特開 2023-29981 基板に粒子を注入するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023029981

(43)【公開日】2023-03-07

(54)【発明の名称】基板に粒子を注入するための方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20230228BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20230228BHJP

   G21K 3/00 20060101ALI20230228BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20230228BHJP

【ＦＩ】

H01J37/317 Z

H01L21/265 603A

H01L21/265 603B

G21K3/00 E

G21K3/00 Y

G21K5/04 A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195434

(22)【出願日】2022-12-07

(62)【分割の表示】P 2021563676の分割

【原出願日】2020-05-14

(31)【優先権主張番号】102019112773.4

(32)【優先日】2019-05-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】518351230

【氏名又は名称】エムアイツー‐ファクトリー ジーエムビーエイチ

(74)【代理人】

【識別番号】110003694

【氏名又は名称】弁理士法人有我国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カサト，コンスタンティン

(72)【発明者】

【氏名】クリッペンドルフ，フロリアン

(57)【要約】

【課題】コンパクトで信頼性の高い、粒子を基板に注入するための方法を提供する。
【解決手段】粒子源（２）、粒子加速器（４）、基板ホルダー（３０）、粒子加速器（４）と基板ホルダー（３０）との間に配置され、注入によって基板（１２）内に生成されたドーパント深さプロファイルおよび/または欠陥深度プロファイルを設定するための事前定義された構造プロファイルを有する微細構造膜であるエネルギーフィルタ（２０）を備えた装置を提供し、粒子源（２）と粒子加速器（４）とを用いて、正に帯電したイオンのイオンビーム（１０）を生成し、エネルギーフィルタ（２０）の介在下で、基板ホルダー（３０）によって保持された基板（１２）にイオンビーム（１０）を照射する。粒子加速器（４）は、０．３から３．０ＭｅＶ／核子のエネルギーのパルスイオンビーム（１０）または連続イオンビーム（１０）を生成する高周波線形加速器またはサイクロトロンである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子源（２）と、粒子加速器（４）と、
基板ホルダー（３０）と、
前記粒子加速器（４）と前記基板ホルダー（３０）との間に配置されたエネルギーフィルタ（２０）であって、注入によって基板（１２）内に生成されたドーパント深さプロファイルおよび/または欠陥深度プロファイルを設定するための事前定義された構造プロファイルを有する微細構造膜である、前記エネルギーフィルタ（２０）と、を備えた、基板（１２）に粒子を注入する装置を提供する工程と、
前記粒子源（２）と、前記粒子加速器（４）とを用いて、正に帯電したイオンのイオンビーム（１０）を生成する工程と、
前記エネルギーフィルタ（２０）の介在下で、前記基板ホルダー（３０）によって保持された前記基板（１２）に前記イオンビーム（１０）を照射する工程と、
を備えた、前記基板（１２）に粒子を注入する方法であって、
前記粒子加速器（４）は、０．３から３．０ＭｅＶ／核子のエネルギーのパルスイオンビーム（１０）または連続イオンビーム（１０）を生成する高周波線形加速器またはサイクロトロンであることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記粒子加速器（４）は、各イオン種について核子ごとに１つの固定エネルギーのみを送達することができる構成となっていること、
または、
前記粒子加速器（４）は、１から５０ＭｅＶのエネルギー範囲のイオンしか供給できず、前記粒子加速器（４）は、設定可能なエネルギーが１０未満である構成となっていること、を特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記パルスイオンビーム（１０）のパルスデューティファクタは、１：２０から１：５の範囲にある請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記基板（１２）に衝突する前記イオンビーム（１０）のエネルギーは、前記イオンビーム（１０）が前記粒子加速器（４）を離れた後に通過する少なくとも１つのブレーキ要素（２２）の数の適切な選択および前記少なくとも１つのブレーキ要素（２２）の材料および／または厚さの適切な選択によって変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記イオンビーム（１０）は、前記少なくとも１つのブレーキ要素（２２）に衝突する前に拡散することを特徴とする請求項４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に粒子を注入するための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高エネルギーイオンビームは、半導体材料の導電率やキャリア寿命などの材料特性を変更するために使用される。イオンの一次エネルギーは５００ｋｅＶ以上で、半導体材料はシリコン、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、窒化ガリウムなどである。ただし、高エネルギーを使用することも可能である。クォーツガラス、ニオブ酸リチウム、リン酸チタニルカリウム、さらにはＰＭＭＡなどのプラスチックなどの非半導体の特性を変更するためのイオンビームを用いることもできる。

【0003】

近年、新しい高エネルギー注入法、いわゆるエネルギーフィルタ注入が市場に確立された。商業指向のマイクロエンジニアリング製造プロセスでは、マスクまたは非マスクのイオン注入を使用して、数ナノメートルから数十マイクロメートルの深さの範囲の事前定義された深さプロファイルを持つ半導体または非半導体材料にドーピングまたは点欠陥を生成するというアイデアがある。これらのドーパント深さプロファイルを実現するために、イオン注入用のいわゆるエネルギーフィルタが使用される。

【0004】

これらのタイプのシステムでは、特殊なイオン源で生成されたイオンは、複雑な高エネルギー加速器によって必要な一次エネルギーに引き上げられる。システムは通常、非常に複雑で、大量のスペースを占有する。これは、必要な建物の建設に高いコストをもたらし、加速器機械の高い購入価格につながる。エネルギーを各タイプのイオンビームの正しい値に調整することも複雑であり、再現するのが難しいことがよくある。

【0005】

これまで高エネルギーウェハ注入に使用されてきた静電タンデム加速器または「タンデトロン」加速器では、さらに、低エネルギー側に負イオンを注入する必要がある。これには、アルミニウムなどの一部の元素で利用可能な電流を制限する効果がある。

【発明の概要】

【0006】

本発明の目的は、特に、コンパクトで信頼性の高い、粒子を基板に注入するための装置および方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様によれば、粒子を基板に注入するための装置は、正に帯電したイオンのイオンビームを生成するための粒子源および粒子加速器、ならびに基板ホルダーを備える。当該装置はまた、粒子加速器と基板ホルダーとの間に配置されるエネルギーフィルタを含み、エネルギーフィルタは、粒子の注入により基板内に生成されるドーパント深度プロファイルおよび／または欠陥深度プロファイルを調整するための事前定義された構造プロファイルを有する微細構造膜である。この装置はまた、イオンビーム用の少なくとも１つの受動ブレーキ要素を含み、該少なくとも１つの受動ブレーキ要素は、粒子加速器と基板ホルダーとの間に配置され、エネルギーフィルタから離間されている。

【0008】

この構成により、イオンビームからエネルギーを効果的に引き出すことが可能であり、したがって、基板への粒子の注入に必要なエネルギーに到達することが可能である。

【0009】

好ましい実施形態では、受動ブレーキ要素は平面膜からなる。

【0010】

平面膜の厚さは、好ましくは０．５μｍから１００μｍの間、より好ましくは２μｍから３０μｍの間、特に好ましくは４μｍから１５μｍの間である。

【0011】

平面膜の材料は、好ましくは、シリコン、タングステン、炭素、およびチタンのうちの１つから選択される。これらの材料は、高度なエネルギー散逸を達成し、機械的安定性の高い膜を得るのに特に適している。高い制動効率を得るための鉛を含むものや、同様の熱膨張特性を有する層からなる多層材料などの複合材料も考えられる。

【0012】

好ましい実施形態では、受動ブレーキ要素は、粒子加速器とエネルギーフィルタとの間に配置される。これにより、エネルギーが低減されたイオンビームのみがエネルギーフィルタに当たり、必要最小限の電力のみがエネルギーフィルタで消費される。受動ブレーキ要素とエネルギーフィルタとの間の距離は、好ましくは０．５ｃｍから５０ｃｍの間、より好ましくは０．７ｃｍから１０ｃｍの間、特に好ましくは１ｃｍから２ｃｍの間である。

【0013】

受動ブレーキ要素は、好ましくは、旋回可能または摺動可能に支持される。これにより、任意の時間に受動ブレーキ要素をイオンビームに移動したり、イオンビームから移動したりすることができる。したがって、特に、複数の受動ブレーキ要素が存在する場合、イオンビームの所望のエネルギー低減を調整することが容易である。

【0014】

本発明の別の側面によれば、上記のデバイスを用いて基板に粒子を注入するための方法は、以下のステップを含む：
－粒子源と粒子加速器を使用して、正に帯電したイオンのイオンビームを生成する。
－基板ホルダーに保持されている基板に、少なくとも１つの受動ブレーキ要素とエネルギーフィルタを挿入した状態でイオンビームを照射する。

【0015】

この方法では、粒子加速器は、その構成方法のために、各イオン種の核子ごとに１つの固定エネルギーしか供給できないことが特に好ましい。粒子加速器は、その構成方法のために、１から５０ＭｅＶのエネルギー範囲のイオンのみを送達する可能性があり、加速器の構成方法のために、１０未満、好ましくは５以下である。イオンビームの設定可能なエネルギーが可能である。次に、基板に衝突するイオンビームのエネルギーは、粒子加速器を出た後にイオンビームが通過するブレーキ要素の数を適切に選択し、材料などのブレーキ要素の特性および／または厚さを適切に選択することによって変化する。この構成により、粒子加速器の製造コストと寸法を最小限に抑えることができる。さらに、上記の選択によるイオンビームのエネルギーの設定は、すべての所望のイオンビームエネルギーに対して、特に再現性があり、信頼できる方法で達成することができる。加速器内のイオンビームのエネルギーを自由に変化させることができる場合に通常遭遇する制御工学の高コストなどの問題も排除される。

【0016】

好ましい実施形態では、さらに、少なくとも１つのブレーキ要素の複数のコピーが提供され、これらの同一のブレーキ要素が、好ましくは回転されながら交互にイオンビームラインに導入される。このようにして、個々の同一のブレーキ要素の放射線被曝と加熱を減らすことができる。これを達成するための有利な方法は、同じブレーキ要素を同じホルダーに取り付け、ホルダーをイオンビームに垂直な平面で回転させることである。

【0017】

さらに、イオンビームの経路に導入される複数の同一のエネルギーフィルタを提供することもでき、エネルギーフィルタおよびブレーキ要素は、好ましくは、同じ回転機構によって駆動される。したがって、個々のエネルギーフィルタの放射線被曝と加熱が減少する。次に、ブレーキ要素およびエネルギーフィルタのホルダーは、イオンビームの方向に前後に配置された少なくとも２つの平面にあり、ブレーキ要素は、好ましくは、第１の平面に配置され、エネルギーフィルタは、第２の平面に配置される。したがって、ブレーキ要素は第１の平面で回転し、エネルギーフィルタは第２の平面で回転する。

【0018】

上記の同一のブレーキ要素と、場合によってはエネルギーフィルタの交互使用により、粒子加速器として、０．３－３．０ＭｅＶ／核子のエネルギーのパルスイオンビームを生成する高周波線形加速器またはサイクロトロンを使用することも可能になる。核子は順番に使用されるため、個々のブレーキ要素および／またはエネルギーフィルタは、そのような高エネルギーパルスのイオンビームでさえ、損傷や過熱を被ることなく通過することを可能にすることができる。ブレーキ要素および／またはエネルギーフィルタの交代のタイミングおよび持続時間は、好ましくは、パルスイオンビームのタイミングおよびパルスデューティファクタに適合される。しかしながら、同じエネルギー範囲の連続イオンビームを使用することも考えられる。

【0019】

本発明の別の態様によれば、粒子を基板に注入するための方法は、以下のステップを含む。

【0020】

粒子源と粒子加速器、基板ホルダー、および粒子加速器と基板ホルダーの間に配置されたエネルギーフィルタを備えたデバイスを提供し、エネルギーフィルタは、ドーパントを調整するための事前定義された構造プロファイルを備えた微細構造膜である。注入によって基板に生成された深さプロファイルおよび／または欠陥深さプロファイルである。
－粒子源と粒子加速器を使用して、正に帯電したイオンのイオンビームを生成する。
－エネルギーフィルタを挿入した状態で、基板ホルダーに保持されている基板にイオンビームを照射する。

【0021】

本実施形態によれば、粒子加速器は、高周波線形加速器またはサイクロトロンであり、０．３から３．０ＭｅＶ／核子、好ましくは０．５から３．０ＭｅＶ／核子、より好ましくは１．０から２．０ＭｅＶ／核子、特に好ましくは１．３から１．７ＭｅＶ／核子のエネルギーでパルスイオンビームまたは連続イオンビームを生成する。イオンビームの総エネルギーは、好ましくは１から５０ＭｅＶの間、特に好ましくは４から４０ＭｅＶの間である。

【0022】

粒子加速器は、その構成の都合で、好ましくは、各イオン種について核子ごとに１つの固定エネルギーのみを送達することができる。粒子加速器は、その構成の都合で、１から５０ＭｅＶのエネルギー範囲のイオンしか供給できず、粒子加速器の構成の都合で、設定可能な（ブレーキ要素またはエネルギーフィルタに衝突する前の）イオンビームのエネルギーが１０未満である可能性もある。このようにして、イオンビームの非常に多くの異なるエネルギーを微調整することに伴う複雑な作業が排除され、再現性が向上し、コストが大幅に削減される。

【0023】

好ましい実施形態では、パルスイオンビームのデューティファクタは、１：２０から１：５の範囲、好ましくは１：１２から１：８の範囲にある。

【0024】

基板に衝突するイオンビームのエネルギーは、イオンビームが粒子加速器を出た後に通過するブレーキ要素の数の適切な選択、および材料や厚さなどのブレーキ要素の特性の適切な選択の使用によって変化させることが特に好ましい。したがって、イオンビームのエネルギーは、特に正確かつ再現可能な方法で、所望の目標値まで低減することができる。

【0025】

イオンビームは、ブレーキ要素に当たる前に拡散することが好ましい。その結果、イオンビームが当たる有効面積が増加し、衝突電流密度が減少する。この測定値は、ブレーキ要素の数とその材料および／または厚さを適切に選択することにより、上記のエネルギーの変動と一緒に使用できる。

【0026】

少なくとも１つのブレーキ要素の複数のコピーが提供され、これらの同一のコピーが交互にビームラインに導入されること、および／または交互にビームラインに導入されるいくつかの同一のエネルギーフィルタが提供されることも好ましい。したがって、個々のエネルギーフィルタおよび／またはブレーキ要素の放射線被曝および加熱が低減される。

【0027】

好ましい実施形態では、粒子源は利用可能な陽イオンを作る。これにより、ほとんどのイオン種で必要なレベルの電流に簡単に到達できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本発明の追加の利点および特性は、図面を参照する以下の説明から導き出すことができる。

【図1】図１は、基板に粒子を注入するための本発明によるデバイスの概略断面図である。

【0029】

【図2】図２は、図１に従ってデバイスで使用することができるエネルギーフィルタが機能する方法の概略図である。

【0030】

【図3】図３は、様々な構造化エネルギーフィルタによって生成することができる様々なドーピングプロファイルの概略図である。

【0031】

【図4】図４は、基板に粒子を注入するための本発明によるデバイスの代替実施形態の概略断面図である。

【0032】

【図5】図５は、基板に粒子を注入するための本発明による装置の別の代替実施形態の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１に示される基板に粒子を注入するための装置は、粒子源２、粒子加速器４、および照射チャンバー８を備えたエンドステーション６を含む。通常、照射チャンバー８には高い真空が存在する。基板ドープされる１２は、照射チャンバー８内の基板ホルダー３０に取り付けられる。

【0034】

基板１２の材料は、好ましくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。しかしながら、シリコン、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、窒化ガリウムなどの他の半導体材料を考慮することも可能である。また、基板１２の材料として考えられるのは、石英ガラス、リチウム、ニオブ酸塩、リン酸チタニルカリウム、さらにはＰＭＭＡなどのプラスチックなどの非半導体材料である。基板１２は、好ましくはウェハとして構成される。

【0035】

好ましくは正電荷を有するイオンが粒子源２で生成される。所望のイオン種は、分析磁石３によって選択される。次に、正に帯電したイオンは、粒子加速器４によって加速され、その結果、加速されたイオンビーム１０が形成される。イオンビーム１０のイオンは、好ましくは、アルミニウム、窒素、水素、ヘリウム、ホウ素、リン、炭素、ヒ素、またはバナジウムイオンである。

【0036】

粒子加速器４は、好ましくは、イオンが高周波場によって加速される高周波線形加速器である。あるいは、粒子加速器４は、サイクロトロンとして、またはタンデム加速器、タンデトロン加速器、またはシングルエンド静電加速器などの静電加速器として実現することもできる。静電タンデトロンとしての実施形態では、負イオンは、最初に粒子源２で生成され、その後、加速され、高電圧端子で電荷反転され、最後に、上記と同様の方法で再び加速される。

【0037】

粒子加速器４は、単純な設計の高周波線形加速器として、またはイオンビーム１０を核子あたり１つの固定エネルギーにのみ加速することができるサイクロトロンとして構成することが特に好ましい。粒子加速器４の構成の都合により、高周波線形加速器またはサイクロトロンの制御ユニットは、核子あたりのエネルギーを変更できない。その代わりに、制御ユニットはシステムの操作に必要なパラメータを制御するためだけに機能する。加速器の設計の都合により、イオンビーム１０の設定可能なエネルギーは１０未満、好ましくは５以下であると考えられる。したがって、粒子加速器４における制御技術の複雑さは、粒子加速器４によって送達されるイオンビームのエネルギーの自由な変動と比較して、かなり低減される。

【0038】

その構成の都合により、高周波線形加速器またはサイクロトロンは、０．３から３．０ＭｅＶ／核子、好ましくは０．５から３．０ＭｅＶ／核子、より好ましくは１．０から２．０ＭｅＶ／核子、特に好ましくは１．３から１．７ＭｅＶ／核子のエネルギーを有する正に帯電したイオンのパルスイオンビーム１０を送達する。このように生成されたイオンビーム１０は、時間ウィンドウ内のイオンビーム１０のデューティファクタによって説明することができる。例えば、イオンビーム１０のデューティファクタ（オン：オフ）は、１：２０から１：５の間、好ましくは１：１２から１：８の間であり得る。

【0039】

ここで、１：１０のパルスデューティファクタを例として説明する。この場合、効果的な照射に利用できるのは時間ウィンドウの１０％のみであるため、このようにパルス化されたイオンビーム１０は、対象が１０μＡの平均イオン電流を達成する場合、パルス内で１００μＡの電流強度を利用できるようにする必要がある。

【0040】

イオンビーム１０のパルスの周波数は、１Ｈｚから２ｋＨｚの間、好ましくは３Ｈｚから５００Ｈｚの間、特に好ましくは７Ｈｚから２００Ｈｚの間である。

【0041】

また、イオンビーム１０は、同じエネルギーで連続することができる。

【0042】

高エネルギーイオンビーム１０は、通常、エンドステーション６に入る前にイオンレンズ１４によって形成され、次いで、照射チャンバー８に導かれる。そこで、イオンビーム１０のエネルギーは、エネルギーフィルタ２０によって拡散され、次いで照射される基板１２に衝突する。

【0043】

図４および５に見られるように、基板ホルダー３０は静止している必要はない。反対に、基板ホルダー３０は、オプションとして、基板１２をＸからＹ方向（ページの平面に垂直な平面内）に移動させるためのユニットを備えることができる。注入される基板１２が取り付けられ、注入中に回転するウェハホイールも考えられる。基板ホルダー３０をビーム方向（ｚ方向）に変位させることも可能である。さらに、基板ホルダー３０は、オプションとして、ヒーターまたはクーラーを備えることができる。

【0044】

エネルギーフィルタ２０の基本原理を図２に示す。単一エネルギーのイオンビーム１０のエネルギーは、エネルギーフィルタ２０を通過するときに、入口点の関数として変更され、エネルギーフィルタ２０は、微細構造膜として構成されている。結果として生じるイオンビーム１０のイオンのエネルギー分布は、基板１２のマトリックスに注入された物質の深さプロファイルの変更をもたらす。Ｅ１は第１のイオンのエネルギーを示し、Ｅ２は第２のイオンのエネルギーを示し、ｃはドーパント濃度を示し、ｄは基板１２の深さを示す。図の右側では、標準ガウス分布は参照記号Ａで識別される。これはエネルギーフィルタ２０を使用せずに発生する分布である。これとは対照的に、エネルギーフィルタ２０を使用して得ることができる、Ｂで示される長方形の分布が、例として示されている。

【0045】

図３に示されるエネルギーフィルタ２０のレイアウトまたは３次元構造は、エネルギーフィルタ２０によって複数のドーパント深さプロファイルまたは欠陥深さプロファイルを生成する主な可能性を示している。ｃは、再びドーパント濃度を示し、ｄは、基板１２の深さを再び指定する。フィルタ構造プロファイルは、原則として、新しいフィルタ構造プロファイル、したがって新しいドーパント深さプロファイルまたは欠陥深さプロファイルを得るために、互いに組み合わせることができる。

【0046】

このタイプのエネルギーフィルタ２０は、通常、シリコンでできている。それらは、３μｍから２００μｍの間、好ましくは５μｍから５０μｍの間、特に好ましくは７μｍから２０μｍの間の厚さを有する。それらはフィルタフレーム（図示せず）に取り付けることができる。フィルタフレームは、簡単に交換できるようにフィルタホルダー１６（図４を参照）に取り付けることができる。

【0047】

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの受動ブレーキ要素２２は、イオンビーム１０のビームライン内に配置される。ブレーキ要素２２は、粒子加速器４と基板ホルダー３０との間のエネルギーフィルタ２０から一定の距離の位置に配置されている。

【0048】

受動ブレーキ要素２２は、好ましくは、シリコン、タングステン、炭素、またはチタンのうちの１つの平面膜を含む。材料の選択基準には、例えば、薄い膜を生成する可能性、材料の制動力、材料の熱容量または熱放射容量、および基板１２を汚染する潜在的な危険性が含まれる。

【0049】

平面膜の厚さは、０．５μｍから１００μｍの間、好ましくは２μｍから３０μｍの間、より好ましくは４μｍから１５μｍの間である。

【0050】

各ブレーキ要素２２は、フレーム（図示せず）に取り付けることができる。フレームは、交換を容易にするためにホルダー１８に取り付けることができる（図４を参照）。

【0051】

図１には、粒子加速器４とエネルギーフィルタ２０との間、好ましくは照射チャンバー８内に配置された、正確に１つの受動ブレーキ要素２２が示されている。

【0052】

図４は、図１に示されるデバイスの代替実施形態の一部を示している。同じ要素は、同じ参照記号によって示されている。図１における説明は、同じ個々の要素に適用され、それ以上の説明は不要である。図１に関連して与えられた説明は、図４に示されていない要素にも当てはまる。

【0053】

特に、上記のように、パルスイオンビーム１０を送達する粒子加速器４が使用される場合、イオンビーム１０は、ブレーキ要素２２またはエネルギーフィルタ２０に衝突する前に、ビームスプレッダ２４内に広げられることが好ましい。

【0054】

図４に示される実施形態では、いくつかの受動ブレーキ要素２２が提供される。図示のように、ブレーキ要素２２は、ビーム方向に関してエネルギーフィルタ２０の前または後ろに配置することができ、通常、ホルダー１８に取り付けられる。

【0055】

ブレーキ要素２２のそれぞれは、隣接するブレーキ要素２２から離れて、またはエネルギーフィルタ２０から離れて間隔を置いて配置される。２つの隣接するブレーキ要素２２の間、またはブレーキ要素２２とエネルギーフィルタ２０との間の距離は、通常、０．５ｃｍから５０ｃｍの間、好ましくは０．７ｃｍから１０ｃｍの間、より好ましくは１ｃｍから２ｃｍの間である。

【0056】

最初および最後のブレーキ要素２２の場合に示されるように、個々の受動ブレーキ要素２２は、ビームラインに垂直な方向に移動できるように支持することができる。可動ブレーキ要素２２の場合、簡便のため、ホルダー１８は示されていない。

【0057】

粒子加速器４によって送達されるイオンビーム１０のエネルギーが固定されていても、基板１２に衝突するイオンビーム１０のエネルギーを変えることができるように、例えば、粒子加速器４を出た後にイオンビーム１０が通過するブレーキ要素２２の数を変えることができるようになった。またはさらに、基板１２に衝突するイオンビーム１０のエネルギーは、ブレーキ要素２２またはブレーキ要素２２の材料および／または厚さなどの特性の適切な選択によって変化させることができる。

【0058】

具体的には、上記のパラメータはすべて、ビームライン内のすべてのブレーキ要素２２およびエネルギーフィルタ２０の制動能力が、イオンビーム１０のエネルギーが問題のアプリケーションに必要なエネルギー（基板１２のドーパントプロファイルまたは欠陥プロファイルの深さ）にまで低減されるように設定されなければならない。したがって、エネルギーフィルタ２０とともに、ブレーキ要素２２の選択および構成は、加速器から来る核子あたりの固定エネルギーから始めて、問題の用途のためのイオンビーム１０の一次エネルギーを決定する際に決定的である。

【0059】

平面膜層として好ましくは構成されている受動ブレーキ要素２８をモノリシックにエネルギーフィルタ２０に接続することも可能である。エネルギーフィルタ２０は通常シリコンでできているので、ブレーキ要素２８も好ましくはシリコンで作られている。したがって、異なる材料の異なる熱膨張挙動によって引き起こされる可能性のある歪みの影響を回避することができる。しかしながら、エネルギーフィルタ２０とブレーキ要素２８とを組み合わせた実施形態も考えられ、エネルギーフィルタ２０とブレーキ要素２８とに異なる材料が提供される。このような場合、エネルギーフィルタ２０とブレーキ要素２８との間に良好な熱伝導率を備えた機械的に強い接続を提供する必要があるが、エネルギーフィルタ２０とブレーキ要素２８がモノリシック構造を形成しないようにすることが可能である。

【0060】

図５に示す実施形態は、多くの点で図４の実施形態に対応する。追加されるのは、１つまたは複数のブレーキ要素２２および／または１つまたは複数のエネルギーフィルタ２０を回転させることを可能にする装置である。

【0061】

この場合、少なくとも１つのブレーキ要素２２および／または少なくとも１つのエネルギーフィルタ２０は、回転可能に支持され、回転機構３２によって駆動されるシャフト３４に取り付けられる。したがって、問題のブレーキ要素２２および／または問題のエネルギーフィルタ２０は、ビームラインに出入りすることができる。サーボモータは、特に回転機構３２の駆動構成要素と見なすことができる。

【0062】

この実施形態では、図示されるように、ブレーキ要素２２の複数のコピー、好ましくは同一のコピーが存在し、これらのブレーキ要素２２が交互にイオンビーム１０の経路に回転することが特に好ましい。加えて、または代替として、交互にイオンビーム１０の経路にもたらされる、いくつかの、好ましくは同一のエネルギーフィルタ２０が存在することもできる。エネルギーフィルタ２０のホルダー１６、１８およびブレーキ要素２２はまた、単一の一体型ユニットとして構成することができる。

【0063】

パルスイオンビーム１０が使用されている場合、エネルギーフィルタ２０および／または受動ブレーキ要素２２の動きは、イオンビーム１０の周期的時間構造と有利に調整される。これにより、イオンパルスが常にエネルギーフィルタ２０またはブレーキ要素２２のアクティブ領域に衝突することが保証され、また、イオンパルスが、エネルギーフィルタ２０またはブレーキ要素２２上の同じスポットに常に当たることが防止される。該調整は、パルスごとに１回の回転運動によって達成することができる。たとえば、１０から２０パルスごとに１回の回転運動の範囲内のいくつかのパルスごとになされる。

【0064】

一般的に言えば、パルスイオンビーム１０と回転エネルギーフィルタ２０および／またはブレーキ要素２２との調整は、エネルギーフィルタ２０および／またはブレーキ要素２２が平均して均一に照射されるという結果をもたらすはずである。入力は可能な限り均一に分配され、エネルギーフィルタ２０および／またはブレーキ要素２２の不注意に照射された補助または支持構造に起因するデッドタイムが回避される。

【0065】

イオン電流が非常に大きく、加速器側と基板側のイオンビーム１０のエネルギーの差が非常に大きい場合には、回転運動が必要である。これらの場合、ブレーキ要素２２および／またはエネルギーフィルタ２０は、非常に顕著な程度まで加熱されるであろう。したがって、イオンビーム１０が加速器側に衝突する有効表面積を増加させる、および／または衝突電流密度を減少させる必要がある。

【0066】

ブレーキ要素２２またはエネルギーフィルタ２０の消費電力について、以下が適用される：
消費電力（要素内で熱に変換されるエネルギー）＝
ビームパワーから送信パワーを引いたもの（エレメントを通過した後の残留パワー）。

【0067】

同一のブレーキ要素２２の交互の使用および／または同一のエネルギーフィルタ２０の交互の使用は、３Ｗ／ｃｍ^２を超える散逸電力値、好ましくは２Ｗ／ｃｍ^２を超える値で推奨される。

【0068】

これに関連して、回転運動の代わりにエネルギーフィルタ２０および／またはブレーキ要素２２の線形運動を可能にする実施形態も考えられる。

【0069】

本発明の装置の１つの態様は、エネルギー修正の目的で、構造化されたエネルギーフィルタ２０を非構造化されたブレーキ要素２０と一緒に使用することに見られる。このアイデアを利用して、粒子加速器４を大幅に簡素化できる。これは、粒子加速器４を、たとえば核子ごとに１つの固定エネルギーのみを供給する必要があるように構築できるためである。次に、特定の用途に必要なイオンビーム１０の目標エネルギーは、一次ビームのエネルギーから必要な量のエネルギーを差し引くことによって設定される。

【0070】

ブレーキ要素２２の数は、空間におけるそれらの配置、ならびに材料および厚さなどのそれらの特性と同様に、上記の実施形態のいずれにおいても変化し得る。少なくとも１つのブレーキ要素２２が存在しなければならず、これは、イオンビームの方向に関してエネルギーフィルタ２０の前または後ろに配置することができる。上記の実施形態から選択された特定の個々のブレーキ要素２２はまた、単独で、または他の実施形態による他の複数のブレーキ要素２２との任意の所望の組み合わせで使用することができる。

【0071】

複数のブレーキ要素２２が存在する場合、個々のブレーキ要素２２は、異なる特性を有することができ、またはそれらはすべて同じ構成を有することができる。

【0072】

ブレーキ要素２２および／またはエネルギーフィルタ２０はまた、個別に、または相互に、またはグループ全体として一緒に、ビーム方向に移動可能であり得る。

【0073】

すべての実施形態において、ブレーキ要素２２およびエネルギーフィルタ２０はまた、弁によって密閉することができる別個の真空チャンバー内に配置することができる。真空チャンバーは、照射チャンバー８の内部に配置されるか、またはそれに直接接続される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】