JP6770062B2 - イオンビームを操作するための方法及び装置並びにイオン注入機 - Google Patents

Description

実施形態はイオン生成の分野に関する。より詳しくは、本実施形態はプロトンイオン注入のための水素ビームを作り出すための方法に関する。

現在では、ビームラインイオン注入機は、イオン源からのスポットビーム又はリボンビームを基板に向けるために、多数のコンポーネントを用いる。基板を適切に処理するために、イオンビームはターゲットのイオンエネルギーに加速することができ、ターゲットのビームの大きさを達成するために、操作することができる。さらに、イオンビームがビームラインを通って基板の方へ進む時に、所望の方向付けを達成するために、イオンビームを偏向させることができる。その上、イオンビームは、ターゲットの程度の収束、発散又は平行度を達成するために、調整することができる。さらに、イオンビームは、イオンビームの基板の方への伝搬中のイオンビームの位置を調整するために、操作することができる。位置などのイオンビームの１つの特徴の、収束などのイオンビームの他の特徴に対するバランスを必然的に伴うことがよくある、これらの結果を達成するために、様々なコンポーネントを用いることができる。

特定の一例において、磁気イオン源を用いるビームラインイオン注入機は、イオンビームがイオンビームを質量分析するために用いる磁気的解析器に入る時に、イオンビームを調整することができる。従来、イオンビームの角度は、イオンビームをターゲットの位置から動かすことを代償にして、ターゲットの角度の方へ調整することができる。例えば、磁気イオン源において、イオンビームがイオン源から発射される時に、イオン源磁石により生成される磁界により、イオンビームは下方へ（又は、上方へ）本質的に曲げられる。イオンビームが磁気的解析器に入る時に、イオンビームが、所定の平面に平行など、ターゲットの傾斜角をとるように、イオンビームを上向きの角度で発射することにより、この曲げを部分的に補償することができる。この状況において、イオンビームは、磁気的解析器に入るために、ターゲットの位置に対して高い位置に動かすことができる。従来のイオン注入スキームは、したがって、イオンビームの傾斜角とイオンビームの位置とのバランスをとり、これらの２つのパラメータの許容範囲の妥協を達成することができる。

本改良が提供されるのは、これらの及び他の考慮に対してである。

本概要は、以下の詳細な説明で更に説明する概念の選択を簡易な形式で導入するために提供される。本概要は、特許請求の範囲の主要事項の重要な特徴又は本質的な特徴を同定することを意図するものではなく、本概要は、特許請求の範囲の主要事項の範囲を決定するのに役立つことを意図するものでもない。

一実施態様において、方法は、イオン源から、最初の伝搬方向を有するイオンビームを生成する、ステップと、該イオンビームを、前記最初の伝搬方向に対して、最初の傾斜角で偏向する、ステップと、前記イオンビームを、磁気アセンブリのアパーチャーから通す、ステップと、前記イオンビームの前記最初の伝搬方向に垂直な第１の方向に沿って伸びる四重極磁界、並びに、前記第１の方向及び前記最初の伝搬方向に垂直な第２の方向に沿って伸びる双極子磁界を、前記アパーチャーにおいて、生成する、ステップと、を含んでもよい。

別の実施態様において、イオンビームを操作する装置は、最初の伝搬方向を有するイオンビームを受け、前記最初の伝搬方向に対して、最初の傾斜角に沿って、前記イオンビームを偏向する、偏向器と、該偏向器の下流に配置される、磁気アセンブリと、を含んでもよい。該磁気アセンブリは、前記イオンビームを受けるアパーチャーを画定してもよく、磁気ヨークと、該磁気ヨークの第１の側に沿って配置される第１のコイルと、前記磁気ヨークの前記第１の側の反対側の第２の側に沿って配置される第２のコイルと、を備える、コイルアセンブリと、を更に備えてもよい。前記装置は、更に、前記第１のコイルに連結される第１の電流源及び前記第２のコイルに連結される第２の電流源と、前記偏向器に、並びに、前記第１の電流源及び前記第２の電流源に、電気的に連結されるイオンビームコントローラであって、第１の制御信号を前記第１の電流源へ向け、第２の制御信号を前記第２の電流源へ向ける、イオンビームコントローラと、を含んでもよく、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記双極子磁界及び前記四重極磁界を、前記アパーチャー内で、同時に生成する。

別の実施態様において、イオン注入機は、細長い断面を有し、更に最初の伝搬方向を有するリボンビームを生成するために、細長いアパーチャーを有する、イオン源と、前記リボンビームを受け、前記最初の伝搬方向に対して、最初の傾斜角に沿って、前記リボンビームを偏向する、偏向器と、該偏向器の下流に配置される、磁気アセンブリと、を含んでもよい。該磁気アセンブリは、前記イオンビームを受けるアパーチャーを画定してもよく、磁気ヨークと、該磁気ヨークの第１の側に沿って配置される第１のコイルと、前記磁気ヨークの前記第１の側の反対側の第２の側に沿って配置される第２のコイルと、を備える、コイルアセンブリと、を更に備えてもよい。前記イオン注入機は、前記第１のコイルに連結される第１の電流源及び前記第２のコイルに連結される第２の電流源を更に含んでもよい。前記イオン注入機は、前記偏向器に、並びに、前記第１の電流源及び前記第２の電流源に、電気的に連結されるイオンビームコントローラであって、第１の制御信号を前記第１の電流源へ向け、第２の制御信号を前記第２の電流源へ向ける、イオンビームコントローラと、を更に含んでもよく、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、前記双極子磁界及び前記四重極磁界を、前記アパーチャー内で、同時に生成する。

本発明の実施形態により配置されるイオン注入機を示す。 様々な本発明の実施形態による、磁気アセンブリの詳細の端面図及び側面図を示す。 図２Ａの磁気アセンブリの側面図を示す。 本発明の実施形態によるイオンビームを操作するための装置の形状の更なる詳細を示す。 本発明の実施形態によるイオンビームを操作するための装置の形状の更なる詳細を示す。 本実施形態による磁気アセンブリにより生成される例示的磁界のための例示的曲線が示される。 本発明の実施形態による磁気アセンブリにより、イオンビームが処理されるときに生成するイオンビームの特徴を示す。 本発明の実施形態による磁気アセンブリにより、イオンビームが処理されるときに生成するイオンビームの特徴を示す。 例示的プロセスフローを示す。

本実施形態は、いくつかの実施形態を示す添付図面を参照して、以後、もっと十分に説明する。本発明の主題は、多くの異なる形式で具現化することができ、本明細書で述べる実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。これらの実施形態は、本発明が徹底的に完全であり、本主題の範囲を当業者に十分に伝えるように、提供される。図面において、初めから終わりまで、同様の番号は同様の要素を指す。

本明細書で説明する実施形態は、イオン注入機のイオンビームを制御するために、新規な技術及び装置を提供する。様々な実施形態において、装置は、そのようなイオンビームのパラメータを向上するように、イオンビームの位置だけでなく、入射角も制御するために、用いることができる。様々な実施形態において、本明細書で開示する技術及び装置は、５００amu-keVなどの比較的低い質量−エネルギーの積を有するイオンビームを制御するために、用いることができる。

図１は、本発明の実施形態により配置されるイオン注入機１００を示す。イオン注入機１００は、図示のように、スポットビーム又はリボンビームなどのイオンビーム１０４を生成し、基板ステージ１１８へ向けるために、用いることができる。イオン注入機１００は、イオン源１０２、磁気的解析器１０６、質量分析スリット１１０を含むチャンバー１０８、コリメータ１１４、及び、基板ステージ１１８を含むことができる。イオン注入機１００は、イオン源１０２と基板ステージ１１８との間のイオンビーム１０４を、更に操作するために、既知の技術の他のコンポーネントを含むことができる。図１に示すデカルト座標系において、Ｙ軸は固定方向を表すことができ、一方、Ｚ軸の方向は、ビームラインの所定の点でのイオンビームの伝搬の方向を表すことができる。よって、Ｚ軸の絶対方向は、図示の異なる下付き文字により表されるように、ビームラインの異なる点で異なり得る。Ｘ軸は、Ｚ軸及びＹ軸に垂直であり得て、それ故に、Ｘ軸の絶対方向も、ビームラインに沿って変わり得る。本明細書で開示した実施形態に関し、磁気的解析器１０６の前のビームラインの部分において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は固定にすることができる。

様々な実施形態において、イオン源１０２は、イオン源１０２のイオン源チャンバーの周りに、又は、に隣接して、配置される磁石（別個に図示せず）を有する磁気イオン源とすることができる。イオンビーム１０４がイオン源１０２から出る時、イオンビーム１０４は、磁石により生成され、イオンビーム１０４を曲げやすい磁界を受け得る。イオン源１０２がリボンビームを生成する特定の実施形態において、Ｘ軸に平行な磁界を生成することができる。この磁界の方向付けにより、イオンビーム１０４がイオン源磁界を横切る時に、イオンビーム１０４を、Ｘ−Ｚ平面に対して、上方に、それとも、下方に曲げることをもたらし得る。

本実施形態により、イオンビーム１０４が磁気的解析器１０６に入る前に、イオンビーム１０４を調整するために、様々な技術及びコンポーネントが提供される。例として、イオン注入機１００は、以下に論じるように、伝搬の最初の方向に対してイオンビーム１０４を偏向させることができる偏向器１２０を含むことができる。様々な実施形態において、偏向器１２０は、イオン源１０２の引き出し電極と出口アパーチャー（どちらのコンポーネントも別個に図示せず）との間の分離を調整することができるマニピュレータとすることができる。引き出し電極を、イオン源１０２の出口アパーチャーにより近くに、又は、からより遠くに、動かすことにより、イオンビーム１０４の最初の傾斜角を調整することができる。様々な実施形態において、この最初の傾斜角を１度と４度との間で変えることができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。

イオン注入機１００は、偏向器１２０の下流に配置される磁気アセンブリ１２２も含むことができる。図１に示すように、磁気アセンブリ１２２は偏向器１２０と磁気的解析器１０６との間に配置することができる。イオン注入機１００は、更に、磁気アセンブリ１２２及び偏向器１２０に直接に又は間接に電気的に連結されたイオンビームコントローラ１２４を含むことができる。イオンビームコントローラ１２４は、磁気アセンブリ１２２により生成された磁界を制御するための制御信号を生成することができ、イオンビーム１０４が磁気的解析器１０６に入る時に、イオンビーム１０４の改良した特徴をもたらす。

図２Ａ及び図２Ｂは、様々な実施形態による、磁気アセンブリ２００の、それぞれ、端面図及び側面図を示す。磁気アセンブリ２００は、磁気アセンブリ１２２の変形であり得て、図１に通常示されるように、配置することができる。磁気アセンブリ２００は、磁気ヨーク２０２及びコイルアセンブリを含むことができ、コイルアセンブリは、磁気ヨーク２０２の第１の側に沿って配置される上部コイル２０４として示される第１のコイルを含む。コイルアセンブリは、磁気ヨーク２０２の第１の側の反対の第２の側に沿って配置される下部コイル２０６として示される第２のコイルも含むことができる。以下に詳細に説明するように、上部コイル２０４及び下部コイル２０６は、第１の方向に沿って、特に、Ｙ軸に沿って、伸びる四重極磁界を生成することができる。

上部コイル２０４は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って伸びる、特に、Ｘ軸に沿って伸びる、第１のコイル軸を有することができ、一方、下部コイル２０６は、また、Ｘ軸に沿って伸びる、第２のコイル軸を有する。

さらに図２Ａに示すように、第１の電流源２２０を上部コイル２０４に連結することができ、一方、第２の電流源２２２を下部コイル２０６に連結する。第１の電流源２２０及び第２の電流源２２２は、互いに独立に動作することができ、それぞれ、第１の電流を上部コイル２０４に供給し、第２の電流を下部コイル２０６に供給する。例えば、イオンビームコントローラ１２４は、第１の電流源２２０及び第２の電流源２２２に連結することができ、イオンビームコントローラ１２４は、制御信号を上部コイル２０４及び下部コイル２０６に向けて、独立に、上部コイル２０４及び下部コイル２０６に電流を供給する。したがって、１つの動作モードにおいて、イオンビームコントローラ１２４は、第１の制御信号及び第２の制御信号を生成することができ、第１の電流源２２０は、第１の制御信号に応答して、第１の大きさの第１の電流を上部コイル２０４に生成するための第１のコンポーネントを含む。第２の電流源２２２は、第２の制御信号に応答して、第２の大きさの第２の電流を下部コイル２０６に生成するための第２のコンポーネントを含むことができ、第２の大きさは第１の大きさと異なる。

さらに図２Ａに例示するように、磁気アセンブリ２００は、イオンビーム２３０を受けて、イオンビーム２３０を磁気的解析器１０６などの磁気的解析器の前方部２３２の方へ通すためのアパーチャー２０８を画定することができる。アパーチャー２０８は、通常、図２Ａに例示するように、リボンビームなどのターゲットの形状及びサイズのイオンビームを入れるために、設計することができる。リボンビームは、細長い断面により特徴付けることができる。図２Ａの例において、図示のデカルト座標系のＸi軸に沿うイオンビーム２３０の幅（長軸）は、Ｙ軸に沿うイオンビーム２３０の高さ（短軸）より大きくすることができる。アパーチャー２０８は、図示のように、そのような細長い（断面において）イオンビームを入れるために、設計することができる。いくつかの例において、リボンビームを入れるために、アパーチャー２０８の幅は、５０ｍｍを超えることができ、又は、１００ｍｍを超えることができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。アパーチャー２０８は、例えば、５０ｍｍから２５０ｍｍの間のいくらかの距離の間、Ｚi軸に沿って伸びることもできる。本実施形態は、本文脈に限定されない。

様々な実施形態により、イオンビーム２３０は、アパーチャー２０８を通過する間に操作することができる。例示するように、上部コイル２０４はアパーチャー２０８の第１の側に配置され、一方、下部コイル２０６はアパーチャー２０８の第１の側と反対の第２の側に配置される。上部コイル２０４及び下部コイル２０６は、異なる方法で、磁界を生成することができる。例えば、磁気アセンブリ２００は、アパーチャー２０８内に磁界を生成することができ、磁界は、イオンビームがアパーチャー２０８を通過中、イオンビーム２３０を誘導し成形する。いくつかの実施形態において、磁気アセンブリ２００は、アパーチャー２０８内に同時に双極子磁界を生成する間に四重極磁界を生成するために、制御することができる。これらの２つの磁界は、以下に一般的に記述するように、連動して、有利な方法で、イオンビーム２３０を誘導し動かすために、作用することができる。

磁気アセンブリ２００は、アパーチャー２０８の第３の側に配置される第１のバッキング・コイル２１２、及び、アパーチャー２０８の第４の側に配置される第２のバッキング・コイル２１４も含むことができる。第１のバッキング・コイル２１２及び第２のバッキング・コイル２１４は、既知の設計及び既知の機能を有することができる。図示のように、第１のバッキング・コイル２１２及び第２のバッキング・コイル２１４は、それぞれ、第１のバッキング・コイルの軸及び第２のバッキング・コイルの軸を有することができ、これらの軸はＹ軸に平行な方向に沿って伸びる。バッキング電流は、第１のバッキング・コイル２１２及び第２のバッキング・コイル２１４内に供給することができる。

次に図３Ａ及び図３Ｂを見るに、イオンビーム２３０を操作するための装置の形状の更なる詳細が示される。特定の実施形態において、磁気アセンブリ２００を用いてイオンビーム２３０を操作すると共に、イオンビーム２３０がイオン源１０２から現れる時に、イオンビーム２３０をターゲットの軌跡に沿って偏向させることができる。一例において、イオンビーム２３０は、Ｘi−Ｚ平面（Ｘで平行）で見られる時に、その軌跡が互いに平行であるイオンを有するリボンビームとして、イオン源１０２から現れることができる。イオンビーム２３０のイオンは、Ｙ−Ｚi平面で見られる時に、Ｘi−Ｙ平面に対して、５度以下、及び、いくつかの実施形態において、＋/−２．０度、＋/−２．５度、又は＋/−３度、などの最初の発散で、イオン源から現れることができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。発散は、イオンビーム２３０の異なるイオンの軌跡の傾斜角の範囲を表すことができ、その範囲は、基準面などの所定の基準に対して測定される。

磁気アセンブリ２００は、イオンビームが磁気的解析器の前部２３２に入る時に、Ｘi−Ｙ平面で見た時に、イオンビームを発散させる方法で、イオンビーム２３０を操作することができる。一例において、軌跡は、Ｙ−Ｚi平面に対して、＋/−８度の発散を有することができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。さらに、ターゲットの発散だけでなく、ターゲットの方向を有する、Ｙ軸に沿うターゲットの高さに、イオンビーム２３０を置く方法で、磁気アセンブリ２００は、イオンビーム２３０を誘導することができる。

例えば、再び、図１も参照するに、イオンビーム２３０は、イオンビーム２３０が、イオン注入機１００のビームラインの中心面について中心から現れる方法で、磁気アセンブリ２００により、誘導することができる。中心面は、磁気的解析器１０６だけでなく、イオン源１０２の中心を通って伸びるＸi−Ｚ平面に対応することができる。したがって、イオンビーム２３０が磁気的解析器１０６に入る時に、イオンビーム２３０を磁気的解析器の中心に沿って（Ｙ軸に対して）位置付けることができる。さらに、イオンビーム２３０を、Ｚi方向に平行に、及び、Ｘ−Ｚi平面に平行に、方向付けることができ、これは、イオンビーム２３０のイオンの平均の軌跡がＸi−Ｚi平面に平行であることを意味する。さらに、イオンビーム２３０は、Ｘi−Ｚi平面に対して、いくつかの実施形態において、１．５度より小さいなどの非常に低い発散を有することができる。

様々な実施形態により、イオンビームが磁気的解析器に入る時に、イオンビームが中心にあり、低発散であり、ビームラインの中心面に平行である、イオンビームを生成するために、新規な技術が提供される。これらの技術は、平行なイオンビームを生成するイオンビームが、イオンビームを中心面から動かすことを代償にして生成し得る従来のイオン注入機で用いられるトレードオフを克服する。様々な実施形態において、磁気アセンブリ１２２又は磁気アセンブリ２００などの磁気アセンブリは、イオンビームが磁気アセンブリを横切る間に、双極子磁界だけでなく、四重極磁界も同時に生成するために、制御することができる。次に図４を見るに、本実施形態による磁気アセンブリにより生成される例示的磁界が示される。特に、曲線４０２は四重極磁界を表わし、曲線４０６は対応する双極子磁界を表わし、曲線４０２及び曲線４０４は、第１の組の条件下、磁気アセンブリにより生成される。特に、磁気アセンブリは、曲線４０２及び曲線４０６を生成するために、「純四重極」モード下で、動作すると見なすことができる。

曲線４０４は、Ｘ軸に沿う位置の関数としての、Ｙ軸に平行な方向の磁界の強度に対応する。この曲線は、アパーチャー２０８などの磁気アセンブリアパーチャー内に生成される四重極磁界の強度を表わすことができる。図４に示すように、四重極磁界の大きさ、言い換えれば、四重極磁界の強度は、Ｘ＝−１００ｍｍに対応する第１の位置からＸ＝＋１００ｍｍに対応する第２の位置への間の、比較的大きい正の値から比較的大きい負の値へ単調に変わる。曲線４０６は、Ｘ軸に沿う位置の関数としての、Ｘ方向に平行に横たわる磁界の強度を表わし、双極子磁界の強度を表わすことができる。本例において、磁界の強度は、図示の位置の全範囲にわたって、０である。再び図２Ａを見るに、一例において、以下の方法で詳細に説明するように、曲線４０２及び曲線４０４は、純四重極モードで、磁気アセンブリ２００を動作することにより、同時に生成することができる。上部コイル２０４及び下部コイル２０６は、互いに同じに構成することができる。その上、第１の電流源２２０は第１の電流を上部コイル２０４へ供給することができ、一方、第２の電流源２２２は第２の電流を下部コイル２０６へ供給し、第１の電流及び第２の電流は互いに等しい。このように、上部コイル２０４及び下部コイル２０６は、曲線４０２により表わされるように、四重極磁界を生成することができる。上部コイル２０４及び下部コイル２０６内を進む電流は、互いに等しいため、曲線４０６のゼロの値により表わされるように、双極子磁界を創生することはできない。

別の例において、曲線４０４及び曲線４０８は、以下の方法で、磁気アセンブリ２００を、四重極及び双極子の混合モードで、動作することにより、同時に生成することができる。第１の電流源２２０は第１の電流を上部コイル２０４へ供給することができ、一方、第２の電流源２２２は第２の電流を下部コイル２０６へ供給し、第１の電流及び第２の電流は互いに等しくなく、言い換えれば、第１の電流の第１の大きさは、第２の電流の第２の大きさと異なる。このように、上部コイル２０４及び下部コイル２０６は、曲線４０４により表わされるように、四重極磁界を生成することができる。上部コイル２０４及び下部コイル２０６内を進む電流は、互いに異なるため、曲線４０８により図示されるように、ゼロでない値を有する双極子磁界を生成することができる。双極子磁界の大きさは、第１端領域と第２端領域との間のＸ軸に沿う位置の関数として、それぞれ、５０％より小さく変わることを、曲線４０８は示す。この場合において、双極子磁界の大きさは３０ガウスの範囲の中にある。

したがって、曲線４０４及び曲線４０８を生成するための条件とは対照的に、曲線４０２及び曲線４０６を生成するための条件との間の差異は以下のようである。一方の例では、上部コイル及び下部コイルを通る電流は等しく、他方の例では、上部コイル又は下部コイルを通ってより大きい電流が供給される。一例において、特別に、図４に例示されるように、四重極及び双極子の混合モードで、動作するために、基準レベルに対して、上部コイルを通る電流は１１０％とすることができ、一方、下部コイルを通る電流は９０％とすることができる。

本発明の実施形態により、図５Ａ及び図５Ｂは、曲線４０４及び曲線４０８により例示されるような、四重極及び双極子の混合モードで動作する磁気アセンブリにより、イオンビームが処理されるときに生成するイオンビームの特徴を示す。特に、図５Ａ及び図５Ｂの結果は、四重極及び双極子の混合モードで磁気アセンブリを動作することに基づいて、シミュレーションした結果であり、上部コイルを通る電流は１１０％であり、一方、下部コイルを通る電流は９０％である。

さらに、図５Ａ及び図５Ｂのシナリオにおいて、Ｘi−Ｚi平面に対して、又は、Ｚi軸に平行な方向に沿ってある、リボンビームの最初の伝搬方向に対して、＋１．５度の最初の傾斜角を有するイオン源から、リボンビームが発射される。上記のように、この発射は、リボンビームを生成するイオン源と磁気アセンブリとの間に配置される偏向器を調整することにより、達成することができる。リボンビームを偏向することにより、及び、四重極磁界と同時に非ゼロの値の双極子磁界を供給することにより、以下に論じるように、０度の傾斜角だけでなく、ターゲットの位置を達成するために、イオンビームをより良く操作することができる。

次に、特に、図５Ａを見るに、一連の曲線、曲線５０２、曲線５０４、曲線５０６、曲線５０８、及び、曲線５１０が示され、曲線は、Ｚi軸に沿う距離の関数として、イオンビーム５００、本ケースでは２３keVのボロンビーム、の選択部分の位置を表わす。曲線５０２は、イオンビーム５００の上部部分を表わすことができ、一方、曲線５１０は、イオンビーム５００の下部部分を表わす。イオン源の中心は、Ｚi＝０ｍｍの位置により表わすことができる。例示するように、イオンビーム５００は、イオン源から出てきて、約５ｍｍぐらいの最初の高さを有することができ、Ｚi＝６００ｍｍで４０ｍｍぐらいの高さに伸びることができる。イオンビーム５００は、＋１．５度の最初の傾斜角で発射されるため、イオンビーム５００の異なる部分の軌跡は、Ｙ＝０を通るＸ−Ｚ平面に対して、非対称にすることができる。図５Ａの例において、磁気アセンブリは、約Ｚi＝２８０ｍｍから４８０ｍｍまでの間の距離に及ぶ領域にわたり、イオンビーム５００を束縛すると見なすことができる。さらに、磁気的解析器の磁石の前端は、約Ｚi＝６００ｍｍに位置付けられると見なすことができる。特に、磁気アセンブリにより束縛される領域を通過後、イオンビーム５００は、Ｚi＝６００ｍｍのとき、およそＹ＝０で中心にある。

次に、図５Ｂを見るに、一連の曲線、曲線５１２、曲線５１４、曲線５１６、曲線５１８、及び、曲線５２０が示され、曲線は、Ｚi軸に沿う距離の関数として、イオンビーム５００の選択部分のイオンの傾斜角を表わす。図５Ｂで「Ｙ角度」と称される傾斜角は、Ｚi方向に沿うイオンビームの最初の伝搬方向に対しての、又は、前に言及したように、Ｘi−Ｚi平面に対しての、イオンの角度をいう。本例において、曲線５１２は、曲線５０２に対応するイオンビーム５００の部分の傾斜角を表わすことができ、曲線５１４は曲線５０４に対応することができ、曲線５１６は曲線５０６に対応することができ、その他もろもろである。例示するように、Ｚi＝０での最初の軌跡のための傾斜角は、＋１．５度の平均値を有する、曲線５１２に対する＋４．０度から曲線５２０に対する−１度の範囲である。したがって、イオンビーム５００は、Ｚi＝０ｍｍで、５度のＹ方向の分散を示す。図５Ｂのシミュレーションにおいて、その結果は、ちょうど、偏向後のイオンビーム５００の傾斜角（平均で＋１．５度）である、Ｚi軸に沿っている、イオンビーム５００の伝搬の最初の方向を表示していない。上記のように、この偏向は、引き出し電極とイオン源の出口アパーチャーとの間の距離を調整することにより、達成することができる。

図５Ｂの例において、イオン源の磁石は、イオンビーム５００を、Ｚi軸に対して下の方へ、曲げると見なすことができる。したがって、傾斜角は、最初に、Ｚi＝２５０ｍｍまで、異なる曲線に対して、負で増大するようになる。特に、Ｚi＝２８０ｍｍと４８０ｍｍとの間の磁気アセンブリにより束縛される領域を通過後、発散の低減が生じ、発散は、ちょうど、１度より大きくなるまで、大幅に低減する。さらに、平均傾斜角はゼロであり、イオンビーム５００が磁気的解析器に入る時に、イオンビーム５００がＸi−Ｚi平面に平行であることを意味する。

様々な実施形態により、異なる質量又は異なるイオンエネルギーのイオンを有するイオンビームを構成するために、偏向器の位置だけでなく、磁気アセンブリの上部コイル及び下部コイルに供給する異なる電流も調整することができ、図５Ａ及び図５Ｂに示すものと類似の結果を生成することができる。例えば、プラズマ内のイオンのタイプに依存して、プラズマをイオン源に閉じ込めるために、イオン源の電磁石は異なる磁界の強度を用いることができる。したがって、イオン源の磁界だけでなく、異なる、イオン質量、イオンエネルギーを受け入れるために、磁気アセンブリの四重極磁界及び双極子磁界だけでなく、偏向器も調整することにより、イオンビームの最初の傾斜角を調整することができる。

図６は、様々な実施形態による例示的プロセスフローを示す。ブロック６０２において、イオン源から、最初の伝搬方向を有するイオンビームを生成する動作が行なわれる。いくつかの実施形態において、ビームラインの基準面に平行な最初の伝搬方向を有するイオン源から引き出されるリボンビームとして、イオンビームを生成することができ、基準面は、１つ以上のビームラインコンポーネントを通って伸びる中心面を画定する。

ブロック６０４において、イオンビームは、最初の伝搬方向に対して、最初の傾斜角で偏向される。イオンビームの偏向は、例えば、引き出し電極とイオン源の出口アパーチャーとの間の距離を調整することにより、行うことができる。

ブロック６０６において、ビームは、磁気アセンブリのアパーチャーから通される。磁気アセンブリは、例えば、磁気ヨークの上に配置される上部コイル及び下部コイルから構成することができる。ブロック６０８において、イオンビームの最初の伝搬方向に垂直な第１の方向に沿って伸びる四重極磁界、並びに、第１の方向及び最初の伝搬方向に垂直な第２の方向に沿って伸びる双極子磁界を、アパーチャーにおいて、生成する動作が行なわれる。

要約すれば、本実施形態により得られる様々な有利性は、磁気的解析器に入る前に、イオンビームの傾斜角だけでなく、イオンビームの位置も独立に変える機能を含む。更なる有利性は、狭い分散を有し、ビームラインの基準面などのターゲット平面に対して０度の平均傾斜角を有するイオンビームを供給する機能である。このように、例えば、より少ない調整しか必要としないで、イオンビームを、もっと容易に、ビームラインの残りのコンポーネントを通って導くことができる。

本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本発明の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本発明は、特定の環境における特定の目的のための特定の実装の文脈にて本明細書中で説明したけれども、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでなく、本発明は任意の数の環境における任意の数の目的のために有益に実装し得ることを認識するであろう。従って、以下に記載する特許請求の範囲は本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈しなければならない。

Claims (15)

1. イオンビームを操作する方法であって、該方法は、
   イオン源から、最初の伝搬方向を有するイオンビームを生成する、ステップと、
   該イオンビームを、前記最初の伝搬方向に対して、最初の平均傾斜角で偏向する、ステップと、
   前記イオンビームを、アパーチャーを含む磁気アセンブリから通す、ステップと、
   前記イオンビームの前記最初の伝搬方向に垂直な第１の方向に沿って伸びる四重極磁界、並びに、前記第１の方向及び前記最初の伝搬方向に垂直な第２の方向に沿って伸びる双極子磁界を、前記アパーチャーにおいて、生成する、ステップと、
   を有するイオンビームを操作する方法。
2. 前記四重極磁界を生成する前記ステップは、
   前記アパーチャーの第１の側に配置される第１のコイルを通って第１の電流を供給するステップであって、前記第１のコイルは前記第２の方向に沿って伸びる第１のコイル軸を有する、ステップと、
   前記アパーチャーの第２の側に配置される第２のコイルを通って第２の電流を供給するステップであって、前記第２のコイルは前記第２の方向に沿って伸びる第２のコイル軸を有する、ステップと、
   を有する、請求項１記載の方法。
3. 前記双極子磁界を生成する前記ステップは、
   第１の大きさの前記第１の電流を前記第１のコイルへ供給するステップと、前記第１の電流を供給する前記ステップと同時に、第２の大きさの前記第２の電流を前記第２のコイルへ供給するステップと、を有し、
   前記第１の大きさは、前記第２の大きさと異なる、請求項２記載の方法。
4. 前記磁気アセンブリは磁気ヨークを備え、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは前記磁気ヨークを包囲して配置される、請求項２記載の方法。
5. 前記アパーチャーの第３の側に配置される第１のバッキング・コイルを通ってバッキング電流を供給するステップであって、前記第１のバッキング・コイルは、前記第１の方向に沿って伸びる第１のバッキング・コイルの軸を有する、ステップと、
   前記アパーチャーの前記第３の側の反対側の第４の側に配置される第２のバッキング・コイルを通ってバッキング電流を供給するステップであって、前記第２のバッキング・コイルは、前記第１の方向に沿って伸びる第２のバッキング・コイルの軸を有する、ステップと、
   を更に有する、請求項２記載の方法。
6. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルの第１端領域に隣接する第１の位置と、前記第１のコイル及び前記第２のコイルの第２端領域に隣接する第２の位置との間の前記第２の方向に沿う位置の関数として、前記双極子磁界の大きさは、５０％より小さく変わる、請求項２記載の方法。
7. 前記最初の傾斜角は、前記最初の伝搬方向に対して、１度と４度との間である、請求項１記載の方法。
8. 前記イオンビームを偏向する前記ステップは、前記イオンビームを前記アパーチャーから通す前記ステップの前に、前記最初の伝搬方向に対して、前記第１の方向に沿って、５度以下の最初の発散を供給するステップを有する、請求項１記載の方法。
9. 前記四重極磁界及び前記双極子磁界を生成する前記ステップは、前記イオンビームを前記アパーチャーから通した後に、前記最初の伝搬方向に対して、前記第１の方向に沿って、２度より小さい低減した発散を生成するステップを有する、請求項１記載の方法。
10. 前記イオンビームは、前記第２の方向に沿う長軸及び前記第１の方向に沿う短軸を有する細長い断面を有する、請求項１記載の方法。
11. イオンビームを操作する装置であって、該装置は、
    最初の伝搬方向を有するイオンビームを受け、前記最初の伝搬方向に対して、最初の平均傾斜角に沿って、前記イオンビームを偏向する、偏向器と、
    該偏向器の下流に配置され、前記イオンビームを受けるアパーチャーを含む、磁気アセンブリと、を備え、
    該磁気アセンブリは、更に、
    磁気ヨークと、
    該磁気ヨークの第１の側に沿って配置される第１のコイルと、前記磁気ヨークの前記第１の側の反対側の第２の側に沿って配置される第２のコイルと、を備える、コイルアセンブリと、を備え、
    前記装置は、更に、
    前記第１のコイルに連結される第１の電流源及び前記第２のコイルに連結される第２の電流源と、
    前記偏向器に、並びに、前記第１の電流源及び前記第２の電流源に、電気的に連結されるイオンビームコントローラであって、第１の制御信号を前記第１の電流源へ向け、第２の制御信号を前記第２の電流源へ向ける、イオンビームコントローラと、を備え、
    前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、双極子磁界及び四重極磁界を、前記アパーチャー内で、同時に生成する、イオンビームを操作する装置。
12. 前記第１の電流源は、前記第１の制御信号に応答して、第１の電流を前記第１のコイルに生成するための第１のコンポーネントを含み、前記第２の電流源は、前記第２の制御信号に応答して、第２の電流を前記第２のコイルに生成するための第２のコンポーネントを含み、前記第２の電流は前記第１の電流と異なる、請求項１１記載の装置。
13. 前記四重極磁界は第１の方向に沿って伸び、
    前記第１のコイルは、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って伸びる第１のコイル軸を有し、
    前記第２のコイルは、前記第２の方向に沿って伸びる第２のコイル軸を有する、請求項１１記載の装置。
14. 前記磁気アセンブリは磁気ヨークを備え、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは前記磁気ヨークを包囲して配置される、請求項１１記載の装置。
15. イオンビームを操作するイオン注入機であって、該イオン注入機は、
    細長い断面を有し、更に最初の伝搬方向を有するリボンビームを生成するために、細長いアパーチャーを有する、イオン源と、
    前記リボンビームを受け、前記最初の伝搬方向に対して、最初の平均傾斜角に沿って、前記リボンビームを偏向する、偏向器と、
    該偏向器の下流に配置され、前記リボンビームを受けるアパーチャーを含む、磁気アセンブリと、を備え、
    該磁気アセンブリは、更に、
    磁気ヨークと、
    該磁気ヨークの第１の側に沿って配置される第１のコイルと、前記磁気ヨークの前記第１の側の反対側の第２の側に沿って配置される第２のコイルと、を備える、コイルアセンブリと、を備え、
    前記イオン注入機は、更に、
    前記第１のコイルに連結される第１の電流源及び前記第２のコイルに連結される第２の電流源と、
    前記偏向器に、並びに、前記第１の電流源及び前記第２の電流源に、電気的に連結されるイオンビームコントローラであって、第１の制御信号を前記第１の電流源へ向け、第２の制御信号を前記第２の電流源へ向ける、イオンビームコントローラと、を備え、
    前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、双極子磁界及び四重極磁界を、前記アパーチャー内で、同時に生成する、イオンビームを操作するイオン注入機。

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