Z平面的平面上而獲得。在相應(yīng)圖中，部分被掃描的離子束4a的斑點(diǎn)狀剖面被表示為小圓。被掃描的離子束4a的全部剖面相應(yīng)于掃描射束剖面5。
因此，當(dāng)提供射束遮攔46時，射束所經(jīng)過的孔48(即射束通過孔)的形狀優(yōu)選類似于或基本類似于弧形(即，圓弧形)的掃描射束剖面5的形狀，如圖6實(shí)線所示。另外，射束通過孔48優(yōu)選地略大于掃描射束剖面5。如此，靜電偏轉(zhuǎn)器30與射束遮攔46聯(lián)合運(yùn)行，從而在很大程度上提高能量分離的性能。另外，有效防止在離子注入期間靜電偏轉(zhuǎn)器30被從靶50(通過脫氣或除氣)逸出的氣體影響(即真空度下降)，從而有效防止靜電偏轉(zhuǎn)器30出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行，否則偏轉(zhuǎn)電極32之間產(chǎn)生放電會導(dǎo)致該不穩(wěn)定運(yùn)行。
如前所述，靜電偏轉(zhuǎn)器30的能量分離性能非常好。因而，形成于射束遮攔46內(nèi)的射束通過孔48的形狀可被設(shè)置為包括弧形掃描射束剖面5的矩形平行管形，如圖6中點(diǎn)線所示。如此，射束通過孔48的形狀變得簡單。
靜電偏轉(zhuǎn)器30的內(nèi)部，即偏轉(zhuǎn)區(qū)34優(yōu)選保持為高真空，以防止離子束4、4a與大氣中的分子和粒子撞擊或?qū)е路烹姷?。?yōu)選提供能夠充分抽空偏轉(zhuǎn)區(qū)34的抽空器。優(yōu)選在與離子束4a的傳播方向垂直的方向上進(jìn)行偏轉(zhuǎn)區(qū)34的抽空，如圖3中箭頭80或82所示。如此，即使在偏轉(zhuǎn)區(qū)34中存在彎曲，該彎曲引起抽空導(dǎo)率下降的機(jī)會也很小。因此，偏轉(zhuǎn)區(qū)34可被有效抽空。
靜電偏轉(zhuǎn)器30上僅有的要求是所述一對偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33相對于離子束4的掃描角的方向保持對稱，如前所述；并且偏轉(zhuǎn)可達(dá)到90°角。因此，如果滿足這些要求，偏轉(zhuǎn)電極32的形狀，具體地，相對表面33的形狀可為前述形狀以外的其它形狀；例如，表面沿離子束4a的傳播方向分離；表面由多個曲面結(jié)合形成；或者表面由多個平面和曲面結(jié)合形成。
例如，圖7示出圖1到3所示的偏轉(zhuǎn)電極32都被通過在每個偏轉(zhuǎn)電極32內(nèi)在偏轉(zhuǎn)角增加的方向上形成縫隙70而分割成兩段。偏轉(zhuǎn)電極32可被分割成更多數(shù)目的段。替代地，偏轉(zhuǎn)電極32之一可被單獨(dú)分割。如此，如箭頭84或86所示，靜電偏轉(zhuǎn)器30的內(nèi)部，即偏轉(zhuǎn)區(qū)34可通過縫隙70有效抽空。其原因是，即使偏轉(zhuǎn)區(qū)34如前所述彎曲，該彎曲也不會導(dǎo)致抽空導(dǎo)率的減少。
圖8示出各自偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33的剖面輪廓形成為橢圓形的例子。在該例中，每個橢圓形具有沿Z軸方向的主軸。但是，所述橢圓形可具有沿X軸方向的主軸。
圖9示出通過將多個偏轉(zhuǎn)電極片32a(例如所示例子中的三片)結(jié)合(連接)到一起而構(gòu)成每個偏轉(zhuǎn)電極32的例子。具體地，各自偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33由結(jié)合多個表面(所示例子中三個表面)而形成，所述多個表面與定心在軸60上，與圖3所示同樣的回轉(zhuǎn)表面對齊。相對表面呈與圖10所示大致相同的剖面。每個偏轉(zhuǎn)電極片32a和相對表面33由中心與軸60對齊的錐形部分構(gòu)成。
在任何例子中，至少各自偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33優(yōu)選地由碳、硅、鋁或其化合物形成。例如，偏轉(zhuǎn)電極32自身可由這些材料形成，或者偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33可由這些材料鍍膜。
不希望的能量的離子4b(見圖1)可與相對表面33撞擊，該表面可最終被濺射。具體地，包括構(gòu)成相對表面33的物質(zhì)的濺射粒子可從相對表面33發(fā)出。因此，如果相對表面33由例如上述材料形成，那么濺射粒子可能偶然到達(dá)靶50，并且對在靶50表面上制造的半導(dǎo)體器件的特性的影響會較小。
但是，如前述數(shù)學(xué)式2中顯見，離子束4在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)的偏轉(zhuǎn)角不依賴于構(gòu)成離子束4的離子的質(zhì)量“m”。因而，質(zhì)量“m”不同但q/EB值(EB表示能量，“q”表示電荷)相同的離子沿相同軌道移動。通常使得具有不同質(zhì)量“m”的離子在入射到掃描器12之前經(jīng)過質(zhì)量分離電磁體6，由此獲得只具有所需質(zhì)量“m”的離子的離子束4。但是，在某些情況中，例如，包含許多氫原子的離子或具有同位素的離子注入在靶50上。在這種情況下，在多種類型的離子束4中存在質(zhì)量“m”略有不同的有用(所需)離子。
這些離子可為，例如，B2Hx+(x＝1，2，3，4，5，6)、B10Hy+(y＝1，2，...，14)，以及Sbz+(z＝121，123)。
當(dāng)要求利用這些離子以離子束的最大可能量進(jìn)行注入時，質(zhì)量分離電磁體6的質(zhì)量分辨能力有意減小。因此，例如以上所述的離子可被輸出并被入射到掃描器12內(nèi)。使該離子經(jīng)過靜電掃描型掃描器12以及靜電偏轉(zhuǎn)器30然后輸出。如此輸出的離子可被用作離子束4a用于將離子注入到靶50內(nèi)。如前所述，即使離子具有不同的質(zhì)量“m”，在靜電掃描或靜電偏轉(zhuǎn)期間離子的軌道也不會出現(xiàn)因質(zhì)量上的不同而產(chǎn)生差異。在由射束掃描的靶50上的面積以及離子入射到靶50內(nèi)的角度方面，離子以完全相同的方式入射。
關(guān)于專利文件2和3所述的用于使離子束平行的偏轉(zhuǎn)電磁體，當(dāng)離子束被通過所述磁場偏轉(zhuǎn)時，靶上要被離子束掃描的位置以及離子束注入到靶內(nèi)的角度取決于離子的質(zhì)量。對于具有不同質(zhì)量“m”的離子，該位置和角度呈不同值。因此，在靶50的平面內(nèi)離子注入的數(shù)量及離子注入的角度中出現(xiàn)不均勻。不能否認(rèn)在由離子注入制造的半導(dǎo)體器件的特性中出現(xiàn)變化或惡化的可能性。
關(guān)于掃描器12，只要設(shè)置質(zhì)量略有不同的離子使用的容許限度或者適當(dāng)?shù)膾呙鑼挾龋部刹捎猛ㄟ^磁場掃描離子束的磁場掃描型的掃描器12。
接下來，為了準(zhǔn)備以下描述，現(xiàn)將描述離子束4a入射到靶50表面內(nèi)的角度，即，注入角。采用兩種類型的注入角，現(xiàn)參照圖11描述所述注入角。所示例子是用于第一注入角φ和第二注入角ψ設(shè)為0°的情況?？紤]到法線64直立在靶50的表面上，第一注入角φ定義為離子束4a與法線64之間在與離子束4a被掃描的方向垂直的方向上的角度。離子束4a被在與Y軸一致的方向上掃描。因而，當(dāng)靶50或離子束4a繞平行于Y軸的軸66相對旋轉(zhuǎn)時，注入角φ改變。法線64a是注入角φ呈0°以外的其它任意值的情況的例子。
第二注入角ψ定義為離子束4a與法線64之間在離子束4a被掃描的方向上的角度。當(dāng)靶50或離子束4a繞平行于Z軸垂直于Y軸的軸68相對旋轉(zhuǎn)時，注入角ψ改變。法線64b是注入角ψ呈0°以外的其它任意值的情況的例子。
如圖1所示實(shí)施例的情況，用于通過磁場44偏轉(zhuǎn)離子束4a的偏轉(zhuǎn)電磁體42插在靜電偏轉(zhuǎn)器30與靶50之間。偏轉(zhuǎn)電磁體42具有與夾在其間的離子束4a的路徑相對的磁極性。圖12和13示出在磁場44傳播方向上觀察的示例平面。
離子束4a在偏轉(zhuǎn)電磁體42入口的端部平行，并成為大致平行于X-Y平面的大致形狀的離子束。離子束4a優(yōu)選地由偏轉(zhuǎn)電磁體42在與頁面大體一致的平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，并且被掃描的所有離子束4a優(yōu)選地以相同角度偏轉(zhuǎn)。該偏轉(zhuǎn)電磁體42的磁極表面呈大致矩形。
因?yàn)樘峁┰撈D(zhuǎn)電磁體42，可在靶50附近與靜電偏轉(zhuǎn)器30之間進(jìn)行例如(a)第二注入角ψ(見圖12)的調(diào)整，(b)離子束4a掃描寬度W的增大或減小，或者(c)防止離子束4a內(nèi)電子的遷移，或者除離子束4a以外的離子束內(nèi)離子的遷移。
現(xiàn)將說明(a)第二注入角ψ的調(diào)整。例如，如果離子束裝置的機(jī)械裝配精度不夠，離子束裝置與定位在不合適的方向的靶50初始裝配在一起，那么注入角ψ可通過偏轉(zhuǎn)電磁體42容易地調(diào)整到參考值(通常為0°)。
現(xiàn)將說明(b)掃描寬度W的調(diào)整。如果通過適當(dāng)設(shè)置偏轉(zhuǎn)電磁體42的布置以及離子束4a被偏轉(zhuǎn)電磁體42偏轉(zhuǎn)的角度，將入射離子束4a的掃描寬度設(shè)置為W1，并將出射離子束4a的掃描寬度設(shè)置為W2，則如圖13所示情況，掃描寬度可放大到W1＜W2。如圖12中情況所示，掃描寬度可減小到W1＞W(wǎng)2。以掃描寬度W的放大為例時，可在不改變除偏轉(zhuǎn)電磁體42之外的離子束裝置的情況下，根據(jù)靶50尺寸的增加或減少而容易地改變掃描寬度。
現(xiàn)將描述防止動作(c)的操作。如果離子束4a以外的電子或離子在靶50與靜電偏轉(zhuǎn)器30之間遷移，在測量離子束4a的數(shù)量上會產(chǎn)生誤差；或者會產(chǎn)生故障，例如靶50被金屬致污的程度增加，或粒子附著到靶50。電子或離子的能量足夠小于離子束4a的能量。因而，離子或電子可通過用偏轉(zhuǎn)電磁體42的小偏轉(zhuǎn)電磁場密度顯著偏轉(zhuǎn)電子或離子而從離子束4a顯著分離。因而，可防止出現(xiàn)故障。
如前所述，從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出并掃描的離子束4a的整個掃描射束剖面5為圓弧形。參照例如圖14，靶50被從圓弧中心P1在徑向上相對掃描射束剖面5機(jī)械地往復(fù)移動(往復(fù)致動)。因此，靶50橫跨(交叉)離子束4a。因此，可通過在靶的整個表面上照射離子束4a而用離子注入靶。這里，圖14示出在與圖2相同方向上觀察的從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出的離子束4a。
圖14示出離子束4a在垂直于紙(即，平行于Y-Z平面的平面)的方向上朝前入射，即，使得離子束4a以直角入射到靶50內(nèi)(即，注入角φ和ψ設(shè)為0°)的情況。因此，該圖紙示出靶50的表面平行于紙并且靶50的往復(fù)方向也平行于紙的例子。靶50的往復(fù)方向與離子束4a的掃描方向之間存在的關(guān)系如下。
靶50的中心經(jīng)過圓弧形掃描射束剖面5的圓弧中心P1，并且靶50被往復(fù)移動，使其沿平行于Z軸的線72被往復(fù)致動。因?yàn)樵撏鶑?fù)掃描運(yùn)動，直徑D的靶往復(fù)移動，使得靶50在平行于掃描射束剖面5的方向上不保持掃描寬度Ws。靶50的機(jī)械掃描寬度設(shè)為WM。從中心P1到掃描射束剖面5的中心的半徑設(shè)為L2。半徑L2等于圖5所示距離L2。
關(guān)于圖14所示結(jié)構(gòu)，將考慮在靶50的表面內(nèi)均勻地注入離子的需要。假設(shè)離子束4a被掃描的角度為θ，離子束4a在平行于Y軸的方向上的位置為L2sinθ。因此，離子束4a在平行于Y軸的方向上的遷移速度VY由以下數(shù)學(xué)式表示。
VY＝L2·cosθ·dθ/dt＝L2·costθ·ω(ω表示離子束掃描的角速度)在采用平行板型掃描電極的靜電掃描情況下(也應(yīng)用于圖1和2所示掃描器12)，當(dāng)用相對于時間恒定的掃描電壓增加率進(jìn)行掃描操作時，離子束的掃描寬度“y”由以下數(shù)學(xué)式表示并正比于時間“t”。
y＝k·tanθ(t)＝st(“k”和“s”表示常數(shù)，“t”表示時間)因此，通過只利用平行板型掃描電極進(jìn)行掃描時，在平行于Y軸方向上的離子束的遷移速度VY表示為VY＝dy/dt＝a(常數(shù))?？蓮臄?shù)學(xué)式5隨遷移速度導(dǎo)出以下數(shù)學(xué)式。
k·sec2θ(t)·ω＝dy/dt＝s(常數(shù))在離子束從靜電偏轉(zhuǎn)器30退出后，在平行于Y軸方向上的離子束4a的遷移速度VY可利用數(shù)學(xué)式4和6表示為如下表達(dá)式。
VY＝L2·cosθ(t)·s/k由數(shù)學(xué)式7表示的遷移速度VY不是始終為常數(shù)的值。具體地，如果tanθ正比于時間，在平行于Y軸方向上入射的離子束4a的位置不為常數(shù)，而在平行于Y軸方向上的離子束4a的遷移速度VY不為常數(shù)。相反，為使遷移速度VY為常數(shù)，僅有的要求是設(shè)置sinθ＝ct(“c”為常數(shù)，“t”為時間)。如果用tanθ表示這一關(guān)系，可采用以下表達(dá)式。
tanθ＝sinθ/(1-sin2θ)1/2＝ct/(1-c2t2)1/2這里，tanθ正比于例如圖1和2所示在平行板型掃描電極14之間施加的掃描電壓VS。最終，可理解掃描電壓VS如以下數(shù)學(xué)式所示隨時間變化。
VS＝ct/(1-c2t2)1/2(“c”為常數(shù)，“t”為時間)。
掃描電壓VS上的時間序列的變化方式，即波形圖，由圖15所示的實(shí)線92表示。該圖以夸大方式示出變化。為參考，由虛線94示出純?nèi)切尾ㄐ巍?br> 因此，由數(shù)學(xué)式9表示的VS從掃描電源16施加到構(gòu)成掃描器12的所述一對平行掃描電極14之間。所以，在從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出的離子束4a的掃描方向上束流線被掃描的速度，即在平行于Y軸方向上的掃描速度變?yōu)槌?shù)。
由于掃描速度為常數(shù)，靶50被以給定掃描速度在平行于Z軸的方向上通過掃描機(jī)構(gòu)54而機(jī)械地、往復(fù)地移動，因而可在整個靶表面上獲得離子注入量的均勻分布。
前述描述指向第一注入角φ和第二注入角ψ為0度的情況(即垂直射束落在靶上)。圖16示出第一注入角φ不為0度的例子(即，射束傾斜地落在靶上)。該圖紙示出在與圖1相同的方向上觀察的靶50的圍繞物。在圖16中，為了在注入角φ保持為常數(shù)的同時通過掃描機(jī)構(gòu)54往復(fù)移動靶50，可能有兩種情況，即(a)靶50與靶50表面平行地在位置A與位置B之間被往復(fù)致動，如箭頭86所示；以及(b)靶50與平行于Z軸的軸72平行地在位置A與位置C之間被往復(fù)致動，如箭頭88所示。即使靶50在情況(a)和(b)的任何方向上被掃描，離子束4a落在靶50表面上的注入角φ也為常數(shù)。
在情況(a)，離子束4a落在靶50上的位置保持在離子束4a的傳播方向，即，平行于X軸的方向上在靶50的平面內(nèi)不變且為常數(shù)。具體地，在靶50的所有表面內(nèi)，離子束4a落在與軸72相距給定距離L4的位置上。因此，即使離子束4a的狀態(tài)(即，其剖面輪廓尺寸)在其傳播方向上出現(xiàn)變化，離子束4a也在同樣條件下輻射在靶50的整個表面上，從而使能進(jìn)行離子注入。但是，靶50的機(jī)械往復(fù)掃描的寬度變得比情況(b)中所實(shí)現(xiàn)的大到1/cosφ倍在情況(b)中，離子束4a落在靶50上的位置在靶50的平面內(nèi)在平行于X軸的方向上改變。具體地，考慮靶50的表面被從位置A掃描到位置C的情況，離子束4a從靶50的一個端部50a經(jīng)過中部50b輻射到另一個端部50c。離子束在靶50的平面內(nèi)改變(前后移動)距離L3。因此，情況(a)的劣勢對于情況(b)變?yōu)閮?yōu)勢，而情況(a)的優(yōu)勢對于情況(b)變?yōu)榱觿荨?br> 在(a)和(b)的任一情況中，可基于數(shù)學(xué)式9實(shí)現(xiàn)確保在靶50內(nèi)較高的注入均勻度所需的掃描電壓VS的時間變化。
在離子束輻射系統(tǒng)中，日本專利No.2969788中描述的技術(shù)可用作測量靶50注入均勻度并基于如此測量的信息成形離子束4的掃描波形等的方法。
現(xiàn)將參照圖1對其做簡要描述。在掃描方向(即，平行于Y軸方向)上，在用于保持靶50的保持器的上游和下游位置預(yù)先提供由多點(diǎn)構(gòu)成的多點(diǎn)法拉第行(multipoint faraday rows)56和58，其能夠接收在平行于Y軸方向上掃描的離子束4a。下游多點(diǎn)法拉第行58還可固定于離子束4a的束流線。但是，上游多點(diǎn)法拉第行56如箭頭78所示漂移并只在測量期間漂移到離子束4a的束流線。
從兩個多點(diǎn)法拉第行56和58中獲得有關(guān)射束電流在離子束4被掃描的方向上的分布量(即，射束電流的時間間隔值)以及有關(guān)離子束平行度的信息?；谠撔畔?，供應(yīng)到掃描器12的掃描電壓VS的波形與供應(yīng)到靜電偏轉(zhuǎn)器30的偏轉(zhuǎn)電壓VD的大小受到調(diào)整，使得分布和平行度得以提高。具體地，如果在一個區(qū)域內(nèi)的射束電流的量大于其它區(qū)域的，相應(yīng)于該區(qū)域的掃描電壓緩慢改變。在射束電流的量小于其它區(qū)域的區(qū)域內(nèi)，相應(yīng)于該區(qū)域的掃描電壓迅速改變。
入射到靶50內(nèi)的離子束4a的平行度將參照圖17A到17C描述。偏轉(zhuǎn)電壓VD合適時，離子束4a變得平行于X軸，如圖17A所示。偏轉(zhuǎn)電壓VD不足，并且離子束的偏轉(zhuǎn)角小于90°時，射束變得分散而不是平行于X軸，如圖17B所示。偏轉(zhuǎn)電壓VD過大并且偏轉(zhuǎn)角大于90°時，離子束變窄而不是平行于X軸，如圖17C所示。因此，如果通過測量根據(jù)關(guān)于兩個多點(diǎn)法拉第行56和58的信息確定獲得圖17B或17C所示狀態(tài)，偏轉(zhuǎn)電壓VD根據(jù)狀態(tài)程度而增加或減小。
本發(fā)明的離子束裝置(具體地，離子注入裝置)的一套示例明細(xì)如下。
X-Z平面方向水平Y(jié)-Z平面方向垂直離子束被入射到掃描器12內(nèi)的方向平行于Z軸入射到靶50的離子束4a的能量1keV到300keV構(gòu)成離子束4a的離子的質(zhì)量“m”10AMU到250AMU來自于離子源2的離子束4的引導(dǎo)電壓(lead voltage)10kV到50kV質(zhì)量分離電磁體6安裝分析隙10在掃描器12的正上游形成?？赏ㄟ^改變隙寬度調(diào)整質(zhì)量分辨力(質(zhì)量分辨力的可變范圍為m/Δm＝10到100)。
施加到靜電掃描器12的掃描電壓VS最大±20kV掃描器12的掃描角θ最大±20°加速/減速設(shè)備22安裝偏轉(zhuǎn)電壓22安裝加速/減速電壓VA0到250kV偏轉(zhuǎn)電壓±VD最大±100kV靜電偏轉(zhuǎn)器30的偏轉(zhuǎn)電極32的材料碳偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33的形狀部分輪環(huán)靜電偏轉(zhuǎn)器30的偏轉(zhuǎn)半徑R最大1000mm距離L1(見圖5)最大1000mm從靜電偏轉(zhuǎn)器30出口到靶50的距離最大500mm(不提供偏轉(zhuǎn)電磁體42時)射束遮攔46的射束通過孔48的形狀圓弧注入期間保持器52往復(fù)移動的方向水平以角度注入可能，即，可通過繞軸66旋轉(zhuǎn)保持器52設(shè)置注入角φ(見圖11)多點(diǎn)法拉第行56和58提供?；陉P(guān)于法拉第行的測量的信息，可設(shè)置掃描電壓VS和偏轉(zhuǎn)電壓VD。
下面將描述除提供前述功能(即，使離子束平行并分離能量的功能)外、還提供加速和減速離子束功能的靜電偏轉(zhuǎn)器30的實(shí)施例，同時主要集中在本實(shí)施例與以上所述各自實(shí)施例之間的不同。以下描述主要指向離子束的加速和減速，能量分離的作用與前述的相同。因此，離子束由參考標(biāo)號4表示。
圖18示出靜電偏轉(zhuǎn)器提供有加速減速離子束功能的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，靜電偏轉(zhuǎn)器30具有以一間隔隔開而相對的內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a和外偏轉(zhuǎn)電極32b。每個內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a和32b在偏轉(zhuǎn)角增加的方向上被分割成“n”片(n為2或更大的整數(shù))，從而形成“n”對偏轉(zhuǎn)電極。具體地，內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1和相應(yīng)的外偏轉(zhuǎn)電極32b1構(gòu)成一對偏轉(zhuǎn)電極。進(jìn)一步地，內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a2和相應(yīng)的外偏轉(zhuǎn)電極32b2構(gòu)成另一對偏轉(zhuǎn)電極。這也同樣應(yīng)用于以下描述中的任何相似部分。由于圖解中空間的限制，在圖18中提供四個偏轉(zhuǎn)電極對(即，n＝4)。但是，偏轉(zhuǎn)電極對的數(shù)目不局限于四個。
在本實(shí)施例中，“n”對偏轉(zhuǎn)電極的相對表面33之間的間隔從靜電偏轉(zhuǎn)器30的入口到出口保持為常數(shù)。該偏轉(zhuǎn)電極常常簡單地指具有圓弧剖面輪廓。
倘若靜電偏轉(zhuǎn)器30的入口的電勢設(shè)為V1，靜電偏轉(zhuǎn)器30出口的電勢設(shè)為V2，在靜電偏轉(zhuǎn)器30減速離子束同時使其偏轉(zhuǎn)時，使離子束4滿足數(shù)學(xué)式10的關(guān)系，并在加速離子束同時使其偏轉(zhuǎn)時，滿足數(shù)學(xué)式11的關(guān)系。
V1＜V2[數(shù)學(xué)式11]V1＞V2電壓Va1到Van從第一(內(nèi))偏轉(zhuǎn)電源40a施加到“n”對偏轉(zhuǎn)電極中各自內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1到32an的入口側(cè)。電壓Vb1到Vbn從第二(外)偏轉(zhuǎn)電源40b施加到“n”對偏轉(zhuǎn)電極中各自外偏轉(zhuǎn)電極32b1到32bn的入口側(cè)。偏轉(zhuǎn)電源40a、40b可由單個電源或多個電源構(gòu)成。
具體地，電阻分壓方法(1)或多電源方法(2)可用作對內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a1到32an和32b1到32bn施加電壓Va1到Vb1的偏轉(zhuǎn)電源40a，40b的例子。
(1)基于電阻分壓方法的偏轉(zhuǎn)電源圖29示出偏轉(zhuǎn)電源的示例電路圖。偏轉(zhuǎn)電源40a、40b分別具有能夠在施加到內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1到32an和外偏轉(zhuǎn)電極32b1到32bn的最大電壓范圍內(nèi)供應(yīng)最大電壓的電源(在所示實(shí)施例中的偏轉(zhuǎn)加速電源112和偏轉(zhuǎn)減速電源114)。每個從電源輸出的電壓被多個可變電阻116分壓并輸出，從而產(chǎn)生離子束要求的所需電壓Va1到Van以及Vb1到Vbn。如果施加到內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的電壓的范圍超過正負(fù)范圍，那么基本要求是給偏轉(zhuǎn)電源40a、40b提供作為正極和負(fù)極的兩個電源112、114，如所示實(shí)施例的情況。如果偏轉(zhuǎn)電源用于加速模式或者減速模式時，那么基本要求是給偏轉(zhuǎn)電源只提供偏轉(zhuǎn)加速電源112或者偏轉(zhuǎn)減速電源114。如果使用偏轉(zhuǎn)電源的同時在加速模式與減速模式之間切換，那么給各自偏轉(zhuǎn)電源提供偏轉(zhuǎn)加速電源112和偏轉(zhuǎn)減速電源114，如所示實(shí)施例的情況。另外，最好給偏轉(zhuǎn)電源提供轉(zhuǎn)換開關(guān)118，使得電壓根據(jù)加速或減速模式以可切換方式輸出。該電阻分壓方法具有能減少電源數(shù)目的優(yōu)勢。
(2)基于多電源方法的偏轉(zhuǎn)電源圖30示出偏轉(zhuǎn)電源的示例電路圖。偏轉(zhuǎn)電源40a、40b具有多個電源(所示實(shí)施例中的偏轉(zhuǎn)加速電源112和偏轉(zhuǎn)減速電源114)，所述多個電源相應(yīng)于加速模式和減速模式以及相應(yīng)于各自內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1到32an和外偏轉(zhuǎn)電極32b1到32bn而串聯(lián)連接。當(dāng)施加到內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1到32an的電壓Va1到Van以及施加到外偏轉(zhuǎn)電極32b1到32bn的電壓Vb1到Vbn的范圍超過正負(fù)范圍時，最好采用部分電源能輸出正電壓或負(fù)電壓的電源。如情況(1)，僅有的要求是提供具有多個轉(zhuǎn)換開關(guān)118的電源。在方法(2)的情況下，給所有偏轉(zhuǎn)電極32a1到32an以及32b1到32bn都提供電源是不經(jīng)濟(jì)的。因而，用基于與方法(1)相關(guān)的電阻分壓方法的電源代替部分電源。實(shí)際上，可能出現(xiàn)很多獨(dú)立地提供多個電源有困難的情況。因此，優(yōu)選地，從成組的單個電源供應(yīng)多個電壓。
當(dāng)離子束4由靜電偏轉(zhuǎn)器30減速時，各自電壓滿足以下關(guān)系。
Va1＜Va2＜...＜VanVb1＜Vb2＜...＜VbnVa1＜Vb1，Va2＜Vb2，...，Van＜Vbn當(dāng)離子束4由靜電偏轉(zhuǎn)器30加速時，各自電壓滿足以下關(guān)系。
Va1＞Va2＞...＞VanVb1＞Vb2＞...＞VbnVa1＞Vb1，Va2＜Vb2，...，Van＜Vbn作為滿足數(shù)學(xué)式10和12所限定關(guān)系的結(jié)果，靜電偏轉(zhuǎn)器30在偏轉(zhuǎn)離子束的同時逐漸減速離子束4。另外，作為滿足數(shù)學(xué)式11和13所限定關(guān)系的結(jié)果，靜電偏轉(zhuǎn)器30可在偏轉(zhuǎn)離子束的同時逐漸加速離子束4。
如上所述，在本實(shí)施例中，靜電偏轉(zhuǎn)器30可在偏轉(zhuǎn)離子束的同時減速或加速離子束4。如前所述，不需單獨(dú)提供加速/減速設(shè)備22。因而，在圖18所示實(shí)施例中不提供加速/減速設(shè)備22。因此，與單獨(dú)提供加速/減速設(shè)備22的情況相比，束流線的長度可進(jìn)一步縮短。因而，由于離子束4發(fā)散等造成的損耗可更加減小，從而提高射束的傳輸效率并易于確保大的射束量。另外，束流線的長度可大大縮短，從而致使整個系統(tǒng)更為緊湊。
特別地，在離子束4減速的情況中，當(dāng)提供加速/減速設(shè)備22，并且離子束通過加速/減速設(shè)備22完全減速到所需能級時，并且隨即使得離子束經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器30時，低能的束流線變得更長，而因空間電荷效應(yīng)造成的離子束的發(fā)散變得更大。相反，在本實(shí)施例中，當(dāng)離子束4在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)偏轉(zhuǎn)的同時逐漸減速到所需能級時，低能束流線在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)的任意位置變得更短。因此，可抑制因空間電荷效應(yīng)造成的離子束4的發(fā)散。所以，可促進(jìn)低能下大電流的離子束4的引出。
本實(shí)施例的靜電偏轉(zhuǎn)器30可加速或減速離子束4。如前所述，如果不需要加速和減速，可只進(jìn)行離子束偏轉(zhuǎn)。在這種情況下，最好設(shè)置V1＝V2并滿足以下表達(dá)式的關(guān)系。
Va1＝Va2＝...＝VanVb1＝Vb2＝...＝VbnVa＜Vb如圖18中雙點(diǎn)線所示，如有必要，可在掃描器12與靜電偏轉(zhuǎn)器30之間，具體地，在靜電偏轉(zhuǎn)器30的上游出口附近的位置上提供透鏡系統(tǒng)110，其中透鏡系統(tǒng)110對入射到靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)的離子束4的方向和形狀進(jìn)行調(diào)整，例如，在X方向上的方向調(diào)整和在X方向上的厚度調(diào)整。透鏡系統(tǒng)110是例如靜電透鏡，具體地，是單電位透鏡。盡管未示出，透鏡系統(tǒng)110的射束通過孔優(yōu)選與加速/減速設(shè)備22的射束通過孔26形狀一致。
現(xiàn)將詳細(xì)描述靜電偏轉(zhuǎn)器30在偏轉(zhuǎn)離子束4的同時減速或加速離子束4的原理，以及用于平滑加速/減速的要求(即，電極形狀、所施加電壓等)。
(1)當(dāng)靜電偏轉(zhuǎn)器30具有圓弧剖面輪廓的偏轉(zhuǎn)電極時(1-1)當(dāng)離子束只偏轉(zhuǎn)90°而不加速或減速時這種情況將參照圖19描述。內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a的半徑(具體地，偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33的半徑，同樣應(yīng)用于以下描述中相似部分)設(shè)為ra。外偏轉(zhuǎn)電極32b的半徑(具體地，偏轉(zhuǎn)電極32的相對表面33的半徑，同樣應(yīng)用于以下描述中相似部分)設(shè)為rb。離子束4的軌道半徑(具體地，所需能量的離子束)設(shè)為rc。施加到內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b的電壓分別設(shè)為Va、Vb。由于離子束偏轉(zhuǎn)90°，Va＜Vb成立。靜電偏轉(zhuǎn)器30的入口電勢設(shè)為V1，其出口電勢設(shè)為V2。在這種情況中，不進(jìn)行加速或減速，因而V1＝V2＝0[V]。
在這種情況中實(shí)現(xiàn)的電場由以下數(shù)學(xué)式給出。這里，log表示自然對數(shù)；“r”偏轉(zhuǎn)電極32a、32b之間任意點(diǎn)的半徑。
E＝(Vb-Va)/r·log(rb/ra)
半徑“r”的點(diǎn)的電勢V通過積分?jǐn)?shù)學(xué)式15而由以下表達(dá)式給出。這里，r＝ra，V＝Va，V＝Vb。
V＝{(Vb-Va)/log(rb/ra)}/log(r/ra)+Va假設(shè)形成離子束4的離子的電荷取為“q”，射束速度取為“V”，為使離子束4的軌跡呈半徑“r”的圓形軌道，考慮到徑向“r”的需要，以下數(shù)學(xué)式成立。
qE＝mv2/r如果相應(yīng)于離子束4動能的加速電壓取為Vm，以下表達(dá)式成立。
mv2/2＝qVm從數(shù)學(xué)式17、18導(dǎo)出E＝2Vm/r，該表達(dá)式代入數(shù)學(xué)式15，從而獲得如下數(shù)學(xué)式。
Vb-Va＝2Vm log(ra/rb)內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b之間的電勢差由將半徑ra與半徑rb之間的比率的對數(shù)乘以兩倍的相應(yīng)于離子束4的動能的加速電壓Vm而確定。不進(jìn)行加速或減速時，電壓Vb通常取為+VD，電壓Va通常取為-VD，由此離子束4軌跡上的電勢確定為0V。此時，獲得數(shù)學(xué)式19和20。
VD＝Vm log(rb/ra)進(jìn)行加速或減速時，考慮到如平行板型電極的情況，偏置電壓Vbias，電壓常取為以下表達(dá)式的形式。該偏置電壓Vbias用于加速和減速。
Va＝-VD+Vbias，Vb＝VD+Vbias(1-2)當(dāng)離子束偏轉(zhuǎn)90°并進(jìn)行其加速或減速時這種情況將參照圖20描述。這里，采用兩對偏轉(zhuǎn)電極。與圖19相同的大部分參考標(biāo)號省略。
通過例子，考慮在靜電偏轉(zhuǎn)器30入口處能級為20keV的離子束4只減速15keV，以如此將離子束4在靜電偏轉(zhuǎn)器出口減速到能級5keV的情況。在這種情況中，靜電偏轉(zhuǎn)器20入口的電勢V1設(shè)置為15kV，靜電偏轉(zhuǎn)器30出口的電勢V2設(shè)置為0V。在入口實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)于離子束4動能qVe的電壓Ve為5kV。
各自內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1、32a2的半徑ra保持不變。各自內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1、32a2的半徑rb也保持不變。為簡化起見，設(shè)K1＝log(rb/ra)。
在靜電偏轉(zhuǎn)器30入口實(shí)現(xiàn)的離子束4的動能為qVm1[eV]。因而，由數(shù)學(xué)式20導(dǎo)出以下公式。
VD1＝K1(Ve-V1)＝K1Vm1假設(shè)數(shù)學(xué)式21中的Vbias取為V1，偏轉(zhuǎn)電極32a1、32b1的入口側(cè)區(qū)域中出現(xiàn)的電壓Va1、Vb1由以下數(shù)學(xué)式定義。
Va1＝-VD1+V1Vb1＝VD1+V1類似地，在靜電偏轉(zhuǎn)器30入口實(shí)現(xiàn)的離子束4的動能為qVm2[eV]。以與前述相同的方式導(dǎo)出數(shù)學(xué)式24。另外，在出口側(cè)偏轉(zhuǎn)電極32a1、32b1處出現(xiàn)的電壓Va2、Vb2由數(shù)學(xué)式25表示。
VD2＝K1(Ve-V2)＝K1Vm2[數(shù)學(xué)式25]Va2＝-VD2+V2Vb2＝VD2+V2內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a1、32a2之間的電勢差Vin由數(shù)學(xué)式23和25確定如下。
Vin＝Va2-Va1＝(1+K1)(V2-V1)類似地，外偏轉(zhuǎn)電極32b1、32b2之間的電勢差Vout由數(shù)學(xué)式23和25確定如下。
Vout＝Vb2-Vb1＝(1-K1)(V2-V1)如上所述，在例如ra＝0.35[m]，rb＝0.45[m]的情況下，可得K1＝0.251。如上所述，V1＝-15[kV]，V2＝0[V]，因而獲得Vin＝18.77[kV]，Vout＝11.23[kV]。Vin大于Vout，并且其間差值隨減速電壓(即V2與V1之間的差)變大而變大。因而，在相鄰偏轉(zhuǎn)電極32a1、32a2之間產(chǎn)生的電場變大。如果不注意該電場，電場的增加會成為離子束4軌道中擾動的原因。在平行板電極的情況下，K1＝0因而不產(chǎn)生這樣的擾動。
通過擴(kuò)大相鄰電極之間的間隔，電場上的擾動在一定程度上減輕。但是，如果該間隔被過分?jǐn)U大，離子束4的偏轉(zhuǎn)變得困難，因而需要一些測量。
圖21示出基于圖20所示原理進(jìn)行的射束軌道等的模擬結(jié)果。
現(xiàn)將描述圖21到28所示模擬中的常見事項(xiàng)。這里，模擬表示二維分析，形成離子束4的離子的質(zhì)量數(shù)為11，離子束4的射束電流密度設(shè)為25mA/m(因?yàn)檫M(jìn)行二維分析，并且該密度是在從紙面起參考從其前到后的方向1m處的深內(nèi)部位置上實(shí)現(xiàn)的電流密度，所以射束電流密度的分母不是m2)。在靜電偏轉(zhuǎn)器30入口及出口處實(shí)現(xiàn)的離子束4的能量在各自圖紙中示出。帶有相同下標(biāo)1，2，3……的內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a和外偏轉(zhuǎn)電極32b形成各自的電極對。提供圍繞靜電偏轉(zhuǎn)器30入口與出口附近的粗實(shí)線102，104用于限定模擬的邊界條件并模擬束流線的壁表面(這不意味著實(shí)際裝置的束流線呈所示形狀)。邊界條件的電勢加了括弧。這些電勢相應(yīng)于靜電偏轉(zhuǎn)器30的入口電勢V1和出口電勢V2。由于靜電偏轉(zhuǎn)器30的出口電勢通常為0V，在該模擬中也采用同樣的電勢。還提供圖21所示粗實(shí)線103以與前所述同樣方式限定邊界條件。參考標(biāo)號106表示等電勢面(也可稱作等電勢線，因?yàn)樵撃M是二維分析)。兩個等電勢面106之間的電勢差在各自圖紙中由ΔV表示。0V的等電勢面由0V表示。
圖21示出包括兩對偏轉(zhuǎn)電極32a1、32a2、32b1和32b2的靜電偏轉(zhuǎn)器30將離子束4從能級20keV降到5keV情況，其中所述每個偏轉(zhuǎn)電極具有圓弧形剖面輪廓。顯然，離子束4被偏轉(zhuǎn)90°(這是所有實(shí)施例中的常見情況，因而此后省略其重復(fù)描述)。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a1-20kV，32b1-9.9kV32a2-1.4kV，32b21.4kV在圖21所示實(shí)施例中，注意相鄰偏轉(zhuǎn)電極之間的間隔以及施加到各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓，因而離子束4軌道上的擾動可被減小到相對低的水平。
(2)用于在靜電偏轉(zhuǎn)器30中平滑加速減速離子束4的方法如果離子束4在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)被突然減速，那么空間電荷集中在離子束上，從而增加離子束的發(fā)散。為了避免空間電荷的集中，需要平緩減速離子束4。即使在加速離子束的情況下，仍需要不同程度的平緩加速離子束4。
回到圖19，作為例子，考慮根據(jù)由以下表達(dá)式表示的線性表達(dá)式(具有平緩坡面的另一函數(shù)也可以)改變在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)離子束4的軌道上任意角度β上實(shí)現(xiàn)的離子束4的電勢V。這里，角度β是相應(yīng)于平行于入射離子束4的線108(即，Z軸)的角度。靜電偏轉(zhuǎn)器30入口處的起始角βstart為90°，其出口處的結(jié)束角βend為180°?？稍O(shè)置使得開始角βstart變?yōu)閂＝V1并使得βend變?yōu)閂＝V2。
V＝{(V2-V1)/(βend-βstart)}·(β-βstart)+V1在被加速或減速的過程中離子束4的動能由以下表達(dá)式給出。這里，如前所述，Vm表示相應(yīng)于動能的電壓；Ve表示相應(yīng)于在靜電偏轉(zhuǎn)器30出口處實(shí)現(xiàn)的動能的電壓。
mv2/2＝qVm＝q(Ve-V)在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)半徑“r”的點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)的電勢V由數(shù)學(xué)式16確定。該表達(dá)式再次表示如下。
V＝{(Vb-Va)/log(rb/ra)}log(r/ra)+Va現(xiàn)在，假設(shè)數(shù)學(xué)式30等于數(shù)學(xué)式28，所需射束軌道內(nèi)的電勢設(shè)置為施加到內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b的電壓Va、Vb。可通過修改靜電偏轉(zhuǎn)器30獲得以下表達(dá)式。
log(r/ra)＝{(V-Va)/Vb-Va}log(rb/ra)在內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b之間產(chǎn)生電場的條件通過數(shù)學(xué)式19、29由如下表達(dá)式確定。
log(rb/ra)＝(Vb-Va)/2(Ve-V)基于數(shù)學(xué)式31、32，在靜電偏轉(zhuǎn)器30內(nèi)任意半徑處的電勢條件由如下數(shù)學(xué)式33或下面提供的34給出。
log(r/ra)＝(V-Va)/2(Ve-V) [數(shù)學(xué)式34]log(rb/r)＝(Vb-V)/2(Ve-V)在由數(shù)學(xué)式28表示的軌道內(nèi)的電勢是角度β的函數(shù)。角度β當(dāng)作參數(shù)時，電勢V由數(shù)學(xué)式28計(jì)算。離子束4的設(shè)計(jì)軌道半徑被數(shù)學(xué)式33確定為r＝rc，由此確定內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極32a的半徑ra。類似地，外偏轉(zhuǎn)電極32b的半徑rb由數(shù)學(xué)式34確定。這些半徑由數(shù)學(xué)式35表示。
ra＝rc exp{-(V-Va)/2(Ve-V)}rb＝rc exp{(Vb-V)/2(Ve-V)}電勢V落在內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b的電壓Va、Vb之間，并且必須插在該電壓之間，即，Vb＞V＞Va。另外，為了使離子束4經(jīng)過靜電偏轉(zhuǎn)器30，必須實(shí)現(xiàn)Ve＞V。由數(shù)學(xué)式35，離子束4在這些條件下以rb＞rc＞ra經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電極32a、32b之間。
如果根據(jù)內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b的電壓Va、Vb再次表示該表達(dá)式，可用r＝rc從數(shù)學(xué)式31、32獲得如下表達(dá)式。
Va＝V-2(Ve-V)log(rc/ra)Vb＝V+2(Ve-V)log(rb/rc)數(shù)學(xué)式35、36互相數(shù)學(xué)等價。因此，如果滿足數(shù)學(xué)式35或36中所限定的關(guān)系，離子束4可在離子束4的設(shè)計(jì)軌道半徑內(nèi)平滑地加速或減速。在這種情況中，盡管最好嚴(yán)格滿足該關(guān)系，但實(shí)踐中輕微的偏離也是容許的。因而，僅有的要求是大致滿足該關(guān)系。或者，基本要求是該關(guān)系的滿足。
以下說明用作實(shí)際的靜電偏轉(zhuǎn)器30的示例規(guī)范。
(a)電壓Va、Vb保持常數(shù)的同時半徑ra、rb關(guān)于角度β改變。
(b)半徑ra、rb保持常數(shù)的同時，電壓Va、Vb關(guān)于角度β改變。在這種情況中，偏轉(zhuǎn)電極32a、32b被分割成多個電極對以改變所加電壓Va、Vb。
(c)軌道半徑rc改變。
(d)采用以上規(guī)范的組合。
準(zhǔn)確地說，靜電偏轉(zhuǎn)器30的電極的最佳形狀根據(jù)例如射束能量或加速/減速的條件改變。在低能情況下，離子束4的能量低，因而電場中的小波紋比較不能忽略。因而此時所獲得的電極的形狀特別重要。但是，射束能量高時，因?yàn)榧词闺姌O的形狀不完全匹配但卻均勻時，射束軌道中已產(chǎn)生類似的電場，所以射束軌道上不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的差異。因此，電場中的小波紋可忽略。
在一種方法中，準(zhǔn)備適于減速模式的多個偏轉(zhuǎn)電極對，并在加速模式中對多個電極對施加平均電壓，從而相同的偏轉(zhuǎn)電極可兼容加速模式。盡管在只減速模式時不總需要多個電極，但考慮到與高能模式(即，加速模式)兼容，大量電極是優(yōu)選的。
還可采用另一種方法，其中通過利用相對易于制造的，具有常數(shù)半徑和圓弧剖面輪廓的多個偏轉(zhuǎn)電極，將平均電壓施加到各自偏轉(zhuǎn)電極，從而使偏轉(zhuǎn)器兼容加速和減速模式。
替代地，還可采用一種方法，通過內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極角度的機(jī)械操作改變電極角度和電壓而進(jìn)行最優(yōu)操作。
圖22示出具有由偏轉(zhuǎn)電極32a1到32a4、32b1到32b4構(gòu)成，并朝偏轉(zhuǎn)器出口散開的四個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器30的實(shí)施例，其中離子束4從能量20keV減速到5keV。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a1-20.3kV，32b1-5.2kV32a2-12.1kV，32b2-1.9kV32a3-6.6kV，32b30.2kV32a4-2.8kV，32b41.8kV如果ra＝0.35[m]，rb＝0.51[m]，rc＝0.4[m]，電勢V1＝-15[kV]，電勢V2＝0[V]，βstart＝90[度]，βend＝180[度]，log(rc/ra)＝0.1335，以及l(fā)og(rb/rc)＝0.24295，并且偏轉(zhuǎn)電極朝來自偏轉(zhuǎn)電極的初始位置β＝90[度]的射束的偏轉(zhuǎn)方向延伸，在βstart實(shí)現(xiàn)電勢V＝V1。因此，從數(shù)學(xué)式36中導(dǎo)出以下表達(dá)式。
Va＝-1500-2×0.1335×(5000+15000)＝-20340[V]Vb＝-1500+2×0.24295×(5000+15000)＝-5282[V]
當(dāng)已用前述方法確定電壓Va、Vb時，根據(jù)數(shù)學(xué)式28計(jì)算關(guān)于角度β的半徑ra、rb，從而在β＝148.3[度]時得到V＝Vb。當(dāng)角度超過該值時，得到V＞Vb，從而達(dá)到應(yīng)用極限。在這種情況中，根據(jù)數(shù)學(xué)式35在Vb＝Vc時rb等于rc。當(dāng)角度超過此時所得的值時，得到rb＜rc，外偏轉(zhuǎn)電極32b最終到達(dá)離子束4的軌道。在這種情況下，最好在角度β之前取一角度βs并設(shè)置隨后的電極對。例如，最好再次確定半徑ra、rb的初始值(在本實(shí)施例中ra＝0.35[m]，rb＝0.51[m])；根據(jù)數(shù)學(xué)式28確定軌道內(nèi)相應(yīng)于角度βs的電勢V(βs)；根據(jù)數(shù)學(xué)式36用與前所述相同的方式確定電勢Va、Vb；并根據(jù)數(shù)學(xué)式35計(jì)算相應(yīng)于角度β的半徑ra、rb。角度β之前的角度βs應(yīng)考慮離子束4的剖面尺寸(即，射束直徑)而確定，使得內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極32a、32b不與離子束4接觸。由于以上原因，在圖22所示實(shí)施例中采用四級偏轉(zhuǎn)電極對。
圖23示出在角度β上圖22所示偏轉(zhuǎn)電極32a1到32a4、32b1到32b4的半徑ra、rb。各自電極對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極之間的間隔隨角度β的增加(即朝著靜電偏轉(zhuǎn)器30出口)而增加。
圖22和23所示實(shí)施例示出偏轉(zhuǎn)電極對的數(shù)目減少到四個的偏轉(zhuǎn)電極。但是，偏轉(zhuǎn)電極對的數(shù)目不限于四個。偏轉(zhuǎn)電極對的數(shù)目可小于或大于四。當(dāng)偏轉(zhuǎn)電極數(shù)目增加時，離子束4的軌道內(nèi)的擾動(即散射)變小，從而使離子束4平滑減速(或加速)。這也應(yīng)用于將在以后描述的圖24到26所示由圖22所示實(shí)施例，與圖21所示實(shí)施例相比，在離子束4軌道內(nèi)離子束4在幾乎沒有擾動的情況下平滑減速。具體地，具有對齊軌道的離子束4可從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出。
圖24示出具有由偏轉(zhuǎn)電極32a1到32a4、32b1到32b4構(gòu)成，并朝偏轉(zhuǎn)器出口變窄的四個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器30的實(shí)施例，其中離子束4從能量40keV加速到200keV。與圖22所示實(shí)施例相反，各自電極對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極之間的間隔隨角度β的增加(即朝著靜電偏轉(zhuǎn)器30出口)而變窄。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a1125.5kV，32b1177.8kV32a285.8kV，32b2166.0kV32a326.2kV，32b3148.3kV32a4-66.4kV，32b4120.7kV
即使在這種情況中，可以理解離子束4軌道內(nèi)的擾動也很小，并且可以理解離子束4被平滑地加速。具體地，具有對齊軌道的離子束4可從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出。
圖25示出具有由偏轉(zhuǎn)電極32a1到32a9、32b1到32b9構(gòu)成的九個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器30，每個所述偏轉(zhuǎn)電極對具有圓弧形輪廓，其中離子束4從能量20keV減速到5keV。內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的半徑ra、rb分別為常數(shù)。具體地，從靜電偏轉(zhuǎn)器30入口到出口的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極之間的間隔為常數(shù)。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a1-22.7kV，32b1-9.6kV32a2-20.3kV，32b2-8.3kV32a3-17.8kV，32b3-7.1kV32a4-15.4kV，32b4-5.8kV32a5-13.0kV，32b5-4.5kV32a6-10.6kV，32b6-3.2kV32a7-8.2kV，32b7-2.0kV32a8-5.8kV，32b8-0.7kV32a9-3.4kV，32b90.5kV即使在圖25所示實(shí)施例的情況中，可以理解離子束4軌道內(nèi)的擾動也很小，并且可以理解離子束4被平滑地減速。具體地，具有對齊軌道的離子束4可從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出。
圖26示出具有由偏轉(zhuǎn)電極32a1到32a9、32b1到32b9構(gòu)成的九個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器30，每個所述偏轉(zhuǎn)電極對具有圓弧形輪廓，其中離子束4從能量40keV加速到200keV。內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的半徑ra、rb分別為常數(shù)。具體地，從靜電偏轉(zhuǎn)器30入口到出口的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極之間的間隔為常數(shù)。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a1129.2kV，32b1162.6kV32a2103.5kV，32b2149.0kV32a377.8kV，32b3135.4kV32a452.1kV，32b4121.8kV32a526.4kV，32b5108.2kV32a60.7kV，32b694.6kV
32a7-24.9kV，32b781.0kV32a8-50.6kV，32b867.4kV32a9-76.4kV，32b953.9kV即使在圖26所示實(shí)施例的情況中，可以理解離子束4軌道內(nèi)的擾動也很小，并且可以理解離子束4被平滑地加速。具體地，具有對齊軌道的離子束4可從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出。
圖25所示靜電偏轉(zhuǎn)器30和圖26所示靜電偏轉(zhuǎn)器30的結(jié)構(gòu)可使構(gòu)成各自偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)電極呈相同的形狀。因而，該靜電偏轉(zhuǎn)器既可用于減速離子束4，也可用于加速離子束4。對電極施加電壓的方式優(yōu)選基于離子束是要被加速還是減速而改變。
圖27示出具有由偏轉(zhuǎn)電極32a、32b構(gòu)成的一個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器30，每個偏轉(zhuǎn)電極朝偏轉(zhuǎn)器出口散開，其中離子束4從能量20keV減速到5keV。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a-19.2kV，32b1.2kV即使在如本實(shí)施例的一個偏轉(zhuǎn)電極對朝出口散開的情況中，可以理解離子束4軌道內(nèi)的擾動也很小，并且可以理解離子束4被平滑地減速。具體地，具有對齊軌道的離子束4可從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出。
圖28示出具有由偏轉(zhuǎn)電極32a、32b構(gòu)成的一個偏轉(zhuǎn)電極對的靜電偏轉(zhuǎn)器30，每個偏轉(zhuǎn)電極朝偏轉(zhuǎn)器出口變小，其中離子束4從能量40keV加速到112keV。
各自偏轉(zhuǎn)電極的電壓如下32a-35.8kV，32b76.2kV即使在如本實(shí)施例的一個偏轉(zhuǎn)電極對朝出口變小的情況中，可以理解離子束4軌道內(nèi)的擾動也很小，并且可以理解離子束4被平滑地加速。具體地，具有對齊軌道的離子束4可從靜電偏轉(zhuǎn)器30發(fā)出。
本申請基于2003年12月4日申請的日本專利申請(日本專利申請No.2003-405342)以及2004年3月17日申請的日本專利申請(日本專利申請No.2004-76756)，其內(nèi)容在此引用作為參考。
權(quán)利要求
1.一種離子束裝置，包括掃描器，所述掃描器在給定掃描表面內(nèi)繞給定掃描中心掃描入射的離子束；以及靜電偏轉(zhuǎn)器，所述靜電偏轉(zhuǎn)器將從所述掃描器發(fā)出的所述離子束靜電偏轉(zhuǎn)90°，使得所需能量的離子束在定心于所述掃描中心上的圓弧形偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)垂直于所述掃描表面的方向上傳播。
2.離子束裝置，包括引出離子束的離子源；質(zhì)量分離電磁體，所述質(zhì)量分離電磁體將所需質(zhì)量的離子束從由所述離子源引出的所述離子束中分離；掃描器，所述掃描器在給定掃描表面內(nèi)繞給定掃描中心掃描已經(jīng)過所述質(zhì)量分離電磁體的所述離子束；靜電偏轉(zhuǎn)器，所述靜電偏轉(zhuǎn)器將從所述掃描器發(fā)出的所述離子束靜電偏轉(zhuǎn)90°，使得所需能量的離子束在定心于所述掃描中心上的圓弧形偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)垂直于所述掃描表面的方向上傳播；以及掃描機(jī)構(gòu)，所述掃描機(jī)構(gòu)保持離子注入的靶，并在所述靶以給定角度與從所述靜電偏轉(zhuǎn)器發(fā)出的離子束交叉的方向上機(jī)械地往復(fù)移動所述靶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子束裝置，其中所述掃描機(jī)構(gòu)在平行于所述靶的表面的方向上移動所述靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有互相隔開并相對的一對偏轉(zhuǎn)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子束裝置，其中，如果在一點(diǎn)上以直角相交的三個軸設(shè)為X、Y、Z軸，所述離子束平行于所述Z軸入射到所述掃描器內(nèi)；掃描所述入射的離子束的所述掃描器的所述掃描中心為在平行于Y-Z平面的所述掃描平面內(nèi)的一中心；以及靜電偏轉(zhuǎn)器將所述入射的離子束內(nèi)所需能量的離子束偏轉(zhuǎn)90°，從而平行于所述X軸發(fā)出；如果考慮所述被掃描并偏轉(zhuǎn)的離子束內(nèi)具有所需能量的一個離子束的軌跡，所述軌跡在線性部分的末端呈弧形部分，所述弧形部分以90°角弧的方式彎曲，從而變得平行于所述X軸；以及構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的一對偏轉(zhuǎn)電極的相對表面每個具有與回轉(zhuǎn)表面大體一致的形狀，其中所述回轉(zhuǎn)表面由當(dāng)一個離子束的所述軌跡在所述掃描方向上相對于經(jīng)過所述掃描中心并與所述X軸平行的軸旋轉(zhuǎn)一預(yù)設(shè)角度的所述弧形部分得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子束裝置，其中構(gòu)成所述偏轉(zhuǎn)電極的所述各自偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面每個所呈的形狀通過定心于一輪環(huán)中心軸而周向地切割輪環(huán)一預(yù)設(shè)角度來限定，并且切割所述輪環(huán)的縱向橫截表面的外周只90°，所述輪環(huán)中心軸經(jīng)過掃描中心并平行于所述X軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的離子束裝置，其中構(gòu)成所述偏轉(zhuǎn)電極的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的每個所述相對的表面由與所述回轉(zhuǎn)表面一致的多個表面的組合所形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的至少一個被縫隙在偏轉(zhuǎn)角增加的方向上分割成多個段。
9.根據(jù)權(quán)利要求4到8中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的至少所述相對表面由碳形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4到9中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中進(jìn)一步包括用于將偏轉(zhuǎn)電壓施加到構(gòu)成所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述一對偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面的偏轉(zhuǎn)電源，其中所述偏轉(zhuǎn)電壓是d.c.電壓并關(guān)于地電壓對稱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中所述掃描器以對稱于所述離子束的入射軸的方式掃描入射到所述掃描器內(nèi)的所述離子束。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中所述掃描器只在關(guān)于所述離子束的入射軸的一側(cè)上的區(qū)域內(nèi)掃描入射到所述掃描器內(nèi)的所述離子束。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中進(jìn)一步包括加速/減速設(shè)備，所述加速/減速設(shè)備插在所述掃描器與所述靜電偏轉(zhuǎn)器之間并靜電加速或減速所述被掃描的離子束，其中所述加速/減速設(shè)備具有在所述離子束傳播方向上以給定間隔隔開的至少兩個電極；以及每個所述電極為定心于所述掃描中心上的圓弧形，并具有在所述掃描方向上比所述被掃描離子束更寬的射束通過孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離子束裝置，其中構(gòu)成所述加速/減速設(shè)備的入口電極還用作允許所需質(zhì)量離子束通過并且阻止不希望質(zhì)量離子通過的分析隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中允許所需能量的離子束通過并且阻止不希望能量的離子通過的射束遮攔位于所述靜電偏轉(zhuǎn)器出口的附近。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的離子束裝置，其中從所述靜電偏轉(zhuǎn)器經(jīng)過的所述離子束的被掃描射束剖面，垂直于所述離子束傳播方向的被掃描射束剖面呈弧形，并且所述射束遮攔具有類似于所述弧形被掃描射束剖面的弧形幾何形狀的射束通過孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中所述掃描器具有一對互相平行的掃描電極，以及在所述一對掃描電極之間施加掃描電壓VS的掃描電源，所述掃描電壓由VS＝ct/(1-c2t2)1/2表示，“c”為常數(shù)，“t”為時間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中所述靜電偏轉(zhuǎn)器的入口電勢低于其出口電勢；以及所述靜電偏轉(zhuǎn)器減速已入射到所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)的所述離子束之中所需能量的所述離子束，同時以前述方式偏轉(zhuǎn)所述離子束。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的離子束裝置，其中所述靜電偏轉(zhuǎn)器的入口電勢高于其出口電勢；以及所述靜電偏轉(zhuǎn)器加速已入射到所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)的所述離子束中所需能量的所述離子束，同時以前述方式偏轉(zhuǎn)所述離子束。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的離子束裝置，其中所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；以及所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面的間隔朝所述偏轉(zhuǎn)器的所述出口變得更大。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的離子束裝置，其中所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；以及所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的所述相對表面的間隔朝所述偏轉(zhuǎn)器的所述出口變得更窄。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的離子束裝置，其中如果所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極被在所述偏轉(zhuǎn)角增加的方向上分割成“n”對(“n”是2或更大的整數(shù))，以如此形成“n”個偏轉(zhuǎn)電極對；施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對之中所述內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Va1、Va2、......Van；并且施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對之中所述外偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Vb1、Vb2、......Vbn，則滿足以下關(guān)系Va1＜Va2＜...＜Van，Vb1＜Vb2＜...＜Vbn，以及Va1＜Vb1，Va2＜Vb2，...，Van＜Vbn。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的離子束裝置，其中如果所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極被在所述偏轉(zhuǎn)角增加的方向上分割成“n”對(“n”是2或更大的整數(shù))，以如此形成“n”個偏轉(zhuǎn)電極對；施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對中所述內(nèi)偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Va1、Va2、......Van；并且施加到所述“n”個偏轉(zhuǎn)電極對之中所述外偏轉(zhuǎn)電極的電壓從所述入口依次設(shè)為Vb1、Vb2、......Vbn，則滿足以下關(guān)系Va1＞Va2＞...＞Van，Vb1＞Vb2＞...＞Vbn，以及Va1＜Vb1，Va2＜Vb2，...，Van＜Vbn。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的離子束裝置，其中所述各自“n”個偏轉(zhuǎn)電極對的所述相對表面之間的所述間隔從所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述入口到所述出口為常數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的離子束裝置，其中所述各自“n”個偏轉(zhuǎn)電極對中所述相對表面之間的所述間隔朝所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述出口變大。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的離子束裝置，其中所述各自“n”個偏轉(zhuǎn)電極對中所述相對表面之間的所述間隔朝所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述出口變窄。
27.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的離子束裝置，其中如果所述靜電偏轉(zhuǎn)器具有其間有間隔地相對的內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極；內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的相對表面的半徑設(shè)為ra和rb；施加到所述內(nèi)外偏轉(zhuǎn)電極的電壓分別設(shè)為Va、Vb；所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)所需能量的所述離子束中的電勢設(shè)為V；與所述靜電偏轉(zhuǎn)器的所述出口處動能的所述離子束相應(yīng)的電壓設(shè)為Ve；以及所述靜電偏轉(zhuǎn)器內(nèi)所述離子束的設(shè)計(jì)軌道半徑設(shè)為rc，大致滿足以下表達(dá)式或等價數(shù)學(xué)關(guān)系Va＝V-2(Ve-V)log(rc/ra)，以及Vb＝V+2(Ve-V)log(rb/rc)。
全文摘要
一種離子束裝置，包括發(fā)出離子束(4)的離子源；用于從輸入的離子束(4)中分離并取出所需質(zhì)量的離子束(4)的質(zhì)量分離電磁體(6)；用于在不變的掃描表面內(nèi)繞不變的掃描中心(P)掃描輸入離子束(4)并將其取出的掃描器12；靜電偏轉(zhuǎn)器，用于以掃描中心(P)為中心，將所需能量的離子束(4)從輸入離子束(4)在致動偏轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)靜電偏轉(zhuǎn)90°，從而在垂直于上述掃描表面的方向上前進(jìn)，并將其取出；以及掃描機(jī)構(gòu)(54)，用于保持靶(50)并在以常數(shù)角度與從靜電偏轉(zhuǎn)器(30)取出的離子束(4a)交叉的方向上機(jī)械地往復(fù)掃描靶。
文檔編號H01J37/317GK1906728SQ200480040579
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者內(nèi)藤勝男, 藤田秀樹 申請人:日新意旺機(jī)械股份公司