离子注入机的终端结构的绝缘系统的制作方法

专利名称：离子注入机的终端结构的绝缘系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离子注入，且更明确地说，是关于一种用于离子注入机 的终端结构的绝缘系统。
背景技术：
离子注入是一种用于将传导性改变杂质引入至半导体晶圓中的标准技 术。所要的杂质材料可在一离子源中被离子化，可将离子加速以形成指定 能量的离子束，且可在晶圓的一前表面处引导离子束。射束中的高能离子 渗入半导体材料的主体中且被埋入至半导体材料的晶格中。可藉由射束扫描、藉由晶圆移动或藉由射束扫描与晶圓移动的组合来将离子束分布在晶 圓区域之上。可将不同动能赋予离子束的离子。所赋予的能量以及诸如注入的离子 的量的其他因素可影响离子注入至半导体晶圆中的注入深度。 一般而言，在 其他所有参数相等的情况下，较低能量可能引起较浅注入深度以及较高能 量可能引起较深注入深度。不同的离子注入机可利用若干方法中的 一或多者来将动能赋予离子束的离子。 一种将能量赋予离子的方法是直(straight)DC加速，其中藉由将 离子经过DC电位差来加速离子。电位差愈大，赋予的能量愈大。随后，一 质谱分析器(mass analyzer)可接收离子束且可自离子束移除不想要的物 质。另一磁铁可准直射束且在一晶圓处引导射束。在质谱分析器之前完成 的加速(例如，直DC加速)可称为预加速，而在质谱分析器之后或下游的其 他加速可称为后加速。如本文所使用，在离子束传输的方向中引用"上游" 以及"下游"。直DC加速可利用一或多个电源来^是供DC电位。此可包括在一个习知 系统中可提供高达70千伏(kV)的耦接至离子源的提取电源(extraction power s叩ply)。可将离子源至少部分地安置于由一终端结构所界定的空腔 中。终端结构在此项技术中有时可称为"终端机"或"高电压终端机"。可 由一独立加速电源给终端结构通电200 kV。分别来自提取电源以及加速电 源的70 kV以及200 kV的组合可提供高达用于单带电离子的270千电子伏 (keV)的能量、用于双带电离子的540 keV以及用于三带电离子的810 keV。此810 keV能量适用于许多应用，但可能不能为其他应用提供足够能 量。举例而言， 一些记忆体半导体(例如，快闪记忆体)需要较高能量离子注入机来形成特别深的井结构。因此，其他高能量习知离子注入机可经组态以提供l兆电子伏(MeV)以及更大的能量。此高能量习知离子注入机 可利用质谱分析器下游的加速器。质谱分析器下游的加速器可为此项技术 中已知的DC串联加速器(tandem-accelerator)或RF线性加速器。尽管 对提供高能量有效，但DC串联加速器以及RF线性加速器可遭受无效性，因 为来自质谱分析器的小于约5 0%的经质谱分析的离子可用于注入于半导体 晶圓中。离子注入机亦可包括一外壳以保护离子注入机的组件与子系统以及在 操作离子注入机时保护人员不受高电压的危险。需要限制外壳的大小或"占 据面积(footprint)"以便节约空间昂贵的制造设施中的空间。亦需要使组 件以及子系统的传输不太麻烦。大多数用于半导体的批量制造中的习知直 DC加速方法已将终端结构的电压限制为200 kV,由于仅空气用于使终端结 构与外壳绝缘且占据面积约束了限制外壳距终端结构的距离。因此，可能需要提供用于离子注入机的终端结构的绝缘系统。亦可能 需要藉由适当定尺寸的外壳占据面积来对终端结构通高电压。发明内容根据第 一态样，提供离子注入机。离子注入机包括经组态以提供离子束 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空腔内，以 及包括电绝缘终端结构的绝缘系统。绝缘系统经組态以在接近终端结构的 至少一个外表面的区域中提供大于约72千伏(kV) /吋的有效介电强度。根据另 一态样，提供另 一离子注入机。离子注入机包括经组态以提供离 子束的离子源、经组态以将待离子化的气体提供于离子源中的气体盒、界 定空腔的终端结构。离子源以及气体盒至少部分地安置于空腔内。离子注 入机亦包括终端结构绝缘系统以电绝缘终端结构。终端结构绝缘系统经组 态以在接近所述终端结构的至少一个外表面的区域中提供大于约72千伏 (kV) /吋的有效介电强度。离子注入机亦包括经组态以电绝缘气体盒的气 体盒绝缘系统。气体盒绝缘系统包括至少 一侧接触气体盒的相关外表面的 至少一个固体绝缘物。离子注入机亦包括定位于离子源下游的质谱分析 器，质谱分析器经组态以自离子束移除不想要的物质；以及定位于质镨分析 器下游的终端站(end station),终端站包括压板，压板具有表面以支撑 其上的晶圓。


为了较佳理解本揭露案，参考所附图式，其以引用的方式并入本文中且 其中6图1为一离子注入机的示意性方块图。 图2为图1的终端结构的示意性方块图。图3为具有由一固体绝缘物制造的四侧的绝缘系统的第一实施例的透视图。图4为沿图3的线A-A所截取的第一实施例的横截面图。 图5为具有由一固体绝缘物制造的五侧的绝缘系统的第二实施例的立 体图。图6为沿图5的线A-A所截取的第二实施例的橫截面图。图7为一绝缘系统的第三实施例的透视图。图8为沿图7的线A-A所截取的第三实施例的横截面图。图8A为沿图7的线B-B所截取的图7的绝缘物的一个实施例的横截面图。图8B为沿图7的线B-B所截取的图7的绝缘物的另一实施例的横截面图。图9为具有一液体绝缘物的绝缘系统的第四实施例的横截面图。图10为具有一加压气体绝缘物的绝缘系统的第五实施例的示意性方块图。图11为具有根据第一实施例的具有一侧的气体盒绝缘系统的图1的气 体盒的透视图。图12为具有根据第二实施例的具有两侧的气体盒绝缘系统的图1的气 体盒的透视图。图13为具有根据第三实施例的具有三侧的气体盒绝缘系统的图1的气 体盒的透视图。图14为具有根据第四实施例的具有四侧的气体盒绝缘系统的图1的气 体盒的透视图。图15为具有根据第五实施例的具有五侧的气体盒绝缘系统的图1的气 体盒的分解透视图。图16为图15的第五实施例的组装透视图。 图17为沿图16的线A-A所截取的横截面图。图is为具有根据第六实施例的具有六侧的气体盒绝缘系统的图1的气体盒的分解透视图。图19为图18的第六实施例的组装透^L图。 图20为沿图19的线A-A所截取的横截面图。 100:离子注入才几 102: 离子源104: 终端结构 106: 气体盒110:空腔 112: 外壳118控制器120质语分析器124扫描器128终端站142压板152离子束、压板驱动系统162a:绝纟彖系统162c:绝缘系统162e:绝缘系统202:力口速电源208:终端电子装置322:直立侧壁326顶部385表面410距离440开口608厚度703终端结构706直立壁710直立壁718部分724锁定机构732a:绝缘物734绝缘物854内部空腔904纸1012:外壳1100b气体盒绝缘系统llOOd气体盒绝缘系统llOOf气体盒绝缘系统1104:直立侧壁、侧1108:直立侧壁、后直立侧壁1110:直立侧壁、侧1802:基座、侧1806:顶部、侧1830:可移除盖119后壁122.鉴別孔隙126角校正磁铁140.晶圆150'晶圆搬运系统162:绝纟彖系统162b:绝缘系统162d:绝缘系统171绝缘物204:提取电源320:基座324:直立侧壁328后直立壁408厚度430后表面442开口702基座704直立壁708直立壁712顶部722铰链732绝缘物732b:绝缘物852外部固体绝缘物902液体绝缘物912外壳1100a气体盒绝缘系统1100c气体盒绝缘系统llOOe气体盒绝缘系统1102:基座、侧1106:顶部、侧侧1170:开口 1804:直立侧壁、侧 1810:直立侧壁、侧 1834:部分1838:部分 12: 长度11: 13:长度 长度具体实施方式
本文结合用于注入半导体晶圆的离子注入机来描述本发明。然而，本 发明可与用于注入不同工件(例如，平板显示器)的其他离子注入机一起 使用。因此，本发明不限于下文所描述的特定实施例。图1说明一离子注入机100的方块图。离子注入机100包括一经组态 以提供一离子束152的离子源102。离子源102可产生离子且可包括一自气 体盒106接受气体的离子室。气体盒106可将待离子化的气体提供至离子 室。除包括源气体以外，气体盒106亦可包括此项技术中已知的其他组件 (例如，电源)。电源可包括用于运行源102的孤电源、灯丝电源以及偏压 电源。气体盒106亦可经由一隔离变压器而提高电位。 一电力分配盘亦可 包括在气体盒106中用于源电源的电力分配。随后可自离子源102提取在 源102中因此所形成的离子。离子源的构造以及操作为熟习此项技术者所 熟知。离子注入机100亦包括一终端结构104，终端结构104在此项技术中有 时可称为"终端机"或"高电压终端机"。终端结构104可界定一空腔110 且可将离子源102至少部分地安置于空腔110内。离子注入机100可更包 括一绝缘系统162以电绝缘终端结构104。绝缘系统162经组态以在接近终 端结构104的至少一个外表面的区域中提供一大于约72千伏(kV) /吋的 有效介电强度。在一个实例中，绝缘系统162可包括具有一大于约72 kV/吋的介电强 度的至少一个绝缘物171。至少一个绝缘物171可为固体绝缘物、液体绝缘 物或加压气体，如在本文实施例中进一步详细描述。绝缘系统162亦可包 括固体、液体、加压气体以及空气的组合。离子注入机100亦可包括一外 壳112。外壳112可界定内部体积且可将终端结构104安置于其中。在离子注入机100的操作期间，在一些实例中，可将终端结构104通 电至至少300 kV。在其他实例中，可将终端结构104通电至600 kV,且在 其他实例中，视离子束的所要能量而定可对终端结构104 —点也不通电或 仅通电至标称值。绝缘系统162可具有一足够介电强度以使终端结构104 与外壳112的电气接地电绝缘而无介电击穿。终端结构104以及相关绝缘系统162可用于熟习此项技术者已知的许 多不同的离子注入机中。图1的离子注入机100为离子注入机的一个实施 例，且仅借助于实例来提供且并非意欲为限制性的。图l的离子注入机100 可更包括一质谱分析器120、 一鉴别孔隙(resolving aperture) 122、 一9扫描器124、 一角校正磁铁126、 一终端站128以及一控制器118。质谱分析器120可包括一鉴別磁铁，其偏转离子使得所要物质的离子 通过鉴别孔隙122且不想要的物质不通过鉴别孔隙122。在一个实施例中， 归因于物质的不同质量，质谱分析器12 0可偏转所要的物质的离子9 0度以 及偏转不想要的物质的离子不同量。定位于鉴别孔隙122下游的扫描器124 可包括扫描电极以及用于扫描离子束的其他电极。角校正磁铁126偏转所 要离子物质的离子以将发散离子束路径转换成具有大体上平行离子弹道的 几乎准直的离子束路径。在一个实施例中，角校正磁铁126可偏转所要离 子物质的离子45度。终端站128可在离子束的路径中支持一或多个晶圓使得可将所要物质 的离子注入至晶圓140中。晶圆140可由压板142支撑。终端站128可包 括此项技术中已知的其他组件以及子系统(例如，晶圆搬运系统150)以实 体上自各种保持区将晶圓140移动至压板142以及自压板142移动晶圓140。 当晶圆搬运系统150将晶圆140自一保持区移动至压板142时，可使用已 知技术(例如，用静电力将晶圆夹持至压板的静电晶圆夹持或用机械力将 晶圆夹持至压板的机械夹持)将晶圓140夹持至压板142。终端站128亦可 包括此一项技术中已知的压板驱动系统152以按所要方式移动压板142。压 板驱动系统152在此项技术中可称为机械扫描系统。控制器118可自离子注入机100的组件接收输入资料且控制资料。为 说明的清晰性，自控制器108至系统100的组件的输入/输出路径未在图1 中说明。控制器118可为或包括可程序化以执行所要的输入/输出功能的通 用电脑或通用电脑的网路。控制器118亦可包括其他电路或组件，例如，特 殊应用集成电路(application specific integrated circuit )、其他固 线式或可程序化电子设备、离散元件电路等。控制器118亦可包括使用者 介面设备(例如，触摸式显示幕、使用者指标设备、显示器、印表机等)以允 许使用者输入指令及/或资料及/或监视离子注入机100。控制器118亦可包 括通信设备以及资料储存设备。提供至晶圓140的表面的离子束152可为一经扫描的离子束。其他离 子注入机可提供点束或带束。视点束的特征而定， 一个实例中的点束可具 有一特定直径的大致圆形横截面。带束可具有大宽度/高度纵横比且可为至 少与晶圆140 —样宽。扫描器124可能不需要用于使用带束或稳定点束的 系统。离子束152可为任何类型的带电粒子束，例如，用于注入晶圆140 的高能离子束。晶圆140可采取各种实体形状(例如， 一般碟片形状)。晶 圆140可为由任何类型的半导体材料(例如，硅)或将利用离子束152注 入的任何其他材料制造的半导体晶圆。转至图2,较详细展示图1的终端结构104的示意性方块图。在由终端结构104所界定的空腔110内可为离子源102、气体盒106以及终端电子装 置208以控制终端结构104内组件的操作。终端电子装置208亦能够与控 制器118通信。提取电源204可耦接至离子源102。提取电源204可提供一 DC电压位 准(Vx)以加速以及提取来源于离子源102的离子。提取电源可提供介于 20 kV至kV的范围中的直流(DC)电压(Vx)。额外加速电源202可耦接在终端结构104与接地平面(例如，外壳112 ) 之间以便以相对于接地的正电压(Va )偏压终端结构104。加速电源202可 提供一可具有介于200 kV至1000kV的范围中(且在一个实施例中可为600 kV)的最大电压的额外DC电压位准(Va)。因此，可在一些实例中，将终 端结构104通电至200 kV与1000 kV之间的高电压，且在一个实施例中通 电至600 kV。在其他实例中，视离子束的所要能量而定，可对终端结构104 一点也不通电或仅通电至标称值。尽管为说明的清晰性仅说明一个加速电 源202，但两个或两个以上电源可用于提供所要的最大高电压位准(Va)。晶圆140可处于接地电位。因此，用于单带电离子的注入能量由离子 源102相对于接地的电位来提供，此电位为来自加速电源的加速电压(Va)加 上来自提取电源的提取电压(Vx) (Va + Vx)。举例而言，若提取电压为80 kV以及加速电源为600 kV，则单带电离子束的注入能量为680 keV而无需 使用质谱分析器120下游的任何加速器来提供额外能量。图3为具有一有四侧的固体绝缘物的绝缘系统162a的第一实施例的透 视图。四侧包括一基座320、 一耦接至基座320的一端的第一直立侧壁322、 一耦接至基座320的另一端的第二直立侧壁324以及一顶部326。固体绝缘 物可具有大于72 kV/吋的介电强度。四侧的每一者可由单片(例如，单体 结构)制造。或者，四侧的每一者可个别地制造且接合在一起以形成绝缘 系统162a的有四侧结构。以单片制造绝缘系统162a可减少具有形成于四 侧之间的接头处的截留空气(例如，气泡)的风险。固体绝缘物可包括(但不限于)聚乙烯或低密度聚乙烯。聚乙烯可具 有约500 kV/吋的介电强度。固体绝缘物亦可为一单片模制塑胶。在一实施 例中，单片模制塑胶可具有200 kV/吋的介电强度使得3吋厚度可能允许600 kV的电压降落。固态绝缘物亦可为混凝泡(syntactic foam)。混凝泡可包 括分散在诸如环氧树脂或硅的填充化合物周围的中空玻璃球及/或聚合物 颗粒。混凝泡可具有小于单片模制塑胶的介电强度的介电强度，例如，在一 个实施例中为100 kV/吋。因此，对于600 kV的电压降落，混凝泡可需要 约6吋的厚度。尽管比单片模制塑胶以及聚乙烯更厚，但与两者相比，混凝 泡可更便宜且更轻。此外，固体绝缘物亦可包括聚四氟乙烯(PTFE)、氯化聚 氯乙烯(CPVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚硅氧、玻璃纤维或环氧树脂。可将终端结构104安置于由绝缘系统162a的四侧所界定的内部体积内 使得四侧的每一者接触终端结构l(M的相关外表面。终端结构104可具有 各种几何形状且在一个实施例中可具有大体上矩形横截面形状。终端结构 104可由各种材料制造，包括但不限于诸如金属材料的导电材料。终端结构 104可界定一空腔110且可将各种组件至少部分地安置于空腔110内，所述 组件包括以幻影说明的离子源102以及气体盒106 (未在图3中说明)。图4为沿图3的线A-A所截取的绝缘系统162a的第一实施例的横截面 图。亦说明处于接地电位的外壳112。四侧的绝缘系统的第一直立侧壁322 以及第二直立侧壁324可接触终端结构104的相关外表面以绝缘终端结构 的各别侧。绝缘系统162a亦可具有由基座320、第一与第二直立壁322、以及顶部326的区段所界定的第一开口 440。绝缘系统162a亦可具有 由基座320、第一与第二直立壁322、 324以及顶部326的相对区段所界定 的第二开口 442。空气可用作此等开口 440、 442的绝缘物。使用空气作为 绝缘物为操作人员提供近接其中的终端结构104以及组件的途径。由于空气用作绝缘物来使终端结构的外部后表面430与外壳112的后 壁119绝缘，因此应将后壁119定位于距表面430足够距离410处。距离 410应至少部分^L终端结构104的最大预期DC电压位准而定。距离410应 足够大以使终端机104的后表面430与外壳112的后壁119的电气接地电 绝缘。空气可具有假定条件下的约72 kV /吋的介电强度。此介电强度可随 相对湿度、高于离子注入机的特定位置的海平面的高度(亦即，气压)、分 离距离以及电极表面精制度而改变。作为解决此等变化的安全措施，可将 空气的32 kV /吋的介电强度可用作设计规则。举例而言，若将终端结构 104通电至600 kV的最大值，使用32 kV /吋的设计规则可将距离410选 择为18. 75吋。可将直立壁322、 324 (以及基座320与顶部326)的固体绝缘物的介电 强度设计成允许壁322、 324的电压降落等于终端结构104的最大预期DC 电压位准。在一个实施例中，直立壁322、 324的固体绝缘物可接触终端结 构的相关外表面。直立壁322、 324的固体绝缘物亦可接触接地的外壳1U。 因此，直立壁324的厚度408可视终端结构104的最大预期DC电压位准以 及为直立壁324选择的特定固体绝缘物的介电强度而定而变化。举例而言， 若终端结构104的最大预期DC电压位准为600 kV且直立壁的可靠介电强 度为200 kV /吋，则壁应具有3吋的厚度408。由于电荷沿直立壁322、 324的内表面迁移，因此可以波浪形或波紋形 表面385制造内表面以有效增加用于迁移电荷的循轨长度。假定10kV/吋的 循轨长度要求，对于通电至600 kV的终端机104，侧壁322、 324的平滑内 表面的长度可能为60吋。波浪形或波紋形表面385可赋能此长度减少3倍12或减少至约仅20吋。可以类似方式将基座320以及顶部326的内表面制造 有波浪形或波紋形表面。图5为具有一有五侧的固体绝缘物的绝缘系统162b的第二实施例的透 视图，以及图6为沿图5的线A-A所截取的第二实施例的横截面图。类似 于第一实施例，可由单片(例如，单体结构)制造五侧的每一者以减少形 成于接头处的截留空气的风险。或者，五侧的每一者可个别地制造且接合 在一起以形成绝缘系统162a的五侧结构。与图3以及图4的第一实施例相比而言，图5以及图6的第二实施例 的绝缘系统162b具有一额外后直立壁328 (参见图6)。直立后壁328可耦 接至基座320的后部、第一直立壁322、第二直立壁324以及顶部326的后 部。类似地标记类似于图4以及图5的第一实施例的第二实施例的其他组 件且因此为清楚起见，省略任何重复描述。由于第二实施例使用后直立壁328，因此外壳112的后壁119可接触后 直立壁328的外表面。可选择后直立壁328的厚度608类似于第一直立壁 324的厚度408。亦即，可选择厚度608以允许后直立壁328的电压下降等 于终端结构104的最大预期DC电压位准。因此，厚度608可视终端结构104 的最大预期DC电压位准以及为后直立壁所选择的特定介电质的介电强 度而定而变化。或者，绝缘系统162b的后直立壁可〗又接触外壳112的后壁II9,且 一气隙可形成于后直立壁328与终端机104之间。然而，在此实例中，后直 立壁328可能仍需要远离终端结构104的有效电压位准。图7为绝缘系统162c的第三实施例的透视图，以及图8为沿图7的线 A-A所截取的绝缘系统162c的第三实施例的横截面图。绝缘系统162c可包 括安置于终端结构703的外表面的一部分周围的绝缘物732、 734。空气可 用于绝缘终端结构703的外表面的剩余部分。 一般而言，可将固体绝缘物 732、 734安置于具有过量电气应力的终端结构703的外表面的部分周围(例 如，边缘以及转角)。其他终端结构可具有需要额外固体绝缘物的额外部分 (例如，垂直边缘)。终端结构703可包括一基座702、四个耦接至基座702的直立壁704、 706、 708、 710以及一顶部712。四个直立壁704、 706、 708、 710可由一 个固体材料片或任何多个独立片制造。可将绝缘物732安置于直立壁7(M、 706、 708、 710与顶部712的接面周围，而可将绝缘物734安置于直立壁 704、 706、 708、 710与基座702的接面周围。绝缘物732、 734可为固体绝 缘物。在一个实施例中，绝缘物"2、 734可具有一大体上管状几何形状。固体绝缘物732、 734可包括(但不限于)相对于图3的实施例详细描 述的固体绝缘物中的任一者，例如，聚乙烯、混凝泡(基于聚硅氧或环氧树脂的玻璃微球)、聚四氟乙烯(PTFE)、氯化聚氯乙烯(CPVC)或聚偏二 氟乙烯(PVDF)。在一个实施例中，固体绝缘物732、 734可为贯穿绝缘物 732、 734的整个横截面的固体材料。举例而言，图8A说明沿图7的线B-B 的固体绝缘物732的一个实施例732a的横截面图，其具有贯穿绝缘物732a 的整个横截面的固体介电材料以绝缘均以幻影所说明的侧壁7 06与顶部712 的接面。或者，绝缘物732可具有一界定如图8B的实施例732b所说明的 内部空腔854的外部固体绝缘物852。可用气体填充内部空腔854。在一个 实施例中，气体可为加压空气。在一些实例中，可利用诸如二氧化碳(C02) 或六氟化硫(SF6)的气体，且视此等气体的非加压介电强度而定，可能不 需要对此等气体进行加压。在离子注入机的操作期间，可将终端结构703通电至至少200千伏。在 一个实施例中，四个直立壁中的一或多者可具有一部分718,部分718具有 至少一个铰链722以及锁定机构724以充当用于允许人员近接终端结构703 的内部空腔的门。图9为具有一液体绝缘物902的绝缘系统162d的第四实施例的横截面 图。不透液体的空腔可形成于终端结构104的外表面与外壳912之间。可 将液体绝缘物902安置于此不透液体的空腔中。液体绝缘物902可包括(但 不限于)油。亦可将诸如纸904的固体安置于液体绝缘物902内以增强液 体的介电性质。可首先将纸904紧紧地包覆在终端结构104周围，且可将 诸如油的液体绝缘物902用力推入多张纸904之间的不透液体空腔中。图10为具有加压气体绝缘物的绝缘系统16^的第五实施例的示意性 方块图。加压气体可包括(但不限于)空气、C02或SF6。外壳1012可由适 当材料以及结构制造以耐受气体的选定压力。外壳1012可封闭终端结构 104。因此，可由外壳1012的内表面以及终端结构104的外表面界定一室。 可将加压气体安置于室中使得加压气体使终端结构104与外壳1012的电气 接地绝缘。对于相同压力，C02具有比空气稍微更高的介电强度。气体的介 电强度与遍及有关压力范围的压力成相对线性关系，例如，若增加气体压 力，则介电强度线性增加，因此允许终端结构104与接地外壳1012之间的 距离较短。与 一 实施例 一致的终端结构绝缘系统可允许一 离子注入才几在保持或减 小离子注入机的外壳的占据面积大小时，仅利用直DC加速用于较高的注入 能量。此亦可消除定位于质谱分析器下游的加速器(例如，DC串联加速器 或RF线性加速器)的需要，且因此消除与此等加速器相关的成本、复杂性 以及无效性。转至图11，说明具有根据第一实施例的气体盒绝缘系统1100a的图1的 气体盒106的透视图。可将气体盒106通电至40 kV与120kV之间。 一般而言，气体盒绝缘系统经组态以在接近气体盒106的至少一个外表面的区 域中提供大于约72千伏/吋的有效介电强度。尽管说明为图11中的固体绝 缘物，但至少一个绝缘物可为液体绝缘物、加压气体，或固体、液体、加 压气体的组合，以及类似于先前为终端结构绝缘系统实施例所详细描述的
空气。举例而言，可利用类似于图7、 8、 8A以及8B的终端结构绝缘系统 的固体绝缘物以及空气的组合。在此实例中，可将固体绝缘物安置于具有 过量电气应力的气体盒106的外表面的部分周围(例如，边缘以及转角)，且 可以其他方式利用空气。
在图11的第一实施例中，气体盒绝缘系统1100a可包括一具有接触气 体盒106的相关外部底面的一侧1102的固体绝缘物。固体绝缘物的一侧 1102可经平坦成形且充当气体盒106可依靠在上面的基座，如图11所说明。
固体绝缘物材料可包括(但不限于)相对于图3的实施例所详细描述 的固体绝缘物的任一者。详言之，固体绝缘物可为聚乙烯、低密度聚乙烯、 混凝泡、固体环氧树脂、PTFE、 CPVC、 PVDF或玻璃纤维等等。可回应于气 体盒106的最大预期DC电压以及所选定的特定固体绝缘物的介电强度来选 择固体绝缘物的基座1102的厚度。
图12为具有根据第二实施例的气体盒绝缘系统1100b的图1的气体盒 的透视图。气体盒绝缘系统100b可包括一固体绝缘物，固体绝缘物具有包 括基座1102以及第一直立侧壁1104的两侧。侧1102、 1104中的每一者可 接触气体盒106的相关外表面。类似于先前终端结构绝缘系统，此以及其 他多侧实施例的各侧1102、 1104中的每一者可由单片(例如，单体结构) 制造以减小形成于接头处的截留空气的风险。或者，各侧的每一者可个别 地制造且接合在一起。
图13为具有根据第三实施例的气体盒绝缘系统1100c的图1的气体盒 的透视图。气体盒绝缘系统1100c可包括一固体绝缘物，固体绝缘物具有 包括基座1102、第一直立侧壁1104以及顶部1106的三侧。侧1102、 1104、 1106中的每一者可接触气体盒106的相关外表面。
图14为具有根据第四实施例的气体盒绝缘系统1100d的图1的气体盒 的透视图。气体盒绝缘系统1100d可包括一固体绝缘物，固体绝缘物具有 包括基座1102、第一直立侧壁1104、第二直立侧壁1108以及顶部1106的 四侧。侧1102、 1104、 1106、 1108中的每一者可接触气体盒106的相关夕卜 表面。
图15为具有根据第五实施例的气体盒绝缘系统1100e的图1的气体盒 的分解透视图，而图16为相同物件的组装透视图。图17为沿图16的线A-A 所截取的组装系统的横截面图。第五实施例的气体盒绝缘系统1100e可包 括一固体绝缘物，固体绝缘物具有包括基座1102、第一直立侧壁1104、第二直立侧壁1110、顶部1106以及后直立侧壁1108 (后侧壁1108在图17 中查看最佳)的五侧。侧1102、 1104、 1106、 1108、 1110中的每一者可接-触气体盒106的相关外表面。
五侧1102、 1104、 1106、 1108、 1110可形成一开口 1170以为人员才是 供近接气体盒106的途径。第一与第二直立侧壁1104、 1110的长度(12)以 及基座1102与顶部1106的长度(12)可长于气体盒106的长度(ll)，使得当 将气体盒106插入至开口 1170中时，侧1102、 1106、 1104、 1110中的每 一者的部分自气体盒106的末端向外延伸。此延伸可提供电荷迁移保护，且 尽管未说明，可将未接近气体盒的各侧1102、 1106、 1104、 1110的表面制 成波浪形或波紋形以使得能够减少延伸长度。类似地，尽管未说明，亦可 将不接近图11至图20的所有实施例的气体盒的其他侧的内表面制成波浪 形或波紋形以有效地增加用于迁移电荷的循轨长度。
接近气体盒106的各侧1102、 1104、 106、 1108、 1110的内表面可具 有一导电部分(未说明)，例如金属。因此，在一些实例中，接近气体盒106
的侧的内表面可称为被"金属化"。未接近气体盒的侧的其他部分可不被金 属化，但可^L制成波浪形或波紋形以增加用于迁移电荷的循轨长度。接近气 体盒的气体盒绝缘系统的其他实施例的内表面亦可被"金属化"。此外，气 体盒106的外表面亦可被金属化以确保无空气孔隙的接地连接。
图18为具有根据第六实施例的气体盒绝缘系统1100f的图1的气体盒 的分解透视图，而图19为相同物件的组装透视图。图20为沿图19的线A-A 所截取的组装系统的横截面图。第六实施例的气体盒绝缘系统1100f可包 括一固体绝缘物，固体绝缘物具有包括一基座1802、第一直立侧壁1S(M、 第二直立侧壁1S10、顶部1806以及后直立侧壁1808的五侧。侧1802、 1804、 1806、 1808、 1810中的每一者可接触气体盒106的相关外表面。
气体盒绝缘系统1100f亦可包括一可移除盖1830，在将气体盒插入至 由五侧1802、 1804、 1806、 1808、 1810所形成的开口中时，可将可移除盖 1830置放于气体盒106之上。可移除盖1830使得侧壁1804、 1810、基座 1802以及顶部1806的长度(13)短于第五实施例的长度(12)。长度(13)可稍 微长于气体盒的长度(11)以使得能够将气体盒安装在由气体盒绝缘系统 1100f所形成的空腔内部。可移除盖1830可具有在将可移除盖1M0插入至 有五侧结构的部分上时，与所述侧的相关部分紧密配合以形成一密封空腔 的部分。举例而言，部分1834可与顶部1806紧密配合，且部分1838可与 侧壁1810紧密配合。
虽然已描述至少一个说明性实施例，但熟习此项技术者将易于想到各 种更改、修改以及改良。此等更改、修改以及改良意欲在本揭露案的范畴 之内。因此，前述描述仅作为实例且并非意名欠作为限制。
1权利要求
1、一种离子注入机，其特征在于包括离子源，其经组态以提供离子束；终端结构，其界定空腔，所述离子源至少部分地安置于所述空腔内；以及绝缘系统，其电绝缘所述终端结构，所述绝缘系统经组态以在接近所述终端结构的至少一个外表面的区域中提供大于72千伏/时的有效介电强度。
2、 根据权利要求1所述的离子注入机，其特征在于其还包括经组态以 将所述终端结构通电至至少200 kV的加速电源。
3、 根据权利要求2所述的离子注入机，其特征在于所述的加速电源经 组态以将所述终端结构通电至600 kV。
4、 根据权利要求1所述的离子注入机，其特征在于所述的绝缘系统包 括具有大于72千伏/吋的介电强度的至少一个绝缘物。
5、 根据权利要求4所述的离子注入机，其特征在于所述的至少一个绝 缘物包括固体绝缘物。
6、 根据权利要求5所述的离子注入机，其特征在于其还包括界定内部 体积的外壳，所述终端结构安置于所述内部体积内，且所述固体绝缘物安 置于所述外壳的内表面与所述终端结构的所述至少一个外表面之间的所述 内部体积内。
7、 根据权利要求5所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘物包括基座、耦接至所述基座的一端的第一直立侧壁、耦接至所述基座的另 一端的第二直立侧壁以及耦接至所述第一与第二直立侧壁的顶部，其中所述基座、所述第一与第二直立侧壁以及所述顶部接触所述终端结构的相关外表面。
8、 根据权利要求7所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘物 包括混凝泡。
9、 根据权利要求7所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘物 包括聚乙烯、聚四氟乙烯、氯化聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚硅氧或环氧 树脂。
10、 根据权利要求7所述的离子注入机，其特征在于所述的绝缘系统 具有由所述基座、所述第 一与第二直立侧壁以及所述顶部的区段所界定的 第一开口，以及由所述基座、所述第一直立侧壁、所述第二直立侧壁以及 所述顶部的相对区段所界定的第二开口 ，其中所述绝缘系统还包括空气以 绝缘所述第 一开口与所述第二开口 。
11、 根据权利要求7所述的离子注入机，其特征在于所述的绝缘系统具 有由所述基座、所述第 一与第二直立侧壁以及所述顶部的区段所界定的开 口，且其中所述固体绝缘物还包括耦接至所述基座、所述第一与第二直立侧 壁以及所述顶部的相对区段的后直立壁，其中所述后直立壁接触所述终端 结构的相关外表面且所述绝缘系统还包括空气以绝缘所述开口 。
12、 根据权利要求5所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘 物耦接至所述终端结构的所述至少一个外表面的部分，且其中所述绝缘系 统包括安置于所述终端结构的剩余部分周围的空气。
13、 根据权利要求12所述的离子注入机，其特征在于所述的部分包括 所述终端结构的侧壁与顶部的接面以及所述终端结构的所述侧壁与底部的 接面。
14、 根据权利要求13所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘 物包括混凝泡。
15、 根据权利要求13所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘 物包括聚乙烯、聚四氟乙烯、氯化聚氯乙烯、聚偏二氟乙蹄、聚硅氧或环 氧树脂。
16、 根据权利要求13所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘 物界定内部空腔，且所述绝缘系统还包括安置于所述内部空腔中的气体。
17、 根据权利要求16所述的离子注入机，其特征在于所述的气体包括 加压空气。
18、 根据权利要求13所述的离子注入机，其特征在于所述的侧壁的部 分形成门，所述门在打开时经组态以提供近接所述终端结构的所述空腔的 途径。
19、 根据权利要求4所述的离子注入机，其特征在于所述的至少一个绝 缘物包括液体绝缘物。
20、 根据权利要求19所述的离子注入机，其特征在于所述的液体绝缘 物包4舌油。
21、 根据权利要求19所述的离子注入机，其特征在于所述的绝缘系统 还包括安置于所述终端结构周围的固体绝缘物，且所述液体绝缘物安置于 所述固体绝缘物中。
22、 根据权利要求21所述的离子注入机，其特征在于所述的固体绝缘 物包括纸，且所述液体绝缘物包括油。
23、 根据权利要求1所述的离子注入机，其特征在于其还包括经组态以 封闭所述终端结构的外壳，所述至少一个绝缘物包括安置于由所述外壳与 所述终端结构所界定的室中的加压气体。
24、 根据权利要求23所述的离子注入机，其特征在于所述的加压气体包括加压空气、二氧化碳或六氟化^E克。
25、 根据权利要求1所述的离子注入机，其特征在于其还包括定位于所述离子源下游的质谱分析器，所述质谱分析器经组态以自所述离子束移 除不想要的物质，且所述离子注入机还包括经组态以将待离子化的气体提 供于所述离子源中的气体盒，所述气体盒亦至少部分地安置于所述空腔内。
26、 根据权利要求25所述的离子注入机，其特征在于其还包括经组态 以电绝缘所述气体盒的气体盒绝缘系统，所述气体盒绝缘系统包括具有大 于72千伏/吋的介电强度的至少一个绝缘物。
27、 根据权利要求26所述的离子注入机，其特征在于所述的气体盒绝 缘系统的所述至少 一个绝缘物包括具有至少 一侧接触所迷气体盒的相关外 表面的固体绝缘物。
28、 一种离子注入机，其特征在于包括 离子源，其经组态以提供离子束；气体盒，其经组态以将待离子化的气体提供于所述离子源中； 终端结构，其界定空腔，所述离子源以及所述气体盒至少部分地安置 于所述空腔内；终端结构绝缘系统，其电绝缘所述终端结构，所述终端结构绝缘系统 经组态以在接近所述终端结构的至少一个外表面的区域中提供大于72千伏 /吋的有效介电强度；气体盒绝缘系统，其经组态以电绝缘所述气体盒，所述气体盒绝缘系 统包括具有至少一侧接触所述气体盒的相关外表面的固体绝缘物；质谱分析器，其定位于所述离子源的下游，所述质谱分析器经组态以 自所述离子束移除不想要的物质；以及终端站，其定位于所述质谱分析器的下游，所述终端站包括压板，所述压板具有表面以支撑其上的晶圆。
29、 根据权利要求28所述的离子注入机，其特征在于所述的气体盒绝 缘系统的所述固体绝缘物包括基座、耦接至所述基座的一端的第一直立侧 壁、耦接至所述基座的另一端的第二直立侧壁以及耦接至所述第一与第二 直立侧壁的顶部，其中所述基座、所述第一与第二直立侧壁以及所述顶部 接触所述气体盒的相关外表面。
全文摘要
离子注入机(100)包括经组态以提供离子束(152)的离子源(102)、界定空腔(110)的终端结构(104)，所述离子源至少部分地安置于空腔内，以及包括绝缘系统(162，171)。所述绝缘系统经组态以电绝缘终端结构且经组态以在接近终端结构的至少一个外表面的区域中提供大于约72千伏/时的有效介电强度(dielectric strength)。本发明亦提供用来电绝缘离子注入机的气体盒(106)的气体盒绝缘系统。
文档编号H01L21/265GK101410930SQ200780010722
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月31日
发明者D·杰弗里·里斯查尔, 史蒂夫·E·克劳斯, 拉塞尔·罗, 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