JP5258757B2 - イオンビーム装置およびイオン注入方法 - Google Patents
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Description
A.解析磁石:R=500mm、φ=120°;G=118mm;s1=31mm;s2=8.6mm;h1=8.7mm;h2=4.7mm;W=166mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
B.質量分解開口:最小値約8mmから最大値約38mm
C.三枚構造四極子:開口:80極先端の間の対角;極先端磁場、0−5kガウス、調整可能
D.ビームスキャン磁石:垂直ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
E.コリメータ:曲げ半径900mm;極ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
および、スキャナおよびコリメータの組み合わせにより導入される総偏向は約30°、
の特徴およびパラメータを備える。
MmDnRxHy + (1)
で示され、ここでMはC、SiまたはGeのような基板の材料改変に有効な原子であり、Dは、基板中に電荷キャリアを注入するためのB、P、As、SbまたはInのようなドーパント原子(周期表のIIIまたはIV族)であり、Rは、ラジカル、リガンド、または分子であり、Hは水素原子である。一般的に、RまたはHは、安定なイオンを生成または形成するために必要とされる完全な化学構造の一部であり、注入プロセスのためには特に必要ではない。一般に、Hは、注入プロセスに特に有害ではない。これは、Rにも同様に当てはまる。たとえば、Feのような金属原子、またはBrのような原子を含むRは望ましくない。上述の式において、m、n、x、yは0以上の整数であり、mとnの和は2以上、すなわちm+n≧2である。イオン注入の特別の関心は、高いMおよび/またはD原子
多重度を持つ、すなわちm+n≧4のクラスターイオンである。これは、低エネルギー、高ドーズ注入のための改良された効率のためである。
・ボロハイドライドイオン:B18Hy +、B10Hy +
・カルボランイオン:C2B10Hy +、C4B18Hy +
・フォスフォラスハイドライドイオン:P7Hy +、P5(SiH3)5 +、P7(SiCH3)3 +
・ヒ素ハイドライドイオン:As5(SiH3)5 +、As7(SiCH3)3 +
である。
wr≒0.5|M|ws (1)
であるなら、約−50ミリラジアンから約+50ミリラジアンの水平角度内のイオン源11から発生した、選択された質量mのほとんどのイオン42は、分解スリット50を通して集束される(真空ハウジング20内の残留ガスとの衝突により逸れまたは中和された、数パーセントの少量のイオンを除く)。
Δx=D(Δm/2m) (2)
であり、ここで、Dは磁気分散とよばれ、
D≒R(1−cosφ)+bsinφ (3)
で与えられる。上式において、Rは中心経路46の半径53であり、φは中心経路46に沿って磁石を通るイオンが曲がる角度46であり、b(55)は出口極の有効磁場境界から質量分解開口50への距離である。分解開口幅wrによりm/Δmの質量分解能を達成するために、式(1)−(3)から
m/Δm=D/2wr≒D/|M|ws≒{R(1−cosφ)+bsinφ}/|M|ws (4)
が導かれる。上述のように、高いボロハイドライド電流を引き出すために、およびデュアルポリゲートおよびソースドレインエクステンションボロン注入に対する今日のウェハスループット要求に適合するために、大きなソース開口幅wsが必要である。このような磁気解析装置の実施形態の重要な点は、このような大きなソース開口幅wsにおいても、これらが十分に高い質量分解能を備えた多目的システムを提供するということである。式(3)を参照すると、これは十分に大きなRおよび曲げ角φを用いることで達成できることが分かる。商用に有効な一実施形態において、R=500nm、φ=120°、b=195mm、M=−0.83であり、この場合、ソース開口幅ws=12.5mmのために、質量分解能はm/Δm≒88であり、そのため、従来のイオンに対して十分である。大きな曲げ角φを採用する意義は図7に示されており、ここで、b=195mmの共役像のために、D/Rはφに対してプロットされている。曲げ角を60°から120°に2倍にすることは、分散Dを2倍にすること、すなわち質量分解能m/Δmを2倍にする以上のことである。
V≒φRGW (4)
である。
式3から分かるように、幅広のソーススリットwsのための質量分解能m/Δmを実現するために、高分散の要求は、大きな値のφおよびRを必要とする。次に、高いボロハイドライドイオン電流を実現するために、ギャップGは、大きな高さのソース開口からのイオンを収容できるように大きくなければならない。集合的に、これらの要求は、式4に従って、適切な高いワーキング磁気容積による高い磁石質量によって実現できる。最後に、80keVのオクタデカボランを用いて、デュアルポリゲート注入のための4keVのボロン注入を実行できるようにするために、ヨークおよびコイルの質量は、ギャップ内の対応する大きな磁場を支持できるように十分大きくなければならない。これは12kガウスであり、R=500mmの曲げ半径の場合に相当する。式4によれば、ワーキング磁気容積Vを最小化するのに利用できる唯一の頼りは、極幅W(108)を最小化することである。不運にも、この幅は、ギャップ寸法G(106)およびビーム22の断面寸法との関係で自由に減少させることができない。二次以上の項がギャップの磁場で増大し、これが質量分解開口50におけるビームの広がりから収差を発生させ、これが質量分解力を低下させるからである。商用に有用な一実施形態において、図8Aおよび8Bに示されているように、極26の外縁は、溝112およびシム111を備えるように形成され、これらはそれぞれ中間面117に向かって極26の面より低くおよび高くなっている。片側にある2つのシムは、幅s1(107)および中央領域に対する高さh2(115)を持つ。このそれぞれのシムのすぐ内側に位置する溝は、幅s2(109)およびシムの頂上に対する深さh1(114)を持つ。この技術は、有意に小さな極幅W(108)を、ギャップ寸法G(106)およびビーム22の断面寸法との関係において使用できるようにし、ワーキングギャップの磁場形状の十分な制御を維持し、二次、三次、四次の収差を分解開口50におけるビームの広がりから防止する。
A.解析磁石:R=500mm、φ=120°;G=118mm;s1=31mm;s2=8.6mm;h1=8.7mm;h2=4.7mm;W=166mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン、ソース開口ws=12.5およびhs=100mmからのイオンを受け入れる
B.質量分解開口:最小値約8mmから最大値約38mm、連続的に調整可能。
C.減速電極:開口サイズ50mm幅×118mm高さの3つの平面
D.3枚四極子:開口:80、極先端の間の対角;極先端磁場、0−5kガウス、調整可能
E.ビームスキャン磁石:垂直ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
F.コリメータ:曲げ半径900mm;極ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
スキャナ310およびコリメータ312により共同で生成される総方向偏差は、30°である。イオン注入装置の幅を最小化するために、曲げ方向は解析磁石の曲げ方向と反対方向であり、これは、コストおよび設置面積を減らす効果をもたらす重要な考慮事項である。
[他の形態の例]
[形態1]
多目的イオン注入ビームライン構成であって、前記ビームライン構成は、質量解析磁石を備え、前記質量解析磁石の後ろにはビーム経路の曲がりを導く磁気スキャナおよび磁気コリメータの組み合わせが続き、前記ビームラインは、従来の単原子ドーパントイオン種のクラスターイオンの注入を可能にするように構成され、前記ビームライン構成は、質量選択開口と前記磁石の強磁性体の極間の実質的な幅の極ギャップとを画定する質量解析磁石を備え、前記解析磁石は、少なくとも約80mmの高さおよび少なくとも約7mmの幅のスロット形状イオン源開口からのイオンビームを受け入れるように、且つ、前記質量選択開口でビームの幅に対応する面における分散を導くように寸法決めされ、前記質量選択開口は、同一のドーパント種であるが段階的に分子量の異なるクラスターイオンのビームを選択するように寸法決めされた質量選択開口幅を設定でき、また、前記質量選択開口は、実質的に狭い質量選択幅を設定でき、且つ、前記解析磁石が、前記質量選択開口において、実質的に単一の原子量または分子量の単原子ドーパントイオンのビームの選択を可能にする程度に十分な分解能を持ち、前記磁気スキャナおよび前記磁気コリメータは、イオンビームを連続的に同じ方向に曲げるように構成され、該方向は前記ビームラインの前記解析磁石により導入される曲げ方向の反対方向である、イオン注入ビームライン。
[形態2]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量選択開口は、単原子イオン種のための第1の設定値、および、ボロン含有化合物から生成されたクラスターイオンを受け入れるための、前記第1の設定値の質量選択幅少なくとも15倍である第2の設定値を設定可能である、イオン注入ビームライン。
[形態3]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、単原子ドーパントイオンのための、前記質量選択開口における前記質量解析磁石の分解能は少なくとも60である、イオン注入ビームライン。
[形態4]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量選択開口で、前記イオン源引出し開口の幅の質量分散面内で共役像を形成するように構成、配置、および寸法決めされる、イオン注入ビームライン。
[形態5]
形態4に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石の前記質量選択開口は、少なくとも30mmの開口幅を設定可能である、イオン注入ビームライン。
[形態6]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石は、少なくとも12mmの幅および90mmの高さのスロット形状のイオン源引き出し開口から引き出されたビームを解析するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態7]
形態6に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量選択開口は、単原子イオン種のための第1の設定値、および、関心ピーク付近の複数の質量のクラスターイオンを受け入れるための、前記第1の設定値の少なくとも15倍の質量選択幅である第2の設定値を設定可能であり、前記質量解析磁石の、単原子ドーパントイオンのための前記質量選択開口での分解能は、少なくとも60である、イオン注入ビームライン。
[形態8]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記スロット形状の引き出し開口幅が約12.5mmであり高さが約100mmである、イオン注入ビームライン。
[形態9]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、形成された電子ビームを採用するイオン化モードにより、約1mA/cm 2 までの電流密度のイオンを生成するように構成されたイオン源と組み合わされ、前記イオン源は、ガスおよび加熱された蒸気の形状で二者択一的に供給材料を受け取るように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態10]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記イオン源は、アーク放電を採用する第2のイオン化モードで代替的に機能するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態11]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記解析磁石の下流で、ガスとイオンビームとの相互作用によりイオンビーム内に負のイオンを生成するためのガスを導入するための手段を含む、イオン注入ビームライン。
[形態12]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石は、前記極ギャップに、約10kガウスを超える磁場を含む調整可能な磁場を生成するように構成される扇形磁石である、イオン注入ビームライン。
[形態13]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、オクタデカボランから生成される約80keVのイオンを選択するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態14]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量解析磁石は、約500mmの半径R、約120°の扇角φ、有効極出口境界から質量分解開口までの195mmの距離bを備える扇形の磁石を備え、前記質量解析磁石は、約−0.83の拡大率Mを備え、前記解析磁石は、約12.5mmの引き出し開口幅を持つイオン源からのイオンビームを解析するように構成され、前記解析磁石は、約88のオーダーの質量分解能m/Δmを備える、イオン注入ビームライン。
[形態15]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記ビームラインの前記解析磁石の後ろの部分に、複数の素子の四極子集束レンズを含み、前記レンズは、ビームの断面の直交方向におけるビームの寸法を制御するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態16]
形態15に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは、少なくとも3つの四極子素子を備え、且つ、ビーム断面の直交方向におけるビームの寸法および角度発散を同時に制御するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態17]
形態16に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは三枚構造四極子集束レンズである、イオン注入ビームライン。
[形態18]
形態17に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは三枚構造磁気四極子集束レンズである、イオン注入ビームライン。
[形態19]
形態17に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記三枚構造四極子集束レンズに入る細長い断面プロファイルを備えるビームを生成するように構成され、ビームは、前記解析磁石の曲げ面に垂直な面においてビームプロファイルの長い寸法を備え、前記三枚構造四極子集束レンズは、前記三枚構造の第1のレンズ素子が前記長いプロファイル寸法における集束を生じさせ、第2のレンズ素子が前記第1の素子と反対の極を持ち短い寸法での集束および長い寸法でのデフォーカスを生じさせ、第3の素子が前記第1の素子と同じ極を持つように適合された制御装置と組み合わされ、前記レンズ素子の場の強さは、それぞれ、前記長細いプロファイルの両方の寸法での集束を同時に達成するように制御される、イオン注入ビームライン。
[形態20]
形態13に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記解析磁石の後ろに且つ前記四極子レンズの前に、減速ユニットを含み、前記レンズは、前記減速ユニットでのビームの減速により生じるビーム発散を制御するように制御される、イオン注入ビームライン。
[形態21]
形態15に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、実質的に以下の値、すなわち、
A.解析磁石:R=500mm、φ=120°;G=118mm;s 1 =31mm;s 2 =8.6mm;h 1 =8.7mm;h 2 =4.7mm;W=166mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
B.質量分解開口:最小値約8mmから最大値約38mm
C.三枚構造四極子:開口:80極先端の間の対角;極先端磁場、0−5kガウス、調整可能
D.ビームスキャン磁石:垂直ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
E.コリメータ:曲げ半径900mm;極ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
および、前記スキャナおよびコリメータの組み合わせにより導入される総偏向は約30°、
の特徴およびパラメータを備える、イオン注入ビームライン。
[形態22]
関心ピーク付近の複数の質量のクラスターイオンを注入できるように構成されるイオン注入ビームライン構成であって、前記ビームライン構成は、ビーム経路に湾曲部を与える磁気スキャナおよび磁気コリメータの組み合わせの前に質量解析磁石を有し、前記質量解析磁石は、前記磁石の強磁性体の極の間に極ギャップ、および質量選択開口を画定し、前記極ギャップは、クラスターイオンを生成する低密度イオン源からのビームを受け入れるように寸法決めされ、前記質量選択開口は、同一のドーパント種であるが段階的に分子量の異なるクラスターイオンのビームを選択するように寸法決めされた質量選択幅を設定でき、前記イオン注入ビームラインは、前記解析磁石の後ろのビームラインの部分に複数素子の集束システムを含み、前記複数素子の集束システムは、複数の四極子集束素子を含み、前記レンズシステムのレンズ素子のそれぞれの場の強さは、ビーム断面の直交方向のビームの寸法を制御し、また、同時且つ実質的に、イオンビーム中のクラスターイオンの異なる質量の範囲に起因して生じ得る、ターゲット基板における角度ずれを取り除くように調整され、前記磁気スキャナおよび磁気コリメータは、同一の方向にイオンビームを連続的に曲げるように構成され、該方向は、前記ビームラインの前記解析磁石により与えられる曲げ方向と反対方向である、イオン注入ビームライン。
[形態23]
形態22に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズシステムは、少なくとも3つの四極子素子を備え、且つ、四極子場によって、ビーム断面の直交方向におけるビームの寸法および角度発散を同時に制御するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態24]
形態22に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズシステムは、三枚構造四極子集束レンズである、イオン注入ビームライン。
[形態25]
形態22に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは、三枚構造磁気四極子集束レンズである、イオン注入ビームライン。
[形態26]
形態24に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記三枚構造四極子集束レンズに入る細長い断面プロファイルを備えるビームを生成するように構成され、ビームは、前記解析磁石の曲げ面に垂直な面においてビームプロファイルの長い寸法を備え、前記三枚構造四極子集束レンズは、前記三枚構造の第1のレンズ素子が前記長いプロファイル寸法における集束を生じさせ、第2のレンズ素子が前記第1の素子と反対の極を持ち短い寸法での集束および長い寸法でのデフォーカスを生じさせ、第3の素子が前記第1の素子と同じ極を持つように適合された制御装置と組み合わされ、前記レンズ素子の場の強さは、それぞれ、前記長細いプロファイルの両方の寸法での集束を同時に達成するように制御される、イオン注入ビームライン。
[形態27]
形態24に記載のイオン注入ビームラインであって、イオン源に関連付けられた調整可能な引出し光学系が、前記解析磁石の非分散面におけるビームの集束角度を生成するように構成され、且つ、数ミクロンアンペアから数ミリアンペアまでの広範囲のビーム電流および約4keVから約80keVの広範囲のエネルギーにわたって、ビームが前記四極子の入口に受け入れられるようにビームの寸法決めを最適化し、前記三枚構造四極子が、ウェハまたは基板での非分散面(垂直)および分散面(水平)の両方でのウェハまたは基板におけるビームの寸法および角度発散の最終的な最適化を提供し、該最適化は、エネルギーおよび電流の範囲にわたって前記引き出し光学系により導入されたビームのサイズおよび角度の変化を補償することを含む、イオン注入ビームライン。
[形態28]
形態22に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記解析磁石の後ろ且つ三枚構造四極子レンズの形態の前記四極子レンズシステムの前に減速ユニットを含み、前記四極子レンズシステムは、前記減速ユニットでのビームの減速により生じるビームの発散を制御するように制御される、イオン注入ビームライン。
[形態29]
イオン源とともに用いるイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、ビーム経路に湾曲部を与える磁気スキャナおよび磁気コリメータの組み合わせの前に質量解析磁石を有し、前記イオン注入ビームラインの前記解析磁石は、約500mmの中心経路半径、約120°の扇角、および少なくとも約80mmの極ギャップを備える扇形磁石を有し、前記磁石は単一のコイル対に関連付けられており、前記磁石は、前記極ギャップに出入りするビーム経路の軸に垂直な、入口極面および出口極面を備え、前記解析磁石は、前記扇型磁石の曲げ面に垂直な面においてビームを集束させる効果を実質的に有さず、前記磁気スキャナおよび磁気コリメータは、同一の方向にイオンビームを連続的に曲げるように構成され、該方向は、前記ビームラインの前記解析磁石により導入される曲げ方向と反対方向である、イオン注入ビームライン。
[形態30]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記磁石の前のイオン集束システムと組み合わされ、前記イオン集束システムは、前記磁石の質量分散面に垂直な面でのビーム集束を提供する、イオン注入ビームライン。
[形態31]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記集束システムは、前記イオン源に関連付けられたイオン引出しシステムのレンズ素子を有する、イオン注入ビームライン。
[形態32]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石の前記極ギャップは、通過する最大サイズのイオンビームの対応する寸法よりも実質的に広く、前記極の表面とビーム経路との間にグラファイトまたはシリコンのライニングが存在する、イオン注入ビームライン。
[形態33]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記極ギャップを画定する極部材は、溝およびシムを備える形状の極表面を備え、前記溝およびシムはそれぞれ、ビーム経路の中間面に向かって前記極表面を低くおよび高くし、前記極ギャップの寸法に関して相対的に小さな極幅の使用を可能にするような磁場を形成する、イオン注入ビームライン。
[形態34]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記極ギャップを画定する極部材は、非磁性体材料の真空ハウジングの壁に埋め込まれ且つこれにシールされ、前記真空ハウジングを通って、前記解析磁石の磁場にさらされながらイオンビームが進み、前記極部材間の磁石の強磁性体構造は、前記真空ハウジングの外側に位置する、イオン注入ビームライン。
[形態35]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石は、約10kガウスを超える磁場を含む、前記極ギャップに調整可能な磁場を生成するように構成された扇形磁石である、イオン注入ビームライン。
[形態36]
形態29に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石は、少なくとも12mm幅および90mm高さのスロット形状イオン源引き出し開口から引き出されたビームを解析するように構成される、イオン注入ビームライン。
[形態37]
形態1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、電子衝突によりクラスターイオンを生成するために、材料をイオン化できるイオン源を備え、前記注入装置は、真空ハウジング内に、前記質量解析磁石の後ろにビームスキャナおよびコリメータを備え、前記注入装置は、ビームを中和する負のイオンを提供するために、前記スキャナまたはコリメータの真空ハウジングの領域にガスを導入するシステムを備え、前記ガスは、クラスターイオンビームとの相互作用により負のイオンを生成できる、イオン注入ビームライン。
[形態38]
電子衝突イオン化によりクラスターイオンを生成するために材料をイオン化できるイオン源と組み合わされるイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、関連する真空ハウジング部分内で且つ注入ステーションの前に、前記イオン源からイオンを引き出してクラスターイオンビームを形成することができる引出し電極アセンブリと、ビームのための質量解析磁石と、解析されたビームが通るイオンビームスキャナおよびイオンビームコリメータとを有し、前記イオンビームスキャナおよびイオンビームコリメータは、前記解析磁石の下流にビームに中和する負のイオンを提供するために、ガスを提供するシステムに組み合わされ、前記ガスは、クラスターイオンビームとの相互作用により負のイオンを形成することができる、イオン注入ビームライン。
[形態39]
注入に適切な種のイオンを生成するために材料をイオン化できるイオン源と組み合わされるイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、関連する真空ハウジング部分内で且つ注入ステーションの前に、前記イオン源からイオンを引き出して前記種のイオンのビームを形成することができる引出し電極アセンブリと、ビームのための質量解析磁石と、解析されたビームが通るイオンビームスキャナおよびイオンビームコリメータとを有し、前記イオンビームスキャナおよびイオンビームコリメータは、前記解析磁石の下流に、ビームに中和する負のイオンを提供するために、ガスを提供するシステムに組み合わされ、前記ガスは、イオンビームとの相互作用により負のイオンを形成することができる、イオン注入ビームライン。
[形態40]
形態11に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ガスはSF 6 である、イオン注入ビームライン。
[形態41]
形態40に記載のイオン注入ビームラインであって、前記SF 6 ガスは、約5×10 −7 から10 −5 torrの圧力で提供される、イオン注入ビームライン。
[形態42]
形態11に記載のイオン注入ビームラインであって、前記磁気解析磁石の先にポスト加速器構造が存在し、前記ポスト加速器構造は、イオン源引出しエネルギーからより低いエネルギーまでイオンを減速することができる、イオン注入ビームライン。
Claims (25)
- 多目的イオン注入ビームライン構成であって、前記ビームライン構成は、質量解析磁石を備え、前記質量解析磁石の後ろにはビーム経路の曲がりを導く磁気スキャナおよび磁気コリメータの組み合わせが続き、前記ビームラインは、従来の単原子ドーパントイオン種のクラスターイオンの注入を可能にするように構成され、前記ビームライン構成は、質量選択開口と前記磁石の強磁性体の極間の実質的な幅の極ギャップとを画定する質量解析磁石を備え、前記解析磁石は、少なくとも80mmの高さおよび少なくとも7mmの幅のスロット形状イオン源開口からのイオンビームを受け入れるように、且つ、前記質量選択開口でビームの幅に対応する面における分散を導くように寸法決めされ、前記質量選択開口は、同一のドーパント種であるが段階的に分子量の異なるクラスターイオンのビームを選択するように寸法決めされた質量選択開口幅を設定でき、また、前記質量選択開口は、実質的に狭い質量選択幅を設定でき、且つ、前記解析磁石が、前記質量選択開口において、実質的に単一の原子量または分子量の単原子ドーパントイオンのビームの選択を可能にする程度に十分な分解能を持ち、前記磁気スキャナおよび前記磁気コリメータは、イオンビームを連続的に同じ方向に曲げるように構成され、該方向は前記ビームラインの前記解析磁石により導入される曲げ方向の反対方向である、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量選択開口は、単原子イオン種のための第1の設定値、および、ボロン含有化合物から生成されたクラスターイオンを受け入れるための、前記第1の設定値の質量選択幅の少なくとも15倍である第2の設定値を設定可能である、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、単原子ドーパントイオンのための、前記質量選択開口における前記質量解析磁石の分解能は少なくとも60である、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量選択開口で、前記イオン源引出し開口の幅の質量分散面内で共役像を形成するように構成、配置、および寸法決めされる、イオン注入ビームライン。
- 請求項4に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石の前記質量選択開口は、少なくとも30mmの開口幅を設定可能である、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石は、少なくとも12mmの幅および90mmの高さのスロット形状のイオン源引き出し開口から引き出されたビームを解析するように構成される、イオン注入ビームライン。
- 請求項6に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量選択開口は、単原子イオン種のための第1の設定値、および、関心ピーク付近の複数の質量のクラスターイオンを受け入れるための、前記第1の設定値の少なくとも15倍の質量選択幅である第2の設定値を設定可能であり、前記質量解析磁石の、単原子ドーパントイオンのための前記質量選択開口での分解能は、少なくとも60である、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記スロット形状の引き出し開口幅が12.5mmであり高さが100mmである、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、形成された電子ビームを採用するイオン化モードにより、1mA/cm2までの電流密度のイオンを生成するように構成されたイオン源と組み合わされ、前記イオン源は、ガスおよび加熱された蒸気の形状で二者択一的に供給材料を受け取るように構成される、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記イオン源は、アーク放電を採用する第2のイオン化モードで代替的に機能するように構成される、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記解析磁石の下流で、ガスとイオンビームとの相互作用によりイオンビーム内に負のイオンを生成するためのガスを導入するための手段を含む、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記解析磁石は、前記極ギャップに、10kガウスを超える磁場を含む調整可能な磁場を生成するように構成される扇形磁石である、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、オクタデカボランから生成される80keVのイオンを選択するように構成される、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記質量解析磁石は、500mmの半径R、120°の扇角φ、有効極出口境界から質量分解開口までの195mmの距離bを備える扇形の磁石を備え、前記質量解析磁石は、−0.83の拡大率Mを備え、前記解析磁石は、12.5mmの引き出し開口幅を持つイオン源からのイオンビームを解析するように構成され、前記解析磁石は、88のオーダーの質量分解能m/Δmを備える、イオン注入ビームライン。
- 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記ビームラインの前記解析磁石の後ろの部分に、複数の素子の四極子集束レンズを含み、前記レンズは、ビームの断面の直交方向におけるビームの寸法を制御するように構成される、イオン注入ビームライン。
- 請求項15に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは、少なくとも3つの四極子素子を備え、且つ、ビーム断面の直交方向におけるビームの寸法および角度発散を同時に制御するように構成される、イオン注入ビームライン。
- 請求項16に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは三枚構造四極子集束レンズである、イオン注入ビームライン。
- 請求項17に記載のイオン注入ビームラインであって、前記レンズは三枚構造磁気四極子集束レンズである、イオン注入ビームライン。
- 請求項17に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記三枚構造四極子集束レンズに入る細長い断面プロファイルを備えるビームを生成するように構成され、ビームは、前記解析磁石の曲げ面に垂直な面においてビームプロファイルの長い寸法を備え、前記三枚構造四極子集束レンズは、前記三枚構造の第1のレンズ素子が前記長いプロファイル寸法における集束を生じさせ、第2のレンズ素子が前記第1の素子と反対の極を持ち短い寸法での集束および長い寸法でのデフォーカスを生じさせ、第3の素子が前記第1の素子と同じ極を持つように適合された制御装置と組み合わされ、前記レンズ素子の場の強さは、それぞれ、前記長細いプロファイルの両方の寸法での集束を同時に達成するように制御される、イオン注入ビームライン。
- 請求項13に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、前記解析磁石の後ろに且つ前記四極子レンズの前に、減速ユニットを含み、前記レンズは、前記減速ユニットでのビームの減速により生じるビーム発散を制御するように制御される、イオン注入ビームライン。
- 請求項15に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、実質的に以下の値、すなわち、
A.解析磁石:R=500mm、φ=120°;G=118mm;s1=31mm;s2=8.6mm;h1=8.7mm;h2=4.7mm;W=166mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
B.質量分解開口:最小値8mmから最大値38mm
C.三枚構造四極子:開口:80極先端の間の対角;極先端磁場、0−5kガウス、調整可能
D.ビームスキャン磁石:垂直ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
E.コリメータ:曲げ半径900mm;極ギャップ=80mm;曲げ力=80keV オクタデカボラン
および、前記スキャナおよびコリメータの組み合わせにより導入される総偏向は30°、
の特徴およびパラメータを備える、イオン注入ビームライン。 - 請求項1に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ビームラインは、電子衝突によりクラスターイオンを生成するために、材料をイオン化できるイオン源を備え、前記注入装置は、真空ハウジング内に、前記質量解析磁石の後ろにビームスキャナおよびコリメータを備え、前記注入装置は、ビームを中和する負のイオンを提供するために、前記スキャナまたはコリメータの真空ハウジングの領域にガスを導入するシステムを備え、前記ガスは、クラスターイオンビームとの相互作用により負のイオンを生成できる、イオン注入ビームライン。
- 請求項11に記載のイオン注入ビームラインであって、前記ガスはSF6である、イオン注入ビームライン。
- 請求項23に記載のイオン注入ビームラインであって、前記SF6ガスは、5×10−7から10−5torrの圧力で提供される、イオン注入ビームライン。
- 請求項11に記載のイオン注入ビームラインであって、前記磁気解析磁石の先にポスト加速器構造が存在し、前記ポスト加速器構造は、イオン源引出しエネルギーからより低いエネルギーまでイオンを減速することができる、イオン注入ビームライン。
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