(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを通すための第１開口部を有し、前記第１開口部内に、第１の振動偏向信号に応答して、第１の振動偏向場を発生する第１スキャナ段と、
前記第１スキャナ段の下流に配置され、前記イオンビームを通すための第２開口部を有し、前記第２開口部内に、第２の振動偏向信号に応答して、前記第１の振動偏向場と反対方向の第２の振動偏向場を発生する第２スキャナ段と、を有する、２段スキャナシステムと、
前記第１の振動偏向信号と前記第２の振動偏向信号を、前記第２スキャナ段から走査されたイオンビームが射出するとき共通の焦点を規定する複数のイオン軌道を発生するように同期させるスキャンコントローラと、を備え、
前記２段スキャナシステムは、前記スキャンコントローラが前記第１の振動偏向信号及び前記第２の振動偏向信号を出力するスポットビームモードと前記スキャンコントローラが不活性であるリボン動作モードを切り替えるように構成されている、イオンビームスキャナ。
【請求項２】
前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場は前記第１スキャナ段におけるイオンビームの伝搬方向に垂直の第１の方向に沿って位置する、請求項１記載のイオンビームスキャナ。
【請求項３】
前記第１スキャナ段及び前記第２スキャナ段は磁気スキャナである、請求項１記載のイオンビームスキャナ。
【請求項４】
前記第１の振動偏向信号は第１の振動磁場を発生するために第１の振動周期を有する第１の振動電流であり、前記第２の振動偏向信号は第２の振動磁場を発生するために前記第１の振動周期を有する第２の振動電流であり、前記スキャンコントローラは、前記第１の振動電流と前記第２の振動電流を、前記第１の振動電流が前記第２の振動電流と１８０度の位相差を示すように同期させるように動作する、請求項３記載のイオンビームスキャナ。
【請求項５】
前記第１スキャナ段及び前記第２スキャナ段は複数の前記イオン軌道に対してドッグレッグ状の軌道を発生するように動作し、前記イオン軌道は前記共通の焦点で仮想ソースに収束する、請求項１記載のイオンビームスキャナ。
【請求項６】
前記スキャンコントローラは前記焦点の位置を変更するように動作する、請求項１記載のイオンビームスキャナ。
【請求項７】
前記共通の焦点は前記第１スキャナ段の上流に位置する、請求項１記載のイオンビームスキャナ。
【請求項８】
前記イオンビームはスポットイオンビームである、請求項１記載のイオンビームスキャナ。
【請求項９】
イオン源と、
スポットイオンビームを発生するビームライン構成要素と、
前記スポットイオンビームを複数のイオン軌道に亘って走査して走査されたイオンビームを発生するように動作する２段スキャナシステムと、
を備え、前記２段スキャナシステムは、第１スキャナ段で第１の振動偏向場を発生し、第２スキャナ段で前記第１の振動偏向場と反対方向の第２の振動偏向場を発生するように動作し、前記複数のイオン軌道が前記２段スキャナシステムの上流に位置する焦点に収束する複数の直線をそれぞれ規定し、
前記２段スキャナシステムは、
それぞれ前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場を発生する第１の振動偏向信号及び第２の振動偏向信号を出力し、
前記第１の振動偏向信号及び前記第２の振動偏向信号を前記複数のイオン軌道を発生するように同期させる、
ように構成されたスキャンコントローラを備え、
前記２段スキャナシステムは、前記スキャンコントローラが前記第１の振動偏向信号及び前記第２の振動偏向信号を出力するスポットビームモードと前記スキャンコントローラが不活性であるリボン動作モードを切り替えるように構成されている、
イオン注入装置。
【請求項１０】
質量分解スリットを更に備え、前記焦点は前記質量分解スリットに位置する、請求項９記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記２段スキャナシステムの下流に置かれ、前記走査されたイオンビームを受け入れ、それからコリメートされたイオンビームを発生するように構成されたコリメータを更に備え、前記焦点は前記コリメータの物点に位置する、請求項９記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場は前記第１スキャナ段におけるイオンビームの伝搬方向に垂直の第１の方向に沿って位置する、請求項９記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記第１スキャナ段及び前記第２スキャナ段は磁気スキャナである、請求項９記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記スキャンコントローラは前記第１の振動偏向信号及び前記第２の振動偏向信号の間に１８０度の位相差を発生するように動作する、請求項９記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
ビームラインイオン注入装置においてスポットイオンビームを制御する方法であって、
前記スポットイオンビームが２段スキャナシステムの第１の領域を通過するとき、前記スポットイオンビームの伝搬方向に垂直の第１の方向に沿って第１の振動偏向場を発生させるステップと、
前記スポットイオンビームが前記第１の領域の下流の前記２段スキャナシステムの第２の領域を通過するとき、前記第１の方向に沿って第２の振動偏向場を発生するステップと、を備え、
前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場が前記スポットイオンビームを前記スポットイオンビームの伝搬方向に非平行の複数の軌道に亘って扇形に広げ、前記複数の軌道が共通の焦点を有するように相互作用し、
スキャンコントローラは、それぞれ前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場を発生する第１の振動偏向信号及び第２の振動偏向信号を出力し、
前記第１の振動偏向信号及び前記第２の振動偏向信号を前記複数のイオン軌道を発生するように同期させ、
前記２段スキャナシステムは、前記スキャンコントローラが前記第１の振動偏向信号及び前記第２の振動偏向信号を出力するスポットビームモードと前記スキャンコントローラが不活性であるリボン動作モードを切り替えるように構成されている、
方法。
【請求項１６】
前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場を、前記第１の振動偏向場が前記第２の振動偏向場と１８０度の位相差を示すように同期させるステップを更に備える、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の振動偏向場及び前記第２の振動偏向場を発生するステップは第１の振動偏向磁場及び第２の振動偏向磁場を発生するステップを備える、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は２０１３年１０月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／８９４，０６５号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明はビーム装置に関し、より詳しくはイオンビームを制御するためのスキャナに関する。
【背景技術】
【０００３】
現今では、イオン装置は特定の複数の用途に応じて注入を最適化するように構成されることが多い。現在の用途では、例えば一部のビームラインイオン注入装置は、基板でインターセプトされるビーム断面がビーム高さよりはるかに大きいビーム幅を有する高電流リボンビームを発生するように構成される。一部の構成例では、ビーム幅は基板面において基板のサイズより僅かに大きく、例えば２００，３００又は４００ｍｍであるが、ビーム高は例えば１０ｍｍ、２０ｍｍ又は３０ｍｍ程度である。基板をリボンビームに対してビーム高さの方向に走査することによって、基板全体をイオンビームで注入することができる。
【０００４】
他のイオン注入用途においては、ビーム高さとビーム幅がより等しいスポットイオンビームを使用するのが好ましい。スポットビームイオン注入により与えられる一つの利点は、スポットビームにより与えられるドーズ均一性のより良い制御にある。スポットビームイオン注入では、スポットビームを注入すべき基板の寸法に亘って第１の方向に走査することができる。同時に、基板をビームスポットの走査方向に垂直の方向に走査することができる。局所的なイオンドーズ濃度はスポットビーム走査の方向に沿ったイオンビームの速度を調整することによって調整することができる。この調整は、コンピュータ制御の下で、イオンドーズ均一性が最適になるようにスポットビーム走査を注意深く制御することによって達成することができる。
【０００５】
多くのビームラインイオン注入装置では、質量分解スリットの通過後に、イオンビームは広い発散イオンビームとしてコリメータに伝搬し、コリメータが処理中の基板に向けられた平行イオンビームを形成する。イオンビームの正しいコリメーションを与えるために、コリメータは多くの場合、質量分解スリット（ＭＲＳ）の平面に位置する物体から出るイオンをコリメートするように設定される。この特徴は同じビームラインをスポットビームモードとリボンビームモードの両方で動作させることを一層困難にする。リボンビームモードでは、アナライザ磁石により発生されるイオン軌道はＭＲＳで集束して下流に位置するコリメータ内へ扇形に広がる。しかしながら、従来のイオン注入装置では、スポットビームモードにおいて、イオンビームは質量分解スリットをもっと平行なイオン軌道を有する小さいビームとして通過する。質量分解スリットの通過後に、スポットビームはスキャナ内でスポットビームの伝搬方向にほぼ垂直に向いた偏向場によって往復偏向される。スポットビームのこの走査は時間とともにイオンビーム軌道の発散する扇形を形成し、コリメータに入射する。このスポットビーム構成の物体位置は質量分解スリットの下流に位置するスキャナ内にある。従って、スキャナから発生されるスポットビームの物体位置がリボンビームの物体位置と大きく違いすぎて、大幅な再設定なしにコリメータで両タイプのビームを適切にコリメートすることはできない。従って、リボンイオンビームイオン注入装置は特定のイオン注入ステップ又は特定の基板に対して使用するが、より良いドーズ制御を必要とする他のイオン注入ステップに対しては別のスポットビームイオン注入装置を使用するのが一般的である。これらの及びその他の考察に関して、本発明の改良が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
この概要は、詳細な説明で以下にさらに述べる単純化した形態での概念の選択を紹介するためのものである。この概要は、請求の要旨の重要な特徴又は本質的な特徴を特定するものではなく、また請求の要旨の範囲を決定するためのものでもない。
【０００７】
一実施形態において、イオンビームスキャナは、イオンビームを通すための第１開口部を有し、前記第１開口部内に、第１の振動偏向信号に応答して、第１の振動偏向場を発生する第１スキャナ段と、前記第１スキャナ段の下流に配置され、イオンビームを通すための第２開口部を有し、前記第２開口部内に、第２の振動偏向信号に応答して、前記第１の振動偏向場と反対方向の第２の振動偏向場を発生する第２スキャナ段と、前記第１の振動偏向信号と前記第２の振動偏向信号を、前記第２スキャナ段から走査されたイオンビームが射出するとき共通の焦点を規定する複数のイオン軌道を発生するように同期させるスキャンコントローラと、を含む。
【０００８】
他の実施形態において、イオン注入装置は、イオン源と、スポットイオンビームを発生するビームライン構成要素と、前記スポットイオンビームを複数のイオン軌道に亘って走査して走査されたリボンビームを発生するように動作する２段スキャナシステムを含み、前記２段スキャナシステムは、第１スキャナ段で第１の振動偏向場を発生し、第２スキャナ段で前記第１の振動偏向場と反対方向の第２の振動偏向場を発生するように動作し、前記複数のイオン軌道が前記２段スキャナシステムの上流に位置する焦点に収束する複数のラインをそれぞれ規定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるイオン注入装置のブロック形態の上平面図を示す。
【図２】様々な実施形態による２段スキャナの等角俯瞰図を示す。
【図３Ａ】例示的な２段スキャナとイオンビーム形状との全体的な関係を示す。
【図３Ｂ】いくつかの実施形態による２段スキャナと実際のイオン軌道及び投影イオン軌道との幾何学的関係を概略的に示す。
【図３Ｃ】例示的な振動偏向信号を示す。
【図３Ｄ】例示的な振動偏向信号を示す。
【図４】様々な実施形態による磁気スキャナ段の詳細を示す。
【図５Ａ】リボンビームモードで動作するイオン注入装置の別の実施形態のブロック形態の上平面図を示す。
【図５Ｂ】スポットビームモードで動作するイオン注入装置の別の実施形態のブロック形態の上平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明をいくつかの実施形態を示す添付図面を参照して更に詳述する。しかしながら、本発明は、多くの異なった形態に具体化することが可能であり、本明細書に示す実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明を完全かつ完璧に、さらに当業者に対してシステムと方法の範囲を充分に伝えられるように提供されるに過ぎない。図面において、同様の要素は同様の番号によって参照する。
【００１１】
本明細書に記載する実施形態はイオンビームの走査を実行する新規な２段スキャナを提供する。この２段スキャナはイオンビームをコリメータが受け取る範囲のイオン軌道を有する扇形に走査すると同時に、２段スキャナの外部に位置する走査されたイオンビームの共通の焦点を確立するために使用し得る。具体的には、本明細書に記載されるように、この２段スキャナは、焦点を２段スキャナの上流の所望の位置、例えばビームラインイオン注入装置の質量分解スリットの平面に設定することができる新規な装置及び動作原理を提供する。本発明の実施形態は、特に、ビームラインイオン注入装置をリボンビームモードとスポットビームモードの両モードで動作する能力を容易にし、両動作モードの間で広範な再設定を必要としない。更に、本発明の実施形態は走査されたイオンビームの焦点の位置を必要に応じ調整する「制御ノブ」を提供する。
【００１２】
用語「焦点」は、複数の非平行イオン軌道が収束する点もしくは収束するように見える点を意味する。以下に詳述するように、コリメータに対して、２段スキャナにより発生される走査されたスポットビームの焦点は２段スキャナの上流に位置する走査されたスポットビームのソースとして現れる。しかしながら、以下に詳述するように、本発明の実施形態によれば、このようなソースは仮想のソースである。これは、走査されたイオンのイオン軌道はこの仮想ソースの下流に位置する２段スキャナを通過するまで扇形に広がらないためである。いくつかの実施形態では、２段スキャナは走査されたイオンの焦点が走査されたスポットビームを受け取るコリメータの物点に位置するように構成することができる。このようにすると、走査されたスポットビームはコリメータの物点に焦点を有するリボンビームのジオメトリに似たものとなる。従って、この２段スキャナを使用するイオン注入装置は、リボンビームモードで動作しようとスポットビームモード動作しようと、コリメータにより受け取られるビームとして同じもしくは同様のビームジオメトリを発生する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態によるイオン注入装置１００のブロック形態の上平面図を示す。イオン注入装置１００は、イオンの発生に使用されるイオン源１０２と、アナライザ磁石１０４と、２段スキャナ１０８と、コリメータ１１０と、基板段１１２を含む。イオン注入装置１００はイオンビーム１２０を発生し、イオンビーム１２０を基板１１４へ供給するように構成される。簡単にするために、イオンビーム１２０は単にイオンビームの中心線軌跡として示されている。様々な実施形態において、イオン源１０２は間接加熱陰極（ＩＨＣ）イオン源、ＲＦイオン源、マイクロ波イオン源又は他のイオン源とすることができる。アナライザ磁石１０４は従来のアナライザ磁石と同様にイオン源１０２から抽出されるイオンの軌道を変えることができる。真空室１０６は質量分解スリット（図１に示されていない）を含む。この質量分解スリットは従来の質量分解スリットと同様に望ましくない質量を除去するように機能し得る。様々な実施形態において、２段スキャナ１０８は磁気スキャナ又は静電スキャナとし得る。コリメータ１１０は、少なくともコリメートしたイオンビームを発生し基板へ導くように機能する磁気コリメータとし得る。イオン注入装置１００は他のビームライン構成要素、例えばアパーチャ、ディザリング構成要素、加速／減速レンズ等を含んでもよく、それらの動作は周知である。明瞭のため、これらの構成要素の更なる議論は省略する。
【００１４】
図１に更に示されているように、イオン注入装置１００はスキャンコントローラ１１６を含み、その機能はイオンビーム１２０の走査を制御することにある。スキャンコントローラ１１６及び同様のスキャンコントローラの動作の更なる詳細は図面を参照して以下に開示される。しかしながら、簡単に言えば、スキャンコントローラ１１６は２段スキャナ１０８内に偏向場を発生又は消去させる信号を２段スキャナ１０８の２つのスキャナ段に送ることができる。スキャンコントローラ１１６は更に、走査されたイオンビーム１２０の焦点を２段スキャナ１０８の外部に設定するように２段スキャナ１０８の２つのスキャナ段内の偏向場を調整する信号を送ることができる。スキャンコントローラ１１６は、一以上のハードウェア要素並びにソフトウェア要素、例えばスイッチ、回路、電源、コンピュータプログラム又はルーチン、ユーザインタフェース等を含んでよい。
【００１５】
以下の議論の便宜上、図１に示す本発明の実施形態の動作を説明するために異なる座標系が使用される。２段スキャナ１０８の位置では、Ｙ，Ｘsc及びＺscと表記された要素を有する第１の直交座標系が使用される。基板１１４の値では、Ｙ，Ｘs及びＺsと表記された第２の直交座標系が使用される。各座標系において、Ｙ軸は同じ絶対方向に平行である。異なる座標系に対するＺ軸はいずれの場合も特定の点におけるイオンビーム伝搬の中心線軌道の方向に沿っている。従って、Ｚscの絶対方向はＺsの絶対方向と相違する。同様に、ＸscはＸsと相違する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、イオン注入装置１００はリボンビームモードとスポットビームモードの両モードで動作し得る。様々な実施形態では、リボンビームは、Ｙ軸に平行な方向に沿うイオンビームの高さとＸsc軸に平行な方向に沿うイオンビームの幅の比で決まる比較的小さなアスペクト比を有するものとし得る。リボンビームの一例ではこの比は１／３以下にすることができ、いくつかの例では１／１０以下にすることができる。例えば、Ｚs軸に沿ったイオン軌道を有する、基板１１４に供給されるリボンビームは、基板１１４において、３００〜４００ｍｍのＸs軸に沿った幅及び２０ｍｍのＹ軸に沿った高さを有し、０．１以下のアスペクト比を有する。実施形態はこの文脈で限定されない。様々な実施形態では、スポットビームは比較的大きなアスペクト比、例えば１／２より大きい、場合によっては１より大きいアスペクト比を有するものとし得る。例えば、基板１１４に供給されるスポットビームは２０ｍｍのＸs軸に沿った幅及び３０ｍｍのＹ軸に沿った高さを有するものとし得る。実施形態はこの文脈で限定されない。上記のスポットビーム寸法はスポットビームの瞬間的寸法に適用され、走査されたスポットビームの全処理面積はリボンビームの全処理面積と同一もしくは同等にしてもよい点に注意されたい。
【００１７】
イオン注入装置１００はリボンビームモード又はスポットビームモードの何れかで動作し得るため、イオン注入装置１００は、一組の基板又は複数の異なる組の基板に対する一連の注入処理が異なる注入モードを必要とする際の基板処理に好都合であり、高いプロセス柔軟性をもたらす。これにより、リボンビームイオン注入又はスポットビームイオン注入により処理すべき基板をリボンビームイオン注入又はスポットビームイオン注入専用のそれぞれのイオン注入装置に向ける必要がなくなる。
【００１８】
リボンビームモードがイオン注入装置１００に設定されると、リボンビームがイオン源１０２で発生され、真空室１０６内に設けられたＭＲＳ（図示せず）に集束される。リボンビームモードでは、２段スキャナ１０８が不活性のままにされるか、スキャンコントローラ１１６が２段スキャナ１０８へ送信する如何なる走査信号も不活性化することができる。こうして、２段スキャナは非摂動リボンビームを送出する。リボンビームはその後コリメータ１１０内へ伝搬するにつれて扇形に広がる。コリメータ１１０はこのようなリボンビームをコリメートするように調整することができる。従って、コリメータ１１０はＭＲＳに焦点を有するビームをコリメートするように設定することができる。
【００１９】
本実施形態では、イオン注入装置１００はスポットビームモードで動作させることもでき、このモードでは、２段スキャナ１０８を活性化して、真空室から出てくるスポットビームがコリメータに入射する前にイオン軌道がある角度範囲に亘って扇形に広がるように走査されるようにする必要がある。本実施形態によれば、以下で詳述するように、２段スキャナ１０８は、スポットビームの仮想のソースを真空室１０６内のＭＲＳに生成するようにビームスポットを走査するように設定することができる。このように設定すると、スポットビームはイオン注入装置がリボンビームモードで動作するとき発生されるリボンビームと同じ位置から発生するように見えるため、コリメータ１１０の再設定の必要なしにイオン注入装置１００をスポットビームモードで動作させることが可能になる。以下で詳述するように、これは２段スキャナが第１のスキャナ段で第１の振動偏向信号を発生し、第２のスキャナ段で第２の振動偏向信号を発生するようにすることによって達成される。これらの振動偏向信号は、スポットビームが２段スキャナ１０８で走査されるとき、適切な位置、例えば質量分解スリットの位置に仮想のソースを生成するようにイオンの軌道を偏向する第１及び第２の振動変更場を両信号が協力して発生するように同期される。
【００２０】
図２は様々な実施形態による２段スキャナ２００の等角俯瞰図を示す。図２に示す例では、２段スキャナ２００は第１スキャナ段２０２と、第１スキャナ段２０２の下流に配置された第２スキャナ段２０４を含む。第２スキャナ段２０４は第１スキャナ段２０２の下流にあるため、イオンビーム２０６は基板（図示せず）に向って伝搬する際に第２スキャナ段２０４に入射する前に第１スキャナ段２０２に入射する。明瞭にするため、２段スキャナ２００の各スキャナ段のいくつかの構成要素は図２の例では省略されている。例示的なスキャナ段の詳細は以下で検討される図４で与えられる。
【００２１】
２段スキャナ２００は矢印で示すように右方向に進むイオンビーム２０６を受け入れるよう構成される。図２に示す例では、２段スキャナ２００は磁気スキャナで、イオンビーム２０６にＸsc軸に沿う力を与えてイオンビーム２０６内のイオンの軌道を変化させる一組の偏向場を発生する。このイオン軌道は２段スキャナ２００に入射する前はＺsc軸に沿って位置する。具体的には、以下で検討するように、第１スキャナ段２０２はイオンビーム２０６が通過する領域２０８内に第１の振動偏向場を発生するように構成される。第２スキャナ段２０４はイオンビーム２０６を送出するように構成された領域２１０内に第２の振動偏向場を発生するように構成される。これらの振動偏向場の各々は、それぞれの振動偏向場の強度及び方向が時間とともに変化するように時間に依存する結果、一連の偏向されたイオンビーム２０６が２段スキャナ２００から図２に示す軌道の範囲に亘って出射する。
【００２２】
以下で更に詳細に説明するように、２段スキャナの第１スキャナ段と第２スキャナ段は図２に全体的に示すように２段スキャナから出射する一連のイオンビーム軌道を発生するように協調作用し、これらのイオンビーム軌道は２段スキャナの上流に位置する仮想ソース２１４で示す共通の焦点から発するように見える。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂは２段スキャナシステム３００の動作を示し、様々な実施形態の動作原理を示す。特に、図３Ａ及び図３Ｂは、２段スキャナの２つのスキャナ段が協調作用して２段スキャナの外部に位置する仮想ソース３０５を発生する様子の一例を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示す図は図示の直交座標系のＸsc−Ｚsc平面に平行である。図に示すようにイオン注入装置の一部分が２段スキャナシステム３００の第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６に関連して示されている。図３Ａに示す図はスポットビームの走査と関連するジオメトリの一般的特徴を示し、図３Ｂは２段スキャナシステム３００により生成されるイオン軌道のジオメトリの追加の特徴を示す。説明を明瞭にするために、図３Ｂでは第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６の向きはそれらの実際の位置に対してＸsc軸に沿う軸を中心に部分的に回転されている。更に、図３Ａ及び３Ｂに示すスキャナ段は略図であり、スキャナ段の構成要素の詳細は省略されており、それらの詳細は図４に示す例示的なスキャナ段に関して以下で与えられる。
【００２４】
図３Ａに戻り説明すると、イオンビームエンベロープ３０２が実線で示され、これはスポットビームが質量分解スリット３１２から第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６を通ってコリメータ３１６へ伝搬する際にスポットイオンビームで占められる空間を示す。イオンビームエンベロープ３０２は、スポットビームが２段スキャナシステム３００で走査される時間に亘るイオンの軌道及び位置を示す。いくつかの実施形態では、スポットビームは数十Ｈｚから数千Ｈｚのレートで往復走査され得る。第１スキャナ段３０４に入射する前、イオンビームエンベロープ３０２は細いスポットを規定し、イオンはＺsc軸に平行の軌道を有する。その軌道はその後図に示すように扇形に広がるため、イオンビームエンベロープ３０２はコリメータ３１６でインターセプトされるとき幅広になる。
【００２５】
特に、イオンビームエンベロープ３０２は第１スキャナ段３０４に到達するまで広がらないが、第２スキャナ段３０６から扇形に広がってコリメータ３１６によりインターセプトされるイオンビーム軌道は点線で示す仮想エンベロープ３０７で規定されるように仮想ソース３０５から発生するように見える。
【００２６】
図３Ｂに戻り説明すると、２段スキャナシステム３００の動作の詳細が示されている。図３Ｂにおいて、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６は磁気スキャナとすることができ、各スキャナ段は２段スキャナシステム３００を通過するイオンビームに偏向力を与える磁場を発生する。本実施形態では、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６の各々は、ループ内を流れて磁場を発生する振動電流等の時間変化信号に応答して振動磁場を発生するように構成される。図を明瞭にするために、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６は単に電流供給ループで示されている。具体的には、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６は強度及び方向が時間とともに変化する電流を発生するように構成される。このような電流の例は、正弦波状に変化する電流、三角波状又は鋸歯波状の経時変化（波形）を有する振動電流、又は複合波形の振動電流を含む。
【００２７】
図３Ａ及び３Ｂの実施形態では、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６の電流ループの形状及び方向は振動電流により発生されるそれぞれの磁場がＸsc軸に沿って作用する振動偏向力を生成するように構成される。従って、イオンビームが２段スキャナシステム３００を横断するとき、イオンビームは第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６からＸsc軸に沿った振動偏向力を受ける。任意の瞬時に、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６により発生される偏向力の大きさ及び方向に応じて、イオンビームはその初期軌道から大きく又は小さく偏向される。１つの振動サイクル又は複数の振動サイクルに亘って、２段スキャナシステム３００は図に示すようなイオンビームエンベロープ３０２を発生することができる。
【００２８】
本実施形態の２段スキャナにより与えられる一つの顕著な特徴は、第１及び第２スキャナ段により発生される振動偏向場の同期化又はアライメントにある。図３Ｂにおいて、スキャンコントローラ３４０は、第１スキャナ段３０４に供給される所定の振動サイクルの振動電流を表す電流信号３０８を第２スキャナ段３０６に供給される所定の振動周期の振動電流を表す電流信号３１０とアライメントさせるために設けられている。このアライメントは、電流信号３０８の波形が電流信号３１０の波形に対して１８０度の位相差を示すことである。このようにすると、それぞれの電流信号３０８，３１０が両方ともゼロであるときを除いて、任意の瞬時において２段スキャナシステム３００を横断するイオンビームは反対方向に作用する偏向力を受けることになる。
【００２９】
図３Ｂにおいて、単一のイオンビーム３１４の軌道が実線で示され、これは特定の瞬時におけるスポットビームの軌道を表す。図に示すように、イオンビーム３１４は、イオンビーム３１４が質量分解スリット３１２を通って第１スキャナ段３０４に到達するまでの間、Ｚsc軸に平行の軌道を有する。この時点で、イオンビーム３１４は図示の例では左へ偏向され、その後第２スキャナ段３０６を通過するにつれて右へ偏向される。イオンビーム３１４が第２スキャナ段３０６から出射するとき、全イオンビームパスは「ドッグレッグ」形状をなす。この全軌道は、図３ＢにおいてＸsc軸に沿って上向きに作用する第１スキャナ段３０４からの第１偏向力と、Ｘsc軸に沿って下向きに作用する第２スキャナ段３０６からの第２偏向力の瞬間的な発生の結果である。これらの力は、図３Ｂに示す例では、時計方向に流れる電流３０８と反時計方向に流れる電流３１０とによって発生される。これらの偏向力の相対的な大きさは、コリメータ３１６に入射する際のイオンビーム３１４の最終イオンビーム軌道が、見かけの軌道３１４Ａで示すように、質量分解スリット３１２のアパーチャ３３６に位置する仮想ソース３０５へ直線的に逆投影されるように構成される。最終イオンビーム軌道は２段スキャナを出た後のイオンビームの軌道を表し、最終軌道はそれ以後何の偏向力も受けず、直線になる。
【００３０】
他の瞬時において、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６により発生される偏向力の大きさ及び方向は他の最終イオンビーム軌道を発生するように互いに協調して変化する。図３Ｂにおいて、一連の追加の実線はスキャンサイクルにおける他の瞬時に発生されるイオンビームの最終イオンビーム軌道３１８，３２０，３２２，３２４，３２６，３２８及び３３０を表し、これらの最終イオンビームが集団でイオンビームエンベロープ３０２を形成する。これらの最終イオンビームの各々は、質量分解スリット３１２のアパーチャ３３６に逆方向（上流）に投影されて集団で仮想ソース３０５を形成するそれぞれの直線を規定する。つまり、各最終イオンビーム軌道を通る直線は質量分解スリット３１２の平面３３４に位置するアパーチャ３３６と交差する。従って、コリメータ３１６から見ると、最終イオンビーム軌道３１８，３２０，３２２，３２４，３２６，３２８及び３３０に沿って進むイオンは仮想ソース３０５から発散するように見える。明瞭のために、最終イオンビーム軌道３１８−３３０に対応するイオンビームの実際の軌道は図示されていないが、各軌道は２段スキャナシステム３００を横断中にイオンビーム３１４と同様のドッグレッグ形状になる。
【００３１】
図３Ｃ及び図３Ｄは振動偏向場を発生させるためにそれぞれの第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６に供給する例示的な振動偏向信号３５０，３５２を示す。図に示すように、振動偏向信号３５０，３５２は共通の振動周期３５４を共有する。しかしながら、振動偏向信号３５０，３５２は１８０度の位相差を有するため、振動偏向信号３５０が正であるとき、振動偏向信号３５２は負であり、その逆も同じである。更に、一方の振動偏向信号３５０，３５２の正ピークは他方の振動偏向信号３５２，３５０の負ピークに対応する。
【００３２】
第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６を流れる振動電流信号の振動周期は等しくすることができ、且つそれらの相対位相は１８０度にすることができるが、振動電流信号の振幅は等しくする必要はないことに注意されたい。従って、任意の瞬時に第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６を流れる電流の大きさは等しくする必要はない。むしろ、それぞれの振動電流信号の相対振幅は、最終イオンビーム軌道が、第１スキャナ段３０４及び第２スキャナ段３０６の相対電流振幅に関係なく、すべてのイオンビーム軌道に対して質量分解スリット３１２の平面へ逆投影されるように設定することができる。
【００３３】
図４は、様々な実施形態によるスキャナ段４００の更なる詳細を示す。スキャナ段４００は２段スキャナ内の第１又は第２スキャナ段の何れかとして使用し得る。スキャナ段４００は磁気スキャナであり、スキャナ本体４０２は薄いケイ素鋼シート４０８、例えば０．５ｍｍの厚さのシートからなる。一組の高電流巻線４０６が、イオンビーム４０４を偏向する偏向磁場として使用される振動磁場を発生させる走査コイルとして設けられる。具体的には、高電流巻線４０６は、図３Ａ，３Ｂにつき上述したように極性が振動する電流を発生しうる電流源に結合される。これは開口部４１０で規定される空隙内に振動磁場を発生するよう働き、イオンビーム４０４を送出する。開口部４１０内に適切な偏向力を与えるために、高電流巻線４０６を流れる電流は駆動回路を用いて制御することができ、この駆動回路は磁気スキャナを駆動するために使用されている従来の駆動回路の要素を組み込んでもよい。
【００３４】
その上、図４に更に示すように、スキャナ本体４０２の一部分の周囲に巻かれた一組のゼロ磁場効果回避巻線が設けられる。これらの巻線は、主振動磁場成分に重畳され、イオンビーム４０４のビームサイズの変動をほぼ除去するように作用する二次磁場を生成する二次コイルとして作用する。
【００３５】
加えて、スキャンコントローラ３４０のようなスキャンコントローラは、スキャナ段４００の高電流巻線４０６を流れる振動電流を同様のスキャナ段の同様の振動電流と、図３Ａ，３Ｂにつき述べたようなイオンビーム４０４の所望の最終イオン軌道を生成するような位相差が両スキャナ段の間に存在するように同期化させることができる。
【００３６】
図５Ａ及び図５Ｂは更なる実施形態によるイオン注入装置５００の動作を示す。本例では、イオン注入装置５００はイオン注入装置１００と同様の構成要素を含み得る。イオン注入装置５００はイオン源５０２、アナライザ磁石５０６、質量分解スリット５１０を含む真空室５０８、スキャンコントローラ３４０を含むスキャナシステム３００、及び基板段１１２を含む。イオン注入装置５００は質量分解スリット５１０にスポットイオンビーム又はリボンイオンビームを生成するように動作する。これは単一イオン注入装置内で両モードのイオンビームが生成される利点をもたらす。リボンビーム動作とスポットビーム動作の間の切り替えはイオン源を取り替えることによって又は質量分解スリット５１０へ入射する前にビームの形状を変化させる他の構成要素を用いることによって達成することができる。しかしながら、リボンビームモードとスポットビームモードの間の切り替えの複雑さ及び時間を低減するためには、前述したようにコリメータ１１０の再設定を回避することが望ましい。これは２段スキャナシステム３００によって達成される。
【００３７】
図５Ａにおいて、イオン源５０２がリボンビーム５０４を発生するリボンビームモードにおけるイオン注入装置の動作のシナリオが示されている。リボンビーム５０４はイオン注入装置５００中を伝搬し、質量分解スリット５１０に集束され、コリメータ１１０へ導かれる。このシナリオでは、２段スキャナシステム３００は不活性で、リボンビーム５０４を単に伝達するだけである。図５Ｂにおいて、イオン注入装置はスポットビーム５２０を発生し、このスポットビームは質量分解スリット５１０に導かれる。イオン源５０２はスポットビーム５２０を発生するものとして示されているが、場合によってはスポットビームを発生するために異なるイオン源を使用してもよい。いずれにせよ、図５Ｂに示す例では、コリメータ１１０は図５Ａのシナリオ同様に構成されているため、そのコリメーティング構成要素は質量分解スリット５１０に位置するイオン源から発する発散イオン群をコリメートするように設定されている。前述したように、スポットビームが質量分解スリットに導かれるとき、スポットビームは下流に配置されたスキャナに入射するまで扇形に走査されない。従って、スポットビーム５２０は点５１２における２段スキャンシステム３００に入射するまで平行イオン軌道の細いビームのままである。スポットビーム５２０は図３Ａ及び図３Ｂにつき述べたように走査される。第２スキャナ段３０６から出る一組のイオンビーム５１４は時間とともに扇形に発生され、コリメータ１１０に入射する。イオンビーム５１４のイオン軌道は、質量分解スリット５１０に位置する仮想ソース（別個に示されていない）を規定する焦点へ仮想エンベロープ５１６として直線的に逆投影されるものである。従って、コリメータ１１０は質量分解スリット５１０から発する発散イオンビームをコリメートするように構成されているため、コリメータ１１０はイオンビーム５１４を正しくコリメートし、コリメータ１１０を調整することなく基板１１４にコリメートされたイオンビームを供給することができる。
【００３８】
特定の実施形態では、スポットビームモードで動作するとき、２段スキャナシステム３００は、ビーム５１４が質量分解スリット５１０に位置する仮想ソースから発するように見えるのに加えて、コリメータ１１０にリボンビーム５０４の場合と同じ幅Ｗ２で入射するように構成されている。このように、走査されたスポットビームはコリメータ１１０にはリボンビームのジオメトリと同じジオメトリを規定するように見えるため、コリメートされたイオンビーム５０９と同じ幅Ｗのコリメートされたイオンビーム５１８を発生する能力が容易に得られる。
【００３９】
上述した実施形態は磁気スキャナの詳細を提示しているが、本実施形態は２段静電スキャナも含む。これらの後者実施形態では、第１静電スキャナ段及び第２静電スキャナ段の各々は対向電極を含み、その対向電極に電圧を印加するとそれらの間に静電界が規定される。第１及び第２静電スキャナ段は、実際の静電スキャナ段の上流に、例えば質量分解スリットの位置に、仮想のソースを規定するような最終イオン軌道を走査されたイオンビームに発生させるために、１８０度位相がずれた振動電圧信号で駆動することができる。
【００４０】
更に、いくつかの実施形態では、２段スキャナは、２段スキャナの上流の所望の位置に位置する仮想ソースを有する走査されたイオンビームを生成すべく、適切な偏向信号を発生するように構成してもよい。これはスキャナ段に供給する信号の振幅、スキャナ段の構成要素間の空隙、スキャナ段の分離の適切な選択によって達成することができる。様々な実施形態では、スキャナ段の所定の構成に対して、仮想ソースの位置を調整するためにスキャンコントローラのような電子回路を用いてスキャナ段に供給される相対信号強度を設定してもよい。
【００４１】
本開示は本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態および変更例は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更例は、本開示の範囲内に含まれることを意図している。さらに、本開示は、特定の目的のための、特定の環境における、特定の実施形態の文脈で本明細書に記載されているが、その有用性は特定の実施形態に限定されるものでなく、本開示は多くの目的のために多くの環境で有益に実装し得ることは当業者に認識されよう。従って、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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