(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの偏向、減速、及びフォーカスを独立して制御する装置であって、
イオンビームの上方に設けられた1組の上側電極、及び前記イオンビームの下方に設けられた1組の下側電極を備えた電極構造を備え、
前記上側電極の組及び前記下側電極の組は、固定され、固定位置を有し、
イオンビームの偏向、減速、及びフォーカスの独立した制御のために、前記イオンビームの中央光線軌道上の各点での前記イオンビームのエネルギーを反映するように、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の電位差を、前記中央光線軌道に沿って変化させるようにした、装置。
【請求項２】
前記上側電極の組及び前記下側電極の組は、前記イオンビームの中央光線軌道の周りに対称的に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の前記電位差を前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の間隙で割った値、(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)は、前記中央光線軌道に沿った前記イオンビームのエネルギーの固定比率、因数*Ebeam(z)である、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
偏向のために前記上側電極及び下側電極の各対に加える電位は、前記イオンビームの上方及び下方に反対称的に印加される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
偏向のために前記上側電極及び前記下側電極の各対に加える電位は、前記イオンビームの一方側のみに2倍の電位で印加される、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記電極構造は、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の間隙が、前記イオンビームの中央光線軌道に沿って同じとなるような、段階的電極構造である、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記電極構造は、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の間隙が、前記イオンビームの前記中央光線軌道に沿って増大するような、フレアー状電極構造である、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記電極構造は、前記上側電極の組の電極どうしが互いに平行であり、前記下側電極の組の電極どうしが互いに平行であるような、平行電極構造である、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極は、電極板及び棒状電極のうち少なくともいずれか一方である、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極は、非汚染材料及び低い熱膨張係数を有する材料のうち少なくともいずれか一方からなる、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極は、水平方向のイオンビーム集束のために、湾曲している、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
前記電極構造は、水平方向のビーム集束のために、1つ以上の側部要素をさらに備えている、請求項1に記載の装置。
【請求項１３】
前記1つ以上の側部要素は、前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極のうち少なくとも１つの電極と、前記上側電極の組及び前記下側電極の組を保持する1つ以上の絶縁ブロックとに、取り付けられる、請求項12に記載の装置。
【請求項１４】
前記1つ以上の側部要素は、前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極とは異なる電位に保持され、付加的な水平方向のビーム集束をもたらす、請求項12に記載の装置。
【請求項１５】
イオンビームの偏向、減速、及びフォーカスを独立して制御する方法であって、
イオンビームの上方に設けられた1組の上側電極と、前記イオンビームの下方に設けられた1組の下側電極とを備え、前記上側電極の組及び前記下側電極の組は、固定され、固定位置に置かれる、電極構造を用意するステップと、
イオンビームの偏向、減速、及びフォーカスの独立した制御のために、前記イオンビームの中央光線軌道上の各点での前記イオンビームのエネルギーを反映するように、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の電位差を、前記中央光線軌道に沿って変化させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記上側電極の組及び前記下側電極の組は、前記イオンビームの中央光線軌道の周りに対称的に配置される、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の前記電位差を、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の間隙で割った値、(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)は、前記中央光線軌道に沿った前記イオンビームのエネルギーの固定比率、因数*Ebeam(z)である、請求項15に記載の方法。
【請求項１８】
偏向のために前記上側電極及び前記下側電極の各対に加える電位は、前記イオンビームの上方及び下方に反対称に印加する、請求項15に記載の方法。
【請求項１９】
偏向のために前記上側電極及び前記下側電極の各対に加える電位は、前記イオンビームの一方側のみに2倍の電位で印加する、請求項15に記載の方法。
【請求項２０】
前記電極構造は、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の間隙が、前記イオンビームの中央光線軌道に沿って同じとなるような、段階的電極構造である、請求項15に記載の方法。
【請求項２１】
前記電極構造は、前記上側電極の組と前記下側電極の組との間の間隙が、前記イオンビームの中央光線軌道に沿って増大するような、フレアー状電極構造である、請求項15に記載の方法。
【請求項２２】
前記電極構造は、前記上側電極の組の電極どうしが互いに平行であり、前記下側電極の組の電極どうしが互いに平行であるような、平行電極構造である、請求項15に記載の方法。
【請求項２３】
前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極は、電極板及び棒状電極のうち少なくともいずれか一方である、請求項15に記載の方法。
【請求項２４】
前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極は、非汚染材料及び低い熱膨張係数を有する材料のうち少なくともいずれか一方からなる、請求項15に記載の方法。
【請求項２５】
前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極は、水平方向のイオンビーム集束のために、湾曲している、請求項15に記載の方法。
【請求項２６】
前記電極構造は、水平方向のビーム集束のために、1つ以上の側部要素をさらに備えている、請求項15に記載の方法。
【請求項２７】
前記1つ以上の側部要素は、前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極のうち少なくとも１つの電極と、前記上側電極の組及び前記下側電極の組を保持する1つ以上の絶縁ブロックとに、取り付けられる、請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記1つ以上の側部要素は、前記上側電極の組の電極及び前記下側電極の組の電極とは異なる電位に保持され、付加的な水平方向のビーム集束をもたらす、請求項26に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してイオン注入に関し、さらに特定すると、イオンビームの偏向、減速、及び／又はフォーカスを独立して制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置は、材料の導電性を選択的に変えるために、半導体の製造に広く用いられている。典型的なイオン注入装置では、イオン源から生成されるイオンが、１つ以上の分析マグネット及び複数の電極を含み得る一連のビームラインコンポーネントを介して、指向される。分析マグネットは、所望のイオン種を選択し、汚染種と望ましくないエネルギーを有するイオンとを除外し、ターゲットウェーハでのイオンビームの質を調整する。適切な形状の電極により、イオンビームのエネルギー及び形状を補正することができる。
【０００３】
図1は、従来のイオン注入装置100を示す。イオン注入装置100は、イオン源102、引出電極104、90°マグネットアナライザ106、第1減速(D1)ステージ108、70°マグネットアナライザ110、及び第2減速(D2)ステージ112を備えている。D1及びD2減速ステージ（「減速レンズ」としても知られる）は、それぞれイオンビームが通過し得るように規定された開口を有する複数の電極からなる。複数の電極に異なる電位の組み合わせを印加することにより、D1及びD2減速レンズが、イオンエネルギーを操作して、イオンビームを所望のエネルギーでターゲットウェーハに照射させることができる。
【０００４】
上述したD1又はD2減速レンズは、典型的には、静電三極（又は四極）減速レンズである。図2は、従来の静電三極減速レンズ200の斜視図である。静電三極減速レンズ200は、3組の電極、即ち入口電極202（「端子電極」とも称す）、抑制電極204（又は「集束電極」）、及び出口電極206（「接地電極」とも称すが、必ずしも接地する必要はない）を備える。従来の静電四極減速レンズは、四極レンズが抑制電極204と出口電極206との間にさらに1組の抑制電極（又は集束電極）を有することを除けば、静電三極減速レンズ200に似ている。
【０００５】
静電三極減速レンズ200では、各電極の組が、イオンビーム20を（例えば、ビーム方向に沿う+z方向に）通過させる空間／間隙を有し得る。図2に示すように、各電極の組は、同電位を共有するように互いに電気的に結合された2つの導電片を含むことができる。代案として、各電極の組は、イオンビーム20を通過させる開口を有する一片構造とすることができる。そのため、各電極の組は、事実上、単一の電位を有する単一の電極となる。ここでは説明の簡単化のために、各電極の組を単数形で称する。すなわち、複数の入口電極202を「入口電極202」と称し、複数の抑制電極204を「抑制電極204」と称し、複数の出口電極206を「出口電極206」と称する。
【０００６】
動作中、入口電極202、抑制電極204、及び出口電極206は、イオンビーム20のエネルギー及び／又は形状が以下のような態様で操作されるように、独立してバイアスされる。イオンビーム20は、入口電極202を経て静電三極減速レンズ200に入り、例えば10〜20 keVの初期エネルギーを有し得る。イオンビーム20内のイオンは、入口電極202と抑制電極204との間で加速され得る。抑制電極204に到達後、イオンビーム20は、例えば、約30 keV又はそれより高いエネルギーを有し得る。抑制電極204と出口電極206との間において、イオンビーム20内のイオンは、典型的には、ターゲットウェーハへのイオン注入に用いられるエネルギーに近いエネルギーにまで、減速され得る。したがって、イオンビーム20は、静電三極減速レンズ200を出るときに、例えば、約3〜5 keV又はこれより低いエネルギーを有し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
静電三極減速レンズ200内で起こるイオンエネルギーの大幅な変化は、イオンビーム20の形状に相当の影響を及ぼし得る。例えば、高エネルギーの中性粒子を除去するために共局在の偏向(co-local deflection)をもたらし得る減速レンズ200は、偏向角及びビームフォーカスの制御に関連した課題に直面し得る。イオンビーム20の偏向の制御に必要な電圧は、イオンビーム20（例えば、入力及び出力の両方）のエネルギーに依存し得る。一方、イオンビーム20のフォーカスを制御するための電圧は、異なる電流及び高さのイオンビームに適応させるべく、変化され得る。このことは、イオンビーム20の調整を困難にし得る。なぜなら、イオンビーム20のサイズ（フォーカス）の調整は、イオンビーム20の位置も一緒に変化する場合、容易に実現できないからである。従来のシステム及び方法は、共局在の偏向及び減速をもたらすレンズでイオンビームの偏向及び／又はフォーカスを独立して制御するための解決手段を提供するものではない。
【０００８】
上述したことに鑑みれば、現在のイオン注入技術に関連した重大な問題及び欠点が存在することを、理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書では、イオンビームの偏向、減速、及びフォーカスを独立して制御する技術を開示する。1つの特定の例示的態様では、この技術は、イオンビームの偏向、減速、及びフォーカスを独立して制御する装置として実現することができる。この装置は、イオンビームの上方に設けられた1組の上側電極と、イオンビームの下方に設けられた1組の下側電極とを備えた、電極構造を備えることができる。上側電極の組及び下側電極の組は、固定され、固定位置を有することができる。イオンビームの偏向、減速、及び／又はフォーカスの独立した制御のために、イオンビームの中央光線軌道上の各点でのイオンビームのエネルギーを反映するように、上側電極の組と下側電極の組との間の電位差もまた、中央光線軌道に沿って変化させることができる。
【００１０】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、上側電極の組及び下側電極の組を、イオンビームの中央光線軌道の周りに対称的に配置することができる。
【００１１】
この特定の例示的態様のさらなる態様によれば、上側電極の組と下側電極の組との間の電位差をイオンビームどうしの間の間隙で割った値、(Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)は、中央光線軌道に沿ったイオンビームのエネルギーの固定比率、因数*Ebeam(z)とすることができる。
【００１２】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、偏向のために上側電極及び下側電極の各対に加える電位は、イオンビームの上方及び下方に、反対称的に印加することができる。
【００１３】
この特定の例示的態様のさらなる態様によれば、偏向のために上側電極及び下側電極の各対に加える電位は、イオンビームの一方側のみに2倍の電位で印加することができる。
【００１４】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、電極構造は、上側電極の組と下側電極の組との間の間隙を、イオンビームの中央光線軌道に沿って同じにすることができる、段階的電極構造とすることができる。
【００１５】
この特に例示的な態様の他の態様によれば、電極構造は、上側電極の組と下側電極の組との間の間隙を、イオンビームの中央光線軌道に沿って増大させることができる、フレアー状電極構造とすることができる。
【００１６】
この特定の例示的態様のさらなる態様によれば、電極構造は、上側電極の組の電極どうしを平行にすることができ、下側電極の組の電極どうしを平行にすることができる、平行電極構造とすることができる。
【００１７】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、上側電極の組の電極及び下側電極の組の電極を、電極板及び棒状電極のうち少なくともいずれか一方とすることができる。
【００１８】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、上側電極の組の電極及び下側電極の組の電極を、非汚染材料、及び低い熱膨張係数を有する材料のうち少なくともいずれか一方とすることができる。
【００１９】
この特定の例示的態様のさらなる態様によれば、上側電極の組の電極及び下側電極の組の電極を、水平方向のイオンビーム集束のために、湾曲させることができる。
【００２０】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、電極構造は、水平方向のビーム集束のために、１つ以上の側部要素をさらに備えることができる。
【００２１】
この特定の例示的態様の他の態様によれば、1つ以上の側部要素は、上側電極の組の電極及び下側電極の組の電極のうち少なくとも1つの電極と、上側電極の組及び下側電極の組を保持する1つ以上の絶縁ブロックとに、取り付けることができる。
【００２２】
この特定の例示的態様のさらなる態様によれば、1つ以上の側部要素は、上側電極の組の電極及び下側電極の組の電極とは異なる電位に維持され、付加的な水平方向のビーム集束をもたらすことができる。
【００２３】
他の特定の例示的態様では、本発明の技術は、イオンビームの偏向、減速、及び／又はフォーカスを独立して制御する方法として実現することができる。この方法は、イオンビームの上方に設けられた1組の上側電極と、イオンビームの下方に設けられた1組の下側電極とを備え、上側電極の組及び下側電極の組は、固定位置に固定される、電極構造を用意するステップを備えることができる。この方法は、イオンビームの偏向、減速、及び／又はフォーカスを独立して制御するために、イオンビームの中央光線軌道上の各点でのイオンビームのエネルギーを反映するように、上側電極の組及び下側電極の組での電位差を、中央光線軌道に沿って変化させるステップも備えることができる。
【００２４】
以下、図面に示す実施形態を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。以下、例示実施形態につき本発明を説明するが、本発明がこれに限定されないことは、明らかである。本明細書の教示を受けた当業者であれば、本明細書で説明する本発明の範囲内に含まれ、かつ本発明が相当有用となる、さらなる実装、変更、及び実施形態、並びに他の分野の用途を、認識するはずである。
【００２５】
以下では、より完全な本発明の理解を助けるために、図面を参照する。図面内の同様の要素には、同様の参照番号を付してある。これらの図面は、本発明を限定するものと解釈すべきではなく、あくまでも例示的なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のイオン注入装置を示す図である。
【図２】従来の静電三極レンズを示す図である。
【図３】本発明の実施形態による段階的レンズ構造の側面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図５】本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造の側面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図６Ｂ】本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図６Ｃ】本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図７】本発明の実施形態による平行レンズ構造の側面図である。
【図８】本発明の実施形態による平行レンズ構造の偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図９】本発明の実施形態による棒状電極を用いたレンズ構造の側面図である。
【図１０】本発明の実施形態による平行レンズ構造と比較した、棒状電極を用いたレンズ構造の偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフである。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による棒状電極を用いたレンズ構造の上面図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態による屈曲した棒状電極を用いたレンズ構造の上面図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態による棒状電極、曲面端板、及び電場終端電極を用いたレンズ構造の上面図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態による棒状電極及び電場終端電極を用いたレンズ構造の上面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態による棒状電極、電場終端電極、及び側部集束電極を用いたレンズ構造の側面図である。
【図１３】本発明の実施形態による電場終端用の装着ブッシングを用いたレンズ構造の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態は、1つ以上の可変制御式の抑制／集束電極を有する改良型静電レンズ構造を説明するものである。これらの電極は、互いに独立して又は個別に制御／バイアスされる、様々な形状、曲率、位置、材料、及び／又は構造を含むことができる。これにより、イオンビームの形状、並びにイオンビームのエネルギーの柔軟かつ効果的な操作を提供することができる。
【００２８】
図3は、本発明の実施形態による段階的レンズ構造(graded lens configuration)300の側面図である。段階的レンズ構造300は、数組の電極を含むことができる。例えば、段階的レンズ構造は、1組の入口電極302、1つ以上の組の抑制／集束電極304、及び1組の出口電極306を含むことができる。各電極の組は、イオンビーム30（例えば、リボンビーム）を通過させる空間／間隙を有することができる。いくつかの実施形態では、これらの電極（例えば、入口電極302、抑制／集束電極304、及び出口電極306）を、筐体308内に設けることができる。ポンプ310を、筐体308に直接的又は間接的に接続することができる。1つの実施形態では、ポンプ310は、高真空環境又は他の制御環境をもたらす真空ポンプとすることができる。他の実施形態では、筐体308は、1つ以上のブッシング312を含むことができる。これらのブッシング312は、筐体308を他のコンポーネントから電気的に絶縁するために用いることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００２９】
図3に示すように、入口電極302及び出口電極306の各組は、互いに電気的に結合された2つの導電片を含むことができ、又は、イオンビーム30が通過し得る開口を有する一片構造とすることができる。いくつかの実施形態では、抑制／集束電極304の上部及び下部が、（例えば、個別の導電片にて）異なる電位を有するようにし、これらを通過するイオンビーム30を偏向させることができる。説明の簡単化のために、各電極の組を、単数形で称する場合がある。すなわち、複数の入口電極302を「入口電極302」と称する場合があり、複数の抑制／集束電極304を「抑制／集束電極304」と称する場合があり、複数の出口電極306を「出口電極306」と称する場合がある。段階的レンズ構造300を、（例えば、5組の抑制／集束電極304を有する）7要素のレンズ構造として図示するが、任意数の要素（又は電極）を用いることができることは明らかである。例えば、いくつかの実施形態では、段階的レンズ構造300は、3〜10組の電極を用いることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００３０】
いくつかの実施形態では、電極を通過するイオンビーム30は、ホウ素又は他の元素を含むことができる。イオンビーム30の静電集束は、数個の薄い電極（例えば、抑制／集束電極304）を用いて、イオンビームの経路又はビームライン30に沿って電位の「段階付け」("grading")を制御することにより、達成することができる。段階的レンズ構造300では、過度の集束を回避しつつ、高い減速比も提供することができる。結果として、非常に低いエネルギーの出力ビームに対しても、高い質のビームを可能にし得るエネルギー範囲内で、入力イオンビーム30を使用することができる。1つの実施形態では、イオンビーム30がレンズ構造300の電極を通過するとき、イオンビーム30は、6 keVから0.2 keVにまで減速され、段階的レンズ構造300の電極により15°偏向され得る。この例では、エネルギー比を30/1とすることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００３１】
イオンビームの減速、偏向、及び／又はフォーカスを分離し独立して制御することは、次のようにして達成可能であることは、明らかである。即ち、(1)イオンビーム30の中央光線軌道（c.r.t又はcrt: central ray trajectory）に対して、電極（例えば、入口電極302、抑制／集束電極304、及び出口電極306）を対称に維持すること、及び(2)crt上の各点でのビームエネルギーを偏向角35で反映させるように、偏向電圧をイオンビーム30のcrtに沿って変化させることによって達成可能である。イオンビーム30のcrtに対する電極の対称性により、イオンビーム30に近い方の上側電極の端部及び下側電極の端部を、イオンビーム30のcrtに対して等しい（又はほぼ等しい）垂直距離に維持可能であることは、明らかである。
【００３２】
例えば、イオンビーム30の上方及び下方の電極どうしの間の電圧差（例えば、Vdefl(z)）は、電場の偏向成分（例えば、Vupper(z)-Vlower(z))/gap(z)）が、その点でのビームエネルギーの固定比率／固定因数（これは、電極又はレンズに沿って変化し得る）（例えば、因数*Ebeam(z)）となり得るように、設定することができる。この例では、このことは次の方程式1で表すことができる：
Vdefl(z)/gap(z) = 因数*Ebeam(z)
【００３３】
いくつかの実施形態では、この偏向電圧を、上方及び／又は下方の電極に反対称的に（例えば、+/-Vdefl(z)）印加することができる。他の実施形態では、例えば、この偏向電圧を、イオンビーム30の一方側のみに、2倍の偏向電圧で印加することができる。このような上側電極電圧と下側電極電圧との間の関係を、所定の幾何学的形状について固定することができるため、この関係を、回路ネットワーク又は他の同様のネットワークに実装し得ることは、明らかである。したがって、電源数を2倍にする必要性、及び／又はこの関係をハードウェアに固定させる必要性を、完全には排除できなくても、低減させることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００３４】
図4A〜4Dは、本発明の実施形態による段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ400A〜400Dである。これらの例示グラフ400A〜400Dでは、イオンビーム30を、各電極におけるエミッタンス及び電圧／バイアスを異ならせて、様々な集束状態を生成するように示してある。例示的なグラフの各々は、（上記の方程式1に記載のように）0.16の偏向因数を用いることができ、同じ又は同様の偏向（例えば、15°の偏向）を生成し得ることは、明らかである。
【００３５】
例えば、図4Aは、ゼロ(0)エミッタンスのイオンビームを用いた段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ400Aである。図4Bは、非ゼロエミッタンスのイオンビームを用いた段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ400Bである。図4Cは、収束性を有する非ゼロエミッタンスのイオンビームを用いた段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ400Cである。図4Dは、異なる集束電圧を用いた段階的レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ400Dである。ほとんどの場合において、方程式1の偏向因数を、0.16に維持することができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００３６】
図5は、本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造500の側面図である。図3の段階的レンズ構造300と同様に、フレアー状レンズ構造500もまた、数組の電極、例えば1組の入口電極502、1つ以上の組の抑制／集束電極504、及び1組の出口電極506などを含むことができる。各電極の組は、イオンビーム50が偏向角55で通過し得る開口部を有することができる。フレアー状レンズ構造500を、図3と同様の7要素のレンズ構造として示すが、任意数の要素（又は電極）を使用可能であることは、明らかである。例えば、いくつかの実施形態では、フレアー状レンズ構造500は、3〜10組の電極を用いることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００３７】
しかしながら、図3とは異なり、図5のフレアー状レンズ構造500の電極は、「フレアー状」構造に配置することができる。例えば、出口電極506でのイオンビーム50のための開口部を、入口電極502でのイオンビーム50のための開口部より大きくすることができる。したがって、抑制／集束電極504の各組での開口部を、徐々に増大させ、又は「フレアー状」に広げることができる。この構造での電極は、（例えば、ビームの電極との衝突を回避するために）フレアー状とするが、イオンビーム50の中央光線軌道（「c.r.t」又は「crt」）に対する対称性を依然として維持し得ることは、明らかである。他の様々な実施形態も可能である。
【００３８】
図6Aは、本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ600Aである。この例では、電極をフレアー状にしてビームの電極との衝突を回避しつつ、イオンビーム50のcrtに対する対称性を維持することができる。
【００３９】
図6B〜6Cは、本発明の実施形態によるフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ600B、600Cを示す。偏向角は、方程式1に表されるように、偏向因数により決定されるが、偏向角55の最終的な制御を、細かな調整又は「微調整」により、さらに強化し得ることは、明らかである。例えば、微調整は、最終の電極（例えば、最終の抑制／集束電極504）に小さな偏向電位／偏向電圧を加えることにより、達成することができる。この偏向電位／偏向電圧は、最終エネルギーに合わせて調整することができる。図6Bには、-0.2の「微調整」効果を有するフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ600Bを示す。図6Cには、+0.2の「微調整」効果を有するフレアー状レンズ構造における偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ600Cを示す。他の変形も可能である。
【００４０】
図7は、本発明の実施形態による平行レンズ構造700の側面図である。図5のフレアー状レンズ構造と同様に、平行レンズ構造700もまた、複数組の電極、例えば1組の入口電極702、1つ以上の組の抑制／集束電極704、及び1組の出口電極706を含むことができる。各電極の組は、イオンを、イオンビーム70の中央光線軌道（「c.r.t」又は「crt」）で、偏向角75にて通過させる空間／間隙を有することができる。図5と同様に、平行レンズ構造700は7要素のレンズ構造として図示しているが、任意数の要素（又は電極）を使用可能であることは、明らかである。例えば、いくつかの実施形態では、平行レンズ構造700は、3〜10組の電極を用いることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００４１】
平行レンズ構造700における電極を、図5のフレアー状レンズ構造500と同様に「フレアー状」とし得ることも、明らかである。例えば、出口電極706でのイオンビーム70のための開口部を、入口電極702でのイオンビーム70のための開口部より大きくすることができる。したがって、抑制／集束電極704の各組での開口部を、徐々に増大させ、又は「フレアー状」に広げることができる。また、対称性を、イオンビーム70のcrtに対して維持させ、イオンビーム70の収差を回避することができる。平行レンズ構造700を、フレアー状構造の電極と共に図示するが、他の様々な実施形態（例えば、段階的構造など）も可能であることは、明らかである。
【００４２】
しかしながら、図5とは異なり、図7の平行レンズ構造700の電極は、互いに平行にすることができる。例えば、crtの周りに対称性を維持するように角度付けする代わりに、電極のエッジが、図5のフレアー状レンズ構造500における電極のエッジと同様の位置に維持されるように、電極どうしを互いに平行にすることができる。
【００４３】
図7の平行レンズ構造700には、幾つかの利点がある。例えば、平行レンズ構造700では、より精密さ及び正確さを必要とし得るフレアー状の配置又は段階的な配置と比べて、より容易に電極を位置付けることができる。したがって、平行レンズ構造700の電極のエッジの位置を、図5のフレアー状レンズ構造500の電極のエッジの位置と同様に位置付ける限り、構造の変化によりイオンビーム70に及ぼす影響を最小限にすることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００４４】
図8は、本発明の実施形態による平行レンズ構造の偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ800である。ここで、電極板どうしを互いに平行にし、かつフレアー状にして、偏向、減速、及び／又はフォーカスの独立した制御をもたらすことができる。
【００４５】
図9は、本発明の実施形態による棒状電極を用いたレンズ構造900の側面図である。図5のフレアー状レンズ構造500と同様に、棒状電極を用いたレンズ構造900もまた、数組の電極、例えば1組の入口電極902、1つ以上の組の抑制／集束電極904、及び1組の出口電極906を含むことができる。各電極の組は、イオンを、イオンビーム90の中央光線軌道（「c.r.t」又は「crt」）で偏向角95で通過させる空間／間隙を有することができる。棒状電極を用いたレンズ構造900を、図5と同様に、7要素のレンズ構造として図示しているが、任意数の要素（又は電極）を使用可能であることは、明らかである。例えば、いくつかの実施形態では、棒状電極を用いたレンズ構造900は、3〜10組の電極を用いることができる。他の実施形態も可能である。
【００４６】
棒状電極を用いたレンズ構造900内の電極を、図5のフレアー状レンズ構造500と同様にフレアー状とすることができることは、明らかである。例えば、出口電極906でのイオンビーム90のための開口部を、入口電極902でのイオンビーム90のための開口部より大きくすることができる。したがって、抑制／集束電極904の各組を、徐々に増大、又は「フレアー状」に広げることができる。また、イオンビーム90のcrtに対する対称性を維持することができる。棒状電極を用いたレンズ構造900を、フレアー状構造の電極と共に図示するが、他の様々な実施形態（例えば、段階的構造など）も可能であることは、明らかである。
【００４７】
しかしながら、図5とは異なり、図9のレンズ構造900の抑制／集束電極904は、電極板ではなく、棒状電極とすることができる。棒状電極の位置を、図5のフレアー状レンズ構造500の電極のエッジに位置させる限り、イオンビーム90に及ぼす影響を最小限にすることができる。例えば、図10は、本発明の実施形態による平行レンズ構造と比較した、棒状電極を用いたレンズ構造の偏向、減速、及び／又はフォーカスの例示グラフ1000である。ここで、棒状の電極棒により、本発明の実施形態による偏向、減速、及び／又はフォーカスの独立した制御をもたらすことができる。
【００４８】
棒状電極は、例えばグラファイト、ガラス状炭素などの非汚染材料、及び／又は他の非汚染材料で作ることができる。電極は、低い熱膨張係数を有する材料で作ることもできる。他の様々な実施形態も可能である。
【００４９】
棒状電極を用いることにより、幾つかの利点を有し得る。例えば、棒状電極（又は棒）の表面積は、電極板の表面積より大幅に小さくすることができる。したがって、棒状電極は、放電、グリッチ、及び／又は自発的な荷電粒子の発生の可能性を最小化するのを助けることができる。さらに、棒状電極を用いることにより、より開かれた形状を可能にし、（例えば、真空ポンプ310による）ポンプ動作を向上させることができる。結果として、圧力を最小化することができ、これにより荷電交換及び残留エネルギーの悪影響を低減させることができる。
【００５０】
図11Aは、本発明の実施形態による棒状電極を用いたレンズ構造1100Aの上面図である。この例では、棒状電極1104を、1つ以上の絶縁ブロック1114、又は絶縁ブッシングを有する1つ以上の導電性板の穴（図示せず）を経て取り付けることができる。絶縁ブロック1114又はブッシングを用いることにより、棒状電極1104の位置を、温度の変動に無関係に維持することができる。
【００５１】
図11Bは、本発明の実施形態による屈曲した棒状電極を用いたレンズ構造1100Bの上面図である。1つ以上の絶縁ブロック1114又はブッシングの穴を角度付けすることにより、棒状電極1104を屈曲させるか、湾曲させるか、及び／又はアーチ状にすることができる。棒状電極1104を屈曲させることの利点は、イオンビームの水平方向の集束を強めることである。
【００５２】
水平方向の集束は、他の方法により達成することもできる。例えば、図11Cは、本発明の実施形態による棒状電極、曲面端板、及び電場終端電極を用いたレンズ構造1100Cの上面図である。ここで、曲面端板（例えば、曲面出口電極1106）は、イオンビームの水平方向の集束を強めることができる。
【００５３】
電極1104が十分な幅を有しない場合、又は絶縁ブロック1114がイオンビームにより帯電される場合、絶縁ブロック1114又はブッシングが、イオンビーム付近の静電場と干渉し得ることは、明らかである。したがって、電極1104が十分な幅を有し、このような絶縁ブロック1114又はブッシングからの干渉の影響を最小限にするレンズ構造を提供するのが有利である。絶縁ブロック1114又はブッシングの影響をさらに最小限にするために、1つ以上の電場終端電極1116を用いることができる。いくつかの実施形態では、これらの電場終端電極1116を、絶縁ブロック1114又はブッシング上で、抑制／集束電極1104どうしの間の中間電位領域に取り付けて、イオンビームに及ぼすあらゆる付加的な影響を軽減することができる。
【００５４】
図12Aは、本発明の実施形態による棒状電極1204及び電場終端電極1216を用いたレンズ構造1200Aの上面図である。この例では、1つ以上の電場終端電極1216を、棒状電極1204の両側に直接的又は間接的に取り付け、付近のコンポーネント（例えば、装着ブロック又は板）の影響を効果的に遮蔽することができる。
【００５５】
図12Bは、本発明の実施形態による棒状電極1204、電場終端電極1216、及び側部集束電極1218を用いたレンズ構造1200Bの側面図である。この例では、側部集束電極1218は、名目上、上側の棒と下側の棒との間の平均電位に維持することができ、さらに高電位に置いてイオンビームのあらゆる空間電荷を反射させることで、水平方向の集束を達成することができる。
【００５６】
電場終端電極1216及び側部集束電極1218は、導電シート製又は他の同様の材料製とすることができる。いくつかの実施形態では、これらのシートは、1つ以上の電極に接続することができ、高い抵抗率を有することもできる。これらのシートの抵抗率が均一である場合、電極どうしの間のこれらのシートを流れる電流により、これらのシート内の静電位を、各レンズ／電極の中央平面の静電位に完全に一致させることができる。よって、これらのシートは、棒状電極1204が無限に長いと仮定した場合に生成されることになる電磁場と同様の電磁場を（例えば、イオンビームが横切るレンズ／電極の容積内に）生成し得る。
【００５７】
これらのシートにおける電流フローを支配する方程式が、真空での電磁場に対するものと同じになることは、明らかである。例えば、電流フローに対する解は、ラプラス方程式と、潜在的な電磁場を得るための境界条件とにより、表すことができる。しがたって、シート上の電位は、2つの棒状電極間の中間点における電位に類似し得る。
【００５８】
図13は、本発明の実施形態による導電磁場終端用の装着ブッシング1320を用いたレンズ構造1300の側面図である。1つ以上の装着ブッシング1320を用いて、抵抗シート（例えば、電場終端電極1316）を棒状電極1304に接続することができることは、明らかである。これらの装着ブッシング1320は、例えばグラファイト、ガラス状炭素などの導電性材料、及び／又は他の導電性材料で形成することができる。側部集束電極1318も設けることができる。側部集束電極1318は、絶縁ブロック1314又は装着ブッシング1320に接続することができる。いくつかの実施形態では、電場終端電極1316を、例えば炭化ケイ素(SiC)のような高い抵抗率を有する導電性材料、又は他の同様の抵抗材料（例えば、アルミニウム）で形成することができる。このことにより、棒状電極1304に接続される高電圧源から過剰電流が流れるのを抑えることができる。炭化ケイ素(SiC)は、1E7 Ω・cm未満の抵抗率を有することができる。絶縁ブロック1314又はブッシングは、石英製又は他の同様の材料製とすることができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００５９】
このような構造の利点は、側部集束電極1218、1318上の等電位線の形状が、棒状電極1204、1304の印加電圧で変化又は適合し得ることである。このことは、固定の幾何学的形状を有する側部終端電極1216、1316とは、対照的であり得る。
【００６０】
本発明の実施形態は、偏向、減速、及び／又はフォーカスの独立した制御を提供することができる。かかる技術は、イオンビームのエネルギーを制御可能に低減させ、発散性のあるリボンイオンビームをコリメートするために用いることもできる。上述した様々なレンズ構造の電極を独立かつ選択的に調節することにより、可変集束を達成することができる。この技術は、イオンビームの形状を所望に補正するだけでなく、独立して制御される電極により、最終的には、静電レンズ構造から下流の平行リボンイオンビームによるイオン注入を向上させることができる。
【００６１】
独立にバイアスされる電極に印加する実際の電位は、数学モデルに基づいて計算的に決定するか、又はバイアス電圧の反復調整と角度応答関数の測定値とに基づいて実験的に決定することができる。代案として、上記計算方法及び上記実験方法は、バイアス電圧を決定するために、組み合わせて用いることができる。
【００６２】
電極の形状（例えば、抑制／集束電極の形状）を、非線形とし得ることは、明らかである。例えば、特定の曲率半径を有する円形状を用いることができる。この例では、非線形曲率を用いて、空間電荷力又は他の同様の力により発生する二次効果を補正することができる。
【００６３】
また、上述した実施形態での静電レンズ構造の動作が、イオンビームの加速又は減速のいずれかに限定されないことも、明らかである。
【００６４】
これらの電極が棒状に図示及び説明されたが、他の電極の形状、電極の断面形状、電極の個数、及び電極の大きさも考慮し得ることは、明らかである。
【００６５】
本発明の実施形態は7要素／レンズの静電レンズ構造を対象としているが、他の様々な静電レンズ構造も提供可能であることは、明らかである。例えば、より少数又は多数の電極を有する電極レンズ構造（例えば、単一の電極、複数の電極、又は分割電極を有する構造）も可能である。
【００６６】
本発明の実施形態は静電レンズにおける偏向、減速、及び／又はフォーカスの独立した制御をイオン注入に用いることを目的としているが、他の実装も同様に可能であることは、明らかである。例えば、可変静電レンズを用いる開示した技術は、静電減速及び／又は磁気偏向の組み合わせを用いる他の様々なイオン注入システムにも適用することができる。他の様々な実施形態も可能である。
【００６７】
本発明の範囲は、本明細書で説明した特定の実施形態により限定されるものではない。実際には、本明細書で説明したもの以外の本発明の他の様々な実施形態及び変更は、上記の説明及び図面から、当業者にとって明らかである。よって、かかる他の実施形態及び変更は、本発明の範囲内に含まれるものである。さらに、本明細書で説明した本発明を、特定の用途のための特定の環境での特定の実装に関して説明したが、本発明の有用性がこれに限定されず、本発明が任意数の用途のための任意数の環境で有益に実装され得ることを、当業者は理解するはずである。したがって、次の特許請求の範囲は、本明細書で説明した本発明の全範囲に照らして解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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