(57)【要約】イオンビーム注入機に用いるレンズ構造体。レンズ構造体は、イオンの移動方向に沿って離間した第１、第２の電極を含む。このレンズ構造体は、入射するイオンを偏向するために、イオンビームの幅を横切って伸びており、イオンを減速する第１電極とイオンを加速する第２電極を有する。また、レンズ構造体のモードコントローラが、前記加速用電極及び減速用電極のいずれかを選択的に作動して、入射するイオンの軌道にかかわらず、レンズ構造体に入射するイオンを、所望の軌道で、前記レンズ構造体から出射させる。
2008507112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源材料から発生されるイオンを放出するイオン源と、
イオンをイオン源から下流に移動するイオンの経路に沿う軌道から離れる方向にイオンを向ける質量分析磁石と、
この質量分析磁石の後に設けられてイオンをインターセプトし、制御された方法で、イオンを左右に走査して、幅を有するイオンビームを形成するイオンスキャナーと、
イオンが通過する領域に形成されて、イオンを加速または減速させるレンズ電極対を有し、前記イオンが入射するとき、前記スキャナーから下流の初期軌道から離れる方向にイオンを偏向させ、前記レンズ電極対内の電極が、前記イオンを偏向させるためにイオンビームの幅を横切って伸びるイオンの移動方向に沿って離間配置されている、レンズ構造体と、
イオンを加速するための電圧とイオンを減速するための電圧との間で、前記レンズ構造体に印加されるバイアス電圧を切換え、前記レンズ構造体に入射するイオンを、所望の出口軌道で前記レンズ構造体から出射させる、レンズ構造体のモードコントローラと、を含んでいることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記イオンスキャナーは、走査電極を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記イオンスキャナーは、磁気スキャナーを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記レンズ構造体は、２つのレンズ電極対を有し、一方は、加速用のレンズ電極対であり、他方は、減速用のレンズ電極対であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記モードコントローラは、作動したレンズ電極対内の一方の電極を第１バイアス電圧に接続し、かつ、前記作動したレンズ電極対内の他方の電極および前記他方の電極対の両方の電極に第２バイアス電圧に接続することによって、単一のレンズ電極対を作動させることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記モードコントローラは、複数のリレーを含み、該リレーは、１つ以上の電源によって供給される電圧を加えるために、前記加速用及び減速用レンズ電極対の各電極を選択的に接続させることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記所望の軌道は、イオンが互いに平行に移動するビーム径路において、全てのイオンがレンズ構造体から出るようになっていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記所望の軌道は、全てのイオンが、定められた距離内で集束するビーム径路内にあるレンズ構造体から出ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記モードコントローラは、両方のレンズ電極対を作動させ。加速用レンズ電極対によって生じたイオンの加速は、減速用レンズ電極対によって生じたイオンの減速によって減じられることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項１０】
前記減速用レンズ電極対は、イオンが前記レンズ構造体内に入射するための第１電界領域を作り出す入口電極を含み、該入口電極は、前記レンズ構造体に入射するイオンの領域から見て、凹形状であり、前記加速用レンズ電極対は、前記入口電電極を通過したイオンのための第１電界領域を作り出す出口電極を含み、該出口電極は、前記入口電極によって定められた領域から見て凸形状であることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項１１】
イオンビーム径路に沿って移動するイオンが出会う第１のレンズ電極対は、加速用電極レンズ対であり、前記イオンが出会う第２のレンズ電極対は、減速用電極レンズ対であることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項１２】
イオンビーム径路に沿って移動するイオンが出会う第１のレンズ電極対は、減速用電極レンズ対であり、前記イオンが出会う第２のレンズ電極対は、加速用電極レンズ対であることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項１３】
加工物を処理する前に左右に偏向されるイオンビームを有するイオン注入機を用いるために、前記イオン注入機が、
イオンが入射するとき初期軌道から離れる方向にイオンを偏向させるためにイオンが通過する領域を形成し、イオンを変更するためのイオンビームの幅を横切って伸びるイオンの移動方向に沿って離間配置された電極を有する第１の励起電極対を含むレンズ構造体と、
イオンを加速するための電圧とイオンを減速するための電圧との間で、前記レンズ構造体に印加されるバイアス電圧を切換え、前記レンズ構造体に入射するイオンの軌道にかかわらず、所望の出口軌道でイオンを前記レンズ構造体から出射させる、レンズ構造体のモードコントローラと、を含んでいることを特徴とすることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記レンズ構造体は、２つのレンズ電極対を有し、一方は、加速用レンズ電極対であり、他方は、減速用レンズ電極対であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記モードコントローラは、作動したレンズ電極対内の一方の電極を第１バイアス電圧に接続し、かつ、前記作動したレンズ電極対内の他方の電極および前記他方の電極対の両方の電極に第２バイアス電圧に接続することによって、単一のレンズ電極対を作動させることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
前記モードコントローラは、複数のリレーを含み、該リレーは、１つ以上の電源によって供給される電圧を加えるために、前記加速用及び減速用レンズ電極対の各電極を選択的に接続させることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
イオン注入機に使用するためのイオンビームを形成する方法であって、
イオン源材料から作り出されるイオンを加速して、イオンビームを形成する段階と、
制御された方法で、前記イオンビーム内のイオンを左右に走査して、幅を有する薄いイオンビームを形成する段階と、
１つのレンズを形成するために、イオンの移動方向に沿って離間配置して、偏向領域に入るイオンを偏向させる電界を作り出す一対の電極を含むレンズ構造体を選択的に励起することにより、イオンが前記偏向領域に入るとき、初期軌道から離れる前記薄いイオンビームを作り上げてイオンを偏向する段階と、
前記レンズ構造体に印加されるバイアス電圧を切換えて、イオンを加速する電界を作り出すバイアス電圧と、イオンを減速する電界を作り出すバイアス電圧とを選択し、前記偏向領域に入射するイオンの初期軌道にかかわらず、イオンを前記偏向領域からほぼ同一の出口軌道に出射させる段階とを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記電極対の各電極は、薄いイオンビームの幅を横切る方向に湾曲し、前記イオンビームの幅を横切る非均一な電界を作り出すことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
第１、第２電極対の一方が、イオンを加速する加速用電極対であり、前記第１、第２電極対の他方が、イオンを減速する減速用電極対であり、前記第１、第２電極対の一方を作動させ、他方の電極対を非作動にするために前記バイアス電圧を切換えることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
作動したレンズ電極対の一方の電極を第１バイアス電圧に接続し、前記作動したレンズ電極対の他方の電極及び他方の電極対の各電極を第２バイアス電圧に接続して、前記バイアス電圧を切換えることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
イオン源材料から発生されるイオンを放出するイオン源と、
該イオン源の下流に配置され、イオンビーム径路に沿う軌道から離れる方向にイオンを曲げるための質量分析磁石と、
この質量分析磁石の後に設けられてイオンをインターセプトし、制御された方法で、イオンを左右に走査して、幅を有するイオンビームを形成するイオンスキャナーと、
イオンが通過する領域に形成され、イオンが入射するとき、イオンを走査電極から下流の初期軌道から離れる方向に偏向させるレンズ構造体とを含み、
前記レンズ構造体は、入射するイオンを偏向させるため、イオンビームの幅を横切るビーム径路の両側に伸びて、イオンの移動方向に沿って離間配置された第１、第２の電極を含み、さらに、前記レンズ構造体は、前記イオンを加速する１つの電極と、前記イオンを減速する１つの電極を含み、前記レンズ構造体に入射したイオンが、前記制御された出口軌道を出射することを特徴とする装置。
【請求項２２】
前記第１、第２の電極の各々に固定の電圧を印加するための電源をさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記電源は、各電極に同一の電圧を供給することを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記レンズ構造体に入射するイオンのための第１領域の電界を作り出す入口電極を含み、この入口電極は、前記レンズ構造体に入射するイオンの領域から見て凹形状であり、さらに、前記第２の電極は、前記入口電極を通過したイオンのための第２領域の電界を作り出す出口電極を含み、この出口電極は、前記入口電極によって定められた領域から見て凸形状であることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の電極は、前記レンズ構造体に入射するイオンのための第１領域の電界を作り出す入口電極を含み、この入口電極は、前記レンズ構造体に入射するイオンの領域から見て凸形状であり、さらに、前記第２の電極は、前記入口電極を通過したイオンのための第２領域の電界を作り出す出口電極を含み、この出口電極は、前記入口電極によって定められた領域から見て凹形状であることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２６】
イオンビーム径路に沿って移動するイオンが出会う第１の電極は、加速用電極であり、前記イオンが出会う第２の電極は、減速用電極であることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２７】
イオンビーム径路に沿って移動するイオンが出会う第１の電極は、減速用電極であり、前記イオンが出会う第２の電極は、加速用電極であることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２８】
前記第１、第２の電極は、これらの電極から離間した、より低い電位の第１、第２の固定電極を配置して、イオンが移動するギャップを形成する第１、第２の電界を作り出すようにしたことを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２９】
前記イオンスキャナーは、走査電極を含んでいることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項３０】
前記イオンスキャナーは、磁気スキャナーからなることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項３１】
前記制御された軌道は、前記レンズ構造体を出射する全てのイオンが、ビーム径路内で互いに平行な軌道を移動するようになっていることを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項３２】
前記制御された軌道は、ビーム径路において、前記レンズ構造体を出射する全てのイオンが、定められた距離で集束することを特徴とする請求項２１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム注入機に関し、特に、イオンがレンズを通って、イオンと加工物との間に制御された衝突角度を生じるように、イオンビーム径路を作り出す１つのレンズを有するイオンビーム注入機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の譲受人であるアクセリス  テクノロジーズ社は、集積回路製造において、シリコンウエハを処理するための製品を販売している。このような製品またはツールは、イオンビーム内に置かれるウエハの物理的特性を変えるイオンビームを作り出す。この処理は、例えば、未処理のシリコンウエハをドープして半導体材料を作り出すのに用いられる。イオン注入の前にレジスト材料を用いて制御されたマスキングし、ウエハ内に異なるドーパントパターンの層を形成することによって、無数の応用面の１つとして用いられる集積回路を製造する。
【０００３】
従来技術としての、キング（King）等に付与された米国特許第５，１７７，３６６号明細書およびディクストラ（Dykstra）等に付与された米国特許第５，０９１，６５５号明細書では、イオンビームを平行に発生させるための２つの静電走査電極対を用いる方法が論じられている。上記特許文献１は、イオンビームが、制御回路によってバイアスされる離間した平行プレートを通って通過するとき、イオンビームが制御されて初期軌道から偏向されるイオンビーム注入システムに関する。一旦偏向されると、イオンビームは、ビーム移動経路に沿って配置された電極を通過して、偏向されたイオンビームを再偏向し、所望の最終エネルギーにイオンを加速する。イオンビーム内のイオンは、加速器を出て、スキャンニング平面とこれに直交する横断平面において、イオンを集束させることによって、加工物に均一に、制御された衝突角度で衝突する。
【０００４】
米国特許第５，０９１，６５５号明細書では、イオンビームが、制御回路によってバイアスされる離間した平行プレートを通って通過するとき、制御されて初期軌道から偏向されるイオンビームに関する。一旦偏向されると、イオンビームは、偏向されたイオンビームを再偏向し、さらに所望の最終エネルギーにイオンを加速する加速器に入る。イオンビームが加速器から出ると、イオンビームは、加工物に衝突する軌道に沿って移動する。イオンビームを作るイオンは、全て、制御された衝突角度で、加工物に均一に衝突する。
【０００５】
ナガイ（Nagai）等の日新ＮＨ−20SPにおいて中電流イオン注入機と名付けられた印刷物には、中電流イオン注入機が記載されている。このイオン注入機は、所謂、キックバック式の一対の電極Ｈ２を有し、電極の初期セットによって導かれる左右のスキャンニングを補正する。Ｈ１及びＨ２の電極に加えられる掃引電圧波形は、デジタル波形発生器、または波形コントローラによって発生させる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
イオン注入機は、イオン源材料から発生されるイオンを放出するイオン源と、イオンをイオン源から排出させるための構造体を有する。走査電極は、制御された方法でイオンを左右に走査して、ある幅を有するイオンビームを形成する。レンズ構造体は、イオンがレンズ構造体を通過するとき、イオンが走査電極から下流の初期軌道から離れる方向に偏向するように、イオンを通過させる領域を形成する。
【０００７】
レンズ構造体は、イオンの移動方向に沿って離間した第１、第２電極を有し、この電極は、レンズ構造体に入射するイオンを偏向するためにイオンビームの幅を横切るビーム径路の反対側に伸びている。レンズ構造体の１つの実施形態では、イオンは、最初、第１電極に入って減速され、次いで、第２電極に入って加速される。この電極の組み合せは、イオンがレンズ構造体を通過するとき、イオンの軌道にかかわらす、レンズ構造体を通過するイオンが、ほぼ同一の出口軌道を出るようにさせる。別の構成において、レンズ構造体は、イオンを加速するためのビーム径路に沿う第１電極と、イオンを減速するために第１電極の下流に位置する第２電極とを含む。この代替実施形態は、また、イオンがレンズ構造体に入射する際のイオンの軌道にかかわらず、イオンがレンズ構造体を通過してほぼ同一の出口軌道を有するレンズ構造体から出射するようにさせる。
【０００８】
別の実施形態では、一列に配置された各電極は、例えば、サブセットの電極を非作動状態にし、１つの加速電極と１つの減速電極のみをイオンビーム上で作動させる。
【０００９】
本発明の上記目的及び他の目的、利点、及び特徴は、本発明の例示的な実施形態を説明するのに用いられる図面とともに、以下でより詳細に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の譲受人によって販売されているアクセリス製ＭＣ−３型の中電流イオン注入機等のイオン注入機１０の概略図である。このようなイオン注入機は、ウエハを選択的にドーピングするためのシリコンウエハ等の加工物のイオンビーム処理のために用いられる。このようなイオン注入機において、正のイオンは、イオン源から注入ステーションへのビーム径路を移動した後、加工物に衝突する。図１に示されるイオン注入機１０は、中電流イオン注入機であり、本発明に用いることができる、イオンビームのイオンを加速するライナックを有する高エネルギー注入機を含んでいる。
【００１１】
イオン注入機１０は、イオン源材料から発生するイオンを放出するためのイオン源を含む。一般的なイオン源材料は、イオン源ハウジング１４内に噴射されるガスまたはイオンのプラズマを生じさせるために気化した固体のいずれかである。一般的に、このようなイオン源１２は、従来技術として知られているように、イオンを引き出す引出し電極を含み、イオンが、ハウジング１４を出てビーム径路に沿ってイオン源から出るようにする。
【００１２】
図１に示すイオン注入機１０は、イオン源の下流に配置されたイオン経路に沿って軌道から離れるように曲げるための質量分析磁石２０を含む。同一イオンの異なる種が、イオン源１２内に生じ、質量分析磁石がこれらのイオン種間のイオンを分別する。不要な質量のイオンは、この分析磁石により除かれ、質量分析磁石２０を通過するイオンは、加工物のビーム処理に用いられる単一種のイオンとなる。
【００１３】
イオン注入機１０は、質量分析磁石２０に続いてイオンをインターセプトするために配置されたビームスキャンニング構造体３０を含み、制御された方法で、イオンを左右に走査させ、ある幅を有するイオンビームを形成する。ビームスキャンニング構造体３０は、図示するような走査電極または磁気スキャナーとすることができる。この走査電極は、概略２０ｃｍの長さで２．５ｃｍだけ離間した２枚のプレートを有する。この電極の分離は、２つの走査電極の出口端で約７．５ｃｍの分離に広がる。電圧は、制御された±２０ＫＶが各プレートに接続されたアンプに加えられ、全体のプレート分離電圧は４０ＫＶとなる。
【００１４】
図２に詳細に示されたレンズ構造体４０は、２つの走査電極の下流に配置される。このレンズ構造体４０は、発散経路に沿って移動するイオンを受け入れ、レンズ構造体４０からイオンが離れるための平行なイオン機構を作り出すためにイオンを曲げる。図２及び図３に示すように、レンズ構造体は、走査電極３０の領域を出た後、イオンが移動する領域４２を定める。レンズ構造体によって設定される電界は、イオンを初期軌道から離れるように偏向させ、イオンを、レンズ構造体から最終軌道に移動させる。
【００１５】
図２のレンズ構造体４０は、イオンの移動方向に沿って離間配置された第１、第２の電圧ギャップ４４,４６を有する。これらのギャップは、第１ギャップが電極６１,６２間に、また、第２ギャップが電極６３,６４上に形成される。これらの電極は、ビームがその間を通過できるようにスロット形状の開口を有する。電極６２,６３は、電気的に同一の構造体部分であり、電源１１０によって決定される同一電位にある。電極６１,６４は、アース電位となっている。例示する実施形態では、これらの電極は、アルミニウムで作られている。ｘ−ｙ座標システムは、図２に示されており、レンズ構造体の形状を記述するのに役立つ。各電極は、中央ビーム径路４８の両側のｙ方向に、走査されるイオンビームの幅を横切って伸びている。図示する実施形態において、各電極は、走査平面（紙面の面）の上下のｚ方向に伸びている。電極内のスロット形状の開口（ｚ方向に狭く、ｙ方向に広い）は、走査されたビームが４つの電極を通過できるようになっている。電極６１〜６４は、ビームの中心線４８に対して対称に配置される。図２のレンズ構造体は、イオンを減速する第１ギャップ４４と、イオンを加速する第２ギャップ４６とを含む。４つの電極によって設定される電界の組み合わされた作用により、レンズ構造体４０に入射して出射するイオンは、全ての軌道が、中心軸線に対してほぼ平行になる。
【００１６】
図３のレンズ構造体４０'は、イオンの移動方向に沿って離間する第１、第２電極ギャップ４４'、４６'を含んでいる。イオンビームの幅を横切ってビーム径路の両側に広がる各ギャップは、レンズ構造体に入射するイオンを偏向する。図３のレンズ構造体は、イオンを加速する第１ギャップ４４'と、イオンを減速する第２ギャップ４６'とを含む。この実施形態では、イオンが励起電極を通過した後、接地電極のギャップ４４'をイオンビーム内のイオンが通過する。この励起電極には、正のＸ方向に正の電界（イオンを加速する）を生じる構成部品がある。入射軌道がスキャン頂点の位置において発生する場合、２つのギャップによって設定される電界の組み合わされた作用によって、イオンはレンズ構造体４０に入射し、そして、中心光線４８に対してほぼ平行なビームを出射する。
【００１７】
図２及び図３のレンズ構造体４０,４０'から出射して、ビームを作り上げるイオンは、ほぼ平行な方向に移動して、イオン注入室５０内に入る。イオン注入室５０内には、ウエハ支持体５２が配置されている。ウエハは、ロードロック５４によって注入室５２内に挿入される。注入室の外側では、ロボット５６の操作により、貯蔵カセット５８から未処理のウエハを引き出し、また、処理済のウエハを、別の第２カセット６０に戻すか、あるいは、前にウエハを引き出した同一のカセットに戻す。
【００１８】
図２の実施形態において、第１電極、即ち、入口電極は、イオンをレンズ構造体に入射させるための第１領域の電界を作り出す。この入口電極は、レンズに入射するイオンの領域から見て凹形状である。第２電極、即ち、出口電極は、入口電極を通過したイオンのための第２電界を作り出す。この出口電極は、入口電極によって境界づけられた領域から見て凸形状である。
【００１９】
レンズ構造体４０は、イオンビームエネルギーを変えることなく、イオンがレンズ構造体から離れる角度を変える。電極６２,６３の各々は、共通の電源１１０に接続され、電源は、イオンビームに対して電極６２,６３を支持する絶縁体１１６，１１８を通過する導体１１２，１１４に接続され、かつ電極を電気的に励起するための電極６２,６３に接続された出力を有する。レンズ構造体４０は、１５０ＫＶ以下の電源から直流信号を印加して、走査された６００ＫeＶの走査角度を補正することができる。本発明の例示した実施形態では、走査構造体の中心から第１電極すなわち入口電極への距離は、約９７ｃｍである。２つのギャップ４４,４６間の形状は、おおよそ放物線状であり、２*Ｓの合焦長さの薄い２つのレンズの形状となっている。ここで、Ｓは、走査頂点までの距離であり、例えば、第１電極６２から９７ｃｍの距離である。電極６１,６２及び電極６３,６４によって形成される減速ギャップ及び加速ギャップの理想形状は、ビーム方向に最良の修正を達成するための、静電界モデル及び軌道に影響を生じる。ビームの中心線に沿う間隔は、電極の各ギャップ間が約５ｃｍであり、中心線位置での電極６２,６３間が約１０ｃｍである。
【００２０】
６００ＫeＶのビームに対してレンズ電極の電圧は、１１７ｋＶが適している。減速ギャップに対して、Ｅp＝Ｅin−Ｒ*Ｅin、ここで、Ｅpは、ギャップ間のエネルギーであり、Ｒ*Ｅinは、ギャップを通過した後のエネルギーの変化である。この例では、Ｒ＝0.195＝117／600である。加速ギャップに対して、Ｅin＝Ｅp＋Ｒ*Ｅinである。電極６１の先行エッジに一致するポイント位置から電極６４の後置エッジまでのレンズ構造体を通る経路長さは、イオンビーム内のイオンのｙ方向位置に従う２５ｃｍと４３ｃｍの間に変化する。電極によって形成されるｚ方向における垂直開口は、約５ｃｍである。抑制電極(図示略)が入口側に必要とされ、走査プレート及びレンズ構造体の出力がこれらの装置に加えられる正電位を保持してイオンビームからイオンを引き出し、増加した空間電荷効果を導くことになる。
【００２１】
図３の実施形態では、接地電極６１と組み合わされる第１電極すなわち入口電極６２が、レンズ構造体に入射するイオンに対する電界の第１領域を作り出す。入口電極は、レンズに入射するイオンの領域から見ると凸形状である。第２電極６３すなわち出口電極は、入口電極を通過したイオンに対する電界の第２領域を作り出す。この出口電極は、入口電極によって定まる領域から見ると凹形状である。
【００２２】
各ギャップで生じる(より小さい補正を用いて)角度補正を達成するために、図１,２等の２つ以上のアセンブリを用いることが可能であることを注目すべきである。これにより、レンズ構造体に最も適切な電圧を用いてより高いエネルギービームに対する平行な軌道を達成する。
【００２３】
イオンビームは、これらの電極を通過するので、電極の周辺電界による走査平面に直交する平面に集束することに注目すべきである。図４を参照せよ。合焦長さは、ビームエネルギー、開口の高さ（ｚ方向の）、及びギャップの幅（軌道ｘの方向に沿う）に対するギャップ上の電圧によって決定される。レンズ構造体の静電モデリングは、垂直方向の集束を達成するのに用いることができ、この集束は、レンズ通過後の全ての位置ｙでほぼ同一である。垂直方向の集束は、互いに略平行に配置されている電極６１,６２及び６３,６４内のギャップに対して生じる。これは、走査されたビームすなわちリボンビームに対する垂直方向の集束を有するレンズにより起こる。
【００２４】
２つの異なる実施形態の各々について、イオンが通過する加速及び減速用のギャップを形成するために、ビーム軌道に沿って配置される２つの励起電極及び２つの接地電極を用いて説明してきた。２つ以上のギャップを作り出すために、より低い電圧でより多くの電極を用いることも可能である。例えば、その構造体は、加速ギャップを形成するより低い電圧の電極によって実施することができ、加速ギャップは、減速ギャップを形成する1つの電極によって、ビーム径路に沿って近くに配置され、また、減速ギャップの次に第２の加速電極が続き、さらに、同類の放物線形状の適当な電極を用いて実施される第２の減速ギャップが続く。
【００２５】
本発明の他の実施形態では、レンズ構造体のモードコントローラ（図６に概略図示されている）を含み、このコントローラは、１つのギャップのみが所定の時間で作動するように、図５で示す２つの電圧ギャップの各々に加えられるバイアス電圧を制御する。１つの構成では、ビーム角度は、第１ギャップ４４において減速するか、または第２ギャップ４６において加速するかによって、走査角度からビーム軸線４８に平行な方向に変えることができる。１つのギャップのみが所定の時間、このギャップ間に電圧を作用させ、他のギャップは、図６において示すように接続された一組のリレーを作動させることにより短絡される。
【００２６】
この単一のギャップモードにおいて、レンズが作動すると、電極形状は、２つの代わりに１つのギャップにおいて、平行化が達成されるように設計される。減速動作よりもむしろ加速動作のように、別のモードでレンズが作動する場合、電極は、別の構成によって得られるエネルギー変化に対して適切な形状に変更される。電源及びターミナル内に配置されたリレーは、図６に示すように、電位Ｖ１においてこのモードを作動させる。単一ギャップの実施形態は、より高いエネルギービームのための加速ギャップを用いることが可能であり、走査角度を補正しながらエネルギーを得るのに有利である。代わりに、減速ギャップは、より低い最終エネルギーのビームに対して用いることができる。図１において、例えば、加速ギャップは、ファクター２．７にまで、イオン源１２からのビームエネルギーを増加させ、レンズ４０の後で約１１０ｋeＶのエネルギーを生じる。レンズ通過後の更なる電圧ギャップにより、所望のより高いレベルにビームエネルギーを持ち上げることができる。
【００２７】
加速レンズのみを有する現在の注入機は、レンズ４０通過後のより大きい減速率を得て、約５keＶ未満の低エネルギー注入機に対する最終エネルギーに到達する。必要な減速率を得るための減速ギャップは、強い集束特性を有し、かつ発散の角度をより小さくさせるので、最も低いエネルギーでビームを輸送することを難しくさせる。ビームを集束させるために加速レンズよりもレンズ４０の減速部分を用いて、ビームエネルギーを減少させるとともに、走査角度を補正する。例えば、減速レンズは、イオン源Ｋらのエネルギーをファクター３まで減少させるのに用いることができ、１５ｋeＶまたそれ以下のレンズ通過後のエネルギーを導く。レンズ通過後の付加的な減速ギャップは、より小さい減速率及び集束特性を用いて、制御を容易にする非常に低いエネルギーを達成することができる。
【００２８】
図５において、減速モード及び加速モードの下における種々の電極における相対バイアス電圧が表１に示される。減速モードにおいて、接点Ｋ２及びＫ４が図６に示すように閉じられている。この例に示すように、電圧Ｖ１をアース電位にさせる。また、
Ｖ２＝Ｖ３＝＋30ｋＶとなる。
それゆえ、減速ギャップ４４の先行電極６１は、接地され、第２電極（加速ギャップ４６の両電極６３,６４と同様に）は、この例において、より高い電圧＋３０ｋＶである。正のイオンビームは、電位Ｖ１の領域からエネルギーＥｍでレンズに入射する。ギャップ４４は、Ｖ２＞Ｖ１によって、ギャップ間に電圧（Ｖ２−Ｖ１）を有するので、正のイオンは、ファクターＥout＝Ｃ１*Ｅinによってスローダウンする（ここで、Ｃ１は、特定のレンズ形状に対して約１／３とすることができる。）。さらに、イオンの減速が付加されて、全てのイオン軌道は、このギャップを通過した後、ビーム軸線に対して平行になる。この場合、両電極６３,６４は、同一の電位であるので、加速ギャップ間には、電圧降下がない。
【００２９】
加速モードにおいて、図６の接点は、接点の全てを交差する破線で概略示す一組の接続によって、図６に示す反対側の位置に切換えられる。Ｋ１及びＫ３は閉じられ、Ｋ２及びＫ４は開いている。このスイッチの組み合せは、Ｖ１＝Ｖ２で、Ｖ３は−７５ｋＶである。減速ギャップ４４の電極６１及び６２は、共に電圧Ｖ１である。加速ギャップ４６の先行電極６３もまた電圧Ｖ１である。加速ギャップ６４における第２電極は、この例において、より低い電圧−７５ｋＶである。正のイオンビームは、電位Ｖ１の領域からエネルギーＥinでレンズに入射し、ギャップ４４間に電圧降下は生じない。ギャップ４６は、（Ｖ３−Ｖ２）の電圧（ここで、Ｖ２＝Ｖ１およびＶ３＜Ｖ１）を有するので、正のイオンは、ファクターＥout＝Ｃ２*Ｅin（ここで、Ｃ２は特定レンズ形状に対して約２．７とすることができる。）によってエネルギーを得る。さらに、イオンの加速により、全てのイオン軌道は、このギャップを通過した後、ビーム軸線に平行になる。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
別の実施形態では、図示していないが、図３に示すような代替レンズ構成で同様に接続される２つの個別の電源が可能である。そして、これらの電源は、図５において上述したように、走査角度の補正を与えるために、加速ギャップまたは減速ギャップのみを作動させることができる。
【００３２】
上記記載に関連して、一連のスリットレンズ（レンズは、イオンビームが通過するためのスリット開口を備える湾曲平面によって形作られた静電ギャップによって形成される）を用いて、イオンを集束させる。このイオンは、１つの平面において走査され、レンズ通過後に平行光線を形成する。この場合、レンズは、対象物（走査頂点[scan vertex]）をスリットの平面において無限遠に合焦させる。この概念の一般的使用により、対象物を集束させ、一定の距離に像を結ぶためのレンズを利用する。このレンズ構造は、１つの平面に対して広くかつ直交する平面に対して相対的に狭い包絡線を有するイオンビームを集束させる。このようなスリットレンズは、ビームをリボンビーム形状に維持し、ビームライン開口を通過するように集束させる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を、特殊性の度合いにより記載してきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲及び技術的思想の範囲に入る開示された例示的な設計から逸脱しない全ての修正例及び変形例を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明を用いるイオン注入機の概略図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に用いられるレンズ構造体の平面図である。
【図３】図３は、本発明の例示的な別の実施形態に用いられるレンズ構造体の平面図である。
【図４】図４は、レンズ構造体の垂直集束作用を示す図２のレンズ構造体の断面図である。
【図５】図５は、独立の電源を含む図２のレンズ構造体の別の実施形態を示す図２のレンズ構造体の断面図である。
【図６】図６は、図５のレンズ構造体のための電圧制御回路の概略図である。
【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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【国際調査報告】
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