离子注入机的终端结构的制作方法

专利名称：离子注入机的终端结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及离子注入，且更明确地r说，涉及离子注入才几的终端结构。
背景技术：
离子注入(ion implation)为用于将杂质引入半导体晶圓中的标准技术。 可在离子源中使所要的杂质材料离子化，可使离子加速以形成具有指定能量 的离子束(ion beam),且可将离子束引导于晶圓的前表面。束中的高能离子 (energetic ion)渗入半导体材料的块体中且嵌入于半导体材料的晶格 (crystalline lattice)中。可藉由束移动，藉由晶圆移动，或藉由束移动 与晶圓移动的组合而将离子束分布于晶圆区域上。
离子注入机可具有终端结构(terminal structure)。终端结构在本领域 中有时可被称为"终端(terminal)，，或"高电压终端(high voltage terminal)" 且是由诸如金属的导电材料制成。终端结构可具有界定空腔(cavi ty)的变化 的几何形状，且离子源至少部分地安置于空腔中。可将终端结构激励至终端 电压以有助于加速来自离子源的离子。终端结构连同离子注入机的其它组件 以及子系统通常由接地的外壳包围。接地外壳因此在离子注入机运作时保护 人员，使人员免于高电压危险，且保护离子注入机的组件以及子系统。
通常地，使用空气来使终端结构与接地外壳绝缘。然而，因为在半导体 的大批量制造中接地外壳的大小受限，所以对终端结构与接地外壳之间的气 隙的距离有所约束。因此，多数传统的离子注入机使终端结构的电压限制于 约200 kV。
因此，在本领域中需要离子注入机的终端结构，其能够修改终端结构周围的电场以便在尺寸合理的外壳的占据面积内将终端结构激励至高电压。

发明内容
根据第一方面，提供一种离子注入机。此离子注入机包括用于提供离 子束的离子源；界定空腔的终端结构，离子源至少部分地安置于空腔中；以 及绝缘导体(insulated conductor)。绝缘导体安置于紧邻终端结构的外部之 处，以修改终端结构周围的电场。绝缘导体具有安置于导体周围的介电强度 (dielectric strength)大于75千伏(kV ) /英寸的绝缘体。
冲艮据另一方面，提供一种装置。此装置包括导电结构(conductive structure)以及绝缘导体，绝缘导体安置于紧邻导电结构的外部之处以修改 导电结构周围的电场。绝缘导体具有安置于导体周围的介电强度大于75千伏 (kV) /英寸的绝缘体。


为了更好地理解本发明，参看附图，其中
图1为离子注入机的方框图的俯视图。
图2为图1的离子注入机的终端结构的透视图。
图3为沿着图2的线A-A截取的绝缘导体的一个实施例的横截面视图。 图4为符合图3的实施例的等位线的图表。
图5A以及图5B为沿着图2的线A-A截取的具有数个分级导体的绝缘导 体的额外实施例的横截面视图。
图6为符合图5A的实施例的等位线的图表。
图7为终端结构的另一实施例的横截面视图，其说明绝缘导体相对于终 端结构的外部的定位。
图8以及图9为具有数个绝缘导体的额外实施例的横截面视图。 图10为符合图9的实施例的等位线的图表。图11以及图12为具有数个绝缘导体的另外实施例的横截面视图。 图13为具有一个管状部件的绝缘导体的另一实施例的横截面视图。 图14为具有两个管状部件的绝缘导体的另一实施例的横截面视图。 图15为具有三个管状部件的绝缘导体的另一实施例的橫截面视图。 图16为具有两个管状部件以及复合滤波器的绝缘导体的另一实施例的 横截面视图。
图17为绝缘导体的另一实施例的横截面视图。
具体实施例方式
在本文中结合离子注入机的终端结构来描述本发明。然而，本发明可与 用于修改导电结构周围的电场的其它装置一起使用。因此，本发明不限于下 文所描述的特定实施例。
图1 i兌明包括终端结构104的离子注入机100的方框图，终端结构104 在本领域中有时可被称为"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。离子注入机100也可包括绝缘导体103，绝缘导体 103安置于紧邻终端结构104的外部之处以修改终端结构周围的电场。终端 结构104以及相关联的绝缘导体103可用于本领域技术人员已知的许多不同 离子注入机中。因此，图1的离子注入机100仅为离子注入机的一个实施例。
离子注入才几100可还包括离子源102、气体箱(gas box) 106、质量分析 器(mass analyzer) 120、分解孔径(resolving aperture) 122、扫描仪124、 角度修正磁铁(angle corrector magnet) 126、终端台(end station) 128， 以及控制器118。离子源102用于提供离子束152。离子源102可产生离子且 可包括容纳来自气体箱106的气体的离子腔室(ion chamber)。气体箱106可 将待离子化的气体源提供至离子腔室。另外，气体箱106也可含本领域中已 知的其它组件，诸如电源。电源可包括用于使离子源102运作的弧电源、灯 丝电源以及偏压电源。离子源以及气体箱的构造以及操作为本领域技术人员所公知。
质量分析器120可包括分解磁铁(resolving magnet),分解磁铁使离子 偏转以使得所要种类的离子通过分解孔径122，而非所要种类不通过分解孔 径122。虽然为了说明的清晰性起见展示约45度的偏转，但质量分析器120 可使所要种类的离子偏转9 0度而使非所要种类的离子偏转不同的量(由于其 不同的质量)。定位于分解孔径122下游的扫描仪124可包括用于扫描离子 束的扫描电极。角度修正磁铁126使所要离子种类的离子偏转，以将发散的 离子束路径转换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，角度修正磁铁126可使所要离子种类的离子偏转45度。
终端台128可支撑离子束152的路径中的一个或多个晶圆，以使得所要 种类的离子被注入于晶圓140中。晶圆140可由压板(platen) 142支撑。终 端台128可包括在本领域中已知的其它组件以及子系统，诸如晶圓处理系统 150，以将晶圓140自各个固持区域实体地移动至压板142以及自压板142实 体地移动。在晶圆处理系统150将晶圆140自固持区域移动至压板142时， 可使用已知技术(例如，静电晶圓夹持法，其中以静电力将晶圓夹持至压板) 将晶圆140夹持至压板142。终端台128也可包括如此项技术中所知以所要 方式移动压板142的压板驱动系统152。压板驱动系统152在本领域中可被 称为机械扫描系统。
控制器118可自离子注入机100的组件接收输入数据且控制所述组件。 为了"i兑明的清晰性起见，图1中未说明自控制器118至离子注入机100的组 件的输入/输出路径。控制器118可为或可包括可经程序化以执行所要输入/ 输出功能的通用计算机或通用计算机的网络。控制器118也可包括其它电子 电路或组件，诸如，特殊应用集成电路、其它固线式电子设备或可程序化电 子设备、离散组件电路等。控制器118也可包括使用者接口设备，诸如，触 碰式屏幕、使用者指针设备、显示器、打印机等，以允许使用者输入命令及/ 或数据且/或控制离子注入系统100。控制器118也可包括通信设备以及数据储存设备。
提供至晶圓140的表面的离子束152可为经扫描的离子束。其它离子注 入系统可提供点束或带束。视点束的特性而定，点束在一种情况下可具有具 特定直径的大致圆形的横截面。带束可具有大的宽度/高度纵横比且可至少与 晶圓140 —样宽。使用带束或固定点束的系统将不需要扫描仪124。离子束 152可为任何类型的带电粒子束，诸如用以注入晶圓140的高能离子束。晶 圓140可呈各种实体形状，诸如普通圓盘形状。晶圓140可为由任何类型的 半导体材料制成的半导体晶圓，诸如将使用离子束152对其进行注入的硅或 任何其它材料。
离子源102、气体箱106以及终端电子装置105可定位于由终端结构104 界定的空腔110内。终端电子装置105可控制终端结构104内的组件的操作 且也可能够与控制器118通信。抽取电源(extraction power) 107可耦接至 离子源102。抽取电源107可提供电压位准(Vx)以加速以及抽取来自离子 源102的离子。在一实施例中，抽取电源可提供在20 kV至120 kV的范围中 的电压(Vx)。
额外加速电源109可耦接于终端结构104与接地外壳112之间以便将终 端结构104偏压成相对于^妄地为正电压(Va)。在一实施例中，加速电源109 可4是供额外电源位准(Va),其可具有在200 kV至1，000 kV的范围中且在 一实施例中可为至少400 kV的最大电压。因此，在一些情况下，可将终端结 构104激励至在200 kV与1,000 kV之间的高电压。在其它情况下，视离子 束152的所要能量而定，可根本不激励终端结构104或仅将其激励至标称值 (nomina 1 va 1 ue)。虽然为了说明的清晰性起见仅说明一个加速电源109,但 可使用两个或两个以上的电源来提供所要的最大高电压位准(Va)。
在离子注入机100的操作期间，在一些情况下可将终端结构104激励至 至少400 kV,例如，在一实施例中激励至670 kV。绝缘导体103安置于紧邻 终端结构104的外部之处以修改终端结构104周围的电场。绝缘导体103包括安置于导体周围的介电强度大于75千伏(kV) /英寸的绝缘体。绝缘导体 103可使绝缘导体103内的大部分终端电压降低。因此，绝缘导体103减少 气隙111中的电应力且有助于促进在气隙111内的与无此等绝缘导体的终端 结构相比更均匀的电场。换言之，绝缘导体103可充当电应力屏蔽体
(electrical stress shield)。因此，在同一尺寸合理的接地外壳112内， 可将终端结构104激励至与200 kV对比为较高的电压位准，例如，至少600 kV。或者，为了在约200 kV以及更小的同一较低终端电压下操作，绝缘导体 103可使气隙(air gap) 111与在仅有空气绝缘机制时相比能够得以减少。
转向图2，说明图1的终端结构104的透视图。终端结构104可包括基 座、耦接至基座的一个或多个直立侧壁(upstanding sidewall)，以及耦4妾至 一个或多个直立侧壁的顶部202。一直立侧壁204可具有具4巴手242的门240， 以使人员能够进入终端结构104的内部空腔。终端结构104可具有一由一固 体材料片或任何数个独立片制成的直立侧壁。虽然终端结构的顶部202被说 明为固体片，^L其也可由数个间隔式导体制成，所述间隔式导体形成一种导 体网(conductor mesh)以允许空气流经网的开口 。
大体上，可将一个或多个绝缘导体可安置于终端结构104的外表面的具 有过量电应力的部分周围。在图2的实施例中，顶部绝缘导体103安置于紧 邻终端结构104的顶部边缘270的整个周边之处，且底部绝缘导体203安置 于紧邻底部边缘272的整个周边之处。虽然将顶部绝缘导体103以及底部绝 缘导体203定位于各别边缘270、 272的整个周边周围，但替代实施例可具有 额外或替代外部，绝缘导体可定位于此等额外或替代外部中。此等部分可包 括(但不限于)水平边缘、垂直边缘、转角，以及终端结构104与外部零件 成界面处的开口或界面。 一些外部零件可包括马达、产生器或效用界面
(utility interface)。在一实例中，可将^t形绝缘导体定位于终端结构的 转角周围。
数个^^架可耦接至终端结构104以及相关联的绝缘导体103以及203以将绝缘导体103以及203支撑于紧邻终端结构的外部之处。托架的数目以及 位置取决于绝缘导体103以及203的特性、终端结构104的几何形状以及托 架的类型。托架可具有使绝缘导体103以及203能够定位于与终端结构104 的外部相距所要距离之处的长度。所要距离可在几乎为零(几乎触碰)至周 围气隙所准许的最大距离的范围内变化。在一实施例中，所要距离为至少1.5 英寸。托架(例如，托架208 )可由导电或非导电材料制成。
转向图3,说明沿着图2的线A-A截取的绝缘导体103的一个实施例的 横截面视图。绝缘导体103包括安置于导体302周围的介电强度大于75千伏
(kV) /英寸的绝缘体205。在一实施例中，绝缘体205可为固体绝缘体。固 体绝纟彖体可包括(但不限于)混凝泡(syntactic foam)、聚四氟乙烯
(polytetrafluoroethylene， PTFE )、氯化聚氯乙烯(chlorinated polyvinyl chloride, CPVC )、聚偏二氟乙烯(polyvinyl idene difl丽ide， PVDF )、 乙埽三氟氯乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene, ECTFE )、聚四氟乙 烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)，或聚酰亚胺(例如，kapton )。混 凝泡可包括分散于诸如环氧树脂、聚硅氧或树脂的填充化合物周围的中空玻 璃微球(hollow glass sphere)及/或聚合物小球。在一实施例中，混凝泡 绝缘体对于约0. 25英寸厚的测试样本具有约300 kV/英寸的平均介电强度。 一些其它固体绝缘体具有大于150 kV/英寸的介电强度。或者，绝缘体205 可具有界定内部空腔的腔室壁，且内部空腔可填充有液体绝缘体或气体绝缘 体。液体绝缘体可包括(但不限于)油。气体绝缘体可包括(但不限于)二 氧化碳(C02)、六氟化疏(SF6)或加压空气。 一些气体视其非加压介电强度 而定可不必被加压。也可使用真空绝缘及/或形成复合绝缘的任何组合。导体 302可为具有固体横截面的高电压导体。绝缘导体103可被制造为单个实体 或由多段绝缘导体组成或接合而成。
电源310可激励终端结构104以及导体302。在一实施例中，电源310 用于将导体302激励至第一电压且将终端结构104激励至相同的第一电压，例如，终端电压(Vt)。在一实施例中，终端电压可为至少400 kV。在一情 况下，此终端电压也可为直流电压。若托架208是由导电材料制成，则电源 310可将电压提供给终端结构104，也可经由导电托架将电压提供给导体302。 若托架208是由非导电材料制成，则独立导体308可将电源310电耦接至导 体302。可经由托架208中的开口向导体308馈电。具有独立导体308也使 导体302能够被激励至不同于终端电压(Vt )的电压位准。
非加压空气(non-pressurized air )可在接地外壳112内存在于终端结 构104以及绝缘导体103周围。在假定条件下，非加压空气可具有小于或等 于约75 kV/英寸的介电强度。此介电强度可随着相对湿度、离子注入机的特 定位置的海拔高度(也即，空气压力)、分离距离，以及电极表面光洁度
(surface finish)而改变。温度也会影响空气的击穿强度(breakdown strength)。温度以及压力(PV = nRT )变化本质上展示，实际上是空气密 度在改变。空气密度经由压力以及温度来影响击穿强度。
作为解决此等变化的安全措施，在一情况下，可将针对空气的小于或等 于约45 kV/英寸的介电强度用作设计规则。在任何情况下，均需要使在绝缘 导体103外部的电场应力减少至符合针对空气的所选设计规则的值，即使终 端结构-故激励至600 kV至l，OOO kV也如此。以此方式，在绝缘导体103与 接地外壳112之间保留气隙(例如，距离Dl )将足以使终端结构104绝缘而 不会造成电击穿，例如，弧击穿(arcing)。
因此，可选择绝缘导体103的几何形状，使绝缘导体的外表面处的电场 应力小于针对空气的所选设计规则。在一些实施例中，绝缘体205的外径
(0D1 )视所选的特定绝缘体的介电强度而定可在8英寸与16英寸之间的范 围内变化。导体302可具有中心，视绝缘体205内的可用空间以及导体302 的直径而定，所述中心自绝缘体205的中心319偏移了在0英寸至约3. 0英 寸的范围内变化的偏移距离(0S1)。在一特定实施例中，绝缘体205为具有 11英寸的外径(0D1 )的混凝泡，导体302具有4英寸的直径，与绝缘体205的中心隔开3, 0英寸的偏移距离(0S1 ),且托架具有使绝缘导体103能够定 位于与终端结构104相距1. 5英寸的距离(D2)之处的长度。
图4说明符合图3的实施例的等位线的图表，其中导体302以及终端结 构104均得以激励至600 kV。绝缘导体103修改终端结构104周围的电场，
导体103也有助于减少终端结构104与接地外壳112之间的气隙406内的电 应力，且有助于促进气隙406内的与无此等绝缘导体的终端结构相比更均匀 的电场。
绝缘导体103因此用作一种电应力屏蔽体。因此，在同一尺寸合理的接 地外壳112内，在一情况下，可将终端结构104激励至与200 kV对比为较高 的电压位准，例如，至少600 kV。或者，为了在与传统离子注入机中相同的 约200 kV以及更小的较低终端电压下进行操作，绝缘导体103可使气隙406 与在仅有空气绝缘机制时相比能够减少。
三才目点应力区(triple point stress region) 402、 404形成，三种不 同的介质在这些区中彼此接触(例如，空气、绝缘体205以及导体，其中托 架208是由导电材料制成)。在将导体302以及终端结构104激励至相同终 端电压时，在终端结构与导体302之间产生卑位线(isopotential)且因此三 相点应力区402、 404处的电应力为相对低的。此使安装托架208能够附着至 其位置，否则在没有绝缘导体103的电应力较高的区域中将难以进行连接。
图5A说明具有数个分级导体(grading conductor) 502、 504、 506的绝 缘导体500的另一实施例的横截面视图。图5A中类似于先前图的其它组件经 类似地标注图式符号，且因此为清晰起见在此处省略任何重复的描述。虽然 说明了三个分级导体502、 504、 506,但实施例不限于仅三个分级导体，因 为可使用一个或多个分级导体。大体上，分级导体502、 504、 506是使绝缘 导体500内部的电压比无分级导体时降低更多的构件。分级导体502、 504、 506因此增加了增加终端结构104的操作电压或减少接地外壳112的占据面积的灵活性。
可将分级导体502、 504、 506径向安置于与导体302分别相距变化的径 向距离rl、 r2以及r3之处，其中rl < r2 < r3。分级导体502、 504、 506 中的每个可具有弓状形状，其中形状的弯弓大体上与终端结构104的外边缘 的紧邻绝缘导体500的区段一致。弓状形状具有对于每一分级导体而言可为 类似或不同的长度。在图5A的实施例中，第一分级导体502与第二分级导体 504具有类似的弓状长度，而第三分级导体506相比之下较短。
分级导体502、 504、 506可为被动或主动的。对于被动分级而言，分级 导体502 、 504 、 506不连接至外部电源310，且分级导体为电浮动的 (electrically floating)。对于主动分级而言，分级导体502、 504、 506连 接至外部电源310。为了说明的清晰性起见，来自电源310的连接被说明为 假想线且可以任何数目种方法导出，例如，可藉由电阻器链来分割高电压电 源从而以在电阻器链中的不同位置分接出的不同电压接地。导体302以及终 端结构104可接收来自电源310的终端电压(Vt )。第一分级导体502可接 收来自电源310的第一分级电压(VI),第二分级导体504可接收来自电源 310的第二分级电压(V2),且第三分级导体506可接收来自电源310的第 三分级电压(V3),其中Vt > VI 〉 V2 > V3。在一实施例中，Vt = 600 kV、 VI = 500 kV、 V2 = 400 kV,且V3 = 300 kV。
图6说明符合图5A的具有主动分级的实施例的等位线的图表，从而说明 绝缘导体500如何修改终端结构104周围的电场。等位线集中于经设计以处 理电应力的绝缘体505中。分级导体502、 504、 506使绝缘体505内的电压 比无分级导体时能够降低更多。另外，减少了绝缘体505的表面处的电应力， 且促进在绝缘导体500与接地外壳112之间的气隙内的更均匀的电场。
转向图5B,说明具有三个分级导体522、 524、 526的绝缘导体550的另 一实施例。大体上，分级导体的大小以及其间的角间隔可视特定应用而定变 化。在图5B的实施例中，将三个分级导体522、 524、 526径向安置于与导体302分别相距径向距离rl、 r2以及r3之处。第一分级导体522具有第一弓 状长度(L1),第二分级导体534具有第二弓状长度(L2),且第三分级导 体具有第三弓状长度(L3)，其中L1 > L2 > L3。另外，自导体302至每一 分级导体522、 524、 526的中心的径向线处于彼此不同的角度。
转向图7，说明终端结构104的另一实施例的横截面视图，该终端结构 104具有相对于终端结构104的不同外部而定位的不同绝缘导体。
同样，大体上，可将一个或多个绝缘导体安置于终端结构104的外表面 的具有过量电应力的部分周围。在图7的实施例中，顶部绝缘导体703安置 于紧邻终端结构104的顶部边缘733的周边之处。底部绝缘导体705安置于 紧邻底部边缘735的周边之处。第一中间绝缘导体702以及第二中间绝缘导 体704可另外被安置于终端结构104的在顶部边缘733与底部边缘735之间 的周边周围。虽然将绝缘导体703、 702、 704、 705中的每个说明成具有三个 分级导体，但其它实施例可不使用任何分级导体。
图8至图12说明具有以不同组态配置于终端结构104周围的数个绝缘导 体的实施例。绝缘导体的数量、绝缘导体的大小以及每一绝缘导体之间的间 隙取决于终端结构104的最大操作电压、每一绝缘体的介电强度以及机械支 撑结构。图8至图12的不同组态为灵活的以便升级系统从而适应不同的终端 电压位准。例如，必要时可藉由增加额外绝缘导体来适应终端结构的较高操 作电压，且可藉由移除绝缘导体中的一个或多个来适应较低终端电压。图8 至图12的绝缘导体中的每个可符合本文详述的绝缘导体的任何实施例或可 为市售或定制的高电压电缆。
图8说明数个绝缘导体802、 804、 806以及808,该等绝缘导体经安置 成自终端结构104的外部向外延伸的线阵列800。终端结构的外部可为终端 结构的顶部边缘，在此边缘处终端结构的側壁与顶部交会。该边缘可具有弧 形，且绝缘导体的线阵列800可自此弧向外径向地延伸。虽然图8说明四个 绝缘导体802、 804、 806以及808,但可使用任何数个绝缘导体，且可增加
16或移除绝缘导体以适应终端结构的不同的最大操作电压。
可配置线阵列800以用于^C动分级或主动分级。对于#1动分级而言，导 体803以及终端结构104均可接收终端电压(Vt)，例如，在一实施例中为 600 kV。可^f吏其它导体805、 807以及809为电浮动的。对于主动分级而言， 导体803以及终端结构104可同样接收终端电压(Vt)，而导体805、 807以 及809可接收各别电压位准VI、 V2以及V3，其中Vt 〉 VI 〉 V2 〉 V3。
图9 i兌明具有数个绝缘导体902、 904、 802、 804以及806的另一实施例。 绝缘导体802、 804以及806经配置成类似于图8的实施例的线阵列。绝缘导 体902、 802以及904经配置成弧，该弧类似于终端结构104的外部的紧邻三 个绝缘导体902、 802以及904的边缘的弓状形状。对于主动分级而言，导体 903、 803以及905可接收终端电压(Vt),而导体805以及807可接收各别 电压位准VI、 V2,其中Vt > VI > V2在又一实施例中，可不存在绝缘导体 804以及806,仅留下在终端结构104的外部周围配置成所说明的弧的绝缘导 体902、 802以及904。
图IO说明符合图9的模拟的主动分级实施例的等位线的图表，以便说明 图9的实施例如何修改终端结构104周围的电场。在该模拟实施例中，每一 绝缘导体902、 802、 904、 804、 806为高电压电缆，其中0. 25英寸直径的导 体安置于4. 0英寸直径的固体绝缘体内。将终端结构104以及最接近终端结 构的导体903、 803、 905各自激励至600 kV。将导体805激励至终端电压的 80%或480 kV，而将导体807激励至终端电压的60%或360 kV。仿真结果揭 示，最接近终端结构的绝缘体中的最大电应力为148 kV/英寸，且空气中的 最大电应力为45kV/英寸。优质塑料绝缘体可经受住148 kV/英寸的电应力，
另外该对于空气而言将为过高而经受不住。
图ll说明又一实施例，其中绝缘导体1102、 804以及1104经配置成类 似于图9的绝缘导体902、 802、 904的弧的弧，然而经移置成与终端结构的 距离比图9的实施例更远。图12说明又一实施例，其中至少一绝缘导体是由接地外壳112支撑。例 如，在图12的实施例中，六个绝缘导体1230、 1232、 1234、 1236、 1238以 及1240可由接地外壳112支撑。对于主动分级而言，绝缘导体802的导体可 接收终端电压(Vt),绝缘导体1102、 804以及1104的导体可接收电压VI, 绝纟彖导体806的导体可接收电压V2，且绝缘导体1230、 1232、 1234、 1236、 1238以及1240的导体接收电压Vn，其中Vt 〉 VI 〉 V2 〉 Vn。
转向图13，说明具有管状部件(tubular member) 1305的绝缘导体1300 的实施例的4黄截面视图。管状部件1305界定安置有导体1302的内部。管状 部件1305可由氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯三氟氯 乙烯(ECTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)，或聚酰亚胺(例如，kapton)制成。 CPVC、 PVDF以及ECTFE塑料材料满足不同组织的易燃性规格，诸如Factory Mutual *见才各4910 (Factory Mutual Specification 4910, FM4910)以及 Underwriters Laboratory 规格 94-V0 ( Underwriters Laboratory Specification 94-VO, UL94-V0 ),该等规格指定了降低火灾以及烟雾的风 险的标准。导体1302也可为管状部件且可由诸如金属的多种导电材料制成。
填充物绝缘体(filler insulator) 1312可安置于由管状部件1305界定 的内部内。填充物绝缘体1312可完全填充或部分地填充该内部，且可使用不 同填充物绝缘体的组合。若填充物1312完全密封于符合FM4910的管状部件 1 305内，则填充物1312不必符合FM4910规格。
一填充物绝缘体1312可为诸如混凝泡的固体材料。混凝泡可包括分散于 诸如环氧树脂、聚硅氧或树脂的填充化合物周围的中空玻璃微球及/或聚合物 小J求。另一填充物绝缘体1312可包括气体。在一实施例中，气体可为加压空 气。在一些情况下，可使用诸如二氧化碳(C02)或六氟化硫(SF6)的气体， 且这些气体视其非加压介电强度而定可不必被加压。填充物绝缘体1312的一 组合可包括与导体1302接触的诸如混凝泡的固体，以及填充由管状部件1305 界定的内部体积的剩余体积的诸如加压空气或SF6的气体。可选择管状部件1305的几何形状，使管状部件1305的外表面处的电场 应力小于或等于空气能够安全地适应的设计极限，例如，在一情况下为45 kV/ 英寸。在一些实施例中，管状部件1305的外径(0D1)可在8英寸与16英寸 之间的范围内变化。也可选择外径(0D1),使其具有诸如12.7英寸的普通 大小，其中壁厚度(Tl)为0. 687英寸以顺应大小为美规Schedule 80的管。 在一些实施例中，导体1302的外径的大小可在0. 25英寸至6. 0英寸的范围 内变化。导体1302可具有中心，视管状部件1305内的可用空间以及导体1302 的直径而定，所述中心相对于管状部件1305的中心1319偏移了在O至约3. 0 英寸的范围内变化的偏移距离(0S1)。
在一特定实施例中，CPVC管状部件1305的外径(0D1 )为11英寸，壁 厚度(Tl )为0. 5英寸。在该特定实施例中，导体1302的外径为4英寸且偏 移距离(0S1)为2. 5英寸。因此，在该特定实施例中，导体1302与管状部 件1305的内表面之间的距离(D3)仅为0. 5英寸，且导体1302与管状部件 的相对内表面之间的距离(D4 )为5. 5英寸。托架208可具有使绝缘导体1300 能够定位于与终端结构104的外部相距1.5英寸的距离(D2)之处的长度。
图14为绝缘导体1400的另一实施例的横截面视图。绝缘导体1400具有 第一管状部件1305以及安置于由第一管状部件1305界定的内部内的第二管 状部件1404。图14中类似于图13以及其它实施例的组件经类似地标注图式 符号，且因此为清晰起见在此处省略任何重复的描述。
第二管状部件1404可为由CPVC、 PVDF、 ECTFE、 PTFE或聚酰亚胺制成的 固体绝缘体。导体1302可具有稍小于第二管状部件1404的内径的外径，使 导体1302与第二管状部件1404的内表面接触。需要在导体1302的外侧与第 二管状部件1404的内側之间不具有气隙。实际上，可选择管状部件1404, 且管状部件1404的内侧可涂布有导电漆。这个有时可被称为"金属化"管状 部件1404的内表面。第二管状部件1404可使导体1302的外表面处的电应力 减少为远小于80 kV/英寸。图15为绝缘导体1500的另一实施例的横截面视图。绝缘导体1500具有 第一管状部件1305、第二管状部件1404以及第三管状部件1502。图15中类 似于图13与图14以及其它实施例的其它组件经类似地标注图式符号，且因 此为清晰起见在此处省略任何重复的描述。
第三管状部件1502可安置于由第一管状部件1305界定的内部内，且第 二管状部件1404可进一步安置于第三管状部件1502内。第一填充物绝缘体 1504可安置于由第三管状部件1502界定的内部内，且第二填充物绝缘体1512 可安置于由第一管状部件1305界定的内部内。在一实施例中，加压气体(例 如，空气、氮气、SR等)可用作第一填充物绝缘体1504以及第二填充物绝 缘体1512的填充物。接着可选择第三管状部件1502的外径，使得第一填充 物绝缘体1504所需的气体的体积小于第二填充物绝缘体1512所需的气体的 体积，且使较高气体压力能够用于第一填充物1504而不会引起严格的压力容 器规范要求。
图16说明绝缘导体1600的又一实施例。绝缘导体1600可包括复合绝缘 体(composite insulator),复合绝缘体包括分散于加压气体中的固体填充物 1602。固体填充物1602可包括数个固体模块，例如，halar颗粒及/或玻璃 微球，其充当绝缘体且也减少将由加压气体填充的剩余体积1604。若体积 1604中所需的气体的体积减少，则加压气体可包括超过1. 5 atm的加压空气 或SF6而绝对不会引起严格的压力容器规范要求。
图17说明绝缘导体1700的又一实施例。绝缘导体1700类似于图14的 绝缘导体，不同的是，与图14的个别导体1302对比，其具有安置于由第二 管状部件1404界定的内部体积内的数个高电压电缆1702、 1704、 1706。图 17中类似于图14以及其它实施例的其它组件经类似地标注图式符号，且因 此为清晰起见在此处省略任何重复的描述。高电压电缆1702、 1704、 1706中 的每个包括封围在相关联的绝缘体中的导体。高电压电缆可为市售或定制的 高电压电缆。因为高电压电缆1702、 1704、 1706经个别地绝缘，所以这个提供了对抗具有折衷介电强度的其它组件的另一绝缘保护层。例如，高电压电
缆1702、 1704、 1706可与在焊接面处具有折衷介电强度的经焊接的管状部件 (例如，部件1404以及1305 ) —起使用。
第一填充物绝缘体1722可安置于由第二管状部件1404界定的内部内， 且第二填充物绝缘体1712可安置于由第一管状部件1305界定的内部内。第 一填充物绝缘体1722可包括非加压空气、SF6、微球、颗粒等，且第二填充 物绝缘体1712可包括非加压空气、SF6、微球、颗粒等。
虽然本发明已以至少 一个实施例描述，但对于本领域技术人员来说将容 易地产生各种替换、修改以及改进，这种替换、修改和改进将包括在本发明 的范围之内。因此，前述描述仅仅是举例，而不是作为限定。
权利要求
1.一种离子注入机，其中包括用于提供离子束的离子源；界定空腔的终端结构，所述离子源至少部分地安置于所述空腔内；以及绝缘导体，其安置于紧邻所述终端结构的外部之处以修改所述终端结构周围的电场，所述绝缘导体具有安置于导体周围的介电强度大于75千伏/英寸的绝缘体。
2. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述导体用于被激励至第一 电压且所述终端结构用于被激励至所述第一电压。
3. 根据权利要求2所述的离子注入机，其中所述第一电压为至少400 kV。
4. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中还包括耦接至所述终端结构 以及所述绝缘导体的托架，所述托架用于将所述绝缘导体支撑于紧邻所述外 部之处。
5. 根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述托架具有使所述绝缘导 体能够定位于与所述外部之处相距一段距离之处的长度。
6. 根据权利要求5所述的离子注入机，其中所述距离为至少1. 5英寸。
7. 根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述托架包括导电材料，且 所述^^架耦接至所述绝缘导体的所述导体。
8. 根据权利要求4所述的离子注入机，其中所述托架包括非导电材料。
9. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述终端结构的所述外部之 处包括所述终端结构的顶部边缘的周边以及所述终端结构的底部边缘的周 边，且其中所述绝缘导体包括安置于所述顶部边缘的所述周边周围的顶部绝 缘导体以及安置于所述底部边缘的所述周边周围的底部绝缘导体。
10. 才艮据权利要求9所述的离子注入机，其中所述外部还包括所述终端结 构的在所述顶部边缘与所述底部边缘之间的周边，且其中所述绝缘导体还包 括中间绝缘导体，所述中间绝缘导体安置于所述终端结构的在所述顶部边缘与所述底部边纟彖之间的所述周边周围。
11. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述绝缘体包括固体绝缘体。
12. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中还包括安置于所述绝缘体内 的数个分级导体，所述数个分级导体中的每个是远离所述终端结构的所述外 部而径向安置于与所述导体相距不同距离之处，所述数个分级导体中的每个 具有弓状形状。
13. 根据权利要求12所述的离子注入机，其中所述数个分级导体中的每 个具有不同的弓状长度。
14. 根据权利要求12所述的离子注入机，其中所述数个分级导体中的每 个具有相同的弓状长度。
15. 根据权利要求12所述的离子注入机，其中所述数个分级导体中的每度的中心的径向线处于彼此不同的角度。
16. 才艮据权利要求12所述的离子注入机，其中所述数个分级导体中的每 个为电浮动的。
17. 根据权利要求12所述的离子注入机，其中所述数个分级导体包括径 向安置于与所述导体相距第一距离之处的第一分级导体、径向安置于与所述 导体相距第二距离之处的第二分级导体，以及径向安置于与所述导体相距第 三距离之处的第三分级导体，其中所述第一距离小于所述第二距离，且所述 第二距离小于所述第三距离，其中所述第一分级导体用于接收第一分级电压， 所述第二分级导体用于接收第二分级电压，且所述第三分级导体用于接收第 三分级电压，其中所述第一分级电压大于所述第二分级电压，且所述第二分 级电压大于所述第三分级电压。
18. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述外部包括所述终端结构 的边缘，且其中所述绝缘导体至少包括安置于所述边缘周围的第 一绝缘导体、第二绝缘导体以及第三绝缘导体。
19. 根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述第一绝缘导体、所述 第二绝缘导体以及所述第三绝缘导体经定位成自所述终端结构的所述边缘向外延伸的线阵列。
20. 根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述边缘具有弓状形状， 且所述第一绝缘导体、所述第二绝缘导体以及所述第三绝缘导体经定位成与 所述边缘的所述弓状形状一致的弧。
21. 根据权利要求1所述的离子注入机，其中所述绝缘体包括界定内部的 第一管状部件，所述导体安置于所述内部中。
22. 根据权利要求21所述的离子注入机，其中所述第一管状部件包括氯 化聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯、聚四氟乙烯，或聚酰亚胺。
23. 根据权利要求21所述的离子注入机，其中所述绝缘体还包括安置于 所述第一管状部件的所述内部内的填充物绝缘体。
24. 根据权利要求23所述的离子注入机，其中所述填充物绝缘体包括加 压空气。
25. 根据权利要求21所述的离子注入机，其中所述绝缘体还包括第二管 状部件，其中所述第二管状部件安置于所述第一管状部件的所述内部内。
26. 根据权利要求25所述的离子注入机，其中所述绝缘体还包括第三管 状部件，其中所述第三管状部件安置于所述第一管状部件的所述内部内，且 所述第二管状部件进一步安置于由所述第三管状部件界定的内部内。
27. —种装置，其中包括 导电结构；以及绝缘导体，其安置于紧邻所述导电结构的外部之处以修改所述导电结构 周围的电场，所述绝缘导体具有安置于导体周围的介电强度大于75千伏/英 寸的绝缘体。
28. 根据权利要求27所述的装置，其中还包括耦接至所述导电结构以及所述绝缘导体的托架，所述托架用于将所述绝缘导体支撑于紧邻所述外部之 处。
29. 根据权利要求28所述的装置，其中所述托架具有使所述绝缘导体能 够安置于与所述外部相距一段距离之处的长度，所述距离为至少L5英寸。
30. 根据权利要求28所述的装置，其中所述托架包括导电材料，且所述 托架耦接至所述绝缘导体的所述导体，其中所述导体以及所述终端结构用于 被激励至第一电压，所述第一电压为至少400 kV。
31. 根据权利要求28所述的装置，其中所述绝缘体包括界定内部的固体 管状部件，所述导体安置于所述内部内，且所述绝缘体还包括安置于所述内 部内的在所述导体周围的填充物绝缘体。
32. 根据权利要求27所述的装置，其中还包括安置于所述绝缘体内的数径向安置于与所述导体相距不同距离之处，所述数个分级导体中的每个具有 弓状形状。
全文摘要
一种装置包括导电结构以及绝缘导体，绝缘导体安置于紧邻导电结构的外部之处以修改导电结构周围的电场。绝缘导体具有安置于导体周围的介电强度大于75千伏/英寸的绝缘体。也提供一种离子注入机。离子注入机包括用于提供离子束的离子源；界定空腔的终端结构，离子源至少部分地安置于空腔中；以及绝缘导体。绝缘导体安置于紧邻终端结构的外部之处以修改终端结构周围的电场。绝缘导体具有安置于导体周围的介电强度大于75千伏/英寸的绝缘体。
文档编号H01L21/265GK101563749SQ200780043193
公开日2009年10月21日 申请日期2007年9月25日 优先权日2006年9月27日
发明者卡森·D·泰克雷特萨迪克, 拉塞尔·J·罗 申请人:瓦里安半导体设备公司