DE2550349A1

DE2550349A1 - Verfahren und vorrichtung zur extraktion gut ausgebildeter ionenstrahlen hoher stromstaerke von einer plasmaquelle

Info

Publication number: DE2550349A1
Application number: DE19752550349
Authority: DE
Inventors: Robert L Seliger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-11-10
Publication date: 1976-05-13
Also published as: GB1531505A; US3955091A

Description

William P.Robinson, Austin und Robert L.Seiigei,Agoura, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Extraktion gut ausgebildeter Ionenstrahlen hoher Stromstärke von einer Plasinaquelie.

Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren zur Extraktion von lonenstrahlen von einem Plasma und besonders Verfahren und Vorrichtungen zur Extraktion von gut ausgebildeten Ionenstrahlen hoher Stromstärke von einem Plasma unter Benutzung einer hohen Extraktjonsspannung in einem Extraktionssystem niedriger Perveanz.

Die Erzeugung anfangs gut ausgebildeter lonenstrahlen ist in Ionen-'Implantationssystemen, in denen ein wirksamer Transport des Strahles benötigt wird, und in Ionenmikroskopen, in denen eine grolle Helligkeit gewünscht wird, wesentlich.

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? 5 5 ü 3 4 9

In einem typischen Ionenimpiantationssystem mit guter Strahlkollimatioa wird der Strahl gewöhnlich über eine lange Strecke, gewöhnlich 3 bis km , transportiert. Die Strahlstrecke kanu einen Massenanalysator, Ablenkplatten zum Kastern des Strahles und üriftabsehnitte enthalten. Der Transport und die Beeinflußimg des Strahles entlang seines Weges hat im allgemeinen einen bedeutenden Verlust von Strahlütroin zur Folge gehabtj dieser Verlust von Strahlstrom ist besonders bedeutend, kutm ein Strahl hoher Stromstärke von Ionen wie Bor ,Phos^ior oder Arsen für Anwendungen wie z.-B. Ionenimplantation gewiinscut wird. Deshalb ist eine Extraktion von gut ausgebildeten Ionenstrahlen hoher Stromstärke mit kleiner Divergenz und weniger Aberration als bei den bisher durch gewöhnliche Extraktionstechniken erhaltenen Strahlen erstrebenswert, um Strahlstromverluste bei nachfolgender Strahlbeeinfiußung so klein wie möglich zu machen.

Es ist ein Hauptzweck der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Extraktion von gut ausgebildeten Ionenstrahlen hoher Energie zu schaffen, die größere Intensität und weniger Divergenz und Verzerrung als die durch die üblichen Verfahren und Vorrichtungen hergestellten haben. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein gut ausgebildeter Ionenstrahl hoher Stromstärke von einer Elektronenstrahl (Penning) -Ionenquelle (Plasmaerzeuger) durch ein Ionenextraktionssystem niedriger Perveanz extrahiert. Das Ionenextfaktionssystem schließt eine PokussLerungselektrode mit einer Ionenquellenöffnung und einer Extraktionselektrode mit einer Ionenausgangsöffnung ein, wobei die Extraktionselektrode in axialer Richtung von der Ionenquellenöffnung

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eine Entfernung hat, die mindestens das 5-fache des Radius der Ionenausgangsöffnung beträgt.

Zwischen den Elektroden wird eine vorbestimmte Spannungsdifferenz angelegt, und der Piasraaerzeuger wird in Betrieb genommen. Die Ionen werden von dem Plasma extrahiert und durch die Öffnungen der !okulierenden und extrahierenden Elektroden hindurch geleitet , um einen gut ausgebildeten Strahl zu bilden. Die Elektrodenperveanz des Extraktions— systems wird unter ca. 5 x lo~ AV"""⁵' gehalten. Die Eiektrodenanordnungen sind vom mit einer Öffnung versehenen Piercetyp, wobei die Aquipotentiailinien , die zwischen ihnen er?eugt werden, im allgemeinen senkrecht auf der Strahlachse stehen. Die Extraktion niedriger Pt.veanz der Ionen durch eine Elektrodenanordnung vom Piercetyp hat zur Folge, daß ein gut ausgebildeter Ionenstrahl hoher Stromstärke zur Verwendung wie z.B. Ionenimplantation hergestellt wird.

Eine vorteilhafte Ausfiihrungsforin wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in teilweisem Querschnitt einen Plasma-Ionen-Erzeuger und ein Extraktionssystem gemäß einer Ausfiihrungsf orin der Erfindung,

Fig. 2 in schematicher Darstellung Ionenextraktion hoher Perveanz aus einer Plasmaquelle unter Benutzung bisher verwendeter Elektroden mit deren konventionellen Formen und Abständen und

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung Ionenextraktion niedriger Perveanz aus einem Plasmaerzeuger unter Benutzung der Vorrichtung von Fig.i.

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/ ο Ό U J 4 ;:

Die konventionelle Methode der Extraktion von IonenstrahLen für Ionenimplantation benutzt ein Extraktionssystem hoher Perveanz, in dein ein vergleichsweise niedriges Extraktionspotential von z.B. 2okV zwischen dicht beioinanderliegendeu Elektroden angelegt wird, um den elektrischen Feldgradienten zu erzeugen, der benötigt wird, um einen Strahl mit der gewünschten Stromstärke zu extrahieren. Das Verhältnis des Elektrodenabstandes zum Of fnungsradiu s in konventionellen lonenextraktionsvorrichtungen ist gewöhnlich kleiner als l,o und oft kleiner aJs 0,5.· Durch das kleine Verhältnis von Extraktionsöffnung und Elektrodenabstand wird bewirkl, daß die Äquipotentiallinien zwischen den Elektroden und in der Extraktionsöffnung verzerrt werden. Da die querlaufenden elektrischen Feldlinien deshalb nicht parallel sind, divergieren die Ionenbahnen in kurzer Entfernung hinter der Quelle nach außen. Die nachfolgende Korrektur dieser optischen Fehler oder Aberrationen des Ionenstrahls, die durch die Dffnungsverzerrung im Extraktionsgebiet dem Strahl mitgegeben wurde , ist so gut wie unmöglich. Der Strahl kann nur unter großen Strahlstrom-und/oder Leistungsverlusten wieder fokussiert werden. Außerdem begrenzt der kleine Elektrodenabstand die Extraktionspotentiale , die zwischen den Elektroden ohne Gefahr von elektrischen Durchschlagen oder ungewünschter Strahlverzerrung angelegt werden können. Dies wiederum begrenzt die Ionenstrahlströme, die in einigermaßen gut ausgebildeten Strahlen durch solche Vorrichtungen und Verfahren erreicht werden können.

Elektronen- und Ionenkanonen sind nach einem Perveanz P genannten Parameter eingeteilt worden, der als das Verhältnis des Stromes I im Strahl zur dritten Potenz aus der Wurzel der Anoden— oder Extraktorspannung V

definiert worden ist. Dieser Parameter ist ein Maß des

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? R S .; Ή

Strahlfiusses oder der Felddichte und ist durch den Gebrauch in Verbindung mit rauniladungsbegrenzteti Dioden und ähnlichen Einrichtungen bekannt, wo er lediglich eine Funktion der geometrischen Anordnung ist« Bei der Beschreibung von Elektronen— und Ionenextraktionsvorrichti..igen wird die Spannung V der Extraktionselektrode an Steile von V, benutzt, und der Parameter wird als Elektro.ienperveatiz P₁-ausgedrückt. In bisherigen Vorrichtungen ist. ein Ziel gewesen, ein so großes P — wie möglich zu erhalten, um die größtmögliche Zahl von Ionen bei einer gegebene^ Extraktiousspannung von der Quelle zu extrahieren.

Das Problem der Verzerrung der Aquipotentiaiiinien in Ionenextraktionssys tenien mit hoher Perveanz ist besonders groß, wenn eine Plasmaquelle und nicht eine geometrisch abgegrenzte feste Quelle verwendet wird. Sobald die Extraktionsspannung angelegt wird, bildet das Plasma der Quelle eine Hülle bzw. Schicht, die die Öffnung der fokussierenden Elektrode (Ionenquelle) bedeckt.Die Form der freiliegenden Oberfläche der Hülle bzw. Schicht ändert sich mit den Arbeitsbedingungen, wie der Ionendichte des Piasinas, dem Potential der Extraktionsspannung und der Form der elektrischen Feldlinien in der unmittelbaren Nähe der Ionenquellenöffnung.Die Ionen werden von diesem auf die öffnung zeigenden Teil der Hülle extrahiert, und ihre Anfangsrichtung wird im wesentlichen durch die Form der Hülle bestimmt. Erhöhte elektrische Feidgradienten führen dazu , daß die Hülle stärker konkav wird. Da die lonenbahnen senkrecht zur Oberfläche der Schicht gebildet werden, haben Versuche, lonenstrahlen hoher Stroms taxae durch Erhöhung der Extraktorspaunung zu erzeugen bisher zu verzerrten lonenbahnen und divergierenden Strahlen geführt. Als Folge davon ist der Strom von anneambar

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gut ausgebildeten Ionenstru.ilen , die rait konventionellen Verfahren und Vorrichtungen hergestellt werden konnten, begrenzt gewesen.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein lonengenerator uiit einer Giühfadenelektronenkanone (Penning-Generator) des gegenwärtig in Ionenimplantationsvorrichtungen benutzten Typs mit einem lonenextraktionssystem niedriger Perveauz gekoppelt, um einen gut ausgebiluuten Strahl von ioneiihoher Stromstärke zu erzeugen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, schließt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung eines gut gebildeten Strahles von Ionen mit hoher Sⁱromstarke gemäß der Erfindung Ionenquellenmittel ein, die durch das Bezugszeichen Io be~ zeichnet sind, in Verbindung mit Fokussierungs- und Extrakti elektroden 14 und 1ö mit Pierce-Geoinetrie. Das lonenquellernmittel ist eine gewöhnliehe mit einer Glühkatodenelektronenkanone versehene Penning-Ionenquelle, die eine Quellengrund— fläche 2b mit einen Gaseinlaß 2Ί , durch den das Gas de. Quelle zugeführt wird, einschließt. Der Glühfaden 12 ist auf der Quellengrundflache angebracht und stellt eine Quelle von Elektronen zum Beschüß dar. Solenoid 2o und Anode 22 haben konventionellen Aufbau. Die ioaissierende Elektrode lh ist an der Ionenquelle gegenüber dem Gaseinlaß angebracht und definiert wie gezeigt eine Ionenquellenöffnung 2b mit einem Radius H₁₁₁. Die Extrakt i onselektrode 18 ist an der Grundplatte der Ionenquelle über den Isolator 3o angebracht, der wie unten weiter ausgeführt werden wird die Extraktionselektrode trägt. Daw Plasma wird auf konventionelle Weise in der durch das Bezugszeichen Ib bezeichneten Kammer erzeugt.

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Die Extraktionselektrode definiert eine Ausgangsöffnung 3- , die dieselbe Achse wie die Ionenquellenöffnung und eineu Radius R₀ hat. Die Extraktionselektrode hat von der Ionenquellenöffnung entlang der Mittellinie 3^ des linenstrahles eine Entfernung S, die mindestens 5mal so groß ist wie der Radius R_p der Ionenausgangsöffnung.

Obwohl ein Verhältnis von Elektrodenabstand S zum Radius der Ionenausgangsöffnung R,, von wenigstens 5 bevorzugt wird, wird anerkannt, dall Ionenquellen "in Übereinst' uimung mit der Erfindung wirksam gut ausgebildete Ionenstrahlen mit größeren oder kleineren S/R^-Verhältnissen herstellen können. Das Verhältnis S zu R„ in Ionenextraktionsanordnungen hoher

ti

Pervoanz ist normalerweise kleiner als l,o. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können Verhältnisse benutzen, die sich diesem Wert mit abnehmendem Vorteil näh.ern. Das S/R„-Verhältnis kann auch größer als 5 sein, und Verhältnisse von 6 bis b oder sind zufriedenstellend, während größere Verhältnisse ebenfalls benutzt werden können.

Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, daß die bei der Ionenstrahlerzeugung benutzten Elektrodenöffnungeu zweckmäßigerweise normalerweise kreisförmig sind und daß andere geometrische Anordnungen in gewissen Anwendungen benutzt werden können. In solchen Fällen bleibt das Konzept der Extraktion mit niedriger Perveanz erhalten. Zum Beispiel sollte im Fall eines bandförmigen Strahles das Verhältnis des Elektrodenabstandes zur Breite des lhtndes mindestens 5 betragen.

Zusätzlich dazu, daß der Isolator 3o die Extraktionselektrode trägt, isoliert er die Extraktionselektrode von der fokussierenden Elektrode. Das Ionenquellenmittel wurde zwar als

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ein Plasmagenerator mit einer Glühfaden—Elektronenkanone beschrieben. Es wird jedoch anerkannt, daß zahlreiche konventioneile Plasinaerzeuger zur Herstellung des gewünschteu Ionenplasmas benutzt werden können. Z.Ji. können üliinraeutladungsquellen, Bogeaentladurigsqueiien, Radiofrequenzquellen oder gemischte Quellen, die eine Kombination der vorhergehen—, den darstellen, in Verbindung mit der Elektrodenanordnung der Erfindung bei der Extraktion mit niedriger Perveanz von gewünschten Ionenstrahien benutzt werden.

Wie oben ausgeführt wurde, ist die Perveanz ein Parameter, der mit der Anzahl von Ionen, die bei einer gegebenen . Extraktionsspannung extrahiert werden können, i.n Zusammenhang steht. Obwohl dieser Begriff gewöhnlich aus Zweckmäßigkeitsgründen als Elektronenperveanz ausgedruckt und mit P bezeichnet wird, wird es anerkannt, daü entsprechende Perveanzen für gegebene . strahierte Ionenstrahien gemäß der Beziehung

^Pi = *»' Jh 1/2

bestimmt werden kön./en, wo p. die Perveanz des gewünschten Ions, M. und M _ die Massen des extrahierten Ions und von Elektronen darstellen.

Es ist klar, daß Ionenquellen oder lonenerzeuger, die ein Plasma herstellen, von dem der Ionenstrahl extrahiert wird, gewöhnlich ein Gemisch von Ionen liefern. Die Elektronen, die das Speisegas ionisieren, um das Pia <aa aufrecht zu erhalten, werden alle Arten von Molekülen und Atomen,

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die sich in der Entiadungskammer befinden, ionisieren, einschließlich der Verunreinigungen im Speisegas. Zusätzlich zur gewünschten Ionenart, wie z.B. B⁺ , das bei der Ionisation von BF- Speisegas erhalten wird, können andere lonensorten von der Dissoziation des BF-, und anderer Gase in der Entiadungskammer auftraten. Im Falle des BF., umfaßt das gewünschte B+ Ion weniger als lo> des extrahierten Strahles, und das vorherrschende Ion ist BF₂+ . Der extrahierte Strahl wird verschiedene Ionen enthalten; et; ist klar, daß alle diese Ionen von der Plasinahülle extrahiert werden und daß der extrahierte Strahlstrom sich auf diesen zusammengesetzten Strahl beziehen wird. Der totale Strom wird unter Berücksicntigung aller Ionen des extrahierten Strahles der raumiadungsbegrenzten Beziehung auf der Grundlage einer äquivalenten Masse genügen. Iu einer Ionenimplantationsvorrichtung wird der extrahierte Strahl gewöhnlich durch einen Analysatormagneten geleitet, um die gewünschte lonenart von dem Rest des extrahierten Strahles zu trennen. Der resultierende analysierte Strahl von gewünschten Ionen wird dann weiterer Behandlung unterzogen, um den gewünschten Ionenstrahl zürn Implantationstarget mit minimalem Stroinverluöi zu bringen.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Perveanz ungefäh» j,5 χ lo~^b AV°' ·. P kann so hohe Werte wie ungefähr Io χ Io AV ' und niedrige Werte wie ungefähr lo~ AV ' annehmen, obwohl ein Wert unter ungefähr 5 χ bevorzugt wird.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines konventionelleu Extraktionssystems mit hoher Perveanz P __= i χ io"~ AV ' *", das zur Hersteilung eines Ionenstrahles von »;Lner Plasmaquelle angewendet wird. Es ist ganz klar, daß der resultierende Strahl große Aberrationen hat, was durch die Tatsache offenbar

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wird, daß sich die Ionenbahnen kreuzen und daß der Strahl in Richtung von der Extraktionselektrode weg aufeinander geht.

Um die Aberrationen und Divergenzen zu vermeiden, die bei bisher bekannten Extraktionssystemen wie dein in Fig.2 dargestellten auftreten, wird gemäß der Erfindung die in Fig.3 dargestellte Pierce-Elektroden-Konfiguration angewendet. Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, sind die ÄquipotentLallinien bei dieser Elektrodenanordnung im allgemeinen viel genauer senkrecht zu den Flugbahnen im ionenstrahl als in Fig.2. Hierdurch wird weitgehend verhindert, daß die I_onen auf ihren Bahnen auseinander streben. Durch Extraktion eines anfänglich gut geformten Strahles mit kleiner Divergenz und weniger Aberration als die mit gewöhnlichen Extraktionstechniken erhaltenen Strahlen kann ein wirksamerer Gebrauch von Plasmaerzeugern gemacht werden, und es wird weniger Strahlstrom bei der nachfolgenden bei Ionenimplantation notwendigen Steuerung des Strahles verloren. Nach Analyse des Strahles werden gemäü der Erfindung im wesentlichen alle extrahierten Ionen der gewünschten Art auf das Target gebracht.

Die Bedienung von lonenstrahlquellen gemäß der Erfindung ist ganz und gar verschieden von der Bedienung früherer Vorrichtungen. Man kann wohl ohne weiteres einsehen, daß theoretische oder empirische graphische Darstellungen des Ionenstrahles gegen die Extraklionsspannung für die einzelnen erfindungsgemäßen Ionenstrahienquellen entwickelt werden können, so daß der das Gerät Bedienende die richtige Extraktionsspannung bestimmen kann, die zur Erzeugung

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eines Strahls der gewünschten Stromstärke angelegt werden muß. Auf diese Weise kann die Ionenstrahlquelle so bedient werden, daß die Plasmaschicht in ungefähr lester Beziehung zu der Ionenquellenölfnung über einen weiten Bereich von Extraktionsspannungen bleibt.

Nachdem die Hochspannung der Größenordnung von 2o-loo kV an die Extraktionselektrode angelegt ist, wird das Plasma in der Entladungskammer Ib gebildet. Die Extraktionseleklrode wird in Bezug auf das Plasma, auf einem negativen Potential gehalten, und der resultierende Potentialgradient extrahiert einen Teil der Ionen vom Plasma. Die extrahierten Ionen ^! gehen dann durch die Ionenquelle und Ausgangsöffnungen der entsprechenden Elektroden hindurch und bilden den extrahierten Ionenstrahl. Die fokussierende Elektrode hat in ihrem Zentrum eine kleine Öffnung, um die Ionen durchzulassen, von z.B. l,o bis ö,o mm Durchmesser, obwohl größere oder kleinere Öffnungen benutzt werden können. Die kleine Ionenquellenöffnung der Erfindung macht die Wirkung von erhöhten Extraktionsspannungen auf die Plasmaschicht so klein wie möglich. Außerdem erlaubt der größere Abstand zum Radius der Ionenausgangsöffnung die Anlegung sehr viel größerer Extraktionsspannungen, ohne daß Durchschläge zwischen den Elektroden oder unannehmbare Strahlverzerrungen auftreten. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung können z.B. Extraktionsspannungen von bis zu lookV an eiae BF,-Plasraaqueile angelegt werden, um einen Ionenstrahl von 6 bis b mA unter Aufrechterhalturl,-, eines gut ausgebildeten Strahles für Ionenimplantationszwecke zu extrahieren. Dieser extrahierte Strahl wird dann analysiert, um einen B⁺- Ionenstrahl von ungefähr 15o bis zu sogar 4oo Mikroampere am Implantations target zu erhalten.

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Es wird eingesehen werden, dali die Ionenextraktionsanordnung niedriger Perveanz geometrisch ziemlich verschieden von der konventioneiien Anordnung hoher Perveanz ist, die normalerweise bei ionenstrahlen benutzt wird. Elektroden-Konfigurationen niediiger Perveanz sind durch ein großes Verhältnis der Entfernung der Extraktionselektrode votu Ionenausgang der Quelle zu dem Radius der öffnung in der ExtraktionseleLι rode charakterisiert. Dieses Verhältnis sollte grüßer sein als ungefähr 5 in der Erfindung und kann so groß wie ö oder 10,"oder noch großer sein. Es wird eingesehen werden, daß die durch die erfindutigsgeiuaßen Vorrichtungen und Verfahren erreichten verbesserten Ergebnisse über einen weiten Bereich der Verhältni' .e von Abstand zu Offuungsflache auftreten werden, bie liier genannte untere Grenze von 5 ist nicht eine absolute Grenze. Es ist eher so, daß das Verhältnis von 5 ein Wert ist, unterhalb dessen die erreichten Ergebnisse in den meisten Anwendungen weniger vorteilhaft sind als die mit einem Verhältnis von 5 oder einem größeren Verhältnis erreichten.

Die hohen Extraktionsspanuungen, die bei dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung angelegt werden, bieten einen wesentlichen zusätzlichen Vorteil bei Anwendungen, die einen gut ausgebildeten Hochenergie-Ionenstrahl erfordern. Bisher waren die Extraktionsspannungen, die zur Hers teilung eines gut ausgebildeten relativ unverzerrten Ionenstrahls angelegt werden Können, auf 2o bis 3o kV begrenzt. Falls höhere Strahlenergien benötigt wurden, war es notwendig, Beschleunigerröhre zu verwenden, um die Energie des extrahierten Strahls auf das gewünschte i. . veau anzuheben, und diese zusätzliche Strahl behänd lung verursachte weiteren Verlust an Strahlstrom.

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Bei der Erfindung, bei der Extraktionsspannungen von bis zu loo kV oder mehr benutzt werden können, ist die Notwendigkeit Tür weitere Beschleunigung des Strahles zur Erreichung der gewünschten Strahlenergien um immerhin eiuen Faktor 5 oder mehr reduziert, wenn nicht sogar ganz beseitigt, und die Qualität des resultierenüen Strahls ist sehr stark verbessert .

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Claims

Patentansprüche

ι 1. jvorrichtung zur Erzeugung eines gut ausgebildeten Ionen— ^·—Strahls hoher Stromstärke von einem loneuplasma, dadurch gekennzeichnet, daß sie kombiniert eine fokussierende, eine lonenquelienöffnung definierende Elektrode, ein Ionenplasmageneratorraittei nahe der lonenquellenöffnung zur Erzeugung eines Ionenpiasmas und eine eine Ionenausgangsöffnung definierende Extraktionselektrode umfaßt, wobei die Fonenausgan söffnung axial mit der Ionen.queii.en~ Öffnung ausgerichtet ist, die Extraktionselektrode von der lonenquelienöffnung eine Entfernung von wenigsteu» dem 5-fachen des Radius der lonenausgangsöffnung hat, um so eine Ionenextraktionsoptik mit einer Elektronen— perveanz P von nicht mehr als 5 x lo"" AV"^' zu definieren, wobei A die Stromeinheit in Ampere und V die angelegte Extraktionsspannung in Volt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lonenplasinagenerator einen Ionengenerator mit einer Glühfadeneiektronenkanone umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser d^r lonenquelienöffnung zwischen ungefähr l,o und ungefähr ö,o u.,.i beträgt.

4. In Vorrichtungen zur Erzeugung eines Strahles von ausgewählten Ionen von einem loneuplasma, die eine eine lonenquelienöffnung definierende Elektrode, einen lonenplasmagenerator zur Erzeugung eines die ausgewählten Ionen einschließenden Plasmas und eine Extraktionselektrode enthält, die von der fokussiert: tden Elektrode in einer Entfernung angebracht ist uud eine mit der Ionenquellen—

X fdc ussier ende

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öffnung koaxiale Ionenausgangsöi luurig definiert, die Verbesserung, dall die Extraktionselektro,ie von der Ionenquelienöffnung eine Entfernung hat, die mindestens 5 mal so groß ist wie der Radius der lonenausgangsöffnung, um ein lonenextrak tiont>sys tem niedriger Perveanz zu definieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch k, in der die Elektronen—

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perveanz zwischen Ι,ο χ Io AV ' und Ιο,ο χ Io AV liegt, wobei A die Stromeinheit in Amper- und V die angelegte Extrakt!unsspannung in Volt darstellt.

b. In einer Ionenimplantatiousvorrichtung zur Lieferung eines Strahls von ausgewählten Ionen zu einem Implantationstarget, die einen lonenplasinagenerator zur Herstellung eines die ausgewählten Ionen einschließenden Plasmas, eine fokussierende Elektrode, die nahe am ionenplasmagenerator angeordnet ist und eine mit dem Plasma kommunizierende Ionenquelienöffnung definiert, eine Extraktionselektrode, die von der fokussierendeu Elektrode einen Abstand hat und eine mit der Ionen-* quellenöffnung koaxiale Ionenausgangsöffnung zur Extraktion eines Ionenstrahles vom Plasma definiert, und einen lonenstrahlanalysator zum Analysieren des extrahierten Ionenstrahles, um den Strahl der ausgewählten Ionen zu erzeugen, einschließt, die Verbesserung, die die Anordnung der Extraktionselektrode in einer Entfernung von wenigstens dem Fünffachen des Radius der Ionenausgangsöffnung von der fokussierenden Elektrode entlang der Achse des extrahierten Strahles umfaßt, um einen gut ausgebildeten Strahl hoher Stromstärke der ausgewählten Ionen zu definieren.

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7. Verfahren zur Erzeugung eines gut ausgebildeten Ionenstrahles hoher Stromstärke von einein lonenplasma, das die folgenden Stufen umfaßt:

Anlegung einer vorbestimmten Extraktionsspannung an eine Extraktionsoptik niedriger Perveanz, um einen Potentialunterschied zwischen einer Extraktionselektrouo und einer nahe am lonenplasinagenerator gelegenen Fokuss— elektrode zu erzeugen;

Erzeugung eines lonenplasmas mit einer Plasmaschichtgrenze an der fokussierenden Elektrode und

Extraktion eines gut ausgebildeten lonenstrahles hoher Stromstärke vom Plasma ohne weitere Einstellung der angelegten Extraktionsspannung.

ti. Methode zur Erzeugung eines gut ausgebildeten loneustrahles hoher Stromstärke von einem lonenplasma gemäß Anspruch 7, wobei die angelegte Extraktionsspannung zwischen 2o kV uad loo kV beträgt.

9. Verfahren zur Herstellung eines gut ausgebildeten lonenstrahls hoher Stromstärke von einem lonenplasma gemäß Anspruch ti, wobei das Plasma Bortrifluorid ist und der Strom des extrahierten Strahles wenigstens 4 mA beträgt.

lo. Verfahren zur Herstellung eines gut ausgebildeten Strahles hoher Stromstärke von ausgesuchten Ionen von einem lonenplasma zur Implantation in einem Targetmateiial, das die folgenden Stufen umfaßt:

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Anlegung einer vorbestimmten Lxtrak t iousspannung au eine Extraktionsoptik niedriger Pervtauz , die eine Extraktionselektrode und eine l'oküss ieretide Elektrode einschließt, um einen Potentialuniersehied zwischen diesen zu erzeugen, wobei die Fokusseiektrode eine Ionenquel lenölTnung nahe einem lonenplabinagenerator hat, um ein Plasma, das die ausiiewahl ten i neu ent— hiilt, zu erzeugen;

Betreiben des lonenplasuiugenerators, um ein Plasma zu erzeugen, das d-e ausgewählten Ionen enthalt;

Extraktion eines gut ausgebildeten louenstrahles hoher Stromstärke, der die ausgewählten ionen enthalt;

Anaiysierung des extrahierten iunenstrahles, um einen Strahl zu erzeugen, der nur die ausgewählten Ionen enthält und Leitung des analysierten Strahles zu einem Target, um u .* ausgewählten Ionen darin zu implantieret.

11. Verfahren zur Herstellung eines gut ausgebildeten lonenstrahles hoher Stromstärke von einem Ioni.u^lasma gemäß Anspruch Io, wobei die Elektroueuperveanz der lonenextrak tionsoptik nicht größer ist als 5 *■ Io λ V wobei A die Stromeinheit in Ampere und V die angelegte Extraktionsspannung in Volt darstellt.

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