專利名稱：控制帶電粒子束的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示的內(nèi)容大致有關(guān)于半導(dǎo)體制造技術(shù)，更具體地說，有關(guān)于控制帶電粒 子束的技術(shù)。
背景技術(shù)：
離子植入是通過賦能離子直接轟擊襯底而將化學(xué)元素沉積進(jìn)入襯底的工藝。在半 導(dǎo)體制造中，離子植入器主要用于摻雜工藝，此摻雜工藝改變目標(biāo)材料的傳導(dǎo)性類型以及 位準(zhǔn)。在集成電路(integrated circuit, IC)襯底及其薄膜結(jié)構(gòu)中，精確摻雜分布對于取 得良好的IC性能至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)所希望的摻雜分布，可植入不同劑量以及不同能量位準(zhǔn) 的一個(gè)或多個(gè)離子元素。為在半導(dǎo)體晶片(wafer)上形成器件，通常需要在半導(dǎo)體晶片的不同深度處植入 雜質(zhì)。離子束中指向半導(dǎo)體晶片的雜質(zhì)的能量由雜質(zhì)進(jìn)入半導(dǎo)體晶片的深度決定。隨著 器件尺寸的減小以及速度的增加，逐漸希望用較低能量的離子束在半導(dǎo)體晶片中形成(例 如)淺晶體管接面。同時(shí)，高能量離子植入有助于降低生產(chǎn)成本，因?yàn)楦吣芰侩x子植入不需要一些待 執(zhí)行的常規(guī)工藝，諸如(但不限于)掩蔽半導(dǎo)體晶片。而且，通過高能量離子植入而制造的 半導(dǎo)體器件可表現(xiàn)出相對較低的接面泄露位準(zhǔn)(junction leakage)以及改善的閂鎖效應(yīng) (latch-up)特性。因此，相對于通過高能量離子植入完成的離子植入工藝，生產(chǎn)收益較高。 因此，高能量離子植入可廣泛用于在半導(dǎo)體器件制造工藝中植入離子。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的離子植入器系統(tǒng)(ion implanter system) 100。離子植入 器系統(tǒng)100可包括離子源102以及被離子束10穿過的構(gòu)件系列組合。構(gòu)件系列可例如包括 提取調(diào)處器(extraction manipulator) 104、濾波器磁體(filter magnet) 106、加速或減速 柱體(acceleration ordeceleration column) 108、分析器磁體(analyzer magnet) 110、方寵 轉(zhuǎn)質(zhì)量狹縫(rotating mass slit) 112、掃描儀(scanner) 114、以及修正器磁體(corrector magnet) 116。離子源102、提取調(diào)處器104以及濾波器磁體106可容納于末端118中。非常 類似于調(diào)處光束的光學(xué)透鏡組，離子植入器構(gòu)件能夠在操縱離子束10朝向終端站120之前 將其過濾及集中。能夠過濾以及集中離子束10的離子植入器構(gòu)件可被稱作光學(xué)組件，或光 學(xué)束。對于離子植入器系統(tǒng)100而言，加速或減速柱體108是關(guān)鍵構(gòu)件。由于需要的離 子束能量位準(zhǔn)范圍較大(例如，從大約lkV至600kV以上)，從而要求加速或減速柱體108 將離子加速或減速至較寬的電壓譜(例如，從大約lkV至600kV以上)。常規(guī)地，電阻分壓器可用于沿柱體108逐漸加速(分壓加速電勢)或減速(分壓 減速電勢)離子束。亦即，一個(gè)或多個(gè)電阻器在相鄰電極之間沿柱體108電連接。多個(gè)電 阻器可因此形成電阻器鏈。柱體108的每一電極可沿電阻器鏈電連接至某個(gè)電接觸器。因 此，加速電壓或減速電壓可通過電阻器分配。電壓沿柱體108的分布可被稱作分級。隨著 操作電壓譜的加寬以及最高電壓的提高，人們對常規(guī)電阻分壓器的關(guān)注至少有兩個(gè)方面。
對于大范圍電壓離子植入中的常規(guī)電阻分壓器，首先關(guān)注的是壓載電流(ballast current)。流過常規(guī)電阻分壓器的電流可被稱作分壓電流。由于其可促進(jìn)在柱體108的電 極之間保持電壓間隙，故分壓電流有時(shí)可被稱作壓載電流。對于高能量加速而言，束流剛度(beam rigidity)會較高。亦即，使束流偏轉(zhuǎn)所需 要的磁力或靜電力較高。在高能量加速模式中，離子束的大多數(shù)離子不會偏離離子束傳播 的方向，并將穿過柱體108的電極孔徑。因?yàn)殡x子是帶電粒子，離子傳送可具有離子束電 流。因此，對于高能量加速，柱體108的電極僅攔截較少的離子。僅損失非常少量的離子束 電流。電極不會被充電，因?yàn)殡x子束被較好地集中且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定操作。因此，流過分壓電 阻器鏈的分壓電流相對較低(例如，幾百微安)，但仍可維持柱體108的電極之間的電壓間 隙(voltage gap)。因此，對于高能量加速僅需相對較低的壓載電流。當(dāng)加速電壓降低時(shí)(例如，低至中等能量加速或減速)，分壓電流可低至微安(例 如，V/R更小)。在這種情況下，較低的電流可實(shí)現(xiàn)分級。然而，與高能量加速相較，束流剛 度也更低。亦即，與高能量操作模式相較，更多離子可偏離離子束并通過柱體108的電極攔 截。在特定情況下，離子束可產(chǎn)生次級離子/電子，其可攔截柱體108的電極。當(dāng)有足夠的 離子/電子攔截柱體108的電極時(shí)，可發(fā)生閂鎖效應(yīng)。亦即，分壓電流不足以維持兩個(gè)電極 之間的電壓間隙并導(dǎo)致電壓崩潰。由于柱體108的電極改變來自離子流/電子流的電壓， 閂鎖效應(yīng)可引起集中退化并最終導(dǎo)致不可恢復(fù)的情況。對于減速情況亦可發(fā)生非常類似的 不穩(wěn)定性。通常，離子束能量越低，需要越高的流過電阻器鏈的電流。因此，與高能量加速相 比，低能量加速以及減速需要更高的壓載電流。僅使用線性單個(gè)電阻器鏈實(shí)際上不能實(shí)現(xiàn) 此目的。例如，當(dāng)束流具有較低的能量時(shí)，奧姆定律指出用較低電阻來維持足夠的電流(I = V/R)。然而，當(dāng)束具有高能量時(shí)，需要較高的電壓。產(chǎn)生的能量較高，如果電流以及電壓 兩者均高(？ = 1\乂 = 12\1 =鏟/10。電流可產(chǎn)生大量的熱。電阻器將極其熱并且它們 的電阻將變化。上述問題的一個(gè)可能的解決方案是，對于較低的能量加速以及減速，使用 開關(guān)來選擇具有較低電阻的不同電阻器鏈。開關(guān)可電氣使能并可被稱作電氣開關(guān) (electrical switch) 0電氣開關(guān)可例如通過繼電器使能。開關(guān)還可通過壓縮液體賦能并 可被稱作液壓/氣壓開關(guān)。液壓/氣壓開關(guān)可通過壓縮由介電材料(例如，聚四氟乙烯 (polytetrafluoroethylene，PTFE)空氣線(airline))制成的管道中的媒介而使能。然 而，對于電阻較低的電阻器，典型地壓載電流變得非常高并在電阻器上產(chǎn)生大量的熱，很可 能導(dǎo)致過熱以及熱故障。為避免此類情況發(fā)生，依賴于加速電壓，可選擇合適的開關(guān)順序。對于用于離子植入而具有大電壓范圍的常規(guī)電阻分壓器而言，其次的關(guān)注點(diǎn)是每 一電阻器需要克服的較高的電場應(yīng)力。在高能量模式中，高加速電壓(例如，650kV以上) 可在電阻器鏈上分級。由于較高的電場應(yīng)力，需要掩蔽諸如石墨連接或金屬連接的電阻器 傳導(dǎo)性材料。以前此種掩蔽透過將電阻器鏈置于填充有高介電強(qiáng)度材料(例如，SF6氣體) 的壓縮容器中而實(shí)現(xiàn)。然而，電阻器鏈不易在此種構(gòu)造中工作，因?yàn)閴嚎s容器需要被排空， 而這工藝較慢并需要大量工作。有鑒于此，應(yīng)該理解的是，對于離子植入器而言，在控制加速或減速帶電粒子束的 電流技術(shù)中存在較大問題及缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本文揭示了控制帶電粒子束的技術(shù)。在一特定示范性實(shí)施例中，此工藝可實(shí)現(xiàn) 成帶電粒子加速/減速系統(tǒng)。帶電粒子加速/減速系統(tǒng)可包括加速柱體(acceleration column) 0加速柱體可包括具有孔徑的多個(gè)電極，其中帶電粒子束可穿過此孔徑。帶電粒子 加速/減速系統(tǒng)還可包括電性耦接到多個(gè)電極的多個(gè)電阻器。帶電粒子加速/減速系統(tǒng)還 可包括多個(gè)開關(guān)，其電性耦接到多個(gè)電極以及多個(gè)電阻器，其中多個(gè)開關(guān)中的每一個(gè)可構(gòu) 造成分別選擇性接通多個(gè)操作模式。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的其它狀態(tài)，帶電粒子加速/減速系統(tǒng)還包括第一電 源，以提供加速電壓；第二電源，以提供減速電壓；第一開關(guān)，電性耦接到第一電源；以及第 二開關(guān)，電性耦接到第二電源。第二開關(guān)可構(gòu)造成在高壓環(huán)境中操作。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一狀態(tài)，多個(gè)電阻器可包括串聯(lián)電阻器鏈(serial chain of resistors) 0每一開關(guān)可電性串聯(lián)有串聯(lián)鏈中的多個(gè)電阻器中的至少一個(gè)。多 個(gè)開關(guān)中的至少一個(gè)可串聯(lián)至電阻器鏈中的多個(gè)電阻器中的至少一個(gè)。至少一串聯(lián)的電氣 開關(guān)以及至少一電阻器可與多個(gè)電阻器中的至少其它一個(gè)并聯(lián)。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的再一狀態(tài)，帶電粒子加速/減速系統(tǒng)還包括多個(gè)致動 器(actuators)。每一開關(guān)可分別連接至多個(gè)致動器中的相應(yīng)的一個(gè)。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一狀態(tài)，至少一個(gè)開關(guān)可通過壓縮流體使能(be activated by pressurized fluid)，且壓縮流體可選自壓縮空氣、壓縮氣體以及壓縮液體。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一狀態(tài)，至少一個(gè)開關(guān)可通過電氣信號使能，且電 氣信號可通過繼電器傳送。在另一特定示范性實(shí)施例中，此工藝可實(shí)現(xiàn)成帶電粒子加速/減速系統(tǒng)。帶電粒 子加速/減速系統(tǒng)可包括加速柱體。加速柱體可包括具有孔徑的多個(gè)電極，其中帶電粒子 束可穿過此孔徑。帶電粒子加速/減速系統(tǒng)還包括多個(gè)電阻器組件。每一電阻器組件可包 括至少一電阻器。至少一電阻器可電連接在支撐結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)電接觸器之間。每一電接觸 器可電連接至多個(gè)電極中的相應(yīng)的一個(gè)。每一電阻器組件還可包括開關(guān)。此開關(guān)可電連接 在與至少一電阻器并聯(lián)的兩個(gè)電接觸器之間。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的其它狀態(tài)，支撐結(jié)構(gòu)可以是印刷電路板。進(jìn)一步地，多 個(gè)電阻器組件中的至少一個(gè)還包括電性串聯(lián)至兩個(gè)電接觸器之間的開關(guān)的至少一個(gè)輔助 電阻器。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的另一狀態(tài)，每一幵關(guān)可氣動控制(pneumatically controlled)0根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的再一狀態(tài)，每一幵關(guān)可電動控制(electrically controlled)0根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一其它狀態(tài)，多個(gè)電阻器組件的開關(guān)可分成至少兩 個(gè)組。至少兩個(gè)組中的每一組的開關(guān)通?？蛇x擇性操作。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的又一狀態(tài)，電阻器組件中的每一個(gè)可罐裝(blotted) 在高介電強(qiáng)度材料(high dielectric strength material)中。高介電強(qiáng)度材料可選自熱 傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂(印oxy)以及基于硅樹脂(sliconebased)的化合物。
在又一特定示范性實(shí)施例中，此工藝可實(shí)現(xiàn)成制造電連接的裝置。此裝置可包括 附連至支撐結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)電阻器。至少一電阻器可電連接在支撐結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)電接觸器 (electrical contacts)之間。此裝置還包括電性置于兩個(gè)電接觸器之間的開關(guān)。此開關(guān) 可包括殼體(housing)，此殼體具有基本上由非傳導(dǎo)性材料構(gòu)建的非傳導(dǎo)性部份。非傳導(dǎo)性 部份的至少一部份可置于支撐結(jié)構(gòu)上兩個(gè)電接觸器之間。開關(guān)還可包括梭件(shuttle)，其 在殼體內(nèi)選擇性移動。在第一操作模式中，梭件可在接近兩個(gè)電接觸器中的一電接觸器的 第一位置，而在第二操作模式中，梭件可移向電接觸器的其它電接觸器，以在兩個(gè)電接觸器 之間建立電連接。根據(jù)此特定示范性實(shí)施例的其它狀態(tài)，此裝置還包括罐裝材料層。罐裝材料層可 圍繞支撐結(jié)構(gòu)、至少一電阻器以及開關(guān)。進(jìn)一步地，罐裝材料可以是介電并具有熱傳導(dǎo)性的 材料。介電并具有熱傳導(dǎo)性的材料可選自熱傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂以及基于硅樹脂的化合物。現(xiàn)參考附圖顯示的示范性實(shí)施例說明本發(fā)明揭示的內(nèi)容。雖然本文參考示范性實(shí) 施例說明本發(fā)明揭示的內(nèi)容，然而應(yīng)該理解的是，本發(fā)明揭示的內(nèi)容并不限于此。接受本文 教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到其它的實(shí)施方式、修改以及實(shí)施例，而且也將認(rèn)識到在落 入本發(fā)明揭示的內(nèi)容的范圍內(nèi)在其它領(lǐng)域的使用。


為了促使充分理解本發(fā)明揭示的內(nèi)容，現(xiàn)參考附圖，其中相似的組件利用相似的 數(shù)字表示。這些附圖不應(yīng)解釋成限制本發(fā)明揭示的內(nèi)容，而僅起到示范性作用。圖1顯示了常規(guī)的離子植入器系統(tǒng)。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)的示意圖。圖3A顯示了根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例的電阻器組件的示意圖。圖3B顯示了根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例的電阻器組件的示意圖。圖4A顯示了根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例的在支撐結(jié)構(gòu)上的電阻器組件的示 意圖。圖4B顯示了根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例的在支撐結(jié)構(gòu)上的電阻器組件的示 意圖。
具體實(shí)施例方式圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例的離子植入器的帶電粒子加速/減速 系統(tǒng)200的示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，圖2中僅結(jié)合了離子束10、離子源102、 末端(terminal) 118以及加速或減速柱體108。結(jié)果，圖2中的這些組件應(yīng)對比圖1中的相
應(yīng)組件來理解。參考圖2，在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200中，離子束10提取自離子源102。離子 源102可以以提取電源224為參考。提取電源224可向離子源102提供相對于末端118而 言的正電壓。離子源102可通過減速開關(guān)216以及減速電源214與地線230分離。離子源 102還可通過提取電源224、加速開關(guān)212以及加速電源210與地線230分離。末端118可 通過加速開關(guān)212以及加速電源210與地線230分離。應(yīng)該注意的是，根據(jù)本發(fā)明揭示的 內(nèi)容的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)可將離子束加速和/或減速。
然后，提取的離子束10可穿過末端118上的孔徑并進(jìn)入圖2中所示的加速或減速 柱體108。加速或減速柱體108可通過多個(gè)電極232示意性顯示在圖2中。多個(gè)電極232可 以是空間分離并具有孔徑240的傳導(dǎo)盤。在圖2的實(shí)施例中，多個(gè)電極232包括電極232a、 232b、232c、232d、232e、232f以及232g。離子束10可加速或減速至特定的能量位準(zhǔn)，然后 離開加速或減速柱體108。 通過加速電源210供應(yīng)的正電壓可通過電阻器鏈220以及液壓/氣壓或電氣開關(guān) 鏈202施加于電極232，以基于加速電壓來操縱光學(xué)束。在圖2的實(shí)施例中，電阻器鏈220 包括電阻器220a、220b、220c、220d、220e、220f以及220g。并聯(lián)于電阻器220，開關(guān)鏈202 可包括開關(guān)202a、202b、202c，202d、202e、202f以及202g。電阻器及其相應(yīng)的開關(guān)可被稱 作分級電阻器組件。因此，在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200中顯示了七個(gè)電阻器組件，以將 加速電壓分壓成七個(gè)相等的電勢。應(yīng)該注意的是，在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的其它實(shí)施例 中，電阻器220可不具有相同的電阻值，且電壓可不被等分。而且，如圖2所示，開關(guān)鏈202 可分成3組。開關(guān)202a、202b、202c以及202d可連接至控制線252。開關(guān)202e以及202f 可連接至控制線254。開關(guān)202g可連接至控制線256。因此，七個(gè)電阻器組件可通過控制 線252、254以及256選擇性控制。在本發(fā)明揭示的內(nèi)容中，電阻器組件鏈可被稱作電壓分 級電阻器組件鏈。而且在本發(fā)明揭示的內(nèi)容中，控制線中的每一個(gè)均可被稱作致動器。在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200的一示范性實(shí)施例中，開關(guān)202中的每一個(gè)均可 如下文所述通過壓縮空氣、氣體或液體使能。因此，每一致動器可通過壓縮由介電材料制 成的空氣線并通過壓縮空氣、氣體或液體(例如，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene， PTFE)空氣線(air line))來操作開關(guān)。在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200的另一示范性實(shí)施例中，開關(guān)202中的每一個(gè)均 可電氣使能。因此，每一致動器均可通過傳送電信號來操作一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(例如，繼電 器)O帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)離子束10的較大的能量位準(zhǔn)范圍(例 如對于單個(gè)帶電粒子，IkV至大約750kV)。能量位準(zhǔn)的較大范圍可通過帶電粒子加速/減 速系統(tǒng)200的多個(gè)操作模式而實(shí)現(xiàn)。多個(gè)操作模式可如下文所述通過操作分級電阻器組件 的減速開關(guān)216、加速開關(guān)212、開關(guān)202、提取電源224、減速電源214以及加速電源210而 提供。進(jìn)一步地，如下文所述，選擇性控制的七個(gè)電阻器組件有助于根據(jù)加速或減速能量而 選擇改變電極232之間的電阻，從而維持壓載電流(ballast current)。例如，在第一示范性操作模式中，可操作帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200，以實(shí)現(xiàn)中 等高能量位準(zhǔn)(例如，SOkV至625kV)。在此操作模式中，減速開關(guān)216可保持打開，而閉合 加速開關(guān)212。離子束10可通過提取電源224提供的正提取電壓來提取。加速電源210可 在末端118以及地線230之間提供正電壓。因此，在獲取初始提取能量之后，離子束10可 通過電極232進(jìn)一步加速。在本發(fā)明揭示的內(nèi)容中，此操作的示范性模式可被稱作為加速 模式。在加速操作模式中，加速電源210可提供較高的正電壓，諸如但不限于670kV級的 較高正電壓。此加速操作模式可被稱作高束能量加速操作模式。在高束能量加速模式中， 減速開關(guān)216可被設(shè)計(jì)成，在此操作模式中在離子源102以及地線230之間保持大于670kV 的電壓間隙(voltage gap)(例如，提取電壓以及加速電壓)。
同樣在加速操作模式中，所希望的離子束10的能量位準(zhǔn)在能量位準(zhǔn)范圍的低端， 從而使得通過加速電源210提供的正電壓較低。此加速操作模式可被稱作低能量束流加速 操作模式。如上所述，在某種環(huán)境下，由于離子束剛度較小，電極232可攔截離子或次級離 子/電子(例如，束流撞擊(beamstrike))。因此，在加速操作模式中，需要更高的壓載電流 來維持沿電極232的低能量電壓電勢梯度。開關(guān)202可選擇性閉合，以提供如上所述的多個(gè)加速模式。然而，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電 極接地至末端時(shí)，接地電極的壓載電流可通過加速電源210的電流性能限定。接近末端的 接地電極可具有非常高的壓載電流(例如，接近于加速電源210的電流性能)。對于這些電 極，通過束流撞擊引起的電流并不是問題。進(jìn)一步地，其余電極可具有沿著它們減小的更高 電壓。因此，其余電極的壓 載電流更高。例如，在一個(gè)示范性操作模式中，電阻器220以及開關(guān)202可提供7個(gè)間隙加速模 式(7gap acceleration mode)。在7個(gè)間隙加速模式中，所有開關(guān)202都可以打開，因此通 過加速電源210提供的電壓通過電阻器鏈220沿電極232分級。此加速模式可在加速電源 210提供的正電壓足夠高而使得離子束10具有較高束流剛度且壓載電流并不重要時(shí)使用。 壓載電流可以較低但不可低于離子束電流的5-10%。如果壓載電流相對較低(其可使得能 量保持足夠低)，電阻器220中的每一個(gè)的電阻可較高(例如，IOOMohm或150Mohm)。應(yīng)該 注意的是，可交替使用壓載電流(I = V/R)以及所產(chǎn)生能量(P = V)。從產(chǎn)品安全角度考 慮，構(gòu)件不可超過60攝氏度(60°C )。在另一示例中，電阻器220以及開關(guān)202可提供3個(gè)間隙加速模式。在3個(gè)間隙 加速模式中，致動器252可閉合開關(guān)202a、202b、202c以及202d。其余開關(guān)202e、202f以 及202g可以保持打開。因此，電極232a、232b、232c以及232d電氣短路至末端118。進(jìn)一 步地，通過加速電源210提供的正電壓沿電極232e、232f以及232g分布。通過沿更少的電 阻器施加由加速電源210提供的較低正電壓，可實(shí)現(xiàn)更高的壓載電流。因此，可實(shí)現(xiàn)在電阻 器220e、220f以及220g上的相對較高的壓載電流。此操作模式可在由加速電源210提供 的正電壓較低且離子束10具有較低束流剛度(low beam rigidty)時(shí)使用。在又一示例中，電阻器220以及開關(guān)202可提供1個(gè)間隙加速模式。在1個(gè)間隙 加速模式中，致動器252可閉合開關(guān)202a、202b、202c以及202d，且致動器254可閉合開關(guān) 202e以及202f。其余開關(guān)202g可保持打開。因此，電極232a、232b、232c、232d、232e以及 232f電氣短路至末端118。進(jìn)一步地，通過加速電源210提供的正電壓施加在電極232f以 及232g之間。在此操作模式中，加速電源210可提供較大的電流，使得由在電極232f以及 232g上的離子/電子攔截引起的電流不影響電壓間隙。在第二示范性操作模式中，可操作帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200，以實(shí)現(xiàn)低至中等 能量位準(zhǔn)(例如，40kV至80kV)。在此操作模式中，減速開關(guān)216保持打開且加速開關(guān)212 閉合。離子束10可通過提取電源224提供的正提取電壓提取。加速電源210可程序化成 提供OV或關(guān)閉。因此，在獲取初始提取能量之后，離子束10可在沒有任何進(jìn)一步加速或減 速(例如，離子束10的能量沒有改變)的情況下游離電極232。在本發(fā)明揭示的內(nèi)容中，此 示范性模操作式可被稱作游離模式(drift mode)。在此游離操作模式中，因?yàn)榧铀匐娫?10可程序化成提供OV或關(guān)閉，離子束的能 量可僅依賴于由提取電源224在離子源102以及地線230之間提供的提取電壓。進(jìn)一步地，致動器252、254以及256可閉合所有開關(guān)202。使得所有電極232接地且沒有電荷因?yàn)殡x子或次級離子/電子攔截而堆積在電極上?？捎须x子束電流撞擊電極，但電流直接流至地 線230而不流過電阻器220。在游離操作模式中，對于壓載電流沒有顯著的限制。在第三示范性操作模式中，可操作帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200以實(shí)現(xiàn)低于提取 能量(例如，IkV至40kV)的離子能量。在此操作模式中，可閉合減速開關(guān)216，加速開關(guān) 212保持打開。離子束10可通過提取電源224提供的正提取電壓提取。減速電源214可提 供正電壓，此正電壓低于提取電源224提供的正電壓。因此，末端118可置放于相對于地線 230為負(fù)電壓之處。因此，在獲取初始提取能量之后，離子束10可通過電極232減速。離子 束10的最終能量可通過減速電源214的設(shè)定來決定。例如，提取電源224可提供60kV的 正電壓，減速電源214可提供40kV的正電壓。因?yàn)闇p速電源214提供相對于地線230的電 壓，所以離子源102相對于地線230可為40kV。通過提取電源224提供的60kV的正電壓在 離子源102以及末端118之間。因此，末端118可具有相對于地線230的20kV的負(fù)電壓。 此20kV的負(fù)電壓可施加于電極232，以在與離子束10中離子移動方向相反的方向上產(chǎn)生電 場。因此，離子束10可通過電極232減速。在本發(fā)明揭示的內(nèi)容中，此示范性操作模式可 稱作減速模式。在減速操作模式中，所希望的能量位準(zhǔn)可以較低(例如，從2kV至40kV)，從而允許 施加在末端118以及地線230之間的電壓較低(例如，在上述示例中為20kV)。如上所述， 在某種環(huán)境下，因?yàn)槭鲃偠容^低，電極232可攔截離子或次級離子/電子。因此，在減速 操作模式中，需要更高的壓載電流來沿電極232維持電壓電勢梯度。開關(guān)202可選擇性閉 合，以進(jìn)一步提供多個(gè)減速模式。因此，末端118以及地線230之間的電壓可施加在部份電 阻器220 (例如，可使用一個(gè)間隙減速)上?？蓪?shí)現(xiàn)較高的壓載電流。在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200中，7個(gè)電極以及7個(gè)電阻器組件顯示在圖2中。 在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)的另一示范性實(shí)施例中，可使用不同 數(shù)量的電極以及不同數(shù)量的電阻器組件。電阻器組件的數(shù)量不要求與電極的數(shù)量相同(例 如，如果光學(xué)束需要相鄰的電極可連接至相同的電壓)。電阻器組件的數(shù)量依賴于所使用的 最大電壓以及其它因素，諸如但不限于，有效的光學(xué)束(例如，穿過加速以及減速柱體108 的較高透射束)、每個(gè)分級電阻器組件的電性應(yīng)力以及高能量、高電壓電阻器的有效性。而且，在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200中，每一電阻器組件顯示包括一個(gè)電阻器。 在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)的另一示范性實(shí)施例中，每一電阻器 組件可在兩個(gè)電接觸器之間包括若干個(gè)電阻器。例如，此種電阻器組件的示范性實(shí)施例顯 示于圖3A以及3B中并在下文中說明。而且，在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200中，電阻器220中的每一個(gè)均可具有相等的 電阻值。應(yīng)該注意的是，在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)的另一示范 性實(shí)施例，電阻器220中的每一個(gè)均可具有所希望的電阻值。電阻器220中的每一個(gè)所希 望的電阻值不需要相同。更進(jìn)一步地，在帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200中，如圖所示7個(gè)電阻器組件通過3 個(gè)致動器控制。在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)的另一示范性實(shí)施例 中，電阻器組件的每一開關(guān)可分別通過致動器控制。在又一示范性實(shí)施例中，開關(guān)可分別以 不同數(shù)量的組控制，且每一組可具有不同數(shù)量的開關(guān)。
圖3A以及圖3B顯示了根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例在兩個(gè)操作模式中的示范性 電阻器組件300。根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，電阻器組件300可用于帶電粒子加速/減速系統(tǒng) 的示范性實(shí)施例。例如，電阻器組件300可用于帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200。電阻器組件 300可置放于末端118以及第一電極232a之間，或者可置放于圖2中任何兩個(gè)相鄰電極之 間。亦即，電接觸器322以及332可連接至末端118以及第一電極232a，或者可連接至任何 兩個(gè)電極。從而可對于帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200的加速或減速操作模式而維持電壓間 隙。
參考圖3A，根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例，示范性電阻器組件300顯示為在第 一操作模式中。如圖3A所示，在第一模操作式中，開關(guān)310斷開。亦即，在開關(guān)310的殼體 314中的梭件(shuttle) 312連接至第一電接觸器318，但通過殼體314中的絕緣媒介與第 二電接觸器316分離。絕緣媒介可通過在殼體314的兩個(gè)末端處的兩個(gè)蓋狀物320a以及 320b維持在殼體314中。絕緣媒介可為空氣，或高介電強(qiáng)度氣體(例如，SF6)或液體(例 如，液態(tài)硅樹脂)。殼體314的至少一部份由非傳導(dǎo)性材料制成，使得當(dāng)梭件312沒有與電 接觸器316接觸時(shí)，兩個(gè)電接觸器316以及318不連接。 電接觸器316可通過兩個(gè)電阻器304a以及304b連接至電接觸器322。電阻器304a 以及304b可如圖所示那樣串聯(lián)。電接觸器318可通過三個(gè)電阻器304c、304d以及304e連 接至電接觸器332。電阻器304c、304d以及304e可如圖所示那樣串聯(lián)。在開關(guān)310斷開(be disconnected)的第一操作模式中，沒有電流流過電阻器 304，并通過打開開關(guān)310而在電接觸器322以及332之間保持電位差。因此，對于高能量 位準(zhǔn)，當(dāng)帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200操作于加速模式中時(shí)，通過開關(guān)310可保持較高的電 壓(例如，112kV)。因此，對于高壓環(huán)境，開關(guān)310較合適為電氣或液壓/氣壓開關(guān)，諸如但 不限于在美國專利申請文件No. 6，717’ 079中說明的開關(guān)，其完全結(jié)合于本文作為參考。更進(jìn)一步地，在開關(guān)310斷開的第一操作模式中，電接觸器322以及332之間的電 位差沿電阻器鏈302分配。電阻器302a、302b、302c、302d以及302e可用在高等以及中等 能量范圍，且電阻器組件的電阻器的電阻值例如為75Mohm至200Mohm。在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件的另一示范性實(shí)施例，電阻器304 的并/串連組合可依賴壓載電流的要求而使用。在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件的又一示范性實(shí)施例中，多于兩個(gè) 電阻器可并聯(lián)，且并聯(lián)電阻器組可在電接觸器322以及332之間鏈接起來。在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件的又一示范性實(shí)施例中，可在電接 觸器322以及332之間使用單個(gè)電阻器。例如，單個(gè)電阻器可是金屬氧化物高電壓電阻器， 其電阻值為約IOMohm至lOOMohm、額定電壓為30kV至100kV、額定功率為15W至100W。參考圖3B，根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例，示范性電阻器組件300顯示成在第 二操作模式中。如圖3B所示，在第二操作模式中，開關(guān)310可連接電接觸器316及318。亦 艮口，梭件312可沿絕緣媒介延伸，以連接至電接觸器316。如在赫勒(Heller)專利中說明 的，通過壓縮氣體壓縮梭件312來沿絕緣媒介移動。如上所述，當(dāng)帶電粒子加速/減速系統(tǒng)200操作在低能量加速或減速操作模式時(shí)， 需要沿末端118以及電極232維持較低的電壓間隙。在此種環(huán)境下，電阻器組件300可用 于在帶有足夠的壓載電流的同時(shí)在電接觸器322以及332之間維持較低的電壓間隙。足夠的壓載電流可通過將電阻器304保持在較低電阻(諸如但不限于每個(gè)電阻器組件例如 為20Mohm至40Mohm)而實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殡娮杵?04并聯(lián)于電阻器302，對于電壓間隙(例如， IOkV)，可在電接觸器322以及332之間維持較高的壓載電流。在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件的另一示范性實(shí)施例中，可刪除電 阻器304。亦即，電接觸器316可直接連接至電接觸器322，且電接觸器318可直接連接電 接觸器332。因此，在第二操作模式中，電阻器組件300可使電接觸器322以及332短路。在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件的另一示范性實(shí)施例中，在電接觸 器316以及322之間以及在電接觸器318以及332之間可使用更多或更少的電阻器。根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的實(shí)施例，圖4A以及圖4B分別顯示了在支撐結(jié)構(gòu)上的電 阻器組件400的示意圖以及在支撐結(jié)構(gòu)上的電阻器組件400的示意圖填充材料。根據(jù)本發(fā) 明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件的示范性實(shí)施例可使用印刷電路板作為支撐結(jié)構(gòu)而實(shí) 現(xiàn)。亦即，根據(jù)上述本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器以及電阻器組件開關(guān)可置放在印刷 電路板上。應(yīng)當(dāng)理解的是，在根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容的示范性實(shí)施例中，不止一個(gè)電阻器組 件可置放在支撐結(jié)構(gòu)上。如圖4A所示，根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的電阻器組件400的示范性實(shí)施例 可通過將電阻器402、404及406以及開關(guān)410置于印刷電路板420上而實(shí)現(xiàn)。電阻器402 及404可以是具有較大電阻(例如，IOMohm至200Mohm)且串聯(lián)在印刷電路板420的兩個(gè) 電接觸器412以及416之間的電阻器。開關(guān)410以及電阻器406還可在兩個(gè)電接觸器412 以及416之間串聯(lián)。亦即，開關(guān)410以及電阻器406可并聯(lián)于電阻器402以及404。開關(guān) 410可以是在Heller專利中說明的開關(guān)。電阻器406可以是帶有較小電阻(例如，5Mohm 至40Mohm)且與開關(guān)410串聯(lián)的電阻器。當(dāng)開關(guān)410打開時(shí)，電阻器402及404可用于在兩個(gè)電接觸器412及416之間保 持較高電壓。由于兩個(gè)電阻器402及404的電阻較大，可維持較小的壓載電流。然而，可通 過兩個(gè)電阻器402以及404保持較強(qiáng)的電場，且由于較高的電場應(yīng)力需要掩蔽電阻器402 以及404的傳導(dǎo)材料。如上所述，掩蔽電阻器402及404的常規(guī)方法為，將電阻器402以及 404放入壓力容器并用高介電強(qiáng)度氣體(例如，SF6)或液體(例如，液態(tài)硅樹脂)填充容 器。在本發(fā)明揭示的內(nèi)容的示范性實(shí)施例中，電阻器組件400可如圖4B所示以及下文說明 的那樣罐裝入高介電強(qiáng)度材料中。當(dāng)閉合開關(guān)410時(shí)，如上文所述，在兩個(gè)電接觸器412以及416之間，電阻器402 及404并聯(lián)至電阻器406以及開關(guān)410。因?yàn)殡娮杵?06的電阻較低，兩個(gè)電接觸器412及 416之間較低的電位差可引起相當(dāng)大的壓載電流。在這種情況下需關(guān)注熱散逸問題。罐裝 在高介電強(qiáng)度材料中的電阻器組件有助于熱散逸。參考圖4B，電阻器組件400如圖所示放入高介電強(qiáng)度材料408。如上所述，排空利 用SF6氣體填充的壓力儲罐并不容易并且很慢。在本發(fā)明揭示的內(nèi)容實(shí)施例的示范性實(shí)施 例中，電阻器組件400可罐裝在高介電強(qiáng)度材料408中。例如，電阻器組件400可如圖4B 所示那樣罐裝在高介電強(qiáng)度塑料材料408中。高介電強(qiáng)度塑料材料408可以是高熱傳導(dǎo)性 的，從而與介電氣體或介電液體相較可提高熱散逸。在圖4B所示的示范性實(shí)施例中，高介 電強(qiáng)度塑料材料408可以是熱傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂(epoxy)。應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi) 容的示范性實(shí)施例，其它合適的介電材料可用于罐裝電阻器組件400。
本發(fā)明揭示的內(nèi)容不限于本文說明的特定實(shí)施例的范圍。事實(shí)上，除上文所述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言基于上述說明及附圖的對本發(fā)明揭示的內(nèi)容的其它各種實(shí)施例及 修改是顯而易見的。因此，此種其它實(shí)施例以及修改將落入本發(fā)明揭示的內(nèi)容的范圍內(nèi)。進(jìn) 一步地，盡管出于特定目的、在特定實(shí)施背景中說明了本發(fā)明揭示的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員 將認(rèn)識到，其效用并不限于此，且出于任意目的、在任何環(huán)境下，可較佳地實(shí)施本發(fā)明揭示 的內(nèi)容。因此，所述申請專利范圍應(yīng)該解釋為本文說明的本發(fā)明揭示的內(nèi)容的范圍以及精 神。
權(quán)利要求
一種帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，包括加速柱體，所述加速柱體包括具有孔徑的多個(gè)電極，帶電粒子束可穿過所述孔徑；多個(gè)電阻器，電耦接到多個(gè)電極；以及多個(gè)開關(guān)，電耦接到所述多個(gè)電極以及所述多個(gè)電阻器，所述多個(gè)開關(guān)中的每一個(gè)均構(gòu)造成在多個(gè)操作模式中各自選擇性開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子加速 第一電源，以提供加速電壓；第二電源，以提供減速電壓； 第一開關(guān)，電耦接到所述第一電源；以及 第二開關(guān)，電耦接到所述第二電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶電粒子加速 環(huán)境中操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子加速 阻器鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶電粒子加速 所述多個(gè)電阻器的至少一個(gè)電性并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子加速
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶電粒子加速 個(gè)致動器中的相應(yīng)的一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子加速.減速系統(tǒng)，還包括減速系統(tǒng)，其中所述第二開關(guān)構(gòu)造成在高壓減速系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電阻器包括串聯(lián)電減速系統(tǒng)，其中每一開關(guān)與所述串聯(lián)鏈中的減速系統(tǒng)，還包括多個(gè)致動器。 減速系統(tǒng)，其中每一開關(guān)分別連接至所述多減速系統(tǒng)，其中至少一個(gè)開關(guān)通過壓縮流體使能，且所述壓縮流體選自壓縮空氣、壓縮氣體以及壓縮液體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中至少一個(gè)開關(guān)通過電氣信號 使能且所述電氣信號通過繼電器傳送。
10.根據(jù)權(quán)利要求第5所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中所述多個(gè)開關(guān)中的至少一 個(gè)串聯(lián)至所述鏈中所述多個(gè)電阻器的至少一個(gè)，所述串聯(lián)電氣開關(guān)的至少一個(gè)以及所述電 阻器的至少一個(gè)并聯(lián)至多個(gè)電阻器中的至少其它一個(gè)。
11.一種帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，包括加速柱體，所述加速柱體包括具有孔徑的多個(gè)電極，帶電粒子束可穿過所述孔徑；以及 多個(gè)電阻器組件，每一電阻器組件包括至少一個(gè)電阻器，所述至少一個(gè)電阻器電連接至支撐結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電接觸器之間，每一 電接觸器電連接至所述多個(gè)電極中的相應(yīng)的一個(gè)；以及開關(guān)，所述開關(guān)電連接至并聯(lián)于所述至少一電阻器的所述兩個(gè)電接觸器之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是印刷電路板。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電阻器組件中的 至少一個(gè)還包括與所述兩個(gè)電接觸器之間的所述開關(guān)電性串聯(lián)的至少一個(gè)輔助電阻器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中每一開關(guān)是氣動控制的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中每一開關(guān)是電性控制的。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電阻器組件的所述開關(guān)分成至少兩個(gè)組。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中在所述至少兩個(gè)組的每一 組中的所述開關(guān)通常選擇性操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中所述電阻器組件中的每一 個(gè)罐裝在高介電強(qiáng)度材料中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的帶電粒子加速/減速系統(tǒng)，其中所述高介電強(qiáng)度材料選自 熱傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂以及基于硅樹脂的化合物。
20.一種用于制造電連接的裝置，所述裝置包括至少一電阻器，附連至支撐結(jié)構(gòu)，所述至少一電阻器電連接在所述支撐結(jié)構(gòu)上的兩個(gè) 電接觸器之間；以及開關(guān)，電性位于所述兩個(gè)電接觸器之間，所述開關(guān)包括殼體，具有實(shí)質(zhì)上由傳導(dǎo)性材料構(gòu)建的非傳導(dǎo)性部份，所述非傳導(dǎo)性部份的至少一部 份位于所述支撐結(jié)構(gòu)上的所述兩個(gè)電接觸器之間；以及梭件，在所述殼體內(nèi)可選擇性移動，在第一操作模式中，所述梭件偏置于接近所述兩個(gè) 電接觸器的一個(gè)電接觸器的第一位置中，在第二操作模式中，所述梭件移向所述電接觸器 的所述其它電接觸器，以在所述兩個(gè)電接觸點(diǎn)之間建立電連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于制造電連接的裝置，還包括罐裝材料層，其中所述罐 裝材料層圍繞所述支撐結(jié)構(gòu)、所述至少一個(gè)電阻器以及所述開關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于制造電連接的裝置，其中所述罐裝材料是介電性并具 有熱傳導(dǎo)性的材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于制造電連接的裝置，其中所述介電并具有熱傳導(dǎo)性的 材料選自熱傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂以及基于硅樹脂的化合物。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種控制帶電粒子束的技術(shù)。在一特定示范性實(shí)施例中，此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)成帶電粒子加速/減速系統(tǒng)。此帶電粒子加速/減速系統(tǒng)可包括加速柱體。此加速柱體可包括具有孔徑的多個(gè)電極，其中帶電粒子束可穿過此孔徑。帶電粒子加速/減速系統(tǒng)還可包括電性耦接到多個(gè)電極的多個(gè)電阻器。帶電粒子加速/減速系統(tǒng)還可包括電性耦接到多個(gè)電極以及多個(gè)電阻器的多個(gè)開關(guān)，多個(gè)開關(guān)中的每一個(gè)可構(gòu)造成分別選擇性接通多個(gè)操作模式。
文檔編號H01L21/265GK101809714SQ200880109201
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者安東尼·雷諾, 拉塞爾·J·羅, 皮爾·R·盧比克, 約瑟·C·歐爾森 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司