(57)【要約】  一以上の電子源を利用して、磁石の磁極片（１３０、１３２）間に輸送されるイオンビーム（１２２）に電子（１８）を入射する。幾らかの実施形態においては、電子源は前記磁石の磁極片の一方あるいは両方の空胴（１６０）に位置する。他の実施形態においては、ラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンが前記磁極片の少なくとも一方の空胴あるいは前記磁極片の間に位置する。【選択図】図２
2008521207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、
前記第一および第二の磁極片の間にイオンビームを輸送するフライトチューブと、
前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブに入射する電子源とを含む、イオンビーム操作のための磁石アセンブリ。
【請求項２】
前記電子源は、前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の一以上の空胴に位置する複数の電子源を含む、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項３】
前記複数の電子源の電子源は前記イオンビームに直交する列に配置されている、請求項２に記載の磁石アセンブリ。
【請求項４】
前記複数の電子源の電子源は一以上の列に配置されている、請求項２に記載の磁石アセンブリ。
【請求項５】
前記電子源は、前記イオンビームに略直交する長さを持つ延長電子源を含む、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項６】
前記電子源は前記第一および第二の磁極片のうちの一方に埋め込まれる、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項７】
前記電子源は、前記第一および第二の磁極片のうちの一方の表面の窪みに位置しており、前記表面は前記フライトチューブに面している、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項８】
前記電子源は電子射出フィラメントを含む、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項９】
前記電子源はラジオ周波数（ＲＦ）プラズマフラッドガンとして構成されている、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１０】
前記電子源はマイクロ波プラズマフラッドガンとして構成されている、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１１】
プラズマフラッドガンチャンバがマイクロ波導波管により定義される、請求項１０に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１２】
前記ＲＦプラズマフラッドガンは、プラズマフラッドガンチャンバと、前記プラズマフラッドガンチャンバ内に配置されたアンテナとを含む、請求項９に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１３】
前記ＲＦプラズマフラッドガンは、プラズマフラッドガンチャンバと、前記プラズマフラッドガンチャンバの外に配置されたアンテナとを含む、請求項９に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１４】
前記フライトチューブは、前記電子源から前記フライトチューブへ電子を連結するための一以上の穴を含む、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１５】
前記フライトチューブは、前記電子源から前記フライトチューブへ電子を連結するための一以上のスロットを含む、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１６】
前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方は前記フライトチューブ内に延び、前記電子源は前記フライトチューブ内の磁極片の一箇所に位置している、請求項１に記載の磁石アセンブリ。
【請求項１７】
イオンビームを生成するイオン源と、
間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、
前記第一および第二の磁極片の間に前記イオンビームを輸送するフライトチューブと、
前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブに入射する電子源と、
イオン注入の対象を支持する磁石下流の対象サイトとを含み、
前記イオンビームが前記フライトチューブから前記対象サイトへ輸送される、イオン注入機。
【請求項１８】
前記電子源は個々の電子源の一以上の列を含む、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項１９】
前記電子源は、前記イオンビームに直交する長さを持つ延長電子源を含む、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項２０】
前記電子源は前記磁石の前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方に埋め込まれている、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項２１】
前記電子源は、前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の表面に窪みに位置しており、前記表面は前記フライトチューブに面している、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項２２】
前記電子源は電子射出フィラメントを含む、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項２３】
前記電子源はラジオ周波数プラズマフラッドガンを含む、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項２４】
前記電子源はマイクロ波プラズマフラッドガンを含む、請求項１７に記載のイオン注入機。
【請求項２５】
磁石の第一および第二の磁極片の間にイオンビームを輸送する工程と、
前記第一および第二の磁極片の間に輸送される前記イオンビームに、前記磁石の前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置する電子源から電子を入射する工程とを含む、磁石を通してイオンビームを輸送する方法。
【請求項２６】
間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、
前記磁石の前記磁極片間にイオンビームを輸送するフライトチューブと、
前記第一および第二の磁極片の間に、あるいは前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブへ入射するラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンとを含む、イオンビーム操作のための磁石アセンブリ。
【請求項２７】
イオンビームを生成するイオン源と、
間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、
前記第一および第二の磁極片の間に前記イオンビームを輸送するフライトチューブと、
前記第一および第二の磁極片の間に、あるいは前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブへ入射するラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンと、
イオン注入の対象を支持する前記磁石下流の対象サイトとを含み、前記イオンビームが前記フライトチューブから前記対象サイトへ輸送される、イオン注入機。
【請求項２８】
磁石の第一および第二の磁極片の間にイオンビームを輸送する工程と、
前記第一および第二の磁極片の間に輸送される前記イオンビームに、前記第一および第二の磁極片の間あるいは前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置するラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンから電子を入射する工程とを含む、磁石を通してイオンビームを輸送する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００４年１１月１９日出願の仮出願番号６０／６２９，５１３、および２００５年１０月１８日出願の仮出願番号６０／７２７，７６９の恩恵を主張しており、その全体をこれにより参照として組み込む。
【０００２】
本発明は、イオン注入のためのシステムおよび方法、より具体的には、磁石を通した低エネルギーイオンビームを輸送する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入システムは通常、ドーパント材料をよく定義されたイオンビームに変換するためのイオン源を含む。イオンビームは望ましくないイオン種を取り除くために大量分析され、望ましいエネルギーに加速されて、対象面に配向される。ビームは、ビームスキャン法、対象移動、あるいはビームスキャン法と対象移動の組み合わせにより、対象上（典型的には半導体ウェハ）に分配されてもよい。当業者には幾らかの異なるイオン注入機アーキテクチャが知られている。
【０００４】
イオン注入機は、ビーム輸送アーキテクチャによって、典型的に一以上の磁石を含む。磁石は、大量分析などの機能を行ってイオンビームから望ましくない種を取り除いたり、イオンビームの角度補正あるいはコリメーションを行ったりする。このような磁石は典型的に、イオンビームを輸送するフライトチューブの反対側に磁極片を含む。磁石は望ましい方法でイオンビームの荷電粒子を偏向する磁場を生成する。磁石を利用するイオン注入機アーキテクチャの例が、Ｂｅｒｒｉａｎらの１９９０年５月１日発行の米国特許番号４，９２２，１０６、Ｗｈｉｔｅらの１９９４年９月２７日発行の米国特許番号５，３５０，９２６、Ｒｅｎａｕらの２００１年１１月６日発行の米国特許番号６，３１３，４７５に開示されている。
【０００５】
目下の半導体製造プロセスはしばしば、高電流、低エネルギーのイオンビームを要する。高電流は注入時間を抑えるのに必要であり、低エネルギーは浅い接合の半導体素子を製造するのに必要である。低エネルギー、高電流のイオンビームは、ビームの空間電荷ブローアップにより長い距離を輸送するのがとても難しい。低エネルギー、高電流のイオンビームの輸送には電子を含むイオンビームの空間電荷中和が必要であるということが知られている。電子はビーム／表面およびビーム／ガスの衝突両方により生成されうる。しかし、イオンビームエネルギーが低いと、ビーム／ガス衝突の横断面が劇的に減るので、この方法は不満足である。磁場領域においては、衝突により生成される電子は、電子欠乏領域への移動が妨げられる。従い、高磁場領域の中和はとりわけ難しい。磁石内にビームを内包する技術が、Ｂｅｎｖｅｎｉｓｔｅらの２００２年７月２日発行の米国特許番号６，４１４，３２９、Ｌｉｅｂｅｒｔらの２００４年７月１３日発行の米国特許番号６，７６２，４２３、Ｅｎｇｌａｎｄらの２００３年２月４日発行の米国特許番号６，５１５，４０８に開示されている。
【０００６】
先行技術は一以上の欠点を持ち、その中にはそれに限られないが、比較的短い寿命および半導体ウェハの汚染がある。磁石の磁極片間に位置するフィラメントを利用するこれら構成においては、フィラメントの占有する空間によってイオンビームの輸送に利用できる空間が減らされる。故に、磁石への電子入射の改良された方法および装置が必要とされている。
【発明の開示】
【０００７】
一以上の電子源を利用して、磁石の磁極片間に輸送されるイオンビームに電子を入射する。幾らかの実施形態においては、電子源は前記磁石のうちの一方あるいは両方の空胴に位置している。他の実施形態においては、ラジオ周波数（ＲＦ）あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンは、前記磁極片の少なくとも一つの空胴あるいは前記磁極片間に位置している。汚染が殆どあるいは全くないよう、かつ圧力増加が制限され長寿命であるようビーム輸送が改良される。
【０００８】
本発明の第一局面によると、イオンビーム操作のための磁石アセンブリが提供される。この磁石アセンブリは、間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、前記第一および第二の磁極片の間にイオンビームを輸送するフライトチューブと、前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブに入射する電子源とを含む。
【０００９】
本発明の第二局面によると、イオン注入機は、イオンビームを生成するイオン源と、間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、前記第一および第二の磁極片の間に前記イオンビームを輸送するフライトチューブと、前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブに入射する電子源と、イオン注入の対象を支持する前記磁石の下流の対象サイトとを含み、前記イオンビームが前記フライトチューブから前記対象サイトへ輸送される。
【００１０】
本発明の第三局面によると、磁石を通してイオンビームを輸送する方法が提供される。この方法は、磁石の第一および第二の磁極片の間にイオンビームを輸送する工程と、前記第一および第二の磁極片の間に輸送される前記イオンビームに、前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置する電子源から電子を入射する工程とを含む。
【００１１】
本発明の第四局面によると、イオンビーム操作のための磁石アセンブリが提供される。この磁石アセンブリは、間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、前記磁石の前記磁極片間にイオンビームを輸送するフライトチューブと、前記第一および第二の磁極片の間に、あるいは前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブへ入射するラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンとを含む。
【００１２】
本発明の第五局面によると、イオン注入機は、イオンビームを生成するイオン源と、間隔が空いた第一および第二の磁極片を含む磁石と、前記第一および第二の磁極片の間に前記イオンビームを輸送するフライトチューブと、前記第一および第二の磁極片の間に、あるいは前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置して、電子を前記フライトチューブへ入射するラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンと、イオン注入の対象を支持する前記磁石下流の対象サイトとを含み、前記イオンビームが前記フライトチューブから前記対象サイトへ輸送される。
【００１３】
本発明の第六局面によると、磁石を通してイオンビームを輸送する方法が提供される。この方法は、磁石の第一および第二の磁極片の間にイオンビームを輸送する工程と、前記第一および第二の磁極片の間に輸送される前記イオンビームに、前記第一および第二の磁極片の間あるいは前記第一および第二の磁極片の少なくとも一方の空胴に位置するラジオ周波数あるいはマイクロ波プラズマフラッドガンから電子を入射する工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明のよりよい理解の目的から、付随図面を参照し、これを参照として組み込むが、図面中、
【図１】イオン注入機の一実施形態の簡略化概略図である。
【図２】発明の第一実施形態による磁石アセンブリの概略ブロック図である。
【図３】ＲＦあるいはマイクロ波プラズマフラッドガンを組み込む磁石アセンブリの上面図である。
【図４】ＲＦあるいはマイクロ波プラズマフラッドガンを組み込む磁石アセンブリの概略側面図である。
【図５】ＲＦあるいはマイクロ波プラズマフラッドガンの異なる可能性ある位置および配置を図示する、磁石アセンブリの概略側面図である。
【図６】ＲＦプラズマフラッドガンの異なる可能性ある構成を図示する、磁石アセンブリの概略側面図である。
【図７】発明の一実施形態によるＲＦプラズマフラッドガンの等角投影図である。
【図８】図７のＲＦプラズマフラッドガンを受け入れるよう変更されたフライトチューブの等角投影図である。
【図９】発明の一実施形態によるマイクロ波プラズマフラッドガンを図示する。
【図１０Ａ−１０Ｄ】異なる磁石構成を図示する、図９のマイクロ波プラズマフラッドガンの断面図である。
【図１１】発明の一実施形態による磁石アセンブリの概略側面図である。
【図１２】図１１の磁石アセンブリの概略上面図である。
【図１３】発明のさらなる実施形態による磁石アセンブリの概略断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、イオン注入機の一実施形態のブロック図を示す。イオン源１０はイオンを生成し、イオンビーム１２を供給する。イオン源１０はイオンチャンバおよびイオン化するガスを含むガスボックスを含んでもよい。ガスはイオンチャンバへ供給され、ここでイオン化される。このように形成されるイオンは、イオンビーム１２形成のためにイオンチャンバから抽出される。イオンビーム１２は分解磁石３２の磁極間に方向付けられる。第一電源１４はイオン源１０の引き出し電極へ接続され、正の第一電圧Ｖ０を提供する。第一電圧Ｖ０は例えば約０．２〜８０ｋＶまで調節できる。故に、イオン源１０からのイオンは第一電圧Ｖ０により約０．２〜８０ｋｅＶのエネルギーまで加速される。
【００１６】
イオンビーム１２は抑制電極２０およびグランド電極２２を通り大量分析器３０へ到達する。大量分析器３０は分解磁石３２および分解孔３６を持つマスク電極３４を含む。分解磁石３２はイオンビーム１２内のイオンを偏向して、望ましいイオン種のイオンが分解孔３６を通り、望ましくないイオン種はマスク電極３４で遮られて分解孔３６を通らないようにする。一実施形態においては、分解磁石３２は望ましい種のイオンを９０度偏向する。
【００１７】
望ましいイオン種のイオンは、分解孔３６を通り、大量分析器３０の下流に位置する第一減速ステージ５０へ向かう。減速ステージ５０は上流電極５２、抑制電極５４、および下流電極５６を含んでもよい。イオンビーム内のイオンは減速ステージ５０により減速されて、その後、角度補正磁石６０を通る。角度補正磁石６０は望ましいイオン種のイオンを偏向し、分岐イオンビームから略並行なイオン軌道を持つリボンイオンビーム６２へとイオンビームを変換する。一実施形態においては、角度補正磁石６０は望ましいイオン種のイオンを７０度偏向する。
【００１８】
端部ステーション７０は、ウェハ７２などの一以上の半導体ウェハをリボンイオンビーム６２の経路内に支持して、望ましい種のイオンが該半導体ウェハに注入されるようにしている。端部ステーション７０は、リボンイオンビーム６２の断面の長さに垂直にウェハ７２を移動するための冷却静電プラテンおよびスキャナ（不図示）を含んで、イオンをウェハ７２の表面に分配してもよい。リボンイオンビームは少なくともウェハ７２の幅でもよい。
【００１９】
イオン注入機は、角度補正磁石６０の下流に位置する第二減速ステージ８０を含んでもよい。減速ステージ８０は上流電極８２、抑制電極８４、及び下流電極８６を含んでもよい。
【００２０】
イオン注入機は、この分野の当業者には知られている追加部材を含んでもよい。例えば、端部ステーション７０は、イオン注入機へウェハを導入し、イオン注入後にウェハを取り除くための自動ウェハ取り扱い機材を典型的に含む。端部ステーション７０はドーズ計測システム、電子フラッドガン、および他の知られた部材をさらに含むこともできる。イオンビームが横断した全経路はイオン注入中に真空にされる。
【００２１】
図１のイオン注入機は幾らかの方式のうちの一つにより動作してもよい。ドリフト方式として知られている、第一の動作方式においては、減速ステージ５０、８０がグランドに接続され、イオンビーム１２が、イオン源１０から抽出後に設定される最終ビームエネルギーのビームラインで輸送される。高度ドリフト方式として知られている、第二の動作方式においては、イオンビーム１２は、大量分析器３０を通る前に電極２２で直近エネルギーまで加速されて、その後第一の減速ステージ５０により最終ビームエネルギーにまで減速される。二重減速方式として知られている、第三の動作方式においては、イオンビームは、大量分析器３０を通る前に電極２２で第一の直近エネルギーにまで加速されて、その後角度補正機６０を通過中に第一の減速ステージ５０により第二の直近エネルギーにまで減速されて、その後第二の減速ステージ８０により最終ビームエネルギーにまで減速される。第四の動作方式は、中間エネルギーのビームを第二の減速ステージ８０へと輸送して、第一の減速ステージ５０の間隙を短い回路シャントで操作する。イオンビームをより高いエネルギーのビームラインの一部で輸送することで、所与の最終ビームエネルギーのドリフト方式と比較して空間電荷拡張を減らすことができる。
【００２２】
図１に示し上述したイオン注入機アーキテクチャはあくまで例示目的であり、本発明の範囲には他のイオン注入機アーキテクチャも含まれることは理解されよう。
【００２３】
上述したように、低エネルギーイオンビームの空間電荷拡張は磁石において問題を呈す、というのも磁石の磁極片間の間隙が典型的に小さく、磁石のビーム経路は典型的に長いからである。故に、図１のイオン注入機においては、イオンビーム１２は分解磁石３２および角度補正磁石６０を輸送される間に空間電荷拡張を受けることがある。空間電荷拡張により、イオンビームはビームライン成分と衝突し、その結果ウェハに供給されるビーム電流が減る。
【００２４】
発明の一実施形態による磁石アセンブリ１００の概略ブロック図を図２に示す。磁石アセンブリは、以下に記載するように、相隔たれられた磁極片と、該磁極片間に電子を入射する一以上の電子源とを持つ磁石を含む。プラズマフラッドガンが電子源の一種であることが理解されよう。磁石アセンブリはイオン注入機に、分解磁石、角度補正磁石、ビームフィルタ、多極焦点合わせ要素あるいは磁石を要する任意の他の部材として組み込むことができる。イオン注入機は、一以上の磁石アセンブリを含んでもよく、一以上の磁石アセンブリがここに記載するように少なくとも一つの電子源を含んでもよい。
【００２５】
磁石アセンブリ１００は、磁石１１０、フライトチューブ１１２、および少なくとも一つの電子源を含んでもよい。図２の実施形態においては、磁石アセンブリ１００は、フライトチューブ１１２を通して輸送されるイオンビーム１２２へ電子を注入するよう配置される、少なくとも一つのラジオ周波数（ＲＦ）あるいはマイクロ波（ＭＷ）プラズマフラッドガン１２０を含む。他の実施形態においては、磁石アセンブリ１００は少なくとも一つのフィラメント駆動のプラズマフラッドガンを含んでもよい。図２においては、磁石１１０をイオンビーム１２２の輸送方向に見ている。
【００２６】
磁石１１０は磁極片１３０、１３２、磁極片１３０、１３２の周りにそれぞれ配置された磁石コイル１４０、１４２、および磁場にリターンパスを与える磁石要素１４４を含む。磁石コイル１４０、１４２が磁石電源（不図示）により電圧を加えられると、フライトチューブ１１２内に磁場１４６が生成される。磁場１４６は一般的にイオンビーム輸送方向に垂直であり、この分野で知られているようにイオンビーム１２２を偏向する。
【００２７】
ＲＦあるいはマイクロ波プラズマフラッドガン１２０は、プラズマフラッドガンチャンバ１６０を含み、これは以下に記載するように磁極片１３０、１３２の間、あるいは磁極片１３０、１３２のうちの一方あるいは両方の空胴に配置されてよい。チャンバ１６０はスリット１６２、あるいはチャンバ１６０内部からフライトチューブ１１２へ電子を入射する経路を提供する一以上の穴あるいはその他の孔を含む。チャンバ１６０はさらに、電力接続１６４およびガス接続１６６を含む。ＲＦあるいはマイクロ波生成器１７０は、整合部またはチューナ１７２および送信線またはマイクロ波導波管１７４を通してプラズマフラッドガンチャンバ１６０へ電力接続１６４を通じて接続されている。以下に記載するように、本発明の範囲には、様々な異なるＲＦあるいはマイクロ波生成器、コネクタおよび他の部材を利用することができる。ガス源１８０はガス接続１６６を通じてプラズマフラッドガンチャンバ１６０へ接続される。例えば、キセノン、アルゴン、およびその他の貴ガスなどのガスを利用することができる。しかしガスは貴ガスに限らない。
【００２８】
ＲＦエネルギーがチャンバ１６０へ生成器１７０により供給され、ガスがチャンバ１６０へガス源１８０により供給されると、プラズマフラッドガンチャンバ１６０にプラズマ１８２が形成される。プラズマ１８２からの電子はスリット１６２を通してフライトチューブ１１２へ入射され、磁場１４６のスパイラル経路１８４を通る。電子はイオンビーム１２２の空間電荷中和を生成し、イオンビーム１２２の磁石１１０への輸送を促進する。
【００２９】
ＲＦあるいはマイクロ波プラズマフラッドガン１２０の位置を示すフライトチューブの上面図を図３に示す。示されているように、プラズマフラッドガン１２０はフライトチューブ１１２の幅を横切って延び、電子がフライトチューブをその幅を横切り大よそ均一に注入されるようになっている。図３の実施形態においては、プラズマフラッドガン１２０はフライトチューブ１１２のイオンビーム輸送方向に略直交に配向されている。磁石アセンブリは追加的なプラズマフラッドガンを、例えば位置１２４あるいは１２６、あるいはその両方に、および示されていない追加的な位置に含んでもよい。プラズマフラッドガンの位置は、イオンビームの許容できる中和を提供するように選択される。他の実施形態においては、一以上のプラズマフラッドガンがフライトチューブ１１２を通るイオンビーム輸送方向に続く正確な形状を呈すこともある。一般的には、任意の数、形状、および位置のプラズマフラッドガンを利用してよい。図４はフライトチューブ１１２上に配置され、磁極片１３０に搭載されたプラズマフラッドガン１２０を示す磁石アセンブリ１００の側面図である。
【００３０】
ＲＦあるいはマイクロ波プラズマフラッドガンは本発明の範囲において様々な構成をとることができる。プラズマフラッドガンは、分析器磁石、角度補正磁石、およびフィルタ磁石などの磁石に搭載することができる。単一のあるいは多数のプラズマフラッドガンを利用してよい。プラズマフラッドガンは磁極片に埋め込まれてもよく、磁極片の端部あるいは表面に配置されてもよい。周波数は数メガヘルツからギガヘルツ周波数の範囲があってよい。例示目的のみからは、ＲＦプラズマフラッドガンは２―１３メガヘルツの範囲で動作してよく、マイクロ波プラズマフラッドガンは約２ギガヘルツの周波数で動作してよい。プラズマフラッドガンは共振方式あるいは非共振（ＥＣＲあるいは非ＥＣＲ）方式で動作してよい。プラズマフラッドガンは単一の周波数で、あるいは多数の周波数で動作してもよく、基本周波数あるいは調和周波数で動作してもよい。動作周波数および配置によって、プラズマフラッドガンはアンテナを利用してもよく、および同軸あるいは導波管部材を持ってもよい。誘導結合あるいは容量結合を利用することもできる。一実施形態においては、ヘリコン配置を利用してもよい。単一のあるいは多数の旋回を持つアンテナを利用してもよい。アンテナはプラズマチャンバ内に配置されてもよく、プラズマチャンバから隔離されてもよいが、これを以下に記載する。プラズマフラッドガンは主な磁石が生成する磁場を変更する永久磁石あるいは電磁石を含むこともできる。イオンビームへの連結は、単一のあるいは多数のスロット、多数の孔穴、あるいは任意のほかの孔構成により行うことができる。プラズマフラッドガンは偏向あるいは非偏向方式で動作してもよい。偏向方式においては、電子はプラズマフラッドガンからフライトチューブへ加速あるいは減速されて入ることもできる。
【００３１】
様々なプラズマフラッドガン配置が図５に示されている。配置２００においては、プラズマフラッドガンは、フライトチューブ１１２に面す磁極片１３０の表面の窪みに搭載される。窪みの長さはイオンビーム１２２に平行である。配置２０２においては、プラズマフラッドガンは、フライトチューブ１１２に面す磁極片１３０の表面の窪みに搭載され、窪みの長さはイオンビーム１２２に垂直である。配置２０４においては、プラズマフラッドガンは磁極片１３０の空胴に埋め込まれ、スロット２０６あるいは他の孔を通してフライトチューブ１１２に連結される。配置２１０においては、プラズマフラッドガンは磁極片１３０とフライトチューブ１１２との間の間隙に搭載される。本発明の範囲においては一以上のプラズマフラッドガンを利用できることが理解されよう。プラズマフラッドガンは上面の磁極片１３０、底面の磁極片１３２、あるいはその両方に搭載することができる。様々な異なるプラズマフラッドガン配置を利用してもよい。
【００３２】
様々なＲＦプラズマフラッドガン配置を図６に示す。いずれの場合においても、アンテナ３００およびプラズマ３０２が示されている。配置３１０、３１２、３１４、３１６においては、アンテナ３００はプラズマ３１０に曝される。配置３２０、３２２、３２４、３２６、３２８においては、アンテナ３００はプラズマ３０２から、絶縁筐体３３０により隔離され、これは例えばセラミック材料であってもよい。上述のように、配置のいずれも、磁極片１３０、磁極片１３２、あるいはその両方で利用することができる。ＲＦプラズマフラッドガンは単一のあるいは多数の旋回のアンテナで利用されてよい。
【００３３】
ＲＦプラズマフラッドガンの一例を図７に示す。ＲＦプラズマフラッドガン４００は、プラズマフラッドガンチャンバ４１２を定義して、一側面が開いた筐体４１０を含む。アンテナ４２０はチャンバ４１２内に搭載され、ＲＦ電源接続のためにターミナル４２２、４２４に連結される。ガスは孔４３０からチャンバ４１２へ供給される。
【００３４】
フライトチューブ１１２上のプラズマフラッドガン４００の位置を図８に示す。孔板４４０は知られた幅と長さのスロット４４２を定義する。図６に示すプラズマフラッドガン４００はひっくり返され、孔板４４０の上のフライトチューブ１１２に搭載される。
【００３５】
マイクロ波プラズマフラッドガン５００の一例を図９および図１０Ａ−１０Ｄに示す。マイクロ波導波管５１０は、マイクロ波電源に連結するためのコネクタ５１２を含む。マイクロ波導波管５１０はプラズマ５２０支持のためのチャンバ５１４を定義する。導波管５１０はガス導入のための孔（不図示）、電子をフライトチューブ１１２へ入射するためのスロットあるいは他の孔（不図示）を含んでもよい。プラズマフラッドガン５００はさらに、導波管５１０内の磁場を制御するための磁石５３０を含んでもよい。磁石５３０の異なる例が図１０Ａ−図１０Ｄに示されている。磁石５３０は垂直磁場、水平磁場、あるいはカスプ磁場を利用してチャンバ５１４に共振を提供してもよい。ガス入射は導波管５１０の両側面あるいは端部にあってもよく、一点にあっても分配されてもよい。電子のフライトチューブ１１２への入射には任意の構成のスリットあるいは穴を利用してよい。マイクロ波エネルギーのチャンバ５１４への連結は、マイクロ波導波管、同軸線、あるいはループアンテナを利用して行ってよい。
【００３６】
発明のさらなる実施形態による磁石アセンブリを図１１、１２に図示する。図１１は磁石アセンブリの側面図であり、図１２は磁石アセンブリの上面図である。磁石アセンブリは、磁石６１０、フライトチューブ６１２、および一以上の電子源６２０、６２２、６２４、６２６を含む。磁石６１０は磁極片６４０、６４２、磁極片６４０、６４２の周りにそれぞれ配置された磁石コイル６４４、および磁石コイル６４４に連結された磁石電源（不図示）を含む。
【００３７】
イオンビーム６５０は、磁極片６４０、６４２の間にフライトチューブ６１２を通して輸送される。磁石電源に電圧が加えられると、フライトチューブ６１２内に磁場６５２が発生する。磁場６５２は概ねイオンビーム輸送方向に垂直であり、この分野で知られているようにイオンビーム６５０を偏向する。
【００３８】
電子源６２０、６２２、６２４、６２６は、磁極片６４０、６４２のうちの一方あるいは両方の空胴に配置される。各電子源はチャンバ６６０と、チャンバ６６０に配置される電子射出フィラメント６６２とを含む。フライトチューブ６１２は、各チャンバ６６０とフライトチューブ６１２の内部とをガス連通する孔６６４を含む。幾らかの実施形態によると、電子源は、磁極片６４０、６４２のうちの一方あるいは両方の内部に埋め込まれてもよい。図１１において、電子源６２６は磁極片６４０に埋め込まれている。他の実施形態においては、電子源は磁極片６４０、６４２の一方あるいは両方の、フライトチューブ６１２に面すほうの表面の窪みに配置されてもよい。図１１においては、電子源６２０、６２２、６２４は磁極片６４０の表面の窪みに配置されている。電子源は全てが一つの磁極片に埋め込まれていてもよいし、一つの磁極片の複数の窪みに全て配置されていてもよいし、埋め込み・表面搭載配置の混合を含んでいてもよい。
【００３９】
電子源の各々のフィラメント６６２は、フィラメント電源６７０あるいは個々のフィラメント電源に連結されている。ガス源６８０は、電子源６２０、６２２、６２４、６２６各々のチャンバ６６０に接続されている。例えば、キセノン、アルゴン、およびその他の貴ガスなどのガスを利用することができる。しかしガスは貴ガスに限らない。
【００４０】
動作においては、フィラメント６６２はフィラメント電源６７０からの電流により加熱され、ガスがガス源６８０により各チャンバ６６０に供給される。加熱されたフィラメント６６２は電子を射出し、プラズマ６８２が各チャンバ６６０に形成される。各チャンバ６６０内のプラズマ６８２からの電子が孔６６４からフライトチューブ６１２へ入射され、磁場６５２のスパイラル経路６８４を通る。電子はイオンビーム６５０の空間電荷中和を生成し、イオンビーム６５０の磁石６１０への輸送を促進する。
【００４１】
上で示したように、磁石アセンブリは一以上の電子源を含んでもよい。電子源は一以上の列に配置されてもよい。各列はイオンビームに対して大よそ直交配置されてもよい。図１２に示す実施形態においては、磁石アセンブリが電子源の列７００、７０２、７０４、７０６を含む。各列はイオンビーム輸送方向に対して横方向に配向される。他の実施形態においては、電子源はフライトチューブ６１２を通るイオンビーム輸送方向沿いに配置されてもよい。一般的に、電子源は、規則的、不規則的いずれであってもよい、任意の配置をされて構わない。電子源の位置は、イオンビーム６５０がフライトチューブ６１２を通して輸送される際にビーム中和を提供するよう選択される。
【００４２】
上述の実施形態において、磁石の磁極片はフライトチューブの外に配置されており、フライトチューブはイオンビーム輸送を効果的にすべく真空排出される。さらなる実施形態においては、磁石の磁極片はフライトチューブ内まで延長されてもよい。さらなる実施形態による磁石アセンブリの断面を図１３に示す。フライトチューブ７５０は、磁石７７０の磁極片７６０、７６２を部分的に包括している。磁極片７６０、７６２のフライトチューブ７５０内の箇所は、グラファイトでもよい磁極片ライナ７７２を含んでもよい。磁極片ライナ７７２はイオンビーム７７４の磁極片７６０、７６２への接触を妨げる。電子源７８０は磁極片７６０の空胴に配置される。電子源７８０は上述のうちのどの構成であってもよい。
【００４３】
本発明の少なくとも一つの実施形態の幾らかの局面を記載したが、この分野の当業者にとってはさまざまな変更、修正、及び改良が容易に起こりうることは理解されよう。このような変更、修正、および改良はこの開示の一部を構成することが意図されており、本発明の精神および範囲内にあることが意図されている。したがって、前述の開示および図面は例示にすぎない。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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