(57)【要約】【課題】イオン注入システムに用いるイオン加速器を指向し、単一の電源により、費用を削減できかつ通常の加速器に比較して単純化されたイオン加速器を提供すること。【解決手段】イオン注入システム内のイオンを加速するためのイオン加速方法及びその装置が開示される。イオン加速器は、可変周波数電源によって作動される複数の励起可能な電極を含み、イオン源からのイオンを加速する。この可変周波数電源により、イオン加速器は、広いレンジのイオン種を、加工物上にイオン注入するための所望のエネルギーレベルに加速できるとともに、イオン注入加速器の費用と大きさを減少させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システム内の経路に沿って移動するイオンを加速するためのイオン加速器であって、
前記経路に沿って互いに離れて配置された第１組の励起可能な電極を含む第１加速ステージと、
前記第１組の１つおきの前記電極に電気接続される第１端子と、前記第１組の残りの電極に電気接続される第２端子とを含む、第１の可変周波数ＲＦ電源および第１の可変周波数ＲＦ共振器とを備え、
前記第１の可変周波数ＲＦ電源は、前記第１、第２端子に対して制御された周波数と振幅の交流電圧を加えるように作動し、前記第１、第２端子における交流電圧は、互いに位相がずれていることを特徴とするイオン加速器。
【請求項２】
前記第１の可変周波数ＲＦ電源及び第１の可変周波数ＲＦ共振器は、互いに、約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚのレンジ内で調整可能であることを特徴とする請求項１記載のイオン加速器。
【請求項３】
前記経路に沿って第１加速ステージの上流に配置される可変周波数イオン集群ステージをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載のイオン加速器。
【請求項４】
可変周波数イオン集群ステージは、前記経路に沿って第１加速ステージの上流に配置された励起可能な電極と、可変周波数集群ＲＦシステムとを含み、この集群ＲＦシステムは、前記第１加速ステージの周波数に対応する制御された周波数と第１加速ステージに関して制御された位相とにより、前記イオン集群ステージの励起可能な電極を作動して、前記経路に沿って前記第１加速ステージに集群イオンを供給するための交流電界を作り出すことを特徴とする請求項３記載のイオン加速器。
【請求項５】
第１、第２端子における交流電圧は、約１８０°互いに位相がずれていることを特徴とする請求項１記載のイオン加速器。
【請求項６】
前記経路に沿う第１加速ステージの下流に前記第１加速ステージとは離れて配置され、前記経路に沿って互いに離れて配置された第２組の励起可能な電極を含んでいる第２加速ステージと、
前記第２組の１つおきの前記電極に電気接続される第１端子と、前記第１組の残りの電極と電気接続される第２端子とを含む、第２の可変周波数ＲＦ電源および第２の可変周波数ＲＦ共振器とを備え、
前記第２の可変周波数ＲＦ電源は、前記第２組の第１、第２端子に対して、前記第１加速ステージの高調波周波数に対応する制御された周波数の交流電圧を加えるように作動可能であり、前記第１、第２端子における交流電圧は、互いに位相がずれていることを特徴とする請求項１記載のイオン加速器。
【請求項７】
第１、第２の可変周波数ＲＦ電源は、第１、第２の加速ステージにおける交流電圧間の相対位相を固定するように操作可能であることを特徴とする請求項６記載のイオン加速器。
【請求項８】
第１、第２の可変周波数ＲＦ電源は、第１、第２の加速ステージにおける交流電圧間の相対位相を調整するように操作可能であることを特徴とする請求項６記載のイオン加速器。
【請求項９】
第１の可変周波数ＲＦ電源は、第１周波数とこの周波数を約１０倍した周波数との間の周波数範囲において交流電圧を供給するために調整可能であることを特徴とする請求項６記載のイオン加速器。
【請求項１０】
前記経路に沿う第１加速ステージの上流に配置されかつ前記経路に沿う第１加速ステージに対して集群イオンを供給するために操作可能な、可変周波数イオン集群ステージをさらに含むことを特徴とする請求項６記載のイオン加速器。
【請求項１１】
イオン集群ステージは、前記経路に沿う第１加速ステージの上流に配置された励起可能な電極と、可変周波数集群ＲＦシステムとを含み、この集群ＲＦシステムは、前記第１加速ステージの周波数に対応する制御された周波数と前記第１加速ステージに関して制御された位相とにより、前記イオン集群ステージの励起可能な電極を作動して、前記経路に沿って前記第１加速ステージに集群イオンを供給するための交流電界を作り出すことを特徴とする請求項１０記載のイオン加速器。
【請求項１２】
イオン注入システム内の経路に沿って移動するイオンを加速するためのイオン加速器であって、
前記経路に沿って配置される１つ以上の励起可能な電極、および前記経路に沿って前記励起可能な電極の上流に配置された第１定電位電極と前記経路に沿って前記励起可能な電極の下流に配置された第２定電位電極を有しかつ隣接する励起可能な電極から離設して電極間にギャップを形成する２つ以上の定電位電極を含む、１つの加速ステージと、
前記励起可能な電極と電気接続され、約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚの範囲内の制御された周波数の交流電圧を印加して、制御された方法で加速ギャップ内に交流電界を作り出し、前記経路に沿う加速ステージを通過するイオンを加速するための可変周波数ＲＦシステムと、
前記経路の沿って加速ステージの上流に配置され、かつ前記経路に沿って前記加速ステージに集群イオンを供給するように作動可能な可変周波数イオン集群ＲＦシステムとを含んでいることを特徴とするイオン加速器。
【請求項１３】
可変周波数イオン集群ステージは、前記経路に沿って加速ステージの上流に配置された励起可能な電極と、可変周波数集群ＲＦシステムとを含み、この集群ＲＦシステムは、前記加速ステージの周波数に対応する制御された周波数と前記加速ステージに関して制御された位相とにより、前記イオン集群ステージの励起可能な電極を作動して、前記経路に沿って交流電界を作り出すことを特徴とする請求項１２記載のイオン加速器。
【請求項１４】
前記加速ステージにおける可変周波数ＲＦシステムは、約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚのレンジ内で調整可能な可変周波数ＲＦ電源と、約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚのレンジ内で調整可能な可変周波数共振器とを含むことを特徴とする請求項１３記載のイオン加速器。
【請求項１５】
イオン注入システム内の経路に沿って移動するイオンを加速するためのイオン加速器であって、
前記経路に沿って配置された第１の励起可能な電極；この励起可能な電極の上流に配置された第１定電位電極と前記励起可能な電極の下流に配置された第２定電位電極を有しかつ前記励起可能な電極から離設して電極間にギャップを形成する２つ以上の定電位電極；および前記第１の励起可能な電極と電気接続され、制御された周波数及び振幅の交流電圧を印加して、制御された方法で前記加速ギャップ内に交流電界を作り出し、前記経路に沿う前記第１加速ステージを通過するイオンを加速するための第１の可変周波数ＲＦシステム；を含んでいる第１の加速ステージと、
前記経路に沿って配置された第２の励起可能な電極；この励起可能な電極から離設して電極間にギャップを形成する２つ以上の定電位電極；および前記第２の励起可能な電極と電気接続され、前記第１の加速ステージの周波数の高調波に対応する制御された周波数及び振幅の交流電圧を印加して、制御された方法で前記第２の加速ステージおける加速ギャップ内に交流電界を作り出する第２の可変周波数ＲＦシステム；を含んでいる第２の加速ステージとを備えていることを特徴とするイオン加速器。
【請求項１６】
前記経路に沿って第１の加速ステージの上流に配置されかつ第１の加速ステージに集群イオンを供給する可変周波数イオン集群ステージをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載のイオン加速器。
【請求項１７】
可変周波数イオン集群ステージは、前記経路に沿って第１の加速ステージの上流に配置された励起可能な電極と、可変周波数集群ＲＦシステムとを含み、この集群ＲＦシステムは、前記第１の加速ステージの周波数に対応する制御された周波数と前記第１の加速ステージに関して制御された位相とにより、前記イオン集群ステージの励起可能な電極を作動して、前記経路に沿って第１の加速ステージに集群イオンを供給するための交流電界を作り出すことを特徴とする請求項１６記載のイオン加速器。
【請求項１８】
第１、第２の可変周波数ＲＦシステムは、第１、第２の加速ステージにおける交流電圧間の相対位相を固定するように操作可能であることを特徴とする請求項１５記載のイオン加速器。
【請求項１９】
第１、第２の可変周波数ＲＦシステムは、第１、第２の加速ステージにおける交流電圧間の相対位相を調整するように操作可能であることを特徴とする請求項１５記載のイオン加速器。
【請求項２０】
第１、第２の可変周波数ＲＦシステムは、第１周波数とこの周波数を約１０倍した周波数との間の周波数範囲において交流電圧を供給するために調整可能であることを特徴とする請求項１５記載のイオン加速器。
【請求項２１】
第１、第２の可変周波数ＲＦシステムは、各々、可変周波数ＲＦ電源と可変周波数共振器を含み、前記可変周波数ＲＦ電源と可変周波数共振器は、それぞれ約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚのレンジ内で調整可能であることを特徴とする請求項１５記載のイオン加速器。
【請求項２２】
初期エネルギーを有する荷電イオンを経路に沿って指向させるように操作可能なイオン源と、前記荷電イオンを前記経路に沿って初期エネルギーから第２のエネルギーに加速するためのイオン加速器とを備えるイオン注入システムであって、
前記イオン加速器が、
前記経路に沿って互いに離設した第１組の励起可能な電極を含む第１の加速ステージと、
前記第１組の１つおきの励起可能な電極と電気接続される第１端子、および前記第１組の残りの電極に電気接続される第２端子を含む、第１の可変周波数ＲＦ電源および第１の可変周波数ＲＦ共振器とを備え、
前記第１の可変周波数ＲＦ電源は、前記第１、第２端子に対して制御された周波数と振幅の交流電圧を加えるように作動し、前記第１、第２端子における交流電圧は、互いに位相がずれており、さらに、
前記第２のエネルギーに加速された荷電イオンが、加工物に衝突するように前記加工物を位置決めるために作動可能な端部ステーションと、
交流電圧の周波数及び振幅を制御するために、前記可変周波数ＲＦシステムに接続されて作動するコントローラとを有することを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２３】
前記経路に沿って第１の加速ステージの上流に配置されかつ前記経路に沿って第１の加速ステージに集群イオンを供給するように作動する可変周波数イオン集群ステージをさらに含むことを特徴とする請求項２２記載のイオン注入システム。
【請求項２４】
可変周波数イオン集群ステージは、前記経路に沿って第１の加速ステージの上流に配置された励起可能な電極と、可変周波数集群ＲＦシステムとを含み、この集群ＲＦシステムは、前記第１の加速ステージの周波数に対応する制御された周波数と前記第１の加速ステージに関して制御された位相とにより、前記イオン集群ステージの励起可能な電極を作動して、前記経路に沿って第１の加速ステージに集群イオンを供給するための交流電界を作り出すことを特徴とする請求項２３記載のイオン注入システム。
【請求項２５】
初期エネルギーを有する荷電イオンを経路に沿って指向させるように操作可能なイオン源と、前記荷電イオンを前記経路に沿って初期エネルギーから第２のエネルギーに加速するためのイオン加速器とを備えるイオン注入システムであって、
前記イオン加速器が、
前記経路に沿って配置された第１の励起可能な電極；この励起可能な電極の上流に配置された第１定電位電極と前記励起可能な電極の下流に配置された第２定電位電極を有しかつ前記励起可能な電極から離設して電極間にギャップを形成する２つ以上の定電位電極；および前記第１の励起可能な電極と電気接続され、制御された周波数及び振幅の交流電圧を印加して、制御された方法で前記加速ギャップ内に交流電界を作り出し、前記経路に沿う前記第１加速ステージを通過するイオンを加速するための第１の可変周波数ＲＦシステム；を含んでいる第１の加速ステージと、
前記経路に沿って配置された第２の励起可能な電極；この励起可能な電極から離設して電極間にギャップを形成する２つ以上の定電位電極；および前記第２の励起可能な電極と電気接続され、前記第１の加速ステージの周波数の高調波に対応する制御された周波数及び振幅の交流電圧を印加して、制御された方法で前記第２の加速ステージおける加速ギャップ内に交流電界を作り出する第２の可変周波数ＲＦシステム；を含んでいる第２の加速ステージと、
前記第２のエネルギーに加速された荷電イオンが、加工物に衝突するように前記加工物を位置決めるために作動可能な端部ステーションと、
交流電圧の周波数及び振幅を制御するために、前記可変周波数ＲＦシステムに接続されて作動するコントローラとを有することを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２６】
イオン注入システム内の経路に沿って移動するイオンを加速する方法であって、
前記経路に沿って互いに間隔を置いて配置された複数の励起可能な電極を設けて、これらの電極間に複数の加速ギャップを形成し、
前記複数の励起可能な電極と電気接続される可変周波数ＲＦシステムを用いて前記複数の可変ギャップ内に複数の交流電界を作り出す、各工程を有することを特徴とするイオン加速方法。
【請求項２７】
複数の交流電界を作り出す工程は、前記複数の励起可能な電極に電気接続された可変周波数ＲＦシステム及び可変周波数共振器を用いて前記複数の励起可能な電極に制御された周波数と振幅の交流電圧を印加するステップを含んでいることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
イオン集群器を用いて直流イオンビームからイオンを集群する工程と、前記イオン集群器からの集群イオンを前記経路に沿って複数の励起可能な電極に供給する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
第１周波数とこの周波数を約１〜１０倍した範囲内の周波数とを含んでいる周波数範囲内で、前記可変周波数ＲＦ電源の周波数を調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にイオン注入システムに関し、より詳細には、イオン注入システムの改良したイオン加速方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造において、イオン注入は、半導体に不純物を添加するのに使用される。高エネルギー（ＨＥ）イオン注入装置は、本発明の譲受人であるイートンコーポレーションに譲渡された特許文献１に記載されており、その内容は、本明細書において、十分に説明する参考文献として包含される。
【０００３】
このような高エネルギーイオン注入装置は、基板内に深く注入するために用いられ、例えば、レトログレード・ウエル(retrograde wells)を形成するために用いられる。このようなイオン注入装置は、一般的に、少なくとも300ＫeＶから700ＫeＶの間のエネルギーで注入が実行される。いくつかのＨＥイオン注入装置は、イオンビームを５ＭｅＶまでエネルギーレベルを高めることができる。
【０００４】
図１において、高エネルギーイオン注入装置１０が図示されており、この注入装置は、ターミナル１２と、ビームラインアセンブリ１４と、端部ステーション１６とを有している。ターミナル１２は、高電圧電源２２によって電力供給されるイオン源２０を有している。イオン源２０は、ビームラインアセンブリ１４に与えられるイオンビーム２４を発生する。
【０００５】
イオンビーム２４は、次に、端部ステーション１６のターゲットウエハ３０に向けて導かれる。イオンビーム２４は、質量分析磁石２６及び高周波（ＲＦ）リニア加速器（linac）２８を含むビームラインアセンブリ１４によって調整される。質量分析磁石２６は、ライナック２８に適切な電荷質量比を有するイオンのみを通過させる。
【０００６】
ライナック２８は、一連の加速ステージ、即ち、モジュール２８a〜２８nを含み、各モジュールは、更に、前のモジュールから到達したエネルギーを越えるようにイオンを加速する。図１の実施形態における加速モジュールは、複雑な固定周波数のＲＦ増幅器及び共振回路(図示略)によって個々に励起される。高エネルギーイオン注入装置１０におけるリニア加速器モジュール２８a〜２８nは、各々ＲＦ増幅器、共振器、及び励起可能な電極を含んでおり、共振器が、固定周波数で作動し、イオンビーム２４のイオンを加速して、電荷状態あたり１ミリオン電子ボルト以上に励起する。
【０００７】
図１の加速器２８は、隣接する加速器モジュール２８a〜２８n間の相対位相を調整して種々のイオン種を効率的に加速できるようになっている。しかし、個々の加速器モジュール２８a〜２８nにおける調整は、全体の加速器２８を通るイオンを適切に加速するために十分注意にしなければならない。その結果、精密な制御および／または試行錯誤の方法論が、特定の加速エネルギー、及び特定のイオン種のためのマルチ可変加速システム２８を調整するために用いられる。さらに、個々の加速ステージ２８a〜２８nに連動する固定周波数のマルチプル増幅器を設けることは、費用がかかり、かつこのような専用の増幅器およびこれに関連する共振回路は、通常のイオン注入システムにおける多くのスペースを占めることになる。その結果、低コストで、単純化したイオン注入システムを容易にするための改良したイオン加速装置及び方法論が必要となる。
【特許文献１】
米国特許明細書第４，６６７，１１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、イオン注入システムに用いるイオン加速器を指向し、同時に、通常の加速器に見られる問題点及び欠点を少なくしまたは無くすようなイオン加速方法を提供する。特に、１つのイオン加速器には、複数の励起可能な電極が設けられ、この電極は、可変周波数の電源または増幅器によって作動し、イオン源からのイオンを加速する。イオン加速器は、可変周波数電源を用いることにより、ワークピース上へのイオン注入に対する所望のエネルギーレベルに広範囲のイオン種を加速できるようになる。単一の電源により、費用を削減できかつ通常の加速器に比較してイオン加速器および関連する制御装置を単純化する。さらに、そのサイズを小さくすることができる。
【０００９】
本発明は、さらに、イオン注入システムにおけるイオンを加速するための方法論を含み、このイオン注入システムは、通常の方法を越える性能及びコスト削減を達成するために使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの構成によれば、イオン注入システム内のビーム経路に沿って移動するイオンを加速するためのイオン加速器を備えている。この加速器は、１つ以上の加速ステージを含み、各加速ステージは、１つ以上の励起可能な電極及び可変周波数のＲＦシステムを含み、このＲＦシステムは、可変周波数電源及びこれに関連する可変周波数の共振回路等からなる。加速ステージまたは複数の加速ステージは、励起可能な電極間に挟まれた、定電位（たとえば、接地電位）を有する電極を含んでいる。ここでは、ＲＦシステムは、全ての励起可能な電極をある位相で互いに作動させる。この代わりに、交互に励起可能な電極を第１ＲＦ端子に接続でき、また他の電極を第２端子に接続することができ、たとえば、このような隣接する励起可能な電極は、位相が180°ずれて励起される。
【００１１】
また、加速器は、最初の加速ステージの上流に配置された可変周波数の集群ステージを含み、このステージに集群イオンを供給する。このようなイオン注入における信頼性は、２つのＲＦシステム（たとえば、加速ステージ用の高電力ＲＦシステム及び集群ステージ用の低電極ＲＦシステム）を必要とするだけで、本発明に従って改良される。
【００１２】
更に、独立のＲＦシステム（たとえば、電源及び共振器）の数を減少することにより、関連した制御装置を単純化し、かつイオン注入システムを調整するのに必要とされる時間と労力を削減することができる。マルチプル加速ステージがどこに用いられるか、または集群ステージがどこに設けられるかにより、これらのステージは、同一の周波数で作動するか、または１つのステージが、他のステージにおける周波数の高調波で作動することができる。さらに、マルチステージ間の相対位相および／または加速ステージと集群ステージ間の相対位相が、固定された関係で制御される、または調整することができる。
【００１３】
単一の可変周波数電源が励起可能な一連の電極を励起するのに用いられるので、各励起可能な電極用のＲＦシステムを有する従来のイオン加速器に比較して、このシステムのコスト及びサイズがかなり削減される。さらに、本発明は、調整及び制御をより容易にする加速器を備えており、特に、このイオン注入システムは、異なるエネルギーレベルで異なるイオン種を注入するのに用いられる。その結果、本システムの複雑化が関連する制御の複雑化と共に減少され、これにより、セットアップおよび／または調整時間を減少することができる。
【００１４】
さらに、従来のシステムでは、（たとえば、個々の共振器及び固定周波数の増幅器を調整することを含む複雑化による）イオン種及びエネルギーレベルのワイドレンジを支えるための能力に制限があったが、本発明では、より少ないシステム変数を有する加速器を備え、イオン種及びエネルギーレベルのワイドレンジを支えることができるようにしている。
【００１５】
さらに、可変周波数電源は、適当な周波数レンジにおいて、励起可能な電極にＲＦエネルギーを供給するために調整可能であり、共通に用いられるイオン種及び加速エネルギーレベルを支える。例として、電源は、約１〜10倍の範囲で、たとえば、約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚの所定の周波数に調整が可能である。本発明は、所定の加速ステージにおいて、いくつかの励起可能な電極を含んでいる。それゆえ、本発明は、高エネルギーのイオン注入システム及びリニア加速器を備えて、かなりの費用とスペースを削減できる。
【００１６】
本発明の他の構成によれば、イオン注入システムを提供し、このイオン注入システムは、上述したように、イオンビームをイオン加速器に供給する可変周波数電源を用いて励起される１つ以上励起可能な電極を有するイオン加速器と、加速されたイオンを加工物に衝突させるために加工物を位置決める端部ステーションと、加速器および／または他のシステムコンポーネントを制御するように作動するコントローラとを含んでいる。
【００１７】
このイオン注入システムは、さらに、第１の加速ステージの上流に配置された専用のイオン集群器を含むことができる。さらに、本発明の別の構成では、イオン注入システムにおけるイオンを加速する方法を含んでいる。この方法は、ビーム経路に沿って互いに離設して配置された複数の励起可能な電極を設け、可変周波数ＲＦ電源を用いて複数の励起可能な電極に制御された周波数および振幅を有する交流電圧を印加して、ビーム経路に沿って交流電界を作り出す。これによってビーム経路に沿ってイオンが加速される。
【００１８】
上述した及び関連する目的を達成するために、本発明は、以下に完全に説明されかつ特許請求の範囲において特別に指摘された特徴を含んでいる。以下の説明と添付図面とは、本発明の或る詳細な例示的構成を示している。しかし、これらの形態は、本発明の原理が採用され得るような種々の方式における幾つかを示しているだけである。本発明の他の目的、長所及び新規な特徴は、図面との関連で考えると本発明の次の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、図面に関連して記載され、同類の参照符号は、ほぼ類似した要素を示すために用いる。本発明は、イオン注入システムにおいて、イオンを加速するための方法及び装置を提供する。１つのイオン加速器が設けられ、この加速器は、選択的な可変周波数ＲＦシステムによって作動する複数の励起可能な電極を含み、イオン源からのイオンを加速する。具体的に示されるＲＦシステムは、可変周波数ＲＦ電源とこれに関連する可変周波数共振器を含み、イオン加速器が、広範囲のイオン種を、加工物にイオン注入するための所望エネルギーレベルになるように加速する。単一の調整可能な電源により、従来の加速器に比較して、イオン加速器及びこれに関連した制御装置のコスト及び複雑化を低減し、またそのサイズを小さくする。本発明は、さらに、イオン注入システムにおけるイオンを加速するための方法を含んでおり、これにより、従来の方法論を越える性能及びコスト面での利点を与える。
【００２０】
本発明の種々の特徴に対する状況を提供するために、リニア加速器モジュール（たとえば、図１のモジュール２８ａ〜２８ｂ）におけるＲＦ電源、共振器、及び励起可能な電源の従来の相互接続について簡単に説明する。図２において、通常の共振回路１００が図示され、この共振回路は、誘導コイルＬに抵抗ＲＬと容量Ｃｓが並列接続されている。励起可能な電極１０８はコイルＬに接続される。電極１０８は、２つの接地電極１１２、１１４の間に取り付けられ、電極１０８を励起して、電極１０８、１１２間のギャップに交流電界を作り出す。この交流電界は、制御された方法で、イオンビーム１０内の粒子を加速する。容量Ｃｓは、励起可能な電極１０８の浮遊容量を表し、抵抗ＲＬは、コイルＬと容量Ｃｓを含む共振回路のに関係した損失を表す。
【００２１】
容量ＣｓとコイルＬの値は、低損失（高Ｑ）共振回路（タンク回路）１００を形成するように選択される。ここで、図１に示された形式のリニア加速システムにおける各加速器は、同一の周波数で共振する。容量Ｃｓは、共振器の調整を可能にする制限された範囲内で調整可能であり、タンク回路１００上の温度効果に対して補償できるように、電源１１６の固定周波数において共振する。高周波（ＲＦ）電源１１６は、容量Ｃｃを介してコイルの高電圧端に容量的に結合し、所定の固定周波数でＲＦエネルギーを用いて共振回路１００を共振させる。このような固定周波数の増幅器１１６は、図１のイオン加速システム内の各共振回路１００と協働する。
【００２２】
上述したように、図１のシステムにおける単一の励起可能な電極と単一の増幅器の構造は、連続する加速ステージにおける相対位相に関して望ましくは調整可能であるが、加速ギャップ内の交流電界の周波数の変化は許されない。さらに、単一の励起可能な電極と単一の増幅器の構造は、かなりのシステム空間、特別の構成要素を必要とし、さらにシステムと制御装置の複雑化を増大する。
【００２３】
図３において、イオン加速器２２８の一部分が図示されており、このイオン加速器は、加速ステージ２２８ａ〜２２８ｎ（ここで、ｎは整数）を含む単一の励起可能な電極を有し、ここでは、２つの加速ステージ２２８ａ、２２８ｂが図示されている。直流イオンビーム２２４ａは、（たとえば、上流の質量分析磁石(図示略)から）ビーム経路２２６に沿う加速器２２８に供給される。この直流ビーム２２４ａは、ビーム経路２２６に沿う開口２３２を有する入口開口２３０を通過する。イオンビーム２２４ａは、２つの静電四極子装置２３４と対応する接地電極２３６を介してほぼ円筒形の横方向に伸びる形状(図示略)を形成している。ここで、接地電極２３６の各々は、ビーム経路２２６に沿って配置された円筒形開口２３８を含んでいる。加速ステージ、即ちモジュール２２８ｎの各々は、さらに、前のモジュールで到達したエネルギーを越えるようにイオンビーム２２４からのイオンを加速する。
【００２４】
加速ステージ２２８ａは、一対の接地電極２４６を含み、これらの電極は、ビーム経路２２６に沿って励起可能な電極２４８の前後に配置され、ここで、励起可能な電極２４８は、ビーム経路２２６に沿ってイオンビーム２２４ａ内におけるイオンの加速を達成するために、関連したＲＦエネルギー源または増幅器と共振器(図示略)によって励起することができる。接地電極２４６は、励起可能な電極２４８からほぼ等間隔に配置され、これらの電極間のほぼ等しい第１、第２の加速ギャップ長さ２５０ａ、２５０ｂを与える。同様に、第２の加速ステージ２２８ｂは、第２の励起可能な電極２５８の上流にビーム経路２２６に沿って配置された第１の接地電極２５６と、励起可能な電極２５８の下流にビーム経路２２６に沿って配置された第２の接地電極(図示略)を含んでいる。
【００２５】
集束用の静電四極子２３４は、イオンビームが連続する加速ステージ２２８ｎを通過するときイオンビームの半径方向への集束を与えるために、連続する加速ステージ間（たとえば、第１、第２の加速ステージ２２８ａ、２２８ｂの間）のビーム経路２２６に沿って設けることができる。加速器２２８は、さらなる加速ステージ、即ちモジュール(図示略)を有することができ、これにより加速されたイオンビーム２２４ｂは、加速器２２８に与えられた直流のイオンビーム２２４ａのエネルギーレベルよりも高いレベルのエネルギーを発生することができる。その結果生じた加速イオンビーム２２４ｂは、更に、ビーム経路２２６に沿う加速ステージ２２８ｎ及び静電四極子２３４によってほぼ円筒形の横方向に伸びた形状を得ることができる。
【００２６】
図４において、イオン加速器２２８の他の部分の斜視図が図示され、この加速器には、いくつかの励起可能な単一電極、二重ギャップ、加速ステージ２２８ａ〜２２８ｎを有する。これら加速ステージの４つ（例えば、ステージ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、および２２８ｎ）が図示されており、この中に介在する半径方向への集束装置は、簡略化のために省略されている。第３および第ｎ番目の加速ステージ２２８ｃ、２２８ｎは、接地電極２６６、２７６と同様に励起可能な電極２６８、２７８を含む。単一の励起可能な電極、二重ギャップの加速ステージ２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、及び２２８ｎの各々は、関連した、固定の周波数のＲＦ増幅器２４２、２５２、２６２、及び２７２と、ＲＦ共振器２４４、２５４、２６４、及び２７４をそれぞれ含んでいる。
【００２７】
増幅器２４２、２５２、２６２、及び２７２は、制御された方法で、たとえば、制御システムからの制御信号に従って、共振器２４４、２５４、２６４、及び２７４を介して電極２４８、２５８、２６８、及び２７８に固定周波数の電力を供給する。この点については、励起可能な電極２４８、２５８、２６８、及び２７８に供給される電力の相対位相および振幅の制御のために、制御システム２８０を設けることができ、たとえば、増幅器２４２、２５２、２６２、及び２７２を介して振幅を調整し、また、共振器２４４、２５４、２６４、及び２７４を介して位相を調整することによって制御する。
【００２８】
励起可能な電極２４８,２５８、２６８、及び２７８に印加されるＲＦエネルギーの種々の振幅及び相対位相の調整が、イオン加速器により、種々のエネルギーレベルで種々のイオン種を加速するために調整できる一方、このイオン加速器は、非常に多くの構成部品を有し、それらの多くは、全体の調整システムを達成するために適切に調整する必要があることに注目すべきである。それゆえ、このイオン加速器２２８は、融通性を有するが、これは、イオン加速器２２８及びこの加速器を使用するイオン注入システムに対してコストを増大させるとともに装置の複雑化を招く。
【００２９】
主に図５において、本発明の１つの構成に従う、複数の励起可能な電極を有するイオン加速器３００が、イオン注入システムのサイズとコストを削減するために設けられている。この例示的な加速器３００は、イオンビーム経路３０４に沿って配置された、ｎ個の励起可能な電極３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ・・・３０２ｎ（ｎは整数）を含む。定電位（たとえば、接地電位）の電極３０４ｕ、３０４ｗ、３０４ｘ、及び３０４ｚは、励起可能な電極の前後に配置されており、隣接する励起可能な電極３０２ａ〜３０２ｎと定電位電極３０４ｕ〜３０４ｚ間にほぼ等しい複数の加速ギャップ３０６を作り出す。電極３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ・・・３０２ｎは、制御システム３２０に従う共振器３１２と共に固定周波数ＲＦ増幅器３１０によって励起される。イオン加速器３００は、複数の励起可能な電極（たとえば、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ・・・３０２ｎ）及び２つ以上の加速ギャップ３０６を使用して、コストとサイズをある程度削減することができ、また、種々のイオン種とエネルギーレベルに関する調整の範囲をイオン加速器228の場合よりもかなり小さくすることができる。
【００３０】
本発明の他の構成によれば、さらに、コスト、サイズ、及び融通性における改善が、単一の可変周波数ＲＦシステムと関連する複数の励起可能な電極（たとえば、２つの関連した加速ギャップよりも大きいギャップを有する）を用いて与えられる。図６において、例示する加速ステージ４００上の複数の電極が、ビーム４０２の経路に沿って移動するイオンを加速するために図示されている。この加速ステージ４００は、互いにビーム経路４０２に沿って一列に間隔を置いて配置された複数の励起可能な電極４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ・・・４０４ｎ（ｎは整数）を含んでいる。
【００３１】
隣接する励起可能な電極間には、複数の定電位（たとえば、接地）電極４０６ｉ、４０６ｊ、４０６ｋ、・・・４０６ｙ、及び４０６ｚがビーム経路４０２に沿って配置されており、少なくとも１つの定電位電極（たとえば、電極４０６ｊ、４０６ｋ、・・・４０６ｙ）が、隣接する一対の励起可能な電極４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ・・・４０４ｎの各々の間に配置される。第１の定電位電極４０６ｉは、ビーム経路４０２に沿って電極４０４の上流（たとえば、電極４０４ａ〜４０４ｎと加速ステージ４００の入口端４１０の間）に配置され、また、第２の定電位電極４０６ｚは、電極４０４の下流（電極４０４ａ〜４０４ｎ及び加速器の出口端４１２の間）に配置される。これらの定電位電極４０６ｉ〜４０６ｚは、隣接する励起可能な電極４０４ａ〜４０４ｎから離設され、その間にほぼ等しい加速ギャップ４２０を形成する。
【００３２】
可変周波数ＲＦシステムは、可変周波数共振器４３２を介して励起可能な電極４０４ａ〜４０４ｎと電気接続される可変周波数ＲＦ電源４３０を備えている。これにより、制御された周波数及び振幅の交流電圧が、励起可能な電極４０４ａ〜４０４ｎに印加されて、制御された方法で加速ギャップ４２０内に交流電界を作り出すことができる。このギャップ４２０における交流電界の周波数および／または振幅（たとえば、付加的な加速ステージ等の他のイオン注入システムの構成部品に関する相対位相も同様に）は、制御システム４４０を介して調整することができる。これにより、イオンは、ビーム経路４０２に沿って加速ステージ４００を通って加速される。
【００３３】
単一のＲＦ電源４３０と関連するＲＦ共振器４３２を用いて、（従来の加速器２２８及び図５に例示する加速器３００の場合と比較して）加速ステージのサイズとコストをかなり低減することができる。この電源４３０及び共振器４３２の各々は、図５の個々の供給源３１０及び共振器３１２の各々よりもより高い電力定格を有することができるが、単一の高電力電源４３０は、専用の（たとえば、低電力定格の）複数の増幅器３１０よりも、一般的に物理的なサイズにおいて小さく（たとえば、より少ないコスト）なる。同じことは、単一の（高電力定格の）共振器４３２の場合も当てはまる。それゆえ、加速ステージ４００のサイズとコストが削減される。
【００３４】
さらに、加速ステージ４００の複雑化（制御システム４４０の場合も同様に）は、図示されかつ上述した加速器２２８,３００の場合よりもかなり少なくなる。その結果、特定のイオン種およびエネルギーのイオンを加速するための加速ステージ４００を調整、即ち、最適化が比較的容易になる。例示するシステム２２８、３００のこのような調整は、多数の増幅器及び共振器の調整を必要とする一方、例示する加速ステージ４００と関連した制御システムの調整が、単一の電源４３０及び共振器４３２の周波数および／または振幅の調整に限られることに注目したい。さらに、この制御システムは、必要とされる他のシステムの構成要素（たとえば、他の加速ステージ）に関して電源４３０からのＲＦ電力の位相を調整することができる。
【００３５】
さらに、電源４３０の周波数範囲は、異なるイオン種及び関連するエネルギーレベルを広範囲に支えるレンジを与える。この加速ステージ４００の調整性及び融通性は、本発明者によって、従来のイオン加速器（たとえば、加速器２２８）の場合より適切で、優れていることが見出された。たとえば、可変周波数電源４３０及び共振器４３２を介して、加速ギャップ４２０内の電界周波数を調整することは、イオン注入システムにおいて注入される種々のイオン種に対してほぼ一定の加速効率を与える。従来のシステム（たとえば加速器２２８）は、融通性があるが、このようなシステムにおける多数の変数の調整が難しく、利用可能な制御システムの高度の知識における限界によって、多くのイオン種間の効率及びエネルギーを達成することができない。
【００３６】
さらに、固定周波数加速器２２８の個々の加速モジュールは、１つのイオン種およびエネルギーのみを必ず最適化するが、他方、他のイオン種及びエネルギーも共に与えられ、その加速効率は、他のイオン種および／またはエネルギーに対する最適化よりも小さくなる。一方、例示の加速ステージ４００は、複数の動作周波数での共振を与え、これにより、調整（たとえば、比較的単純な制御装置を用いた場合でも、調整が容易）と予測可能な効率を確実にする。たとえば、可変周波数電源４３０と共振器４３２は、１つの周波数とこの基準周波数の約１０倍の周波数との間の周波数レンジで動作するように設計することができる。１つの実行では、約４ＭＨｚ〜約４０ＭＨｚの間の範囲が考えられ、注入するイオン種を一般的に用いる広い範囲を与えることができる。
【００３７】
こうして、複数の励起可能な電極４０４を用いることにより得られるコストとサイズの改善に加えて、例示の加速ステージ４００は、複数の電源及び共振器を削減すると共に更にコストとサイズを改善する。さらに、図５の加速器３００の場合のように、調整の融通性を犠牲にすることがない。実際、本発明者は、更に、上述したコスト、サイズ、及び複雑化の改善に加えて、加速ステージ４００が通常のシステム（たとえば、加速器２２８）よりも大きな調整の融通性が達成できることを見出した。
【００３８】
例示されたイオン加速器４００の励起可能な電極４０４と接地電極４０６は、ほぼ等しい長さを有するように、図６に示されているが、種々の電極の長さは、イオン加速性能に対して設計することができる。それゆえ、本発明の他の構成によれば、電極の長さは、加速ステージの入口端から出口端まで増加することができる。この特徴の１つの具体化は、図７に示されており、ここで、例示した加速器４７０は、集群ステージ４７４と、加速器４７０の出口端で半径方向に集束する装置４７６の間のビーム経路４７２に沿って離設した８つの励起可能な電極Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・・Ａ８を含む。この集群ステージ４７４は、関連する可変周波数ＲＦ電源と共振器(図示略)に連結して作動でき、ビーム経路４７２に沿って下流の加速ステージにおける励起可能な電極Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・・Ａ８に集群イオンを供給するために、その励起可能な電極を励起する。
【００３９】
２つの整合する四極子の集束装置４７８Ａ、４７８Ｂは、ビーム経路４７２に沿って集群ステージ４７４及び第１の励起可能な電極Ａ１との間に配置されている。定電位電極、即ち、接地電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、及びＧ９が、ビーム経路４７６に沿って励起可能な電極Ａ１〜Ａ８の間に介装され、第１接地電極Ｇ１は第１の励起可能な電極Ａ１の上流に配置され、最終の接地電極Ｇ９は最終の励起可能な電極Ａ８の下流に配置される。接地電極Ｇ１〜Ｇ９は、ビーム経路４７２に沿って移動するイオンビームの半径方向の集束を与えるために、静電四極子または磁気四極子(図示略)等の半径方向、即ち横方向の集束装置を含む必要はない。
【００４０】
励起可能な電極Ａ１〜Ａ８は、それぞれ支持部材４７９からイオンビーム経路４７２に向けて半径方向に伸びる。この支持部材は、整合する四極子４７８Ｂ及び集束装置４７６の間でビーム経路４７２にほぼ平行に伸びている。支持部材４７９は、電極Ａ１〜Ａ８を励起するための可変周波数ＲＦシステム(図示略)と電気接続を与えるのみならず、励起可能な電極Ａ１〜Ａ８および支持部材４７９に対する機械式支持部を与える一対の垂直方向に伸びる支持部材４８０Ａ、４８０Ｂを含む。例示の加速器４７０は、２つの垂直部材４８０を含むが、いくつかのこのような部材は、支持を与えると共に、励起可能な電極Ａ１〜Ａ８間の電位差を減少させる。たとえば、支持部材４７９及び部材４８０を介して電極Ａ１〜Ａ８を作動することによって、支持部材を加熱させ、その結果、支持部材４７９の長さに沿って電圧降下が生じる。この場合、励起可能な電極Ａ１〜Ａ８がほぼ同一電位となることを確かめるために、付加的な垂直部材４８０が設けることができる。さらに、これに関して、支持部材４７９と共に垂直部材４８０は、冷却通路を設けることができ、この冷却通路を介して、通路内の温度上昇を最小化または減少するために、冷却剤（たとえば、流体またはガス状の）を循環させることができる。
【００４１】
接地電極Ｇ１〜Ｇ８とともに励起可能な電極Ａ１〜Ａ８は、通路すなわちドリフトチューブを含み、このチューブを介して、イオンがイオンビーム経路４７２に沿って移動する。ビーム４７２に沿うイオンが励起可能な電極Ａ１〜Ａ８に加えられるＲＦエネルギーの半サイクル内で１つの電極ギャップの中心から次のギャップの中心へ移動するように、改善された加速効率に対して、種々の電極Ａ１〜Ａ８、Ｇ１〜Ｇ８の長さおよびその間のギャップ長さを設計することができる。このようなイオンがビーム経路４７２に沿って連続する加速ギャップ内で加速されるので、ドリフトチューブの長さ及びそのセンター間の間隔の長さを有効に増加させることができ、その結果、粒子がギャップからギャップへ更に加速されるとき、適当な位相でエネルギーを与えることを容易にする。
【００４２】
こうして、加速器は、効率を改善（たとえば、連続する加速ギャップ内の電界の相対位相を調整することにより）するために、連続する励起可能な電極間の位相調整を用いる固定周波数のＲＦ増幅器及び共振器を有する一方で、本発明に従う可変周波数ＲＦ電源を用いて、１つの加速ギャップからつぎのギャップにイオンが移動するとき、独立の位相制御を必要とすることなく適当に位相を進め、これにより、システム全体を単純化するように調整する。
【００４３】
この点において、イオンが第１加速ギャップ（たとえば、励起可能な電極Ａと接地電極Ｇとの間のギャップ）の中心から第２のギャップの中心に移動し、さらにビーム経路４７２に沿って連続するギャップを通過するとき、１８０°だけＲＦ位相を変化させるような所定速度を用いて、イオンに対する加速効率を最大にする。
【００４４】
本発明に従う可変周波数電源を設けることにより、電源システムの動作周波数範囲に従うイオン種のワイドレンジに対する最適化、即ち改善された加速効率を容易に達成する。たとえば、約４〜４０ＭＨｚの作動範囲を有するＲＦシステムは、固定周波数で位相調整するだけの従来の固定周波数加速器の構成と比較して重要なイオン種の加速効率をかなり改善できることを見出した。
【００４５】
図７に示す加速器４７０において、ドリフトチューブの長さは、接地電極Ｇ１〜Ｇ８のみならず例示する励起可能な電極Ａ１〜Ａ８に対しても示されている。次の電極は、それぞれ前の電極よりも長いドリフトチューブ長さを有する。ここで例示する構造では、加速ギャップＬのセンター間における間隔は、設計上の粒子速度を２倍のＲＦ周波数で割った値にほぼ等しい。その結果、ほぼ１８０°のＲＦサイクルにおいて、粒子が１つのギャップから次のギャップ移動する。ここで、設計上の速度は、ドリフトチューブを通って粒子が移動するときの粒子速度である。こうして、加速器（たとえば、加速器４７０）は、整数ｎ個のドリフトチューブ（たとえば、ここで、ｎ＝1,2,・・・Ｎ）を有し、各々は、ピークＲＦ電位Ｖrfおよびインジェクタ電圧Ｖi（たとえば、イオンが加速器に噴射される時の電圧）を有し、励起可能な電極（たとえば、電極Ａ１〜Ａ８）のドリフトチューブのギャップ間の長さＬｎは、次式によって決定することができる。
【００４６】
【数１】
2004524651.tif 000003
ここで、ｑは、粒子の電荷、ｍは、質量、ψは、一般的に、cosψが1/2[3]1/2となるような角度±３０°である。さらに、接地電極（たとえば、励起可能な電極Ａ１〜Ａ８間に配置される電極Ｇ２〜Ｇ８）に対して、ギャップ間の距離Ｌｇは、次式によって決定することができる。
【００４７】
【数２】
2004524651.tif 000004
ギャップ長さとドリフトチューブ長さは、図７で例示の加速器に対して図示され、寸法はミリメータである。最終のビームエネルギーＥは、次式によって表現することができる。
【００４８】
【数３】
2004524651.tif 000005
図７の実施例では、ドリフトチューブの長さと最終エネルギーが次式に従って決定されるように、周波数（ｆＤ）、電荷対質量比（ｑ/ｍ)Ｄ、ピークＲＦ電圧(ＶrｆＤ）、及びインジェクションエネルギーＶiＤの各設計値が用いられる。
【００４９】
【数４】
2004524651.tif 000006
他の条件の下でドリフトチューブのための最終結果の動作は、次のスケーリングを必要とし、ここで、αは、１より小さいかまたは等しい。
【００５０】
【数５】
2004524651.tif 000007
従って、所定の電荷対質量比ｑ/ｍに対して、所望のエネルギーＥＤは、次式によって与えられる動作周波数ｆmaxで達成することができる。
【００５１】
【数６】
2004524651.tif 000008
@0006
さらに、電圧を直線的に減少させ、また、次式に従う周波数をスケーリングすることによって、より低いエネルギーを得ることができる。
【００５２】
【数７】
2004524651.tif 000009
次に図８Ａにおいて、例示の正規化電圧対周波数プロット４８２は、種々のイオン種（たとえば、Ｓｂ＋＋、Ｐ＋、Ｐ＋＋、Ｂ＋、及びＰ＋＋＋）に対して図示されている。この得られた曲線は、Ｂ＋の設計イオン種に対して得られた。図８Ｂにおいて、正規化電力対周波数の例示プロット４８３が、Ｓｂ＋＋、Ｐ＋、Ｐ＋＋、Ｂ＋、及びＰ＋＋＋のイオン種に対して図示されている。
【００５３】
さらに、本発明によれば、図９Ａ及び図９Ｂに、例示の可変周波数同軸共振器４８６及びビーム経路４８８に沿ってイオンを加速するための加速ステージ４８７（たとえば、図７に例示する加速ステージ４７０と類似する）を有するイオン加速器システム４８５を示す。共振器４８６は、可変周波数ＲＦ電源(図示略)と共に有効に用いることができ、これにより、この共振器は、電源の周波数にほぼ対応する共振周波数調整の広いレンジ（たとえば、所定周波数の１〜１０倍）を与える。例示の共振器４８６、シャント４９０は、矢印４９２の方向に移動可能であり、その結果、所望の動作周波数に共振器を調整することができる。たとえば、共振器４８６は、約４〜４０ＭＨｚの範囲内で制御可能な周波数調整を与えることができる。
【００５４】
本発明の他の構成によれば、例示の加速ステージ４００は、図１０に示すように、イオン注入システム４１０に包含させることができる。この点に関して、例示の制御システム４４０は、他のシステム要素とともに加速ステージ４００を制御するように作動可能である。このシステム４１０は、ターミナル４１２、ビームラインアセンブリ４１４（たとえば、例示の加速ステージ４００を含む）、及び端部ステーション４１６を有する。ターミナル４１２は、図１のターミナル１２と同様の方法で作動し、高電圧源４２２によってパワーが供給されるイオン源４２０を含んでいる。イオン源４２０は、ビームラインアセンブリ４１４に供給されるイオンビーム４２４を発生する。イオンビーム４２４は、ビームラインアセンブリ４１４によって調整され、このアセンブリは、質量分析磁石４２６及び加速ステージ４００を含んでいる。質量分析磁石４２６は、適切な電荷対質量比のイオンのみを加速ステージ４００を通過させる。
【００５５】
図１１において、本発明は、更に、イオン注入システムにおける加速ステージを２つ以上設けることができる。本発明者は、複数の可変周波数の加速ステージ、即ち、１つのモジュールよりも複数のモジュールを用いることにより、いくつかの利用において、ＲＦ設計及び制御の必要条件を軽減する。たとえば、最終のワイドレンジに渡って作動し、即ち、イオンエネルギーを出力するように設計されているイオン注入システムでは、第１のモジュールのみ、より少ないレンジエネルギーに対して用いられ、さらに、１つ以上の付加的な加速ステージがより高いエネルギーに調整される。
【００５６】
こうして、イオン注入機は、たとえば、１００ｋｅＶの最大インジェクションエネルギー（たとえば、加速器に入るイオンエネルギー）を有し、５〜４５ＡＭＵの質量範囲内で、個々に１００ｋｅＶから１６００ｋｅＶに荷電されたイオンを移送するように設計され、本発明に従う複数の可変周波数の加速ステージを用いるように組立てることができる。このような加速器は、単一モジュールとして組立てられる場合、電極電圧制御の範囲は、約１６個のファクターとなるが、周波数の調整範囲は、１２個のファクターである。一般的に、２つのステージ構成は、必要とされる周波数範囲を６つのファクターに、また必要とされる電極制御範囲を４つのファクターに、削減することができる。このように、たとえば、１つのモジュールのみで、１００ｋｅＶから４００ｋｅＶの範囲で、エネルギーを達成するために調整することができる。より高いエネルギーに対して、両方のモジュールが用いられる。
【００５７】
各モジュールは、それ自体で調整可能な共振器とＲＦパワーシステムを必要とする。第２のおよびこれに続くモジュールは、第１のモジュールに対して位相ロックされるのが常であり、モジュールの相対位相が調整可能であるので、第１のモジュールと同一の周波数、またはその高調波周波数で作動する。
【００５８】
図１１において、このようなシステム４１０ａの例が示されており、このシステムは、ビームラインアセンブリ４１４ａ内に２つの加速ステージ４１０ａ、４１０ｂを含み、各ステージは、イオンビーム４２４の経路に沿って、複数の励起可能な電極４０４と接地電極４０６を含む。加速ステージ４０４ａ、４０４ｂは、可変周波数ＲＦ電源４３０ａ、４３０ｂと各々連結され、さらに、可変周波数共振器４３２ａ、４３２ｂともそれぞれ連結されている。個々のステージ４０４ａ、４０４ｂにおける動作周波数は、同一であるか、一方を他方の高調波に設定することもできる。
【００５９】
さらに、可変周波数の集群ステージ(図示略)は、加速器内の最初の加速ステージ４０４ａの上流に設けることができ、この集群ステージもまた、加速ステージの周波数で、あるいは、その高調波周波数で作動することができる。さらに、加速ステージ４０４ａ、４０４ｂ間の相対位相（たとえば、また、上流の可変周波数の集群ステージの相対位相）は、制御され、更に調整することが可能である。このような相対位相の設定は、制御システム４０４ａを含む適当な手段によって達成することができる。
【００６０】
制御システム４４０ａは、ビームアセンブリ４１４ａを通るイオンビーム４２４を所望の正味加速、さらに、加速ステージ４０４ａ、４０４ｂに加えられるエネルギーの相対位相に影響を与えるために、それぞれの電源４３０ａ、４３０ｂ及び共振器４３２ａ、４３２ｂの周波数及び振幅を制御することができる。さらに、制御システム４４０ａは、イオン源４２０、電力源４２２、質量分析磁石４２６、および／または端部ステーション４１６等の他のシステム構成部品を制御するように作動することができる。この点に関して、本発明に従うイオン注入システムにおいて、このような加速ステージ４０４ｎ（たとえば、ここで、ｎは整数）を複数個設けることができる。
【００６１】
複数の可変周波数の加速ステージを用いると、従来のイオン注入システム及び加速器を越えるいくつかの作動上の利点を与えることができる。たとえば、図１１における個々のＲＦシステム（たとえば、電源４３０ａ及び共振器４３２ａ、および／または電源及び共振器４３２ｂ）は、イオン種及びエネルギーレベルの同一範囲を加速する能力を与えるとともに、図１０のＲＦシステム（増幅器４３０及び共振器４３２）の周波数範囲よりも幾分小さい周波数範囲内で作動可能である。この点において、第１のステージ４０４ａは、第１の（たとえば、より低い）イオンエネルギー範囲を加速するのに使用することができ、一方、第２のステージ４０４ｂは、エネルギーを消勢するのに使用することができる。この第１レンジ内で、増幅器４３０ａ及び共振器４３２(ａ)によって与えられる周波数及び電圧は、第１レンジ内の所望の最終粒子エネルギーに従って調整することができる。第２の（たとえば、より高い）粒子エネルギー範囲は、対応するＲＦシステムの周波数及び電圧に対して適切に調整される２つの加速ステージ４０４ａ、４０４ｂを励起することによって適応させることができる。
【００６２】
さらに、本発明の構成によれば、イオン加速器において、１つ以上の加速ステージ（たとえば、ステージ４００）をイオン集群ステージと組み合わせることを含んでいる。図１２において、別に例示するイオン注入システム４１０ｂは、イオンバンチャー（集群器）４５０によってイオンビーム４２４の経路に沿って先行するビームラインアセンブリ４１４ｂ内に単一の加速ステージ４００を有するように図示されている。集群ステージは、可変周波数の集群電源４６０と、これに関連する可変周波数共振器４６２とを有し、イオン源４２０からのイオンの集群を容易にする。この集群イオンは、加工物３０へのイオン注入の前に所望のエネルギーに集群イオンを加速するための加速ステージに供給される。この集群電源４６０と共振器４６２は、加速ステージ周波数またはその高調波周波数で作動する。さらに、加速ステージ４００及び可変周波数集群ステージ４５０の間の相対位相動作は、制御可能であり、また調整可能である。
【００６３】
システム４１０ｂにおけるこのような相対位相動作及び他の制御機能の設定は、イオンバンチャー４５０、集群電源４６０、及び集群共振器４６２を有する制御システム４４０ｂを含む適当な手段によって達成することができる。この制御システム４４０ｂは、イオン注入システム４１０ｂにおける他の構成要素のみならず、２つの例示する加速ステージ４００の作動を制御することができる。このようなイオン注入システム４１０ｂは、本発明に従ってイオンビーム４２４の経路に沿って配置された付加的な加速ステージ４００をさらに含むことができる。
【００６４】
本発明は、ここに図示しかつ記載されたもの、及び他の図示しない構成を含む種々の形式の利用が考えれられる。たとえば、図１４に示すように、加速ステージ６００は、可変周波数ＲＦ電源６３０及び対応する可変周波数共振器６３２を備えるイオン注入システム６１０に設けることができ、この加速ステージ６００は、ビーム経路に沿って離設した励起可能な電極を含み、この電極は、ＲＦシステムによって励起される。ここに示された他のイオン注入システムと同様に、このシステム６１０は、ターミナル６１２、ビームラインアセンブリ６１４、及び端部ステーション６１６を含んでいる。ターミナル６１２は、高電圧源６２２によって駆動するイオン源６２０を含む。イオン源６２０は、ビームラインアセンブリ６１４に供給されるイオンビーム６２４を発生する。イオンビーム６２４は、端部ステーション６１６内のターゲットウエハ３０に向けられる。このイオンビーム６２４は、質量分析磁石６２６及び加速ステージ６００を含むビームラインアセンブリ６１４によって調整される。この質量分析磁石６２６は、適切な電荷対質量比を有するイオンのみ加速ステージ６００を通過させる。
【００６５】
この加速ステージ６００は、電源６３０と共振器６３２に対する位相に独立の電気角度１８０°で駆動され、交互に配置される励起可能な電極を含んでいる。これにより、プッシュプル加速電界が、加速電界間の加速ギャップ内に発生するそのギャップ間にいかなる接地電極、または定電位電極が介在しない、こうして、加速ステージ６００において、複数の第１の励起可能な電極６０４ａ、６０４ｃ、及び６０４ｎは、共振器６３２の第１（たとえば「＋」）端子と連結することにより作動し、また、１つ以上の第２の励起可能な電極６０４ｂ、６０４ｄ、６０４ｎは、共振器６３２の第２（たとえば「−」）端子と連結することにより作動する。この方法において、たとえば、１８０°の位相関係が、イオンビーム６２４の経路に沿って隣接する励起可能な電極間に与えられる。他の実施形態(図示略)では、異なる位相関係が加速ステージ内の隣接する励起可能な電極間に与えることができる。
【００６６】
本発明の他の構成によれば、イオン注入システム内のイオンを加速するための方法が提供される。この一例の方法５００が、図１３に示されている。この方法５００は、一連のステップとして、ここに図示されかつ記述されているが、本発明は、これらのステップに手順によって制限されるものではなく、いくつかのステップが異なる順番および／または同時に起こることができ、本発明に従ってここに図示されかつ記載されたものとは別のステップを有することも可能であることが理解されよう。さらに、図示されていないステップも本発明に従う方法論を実行するのに必要とすることが可能である。さらに、方法５００は、図示されない他のシステムとも関連するとともに、個々に図示されかつ記載された装置及びシステムと関連して実行することができる。
【００６７】
方法５００に従って、直流イオンビームが、ステップ５０２で受け入れられる。このイオンビームは、たとえば、図１２のイオン源４２０等のイオン源によって供給される。また、質量分析磁石４２６でイオンビームを調整することができる。その後、イオンビームは、ステップ５０４で集群（たとえば、イオンバンチャーを用いて）することができる。この集群イオンは、ステップ５０６でビーム経路に沿って、１つ以上の励起可能な電極（たとえば励起可能な電極４０４）に供給される。可変周波数ＲＦシステム（たとえば、電源４３０とこれに関連する共振器）を用いて、交流電圧が、ステップ５１０で励起可能な電極に印加される。電源の周波数は、イオンに所望の加速を与えるために必要とされるように、ステップ５０８で調整することができる。複数の励起可能な電極を設け、さらにステップ５１０で可変周波数ＲＦを用いてこれらの電極を励起することにより、従来のイオン注入システムに用いられる加速技術を越える多くの利点が提供される。さらに、本発明によって、特定のイオン種及び特定のエネルギーに対するイオン注入システムの調整が大いに単純化される。これにより、ステップ５０８での動作周波数の調整が、このような調整操作によって与えられることになる。
【００６８】
本発明は、所定の構成及び実施形態に関して図示しかつ記載してきたが、等価な変更及び修正は、当業者であれば、本明細書及び添付の図面を読んで理解できるであろう。特に、上述した構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、このような構成要素を記載するために用いる用語（参考として「手段」を含む）は、たとえ、本発明の例示された実施形態における機能を実行する開示された構成と構造的に等価でなくても、対応するものと考えられ、さもなければ、記載された構成要素（たとえば、機能的に等価である）の特定された機能を実行する構成要素を示している。
【００６９】
この点において、本発明は、コンピュータを用いる読取媒体を含み、本発明の種々の方法のステップを実行するためのコンピュータの実行可能な命令を有していることがわかるであろう。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの具体例の１つについて説明してきたが、このような特徴は、所定のまたは特定の利用に対して望ましくかつ利点を有する他の実施形態の１つまたはそれ以上の特徴を組み合わせることもできる。さらに、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」、「備える」等の言葉、及びその変形例は、特許請求の範囲または発明の詳細な記載のいずれかにおいて使用される。これらの言葉は、「構成される」という言葉と同一内容を意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、イオン加速器を有する高エネルギーイオン注入機を説明するための概略ブロック図である。
【図２】図２は、専用の固定周波数ＲＦ増幅器を有する通常のイオン加速器モジュールを示す概略図である。
【図３】図３は、単一電極の加速ステージを有するイオン加速器の一部分を示す斜視図である。
【図４】図４は、複数の専用の固定周波数ＲＦ増幅器を備え、いくつかの単一電極、ダブルギャップで構成される加速ステージを示している、図３のイオン加速器の他の部分における斜視図である。
【図５】図５は、複数の専用の固定周波数ＲＦ増幅器を備え、複数の電極、複数のギャップで構成される加速器を有する例示的なイオン加速器の一部分を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の構成に従う複数の励起可能な電極及び可変周波数電源を有する例示的なイオン加速器の一部分を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の構成に従う可変周波数電源とともに使用する複数の励起可能な電極を有する他の例示的なイオン加速器の側断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明に従う種々のイオン種のための例示的な電圧−周波数の動作曲縁をプロットした図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明に従う種々のイオン種のための例示的な電力−周波数の動作曲縁をプロットした図である。
【図９Ａ】図９Ａは、例示的な可変周波数の同軸共振器を有するイオン加速器の側断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａのイオン加速器及び共振器の前側断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の構成に従う複数の励起可能な電極及び可変周波数電源を有する例示的なイオン加速器を含むイオン注入システムの概略説明図である。
【図１１】図１１は、各加速ステージが、本発明の他の構成に従う複数の励起可能な電極及び可変周波数電源を含む、例示的な二重ステージイオン加速器を有する他のイオン注入システムの概略説明図である。
【図１２】図１２は、本発明の他の構成に従うイオンバッチャーと共に、複数の励起可能な電極及び可変周波数電源を有する例示的なイオン加速器を含む他のイオン注入システムの概略説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の他の構成に従うイオン注入システムにおける加速イオンの例示的方法を説明する流れ図である。
【図１４】図１４は、本発明の他の構成に従う、互いにある位相関係にある可変周波数ＲＦシステムによって作動するを第１、第２の励起可能な電極を有する例示的なイオン加速器を含むイオン注入システムの概略説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004524651.tif 000073
【国際調査報告】
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