离子植入机中终端隔离的技术的制作方法

专利名称：离子植入机中终端隔离的技术的制作方法
技术领域：
本揭露内容大体而言有关于离子植入，且更特定而言，有关于离子植入机(ion implanter)中终端 Pft 离白勺技术(techniques for terminal insulation)。
背景技术：
离子植入是用于将杂质引入到半导体晶圆内的标准技术。在离子植入工艺中，所 要杂质材料可在离子源中离子化，来自离子源的离子可经加速以形成指定能量的离子束， 且该离子束可在诸如半导体晶圆的工件的前表面上被导引。离子束中的高能离子可穿透到 半导体晶圆的块体部分内且可嵌入于半导体材料的晶格内。可藉由束移动，藉由晶圆移动， 或者藉由束移动与晶圆移动的组合将离子束分布于半导体晶圆的区域上。离子植入机可具有终端结构。该终端结构有时可被称作“终端”或“高电压终 端”，且可由诸如金属的导电材料制成。该终端结构可具有界定空腔的变化的几何形状， 且离子源可至少部分地安置于空腔内。终端结构可被加电至终端电压以辅助自离子源的 离子的加速。终端结构，以及离子植入机的其它构件与子系统通常被接地外壳(grounded enclosure)包围。因此在离子植入机运行时接地外壳可保护人员避免高电压危险。常规使用空气来隔离终端结构与接地外壳。然而，由于在半导体晶圆的批量制造 中接地外壳的大小是有限的，因此，对终端结构与接地外壳之间的空气间隙的距离可能有 一定的约束。因此，大多数现有离子植入机将终端结构的电压限制为大约200kV。鉴于前文所述，应了解还存在与当前的终端结构技术有关的重大问题和缺点。

发明内容
本发明揭露了一种用于离子植入机的终端隔离的技术。在一个特定示范性实施例 中，该技术可实现为一种离子植入机，该离子植入机包括界定终端空腔的终端结构。该离 子植入机也可包括界定接地空腔的接地外壳，且该终端结构可至少部分地安置于接地空腔 内。该离子植入机还可包括中间终端结构，该中间终端结构紧邻该终端结构的外部安置且 至少部分地安置于该接地空腔内。根据此特定示范性实施例的另一方面，该中间终端结构可经组态以封闭该终端结 构。根据此特定示范性实施例的再一方面，该中间终端结构可经组态以紧邻终端结构 的拐角夕卜部(corner exterior portion)安置。根据此特定示范性实施例的额外的方面，该中间终端结构可经组态被加电至第一电压且该终端结构可经组态被加电至第二电压。根据此特定示范性实施例的又一方面，该第一电压可经组态为该第二电压的大约一半。根据此特定示范性实施例的另外的方面，该中间终端结构可经组态以具有与至少 位于终端结构与中间终端结构之间或中间终端结构与接地外壳之间的空气间隙空间的距离相匹配的半径。
根据此特定示范性实施例的再一方面，该离子植入机还可包括托架，该托架耦接 至该终端结构或该接地外壳的至少一部分。根据此特定示范性实施例的额外的方面，该托架可经组态以紧邻该终端结构的外 部支撑中间终端结构。根据此特定示范性实施例的另一方面，该中间终端结构可安置于该接地外壳的顶 板或该接地外壳的底板附近。根据此特定示范性实施例的又一方面，该中间终端结构可由介电材料制成。根据此特定示范性实施例的另外的方面，该介电材料可包括聚四氟乙烯 (polytetraf luoroethylene, PTFE)、氣化聚氣乙 j；希(chlorinatedpoIyvinyl chloride, CPVC)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)、乙烯-三氟氯乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene, ECTFE)中至少一禾中材料。根据此特定示范性实施例的再一方面，该中间终端结构可包括安置于介电材料内 的分级导体(grading conductor)。根据此特定示范性实施例的额外的方面，该介电材料可包括界定内部的管状构件 (tubular member)，且该分级导体可安置于内部。根据此特定示范性实施例的另一方面，该中间终端结构可经组态以安置于至少该 接地外壳的底板部分上。根据此特定示范性实施例的又一方面，该中间终端结构可经组态以紧邻该终端结 构的外部悬置。根据此特定示范性实施例的另外的方面，该中间终端结构可包括紧邻该终端结构 的外部安置的至少一个电介质翅片(dielectric fin)。根据此特定示范性实施例的另一方面，与到接地外壳的顶板部分的距离相比，该 终端结构可被安置成更靠近接地外壳的底板部分。根据此特定示范性实施例的再一方面，该中间终端结构可安置于可能最靠近该终 端结构的该接地外壳的至少底板部分、顶板部分或侧壁部分上。在另一特定示范性实施例中，该技术可被实现为一种离子植入机，该离子植入机 包括界定终端空腔的终端结构。该离子植入机还可包括中间终端结构，该中间终端结构紧 邻该终端结构的外部安置且被加电至第一电压。根据此特定示范性实施例的另一方面，该终端结构可经组态以被加电至第二电 压。根据此特定示范性实施例的另一方面，该第一电压可为该第二电压的大约一半。现在将参看附图所示的本揭露内容的示范性实施例来更详细地描述本揭露内容。 虽然在下文中参看示范性实施例描述了本揭露内容，但应了解本揭露内容并不限于此。可 以使用本文的教导内容的熟习此项技术者应识别属于本文所述的本揭露内容的范畴内的 额外实施方式、修改和实施例，以及使用领域，且关于这些方面可有效地利用本发明。


图1是根据本揭露内容的实施例的离子植入机的方框图的俯视图。
图2是根据本揭露内容的实施例的图1的离子植入机的终端结构的立体图。图3是根据本揭露内容的实施例沿着图2的A-A线所截取的中间终端结构的一个实施例的横截面图。图4是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。图5是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。图6是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。图7是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。图8是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。图9是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。图10是根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构的另一实施例的横截面图。A-A 线Dl 距离D2 距离D3 距离D4 距离Rl 半径100 离子植入机(离子植入系统)102 离子源103:中间终端结构104:终端结构105 终端电子装置106:气体箱107:提取电源109:加速电源110 空腔111 空气间隙空间112:接地外壳118:控制器120:质量分析器122 分解孔口124 扫描仪126 角度校正器磁体128 端站140 工件142:压板150:晶圆搬运系统152:离子束154:板驱动系统165:分级电源202:顶部204 侧壁208 托架240:门242 把手272 基座308 导体310:电源402 支撑构件501:电介质翅片502:支撑构件601:电介质翅片602:支撑构件702 支撑构件802 支撑构件
805:介电材料902 支撑构件903:导体905:介电材料1002 支撑构件1003 导体1005:介电材料
具体实施例方式本揭露内容的实施例藉由在中间终端结构和/或中间介电障壁中封闭终端结构而克服在离子植入机中所使用的现有终端结构的不足和缺点。中间终端结构可藉由将终 端结构与接地外壳之间的空气间隙空间拆分成两个空气间隙空间而改良空气的击穿电压 (breakdown voltage)。藉由将空气间隙空间拆分成更小的空气间隙空间，可增加每英寸空 气的击穿强度，藉此防止击穿并且确保离子植入机的正常操作。可藉由在该终端结构与该 接地外壳之间安置一个或多个中间终端结构而达成空气间隙空间的拆分。而且，该中间终 端结构可藉由使中间终端结构和/或终端结构的半径与空气间隙的距离相匹配而优化终 端几何形状。另外，中间终端结构可减小空气间隙上的电压降。而且，由于电弧可能不达到 接地电位，因此中间介电障壁可防止空气击穿。应注意的是，尽管下文的描述提到离子植入 机中的终端结构，但本文所揭露的概念也可用于增加空气关于其它导电结构的击穿强度的 其它环境。因此，本揭露内容并不限于下文所描述的实施例。参看图1，其示出了根据本揭露内容的实施例的离子植入机100的示范性方框图。 离子植入机100可包括终端结构104，终端结构104有时可被称作“终端”或“高电压终端”。 终端结构104可由诸如金属的导电材料制成。离子植入机100也可包括一个或多个中间终 端结构(仅示出一个)103，该或该等中间终端结构紧邻终端结构104的外部安置以拆分终 端结构104与接地外壳112之间的空气间隙空间111。中间终端结构103可由导电材料和 /或导体制成。终端结构104与中间终端结构103可在熟习此项技术已知的许多不同的离 子植入机中使用。因此，图1的离子植入机100不过是离子植入机的一个实施例。离子植入机100还可包括离子源102、气体箱(gas box) 106、质量分析器(mass analyzer) 120、分解孔口(resolving aperture) 122、扫描仪(scanner) 124、角度校正器磁 体(angle corrector magnet) 126、端站(end station) 128 以及控制器 118。离子源 102 经组态以提供离子束152。离子源102可产生离子且可包括接受来自气体箱106的气体的 离子腔室。气体箱106可提供将要在离子腔室中离子化的气体源。此外，气体箱106还可 包含其它构件，诸如电源。电源可包括电弧、灯丝和偏压电源用于运行离子源102。离子源 和气体箱的构造和操作是熟习此项技术者所熟知的。质量分析器120可包括分解磁体，该分解磁体使离子偏转使得所要物质的离子穿 过分解孔口 122且不想要的物质不穿过分解孔口 122。尽管为了说明的清楚起见示出了大 约45度偏转，但由于物质的不同质量和电荷状态，质量分析器120可使所要物质偏转90度 并使不想要的物质偏转不同的量。定位于分解孔口 122下游的扫描仪124可包括扫描电极 (scanning electrode)用于扫描离子束152。角度校正磁体126使所要离子物质的离子偏 转以将发散的离子束路径转变成具有实质上平行的离子轨迹的几乎准直的离子束路径。在 一实施例中，角度校正器磁体126可使所要离子物质偏转45度。端站128可在离子束152的路径中支撑一个或多个工件140 (例如，晶圆和/或其它待植入的材料)使得所要物质的离子被植入到每个工件140内。每个工件140可藉由压 板142支撑。端站128可包括此项技术中已知的其它构件和子系统，诸如晶圆搬运系统150 以在实体上自各个固持区域移动工件140至压板142和自压板142移动工件140至各个固 持区域。当晶圆搬运系统150将工件140自固持区域移动至压板142时，可使用已知技术将 工件140夹持到压板142，例如，使用静电晶圆夹持，其中利用静电力将晶圆夹持到压板上。 端站128也可包括如此项技术中已知的压板驱动系统154来以所要的方式移动压板142。 压板驱动系统154可被称作机械扫描系统。
控制器118可自离子植入机100的构件接收输入资料并对其进行控制。为了说 明的清楚起见，在图1中并未说明自控制器118至离子植入机100的构件的输入/输出 路径。控制器118可为或者可包括通用电脑或通用电脑的网络，其可经程序以执行所要 的输入/输出功能。控制器118也可包括其它电子电路或构件，诸如特殊应用集成电路 (application specificintegrated circuit)，其它固线式(hardwired)或可编禾呈电
置、离散元件电路(discrete element circuit)等。控制器118也可包括使用者介面装置， 诸如触摸面板、使用者指标装置(user pointing device)、显示器、打印机等以允许使用者 输入命令和/或资料和/或以监视离子植入系统100。控制器118也可包括通讯装置和资 料储存装置。提供至工件140的表面上的离子束152可为扫描的离子束。其它的离子植入系统 可提供点束或带束。在一情况下，基于点束的特征，点束具有特定直径的近似圆形的横截 面。带束可具有较大的宽度/高度纵横比且可至少与工件140 —样宽。对于使用带束或固 定点束的系统，不需要扫描仪124。离子束152可为任何类型的带电粒子束，诸如用于植入 工件140的高能离子束。工件140可呈现为各种实体形式，诸如一般盘形。工件140可为 由任一种半导体材料(诸如硅)或将使用离子束152植入的任何其它材料制成的半导体晶 圆。离子源102、气体箱106和终端电子装置105可定位于终端结构104所界定的空腔 110内。终端电子装置105可控制终端结构104内的构件的操作且也可能够与控制器118 通信。提取电源(extraction power supply) 107可耦接到离子源102。提取电源107可提 供电压位准(Vx)以使离子加速并且自离子源102提取离子。在一实施例中，提取电源可提 供在20kV至120kV范围的电压(Vx)。额外的加速电源109可耦接于终端结构104与接地外壳112之间以便使处于正电 压(Vt)的终端结构104关于地面偏压。在一实施例中，加速电源109可提供额外的电压位 准(Vt)，该额外的电压位准(Vt)可具有在200kV至1，OOOkV范围的最大电压，且在一实施 例中可为大约400kV。因此，在某些情况下，终端结构104可被加电至200kV至1，OOOkV与 之间的高电压。在其它情况下，终端结构104可一点不被加电或者仅基于离子束152的所 要能量被加电至标称值。尽管，为了说明的清楚起见，仅说明了一个加速电源109，但可利用 两个或两个以上的电源来提供所要的最大高电压位准(Vt)。此外，额外的分级电源165可耦接于中间终端结构103与接地外壳112之间以便 使处于正电压(Vg)的中间终端结构103关于地面偏压。在一实施例中，分级电源165可提 供额外的电压位准(Vg)，该额外的电压位准(Vg)可具有在IOOkV至1，OOOkV范围的最大 电压，且在一实施例中可为至少200kV。因此，在某些情形下，中间终端结构103可被加电至IOOkV与1，OOOkV之间的高电压。在其它情形下，中间终端结构103可一点都不被加电 或者仅基于离子束152的所要能量被加电至标称值。尽管为了说明清楚起见，仅说明了一 个分级电源165，但可利用两个或两个以上的电源来提供所要的最大高电压位准(Vg)。
在离子植入机100的操作期间，在某些情形下，终端结构104可被加电至至少 400kV，例如，在一实施例中为670kV。中间终端结构103可被加电至至少100kV，例如，在一 实施例中为300kV，且紧邻终端结构104的外部安置。举例而言，中间终端结构103可安置 于终端结构104与接地外壳112之间的中途。而且，中间终端结构103可包括额定值为FM 4910的介电材料，诸如特夫纶 (Teflon)和/或CPVC。中间终端结构103可由单个连续金属和/或介电材料或者分段 的金属部段和/或介电材料制成。而且，中间终端结构103可在其中封闭终端结构104 和/或可安置于紧邻终端结构104的高电应力部分。中间终端结构103可藉由充当击 穿的障壁和减小电位电弧(potentialarc)到接地电位的路径而增加终端结构104的耐 受电压。而且，中间终端结构103可增加终端结构104与接地外壳112之间的追踪距离 (trackingdistance)，其使终端结构104与接地外壳112之间的线性距离最大。而且，该中 间终端结构103可分割空气间隙空间111且藉由使中间终端结构103半径与空气间隙空间 111的距离更好地匹配而减小几何应力。而且，中间终端结构103可被加电至分级电压以 便修改电场应力。换言之，中间终端结构103可充当电应力屏蔽。因此，在同样合理大小的 接地外壳112内，终端结构104可被加电至更高的电压位准，例如，至少600kV，与200kV相 对比。或者，对于在大约200kV或更小的同样的较低终端电压的操作，与仅空气隔离机制相 比，中间终端结构103可使得空气间隙空间111减小。参看图2，其示出了根据本揭露内容的实施例的封闭终端结构104(以虚线示出) 的中间终端结构103的示范性立体图。中间终端结构103可包括基座272和顶部202，基座 272和顶部202各耦接至一个或多个直立侧壁204。一个直立侧壁204可具有门240，门240 带有把手242以使得人员能够接近中间终端结构103的内部空腔。中间终端结构103可具 有一个直立侧壁，该直立侧壁由一个固体材料件或任意多个单独件制成。尽管被说明为实 心件，但中间终端结构103的顶部202也可由多个间隔开的导体制成，此等导体形成一种导 体网格以允许空气通过该网格的开口流动。封闭于中间终端结构103内的终端结构104如 上文关于中间终端结构103所述利用相同的组件采取相同的方式制成。一般而言，中间终端结构103可封闭终端结构104和/或安置于具有过大电应 力的终端结构104的外表面的部分附近。如图2所示，中间终端结构103紧邻终端结构 104的整个外围安置，藉此在其内封闭终端结构104。尽管中间终端结构103绕着终端结 构104的整个外围安置，但在替代实施例中，中间终端结构103可紧邻终端结构104的外 围部分安置。此等外围部分可包括，但不限于，水平边缘、垂直边缘、拐角以及开口或介面， 在介面中终端结构104接合外部部件。某些外部部件可包括产生器或设备介面(utility interface)。在一个实例中，弯曲形状的中间终端结构103可绕着终端结构104的拐角定 位。多个托架208 (在图2中未示出)可耦接至终端结构104和中间终端结构103以 紧邻终端结构104的外围部分支撑中间终端结构103。而且，多个托架208可耦接至接地外 壳112和中间终端结构103以紧邻终端结构104的外围部分悬置中间终端结构103。托架208的数目和位置取决于中间终端结构103的特征、终端结构104的几何形状以及托架类 型。托架208的长度可使得中间终端结构103定位于距终端结构104的外部所要的距离。 所要的距离的范围为接近零(几乎接触)至周围接地外壳112所容许的最大距离。在一实 施例中，所要距离为大约12-15英寸。托架208可由导电材料或非导电材料制成。参看图3，其示出了根据本揭露内容的实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端 结构103的一个实施例的示范性横截面图。中间终端结构103可由具有实心截面的高电压 导体制成。举例而言，中间终端结构103可由与终端结构104相同的高电压导电材料制成。 在替代实施例中，中间终端结构103可由额定值为FM 4910的介电材料制成。举例而言，中 间终端结构103的介电材料可为实心介电材料。实心介电材料可包括，但不限于，混凝泡沫 (syntactic foam)、塑胶、特夫纶、聚四氟乙烯(PTFE)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)或聚酰亚胺(polyimide)(例如，凯通(kapton))。混凝 泡沫可包括绕诸如环氧树脂或硅的填料分散的中空玻璃球和/或聚合物颗粒。在一实施例 中，中间终端结构103可由封闭终端结构104的塑胶介电材料制成。在其它实施例中，该中 间终端结构103可由包围终端结构104的拐角外围部分的介电材料制成。或者，中间终端 结构103可具有界定内部空腔的腔室壁，终端结构104可安置于内部空腔中。中间终端结 构103的内部空腔可填充液态绝缘体或气态绝缘体。液态绝缘体可包括(但不限于)油。 气态绝缘体可包括(但不限于)二氧化碳(C02)、六氟化硫(SF6)或加压空气。取决于气体 的非加压介电强度，某些气体可能无需加压。也可利用真空隔离和/或形成复合隔离的任 何组合。中间终端结构103可被制造为单个实体或由导电材料和/或非导电材料的区段组 合和接合而成。电源310可使终端结构104和中间终端结构103加电。在一实施例中，电源310 经组态以将中间终端结构103加电至第一电压，例如分级电压(Vg)，且将终端结构104加 电至第二电压，例如终端电压(Vt)。在一实施例中，分级电压(Vg)可为大约200kV且终端 电压可为至少400kV。在一情形中，分级电压和/或终端电压亦可为直流电压。导体308可 将电源310电耦接至中间终端结构103。托架208可由非导电材料制成且导体308可通过 托架208中的开口馈入。因此，导体308可使得中间终端结构103加电至不同于终端电压 (Vt)的电压位准。非加压空气可存在于接地外壳112内终端结构104和中间终端结构103周围。在 假定条件下，非加压空气可具有等于或小于大约每英寸75kV的介电强度。此介电强度可随 着相对湿度、高于离子植入机的特定位置的海平面的海拔(即，空气压力)、分隔距离以及 电极表面粗度(surface finish)而变化。温度也会影响空气的击穿强度。基本上，温度和 压力(PV = nRT)变化显示出实际上改变的是空气密度。空气密度通过压力与温度影响击 穿强度。作为解决这种变化的安全量度(safety measure)，在一实施例中，可将空气的小 于或等于每英寸45kV的介电强度用作设计规则。在任何情况下，需要将中间终端结构103 的外部的电场应力减小到与空气的选定设计规则一致的值，即使在终端结构104被加电至 600至1，OOOkV的情况下。空气间隙空间111可藉由中间终端结构103分成第一空气间隙 空间与第二空气间隙空间。第一空气间隙空间可安置于终端结构104与中间终端结构103 之间(例如，距离D2)且缩短的空气间隙空间可增加终端结构104的击穿强度电压。与较大空气间隙相比，缩短的空气间隙可能够耐受每英寸更大的击穿电压。以此方式，在中间终 端结构103与接地外壳112之间的第二空气间隙空间(例如，距离Dl)可足以隔离终端结 构104，而不会出现电击穿，例如，出现电弧。因此可选择中间终端结构103的几何形状使得在中间终端结构103的外表面的电 场应力小于空气的选定设计规则。而且，可藉由排除几何应力因素而减小电场应力。举例 而言，一种排除几何应力因素的方法可藉由使中间终端结构103和/或终端结构104的半 径与空气间隙空间111的距离相匹配而达成。在示范性实施例中，空气间隙空间(air gap space) 111可为大约30英寸且终端结构104的半径可为大约15英寸。藉由在空气间隙空 间111的半径的半途提供具有大约15英寸的半径的中间终端结构103，空气间隙空间111 可被分成第一空气空间与第二空气空间，其各具有15英寸的距离。因此，终端结构104与中 间终端结构103的半径可与被分割的空气间隙空间111相匹配。在其它实施例中，终端结 构104和/或中间终端结构103的半径可根据空气间隙空间111和其它设计规格而改变。 而且，中间终端结构103的位置可根据空气间隙空间111和空气击穿强度而变。在某些实 施例中，中间终端结构103的半径(Rl)的范围可基于空气间隙空间111的长度与关于空气 中电应力选定的设计规则在大约8英寸与大约20英寸之间。托架208的长度使得中间终 端结构103能够位于距终端结构104大约8英寸与25英寸之间的距离(D2)处。
参看图4，其示出了根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中 间终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。该终端结构104可藉由支撑构件402在 接地外壳112的底板部分上方支撑。中间终端结构103可紧邻终端结构104的底板部分安 置。中间终端结构103可由安置于接地外壳112的底板部分上的介电材料制成。实际上， 表面追踪距离可藉由在接地外壳112的底板部分上安置介电中间终端结构103而增加。中 间终端结构103可被设计为将终端结构104与接地外壳112分隔开且减小电位电弧到接地 外壳112的路径的障壁。中间终端结构103可覆盖接地外壳112的整个底板或底板的一部 分。在其它实施例中，多层中间终端结构103可紧邻终端结构104的底板部分安置以便防 止电弧到达接地电位。参看图5，其示出了根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中间 终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。终端结构104可藉由支撑构件502在接地 外壳112的底板部分上方支撑。多个托架208可耦接至接地外壳112和中间终端结构103 以紧邻终端结构104的外围部分悬置中间终端结构103。而且，中间终端结构103可被悬置 成在其内封闭终端结构104。中间终端结构103可包括电介质翅片501以藉由增加追踪距 离并减小电位电弧到接地外壳112的路径而防止击穿。而且，中间终端结构103可紧邻终 端结构104的高电应力外围部分悬置。悬置的中间终端结构103可安置于终端结构104与 接地外壳112之间以便藉由增加追踪距离并减小电位电弧到接地外壳112的路径而防止击 穿。而且，悬置的中间终端结构103的位置可根据空气间隙空间111和电应力的存在而进 行调整。托架208和中间终端结构103可由相同的介电材料或全异的介电材料制成。在其 它实施例中，中间终端结构103可具有紧邻终端结构104的外围部分安置的多个层以便防 止电弧到达接地电位。参看图6，其示出了根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中间 终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。终端结构104可藉由支撑构件602支撑于接地外壳112的底板部分上方。多个托架208可耦接至接地外壳112和中间终端结构103 以紧邻终端结构104的外部悬置中间终端结构103。而且，中间终端结构103可紧邻终端 结构104的高电应力外部悬置。中间终端结构103可包括两个电介质翅片601以便修改切 向电场(tangential electric field)和法线电场(normal electricfield)。可藉由改 变切向电场与法线电场来抑制带电粒子在中间终端结构103的表面上的移动，因此可抑制 表面闪络(surface flashover) 0悬置的中间终端结构103可安置于终端结构104与接地 外壳112之间以便修改包围终端结构104的切向电场与法线电场分布。而且，可根据空气 间隙空间111和电应力的存在来调整悬置的中间终端结构103的位置。托架208和中间终 端结构103可由相同的介电材料或全异的介电材料制成。在其它实施例中，中间终端结构 103可具有紧邻终端结构104的外围部分安置的多个层以便防止电弧到达接地电位。参看图7，其示出了根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中间 终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。终端结构104可藉由支撑构件702支撑于 接地外壳112的底板部分上方。该终端结构104可安置于距接地外壳112的底板一定距离 (D3)处。举例而言，该距离(D3)可大于30英寸。而且，该终端结构104可安置于距接地 外壳112的顶板一定距离(D4)处。举例而言，距离(D4)可小于30英寸。如图7所示，与 到接地外壳112的底板的距离相比，终端结构104更靠近顶板安置。因此，由于更密切接近 终端结构104，接地外壳112的顶板可经历更高的电场应力和更高的空气击穿。因此，中间 终端结构103可安置于接地外壳112的顶板上。中间终端结构103可由非导电材料制成。 在替代实施例中，中间终端结构103可包括安置于介电材料上的导体且可被加电至分级电 压。而且，与至接地外壳112的顶板的距离相比，终端结构104可更靠近底板安置，或 者与到接地外壳112的其它侧壁相比更靠近一个或多个侧壁。因此，中间终端结构103可 安置于接地外壳112的底板或侧壁上以便减小由于更密切接近终端结构104而造成的电场 应力并且减小电位电弧至接地外壳112的路径。在其它实施例中，中间终端结构103可具 有安置于接地外壳112的内部上的多个层以便减小电场应力并且增加表面追踪距离。参看图8，其示出根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中间 终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。终端结构104可藉由支撑构件802支撑于 接地外壳112的底板部分上方。该中间终端结构103包括安置于导体802周围的介电材料 805。中间终端结构103可在其内封闭终端结构104。而且，该中间终端结构103可紧邻终端 结构104的外部安置。在一实施例中，介电材料805可为实心电介质。或者，介电材料805 可具有界定内部空腔的腔室壁且该内部空腔可填充液态绝缘体或气态绝缘体。液态绝缘体 可包括(但不限于)油。气态绝缘体可包括(但不限于)二氧化碳(CO2)、六氟化硫(SF6) 或加压空气。基于气体的非加压介电强度，某些气体可不需要加压。也可利用真空隔离和 /或形成复合隔离的任何组合。导体802可为具有实心截面的高电压导体。电源310 (在图3中示出)可使终端机构104和中间终端结构103加电。在一实施例中，电源310可经组态以将中间终端结构103加电至第一电压，例如分级电压(Vg)，且 将终端结构104加电至第二电压，例如，终端电压(Vt)。导体308(在图3中示出)可将电 源310电耦接至中间终端结构103。托架208可由非导电材料制成且导体308可通过托架 208中的开口馈入。托架208可具有一定长度使得中间终端结构103位于距终端结构104的外部所要距离处。参看图9，其示出根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。终端结构104可藉由支撑构件902支撑于接 地外壳112的底板部分上方。中间终端结构103可紧邻终端结构104的底板部分安置。中间终端结构103可安置于接地外壳112的底板上。中间终端结构103可被设计为将终端结 构104与接地外壳112分隔开的障壁。中间终端结构103可覆盖接地外壳112的整个底板 或接地外壳112的底板的一部分。在其它实施例中，中间终端结构103可具有紧邻终端结 构104的基座部分安置的多个层以便防止电弧到达接地电位。中间终端结构103包括靠近导体903安置的介电材料905。在一实施例中，介电材 料905可为实心电介质。或者，介电材料905可具有界定内部空腔的腔室壁且该内部空腔 可填充液态绝缘体或气态绝缘体。液态绝缘体可包括(但不限于)油。气态绝缘体可包括 (但不限于)二氧化碳(C02)、六氟化硫(SF6)或加压空气。基于气体的非加压介电强度，某 些气体可不需要加压。也可利用真空隔离和/或形成复合隔离的任何组合。导体903可为 具有实心截面的高电压导体。电源310 (在图3中未示出)可使终端结构104和中间终端结构103加电。在一实施例中，电源310可经组态以使中间终端结构103加电至第一电压，例如，分级电压(Vg)， 且将终端结构104加电至第二电压，例如，终端电压(Vt)。藉由将中间终端结构103加电至 分级电压，终端结构104与中间终端结构103之间的电压差减小。电压差的减小可减小终 端结构104与中间终端结构103之间的电场应力且因此增加将由该终端结构104耐受的电 压。在中间终端结构112与接地外壳112之间的任何剩余电压可由介电材料耐受。参看图10，其示出了根据本揭露内容的另一实施例沿着图2的线A-A所截取的中间终端结构103的一个实施例的示范性横截面图。终端结构104可藉由支撑构件1002支 撑于接地外壳112的底板部分上方。中间终端结构103可紧邻终端结构104的底板部分安 置。中间终端结构103可安置于接地外壳112的底板上。而且，中间终端结构103可安置 于接地外壳112的顶板部分和/或侧壁部分上。中间终端结构103可被设计成将终端结构 104与接地外壳112分隔开的障壁。中间终端结构103可覆盖接地外壳112的整个底板或 接地外壳112的底板的一部分。在其它实施例中，中间终端结构103可具有紧邻终端结构 104的基座部分安置的多个层以便防止电弧到达接地电位。中间终端结构103可包括安置于导体1003附近的介电材料1005。在一实施例中，介电材料1005可为安置于导体1003与接地外壳112之间的实心电介质。或者，介电材料 1005可具有界定内部腔室的腔室壁且该内部空腔可填充液态绝缘体或气态绝缘体。液态 绝缘体可包括(但不限于)油。气态绝缘体可包括(但不限于)二氧化碳(CO2)、六氟化硫 (SF6)或加压空气。基于气体的非加压介电强度，某些气体可不需要加压。也可利用真空隔 离和/或形成复合隔离的任何组合。导体1003可为具有实心截面的高电压导体。电源310 (在图3中示出)可使终端结构104与中间终端结构103加电。在一实 施例中，电源310经组态以使中间终端结构103加电至第一电压，例如，分级电压(Vg)且将 终端结构104加电至第二电压，例如，终端电压(Vt)。藉由将中间终端结构103加电至分 级电压，可减小终端结构104与接地外壳112之间的电压差。而且，电压差的减小可减小电 场应力且因此增加将要由终端结构104耐受的电压。在导体1003与接地外壳112之间可形成电应力。因此，介电材料1005可安置于导体1003与接地外壳112之间以便抑制导体 1003与接地外壳112之间的电击穿。介电材料1005可包括两个电介质翅片以便增加至接 地外壳112的表面追踪距离。 本揭露内容的范畴并不限于本文所描述的特定实施例。实际上，自前文的描述和 附图，除了本文所述的内容之外，本揭露内容的其它的各种实施例和修改对于本领域技术 人员将显而易见。因此，预期该等其它的实施例和修改属于本揭露内容的范畴内。而且，尽 管出于特定目的在特定环境下在特定实施方式的情形下描述了本揭露内容，但熟习此项技 术者应认识到其用途并不限于此特定情况且本揭露内容可出于许多目的在许多环境下有 益地实施。因此，应鉴于如本文所述的本揭露内容的全部广度与精神来理解所附申请专利 范围 。
权利要求
一种离子植入机，其特征在于包括界定终端空腔的终端结构，界定接地空腔的接地外壳，所述终端结构至少部分地安置于所述接地空腔内；中间终端结构，紧邻所述终端结构的外部安置且至少部分地安置于所述接地空腔内。
2.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构经组态以封 闭所述终端结构。
3.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构经组态以紧 邻所述终端结构的拐角外部安置。
4.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构经组态以被 加电至第一电压且所述终端结构经组态以被加电至第二电压。
5.根据权利要求4所述的离子植入机，其特征在于其中所述第一电压经组态为所述第 二电压的大约一半。
6.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构经组态以具 有与至少位于所述终端结构与所述中间终端结构之间或所述中间终端结构与所述接地外 壳之间的空气间隙空间的距离相匹配的半径。
7.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于还包括托架，所述托架耦接至所述 终端结构或所述接地外壳的至少一部分。
8.根据权利要求7所述之离子植入机，其特征在于其中所述托架经组态以紧邻所述终 端结构的所述外部支撑所述中间终端结构。
9.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构安置于所述 接地外壳的顶板或所述接地外壳的底板附近。
10.根据权利要求8所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构由介电材 料制成。
11.根据权利要求9所述的离子植入机，其特征在于其中所述介电材料包括聚四氟乙 烯(PTFE)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)中的至少 一种材料。
12.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构包括与介 电材料结合的分级导体。
13.根据权利要求12所述的离子植入机，其特征在于其中所述介电材料包括界定内部 的管状构件，所述分级导体安置于所述内部中。
14.根据权利要求12所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构经组态以 至少安置于所述接地外壳的底板部分上。
15.根据权利要求12所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构经组态以 紧邻所述终端结构的所述外部悬置。
16.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构包括紧邻 所述终端结构的所述外部安置的至少一个电介质翅片。
17.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中与至所述接地外壳的底板部 分的距离相比，所述终端结构更靠近所述接地外壳的顶板部分。
18.根据权利要求17所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构安置于最靠近所述终端结构的所述接地外壳的至少所述底板部分、所述顶板部分或所述侧壁部分上。
19.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于其中所述中间终端结构还包括紧 邻所述终端结构的外部安置的一层或多层。
20.一种离子植入机，其特征在于包括 界定终端空腔的终端结构；中间终端结构，紧邻所述终端结构的外部安置且被加电至第一电压。
21.根据权利要求20所述的离子植入机，其特征在于其中所述终端结构经组态以被加 电至第二电压。
22.根据权利要求21所述的离子植入机，其特征在于其中所述第一电压为所述第二电压的大约一半。
全文摘要
本发明揭露了用于离子植入机的终端隔离的技术。在一个特定示范性实施例中，这些技术可被实现为离子植入机，其包括界定终端空腔的终端结构。离子植入机也可包括界定接地空腔的接地外壳且终端结构可至少部分地安置于接地空腔内。离子植入机还可包括中间终端结构，中间终端结构紧邻终端结构的外部安置且至少部分地安置于接地空腔内。
文档编号H01J37/00GK101802964SQ200880107478
公开日2010年8月11日 申请日期2008年8月22日 优先权日2007年8月29日
发明者卡森·D·泰克雷特萨迪克, 史蒂夫·E·克劳斯, 拉塞尔·J·罗, 杰弗里·D·里斯查尔, 皮尔·R·卢比克, 约瑟·C·欧尔森, 艾立克·D·赫尔曼森 申请人:瓦里安半导体设备公司