JP4831419B2 - イオン注入システムにおいてプラズマを発生させるための薄膜形成用マグネトロン構造 - Google Patents
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Description
その結果、導入されたプラズマは、ビーム径路の室壁に対して双極子磁力線に沿って迅速に偏向するので、質量分析器における低エネルギービームの汚染を改善するための更なるプラズマの導入が、不要になる。
前記電界発生システムは、RF電源に接続された一対またはそれ以上の電極対を含み、これにより、前記領域内の電極間に交互に変わる電界を発生させ、前記一対またはそれ以上の電極対は、組み合わされた複数の電極である。また、他の実施形態では、前記電界発生システムは、RF電源に接続された一対またはそれ以上の電極対を含み、これにより、前記領域内の電極間に交互に変わる電界を発生させ、前記一対またはそれ以上の電極対の各々は、対向側面、頂部面、底部面をそれぞれ有し、対向側面と底部面は、誘電体材料により取り囲まれ、前記電極間で交互に変わる電界が頂部面から出ていることを特徴とする。
ビームライン経路の一部分は、質量分析システムを含み、該質量分析システムは、コイル間に配置されるビーム径路を有する一対のコイルをさらに含み、前記コイルは、コイルに電流が流れるときにリボン型イオンビームの伝搬方向にほぼ直交する磁界を発生させるように動作し、前記一対のコイルは、磁界発生システムを含んでおり、
前記電界発生システムは、電極間に電界を発生させるように動作可能にバイアスされた一対の電極を含み、更に、バイアスされた一対の電極に接続されたRF電源を含み、
前記一対のコイルが、リボン型イオンビームの幅方向に伸び、かつ前記コイルのいずれかの端部に質量分析システムの第1、第2の対向側面部分を形成し、前記一対の電極が、前記第1の対向側面部分に存在することを特徴とする。
前記ほぼ直交する電界及び磁界を発生させる工程は、前記イオン注入システム内のイオンビームの伝搬方向にほぼ直交する磁界を有する質量分析ガイド内に一対の電極を配置し、
前記電界の方向が質量分析システム内の磁界にほぼ直交するように、前記一対の電極が配置され、前記一対の電極にバイアスを印加して、これらの電極間に電界を発生させ、さらに、2つの導電性の電気的に絶縁されたセグメントに沿って複数の導電性磁石部材を形作り、前記導電性磁石部材の各々は、この磁石部材に関連したN極とS極を有し、前記複数の磁石部材は、これらの間にマルチカプス磁界を発生させるように動作可能であり、
前記セグメントの一方の上に配置した前記複数の導電性磁石部材と、前記セグメントの他方の上に配置した前記複数の導電性磁石部材とにバイアスを印加し、これにより電界を発生させる工程を含んでいる。
また、他の実施形態によれば、イオン注入システムにおいてプラズマを発生させる方法であって、電界と、ある領域内に電界の一部分にほぼ直交する部分を有する磁界とを発生させ、前記領域内で電子を移動し、前記領域内にガスを供給し、少なくともいくつかの移動する電子が一部の前記ガスと衝突させてガスをイオン化し、これにより、前記領域内にプラズマを発生させる各工程を含み、
電界を発生させる工程は、組み合わされた一対の電極を前記イオン注入システムのビーム径路に沿って形成し、前記一対の電極をこれらの電極間に電界を発生するように前記電極にバイアスを印加し、前記組み合わされた一対の電極は、質量分析システム内に配置され、前記一対の電極は、この電極間で伝搬するイオンビームを偏向させるのに使用する前記質量分析システム内に磁界を発生させるように形成されることを特徴とする。
図8の例示的構成は、通路302に沿う種々の領域に分配される電子を捕捉するための領域を可能にする。更に、図8の構成によれば、弓形状通路302を横切って伸びることができ、電極対340a、340bは、弓形状とすることができ、ビーム径路308の全長に沿ってプラズマを発生することができる。
その結果、このプラズマ発生器は、磁気ギャップが小さな部分となるように作ることができ、このギャップが比較的小さくすることができるペンシル型ビームにとって大いに有利なものとなる。小さいギャップを維持することは、光学要素に執拗な出力を減少させることができる。さらに、本発明のプラズマ発生器は、ビームラインの全長に沿ってプラズマを発生させ、さらに磁界ラインに沿って拡散させることによって、ビームガイド全体にプラズマを有効に形成するように動作可能である。一般的に理解できるように、プラズマは、磁界ラインに対して実質的に抵抗となるように見えるが、この磁界ラインに沿って容易に拡散することができる。その結果、ガイド壁に沿って発生したプラズマは、対向するガイドに対して容易に拡散でき、これにより、比較的均一なプラズマを与える。
Claims (33)
- イオンビームの空間電荷を中和するためのプラズマ発生装置であって、
イオンビームを発生させ、ビームライン径路に沿ってイオンビームを向かわせるように動作可能なイオン注入システムと、
第1方向に向かう部分を有する電界を、前記ビームラインの一部分に生じさせるために動作可能な電界発生システムと、
前記第1方向に対して直交する第2方向に向かう部分を有する磁界を前記ビームライン径路の部分に生じさせるために動作可能な磁界発生システムと、
前記電界と磁界によって占有された領域内にガスを導入するために動作可能で、この電界と磁界による前記領域内で電子が移動し、少なくともいくつかの電子が前記領域内のガスと衝突して、ガスの一部分をイオン化させ、これによって、前記ビームライン径路の部分に関連した前記領域内にプラズマを発生させるためのガス源とを含み、
前記電界発生システムは、RF電源に接続された一対またはそれ以上の電極対を含み、これにより、前記領域内の電極間に交互に変わる電界を発生させ、前記一対またはそれ以上の電極対は、組み合わされた複数の電極であることを特徴とするプラズマ発生装置。 - イオンビームの空間電荷を中和するためのプラズマ発生装置であって、
イオンビームを発生させ、ビームライン径路に沿ってイオンビームを向かわせるように動作可能なイオン注入システムと、
第1方向に向かう部分を有する電界を、前記ビームラインの一部分に生じさせるために動作可能な電界発生システムと、
前記第1方向に対して直交する第2方向に向かう部分を有する磁界を前記ビームライン径路の部分に生じさせるために動作可能な磁界発生システムと、
前記電界と磁界によって占有された領域内にガスを導入するために動作可能で、この電界と磁界による前記領域内で電子が移動し、少なくともいくつかの電子が前記領域内のガスと衝突して、ガスの一部分をイオン化させ、これによって、前記ビームライン径路の部分に関連した前記領域内にプラズマを発生させるためのガス源とを含み、
前記電界発生システムは、RF電源に接続された一対またはそれ以上の電極対を含み、これにより、前記領域内の電極間に交互に変わる電界を発生させ、前記一対またはそれ以上の電極対の各々は、対向側面、頂部面、底部面をそれぞれ有し、対向側面と底部面は、誘電体材料により取り囲まれ、前記電極間で交互に変わる電界が頂部面から出ていることを特徴とするプラズマ発生装置。 - 前記一対またはそれ以上の電極対の頂部面上に広がる石英層をさらに含むことを特徴とする請求項2記載のプラズマ発生装置。
- イオンビームの空間電荷を中和するためのプラズマ発生装置であって、
イオンビームを発生させ、ビームライン径路に沿ってイオンビームを向かわせるように動作可能なイオン注入システムと、
第1方向に向かう部分を有する電界を、前記ビームラインの一部分に生じさせるために動作可能な電界発生システムと、
前記第1方向に対して直交する第2方向に向かう部分を有する磁界を前記ビームライン径路の部分に生じさせるために動作可能な磁界発生システムと、
前記電界と磁界によって占有された領域内にガスを導入するために動作可能で、この電界と磁界による前記領域内で電子が移動し、少なくともいくつかの電子が前記領域内のガスと衝突して、ガスの一部分をイオン化させ、これによって、前記ビームライン径路の部分に関連した前記領域内にプラズマを発生させるためのガス源とを含み、
前記ビームライン経路の一部分は、質量分析システムを含み、該質量分析システムは、コイル間に配置されるビーム径路を有する一対のコイルをさらに含み、前記コイルは、コイルに電流が流れるときにリボン型イオンビームの伝搬方向にほぼ直交する磁界を発生させるように動作し、前記一対のコイルは、磁界発生システムを含んでおり、
前記電界発生システムは、電極間に電界を発生させるように動作可能にバイアスされた一対の電極を含み、更に、バイアスされた一対の電極に接続されたRF電源を含み、
前記一対のコイルが、リボン型イオンビームの幅方向に伸び、かつ前記コイルのいずれかの端部に質量分析システムの第1、第2の対向側面部分を形成し、前記一対の電極が、前記第1の対向側面部分に存在することを特徴とするプラズマ発生装置。 - 前記バイアスされた一対の電極の各々は、前記質量分析システムの外形にほぼ従う弓形状の導電性セグメントと、電気的に接続されかつ前記導電性セグメントに沿って連鎖した複数の導電性部材を含むことを特徴とする請求項4記載のプラズマ発生装置。
- 前記複数の導電性部材は、更に磁石を含み、各磁石は、その第1端部に設けたN極と第2端部に設けたS極とを有することを特徴とする請求項5記載のプラズマ発生装置。
- 前記導電性セグメントの一方に複数の磁石が配置され、前記N極とS極は、第1方向に配置され、前記磁石のN極は、前記導電性セグメントの他方の磁石に対して内側に面し、前記磁石のS極は、前記導電性セグメントの他方の磁石から離れた外側に配置されており、前記他方の導電性セグメントの磁石は、第2方向に配置され、前記磁石のN極は、前記一方の導電性セグメントの磁石に対して内側に面し、前記S極は、前記一方の導電性セグメントの磁石から離れた外側に配置されていることを特徴とする請求項6記載のプラズマ発生装置。
- 前記導電性セグメントの一方に複数の磁石が配置され、前記N極とS極は、第1方向に配置され、前記磁石のS極は、前記導電性セグメントの他方の磁石に対して内側に面し、前記磁石のN極は、前記導電性セグメントの他方の磁石から離れた外側に配置されており、前記他方の導電性セグメントの磁石は、第2方向に配置され、前記磁石のS極は、前記一方の導電性セグメントの磁石に対して内側に面し、前記N極は、前記一方の導電性セグメントの磁石から離れた外側に配置されていることを特徴とする請求項6記載のプラズマ発生装置。
- 前記複数の磁石は、前記質量分析システムの第1側面部分に沿ってマルチカプス磁界を発生させるために動作可能であり、前記マルチカプス磁界は、電界と相互作用して電子を区域内の領域に移動し、少なくともいくつかの移動する前記電子がガスをイオン化させるように動作し、これによりプラズマを発生させることを特徴とする請求項6記載のプラズマ発生装置。
- 前記第1側面部分上の弓形状の導電性セグメントに対向する質量分析システムの第2側面部分に、前記ビームライン経路に沿って伸びる複数の磁石をさらに含み、前記磁石の各々は、関連するN極とS極を有し、前記複数の磁石が、弓形状の導電性セグメント上の磁石に対してほぼ90°に向けられ、前記質量分析システムの第2側面部分に沿ってマルチカプス磁界を発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項9記載のプラズマ発生装置。
- 前記ビームライン経路は、質量分析システムの下流にドリフト領域を含み、前記ブームライン経路部分内のプラズマが、この径路を通過するイオンビームに対して空間電荷を中和することを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。
- 前記イオン注入システムは、リボン型イオンビームを発生させるために動作可能なイオン源を含むことを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。
- 前記イオン注入システムは、ビームを走査してリボン型イオンビームを作り出すための走査システムを含むことを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。
- イオンビームを発生するように動作可能なイオン源と、
前記イオンビームを受け入れて、イオンビーム内のイオンを偏向し、所望の電荷質量比を有するイオンを所定径路に沿って移動させ、さらに前記経路内にプラズマを発生させるプラズマ発生器を含み、前記イオンビームに関連した空間電荷を中和するための質量分析システムと、
質量分析システムの下流に配置され、イオンビームを介して注入するために加工物を支持するように動作可能なエンドステーションとを含んでいるイオン注入システムであって、
前記プラズマ発生器は、
前記質量分析システム内に、第1方向に向いた部分を有する電界を発生させるように動作可能な電界発生システムと、
前記質量分析システム内に前記第1方向に直交する第2方向に向いた部分を有する磁界を発生させ、電子が前記電界と前記磁界により移動し、少なくともいくつかの電子が、残留ガスと衝突してガスの一部をイオン化するように動作可能な磁界発生システムとを含み、
前記電界発生システムは、RF電源に接続された一対またはそれ以上の電極対を含み、これにより、前記電極間に交互に変わる電界を前記領域内に発生させ、前記一対またはそれ以上の電極対は、組み合わされた複数の電極であることを特徴とするシステム。 - イオンビームを発生するように動作可能なイオン源と、
前記イオンビームを受け入れて、イオンビーム内のイオンを偏向し、所望の電荷質量比を有するイオンを所定径路に沿って移動させ、さらに前記経路内にプラズマを発生させるプラズマ発生器を含み、前記イオンビームに関連した空間電荷を中和するための質量分析システムと、
質量分析システムの下流に配置され、イオンビームを介して注入するために加工物を支持するように動作可能なエンドステーションとを含んでいるイオン注入システムであって、
前記プラズマ発生器は、
前記質量分析システム内に、第1方向に向いた部分を有する電界を発生させるように動作可能な電界発生システムと、
前記質量分析システム内に前記第1方向に直交する第2方向に向いた部分を有する磁界を発生させ、電子が前記電界と前記磁界により移動し、少なくともいくつかの電子が、残留ガスと衝突してガスの一部をイオン化するように動作可能な磁界発生システムとを含み、
前記電界発生システムは、RF電源に接続された一対またはそれ以上の電極対を含み、これにより、前記電極間に交互に変わる電界を前記領域内に発生させ、前記一対またはそれ以上の電極対の各々は、対向側面、頂部面、底部面をそれぞれ有し、対向側面と底部面は、誘電体材料により取り囲まれ、前記電極間で交互に変わる電界が頂部面から出ていることを特徴とするシステム。 - 前記一対またはそれ以上の電極対の頂部面上に広がる石英層をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- イオンビームを発生するように動作可能なイオン源と、
前記イオンビームを受け入れて、イオンビーム内のイオンを偏向し、所望の電荷質量比を有するイオンを所定径路に沿って移動させ、さらに前記経路内にプラズマを発生させるプラズマ発生器を含み、前記イオンビームに関連した空間電荷を中和するための質量分析システムと、
質量分析システムの下流に配置され、イオンビームを介して注入するために加工物を支持するように動作可能なエンドステーションとを含んでいるイオン注入システムであって、
前記プラズマ発生器は、
前記質量分析システム内に、第1方向に向いた部分を有する電界を発生させるように動作可能な電界発生システムと、
前記質量分析システム内に前記第1方向に直交する第2方向に向いた部分を有する磁界を発生させ、電子が前記電界と前記磁界により移動し、少なくともいくつかの電子が、残留ガスと衝突してガスの一部をイオン化するように動作可能な磁界発生システムとを含み、
前記イオンビームは、リボン型イオンビームからなり、
前記質量分析システムは、コイル間に配置されるビーム径路を有する一対のコイルをさらに含み、前記コイルは、コイルに電流が流れるときにリボン型イオンビームの伝搬方向にほぼ直交する磁界を発生させるように動作可能であり、
前記電界発生システムは、電極間に電界を発生させるように動作可能にバイアスされた一対の電極を含み、
前記一対のコイルが、リボン型イオンビームの幅方向に伸び、かつ前記コイルのいずれかの端部に質量分析システムの第1、第2の対向側面部分を形成し、前記一対の電極が、前記第1の対向側面部分に存在することを特徴とするシステム。 - 前記一対のコイルは、磁界発生システムを含むことを特徴とする請求項17に記載のシステム。
- 前記電界発生システムは、更に、バイアスされた一対の電極に接続されたRF電源を含むことを特徴とする請求項17に記載のシステム。
- 前記バイアスされた一対の電極の各々は、前記質量分析システムの外形にほぼ従う弓形状の導電性セグメントと、電気的に接続されかつ前記導電性セグメントに沿って連鎖した複数の導電性部材を含むことを特徴とする請求項17に記載のシステム。
- 前記電界発生システムは、弓形状の複数の導電性部材に接続されたRF電源を更に含み、これにより、前記弓形状の導電性セグメントの一方の上に配置された前記導電性部材と前記弓形状の導電性セグメントの他方の上に配置された前記導電性部材との間にそれぞれRF電界を発生させ、前記RF電界の方向が、前記ビームライン径路内の磁界にほぼ直交していることを特徴とする請求項20に記載のシステム。
- 複数の前記導電性部材は、更に、磁石を含み、該磁石の各々は、磁石の第1端部に関連したN極と、磁石の第2端部に関連したS極とを有することを特徴とする請求項20に記載のシステム。
- 前記導電性セグメントの一方に複数の磁石が配置され、前記N極とS極は、第1方向に配置され、前記磁石のS極は、前記導電性セグメントの他方の磁石に対して内側に面し、前記磁石のN極は、前記導電性セグメントの他方の磁石から離れた外側に配置されており、前記他方の導電性セグメントの磁石は、第2方向に配置され、前記磁石のS極は、前記一方の導電性セグメントの磁石に対して内側に面し、前記N極は、前記一方の導電性セグメントの磁石から離れた外側に配置されていることを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- 前記導電性セグメントの一方に複数の磁石が配置され、前記N極とS極は、第1方向に配置され、前記磁石のS極は、前記導電性セグメントの他方の磁石に対して内側に面し、前記磁石のN極は、前記導電性セグメントの他方の磁石から離れた外側に配置されており、前記他方の導電性セグメントの磁石は、第2方向に配置され、前記磁石のS極は、前記一方の導電性セグメントの磁石に対して内側に面し、前記N極は、前記一方の導電性セグメントの磁石から離れた外側に配置されていることを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- 前記複数の磁石は、前記質量分析システムの第1側面部分に沿ってマルチカプス磁界を発生させるために動作可能であり、前記マルチカプス磁界は、電界と相互作用して電子を区域内の領域に移動し、少なくともいくつかの移動する前記電子がガスをイオン化させるように動作し、これによりプラズマを発生させることを特徴とする請求項22に記載のシステム。
- 前記第1側面部分上の弓形状の導電性セグメントに対向する質量分析システムの第2側面部分に、前記ビームライン経路に沿って伸びる複数の磁石をさらに含み、前記磁石の各々は、関連するN極とS極を有し、前記複数の磁石が、弓形状の導電性セグメント上の磁石に対してほぼ90°に向けられ、前記質量分析システムの第2側面部分に沿ってマルチカプス磁界を発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項25に記載のシステム。
- イオン注入システムにおいてプラズマを発生させる方法であって、
電界と、ある領域内に電界の一部分にほぼ直交する部分を有する磁界とを発生させ、前記領域内で電子を移動し、
前記領域内にガスを供給し、少なくともいくつかの移動する電子が一部の前記ガスと衝突させてガスをイオン化し、これにより、前記領域内にプラズマを発生させる各工程を含み、
前記ほぼ直交する電界及び磁界を発生させる工程は、前記イオン注入システム内のイオンビームの伝搬方向にほぼ直交する磁界を有する質量分析ガイド内に一対の電極を配置し、
前記電界の方向が質量分析システム内の磁界にほぼ直交するように、前記一対の電極が配置され、前記一対の電極にバイアスを印加して、これらの電極間に電界を発生させ、さらに、2つの導電性の電気的に絶縁されたセグメントに沿って複数の導電性磁石部材を形作り、前記導電性磁石部材の各々は、この磁石部材に関連したN極とS極を有し、前記複数の磁石部材は、これらの間にマルチカプス磁界を発生させるように動作可能であり、
前記セグメントの一方の上に配置した前記複数の導電性磁石部材と、前記セグメントの他方の上に配置した前記複数の導電性磁石部材とにバイアスを印加し、これにより電界を発生させる工程を含んでいる特徴とする方法。 - 前記プラズマは、イオン注入システム内の質量分析システム内に発生し、前記質量分析システムは、弓形状通路に沿って伸びる第1、第2の対向側面を有する前記弓形状通路を含み、更に、2つの導電性の電気的に絶縁された前記セグメントは、互いに離れて第1側面に沿って伸びていることを特徴する請求項27に記載の方法。
- 前記導電性セグメントの一方に関連した前記導電性磁石部材は、前記弓形状通路に沿って伸びるように形成され、前記導電性磁石部材の各S極は、前記弓形状筒路の中心部分から外側に離れて対面し、前記導電性磁石部材の各N極は、前記弓形状通路の中心部分に対して内側で対面することを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記導電性セグメントの他方に関連した前記導電性磁石部材は、前記弓形状通路に沿って伸びるように形成され、前記導電性磁石部材の各S極は、前記弓形状筒路の中心部分から外側に離れて対面し、前記導電性磁石部材の各N極は、前記弓形状通路の中心部分に対して内側で対面することを特徴とする請求項29に記載の方法。
- イオン注入システムにおいてプラズマを発生させる方法であって、
電界と、ある領域内に電界の一部分にほぼ直交する部分を有する磁界とを発生させ、前記領域内で電子を移動し、
前記領域内にガスを供給し、少なくともいくつかの移動する電子が一部の前記ガスと衝突させてガスをイオン化し、これにより、前記領域内にプラズマを発生させる各工程を含み、
電界を発生させる工程は、組み合わされた一対の電極を前記イオン注入システムのビーム径路に沿って形成し、
前記一対の電極をこれらの電極間に電界を発生するように前記電極にバイアスを印加し、
前記組み合わされた一対の電極は、質量分析システム内に配置され、前記一対の電極は、この電極間で伝搬するイオンビームを偏向させるのに使用する前記質量分析システム内に磁界を発生させるように形成されることを特徴とする方法。 - 前記質量分析システムは、第1、第2対向側面を有する弓形状通路を含み、前記組み合わされた一対の電極は、前記第1、第2対向側面の一方に配置されていることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- ガスを供給する工程は、前記領域内に残留ガスを使用することを含んでいることを特徴とする請求項31に記載の方法。
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