(57)【要約】【課題】イオン注入システムにおいて、改善されたイオンの移送を達成するイオン集群器を有するリニア加速器を提供すること、【解決手段】リニア加速器システム用のイオン集群ステージがイオン注入システムにおけるイオンを集群する。イオン集群ステージ600は、１つ以上のリニア加速ステージ628ａの上流に設けられ、リニア加速器システム628のイオンの損失を減少させる。この発明は、イオン注入効率を改善するために、さらに、スリット集群ステージのみならず、非対称の二重ギャップ集群ステージ600を含む。また、イオン注入機のリニア加速器628において、イオンを加速するための方法が開示されている。【選択図】図８
2005501382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム加速器入口と第１加速モジュール入口との間のビーム経路に沿ってイオンを集めるためのイオン集群器であって、
前記ビーム経路に沿って配置され、集群器のエネルギー源と関連して作動しかつ前記ビーム経路の一部分に沿って調整電界を作り出し、前記ビーム経路に沿って加速モジュールに集群されたイオンを供給するための集群電極と、
第１、第２接地電極とを含み、
第１接地電極は、前記ビーム経路に沿って前記集群電極から前記イオンビーム加速器入口に向かって、その間に第１ギャップを形成するように間隔を置き、かつ第２接地電極は、前記ビーム経路に沿って前記集群電極から前記加速モジュールに向かって、その間に第２ギャップを形成するように間隔を置き、前記第１、第２ギャップは、異なる長さを有する
ことを特徴とするイオン集群器。
【請求項２】
第２ギャップは、第１ギャップよりも大きいことを特徴とする請求項１記載のイオン集群器。
【請求項３】
第１、第２ギャップの一方は、十分小さい距離からなり、その小さいギャップ間をイオンが移動する時間の間、このギャップ内の調整電界がほぼ均一となるように、前記第１、第２ギャップが選択されていることを特徴とする請求項１記載のイオン集群器。
【請求項４】
第１、第２ギャップの他方は、一方のギャップよりも大きな距離を有し、その大きいギャップ間をイオンが移動する時間の間、このギャップ内の調整電界が非均一であることを特徴とする請求項３記載のイオン集群器。
【請求項５】
第１、第２ギャップの一方は、調整可能であることを特徴とする請求項２記載のイオン集群器。
【請求項６】
集群器のエネルギー源が、周波数、位相、及び前記ビーム経路の一部分における調整電界に関連した電界の強さ、の少なくとも１つを変化させるために独立して調整可能であることを特徴とする請求項２記載のイオン集群器。
【請求項７】
第１、第２ギャップの一方が、調整可能であることを特徴とする請求項１記載のイオン集群器。
【請求項８】
集群器のエネルギー源が、周波数、位相、及び前記ビーム経路の一部分における調整電界に関連した電界の強さ、の少なくとも１つを変化させるために独立して調整可能であることを特徴とする請求項１記載のイオン集群器。
【請求項９】
ビーム経路に沿って入口端部から出口端部に移動するイオンを加速するためのリニア加速器システムであって、
加速器のエネルギー源に関連して作動しかつ加速する交流電界を形成してイオンを第２エネルギーに加速するための少なくとも１つの励起可能な電極を有する、少なくとも１つの加速モジュールと、
前記入口端部と少なくとも１つの加速モジュールとの間で、ビーム経路に沿ってイオンを集めるためのイオン集群器とを備え、
このイオン集群器は、
ビーム経路に沿って配置され、集群器のエネルギー源と関連して作動しかつビーム経路の一部分に沿って調整電界を作り出し、前記ビーム経路に沿って集群したイオンを少なくとも１つの加速モジュールに供給する集群電極と、
第１、第２接地電極とを含み、
第１接地電極は、前記ビーム経路に沿って前記集群電極から前記入口端部に向かって、その間に第１ギャップを形成するように間隔を置き、かつ第２接地電極は、前記ビーム経路に沿って前記集群電極から少なくとも１つの前記加速モジュールに向かって、その間に第２ギャップを形成するように間隔を置き、前記第１、第２ギャップは、異なる長さを有することを特徴とするリニア加速器システム。
【請求項１０】
第１、第２ギャップの一方は、十分小さい距離からなり、その小さいギャップ間をイオンが移動する時間の間、このギャップ内の調整電界がほぼ均一となるように、前記第１、第２ギャップが選択されていることを特徴とする請求項９記載のリニア加速器システム。
【請求項１１】
第１、第２ギャップの他方は、一方のギャップよりも大きな距離を有し、その大きいギャップ間をイオンが移動する時間の間、このギャップ内の調整電界が非均一であることを特徴とする請求項１０記載のリニア加速器システム。
【請求項１２】
初期エネルギーを有する荷電されたイオンをビーム経路に沿って導くためのイオン源と、リニア加速器とを含む、イオン注入機であって、
前記リニア加速器が、
加速器のエネルギー源と関連して作動しかつ加速する交流電界を形成して前記イオンを第２エネルギーに加速するための少なくとも１つの加速電極を有する少なくとも１つの加速モジュールと、
前記リニア加速器の入口と少なくとも１つの前記加速モジュールとの間に配置されるイオン集群器と、さらに、
前記ビーム経路に沿って配置され、集群器のエネルギー源と関連して作動しかつ前記ビーム経路の一部分に沿って調整電界を作り出し、前記ビーム経路に沿って集群されたイオンを少なくとも１つの前記加速モジュールに供給するための集群電極と、
第１、第２接地電極とを含み、
前記第１接地電極は、前記ビーム経路に沿って前記集群電極から前記入口端部に向かって、その間に第１ギャップを形成するように間隔を置き、かつ第２接地電極は、前記ビーム経路に沿って前記集群電極から少なくとも１つの前記加速モジュールに向かって、その間に第２ギャップを形成するように間隔を置き、前記第１、第２ギャップは、異なる長さを有することを特徴とするイオン注入機。
【請求項１３】
第２ギャップは、第１ギャップよりも大きいことを特徴とする請求項１２記載のリニア加速器システム。
【請求項１４】
第１、第２ギャップの一方は、十分小さい距離からなり、その小さいギャップ間をイオンが移動する時間の間、このギャップ内の調整電界がほぼ均一となるように、前記第１、第２ギャップが選択されていることを特徴とする請求項１２記載のリニア加速器システム。
【請求項１５】
第１、第２ギャップの他方は、一方のギャップよりも大きな距離を有し、その大きいギャップ間をイオンが移動する時間の間、このギャップ内の調整電界が非均一であることを特徴とする請求項１４記載のリニア加速器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にイオン注入システムに関し、より詳細には、イオン注入システムの改良したイオン集群（ion bunching)方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、本発明の譲受人に譲渡された特許文献１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。
１．５ＭｅＶ(100万電子ボルト）の注入エネルギーは、一般的に、このような深い注入のためのものである。低エネルギー装置が用いられる場合、このようなイオン注入装置は、一般的に、少なくとも300ＫeＶから700ＫeＶの間のエネルギーで注入が実行される。いくつかの高エネルギーイオン注入装置は、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１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及び高周波（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。質量分析磁石２６は、ライナック２８に適切な電荷質量比を有するイオンのみを通過させる。
【０００６】
ライナック２８は、一連の加速モジュール２８a〜２８nを含み、各モジュールは、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。加速モジュールは、必要とされる適切な平均電力を維持するために共振回路によって一般的に発生する高ＲＦ電圧によって個々に励起される。質量分析磁石２６は、ライナック２８に対する適当な電荷質量比のイオンのみを通過させる。
【０００７】
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、各々ＲＦ増幅器、共振器、及び励起可能な電極を含んでいる。例えば、特許文献１に記載の共振器は、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のイオンを加速して、電荷状態あたり１ミリオン電子ボルト以上に励起する。
【０００８】
イオンビーム２４は、種々の加速モジュール、即ち、加速ステージ２８を通過するので、その中のいくつかのイオンは、適切に加速され、一方、他のイオンは、加速されない。こうして、従来のリニア加速器２８は、１００％より少ないイオン加速効率を達成する。特に、従来のイオン加速器は、端部ステーション１６内において質量分析磁石２６からターゲットウエハ３０へ、イオンの２０％以下を移送することができる。特に、各イオン加速ステージ２８a〜２８nは、種々のイオンを効率的に加速して、許容可能、即ち受入れ可能な範囲内となるようにチューニング、即ち調整できるようになっている。イオンをイオンビーム内に維持することは、容易であり、これらのイオンは加速段階の前に集群され、即ちパケット化される。これにより、大多数のイオンは、各加速モジュール即ち加速ステージ２８によって加速される。従来のリニア加速器２８において、第１又は第１、第２の加速モジュール（例えば、モジュール２８ａ、２８ｂ）は、集群器と加速器の組合せとして作動させることができる。
【０００９】
しかし、この集群（バンチング）は、制限されたイオン移送効率を与える。その結果、一般的なリニア加速器２８では、イオン移送率が２０％以下となる。イオン注入装置において、制御された方法で、イオンを半導体製品等の加工物上に分配することが望ましい。従来のシステムでは、イオン源によって発生した約８０％のイオンが失われ（例えば、加工物に供給されない。）、多くの時間が所望の注入を実行するために必要とされる。こうして、イオン注入のためのリニア加速器において、加工物上に注入される生成したイオンの割合を増加させるために、イオンを集群させるための改良された方法及び装置が必要とされる。
【特許文献１】
米国特許明細書第４，６６７，１１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、イオン注入システムにおいて、改善されたイオンの移送を達成するために関連したイオン集群器（バンチャー）を有するリニア加速器を指向する。この発明は、専用の集群ステージを設けて、これまで可能とされたイオン注入機の加速ステージ用の加速領域内に、生成されたイオンをより多く供給できるようにする。この集群ステージは、イオン注入システム内のビーム経路に沿って、リニア加速器の加速ステージの上流に配置することができ、加速器の加速ステージに、イオンの集群またはパケットを与える。特に、本発明は、イオン注入システムのリニア加速器を通して、例えば、利用可能なイオンの６０％までのビーム伝達を可能にする。従って、本発明は、ある場合には、利用可能なイオンが２０％以下となる従来のイオン注入システム及び方法を越える利益を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の構成によれば、非対称な二重ギャップ集群器を提供し、この集群器は、イオン注入システムにおけるイオンの移送に関連した更なる利点及び効率を与える。第１、第２のギャップが集群調整電極の前と後にそれぞれ配置され、これらのギャップは寸法を異にしており、例えば、第２ギャプが第１ギャップよりも大きくなっている。
【００１２】
集群器の調整領域は、基準イオンに対して、所定のイオンを加速しかつ他のイオンを減速させる。ドリフト領域では、加速されたイオンが、基準イオンに追いつき、また減速されたイオンが速度を遅くして基準イオン（加速されたイオンと同様に）に追いかれるようにする。これにより正味の集群効果が与えられる。ギャップを非対称にすることより、次に続くリニア加速器のステージに対する利用可能なイオンの割合を高くすることができる。これにより、イオン注入システムのイオン移送効率をかなり改善させる。
【００１３】
この非対称の二重ギャップを有する集群器は、イオン注入機用のリニア加速器システム内の集群ステージとして包含させることができる。この集群ステージでは、集群電極によって作り出された調整電界の強さが、リニア加速器の加速される交流電界よりもかなり低くなる。このように、集群電極は、直流イオンビーム（例えば、上流の質量分析磁石から得られる）を調整するように作動し、そして、この調整結果として、ドリフト領域においてイオンの集群を生じさせることができる。
【００１４】
さらに、本発明の構成によれば、スリット二重ギャップを有する集群ステージと、そのための調整電極が設けられ、これらは、イオン注入システムに関連して更なる利点を与える。この調整電極は、イオンビーム経路に沿うベースを通って長手方向に伸びる電極ベース内に細長いスリット開口を有する。このスリットは、例えば、スリット高さがスリット幅よりも大きくなるように、１以上の縦横比を有する。このスリット開口は、円形の電極開口に比較して集群器内のギャップ長さを減少させることができる。その結果、イオン速度の広い範囲にわたる調整が可能である。さらに、スリット二重ギャップ集群器は、マッチング四極子の集束装置及びリニア加速器内の入口開口との間に配置することができる。この場合、マッチング四極子は、集群したイオンビームを円形プロフィールに形成するように形成するのに役立ち、集群器のドリフト領域を与えるのみならず、第１加速器内にイオンビームを射出する。これは、イオン注入装置の全長を短くさせる。
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、図面に関連して記載され、同類の参照符号は、ほぼ類似した要素を示すために用いる。専用のイオン集群ステージが、イオン注入システムにおいて、イオンを集群するために設けられている。このイオン集群ステージは、加速ステージ上流に設けたリニア加速器内で使用することができ、リニア加速器内のイオンの損失が減少するように、イオンを複数の集群又はパケットで供給する。このイオン集群ステージは、次に続く加速ステージよりも低いエネルギーレベルで作動でき、さらに、イオン集群動作を良くするためにドリフト領域を備えることもできる。本発明は、さらに、イオン注入効率を改善するためにスリット集群ステージのみならず、非対称二重ギャップ集群ステージをさらに含んでいる。また、イオン注入機のリニア加速器において、イオンを加速するための方法が、以下で説明される。
【００１７】
本発明の種々の特徴に対する前後関係を与えるために、リニア加速器モジュール（たとえば、図１のモジュール２８ａ〜２８ｂ）におけるＲＦ増幅器、共振器、及び励起可能な電源の従来の相互接続について簡単に説明する。
【００１８】
図２において、通常の共振回路１００が図示されており、この共振回路は、誘導コイルＬに抵抗ＲＬと容量Ｃｓが並列接続されている。励起可能な電極１０８はコイルＬに接続される。励起電極１０８は、２つの接地電極１１２、１１４の間に取り付けられ、この励起電極１０８と接地電極１１２、１１４は、イオンビーム１１０を加速するように動作する。容量Ｃｓは、励起電極１０８の浮遊容量を表し、抵抗ＲＬは、コイルＬと容量Ｃｓを含む共振回路に関係した損失を表す。
【００１９】
容量ＣｓとコイルＬの値は、低損失（高Ｑ）共振回路（タンク回路）１００を形成するように選択される。ここで、図１に示された形式のリニア加速システムにおける各加速器は、同一の周波数で共振する。容量Ｃｓは、共振器の調整を可能にする制限された範囲内で調整可能であり、タンク回路１００上の温度効果に対して補償できるように、電源１１６の固定周波数において共振する。高周波（ＲＦ）信号は、点１１６でマッチング回路網(図示略)に接続され、容量Ｃｃを介してコイルＬの高電圧端に容量的に結合している。
【００２０】
図３において、モジュール形式のリニア加速器２２８の一部分を示す斜視図が与えられている。直流イオンビーム２２４ａは、（たとえば、上流の質量分析磁石(図示略)から）ビーム経路２２６に沿う加速器２２８に供給される。この直流ビーム２２４ａは、例えば、細長いスリット形状を有し、ビーム経路２２６に沿う垂直に延びたスリット２３２を有する入口開口２３０を通過する。イオンビーム２２４ａは、２つ組のマッチング四極子装置２３４とこれに対応する接地電極２３６とを介して、ほぼ円筒形状のプロフィールを形成している。ここで、接地電極２３６の各々は、ビーム経路２２６に沿って配置された円筒形開口２３８を含んでいる。
【００２１】
本実施形態におけるリニア加速器２２８は、さらに、２つまたはそれ以上の加速モジュール、即ち、加速ステージ２２８ａ、２２８ｂ・・・２２８ｎを含み、ここで、ｎは整数であり、２つの加速ステージ２２８ａ、２２８ｂは、図３に示されている。加速モジュール２２８ｎの各々は、さらに、前のモジュールで到達したエネルギーを越えるようにイオンビーム２２４からのイオンを加速する。
【００２２】
この加速モジュール２２８ｎは、電源及び共振器(図示略)によって発生した高周波（ＲＦ）電圧によって個々に励起することができる。イオンビーム２２４が種々の加速モジュール、即ち加速ステージ２２８ｎを通って移動するとき、ビーム内のイオンの一部が加速され、一方、残りの部分は加速されない。加速モジュール２２８ａは、ビーム経路２２６に沿って励起電極２４８の前後に配置された一対の接地電極を有する。この励起電極２４８は、適当なＲＦエネルギー源及び共振器(図示略)によって励起することができ、ビーム経路２２６に沿ってイオンビーム２２４ａ内でイオンを加速する。接地電極２４６は、励起可能な電極２４８からほぼ等間隔に配置され、これらの電極間のほぼ等しい第１、第２の加速ギャップ長さ２５０ａ、２５０ｂを与える。同様に、第２の加速ステージ２２８ｂは、第２の励起可能な電極２５８の上流にビーム経路２２６に沿って配置された第１の接地電極２５６と、励起可能な電極２５８の下流にビーム経路２２６に沿って配置された第２の接地電極(図示略)を含んでいる。
【００２３】
集束用の四極子装置２６４（例えば、静電四極子）は、第１、第２の加速ステージ２２８ａ、２２８ｂの間のビーム経路２２６に沿って設けられ、イオンビームが連続する加速ステージ２２８を通過するときイオンビームの半径方向への集束を与えることができる。加速器２２８は、さらなる加速ステージ、即ちモジュール(図示略)を有することができ、このイオンビーム２２４ｂは、加速器２２８に与えられた直流のイオンビーム２２４ａのエネルギーレベルよりも高いエネルギーレベルに加速することができる。
【００２４】
図４において、本発明のイオン注入機３１０が設けられており、このイオン注入機は、ターミナル３１２、ビームラインアセンブリ３１４、及び端部ステーション３１６を備えている。ターミナル３１２は、高電圧源３２２によって駆動されるイオン源３２０を含む。このイオン源３２０は、イオンビーム３２４を発生してこれをビームラインアセンブリ３１４に供給する。イオンビーム３２４は、端部ステーション３１６内のターゲットウエハ３３０に向けられる。イオンビーム３２４は、質量分析磁石３２６と高周波（ＲＦ）リニア加速器（ライナック）３２８とを含むビームラインアセンブリ３１４によって調整される。ライナック３２８は、集群ステージ３４０と、加速ステージ、即ち加速モジュール３２８ａ〜３２８ｎを含んでいる。各加速モジュールは、前のモジュールで達成されたエネルギーを超えるようにイオンを加速する。この加速ステージ、即ち加速モジュールは、ＲＦ電圧によって個々に励起することができ、この電圧は、一般的に、必要とされる平均電力を十分に維持するための共振方法によって発生させる。高エネルギーイオン注入機３１０における加速ステージ、即ち加速モジュール３２８ａ〜３２８ｎは、例えば、個々に、ＲＦ増幅器、共振器、及び加速電極(図示略)を含んでいる。
【００２５】
本発明の構成によれば、イオン集群ステージ３４０は、質量分析磁石３２６と第一加速ステージ３２８ａとの間にあるリニア加速器の前側に配置される。さらに以下で図示しかつ記載するように、イオン集群ステージ３４０は、ビーム経路３２４に沿って配置された集群電極を含み、調整用の交流電界を作り出すために集群エネルギー源(図示略)と関連して作動する。直流イオンビーム上で作用する調整電界は、集群されたイオンを加速ステージ３２８ａに供給するために、質量分析磁石３２６によって与えられる。イオン注入機３１０は、さらに、コントローラ(図示略)を含むことができ、これにより、ターミナル３１２、ビームラインアセンブリ３１４、及び端部ステーション３１６は、制御された方法で、加工物３１０へのイオン注入に影響を与えるように作動させることができる。これに関して、集群ステージ３４０の調整電界の制御は、ライナック３２８の加速電界と同様に、このような制御を介して実行することができる。
【００２６】
主に、図５において、イオン加速ステージ３５４を設けて、イオンをグループ化、即ちパケット化するために、直流イオンビーム３５２上で作動する例示的な集群ステージ３５０の概略的説明が与えられている。集群器３５０は、図４に示す集群器３４０と同様の方法で作動させることができる。集群器３５０は、均一なエネルギー分布を有する直流イオンビーム３５２を受け取り、イオンをグループ化し、そこから、特に望ましいエネルギー範囲内のイオンの集群３５６を形成する。これらのイオンは、加速器３５４によって所望の第２エネルギー（例えば、または、エネルギー範囲）に効率的に加速することができる。
【００２７】
本発明の別の構成によれば、単一電極の集群器を有し、この集群器は、非対称のギャップを有し、さらに、イオン注入システムにおけるイオン移送効率を容易に改善する。上述したように、本発明は、単一の調整集群電極を考慮しており、この集群電極は、２つの接地電極（例えば、または静電四極子等の接地集束装置）の間に配置することができる。
例として、集群器は、第１、第２の接地電極から構成され、第１接地電極は、集群電極からイオンビーム入口端に向けて第１ギャップを形成するように、ビーム経路に沿って間隔を置いて配置される。第２接地電極は、集群電極からイオンビーム出口に向けて第２ギャップを形成するように、ビーム経路に沿って間隔を置いて配置される。本発明のさらなる構成によれば、一方のギャップは、他方のギャップよりも大きく、例えば、約１０倍大きく作ることができる。
さらに、ギャップの一方または両方を、機械的にあるいは別の形で調整することができる。
【００２８】
図６において、例示的な二重ギャップ集群器５００がイオン注入装置のリニア加速器５２８の種々の構成部品とともに示されている。直流イオンビーム(図示略)は、加速器５２８（例えば、図示されない、上流の質量分析磁石から)にビーム経路５２６に沿って供給される。この直流ビームは、例えば、ビーム経路５２６に沿って垂直に延びたスリット５３２を有する入口開口５３０を通過する細長いスリットプロフィールを含んでいる。直流ビームは、２組のマッチング四極子装置５３４とこれに対応する接地電極５３６を介してほぼ円形状のプロフィールに形成される。ここで、接地電極５３６の各々は、ビーム経路５２６に沿って配置された円筒形状の開口５３８を含む。リニア加速器５２８は、さらに、１つまたはそれ以上の加速モジュール即ち加速ステージ５２８ｎのみならず、非対称のギャップ集群器５００を含んでいる。ここで、ｎは、整数であり、加速ステージの１つ（５２８ａ）が図６に示されている。加速モジュール５２８ｎの各々は、前のモジュールで達成されたエネルギーを超えるイオンビームからイオンをさらに加速する。
【００２９】
集群器５００は、ビーム経路５２６に沿って調整用集群電極５４８の前後に配置される、一対の接地電極５４６ａ、５４６ｂから構成される。調整用集群電極５４８は、ビーム経路５２６に沿うビーム内のイオンを調整するために適当なＲＦエネルギー源および共振器(図示略)によって励起することができる。接地電極５４６ａ、５４６ｂは、調整用電極５４８から離れて配置され、接地電極との間にそれぞれ第１、第２のキャップ５５０ａ、５５０ｂを与える。
【００３０】
２つのギャップの一方（例えば、第１ギャップ５５０ａ）は、このギャップを通るイオン移動時間が、ＲＦ周期に比較して小さくなるような長さである。このギャップを通過するイオンは、その電荷と、励起された集群電極５４８に加えられるピークＲＦ電圧との積よりも僅かに小さい最大エネルギー変化が与えられる。他方のギャップ（例えば、第２ギャップ５５０ｂ）は、実質的により大きな長さを有し、その結果、このギャップを通るイオン移動時間は、ＲＦ周期の大部分である。このギャップのイオン通過によって、イオンの電荷と、駆動された集群電極５４８のピークＲＦ電圧との積より小さい最大エネルギー電荷を受ける。その結果、イオンビームの大部分のエネルギー調整は、２つのギャップより短い範囲で起こる。
【００３１】
従来の等しいギャップを有する集群器では、各ギャップの最大エネルギー調整が等しくなっている。この場合、集群器の効率は、一方のギャップの中心から他方のギャップの中心までのイオン移動時間に大いに関係する。第２ギャップ調整は、第１ギャップ調整をさらに高めるので、この効率は、ギャップ間のイオン移動時間がＲＦ周期の半分の時が最も高い。また、この効率は、第２ギャップ調整が第１ギャップ調整を打ち消そうとするので、ギャップ間のイオン移動時間が、１ＲＦ周期の時に最低となる。異なる長さのギャップを用いて、ギャップ間のイオン移動時間に対する集群器効率の依存度を大いに減少させて、イオン種にほぼ無関係となる効率を得る。ギャップ長さを広い範囲で変えることができ、かつこのギャップ偏差は、本発明の範囲内にあると理解できるであろう。概念的に、非対称のギャップは、一方のギャップが集群動作に貢献し、他方のギャップが第１ギャップによって与えられた有利な集群動作を減少又は無くすことがないように、従来の対称的なギャップの場合よりも少ない働きをもたらす与えることができる。さらに、上述した例において、第１ギャップ５５０ａは、第２ギャップ５５０ｂより小さいけれども、第２ギャップを第１ギャップよりも小さくすることもでき、その場合、その機能が逆となる。
【００３２】
ギャップ５５０ａ、５５０ｂの一方または両方は、集群器５００をイオン種に合わせるために調整することができる。さらに、調整電極５４８を駆動する電源を調整（例えば、周波数、位相、振幅等）して、１つまたはそれ以上のシステム性能パラメータに従って、最適な調整を与えることができる。その結果、ここに例示の集群器５００は、最適化される加速器及びイオン注入システムとともに使用して、加速器自体を調整できるそのようなシステムと同様に特定のイオン種を加速しかつ注入することができる。
【００３３】
加速モジュール即ち加速ステージ５２８ａは、励起電極５５８の下流に配置される第２接地電極(図示略)と同様に、励起電極５５８の上流にビーム経路５２６に沿って配置される第１接地電極５５６を含んでいる。励起電極５５８は、適当な電源及び共振器(図示略)によって励起され、制御された方法で、ビーム経路５２６に沿って第２エネルギーレベルまでイオンを加速する。４つで一組の集束四極子５６４が、加速システム５２８の集群ステージ５００及び第１加速ステージ５２８ａとの間にビーム経路に沿って配置され、イオンビームが連続する加速ステージ５２８ｎを通過するとき径方向のビーム集束を与える。加速器システム５２８は、さらに、加速ステージ即ちモジュール５２８ｎ(図示略)を含むことができ、これにより、加速されたイオンビームは、加速器５２８に供給される直流イオンビームよりも高いエネルギーレベルを発生させることができる。
【００３４】
図７において、リニア加速器システム５２８が概略示されており、ここで、横方向に伸びた直流イオンビーム５２４ａが入口開口５３０（例えば、細長いスリット開口を有する。）に供給される。イオンビーム５２４ａの細長いプロフィールは、イオンビーム５２４ｂが加速器システム５２８の例示する集群ステージ５００に供給された後で、マッチング四極子５３４によってほぼ円形ビームに形作られる。集群ステージ５００は、イオンビーム５２４ｂからイオンを集め、即ち、イオンを集群して、集群されたイオンビーム５２４ｃを形成する。上述したように、集群ステージ５００に続く集束用四極子５６４がこの円形プロフィールを維持し、さらに、ドリフト領域を備えて、集群動作を容易にする。集群したイオンビーム５２４ｃは、次に加速器システム５２８の各加速ステージ５２８ａ〜５２８ｎに供給される。これにより、加速されたイオンビーム５２４ｄが得られ、元の直流イオンビーム５２４ａよりも大きなエネルギーを有することになる。
【００３５】
本発明の他の構成によれば、集群器は、横方向に細長く伸びたプロフィールを有するイオンビーム（例えば、ビーム５２４ａ）に直接作動できるように設けられる。図８及び図９において、別に例示されるリニア加速器６２８の一部分が示されており、この加速器は、加速器システム６２８のスリット二重ギャップ集群ステージ６００を有する。加速器システムは、ビーム経路６２６に沿って、細長いスリット開口６３２を有する入口開口６３０と、これに続くマッチング四極子６３４及び関連する接地電極６３６との間に配置されている。
加速器システム６２８の１つまたはそれ以上の加速ステージ、即ち加速モジュール５２８ａ〜５２８ｎは、ビーム経路６２６に沿って四極子６３４の下流に配置される。加速モジュールの１つ（例えば、６２８ａ）は、図８に示されている。
【００３６】
例示するスリット二重ギャップ集群器６００は、単一の調整集群電極６４８を含み、個の電極は、入口開口６３０と、四極子装置６３４と関連する接地電極６３６との間に配置することができる。ここで、集群電極６４８は、横方向に伸びたスリット開口６０４を有する。集群電極６４８は、入口開口６３０から離れており、その間に第１ギャップ６５０ａを形成する。接地電極６３６は、第２ギャップ６５０ｂを形成するように、集群電極６４８から加速ステージ６２８ａに向かってビーム経路６２６に沿って間隔を設けている。本発明さらに別の構成によれば、第２ギャップ６５０ｂは、第１ギャップ６５０ａよりも大きくすることができ、例えば、第１ギャップ６５０ａより少なくとも１０倍長くして、上述した非対称ギャップに関係する利点を得ることができる。上述したように、非対称ギャップは、さらに、ギャップを通過するイオン移動時間、及び調整電圧周期を決める調整周波数の関数として選択することができる。
【００３７】
調整集群電極６４８のスリット開口６０４は、直接イオンビームを形作るリボンビームを集群器６００に導いて、（例えば、マッチング四極子装置を介して）予備的な形に整形する必要なしに円形プロフィールとすることができる。その結果、この集群器６００は、ビーム経路６２６に沿って次に続く入口開口６３０の近くに配置することができる。これにより、加速器システム６２８の物理的長さを減じることができる。細長いプロフィールのイオンビームは、ほぼ円形プロフィールに形作ることができる。もし所望ならば、初期の加速ステージ６２８ａに導く前に、スリット二重ギャップ集群器６００を介して集群し、さらに、マッチング四極子６３４及びこれに関連した接地電極６３６を用いてもよい。この構成において、四極子６３４は、ドリフト領域（例えば、またはその一部分）を設けるとともに、ビーム経路６２６に沿ってイオンビームの径方向整形を実行するのに役立つことができ、上述したように、ビーム経路に沿ってイオンを有効に集めて集群することができる。
【００３８】
ギャップ６５０ａ、６５０ｂの一方または両方を、特定のイオン種に足して集群ステージ６００を合わせるために調整することができる。さらに、調整電極６４８を駆動する電源(図示略)を調整（周波数、移送、振幅等に関して）して、１つまたはそれ以上のシステム性能パラメータに従って適当な調整を与えることができる。
【００３９】
加速システム６２８の加速モジュール即ち加速ステージ６２８ａは、励起電極６５８の上流にビーム経路６２６に沿って配置される第１接地電極６５６と、励起電極６５８の下流に第２接地電極(図示略)を含んでいる。励起電極６５８は、適当な電源及び共振器(図示略)によって励起され、制御された方法で、ビーム経路６２６に素テ第２エネルギーレベルまでイオンを加速する。マッチング四極子装置６３４（例えば、静電四極子）は、集群ステージ６００と第１加速ステージ６２８ａの間にビーム経路６２６に沿って設けることができ、これにより、ビームが連続する加速ステージ６２８ｎを通過する時、イオンビームの径方向集束を与える。その結果、集群器６００から細長いプロフィールを有する集群されたイオンビームは、第１加速ステージ６２８ａに現れる前に四極子６３４を介してほぼ円筒形状のビームに整形することができる。加速器６２８は、さらに、加速ステージ、即ち加速モジュール６２８ｎ(図示略)を含むことができる。これにより、加速されたイオンビームは、加速器６２８に供給される直流イオンビームよりも高いレベルのエネルギーを発生させることができる。
【００４０】
また、図９において、横方向に伸びた直流イオンビーム６２４ａが、入口開口６３０（例えば、細長いスリット開口）に供給される。この細長いビーム６２４ａは、次に例示するスリット二重ギャップ集群器６００に供給される。上述したように、集群電極６４８の細長い開口６０４により、集群器６００の集群ステージが細長いプロフィールを有する直流イオンビーム６２４ａに直接作動することができる。集群器６００は、イオンビーム６２４ａからイオンを集めて集群し、長手方向に集群されたイオンビーム６２４ｂを形成する。このイオンビームは、同じく細長いプロフィールを有する。その後、集群されたイオンビーム６２４ｂは、ビーム経路６２６に沿ってマッチング四極子６３４に供給され、細長いイオンビーム６２４ｂを円形プロフィールのイオンビーム６２４ｃに形成する。上述したように、集群ステージ６００に続く四極子６３４は、また、イオンの集群を容易にするドラフト領域を与えるように作動することができる。集群されたイオンビーム６２４ｃは、加速器システム６２８の各加速ステージ６２８ａ〜６２８ｎに供給される。これにより、加速されたイオンビーム６２４ｄは、元の直流イオンビーム６２４ａよりも大きいエネルギーを有することになる。
【００４１】
本発明は、所定の構成及び実施形態に関して図示しかつ記載してきたが、等価な変更及び修正は、当業者であれば、本明細書及び添付の図面を読んで理解できるであろう。特に、上述した構成要素（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、このような構成要素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、記載された構成要素（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要素を示している。
【００４２】
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」、「備える」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。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本システムは、改良されたイオン集群器によって改善されたイオン注入効率を与えるために、このようなイオン注入等の半導体処理の分野に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、リニア加速器を有する高エネルギーイオン注入機を説明するための概略ブロック図である。
【図２】図２は、従来のリニア加速器モジュールを説明するための概略図である。
【図３】図３は、イオン注入システムに使用することができるリニアイオン加速器の一部分を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の構成に従うリニア加速器および集群器を有する例示的なイオン注入システムの該尺説明図である。
【図５】図５は、本発明に従う例示的な集群器およびリニア加速器の概略説明図である。
【図６】図６は、本発明の他の構成に従う例示的な非対称二重ギャップ集群器の斜視図である。
【図７】図７は、本発明に従う他の例示的なリニア加速器の一部分を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の他の構成に従う例示的なスリット二重ギャップ集群器の斜視図である。
【図９】図９は、本発明に従う他の例示的なリニア加速器の一部分を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
３１０  イオン注入機
３４０、３５０  集群ステージ
３５２  イオンビーム
３５４  加速ステージ
５００  集群器
５３０、６３０  入口開口
５３４、６３４  マッチング四極子
５６４  集束四極子
５２８ａ〜５２８ｎ、６２８ａ〜６２８ｎ  加速ステージ
６００  スリット二重ギャップ集群器
６２６  ビーム経路
６３２  スリット開口
６３６、６３８  接地電極
【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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