ユニポーラ型静電四重極レンズ及び荷電ビーム輸送用のスイッチング方法
本発明は、特に低エネルギーイオンビーム移動に対するビーム電流の損失を低減する。本発明は、リニア加速器内のビーム集束要素として従来の二重の正負電位（バイポーラ型）静電レンズの代わりに、ユニポーラ型の静電四重極レンズを用いて、ビーム電流の損失を減少させる。更に、本発明は、ｍた、バイポーラ配線およびユニポーラ配線間で切換えるためのシステムおよび方法を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、イオン注入デバイスに関連し、特に、イオン注入システム内で使用可能なユニポーラ型静電四重極レンズ及びそのレンズの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、半導体および／またはウエハ材料に選択的に不純物を注入して半導体素子を製造するのに用いられる方法である。このイオン注入では、不純物原子／分子は、イオン化されかつ分離され、そして加速されて、イオンビームに形成され、ウエハを横切って走査する。ドーパントイオンは、物理的にウエハに衝突し、ウエハ表面に進入し、ウエハ表面の下方に留まるようになる。
【０００３】
イオン注入システムは、複雑なサブシステムの集合であり、各サブシステムは、ドーパントイオンの特別な作用を実行する。ドーパント成分は、ガスまたは固体の状態でイオン室内に配置され、適当なイオン化処理によってイオン化される。１つの例示的な処理では、イオン室は、低圧力(真空）に維持される。イオン室内には、フィラメントが配置され、加熱されることにより、フィラメント源から電子が放出される。負に帯電した電子は、イオン室内で正に帯電したアノードに引き寄せられる。フィラメントからアノードへの移動中、電子は、ドーパント要素（例えば、分子または原子）と衝突し、分子内の成分から正電荷のイオン群が作り出される。
【０００４】
一般的に、他の正イオンは、所望のドーパントイオンに加えて作り出される。所望のドーパントイオンは、分析、質量分析、選択、すなわちイオン分離と呼ばれる処理によって多数のイオンから選択される。この選択は、イオン室からのイオンが移動する磁界を作り出す質量分析器を用いることにより達成される。多数のイオンは、比較的高速度でイオン室を出て、磁界によってアーク形状に曲げられる。このアーク形状の曲率は、個々のイオンの質量、速度および磁界の強さによって決められる。分析器の出口は、１つのイオン種、所望のドーパントイオンのみが質量分析器から出ることを可能にする。
【０００５】
加速システムは、リニア加速器と呼ばれるが、ウエハ表面を貫通するために、所望のドーパントイオンを所定のエネルギーに加速するためにいくつかのシステムに用いられる。加速のために、このシステムは、一般的に、その軸線に沿って環状の強力な電極および四重極レンズを備えた直線構造を有している。四重極レンズは、負電位及び正電位よって駆動される。ドーパントイオンが加速システム内に入ると、イオンは、強力な電極によって加速され、四重極レンズによって選択的に（ビームとして）集束される。
【０００６】
続いて、ドーパントイオンは、エンドステーションにおいて、ウエハに向けられる。複数のウエハは、選択された回転速度で回転する処理ディスク上に配置される。ドーパントイオンは、ビームとして、特定のビーム電流を用いてウエハに衝突する。
【０００７】
一般的に、ドーパントイオンが加速システムを通過するとき、実質的にビーム電流の損失が生じる。この損失は、低エネルギーの場合、特に大きい。このようなビーム電流の損失は、イオン注入を実行するための費用、複雑化、及び困難な問題が増える。さらに、ビーム電流のこのような損失は、加速システム、さらには、加速システムがその一部分であるイオン注入システムの作動範囲を制限する。従って、加速システムを通るビーム電流の損失を緩和することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の１つまたは他の構成を基本的に理解するために、以下において、本発明を単純化して要約する。
【０００９】
この要約は、本発明の外延的範囲を示すものではなく、また本発明の要部すなわち主要な構成を識別することを意図するものでもないし、また本発明の範囲を正確に規定するものでもない。さらに、この要約の主たる目的は、後で、より詳細に説明する記述の序文となるように、単純化した形で本発明の概念を明らかにすることである。
【００１０】
本発明は、特に、低エネルギーイオン注入におけるビーム電流の損失を緩和する。本発明は、複数の静電四重極レンズを用い、各レンズは、バイポーラ型の電源よりもむしろユニポーラ型電源によって励起され、イオン注入機のリニア加速器部分を介して低エネルギーイオンビームを輸送する。特に、この方法は、加速がゼロに設定される時に用いられる。その結果、イオン注入システムは、低エネルギーで作動可能となり、これにより、その作動範囲が伸び、更に、本発明は、バイポーラ配線及びユニポーラ配線の間で切換えるための装置及びその方法を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の及び関連した目的を達成するために、本発明は、以下で十分に記載し、かつ特許請求の範囲の請求項に指摘した特徴を含んでいる。
【００１２】
以下の記載及び添付の図面は、本発明の詳細な例示的構成およびその完成を詳細に説明している。これらは、種々の方法のうちの僅かであるが、これらは、本発明の原理を用いるものである。本発明の他の構成、利点、及び新規な構成は、図面を参照して本発明の詳細な記述から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、図面を参照して記載され、全体を通して同一の参照番号は、同等の要素に対して用いられる。当業者には、図面および以下の記載された本発明は、例示的なものであって、これらに限定されるものではないことが明らかであろう。
【００１４】
本発明は、高エネルギーイオン注入機のリニア加速部分を通ってビーム電流の低下を抑えることによってイオン注入を容易にする。一連のユニポーラ型静電四重極レンズは、バイポーラ型静電四重極レンズの代わりに用いられる。ユニポーラ型静電四重極レンズを用いることにより、ビーム電流の損失を緩和し、イオン注入システムの作動範囲を延ばすことができる。
【００１５】
最初に、図１を参照すると、本発明の構成に従う、例示的な高エネルギーイオン注入システム１０の概略図が示されている。システム１０は、ターミナル１２、ビームラインアセンブリ１４、及びエンドステーション１６を有する。ターミナル１２は、高電圧電源２２によって電力を供給されるイオン源２０を含む。イオン源２０は、ビームラインアセンブリ１４に供給されるイオンビーム２４を発生させる。イオンビーム２４は、エンドステーション１６内のターゲットウエハ３０に向けて指向される。このイオンビーム２４は、質量分析磁石および無線周波（ＲＦ）のリニア加速器（リナック）２８を含む。リナック２８は、一連の加速モジュール２８ａ〜２８ｎを含み、各モジュールは、前のモジュールから得られるエネルギーを越えてイオンを加速することができる。この加速モジュールは、共振方法により圧制する高ＲＦ電圧によって個々に励起され、獲得された所望の平均電力を維持する。質量分析磁石２６は、リナック２８に適当な電荷質量比のイオンのみを通過させる。
【００１６】
本実施形態のシステム１０におけるリニア加速モジュール２８ａ〜２８ｎは、ＲＦ増幅器、共振器、励起可能な電極、及びユニポーラ型静電四重極レンズ（四重極レンズともいう。）を含む。共振器は、適当な周波数（たとえば、約０〜１５０ｋＶの電圧を用いて約３〜３０ＭＨｚの範囲）で作動し、イオンビーム２４のイオンを所望のエネルギー（たとえば、荷電状態で１ミリオン電子ボルト以上）に加速する。イオンビーム２４が種々の加速モジュールまたはステージ２８を通過するとき、イオンが加速され、部分的に広がる。
【００１７】
ユニポーラ型静電四重極レンズは、それぞれ、中心軸線の回りに等距離に離間した４つの電極を有し、イオンビーム２４の経路を横切る四重極磁界を発生する。第１電極対は、互いに対向して配置され、負電位にあり、また、第２電極対は、アース電位にある。発生した静電界の結果、ユニポール型静電四重極レンズが、イオンビーム２４上に集束効果をもたらす。第一対のレンズは、一例では、垂直面に対して集束(focus)し、水平面に対して発散（defocus)し、一方、第二対のレンズは、水平面に対して集束し、垂直面に発散する。リニア加速モジュール２８ａ〜２８ｎの中のユニポーラ型静電四重極レンズに加わる負電位を調整することによって、イオンビーム２４の広がりを抑えて、所望の形状で集束することができる。
【００１８】
ユニポーラ型静電四重極レンズを用いて、従来の静電四重極レンズに一般的に使用される正電位が欠乏することによるイオンビーム２４における中和の減退を少なくする。その結果、イオンビーム２４のビーム電流が、従来の正負のバイポーラ型静電四重極レンズを用いる従来のイオン注入システムの場合よりも大きくなる。
【００１９】
本発明に従う例示的なモジュラー形のリニア加速器モジュールまたはステージ２２８が、図２に示されている。直流イオンビーム２２４ａは、ビーム径路２２６に沿う加速器２２８（たとえば、図示しない上流の質量分析器磁石）に供給される。直流ビーム２２４ａは、たとえば、ビーム径路２２６に沿って垂直方向に伸びたスリット２３２を有する入口開口２３０を通過する細長いスリット形状からなる。このビーム２２４ａは、２組のマッチング四重極デバイス２３４と対応する接地電極２３６を介して概略円形形状(図示略)に形成される。ここで、接地電極２３６の各々は、ビーム径路２２６に沿って配置された円筒開口２３８を含んでいる。また、本発明の四重極デバイス２３４は、一対のユニポール型静電四重極レンズからなり、第一対は、垂直面に対して集束し、第二対は、水平面に対して集束する。
【００２０】
リニア加速器２２８は、更に、２つ以上の加速モジュールまたはステージ２２８ａ、２２８ｂ・・・２２８ｎを含む。ここで、ｎは、整数であり、ステージのうち２つ（たとえば、２２８ａ、２２８ｂ）が図２に示されている。加速器モジュール２２８ｎは、前のモジュールから達成されるエネルギーを越えてイオンビーム２２４からイオンを更に加速する。この加速器モジュール２２８ｎは、電源および共振器(図示略)によって発生した高ＲＦ電圧により、個々に励起される。加速器モジュール２２８ａは、径路２２６に沿って加速電極２４８の前後に配置される一対の接地電極２４６を含む。加速電極２４８は、ビーム径路２２６に沿ってイオンビーム２２４ａ内のイオンを加速するために、ＲＦ電源および共振器(図示略)によって励起される。接地電極２４６は、加速電極２４８からほぼ等距離に離れており、ほぼ等しい第１、第２ギャップ２５０ａ、２５０ｂを与える。同様に、第２加速器モジュールまたはステージ２２８ｂは、第２加速電極２５８の上流に径路２２６に沿って配置された第１の接地電極を含んでいる。
【００２１】
四重極デバイス２６４は、ユニポーラ型静電四重極レンズであり、第１、第２加速器ステージ２２８ａ、２２８ｂ間に径路２２６に沿って設けられ、連続する加速器ステージ２２８を取って進行しながらビーム２２４を径方向に集束させる。加速器２２８は、更に、加速器ステージ又はモジュール(図示略)を含み、これにより、イオンビーム２２４ｂは、加速器２２８に設けられた直流ビーム２２４ａのエネルギーレベルよりも高いレベルに加速することができる。１つの四重極レンズのみが、図２において、ステージ２２８ａとして図示されているが、このようなレンズの対が、レンズ２３４と同様に設けられることが理解できよう。さらに、１つの例では、リニア加速器の各ステージ２２８ａ〜２２８ｎは、ユニポーラ型四重極レンズを使用しており、本発明は、このようなレンズを全てのステージより少ない数で用いることができる。
【００２２】
図３は、例示的な従来の正負のバイポーラ型静電四重極レンズ３００を説明する図である。レンズ３００は、ほぼ同等の大きさを有する正電圧および負電圧を与える電源３０２を含んでいる。さらに、レンズ３００は、互いに対向配置された一対の負電極３０４，３０６と互いに対向配置された一対の正電極３０８，３１０を含む。電極３０４，３０６，３０８，３１０は、中心点回りに等距離に配置されている。
【００２３】
負電極対３０４，３０６は、電源３０２に接続されて、負電圧を入力する。その結果、負電極対３０４,３０６は、負電位にバイアスされる。更に、正電極対３０８，３１０は、電源３０２に接続されて、正電圧を入力し、正電位にバイアスされる。電極３０４，３０６，３０８，３１０は、四重極静電界を発生し、中心点を通過するイオンビームを選択的に集束および発散させる。例として、イオンビーム内の正電荷イオンは、矢印３１２で示す方向に電界によって加速される。その結果、イオンビームがＹ方向に集束し、Ｘ方向に発散する。得られる集束／発散の量は、電極３０４，３０６，３０８，３１０をバイアスする正負の電圧の大きさに対応する。
【００２４】
次に図４において、本発明に従う負のユニポーラ型静電四重極レンズ４００を説明する概略図が図示されている。このレンズ４００は、負の電極対４０４，４０６および接地電極対４０８，４１０を含む。
【００２５】
電源４０２は、負電極対４０８，４１０に負電圧を供給する。接地電極対４０８，４１０は、一般的に低抵抗径路を通ってアースに接続される。従って、負電極対は、負電位にバイアスされ、また接地電極対４０８，４１０は、アースに接地される。これらの電極は、図３に示したと同様に、静電四重極電界を発生する。ここで、イオンビームは、一平面に集束し第２の垂直平面に同時に発散する。
【００２６】
これらの現象を完全に理解することは十分ではないが、ユニポーラ型静電四重極レンズ４００は、図３のバイポーラ型の正および負の静電四重極レンズ３００と対比すると、ビーム電流の損失を軽減する。正電位の電極は、イオンビームに現れる正電荷イオンによる空間電荷作用を大きくすることによってビーム電流損失を減少させると考えられる。とにかく、図３のユニポーラ型静電レンズを用いて、低エネルギーでビーム電流を２倍増加することが観測される。
【００２７】
図５において、本発明の構成に従う正のユニポーラ型静電四重極レンズ５００が図示されている。このレンズ５００は、第１の正電極５０４、第２の正電極５０６、第１の接地電極５０８、および第２の接地電極５１０を含んでいる。
【００２８】
電源５０２は、第１正電極５０４と第２正電極５０６に正電圧を供給する。第１接地電極５０８と第２接地電極５１０は、アースに接続される。従って、第１正電極５０４と第２正電極５０６は、正電圧値にバイアスされ、第１接地電極５０８と第２接地電極５１０は、アース電圧値にバイアスされる。これらの電極は、２つの正電位と２つのゼロ電位の電極から四重極電界を発生する。例として、２つのゼロ電界は、イオンビームの正電荷イオンを発散させる傾向を有し、一方、２つの正電界は、正電荷イオンを集束させる傾向を有する。
【００２９】
ユニポーラ型静電四重極レンズ５００は、図３の正負のバイポーラ型静電四重極レンズ３００と対比してビーム電流の損失を低減させる。しかし、図４の負のユニポーラ静電四重極レンズ４００は、図５の正のユニポーラ型静電四重極レンズ５００よりもより電流損失を低減する。
【００３０】
図６は、本発明の構成に従う静電四重極レンズ６００をユニポーラ動作からバイポーラ動作に切換えるスイッチング回路を示す概略図である。負電源６０１は負電圧を生じさせ、正電源６０２は正電圧を生じさせる。レンズ６００は、第１の負電極６０４、第２の負電極、第１の変動電位電極６０８、および第２の変動電位電極６１０を含む。
【００３１】
第１負電極６０４と第２負負電極６０６は、負電源６０１から負の電圧を入力して、負にバイアスされる。第１変動電位電極６０８と第２変動電位電極６１０は、正電源６０２によって正に、またはアースのいずれかにバイアスされる。スイッチ６１２は、正電源６０２とアースとの間で切換る単極二投式スイッチである。このスイッチ６１２は、手動または制御システム(図示略)を介して自動的に作動させることができる。
【００３２】
図７は、本発明の構成にしたがってユニポーラ動作からバイポーラ動作に静電四重極レンズ７００の別のスイッチング回路を示す概略図である。負電源７０１は負電圧を生じ、正電源７０２は、正電圧を生じる。レンズ７００は、負電極対７０４，７０６および変動電位電極対７０８，７１０を含む。
【００３３】
負電極対７０４，７０６は、負電源７０１から負電圧を入力し、そして負電位にバイアスする。変動電位電極対７０８，７１０は、負電源７０２によって負に、またはアースのいずれかにバイアスされる。
【００３４】
スイッチング回路７１２は、正電源７０２の一部として構成される。このスイッチング回路７１２は、正電圧値またはアースへの低抵抗径路からの電圧値のいずれかである電源出力を、制御可能に供給するように動作する。スイッチング回路７１２は、変動電位電極対７０８，７１０のバイアスを制御するために使用される。
【００３５】
図６〜図７は、本発明に従って二重および／またはユニポーラ型動作用の静電四重極レンズを構成する２つの例を示す。しかし、本発明は、これらの特定の構成に制限されるものではなく、二重またはユニポーラ型作動に動作するように選択することができるかぎり、
別の変形例を含むように拡張できる。さらに、図６〜図７は、単一の負のユニポーラ型静電四重極レンズについて記載されているが、本発明に従って単一の正のユニポーラ型静電四重極レンズに拡張することができる。
【００３６】
以下の表１は、本発明および従来のバイポーラ型静電四重極レンズに従うユニポーラ型静電四重極レンズの例示的な実験結果を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１から明らかなように、ユニポーラ型静電四重極レンズは、従来のバイポーラ型静電四重極レンズのビーム電流よりも大きい電流を生じる。たとえば、５ＫｅＶのエネルギーと４２０μＡの注入電流を有する低エネルギービームに対して、従来のバイポーラ型静電四重極レンズは、約３０μＡを生じ、一方、正のユニポーラ型静電四重極レンズは、約−１００μＡであり、負のユニポーラ型静電四重極レンズは、約１５０μＡを生じる。こうして、正のユニポーラ型静電四重極レンズは、従来のバイポーラ型静電四重極レンズよりも３倍以上のビーム電流を与える。また、負のユニポーラ型静電四重極レンズは、従来のバイポーラ型静電四重極レンズより約５倍のビーム電流を与える。
【００３９】
上述した従来の構造的および機能的な特徴を見ると、本発明の種々の構成に従う方法が、図１〜図７でよく理解できるであろう。また、説明を単純化するために、図８〜図９の方法は、シリアルに実行するように記載され、本発明は、説明した順番に制限されるものではなく、他のいくつかの手順が本発明に従って、ここで図示されかつ説明されたものとは異なる手順および／または同時並行で起こることが可能である。さらに、本発明に従う方向を実行するために、説明しない特徴を必要とすることもできる。
【００４０】
図８において、本発明の構成に従う所望のイオンビームを発生するための方法８００の流れ図が示されている。この方法８００は、従来のイオンビーム発生方法（たとえば、従来のイオン注入デバイス）と比較すると、リニア加速器を通るビーム電流の損失が低減されて、所望のイオンビームを発生させることができる。この方法８００は、比較的低いエネルギーのイオンビーム（たとえば、８０ＫｅＶ未満）に特に適している。
【００４１】
方法８００は、ブロック８０２で始まり、ここで、イオンビームは、低または負のイオンからなり、高電圧源によって発生される。イオンビームは、たとえば、イオン源に関連した引き出しビームのバイアスおよび形状に基づいて、初期のエネルギーレベルおよび注入電流と言われるビーム電流で発生する。イオンビームは、ブロック８０４で質量分析器によって処理され、ここで、磁界が、所望の電荷質量比を有するイオンのみが通過を許される。その結果、不必要なイオン、電子、および粒子は、イオンビームから取り除かれ、イオンビーム内に所望のイオンのみが残ることになる。ブロック８０６で、ビームの所望エネルギーが第１閾値以上であるかどうかを決定する。たとえば、高いエネルギービーム（たとえば、数１００〜数１０万ＫｅＶ）を所望する場合、所望のエネルギーは、第１閾値（ブロック８０６のイエス側）よりも大きくなる。この場合、システムに関連したリニア加速器システムは、ブロック８０８で励起され、そして、システムに関連した静電四重極レンズは、ブロック８１０で、従来のバイポーラ構造においてバイアスされる。
【００４２】
しかし、所望のビームエネルギーは、第１閾値（ブロック８０６でノー側）以下であるならば、ブロック８１２において、所望のエネルギーが第２閾値よりも大きいかどうかを決定する。この決定がブロック８１２において、イエスである場合、そのとき、所望のエネルギーは、第２と第１の閾値の間にある。そして、このエネルギー範囲において、バイポーラ型またはユニポーラ型の静電四重極レンズの構造のいずれかをブロック８１４で用いることができる。上記状態において、静電四重極をバイアスするための１つの基準は、単純に、四重極が構成される内部にバイアス装置を維持することである。しかし、所望エネルギーのビームは、第２閾値（ブロック８１２でノー側）よりも大きくない場合、そのとき、ユニポーラ型四重極のバイアス構造がブロック８１６で用いられる。上述したように、低エネルギーのユニポーラ型構造を用いることにより、イオン注入システムにおける改良されたビームを容易に使用できる。
【００４３】
イオンビームのイオン１つ以上のユニポーラ型静電四重極レンズによって、ブロック８０８で選択的に集束され、所望形状（たとえば、対称的、楕円形状等）を有するイオンビームを生じる。１つの例において、これらの四重極レンズは、二対の電極からなり、イオンビームが進行する中心点の回りに全て等距離に配置されている。第１の対向する電極対は、アースにバイアスされ、第２の対向する電極対は、正または負の電圧にバイアスされる。これらの電極は、イオンビームの径路に直交する四重極電界を発生する。これにより、上述したように、イオンビームの集束および発散を生じさせる。このような２つのレンズを用いて、それらを対向させた状態でバイアスをかけることにより、レンズの対は、イオンビームを集束させ、そして、空間電荷作用を低減させるように作動する。第２電極対にバイアスを加えるための電圧値は、所望の集束および発散に対応している。方法８００は、ブロック８１０へと続き、ここで、イオンビームは、ターゲットウエハに向けられる。
【００４４】
イオンビームは、ブロック８１８において、ウエハに向けられ、ここで、このような動作は、所望であれば、ビームの減速、偏向等を更に含むことができる。上記の例では、第１閾値が約８０ＫｅＶであり、第２閾値が約５０ＫｅＶである。しかし、他の閾値を用いることもでき、これらは、本発明の範囲内に入るものと考えられる。
【００４５】
本発明は、１つ以上の実施例、等価の変形例、及び修正例について図示しかつ記載してきたが、本明細書及び添付の図面を読みかつ理解することによって、当業者に理解できるであろう。特に、上述した部品（組立体、素子、回路、システム等）に関して、本発明の例示的な実施形態として、ここで示された機能を実行する開示された構造体と等価でないとしても、このような部品を記載するのに用いられる用語（手段と呼ばれているものを含む）は、対応するものを意図しており、そうでなければ、記載した部品（例えば、機能的に等価なものである）の特定の機能を実行するいくつかの構成部品を示している。
【００４６】
さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施の内のただ一つに対して開示されてきたものであるが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。更に、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の「構成されている」と同様に包含されるものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の構成に従う高エネルギーイオン注入システムを説明するための概略図である。
【図２】本発明の構成に従うモジュラー形リニア加速器の斜視図である。
【図３】例示的な従来の正及び負のバイポーラ型静電四重極レンズを説明するための概略図である。
【図４】本発明の構成に従う負電位のユニポーラ型静電四重極レンズを説明するための概略図である。
【図５】本発明の構成に従う正電位のユニポーラ型静電四重極レンズを説明するための概略図である。
【図６】本発明の構成に従う静電四重極レンズのスイッチング回路を示す概略図である。
【図７】本発明の構成に従う静電四重極レンズのスイッチング回路を示す概略図である。
【図８】本発明の構成に従う所望のイオンビームを発生させる方法を説明するための概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、イオン注入デバイスに関連し、特に、イオン注入システム内で使用可能なユニポーラ型静電四重極レンズ及びそのレンズの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、半導体および／またはウエハ材料に選択的に不純物を注入して半導体素子を製造するのに用いられる方法である。このイオン注入では、不純物原子／分子は、イオン化されかつ分離され、そして加速されて、イオンビームに形成され、ウエハを横切って走査する。ドーパントイオンは、物理的にウエハに衝突し、ウエハ表面に進入し、ウエハ表面の下方に留まるようになる。
【０００３】
イオン注入システムは、複雑なサブシステムの集合であり、各サブシステムは、ドーパントイオンの特別な作用を実行する。ドーパント成分は、ガスまたは固体の状態でイオン室内に配置され、適当なイオン化処理によってイオン化される。１つの例示的な処理では、イオン室は、低圧力(真空）に維持される。イオン室内には、フィラメントが配置され、加熱されることにより、フィラメント源から電子が放出される。負に帯電した電子は、イオン室内で正に帯電したアノードに引き寄せられる。フィラメントからアノードへの移動中、電子は、ドーパント要素（例えば、分子または原子）と衝突し、分子内の成分から正電荷のイオン群が作り出される。
【０００４】
一般的に、他の正イオンは、所望のドーパントイオンに加えて作り出される。所望のドーパントイオンは、分析、質量分析、選択、すなわちイオン分離と呼ばれる処理によって多数のイオンから選択される。この選択は、イオン室からのイオンが移動する磁界を作り出す質量分析器を用いることにより達成される。多数のイオンは、比較的高速度でイオン室を出て、磁界によってアーク形状に曲げられる。このアーク形状の曲率は、個々のイオンの質量、速度および磁界の強さによって決められる。分析器の出口は、１つのイオン種、所望のドーパントイオンのみが質量分析器から出ることを可能にする。
【０００５】
加速システムは、リニア加速器と呼ばれるが、ウエハ表面を貫通するために、所望のドーパントイオンを所定のエネルギーに加速するためにいくつかのシステムに用いられる。加速のために、このシステムは、一般的に、その軸線に沿って環状の強力な電極および四重極レンズを備えた直線構造を有している。四重極レンズは、負電位及び正電位よって駆動される。ドーパントイオンが加速システム内に入ると、イオンは、強力な電極によって加速され、四重極レンズによって選択的に（ビームとして）集束される。
【０００６】
続いて、ドーパントイオンは、エンドステーションにおいて、ウエハに向けられる。複数のウエハは、選択された回転速度で回転する処理ディスク上に配置される。ドーパントイオンは、ビームとして、特定のビーム電流を用いてウエハに衝突する。
【０００７】
一般的に、ドーパントイオンが加速システムを通過するとき、実質的にビーム電流の損失が生じる。この損失は、低エネルギーの場合、特に大きい。このようなビーム電流の損失は、イオン注入を実行するための費用、複雑化、及び困難な問題が増える。さらに、ビーム電流のこのような損失は、加速システム、さらには、加速システムがその一部分であるイオン注入システムの作動範囲を制限する。従って、加速システムを通るビーム電流の損失を緩和することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の１つまたは他の構成を基本的に理解するために、以下において、本発明を単純化して要約する。
【０００９】
この要約は、本発明の外延的範囲を示すものではなく、また本発明の要部すなわち主要な構成を識別することを意図するものでもないし、また本発明の範囲を正確に規定するものでもない。さらに、この要約の主たる目的は、後で、より詳細に説明する記述の序文となるように、単純化した形で本発明の概念を明らかにすることである。
【００１０】
本発明は、特に、低エネルギーイオン注入におけるビーム電流の損失を緩和する。本発明は、複数の静電四重極レンズを用い、各レンズは、バイポーラ型の電源よりもむしろユニポーラ型電源によって励起され、イオン注入機のリニア加速器部分を介して低エネルギーイオンビームを輸送する。特に、この方法は、加速がゼロに設定される時に用いられる。その結果、イオン注入システムは、低エネルギーで作動可能となり、これにより、その作動範囲が伸び、更に、本発明は、バイポーラ配線及びユニポーラ配線の間で切換えるための装置及びその方法を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の及び関連した目的を達成するために、本発明は、以下で十分に記載し、かつ特許請求の範囲の請求項に指摘した特徴を含んでいる。
【００１２】
以下の記載及び添付の図面は、本発明の詳細な例示的構成およびその完成を詳細に説明している。これらは、種々の方法のうちの僅かであるが、これらは、本発明の原理を用いるものである。本発明の他の構成、利点、及び新規な構成は、図面を参照して本発明の詳細な記述から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、図面を参照して記載され、全体を通して同一の参照番号は、同等の要素に対して用いられる。当業者には、図面および以下の記載された本発明は、例示的なものであって、これらに限定されるものではないことが明らかであろう。
【００１４】
本発明は、高エネルギーイオン注入機のリニア加速部分を通ってビーム電流の低下を抑えることによってイオン注入を容易にする。一連のユニポーラ型静電四重極レンズは、バイポーラ型静電四重極レンズの代わりに用いられる。ユニポーラ型静電四重極レンズを用いることにより、ビーム電流の損失を緩和し、イオン注入システムの作動範囲を延ばすことができる。
【００１５】
最初に、図１を参照すると、本発明の構成に従う、例示的な高エネルギーイオン注入システム１０の概略図が示されている。システム１０は、ターミナル１２、ビームラインアセンブリ１４、及びエンドステーション１６を有する。ターミナル１２は、高電圧電源２２によって電力を供給されるイオン源２０を含む。イオン源２０は、ビームラインアセンブリ１４に供給されるイオンビーム２４を発生させる。イオンビーム２４は、エンドステーション１６内のターゲットウエハ３０に向けて指向される。このイオンビーム２４は、質量分析磁石および無線周波（ＲＦ）のリニア加速器（リナック）２８を含む。リナック２８は、一連の加速モジュール２８ａ〜２８ｎを含み、各モジュールは、前のモジュールから得られるエネルギーを越えてイオンを加速することができる。この加速モジュールは、共振方法により圧制する高ＲＦ電圧によって個々に励起され、獲得された所望の平均電力を維持する。質量分析磁石２６は、リナック２８に適当な電荷質量比のイオンのみを通過させる。
【００１６】
本実施形態のシステム１０におけるリニア加速モジュール２８ａ〜２８ｎは、ＲＦ増幅器、共振器、励起可能な電極、及びユニポーラ型静電四重極レンズ（四重極レンズともいう。）を含む。共振器は、適当な周波数（たとえば、約０〜１５０ｋＶの電圧を用いて約３〜３０ＭＨｚの範囲）で作動し、イオンビーム２４のイオンを所望のエネルギー（たとえば、荷電状態で１ミリオン電子ボルト以上）に加速する。イオンビーム２４が種々の加速モジュールまたはステージ２８を通過するとき、イオンが加速され、部分的に広がる。
【００１７】
ユニポーラ型静電四重極レンズは、それぞれ、中心軸線の回りに等距離に離間した４つの電極を有し、イオンビーム２４の経路を横切る四重極磁界を発生する。第１電極対は、互いに対向して配置され、負電位にあり、また、第２電極対は、アース電位にある。発生した静電界の結果、ユニポール型静電四重極レンズが、イオンビーム２４上に集束効果をもたらす。第一対のレンズは、一例では、垂直面に対して集束(focus)し、水平面に対して発散（defocus)し、一方、第二対のレンズは、水平面に対して集束し、垂直面に発散する。リニア加速モジュール２８ａ〜２８ｎの中のユニポーラ型静電四重極レンズに加わる負電位を調整することによって、イオンビーム２４の広がりを抑えて、所望の形状で集束することができる。
【００１８】
ユニポーラ型静電四重極レンズを用いて、従来の静電四重極レンズに一般的に使用される正電位が欠乏することによるイオンビーム２４における中和の減退を少なくする。その結果、イオンビーム２４のビーム電流が、従来の正負のバイポーラ型静電四重極レンズを用いる従来のイオン注入システムの場合よりも大きくなる。
【００１９】
本発明に従う例示的なモジュラー形のリニア加速器モジュールまたはステージ２２８が、図２に示されている。直流イオンビーム２２４ａは、ビーム径路２２６に沿う加速器２２８（たとえば、図示しない上流の質量分析器磁石）に供給される。直流ビーム２２４ａは、たとえば、ビーム径路２２６に沿って垂直方向に伸びたスリット２３２を有する入口開口２３０を通過する細長いスリット形状からなる。このビーム２２４ａは、２組のマッチング四重極デバイス２３４と対応する接地電極２３６を介して概略円形形状(図示略)に形成される。ここで、接地電極２３６の各々は、ビーム径路２２６に沿って配置された円筒開口２３８を含んでいる。また、本発明の四重極デバイス２３４は、一対のユニポール型静電四重極レンズからなり、第一対は、垂直面に対して集束し、第二対は、水平面に対して集束する。
【００２０】
リニア加速器２２８は、更に、２つ以上の加速モジュールまたはステージ２２８ａ、２２８ｂ・・・２２８ｎを含む。ここで、ｎは、整数であり、ステージのうち２つ（たとえば、２２８ａ、２２８ｂ）が図２に示されている。加速器モジュール２２８ｎは、前のモジュールから達成されるエネルギーを越えてイオンビーム２２４からイオンを更に加速する。この加速器モジュール２２８ｎは、電源および共振器(図示略)によって発生した高ＲＦ電圧により、個々に励起される。加速器モジュール２２８ａは、径路２２６に沿って加速電極２４８の前後に配置される一対の接地電極２４６を含む。加速電極２４８は、ビーム径路２２６に沿ってイオンビーム２２４ａ内のイオンを加速するために、ＲＦ電源および共振器(図示略)によって励起される。接地電極２４６は、加速電極２４８からほぼ等距離に離れており、ほぼ等しい第１、第２ギャップ２５０ａ、２５０ｂを与える。同様に、第２加速器モジュールまたはステージ２２８ｂは、第２加速電極２５８の上流に径路２２６に沿って配置された第１の接地電極を含んでいる。
【００２１】
四重極デバイス２６４は、ユニポーラ型静電四重極レンズであり、第１、第２加速器ステージ２２８ａ、２２８ｂ間に径路２２６に沿って設けられ、連続する加速器ステージ２２８を取って進行しながらビーム２２４を径方向に集束させる。加速器２２８は、更に、加速器ステージ又はモジュール(図示略)を含み、これにより、イオンビーム２２４ｂは、加速器２２８に設けられた直流ビーム２２４ａのエネルギーレベルよりも高いレベルに加速することができる。１つの四重極レンズのみが、図２において、ステージ２２８ａとして図示されているが、このようなレンズの対が、レンズ２３４と同様に設けられることが理解できよう。さらに、１つの例では、リニア加速器の各ステージ２２８ａ〜２２８ｎは、ユニポーラ型四重極レンズを使用しており、本発明は、このようなレンズを全てのステージより少ない数で用いることができる。
【００２２】
図３は、例示的な従来の正負のバイポーラ型静電四重極レンズ３００を説明する図である。レンズ３００は、ほぼ同等の大きさを有する正電圧および負電圧を与える電源３０２を含んでいる。さらに、レンズ３００は、互いに対向配置された一対の負電極３０４，３０６と互いに対向配置された一対の正電極３０８，３１０を含む。電極３０４，３０６，３０８，３１０は、中心点回りに等距離に配置されている。
【００２３】
負電極対３０４，３０６は、電源３０２に接続されて、負電圧を入力する。その結果、負電極対３０４,３０６は、負電位にバイアスされる。更に、正電極対３０８，３１０は、電源３０２に接続されて、正電圧を入力し、正電位にバイアスされる。電極３０４，３０６，３０８，３１０は、四重極静電界を発生し、中心点を通過するイオンビームを選択的に集束および発散させる。例として、イオンビーム内の正電荷イオンは、矢印３１２で示す方向に電界によって加速される。その結果、イオンビームがＹ方向に集束し、Ｘ方向に発散する。得られる集束／発散の量は、電極３０４，３０６，３０８，３１０をバイアスする正負の電圧の大きさに対応する。
【００２４】
次に図４において、本発明に従う負のユニポーラ型静電四重極レンズ４００を説明する概略図が図示されている。このレンズ４００は、負の電極対４０４，４０６および接地電極対４０８，４１０を含む。
【００２５】
電源４０２は、負電極対４０８，４１０に負電圧を供給する。接地電極対４０８，４１０は、一般的に低抵抗径路を通ってアースに接続される。従って、負電極対は、負電位にバイアスされ、また接地電極対４０８，４１０は、アースに接地される。これらの電極は、図３に示したと同様に、静電四重極電界を発生する。ここで、イオンビームは、一平面に集束し第２の垂直平面に同時に発散する。
【００２６】
これらの現象を完全に理解することは十分ではないが、ユニポーラ型静電四重極レンズ４００は、図３のバイポーラ型の正および負の静電四重極レンズ３００と対比すると、ビーム電流の損失を軽減する。正電位の電極は、イオンビームに現れる正電荷イオンによる空間電荷作用を大きくすることによってビーム電流損失を減少させると考えられる。とにかく、図３のユニポーラ型静電レンズを用いて、低エネルギーでビーム電流を２倍増加することが観測される。
【００２７】
図５において、本発明の構成に従う正のユニポーラ型静電四重極レンズ５００が図示されている。このレンズ５００は、第１の正電極５０４、第２の正電極５０６、第１の接地電極５０８、および第２の接地電極５１０を含んでいる。
【００２８】
電源５０２は、第１正電極５０４と第２正電極５０６に正電圧を供給する。第１接地電極５０８と第２接地電極５１０は、アースに接続される。従って、第１正電極５０４と第２正電極５０６は、正電圧値にバイアスされ、第１接地電極５０８と第２接地電極５１０は、アース電圧値にバイアスされる。これらの電極は、２つの正電位と２つのゼロ電位の電極から四重極電界を発生する。例として、２つのゼロ電界は、イオンビームの正電荷イオンを発散させる傾向を有し、一方、２つの正電界は、正電荷イオンを集束させる傾向を有する。
【００２９】
ユニポーラ型静電四重極レンズ５００は、図３の正負のバイポーラ型静電四重極レンズ３００と対比してビーム電流の損失を低減させる。しかし、図４の負のユニポーラ静電四重極レンズ４００は、図５の正のユニポーラ型静電四重極レンズ５００よりもより電流損失を低減する。
【００３０】
図６は、本発明の構成に従う静電四重極レンズ６００をユニポーラ動作からバイポーラ動作に切換えるスイッチング回路を示す概略図である。負電源６０１は負電圧を生じさせ、正電源６０２は正電圧を生じさせる。レンズ６００は、第１の負電極６０４、第２の負電極、第１の変動電位電極６０８、および第２の変動電位電極６１０を含む。
【００３１】
第１負電極６０４と第２負負電極６０６は、負電源６０１から負の電圧を入力して、負にバイアスされる。第１変動電位電極６０８と第２変動電位電極６１０は、正電源６０２によって正に、またはアースのいずれかにバイアスされる。スイッチ６１２は、正電源６０２とアースとの間で切換る単極二投式スイッチである。このスイッチ６１２は、手動または制御システム(図示略)を介して自動的に作動させることができる。
【００３２】
図７は、本発明の構成にしたがってユニポーラ動作からバイポーラ動作に静電四重極レンズ７００の別のスイッチング回路を示す概略図である。負電源７０１は負電圧を生じ、正電源７０２は、正電圧を生じる。レンズ７００は、負電極対７０４，７０６および変動電位電極対７０８，７１０を含む。
【００３３】
負電極対７０４，７０６は、負電源７０１から負電圧を入力し、そして負電位にバイアスする。変動電位電極対７０８，７１０は、負電源７０２によって負に、またはアースのいずれかにバイアスされる。
【００３４】
スイッチング回路７１２は、正電源７０２の一部として構成される。このスイッチング回路７１２は、正電圧値またはアースへの低抵抗径路からの電圧値のいずれかである電源出力を、制御可能に供給するように動作する。スイッチング回路７１２は、変動電位電極対７０８，７１０のバイアスを制御するために使用される。
【００３５】
図６〜図７は、本発明に従って二重および／またはユニポーラ型動作用の静電四重極レンズを構成する２つの例を示す。しかし、本発明は、これらの特定の構成に制限されるものではなく、二重またはユニポーラ型作動に動作するように選択することができるかぎり、
別の変形例を含むように拡張できる。さらに、図６〜図７は、単一の負のユニポーラ型静電四重極レンズについて記載されているが、本発明に従って単一の正のユニポーラ型静電四重極レンズに拡張することができる。
【００３６】
以下の表１は、本発明および従来のバイポーラ型静電四重極レンズに従うユニポーラ型静電四重極レンズの例示的な実験結果を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１から明らかなように、ユニポーラ型静電四重極レンズは、従来のバイポーラ型静電四重極レンズのビーム電流よりも大きい電流を生じる。たとえば、５ＫｅＶのエネルギーと４２０μＡの注入電流を有する低エネルギービームに対して、従来のバイポーラ型静電四重極レンズは、約３０μＡを生じ、一方、正のユニポーラ型静電四重極レンズは、約−１００μＡであり、負のユニポーラ型静電四重極レンズは、約１５０μＡを生じる。こうして、正のユニポーラ型静電四重極レンズは、従来のバイポーラ型静電四重極レンズよりも３倍以上のビーム電流を与える。また、負のユニポーラ型静電四重極レンズは、従来のバイポーラ型静電四重極レンズより約５倍のビーム電流を与える。
【００３９】
上述した従来の構造的および機能的な特徴を見ると、本発明の種々の構成に従う方法が、図１〜図７でよく理解できるであろう。また、説明を単純化するために、図８〜図９の方法は、シリアルに実行するように記載され、本発明は、説明した順番に制限されるものではなく、他のいくつかの手順が本発明に従って、ここで図示されかつ説明されたものとは異なる手順および／または同時並行で起こることが可能である。さらに、本発明に従う方向を実行するために、説明しない特徴を必要とすることもできる。
【００４０】
図８において、本発明の構成に従う所望のイオンビームを発生するための方法８００の流れ図が示されている。この方法８００は、従来のイオンビーム発生方法（たとえば、従来のイオン注入デバイス）と比較すると、リニア加速器を通るビーム電流の損失が低減されて、所望のイオンビームを発生させることができる。この方法８００は、比較的低いエネルギーのイオンビーム（たとえば、８０ＫｅＶ未満）に特に適している。
【００４１】
方法８００は、ブロック８０２で始まり、ここで、イオンビームは、低または負のイオンからなり、高電圧源によって発生される。イオンビームは、たとえば、イオン源に関連した引き出しビームのバイアスおよび形状に基づいて、初期のエネルギーレベルおよび注入電流と言われるビーム電流で発生する。イオンビームは、ブロック８０４で質量分析器によって処理され、ここで、磁界が、所望の電荷質量比を有するイオンのみが通過を許される。その結果、不必要なイオン、電子、および粒子は、イオンビームから取り除かれ、イオンビーム内に所望のイオンのみが残ることになる。ブロック８０６で、ビームの所望エネルギーが第１閾値以上であるかどうかを決定する。たとえば、高いエネルギービーム（たとえば、数１００〜数１０万ＫｅＶ）を所望する場合、所望のエネルギーは、第１閾値（ブロック８０６のイエス側）よりも大きくなる。この場合、システムに関連したリニア加速器システムは、ブロック８０８で励起され、そして、システムに関連した静電四重極レンズは、ブロック８１０で、従来のバイポーラ構造においてバイアスされる。
【００４２】
しかし、所望のビームエネルギーは、第１閾値（ブロック８０６でノー側）以下であるならば、ブロック８１２において、所望のエネルギーが第２閾値よりも大きいかどうかを決定する。この決定がブロック８１２において、イエスである場合、そのとき、所望のエネルギーは、第２と第１の閾値の間にある。そして、このエネルギー範囲において、バイポーラ型またはユニポーラ型の静電四重極レンズの構造のいずれかをブロック８１４で用いることができる。上記状態において、静電四重極をバイアスするための１つの基準は、単純に、四重極が構成される内部にバイアス装置を維持することである。しかし、所望エネルギーのビームは、第２閾値（ブロック８１２でノー側）よりも大きくない場合、そのとき、ユニポーラ型四重極のバイアス構造がブロック８１６で用いられる。上述したように、低エネルギーのユニポーラ型構造を用いることにより、イオン注入システムにおける改良されたビームを容易に使用できる。
【００４３】
イオンビームのイオン１つ以上のユニポーラ型静電四重極レンズによって、ブロック８０８で選択的に集束され、所望形状（たとえば、対称的、楕円形状等）を有するイオンビームを生じる。１つの例において、これらの四重極レンズは、二対の電極からなり、イオンビームが進行する中心点の回りに全て等距離に配置されている。第１の対向する電極対は、アースにバイアスされ、第２の対向する電極対は、正または負の電圧にバイアスされる。これらの電極は、イオンビームの径路に直交する四重極電界を発生する。これにより、上述したように、イオンビームの集束および発散を生じさせる。このような２つのレンズを用いて、それらを対向させた状態でバイアスをかけることにより、レンズの対は、イオンビームを集束させ、そして、空間電荷作用を低減させるように作動する。第２電極対にバイアスを加えるための電圧値は、所望の集束および発散に対応している。方法８００は、ブロック８１０へと続き、ここで、イオンビームは、ターゲットウエハに向けられる。
【００４４】
イオンビームは、ブロック８１８において、ウエハに向けられ、ここで、このような動作は、所望であれば、ビームの減速、偏向等を更に含むことができる。上記の例では、第１閾値が約８０ＫｅＶであり、第２閾値が約５０ＫｅＶである。しかし、他の閾値を用いることもでき、これらは、本発明の範囲内に入るものと考えられる。
【００４５】
本発明は、１つ以上の実施例、等価の変形例、及び修正例について図示しかつ記載してきたが、本明細書及び添付の図面を読みかつ理解することによって、当業者に理解できるであろう。特に、上述した部品（組立体、素子、回路、システム等）に関して、本発明の例示的な実施形態として、ここで示された機能を実行する開示された構造体と等価でないとしても、このような部品を記載するのに用いられる用語（手段と呼ばれているものを含む）は、対応するものを意図しており、そうでなければ、記載した部品（例えば、機能的に等価なものである）の特定の機能を実行するいくつかの構成部品を示している。
【００４６】
さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施の内のただ一つに対して開示されてきたものであるが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。更に、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の「構成されている」と同様に包含されるものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の構成に従う高エネルギーイオン注入システムを説明するための概略図である。
【図２】本発明の構成に従うモジュラー形リニア加速器の斜視図である。
【図３】例示的な従来の正及び負のバイポーラ型静電四重極レンズを説明するための概略図である。
【図４】本発明の構成に従う負電位のユニポーラ型静電四重極レンズを説明するための概略図である。
【図５】本発明の構成に従う正電位のユニポーラ型静電四重極レンズを説明するための概略図である。
【図６】本発明の構成に従う静電四重極レンズのスイッチング回路を示す概略図である。
【図７】本発明の構成に従う静電四重極レンズのスイッチング回路を示す概略図である。
【図８】本発明の構成に従う所望のイオンビームを発生させる方法を説明するための概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア加速システムの軸線に沿って配置された１つ以上の加速ステージと、
前記加速ステージと直列に配置され、前記軸線を横切る方向にイオンビームを集束させるユニポーラ型の第１静電四重極レンズと、を含むことを特徴とするリニア加速システム。
【請求項２】
前記第１静電四重極レンズは、前記軸線を横切る電界を発生させる４つのほぼ等距離に配置された電極からなることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
アース電位にバイアスされた第１電極対が、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
負電位にバイアスされた第２電極対が、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項３記載のシステム。
【請求項５】
正電位にバイアスされた第２電極対が、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項３記載のシステム。
【請求項６】
第１電極対は、アース電位および第１電位の一方に選択的にバイアスされることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項７】
第１電位は正電位であることを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項８】
ユニポーラ型の前記第１静電四重極レンズに直列に配置されたユニポーラ型の第２静電四重極レンズを更に含み、前記第１静電四重極レンズは、第１方向に集束し、前記第２静電四重極は、前記第１方向にほぼ直交する第２方向に集束することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
実質的にビーム電流の損失がないように前記第１静電四重極レンズによって形作られ、かつ前記軸線に沿って進行する低エネルギーのイオンビームを更に含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記低エネルギーのイオンビームは、約９０ＫｅＶ未満のレベルのエネルギーであることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記低エネルギーのイオンビームは、約２０ＫｅＶ未満のレベルのエネルギーであることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
互いに対向して配置され、低抵抗経路を通じてアースに接続された第１電極対と、
互いに対向して配置される第２電極対とを含み、
前記第１電極対と前記第２電極対は、中心点回りに等距離に配置され、前記第２電極対は、第１電位にバイアスがかけられている特徴とする静電四重極レンズ。
【請求項１３】
第１電位は、正電位であることを特徴とする請求項１２記載のレンズ。
【請求項１４】
第１電位は、負電位であることを特徴とする請求項１２記載のレンズ。
【請求項１５】
アースに接続されかつ第１電位に制御可能なスイッチング回路と、
互いに対向して配置され、前記スイッチング回路に接続された第１電極対と、
互いに対向して配置された第２電極対とを含み、
前記第１電極対と前記第２電極対は、中心点回りに等距離に配置され、前記第２電極対は、第２電位にバイアスがかけられていることを特徴とする静電四重極レンズシステム。
【請求項１６】
第１電位は正電位であり、第２電位は負電位であることを特徴とする請求項１５に記載のレンズシステム。
【請求項１７】
第１電位は負電位であり、第２電位は正電位であることを特徴とする請求項１５に記載のレンズシステム。
【請求項１８】
前記スイッチング回路は、前記第１電極対に第１電位を与える電源の一部であることを特徴とする請求項１５に記載のレンズシステム。
【請求項１９】
イオン源からイオンビームを引き出し、
所望のイオンビームエネルギーが第１閾値よりも大きいかどうかを決定し、
前記決定に基づき、バイポーラ構造またはユニポーラ構造の一方におけるイオンビームのビーム径路に沿って四重極レンズを形作る、各ステップを有することを特徴とするイオン注入システムを作動する方法。
【請求項２０】
前記所望のイオンビームエネルギーが前記第１閾値よりも小さい場合、前記四重極レンズがユニポーラ構造に形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記所望のビームエネルギーが第２閾値よりも大きいかどうかを決定するステップを更に含み、前記第２閾値が前記第１閾値よりも小さいことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
所望のイオンビームエネルギーが、前記第２閾値より小さいならば、前記四重極レンズが前記ユニポーラ構造で形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記四重極レンズは、ユニポーラ構造またはバイポーラ構造で形成され、所望のイオンビームエネルギーが、第２閾値よりも大きくかつ第１閾値よりも小さいことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項１】
リニア加速システムの軸線に沿って配置された１つ以上の加速ステージと、
前記加速ステージと直列に配置され、前記軸線を横切る方向にイオンビームを集束させるユニポーラ型の第１静電四重極レンズと、を含むことを特徴とするリニア加速システム。
【請求項２】
前記第１静電四重極レンズは、前記軸線を横切る電界を発生させる４つのほぼ等距離に配置された電極からなることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
アース電位にバイアスされた第１電極対が、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
負電位にバイアスされた第２電極対が、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項３記載のシステム。
【請求項５】
正電位にバイアスされた第２電極対が、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項３記載のシステム。
【請求項６】
第１電極対は、アース電位および第１電位の一方に選択的にバイアスされることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項７】
第１電位は正電位であることを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項８】
ユニポーラ型の前記第１静電四重極レンズに直列に配置されたユニポーラ型の第２静電四重極レンズを更に含み、前記第１静電四重極レンズは、第１方向に集束し、前記第２静電四重極は、前記第１方向にほぼ直交する第２方向に集束することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
実質的にビーム電流の損失がないように前記第１静電四重極レンズによって形作られ、かつ前記軸線に沿って進行する低エネルギーのイオンビームを更に含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記低エネルギーのイオンビームは、約９０ＫｅＶ未満のレベルのエネルギーであることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記低エネルギーのイオンビームは、約２０ＫｅＶ未満のレベルのエネルギーであることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
互いに対向して配置され、低抵抗経路を通じてアースに接続された第１電極対と、
互いに対向して配置される第２電極対とを含み、
前記第１電極対と前記第２電極対は、中心点回りに等距離に配置され、前記第２電極対は、第１電位にバイアスがかけられている特徴とする静電四重極レンズ。
【請求項１３】
第１電位は、正電位であることを特徴とする請求項１２記載のレンズ。
【請求項１４】
第１電位は、負電位であることを特徴とする請求項１２記載のレンズ。
【請求項１５】
アースに接続されかつ第１電位に制御可能なスイッチング回路と、
互いに対向して配置され、前記スイッチング回路に接続された第１電極対と、
互いに対向して配置された第２電極対とを含み、
前記第１電極対と前記第２電極対は、中心点回りに等距離に配置され、前記第２電極対は、第２電位にバイアスがかけられていることを特徴とする静電四重極レンズシステム。
【請求項１６】
第１電位は正電位であり、第２電位は負電位であることを特徴とする請求項１５に記載のレンズシステム。
【請求項１７】
第１電位は負電位であり、第２電位は正電位であることを特徴とする請求項１５に記載のレンズシステム。
【請求項１８】
前記スイッチング回路は、前記第１電極対に第１電位を与える電源の一部であることを特徴とする請求項１５に記載のレンズシステム。
【請求項１９】
イオン源からイオンビームを引き出し、
所望のイオンビームエネルギーが第１閾値よりも大きいかどうかを決定し、
前記決定に基づき、バイポーラ構造またはユニポーラ構造の一方におけるイオンビームのビーム径路に沿って四重極レンズを形作る、各ステップを有することを特徴とするイオン注入システムを作動する方法。
【請求項２０】
前記所望のイオンビームエネルギーが前記第１閾値よりも小さい場合、前記四重極レンズがユニポーラ構造に形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記所望のビームエネルギーが第２閾値よりも大きいかどうかを決定するステップを更に含み、前記第２閾値が前記第１閾値よりも小さいことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
所望のイオンビームエネルギーが、前記第２閾値より小さいならば、前記四重極レンズが前記ユニポーラ構造で形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記四重極レンズは、ユニポーラ構造またはバイポーラ構造で形成され、所望のイオンビームエネルギーが、第２閾値よりも大きくかつ第１閾値よりも小さいことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００７−５０４６２２（Ｐ２００７−５０４６２２Ａ）
【公表日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２５４５１（Ｐ２００６−５２５４５１）
【出願日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２８６５６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２４９１１
【国際公開日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（５００２６６６３４）アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２８６５６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２４９１１
【国際公開日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（５００２６６６３４）アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
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