(57)【要約】【課題】  電子の損失を抑制して低エネルギービームの輸送効率を改善することを目的として、電子をイオン注入装置の磁性領域内に閉じ込めることによって、該イオン注入装置の磁石に近接した空間電荷の中性化を改善するための方法および装置を開示する。【解決手段】  イオン注入装置の磁石に対して磁極部材を備える。当該磁極部材は複数の磁場集中部材を含む外面を有し、当該複数の磁場集中部材は磁極部材に近接して磁場を集中させる。このように強化された磁場にぶつかった電子は、逃げ出すことはできず、同一の磁場ラインに沿ってはね返される。分析磁石、および磁極を有するイオン注入装置をさらに提供するとともに、イオン注入装置内において低エネルギーイオンビームの空間電荷中性化を改善する方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置用の磁石に用いられる磁極であって、
前記磁石の内部に実装される磁性部材であって、前記磁性部材に近接して集中磁場を形成する複数の磁場集中部材を含む外面を有する磁性部材
を備える磁極。
【請求項２】
前記磁性部材は前記内部に合うような曲線形状を持つ
請求項１に記載の磁極。
【請求項３】
前記複数の磁場集中部材は前記曲線形状に沿っており放射方向に延在している
請求項２に記載の磁極。
【請求項４】
前記複数の磁場集中部材はそれぞれ、畝部を持つ
請求項１に記載の磁極。
【請求項５】
前記畝部はそれぞれ、前記外面から突出している
請求項４に記載の磁極。
【請求項６】
前記畝部はそれぞれ、前記外面に設けられた溝により形成される
請求項４に記載の磁極。
【請求項７】
前記磁性部材は基部を含み、前記外面は当該基部から突出している
請求項１に記載の磁極。
【請求項８】
イオン注入装置において低エネルギーイオンビームの空間電荷の中性化を改善する方法であって、
前記イオン注入装置の磁石に近接して電子を閉じ込めるべく、前記磁石の磁極に近接して集中磁場を形成することと、
前記閉じ込められた電子が前記磁石に近接した前記低エネルギーイオンビームに導入されるように、前記低エネルギーイオンビームを前記磁石に導入することと
を含む方法。
【請求項９】
イオン注入装置用の分析磁石であって、
前記分析磁石の内部に実装される磁極部材であって、前記内部に近接して集中磁場を形成する複数の磁場集中部材を含む外面を有する磁極部材
を備える分析磁石。
【請求項１０】
前記内部および前記磁極部材は曲線形状を有する
請求項９に記載の分析磁石。
【請求項１１】
前記複数の磁場集中部材は前記曲線形状に沿っており放射方向に延在する
請求項１０に記載の分析磁石。
【請求項１２】
前記磁極部材は基部を含み、前記外面は当該基部から突出している
請求項９に記載の分析磁石。
【請求項１３】
前記複数の磁場集中部材はそれぞれ、畝部を持つ
請求項９に記載の分析磁石。
【請求項１４】
前記畝部はそれぞれ、前記外面から突出している
請求項１３に記載の分析磁石。
【請求項１５】
前記畝部はそれぞれ、前記外面に設けられた溝により形成される
請求項１３に記載の分析磁石。
【請求項１６】
前記分析磁石は第１端および第２端に磁極部材を有する
請求項１３に記載の分析磁石。
【請求項１７】
イオン注入装置であって、
イオンビームを生成するイオン源と、
少なくとも１つの磁極部材を有する磁石であって、当該磁極部材は、当該磁極部材に近接して集中磁場を形成する複数の磁場集中部材を含む外面を有する磁石と、
前記イオンビームによって注入を行うターゲットを保持する注入チェンバと
を備えるイオン注入装置。
【請求項１８】
前記磁極部材は曲線形状を有する
請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
前記複数の磁場集中部材はそれぞれ、畝部を含む
請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２０】
前記畝部はそれぞれ、前記磁極部材の曲線形状に沿っており放射方向に延在している
請求項１９に記載のイオン注入装置。
【請求項２１】
前記畝部はそれぞれ、前記外面から突出している
請求項１９に記載のイオン注入装置。
【請求項２２】
前記畝部はそれぞれ、前記外面に設けられた溝により形成される
請求項１９に記載のイオン注入装置。
【請求項２３】
前記磁極部材はそれぞれ基部を含み、前記外面は前記基部から突出している
請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２４】
前記磁石は、第１端および第２端に磁極部材を有する
請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２５】
前記磁石は前記イオン注入装置の分析磁石である
請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２６】
前記イオンビームを減速させる減速システム
を更に備える、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２７】
イオン注入装置用の分析磁石であって、
磁極と、
前記磁極に近接して集中磁場を形成する手段と
を備える分析磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン注入装置に関する。特に本発明は、イオン注入装置の磁石の磁性領域内へ電子を閉じ込める方法および装置に関する。本願は米国仮出願第６０／６２９，５１５号（名称：イオン注入装置の磁石内への電子閉じ込め）、出願日：２００４年１１月１９日）に基づき優先権を主張する。当該仮出願に記載の内容はすべて参照により本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置に関連する産業分野では、低エネルギービームを用いるイオン注入装置の生産性の向上が今も課題となっている。注目されている研究分野として、ビーム輸送効率を上げる研究がある。特に、シングル・ウェハのイオンビーム注入システムにおいて、イオンビームは、分析磁石の前に配設された両用の静電レンズによって高エネルギーから低エネルギーへと減速される。分析磁石の機能は、イオンビーム用に適切なイオンを選択することによって、イオンビームを改善することにある。イオンビームでは常に、同様の電荷を有するイオンは互いに反発する傾向があるので、イオンビームは散乱してしまう。イオンビームが高エネルギーから低エネルギーへと減速する場合に、問題であるイオン散乱も大きくなり、反発力のためイオンビームの輸送損失が発生することもある。
【０００３】
図１に、イオンビーム２の散乱を抑制するための機構の一例を示す。当該機構は、イオンビーム２の実際の空間電荷を中性化するべく、イオンビーム２内に十分な量の自由電子４（例えば、中性原子６とビームの衝突により発生）を維持する。外部供給源（不図示）から、イオンビーム２の磁場が存在しない領域に、自由電子４を導入することができる。自由電子４はまた、イオンビーム２とその回りの表面（不図示）との衝突およびイオンビーム２と残留ガス（不図示）の衝突によって生成することもできる。しかし、衝突によって自由電子４が熱せられると、ホット電子４Ｈが生成され、該ホット電子４Ｈはイオンビーム２からビームラインの壁へと逃げ出す可能性がある。このような現象が発生すると、電子４Ｌが失われるので、自由電子４がイオンビーム２へとさらに供給されない場合には、イオンビーム２の実際の空間電荷が上昇してしまう。空間電荷の中性化に関する問題は、磁石１２の磁性領域１０の内部でより深刻なものとなっている。これは、自由電子４は磁場ライン１６の回りを軌道を描いて回っているので、磁性領域１０の外部から内部に入ることはできないためである。磁性領域１０内において失われた電子４Ｌの補完は通常、イオンビーム２が生成する電子に依存している。また同時に、磁石１２の磁場によりホット電子４Ｈは磁石１２の平面極１４へと移動するように導かれ、失われた電子４Ｌがイオンビーム２から出て行きやすくなっている。このため、磁性領域１０内でイオンビーム２が生成した電子が失われた電子４Ｌを適切に補完しなければ、イオンビーム２は拡張してしまうことがあり、さらに、イオンビーム２の輸送損失が生じてしまう。ここで、磁石１２は分析磁石として図示されているが、上記の問題はイオン注入装置内に設けられるこの特定の磁石に限定されるものではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記を鑑みると、イオン注入装置の磁石内におけるビーム輸送効率を改善することが求められている。
【０００５】
本発明は、電子の損失を抑制して低エネルギービームの輸送効率を改善することを目的として、電子をイオン注入装置の磁性領域内に閉じ込めることによって、該イオン注入装置の磁石に近接した空間電荷の中性化を改善するための方法および装置を提供する。本発明は、イオン注入装置の磁石に対して磁極部材を備える。当該磁極部材は複数の磁場集中部材を含む外面を有し、当該複数の磁場集中部材は磁極部材に近接して磁場を集中させる。このように強化された磁場にぶつかった電子は、逃げ出すことはできず、同一の磁場ラインに沿ってはね返される。本発明はさらに分析磁石、および磁極を有するイオン注入装置を提供するとともに、イオン注入装置内において低エネルギーイオンビームの空間電荷中性化を改善する方法を提供する。
【０００６】
本発明の第１の実施形態は、イオン注入装置用の磁石に用いられる磁極であって、磁石の内部に実装される磁性部材であって、磁性部材に近接して集中磁場を形成する複数の磁場集中部材を含む外面を有する磁性部材を備える磁極を提供する。
【０００７】
本発明の第２の実施形態は、イオン注入装置において低エネルギーイオンビームの空間電荷の中性化を改善する方法であって、イオン注入装置の磁石に近接して電子を閉じ込めるべく、磁石の磁極に近接して集中磁場を形成することと、閉じ込められた電子が磁石に近接した低エネルギーイオンビームに導入されるように、低エネルギーイオンビームを前記磁石に導入することとを含む方法を提供する。
【０００８】
本発明の第３の実施形態は、イオン注入装置用の分析磁石であって、分析磁石の内部に実装される磁極部材であって、内部に近接して集中磁場を形成する複数の磁場集中部材を含む外面を有する磁極部材を備える分析磁石を提供する。
【０００９】
本発明の第４の実施形態は、イオン注入装置であって、イオンビームを生成するイオン源と、少なくとも１つの磁極部材を有する磁石であって、当該磁極部材は、当該磁極部材に近接して集中磁場を形成する複数の磁場集中部材を含む外面を有する磁石と、イオンビームによって注入を行うターゲットを保持する注入チェンバとを備えるイオン注入装置を提供する。
【００１０】
本発明の第５の実施形態は、イオン注入装置用の分析磁石であって、磁極と、磁極に近接して集中磁場を形成する手段とを備える分析磁石を提供する。
【００１１】
本発明の特徴を上に述べたが、以下に本発明の実施形態をより詳細に説明し、以下の説明に基づき本発明の上記およびそれ以外の特徴も理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の実施形態を以下の図面を参照しつつ詳細に説明する。図中において同様の構成要素は同様の参照番号で示している。図面を簡単に説明する。
【００１３】
【図１】イオン注入装置の従来の磁石を示す分解図である。
【００１４】
【図２】本発明に係る磁極部材を含む磁石を示す分解図である。
【００１５】
【図３】図２に示した磁極部材の斜視図である。
【００１６】
【図４】図３に示した磁極部材の断面図である。
【００１７】
【図５】図３に示した磁極部材の一実施形態を詳細に示す図である。
【００１８】
【図６】図３に示した磁極部材の第２実施形態を詳細に示す図である。
【００１９】
【図７】図２に示した磁石を分析磁石として有するイオン注入装置を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は、本発明に係るイオン注入装置の磁石１０２用の磁極部材１００を示す図である。図示されている通り、磁石１０２は分析磁石として構成されている。磁石１０２のコイルは、図示の便宜上、示していない。なお、本発明の教示内容はイオン注入装置内に設けられた磁石であればどのようなものにでも利用できると理解されたい。図２に示すように、磁極部材１００は磁石１０２の内部１０６に実装されるように構成されている。磁極部材１００は外面１１０を有し、一実施形態に係る外面１１０は基部１１１から突出している。磁極部材１００の形成材料は、現在公知の、または今後開発される磁性材料で磁石１０２内で使用可能なものであれば、どのような材料を用いるとしてもよい。
【００２１】
磁極部材１００はさらに、複数の磁場集中部材１１２を有している。当該複数の磁場集中部材１１２は、磁極部材１００に近接して集中磁場１３０（図２では太めの磁場ラインで示している）を形成する。図２と図３を組み合わせるとよく分かるが、各磁極部材１００の形状は、内部１０６（図２にのみ図示）に合うように曲線状となっている。図２および図３に示すように、一実施形態に係る磁場集中部材１１２は、磁極部材１００の曲線形状に沿っており放射方向に延在しているが、必ずしもこのような構成とする必要はない。磁場集中部材１１２の構成には多様なものを採用してよい。好ましい一実施形態を示すと、図５および図６にのみ示したように、磁場集中部材がそれぞれ外面１１０に畝部１２０を有している。図３から図５に示しているように、畝部１２０は外面１１０に設けられた溝１２２によって形成するとしてもよい。あるいは図６に示すように、畝部１２０は外面１１０から突出した部分１２４として形成することもできる。
【００２２】
図２において、動作を説明すると、磁場集中部材１１２は磁石１０２に対して磁気ミラー効果を創出する。「磁気ミラー」効果によると、荷電粒子が磁場を強くする方向に移動することを避け、単に磁場ラインに沿って反射された経路で移動する。このため、集中部材１１２は小規模の集中磁場１３０を形成する（図２に太めの磁場ライン１１６で示す）。このような集中磁場１３０が形成されることにより、磁場ラインの終端において磁場が強まる。電子１０４（反射された電子またはトラップされた電子を含む）が、このように強化された磁場に接触すると、例えば磁石１０２の周囲壁（不図示）へと逃げ出すことはできず、同一の磁場ライン１１６に沿って反射される。このような電子１０４はイオンビーム１３２に再度取り込むことができる。このため磁極部材１００は、追加のデバイスを必要とすることなく、またイオンビーム１３２に影響を与えることなく電子を閉じ込めている。
【００２３】
本発明はまた、イオン注入装置において低エネルギーイオンビームの空間電荷の中性化を改善する方法であって、イオン注入装置の磁石に近接して電子１０４を閉じ込めるべく、磁石１０２の磁極１００に近接して集中磁場１３０を形成することと、閉じ込められた電子１０４が磁石１０２に近接した低エネルギーイオンビーム１３２に導入されるように、低エネルギーイオンビーム１３２を磁石１０２に導入することとを含む方法を提供する。
【００２４】
図７に示すように、本発明はさらにイオン注入装置２００を提供する。イオン注入装置２００は、一例として、イオンビーム１３２を生成するイオン源２４２、上述した磁石１０２（分析磁石として図示）、およびイオンビーム１３２による注入を行うべくターゲット２０６を保持する注入チェンバ２０８を備える。これら以外の構成要素として、イオン注入装置２００はさらに、ガス流入部２４０、イオンビーム１３２を集束させるための抑制電極２４８、抽出電極２５０、抑制電極２４８および抽出電極２５０用の１以上の操作モータ２５２、イオンビーム１３２を減速するための減速システム２５８、マススリット２６０、走査前抑制電極２６２、水平走査プレート２６４、走査後抑制電極２６６、窒素（Ｎ２）ブリード２６８、補正用磁石２７０、および限定開口部２７２を備えるとしてもよい。減速システム２５８はイオンビーム１３２を集束させるための集束電極２５６を有するとしてもよい。減速システム２５８は、イオンビーム１３２のエネルギーを増やすための加速システムとして機能することもできるように構成するとしてもよい。分析磁石１０２を含む上述した構成要素はそれぞれ、システムコントローラ２２０によって監視され、システムコントローラ２２０に応答する。イオン注入装置２００の構成を例示したが、本発明の教示内容はどのようなイオン注入装置に対しても応用できると理解されたい。
【００２５】
具体的な実施形態を上述することによって本発明を説明してきたが、当業者であれば多くの代替例、変形例、および変更例に想到することは明らかである。このため、上記に記載された本発明の実施形態は、例示を目的としたものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の特許請求の範囲で定義されている本発明の目的および範囲を超えることなく、さまざまな変更を実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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