(57)【要約】  走査磁石は、イオン注入システムの質量分解磁石の下流に配置され、イオンビームの走査またはディザリングのために質量分解磁石の下流のイオンビームの経路を制御するように構成される。走査磁石は、その中に画定されるチャネルを有するヨークを有する。当該ヨークは鉄製であり、イオンビームのそれぞれの入口および出口を規定する第１面および第２面を有する。前記ヨークは、前記第１面から前記第２面まで積層された複数のラミネーションを有し、第１面および第２面に関連する複数のラミネーションの少なくとも一部は、その中に画定される複数のスロットを有する１つ以上のスロット付きラミネーションを備える。
2021534539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを磁気によって走査するための走査磁石であって、
前記走査磁石は、ヨークと、スキャナコイルとを備え、
前記ヨークは、前記ヨーク内に画定されるチャネルを有しており、前記ヨークは、前記チャネルを通過する前記イオンビームの入口を規定する第１面および出口を規定する第２面を有しており、前記ヨークは、前記第１面から前記第２面まで積み重ねられる複数のラミネーションを含み、前記ヨークにおいて、前記第１面および前記第２面と関連する前記複数のラミネーションの少なくとも一部は、１つ以上のスロット付きラミネーションを含み、前記１つ以上のスロット付きラミネーションは、前記チャネルに向かって延びる複数の歯を有しており、複数のスロットは前記複数の歯の間で画定されており、
前記スキャナコイルは、前記ヨークの周りに巻き付けられた第１ワイヤを含む、走査磁石。
【請求項２】
前記複数の歯は、前記複数のスロットに関連するスロット間隔およびスロット深度を概ね規定し、前記スロット間隔および前記スロット深度は、前記複数の歯を介した前記ヨークからの磁束を、前記イオンビームが通過する領域に向かって導くように構成される、請求項１に記載の走査磁石。
【請求項３】
前記複数のラミネーションは、当該ラミネーション間に配置される絶縁層によって互いに電気的に絶縁され、前記スロット間隔は、前記絶縁層の厚さよりも大きいかまたは前記絶縁層の厚さとほぼ等しい、請求項２に記載の走査磁石。
【請求項４】
前記スロット間隔は、前記複数のラミネーションのうちの１つの厚さにほぼ等しい、請求項２に記載の走査磁石。
【請求項５】
前記ヨークは、第１半体および第２半体を含み、前記第１半体および第２半体は、互いに略鏡像である、請求項１に記載の走査磁石。
【請求項６】
前記複数のスロットを含む前記複数のラミネーションの少なくとも一部は、前記ヨークの１つ以上の磁極エッジに関連する、請求項１に記載の走査磁石。
【請求項７】
前記磁極エッジに関連する前記複数のラミネーションの所定の部分はスロット付きラミネーションを含み、前記複数のラミネーションの残りの部分は前記複数のスロットに関連する平面領域を有する略平面ラミネーションを含み、前記略平面ラミネーションにおいて、前記平面領域はスロットを含まない、請求項６に記載の走査磁石。
【請求項８】
前記複数のスロットは、前記ヨークからの磁束を磁極ギャップに導くように構成されたスロット長を有しており、これにより、前記スロット長は、前記ヨークの加熱を緩和するように構成される、請求項１に記載の走査磁石。
【請求項９】
前記複数のラミネーションは、櫛形構造を概ね規定する、請求項１に記載の走査磁石。
【請求項１０】
１つ以上のライナをさらに含み、前記１つ以上のライナは、前記チャネル内に配置され、前記ヨークおよび前記スキャナコイルを前記イオンビームから概ね隔離する、請求項１に記載の走査磁石。
【請求項１１】
前記１つ以上のライナは、当該ライナ内に規定される１つ以上のライナスロットをさらに含み、前記１つ以上のライナスロットは、前記１つ以上のライナ内の渦電流を概ね低減するようにさらに構成される、請求項１０に記載の走査磁石。
【請求項１２】
イオンビームを形成するように構成されるイオン源と、
質量分析器と、
前記イオンビームを磁気によって走査するように構成される走査磁石とを備え、
前記走査磁石は、ヨークと、スキャナコイルとを備え、
前記ヨークは、前記ヨーク内に規定されるチャネルを有しており、前記ヨークは、前記チャネルを通過する前記イオンビームの入口を規定する第１面および出口を規定する第２面を有しており、前記ヨークは、前記第１面から前記第２面まで積み重ねられる複数のラミネーションを含み、前記ヨークにおいて、前記第１面および前記第２面と関連する前記複数のラミネーションの少なくとも一部は、１つ以上のスロット付きラミネーションを含み、前記１つ以上のスロット付きラミネーションは、前記チャネルに向かって延びる複数の歯を有しており、複数のスロットは前記複数の歯の間で規定されており、
前記スキャナコイルは、前記ヨークの周りに巻き付けられた第１ワイヤを含む、イオン注入システム。
【請求項１３】
前記複数の歯は、前記複数のスロットに関連するスロット間隔およびスロット深度を概ね規定し、前記スロット間隔および前記スロット深度は、前記複数の歯を介した前記ヨークからの磁束を、前記イオンビームが通過する領域に向かって導くように構成される、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
前記複数のラミネーションは、当該ラミネーション間に配置される絶縁層によって互いに電気的に絶縁され、前記スロット間隔は、前記絶縁層の厚さよりも大きいかまたは前記絶縁層の厚さとほぼ等しい、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記スロット間隔は、前記複数のラミネーションのうちの１つの厚さにほぼ等しい、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
前記複数のスロットを含む前記複数のラミネーションの少なくとも一部は、前記ヨークの１つ以上の磁極エッジに関連する、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
前記磁極エッジに関連する前記複数のラミネーションの所定の部分はスロット付きラミネーションを含み、前記複数のラミネーションの残りの部分は前記複数のスロットに関連する平面領域を有する略平面ラミネーションを含み、前記略平面ラミネーションにおいて、前記平面領域はスロットを含まない、請求項１６に記載のイオン注入システム。
【請求項１８】
前記複数のスロットは、前記ヨークからの磁束を磁極ギャップに導くように構成されたスロット長を有しており、これにより、前記スロット長は、前記ヨークの加熱を緩和するように構成される、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１９】
前記走査磁石と関連する１つ以上のライナをさらに含み、前記１つ以上のライナは、前記チャネル内に配置され、前記ヨークおよび前記スキャナコイルを前記イオンビームから概ね隔離する、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項２０】
前記１つ以上のライナは、当該ライナ内に規定される１つ以上のライナスロットをさらに含み、前記１つ以上のライナスロットは、前記１つ以上のライナ内の渦電流を概ね低減するようにさらに構成される、請求項１９に記載のイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本出願は２０１８年８月２１日に出願された「効率を向上させた走査磁石設計（SCANNING MAGNET DESIGN WITH ENHANCED EFFICIENCY）」というタイトルの米国特許出願第１６／１０６，７４５号の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本開示は、概してイオン注入システムに関する。より具体的には、イオンビームの走査の効率を向上させるように構成された走査磁石構成要素を有する走査装置に関する。
【０００３】
〔背景〕
半導体デバイスの製造および他のイオン注入処理において、イオン注入システムは、半導体ウェハ、ディスプレイパネル、または他の種類のワークピースにイオンを付与するために使用される。半導体の場合、典型的なイオン注入システムまたはイオン注入装置は、ｎ型ドープ領域もしくはｐ型ドープ領域を生成するために、またはワークピース内にパッシベーション層を形成するなどの他のバルク特性を修正するために、公知のレシピまたはプロセスを利用して、ワークピースにイオンビームを衝突させる。
【０００４】
典型的には、ドーパント原子またはドーパント分子がイオン化され、分離され、時には加速または減速され、ビームに形成され、そしてワークピースに注入される。このドーパントイオンは、物理的に衝突してワークピースの表面に入り、続いてその結晶格子構造でワークピース表面の下に静止する。典型的なイオン注入装置は、（ｉ）イオンビームを生成するためのイオン源と、（ｉｉ）ビーム内にイオンを向かわせるためおよび／またはビーム内においてイオンをフィルタリングする（例えば、質量分解）ための質量分析装置を有するビームラインアセンブリと、（ｉｉｉ）処理される１つ以上のウェハまたはワークピースを含むターゲットチャンバとを備える。
【０００５】
様々なタイプのイオン注入装置は、ワークピース内で達成されるべき所望の特性に基づいて、注入されるべきイオンのドーズ量およびエネルギーをそれぞれ変化させることができる。例えば、高電流イオン注入装置は、典型的には高ドーズ量の注入に使用され、中電流から低電流のイオン注入装置は、低ドーズ量の用途に使用される。さらに、イオンのエネルギーを変化させることもできる。当該エネルギーは、一般に、例えば半導体デバイスにおける接合深度（junction depth）を制御するために、ワークピース内にイオンが注入される深さを概ね決定する。典型的には、高エネルギーから中エネルギーの注入装置では、イオンビームがワークピースに衝突するまでのイオンビームの経路（注入装置のビームラインとも呼ばれる）は十分に長い。しかしながら、低エネルギーの注入装置では、イオンビームに関連する低エネルギーに少なくとも部分的に起因して、通常、ビームラインははるかに短い。このため、ビームラインが長くなると、低エネルギーのイオンビームは、伝送（トランスミッション）を失う傾向にある。
【０００６】
イオンビームは、いわゆる「２−Ｄ機械的走査」システムにおいて静止していてもよい。この場合、ワークピースは、注入時に静止ビームを通過して２次元で機械的に走査される。ワークピースのこのような走査は、多くの場合、静止イオンビームを通してワークピースを一様に移動させるための、複雑な機構を有する。２−Ｄ機械的走査システムの１つの代替案は、静止ワークピースに対してイオンビームを走査またはディザリング（dither）することである。この場合、いわゆる「２−Ｄ走査システム」において、電気偏向プレートまたは電磁石が、制御された方法でイオンビームの経路を変更する。しかしながら、このような走査装置は、多くの場合、ビームラインに沿った位置の多くの部分の妨げとなる。さらに、２−Ｄ走査システムの場合には、ビームを最適に走査するためにイオンビームを収束させる必要がさらに生じることが多い。しかしながら、このような集束光学系の実装は、集束光学系に関するイオンビームの移動に起因して従来制限されており、イオンビーム集束の実装は困難となっている。
【０００７】
一方、いわゆる「ハイブリッド走査」イオン注入システムは、時には走査リボン、または単にリボンビームと呼ばれる走査イオンビームを介してワークピースを移動（translate）させる。イオンビームの走査は、通常、走査要素を用いてスポットイオンビーム又はペンシルイオンビームを偏向させることによって行われる。走査要素は、イオンビームを電気的な力または磁力にさらす、電気的要素または磁気的要素であり得る。電気的な力または磁力によって、イオンの運動方向が変化し、スポットビームが、後続のビームライン光学系と平行化され得る走査されたリボンビーム内に効果的に広げられる。
【０００８】
電気的な走査板とは対照的に、イオンビームの磁気走査は高電流のイオン注入装置では有利である。走査磁石における磁界は、高電流イオンビーム中に存在する自己中和ビームプラズマのイオンビームを剥がさないからである。高電流注入装置は大きなアクセプタンスを有するため、スキャナが非常に大きい。更に、スキャナの電力要求はスキャナサイズと共に増加するので、磁気走査磁石に対する電力要求は高くなり得る。
【０００９】
〔概要〕
本開示は、イオン注入システムのための磁気スキャナを提供することによって、従来技術の様々な制限を克服する。これにより、磁気スキャナのサイズおよび効率が有利に改善される。したがって、本開示は、より効率的な走査磁石を提供することによって、電力要件および動作コストを有利に低減する。したがって、以下では、本開示のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された概要を提示する。本概要は、本発明の広範な概要ではない。この要約は、本発明の主要な点または重要な要素を特定することを意図しているわけでもないし、本発明の範囲を規定することを意図しているわけでもない。本概要の目的は、後述するより詳細な説明の序文として、本開示のいくつかの概念を簡略化された形式で提示することにある。
【００１０】
本開示は、概してイオン注入システムに関し、より詳細には、真空中でイオンビームを走査するための改良された走査磁石に関する。本開示によれば、イオンビームを生成するように構成されるイオン源を備えるイオン注入システムが提供される。当該イオン源は、例えば、スポットイオンビームまたは静的リボンビームを生成するように構成されてもよい。前記イオン注入システムは、イオンビームを質量分解するように構成される質量分析器または質量分解磁石をさらに備える。質量分解開口部（mass resolving aperture）は質量分析器の下流にさらに配置される。そして当該質量分解開口部は、イオンビーム由来の望ましくない種類をフィルタリングするように構成される。
【００１１】
本開示の１つの例示的な態様によれば、走査磁石は、質量分解磁石または質量分析磁石の下流に配置されるが、いくつかの代替の構成では、走査磁石を、質量分析磁石の前に配置することもできる。この実施例では、走査磁石は、イオンビームの走査またはディザリングのために、質量分解磁石の下流のペンシルまたは「スポット」イオンビームの経路を制御するように構成される。一実施例によれば、前記走査磁石は、その内部に画定（規定）されるチャネルを有するヨークを備える。前記ヨークは、例えば、鉄製であり、前記イオンビームの入口を規定する第１面（first side）および出口を規定する第２面（second side）を有している。前記ヨークは、前記第１面から前記第２面まで積み重ねられる（stacked）複数のラミネーション（積層体：lamination）を含む。この場合、前記第１面および前記第２面と関連する（associated with）前記複数のラミネーションの少なくとも一部は、１つ以上のスロット付きラミネーション（slotted lamination）を含む。当該スロット付きラミネーションは、当該ラミネーションに画定される複数のスロットを有する。さらに、少なくとも前記ヨークの周りに巻き付けられた第１ワイヤを含むスキャナコイルが提供される。
【００１２】
一実施例によれば、前記ヨークは、第１半体（first half）および第２半体を含み、前記第１半体および第２半体は、互いに略鏡像である。別の実施例では、複数のラミネーションの少なくとも一部は、前記ヨークの１つ以上の磁極エッジ（pole edge）に関連している。例えば、１つ以上の磁極エッジに関連する前記複数のラミネーションの所定の部分は、前記１つ以上のスロット付きラミネーションを含む。この場合、前記複数のラミネーションの残りの部分は複数のスロットに関連する平面領域を有する略平面ラミネーションを含み、平面領域はスロットを含まない。別の実施例では、前記１つ以上の磁極エッジに関連する１つ以上のスロット付きラミネーションは、前記複数のラミネーションの一部の長さを、前記走査磁石の動作に関連する磁束に対して横方向に概ね減少させる。
【００１３】
別の実施例において、前記複数のスロットは前記ヨークからの磁束を磁極ギャップ（pole gap）に導くように構成されたスロット長を有する一方、前記複数のラミネーション内の渦電流を最小化し、これにより前記ヨークの過剰な加熱を引き起こさない。前記複数のラミネーションは、例えば、櫛形構造のようにスロットが付けられている。さらに別の例では、前記ヨークから出る磁束は、磁界クランプ内に導かれる。これにより、磁界クランプは、磁界クランプラミネーションをさらに含み、磁界クランプラミネーションの一部はスロット付きであってもよい。
【００１４】
さらに別の例では、１つ以上のライナ（例えば、１つ以上のグラファイトライナ部材）は、一般に、前記磁極ギャップの内部領域を裏打ちする。これにより、前記１つ以上のライナは、一般に、前記走査磁石を、イオンビームの直接的な衝突から保護する。当該１つ以上のライナは、例えば、その中に画定された１つ以上のライナスロットを備える。これにより、当該１つ以上のライナスロットは、前記１つ以上のライナ内の渦電流を概ね低減するように構成され、損失および反磁性効果を最小限に抑える。
【００１５】
前述の目的および関連する目的を達成するために、本開示は、以下で十分に説明され、特に特許請求の範囲で指摘される特徴を備える。以下の説明および添付の図面は、本開示の特定の例示的な実施形態を詳細に記載する。しかしながら、これらの実施形態は、本開示の原理が採用され得る様々な方法のうちのいくつかを示す。本開示の他の物体、利点、および新規な特徴は、以下の本開示の詳細な説明を図面と併せて考慮することによって明らかになるのであろう。
【００１６】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本開示の様々な態様による例示的なイオン注入システムを示す。
【００１７】
図２Ａは、本開示の１つ以上の態様による例示的な走査磁石を示す。
【００１８】
図２Ｂは、本開示のさらなる態様を示す、図２Ａの走査磁石の吹き上げ部分である。
【００１９】
図３は、本開示の種々の実施例による走査磁石の例示的なヨークの斜視図である。
【００２０】
図４は、本開示のさらなる例示的な態様による走査磁石ヨークのスロット付きラミネーションの半体の平面図である。
【００２１】
図５は、本開示の種々の実施例による走査磁石の別の例示的なヨークの斜視図である。
【００２２】
図６は、本開示の別の例示的な態様による走査磁石ヨークの平面ラミネーションの半体の平面図である。
【００２３】
図７Ａ〜図７Ｃは、ラミネーションの様々な構成の斜視図である。
【００２４】
図８は、本開示の一態様による例示的なラミネーションの斜視図である。
【００２５】
図９は、本開示の別の態様による例示的なライナの斜視図である。
【００２６】
〔詳細な説明〕
本開示は、概して、イオンビームのイオン注入および走査に関する。より詳細には、改善された走査磁石が、イオンビームの走査の効率を高めるために提供される。以下、図面を参照して本開示を説明する。図面において、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指すために使用される。これらの態様の説明は単に例示的なものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを理解されたい。以下の説明において、説明の目的で、本開示の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、本開示は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことは当業者には明らかであろう。
【００２７】
次に、本開示のより良い理解を得るために図面を参照すると、例示的なイオン注入システム１００が図１に概略的に示されている。図１において、この例示的なイオン注入システムは、本開示の１以上の態様を実施するのに適している。イオン注入システム１００は、一例として示されているが、本開示は高エネルギーシステム、高電流システム、または他の注入システムなど、様々な他の種類のイオン注入装置およびイオン注入システムを使用して実施することができる。そしてこのようなシステムのすべてが本開示の範囲内に入ると考えられることに留意されたい。
【００２８】
図１に示すイオン注入システム１００（イオン注入装置とも呼ばれる）は、端末機１０２と、ビームラインアセンブリ１０４と、エンドステーション１０６とを備える。イオン注入システム１００では、当該端末機は、高電圧電源１１０によって給電されるイオン源１０８を備える。したがって、イオン源１０８は、イオンビーム１１２を生成し、当該イオンビームをビームラインアセンブリ１０４に向けるように動作可能である。イオン源１０８は、例えば、抽出され、イオンビーム１１２に形成される、荷電イオンを生成する。このイオンビームは、ビームラインアセンブリ１０４内の名目ビーム経路１１４に沿って、エンドステーション１０６に向けられる。イオンビーム１１２は、以下「ペンシル」または「スポット」イオンビームとも呼ばれる比較的狭い形状（プロファイル）（例えば、名目ビーム経路１１４に沿って見たときにほぼ円形の断面）、あるいは、以下「リボン」イオンビームとも呼ばれる細長い形状（例えば、名目ビーム経路に沿って見たときにほぼ楕円形の断面）を有することができることに留意されたい。
【００２９】
イオンビーム１１２は同種の荷電粒子を含むので、同種の荷電粒子が互いに反発した場合には、当該イオンビームは「ブローアップ」するか、または半径方向外向きに拡張する傾向を有し得ることが理解される。イオンビーム１１２のブローアップは、低エネルギーで高電流のイオンビーム（例えば、当業者には高パーベアンスを有することが理解されるであろうイオンビーム）において激しくなり得ることがさらに理解されるのであろう。イオンビーム１１２では、多くの同種の荷電粒子が比較的ゆっくりと同じ方向に移動している。そのため、ほとんど粒子運動量を伴わない粒子の間に十分な反発力が存在し、これらの粒子が名目ビーム経路１１４の方向に移動するのを維持する。
【００３０】
本開示の別の態様によれば、ビームラインアセンブリ１０４は、質量分析器１１６（質量分解磁石とも呼ばれる）を備える。質量分析器１１６は、本実施例では概ね約９０°の角度に形成され、１以上の磁石（図示せず）を備える。当該１つ以上の磁石は、通常質量分析器内に双極子磁場を確立する。イオンビーム１１２が質量分析器１１６に入ると、前記双極子磁場に対応して、イオンビーム１１２は磁界を介して曲げられ、不適切な電荷−質量比のイオンが概ね拒絶される。より詳細には、電荷質量比が大きすぎるまたは小さすぎるイオンは、質量分析器１１６の側壁に偏向させられる。このようにして、質量分析器１１６は主に、イオンビーム１１２内の所望の電荷質量比を有するイオンのみを通過させる。この場合、イオンビームは、質量分解開口部１１８を通って質量分析器から出る。質量分解開口部１１８は、例えば、イオンビーム１１２からの望ましくない種類をフィルタリングするようにさらに構成される。
【００３１】
例えば、イオンビーム１１２は、質量分解開口部１１８を通過した後、概ね発散する。従って、質量分析器１１６の下流には、集束および／またはステアリング要素１２０がさらに設けられてもよい。質量分析器１１６の下流では、集束およびステアリング要素が質量分析されたイオンビーム１１２を受け入れ、イオンビームを選択的に集束およびステアリングするように構成される。集束および／またはステアリング要素１２０は例えば、双極磁石または他の多極磁石（図示せず）などを含んでいてもよく、イオンビーム１１２の伝播方向を横断する両方の次元において集束特性を有するように設計することができる。この場合、この集束はビームサイズの拡張を妨げる。従って、真空封入部、開口部等のようなビームライン内の制限部を通るイオンビームの良好な透過を提供することができる。
【００３２】
本開示によれば、走査磁石１２２は、質量分析器１１６の下流にさらに配置される。例えば、電流波形は、電源１２４を介して走査磁石１２２に選択的に印加され得る。この場合、印加された電流波形は、長期に亘ってイオンビーム１１２を前後に磁気的に走査するように動作可能であり、従って、単一ビーム走査平面（例えば、Ｘ軸に沿って）に沿ってイオンビームを「拡散」し、走査イオンビーム１２６を画定する。当該走査イオンビームは、印加された電流波形のサイクルにわたって時間平均したときに、細長いビームとして見ることができる。より具体的に説明すると、イオンビーム１１２の走査は、積層された鉄製のヨーク１２８の周囲に巻き付けられた１以上の走査ワイヤ（図示せず）に電流を流すことによって達成される。
【００３３】
エンドステーション１０６は、走査磁石１２２の下流に配置される。この場合、当該エンドステーションは、ワークピース支持体１３０を備え、ワークピース支持体１３０の上に、シリコンウエハなどの１以上のワークピース１３２が配置または取り付けられる。ワークピース支持体１３０は、一例ではイオンビーム１１２の方向に対して略垂直に配向されたターゲット面に存在する。あるいは、ウェハ支持体１３０は、図示され説明された角度とは実質的に異なる角度で配向されてもよい。ワークピース支持体１３０は、例えば、概ね静止している。一代替例では、ワークピース支持体１３０は、さらに、イオンビーム１１２を介してワークピースを移動させることができる機械的アームまたは回転ディスクの形態をとることができる。
【００３４】
コンピュータ、マイクロプロセッサ、または他の制御システムを含むことができるシステムコントローラ１３４がさらに提供される。システムコントローラ１３４は、端末機１０２、ビームラインアセンブリ１０４、および走査磁石１２２のうちの１以上を制御するように動作可能である。したがって、イオン注入システム１００は、所望のイオン注入を容易にするために、イオン注入における所望のドーズ量、電流、および／またはエネルギーに基づいて、ならびに線量測定システム１３６によって提供されるような１以上の測定された特性に基づいて、システムコントローラ１３４を介して調整することができる。
【００３５】
従来のイオン注入システム用の走査磁石は、積層シリコン鋼磁心を用いて製造される。従来の積層鋼磁心によって磁束を導く場合、効率を高めるために、通常、適切なラミネーションおよび積層方向を選ぶことに多くの注意が払われる。従来の積層鋼磁心は、例えば、Ｇｌａｖｉｓｈの米国特許第５３９３９８４号および５３１１０２８号からに記載されている。例えば、正しい配向は、誘導電流が最小化されるように、磁力線が積層表面に平行に走ることを意味する。しかしながら、これは積層磁心技術の制限内で達成される。当該積層磁心技術では、平坦で薄い薄板が積層された層として組み立てられる。例えば、ラミネーションが同じ形状を有するようなヨークおよび磁極を構成することが好都合である。当該ラミネーションは、例えば、単一のツールによって薄いＳｉ鋼板から形成され得る。この場合、従来のラミネーションは、１つの好ましい共通の積層方向を指示するので、任意の方向に容易に配向することができない。
【００３６】
また、一般に、積層されたラミネーションアセンブリを後加工することは困難である。なぜなら、このラミネーションの厚さは比較的小さく、積層されたラミネーションの機械加工は、ラミネーションの形状を有害に変える可能性があるからである。さらに、ラミネーションの機械加工は、ラミネーション材料の意図しない遷移（transition）によってラミネーション同士の短絡をラミネーション同士の間に引き起こすこともある。ラミネーションを機械加工するための様々な技術が存在するが、そのような技術は典型的には高価であり、商業的にはほとんど望ましくない。
【００３７】
例えば、磁束が磁極ギャップの中心にある積層磁極片を出ると、磁束または磁界の方向は通常変わらない。なぜなら、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式の境界条件は、境界の両側の磁界の接線成分が連続であることを規定しているからである。しかし、磁極の端部（エッジ）では、磁束の方向は、例えば、磁極の形状に基づいて変化し得る。なぜなら、磁束の大部分は、低リラクタンス磁極を通過するが、磁束のより小さい部分は、磁極の外側の体積内の高リラクタンス経路に沿って通過するからである。より具体的には、図２Ａの例示的な走査磁石２００に示されるように、入口２０４および出口２０６における磁界２０２は、走査磁石のヨーク２０８から外に向けられる傾向があり、直角に、すなわち、Ｈｔ≒０で磁極面と出会う。しかし、磁極の隅では、磁場は一般に磁極表面に対して垂直ではない。図２Ａのヨーク２０８の出口２０６の拡大図２１０を図２Ｂに示す。図２Ａおよび図２Ｂでは、出口における磁界２０２は、走査磁石２００のラミネーション２１４の積層面２１２に対して略接線方向（例えば、磁力線２０２Ｃ）である磁界よりもヨークの形状に対してより垂直な方向（例えば、磁力線２０２Ａ）にある。
【００３８】
図２Ａの走査磁石２００にエネルギーが加えられる、例えば、電流がファラデーの法則を介してヨーク２０８内に誘導される。このとき、時間依存性の磁界が、図２Ｂのラミネーション２１４内の任意のループの内側に時間依存性の電圧を誘導する。ラミネーション２１４は導電性であるので、このラミネーションの内側を流れる電流はループ電圧を打ち消すために逆磁場を作る傾向があり、従って、反磁性電流と呼ばれる。反磁性電流は磁力線に垂直な方向に流れ、例えば、ラミネーション２１４は、積層面２１２と平行に配向される。さらに、導電性媒体内部の時間的に変化する電磁場の強さは、表面から指数関数的に減衰し、導電性媒体は従来、「表皮深さ（skin depth）」δによって特徴付けられる。ここで、δは電磁場が媒体の表面における電場強度の１／ｅに達する深さに等しい。磁場に平行に配向された積層面２１２を有するラミネーション２１４の配向により、電流の流れを可能にするためのラミネーション２１４の有効面積または断面は、通常、導体内の磁場の表皮深さのオーダーに、最小化される。ラミネーション２１４の厚さが表皮深さδのオーダーである場合、反磁性電流は図２Ａの磁気ヨーク２０８を通る磁極ギャップ２１６内の磁界の誘導を可能にするために、効果的に最小化される。
【００３９】
ラミネーション２１４における誘導電流は、例えば、当該ラミネーションの接線磁界（例えば、図２Ｂの磁力線２０２Ｃ）と垂直磁界（例えば、磁力線２０２Ａ）との間の角度が顕著である場合に大きくなる。反磁性電流が流れることが許される場合、走査磁石２００内の正味の磁束は減少する。さらに、このラミネーションの材料は有限の抵抗を有するので、そのような誘導電流は例えば、ヨーク２０８の抵抗加熱を引き起こす可能性がある。
【００４０】
したがって、過剰な加熱を緩和するために、本開示は、図３に示される走査磁石３００を提供する。ここで、当該走査磁石は複数のラミネーション３０４（例えば、ｎが１よりも大きい正の整数である任意の数のラミネーション）を有するヨーク３０２を備える。ラミネーション３０４の数ｎは、走査磁石３００の所望の特性に基づいて選択されてもよく、本実施例は非限定的な例として考慮されない。
【００４１】
本実施例では、当業者には理解されるように、ヨーク３０２は互いにほぼ鏡像である第１半体３０６Ａおよび第２半体３０６Ｂを備えることに留意されたい。さらに、明確にするために完全には示されていないが、１以上のスキャナコイルまたはワイヤ３０８はヨーク３０２の様々な部分の周りに巻き付けられてもよい。当該スキャナコイルまたはワイヤ３０８は、任意の形状であってもよく、様々な設計基準に基づいて設計されてもよい。例えば、スキャナコイル３０８は、ヨーク３０２の１以上の部分に巻き付けられた単純なコイル（明瞭さのために点線として図３に概略的に示されている）を含んでもよい。あるいは当業者には理解されるように、ベッドステッドコイルまたは他のコイル（図示せず）を代替的または追加的に含んでもよい。走査磁石３００は、例えば、真空中または大気中であってもよい。しかしながら、本開示は、ヨーク３０２内の熱蓄積を最小化するので、走査磁石３００が、熱の伝導および冷却が特に困難である真空中にある場合に特に有益である。
【００４２】
一例では、複数のラミネーション３０４の少なくとも部分３１０は、図３のヨーク３０２の磁極エッジ３１２（例えば、図２Ａの入口２０４および出口２０６）と関連し、スロット付きラミネーション３１４を備える。この場合、当該スロット付きラミネーションは、複数の歯３１６を含み、当該歯３１６は、当該歯間で、複数のスロット３１８を概ね画定する。
【００４３】
例えば、図４は、スロット付きラミネーション３１４を含む例示的なラミネーション３０４を示す。図３のヨーク３０２のそれぞれの磁極エッジ３１０に関連する複数のラミネーション３０４のうちの１以上は、例えば、図４のスロット付きラミネーション３１４を備えていてもよい。一実施例では、複数のラミネーション３０４のすべてが、図３に図示されるようなスロット付きラミネーション３１４を備える。図５は、図３の走査磁石３００の代替構成として、代替ヨーク３２０を有する走査磁石３００の一例を図示する。この場合、磁極エッジ３１０に関連する複数のラミネーション３０４のうちの任意の数のラミネーション３０４は、スロット付きラミネーション３１４を含んでもよい。一方、代替ヨーク３２０の中央部３２１に関連する複数のラミネーションのうちの残りの数のラミネーションは、それぞれ、図６に図示されるように、略平面ラミネーション３２２を含んでいてもよく、その結果、略平面ラミネーションは、その中に画定されるスロットを有さない領域３２３を有する。
【００４４】
従って、再び図３を参照すると、例えば、図１のイオンビーム１１２を磁気的に走査するために走査磁石３００を設けることができる。その結果、図３の走査磁石は、当該走査磁石内に画定されるチャネル３２４を有するヨーク３０２を備える。本実施例では、複数の歯３１６は、チャネル３２４に向かって内向きに延びる。チャネル３２４は、例えば、図３に示されるように、ヨーク３０２によって完全に囲まれていてもよい。あるいは、チャネル３２４は、実質的にＣ字形または他の形状（図示せず）であってもよい。この場合、当該ヨークは、全ての側でチャネルを完全には包囲しない。任意の形状のヨーク３０２が、本開示の範囲内にあると考えられることに留意されたい。図３のヨーク３０２の第１面３２６Ａおよび第２面３２６Ｂは、例えば、それぞれ、図１のイオンビーム１１２のための入口３２８Ａおよび出口３２８Ｂを概ね画定する。この場合、当該ヨークの第１面から第２面まで、互いに対して概ね積層される複数のラミネーション３０４を備える。
【００４５】
本開示によれば、例えば、図３のスロット付きラミネーション３１４は、上述したように、大きな誘導電流を概ね防止するように構成される。例えば、それぞれの磁極エッジ３１０に関連するスロット付きラミネーション３１４は、走査磁石３００の動作に関連する磁束に対して横断する方向において、複数のラミネーション３０４の一部の長さを概ね減少させる。例えば、電流の流れのバルクは、複数のラミネーション３０４の外層に沿っている。結果として、電流の流れは、表皮深さδをはるかに超える深さで著しく減少する。複数のラミネーション３０４の各々の表皮深さδは、その中に渦電流が形成される厚さである。結果として、この表皮深さは、動作周波数の平方根に反比例する。
【００４６】
本開示によれば、例えば、図３のスロット付きラミネーション３１４は、上述したように、大きな誘導電流を概ね防止するように構成される。例えば、それぞれの磁極エッジ３１０に関連するスロット付きラミネーション３１４は、走査磁石３００の動作に関連する磁束に対して横断する方向において、複数のラミネーション３０４の一部の長さを概ね減少させる。例えば、電流の流れのバルクは、複数のラミネーション３０４の外層に沿っている。結果として、電流の流れは、表皮深さδをはるかに超える深さで著しく減少する。複数のラミネーション３０４の各々の表皮深さδは、その中に渦電流が形成される厚さである。結果として、この表皮深さは、動作周波数の平方根に反比例する。
【００４７】
ラミネーションに関連する電流の流れおよび損失をより良く理解するために、図７Ａ〜図７Ｃが、背景として提供される。図７Ａに示すように、表皮深さδよりも著しく大きい積層厚さＷを有する厚いラミネーション３３０が提供される。このような厚いラミネーション３３０は、例えば、主磁界Ｂｙによって短絡される循環電流Ｊを受けることがある。その結果、当該ラミネーションの磁極を通る正味の磁束が生じず、大きな損失を受けることがある。非常に薄いラミネーション３３２は、図７Ｂに示されており、厚さＷは、表皮深さδよりも著しく小さい。この場合、非常に薄いラミネーション３３２は、当該ラミネーションの両側の２つの電流が相殺されるので、循環電流が流れない（Ｊ＝０）ことがある。この場合、磁束は、低損失でラミネーション３０４を通って導かれ得る。図７Ｃに示すように、別のラミネーション３３４では、横磁界Ｂｘにおいて循環反磁性電流が流れるがラミネーション３０４において損失を伴う。
【００４８】
したがって、本開示によれば、図８の単純化されたスロット付きラミネーション３３６に示されるように、複数のスロット３１８は、スロット間隔３３８と、スロット深度３４０を有する。当該スロット間隔３３８およびスロット深度３４０は、磁束３４２をヨーク３０２から磁極ギャップ３４４まで（例えば、イオンビームが通過し、磁界または走査磁界が制御される領域）案内するように構成される。さらに、当該複数のスロットは、前記ヨークの過剰な加熱を引き起こさないように十分に短い。例えば、図３および図４の複数のラミネーション３０４は、櫛形構造体に類似するようにスロットが設けられている。
【００４９】
例えば、磁束３４２は、磁場（これは磁束密度とも呼ばれる）の積分であり、磁極を離れる磁力線は、磁束と解釈され得る。スロット間隔３３８は、例えば、ラミネーション３３４の厚さＷに関連する。１つの有利な例では、スロット間隔３３８は、例えば、ラミネーション３３４の厚さＷのオーダーである。その結果、スロット３１８は、図３の複数のラミネーション３０４間に配置される絶縁体（例えば、約０．１ｍｍ−図示せず）と同程度の厚さである。しかしながら、実際には、スロット間隔３３８をこのような小さなサイズ（例えば、約０．１ｍｍ）に制御することは困難であり得る。したがって、図８のスロット間隔３３８の増大は、ラミネーション３３４（例えば、鋼）の厚さＷを増大させることによって対応することができる。その結果、磁極エッジのリラクタンスを増加させず、また図３の走査磁石３００の光学特性を変化させることなく、ほぼ一定の充填率（例えば、絶縁体に対する鋼の比率）を維持することが可能である。
【００５０】
さらに別の例において、図９は１以上のライナ３４６を示しており、当該１以上のライナは、図３の磁極ギャップ３４４の内部領域３４８の内側を概ね覆う（裏打ちする）ように構成される。１以上のライナ３４６は、例えば、グラファイトで構成される。これにより、当該１以上のライナは、図１の走査磁石１２２を、イオンビーム１１２からの直接的なイオンビームの衝突から保護する。一実施例では、１以上のライナ３４６のうちの１以上は、その中に画定される１以上のライナスロット３５０をさらに備える。一実施例では、１以上のライナスロット３５０は、１以上のライナ３４６内の渦電流を概ね減少させるようにさらに構成され、これにより損失および反磁性効果を最小限に抑える。
【００５１】
さらに、本開示は、磁界クランプ（図示せず）を使用することによってフリンジ場の長さを低減するように構成されるイオン注入装置用の様々な双極子設計を企図することに留意されたい。走査磁石３００に関して上述したのと同様に、磁界が磁界クランプ積層体の表面に対して非接線方向の角度で磁界クランプに入る場合、当該磁界クランプは、損失を最小限に抑えるために積層され、スロットが形成されてもよい。このような実施はすべて、本開示の範囲内に入ると考えられる。
【００５２】
本開示は１以上の特定の好ましい実施形態に関して示され、説明されてきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解すると、同等の変更および修正が当業者に想起されることは明らかである。特に、上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路など）によって実行される様々な機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用されるターム（「手段」への言及を含む）は別段の指示がない限り、本明細書に示される本開示の例示的な実施形態において機能を実行する開示される構造と構造的に同等ではないにもかかわらず、説明される構成要素の指定された機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に対応することが意図される。加えて、本開示の特定の特徴はいくつかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されているが、そのような特徴は任意の所与のまたは特定の用途に対して所望され、有利であり得るように、他の実施形態の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本開示の様々な態様による例示的なイオン注入システムを示す。
【図２Ａ】本開示の１つ以上の態様による例示的な走査磁石を示す。
【図２Ｂ】本開示のさらなる態様を示す、図２Ａの走査磁石の吹き上げ部分である。
【図３】本開示の種々の実施例による走査磁石の例示的なヨークの斜視図である。
【図４】本開示のさらなる例示的な態様による走査磁石ヨークのスロット付きラミネーションの半体の平面図である。
【図５】本開示の種々の実施例による走査磁石の別の例示的なヨークの斜視図である。
【図６】本開示の別の例示的な態様による走査磁石ヨークの平面ラミネーションの半体の平面図である。
【図７Ａ】ラミネーションの様々な構成の斜視図である。
【図７Ｂ】ラミネーションの様々な構成の斜視図である。
【図７Ｃ】ラミネーションの様々な構成の斜視図である。
【図８】本開示の一態様による例示的なラミネーションの斜視図である。
【図９】本開示の別の態様による例示的なライナの斜視図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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