在低能模式中操作高能加速器的方法及装置制造方法及图纸

这项发明专利技术提供一种有效地在高能模式和低能模式中操作包括带电粒子加速器的离子注入设备的方法和装置。带电粒子加速器包括高压电源、与高压电源耦合的加速器柱状物和开关组件。加速器柱状物包括众多加速器电极。高压电源在低能模式中被禁止激励加速器柱状物释放能量。开关组件包括在低能模式中把加速器电极电连接到参考电位上并且在高能模式中使加速器电极与参考电位电隔离的开关元件。在低能模式中，开关组件在输送阳离子束时防止加速器电极上是正电位，并因此使离子束的空间电荷扩充减少到最小。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及带电粒子加速器，更具体地说涉及用来在低能模式中操作高能加速器的方法和装置。本专利技术的现有技术离子注入是商业上接受的用来把改变电导率的杂质引入半导体晶片的标准技术。在传统的离子注入系统中，所需要的杂质材料在离子源中离子化，离子被加速成规定能量的离子束，然后使离子束对准晶片表面。离子束中的高能离子刺入大多数半导体材料并且嵌进半导体材料的晶格，从而形成电导率符合需要的区域。与注入晶片的累积离子剂量、注入深度、横跨晶片表面的剂量均匀性、表面的损害和不受欢迎的污染有关的苛刻要求都被放到包括离子注入的半导体制造工艺上。注入剂量和深度决定注入区域的电活性，而剂量均匀性是保证半导体晶片上所有的器件都具有在规定的限度范围内的操作特性必不可少的。为了在半导体晶片上形成器件，在不同的深度注入杂质通常是必需的。束中粒子的能量对于粒子刺入半导体晶片的深度是决定性的。当器件在尺寸方面被减小、在速度方面被增加时，使用非常低的能束在半导体晶片上形成诸如浅晶体管结之类的东西已经变得令人向往的。然而，采用低能离子束的离子注入不是一件琐细的工作。在离子束之内的离子通常是带正电的粒子。带电粒子的静电斥力引起离子束发散，尤其是在低能的情况下，在这种场合个别粒子的低速度规定粒子在到达目标晶片之前在粒子束范围内保持比较长的时间周期。由于给定的在半导体晶片上制造电子器件的“处方”可以要求在高和低两种能量下的注入步骤，控制离子注入设备在宽广的注入能量范围上注入离子可以是令人向往的。这避免了在适合不同能量范围的不同的离子注入设备中与离子注入相关联的时间、附加费用和潜在的晶片污染。高能离子注入设备可以使用所谓的串列式加速器，它接受能量在几万电子伏特特数量级上的低能离子束并且进一步把离子束加速到几十万到几百万电子伏特特的能量范围。串列式加速器通常包括被装配成称为加速器柱状物的串联结构的低能加速器管、端子和高能加速器管。加速器管包含许多被绝缘环分开的加速器电极。正高压被高压电源加到端子上，并借此加到低能加速器管和高能加速器管两者的最高电压极上。毗邻的加速器电极通过在各个加速器电极之中分配外加电压的高阻值电阻器互相连接起来。在第一和第二加速器管之间的端子包含用来使离子束中的离子从负电荷转变成正电荷的充气的变高压电极管。在正常的高能模式中，阴离子束射入串列式加速器，经低能加速器管加速后到达端子，然后被转变成阳离子束，再在高能加速器管中被进一步加速。为了产生低能的离子束，把阳离子束注射到串列式加速器之内并且把高电压电源关掉是符合要求的。然而，高能加速器不起作用之后寄生电位可以保留在加速器电极上。此外，低能离子束的边缘可以撞击加速器电极并引起这些电极产生正电压。接在加速器电极之间通常大约为100兆欧的电阻器不足以使电极在低能操作期间放电。加速器电极位于用SF6气体增压并且在操作期间不可接近的高压箱中。结果是在加速器电极上的正电压可以在低能操作期间移动来自离子束的自由电子。与离子束中的阳离子一起旅行的电子具有减少离子束的空间电荷的扩充趋势的有益效果。因此，加速器电极上的正电压在低能操作期间将恶化离子束的空间电荷扩充和减少通过加速器输送的射束电流。因此，需要在低能模式中操作高能加速器的方法和装置。依照本专利技术的一个方面，提供一种能在高能模式中和低能模式中操作的带电粒子加速器。带电粒子加速器包括用来产生高电压的高压电源、与高压电源耦合的加速器柱状物和开关组件。加速器柱状物包括众多有用于输送带电粒子束的孔的加速器电极和接在加速器电极的毗邻电极之间用来在诸加速器电极之中分配高电压的电阻器。高压电源在低能模式中被禁止激励加速器柱状物。开关组件包括一个或多个用来在低能模式中把加速器电极电连接到参考电位上并且在高能模式中把加速器电极与参考电位电隔离的开关元件。在一个实施方案中，每个开关元件都包括第一部分被固定到加速器电极之一上而第二部分能在与同一加速器电极电接触的高能位置和与毗邻的加速器电极电接触的低能位置之间移动的柔性导体。柔性的导体可以包括导电带。在另一个实施方案中，柔性导体包括绕成长线圈的电线。开关组件可以进一步包括用来在高能位置和低能位置之间移动柔性导体的执行机构和接在执行机构和每个柔性导体之间的传动杆。在一个实施方案中，开关组件包括被分别直接接到加速器电极上的开关元件。在另一个实施方案中，开关组件包括一摞被分别接到加速器电极上彼此电隔离的导电板，而且每个开关元件都包括被固定在某块导电板上的第一部分和在电接触同一块导电板的高能位置和电接触毗邻导电板的低能位置之间移动动的第二部分。在进一步的实施方案中，开关元件包括分别与加速器电极耦合的二极管。二极管在高能模式中是反向偏置的、在低能模式中是正向偏置的，以便提供一条连接参考电位传导路径。在另一个实施方案中，所述的一个或多个开关元件包括能在与加速器电极电接触的低能位置和与加速器电极隔开的高能位置之间横向移动的导电的切换棒。依照本专利技术的另一方面，提供用来在低能模式中操作带电粒子加速器的方法。带电粒子加速器包括用来产生高电压的高压电源和与高压电源耦合的加速器柱状物。加速器柱状物包括众多有用于输送带电粒子束的孔的加速器电极和接在诸加速器电极当中的毗邻电极之间用来在诸加速器电极之中分配高电压的电阻器。该方法包括在低能模式中禁止高压电源激励加速器柱状物和在低能模式中把加速器电极电连接到参考电位上的步骤。图7是图6所示的完备的开关组件的局部透视图；图8是依照本专利技术的实施方案的传动杆和开关元件的透视图；图9是图解说明开关组件的第三实施方案的加速器的局剖侧视图，其中开关元件在高能模式中与各自的加速器电极接触。附图说明图10是图9所示加速器的局剖侧视图，其中开关元件在低能模式中与各自的加速器电极接触；图11是与图9和图10的开关组件合并的串列式加速器的示意图；图12是依照本专利技术的第四的实施方案的开关组件和单个的加速器电极的透视图；图13是依照本专利技术的第五实施方案与开关组件合并的串列式加速器的示意图；图14是与本专利技术的第六实施方案合并的串列式加速器的局部示意图；图15是沿着束轴线看到的本专利技术的第六实施方案的示意图。本专利技术的详细描述依照本专利技术的离子注入设备在高能模式中能够在高能下操作，在低能模式中能够在低能下操作。在本专利技术的一个方面中，有效的低能操作是通过提供在低能模式中把高能加速器的加速器电极接到诸如接地或负电压之类的参考电位上的装置和方法在高能注入设备中得以实现的。通过把加速器电极接到参考电位上，正电位从加速器电极上除去，因此使粒子束堆积的剩余寄生电位或电荷在低能注入期间将对离子束产生不利影响的可以性减少到最低。具体地说，开关组件被用于防止不受控制的加速器电极电压，否则该电压将会把自由电子从离子束中除掉并且减少通过离子注入设备的定向输送。如图1所示，离子注入设备10包括离子源12。离子源12将搀杂材料的原子离子化，形成具有几万电子伏特能量的离子束14。该离子束可以包括用于高能操作的阴离子或用于低能操作的阳离子。在这个阶段，该离子束可以包括由搀杂材料产生的多样的物种、同位素和电荷状态。特定的同位素、物种或电荷状态是用质谱仪16进行选择的。然后，离子束14在进入高能带电粒子加速器20之前在完成离子束聚焦和定中心的低能四极透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能在高能模式和低能模式中操作的带电粒子加速器，该加速器包括：用来产生高电压的高压电源；与所述的高压电源耦合的加速器柱状物，所述的加速器柱状物包括众多有用于输送带电离子束的孔和接在所述的加速器电极之中的相邻电极之间用来在所述的加速 器电极之间分配所述的高电压的电阻的加速器电极，其中所述的高压电源在低能模式中被禁止激励所述的加速器柱状物；以及包括一个或多个在低能模式中把所述的加速器电极电连接到参考电位上并且在高能模式中使所述的加速器电极与参考电位电隔离的开关元件的开 关组件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布乔恩O派德森，彼得E马西乔斯基，威廉G古德诺思，保罗J墨菲，查尔斯M麦肯纳，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备联合公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]