JP5007870B2

JP5007870B2 - 共振器及び増幅器の統合システム

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Publication number: JP5007870B2
Application number: JP2001588298A
Authority: JP
Inventors: フランクディバージリオ、ウイリアム; コーロシュサダトマンド、; エルンストフレデリックシエラー、
Original assignee: アクセリステクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: TWI234419B; WO2001093646A2; EP1290927A2; WO2001093646A3; US6653803B1; JP2003535439A; KR20030007808A; AU2001258595A1; NZ522808A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にイオン注入装置に関し、より詳細には、改良されたイオン注入装置のリニア加速器の作動装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造において、イオン注入は、半導体に不純物を添加するのに使用される。高エネルギー（ＨＥ）イオン注入装置は、本発明の譲受人であるイートンコーポレーションに譲渡された米国特許第4,667,111号明細書に記載されており、その内容は、本明細書において、十分に説明する参考文献として包含される。
【０００３】
このような高エネルギーイオン注入装置は、基板内に深く注入するために用いられ、例えば、レトログレード・ウエル(retrograde wells)を形成するために用いられる。この深い注入のためには、一般的に、１．５ＭｅＶ（100万電子ボルト）の注入エネルギーが必要である。より低いエネルギーを用いることもできるが、このイオン注入装置は、300ＫeＶから700ＫeＶの間のエネルギーで注入を実行しなければならない。イートン社のＧＳＤ／ＨＥ，ＧＳＤ／ＶＨＥイオン注入装置は、イオンビームを５ＭｅＶまでエネルギーレベルを高めることができる。
【０００４】
図１aにおいて、一般的な高エネルギーイオン注入装置１０が図示されており、この注入装置は、ターミナル１２と、ビームラインアセンブリ１４と、端部ステーション１６とを有している。ターミナル１２は、高電圧電源２２によって電力供給されるイオン源２０を有している。イオン源２０は、ビームラインアセンブリ１４に与えられるイオンビーム２４を発生する。
【０００５】
イオンビーム２４は、次に、端部ステーション１６のターゲットウエハ３０に向けて導かれる。イオンビーム２４は、質量分析磁石２６及び無線周波（ＲＦ）リニア加速器（linac）２８を含むビームラインアセンブリ１４によって調整される。ライナック２８は、一連の共振モジュール２８a〜２８nを含み、各共振モジュールは、更に、前のモジュールから到達したエネルギーを越えるようにイオンを加速する。この加速モジュールは、一般的に共振方法により発生する高ＲＦ電圧により個々に励起され、必要とされる適切な平均電力を維持する。質量分析磁石２６は、適切な電荷対質量比のイオンのみをライナック２８に通過させる。
【０００６】
高エネルギーイオン注入装置１０におけるリニア加速器モジュール２８a〜２８nは、それぞれ、図１bに概略的に図示するように、ＲＦ増幅器５０、共振器５２、及び電極５４を含んでいる。共振器は、たとえば、米国特許第4,667,111号明細書に記載のように、約０〜１５０ＫＶの電圧を用いて約３〜３０ＭＨｚの範囲内の周波数で作動し、イオンビーム２４のイオンを電荷状態ごとに１ＭeVを越えるエネルギーに加速する。
【０００７】
ＲＦ増幅器５０と共振器５２との間の通常の電力結合は、増幅器５０内に第１インピーダンスマッチング回路網５６を含み、ソリッドステート又は真空管の機器からなるアクティブデバイス(出力装置）５１を、インピーダンスが一般的に５０Ωの伝送ライン５８に適合させる。共振器５２に供給される第２マッチング回路網６０は、伝送ラインのインピーダンスを共振器の負荷インピーダンスに適合させる。このマッチング回路網５６,６０による電力損失は、ケーブル５８と同様に、一般的に、全ＲＦ電力の２〜５％である。更に、このようなマッチング回路網と伝送ラインまたはケーブルは、費用がかかる。更に、ケーブル５８の長さは、重要であり、マッチングのための最適なケーブル長さは、数ｍのケーブルとなるので、高エネルギーイオン注入装置における貴重な空間を占めることになる。
【０００８】
（発明の開示）
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術に関連する種々の問題を取り除くまたは最小化する共振器及び無線周波（ＲＦ）増幅器の統合システム及びイオン加速器に用いるための装置を提供する。特に、本発明は、従来のマルチプルマッチング回路網を単一の回路網に結合し、これにより、共振器及びＲＦ増幅器の統合システムとして、単純化しかつコストを低下させる。本発明は、さらに、ＲＦ増幅器を共振器に結合する方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの構成によれば、増幅器に関連するＲＦ出力が共振器に直接的に結合される共振器及び増幅器の統合システムが提供される。これにより、従来のシステム及び装置に関連した、１つまたはそれ以上のマッチング回路網及びケーブルにおけるコストが削減される。
【００１０】
この統合システムは、ＲＦ出力を有する増幅器と、この増幅器のＲＦ出力に直接的に誘導結合されるタンク回路と、このタンク回路に接続された加速電極とを含み、
前記誘導結合は、前記タンク回路のコイルの低電圧端部の近くに前記コイルに対して配置されたインダクターを含み、このインダクターは、前記増幅器のＲＦ出力に電気的に接続され、これにより、前記増幅器のＲＦ出力を前記コイルに誘導結合することを特徴とする。
本発明は、コスト的な利点の他に、加速器モジュールのために必要とされる空間を減少させる。本発明は、さらに、削減された回路網およびケーブルに関連する電力損失を削除または減少させる。これにより、システム全体の効率を改善する。本発明に従ってＲＦ構成部品の数を減少させることにより、システムの信頼性を改善する利点が生じる。
【００１１】
本発明の他の構成によれば、イオン注入装置においてイオンを加速するための装置が提供される。この装置は、ＲＦ出力を有する増幅器と、この増幅器のＲＦ出力に直接的に誘導結合されるコイルを有するタンク回路と、前記コイルに接続されて、イオンを加速するための電極とを含み、
前記誘導結合は、前記コイルの低電圧端部の近くに前記コイルに対して配置されたインダクターを含み、このインダクターは、前記増幅器のＲＦ出力に電気的に接続され、これにより、前記増幅器のＲＦ出力を前記コイルに誘導結合することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の構成によれば、イオン加速器においてＲＦ増幅器を共振器に結合するための方法が提供される。この方法は、増幅器のＲＦ出力をカプラーに結合し、そして、前記カプラーを前記コイルの近くに配置し、これにより、前記増幅器のＲＦ出力を前記共振器のコイルに結合する、各ステップを有する。更に、前記カプラーは、インダクターを含んでおり、前記コイルに同軸配置されかつ前記コイルの低電圧端部の近くに配置されるステップを含み、前記増幅器のＲＦ出力を前記コイルに誘導結合することを特徴とする。
【００１３】
上述した及び関連する目的を達成するために、本発明は、以下に完全に説明されかつ特許請求の範囲において特別に指摘された特徴を含んでいる。以下の説明と添付図面とは、本発明の或る詳細な例示的構成を示している。しかし、これらの形態は、本発明の原理が採用され得るような種々の方式における幾つかを示しているだけである。本発明の他の目的、長所及び新規な特徴は、図面との関連で考えると本発明の次の詳細な説明から明らかになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１aは、本発明におけるＲＦ増幅器及び共振器の統合システム及び方法に使用されるリニア加速器を有する一般的な高エネルギーのイオン注入装置を示す概略ブロック図である。図１bは、従来のリニア加速器モジュールを示す概略ブロック図である。図１cは、通常のリニア加速器モジュールを示す概略図である。図１dは、従来のリニア加速器モジュールを示す概略ブロック図である。
【００１５】
図２aは、本発明の構成に従う容量結合を有するＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略図である。図２ｂは、本発明の他の構成に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略ブロック図である。図２ｃは、本発明の他の構成に従う誘導結合を有するＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略ブロック図である。図２ｄは、本発明の他の構成に従う誘導結合を有する別のＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略ブロック図である。
【００１６】
図３は、本発明に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。図４は、図３の４−４線に沿う本発明に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムの側断面図である。図５は、本発明に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。図６aは、本発明の他の構成に従う別のＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。図６ｂは、本発明の他の構成に従う別のＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。図６ｃは、図６ｂのＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す立面図である。図７は、ＲＦ増幅器の出力を共振器またはタンク回路に連結する方法を示す流れ図である。
【００１７】
本発明では、同一の参照番号は、全体にわたり同一の要素を言及するのに用いた図面を参照して説明する。本発明は、共振器及ＲＦ増幅器の統合システム及びイオン加速器に用いられる装置、さらに、イオン加速器において、ＲＦ増幅器を共振器に結合する方法を含んでいる。
【００１８】
本発明は、高エネルギーイオン注入装置におけるリニア加速器内の個々の加速器モジュールに用いることができる。本発明の１つの構成は、ＲＦ出力を直接共振器回路に結合することを含む。この実質的な直接結合としては、たとえば、容量結合、誘導結合、及び変成器結合（電磁結合）等が含まれ、従来のマッチング回路網を単純化し、従来システムに関連する５０Ωケーブルを削減する。この結果、効率、スペース利用率、コスト、及び信頼性を改善する。
【００１９】
本発明の種々の面において、以後、高エネルギーイオン注入装置における構成部品を形成するリニア加速器モジュールを含む特定の応用に関して論じられる。しかし、他の応用における本発明の利点についてもその有効性を認めることができる。本発明の特徴に対する内容を提示するために、ＲＦ増幅器及び共振器に対する従来の相互接続についての簡単な解説をここで行う。
【００２０】
図１ｃにおいて、抵抗Ｒ_L及びキャパシタンスＣｓに並列接続した誘導コイルＬを有する通常の共振回路１００が図示されている。加速電極１０８は、インダクターＬに接続され、イオンビーム１１０に関連するイオンを加速するのに役立つ。電極１０８は、２つの接地された電極１１２，１１４間に取り付けられ、そして、加速電極１０８と接地電極１１２，１１４は、イオンビームを加速するために「プッシュプル」動作で作用する。
【００２１】
キャパシタンスＣｓは、共振回路の等価キャパシタンスを表しており、加速電極１０８、この電極用支柱、コイル、及び付加された調整キャパシタンスからの影響を受ける。抵抗Ｒ_Lは、インダクターＬとキャパシタンスＣｓからなる共振回路に関連する損失を表す。このキャパシタンスＣｓと誘導コイルＬの値は、低損失（Ｑ値が高い）共振器又はタンク回路１００を形成するために選択され、そこで、図１ａで示す形式のリニア加速器システムにおける各加速器モジュールが、同一の周波数で共振する。無線周波（ＲＦ）信号は、ポイント１１６でのＲＦシステム(図示略)から供給され、キャパシタＣｃを介してコイルＬの高電圧端に容量結合される。
【００２２】
図１ｄにおいて、加速器モジュール２８は、ＲＦ出力１２２を有するＲＦ増幅器１２０を含み、この増幅器は、第１、第２のマッチング回路網１２４，１２６及びケーブル１２８を介して、図１ｃの共振回路１００に接続されている。ケーブルは、一般的に従来の５０Ω同軸ケーブルである。このケーブル１２８は、共振回路１００のインピーダンスに対して増幅器出力１２２のインピーダンスに適切にマッチングさせるために、一般的に数ｍの長さを有する。
【００２３】
マッチング回路網１２６は、共振回路１００に連結され、結合キャパシタＣｃおよび／または他の要素を含んでいる。この結合キャパシタＣｃは、誘導コイルＬから離間したプレートを有しており、共振回路のインピーダンスＲ_L（一般的に１ＭΩ）が、ＲＦ増幅器１２０、マッチング回路網１２４、及びケーブル１２８（一般的に５０Ω）を含むＲＦ源のインピーダンスにマッチングするように調整可能である。同様に、共振器のキャパシタンスＣｓもコイルＬから離間したプレートを有しており、共振回路１００の共振周波数にチューニングするように調整することができる。このコイルＬは、高電圧ブッシュ１３０を介して加速電極１０８に接続される。
【００２４】
マッチング回路網１２４は、一般的に、ケーブル１２８に対して増幅器１２０の出力インピーダンスをマッチングさせるように形作られている。このマッチング回路網１２６は、ケーブル１２８、回路網１２４、及び増幅器１２０からなるインピーダンスを負荷のインピーダンス、即ち、図１ｄでは共振器１００のインピーダンスにマッチングさせるように動作する。
【００２５】
結合キャパシタＣｃは、共振回路１００のインピーダンスに寄与し、そしてほぼ固定される。マッチング回路網１２４，１２６は、ケーブル１２８と同様に高価であり、メンテナンスが必要であり、また、ライナック２８における貴重な空間を占有することになる。本発明は、これらの構成要素の単純化とケーブル１２８を削除することで、システムの費用、信頼性、空間利用率、及び性能を改善する。
【００２６】
図２a及び図２ｂにおいて、本発明の１つの構成が図示され、それは、共振器とＲＦ増幅器の統合システムからなり、イオン加速器において使用される。図示されたシステムは、低損失を達成するために、ＲＦ増幅器１２０と、Ｑの高い共振回路１００とを直接的に結合することにより、従来のシステムのマッチング回路網を単純化しかつケーブルを削除する。
【００２７】
本発明は、高エネルギー（ＨＥ）イオン注入装置用のライナック段階を形成するリニア加速器モジュールにおいて、有効に使用することができる。このシステムは、ＲＦ出力１２２を有する増幅器１２０を有し、この増幅器は、結合キャパシタ１５０を介して共振回路１００に直接的に結合され、この結合キャパシタは、共振回路の誘導コイルＬの高電圧端に接続されている。
【００２８】
実質的に直接的な結合は、一連のキャパシタンス（たとえば、図２ｂにおけるキャパシタ１５０）を介するような容量結合、また、誘導ループまたはコイル（たとえば、図２ｃ及びそれ以下の図面に示すような結合コイル１７０）を介するような誘導結合、或いは同様の結合から構成される。ここで用いられる直接的な結合は、マルチプルマッチング回路網及び従来のシステムに関連するケーブルを含まないが、その代わり増幅器のＲＦ出力のインピーダンスと共振回路のインピーダンスとをマッチングさせることができる単一の結合回路網を意図している。
【００２９】
コイルＬは、キャパシタンスＣｓを有する共振器、即ちタンク回路を形成し、このキャパシタンスは、タンク回路の共振周波数の同調をとるために調整可能である。図２ａ及び図２ｂに示すように、本発明では、付加的なマッチング回路網又は５０Ωのケーブルを必要としない。出力１２２でのＲＦ増幅器１２０のインピーダンスは、キャパシタンス１５０によって共振器のインピーダンスとマッチングされる。このキャパシタンスの値は、調整可能である。しかし、キャパシタンスの調整は、一般的に、共振回路１００のインピーダンスにしたがって決まる。さらなる調整は、共振回路１００の負荷が動作中に大きく変化しないので、一般的に必要としない。本発明のシステムの効率、信頼性、及び費用は、インピーダンスマッチング用の構成部品の削減、及びそれに関連する電力損失をなくすことにより、従来のシステムにおけるものよりも向上している。
【００３０】
図２ｃにおいて、共振器及びＲＦ増幅器の統合システムは、従来技術の付加的なマッチング回路網及びケーブルをなくして、ＲＦ増幅器１２０とＱの高い共振回路２６０との間の直接的結合を与えることが示されている。この統合システムは、結合コイル１７０を介して共振回路２６０に直接的に結合されるＲＦ出力１２２を有する増幅器１２０を有する。コイル１７０は、共振回路の誘導コイルＬを用いるＲＦ出力１２２の誘導結合を与える。この誘導結合は、増幅器１２０の出力１２２と共振回路２６０の間のインピーダンスマッチングを構成する。図２ａの共振回路と同様に、共振回路２６０は、コイルＬとキャパシタンスＣｓを含み、これらの素子は、タンク回路の共振周波数の同調を調整可能にする。結合コイル１７０と共振コイルＬとの間の誘導結合は、調整可能であり、出力１２２でのＲＦ増幅器１２０のインピーダンスと共振回路２６０のインピーダンスをマッチングさせることができる。
【００３１】
図２ｄは、ＲＦ増幅器１２０とＱが高い共振回路２６０との間の直流電流結合(direct galvanic coupling)の別の応用を示す。結合キャパシタンスＣ_Bの一端が共振回路２６０の可変インダクターＬのタップ点１８０に接続され、電力ＦＥＴ（Ｑ１）からインダクターＬに増幅されたＲＦ信号(図示略)を与える。ＲＦチョーク１８２は、Ｑ１の電源と正の供給電圧源（＋Ｖｓ）との間に接続され、また、ＲＦゲート信号１８４は、Ｑ１のゲートに供給される。適当なタップ点１８０を選択することにより、必要なインピーダンスレベルを達成することができ、数オームの程度のインピーダンスに下がる。
【００３２】
これは、非常に低い出力インピーダンス（たとえば、ＦＥＴＱ１）を有する高電力ソリッドステート増幅器に接続する場合、特に有益である。この結合キャパシタンスＣ_Bは、図２ｄの増幅器／共振器の統合システムにおいて、インピーダンス変換機能を有しておらず、その代わりインダクターＬによってＱ１の直流トランジスタ電圧が短絡しないように、十分高いキャパシタンスを有する。付加的なインピーダンスマッチング構成部品が共振回路２６０以外に必要としないことがわかる。インダクターＬの値は、フィールド変位チューナ１８６を用いて調整され、このチューナは、インダクターコイルＬに関して方向１９０に移動可能なプランジャー１８８を有している。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態を示す詳細な上面図であり、この実施形態において、共振器とＲＦ増幅器の統合システム２００は、共振インダクターコイル２０２を備え、イオンビーム２１０を加速するための円筒加速電極２０８を有する。この加速電極は、接地電極２１２，２１４の間に配置されている。加速電極２０８と接地電極２１２，２１４は、プッシュプル形式で作動し、イオンビーム２１０内の荷電粒子がシステム２００内を通過するとき、この荷電粒子の束を加速する。
【００３４】
コイル２０２の高電圧端は、ブッシュ２３０を介して外側ハウジング壁２２８を貫通している。コイル２０２は二股に別れており、冷却水２３６が入口２４０から出口２４２に排出するようにコイル内を循環して流れる。入口２４０と出口２４２は、コイル２０２の低電圧端側に配置され、コイル２０２に対して出力２２２の調整可能な容量結合を与える。また、システム２００には、図３では省略したが、図４で図示されかつ以下で説明される調整可能な同調キャパシタンス２７０が共に設けられている。システム２００は、図２ｂに示されたライナックモジュール２８を実装している。たとえば、インダクターコイルＬは、コイル２０２に相当し、結合キャパシタ２５０は、キャパシタ１５０等に相当する。
【００３５】
調整可能なキャパシタ２５０は、システムハウジング２３２の内壁２５６に設けた高電圧ブッシュ２５４に摺動可能に係合するロッド２５２を含み、このロッドはコイル２０２と関係して矢印２５８で示す方向に直線往復運動する。ロッド２５２は、アルミニウムで作ることができ、かつＲＦ増幅器２２０の出力２２２に電気的に接続される。キャパシタ２５０は、更にコイル２０２から離間した導電プレート２６０（たとえば、アルミニウム）を含んでいる。このプレート２６０と、プレート２６０とコイル２０２間のギャップ２６１は、ＲＦ出力２２２をコイル２０２に容量結合するキャパシタ２５０を形成する。ＲＦ出力を調整可能なキャパシタを介してコイル２０２に直接的に結合することにより、従来システムに関連するマッチング回路網の１つとケーブルとを削除することを可能にする。
【００３６】
図３において、キャパシタ２５０は、更にモータまたはソレノイド等のリニアアクチュエータ２６２を含み、ロッド２５２と、ここではプレート２６０とを矢印の方向に往復運動させる。調整可能なキャパシタ２５０は、プレート２６０及びコイル２０２の間の調整可能なギャップ２６１を有することが示されているが、調整キャパシタの多くの異なる形式では、ＲＦ出力２２２をコイル２０２に結合するために使用することができ、これは、本発明の範囲内にあると考える。
【００３７】
リニアアクチュエータ２６２は、コイル２０２と増幅器出力２２２の間の容量結合を調整するために設けられている。キャパシタ２５０の調整は、制御システムまたは他の計装(図示略)との組合せで手動または自動とすることができる。しかし、このシステムは、増幅器出力２２２と共振回路インピーダンスとの間の最適なマッチングを選択するための値を有する固定のキャパシタンス２５０を設けることもでき、この場合、リニアアクチュエータ２６２は不要であり、また、アルミニウムロッド２５２即ちプレート２６０を設けて往復運動させることも不要である。
【００３８】
図４は、図３のシステムの側方立面図を示し、更に、キャパシタ２７０とインダクターコイル２０２によって形成される共振回路の共振周波数の制御可能な調整、即ち、同調用の同調キャパシタ２７０を有する。このキャパシタ２７０は、ブッシュ２７６を介してハウジング壁２７４を貫通する導電ロッド２７２を含み、このロッドは、ブッシュに摺動可能に係合し、リニアアクチュエータ２８０を介して矢印２７８で示される方向に往復直線運動する。さらに、同調キャパシタ２７０は、インダクターコイル２０２から離間し、このコイルの高電圧端の近くに導電プレート２８２を含んでいる。ギャップ２６３は、プレート２８２及びコイル２０２の間に形成され、これによって、インダクターコイル２０２に平行に接地されたキャパシタを形成する。タンク回路の共振周波数は、望ましいリニアアクチュエータ２８０を介して自動的、または手動的に調整可能である。図３および図４の実施形態では、同調キャパシタ２７０とともに結合キャパシタ２５０は、インダクターコイル２０２と、このコイルの高電圧端の近くで容量結合する。
【００３９】
図３及び図４のシステム２００は、本発明のいくつかの利点を示している。増幅器のＲＦ出力２２２をキャパシタ２５０に接続する直接的な結合は、従来のシステムにおいて必要とされた付加的な高価なマッチング回路網及びケーブルの入用をなくす。本システムの信頼性が向上し、かつＲＦ構成部品が少なくなるので、そのためのコストが低下する。本システムは、また、過去において用いられた付加的なマッチング回路網および数ｍのケーブルを取り除くので、システムをコンパクトに構成できる。さらに、本発明のシステムは、マッチング回路網及びケーブルに関連した電力損失を避けるので、より効率的になる。
【００４０】
図５を参照すると、共振器と増幅器の統合システム３００を構成する本発明の他の実施形態が示されている。このシステムは、出力端３２２ａ、３２２ｂを有するＲＦ増幅器３２０を備え、また、円筒加速電極３０８を有する共振器のインダクターコイル３０２を備えている。コイル３０２の高電圧端は、ブッシュ３３０を介してハウジング３３２の端部壁３２８を貫通している。これにより、加速電極３０８は、接地電極３１２，３１４と共にプッシュプル形式で動作し、ビーム３１０を形成するイオンを加速する。この実施形態では、第２のインダクターコイルすなわちループ３９０が、コイル３０２の低電圧端を有する増幅器３２０の出力３２２に誘導結合されている。
【００４１】
図３及び図４に示した容量結合と同様に、図５におけるループ３９０を介する直接的な誘導結合は、従来システムに関連する付加的なマッチング回路網及びケーブルをなくす。ループ３９０は、好ましくはコイル３０２と同軸配置され、かつ矢印３９１の方向に移動でき、これにより、コイル３０２に対するＲＦ増幅器出力３２２の誘導結合を調整する。これは、またシステム３００における調整可能なインピーダンスマッチングを与える。
【００４２】
同調キャパシタ３７０は、導電端部プレート３８０を有する導電ロッド３７２を有し、このロッドは、内部のハウジング壁３５６を貫通するブッシュ３７６に摺動可能に係合している。矢印３７８によって示された方向におけるロッド３７２の往復直線運動は、リニアアクチュエータ３８０により与えられる。ロッド３７２とプレート３８２は、電気的に接地されており、プレート３８２は、コイル３０２の高電圧端から離間し、その間にギャップ３７３を形成するように配置されている。キャパシタ３７０の値は、タンク回路の共振周波数に同調するためにリニアアクチュエータ３８０を介して手動または自動的に調整することができる。
【００４３】
誘導ループ３９０を介してＲＦ出力３２２をインダクターコイル３０２に直接的に結合することにより、従来のシステムにおいて必要とされた付加的なマッチング回路網及びケーブルを除去することによってコスト、信頼性、空間の節減、及び効率における多くの利点を備える。
【００４４】
図６ａにおいて、共振器及び増幅器の統合システム４００を含む本発明の別の構成が示されている。このシステムは、出力４２２を有するＲＦ増幅器４２０と、円筒加速電極４０８を有する共振器インダクターコイル４０２とを有する。コイル４０２の高電圧端は、ブッシュ４３０を介してハウジング４３２の端部壁４２８を貫通し、これにより、加速電極４０８は、ビーム４１０を形成するイオンを加速するために、接地された電極４１２,４１４と共にプッシュプル形式で動作する。増幅器４２０の出力４２２は、コネクタパッド４２４を介してコイル４０２の低電圧端に接続される。
【００４５】
増幅器４２０からのＲＦ電源と共振器コイル４０２との直流電流結合は、増幅器出力のインピーダンスと共振回路のインピーダンスとのインピーダンスマッチングを与える。パッド４２４は、種々の位置においてコイル４０２上に配置することができ、この位置の１つが、図６ａに想像線で示されている。コイル４０２上のパッド４２４の位置は、共振回路と増幅器４２０とのインピーダンスをマッチングさせるために調整することができる。再配置可能なコネクタパッド４２４を用いて、付加的なマッチング構成部品を必要とすることなく、インピーダンスのマッチングを行える。
【００４６】
プランジャー１８８を有するフィールド変位チューナ１８６が設けられ、このプランジャーは、ブッシュ４７６を介して壁４５６を貫通し、かつ誘導コイル４０２に対して方向１９０の方に移動可能である。プランジャー４７２の直線往復運動は、リニアアクチュエータ４８０により容易に行うことができる。誘導コイル４０２の値は、リニアアクチュエータ４８０によって手動または自動的に調整することができ、コイル４０２を貫通するフラックスの量を変更することにより、タンク回路の共振周波数を同調させることができる。
【００４７】
図６ｂおよび図６ｃは、本発明における別の構成からなる共振器及び増幅器の統合システム４００を示しており、このシステムは、ハウジング４３２の壁４５６の外側に取り付けたハイブリッド形式の統合電力ステージ４９０と、誘導コイル４０２に関して方向１９０の方に移動可能なプランジャー１８８を有するフィールド変位チューナとを備えている。電力ステージ４９０は、コネクターパッド４２を介して共振コイル４０２に接続されるＲＦ出力を有し、システム４００に関連したＲＦ増幅器と他の制御回路を含むこともできる。
【００４８】
コイル４０２上のコネクタパッド４２４の位置は、電力ステージ４９０の増幅器とコイル４０２との間のインピーダンスマッチングを与える。さらに、コイル４０２に対するプランジャー１８８の位置は、共振回路の同調を与える。それゆえ、図６ｂ及び図６ｃに示すシステムは、付加的なマッチング構成部品または回路を必要としないでＲＦ出力を共振器に直接的に結合させることができる。
【００４９】
図７を参照すると、イオン加速器においてＲＦ増幅器を共振器に連結するための方法５００が図示されている。この方法５００は、ほぼ直接ＲＦ出力を共振器またはタンク回路に接続することを含んでいる。ステップ５０２において、増幅器のＲＦ出力は、カプラー（たとえば、キャパシタまたはインダクタ）に接続される。ステップ５０４において、カプラーは、共振回路のコイルに近接して配置され、これにより、増幅器のＲＦ出力が共振器またはタンク回路に接続される。電力伝送は、ステップ５０６において、テストされ、そして、インピーダンスマッチングが増幅器から負荷への電力伝送を十分可能にするならば、その結合は、ステップ５０８で完了する。さもなければ、この結合は、電力伝送を改善するために、ステップ５１０で変更される。
【００５０】
ステップ５１０において、調整は、たとえば、図３、図４における結合キャパシタ２５０の調整、または図５における結合インダクタ３９０の調整を介して遂行される。この調整は、受入可能な電力伝送が達成されるまでステップ５０６及び５１０を介して行われ、この方法は、ステップ５０８で終了する。十分な電力伝送は、ステップ５０６でテストされ、たとえば、ＲＦ増幅器によって発生した電力によって負荷に伝達される電力量を分割し、この一部分が最少の受入可能な閾値を越えるかどうかを決定する。
【００５１】
ここに図示された方法は、通常の方法を越える利益をもたらす。この方法は、マッチング回路網とケーブルを設け、かつこれらを連結し、さらに、増幅器出力と共振器コイルとの間のインピーダンスをマッチングさせるためにマッチング回路網を調整するステップを含んでいる。
【００５２】
本発明は、特定の実施形態に関して開示しかつ記載してきたが、本発明は、等価な変更及び修正は、本明細書及び図面を読みかつ理解した者である他の当業者であれば考えられるものである。特に、上述した構成部品（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、このような構成部品を記載するために用いる用語（参考として「手段」を含む）は、たとえ、本発明の例示された実施形態における機能を実行する開示された構成と構造的に等価でなくても、対応するものと考えられ、さもなければ、記載された構成部品（たとえば、機能的に等価である）の特定された機能を実行する構成部品を示している。
【００５３】
この点において、本発明は、コンピュータを用いる読取媒体を含み、本発明の種々の方法のステップを実行するためのコンピュータの典型的な命令を有していることがわかるであろう。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの具体例の１つについて説明してきたが、このような特徴は、所定のまたは特定の利用に対して望ましくかつ利点を有する他の実施形態の１つまたはそれ以上の特徴を組み合わせることもできる。さらに、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」等の言葉、及びその変形例は、特許請求の範囲または発明の詳細な記載のいずれかにおいて使用される。これらの言葉は、「構成される」という言葉と同一内容を意図するものである。
【００５４】
（産業上の利用可能性）
本装置及びこれに関連する方法は、イオン注入装置においてイオンを加速させるために半導体製造の分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】図１aは、本発明におけるＲＦ増幅器及び共振器の統合システム及び方法に使用されるリニア加速器を有する一般的な高エネルギーのイオン注入装置を示す概略ブロック図である。
【図１ｂ】図１bは、従来のリニア加速器モジュールを示す概略ブロック図である。
【図１ｃ】図１cは、通常のリニア加速器モジュールを示す概略図である。
【図１ｄ】図１dは、従来のリニア加速器モジュールを示す概略ブロック図である。
【図２ａ】図２aは、本発明の構成に従う容量結合を有するＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の他の構成に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略ブロック図である。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明の他の構成に従う誘導結合を有するＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略ブロック図である。
【図２ｄ】図２ｄは、本発明の他の構成に従う誘導結合を有する別のＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す概略ブロック図である。
【図３】図３は、本発明に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。
【図４】図４は、図３の４−４線に沿う本発明に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムの断面における側部立面図である。
【図５】図５は、本発明の構成に従うＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。
【図６ａ】図６aは、本発明の他の構成に従う別のＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明の他の構成に従う別のＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す部分平面図である。
【図６ｃ】図６ｃは、図６ｂのＲＦ増幅器及び共振器の統合システムを示す立面図である。
【図７】図７は、ＲＦ増幅器の出力を共振器またはタンク回路に連結するための方法を示す流れ図である。

Claims

イオン加速器に使用するための共振器及びＲＦ増幅器の統合システムであって、
ＲＦ出力（322a,322b）を有する増幅器（320）と、
この増幅器（320）の前記ＲＦ出力（322a,322b）に直接的に誘導結合されるタンク回路と、
このタンク回路に接続された加速電極（308）とを含み、
前記誘導結合は、前記タンク回路のコイル（302）の低電圧端部の近くに前記コイル（302）に対して配置されたインダクター（390）を含み、このインダクター（390）は、前記増幅器（320）のＲＦ出力（322a,322b)に電気的に接続され、これにより、前記増幅器（320）のＲＦ出力（322a,322b)を前記コイル（302）に誘導結合することを特徴とする統合システム。
イオン注入装置においてイオンを加速するための装置であって、
ＲＦ出力（322a,322b）を有する増幅器（320）と、
この増幅器（320）のＲＦ出力（322a,322b）に連結されるコイル（302）を有するタンク回路と、
前記コイル（302）に接続されて、イオンを加速するための電極（308）とを含み、
前記タンク回路は、前記増幅器（320）のＲＦ出力（322a,322b）に直接的に誘導結合しており、この誘導結合は、前記コイル（302）の低電圧端部の近くに前記コイル（302）に対して配置されたインダクター（390）を含み、このインダクター（390）は、前記増幅器（320）のＲＦ出力（322a,322b)に電気的に接続され、これにより、前記増幅器（320）のＲＦ出力（322a,322b)を前記コイル（302）に誘導結合することを特徴とするイオン加速装置。
イオン加速器においてＲＦ増幅器を共振器に結合するための方法であって、
ＲＦ出力（122）を有する増幅器（120）を設け、
イオンを加速するための電極（108）を有するコイル（Ｌ）と、キャパシタンス（Ｃｓ）とを有する共振器（100）を設け、
前記増幅器（120）のＲＦ出力（122）を調整可能なカプラーに結合し、
この調整可能なカプラーを前記コイル（Ｌ）の近くに配置し、これにより、前記増幅器（120）のＲＦ出力（122）を前記共振器のコイル（Ｌ）に結合する、各ステップを有し、
前記カプラーは、インダクターを含んでおり、さらに、このインダクターが、前記コイル（Ｌ）に同軸配置されかつ前記コイル（Ｌ）の低電圧端部の近くに配置されるステップを含み、これにより、前記増幅器（120）のＲＦ出力（122）を前記コイル（Ｌ）に誘導結合することを特徴とする方法。
前記インダクターの位置を変えるステップをさらに含み、これにより、前記インダクターと前記コイルとの位置的関係を調整し、前記増幅器（120）のＲＦ出力（122）を前記共振器のコイル（Ｌ）への結合し、その結合を相互の電力伝送に従って調整することを特徴とする請求項３記載の方法。