DE69507232T2

DE69507232T2 - Mikrowellen-Ionenquelle zur Ionenimplantation

Info

Publication number: DE69507232T2
Application number: DE69507232T
Authority: DE
Inventors: Peter Rose; Piero Sferlazzo; Frank Raymond Trueira
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2015-09-23
Also published as: ES2127999T3; TW295773B; US5523652A; KR100277296B1; CA2159028A1; EP0703597A1; EP0703597B1; JP3843376B2; JPH08212935A; DE69507232D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionenquellenvorrichtung, beispielsweise zur Anwendung bei einem Ionenstrahlimplantationssystem, und insbesondere wie im ersten Teil des Anspruches 1 beschrieben, eine durch Mikrowellen erregte Ionenquellenvorrichtung zur Erzeugung von Ionen von Quellenmaterialien, die in eine dielektrische Plasmakammer geleitet werden.

Hintergrund der Erfindung

Ionenstrahlen können von vielen unterschiedlichen Bauarten von Ionenquellen erzeugt werden. Anfänglich zeigten sich Tonenstrahlen nützlich bei der physikalischen Forschung, Ein bemerkenswert frühes Beispiel der Anwendung einer Ionenquelle war beim ersten Vakuummassenspektrometer, welches von Aston erfunden wurde und verwendet wurde, um Isotopelemente zu identifizieren. Ionen wurden aus einer Ionenquelle extrahiert, bei der ein Vakuumbogen zwischen zwei Metallelektroden geformt wurde.
Seit diesen frühen Tagen haben Tonenstrahlen Anwendung in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen gefunden, erwähnenswerterweise meistens als eine Technik zum Einleiten von Dotierungsmitteln in einen Silizium-Wafer. Während eine Anzahl von Ionenquellen für unterschiedliche Zwecke entwickelt worden ist, sind die physikalischen Verfahren, durch die Ionen erzeugt werden können, jedoch ziemlich eingeschränkt, und mit Ausnahme einiger Ionenquellen, die Phänomene ausnützen wie beispielsweise das direkte Sputtern oder die Feldemission aus einem Festkörper oder einer Flüssigkeit, sind diese auf die Extraktion von Ionen aus einem Bogen bzw. Lichtbogen oder Plasma eingeschränkt.
Das Plasma in einer Ionenquelle wird durch eine Niederdruckentladung zwischen Elektroden erzeugt, von denen eine oft eine Kathode aus Elektronen emittierenden Filamenten bzw. Fasern ist, und zwar erregt durch Gleichstrom-, Impuls- oder Hochfrequenzfelder. Eine Ionenimplantationsvorrichtung mit einer Ionenquelle, die Elektronen emittierende Filamente verwendet, wie eine Kathode, wird offenbart im US-Patent 4 714 834 von Shulaby. Das Plasma, welches auf diese Weise geformt wird, wird gewöhnlicherweise verstärkt bzw. verbessert durch geformte statische Magnetfelder. Die aktiven Elektroden, insbesondere die Kathode mit den heißen Filamenten bzw. Fasern und die Plasmakammerwände, die als die Anode wirken, werden durch energiereiche und chemisch aktive Ionen und Elektronen angegriffen. Die Lebensdauer der Ionenquelle ist oft auf einige wenige Stunden durch diese Einwirkungen eingeschränkt, insbesondere wenn die gasförmigen Mittel, die in die Ionenquelle eingeleitet werden, um das Plasma zu bilden, selbst hoch reaktiv sind, wie beispielsweise Phosphor, Fluor, Bor, usw..
Die steigende Anwendung von Ionenstrahlen in der Industrie (beispielsweise Ionenimplantation, Tonenfräsen bzw. Ionenbearbeitung und -ätzen) hat ein Hauptaugenmerk auf die Entwicklung von Ionenquellen gerichtet, die eine längere Betriebslebensdauer besitzen. Im Vergleich zu Fila ment- bzw. Faserionenquellen arbeiten mikrowellenerregte Ionenquellen bei einem niedrigeren Ionisierungsgasdruck in der Plasmakammer, was höhere Elektronentemperaturen (eV) zur Folge hat, eine wünschenswerte Eigenschaft. Jedoch zeigten Mikrowellenenergieionenquellen des Standes der Technik, wie die Filamentionenquellen, begrenzte Betriebslebensdauern (ungefähr zwei Stunden) bevor eine Reparatur/Ersetzung erforderlich wurde.
Das US-Patent 4 883 968 von Hipple und anderen offenbart eine solche mikrowellenerregte Ionenquelle. Die Ionenquelle von Hipple und anderen weist ein Fenster auf, welches ein Ende einer zylindrischen rostfreien Stahlplasmakammer begrenzt. Das Fenster funktioniert sowohl als Mikrowellenenergieschnittstellenregion als auch als eine Druck- oder Vakuumdichtung. Als eine Mikrowellenenergieschnittstellenregion überträgt das Fenster Mikrowellenenergie von einer Mikrowellenführung zu Quellenmaterialien innerhalb der Plasmakammer. Als eine Vakuumdichtung sieht das Fenster eine Druckdichtung zwischen der Plasmakammer, die evakuiert ist, und den nicht evakuierten Regionen der Ionenquelle vor, wie beispielsweise der Region, durch die sich die Wellenführung erstreckt. Das Fenster von Hipple und anderen besteht aus einer sandwichartigen parallelen Anordnung von drei dielektrischen Scheiben (von denen zwei aus Bornitrit hergestellt sind, und die dritte aus Aluminiumoxid ist) und einer Quarzscheibe. Eine dünne Bornitritscheibe begrenzt die Plasmakammer. Benachbart zur dünnen Bohrnitritscheibe ist eine dickere Bornitritscheibe gefolgt in Reihenfolge durch eine Aluminiumoxidscheibe und schließlich die Quarzscheibe.
Die Bornitritscheiben zeigen einen hohen Schmelzpunkt und gute thermische Leitfähigkeit. Mikrowellenenergie wird zu dem Fenster durch eine Wellenführung geliefert, die sich von einer Mikrowellenquelle zu einem Flansch benachbart zu der Quarzscheibe des Fensters erstreckt. Der Flansch besitzt eine rechteckige Mittelöffnung, durch die Mikrowellenenergie von der Wellenführung zum Fenster läuft. Die Quarzscheibe wird als eine Vakuumdichtung, um das Vakuum aufrecht zu erhalten, welches in der Plasmakammer abgezogen bzw. hergestellt wurde. Die Aluminiumoxydplatte dient als eine Impedanzanpassungsplatte, um die Mikrowellenenergie einzustellen. Die Impedanzanpassung ist erforderlich, um die unerwünschte Mikrowellenenergiereflektion durch das Plasma in der Plasmakammer zu minimieren. Während die Ionenquelle von Hipple und anderen eine Verbesserung gegenüber Ionenquellen des Standes der Technik bezüglich einer Anzahl von Betriebscharakteristiken darstellt, wie beispielsweise Langlebigkeit, ist weiter die Konstruktion einer Ionenquelle mit einer längeren Betriebslebensdauer ein Ziel der Hersteller von Ionenimplantationssystemen.
Das Mikrowellenfenster wird notwendigerweise hohen Temperaturen ausgesetzt, die in der Plasmakammer vorhanden sind (< 800ºC). Darüber hinaus muß die Mikrowellenenergieschnittstellenregion heiß sein, um rein zu bleiben, und um eine akzeptable Mikrowellenenergiekoppelung zwischen der Mikrowellenführung und dem Plasma in der Plasmakammer vorzusehen, wenn Quellenmaterialien ionsiert werden, die kondensierbare Arten enthalten, wie beispielsweise Phos phor. Jedoch ist herausgefunden worden, daß die Vakuumdichtung eine gesteigerte Betriebslebensdauer besitzt, wenn sie nicht extremer Wärme oder chemischem Angriff von den erregten Ionen und den Elektronen in dem Plasma unterworfen ist.
Eine hohle Röhrenwellenführung wurde gewöhnlicherweise bei Vorrichtungen des Standes der Technik verwendet, um Mikrowellenenergie von dem Mikrowellengenerator zur Plasmakammer zu speisen. Der Wellenführungsbetriebszustand der Mikrowellenenergieübertragung ist eingeschränkt auf einen Bereich von Frequenzen. Wenn die erzeugte Mikrowellenfrequenz außerhalb des Bereiches liegt, wird die Wellenführung die Mikrowellenenergie nicht übertragen, ein Abschnittszustand wird die Folge sein. Die Transmissionsfrequenzbereichseinschränkungen sind ein Nachteil des Wellenführungsmikrowellenenergietransmissionsbetriebszustandes.
EP-A-0 154 824 bezieht sich auf eine Ionenquelle mit einer Entladungskammer, einen Mikrowellengenerator und einer Wellenführung zum Fortpflanzen von Mikrowellen in der Entladungskammer.
US 5 234 565 offenbart in einem ersten Ausführungsbeispiel, eine Mikrowellenplasmaquelle, bei der Mikrowellen zu einer evakuierten Kammer geliefert werden, und zwar mittels einer Wellenführung, die mit der Kammer verbunden ist. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Vakuumdichtung verwendet, um eine evakuierte Region abzudichten.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung sieht eine Ionenquellenvorrichtung nach Anspruch 1 vor.
Eine Mikrowelle erregte Ionenquellenvorrichtung, die gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, sieht eine TEM (transverse electric magnetic)-Mikrowellenenergieübertragung bzw. -transmission zu einer dielektrischen Plasmakammer vor, die eine Innenregion definiert und ein offenes Ende besitzt. Die Kammer weist einen Wandteil auf, der geeignet ist, um ein vergrößertes Ende des Mittelleiters einer koaxialen Mikrowellen- oder Hochfrequenz- bzw. RF-Transmissionsleitung aufzunehmen. Eine Plasmakammerkappe liegt über dem offenen Ende der Plasmakammer und weist eine langgestreckte Öffnung oder einen bogenförmigen Schlitz auf, durch den die Ionen aus der Plasmakammer austreten.
Die Plasmakammer wird durch ein Plasmakammergehäuse getragen, welches die Plasmakammer in einer evakuierten Region trägt bzw. hält. Die koaxiale Transmissionsleitung erstreckt sich durch die evakuierte Region, wobei somit eine Druck- oder Vakuumdichtung vom Energieeingang in der Plasmakammer beabstandet ist. Das Gehäuse weist eine Heizspule auf, die um einen Teil des Außenumfangs gewickelt ist, um zusätzliche Wärme an die Plasmakammer zu liefern. Die Ionenquellenvorrichtung weist einen oder mehrere beheizte Verdampfer auf, um Quellenmaterialelemente zu verdampfen. Durchlaßwege in dem Plasmakammerge häuse leiten verdampfte Quellenmaterialelemente von jeweiligen Auslaßventilen der Verdampfer zur Innenregion der Plasmakammer.
Die Ionenquellenvorrichtung wird innerhalb einer Tragröhre getragen, die sich in eine Innenregion eines Ionenquellengehäuses erstreckt. Eine Klemmbefestigung ist mit einem Ende der Tragröhre gekoppelt und weist Lokalisierungs- bzw. Anordnungsschlitze auf, die zusammenpassen mit Lokalisierungs- bzw. Anordnungsvorsprüngen an der Plasmakammerkappe, um präzise den Bogenlinie mit einer gewünschten vorbestimmten Ionenstrahlleitung auszurichten.
Ein Mikrowellenenergie- oder RF- bzw. Hochfrequenzeingang, der im TEM-Betriebszustand (TEM = transverse electric magnetic = transversal elektromagnetisch) arbeitet, und zwar gekoppelt mit der Plasmakammer, injiziert Energie in die Plasmakammer, was Elektronen innerhalb der Plasmakammer auf hohe Energien beschleunigt, wodurch ein Gas ionisiert wird, welches in die Kammer geleitet wird. In dem TEM-Betriebszustand wird Mikrowellenenergie in die Plasmakammer über eine Transmissions- bzw. Übertragungsanordnung geleitet, die einen Mittelleiter und eine darüberliegende koaxiale Röhre aufweist. Die Mikrowellenenergie läuft durch einen Spalt zwischen der Leiterluftröhre. Der TEM-Betriebszustand hat anders als ein Wellenführungsmikrowellenenergietransmissionsbetriebszustand, bei dem kein Mittelleiter verwendet wird, keine Frequenzbereichsgrenzen, über oder unter denen keine Energietransmission bzw. -übertragung auftritt. Zusätzlich sieht der TEM-Betriebszustand eine hervorragende Mikrowellenkoppelung zwischen einem Mikrowellengenerator und der Inhalte der Plasmakammer vor. Die Plasmakammer wird in einem evakuierten Gebiet getragen, und ein Teil der Mikrowellenenergie oder der RF- bzw. Hochfrequenzeingangsgröße erstreckt sich durch einen evakuierten Durchlaßweg.
Eine ein Magnetfeld definierende Struktur, die die Plasmakammer umgibt, erzeugt ein Magnetfeld innerhalb der Plasmakammer, um die Plasmabildung innerhalb der Kammer zu steuern. Die das Magnetfeld definierende Struktur weist einen Magnethalter und einen Magnetbeabstandungsring auf, der einen Satz von Permanentmagneten trägt, was eine Magnetfeldkonfiguration innerhalb der Plasmakammer aufbaut. Die das Magnetfeld definierende Struktur erleichtert eine leichte Umwandlung zwischen wechselnden Magnetfeldkonfigurationen, beispielsweise Dipol, Hexapol und Höcker- bzw. Spitzenform.
Eine Ionenquellenvorrichtung, die gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, weist eine Vakuumdichtung auf, die von dem Wandteil der Plasmakammer beabstandet ist, die geeignet ist, um den koaxialen Transmissionsleitungsmittelleiter aufzunehmen. Der Mittelleiter, der mit dem Wandteil in Eingriff kommt, definiert eine Mikrowellenenergieschnittstellenregion. Die Vakuumdichtung, die von der Schnittstellenregion beabstandet ist, arbeitet bei kühleren Temperaturen und fern von den chemisch aktiven Stoffen in dem erregten Plasma, was eine gesteigerte Betriebslebensdauer der Vakuumdichtung zur Folge hat. Zusätzlich verbessert die re lativ große Mikrowellenschnittelstellenregion, die von dem Eingriffsgebiet zwischen dem vergrößerten Ende des koaxialen Transmissionsmikrowellenführungsmittelleiters und dem ausgenommenen bzw. eingeschnittenen Teil der Plasmakammer definiert wird, eine Mikrowellenenergiekoppelung zwischen der Mikrowellenführung und dem erregten Plasma. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Einfachheit und die Schnelligkeit, mit der die Magnetfeldkonfiguration innerhalb der Plasmakammer ansprechend auf variierende Charakteristiken der Quellenmaterialien und des verwendeten Quellengases und der speziellen Implantationsanforderungen eines behandelten Werkstückes verändert werden können.
Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden besser verständlich aus einer detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Ionenimplantationsvorrichtung, die eine mikrowellenerregte Ionenquelle aufweist;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Beispiels einer Ionenquellenvorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, und zwar getragen innerhalb einer Tragröhre;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Ionenquellenvorrichtung der Fig. 2, wie gesehen aus der Ebene, die durch Linie 3-3 in Fig. 2 angezeigt wird;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Ionenquellenvorrichtung der Fig. 2, wie gesehen aus der Ebene, die von der Linie 4-4 in Fig. 2 angezeigt wird;
Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines Plasmakammergehäuses der Ionenquellenvorrichtung der Fig. 2;
Fig. 6 ist eine Unteransicht des Plasmakammergehäuses der Fig. 5;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Plasmakammergehäuses der Fig. 5, wie aus der Ebene gesehen, die von der Linie 7-7 in Fig. 6 angezeigt wird,
Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines Verdampfers der Ionenquellenvorrichtung der Fig. 2;
Fig. 9 ist eine Ansicht des Verdampfers, wie aus der Ebene zu sehen, die von der Linie 9-9 in Fig. 8 angezeigt wird;
Fig. 10 ist eine Vorderansicht eines Magnethalters einer Magnetfelderzeugungsstruktur der Ionenquellenvorrichtung der Fig. 2;
Fig. 11 ist eine Seitenansicht des Magnethalters der Fig. 10;
Fig. 12 ist eine Längsschnittansicht des Magnethalters der Fig. 10, wie aus der Ebene zu sehen, die von der Linie 12-12 in Fig. 10 angezeigt wird;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht des Magnethalters der Fig. 10, wie aus der Ebene zu sehen die von der Linie 13-13 in Fig. 11 angezeigt wird.
Fig. 14 ist eine Vorderansicht eines Magnetbeabstandungsringes der Magnetfelderzeugungsstruktur der Ionenquellenvorrichtung der Fig. 2;
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht des Magnethalters der Fig. 10, der einen Satz von Permanentmagneten aufweist, die in einer Dipol- Konfiguration angeordnet sind;
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht des Magnethalters der Fig. 10, der einen Satz von Permanentmagneten aufweist, die in einer Hexapol- Konfiguration angeordnet sind; und
Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht des Magnethalters der Fig. 10, der einen Satz von Permanentmagneten aufweist, die in einer höcker- bzw. spitzenförmigen Konfiguration angeordnet sind.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf die Zeichnungen ist Fig. 1 eine schematische Übersicht, die ein Ionenimplantationssystem 10 mit einer Ionenquellenvorrichtung 12 abbildet, die positiv geladene Ionen erzeugt. Die Ionen werden aus der Ionenquellenvorrichtung 12 extrahiert, um einen Ionenstrahl zu formen, der entlang eines festen Strahlleiters oder -pfades 14 zu einer Implantationsstation 16 läuft, wo der Strahl auf ein (nicht gezeigtes) zu behandelndes Werkstück auftrifft. Eine typische Anwendung eines solchen Ionenimplantationssystems 10 ist es, Ionen zu implantieren oder Silizium-Wafer an der Ionenimplantationsstation 16 zu dotieren, um Halbleiter-Wafer zu erzeugen.
Die Steuerung der Ionenimplantationsdosis wird aufrecht erhalten durch selektive Bewegung der Silizium-Wafer durch den Ionenstrahlpfad 14. Ein Beispiel eines Implantationssystems des Standes der Technik ist die Implantationsvorrichtung Modell Nr. NV 20A, kommerziell vertrieben von der Eaton Corporation, Semiconductor Equipment Division. Dieses Ionenimplantationssystem des Standes der Technik verwendet eine Tonenquelle, die Elektronen aussendende Filamente bzw. Fasern aufweist, und zwar ähnlich denen, die im '834-Patent von Shulaby offenbart werden.
Ein (schematisch in Fig. 1 gezeigter) Mikrowellengenerator 20 überträgt Mikrowellenenergie auf die Ionenquellenvorrichtung 12. Der bevorzugte Mikrowellengenerator 20 ist ein Generator Modell Nr. S-1000, kommerziell vertrieben durch American Science and Technology Inc.. Ein Teil der Ionenquellenvorrichtung 12 ist innerhalb eines evakuierten Teils einer Ionenquellengehäuseanordnung 22 angeordnet. Ionen, die aus der Ionenquellenvorrichtung 12 austreten, werden durch eine (nicht gezeigte) Extraktionselektrodenanordnung beschleunigt, die innerhalb eines Ionenquellengehäuses 22 angeordnet sind, und sie treten in die Strahlleitung oder den Strahlpfad 14 ein, der von zwei Vakuumpumpen 24 evakuiert wird. Die Ionen folgen dem Strahlpfad 14 zu einem Analysemagneten 26, der den Ionenstrahl biegt und die geladenen Ionen auf die Implantationsstation 16 zurückleitet. Ionen mit mehreren Ladungen und/oder Ionen aus unterschiedlichen Stoffen, die die falsche Atomzahl haben, werden aus dem Strahl aufgrund der Gegenwirkung mit dem von dem Analysemagneten 26 aufgebauten Magnetfeld entfernt. Ionen, die über die Region zwischen dem Analysemagneten 26 und der Implantationsstation 16 laufen, werden auf noch höhere Energien durch zusätzliche (nicht gezeigte) Elektroden beschleunigt, bevor sie auf Wafer auf der Implantationsstation 16 auftreffen.
Steuerelektroniken 28 (schematisch in Fig. 1 gezeigt) überwachen die Implantationsdosis, die die Implantationsstation 16 erreicht, und steigern oder senken die Ionenstrahlkonzentration basierend auf einem erwünschten Dottierungsniveau für die Silizium-Wafer. Techniken zur Überwachung der Strahldosis sind im Stand der Technik bekannt und verwenden typischerweise einen (nicht gezeigten) Faradayischen Käfig, bzw. einen Faradayischen Napf, um die Strahldosis zu überwachen. Der Faradaysche Käfig schneidet selektiv den Ionenstrahlpfad 14, bevor er in die Implantationsstation 16 eintritt.
Mit Bezug auf die Fig. 2, 3 und 4 verwendet die Ionenquellenvorrichtung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welches im allgemeinen bei 12 gezeigt wird, Mikrowellenenergie anstelle von Elektronen aussendenden bzw. emigrierenden Filamenten, um positiv geladene Ionen zu erzeugen. Während die Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels die Anwendung von Mikrowellensignalen in Betracht zieht, um die Ionen zu erzeugen, sei bemerkt, daß alternativ RF- bzw. Hochfrequenzsignale verwendet werden können, um die Ionen zu erzeugen, und daß sie als solche in den Umfang der Ansprüche fallen. Die Ionenquellenvorrichtung 12 ist eine verbundene bzw. angeschlossene Anordnung, die wenn sie von dem Mikrowellengenerator 20 und der Ionenquellengehäuseanordnung 22 ge trennt wird, bewegt werden kann, und zwar unter Verwendung eines Paares von Bakelithandgriffen 30 (von denen einer in Fig. 2 zu sehen ist, und die beide im Querschnitt in Fig. 4 zu sehen sind) die sich von einer äußeren Stirnseite 32 eines ringförmigen Ionenquellenvorrichtungsmontageflansches 34 erstrecken.
Die Vorrichtung 12 weist eine Mikrowellenabstimm- und -übertragungsanordnung auf, die im allgemeinen bei 40 gezeigt ist, eine Ionisierungs- oder Plasmakammer 42, ein Paar von Verdampfern 44 und eine Magnetfelderzeugungsanordnung 46, die die Plasmakammer 42 umgibt. Die Mikrowellenabstimm- und -transmissionanordnung 40 weist eine Abstimmanordnung 48 auf, um die Impedanz der Mikrowellenenergie einzustellen, die von dem Mikrowellengenerator 20 geliefert wird, um die Impedanz des erregten Plasmas in einer Innenregion 50 der Plasmakammer 42 anzupassen. Die Magnetfelderzeugungsanordnung 46 wird verwendet, um ein Magnetfeld in der Plasmakammerinnenregion 50 zu erzeugen, was einen Elektronenzyklotronresonanzfrequenzzustand in der Plasmakammer 42 erzeugt. Bei der Elektronenzyklotronresonanzfrequenz werden die freien Elektronen in der Plasmakammerinnenregion 50 erregt, und zwar auf Niveaus von bis zu zehnmal höher als die Energieniveaus in einer herkömmlichen Plasmaentladung, und dies erleichtert das Schlagen eines Bogens bzw. eines Lichtbogens in der Innenregion.
Die Mikrowellenabstimm- und -transmissionsanordnung 40 weist auch eine Mikrowellenenergietransmissionsanordnung 52 auf, die die abgestimmte Mikrowellenenergie an die Plasmakammer 42 überträgt bzw. transmittiert. Bei dem TEM-(transversal elektromagnetischen) Betriebszustand der Übertragung der Mikrowellenenergie weist die Mikrowellenenergietransmissionsanordnung 52 einen koaxialen Transmissionsleitungsmittelleiter 54 auf, der mittig innerhalb einer koaxialen Röhre 56 angeordnet ist. Vorzugsweise besteht der Mittelleiter 54 aus Molybdön, während die koaxiale Röhre 56 aus silberplatiertem Messing besteht. Eine Druck- oder Vakuumdichtung 58 umgibt eine Kupplung bzw. Schnittstelle der Abstimmanordnung 48 und der Mikrowellenenergietransmissionsanordnung 52, wobei nicht-Vakuum- und Vakuum-Teile der Ionenquellenvorrichtung 12 getrennt werden. Die Mikrowellenenergietransmissionsanordnungskoaxialröhre 56 wird evakuiert, wie es ein innerer Hohlraum 57 wird, der von der Ionenquellengehäuseanordnung 22 und dem Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 definiert wird. Die von dem Mittelleiter 54 übertragene Mikrowellenenergie läuft daher durch eine evakuierte Region auf dem Weg zur Plasmakammer 42. Ein Teil der Mikrowellenenergietransmissionsanordnung 52 erstreckt sich durch eine zentrale Öffnung des Ionenquellenvorrichtungsmontageflansches 34. Die koaxiale Röhre 56 ist an den Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 gelötet. Die restlichen Komponenten der Ionenquellenvorrichtung 12 werden von dem Montageflansch 34 und dem Teil der koaxialen Röhre 56 getragen, der sich über eine innere Stirnfläche 60 des Montageflansches 34 erstreckt, wie beschrieben wird.
Die Plasmakammer 42, die aus einem dielektrischen Material besteht, welches für Mikrowellenenergie transparent ist, weist ein offenes Ende auf, über dem eine Plasmakam merkappe 62 liegt, und zwar mit einer langgestreckten Öffnung oder einem bogenförmigen Schlitz 64. Verdampfte Quellenmaterialien und ein Quellengas werden in die Plasmakammerinnenregion 50 durch drei Öffnungen bzw. Aperturen 63 in einem geschlossenen Ende 65 der Plasmakammer gegenüberliegend zum offenen Ende eingeleitet. Das geschlossene Ende der Plasmakammer weist einen zylindrischen Teil auf, und zwar mit einer Ausnehmung, die zur Aufnahme eines vergrößerten äußeren Endteils 66 des Mittelleiters 54 geeignet ist, und eine Mikrowellenenergieschnittstellenregion 68 bildet, durch die die Mikrowellenenergie hindurchläuft, um die verdampften Quellenmaterialien und das Quellengas in der Plasmakammerinnenregion 50 zu erregen. Die Vakuumdichtung 58 ist von der Mikrowellendichtung 68 beabstandet, wobei die Vakuumdichtung und die Schnittstellenregion an entgegengesetzten Enden des Mittelleiters 54 sind. Als eine Folge der Trennung der Schnittstellenregion, der Mikrowellen- und der Vakuumdichtung 68, 58, wirkt die Vakuumdichtung 58 unter relativ kalten Zuständen, und zwar entfernt von der intensiven Hitze der Plasmakammer. Zusätzlich wird die Vakuumdichtung 58 wie beschrieben wird, durch ein Wasserkühlrohr 70 gekühlt, welches benachbart zu einer Flanschanordnung 72 angeordnet ist, die die Dichtung trägt. Zusätzlich wird die Vakuumdichtung 58 von einem chemischen Angriff durch das erregte Plasma in der Plasmakammerinnenregion 50 isoliert. Die relativ kühlen Betriebszustände und der Schutz vor chemischem Angriff wird eine längere Betriebslebensdauer der Vakuumdichtung 58 zur Folge haben und dadurch die erwartete mittlere Zeit zwischen Versagensfällen der Ionenquellenvorrichtung 12 steigern.
Eine Oberfläche der Kappe 62, die zur Plasmakammerinnenregion 50 hinweist, ist mit einem inerten Material bedeckt, und zwar überall außer auf einem kleinen Teil, der an den bogenförmigen Schlitz 64 grenzt. Die Beschichtung schützt die Kappe 62 vor einem chemischen Angriff durch das erregte Plasma.
Die zur Plasmakammer 42 von der Transmissionsanordnung 52 übermittelte Mikrowellenenergie läuft durch die Mikrowellenschnittstellenregion 68 und in die Plasmakammerinnenregion 50. Die Mikrowellenenergie bewirkt, daß die Gasmoleküle in der Innenregion 50 ionisieren. Die erzeugten Ionen treten aus der Plasmakammerinnenregion 50 durch den bogenförmigen Schlitz 64 in der Plasmakammerkappe 62 aus. Die Plasmakammer 42 paßt in ein Plasmakammergehäuse 74 und wird davon getragen. Das Gehäuse 74 weist eine Heizspule 76 auf, die zusätzlich Wärme an die Quellenmaterialien in der Plasmakammerinnenregion 50 liefert. Das Plasmakammergehäuse 74 wiederum ist mit einem äußeren Ende der Mikrowellenenergietransmissionsanordnungskoaxialröhre 56 gekoppelt und wird davon getragen.
Das Magnetfelderzeugungsglied 46 umgibt die Plasmakammer 42 und weist einen ringförmigen Magnethalter 78 und einen Magnetbeabstandungsring 80 auf, der einen Satz von Permanentmagneten 82 trägt und orientiert. Der Satz von Magneten 82 baut Magnetfeldlinien auf, die durch die Plasmakammerinnenregion 50 laufen. Ionen, die in der Plasmakammerinnenregion 50 erzeugt werden, laufen in spiralförmigen Umlaufbahnen um die Magnetfeldlinien. Durch ordnungsgemäße axiale Ausrichtung des Magnetfeldes innerhalb der Plasmakammerinnenregion 50 mit dem bogenförmigen Schlitz 64 der Kappe wird ein größerer Teil der erzeugten Ionen für eine Extraktion durch den bogenförmigen Schlitz 64 verfügbar. Zusätzlich wird durch Einstellung des Satzes von Permanentmagneten 82, so daß das Magnetfeld am stärksten (ungefähr 875 · 10-4T (875 Gauss)) benachbart zu den Plasmakammerinnenwänden ist, und schwächer nahe einer Mitte der Kammerinnenregion 50 ist, die Frequenz der freien Elektronen und Ionenzusammenstöße mit den Plasmakammerinnenwänden verringert werden. Elektronen- und Ionenzusammenstöße mit den Plasmakammerinnenwänden haben eine ineffiziente Verwendung der Mikrowellenenergie zur Folge, die zur Plasmakammer 42 geliefert wird. Die Stärke des Magnetfeldes in der Plasmakammerinnenregion 50 wird variiert, um den Elektronenzyklotronresonanzfrequenzzustand in der Plasmakammerinnenregion 50 zu erzeugen, wodurch freie Elektronen in der Kammer 42 auf größere Energieniveaus erregt werden.
Wenn sie der Mikrowellenenergie und der Hitze unterworfen werden, bilden die Quellenmaterialien, die in die Plasmakammerinnenregion 50 eingespritzt werden, ein gasförmiges Ionisierungsplasma. Die Mikrowellenenergie erregt auch freie Elektronen in der Plasmakammerinnenregion 50, die mit Gasmolekülen in dem Plasma zusammenstoßen, was positiv geladene Ionen und zusätzliche freie Elektronen erzeugt, die wiederum mit anderen Gasmolekülen zusammenstoßen. Die in die Plasmakammerinnenregion geleiteten Quellenmaterialien weisen eines oder mehrere Quellenelemente auf, die durch das Paar von Verdampfern 44 verdampft werden, bevor sie in die Plasmakammerinnenregion 52 geleitet werden. Das (die) zur Verdampfung ausgewählte(n) Element(e) können Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) aufweisen. Wie beschrieben wird (werden) das (die) Quellenmaterialelemente in Verdampfer 44 in fester Form geladen. Jeder Verdampfer 44 weist eine Heizspule 84 auf, die das (die) Quellenelement(e) einer intensiven Hitze (< 500ºC) unterwirft, was eine Verdampfung bewirkt. Das (die) verdampfte (n) Element(e) tritt (terten) aus dem Verdampfer 44 durch eine federbelastete Gasdichtung 86 am äußeren Ende des Verdampfers aus und wird (werden) in die Plasmakammerinnenregion 50 geleitet. Das (die) verdampfte(n) Element(e) läuft (laufen) durch einen Durchlaßweg 88, der in das Plasmakammergehäuse gebohrt ist, und tritt (terten) in die Plasmakammerinnenregion 50 über eine Gasdüse 90 aus, die sich durch eine Öffnung in der Plasmakammer 42 erstreckt.
Eine (nicht gezeigte) Extraktionselektrodenanordnung ist durch die (nicht gezeigte) Zugangsöffnung in der Ionenquellengehäuseanordnung 22 montiert bzw. befestigt, und zwar benachbart zu einem ersten Ende 92 einer hohlen Tragröhre 94, die sich innerhalb des Innenhohlraums 57 erstreckt, der durch das Ionenquellenanordnungsgehäuse 22 und den Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 definiert wird. Die Extraktionselektrodenanordnung weist voneinander beabstandete Scheibenhälften auf, die erregt werden, um Ionen zu beschleunigen, die aus dem bogenförmigen Plasmakammerkappenschlitz 64 entlang des Strahlpfades 14 austreten. Ionen, die aus dem Ionenquellenanordnungsgehäuse 22 austreten, haben eine Anfangsenergie (40 bis 50 keV, beispielsweise) die von Extraktionselektro denanordnung geliefert wird. Die Steuerung über die Beschleunigungspotentiale und die Mikrowellenenergieerzeugung wird durch die Quellensteuerelektronik 28 aufrecht erhalten, die schematisch in Fig. 1 abgebildet ist.
Wie am besten in Fig. 2 zu sehen erstreckt sich ein Teil der Ionenquellenvorrichtung 12 über die Montageflanschinnenseite 60 der Ionenquellenvorrichtung. Dieser Teil weist die Plasmakammer 42 und die Kappe 62 auf, das Paar von Verdampfern 44, die Magnetfelderzeugungsanordnung 46 und einen Teil der Mikrowellenübertragungsanordnung 52, und ist geeignet, um in ein zweites Ende 96 der hohlen Tragröhre 94 zu gleiten. Von dem zweiten Ende 96 der Tragröhre erstreckt sich ein Tragrohrflansch 98. Der Ionenquellenvorrichtungsbefestigungsflansch 34 ist mit dem Tragröhrenflasch 98 gekoppelt, und ein O-Ring 100, der in einer ringförmigen Nut in der Montageflanschinnenseite 60 angeordnet ist, sieht eine positive luftdichte Dichtung zwischen dem Montageflansch 34 und dem Tragröhrenflansch 98 vor. Der Tragröhrenflansch 98 wiederum wird durch (nicht gezeigte) Bolzen bzw. Schrauben am Ende eines Isolators 104 gesichert, der ein Teil der Ionenquellengehäuseanordnung 22 ist. Ein O-Ring 106, der in einer ringförmigen Nut in der Tragröhrenflanschinnenseite 60 angeordnet ist, steht dichtend mit der Außenseite des Isolators 104 in Eingriff. Die Tragröhre 94 erstreckt sich von dem Tragröhrenflansch 98 in den Ionenquellengehäuseanordnungsinnenhohlraum 57. Die Ionenquellengehäuseanordnung weist den Isolator 104 auf, der mit einer Schnittstellenplatte 108 gekoppelt ist, die wiederum mit einem Ionenquellengehäuse 110 gekoppelt ist. Das Quellengehäuse 110 weist eine (nicht gezeigte) Zugangsöffnung auf, die den Zugang zu den Ionenquellengehäuseanordnungsinnenhohlraum 57 und dem ersten Ende 92 der Tragröhre gestattet.
Die Plasmakammer 42 besteht aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Bornitrit, welches für Mikrowellenenergie transparent ist. Zusätzlich zu seinen dielektrischen Eigenschaften besitzt Bornitrit auch eine hervorragende thermische Leitfähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt, was wünschenswert ist, da die Plasmakammer 42 am wirkungsvollsten bei Temperaturen über 800ºC arbeitet. Aluminiumoxid kann alternativ verwendet werden. Die Kammer 42 ist napf- bzw. tassenförmig mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende 65. Der ausgenommene oder eingekerbte Teil ist zentriert mit Bezug auf das geschlossene Ende 65 der Plasmakammer 32 und bildet die Mikrowellenenergieschnittstellenregion 68, durch die die Mikrowellenenergie von dem vergrößerten äußeren Ende 66 des Mittelleiters in die Plasmakammerinnenregion 50 läuft.
Die Form der Plasmakammer 42 sieht eine Anzahl von Vorteilen vor. Die Mikrowellenenergieschnittstellenregion 68, die von dem ausgenommen Teil des geschlossenen Endes 65 der Plasmakammer 42 geformt wird, besitzt eine größere Kontaktfläche mit dem Mikrowellenenergietransmissionsleitungsmittelleiter 54 im Vergleich zu einer nicht ausgenommen bzw. eingeschnittenen Plasmakammerkonstruktion. Die große Größe der Mikrowellenschnittstellenregion 68 sorgt für hervorragende Mikrowellentransfer- bzw. Übertragungscharakteristiken zwischen dem Mittelleiter 54 und der Plasmakammerinnenregion 50. Da weiter der ausgenommene Teil mit Bezug auf das geschlossene Ende 65 der Plasmakammer zentriert ist, werden die Distanzen zwischen dem Mittelleiter 54 und den Punkten innerhalb der Plasmakammerinnenregion 50 verringert im Vergleich zu der nicht ausgenommenen bzw. eingeschnittenen Plasmakammerkonstruktion. Die Verringerung des Abstandes zwischen dem Mikrowellenenergietransmissionsleitungsmittelleiter 54 und den Punkten innerhalb der Innenregion 50 hat eine gleichmäßigere Verteilung der Mikrowellenenergie durch das erregte Plasma zur Folge. Zusätzlich sorgt die Plasmakammer 42 für eine Trennung zwischen dem Mittelleiter 54 und dem erregten Plasma in der Plasmakammerinnenregion 50. Die Trennung schützt den vergrößerten äußeren Endteil 66 des Mittelleiters vor einem chemischen Ätzvorgang, der auftreten würde, wenn der äußere Endteil des Mittelleiters in direktem Kontakt mit dem Plasma wäre.
Die Plasmakammer 42 paßt in das Plasmakammergehäuse 74, welches einen ringförmigen Basisteil 112 und einen geringfügig größeren zweiten ringförmigen Teil 114 besitzt, der sich von dem Basisteil erstreckt, und wird von dieser getragen. Der zweite ringförmige Teil 114 definiert eine zylindrische Innenregion, die bemessen ist, um zur Plasmakammer zu passen. Der ringförmige Basisteil besitzt einen geringfügig kleineren Innendurchmesser, was einen radial nach innen gestuften Teil oder eine Schulter 116 zur Folge hat, was eine Unterstützung des geschlossenen Endes 65 der Plasmakammer vorsieht. Wie am besten in den Fig. 5 bis 7 zu sehen, weist der ringförmige Basisteil 112 des Plasmakammergehäuses zwei sich radial nach außen er streckende Vorsprünge 118 auf. Löcher werden durch die Vorsprünge 118 und den ringförmigen Basisteil 112 gebohrt, um rechtwinklige Durchlaßwege 188 zu formen, die eine Strömungsmittelverbindung zwischen jeder Verdampfergasdichtung 86 und der Plasmakammerinnenregion 50 gestatten. Die zwei Gasdüsen 90, die jeweils in einem entsprechenden Durchlaßweg 88 angeordnet sind, erstrecken sich in zwei der Öffnungen 63 in dem geschlossenen Ende 56 der Plasmakammer. Dübelstifte 119 werden in einen Endteil von jedem Abschnitt des Durchlaßweges 88 preßgepaßt, der in den jeweiligen Vorsprüngen 118 angeordnet ist, um das Entweichen des verdampften Quellenmaterials durch die Durchlaßwegendteile zu verhindern.
Der ringförmige Basisteil 112 weist weiter die Heizspule 76 auf, die an seinen Außenumfang gelötet ist. Die Heizspule 76 überträgt Wärme zur Plasmakammerinnenregion 50. Die Plasmakammerinnenregion 50 wird auch durch das von Mikrowellen erregte Plasma beheizt. Die zusätzliche von der Heizspule 66 gelieferte Wärme ist als nötig befunden worden, um ausreichend hohe Temperaturniveaus (< 800ºC) in der Plasmakammerinnenregion 50 sicherzustellen, insbesondere wenn man die Ionenquellenvorrichtung 12 auf niedrigen Leistungsniveaus laufen läßt. Ein Ende 122 des ringförmigen Basisteils 112 weist einen ringförmigen gestuften Teil auf (am besten zu sehen in den Fig. 2 und 7) der mit einem ausgenommen bzw., eingeschnittenen Teil eines Flansches 124 zusammenpaßt, der an das äußere Ende der koaxialen Mikrowellenenergietransmissionsleitungsröhre 56 gelötet ist. Das Plasmakammergehäuse 74 ist am Flansch 124 durch sechs Bolzen bzw. Schrauben 126 gesi chert, von denen eine in Fig. 2 zu sehen ist, wobei diese sich durch den Flansch 124 und in den ringförmigen Basisteil 112 erstrecken.
Ein (nicht gezeigter) die Temperatur messender Temperaturfühler wird in ein Loch eingeführt, welches in das Plasmakammergehäuse 74 gebohrt ist. Der Temperaturfühler tritt aus der Ionenquellenvorrichtung 12 durch eine Armatur 127 aus, die in dem Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 angeordnet ist.
Eine (nicht gezeigte) Quellengaseinlaßdüse paßt in die dritte (nicht gezeigte) Apertur bzw. Öffnung in dem geschlossenen Ende 56 der Plasmakammer und ist über ein (nicht gezeigtes) Gasrohr mit einer Armatur 117 (siehe Fig. 3) verbunden, die in dem Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 angeordnet ist. Eine externe Gasversorgung (beispielsweise Sauerstoffgas, falls Sauerstoffionen erwünscht sind) ist mit der Armatur 117 gekoppelt, um Quellengas zur Plasmakammerinnenregion 50 zu liefern. Das Gasrohr erstreckt sich durch eine (nicht gezeigte) Öffnung in dem Flansch 124, der an das äußere Ende der koaxialen Wellenführungsröhre 56 gespeist ist.
Die Plasmakammerkappe 62 liegt über dem offenen Ende der Plasmakammer 42 und steht damit dichtend in Eingriff. Die Kappe 62 ist an einem Ende des Plasmakammergehäuses 74 gesichert, und zwar unter Verwendung von vier temperaturbeständigen Tantalschrauben 128. Die Kappe 62 weist zwei Schlitze 130 auf, die in einen Außenumfang der Kappe gefräst sind. Die Lokalisierungs- bzw. Anordnungsschlitze 130 sind präzise mit einer Längsachse A-A ausgerichtet, die den bogenförmigen Schlitz 64 in zwei Teile schneidet. Die Lokalisierungsschlitze 130 erleichtern die Ausrichtung des bogenförmigen Schlitzes 64 mit einer vorbestimmten oder erwünschten Ionenstrahllinie und halten diese Ausrichtung trotz der Axialbewegung der Plasmakammer 42 innerhalb der Tragröhre 94, die durch die Expansion der Ionenquellenvorrichtungskomponenten bewirkt wird, die aufgrund der Wärme auftreten wird, wenn das Ionenimplantationssytem 10 arbeitet.
Eine selbstzentrierende Spreng- bzw. Spaltringklemmanordnung 132 ist am ersten Ende 92 des Tragrohres 94 gesichert. Die Klemmanordnung 132 weist einen Tragring 134 auf, der zwischen einem Haltering 136 und einem Spaltring 138 gesichert ist. Der Spaltring 138 ist entlang eines Radiuses gespalten und weist eine (nicht gezeigte) Einstellschraube auf, die den Spalt überbrückt. Durch entsprechendes Drehen der Einstellschraube kann der Durchmesser des Spaltrings 138 vergrößert oder verkleinert werden. Anfänglich werden (nicht gezeigte) Bolzen bzw. Schrauben, die den Spaltring 138 und den Haltering 136 koppeln, lose befestigt, so daß der Tragring 134 quer innerhalb der Grenzen der Spalt- und Halteringe 138, 136 gleiten kann. Der Tragring 134 weist zwei Laschenteile 140 auf, und zwar jeweils mit einem Lokalisierungsstift 142, der sich radial nach innen von einer Innenumfangskante erstreckt. Der Spaltring 138 besitzt auch eine ringförmige Nut 144 auf der vertikalen Stirnseite gegenüberliegend zu einer Stirnseite benachbart zu den Trag- und Halteringen 134, 136.
Unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Ausrichtungsbefestigung werden die Tragringlaschen 149 ausgerichet und an einer Montage- bzw. Befestigungsoberfläche der Befestigung gesichert, wodurch die Klemmanordnung 132 an der Befestigung gesichert wird. Die Befestigung ist an dem Ionenquellengehäuse 110 montiert und erstreckt sich durch die Quellengehäusezugangsöffnung. Die Befestigung ist so bemessen, daß die Spaltringnut 144 über das erste Ende 92 der Tragröhre 94 gleitet, und daß die Laschenlokalisierungsstifte 142 in präziser Ausrichtung mit der vorbestimmten Ionenstrahllinie sind. Die Spaltringeinstellschrauben werden gedreht, um den Durchmesser des Spaltrings 138 zu steigern, was die Spaltringnut 144 gegen das erste Ende 92 der Tragröhre drückt, und dadurch die Klemmanordnung 132 an der Tragröhre 94 sichert.
Da der Tragring 134 quer verschiebbar mit Bezug auf den Spaltring und den Haltering 138, 136 ist, und die Tragringlaschen 140 an der Ausrichtungsbefestigung gesichert bzw. befestigt bleiben, wird die Ausrichtung der Lokalisierungsstifte 142 mit der vorbestimmten Strahllinie aufrecht erhalten, während der Spaltring 138 an dem ersten Ende 92 des Tragrohres gesichert wird. Die Bolzen bzw. Schrauben, die den Spaltring 138 und den Haltering 136 koppeln, werden dann festgezogen, um den Tragring 134 am Platz zu sichern, während sie die Ausrichtung der Laschenlokalisierungsstifte 142 und die vorbestimmte Strahllinie aufrechterhalten. Die Ausrichtungsbefestigung wird außer Eingriff mit den Tragringlaschen 140 gebracht, und die Befestigung wird vom Ionenquellengehäuse 110 entfernt.
Durch Ergreifen der Ionenquellenvorrichtungshandgriffe 30 wird die Ionenquellenvorrichtung 12 in das zweite Ende 96 der Tragröhre eingeführt, wobei die Handgriffe verwendet werden, um die Quellenvorrichtung 12 so zu drehen, daß die Plasmakammergehäusekappenlokalisierungsschlitze 130 sich mit den Tragringlaschenlokalisierungsstiften 142 ausrichten und gleitend damit zusammenpassen, wodurch eine ordnungsgemäße Ausrichtung des bogenförmigen Schlitzes 64 mit der vorbestimmten Strahllinie sichergestellt wird. Der Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 wird dann mit dem Tragrohrflansch 98 gekoppelt, um die Ionenquellenvorrichtung 12 sicherzustellen. Schließlich wird der Mikrowellengenerator 20 mit der Abstimmanordnung 48 gekoppelt, und die Ionenquellenvorrichtung 12 ist fertig zum Betrieb. Während des Betriebes heizen sich die Ionenquellenkomponenten einschließlich der Transmissionsanordnung 52 auf und dehnen sich aus. Da die koaxiale Mikrowellenenergietransmissionsleitungsröhre 56 an den Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 geschweißt ist, der wiederum mit der Ionenquellengehäuseanordnung 22 gekoppelt ist, tendiert die axiale Ausdehung der koaxialen Röhre dazu, die Plasmakammer 42 axial zu dem ersten Ende 92 der Tragröhre (d. h. in Fig. 2 nach rechts) zu bewegen. Die Lokalisierungsstifte 142 der Tragringlaschenteile 140 haben eine ausreichende Länge in Axialrichtung (d. h. in einer Richtung parallel zur Tragröhrenmittelachse und der vorbestimmten Strahllinie), so daß die Stifte weiter in Eingriff bleiben und mit den Kappenlokalisie rungsschlitzen 130 zusammenpassen, und zwar trotz der durch Wärme eingeleiteten Axialbewegung der Plasmakammer 42. Der kontinuierliche Eingriff der Laschenteillokalisierungsstifte 142 mit den Kappenlokalisierungsschlitzen 130 stellt eine ordnungsgemäße Ausrichtung des bogenförmigen Schlitzes 64 mit der vorbestimmten Strahllinie zu jedem Zeitpunkt sicher.
Das Paar von Verdampfern 44 ist bezüglich der Struktur und der Funktion identisch. Daher wird zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Verdampfer besprochen, jedoch ist die Beschreibung auf beide Verdampfer anwendbar. Der Verdampfer 44 ist eine im allgemeinen zylindrische Struktur, die aus der Ionenquellenvorrichtung 12 herausgezogen werden kann, um den Verdampfer 44 instand zu halten, oder um Quellenmaterialien zum Verdampfer hinzuzugeben, ohne die Notwendigkeit, die Ionenquellenvorrichtung 12 aus der Tragröhre 94 zu entfernen. Der Verdampfer 44 weist eine federgeladene Gasdichtungsanordnung 86 an einem äußersten Ende auf (d. h. das Ende am nächsten zur Plasmakammer 42) einen zylindrischen Körper 150, der einen Innenhohlraum 151 definiert, in dem Quellenmaterialien abgelagert werden, die Heizspule 84, die an einem Teil des Körpers 150 mit verringertem Durchmesser angelötet ist, und eine Verdampferkappe 154, die geeignet ist, um mit der Außenseite 32 des Ionenquellenvorrichtungsmontageflansches gesichert zu werden. Die Gasdichtungsanordnung 86 weist eine mit Gewinde versehene Außenumfangsfläche auf, die in entsprechende Innengewindegänge an einem äußeren Ende des Körpers 150 geschraubt wird. Die Entfernung der Gasdichtungsanordnung 86 von dem Körper 150 gestattet es, daß Quellenmaterialien in den Körperinnenhohlraum zur Verdampfung eingeführt werden. Die zur Verdampfung der Quellenelemente erforderliche hohe Temperatur (ungefähr 500ºC, um eine Kondensation für Stoffe wie beispielsweise P, As oder Sb zu verhindern) wird durch die Heizspule 84 geliefert. Die Heizspule 84 wird durch eine (nicht gezeigte) Leistungsquelle außerhalb der Ionenquellenvorrichtung 12 erregt. Eine Erweiterung der Heizspule tritt aus der Ionenquellenvorrichtung 12 durch eine Öffnung 156 in der Verdampferkappe 154 auf. Ein Dichtglied 158 wird an einen geraden Teil 84A der Heizspule 84 gelötet, die sich durch eine äußere Stirnseite der Verdampferkappe 154 benachbart zur Öffnung 156 erstreckt, um eine vakuumdichte Dichtung zu bilden, die die vorstehenden geraden Teile 84A der Heizspule 84 umgibt. (Es sei erinnert daran, daß der Innenhohlraum 57, der von der Ionenquellengehäuseanordnung 22 und dem Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 und der Mikrowellenenergietransmissionsanordnung 52 definiert wird, evakuiert ist, während die Gebiete außerhalb des Ionenquellengehäuses im allgemeinen nicht evakuiert sind. Der Verdampfer wird durch eine Öffnung in dem Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 eingeführt. Ein Endteil des Verdampfers paßt in ein zylindrisches Wärmeschild 160 aus rostfreiem Stahl mit offenem Ende, welches sowohl als ein Wärmeschild wirkt, als auch als eine Führung, um ordnungsgemäß die Gasdichtungsanordnung 86 mit dem Plasmakammergehäusedurchlaßweg 88 auszurichten, der in die Plasmakammerinnenregion 50 führt. Ein Teil 162 mit vergrößertem Außendurchmesser des Körpers 150 paßt eng in die Öffnung des Ionenquellenvorrichtungsmontageflansches 34, und vier Bolzen bzw. Schrauben 164 sichern die Ver dampferkappe 154 an der Außenseite 32 des Ionenquellenvorrichtungsmontageflansches.
Die zylindrischen Wärmeschilde 160 aus rostfreiem Stahl (eines für jeden Verdampfer 44) sind präzise mit Bezug auf die koaxiale Wellenführungsmittelröhre 56 positioniert. Die Wärmeschilde 160 sind an die jeweiligen Ende des flachen Teilstückes 166 von ungefähr 1/8" Dicke geschweißt. Das Metallstück wiederum ist über zwei Schrauben 168 mit einer (nicht gezeigten) Spaltklammer gesichert, die an der koaxialen Wellenführungsröhre 56 angebracht ist.
Mit Bezug auf die Fig. 10 bis 17 bringt die Magnetfelderzeugungsanordnung 46 ein Magnetfeld innerhalb der Plasmakammerinnenregion 50 auf. Das Magnetfeld dient zumindest zu drei vorteilhaften Funktionen; a) die Elektronen ordnen sich in spiralförmigen Umlaufbahnen um die Magnetlinien an, wenn die Magnetlinien axial mit dem bogenförmigen Kappenschlitz 64 ausgerichtet sind, wobei eine gesteigerte Anzahl von erzeugten Ionen durch den bogenförmigen Schlitz herausgezogen wird; b) ein starkes Magnetfeld (875 · 10-4T(875 Gauss)) benachbart zu den Plasmakammerinnenwänden verringert die Frequenz der Elektronenzusammenstöße mit den Wänden, wodurch ein Plasmaverlust verringert wird, der aus solchen Zusammenstößen resultiert; und c) die Magnetfeldstärke kann manipuliert werden, um zur Elektronenzyklotronresonanzfrequenz zu passen, was die Energie der freien Elektronen in der Plasmakammerinnenregion 50 steigert, wie zuvor beschrieben.
Die Forschung hat gezeigt, daß spezifische Ionenimplantationszustände und Quellenmaterialien die Anwendung von unterschiedlichen Magnetfeldkonfigurationen innerhalb der Plasmakammerinnenregion 50 vorschreiben, um optimale Ergebnisse zu erhalten. Beispielsweise ist unter gewissen Implantationzuständen eine hohe Elektronenenergie als eine wichtige Charakteristik beim Erreichen von guten Implantationsergebnissen bestimmt worden. Bei einer Dipol- Magnetfeldkonfiguration, die durch die in der in Fig. 15 zu sehende Orientierung des Satzes von Magneten 82 erzeugt wird, ist empirisch herausgefunden worden, daß sie die höchsten Elektronentemperaturen in der Plasmakammerinnenregion 50 erzeugten. Unter anderen Umständen wird eine Hexapol-Magnetfeldkonfiguration, die von der in Fig. 16 zu sehenden Orientierung des Satzes von Magneten 82 erzeugt wird, oder eine Spitzen- bzw. Höckermagnetfeldkonfiguration, die von der in Fig. 17 zu sehenden Orientierung des Satzes von Magneten 82 erzeugt wird, eingesetzt werden, um zufriedenstellende Implantationsergebnisse zu erreichen.
Die Konfiguration des Magnetfeldes in der Plasmakammerinnenregion 50 ist abhängig von der Anzahl und Orientierung der Permanentmagneten. Die Magnetfelderzeugungsanordnung 46 der vorliegenden Erfindung gestattet eine schnelle Umwandlung bzw. ein Umschalten zwischen verschiedenen Magnetfeldkonfigurationen, beispielsweise Dipol, Hexapol und höcker- bzw. spitzenförmig, wie beschrieben wird.
Bei jeder der Konfigurationen ist der Satz von Permanentmagneten 82 radial außerhalb der Plasmakammer 42 durch den ringförmigen Magnethalter 78 und den Magnetbeabstandungsring 80 angeordnet, die beide aus Aluminium bestehen. Wie in den Fig. 10 bis 13 zu sehen, weist der Magnethalter 78 einen Ringteil 170 auf, der ein offenes Mittelgebiet umgibt. Das offene Mittelgebiet ist groß genug, um über einen Außendurchmesser der Plasmakammer 42 zu gleiten. Eine Außenumfangsfläche des Ringteils 170 weist zwölf symmetrische Flachstücke bzw. flache Teile 172 auf. Zwei parallele Erweiterungen 174A, 174B erstrecken sich radial nach außen von den entgegengesetzten Enden des Ringteils 170. Die Erweiterungen 174A, 174B sind vorzugsweise 2,5 Zentimeter (1 Inch) entfernt. Mit Bezug auf die Fig. 14 ist der Magnetbeabstandungsring 80 aus drei identischen beschnittenen Dreiecksabschnitten 80A, 80B, 80C zusammengesetzt, wobei sich jeder Abschnitt über einen Bogen von 120 Grad erstreckt. Eine Breite von jedem Abschnitt 80A, 80B, 80C ist ein Inch (1 Inch = 2,54 cm) so daß die Abschnitte eng zwischen die parallelen Erweiterungen 174A, 174B des Ringteils 170 passen. Die einzelnen Magnete, die den Satz von Magneten 82 ausmachen, sind vorzugsweise 1" · 1" · 1/2". Jeder Beabstandungsringabschnitt 80A, 80B, 80C weist vier Schlitze 176 entlang seines Innenumfangs auf. Für die Hexapol-Magnefeldkonfiguration wechseln die Schlitze 176 zwischen zwei Orientierungen oder Formen, einer "flachen" Form 176A und einer "kantenartigen" Form 176B (wie in Fig. 14 gezeigt). In einem "flach "geformten Schlitz 176A ist ein Magnet so positioniert, daß eine 1" · 1"-Oberfläche des Magneten eine Innenoberfläche 178A des Schlitzes berührt. Währendessen ist bei einem "kantenförmigen" Schlitz ein Magnet so positioniert, daß eine 1" · 1/2"- oder Kan tenoberfläche des Magnetes eine Innenoberfläche 178B des Schlitzes berührt. Die Gesamtzahl der Schlitze 176, die von den drei Beabstandungsringabschnitten 80A, 80B, 80C definiert wird, ist 12, was zur Anzahl der Flachteile 172 auf dem Ringteil 176 paßt. Einzelne Magnete werden in geeignete Schlitze der Beabstandungsringabschnitte 80A; 80B, 80C eingeführt und werden am Platz unter Verwendung von Epoxyt-Harz verklebt. Die Magnetbeabstandungsringabschnitte werden dann zwischen den Ringteilerweiterungen 174A, 174B eingeführt, so daß eine Oberfläche von jedem Magneten in bündigem Kontakt mit einem entsprechenden Ringteilflachteil 172 ist. Die Beabstandungsringabschnitte 80A, 80B, 80C werden am Platz von 6 (nicht gezeigten) Schrauben gesichert, die durch (in Fig. 10 zu sehende) Öffnungen 180 in der Ringteilerweiterung 174A laufen, und in entsprechenden Öffnungen 182 in den Magnetbeabstandungsringabschnitten befestigt sind.
Ein zweiter (nicht gezeigter) Magnetbeabstandungsring mit zwölf "flach" orientierten oder geformten Schlitzen wird für die Dipol- und Höcker- bzw. Spitzenkonfigurationen verwendet. Dieser Ring besteht aus zwei halbkreisförmigen Stücken, im Gegensatz zu der in Fig. 14 gezeigten dreistückigen Ringkonstruktion, und besitzt sechs "flache" Schlitze in jedem halbkreisförmigen Stück.
Für jede Magnetfeldkonfiguration werden unterschiedliche Beabstandungsringabschnitte und Sätze von Magneten verwendet. Bei einer Dipol-Magnetfeldkonfiguration weist der Satz von Magneten 82 sechs Magneten auf, wie am besten in Fig. 15 zu sehen, von denen drei in benachbarten "flachen" Schlitzen angeordnet ist, und wobei die restlichen drei Magnete an einer entgegengesetzten Seite des Magnetbeabstandungsrings angeordnet sind. Der zweite (nicht gezeigte) Magnetbeabstandungsring mit zwölf "flach" geformten Schlitzen wird verwendet. (Es bemerkt, daß die Darstellungen der Fig. 15 bis 17 zur Vereinfachung der Abbildung nicht die Magnetbeabstandungsringabschnitte zeigen.) Die restlichen sechs Schlitze des Magnetbeabstandungsrings 80 werden leer gelassen.
Mit Bezug auf Fig. 16 weist bei der Hexapol-Magnetfeldkonfiguration der Satz von Magneten 82 zwölf Magneten auf, die in alle zwölf Schlitze der Magnetbeabstandungsringabschnitte eingeführt werden. Der in Fig. 14 gezeigte Magnetbeabstandungsring wird bei der Hexapol-Konfiguration eingesetzt, d. h. die Schlitze 176 wechseln zwischen "flachen" Schlitzen 176A und "kanteförmigen" bzw. tiefen Schlitzen 176B.
Bei der Spitzen- bzw. Höcker-Magnetfeldkonfiguration (Fig. 17) wird der zweite (nicht gezeigte) Magnetbeabstandungsring verwendet, und alle zwölf "flachen" Schlitze werden wie gezeigt gefüllt.
Um die Magnetkonfiguration zu wechseln, ist es nur nötig, die Schrauben zu entfernen, die sich durch die Öffnungen 180 des Magnethalters 78 in die ausgerichteten Öffnungen 182 der Magnetbeabstandungsringabschnitte 80A, 80B, 80C erstrecken, und die Beabstandungsringabschnitte von den zum Ringteil parallelen Erweiterung 174A, 174B zu entfernen. Die Beabstandungsringabschnitte für die gewünschte Konfiguration würden dann zwischen den Erweiterungen eingeführt und daran befestigt.
Wie am besten in den Fig. 10 und 11 zu sehen erstreckt sich ein Wasserkühlrohr 184 entlang eines Wulst- bzw. Giebelteils 186 einer nach außen weisenden Oberfläche 188 der Magnethalteringteilerweiterung 174A. Das Kühlrohr 184 endet in Armaturen 190, die durch den Ionenquellenvorrichtungsmontageflansch 34 laufen, und die am Platz mit einer sechseckigen Mutter 193 (Fig. 4) gesichert sind, und zwar übereinanderlegend mit einem (nicht gezeigten) abdichtenden O-Ring. Eine externe Quelle von Kühlwasser oder -Strömungsmittel (nicht gezeigt) ist mit einer der Armaturen 190 gekoppelt, und das Kühlwasser tritt nachdem es durch das Kühlrohr 184 zirkuliert ist, durch ein externes Rohr aus, welches mit der anderen Armatur 190 gekoppelt ist. Das Kühlrohr 184 ist an der Erweiterungsoberfläche 188 durch Herunterhaltelaschen und -schraubenkombinationen 194 gesichert. Nach der Montage des Kühlrohrs 184 an dem Magnethalter 78 wird die gesamte Anordnung tauchgelötet. Das Kühlrohr 184 schützt den Satz von Magneten 182 vor der extremen Hitze, die von der nahegelegenen Plasmakammer 142 und von der Plasmakammerheizspule 76 erzeugt wird.
Mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 wird ein ringförmiges Elektronenschild 196 an einer nach außen weisenden Oberfläche 198 der Magnethalteringteilerweiterung 174B mit Schrauben 200 gesichert (von denen eine in gestrichelter Linie in Fig. 2 zu sehen ist) die durch ausgerichtete Öffnungen in dem Schild und der Ringteilerweiterung 174B geschraubt sind. Die Öffnungen 202 in der Erweiterung 174B sind in Fig. 13 zu sehen. Das Elektronenschild 196 ist Graphit, was eine Schädigung des Aluminiummagnethalters 78 von zurückströmenden Elektronen verhindert, die durch den bogenförmigen Plasmakammerkappenschlitz 64 austreten.
Mit Bezug auf Fig. 2 weist die Mikrowellenabstimm- und -transmissionsanordnung 40 die Abstimmanordnung 48 und die Mikrowellenenergietransmissionsanordnung 52 auf. Die Abstimmanordnung wirkt dahingehend, die Frequenz der Mikrowellenenergie abzustimmen, die von dem Mikrowellengenerator 20 geliefert wird, und besteht aus einem Wellenführungsverbinder 210, der mit einer Abstimmungspfostenanordnung 212 gekoppelt ist. Ein mit Flansch versehenes Ende 214 eines Wellenführungsverbinders 210 ist mit einem Ausgang des Mikrowellengenerators 20 verbunden. Entgegengesetzte Seitenwände 216, 218 des Wellenführungsverbinders 210 weisen ausgerichtete Öffnungen auf. Ein Mittelleiter 220 der Abstimmpfostenanordnung 212 erstreckt sich durch die Öffnung in der Seitenwand 216 in eine Innenregion 222 des Wellenführungsverbinders 210. Eine Abstimmwelle 224 erstreckt sich durch die Öffnung in den Seitenwänden 218. Die Abstimmwelle 224 wird durch eine mit Flansch versehene Hülse 226 getragen, die übereinanderliegend mit der Seitenwandöffnung befestigt ist und innen Gewindegänge aufweist. Die Abstimmwelle 224 weist Gewindegänge an einem Teil ihres Außenumfangs auf, die mit den mit Flansch versehenen Innengewindegängen der Hülse zusammenpassen. Ein Ende 228 der Abstimmwelle 224, das nach außen von der Wellenführungsverbinderinnenregion 222 vorsteht, ist geschlitzt.
Das Drehen des geschlitzten Endes 228 der Abstimmwelle 224 mit einem (nicht gezeigten) Schraubendreher stellt eine Tiefe der Abstimmwelle 224 ein, die sich in die Wellenführungsverbinderinnenregion 222 erstreckt. Die Tiefe, in die sich die Abstimmwelle 224 in die Innenregion erstreckt, stimmt die Impedanz der Mikrowellenenergie ab, die von dem Ausgang des Mikrowellengenerators 20 transmittiert bzw. übertragen wird, d. h. sie stellt diese ein, um zur Impedanz des Plasmas in der Plasmakammerinnenregion zu passen. Die Mikrowellenenergie in der Wellenführungsverbinderinnenregion 222 wird zum Abstimmpfostenmittelleiter 220 übertragen. Der Abstimmpfosten sieht zweite Mittel vor, um die Frequenz der Mikrowellenenergie zu verändern, die zur Plasmakammerinnenregion 50 übertragen wird. Die Abstimmpfostenanordnung weist den Abstimmpfostenmittelleiter 220 auf, über dem eine doppelwandig axiale Abstimmröhre 230 und ein paar von Abstimmpfosten liegt. Die doppelwandige koaxiale Abstimmröhre 230 besteht aus silberplatiertem Messing. Jeder Abstimmpfosten weist einen ringförmigen keramischen Abstimmbund bzw. -kragen 236, 238 auf, und zwar geleitend übereinanderliegend mit dem Abstimmpfostenmittelleiter 220. Ein dünnes Joch 240, 242 erstreckt sich radial nach außen vom Außenumfang von jedem der Abstimmkragen. Die Joche 240, 242 sind mit Stiften 254 durch dünne (nicht gezeigte) Längsschlitze in dem Abstimmrohr 230 verbunden, um die Abstimmkragen 236, 238 anzutreiben. Ein Endteil von jedem Joch 240, 242 der sich nach außen von der äußeren koaxia len Röhre 230 erstreckt, ist mit Stangen 244, 246 gekoppelt, die entlang ihrer Außendurchmesser mit Gewinde versehen sind, und an den Enden V-Nuten besitzen. Die Stange 244 ist kürzer als die Stange 246.
Die lange mit Gewinde versehene Stange 246 läuft durch ein Loch mit Spiel im Joch 240 und durch ein Loch mit Gewinde im Joch 242 und wird am Platz durch einen stationären Tragbügel 252 mittels einer (nicht gezeigten) Kegelspitzeneinstellschraube gesichert. Die Kegelspitzeneinstellschraube paßt lose in die V-Nut an dem Ende der Gewindestange 246. Die kurze Gewindestange 244 läuft durch ein Gewindeloch im Joch 240 und erstreckt sich in das Joch 242, wo sie in ähnlicher Weise mit einer Kegelpitzeneinstellschraube gesichert wird. Das Drehen der Stange 244 mit einem Schraubendreher bewegt das Joch 240 entlang des mit Stiften versehenen Einstellkragens bzw. -bundes 236, wodurch der Spalt zwischen den Einstellkrägen bzw. -bünden 236, 238 variiert wird. Das Drehen der Schraube 246 mit einem Schraubendreher bewegt beide Joche 240, 242 zusammen mit den mit Stiften versehenen Einstellkrägen 236, 238 zusammen entlang ihres Laufpfades, wobei sie über dem Mittelleiter 220 liegen.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist ein Ende des Einstellpfostenmittelleiters 220 entgegenliegend zum Wellenführungsverbinder 210 mit einem Ende des Mikrowellenenergieübertragungsleiterungsmittelleiters 54 gekoppelt. Ein männliches bzw. hervorstehendes Glied, welches sich von dem Ende des Einstellpfostenmittelleiters 220 erstreckt, paßt zusammen mit einer Öffnung in dem Ende des Mittelleiters 54. Ein O-Ring 256 ist zwischen den Mittelleitern angeordnet, um eine luftdichte Dichtung aufrechtzuerhalten. Die Vakuumdichtung 58 ist ein ringförmiger Keramikring, der von einem zweistückigen Flansch 262 getragen wird, der die Kupplungsschnittstelle zwischen dem Einstellpfostenmittelleiter 220 des Mikrowellenenergietransmissionsleitungsmittelleiters 54 umgibt. Der zweistückige Flansch 262 weist erste und zweite Flanschteile 264, 266 auf, die von vier Bolzen bzw. Schrauben 268 gesichert werden (von denen nur eine in Fig. 2 zu sehen ist). Ein Ende der koaxialen Abstimmröhre 230 ist an den ersten Flanschteil 264 angelötet, während ein Ende der koaxialen Mikrowellenenergietransmissionsleitungsröhre 56 an dem zweiten Flanschteil 266 angelötet ist. Ein O-Ring 269, der die Vakuumdichtung 58 umgibt, steht dichtend in Eingriff mit dem zweiten Flanschteil 266. Löcher (nicht gezeigt) in der koaxialen Röhre 56 gestatten es, daß ein Vakuum in der koaxialen Röhre gezogen bzw. erzeugt wird. Die koaxiale Abstimmröhre 230 ist nicht unter Vakuum. Das Kühlrohr 70, welches u-förmig ist, sitzt in einem starren Teil einer äußeren Stirnseite des zweiten Flanschteils 266 in der Nähe der koaxialen Wellenführungsröhre 56, um die Vakuumdichtung 58 und den O-Ring 256 unter relativ kühlen Zuständen zu halten.
Der Abstimmpfosten die Mikrowellenenergietransmissionsleitungsmittelleiter 220, 54, die die Mikrowellenenergie übertragen, sind vorzugsweise 15/16 cm (3/8") im Durchmesser, während die koaxialen Abstimm- und Mikrowellenenergietransmissionsleitungsröhren 230, 56 vorzugsweise 2 cm (13/16") im Innendurchmesser sind. Ein ringförmiger Bund bzw., Kragen 270, der nahe einem ersten vergrößerten Teil 272 des Mikrowellenenergieübertragungsleitungsmittelleiters 54 angeordnet ist, und zwar bemessen, um zwischen dem Mittelleiter und die koaxiale Röhre 56 zu passen, zentriert den Leiter innerhalb des Rohrs. Der Bund 270 ist an dem Mittelleiter 54 durch einen Stift 274 gesichert.
Die vorliegende Erfindung ist mit einem gewissen Grad an spezieller Ausführung beschrieben worden. Es ist jedoch beabsichtigt, daß die Erfindung alle Modifikationen und Veränderungen der offenbarten Konstruktion miteinschließt, die in dem Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Ionenquellenvorrichtung die folgendes aufweist:

eine Plasmakammer (42), die ein Kammerinneres (50) definiert, in welches Quellenmaterialien und ein Ionisierungsgas gelenkt werden, wobei die Plasmakammer (42) eine Öffnung und eine von der Öffnung beabstandete Kammerwand (68) aufweist, die eine Energie emittierende Oberfläche zur Injezierung von Energie in die Plasmakammer (42) hat;

eine Plasmakammerkappe (62), die für ein dichtendes Eingreifen mit der Öffnung in der Plasmakammer (42) ausgelegt ist, wobei die Plasmakammerkappe (62) einen langgestreckten bogenförmigen Schlitz (64) aufweist, durch welchen Ionen die Plasmakammer (42) verlassen, um einen Ionenstrahl zu definieren;

eine Struktur zur Unterstützung bzw. zum Tragen der Plasmakammer (42) in einem evakuierten Gebiet;

Energietransmissionsmittel (40) zur Beschleunigung von Elektronen innerhalb der Plasmakammer (42) auf hohe Energien für das Ionisieren des Gases innerhalb der Plasmakammer (42), wobei die Energietransmissionsmittel (40) folgendes aufweisen: einen Endteil (66), der für einen aneinanderstoßenden Eingriff mit der Plasmakammerwand (68) und eine Energieübertragung durch die Wand (68) zum Kammerinneren (50) ausgelegt ist; und eine Transmissionsvorrichtung (52) zum Lenken von Mikrowellen- oder Hochfrequenzenergie durch ein evakuiertes Gebiet, das durch ein Quellengehäuse (74) am Endteil (66) begrenzt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter folgendes aufweist:

eine vom Endteil (66) der Transmissionsmittel beabstandete Vakuumdichtung (58), die mit der Plasmakammerwand (68) in Eingriff kommt und eine Dichtung zwischen dem durch das Quellengehäuse (74) begrenzten evakuierten Gebiet und dem außerhalb des Quellengehäuses (74) nicht evakuierten Gebiet bildet.

2. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, die Magnetfelderzeugungsmittel (46) aufweist, um ein magnetisches Feld innerhalb des Plasmakammerinnenraumgebiets (50) zu erzeugen bzw. aufzubauen, wobei das Magnetfeld axial mit dem langgezogenen bogenförmigen Schlitz (64) ausgerichtet ist, um die Plasmabildung innerhalb der Kammer (42) zu steuern und den Anteil der Ionen, die durch den bogenförmigen Schlitz (64) austreten, zu vergrößern.

3. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, wobei die Transmissionsvorrichtung (52) eine Leistungszuführleitung aufweist, die einen Mittelleiter (54) umfaßt, der innerhalb einer evakuierten koaxialen Röhre (56) angeordnet ist.

4. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 3, die eine Abstimmanordnung (48) umfaßt, die mit der Transmissionsvorrichtung (52) gekoppelt ist, wobei die Abstimmanordnung (48) mindestens einen Abstimmp fosten mit einem ringförmigen Kragen (236, 238) umfaßt, der gleitend über einem Teil des energieübertragenden Mittelleiters (220) zu liegen kommt, wobei die Bewegung des ringförmigen Kragens (236, 238) entlang eines Laufweges die Frequenz der Mikrowellen- oder Hochfrequenzenergieeingabe in die Plasmakammer (42) verändert.

5. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, die mindestens einen Verdampfer (44) aufweist, der in Strömungsmittelverbindung mit dem Plasmakammerinnenraumgebiet (50) ist, wobei der Verdampfer (44) für die Aufnahme von Quellenmaterialien geeignet ist und Heizmittel (84) aufweist, um die Quellenmaterialien zu verdampfen, die in das Plasmakammerinnenraumgebiet (50) gelenkt werden.

6. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 5, wobei das Quellengehäuse (74) einen eingeschnittenen bzw. ausgenommenen Teil aufweist, der zum Tragen der Plasmakammer (42) dimensioniert ist und mindestens einen Durchlaßweg (88) hat, um Dampf von einer Auslaßzumeßöffnung des Verdampfers (44) durch eine Apertur, bzw. Öffnung (63) in einer Plasmakammerwand zu leiten.

7. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 6, wobei das Plasmakammergehäuse (74) ein Heizmittel (76) aufweist, um das Plasmakammerinnerenraumgebiet (50) mit Wärme zu beliefern, und zwar zusätzlich zur Wärme, die durch die Mikrowellen- oder die Hochfrequen zenergieeingabe in das Plasmakammerinnenraumgebiet (50) erzeugt wird.

8. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, wobei die Wand (68) der Plasmakammer (42) zum Inizieren von Energie in das Kammerinnere (50) ein Wandsegment aufweist, das eine zylindrische Seite und ein im allgemeinen ebenes Ende hat, welches einen Hohlraum definiert, in welchen sich der Endteil (66) der Energieeingabemittel (40) erstreckt.

9. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, wobei das Kammerinnere (50) der Plasmakammer (42) durch ein inertes Material begrenzt ist, mit Ausnahme in einem Gebiet, das den langgestreckten bogenförmigen Schlitz (64) umgibt.

10. Ionenquellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, die eine Trag- bzw. Unterstützungsröhre (94), die sich in das von Ionenquellengehäuse begrenzte evakuierte Gebiet erstreckt, und eine Mikrowellen- oder Hochfrequenzenergiequelle (20) aufweist, die außerhalb des Ionenquellengehäuses in einem nicht evakuierten Gebiet angeordnet ist; wobei

die Plasmakammer (42) innerhalb des evakuierten Gebiets angeordnet ist und mittels der Tragröhre (94) getragen wird,

wobei die Energietransmissionsmittel (40) mit der Energiequelle (20) und der Plasmakammer (42) gekoppelt sind, um Energie von der Energiequelle zur Plasmakammer zu übertragen, und wobei die Energie transmissionsmittel (40) einen energieübertragenden koaxialen Transmissionsleitungsmittelleiter (54) mit einem Ende (66) aufweist, der mit einem Teil einer Außenwand (68) der Plasmakammer (42) in Eingriff kommt, wobei eine koaxiale Röhre (56) über dem Mittelleiter (54) zu liegen kommt, wobei mindestens ein Teil der koaxialen Röhre (56) evakuiert ist und wobei die vom Ende des Mittelleiterendes (66) beabstandete Vakuumdichtung (58) mit dem Plasmakammeraußenwandteil (68) in Eingriff kommt und eine Dichtung zwischen dem evakuierten Teil der koaxialen Röhre (56) und dem nicht evakuierten Gebiet außerhalb des Ionenquellengehäuses (74) bildet.

11. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 10, wobei die Vakuumdichtung (58) innerhalb der koaxialen Röhre (56) angeordnet ist, die über dem Mittelleiter (54) zu liegen kommt.

12. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 10, wobei die Plasmakammer (42) einen eingeschnittenen bzw. ausgenommenen Teil in der Außenwand (68) aufweist, der mit dem Mittelleiterende (66) zusammenpaßt, um ein vergrößertes Eingriffsgebiet zwischen dem Mittelleiter (54) und der Plasmakammeraußenwand (68) vorzusehen.

13. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 10, wobei der Teil der Ionenquellenvorrichtung (12), der innerhalb der Tragröhre (94) angeordnet ist, Lokalisierungsmittel (130, 142) aufweist, um eine axiale Ausrichtung des bogenförmigen Schlitzes (64) in der Kappe beizubehalten, und zwar mit einem vorbestimmten Ionenstrahlweg, wenn sich die Ionenquellenvorrichtung (12) innerhalb der Tragröhre (94) aufgrund von thermischer Ausdehnung und Kontraktion der Ionenquellenvorrichtung (12) bewegt.

14. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 10, die ein Heizmittel (76) aufweist, und zwar zusätzlich zur Heizung, die durch die Hochfrequenz- oder Mikrowellenleistung bewirkt wird, um eine Temperatur im Plasmakammerinnenraumgebiet (50) auf oder über 800ºC zu heben.

15. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 10, die einen entfernbaren, um die Plasmakammer (42) passenden Magnethalter (78) aufweist, der in Kombination mit einem Satz von 2 oder mehr Permanentmagneten (82) verwendet wird, die so orientiert sind, daß eine geformte Dipolmagnetfeldkonfiguration innerhalb des Plasmakammerinnenraumgebiets (50) vorgesehen wird, wobei das Feld einstellbar ist, um eine Elektronenzyklotronresonanz bei der Hochfrequenz oder Mikrowellenfrequenz vorzusehen.

16. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 15, wobei der Magnethalter (78) für ein Tragen eines Satzes von Magneten (82) mit unterschiedlichen Anzahlen von Magneten (82) und unterschiedlichen Orientierungen der Magnete (82) geeignet ist, um geformte hexa- bzw. sexpol- und höcker- bzw. spitzenförmige Magnet feldkonfigurationen im Plasmakammerinnenraumgebiet (50) vorzusehen.

17. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 10, wobei mindestens ein geheizter Verdampfer (44) vorgesehen ist, um die Quellenmaterialien zu verdampfen, und wobei ein Auslaß des Verdampfers (44) strömungsmittelverbunden mit dem Plasmakammerinnenraumgebiet (50) ist.

18. Ionenquellenvorrichtung (12) gemäß Anspruch 17, wobei der Verdampfer (44) von der Ionenquellenvorrichtung (12) für ein Zufügung von Quellenmaterial oder eine Wartung entfernt werden kann, ohne daß es erforderlich ist, Komponenten der Ionenquellenvorrichtung (12), was auch die in der Tragröhre (94) angeordnete Plasmakammer (42) umfaßt, davon entfernen zu müssen.