JP4414988B2 - イオンビーム注入装置および方法 - Google Patents
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Description
1.高分解能で短く比較的単純なビームライン中、単一分析マグネットで効率的に質量分析されるイオン注入用リボンビームを発生すること、
2.ビームが注入のターゲットより小さく、そのターゲットは均一な注入が達成されるように2Dパターンで走査される第二の操作様式を与えること、
3.ターゲット表面に渡り、イオンビームの平行と注入角度の変動を制御すること、
4.高エネルギー中性原子でb通常の汚染を除去する方式における、どちらかの注入様式のイオンビームを減速する手段を与えること、
5.イオンビームにおける電流密度の変化と制御の手段
を与えること、が可能となる。
1)ヨーク310の入口で意図するビーム軸の右に始まり、意図するビーム軸にほぼ平行にヨークの出口まで弓形の経路をとり、ヨークの側壁と意図するビーム経路の間を通過する、セグメント120a
2)上向きに約90度湾曲するセグメント120b
3)ヨークの出口に近くビーム経路の上部を越えて約180度左に円弧をなすセグメント120c(このセグメントは任意選択的に2つの弧状セグメントと1つの直線部分に再分割できる)
4)ヨーク出口に向かって約90度湾曲する120d
5)ヨーク出口から始まり、ヨークの入口まで、ビームの意図する道程の反対方向に、ヨークの側壁と意図するビーム経路間を通過する、意図するビーム軸にほぼ平行な弓状経路をとるセグメント120e
6)上向きに約90度湾曲するセグメント120f
7)ヨークの入口に近くビーム経路の上部を越えて約180度の右に円弧をなすセグメント120g(このセグメントは任意選択的に2つの弧状セグメントと1つの直線部分に再分割できる)
8)ヨークの入口に向かって90度湾曲し、回路を完成させるように、コイル包絡線の経路の始点で連結しているセグメント102h。
従って、下部コイルは上部コイルの鏡像である。
(i)配列において他の環状コイルの2つの丸みのある傾斜端部に対して湾曲方向と対向する1つの環状のコイルの2つの丸みのある傾斜端部に湾曲方向を与え、
(ii)2つのコイルのそれぞれに閉ループの空洞体積を経由して中央開空間チャネルを与え、前記中央開空間チャネルが、前記傾斜ループ端のそれぞれから配列の直線寸法距離を越えて他の端部に伸び、
(iii)前記弓形ヨーク構成の2つの対向する壁の内面に沿って前記内部空間領域内に配置してあり、1対の配置された丸みのある傾斜ループ端が前記弓形ヨーク構成の2つの開端部のそれぞれから身長して隣接し、
(iv)前記曲線状の中央軸および、ビームが前記弓形ヨーク構成の前記内部空間内に位置する前記2つのループ状コイル間に存在する隙間空間内を進行するにつれ、連続するリボンイオンビームの意図する弧状の経路、とを限定する境界としての役割をする。
1)母材の寸法を超えて伸長する一様なプロフィール
2)ガウス形または他の所望のプロフィール
3)母材の寸法を超えて伸びる直線的に変わるプロフィール
4)イオンビームプロセスに有用ないかなる他の予め決められたビームプロフィール
さらに、半値幅のような測定値が意味を持つガウス形ビームプロフィールおよび他のプロフィールの場合には、ビームプロフィールの半値幅を制御できる。
Claims (17)
- イオンでターゲットを注入するための装置であって、
イオンビームを生成するイオンソースと、
磁気質量アナライザと、
該イオンビームを通して2つの独立した横断方向で該ターゲットを横断するための手段と、
該イオンビームの形状を制御し、2つの異なる形状のイオンビームのどちらかを自由自在に生じさせるための、該質量アナライザとは無関係の集束手段と、
寸法が該ターゲットの寸法を上回る連続未走査リボンビームであり、単一の方向で該ビームを通して該ターゲットを横断することによって均一な量のイオンを注入するために効果的な第1の形状と、
両方の横断方向の寸法で該ターゲットより実質的に小さい連続未走査ビームであり、二次元パターンで該ビームを通して該ターゲットを横断することによって均一な量のイオンを注入するために効果的な第2の形状と、
を備える装置。 - 該質量アナライザの中の該磁場が該イオンビームの該長い寸法と概して位置合わせされる、請求項1に記載の装置。
- 該集束手段が該ターゲットの表面全体で該イオンビームの入射角の変動を制御し、大幅に排除するために効果的である、請求項1に記載の装置。
- 該集束手段が、
ワークピースの寸法全体に広がる均一なプロファイルと、
ガウスプロファイルまたは該ワークピースの寸法の半分より小さい半値幅の他の所望されるプロファイルと、
該ワークピースの寸法全体に広がる線形に変化するプロファイルと、
イオンビーム処理プロセスで有効な任意の他の所定のビームプロファイルと、
の内の1つに近似するプロファイルを自由自在に生成するように一方向で該イオンビームの該電流密度プロファイルを制御するために効果的である、請求項1に記載の装置。 - 該磁気質量アナライザが、
該イオンビームのための経路を含むアーチ形のヨークと、
該イオンビーム経路に沿って該ヨークを通って伸張する1組の鏡面対称なサドル形状のコイルと、
を備える、請求項1に記載の装置。 - 前記位置合わせされたアレイの中の各サドル形状のコイルが、
ビーム軸の中央平面に接線方向である該ビーム軸の該曲線状のセグメントに概して平行である第1の曲線状のセグメントと、
該ビーム軸の中央平面から約90°曲がる第2の曲線状のセグメントと、
該ビーム軸全体で180°反る第3の曲線状のセグメントと、
該第2のセグメントに概して平行にある約90°の第4の曲線状のセグメントと、
該曲線状のビーム軸セグメントに平行に、及び第1のセグメントに向かい合ってある第5の曲線状のセグメントと、
該ビーム軸の中央平面から90°曲がる第6のセグメントと、
該ビーム軸全体で180°反り返る第7のセグメントと、
90°回転し、該第1の曲線状のセグメントに連結する第8のセグメントと、
を含む連続シリーズの中に8個の連結した導電性のセグメントを備える、請求項6に記載の装置。 - 該磁気質量アナライザが、
該イオンビームのための経路を含むアーチ形のヨークであって、前記経路が0.25メートルと2メートルの範囲の半径を有し、湾曲の円弧が少なくとも約45度から約110度以下に及び、前記アーチ形のヨークが少なくとも部分的に強磁性体から形成され、固定した寸法及び実質的に矩形の断面と、該移動するビームのための入口と出口として働く2つの別々の開口端部と、該移動するビームのための空間的な経路として働く確定できる堆積の内部空間領域を備える、アーチ形ヨークと、
位置合わせされたアレイとして平行に設定される1組の鏡面対称なサドル形状のコイルと、
を備え、
(a)該位置合わせされたアレイの該組のそれぞれ別々のコイルが2つの丸みを帯び、傾斜したループ端部を有する細長い完全なループであり、そのそれぞれが同じ方向に曲げられ、多数の導電性セグメントの内、2つのセットが該内部空間領域の両側にある該ループ端部を連結し、
(b)鏡面対称で組にされた2個のサドル形状のコイルの該位置合わせされたアレイが、
(i)アレイの中の他方のループ形状のコイルの該2つの丸みを帯び傾斜した端部にとっての曲げ方向に反対である、一方のループ形状のコイルの該2つの丸みを帯び傾斜した端部にとっての曲げ方向を提示し、
(ii)該2個のコイルのそれぞれで該閉じられたループの空洞体積を介して中心の開放された空間チャネルを提供し、前記中心開口空間チャネルが前記傾斜ループ端部のそれぞれから該アレイの該線形寸法距離で他方に伸張し、
(iii)1組の位置合わせされた丸みを帯びた傾斜ループ端部が前記アーチ形ヨーク構造の該2つの開放端部のそれぞれから伸び、それぞれに隣接してあるように前記アーチ形ヨーク構造の2つの対向する壁の内面に沿った前記内部空間領域内に配置され、
(iv)前記曲線を成す中心軸のための制限境界、及び該連続リボンイオンビームが前記アーチ形ヨーク構造の前記内部空間領域内に配置される前記2つのループ形状のコイルの間に存在する隙間空間で移動するにつれてそれのための意図された円弧経路として働く、
請求項1に記載の装置。 - 該集束手段が、それぞれが1組の制御可能な電源により付勢される1組の多極レンズを備え、
該第1の多極レンズが、該ビームに横断方向のサイズと電流密度プロファイルの両方を制御するために有効な、場勾配の多層の制御可能な領域を有する全面的な四重極電場を生成することにより、該ターゲットでの該イオンビームのサイズと電流密度プロファイルを制御するために該ビームプロファイルの測定値に応えて動作でき、
該第2の多極レンズが、該アナライザ磁石の非分散平面内でのイオンビームを平行にするための四重極電場を生成するために操作でき、該イオンビームの発散または集束を相殺し、該第2の多極が該第1の多極レンズにより生じたものを含む、ビームの角度変化を削減するために場の勾配の追加の制御可能な領域を重ね合わせることができる、
請求項1に記載の装置。 - 各多極レンズが該イオンビームのどちらかの側で互いに平行に配置される2つの多極コイルアレイを備え、それぞれが
強磁性体と、無関係に巻き付けられ、支持棒上の事前に選ばれた位置に隣接して配置される複数のワイヤコイルを備える真っ直ぐな支持棒と、
前記第1及び第2の多極アレイの前記支持棒の前記それぞれの上のそれぞれ隣接して配置されるワイヤコイルを通って無関係且つ同時に可変電流の電気エネルギーを通過させるための電源のセットであって、それによりそれぞれの隣接して配置され、付勢されるワイヤコイルが無関係且つ同時に前記第1の多極コイルアレイと第2の多極コイルアレイの間に限られた幅の直角に伸張し、個々に調整可能な磁場の勾配を生成し、限られた幅の前記複数の隣接して伸びる磁場の勾配が前記第1の多極コイルアレイと第2の多極コイルアレイの間に連続磁場を集合的に形成し、前記連続磁場内の限られた幅のそれぞれの磁場勾配が前記連続磁場上で調整可能且つ制御可能な磁場勾配を生じさせるために自由自在に個々に及び同時に改変できる電源のセットと、
からそれぞれ構成される、請求項1に記載の装置。 - イオンビーム、及びターゲットへ所望される均一な量のイオンを注入するためのイオン注入機内の機械走査システムを制御する方法であって、
リボン形状で拡大する質量分析済みの連続イオンビームを提供するステップと、
電流または電圧の複数の制御可能なソースを用いてその主要な寸法に沿って複数の隣接するゾーン内で該イオンビームの焦点を局所的にあわせる、または外すために有効な第1の多極レンズを提供するステップと、
どちらかが随意的に円弧形状であってよい、2つの概して直交方向でイオンビームを通して注入されるターゲットを移動するための手段を所望される注入位置で提供するステップと、
その主要な寸法に沿って該イオンビームのサイズ及び電流プロファイルを測定する、前記所望される注入位置にあるまたは近くにある手段を提供する手段を提供するステップと、
少なくとも第1のモードと第2のモードの1つで該イオンビームのサイズを制御するステップと、
その主要な寸法が該注入されたターゲットの寸法を超えるまで該イオンビームが拡大するように該多極レンズを調整するステップと、均一な注入に適したプロファイルを達成するために該リボンビームの該電流均一性を制御するために該多極レンズをさらに調整するステップと、次に単一の方向に沿って前後に1回または複数回、該リボンイオンビームに該ターゲットを通すステップとを備える第1のモードと、
該イオンビームの焦点を合わせるために該多極レンズのすべてのゾーンを調整し、それによってその発散を中断し、それを該注入されたターゲットの該サイズの一部にさせるステップと、次に該ターゲットの前面をイオンで注入するために有効な連続した経路に沿って前後に数回、該イオンビームに該ターゲットを通すステップとを備える第2のモードと、
を備える方法。 - 該第2のモードで、所望されるプロファイルを有するように形成される該スポットビームの該電流プロファイルを制御するために該多極レンズを調整するステップをさらに備える、請求項10に記載の方法。
- 該第1の多極レンズと該注入位置の間に第2のレンズを提供するステップと、該ターゲットの該注入された表面全体で該ビームの該イオンの入射角の該変動を最小限に抑えるために該第2の多極レンズの該励起を制御するステップとをさらに備える、請求項10に記載の方法。
- 第3のモードが、
該第1の操作モードで使用されるものから偏向を増加または減少するように該アナライザ磁石を操作し、それにより該ビーム経路をその意図された経路の軸からわずかに分岐させるステップと、
場の少なくとも2つの異なるゾーン内に横断方向の静電場構成要素を含む遅延静電場を適用し、第1のゾーンの該場がその意図された経路の軸に向かって該イオンビームを偏向するように向けられ、該第2のゾーンの該場が該第1のゾーンの場に対向して向けられ、それにより該イオンビームが減速され、その意図された移動軸と再結合させられるステップと、
該意図されたs形状のビーム経路に従うことができない、望ましくないエネルギーの中性原子及びイオンを妨害するように該ビームのどちらかの側に障害物を置くステップと、
それにより該減速されたイオンビームからこれらの望ましくない粒子を排除するステップと、
を備える、請求項10に記載の方法。 - ターゲットへ所望される均一な量のイオンを注入する方法であって、
リボン形状で拡大する質量分析済みの連続イオンビームを形成するステップと、
第1の多極レンズに印加される電流または電圧の複数の制御可能なソースを用いてその主要な寸法に沿って複数の隣接するゾーン内で該イオンビームの焦点を合わせるまたは外すステップと、
どちらかが随意的に円弧形状であってよい2つの概して直角方向でイオンビームを通して注入されるターゲットを移動するステップと、
その主要な寸法に沿って該イオンビームの該サイズ及び電流プロファイルを測定するステップと、
少なくとも第1のモードと第2のモードの1つで該イオンビームの該サイズを制御するステップと、
その主要な寸法が該注入されたターゲットの寸法を超えるまで該イオンビームが拡大するように該多極レンズを調整するステップと、均一な注入に適したプロファイルを達成するために該リボンビームの該電流均一性を制御するために該多極レンズをさらに調整するステップと、次に単一方向に沿って前後に1回または複数回該リボンイオンビームに該ターゲットを通過させるステップとを備える第1のモードと、
該イオンビームの焦点を合わせるために該多極レンズのすべてのゾーンを調整し、それによってその発散を停止し、それを該注入されたターゲットの該サイズの一部にさせるステップと、次に該ターゲットの全面をイオンで注入するのに有効な連続した経路に沿って前後に数回該イオンビームに該ターゲットを通過させるステップとを備える第2のモードと、を備える方法。 - 第2のモードで、所望されるプロファイルを有するように形成される該スポットビームの該電流プロファイルを制御するように該多極レンズを調整するステップをさらに備える、請求項14に記載の方法。
- 第2のレンズが該第1の多極レンズと該注入位置の間に位置し、該ターゲットの該注入された表面全体で該ビームの該イオンの入射角の変動を最小限に抑えるために該第2の多極レンズの励起を制御するステップをさらに備える、請求項14に記載の方法。
- 該第1の動作モードで使用されるものから偏向を増加または減少するために該アナライザ磁石を操作し、それによって該ビーム経路をその意図された経路の軸からわずかに分岐させるステップと、
場の少なくとも2つの異なるゾーン内に横断方向の静電場構成要素を含む遅延静電場を適用し、第1のゾーンの該場がその意図された経路の軸に向かって該イオンビームを後方に偏向するように向けられ、該第2のゾーンの該場が該第1のゾーンの場に対向して向けられ、それにより該イオンビームが減速され、その意図された移動軸と再結合させられるステップと、
該意図されたs形状のビーム経路に従うことができない望ましくないエネルギーの中性原子及びイオンを妨害するステップと、
それにより該減速したイオンビームからこれらの望ましくない粒子を排除するステップと、
を備える、請求項14に記載の方法。
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