(57)【要約】低エネルギービームの生成のためのイオン光学方法および装置が提供される。本装置は，イオンビームを加速するための加速電極，加速電極の下流にある減速電極（ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止する）を含む。減速電極は，熱イオンが加速電極に到達することを防止するために，ビームプラズマ中の熱イオンに電位バリアーを与えるために選択される電圧でバイアスされる。イオン光学電極は，電子はねのけ電極または磁気要素として機能することができる。加速電極，減速電極またはそれら両方は，イオンビームに対して横方向に分離されてもよく，分離された電極部は個別に制御可能にされる。イオン光学装置は，イオン源抽出システムまたは減速イオンシステムとして機能することができる。
2004525480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終イオンビームエネルギーをもつビームプラズマを有する低エネルギーイオンビームを生成するためのイオン光学装置であって，
イオンビームを加速する加速電極と，
イオンビームを減速するための，前記加速電極の下流にある減速電極であって，ビームプラズマ中の熱イオンに電位バリアーを与え，熱イオンが加速電極に到達することを防止するべく選択された電圧をもつ，ところの減速電源と，
ビームプラズマ中の電子が前記減速電極に到達することを防止ための，前記減速電極の下流にあるイオン光学要素と，
を含む，イオン光学装置。
【請求項２】
イオンビームがビーム軸線を有し，前記減速電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに正となるように，減速電極の電圧が選択される，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項３】
イオンビームがビーム軸線を有し，前記イオン光学要素は前記はねのけ電極を含み，該電子はねのけ電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに負となるように選択される電圧を，前記電子はねのけ電極は有する，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項４】
前記イオン光学要素は磁場を生成するための磁気要素を含む，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項５】
前記減速電極は，軸線上に電場を限定する形状をもつ，請求項４に記載のイオン光学装置。
【請求項６】
前記減速電極の開口が，前記加速電極の開口よりも大きい，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項７】
前記加速電極および前記減速電極の少なくとも一つがイオンビームに対して横方向に分離され，分離された電極部を個々に制御可能にする，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項８】
イオン源抽出システムとして機能する，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項９】
減速レンズシステムとして機能する，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項１０】
最終イオンビームエネルギーをもつビームプラズマを有する低エネルギーイオンビームを生成する方法であって，
加速電極でイオンビームを加速する工程と，
加速電極の下流にある減速電極で，イオンビームを減速する工程と，
ビームプラズマ中の熱イオンに電位バリアーを与え，熱イオンが加速電極に到達することを防止すべく選択される電位で，減速電極をバイアスする工程と，
減速電極の下流にあるイオン光学要素で，ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止する工程と，
を含む，方法。
【請求項１１】
イオンビームがビーム軸線を有し，前記減速電極をバイアスする工程は，前記減速電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに正となるように，減速電極の電圧を選択することを含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
イオンビームがビーム軸線を有し，ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止する工程は，電子はねのけ電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに負となるように電子はねのけ電極の電圧を選択することを含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止する工程は，磁場を生成する磁気要素で，電子を防止することを含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
軸線上に電場を制限するために，減速電極を形状づける工程をさらに含む，請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
加速電極および減速電極の少なくとも一つをイオンビームに対して横方向に分離する工程をさらに含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
低エネルギーイオンビームを生成するイオン光学装置であって，
イオンビームを加速する加速電極と，
低エネルギーイオンビームを形成すべく，イオンビームを減速するための，前記加速電極の下流にある減速電極と，
を含み，前記加速電極および前記減速電極の少なくとも一つが，イオンビームに対して横方向に分離され，分離された電極部が個別に制御可能となる，イオン光学装置。
【請求項１７】
低エネルギービームを生成するための，イオン抽出システムまたは減速レンズシステムであって，
加速電極と，
該加速電極との間の電圧が5keV以上とする減速電極と，
熱正イオンおよび電子からなり，最終イオンビームエネルギーをもつように形成されるビームプラズマと，
を含み，
減速電極は，前記ビームプラズマ中の熱正イオンが前記加速電極に到達することを防止するために，最終ビームエネルギーよりもより正の電圧を有し，
当該システムがさらに，前記ビームプラズマ中の電子のほとんどが減速電極へと進ことを防止する手段を含み，ところのシステム。
【請求項１８】
前記ビームプラズマ中の電子のほとんどが減速電極へと進ことを防止する手段は，減速電極の下流にある電子はねのけ電極である，請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ビームプラズマ中の電子のほとんどが減速電極へと進ことを防止する手段を磁気である，請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
減速電極はビーム線に対して長さ方向に分離され，分離された電極部には異なる電圧が適用される，請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
加速電極はビーム線に対して長さ方向に分離され，分離された電極部には異なる電圧が適用される，請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
低エネルギービームを生成するための，イオン抽出システムまたは減速レンズシステムであって，
加速電極と，
減速電極と，
最終イオンビームエネルギーをもつように形成されたビームプラズマと，
を含み，
加速電極が，ビーム線に対して横切る方向に分離され，分離された電極部には異なる電圧が適用される，ところのシステム。
【請求項２３】
低エネルギービームを生成するための，イオン抽出システムまたは減速レンズシステムであって，
加速電極と，
該加速電極との間の電圧が5keV以上とする減速電極と，
最終イオンビームエネルギーをもつように形成されるビームプラズマと，
を含み，
減速電極は，加速電極に対して正の電圧を有し，最終ビームエネルギーを有し，
当該システムがさらに，電子はねのけ器を含み
電子はねのけ器は，減速電極電圧に対して負となる電圧を有し，最終イオンビームエネルギーを有し，そして加速電極電圧に対して正となる電圧を有する電極か，またはイオンビーム中の電子が，減速電極へと発散することを実質的に防止する磁場を与える磁石のいずれかである，ところのシステム。
【請求項２４】
加速電極，減速電極およびビーム線を含む減速レンズまたは抽出器装置の集束特性を増加または変化する方法であって，
前記減速レンズまたは抽出器装置の集束特性を増加または変化させるために，ビームラインに対して横方向に加速電極上の電位を変化させることを含む，方法。
【請求項２５】
イオン注入器システムのウエハのところで，発散の少ないイオンビームを得る方法であって，
加速電極および減速電極を含む減速レンズ装置にビームを通過させる工程を含み，前記一方の電極または両電極の加速および/または減速電位が，前記ウエハにおいて，ビームの拡散または密度の補正を実行するために，ビームに対して横方向に変化させられる，ところの方法。
【請求項２６】
少なくとも加速電極および減速電極を含む抽出または減速イオンレンズ装置であって，
前記加速または減速電極の少なくともひとつが分離され，分離された電極部には，イオンビームのよりよい収束および密度特性を与えるために，異なる電圧が適用される，ところの装置。
【請求項２７】
加速および減速電極の両方が分離されている，請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
電子はねのけ電極および最終ビームプラズマを有し，電子はねのけ電極は，電子が最終ビームプラズマから引き出され，減速電極に至ることを実質的に防止する，請求項２６の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン注入器のようなイオンビームシステムに関し，特に，低エネルギーイオンビームの抽出および減速の方法ならびに装置に関する。
【０００２】
関連出願
本願は，ここで参考文献として組み込まれる，2000年11月20日付け米国願第09/716,931号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００３】
ワークピースをイオンビーム処理する多くの装置が知られている。これらの装置のうちで，イオン注入は，半導体ウエアに電気伝導性を変える不純物を導入する標準的な技術となっている。所望の不純物がイオン源でイオン化され，イオンは所期のエネルギーをもつイオンビームを形成するために加速され，イオンビームはウエハの表面に向けられる。イオンビーム中のエネルギーをもつイオンは半導体材料のバルク内に侵入し，半導体材料の結晶格子内に埋め込まれ，所望の伝導性の領域を形成する。
【０００４】
イオン注入システムは，ガスまたは固体物質を，よく画成されたイオンビームに変換するためのイオン源を含む。イオンビームは不所望のイオン種を除去するために質量分析され，所望のエネルギーに加速され，ターゲット面に向けられる。ビームの走査，ターゲットの移動により，またはビームの走査とターゲットの移動の組み合わせにより，ビームをターゲット領域にわたって分布させる。
【０００５】
半導体業界の傾向は，よく知られているように，デバイスをより小型化，より高速化にすることである。特に，半導体デバイスにおいて，特徴的なものの横方向の寸法，深さが減少している。従来技術でも，半導体デバイスは1,000オングストローム以下の接合深さが要求され，いつかは200オングストローム以下の接合深さが要求されよう。
【０００６】
ドーパント剤の注入深さは，少なくとも部分的には，半導体ウエハに注入されるイオンエネルギーにより決定される。浅い接合は，低注入エネルギーで得られる。しかし，イオン注入は典型的に，たとえば20keVから400keVの範囲の，比較的高注入エネルギーで効果的動作するように設計され，浅い接合注入に必要なエネルギーでは効果的に機能しない。低注入エネルギー（2keVかそれより小さいエネルギー）において，イオンビームは，イオン注入器と通っていくと広がり，ウエハに到達するビーム電流は，所望のものよりも非常に低くなる。その結果，仕様通りのドーズ量を達成するためには，非常に長い注入時間が必要となり，スループットが悪影響を受ける。スループットのこのような減少は製造コストを増加させ，半導体デバイス製造者には受け入れ難いものとなる。
【０００７】
イオン注入器において，イオン源からイオンビームが抽出され，所望のエネルギーとなるように加速および/または減速され，ウエハへと送られる。イオン源から最終的な低エネルギーをもつイオンビームを抽出する際に，高い加速および減速電圧が使用されると，イオン電流がより抽出できることが知られている。このことは，ビームの虚像の大きさを増加させ，ビームの発散を減少させる。最終的なエネルギーへの減速は，ビーム線にそった一カ所で生じる。その場所は，イオンビームの拡大およびエネルギー汚染を制限するために，選択される。
【０００８】
イオン源のための電極システムにおいて，最終的な電極は好適に，非特許文献１に示されたような加速電極と比較して大きいものである。しかし，実験データが示すことは，減速または最終電極の開口が加速電極の開口よりも大きいと，加速電極電流は大きくなり，動作は誤動作しがちになり，すなわち抽出および減速間隙は放電しがちになるということである。加速電極への大きな電流は，電極システムの後に形成されるビームプラズマからの熱イオンによる。熱イオンは最後減速電極の近傍における軸線の大きな場により，ビームプラズマから引き出される。
【非特許文献１】
ヒロユキ・イトー（Hiroyuki Ito），ネイル・ブライアン（Neil Bryan）著，「磁場，電場およびイオン工学系に関する低エネルギービーム抽出」IEEE（1997年），p. 383-386
【０００９】
イオンビーム付着装置のための抽出器および減速レンズがたとえば，特許文献１に開示されている。後質量選択減速をなすイオン注入器はたとえば，特許文献２，３に開示されている。改良された後質量選択加速をなすイオン注入装置がたとえば，特許文献４に開示されている。
【特許文献１】
米国特許第5196706号明細書
【特許文献２】
米国特許第5932882号明細書
【特許文献３】
米国特許第5969366号明細書
【特許文献４】
米国特許第5747936号明細書
【００１０】
低エネルギーのイオンビームを生成する，既知の従来技術のシステムの全ては，高電極電流，誤動作および高ビーム発散といった欠点を一つ以上もつ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって，低エネルギーのイオンビームを生成する改良された方法および装置の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様では，本発明は，低エネルギーイオンビーム（発散が低く，ビーム電流が高いビーム）生成装置および方法を提供する。本発明は，イオン源抽出システムとして，または減速レンズシステムとして機能するものである。
【００１３】
他の態様では，本発明は，加速電極への電流が低く，抽出および減速が安定した，低エネルギーイオンビームを提供することである。これは，低エネルギービームが加速電極に到達することを防止するために，バイアスされた電極を使用し，ビームプラズマ中の電子がビームプラズマから引き出されることを妨げるためのイオン光学要素を使用することにより，達成される。
【００１４】
一実施例において，減速電極は低エネルギービームのビームプラズマ電位よりも，少なくとも僅かに正にし，電子はねつけ電極が，ビームプラズマ電子が，減速電極に到達することを防止するために使用される。ビームはねつけ電極は，ビームの軸線における電位を，ビームプラズマよりも負となるように，十分に負の電位をもち，これにより電子が減速電極に到達することが妨げられる。
【００１５】
他の実施例において，電子はねつけ電極は，電子が減速電極に到達することを防止するための磁場を生成する磁気要素により置き換えることができる。さらに，減速電極の近傍における軸線上の電場は減速電極を形状付けることにより小さくすることができる。
【００１６】
他の実施例において，加速電極，減速電極，または両方は，イオンビームに対して横方向に分離されてもよく，選択された電圧は，より一様なビーム密度および集束，ビームの幅にわたって得られるように，個々の電極部に適用される。
【００１７】
本発明の態様にしたがって，イオン光学装置が低エネルギーイオンビームを生成するために提供される。イオンビームは最終イオンビームエネルギーをもつビームプラズマを有する。装置は，イオンビームを加速するための加速電極，加速電極の下流にあって，イオンビームを減速するための減速電極，および加速電極の下流にあって，ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止するためのイオン光学要素を含む。減速電極は，熱イオンが加速電極に到達することを防止するために，ビームプラズマ中の熱イオンに，電位バリアーを与えるように，選択された電圧を有する。減速電極電圧は好適に，減速電極の近傍におけるビーム軸線上の電位がビームプラズマの電位に関して少なくとも僅かに正となるように，選択される。
【００１８】
一実施例において，イオン光学要素は，当該電子はねのけ電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して少なくとも僅かに負となるように，選択された電圧を有する，電子はねのけ電極を含む。
【００１９】
他の実施例において，イオン光学要素は，ビームプラズマ中の電子が減圧電極に到達することを防止するための磁場を生成する磁気要素を含む。
【００２０】
好適に，減速電極の開口は，ビームの発散を低くするために，加速電極の開口より大きい。
【００２１】
他の特徴にしたがって，加速電極，減速電極，または両方は，個々に制御可能な電極部を画成するために，イオンビームに対して横方向に，分離される。分離された電極は，ビームの個々の部分のビーム密度および集束を，電極部における電圧を制御することにより調節できるようにする。
【００２２】
本発明の他の態様にしたがって，低エネルギーイオンビームを生成する方法が提供される。イオンビームは最終的なイオンビームエネルギーをもつビームプラズマを有する。本方法は，加速電極でイオンビームを加速する工程，加速電極の下流にある減速電極でイオンビームを減速する工程，熱イオンが加速電極に到達することを防止するために，ビームプラズマ中の熱イオンに，電位バリアーを提供すべく，選択された電圧で，減速電極にバイアスをかける工程，および減速電極の化下流にあるイオン光学要素で，ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止する工程を含む。
【００２３】
さらに，本発明の他の態様にしたがって，イオン光学装置が低エネルギーイオンビームを生成するために提供される。装置は，イオンビームを加速するための加速電極および加速電極の下流にあってイオンビームを減速する減速電極を含む。加速電極，減速電極，または両方は，個々に制御可能な電極部を画成するためにイオンビームに対して横方向に，分離される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂは従来技術の抽出システムの略示図である。図１Ａの抽出システムは低エネルギーをもった市販の高電流イオン注入システムに似ており，図１Ｂの抽出システムは，ヒロユキ・イトーの上記の非特許文献１に示されている。図１Ａおよび図１Ｂの同様の要素に対し，同じ符号が使用されている。イオンビーム18はイオン源10から抽出される。各抽出システムは，第一の電極11,加速電極12および減速電極13を含む。プラズマ20はまた知られているとおりである。プラズマは電子と正のイオンとからなる。図示のように，最終ビームプラズマ21は，最終のイオンビームに加え電子および熱正イオンを含む。
【００２５】
図２は本発明にしたがって低エネルギーイオン光学システムの略示図である。図１A，図１Bおよび図２において同様の要素は同じ符号が付されている。システムは，第一の電極11，加速電極12，減速電極13，電子はねのけ電極14および最終電極15を含む。プラズマ20はイオン源10にある。イオン光学システムが減速レンズシステムとして機能する以下の実施例において，プラズマ20は，電子，熱イオンおよびイオンビームイオンを含むビームプラズマにより置き換えられる。電子およびイオンの密度は，ビームプラズマ21がほぼ中性の空間電荷をもつようなものである。イオンビーム線22はイオン光学システム中のイオンビームの一般的な形状を示す。
【００２６】
この実施例において，電子はねのけ電極14の近傍におけるビーム軸線19上の電位がビームプラズマ21の電位より少なくとも僅かに負となるのに十分な程度に負の状態にある電子はねのけ電極14は，ビームプラズマ21の電子が，減速電極13に到達することを防止する。さらに，減速電極13の近傍におけるビーム軸線19上の電位がビームプラズマ21の電位より少なくとも僅かに正となるのに十分な程度に正の状態にある減速電極13は，ビームプラズマ21の電子が，加速電極12に到達することを防止する。同等に，ビームプラズマ21の縁で生じる曲線により，熱イオンのほとんどが加速電極12に到達することを防止しているのと同等に，減速電極13を見ることができる。
【００２７】
イオンビーム21中の熱イオンが，減速電極13における電位により加速電極12に到達することを妨げられことから，減速電極13の開口は加速電極12の開口よりも大きくすることができる。したがって，従来技術の抽出システムにおいて，より大きなイオンの虚像が形成され，その結果，最終的な低エネルギービームの発散は減少する。同時に，ビームプラズマ12から加速電極12への電流は顕著に減少し，イオン光学システムのアーク放電も著しく減少する。
【００２８】
図３は，本発明の他の実施例にしたがったイオン光学システムの略示図である。図１A，図１B，図２，および図３における同様の要素には同じ符号が付される。図３は，ビームプラズマ21の電子が減速電極13に到達することを妨げられることを除き図２と同様である。磁気要素24はまた，イオンビーム18が磁場を通過するように，イオンビーム18の両側に位置する，反対の磁極性をもつ磁極24aおよび24bを含むことができる。磁場は，ビームプラズマ21中の電子が減速電極13に到達することを妨げる。
【００２９】
さらに，減速電極13の形状は，減速電極13の近傍におけるビーム軸線19上の電場を減少させるように選択することができる。一実施例において，減速電極13の開口は加速電極12へと狭く傾斜し，その軸線方向の方向の厚さは，軸線19における電場が減少するように選択される。特に，減速電極13は，図３に示されているように，開口の寸法が下流方向に減少するように形状付けられる。
【００３０】
図２および図３のイオン光学システムは，イオン源10からイオンビーム18の抽出に関連して上述したとおりである。しかし，本発明はイオン源抽出システムに限定されない。特に，図２および図３に示され上述したのと同様にイオン光学システムが，ビーム線にそった適切な位置にあるイオンビーム減速レンズシステムとして利用することができる。減速レンズシステムの場合，プラズマ20は減速レンズの上流にあるビームプラズマである。減速レンズシステムにおいて，同様の電極構造または電極/磁気要素構造が，プラズマから加速電極12への熱イオン電流が減少するように，レンズシステムの上流端で利用することができる。したがって，本発明のイオン光学システムは，イオン源抽出システムまたは減速レンズシステムとして機能することができる。
【００３１】
図４Aは7keVの高電流ホウ素イオンビームを生成するための，図２の実施例の二次元シミュレーションを示す。このようなイオンビームはイオン注入システムの質量分析磁石へ入射させるものに利用できる。このシミュレーションは，僅かな発散（質量分析磁石への入射が望ましい）に対して最適化される。シミュレーションは，1evイオンタイプのこのような高電流イオン源のため，熱発散を含む。
【００３２】
図４Aの上方の数字は，イオン源プラズマ20に対する，負の電極の電圧である。図４のシミュレーションにおいて，第一の電極11は159.5Vに，加速電極12は-30.0Vに，減速電極は-3.4kVに，電子はねのけ電極14は-8.4kVに，最終電極15は-7.0kVにセットされている（これらすべてはイオン源プラズマ20の電位に対するものである）。これらの電圧が，アース電位に対して上または下にシフトさせ得ることは理解されよう。7.0keVのイオンビームを生成するために選択された電圧（ここで最終電極15はゼロ電位（0kV）となっている）は図４Cに示されている。この例において，第一の電極11は+7.0kVに，加速電極12は-23kVに，減速電極13は+3.6kVに，電子はねのけ電極14は-1.4kVに，最終電極15はアース電位にバイアスされている。対応するビームエネルギーは図４Dに示されている。図４Dにおいて，破線はビームの外側に対する距離（および電極位置）の関数となるビームエネルギーを示す。図示のように，イオンビームは加速電極12の近傍で約25keVに加速され，減速電極13の近傍で約6keVに減速され，電子はねのけ電極14の近傍で約8keVに加速され，最終電極15の近傍で7.0keVに減速される。
【００３３】
図４Aのシミュレーションにおいて，減速電極13の電圧および大きさは，ビームプラズマ21に対して正となる，軸線19上の電圧を生成するためには十分ではない。ビームプラズマ21から抽出された熱イオンのほとんどが電子はねのけ電極14へと進むように，メニスカス25の曲率を反転させることは十分である。メニスカス25はベースライン（イオンビームは実質的に中性となっている）にそった点を表す。したがって，熱イオンのほとんどは，加速電極12に進むことを防止される。電子はねのけ電極14は加速電極12よりビームプラズマ21に対して，非常に小さな電圧（この例において，1.4kV対23kV）をもし，したがって，誤動作（アーク放電）が防止される。
【００３４】
図４Bは図４Aのイオンビームの位相の図である。イオンビームは最大が40ミリラジアンの発散である（ビームのほとんどは40ミリラジアンよりも非常に小さい）。図４Aの実施例において，アースに対する，減速電極13および電子はねのけ電極14における電圧の大きさは，イオンビームの発散を減らすために変化させてもよい。
【００３５】
図５Aおよび図５Bは，同じイオンビームの電位をもつ減速電極13および電子はねのけ電極14をもち，これによりシステムを図１Aおよび図１Bの従来技術のものに再構成できる同じイオン光学システムを示す。特に，電極13，14および15は同じバイアス電圧を有する。このシミュレーションは，図４Aおよび図４Bで得られるよりもより大きな発散ビーム（最大の発散が100ミリラジアン，または図４Aおよび図４Bのシミュレーションの五倍大きい）を示す。電極13および14がアース電圧である構成において，イオン源のスリットの大きさを減少させても，さらにイオン源電流を減少させても，図４Aおよび図４Bのシミュレーションにおいて示された低発散が回復しないことに留意すべきである。
【００３６】
図６Aおよび図６Bは，本発明にしたがった減速レンズの二次元シミュレーションを示す。この実施例において，図６Aおよび図６Bのイオン光学システムはイオン源の下流に位置する。図４Aのシミュレーションにあるように，各電極の上の数字はビームプラズマに対する各電極の，負の電圧を示す。図６Aの実施例において，第一の電極11は-3.0kVの電圧をもち，加速電極12は-12.0kVの電圧をもち，減速電極13は+700kVの電圧をもち，電子はねのけ電極14は-1.2kVの電圧をもち，最終電極15は-800Vの電圧をもつ（これらすべては，ビーム源の電位に対するものである）。
【００３７】
右側のシミュレーションソフトの中性化ルーティンにおけるエラーが，メニスカス25においてエラーを発生させ，また図６Bに示した“はね”をより大きくする。しかし，低発散が生成されることを依然として示している。発散は，イオン源の1eVイオンにより熱的制限にぎりぎりとなる。減速電極13および電子はねのけ電極における電位は，所望のビームの集束を達成するために，最終ビームのアース電位に対して変化させることができる。電極13および14の使用はまた，集束のために必要な加速電極12における電圧を減少させる。低ビーム電流に対して，または低ビーム電流のビームの一部に対して，減速電極13の電圧は集束を減少するために，（電極12と14の電圧の間で）負となるようにしてもよい。
【００３８】
図６Aに示され，上述した減速レンズにおいて，加速電極12，減速電極13，または両方は，イオンビームを横切る方向に分離されてもよい。分離された加速電極12の実施例が図７に示されている。加速電極12はイオンビーム18の上に電極部50，51，52，53および54を，イオンビーム18に下に電極60，61，62，63および64を含んでもよい。電極部の数および大きさは，応用例に対応して選択できる。さらに，所望の結果を達成するために，電極部のそれぞれに適用されるのは，独立した電圧でも，すべてまたは全部が同じ電圧でも異なる電圧でもよい。分離した電極を使用して，最終ビーム密度と，ビームの個々の部分の集束の両方を調節できる。たとえば，電極12の電極部の一つが二つの隣接した電極部よりも負となる電圧をもつとき，その電極を通過するビーム電流の密度は増加し，集束は高まる。同様に，電極13の電極部の一つが二つの隣接した電極部よりも正となる電圧をもつとき，その電極を通過するビーム電流の密度は減少し，集束は高まる。したがって，電極部の電圧を調節することにより，ビームの密度および集束の両方を形成することができる。電極12および13の電極部の電圧が調節されると集束を形成することができる。電極13の電圧が最終のアース電位に対してすべて負であるとき，電子はねのけ電極14は除去してもよい。イオンビーム22を横切る電極部の位置は整列されても交互になってもよい。
【００３９】
本発明の好適な実施例を示し説明してきたが，本発明の思想および範囲から逸脱することなく，種々の変更，修正がなし得ることは当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１Aは従来技術のイオン源抽出システムの略示図であり，図１Bは他の従来技術のイオン源抽出システムの略示図である。
【図２】図２は本発明にしたがったイオン源抽出システムの第一の実施例の略示図である。
【図３】図３は本発明にしたがったイオン源抽出システムの第二の実施例の略示図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明にしたがった抽出システムの実施例に対するビームの軌道および等電位線を示す，シミュレーション図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは図４Ａに示されたイオンビームの位相図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは図４Ａに示された抽出システムの電圧図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは図４Ａに示されたイオンビームのエネルギー図である。
【図５Ａ】図５Ａは従来技術にしたがって再構成された，図４Ａの抽出システムに対する同等のシミュレーション結果を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは従来技術にしたがって再構成された，図４Ａの抽出システムに対する同等のシミュレーション結果を示す。
【図６Ａ】図６Ａは，本発明にしたがった，減速レンズの実施例に対する，ビーム軌道および等電位線を示すシミュレーション図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図６Ａに示されたイオンビームの位相の図である。
【図７】図７はイオンビームに対して横切る方向に分離した電極を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月16日(2002.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終イオンビームエネルギーをもつビームプラズマを有し，ビーム軸線を有する低エネルギーイオンビームを生成するためのイオン光学装置であって，
イオンビームを加速する加速電極と，
イオンビームを減速するための，前記加速電極の下流にある減速電極であって，ビームプラズマ中の熱イオンに電位バリアーを与え，熱イオンが加速電極に到達することを防止するべく選択された電圧をもつ，ところの減速電源と，
ビームプラズマ中の電子が前記減速電極に到達することを防止ための，前記減速電極の下流にあるイオン光学要素と，
を含み，
前記イオン光学要素は，前記減速電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに正となるように選択される電圧を有する電子はねのけ電極を含む，ところのイオン光学装置。
【請求項２】
イオンビームがビーム軸線を有し，前記減速電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに正となるように，減速電極の電圧が選択される，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記減速電極は，軸線上に電場を限定する形状をもつ，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項６】
前記減速電極の開口が，前記加速電極の開口よりも大きい，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項７】
前記加速電極および前記減速電極の少なくとも一つがイオンビームに対して横方向に分離され，分離された電極部を個々に制御可能にする，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項８】
イオン源抽出システムとして機能する，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項９】
減速レンズシステムとして機能する，請求項１に記載のイオン光学装置。
【請求項１０】
最終イオンビームエネルギーをもつビームプラズマを有し，ビーム軸線を有する低エネルギーイオンビームを生成する方法であって，
加速電極でイオンビームを加速する工程と，
加速電極の下流にある減速電極で，イオンビームを減速する工程と，
ビームプラズマ中の熱イオンに電位バリアーを与え，熱イオンが加速電極に到達することを防止すべく選択される電位で，減速電極をバイアスする工程と，
減速電極の下流にある電子はねのけ電極を含むイオン光学要素で，ビームプラズマ中の電子が減速電極に到達することを防止する工程と，
を含み，
前記防止する工程は，電子はねのけ電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに負となるように電子はねのけ電極の電圧を選択することを含む，ところの方法。
【請求項１１】
イオンビームがビーム軸線を有し，前記減速電極をバイアスする工程は，前記減速電極の近傍におけるビーム軸線上の電位が，ビームプラズマの電位に関して，少なくとも僅かに正となるように，減速電極の電圧を選択することを含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
軸線上に電場を制限するために，減速電極を形状づける工程をさらに含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
加速電極および減速電極の少なくとも一つをイオンビームに対して横方向に分離する工程をさらに含む，請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
（削除）
【請求項２０】
（削除）
【請求項２１】
（削除）
【請求項２２】
（削除）
【請求項２３】
（削除）
【請求項２４】
（削除）
【請求項２５】
（削除）
【請求項２６】
（削除）
【請求項２７】
（削除）
【請求項２８】
（削除）
【国際調査報告】
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