特表 2023-550585 線形加速器における可変長電極のためのシステム、装置、及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-04

(54)【発明の名称】線形加速器における可変長電極のためのシステム、装置、及び方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 9/00 20060101AFI20231127BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20231127BHJP

【ＦＩ】

H05H9/00 F

H01J37/317 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023526530

(86)(22)【出願日】2021-09-18

(85)【翻訳文提出日】2023-06-29

(86)【国際出願番号】 US2021051001

(87)【国際公開番号】W WO2022098439

(87)【国際公開日】2022-05-12

(31)【優先権主張番号】17/091,504

(32)【優先日】2020-11-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】カールソン， チャールズ ティー．

(72)【発明者】

【氏名】マーフィー， ポール ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】シンクレア， フランク

(72)【発明者】

【氏名】リー， ウィリアム デイヴィス

【テーマコード（参考）】

2G085

5C101

【Ｆターム（参考）】

2G085AA03

2G085AA18

2G085BA05

2G085BE03

2G085BE04

2G085DA08

2G085EA08

5C101AA25

5C101BB09

5C101EE25

5C101EE28

5C101EE57

5C101EE65

5C101EE68

5C101EE75

(57)【要約】

装置が、RF信号を出力するようにアレンジされたRF電力アセンブリ、及び、イオンビームを伝送するようにアレンジされ、RF電力アセンブリに結合されたドリフトチューブアセンブリを備える。ドリフトチューブアセンブリは、第１の接地電極、第１の接地電極の下流に配置されたACドリフトチューブアセンブリ、及びACドリフトチューブアセンブリの下流に配置された第２の接地電極を含んでよい。その場合、ACドリフトチューブアセンブリは、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブを備える。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

RF信号を出力するようにアレンジされたRF電力アセンブリ、並びに
イオンビームを伝送するようにアレンジされ、前記RF電力アセンブリに結合されたドリフトチューブアセンブリ、を備える装置であって、前記ドリフトチューブアセンブリは、
第１の接地電極、
前記第１の接地電極の下流に配置されたACドリフトチューブアセンブリ、及び
前記ACドリフトチューブアセンブリの下流に配置された第２の接地電極を備え、
前記ACドリフトチューブアセンブリは、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブを備える、装置。

【請求項2】

前記ACドリフトチューブアセンブリは、単独のACドリフトチューブカップルを備え、二重間隙構成を規定し、前記二重間隙構成は、前記第１の接地電極と前記ACドリフトチューブアセンブリとの間に第１の間隙を含み、前記ACドリフトチューブアセンブリと前記第２の接地電極との間に第２の間隙を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記単独のACドリフトチューブカップルは、第１の部分と、ドリフトチューブ軸に沿って前記第１の部分に対して摺動可能な第２の部分とを備える、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記単独のACドリフトチューブカップルと第１の接地電極は、互いに共同して可動であり、前記第１の間隙の第１の値及び前記第２の間隙の第２の値は、前記第１の部分が前記ドリフトチューブ軸に沿って前記第２の部分に対して摺動されるときに、変化しない、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記ACドリフトチューブアセンブリは、第１のACドリフトチューブカップル及び第２のACドリフトチューブカップルを備え、三重間隙構成を規定し、前記三重間隙構成は、前記第１の接地電極と前記第１のACドリフトチューブカップルとの間に第１の間隙を含み、前記第１のACドリフトチューブカップルと前記第２のACドリフトチューブカップルとの間に第２の間隙を含み、前記第２のACドリフトチューブカップルと前記第２の接地電極との間に第３の間隙を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記第１のACドリフトチューブカップルは、第１の部分と、ドリフトチューブ軸に沿って前記第１の部分に対して摺動可能な第２の部分とを備える、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記第１のACドリフトチューブカップルの前記第１の部分と前記第１の接地電極は、互いに共同して可動であり、前記第１の間隙の第１の値は、前記第１の部分が前記ドリフトチューブ軸に沿って前記第２の部分に対して摺動されるときに、変化しない、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記第２のACドリフトチューブカップルは、第３の部分と、ドリフトチューブ軸に沿って前記第３の部分に対して摺動可能な第４の部分とを備え、前記第３の間隙の第３の値は、前記第３の部分が前記ドリフトチューブ軸に沿って前記第４の部分に対して摺動されるときに、変化しない、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第１のACドリフトチューブカップルの前記第１の部分が、前記第２の部分に対して摺動されるとき、又は、前記第２のACドリフトチューブカップルの前記第３の部分が、前記第４の部分に対して摺動されるときに、前記第２の間隙は変化しない、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

イオンビームを生成するためのイオン源、
前記イオンビームを束ねたイオンビームとして出力するためのバンチャ、並びに、
前記束ねたイオンビームを移送及び加速するための線形加速器であって、複数の加速段を備える線形加速器、を備えるイオン注入装置であって、前記複数の加速段の所与の加速段は、
RF信号を出力するようにアレンジされたRF電力アセンブリ、及び
前記イオンビームを伝送するようにアレンジされ、前記RF電力アセンブリに結合されたドリフトチューブアセンブリを備え、前記ドリフトチューブアセンブリは、
第１の接地電極、
前記第１の接地電極の下流に配置されたACドリフトチューブアセンブリ、及び
前記ACドリフトチューブアセンブリの下流に配置された第２の接地電極を備え、
前記ACドリフトチューブアセンブリは、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブを備える、イオン注入装置。

【請求項11】

前記ACドリフトチューブアセンブリは、単独のACドリフトチューブカップルを備え、二重間隙構成を規定し、前記二重間隙構成は、前記第１の接地電極と前記ACドリフトチューブアセンブリとの間に第１の間隙を含み、前記ACドリフトチューブアセンブリと前記第２の接地電極との間に第２の間隙を含む、請求項１０に記載のイオン注入装置。

【請求項12】

前記単独のACドリフトチューブカップルは、第１の部分と、ドリフトチューブ軸に沿って前記第１の部分に対して摺動可能な第２の部分とを備える、請求項１１に記載のイオン注入装置。

【請求項13】

前記単独のACドリフトチューブカップルと第１の接地電極は、互いに共同して可動であり、前記第１の間隙の第１の値及び前記第２の間隙の第２の値は、前記第１の部分が前記ドリフトチューブ軸に沿って前記第２の部分に対して摺動されるときに、変化しない、請求項１２に記載のイオン注入装置。

【請求項14】

前記ACドリフトチューブアセンブリは、第１のACドリフトチューブカップル及び第２のACドリフトチューブカップルを備え、三重間隙構成を規定し、前記三重間隙構成は、前記第１の接地電極と前記第１のACドリフトチューブカップルとの間に第１の間隙を含み、前記第１のACドリフトチューブカップルと前記第２のACドリフトチューブカップルとの間に第２の間隙を含み、前記第２のACドリフトチューブカップルと前記第２の接地電極との間に第３の間隙を含む、請求項１０に記載のイオン注入装置。

【請求項15】

前記第１のACドリフトチューブカップルは、第１の部分と、ドリフトチューブ軸に沿って前記第１の部分に対して摺動可能な第２の部分とを備える、請求項１４に記載のイオン注入装置。

【請求項16】

前記第１のACドリフトチューブカップルの前記第１の部分と前記第１の接地電極は、互いに共同して可動であり、前記第１の間隙の第１の値は、前記第１の部分が前記ドリフトチューブ軸に沿って前記第２の部分に対して摺動されるときに、変化しない、請求項１５に記載のイオン注入装置。

【請求項17】

前記第１のACドリフトチューブカップルと第１の接地電極は、互いに共同して可動であり、前記第１の間隙の第１の値は、前記第１の部分が前記ドリフトチューブ軸に沿って前記第２の部分に対して摺動されるときに、変化しない、請求項１６に記載のイオン注入装置。

【請求項18】

線形加速器を動作させる方法であって、
第１のm／q比を有する第１のパルスイオンビームを生成すること、
第１の構成にアレンジされ、第１のドリフトチューブカップル長を有する、可変長ACドリフトチューブアセンブリを通して前記第１のパルスイオンビームを導くこと、
前記第１のm／q比とは異なる第２のm／q比を有する第２のパルスイオンビームを生成すること、及び
第２の構成にアレンジされ、第１のドリフトチューブカップル長とは異なる第２のドリフトチューブカップル長を有する、前記可変長ACドリフトチューブアセンブリを通して前記第２のパルスイオンビームを導くことを含む、方法。

【請求項19】

前記可変長ACドリフトチューブアセンブリは、１つだけの可変長ACドリフトチューブカップルを備え、二重間隙構成を規定する、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記可変長ACドリフトチューブアセンブリは、２つの可変長ACドリフトチューブカップルを備え、三重間隙構成を規定し、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブカップルの長さは、第１の構成と第２の構成との間で調整される、請求項１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本開示は、広くは、イオン注入装置に関し、特に、高エネルギービームラインイオン注入装置に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] イオン注入は、衝突を介してドーパント又は不純物を基板の中に導入する工程である。イオン注入システムは、イオン源と、一連のビームライン構成要素とを備えてよい。イオン源は、イオンが生成されるチャンバを備えてよい。イオン源は、チャンバの近くに配置された電源及び抽出電極アセンブリも備えてよい。ビームライン構成要素は、例えば、質量分析器、第１の加速又は減速段、コリメータ、及び第２の加速又は減速段を含んでよい。光線を操作するための一連の光学レンズのように、ビームライン構成要素は、特定の種、形状、エネルギー、及び／又は他の性質を有するイオン若しくはイオンビームをフィルタし、集束させ、及び操作することができる。イオンビームは、ビームライン構成要素を通過し、プラテン又はクランプ上に取り付けられた基板又はウエハに向けて誘導されてよい。

【0003】

[0003] 約１MeV以上のイオンエネルギーを生成することができる注入装置は、高エネルギーイオン注入装置又は高エネルギーイオン注入システムと呼ばれることが多い。あるタイプの高エネルギーイオン注入装置は、線形加速器、すなわちリニアック（LINAC）と呼ばれ、チューブとしてアレンジされた一連の電極がイオンビームを導き、且つ、一連のチューブに沿ってますます高いエネルギーにまで加速する。それらの電極は、AC電圧信号を受信する。既知の（RF）リニアックは、１３．５６MHz～１２０MHzで印加されるRF電圧によって駆動される。

【0004】

[0004] RFリニアックイオン注入装置の動作上の１つの課題は、最大量のイオンが加速段を通して導かれ得るように、特定の質量／電荷比（M／q）を持つイオンを加速するために加速段がアレンジされることである。特に、所与の加速段を通してイオンを最大限に加速させるために、所与のACドリフトチューブの長さは、ACドリフトチューブに入るイオンの速度に従って最適化されてよい。この長さは、ドリフトチューブに入るイオンエネルギーの要因の他に、m／q比によって特定されることになる。したがって、相対的に低い質量の核種を最適に加速するようにサイズ決定されたACドリフトチューブを持つRFリニアックは、相対的に高い質量の核種を最適に加速しないことになる。これら及び他の考慮事項に関して本開示が提供される。

【発明の概要】

【0005】

[0005] 一実施形態では、装置が、RF信号を出力するようにアレンジされたRF電力アセンブリ、及び、イオンビームを伝送するようにアレンジされ、RF電力アセンブリに結合されたドリフトチューブアセンブリを備える。ドリフトチューブアセンブリは、第１の接地電極、第１の接地電極の下流に配置されたACドリフトチューブアセンブリ、及びACドリフトチューブアセンブリの下流に配置された第２の接地電極を含んでよい。その場合、ACドリフトチューブアセンブリは、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブを備える。

【0006】

[0006] 別の一実施形態では、イオン注入装置が、イオンビームを生成するためのイオン源、イオンビームを束ねたイオンビームとして出力するためのバンチャ、並びに、束ねたイオンビームを移送及び加速するための線形加速器であって、複数の加速段を備える線形加速器を含んでよい。したがって、複数の加速段の所与の加速段は、RF信号を出力するようにアレンジされたRF電力アセンブリ、及び、イオンビームを伝送するようにアレンジされ、RF電力アセンブリに結合されたドリフトチューブアセンブリを含んでよい。ドリフトチューブアセンブリは、第１の接地電極、第１の接地電極の下流に配置されたACドリフトチューブアセンブリ、及びACドリフトチューブアセンブリの下流に配置された第２の接地電極を含んでよい。その場合、ACドリフトチューブアセンブリは、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブを備える。

【0007】

[0007] 更なる一実施形態では、線形加速器を動作させる方法が、第１のm／q比を有する第１のパルスイオンビームを生成すること、及び、第１の構成にアレンジされ、第１のドリフトチューブカップル長を有する、可変長ACドリフトチューブアセンブリを通して第１のパルスイオンビームを導くことを含んでよい。該方法は、第１のm／q比とは異なる第２のm／q比を有する第２のパルスイオンビームを生成すること、及び、第２の構成にアレンジされ、第１のドリフトチューブカップル長とは異なる第２のドリフトチューブカップル長を有する、可変長ACドリフトチューブアセンブリを通して第２のパルスイオンビームを導くことを含んでよい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】[0008] 本開示の実施形態による第１の構成にある例示的な装置を示す。

【図1B】[0009] 本開示の実施形態による第２の構成にある図１Ａの例示的な装置を示す。

【図2A】[0010] 本開示の実施形態による第１の構成にある別の例示的な装置を示す。

【図2B】[0011] 本開示の実施形態による第２の構成にある図２Ａの例示的な装置を示す。

【図3】[0012] 本開示の実施形態による例示的なイオン注入システムを示す。

【図4】[0013] 異なるドリフトチューブアセンブリの位置の関数としての電気特性を示す。

【図5A】[0014] 本開示の実施形態による別の例示的な装置を示す。

【図5B】[0015] 図５Ａの装置の変形例のドリフトチューブの詳細を示す。

【図5C】[0016] イオンエネルギーの関数として示される、３つの異なるイオン種（原子質量単位）及び２つの異なるRF電圧周波数に対する理想的なドリフトチューブ長の表を提示する。

【図6】[0017] 例示的なプロセスフローを提示する。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[0018] 図面は、必ずしも縮尺どおりではない。図面は、単なる表現であり、本開示の特定のパラメータを表すことを意図しない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すことを意図しており、したがって、範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面では、同様の番号が同様の要素を表す。

【0010】

[0019] 次に、本開示による装置、システム、及び方法を、システム及び方法の実施形態が示された添付の図面を参照しながら、以下でより完全に説明する。該システム及び方法は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書で説明される実施形態に限定されるものと見做されない。その代わりに、これらの実施形態は、本開示が一貫しており且つ完全となるように提供され、当業者にシステム及び方法の範囲を完全に伝えることになる。

【0011】

[0020] 図面に現れるような半導体製造デバイスの構成要素の形状寸法及び配向に関して、これらの構成要素及びそれらの構成部分の相対的な配置及び配向を記述するために、本明細書では「上部（top）」、「底部（bottom）」、「上部（upper）」、「下部（lower）」、「垂直（vertical）」、「水平（horizontal）」、「横方向（lateral）」、及び「縦方向（longitudinal）」などの用語が使用され得る。専門用語には、具体的に言及された単語、その派生語、及び同様の意味の単語が含まれる。

【0012】

[0021] 本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「１つ（a）」又は「１つ（an）」が前に付いた要素又は操作は、複数の要素又は操作を含む可能性があると理解される。更に、本開示の「一実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。

【0013】

[0022] ベースラインアーキテクチャに基く改良された高エネルギーイオン注入システム及び構成要素（特に、線形加速器に基くイオン注入装置）のためのアプローチが本明細書で提供される。簡潔さのために、イオン注入システムは、本明細書で「イオン注入装置」とも称されてよい。様々な実施形態は、線形加速器の加速段内の有効ドリフト長を柔軟に調整する能力を提供する新規なアプローチを必然的に伴う。

【0014】

[0023] 図１Ａは、本開示の実施形態による第１の構成にある例示的な装置を示す。装置１００は、線形加速器の加速段においてイオンビームを加速するためのドリフトチューブアセンブリ１０２及び関連する構成要素を表している。特に、装置１００は、二重間隙加速段アレンジメントを規定する。その場合、イオンビームは、装置１００内の２つの加速間隙を通して導かれる。装置１００は、RF信号を用いてドリフトチューブアセンブリ１０２の様々な構成要素を駆動するRF電力アセンブリ１１０を含んでよい。RF電力アセンブリ１１０は、詳細なしに概略的に図示されており、電源、共振器、ネットワーク、及び他の知られている構成要素を含んでよい。ドリフトチューブアセンブリ１０２は、そこを通してイオンビームを導くための一連の中空チューブとしてアレンジされる。イオンビームは、間隙G1と間隙G2を通過するときに加速される。

【0015】

[0024] 図１Ａで示されているように、ドリフトチューブアセンブリ１０２は、第１の接地電極１０４、第１の接地電極１０４の下流に配置されたACドリフトチューブアセンブリ１０８、及びACドリフトチューブアセンブリ１０８の下流に配置された第２の接地電極１０６を含んでよい。以下で詳細に説明されるように、ACドリフトチューブアセンブリは、第１の部分１０８Ａ及び第２の部分１０８Ｂから形成された、可変長ACドリフトチューブカップルを備える。したがって、この実施形態及び以下の他の実施形態では、そのような構成がACドリフトチューブカップルと呼ばれてよい。その場合、該構成は、同じ位相の同じRF信号を用いてバイアスされる２つの分離した部分で形成される。別の言い方をすれば、これらの部分は、同時にRF信号の同じ位相を受信するようにRF電力アセンブリ１１０と電気的に結合されている。したがって、第１の部分１０８Ａと第２の部分１０８Ｂにおける静電位は、常に同じである。したがって、第１の部分１０８Ａと第２の部分１０８Ｂとの間に電位差及び電界は存在しない。

【0016】

[0025] 様々な実施形態によれば、第１の部分１０８Ａと第２の部分１０８Ｂは、イオンビームの伝搬の方向に沿って互いに可動である。それは、ドリフトチューブ軸（破線で示されている）に沿って互いに可動であることを意味する。したがって、第１の部分１０８Ａと第２の部分１０８Ｂは、長さD1が変化してよいという点で、可変長ACドリフトチューブを形成するとみなされてよい。図１Ｂは、第２の構成にあるACドリフトチューブアセンブリ１０８を示している。その場合、D1の値は、図１Ａの構成に対して増加している。

【0017】

[0026] ACドリフトチューブカップルの長さを変えることは、イオンのパケットが無電界の領域内で時間を費やす距離を変化させることになる。したがって、そのようなACドリフトチューブカップルは、２つの分離した部分で形成されるが、可変長を有する仮想ACドリフトチューブを形成する。異なるm／q比を有するイオンが、ACドリフトチューブアセンブリ１０８の上流側に入ってよく、所与のイオンエネルギーに対して異なる速度を有するので、ACドリフトチューブアセンブリの長さを変える能力は、ACドリフトチューブアセンブリ１０８の出口でイオンビーム１０１によって見られるRF信号の位相が、イオンビーム１０１の加速のために最適化されるようなやり方で、長さD1を調整することを可能にする。別の言い方をすれば、所与のRF周波数に対して、ACドリフトチューブアセンブリ１０８の出口（下流側）におけるRF信号の位相は、イオンパケットの飛行時間を比較的一定の値に維持するようにACドリフトチューブアセンブリ１０８の長さを変えることによって、m／q比に依存せずに比較的一定に保たれてよい。この状況は、図１Ａで示されており、イオンビーム１０１は、一連のパケットに束ねたイオンビームとして、所与の速度でドリフトチューブアセンブリ１０２に入る。イオンビーム１０１は第１の質量を有してよく、図１Ｂのシナリオにおけるイオンビーム１０３は、イオンビーム１０３がより高い速度を有するような第２の質量を有する。したがって、ACドリフトチューブカップル（ACドリフトチューブアセンブリ１０８を意味する）は、イオンビーム１０３のより高い速度を考慮して長くされてよい。それによって、イオンビーム１０３の個々のイオンパケットは、印加されるRF信号に従って最適の加速を実現するために、適正な時間においてACドリフトチューブアセンブリ１０８を出る。

【0018】

[0027] 図1Ａの特定の一実施例では、ACドリフトチューブアセンブリ１０８が、単独のACドリフトチューブカップルを備える。その場合、第１の間隙G1は、第１の接地電極１０４とACドリフトチューブアセンブリ１０８との間にある。第２の間隙G2は、ACドリフトチューブアセンブリ１０８と第２の接地電極１０６との間にある。

【0019】

[0028] 図１Ａ及び図１Ｂの一実施形態の別の複数の変形例では、ドリフトチューブアセンブリ１０２が、間隙G1及び間隙G2を一定の値に固定するようにアレンジされてよい。言い換えると、第１の接地電極１０４と第１の部分１０８Ａは、第２の部分１０８Ｂに対して互いに共同して可動であってよい。それによって、D1が変更されるときに間隙G1は変化しない。同様に、第２の接地電極１０６と第２の部分１０８Ｂは、第１の部分１０８Ａに対して互いに共同して可動であってよい。それによって、D1が変更されるときに、間隙G2は変化しない。幾つかの実施形態では、イオン処理の柔軟性、ならびに設計の複雑さの懸念に応じて、間隙G1だけが固定されたままであってよく、一方で、他の複数の実施形態では、間隙G2だけが固定されたままであってよい。

【0020】

[0029] 本開示の他の複数の実施形態では、ACドリフトチューブアセンブリが、第１のACドリフトチューブカップル及び第２のACドリフトチューブカップルで形成されてよい。そのような実施形態は、図２Ａで示されている。装置２００は、三重間隙構成を規定する。三重間隙構成は、第１の接地電極１０４と第１のACドリフトチューブカップル２０２との間の間隙G1で図示されている第１の間隙、第１のACドリフトチューブカップル２０２と第２のACドリフトチューブカップル２０４との間の間隙G2で図示されている第２の間隙、及び第２のACドリフトチューブカップル２０４と第２の接地電極１０６との間の間隙G3で図示されている第３の間隙を含む。

【0021】

[0030] 知られている三重間隙加速器構成では、２つの異なるACドリフトチューブが、RF信号を所与の周波数で供給する共振器の両端に結合されてよい。したがって、第１のACドリフトチューブに供給される第１の電圧信号は、第２のACドリフトチューブに同時に供給される第２の電圧信号と位相が１８０度ずれていてよい。図２Ａ及び図２Ｂの装置２００は、同様な原理の下で動作してよい。その場合、構成要素２１０Ａは、第２のACドリフトチューブカップル２０４に対して第２の構成要素２１０Ｂによって供給される電圧信号（-Vで示されている）と位相が１８０度ずれている電圧信号（+Vで示されている）を供給する。例えば、第１のACドリフトチューブカップル２０２は、共振器の一端に結合されてよく、第２のACドリフトチューブカップル２０４は、共振器の他端に結合される。それは、２つのACドリフトチューブカップルの間で位相が１８０度ずれて受信されるRF電圧信号を供給するようなやり方である。

【0022】

[0031] 様々な実施形態によれば、第１のACドリフトチューブカップル２０２の第１の部分２０２Ａと第２の部分２０２Ｂは、イオンビームの伝搬の方向に沿って互いに可動である。それは、ドリフトチューブ軸（破線で示されている）に沿って互いに可動であることを意味する。したがって、第１の部分２０２Ａと第２の部分２０２Ｂは、長さD1が変化してよいという点で、可変長ACドリフトチューブを形成するとみなされてよい。図２Ｂは、D1の値が増加している第２の構成にあるACドリフトチューブアセンブリ２０８を示している。

【0023】

[0032] 第１の部分２０２Ａと第２の部分２０２Ｂの互いに対する可動性の代わりに又はそれに加えて、更なる様々な実施形態によれば、第２のACドリフトチューブカップル２０４の第１の部分２０４Ａと第２の部分２０４Ｂが、ドリフトチューブ軸に沿って互いに可動である。図２Ｂはまた、D2の値が増加している第２の構成にあるACドリフトチューブアセンブリ２０８も示している。

【0024】

[0033] 図２Ａ及び図２Ｂの一実施形態の別の複数の変形例では、ドリフトチューブアセンブリ２０８が、間隙G1、間隙G2、及び間隙G3を一定の値に固定するようにアレンジされてよい。或いは、これらの間隙が一定値にある任意の組み合わせであってよい。言い換えると、第１の接地電極１０４と第１の部分２０２Ａは、ドリフトチューブアセンブリ２０８の任意の他の構成要素に対して互いに共同して可動であってよい。それによって、D1、D2、又はD1とD2の両方が変更されるときに間隙G1は変化しない。同様に、第２の接地電極１０６と第２の部分２０４Ｂは、第１の部分２０４Ａに対して互いに共同して可動であってよい。それによって、D2が変更されるときに間隙G3は変化しない。幾つかの実施形態では、第２の部分２０２Ｂと第１の部分２０４Ａが、D1及び／又はD2が変化しても間隙G2が変化しないようなやり方で、互いに機械的に結合されてよい。幾つかの実施形態では、必要とされるイオン処理の柔軟性、ならびに設計の複雑さの懸念に応じて、間隙G1だけが固定されたままであってもよく、一方で、他の複数の実施形態では、間隙G2だけが固定されたままであってもよく、若しくは間隙G3だけが固定されたままであってもよく、若しくは間隙G1及び間隙G2だけが固定されたままであってもよく、若しくは間隙G1及び間隙G3だけが固定されたままであってもよく、又は間隙G2及び間隙G3だけが固定されたままであってもよい。

【0025】

[0034] 図３は、本開示の実施形態による装置の概略図を示している。イオン注入装置３００は、線形加速器３１４として図示されているリニアック（LINAC）の加速段３１４‐Ａ、３１４‐Ｂを含む。イオン注入装置３００は、ビームラインイオン注入装置を表してよく、幾つかの要素は、説明を明瞭にするために図示されていない。イオン注入装置３００は、当該技術分野で知られているようなイオン源３０２及びガスボックス３０７を含んでよい。イオン源３０２は、第１のエネルギーでイオンビーム３０６を生成するための抽出構成要素及びフィルタ（図示せず）を含む抽出システムを含んでよい。第１のイオンエネルギー向けの適切なイオンエネルギーの例は、５keVから１００keVの範囲であるが、複数の実施形態は、この文脈に限定されない。高エネルギーイオンビームを生成するために、イオン注入装置３００は、イオンビーム３０６を加速させるための様々な追加の構成要素を含む。

【0026】

[0035] イオン注入装置３００は、図示されているように、イオンビーム３０６の軌道を変更することによって、知られている装置のようにイオンビーム３０６を分析するように機能する分析器３１０を含んでよい。イオン注入装置３００はまた、バンチャ３１２と、バンチャ３１２の下流に配置された線形加速器３１４（破線で示されている）とを含んでよい。その場合、線形加速器３１４は、イオンビーム３０６を加速して、線形加速器３１４に入る前のイオンビーム３０６のイオンエネルギーよりも高い、高エネルギーイオンビーム３１５を生成するようにアレンジされる。バンチャ３１２は、イオンビーム３０６を連続的なイオンビームとして受け取ってよく、イオンビーム３０６を束ねたイオンビームとして線形加速器３１４に出力してよい。線形加速器３１４は、図示されているように、直列にアレンジされた複数の加速段（３１４‐Ａから３１４‐Ｎ（図示せず））を含んでよい。様々な実施形態では、高エネルギーイオンビーム３１５のイオンエネルギーが、イオンビーム３０６のための最終イオンエネルギー又は略最終イオンエネルギーを表してよい。様々な実施形態では、イオン注入装置３００が、フィルタ磁石３１６、スキャナ３１８、コリメータ３２０などの更なる構成要素を含んでよい。その場合、スキャナ３１８及びコリメータ３２０の一般的な機能は周知であり、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。したがって、高エネルギーイオンビーム３１５によって表される高エネルギーイオンビームは、基板３２４を処理するための最終ステーション３２２に供給されてよい。高エネルギーイオンビーム３１５の非限定的なエネルギー範囲は、５００keV～１０MeVを含む。その場合、イオンビーム３０６のイオンエネルギーは、線形加速器３１４の様々な加速段を通して段階的に高められる。本開示の様々な実施形態によれば、線形加速器３１４の加速段の１以上は、図１Ａ～図２Ｂの実施形態に関して詳述されたように、少なくとも１つの可変長ACドリフトチューブカップルを有するドリフトチューブアセンブリを含んでよい。イオン注入装置３００によって提供される利点は、線形加速器３１４内のACドリフトチューブカップルの長さが、線形加速器３１４の加速段を通して移送されるときに、種々のm／q比したがって種々の速度を有する種々のイオン種に従って調整されてよいことである。

【0027】

[0036] 図４は、異なるドリフトチューブアセンブリの位置の関数としての電気特性を示している。図４では、パラメータのデルタt／qが、m／qの関数としてプロットされている。その場合、t／qは、所与の加速段内の所与のACドリフトチューブアセンブリによって生成されるエネルギーの増加を表している。エネルギーのシミュレートされた増加は、８０kVの振幅を有するRF信号の印加に基く。内側の曲線（太いライン）は、固定された三重間隙ドリフトチューブアセンブリの挙動を表し、一方で、中間の曲線は、固定された二重間隙ドリフトチューブアセンブリの特性を表している。固定された三重間隙ドリフトチューブアセンブリは、２５０keVの加速を表す１５から２０m／qの間の比較的一定なピークを生成する。固定された二重間隙構成は、１２から１７m／qの値の間で、より広い範囲にわたり比較的一定なピークを生成する一方で、値の落ち込みはより高い又はより低い値で少なくなっている。しかし、加速のピークは、１２５keVに過ぎない。本開示による可変長三重間隙ドリフトチューブ構成は、外側の曲線によって表されている。その場合、長さは変更されてよい。この後者の構成では、デルタt／qの値が、２５０keVのピーク値に到達し、９と２９amu／qの間で一定のままであり、最大限加速され得る質量の広い範囲を示している。

【0028】

[0037] 図５Ａは、本開示の実施形態による別の例示的な装置を示している。装置５００は、図２Ａ及び図２Ｂに関連して概して上述されたように、間隙G1、間隙G2、及び間隙G3として示されている、三重間隙ドリフトチューブ構成を有するドリフトチューブアセンブリ５０２を伴ってアレンジされている。図５Ｂは、図５Ａの装置の変形例のドリフトチューブの詳細を示している。装置５００は、支持体構造５０４、支持体構造５０６、及び支持体構造５０８を含み、これらの支持体構造は、共通の支持体５０１に沿って配置されてよい。支持体構造５０４は、第１のアーム５０４‐Ａ及び第２のアーム５０４‐Ｂを含む。第１のアーム５０４‐Ａは、第１の接地ドリフトチューブ５１２と機械的に結合されている。一方で、第２のアーム５０４‐Ｂは、第１のACドリフトチューブカップル５１６の第１の部分５１６‐Ａと機械的に結合されている。このやり方では、第１の接地ドリフトチューブ５１２が、第１の部分５１６‐Ａと機械的に固く結合されている。

【0029】

[0038] 支持体構造５０６は、第１のアーム５０６‐Ａ及び第２のアーム５０６‐Ｂを含む。第１のアーム５０６‐Ａは、第２のACドリフトチューブカップル５１８の第２の部分５１８‐Ｂと機械的に結合されている。一方で、第２のアーム５０６‐Ｂは、第２の接地ドリフトチューブ５１４と機械的に結合されている。このやり方では、第２の接地ドリフトチューブ５１４が、第２の部分５１８‐Ｂと機械的に固く結合されている。

【0030】

[0039] 支持体構造５０６は、第１のアーム５０６‐Ａ及び第２のアーム５０６‐Ｂを含む。第１のアーム５０６‐Ａは、第２のACドリフトチューブカップル５１８の第１の部分５１８‐Ａと機械的に結合されている。一方で、第２のアーム５０６‐Ｂは、第２の接地ドリフトチューブ５１４と機械的に結合されている。このやり方では、第２の接地ドリフトチューブ５１４が、第１の部分５１８‐Ａと機械的に固く結合されている。

【0031】

[0040] 支持体構造５０８は、第１のアーム５０８‐Ａ及び第２のアーム５０８‐Ｂを含む。第１のアーム５０８‐Ａは、第１のACドリフトチューブカップル５１６の第２の部分５１６‐Ｂと機械的に結合されている。一方で、第２のアーム５０８‐Ｂは、第２のACドリフトチューブカップル５１８の第２の部分５１８‐Ｂと機械的に結合されている。このやり方では、第１のACドリフトチューブカップル５１６の第２の部分５１６‐Ｂが、第２のACドリフトチューブカップル５１８の第２の部分５１８‐Ｂと機械的に結合されている。

【0032】

[0041] 本開示の実施形態によれば、支持体構造５０４及び／又は支持構造５０６は、支持構造５０８に対して（矢印の方向に沿って）摺動可能であってよい。したがって、支持構造５０８に対して支持構造５０４を移動させることによって、D1として図示されている第１のACドリフトチューブカップル５１６の長さの値が調整される。同様に、支持体構造５０８に対して支持構造５０６を移動させることによって、D2として図示されている第２のACドリフトチューブカップル５１８の長さの値が調整される。同時に、支持構造に対するドリフトチューブアセンブリの異なる部分の前述された機械的な結合は、支持構造５０４と支持構造５０６のうちの一方又は両方が、支持構造５０８に対して移動されたときに、間隙G1、間隙G2、及び間隙G3が変化しないことを保証する。

【0033】

[0042] 可変長ドリフトチューブを生成することの利点を示すために、図５Ｃは、１０MeVまでのイオンエネルギー上昇の関数として示されている、種々のイオン種、水素、ホウ素、及びリンについての理想的なチューブ長のリストを提供する。この長さは、指定されたイオンがAC電圧の１８０度又はπラジアンに相当する時間において移動する距離である。チューブ長はまた、信号周波数の関数でもあり、線形加速器において一般的に使用される１３．５６MHzについて、ならびに４０MHzについて図示されている。注目すべきことに、どのイオンエネルギーについても、図示されている両方の周波数でも、リン酸イオンからホウ素イオンへの切り替えが、理想的なドリフトチューブ長を２倍を超えて増加させることをもたらす。更に、所与の核種においてイオンエネルギーを増加させると、理想的なドリフトチューブ長が増加する。例えば、４０MHzのRF共振器を使用してホウ素イオンを加速する場合、イオンエネルギーを５００keVから２MeVにすると、理想的なドリフトチューブ長が３．７cmから７．４cmになる。

【0034】

[0043] 上記の考察に鑑みると、本明細書で開示されるような可変長ドリフトチューブアセンブリは、理想的なドリフトチューブ長で様々なイオンを処理する有用なアプローチを提供する。

【0035】

[0044] 図６は、例示的なプロセスフロー６００を描いている。ブロック６０２では、パルスイオンビームとして、第１のm／q比を有する第１のイオンビームが生成される。パルスイオンビームは、線形加速器の先頭に配置されたバンチャによって生成されてよい。バンチャは、連続的なイオンビームを受け取り、一連のパケット又はパルスとして束ねたイオンビームを出力する。

【0036】

[0045] ブロック６０４では、第１の構成にアレンジされたときに、第１のドリフトチューブ長を有する可変長ACドリフトチューブアセンブリを通して、第１のイオンビームが導かれる。可変長ドリフトチューブアセンブリは、１つの可変長ドリフトチューブカップルが存在する二重間隙構成であってよく、又は、１つ若しくは２つの可変長ドリフトチューブカップルが存在する三重間隙構成であってよい。

【0037】

[0046] ブロック６０６では、パルスイオンビームとして、第２のm／q比を有する第２のイオンビームが生成される。パルスイオンビームは、線形加速器の先頭に配置されたバンチャによって生成されてよい。バンチャは、連続的なイオンビームを受け取り、一連のパケット又はパルスとして束ねたイオンビームを出力する。

【0038】

[0047] ブロック６０８では、第２の構成で、第２のドリフトチューブ長を有する可変長ACドリフトチューブアセンブリを通して、第２のイオンビームが導かれる。可変長ドリフトチューブアセンブリは、１つの可変長ドリフトチューブカップルが存在する二重間隙構成であってよく、又は、１つ若しくは２つの可変長ドリフトチューブカップルが存在する三重間隙構成であってよい。二重間隙構成の場合では、第２のドリフトチューブカップル長を規定するように、１つの可変長ドリフトチューブカップルが調整される。同様に、三重間隙構成の場合では、第２のドリフトチューブカップル長を規定するように、１つの可変長ドリフトチューブカップルが調整される。加えて、ブロック６０４における第３の長さとは異なる第４の長さを規定するように、第２の可変長ドリフトチューブカップルが調整されてもよいし又はされなくてもよい。

【0039】

[0048] 上記の観点から、本開示は、少なくとも以下の利点を提供する。第１の利点として、本実施形態の可変長ドリフトチューブアセンブリは、任意の所与のイオンについて特定のm／qに適合する最適なドリフトチューブ長を設定する能力を提供する。第２の利点は、可変長ドリフトチューブアセンブリを有するイオン注入装置が、特定のm／q比を有する１つのイオン種だけに特化する必要がなく、したがって、ハードウェア費用が削減されてよく、注入のための柔軟性が高められてよいことである。

【0040】

[0049] 本開示の特定の実施形態が本明細書に記載されているが、本開示は、当該技術分野が許す限り広い範囲内にあり、本明細書を同様に読むことができるため、本開示はこれに限定されない。したがって、上記の説明は、限定として解釈されるべきではない。当業者は、本明細書に添付された特許請求の範囲及び精神の範囲内での他の修正を想定することになる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【国際調査報告】