(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状のワークピースであって、各々が前記ワークピースの平面内に最小幅（ａ）を有するワークピースに、イオンを注入するためのイオン注入装置であって、
真空チャンバと、
動作中、５０ｍＡ以上のビーム電流および２００ｋｅＶ以上のビームエネルギーを有する、注入のためのイオンのビームを形成するように前記真空チャンバの中に配置されるイオンビーム発生器であって、前記ビームは、注入場所に方向付けられている、イオンビーム発生器と、
前記真空チャンバにおいて軸の周囲を回転するために装着されるワークピース支持ホイールとを備え、
前記ワークピース支持ホイールは、前記ワークピース支持ホイールの外周の周囲に共通半径で位置付けられる複数のワークピース支持体を有し、それによって、前記ワークピース支持ホイールが回転すると、前記ワークピース支持体上のワークピースが、前記ワークピース支持ホイールの外周によって画定される円形走査経路に沿って前記注入場所を連続して通過し、
前記ワークピース支持ホイールは、前記外周で５０×ａ以上である円周を有し、５０以上の前記ワークピース支持体を有し、
前記ワークピース支持ホイールは、前記軸の周囲で回転するために装着されるハブを有し、
前記ワークピース支持体を提供する連続外周アニュラスと、
前記軸に垂直なホイールの平面内の前記ハブを中心とした、前記アニュラスのための支持を提供する複数のスポークと、をさらに備え、
前記スポークは各々、前記アニュラスの周囲に円周方向の圧迫を加え、前記アニュラスのための前記支持を提供するように、前記ハブと前記アニュラスとの間で引張状態にある、イオン注入装置。
【請求項２】
前記イオンビーム発生器は、Ｈ＋イオンを含有する前記ビームを形成する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記ワークピース支持体は、その上の前記ワークピースのためにそれぞれのヒートシンクを提供するように配置され、前記支持ホイールは、前記ヒートシンクを冷却するための冷却流体を供給する冷却流体流路を含む、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
各前記それぞれのヒートシンクから、少なくとも２００Ｗのレートで熱を除去するために、前記冷却流体流路に冷却流体を供給するように接続される冷却システムを含む、請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記スポークのうちの少なくともいくつかは、前記ハブと前記アニュラスとの間で軸方向の剛性を提供するように、前記ホイールの平面に対して角度を成す線に沿って引張される、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
各スポークは、前記ハブと前記アニュラスとの間で前記スポークの長さを調整するための張力調整器を有する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記ワークピース支持体は、その上のワークピースのためにそれぞれのヒートシンクを提供するように配置され、前記スポークのうちの少なくともいくつかは、前記ヒートシンクを冷却するために、前記ハブと前記外周アニュラスとの間で冷却流体を運搬するように管状である、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
複数の平面状ワークピースにイオンを注入するイオン注入工程を実施するためのイオン注入装置であって、
真空チャンバと、
前記注入工程の間、注入するためのイオンのビームを形成するように前記真空チャンバ内に配置されるイオンビーム発生器であって、前記ビームは、注入場所に方向付けられている、イオンビーム発生器と、
前記真空チャンバにおいて軸の周囲で回転するために装着されるワークピース支持ホイールであって、前記支持ホイールは、前記ホイールの外周の周囲に位置付けられる複数のワークピース支持体を有し、それによって、前記ホイールを回転すると、前記支持体上のワークピースは前記注入場所を連続して通過し、前記ワークピース支持ホイールは、前記軸の周囲で回転するために装着されるハブと、前記ワークピース支持体を提供する連続外周アニュラスと、前記軸に対して垂直なホイールの平面内で前記ハブを中心とした前記アニュラスのために支持を提供する複数のスポークとを有し、前記スポークは各々、前記アニュラスの周囲に円周方向の圧迫を加え、前記アニュラスのための前記支持を提供するように、前記ハブと前記アニュラスとの間で引張状態にある、ワークピース支持ホイールとを備える、イオン注入装置。
【請求項９】
前記スポークのうちの少なくともいくつかは、前記ハブと前記アニュラスとの間で軸方向の剛性を提供するように、前記ホイールの平面に対して角度を成す線に沿って引張される、請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
各スポークは、前記ハブと前記アニュラスとの間で前記スポークの長さを調整するための張力調整器を有する、請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記スポークのうちの少なくともいくつかは、前記ハブと前記外周アニュラスとの間で冷却流体を運搬するように管状である、請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
平面状の単結晶ワークピースから半導体材料の薄膜を剥離するためのイオン注入方法であって、
５０ｍＡ以上のビーム電流を有する前記イオンのビームを使用して、２００ｋｅＶ以上の注入エネルギーで前記ワークピースの表面に均一に低質量イオンを注入するステップを含み、
少なくとも５０の前記ワークピースが、ワークピース支持ホイールの外周の周囲に共通の半径で装着され、前記ワークピース支持ホイールは、前記平面状のワークピースの最小幅の少なくとも５０倍の円周を前記外周に有し、
前記ワークピース支持ホイールは、前記ワークピースが前記イオンの前記ビームを円形走査経路で連続して通過するように回転し、
前記ワークピースは、連続外周アニュラスの周囲に装着され、前記連続アニュラスは、前記アニュラスの周囲に円周方向の圧迫を生じるように、前記アニュラスを前記ハブに接続するスポークに引張を加えることによって、前記ワークピース支持ホイールを形成するホイールハブ上で支持される、方法。
【請求項１３】
Ｈ＋イオンが注入される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワークピースは各々、少なくとも２００Ｗのレートで注入中に冷却される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記スポークのうちの少なくともいくつかは、前記ハブと前記アニュラスとの間で軸方向の剛性を提供するように、前記支持ホイールの平面に対して角度を成す線に沿って前記ハブと前記アニュラスとの間で引張される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記スポークのうちの少なくともいくつかは、管として形成され、前記ワークピースを冷却するために、冷却流体が、前記管状のスポークに沿って前記ハブと前記アニュラスとの間を通る、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面状のワークピースにイオンを注入するためのイオン注入装置に関する。イオン注入装置の具体的な用途として、シリコン等の結晶質半導体材料の薄膜の製造が挙げられる。そのようなシリコン薄膜は、光電池の製造のために使用される場合がある。
【０００２】
関連文献
本出願は、Ｒｙｄｉｎｇらの米国特許出願第１２／４９４，２６８号「Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄ  Ｃｏｏｌｉｎｇ」、Ｇｌａｖｉｓｈらの米国特許出願第１２／４９４，２７０号「Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｇｌａｖｉｓｈらの米国特許出願第１２／４９４，２７２号「Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｆｏｒ  ａｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｉｏｎｓ  Ｔｈｅｒｅｉｎ」、Ｒｙｄｉｎｇらの米国特許出願第１２／４９４，２６９号「Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」に関連し、各々が、本出願とともに同日付で出願され、本出願の譲受人によって所有され、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
再生可能な資源に基づく再生可能なエネルギーに対する需要が増加するにつれ、近年、光起電技術の実装が飛躍的に拡大している。それでも、光電池のために最適化された結晶質シリコン体の形成法は、解明されないままである。
【０００４】
光電池の製造に適した結晶質シリコンウエハは、従来、シリコン塊を薄切することによって取得される。この工程は、典型的には１５０μｍより厚いシリコンウエハが得られ、切断損失においてシリコン体の５０％までを消耗し、有用な光起電デバイスに必要とされるよりもはるかに大きい厚さを提供することによって、相当量のシリコンが無駄になる。
【０００５】
より薄いシリコン薄膜は、大量のイオン注入後に加熱することによって、膜を剥離して作製されてきた。この方式で生産された膜は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）構造の形成に応用されているが、太陽電池には法外な費用がかかっている。また、１μｍを十分に下回る厚さでは、膜は非常に薄いので、効率的な光捕捉が困難になる場合がある。イオン注入のエネルギーを上げると、膜の厚さを増加できるが、この適合によって膜がさらに高価になり、光電池のコストがさらに上昇することになる。
【０００６】
したがって、光起電用途のために最適化されたシリコン体を形成する費用効果の高い方式に対する必要性が存在する。
【０００７】
既知の種類のイオン注入ツールは、注入されるイオンを含有するビームを生成する、イオン源を有する。イオンビームは、運動量と電荷（ｍｖ／ｅ）の異なる比率を有するビーム中のイオン間に空間的分離を提供するように、イオンフィルタ中の均一磁場の領域を通過させられる。質量選別器のスリットは、あらゆる不要なイオンを阻止し、所望のイオンが、任意選択的に静電加速器を通って、半導体基板またはウエハへの注入のための工程チャンバまで通過することを可能にする。生産性を向上するために、大量のウエハが、ホイール上のウエハがイオンビームを相次いで通過するように、軸の周囲で回転するために装着されるプロセスホイールの外周の周囲にそれらを装着することによって、同時に処理される場合がある。プロセスホイールの軸は、イオンビームが、ウエハに当たる際に、ウエハ面積よりも小さい断面面積を有する場合であっても、ウエハの全部分が注入されることを確実にするよう、イオンビームを通してウエハの２次元の機械的走査を提供するように、ビームに向かって、およびビームから遠ざかって平行移動する。
【０００８】
１つの既知の大量注入器は、上記の汎用型の変形であり、固定された縦方向軸および横方向に走査されるイオンビームを備える大型のプロセスホイールを有する。
【０００９】
さらなる既知の種類の注入ツールは、イオンのいわゆるリボンビームを生成し、単一のウエハ全体にちょうど延在するに十分な主要寸法を有する。この種類のリボンビーム配置では、ウエハが、リボンビーム平面を横断する、１つの次元のみで機械的に走査されることが必要である。これは通常、ウエハが１つずつ順次に注入されるように、単一のウエハを運搬する並進走査ホルダを用いて達成される。リボンビーム平面に平行に延在する比較的狭いスリットによって、リボンビームから所望のイオンが選択できるように、リボンビームの平面に対してリボンビームを横方向に屈曲するよう、磁気質量選択イオンフィルタが使用される。代替として、イオンビームがリボンの平面内で屈曲される場合、リボンは、再び拡大して、平行なリボンビームになる前に、狭い質量選択スリットを通過するように、ｘ方向（リボン平面）の中の焦点に導かれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内のアークチャンバであって、該アークチャンバは、長さ寸法および該長さ寸法に沿って延在する前面壁を含む壁を有し、イオン源の中でイオン化される種を含有する気体の源は、注入のために必要なイオンを提供し、アークチャンバ内の少なくとも１つの電極は、電気的にバイアスされる時に、該種をイオン化するための電子の源を提供するために適し、該前面壁のイオン抽出スリットは、該長さ寸法と整合され、該抽出スリットは、長さが少なくとも１００ｍｍである、アークチャンバと、該アークチャンバの該長さ寸法に沿って磁場を提供して電子を該チャンバ内の該場に沿ってらせん運動をするように制約するための磁場デバイスであって、該磁場は、該抽出スリットの長さ全体で該長さ寸法に沿って５％未満の非均一性を有する磁束密度を有する、磁場デバイスと、を備える、イオン注入装置のためのイオン源組立部を提供する。
【００１１】
一実施形態において、該磁束密度は、抽出スリットの長さにわたって、１％未満である非均一性を有する。
【００１２】
さらなる実施形態において、抽出スリットの長さ全体での該磁場の該磁束密度は、５００ガウス以下である。そして、この磁束密度は、２００ガウスと３００ガウスとの間の場合がある。
【００１３】
またさらなる実施形態において、該磁場デバイスは、コアレスの電磁鞍型コイルを備える。該鞍型コイルは、該真空チャンバの外部に装着される場合がある。
【００１４】
またさらなる実施形態において、真空チャンバは、非強磁性金属で作製される第１の管状部と、電気的に絶縁され、該金属製の第１の管状部に終端と終端が接続される第２の管状部と、を備え、該アークチャンバは、前記金属製の第１の管状部内に位置付けられ、電気的に絶縁されるように、該金属製の第１の環状部から遠隔の、該第２の管状部の終端上に装着され、該鞍型電磁コイルは、該金属製の第１の管状部周囲に装着される。該気体源は、注入用Ｈ＋イオンを生成するための水素気体の源を提供する場合がある。
【００１５】
またさらなる実施形態において、該イオン抽出スリットの全長にわたって延在する、それらの間にプラズマ空間を提供する、該長さ寸法に沿って相互に直面して位置付けられる２つの該電極が存在する。
【００１６】
本発明のさらなる態様は、少なくとも１００ｍｍのスリット長を有する抽出スリットを通して、リボンビームとして抽出するためのイオン源のアークチャンバの中でイオンを生成する方法を提供し、注入のために必要なイオンを提供するようにイオン化される種を含有する気体をアークチャンバに導入するステップと、電子の源を提供して、必要な該イオンを含有するアークチャンバの中でプラズマを生成するよう、アークチャンバの中で電極をバイアスするステップと、該スリットの前面に該スリットの長さにわたって延在するアークチャンバ内の領域に生成される該プラズマを閉じ込めるように、抽出スリットと整合される、アークチャンバ内の磁場を印加するステップであって、該磁場は、スリットの長さにわたって５％未満の非均一性を有する磁束密度を有する、ステップを含む。
【００１７】
アークチャンバ内の閉じ込め磁場の磁束密度が抽出スリットの長さにわたって均一であることを確保することによって、スリットの長さに延在する、均一のプラズマを生成できるので、リボンのより大きい断面寸法にわたって均一の密度を有する、リボンビームが抽出できる。
【００１８】
本発明の例は、次の添付の図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を具現化するイオン注入器の正面および部分的切り取り模式図である。
【図２】図１のイオン注入器の注入ホイールの平面図である。
【図３】注入ホイールのハブの部分的断面の拡大斜視図である。
【図４】注入ホイールのリムならびにその上に装着される基板ホルダの正面および断面図である。
【図５】図４の線Ｙ−Ｙに沿って切断された、ホイールリムの部分的拡大斜視図である。
【図６ａ】基板ホルダを装着するよう、ホイールリムの中で使用される装着台の装着面の平面図である。
【図６ｂ】図６ａの線Ｂ−Ｂに沿って切断された装着台の断面図である。
【図７】注入器のイオン源の斜視図である。
【図８】図７のイオン源の模式断面図である。
【図９】源の抽出スリットの平面におけるイオン源のアークチャンバの中心線からの距離に対する磁場強度のグラフである。
【図１０】イオン注入器のリボンビームを屈曲するために使用される電磁石構造体の模式図である。
【図１１】イオン注入器の偏向電磁石内の均一磁場領域の縁の効果を示す模式図である。
【図１２】イオン注入器の偏向電磁石内の均一磁場領域の縁の効果を示す模式図である。
【図１３】イオン注入器の偏向電磁石内の均一磁場領域の縁の効果を示す模式図である。
【図１４】典型的な偏向電磁石の場合の共役像距離対源／物体距離のグラフである。
【図１５】イオン注入器の電磁石構造体の斜視図である。
【図１６】図１５の電磁石構造体のさらなる図であるが、明確化のために１組の磁極が除かれている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施形態である、イオン注入装置の模式図である。イオン注入は、真空環境において実施され、実施形態の重要な動作特徴は、真空チャンバ内に含有される。図１に図示される実施形態において、真空チャンバは、３つの相互接続された部分に示される。第１の部分は、図１の上部から、矢印１１の方向に沿って視認される場合、円形輪郭を有する、工程チャンバ１０である。工程チャンバ１０は、部分的に楕円形の下壁区分１２と対立した部分的に楕円形の上壁区分１３とを備え、円板の中心で厚くなる円板形状の真空筐体を形成する。この工程チャンバ１０は、円板の中心と実質的に整合される縦軸周囲で回転するために、円板チャンバ１０の平面の中で延在するプロセスホイール１４を含有する。処理するための基板は、詳細を後述し、図示するように、工程チャンバ１０内でホイール１４の外周の周囲を運搬される。
【００２１】
真空チャンバの第２の部分は、高電圧筐体１５内に含有され、イオン源構造１６と質量選択電磁石構造体１７によって構成される。注入のために所望されるイオンのビーム（一実施形態においては、Ｈ＋イオン）は、イオン源構造１６の中で生成され、電磁石構造体１７に方向付けられる。電磁石構造体１７は、イオンビームを屈曲する効果があり、ビーム内の不要なイオンが、工程チャンバ１０に向かって方向付けられる連続ビームからフィルタされることを可能にする。イオン源および質量選択構造１６および１７は、本明細書に詳細を後述する。
【００２２】
真空チャンバの第３の部分は、高電圧筐体１５内の真空チャンバの高圧部分および工程チャンバ１０を相互接続する加速器管１８によって構成される。加速器管１８は、イオン源構造および質量選択構造１６および１７が、工程チャンバ１０に相対的に非常に高電圧で保たれることを可能にするように、電気絶縁要素を備える。加速器管内に含有される電極は、質量選択構造１７から方向付けられるイオンビームを工程チャンバ１０へ供給するために必要な注入エネルギーまで加速するよう、静電的にバイアスされる。真空チャンバの全ての部分は、これらのうちの１つが図１の２１に模式的に示される、１つ以上の真空ポンプによって減圧される。
【００２３】
ここで図２を参照すると、プロセスホイール１４の平面図が示される。プロセスホイールは、ハブ２０と、複数のスポーク２４を介してハブ２０に接続されるリム２２とを備える。リム２２は、複数（本実施形態においては１２）の弧２２ａ、２２ｂ、・・・、２２ｌとして形成され、これらの各々は、図２の実施形態においては、リムの３０°の弧を形成する。
【００２４】
リム２２の各弧は、こうして、複数の等距離間隔に配置される基板支持体２６を運搬し、リムの弧から半径方向に外向きに延在する。図２のプロセスホイール１４は、このように、リム２２周囲に６０の基板支持体２６を運搬する。支持体２６の各々は、処理されるウエハに一致するよう、形状およびサイズが決定されるウエハ支持面を提供する。重要な点は、処理されるウエハが１５０ｍｍの円形ウエハである場合、支持体２６の支持面は、プロセスホイールの直径は、少なくとも６０×１５０ｃｍの外周を提供するように、類似の大きさおよび形状で作製されるので、６０の支持体（および支持体上の６０のウエハ）は、重なり合うことなく、ホイールの外周の周囲に収容される。１５０ｃｍの円形支持体の代わりに、他のウエハ形状および大きさを収容するように他の形状および大きさが提供される場合があるが、それぞれの場合において、プロセスホイールは、少なくともＮ×ａの外周で形成され、Ｎは、ウエハ支持体の数、ａは、処理されるウエハの最小幅である。ウエハが円形である場合、ａは直径である。
【００２５】
実施形態の重要な特徴は、プロセスホイール上に少なくとも５０（この例においては６０）のウエハ支持体２６が存在し、イオン源構造および質量選択電磁石構造体１６および１７は、加速器管１８と組み合わされて、少なくとも２００ｋｅＶのエネルギーおよび少なくとも５０ｍＡのイオン電流を有する、プロセスホイールの支持面２６上のウエハに方向付けられるイオンビームを提供することである。そして、ビームによってウエハに供給されるエネルギーは、少なくとも１０ｋＷである。プロセスホイールが同時に少なくとも５０のウエハを収容できることを確保することによって、ウエハを過熱し、損傷することなく、放散または除去できるに十分な出力だけを各ウエハが受容するように、処理中にホイールを回転させることで、このビーム出力がホイール上のウエハ間で共有されることを可能にする。
【００２６】
図２を再び参照すると、スポーク２４は、二重の目的を有する場合がある。第１に、それらは、ハブ２０とリム２２との間を引張状態（この引張は、以下に説明するように、自転車の車輪の様式で調整される場合がある）の下で延在する。スポーク２４を引張状態に保つことによって、リム２２の１２の弧２２ａ〜２２ｌは、ハブ２０に向かって引き寄せられ、円周方向に共に圧迫する。このため、リム２２は、スポーク２４の引張によって回転剛性が得られる。実施形態において、スポーク２４は、ハブ２０およびリム２２両方の周囲に等間隔に配置され、半径方向に整合されることに注意されたい。ハブとリムとの間の軸方向の剛性は、以下に説明する図４において最もよく確認されるように、プロセスホイール１４の平面に対して鋭角を形成する線に沿ってスポーク２４を引張することによって提供される。プロセスホイール１４の回転剛性を増加することが所望される場合、補強板が採用される場合がある。その代わりに、ハブ２０とリム２２との間で非半径方向に延在する支え棒が提供される場合がある。６つのこのような棒の対称的な配置は、両方の回転方向にねじり剛性を提供するように、引張状態にできる。別の実施形態において、ねじり剛性は、自転車のワイヤースポークホイールの様式で交絡パターンを形成するように、スポーク２４の非半径方向の整合によって提供される。
【００２７】
スポークの第２の可能な目的は、円板形状の真空筐体の外側から、ハブ２０を介して、リム２２へ冷却流体を導くことである。リムにある冷却流体は、次いで、各基板支持体２６へ導かれるので、これによって、注入の間、基板支持体２６上に装着されるウエハのための冷却を提供する。
【００２８】
図３は、部分的に切り取られた、ハブ２０を詳細に示す第３の角度の投影を示す。ハブは、概して直円柱を形成するよう、ウェブ３４によって分離され、支持される、上部穴付円板３０と下部アニュラス３２とを備える。ウェブ３４の上部縁は、上部フランジ３６を備えて形成され、上部マニホールド３８は、ウェブ３４の上部フランジ３６と上部穴付円板３０の全面座との間に挟まれる。同様に、ウェブ３４の下部縁は、下部フランジ４０を備えて形成され、下部マニホールド４２は、下部フランジ４０と下部アニュラス３２との間に挟まれる。
【００２９】
上部マニホールド３８の表面周囲で円周方向に延在するのは、第１および第２の環状上部溝４４、４６で、この例では各々断面が「Ｕ」形状である。両方の円の中心は各々、ハブ２０の中心を通過するプロセスホイール１４の回転の軸と重なるが、第１の上部溝４４は、第２の上部溝４６から半径方向に間隔を置いて配置される（異なる円の直径を有する）。両方の溝４４、４６は、上部マニホールドの外縁に隣接して形成される。これらの溝の開口面は、上部穴付円板３０内に形成される対応する内部通路４８、５０に一致する。内部通路４８はこのため、ハブ２０の外周壁内の開口を通して挿入する、各スポーク２４の開口端に一致する。
【００３０】
ハブ２０に対する各スポーク２４のための流体シールを作成し、各スポーク２４が引張状態になることを可能にするために、各スポークは、スポーク２４の終端周囲に対の放射状リブを備える、１対のＵ字断面の「Ｏ」リング台座５１ａ、５１ｂを備えて形成される。使用中、エラストマ製「Ｏ」リングは、各対のリブ５１ａと５１ｂとの間に置かれる場合があるが、これらは、明確化のために図面では省略される。これらのそれぞれの台座の中の「Ｏ」リングは、スポークと、スポークの終端を受容するハブの開口の内部円柱面との間に、直列の１対のピストンシールを形成する。
【００３１】
スポークの終端から最も遠くに形成される「Ｏ」リング台座リブのその面は、対応する張力調整器突起５６の半径方向に内向きの座５４と係合する座面を有するスポークフランジ５２として機能する。張力調整器突起５６は、そのシャンク上に形成されるねじ山（図３では視認不可能）を有する。各張力調整器突起５６のシャンク上のねじ山は、ハブ２０の外周壁のそれぞれの開口の内側上に形成される対応するねじ山と協調する。
【００３２】
使用中、スポーク２４を引張状態に置くように、各張力調整器突起５６は、ハブ２０の中の対応するねじ山付開口にねじ込まれるように、右回りに回転される。これによって、張力調整器突起５６の背面５４を、「Ｏ」リング台座５１ｂの外面によって形成されるスポークフランジ５２に係合させ、スポーク２４の終端をハブ２０に引き込ませる。複数のスポーク２４の引張の調整は、リム２２の周囲の円周上の圧迫の均一性を確保するように既知の様式で実行される場合がある。
【００３３】
中間チャンバ５３は、台座５１ａ、５１ｂによって形成される２つの「Ｏ」リングシールの間に形成される。チャンバ５３は、第２の内部通路５０を介して、第２の「Ｕ」形状の上部溝４６に接続される。この溝４６は、これによって、中間チャンバ５３の中に真空を作成するように、真空チャンバ（このポンプは図１の５７で模式的に示される）の外部の補助真空ポンプによって減圧される。この目的は、約４０ｐｓｉ（２７５ｋＰａ）で工程チャンバ１０の周囲でポンプ圧送される冷却水が、台座５１ａ、５１ｂの「Ｏ」リングを越えて、約１０−４パスカルの真空状態に保たれる場合がある工程チャンバ１０へ漏れることを回避するように、別個に減圧することによって、安全な筐体配置を提供することである。
【００３４】
類似の配置は、ハブ２０の下部アニュラス３２内部のスポークを捕捉し、引張するために採用され、各スポークは、１対の「Ｏ」リング台座を有し、スポークの終端から最も遠い「Ｏ」リング台座の外面は、対応する張力調整器突起５６の背面を係合する座面５２を提供する。これは、下部アニュラス３２の外壁に形成される開口部の中のねじ山と係合するように、外部ねじ切りを有する。
【００３５】
上部穴付円板３０内に挿入するスポーク２４は、ハブとリムとの間で、第１の方向（例えば、ハブからリムへ）に冷却流体を運搬し、一方で、下部アニュラス３２内に挿入するスポークは、ハブ２０とリム２２との間で、逆方向（例えば、リムからハブへ）に冷却流体を運搬する。以下に詳細を説明するように、これによって、冷却された流体が、工程チャンバ１０の外側から、ハブ２０を介して、リムへ（例えば、上部スポークに沿って）、さらにそこから基板支持体２６へ導かれることを可能にし、そこで基板支持体上のウエハへのイオン注入によって生じる熱が冷却流体に伝達される。次いで、（加熱された）冷却流体は、除去されて（下部）スポーク（この例においては）を経由して、ハブに戻され、次いで、工程チャンバ１０から除去され、再利用または廃棄される。
【００３６】
（固定）冷却流体供給および返却ライン（図面には図示せず）が、もちろん使用中に回転する、ハブ２０に接続される様式は、本発明の一部を形成せず、したがって、説明されない。固定物体と回転物体との間で流体を通過させるためのそのような技法は、当技術分野で周知である。上部および下部マニホールド３８、４２の溝４４、４６は、全ての６０のスポーク２４に共通な流体溝を形成するように、ハブ２０の円周の周囲で延在する。
【００３７】
図４を参照すると、図２の線Ｘ−Ｘに沿ったプロセスホイール１４の断面部分が示される。これは、プロセスホイール１４のリム２２および基板支持体２６の拡大断面を表す。
【００３８】
リム２２は、図２で最もよくわかるように、アニュラスの弧２２ａ・・・２２ｌとして形成され、スポーク２４のための機械的支持を提供する。リム２２の円周の周囲で延在するのは、複数の装着台６０である。各装着台６０は、リム２２に対して上部および下部の表面に固定される。これは、図５で最もよく理解することができ、図４の線Ｙ−Ｙによって示される中央平面に沿って切り取られた装着台６０の斜視図を示す。各装着台６０は概して直線で構成され、主軸は、リム２２の円周方向に延在する。しかしながら、各装着台６０は、隣接した装着台から円周方向に間隔を置いて配置され、すなわち、各台６０の主軸は３６０／Ｎよりも短く、Ｎは、基板支持体の数である（図２の例では６０）。図４で確認されるように、各装着台６０は、ネジ６２ａ、６２ｂを使用して、リム２２の弧２２ａ・・・２２ｌのうちの１つ（または図５のように２つにわたって）に固定される。代替として、装着台６０は、リムの弧２２ａ・・・２２ｌに溶接できる。
【００３９】
各装着台６０は、いくつかの目的を果たす。第１に、それは、第１の半径方向に内向き方向面上に、対応する張力調整器突起６４が使用中にねじ込まれる、１対のねじ山付開口部を提供する。スポーク２４をハブ２０に引張状態に保つ張力調整器突起５６と同様に、装着台６０に挿入される張力調整器突起６４は各々、スポーク２４の終端を受容するように、それらの中心を通って軸方向に延在する穴を有する。さらにスポークのハブ終端と同様に、スポーク２４のリム終端は、スポークの周辺の周囲に対の放射状リブとして形成される第１および第２の「Ｏ」リングシール台座６６ａ、６６ｂを備えて形成される。これらの台座６６ａ、６６ｂ（ここでも明確化のために図面では省略される）の中の「Ｏ」リングは、ピストンシールの形式において、スポーク２４と装着台６０との間に流体シールを提供する。
【００４０】
「Ｏ」リング台座６６ｂの半径方向に内側のリブの半径方向の内面６８は、張力調整器突起６４の半径方向に外向き方向面で終端する。このため、張力調整器突起６４を右回りにネジをしめると、張力調整器突起６４は、それが置かれているねじ山付開口部の中に入り、これによって、面６８に係合し、ハブ２０から半径方向に外向きに離れて押下することによって、スポーク２４上の引張を増加する。
【００４１】
台座６６ａ、６６ｂの「Ｏ」リングは、使用中それらの間に、各装着台を通って円周方向に走るプレナム溝７０に接続される、それぞれの中間チャンバ６７を形成する。図５で最もよく確認されるように、これらのプレナム溝は、パイプ区分７８によって、リムの円周周囲で隣接した台６０の間で相互接続される。
【００４２】
各装着台６０の半径方向に外向き方向面は、図６ａの平面図で示される、基板支持装着面７２を形成する。それぞれの基板支持体２６は、それぞれの装着台６０の装着面７２に重なり、適切なボルト（例えば）によって固定される、半径方向に内向きの平面状装着面を有するアーム８２を備える。
【００４３】
装着台６０から遠位の、基板支持体２６のアーム８２の終端は、使用中、ウエハ８６を支持する、ウエハホルダ８４を運搬する。アーム８２は、ここでも図４で最も確認される場合があるように、プロセスホイール１４の平面に対して約１０°の角度を成してウエハホルダ８４を傾斜する。実施形態において、プロセスホイールは、水平面内で回転し、前述の傾斜角度のために、求心力がウエハホルダ８４上にウエハ８６を押圧する。
【００４４】
ウエハ８６が使用中に装着される、各ウエハホルダ８４の上部表面は、エラストマ系熱伝導材８８に覆われる。ウエハホルダの表面下には、複数の冷却溝９０が形成される。これらの溝９０は、基板支持体２６のアーム８２の中の内部流体通路を介して、支持体２６の半径方向に内向きの装着面に連通する。アーム８２の中のこれらの冷却通路は、台６０の支持装着面７２のそれぞれの通路９２ａおよび９２ｂに重なる。基板支持体２６のアーム８２内の内部通路は、図５において、９４ａおよび９４ｂで確認でき、そこでアーム８２の分岐した指８２ａおよび８２ｂの図５の区分を通過する。それらが装着台６０の通路９２ａおよび９２ｂと重なる場所である、アーム８２の通路の終端は、図４では、９３ａおよび９３ｂで確認できる。
【００４５】
再び図６ａおよび６ｂを参照すると、基板支持体２６のアーム８２の通路９３ａ、９３ｂと、台６０の通路９２ａおよび９２ｂとの間の接続は、順に、管状スポーク２４の終端に接続し、縦１列の１対のシールを備えて提供される。内側のシールは、装着台６０の中の円形「Ｏ」リング台座７６ａおよび７６ｂに収容される「Ｏ」リングを備える。台６０での溝９２ａ、９２ｂ両方に対する接続のための外側のシールは、レース場形状の台座７４の中に単一のより大型の「Ｏ」リングを備える。台座７６ａ、７６ｂの内側の「Ｏ」リングシールと、レース場形状の台座７４の単一の外側のシールとの間に、台６０の装着面７２が、縦１列のシールの間に中間チャンバを形成する陥没９６（図６ｂの断面図で最もよく確認される）を備えて形成される。陥没９６によって形成されたこの中間チャンバは、台６０内で、穴９８ａ、９８ｂによって中央のプレナムチャンバ７０に接続される（ここでも、図６ｂの断面図で最もよく確認される）。
【００４６】
注入器の動作中、プレナム溝７０は、各スポーク２４と装着台６０との間の直列シール間の中間チャンバ６７、および装着台６０と基板支持体２６のアーム８２との間の接続のための縦１列になったシールの間の中間チャンバ９６に対して、差別的減圧された真空を提供するために、独立的に空気が抜かれる。パイプ区分７８によって相互接続される、円周上のプレナム溝７０は、ホイールのリムとハブ２０との間を延在する３つの放射状真空パイプ８０（図２で最もよく確認される）を介して、独立した真空ポンプ５７（図１）に接続される。１つのそのような放射状の真空パイプ８０は、図４にも示され、このパイプ８０は、隣接した装着台６０の間のパイプ区分７８のうちの１つに相互接続する、Ｔ接合部８１の中のホイールリムで終了する。図４において、Ｔ接合部８１は、明確化のために、その近接する装着台とは分離して示される。真空パイプ８０の半径方向に内側の終端は、ハブ２０で、前述のハブ内部の真空減圧溝に接続される。ハブ２０内部の真空溝は、当技術分野で周知の手段によって、回転シールを通して、工程チャンバ１３の外部へ、さらに補助真空ポンプ５７（図１）へ接続される。重要な点は、工程チャンバ内の冷却流体シールの差別的に減圧するためのポンプ５７は、注入器の多様なチャンバを空気抜きするための真空ポンプ（図１のポンプ２１を含む）とは別である点である。
【００４７】
より一般的に、構造は、注入器の真空チャンバ、具体的には工程チャンバ１０内部に、いくつかの取り外し可能な冷却流体接続を提供する。そのような取り外し可能な冷却流体接続は、（ｉ）冷却パイプとして機能する、各スポーク２４の半径方向の内側終端と、ハブ２０の冷却流体通路４８との間、（ｉｉ）各スポーク２４の半径方向の外側終端と、装着台６０内の冷却流体通路９２ａ、９２ｂとの間、および（ｉｉｉ）各該装着台６０の通路９２ａ、９２ｂと、関連の基板支持体２６のアーム８２内の冷却流体通路９３ａ、９３ｂとの間、に提供される。
【００４８】
ハブ２０の冷却流体通路４８、スポーク２４、装着台６０の通路９２ａ、９２ｂ、および基板支持体アーム８２の通路９３ａ、９３ｂは、基板支持体２６の冷却流体溝９０に、または冷却流体溝９０から冷却流体を供給する流体導管を提供するように相互接続される。したがって、これらの冷却流体導管は、スポーク２４および装着台６０を含む、直列に接続された流体伝導部材を備えることが確認できる。
【００４９】
前述の取り外し可能な冷却流体接続の各々は、それらの間に中間チャンバを形成する、縦１列の第１および第２のシールを備える。スポーク２４とハブ２０との間の接続の各々に対して、縦１列のシールは、中間チャンバ５３を形成する「Ｏ」リング台座５１ａ、５１ｂの中の「Ｏ」リングである。スポーク２４と装着台６０との間の接続の各々に対して、縦１列のシールは、中間チャンバ６７を形成する「Ｏ」リング台座６６ａ、６６ｂの中の「Ｏ」リングである。装着台６０の通路９２ａ、９２ｂと基板支持アーム８２の通路９３ａ、９３ｂとの間の接続の各々に対して、縦１列のシールは、中間チャンバ（陥没）９６を形成する、それぞれの内側の中の「Ｏ」リング台座７６ａ、７６ｂの「Ｏ」リング、および外側のレース場形状の「Ｏ」リング台座７４の中のより大型の「Ｏ」リングである。
【００５０】
中間チャンバは、通気導管によって、真空チャンバ壁を通して、外部へ接続される。ハブの中で、この通気導管は、通路５０を介して、中間チャンバ５３に連通する溝４６を備える。
【００５１】
リムの中で、この通気導管は、中間チャンバ６７、および（通路９８ａ、９８ｂを介して）中間チャンバ（陥没）９６に接続される、台６０の円周プレナム溝７０を備える。通気導管は、ハブで、ハブの溝を介して、回転シールを通って真空チャンバの外部に接続されることになる、リムからハブ２０へ半径方向に延在する相互接続パイプ区分７８および真空パイプ８０をさらに備える。
【００５２】
上記の実施形態において、通気導管は、縦１列のシールの中間チャンバの真空を維持するように、独立した真空ポンプ５７に接続され、真空チャンバの工程チャンバ１０内に漏れる可能性がある前に、一切の冷却流体の漏れを除去することを確実にする。中間チャンバを真空減圧する必要がない場合があり、いくつかの実施形態において、中間チャンバを大気に通気するように、通気導管を使用するだけで十分な場合がある。別の実施形態において、乾燥パージガスが中間チャンバを通ってポンプ送出されることを可能にするように、二重の通気導管が提供される場合があり、それによって、冷却流体（典型的に水）が、工程チャンバ１０の内部に漏れるリスクを削減する。
【００５３】
図４を再び参照すると、ホイールの外周の周囲のそれらのそれぞれの装着台６０上に装着される基板支持体２６の後方には、連続環状調節板９９が存在する。この環状調節板は、注入工程中にホイールが回転すると、ウエハホルダ８４を迂回するあらゆるイオンビームを収集する。このように、ビームの比較的高い電流および高いエネルギーの組み合わせである、相当な出力が、環状調節板周囲で分散される結果、吸収されたビームからの熱エネルギーが分散される。
【００５４】
前述のように、本発明の本実施形態の重要な点は、固定された軸の周囲で走査ホイール１４が回転することで、ホイールが回転すると注入位置を通って移動するウエハを注入するように、ホイール外周上に投影されるビームは、ホイール軸に対して半径方向に整合される主要寸法を有するリボンビームであり、ホイール外周にあるウエハ支持体上に装着されるウエハの半径範囲以上である長さを有する。このリボンビームは、ビームが基板全体の注入範囲を拡大するように走査されないという意味で、固定されていると考えることができる。しかしながら、リボン全体のビームの中の一切の比率の小さい非均一性を取り除くために、リボンビームの平面にわずかな位置の変動が導入される場合がある。そのような変動は、注入全体の時間に比較すると短い期間で周期的な場合があり、変動の空間的振幅は、リボンビームの断面の長さに比較すると小さい。
【００５５】
実際的な目的のために、所望される工程で有用である可能性が高い最小のウエハサイズは、少なくとも直径が１００ｍｍである（円形ウエハを想定）。非円形状のウエハも検討され、これらは、概して、正方形あるいは丸いまたは角を落とした隅を有する正方形の形状で利用可能である。いずれの場合も、ホイール外周に装着されるウエハの最大半径が１００ｍｍである場合、リボンビームの半径方向の主要寸法は、１００ｍｍを超えなければならない。さらに、Ｈ＋イオンがウエハ領域全体で均一にウエハに注入されることを確実にすることが望ましいので、１０％未満である、ウエハ全体のドーズ量変動が存在することが好ましい。工程の効率を上げ、剥離層に対する損傷のリスクを最小限にするために、より大きい均一性も望ましい可能性がある。
【００５６】
１００ｍｍを超える主要断面寸法を有する、工程チャンバ１０内のウエハ上に投影されるリボンビームを提供するために、イオン源１６から抽出されるビームもまた、同等なサイズの主要寸法を有するリボンとして形成されることを確実にすることが都合が良い。
【００５７】
図７および８は、本明細書に説明されるイオン注入器のイオン源１６を形成する場合がある、イオン源の実施形態を示す。図８は、図７のイオン源の断面図であり、イオン源のビーム軸に沿って、抽出されたリボンビームの平面内で切断されている。重要な点は、図１において、イオン源１６から抽出されるビーム１００は、紙の平面内にリボンとして形成されるので、図１の磁気フィルタ構造１７は、このビームを実質的に直角まで、ここでも紙の平面内で、すなわち、リボンビーム平面内で、屈曲することである。そして、磁石フィルタ１７から出現する、得られるリボンビーム１０１は、これで所望のＨ＋イオンのみを含有し、所望に応じてホイール１４の回転軸に対して半径方向に整合される、その主要寸法を有する。
【００５８】
図７および８に図示されるイオン源の構造は、多くの点で、当業者には既知であろう。アークチャンバ１０２は、装着円筒１０３の一方の終端に装着され、つまり、絶縁ブッシング１０４の左側終端（図８において）に装着される。円筒形上の絶縁ブッシング１０４の右側終端は、円筒形要素１０５に接続され、デバイスの真空チャンバの一部を形成する。円筒形要素１０５は、その右側終端で、抽出電極１０７を移動可能に支持するための配置１０６を支持する。抽出電極１０７は、明確化のために図７においては明らかに「浮動」して図説される。円筒形要素１０５は、非強磁性金属から作製される場合がある第１の管状部を形成し、絶縁ブッシング１０４は、電気的に絶縁する第２の管状部を形成する。第１および第２の管状部は、終端と終端が接続され、アークチャンバ１０２は、該金属製の第１の管状部から遠隔にある第２の管状部の終端上に装着される。
【００５９】
動作中、アークチャンバ１０２の本体と、対立する陰極１０８との間にアーク電圧を印加することによって、低圧のアーク放電が、イオン源のアークチャンバ１０２内部に形成される。陰極１０８は、アークチャンバの本体に対してマイナスにバイアスされ、アークチャンバの内部に電子を放電し、次いでバイアス電圧によって加速されるように配置される。陰極１０８は典型的に、電子の熱放出を提供するように加熱され、加熱は、既知の技術に従い、直接または間接のいずれかの場合がある。
【００６０】
注入されることが所望される種の原子を含有する気体は、図８には示されない導管によって、アークチャンバ１０２に導入される。この実施形態において、この気体は水素である。陰極１０８によって発せられるエネルギー電子は、Ｈ＋イオンを含有するプラズマを生成するように、水素気体の分子と相互作用する。
【００６１】
図８の右側の前面壁は、アークチャンバ１０２の線寸法に沿って延在し、該線寸法と整合される抽出スリット１０９を含有し、ここを通って所望のＨ＋イオンが、所望のイオンビームを形成するように、イオン源から抽出できる。陰極１０８は、該線寸法に沿って相互に面して位置付けられ、抽出スリット１０９の全長にわたって延在する、それらの間にプラズマ空間を提供する。イオン源を動作させるために、スリット１０９の外側のアークチャンバの前面に近似するように、結合部１１０を動作させることによって、図８の左側へ抽出電極１０７が移動される。アークチャンバ１０２の本体は、アークチャンバ１０２内部の抽出電極１０７とプラズマとの間に電場を提供するように、抽出電極１０７に対してプラスにバイアスされ、これによって、所望のイオンビームを形成するように、スリット１０９を通して、および電極１０７の対応するスリットを通して、アークチャンバから外へプラスイオンを導く。
【００６２】
重要な点は、この実施形態において、イオン源の抽出スリット１０９は、イオン源から抽出されるビームが、図８の紙の平面内で、少なくとも１００ｍｍ、および注入されるウエハの全幅にわたって延在するに十分である主要寸法を有するリボンビームのような所望の形状を有するために、図８の紙の平面内で比較的長く、抽出電極１０７のスリット１１１（図７）の寸法に実質的に一致する。
【００６３】
説明された種類のイオン源が、抽出スリット１０９を含有する平面内のアークチャンバ１０２内部の該線寸法に沿って、図８のＢで記された矢印の方向で、対立する陰極１０８の間に延在する磁場に印加することは通常の慣行である。電子は、磁場の磁束線周囲をらせん形に進むように強制されるので、アークチャンバ１０２内の磁場Ｂは、陰極１０８から加速されている電子を、２つの陰極間の線に沿った領域に限定する傾向がある。このように、所望のプラズマは、アークチャンバ１０２内でより効果的に生成され、また、磁場によって、チャンバの前面の抽出スリット１０９のすぐ前の、この線形領域に閉じ込める。
【００６４】
本実施形態において、アークチャンバ１０２内部の磁場Ｂは、円筒形要素１０５の外側かつ周囲に、アークチャンバ１０２を包囲して位置付けられる、１対の鞍型コイル１１２、１１３によって生成される。鞍型コイル１１２および１１３は、陰極１０８を結ぶ線に対して直交かつ二等分し、さらにアークチャンバ１０２の抽出スリット１０９に直交かつ二等分する平面の両側に対称に配置される。鞍型コイル１１２は、軸部分１１２ｃおよび１１２ｄ（後者は図７では視認不可能）によって相互接続される、対立した半円部分１１２ａおよび１１２ｂを備える。第２の鞍型コイル１１３は同様に、軸部分１１３ｃおよび１１３ｄによって相互接続される半円部分１１３ａおよび１１３ｂを形成する。２つのコイル区分１１２、１１３は、図８の矢印Ｂの方向に整合されるアークチャンバ１０２にわたって均一磁場を生成するように、直列に接続される。重要な点は、鞍型コイルでは強磁性コアが使用されない点である。
【００６５】
この種の鞍型コイルの構造は、コイルによって包囲される空間内に磁場が均一なかなりの領域を提供することが知られている。重要な点は、鞍型コイル１１２、１１３によって生成される磁場は、磁場方向にかなりの距離にわたって均一であることができるので、アークチャンバ内の場は、対立した陰極１０８の間で、アークチャンバの全高にわたって非常に均一にできることである。図９は、抽出されたビームの中心線から距離Ｄ、すなわち、アークチャンバ１０２内部の陰極１０８の間の半分に対する磁場強度Ｂのグラフである。中心点での（ビーム軸上）１２５．６ガウスから、軸から７５ｍｍ離れた距離での１２６．４ガウスまでの磁場変動が示され、１％未満の変動を成す。この非常に均一の磁場を抽出スリット１０９の全長にわたってアークチャンバ内に提供することによって、スリットの全長にわたっても均一のプラズマ条件を提供することができ、抽出されるリボンビームは、その主要寸法の全幅にわたって均一密度を有することができる。
【００６６】
より一般的には、抽出スリットの長さにわたって該線寸法に沿って５％未満の非均一性を有する磁束密度を有する、該磁場をアークチャンバ内に提供するには、磁場デバイスが要求される。
【００６７】
説明される実施形態において、円筒形要素１０５は、ステンレス鋼で作製され、磁場に対して透過性である。スリット１０９の長さは、その主要寸法のリボンビームを生成するように１６０ｍｍの場合がある。イオン源は、円筒形要素１０５および抽出電極組み合わせの最終要素に対して１００ｋｅＶでバイアスされる場合があるので、源から磁気フィルタ１７に向かって供給されるリボンビームは、１００ｋｅＶである。
【００６８】
良好な性能のためにアークチャンバ内に必要な磁場強度または磁束密度は、５００ガウス以下の場合があり、実施形態においては、２００から３００ガウスの間の場合がある。開示される鞍型コイルを使用してそのような場を生成するために必要な電力は、約５００ワットである。
【００６９】
本明細書において、プロセスホイール１４上のウエハに到達するリボンビームは、ホイール１４の回転の軸に対して半径方向に、注入されるウエハに対して均一なドーズ量を提供しなければならないことが前述された。シリコンの膜を剥離するためには、Ｈ＋イオンは、例えば、５Ｅ１６（５×１０１６／ｃｍ２）のドーズ量で注入されなければならない。剥離のためのドーズ量および均一性に対する要件は、半導体デバイスの生産ほど厳密ではないが、破損なく良好な剥離実行を確実にするだけでなく、生産効率を最大限にするために、均一なドーズ量が望ましい。
【００７０】
プロセスホイール１４上に装着されるウエハの異なる部分がリボンビームを通過する速度は、ホイールの回転軸からの半径距離（Ｒ）に比例することが理解されるであろう（図４を参照）。この結果、リボン（ホイールに対して放射状に延在する）の主要寸法にわたって完全に均一な密度を有するリボンビームを使用して、ウエハに注入されるドーズ量は、１／Ｒで変動する。これを補正するために、一実施形態においては、リボンビームは、Ｒに比例するリボンの主要寸法に沿って密度勾配を有するように修正される。実施形態において、これは、磁気フィルタ１７の設計を適合させることによって実現される。
【００７１】
前述のように、この電磁石は、リボンの平面内でリボンビームを屈曲するように配置される。電磁石１７は、源から直接所望の幅のリボンビームを受容し、実質的に同じ幅のリボンビームを供給するように設計されるが、その後の注入のために、加速器列１８に向かってＨ＋イオンだけ（この実施形態において）を含有する。この機能性は、図１０の模式図から確認できる。従来は、リボン形状のイオンビームは、デカルト座標ｘ、ｙ、ｚに画定され、ｘは、リボンビームの主要断面寸法、ｙは、ビームの副断面寸法、ｚは、ビームの方向である。図１０において、ｘの所望の寸法のリボンビームは、イオン源１２０によって生成され、電磁石構造体１７に入る。ビームは、ｘ次元にわたって実質的に平行である。電磁石構造体の中で、リボンビームは、リボンの平面内で約９０°まで屈曲され、イオン源から本来抽出されたビームと実質的に同じ幅（ｘにおいて）を有する平行なリボンビーム１２１として出現する。
【００７２】
電磁石構造体１７は、ｙ方向でリボンビームにわたって磁場の領域を提供する。磁場は、リボンのｘ方向にわたって全面的に均一である。当業者に既知であるように、そのような磁場を移動する荷電粒子は、運動量と荷電の関数（ｍｖ／ｅ）である半径を有する曲線経路を示す。この一般的な種類の電磁石構造体は、イオンの所望の種を除く全てが注入用のウエハに到達することを防止するために、イオン源から抽出されるイオンビームをフィルタするように、イオン注入ツールで使用される。電子デバイスを生産するためにシリコン構造においてドーパントを注入する時、非常に類似のｍｖ／ｅ値を有する抽出されたビームにおいて、所望のドーパントイオンを他から区別するために、磁場に比較的高い分解能が必要とされる場合がある。そのような磁気フィルタにおいて、必要な質量分解能を提供するために、磁気フィルタの出射口で、狭い質量選択スリットが一般的に使用される。そして、磁気フィルタは、質量選択スリットが良好な分解能を提供するように位置付けできるフィルタの出射口で、磁石の屈曲平面内の焦点に、同じｍｖ／ｅのイオンを効果的にもたらすように機能することが重要である。
【００７３】
比較すると、本実施形態の電磁石構造体１７は、同じｍｖ／ｅのイオンをｘ方向の焦点に移動させようとせず、実際にフィルタからの出射口上でリボンビームの全幅を維持する。これは、注入のための所望のイオンは典型的にＨ＋であるため、この実施形態の具体的な用途において、満足する質量選択を提供することができる。イオン源１２０から抽出されたビームにおける汚染イオンは全て、複数の水素イオンの質量である、はるかに高い質量を有するので、容易に区別することができる。事実、イオンビームの中の可能性が高い汚染は、電磁石構造体１７によって偏向されることはほとんどない。
【００７４】
電磁石構造体１７に対する課題は、注入のために提供されるビームから、ビームの他の水素イオン、具体的にはＨ２＋、および半分のエネルギーのＨ＋イオンを確実に排除することである。水素気体から形成されるイオン源１２０の中のプラズマは典型的に、Ｈ＋およびＨ２＋の両方のイオン（ならびにいくらかより大型の分子水素イオン）を含有する。Ｈ＋イオンの２倍の質量を有するＨ２＋イオンは、図１０の破線１２２によって示されるような経路を辿る傾向がある。半分のエネルギーのＨ＋イオンは、イオン源１２０からの加速後、かつ電磁石構造体１７に入る前または入っているときにＨ２＋イオンの解離または分解によって生成される。これらの半分のエネルギーのイオンは、図１０の破線１２３によって示されるような軌跡を辿る場合がある。
【００７５】
本実施形態の電磁石構造体１７は、上記のように、所望されるＨ＋イオンよりも、（２）１／２倍以上、高いまたは低い、ｍｖ／ｅを有するイオンの間を基本的に区別するためだけに必要である。偏向電磁石は、リボンビームを保持し、リボンの平面内でビームを屈曲するように配置されるので、このレベルの分解能を確実にするように、相当量の全体的な屈曲が求められる。電磁石構造体１７によってリボンビームに加えられる全体的な屈曲は、少なくとも７５°でなければならず、本実施形態においては９０°である。屈曲が小さくなると、電磁石構造体から出て、加速器列１８に入る間にビームのためにより長い移動経路が必要となる。
【００７６】
ここで図１１を参照すると、これは、電磁石構造体１７の中の均一磁場の形状、およびリボンビームに対するその効果を模式的に表す。均一磁場の単一領域１２５は、リボンビーム１２７の入射口で線形縁１２６を有して示され、入力ビーム方向に対して４５°に配置される。磁場領域は、入射口縁１２６に平行である、出射口縁１２８を有する。中央の入射ビームレット１２９が、磁場領域１２５の中で９０°まで屈曲するように、領域１２５内の磁場強度が、入射ビームの所望のイオンのｍｖ／ｅ値に対して設定される場合、出射口縁１２８もまた、出射ビーム１３０に対して４５°の角度を形成する。所望のｍｖ／ｅ値を有するビームイオンは、半径ｒを有する均一磁場領域１２５内部の環状経路を辿り、ビームのｘ次元（上記に定義されるように）において、リボンビームは、出口でも入口と同じ主要寸法を有し、入射口ビーム１２７のビームレットがｘｚ平面の中で平行であると想定したとき、出射口ビーム１３０のリボン全体のビームレットは平行（ｘｚ平面内）であることが確認できる。また、ｘ方向にわたるビームの密度分布は不変であることも重要である。
【００７７】
入射口磁場縁１２６の法線が、入射ビームに対して角度α（図１１に示されるような４５°ではなく）である場合、幅２ｄの入射リボンビームは、幅２ｄ  ｔａｎ  αを有する出射口縁１２８で、電磁石から出現する。例えば、入射口縁１２６が５５°である場合、リボンの幅は、出射口で、４２％拡大する。
【００７８】
図１２は、凸面状屈曲を有する入射口縁１２６を形成する効果、図１２の破線を示す。縁１２６が入射ビームの中央ビームレット１２９に対して依然として４５°である場合、このビームは、入射口縁１２６の湾曲によって影響を受けない、出射口縁１２８を通って出現する。しかしながら、半径方向に内側のビームレット１３０は、量Δｘｉだけ中央のビームレット１２９に向かって変位された縁１２８から出現し、半径方向に外側のビームレット１３１は、ほぼ同様な量のΔｘ０だけ中央のビームレットから遠ざかって変位された縁１２８に出現する。これは、図１２において、出力ビーム１３２の破線によって示される。出射口磁場縁１２８での内側および外側のビームレット１３０および１３１のわずかな変位を除けば、これらのビームレットの方向は、中央のビームレット１２９に対して小さい角度である。事実、内側および外側のビームレット１３０および１３１の各々は、中央のビームレット１２９に比較して、均一磁場領域１２５内でわずかにより短い距離を移動しているので、これらは９０°よりわずかに小さく屈曲されることが確認できる。図１３に示されるように、凸状の湾曲が出射面磁場縁１２８に適用される場合、内側および外側のビームレット１３０および１３１の出現角度のこの偏差を修正することができるので、出現するリボンビームのビームレットは再び平行である。しかしながら、半径方向に内側のビームレット１３０の中央のビームレット１２９に向かう変位、ならびに半径方向に外側のビームレット１３１の中央のビームレット１２９から遠ざかる変位はそのまま存在する。磁場領域１２５を通過するリボンビームの中のビームレットのこの変位の効果は、電磁石から出るリボンビームのｘ方向にわたってビーム密度の変動を適用することであり得る。図１３から、出現ビーム１３０の中央線の左側のビームレットは、図１３ではわずかに圧縮され、中央ビームの右側のビームレットはわずかに拡大する（ビームのｘ方向に）ので、リボンビームの内側の左側縁上のビーム密度は、出現ビームの右側縁でのビーム密度に比較して増加することが確認できる。
【００７９】
入力リボン軸に平行に、横方向位置ｘｓで源から出る光線は、画像空間の位置ｘに到達する。入射口極縁１２６の法線が入力ビーム方向に対し角度αで、平行な入射口および出射口極縁１２６および１２８を有する単純な屈曲の場合、ｘはｘｓに比例する。ほぼ、ｘ＝ｘｓ  ｔａｎ  αである。図１１に示されるように、α＝４５度の場合、ｘ＝ｘｓである。αの値に関わらず、密度は、ｘの関数として一定で、すなわち、
【００８０】
【数１】
0005607153.tif 000002
【００８１】
式中、数量ｄＮは、空間距離ｄｘに入る粒子の数を意味する。
屈曲磁場の調整が、画像空間の光線を新しい場所に移動させる場合、
【００８２】
【数２】
0005607153.tif 000003
【００８３】
新しい密度は、
【００８４】
【数３】
0005607153.tif 000004
【００８５】
新しい密度分布が、出力リボンビームの中央軸に平行であるが、量Ｒ０だけ変位された軸の周囲で回転するターゲット基板を補正する場合、必然的に、
【００８６】
【数４】
0005607153.tif 000005
【００８７】
数式３および４を組み合わせると、簡単な微分方程式が得られる。
【００８８】
【数５】
0005607153.tif 000006
【００８９】
境界条件
【００９０】
【数６】
0005607153.tif 000007
【００９１】
を適用すると、ｘ＝０の場合、以下が得られる。
【００９２】
【数７】
0005607153.tif 000008
【００９３】
【数８】
0005607153.tif 000009
【００９４】
の二次方程式の解は、
【００９５】
【数９】
0005607153.tif 000010
【００９６】
ｘ＜＜R０の場合、次のように、ｘの指数で解を展開することが有益である。
【００９７】
【数１０】
0005607153.tif 000011
【００９８】
したがって、その未調整の位置ｘからの光線の変位Δｘは、
【００９９】
【数１１】
0005607153.tif 000012
【０１００】
相対的変位
【０１０１】
【数１２】
0005607153.tif 000013
【０１０２】
は、ほぼ
【０１０３】
【数１３】
0005607153.tif 000014
【０１０４】
の平方根として変動する。円形状の磁場縁湾曲は、
【０１０５】
【数１４】
0005607153.tif 000015
【０１０６】
の平方根に依存する、相対的な光線の位置
【０１０７】
【数１５】
0005607153.tif 000016
【０１０８】
に対する調整を生じるため、半径方向の密度修正を提供する際に有効である。
図１１は、実線の線形縁１２６および１２８を有するとして均一磁場領域を示すが、事実、これらの縁には漏れ磁場が存在する。均一磁場領域１２５は、極の間を通過するビームの小次元（ｙ）に対応するように、それらの間に間隔を有してリボンビームの上方および下方に位置付けられる、対応して形状が決定される磁極によって形成されるであろう。磁極部品の入射口縁および出射口縁で、漏れ磁場は、ｘ方向に、２つの極の間の中央平面の上方および下方に磁場成分を有し、これらの縁を成す領域の中の磁場のｘ成分の比率は、磁場領域に入る（または出る）ビームと、極縁の法線との間の角度αに依存することが確認できる。
【０１０９】
電磁石の中央の対称平面の上方または下方の均一磁場領域に入るビーム粒子は、湾曲された漏れ磁力線を通過する際に、ｙ方向に磁力を経験する。図１３を参照すると、均一磁場縁の法線に対するビームの入射角は、αｓで、出射角はαｉである。それぞれの事例でαが正の値の場合、漏れ磁場を通過する粒子にかかる磁力は、集中している、すなわち、中央平面に向かう方向で粒子に作用している。この現象は、Ｈ．Ａ．Ｅｎｇｅ（Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｖｏｌ  ＩＩ，Ｅｄ．Ａ．Ｓｅｐｔｉｅｒ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９６２，ｐ２１５）によって定量的に説明される。漏れ磁場に関連するイオンの光焦点距離は、以下の式によって与えられ、
【０１１０】
【数１６】
0005607153.tif 000017
【０１１１】
式中、ｒは、均一磁場の粒子の屈曲半径で、αは、図１３に示されるように、入力（および出力）ビーム方向に対する回転である。電磁石の入射口磁場縁の前方、距離ｐでビームの中央平面から発散する粒子の場合、ｙの焦点効果によって、粒子はその後、磁場の出射口縁からいくらかの距離ｑで、中央平面を横断することになる。距離ｐおよびｑは図１１に示される。入力磁場縁の前方、距離ｐにある入力ビームの位置は、粒子が中央平面から発散を開始する位置にある可視光線物体として考えることができる。距離ｑは、出射口縁から、入力線物体の共役像までの距離として考えることができる。
【０１１２】
図１１に示されるように、αｓおよびαｉの両方が４５°である９０°の屈曲の場合、ｑ／ｒ対ｐ／ｒのグラフは図１４に示される。図１４の縦方向の線は、源が電磁石の前約２ｒの距離に位置付けられる典型的な配列の場合、リボンビームの半径方向に最も内側（電磁石の屈曲半径ｒに対して）、中央、および半径方向に最も外側のビームレットに対する物体距離に対して左から右に対応する。これらの３つのビームレットに対する画像距離（ｑ／ｒ）は極めて異なり、源の画像または入力ビーム１２７の物体線１３６を表す出射リボンビームにわたる線１３５になることに（図１１に示されるように）注意されたい。確認できるように、この画像線１３５は、出射ビーム１３０の方向に対して大きく歪曲される。
【０１１３】
そのような大きく回転されたｙ画像平面は、出射ビーム１３０には望ましくなく、ビーム粒子は、いくらかの距離を移動し、また、ターゲット基板に到達する前に加速器を通過することが必要である。
【０１１４】
出射ビーム１３０の中のｙ画像１３５の角度は、均一磁場領域の入射口縁および／または出射口縁１２６、１２８の形状を変化させることによって、変更することができる。しかしながら、上記のように、ビーム幅にわたって所望の密度変動、およびｙ画像角度に対する所望の修正の両方を、単一の入射口縁１２６および出射口縁１２８だけで、取得することは可能ではない。
【０１１５】
図１０を再び参照すると、電磁石構造体１７は、２つの極対１４０および１４１に分離される。電磁石構造体１７の構造は、図１５および１６から最もよく理解できる。
【０１１６】
図１５は、図１０の線１４２に沿って、しかし図１０の紙の平面をやや超えた位置から、切断された電磁石構造体を単純化した斜視図である。図１６は、図１０の矢印１４３の方向に沿って、ここでも紙の平面をやや超えて切断された図である。図１６において、電磁石組立部の上半分は、構造の下半分の極面の明確な視野を提供するために除かれている。電磁石組立部は、第１の対の対立した磁極部品１４０ａおよび１４０ｂを備える。磁極部品１４０ａおよび１４０ｂは、相互に対応する形状の極面を表し、それらの間の間隔は、リボンビームのｙ次元に対応するに十分である。特に図１６を参照すると、磁極部品１４０ａおよび１４０ｂの面は、凸形状の入射口縁の輪郭１４５、および凹形状の出射口縁の輪郭１４６を提示する。電磁石構造体１７はさらに、第２の対の対立した磁極部品１４１ａおよび１４１ｂを有する。これらの第２の磁極部品もまた、リボンビームに対応するように、ｙ方向に類似の間隔を提供するよう、対応して形状が決定される。第２の磁極部品１４１ａおよび１４１ｂの面は、凸形状の入射口縁の輪郭１４７および凹形状の出射口縁の輪郭１４８を提示する。
【０１１７】
電磁石構造体は、対立する磁極部品上の巻線１５０、１５１によって励磁され、磁極は、鉄製のヨーク構造１５２によって磁気的に相互接続される。重要な点は、巻線１５０，１５１は、それぞれ対の磁極部品１４０ａ、１４０ｂおよび１４１ａ、１４１ｂの間の磁場が、リボンビームを同じ方向に屈曲するように同じ極性を有することを確実にするように配置されることである。磁極部品１４０ａおよび１４１ａの両方は、共通の巻線１５０によって包含される場合があり、磁極部品１４０ｂおよび１４１ｂは、共通の巻線１５１によって包含される場合がある。しかしながら、それぞれ対の磁極部品１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂの間の磁場強度を独立的に制御することが所望される場合、個別の巻線が、共通の巻線に加えて、またはその代わりのいずれかで、各個別の磁極部品上に提供される場合がある。個別の巻線はまた、２つの磁極の間の領域の残留磁場を最小限にする。
【０１１８】
２つの組の磁極部品を提供し、リボンビームに合計で４つの均一磁場縁の輪郭を提示することによって、出射リボンビームのｘ方向における密度分散、およびさらに出射ビーム１３０全体で所望の垂直方向に向かって、これをもたらすｙ角度の画像平面の修正両方の制御を同時に取得するための、追加の自由度が提供される。
【０１１９】
実際には、第２の対の極１４１ａ、１４１ｂは、いくらかのｙ焦点のぼけがリボンビームの半径方向に外側のビームレットに加えられるように、均一磁場領域に湾曲縁を提供するように配置される。ｙ方向の焦点のぼけは、入射口縁に到達しているビームレットと、その点での縁の法線との間の角度が負（図１３に示される角度αｓおよびαｉは、正と考えられる）である場合に発生する。
【０１２０】
図１５および１６の電磁石構造体を用いて、合計で９０°のビーム屈曲が取得され、第１の６０°の屈曲の後に、第２の３０°の屈曲が続く。２つの極の対１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ、１４１ｂの極縁形状は、ビームを通過するウエハの１／Ｒ速度変動を修正する所望の半径密度変動を同時に達成し、加速器スタック１８の入射口での規定の場所にあり、リボンビーム方向に実質的に垂直である、電磁石構造体からの出射ビームの中の源スリットの共役像線を生成するように調整される。このように、電磁石構造体は、加速器スタック１８のｙ焦点平面に近接して源線の画像の焦点を合わせることができる（図１を参照）。
【０１２１】
電磁石構造体の極縁に対する正しい形状を決定するために、極縁は、四次の多項式（例えば）、または三次スプラインとして説明でき、次いで、例えば、Ｄｏｎａｌｄ  Ａ．Ｐｉｅｒｃｅ（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｗｉｔｈ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｄｏｖｅｓ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．，１９８６、ｐｐ２７４〜３２２）によって説明される三次収束方法等の標準の数理最適化技法によって、多項式またはスプライン係数を決定する。
【０１２２】
要約すると、電磁石構造体１７は、次の機能性を提供することを目的とする。
ａ）  少なくとも１００ｍｍの主要断面寸法のリボンビームに対応し、リボンビームをリボンの平面の中で屈曲すること。
ｂ）  所望のイオンよりも、（２）１／２倍以上、高いまたは低いｍｖ／ｅ値を有するイオンを、所望のビームイオンから、空間的に分解するように、ビームに対して十分な全体的屈曲を提供すること。一実施形態において、この分解能は、電磁石構造体の到達範囲、すなわち、電磁石の出射口開口板によって達成される。しかしながら、不要なイオンがターゲットの基板に到達することを回避するために、加速器スタックの出射口開口部の前でこの分解能が達成されることが重要である。
ｃ）  電磁石構造体の磁極部品は、均一磁場領域の縁に、領域を提供するように形状が決定され、これらは、ホイール軸からの半径距離Ｒを用いてウエハ速度の依存性に対して注入ホイール上のウエハでドーズ量補正を提供するよう、ｘ方向に、出射リボンビームの密度を調整するように形状が決定される。
ｄ）  上記のｃ）と同時に、電磁石構造体内の漏れ磁場特性は、ビームに対して実質的に垂直である出射ビームに対して横方向の平面内のｙ方向に、加速器スタック１８の入力物体焦点に近接した場所で、出射ビームが焦点を合わせるように適合される。
【０１２３】
上述のように、これらの目的は、リボンビームの平面にわたって同一の極性の均一磁場を提供し、所望の密度変動およびｙ焦点効果を提供するように湾曲されるそれぞれの入射口極縁および出射口極縁を有する電磁石構造体の中に２対の極を提供することによって、達成することができる。２つの組の極が開示されたが、同様な目的は、３つ以上の組の極を用いて、または入射口極縁と出射口極縁との間の領域に埋め込み極面を有する単一の極セットによって、実現することができる。
【０１２４】
多様な実施形態は、明確性および完全性のために提供された。本発明の他の実施形態は、本明細書によって情報が提供される時、当業者には明らかであろう。注入の詳細方法および実装のためのシステムは本明細書に説明されるが、結果が本発明の範囲内に収まる限り、任意の他の方法およびシステムを使用することができる。
【０１２５】
前述の詳細説明は、本発明がとることができる多数の形態のうちのいくつかのみを説明した。この理由のため、この詳細説明は、説明の目的のためであって、限定の目的を意図しない。本発明の範囲を画定することを目的とするのは、全ての均等物を含む、以下の請求項のみである。
【図１】
0005607153.tif 000018
【図２】
0005607153.tif 000019
【図３】
0005607153.tif 000020
【図５】
0005607153.tif 000021
【図６ａ】
0005607153.tif 000022
【図６ｂ】
0005607153.tif 000023
【図７】
0005607153.tif 000024
【図８】
0005607153.tif 000025
【図１０】
0005607153.tif 000026
【図１１】
0005607153.tif 000027
【図１２】
0005607153.tif 000028
【図１３】
0005607153.tif 000029
【図１５】
0005607153.tif 000030
【図１６】
0005607153.tif 000031
【図４】
0005607153.tif 000032
【図９】
0005607153.tif 000033
【図１４】
0005607153.tif 000034