(57)【要約】１次元磁場走査または荷電粒子ビームの切換のために提供される装置である。この装置は、追加部分のコストで２次元まで拡張できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石の磁心の中にピーク値を有し時間的に変化する磁場を発生するためにイオン注入装置の中で繰り返し時間的に変化する交流波形を発生し、前記繰り返し時間的に変化する交流波形が第１の定数値から第２の定数値へ交互に変化する装置であって、
前記磁心のまわりで結合し、各々が付勢電力の付加のための第１および第２の端子を有する１または複数のコイル、
電圧波形を入力され、前記１または複数の各コイルのオーム損を克服することにより連続的な磁場を維持するために所望する極性の電力を前記各１または複数のコイルへ供給することができ、前記連続的な磁場が前記所望する交流磁場波形のピーク値以上の値を有する電力増幅器、および
前記電力増幅器および前記１または複数の各コイルと直列にスイッチによって結合できるプラスおよびマイナスの端子を有し、リアクタンスが運転に必要な周波数において前記１または複数の各コイルの誘導リアクタンスより小さくなるのに十分な大きさの容量を有し、前記スイッチが３つのモードで運転できるキャパシタから成ることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記増幅器に、前記１または複数の各コイルの所望する電流に比例する電圧波形が入力されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記増幅器に、前記磁心の所望する磁束に比例する電圧波形が入力されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記増幅器に、前記１または複数の各コイルの所望する電圧に比例する電圧波形が入力されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記増幅器に、前記磁心の磁束の所望する変化率電圧波形が入力されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
もし前記電圧波形の傾きの値がしきい値より大きければ、前記スイッチが前記３つのモードの第１のモードに切り替わることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
もし前記電圧波形の傾きの値がしきい値より小さければ、前記スイッチが前記３つのモードの第２のモードに切り替わることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
もし前記電圧波形の傾きの値が第１のしきい値もしくは第２のしきい値であるか、または第１のしきい値と第２のしきい値の間にあれば、前記スイッチが前記３つのモードの第３のモードに切り替わることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記３つのモードの前記第１のモードは、前記キャパシタのプラス端子を前記１または複数の各コイルの前記第１の端子と直列に結合させ、前記キャパシタのマイナス端子を前記電力増幅器の第１の端子と結合させることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記３つのモードの前記第２のモードは、前記１または複数の各コイルの前記第１の端子を前記電力増幅器の第１の端子と結合させて前記キャパシタを開路することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記３つのモードの前記第３のモードは、前記キャパシタのマイナス端子を前記１または複数の各コイルの前記第１の端子と直列に結合させ、前記キャパシタのプラス端子を前記電力増幅器の第１の端子と結合させることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記キャパシタが電源により充電または放電させられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記キャパシタが所望する電圧レベルまで前記増幅器と前記スイッチの運転により前記電圧波形に応答して充電または放電されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記増幅器がエネルギー源およびエネルギーシンクの１つから成ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記スイッチが、前記キャパシタに生じる平均電圧が所望する平均値に達する点で切り替わるために同期することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
２または３以上の前記コイルが、前記磁心のまわりで並列に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
２または３以上の前記コイルが、前記磁心のまわりで直列に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
１または複数のコイルを流れる電流値を決定するために、１または複数のコイルと直列に結合される電流検出手段を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
磁石（７４）の磁心の中にピーク値を有し時間的に変化する磁場を発生するために繰り返し時間的に変化する交流波形を生成し、前記繰り返し時間的に変化する交流波形が第１の定数値から第２の定数値へ交互に変化する装置であって、
前記磁心（７６，７８）のまわりで結合し、各々が付勢電力の付加のための第１および第２の端子を有する１または複数のコイル（８０，８２）、
前記繰り返し時間的に変化する交流波形を生成するために付勢されるとき、前記１または複数のコイルの散逸損値を満たすのに十分な電力を有する電圧レベルの電圧信号を供給することができ、前記電圧レベルが前記１または複数のコイル（８０，８２）の電流の最大変化率を生成するために選択される電圧源、
前記時間的に変化する磁場の最小周波数値の半分より著しく低い周波数で前記１または複数のコイル（８０，８２）と共振するのに十分なキャパシタンス値を有する前記電圧源と結合されるキャパシタ（３５，３６）、
前記キャパシタ（３５，３６）を前記１または複数のコイル（８０，８２）と結合させ、３つのモードで動作することができるスイッチ（３７，３８）、
誤差信号を発生するために前記１または複数のコイル（８０，８２）の前記電流を基準の時間に依存するプログラミング信号（Ｖｐｒｏｇ）と比較するための検出手段（Ｒｓ，５３）、および
前記誤差信号を最小にするために順起電力、起電力なし、および逆起電力の１つの前記１または複数のコイル（８０，８２）への印加の間で切り替わるように前記スイッチ（３７，３８）を制御するための前記誤差信号に応答する制御手段（５１，５２）から成ることを特徴とする装置。
【請求項２０】
前記３つのモードの第１のモードが前記キャパシタ（３５，３６）のプラス端子を前記１または複数のコイル（８０，８２）の第１の端子に結合させ、前記キャパシタ（３５，３６）のマイナス端子を前記１または複数のコイル（８０，８２）の第２の端子に結合させ、前記キャパシタ（３５，３６）と前記１または複数のコイル（８０，８２）が直列に結合されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項２１】
前記３つのモードの第２のモードが前記１または複数のコイル（８０，８２）の第１の端子を前記１または複数のコイル（８０，８２）の第２の端子に結合して、前記キャパシタ（３５，３６）を開路状態にすることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記３つのモードの第３のモードが、前記キャパシタ（３５，３６）のマイナス端子を前記１または複数のコイル（８０，８２）の第１の端子に結合し、前記キャパシタ（３５，３６）のプラス端子を前記１または複数のコイル（８０，８２）の第２の端子に結合して、前記キャパシタ（３５，３６）を前記１または複数のコイル（８０，８２）と直列に結合することを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記１または複数のコイル（８０，８２）が、前記磁心（７６，７８）のまわりで直列に結合されることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記１または複数のコイル（８０，８２）が、前記磁心（７６，７８）のまわりで並列に結合されることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
時間的に変化する磁場により荷電粒子ビームを偏向させるための、積層磁心を有する磁石のまわりの１または複数のコイルに時間的に変化する電流波形を供給する装置を制御できる波形を発生し、前記荷電粒子ビームが真空中で前記磁石の前記積層磁心を通過するための方法であって、
所望するイオンビームの中心を基準面の１組の予め定められた各位置に配置するのに必要な１または複数の電流値を決定するために、前記１または複数のコイルに対する前記時間的に変化する電流波形を変化させ、
前記１または複数の電流値の１または複数の共役値および前記イオンビーム位置を表にされた等しい時間間隔で維持するためのデータ構造を発生し、および
前記イオンビームを所望する方法で走査するために前記時間的に変化する電流波形を供給する前記装置に指示する前記波形を発生するために等しい時間間隔で前記データ構造により保持される前記１または複数の共役値を出力する諸ステップから成ることを特徴とする方法。
【請求項２６】
平滑化された波形を発生するために１または複数の補間された共役値を発生するステップを更に含むことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
１または複数のセグメントの間で円滑に遷移するように前記波形の傾斜を制御するステップを更に含むことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
１または複数のディジタル化された電流値を得るために既知のデータポイントの間を補間することにより前記ディジタル化された電流値の第２のデータ構造を発生し、および
所望する時間的に変化する電流波形を得るために既知のデータポイントの間を補完することにより所望する時間的に変化するビーム位置波形を達成する等しい時間増分でディジタル化されたプログラミング波形をアサートする諸ステップから成り、
前記ディジタル化されたプログラミング波形の前記等しい時間増分は、前記プログラミング波形の前記時間間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
１または複数の所望する各イオンビームの中心を基準面の予め定められた位置に配置するのに必要な所望する電流値を決定するために、前記１または複数のコイルの前記時間的に変化する電流の電流値を変化させるステップを更に含むことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
荷電粒子ビームを偏向させるために静電偏向器の中で所望する時間的に変化する電場を制御する時間的に変化する制御波形を発生し、前記荷電粒子ビームを真空中で前記静電偏向器を通過させる方法であって、
所望するイオンビームの中心を前記荷電粒子ビームの内部の基準面の１または複数の各位置に配置するために、所望する制御信号を決定するために制御信号を変化させ、
前記所望する制御信号の１または複数の共役値、および前記所望するイオンビームの対応する１または複数のイオンビーム位置を保持するためのデータ構造を発生し、および
前記静電偏向器の前記所望する時間的に変化する電場をプログラムするために１または複数の所望する時間間隔で前記データ構造により保持される前記１または複数の共役値をアサートする前記時間的に変化する制御波形を発生する諸ステップから成ることを特徴とする方法。
【請求項３１】
走査されたイオンビームに基準位置で挿入可能な開口プレート（１２）、および
前記開口プレート（１２）の後ろの平面に配置され、前記開口プレート（１２）の複数のスルーホールの何れかを通って伝送されるビーム電流を測定するのに有効な測定手段に接続されるファラデーカップ（１４）を更に含むことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項３２】
前記ファラデーカップ（１４）および前記測定手段が、前記走査されたイオンビームの振幅および波形を決定することができることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
偏向されたビームに前記基準面に設けられた開口プレートの１または複数の開口部を通過させて伝送し、前記開口プレートの後ろの平面に配置されたファラデーカップで受信した前記電流信号を最大にするように前記電流値を調整することによって、所望する各電流値の決定が行われることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記電流値を記憶媒体に記憶するステップを更に含むことを特徴とする、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記開口プレートの前記開口部が、少なくとも１つの次元で等間隔であることを特徴とする、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記偏向されたビームに基準面に設けられた開口プレートの各スルーホールを通過させて伝送し、前記開口プレートの後ろに配置されたファラデーカップで受信した前記電流信号を最大にするように前記制御信号を調整することによって、前記所望する各制御信号値の決定が行われることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記制御信号をメモリ素子に記憶するステップを更に含むことを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記開口プレートが、少なくとも１つの次元で等間隔である２または３以上の開口部から成ることを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［本発明の背景］
本発明は、磁場偏向器を使用して周期的または準周期的波形を有する荷電粒子ビームを走査し切り替えるための装置および方法に関する。イオンビームに対する磁場偏向器および静電偏向器の使用は、アストン質量分析計以来既知である。磁場走査器および静電走査器は双方とも陰極線管の中の電子ビームを走査するために使用され、非線形性を制御するための方法が発展してきた。同じ走査方法は、２次元静電走査および１次元磁場走査の両方を１次元「低速」遷移と組み合わせて使用して、イオンビームを半導体ウェハの端から端まで走査するために、イオン注入装置で使用されてきた。高速切換磁石および走査磁石は、渦電流による損失を最小にするために、（変圧器の中のように）積層鋼で作られなければならない。
【０００２】
１９７８年に Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ 大学で開催された加速器による放射性炭素年代測定法についての第１回会議の議事録では、分析磁石に入射したイオンを加速するポテンシャルを切り替えることにより炭素の３つの同位体のビームが加速器を通して順番に切り替えられ、磁石を出るときにイオンが ｅｑｕａｌ ａｍｏｕｎｔ により減速される（図１ａ参照）システムが開示された。
【０００３】
図１ｂは、 Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ 州の Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｏｎｅｘ 社により設計された既知の装置を示す。図１ｂは、分析磁石の磁場を素早く切り替えることにより、加速器を通して炭素の３つの同位体のビームが順番に切り替えられる装置を示す。損失損を招くことなく磁場を素早く切り替えられるように、磁石は、（便宜上、商用変圧器積層構造から切り取られた）積層鋼から製造される。
【０００４】
Ｄ． Ｐｈｉｌ Ｗｈｉｔｅ（ Ｏｘｆｏｒｄ 大学， Ｅｎｇｌａｎｄ， １９８１）の論文は、２５マイクロ秒に３３．７５度のスルーレートでこの方式を実施し、加速器を通して１０−５０Ｈｚの繰り返し周波数の間の安定した周期で同位体１４Ｃ，１３Ｃ，および１N２Ｃを順番に切り替えるための装置を開示した。しかし、このシステムのイオン光学的性質は、３つの同位体に対して（類似しているが）同一ではないことがわかった。
【０００５】
図２は、 Ｅｎｇｅ に付与された米国特許第４，２７６，４７７号の従来技術の積層磁石を示す。米国特許第４，２７６，４７７号はイオンビームが複数のターゲットの経路の端から端までゆっくり走査されるイオン注入装置を開示し、イオン注入装置はビームを通過して回転ディスクの上を移動する。走査速度は非常に遅く、約０．５Ｈｚであった。走査された軌跡の角度は、一定形状磁場修正用磁石により平行にされた。ビームは走査の前に分析磁石を通過し、分析磁石は分散平面が走査平面に対して直角になるように方向を合わされる。分解開口部は、走査器磁石の下位に配置された。意図した露光量が高く、（単一のウェハではなく）１バッチ分のウェハがイオン注入されたので、遅い走査周波数は受け入れられなかった。
【０００６】
図３ａ，３ｂ，３ｃは、 Ｂｅｒｒｉａｎ 他に付与された米国特許第４，９２２，１０６号で開示された従来技術のシステムを示す。米国特許第４，９２２，１０６号は、分析ビームが１ｋＨｚに近い周波数で静電走査される単一ウェハにイオン注入するためのイオン注入装置を開示する。また、走査されたビームの角度は、一定形状磁場修正用磁石により修正される。走査波形は、一様な注入を達成するように調整された。
【０００７】
［発明の要約］
本発明は、荷電粒子ビームを磁気的に切換もしくは走査（または両方）する従来システムの上記限定に対応する。本発明は、イオンビームシステムを、異なるイオン種のビームの間を素早く正確に切り替えるイオン注入装置または質量分析計として使用することを可能にする方法を提供する。また、本発明は、単一のイオン種を、ターゲットの端から端まで正確に制御された速度で素早く走査するための方法も提供する。
【０００８】
本発明の１実施例では、積層磁心を有する磁石により放出された時間的に変化する磁場、および積層磁心のギャップに配置された非導電性真空槽を使用して荷電粒子ビームを偏向させるための装置が提供される。荷電粒子ビームは、異なるイオン種のビームの間を切り替えるため、またはターゲットの端から端まで制御された速度で単一のイオン種を走査するために、時間的に変化する磁場を通って真空中を進む。非導電性真空槽壁に衝突することなく各環状シートのスルーホールを通過する荷電粒子ビームを配置するために、真空槽は、真空槽の内部に配置された金属または他の導電材料でできた複数の薄い環状シートを含む。時間的に変化する磁場により引き起こされる渦電流を抑制する方法で、各環状シートは互いに電気的に接続される。
【０００９】
［本発明の詳細な記載］
本発明は、１次元磁場走査または荷電粒子ビームの切換に関する。本発明は、付加された複雑さのコストで２次元まで拡張できる。走査と切換の違いは、走査されたビームは位置が変化している間に使用されるのに対して、切り替えられたビームは位置が静止している間に使用され、走査用途では単一のビーム種が通常は使用されるのに対して、切換用途では異なるビーム種（例えば、質量分析計の中の異なる同位体）の間で切り替えることが望ましいということである。走査されたビームに対しては、ビームが変換される速度が重要であるのに対して、切り替えられたビームに対しては、位置の変化の間に位置が維持される精度と安定性が重要である。装置は何れの場合にも本質的に同じであり、波形だけが異なる。
【００１０】
イオンビーム偏向磁石に蓄積された磁気エネルギーＵは、イオンビームの磁気硬さ、ビームの断面、走査角θ、および磁石の長さと以下のように関連付けられる。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
ここで、Ｍは最大イオン質量、ｑＶは最大イオンエネルギー、ｑはイオンの電荷、ｒはイオンビームの半径（真空槽壁のための隙間、等を含む）、μ０は真空の誘電率、ｌは走査器磁石の長さ、およびｋは漏洩磁場の範囲にわたる積分からの係数であり、その値は２−２．５である。この関係は、走査角が小さいこと、およびｌ＜ｒ／θであるがスケーリング則が明らかであることを仮定する。蓄積されたエネルギーはインダクタンス、およびビームを走査するために必要な無効電力に関連付けられる。もし走査している電流波形がほぼ時間の三角形関数なら、必要な無効電力は磁場に蓄積されたピークエネルギーの４倍を越えなければならない。蓄積されたエネルギーは、小型システムで１００Ｊである。１００Ｈｚの周波数において、これは４０ｋＶＡの電力を意味し、２．５ｋＨｚにおいては１ＭＶＡを意味する。
【００１３】
一般に、イオンビーム切換磁石または走査磁石は真空の内部に配置される。何故ならば、磁場を変化させることが金属の真空壁により強く減衰されるからである。むしろ、本発明の実施例は、絶縁壁を荷電粒子から遮蔽するために比較的高い抵抗器を通して接地される導電材料のディスクに加えてガラス、石英、または他の絶縁材料を磁極内部の真空壁として使用する。組立の方法が磁気損失を低く維持し、および組立を安価に維持する。ここで新しく取り入れたものは、積層ビームバッフルである。加えて、低インダクタンスが望ましく、インダクタンスはピーク磁束の２乗に比例し、ビーム偏向は磁束にだけ比例する。従って、低磁束密度が経済的である。もし積層絶縁体シートにより分離された積層鋼が使用されたら、磁石の構造は最適化される。０．３Ｔの磁場に対して、０．０４０インチの絶縁体により分離された０．０１４インチ積層構造の鋼が使用される。
【００１４】
電源は、電圧Ｖ＝ＬｄＩ／ｄｔ＋ＩＲを供給しなければならない。無効電力要求は数十ｋＶＡである。我々は、ｄＩ／ｄｔが公称値から数％だけ変化するか、または数％の範囲内でゼロである用途だけを扱う。これらの条件下で、我々は要求される供給電力を分離して、負荷電圧要求の有効部分（Ｖ＝ＩＲ）および無効部分（Ｖ＋ＬｄＩ／ｄｔ）を満たすことができる。有効部分は電力増幅器により供給される。無効部分は要求電圧（Ｖ＝｜ｄＩ／ｄｔ｜）まで充電されたキャパシタにより供給され、キャパシタは負荷から切り離されるか、または整流子によって（どちらの極性でも直列に）負荷と接続される。このキャパシタへの正確な充電を維持するために、（以下で論じるような）小電力高圧電源を提供する必要がある。
【００１５】
図４はビーム走査装置２０を示し、（総エネルギーを減少させるので）ビーム走査装置２０は双極であり、図５はビーム切換装置２２を示し、ビーム切換装置２２は単極である。ビーム切換装置２２は、図１１で更に詳細に示される。図４で描かれる修正用磁石１０は、走査器磁石中の偏向角と物体平面内のビーム位置（例えば、打ち込み位置）の間の関係を制御するように形成される。軌跡が平行になるように同時に修正し、走査角と位置の間の線形関係を達成することは可能である。しかし、修正用磁石１０の形状の正しい設計による非線形走査波形に対する必要性を最小化することが必要なことが多いが、それにも拘わらず、残差または予期せぬ系統誤差の修正が可能なように、非線形波形で走査器をプログラムする機能を維持することが必要なことが多い。修正用磁石１０の運転および構造を含む更なる詳細のために、ここで我々は Ｗｈｉｔｅ 他に付与された米国特許第５，８３４，７８６号および Ｗｈｉｔｅ 他に付与された米国特許第５，３５０，９２６号を引用する。
【００１６】
走査波形は、コンピュータまたはシーケンサによりディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）を通して発生される。走査波形は、ビームの所望する位置と時間の関数として基準面で関連付けられる。歴史的に、照射用途では、異なる位置における平均電流が測定され、走査波形は均一になるまで繰り返し修正されてきた。好都合なことに、本発明の実施例は所望する波形を設定する直接的方法を提供し、前記方法は以下で更に詳細に記載される。第１に、偏向角とビーム位置の間の関係が完全な線形ではないであろうことを我々は確認する。もし光学機器が走査器と基準面の間に介在しなければ、ビーム位置は ｔａｎ θ に関連付けられる。ここで、θは偏向角である。偏向角は磁石中の磁場に完全な線形では関連付けられないことを、我々は確認する。最後に、「修正用」磁石１０、または他の光学機器（図示されない）を走査器と基準面の間に配置することは、偶数次収差を招きやすいであろうことを、我々は確認する。要約すると、基準面内のビーム位置ｘと走査器中の電流Ｉの間の関係は以下のようになる。
【００１７】
【数２】
2004508680.tif 000004
【００１８】
ここで、少なくとも３次までの係数はゼロであってはならない。
【００１９】
走査されたビームからの線量率はｄｘ／ｄｔに反比例し、従って１次はＶ／Ｌに比例すること、および均一な照射を所望するときはＶは殆ど一定であり周期中は滑らかに変化することが肝要であることに注意しなければならない。注入されたターゲットを越えてビームが走査されるまで、整流子は切り替わってはならない。
【００２０】
図４が示すように、開口プレート１２はビームの経路上の基準面に配置される。開口部は、既知の値ｘに配置される。走査器電源は、伝送電流を最大化することによって、ビーム中心を各開口部の上方に配置するのに必要な電流Ｉを決定するために運転される。これは、走査されたビームと高速自動データ収集、またはｄｃビームと手動データ収集を使用して行うことができる。開口部の数が決定するべき係数の数以上ならば、我々は係数に対する方程式を解くことができる。もし走査位置が均一に経時変化することを所望するなら、方程式２に代入することにより我々は走査ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）値の表を均一な増分ｘで作り出せる。次に、表の各値をＤ／Ａ変換器へ等しい時間間隔で順番に送ることにより、磁石が走査される。もしｘと時間の間の関係が線形以外であることを所望するなら、我々は単に所望するｘ座標を線形の各時間増分で方程式２に代入してＤ／Ａ変換器の値を計算するだけである。必要な非線形走査特性が生成される。準三角形波形を発生するために、走査表中の値は順番にプログラムされ、終点に着くとすぐ、シーケンスは逆転する。
【００２１】
注入平面では、開口プレート１２がビームの経路に配置される。開口プレート５０は中心の基準位置に穴を有し、追加の開口部を走査方向の何れかの側２５．０ｍｍの位置に有する。開口プレート１２の後ろにあるのはファラデーカップ１４であり、ファラデーカップ１４は＋／−１１０ｍｍの経路で走査されたビームの１００％を受け入れるような大きさに作られる。
【００２２】
運転では、イオンビームはゼロにプログラムされた走査器磁石７４を有するシステム２０を通過し、第５の大きなピークに遭遇したらビーム電流を最大にすることにより決定されるように（他は、第１の４つの開口部を通過するビームに起因する）、修正用磁石１０がゼロからビームが中心開口部の中心に配置されるまで調整される。もし走査器磁石７４が（修正用磁石の設定から振幅（アンペア）が正比例していると推定できる）プログラミング三角形波形により励磁されたら、その間に以下で更に詳細に論じされる駆動回路５０のキャパシタ３６が零入力値まで充電され、その後にビームが開口プレート１２の全部で９つの開口部にわたって安定して走査される短い期間が存在する。キャパシタ３６はある電圧まで充電され、もし位相関係が正しくなければ、その電圧は高すぎるか低すぎるかの何れかである。「正しい」電圧は増幅器４０の偏差を最小化する電圧であり、従って、誤差信号を整流子３６の位相を（動的リードバック調整、またはプリセット調整の何れかのように）調整するために使用される平均増幅器電圧および／または電流に基づいて生成することが可能である。位相における１゜の偏移は、駆動回路５０の正しい運転を妨げるのに十分である。
【００２３】
開口プレート１２の９つの各開口部を通る最大伝送に関連する、走査器電源に対する正確なプログラミング電圧Ｖｐｒｏｇを測定することが必要である、この測定は約０．１Ａの精度で行われなけれがならず、ビームが走査されるとき自動的に、または走査器磁石７４に対するｄｃ電流を使用して手動で遂行される。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示されるように、１本のビームが通過するのに１０ミリ秒かかるのが望ましい。復路は表の逆である。従って、走査周波数は５０Ｈｚであり、全走査振幅は２５０ｍｍであり、２５０ｍｍの走査振幅は２００ｍｍウェハのエッジから離れた直径５０ｍｍまでのビームを手際よく走査する。走査器を駆動するためのＤ／Ａ変換器を駆動するために使用される実際の表は、更に多くのポイントを必要とする。例えば、もし標本化周波数が２０ｋＨｚなら、表は２０１ポイントを必要とする。これらのポイントは滑らかに変化する曲線に沿って位置しなければならず、測定表中のポイントの１次補間が十分に滑らかではないいので、データは多項式に適合されなければならない。
【００２６】
【数３】
2004508680.tif 000006
【００２７】
代入により方程式３から完全な表が求められる。
【００２８】
いったん表が生成されたら、１００マイクロ秒の等しい時間増分で表を上下に検索することにより走査波形はプログラムされ、走査増幅器４０を結果として生じた値Ｖｐｒｏｇでプログラムする。打ち込みは、ウェハを均一な速度で走査されたビームを通過させることにより行われる。より少ない項または追加の項が利用できても、一般に、方程式３に保持される５つの項は、走査システムにより達成された線量率の均一性に悪影響を及ぼす十分な大きさの既知収差を補うのに十分でなければならない。円滑な走査を提供するために、更に細かい時間増分を有する更に大きな表を生成できる。実際には、２０マイクロ秒の時間増分の最大５００ポイントの表で十分と考えられる。滑らかな曲線につなぎ合わせるために、波形は変向点でわずかに修正できる。このことは、高い忠実度が付随する波形をもたらす。
【００２９】
大部分の用途のために、時間の一部に対して走査器電流を一定値に保持することが望ましい。これは、非同期または同期の瞬間である。例えば、同位体切換用途では、所望する走査波形は図６ａに示され、それに対して米国特許第４，９２２，１０６号に記載されるようなイオン打ち込み用途では、所望する切換波形は図６ｂに示される。スルーレートが高いことを所望されるとき、（以下で更に詳細に記載される）駆動回路５０または６０のキャパシタ３６は、適切な極性で走査増幅器４０を用いて連続して切り替えられる。スルーレートが低いかゼロであることを所望されるとき、キャパシタは切断されて端子が短絡される（両方とも位置ＡにあるＳ１およびＳ２）。このモード（「ＤＣ」モード）では、磁石電流は如何なる所望する値にもゆっくりと変化できる。
【００３０】
図８ａに示される駆動回路５０は、以下の方法で作動する。インダクタンスＬは走査器磁石３０である。走査器磁石３０の損失は他の全ての損失と一緒に扱われ、センス抵抗器３２（Ｒｓ）を抵抗器３４（Ｒ）に含める。もし積層磁石がうまく設計されていたら、損失の大部分がオーム性であり、Ｒは回路のＤＣ抵抗に近い表示である。増幅器４０は出力Ｖａｍｐを有し、出力Ｖａｍｐは最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎを有する。ブリッジ３８の貯蔵キャパシタ３６は、Ｌ／ｆ２を越える静電容量Ｃを有する。ここで、ｆは動作周波数である。走査器磁石３０のリアクタンスを克服するために、増幅器４０は、不十分な電圧駆動が存在する限り、プログラミング信号Ｖｐｒｏｇに比例する電流Ｉを供給する。積層鋼心の性質における非線形性を補償するために、即ち、電流Ｉと全磁束Φの間で、センスコイル（図示されない）がインダクタの上に巻かれ、増幅器４０のフィードバック信号として使用するために、その出力はｄｃ電流センス抵抗器３２からの信号と統合されて組み合わされる。この方法では、走査器磁石３０の磁束の変化率を制御するために増幅器４０が動作する。しかし、増幅器４０は、上記のように飽和することなく必要なｄＩ／ｄｔを支持するのに十分な出力電圧を生成する能力がない。
【００３１】
整流子３６は３つの状態を有し、Ｋｃｏｍにより特徴付けられ、Ｋｃｏｍは＋１，０，−１の値を取り得る。Ｋ＝＋１は、スイッチＳ１が位置ＢにありスイッチＳ２が位置Ａにある状態を表す。Ｋ＝０は、Ｓ１とＳ２の両方が位置Ａにある状態を表す。Ｋ＝−１は、Ｓ１が位置ＡにありＳ２が位置Ｂにある状態を表す。スイッチは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を利用する半導体半ブリッジ素子でもよい。スイッチＳ１とＳ２は、過電圧保護および最大数マイクロ秒の時間間隔で動作するフリーホイーリングバイパスダイオードを有する ｂｒｅａｋ−ｂｅｆｏｒｅ−ｍａｋｅ スイッチである必要がある。一般に、スイッチＳ１およびＳ２は、１組のＩＧＢＴ、または代わりに１組の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であるように構成される。駆動回路５０の電磁場（ＥＭＦ）Ｅは代数和Ｋｃｏｍ＊Ｑ＊Ｃ−ＩＲ＋Ｖａｍｐであり、これは、ＬｄＩ／ｄｔと等しくなり得る。
【００３２】
電流に対するプログラミング信号は、信号Ｖｄｉｆｆを生じさせるために電子的に識別される。Ｖｄｉｆｆが−５Ｖから＋５Ｖまで動くと仮定すると、Ｖｄｉｆｆ＞０．５Ｖに対してＫ＝＋１、−０．５Ｖ＜Ｖｄｉｆｆ＜０．５Ｖに対してＫ＝０、およびＶｄｉｆｆ＜−０．５Ｖに対してＫ＝−１と定めることにより整流信号はＶｄｉｆｆから生成できる。これを満足することが、Ｖｍａｘ＞０．１＊Ｌ＊（ｄＩ／ｄｔ）ｍａｘを、振幅の期待する範囲が約５の因子を越えないシステムで提供する。最適な電圧を有するときにはキャパシタＣへの正味電流が平均してゼロであることを保証するために、そのように導出された信号の位相は＋／−１゜の微調整に対する備えを有する必要がある。
【００３３】
図９ａは、全電圧および電流がゼロである状態から駆動回路５０が始動するときの結果を示す。約５０Ｈｚの周波数、波形、純粋な三角波について、インダクタンスは１６ｍＨであり、静電容量は５，０００μＦであり、Ｖｍａｘは７５Ｖである。最初の８周期に対して、出力電流は所望する値より低く、増幅器４０は要求電圧を供給しようとする間は飽和している。しかし、そのプロセスで電荷がキャパシタ３８の中に注入され、その電圧は増加するので、１０番目の周期の終わりまで増幅器４０は実質的に飽和の範囲外であり、電流中の誤差は小さく、周期の９０％に対する設定値の０．５％の範囲内に回復する。
【００３４】
もしプログラミング信号の振幅（更に詳細には、ｄＩ／ｄｔの値）が減少したら、更に低い電圧がキャパシタ３８で要求され、駆動回路５０は類似の方法で電圧を１０周期くらいにわたって減少させるように機能する。エネルギーは増幅器４０まで供給されなければならず、増幅器４０はエネルギー吸収機能を備えなければならない。種々の理由により、これは、大きなＤＣモータを駆動するために組み立てられ、１ｋＨｚ以上の有効バンド幅を有するような切換パルス幅変調（ＰＷＭ）増幅器である可能性が高い。一般に、これらの増幅器は効率的であり、適切なエネルギー発散機能を有する。無効電力は数十ｋＶＡのレベルである。
【００３５】
ドープするために被加工物の端から端までビームを均一に走査するために装置が使用されるとき、ほぼ三角の波が使用される。整流は変向点で発生するが、ドーピングが均一である領域をビームが通過している間は発生しない。走査されたビームからの線量率はｄｘ／ｄｔに反比例し、従って１次はＶ／Ｌに反比例すること、およびＶは殆ど一定であり、均一な照射が所望されるとき周期の間は滑らかに変化することが肝要であることに再度注意しなければならない。しかし、もし増幅器４０がパルス幅変調増幅器ならば、または以下に記載される他の環境下であれば、この波形に重ね合わされる切換ノイズが存在し、その形状を判断する前にＶを滑らかにするために使用される高次フィルタが必要とされることに注意しなければならない。
【００３６】
もし平均電流がゼロならば、キャパシタ３６の平均電圧は所望する値で一定のままである。整流子３６を使用するので、もしインダクタの平均電流がゼロならばこの状態は必ずしも満たされない。また、インダクタの平均電流がゼロでないときでさえ、この状態を満たすことは可能である。これは増幅器４６の状態に対する整流のタイミングにより決定され、ｄＩ／ｄｔが逆転するときの変向点に対する正確なタイミングは、キャパシタ３６が正味の充電電流または正味の放電電流を受け入れるかどうかに大きな影響を有する。
【００３７】
増幅器４０がシステムでオーム性および他の損失として発散される電力を供給しなければならないことは高く評価されるであろう。他の方法は増幅器４０を不要にし、等価電力定格の更に高電圧なＤＣ電源を利用し、ＤＣ電源がキャパシタ３６の電荷を直接的に保持する。
【００３８】
この方法では、ＤＣ電圧が電流変化の所望する割合を達成するのに必要な最大電圧を越える。電流波形の誤差を修正するための低電圧増幅器４０が今はもう存在しないので、電流波形の誤差は他の方法で修正されなければならない。整流子３６は、（一般に１０−３０ｋＨｚの範囲の）高周波数のパルス幅変調モードで動作できる。そのようなシステムは市販されており、２０ｋＨｚでのパルス幅変調増幅器切換を使用する。適切なシステムが、 Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 州 Ｅｌ Ｓｅｇｕｎｄｏ の Ｇｌｅｎｔｅｋ 社により製造されている。しかし、これらのシステムは大量の有効電力を電動機に供給することを第一として設計されているので、この用途には最適化されていない。そのようなシステムの限定の１つは、バンド幅が自動的に制限されることである。 Ｎｙｑｕｉｓｔ の定理により、２０ｋＨｚのＰＷＭ増幅器のバンド幅は１０ｋＨｚを越えられない。実際には、安定性基準により約５ｋＨｚに限定される。これは、１００Ｈｚの波形を追従できる忠実度を限定する。第２の限定は、変化している負荷電流がゼロを通って遷移するとき、ｄＩ／ｄｔを駆動している起電力が順電圧降下だけＰＷＭ切換を行っているＩＧＢＴで下降することである。その結果、ｄＩ／ｄｔも変化する。パルス幅変調器を制御しているフィードバックループは２００マイクロ秒以内に応答できず、上記のように、重大かつ非対称なクロスオーバ歪みをもたらす。
【００３９】
図８ｂが示すように、システムは固定された切換周波数で動作する必要はない。その代わり、誘導負荷の所望する電流と実際の電流の間の誤差が特定のしきい値を越えたとき、誤差がしきい値（例えば、ゼロ）以下に減少するまでの未決定の時間だけ整流子３７は適切な方向にスイッチを入れられる。誤差が特定の予め設定されたしきい値を越えるときはいつも、上記の誤差信号は整流子３６をＫｃｏｍ＝＋１，０，または−１モードへ誤差を減少させるような方法で切り替えるために使用される。図８ｂを参照すると、もしプラス入力値がマイナス入力値をＤＶだけ越えたら、比較器５１，５２は出力を論理レベル「１」へ変更し、もしマイナス入力値がプラス入力値をＤＶだけ越えたら、論理レベル「１」を論理レベル「０」へ変更する。従って、比較器５１，５２は、２ＤＶの全ヒステリシスを各々有する。しきい値Ｔ１は−ＤＶに設定でき、しきい値Ｔ２は＋ＤＶに設定できる。回路６０は以下の方法で機能する。もしコイル６２を通るコイル電流が所望する値より小さければ、電流比較器５３からの誤差信号はグラウンド１００に対してプラスである。コイル電流の誤差に対する誤差信号の比は、抵抗器Ｒｓ，Ｒ１，およびＲ２の値によって決定される。もし誤差信号が２ＤＶ以上プラスならば、スイッチＳ１を状態Ｂに配置することにより、比較器５１は整流子３７を状態Ｋｃｏｍ＝＋１へ切り替える。これは電圧をキャパシタ３５の両端子に印加し、コイルＬの電流をプラスの方向へ増加させる。誤差がゼロになるとき、スイッチＳ１を状態Ａへ戻すことにより整流子３７は状態０へ再び配置される。
【００４０】
逆に、もし電流比較器５３からの誤差信号がしきい値Ｔ２以下になれば、比較器５２はスイッチＳ２を状態Ｂに配置し、状態Ｂは整流子３７を状態Ｋｃｏｍ＝−１に配置し、（誤差がまた大きさゼロに減少するまで）Ｋｃｏｍ＝−１は電流をマイナスに駆動しようとする。動揺のない完全な切換を保証するために追加の構成要素が付加できること、およびしきい値の選択が各用途でわずかに異なることを当業者は認識するであろう。このモードでは、切換の周波数は、ａ）所望するｄＩ／ｄｔと整流子３７が導電性であるときに得られる瞬時値の間の誤差、およびｂ）比較器５１，５２のヒステリシスの逆数に比例する。それにも関わらず、絶縁および接地の問題は用途ごとある必要があることを当業者は認識するであろう。上記の動作を図示するために、もしＤＶ＝０．５Ｖ，Ｒｓ＝０．０１Ω，および所望する電流が（＋／−０．１Ａの精度で）＋１００Ａから−１００Ａまで１０Ｈｚから１００Ｈｚの周波数の間で変化したら、比較器５３は約１０００のゲインを必要とし、約１０００のゲインはＲ１＝１００Ω，およびＲ２＝１００ｋΩと設定することにより達成できる。比較器５３のゲインは、電流の最大許容誤差が振幅０．５Ｖの誤差信号を比較器５３の出力で発生するくらいのものである。最大切換周波数は、１００／０．１＊１００Ｈｚ＝１００ｋＨｚと推定される。しかし、もし波形周波数またはピーク電流が減少したら、切換周波数はずっと低い。
【００４１】
一般に、市販のＰＷＭ増幅器は、 Ｎｙｑｕｉｓｔ 基準とフィードバックループ安定性の組合せによって約５ｋＨｚの周波数応答に限定されるのに対して、回路６０は約５マイクロ秒の時間間隔で応答し、約５マイクロ秒の時間間隔はたまたま整流子スイッチ５１，５２の最小オン・オフ時間である。通常の状態では、回路６０は更に低い周波数で切り替わる。何故ならば、ｄＩ／ｄｔが低いからである。しかし、Ｉの最大誤差は越えられない。更に、クロック周波数が存在しないので、うなり周波数またはエイリアシング周波数がｄＩ／ｄｔで予期しない変化をもたらす可能性はない。回路６０の更なる改良は、波形周波数が減少したときにキャパシタ３６のヒステリシスと電圧の両方の振幅を下方に調整し、整流周波数を比較的高く維持して出力電流波形の忠実度を改善することである。図９ｂは、所望する波形と駆動回路６０から結果として得られた波形の比較を示す。
【００４２】
イオン注入装置に対する好ましい実施例１
以下の記載は、２００ｍｍウェハを横断する１ＭｅＶの１２３Ｓｂ＋ビーム、または類似するか更に低い磁気硬さの他のビームを走査することができる装置のためのものである。ビームは、２２ｍｍの半径を走査器磁石７４で有すると仮定される。図７が示すように、ビームが走査器磁石７４を通る石英管７２を通過するとき、タンタルの１組の環状ディスク７０がビームを囲む。環状ディスク７０はビームが石英管７２の内壁に衝突することを防止し、それにより汚染物質のイオンビームによる前方スパッタリングを防止し、石英壁の存在にもかかわらず基準ポテンシャルを提供する。図７に示されるように、環状ディスク７０は導電ループの創出を防止するように接続され、導電ループは磁束変化の結果として電力を浪費する。石英管７２の全半径は約３５ｍｍである。所望する走査角は＋／−２．５゜である。これらの値を方程式１に代入すると、幾何因子ｋを掛け合わされた４５Ｊの蓄積されたエネルギーが求められる。この実施例では、詳細なモデリングがｋが約２の値を有すること、および蓄積されたエネルギーが約８５Ｊであることを示す。
【００４３】
走査器磁石７４は厚さ８インチのＥ型変圧器積層構造７６，７８のスタックから構成され、各層は厚さ０．０１４インチであり、一片は各層から切り取られる。積層構造７６，７８は１２インチ＊８インチの大きさであり、コイル巻線８０，８２のための２インチのスロットを有する。図１０は、走査器磁石７４の断面を示す。磁極ギャップ８４は約７０ｍｍである。２つのコイル巻線８０，８２は、各々が約７０ターンの ｓｑｕａｒｅ ＃４ ｗｉｒｅ から成る。コイル巻線８０，８２は、コイル構造の内部に構成された（冷却水を通す）短絡されていない直径３／１６インチの銅管によって水冷される。インダクタンスは１６ｍＨであり、運転最大電流は約１００Ａ以上である。
【００４４】
電力増幅器４０は、ｄｃ電動機を駆動する目的で市販され、定格が最大＋／−７５Ｖ，１００Ａの双極増幅器から成る。キャパシタ３６は市販の半ブリッジＩＧＢＴベースのスイッチにより、短絡を防止するロジックを用いて切り替えられる。運転の間、キャパシタは約４００Ｖまで充電できる。過電圧保護が、ブリッジ接続によってキャパシタ電圧より数ボルトだけ高く最大ＩＧＢＴ電圧を維持する内蔵の逆電圧クランプにより提供される。
【００４５】
走査修正は３５゜１Ｔの磁石により、コンピュータプログラム ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ および ＴＯＳＣＡ によって最適化された４０゜および−２３゜の入射磁極角および射出磁極角で遂行される。そのような用途にはよくあることであるが、以下の座標定義が使用される。即ち、ｘ，ｙ，およびｚはビーム中心の曲線座標であり、ビームはプラスのｚ方向へ移動している。磁石はビームをｚ−ｘ平面で偏向させる。即ち、支配的な磁場成分は、（プラスまたはマイナスの）ｙ方向にある。角度ｘ’およびｙ’は、ｚ−ｘ平面およびｙ−ｚ平面の基準軌跡に対する角度である。走査器は、ｘ’を−２．５゜と＋２．５゜の間で変化させる。接尾部１と２は入力条件および出力条件を意味し、特に走査器磁場の中心および打ち込み位置をそれぞれ意味する。１次条件は、平行走査された出力ビームに対してｘ’２／ｘ’１＝０である。（ｘ’２／ｘ’１）２収差は走査の線形性を制御するために問題にならないレベルまで減少させられ、係数（ｘ’２／ｘ’１）２および（ｘ’２／ｙ’１）２はビームの平行度を＋／−０．５゜以内に維持するために十分低いレベルまで減少させられる。当業者にはよく知られるように、これらの改良は入射磁極面および射出磁極面の湾曲により、および磁場の不均一性を制御することにより遂行される。
【００４６】
注入平面では、開口部５０がビームの経路に配置される。開口部５０は中心の基準位置に穴を有し、追加の開口部を走査方向の何れかの側２５．０ｍｍの位置に有する。この開口部アレイの後ろにあるのはファラデーカップであり、ファラデーカップは＋／−１１０ｍｍの経路で走査されたビームの１００％を受け入れるような大きさに作られる。
【００４７】
イオンビームはゼロにプログラムされた走査器磁石を有するシステムを通過し、第５の大きなピークに遭遇したらビーム電流を最大にすることにより決定されるように（他は、第１の４つの開口部を通過するビームに起因する）、修正用磁石がゼロからビームが中心開口部の中心に配置されるまで調整される。もし走査器が（修正用磁石の設定から振幅（アンペア）が正比例していると推定できる）プログラミング三角形波形により励磁されたら、その間にキャパシタが零入力値まで充電され、その後にビームがプレートの全部で９つの開口部にわたって安定して走査される短い期間が存在する。キャパシタはある電圧まで充電され、もし位相関係が正しくなければ、その電圧は高すぎるか低すぎるかの何れかである。「正しい」電圧は増幅器の偏差を最小化する電圧であり、従って、誤差信号を整流子の位相を（動的リードバック調整、またはプリセット調整の何れかのように）調整するために使用される平均増幅器電圧および／または電流に基づいて生成することが可能である。位相における１゜の偏移は、回路の正しい運転を妨げるのに十分である。
【００４８】
プレートの９つの各開口部を通る最大伝送に関連する、走査器電源に対する正確なプログラミング電圧Ｖｐｒｏｇを測定することが必要である、この測定は約０．１Ａの精度で行われなけれがならず、ビームが走査されるとき自動的に、または走査器磁石に対するｄｃ電流を使用して手動で遂行される。以下の内容が示される表を示す。
【表２】
2004508680.tif 000007
表２により、１本のビームが通過するのに１０ミリ秒かかるのが望ましい。復路は表の逆である。従って、走査周波数は５０Ｈｚであり、全走査振幅は２５０ｍｍであり、２５０ｍｍの走査振幅は２００ｍｍウェハのエッジから離れた直径５０ｍｍまでのビームを手際よく走査する。走査器を駆動するためのＤ／Ａ変換器を駆動するために使用される実際の表は、更に多くのポイントを必要とする。例えば、もし標本化周波数が２０ｋＨｚなら、表は２０１ポイントを必要とする。これらのポイントは滑らかに変化する曲線に沿って位置しなければならず、測定表中のポイントの１次補間が十分に滑らかではないいので、データは多項式に適合されなければならない。
【００４９】
【数４】
2004508680.tif 000008
【００５０】
代入により方程式３から完全な表が求められる。
【００５１】
いったん完全な表が生成されたら、１００マイクロ秒の等しい時間増分で表を上下に検索することにより走査波形はプログラムされ、走査増幅器を結果として生じた値Ｖｐｒｏｇでプログラムする。打ち込みは、ウェハを均一な速度で走査されたビームを通過させることにより行われる。方程式３に保持される項の数を経験により決定しなければならないが、走査システムにより達成された線量率の均一性に悪影響を及ぼす十分な大きさの既知収差を補うのには５つの項で十分である。円滑な走査を提供するために、更に細かい時間増分を有する更に大きな表を生成できる。我々は、２０マイクロ秒の時間増分で５００ポイントを使用してきた。滑らかな曲線につなぎ合わせるために、波形は変向点でわずかに修正できる。このことは、高い忠実度が付随する波形をもたらす。
【００５２】
整流子は、４つのＦＥＴまたは４つのＩＧＢＴのブリッジから成る。一般に、ＩＧＢＴはＦＥＴよりも高い電力レベルを扱う。利用可能になったとき、他のデバイスが代用できる。駆動ロジックを含む１つのパッケージでは、ＩＧＢＴは２つのモジュールで利用可能である。従って、図８ａまたは図８ｂのブリッジ３０は２つのＩＧＢＴパッケージを含むことができ、１つのパッケージはスイッチＳ１により表され、他のパッケージはスイッチＳ２により表される。実施例では、付属の構成要素（例えば、絶縁された電源、および光学的に絶縁された信号）が提供されなければならない。高電圧および高電流を切り替えるための適切な電子デバイスは絶えず発明されており、ブリッジ構造の新しい実施例も本発明の範囲に含まれる。
【００５３】
イオン注入装置のための好ましい実施例２
第１の実施例と同じビーム装置と走査器装置が使用されるが、図８ｂに示されるように代わりの電源が使用される。この実施例の電源は３００−６００Ｖの高圧電源であり、あまり調整する必要が無く、１０００μＦの大きな静電容量に取り付けられる。便宜上、これは全波整流された３相電力である。組合せは、整流子３７の内部に配置される。センス抵抗器Ｒｓは、走査器磁石７４の電流に比例する信号を生成する。比較器５３は、この電流を所望する電流プログラミング信号と比較する。比較もディジタル手法で実行できることを、当業者は評価するであろう。誤差がしきい値を一定時間だけ（例えば、０．１Ａを２マイクロ秒だけ）越えたとき、キャパシタ３５の電圧をコイルＬへ誤差を減少させる方向に印加するように整流子スイッチ５１，５２の１つが動作する。誤差が第２のしきい値を一定時間だけ（例えば、０．００Ａを１マイクロ秒だけ）下回ったとき、整流子３７はスイッチを切られる。確定した不感帯および最小不感時間が、整流子３７の状態の変化の間に存在する。不感帯および不感時間は切換の周波数に関連付けられ、整流子３７の電力デバイスの熱量にも影響する。最大要求周波数は約１００ｋＨｚである。
【００５４】
ビーム切換器のための好ましい実施例３
図１１は、切換磁石８６の構造を示す。切換磁石８６の構造は走査器磁石７４のＥ鉄芯積層構造７６，７８と同じであるが、中心の脚部がわずかな角度だけ切り取られ、磁場にわずかな勾配を作り出す。各積層構造８８，８９は、半径が選択された種の中心イオンの意図した軌跡を３００ｍｍと概算する円弧上にあるように留められて固定される。切換磁石８６は、選択された種を９０゜にわたって曲げて、ビーム軸に対して４５゜だけ傾いたままでｘ座標およびｙ座標において同時に集束を提供するように設計され、これは約−０．２９の磁場指数ｎを必要とする。ここで、ｎはｎ＝ｒ／Ｂ・ｄＢ／ｄｒとなるように定義され、ｒ＝３００ｍｍは軌跡の半径であり、Ｂは基準軌跡から見た磁場の強さである。
【００５５】
運転では、特定の磁場設定（例えば、１２Ｃ−，１３Ｃ−，および１４Ｃ−の２０ｋｅＶビームに対する設定）の間を素早く切り替えることが望ましく、前記設定は０．２３，０．２４，および０．２５０Ｔの磁場をそれぞれ必要とする。一般に、切換時間は約５ミリ秒である。各磁場が生成されるとき、各ビームは同様に集束される。各ビームが遭遇するイオン光学的条件における系統的差異は、各値における磁場の安定性における変化のみから成る。これは、キャパシタ３６を回路５０から取り除く瞬間の要求限界の範囲内に電流があることを保証する整流のタイミングに依存する。即ち、キャパシタ３６は、１つの偏向から次の偏向への遷移の間にだけ使用される。この実施例では、電力増幅器４０は標準的な市販のプログラム可能なＤＣ切換電源であり、ＤＣ切換電源には過電圧保護装置および不足電圧保護装置が付加される。
【００５６】
本発明の他の変形は、当業者には明らかである。例えば、磁石の光学機器は、異なるビーム位置／発散目的を達成するために、または記載したもの以外の磁極特性により同じ効果を得るために修正できる。また、本発明は、更に高いか低い磁気硬さのビーム、および不均一ビーム走査パターンを必要とする用途（例えば、回転ディスクバッチプロセス）に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｏｎｅｘ 社（ Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ 州）の磁石「ｂｏｕｎｃｅｒ」である。
【図１ｂ】
Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｏｎｅｘ 社（ Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ 州）の積層磁石である。
【図２】
Ｅｎｇｅ に付与された米国特許第４，２７６，４７７号で開示されたシステムである。
【図３】
Ｂｅｒｒｉａｎ 他に付与された米国特許第４，９２２，１０６号で開示されたシステム、および開示されたイオンビーム走査システムの走査波形である。
【図４】
本発明の実施例の典型的な走査されたイオン注入装置である。
【図５】
本発明の実施例の典型的な切替器である。
【図６】
本発明の実施例の典型的な（ａ）走査波形と（ｂ）切替波形である。
【図７】
本発明の実施例の開口部を有する典型的な管である。
【図８ａ】
本発明の実施例の第１の典型的な回路である。
【図８ｂ】
本発明の実施例の第２の典型的な回路である。
【図９】
本発明の実施例の（ａ）典型的な充電波形および定常状態波形、ならびに（ｂ）追加の実施例に対する典型的な波形である。
【図１０】
本発明の実施例の走査器のための典型的な磁石構造である。
【図１１】
本発明の実施例の切替器のための典型的な磁石構造である。
【符号の説明】
１０　　　修正用磁石
１２　　　開口プレート
１４　　　ファラデーカップ
２０　　　ビーム走査装置
２２　　　ビーム切換装置
３０　　　ブリッジ
３０　　　走査器磁石
３２　　　センス抵抗器
３４　　　抵抗器
３５，３６　　　キャパシタ
３７　　　整流子
３８　　　ブリッジ
４０，４６　　　増幅器
５１，５２　　　比較器
５３　　　電流比較器
６０　　　駆動回路
６２　　　コイル
７０　　　環状ディスク
７２　　　石英管
７６，７８　　　積層構造
８０，８２　　　コイル巻線
８４　　　磁極ギャップ
８６　　　切換磁石
８８，８９　　　積層構造
１００　　　グラウンド
【図１ａ】
2004508680.tif 000009
【図１ｂ】
2004508680.tif 000010
【図２】
2004508680.tif 000011
【図３】
2004508680.tif 000012
【図４】
2004508680.tif 000013
【図５】
2004508680.tif 000014
【図６】
2004508680.tif 000015
【図７】
2004508680.tif 000016
【図８ｂ】
2004508680.tif 000017
【図９】
2004508680.tif 000018
【図１０】
2004508680.tif 000019
【図１１】
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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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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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