特表 2024-505029 ＲＦ四重極粒子加速器

(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】2024-02-02

(54)【発明の名称】ＲＦ四重極粒子加速器

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/22 20060101AFI20240126BHJP

   H01J 37/30 20060101ALI20240126BHJP

   H01J 37/04 20060101ALI20240126BHJP

   H05H 9/04 20060101ALI20240126BHJP

【ＦＩ】

H05H7/22

H01J37/30 A

H01J37/04 Z

H05H9/04

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023545229

(86)(22)【出願日】2021-12-15

(85)【翻訳文提出日】2023-09-22

(86)【国際出願番号】 US2021063611

(87)【国際公開番号】W WO2022164525

(87)【国際公開日】2022-08-04

(31)【優先権主張番号】17/163,251

(32)【優先日】2021-01-29

(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】シンクレア， フランク

(72)【発明者】

【氏名】タム， ワイ－ミン

(72)【発明者】

【氏名】ビロイウ， コステル

(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）】

2G085AA06

2G085BA05

2G085BB13

5C101AA25

5C101BB06

5C101EE28

5C101EE47

5C101EE67

5C101EE68

5C101EE75

(57)【要約】

装置が、ドリフトチューブアセンブリを含んでよく、ドリフトチューブアセンブリは、三重間隙構成を規定し、ビーム経路に沿ってイオンビームを加速し、伝送するように配置される。該装置は、ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び、ドリフトチューブアセンブリに接続され、ビーム経路の周りで周方向に配置されたＲＦ四重極トリプレットを含んでよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三重間隙構成を規定し、ビーム経路に沿ってイオンビームを加速し、伝送するように配置された複数のドリフトチューブを備えるドリフトチューブアセンブリ、
前記ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び
前記ドリフトチューブアセンブリに接続され、前記ビーム経路の周りで周方向に配置されたＲＦ四重極トリプレットを備える、装置。

【請求項2】

前記ドリフトチューブアセンブリは、複数のドリフトチューブを備え、前記ＲＦ四重極トリプレットは、前記複数のドリフトチューブ内に一体的に形成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ＲＦ四重極トリプレットは、
第１の接地されたドリフトチューブの下流部分、且つ、第１の電力供給されるドリフトチューブの上流部分に形成された第１の四重極、
前記第１の電力供給されるドリフトチューブの下流部分、且つ、第２の電力供給されるドリフトチューブの上流部分に形成された第２の四重極、及び
前記第２の電力供給されるドリフトチューブの下流部分、且つ、第２の接地されたドリフトチューブの上流部分に形成された第３の四重極を備える、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記第１の接地されたドリフトチューブの下流面が、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの上流面に対する相補的な適合を形成し、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの下流面が、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの上流面に対する相補的な適合を形成し、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの下流面が、前記第２の接地されたドリフトチューブの上流面に対する相補的な適合を形成する、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記第１の四重極、前記第２の四重極、及び前記第３の四重極は、楕円形状を画定する、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記第１の四重極、前記第２の四重極、及び前記第３の四重極は、正弦波形状を画定する、請求項４に記載の装置。

【請求項7】

前記ドリフトチューブアセンブリは、第１の電力供給されるドリフトチューブカップル及び第２の電力供給されるドリフトチューブカップルを備え、前記三重間隙構成は、前記第１の接地されたドリフトチューブと前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルとの間の第１の間隙、前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルと前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルとの間の第２の間隙、及び前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルと前記第２の接地されたドリフトチューブとの間の第３の間隙を含み、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの第１の長さが調整可能であり、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの第２の長さが調整可能である、請求項３に記載の装置。

【請求項8】

前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルの第１の部分及び前記第１の接地されたドリフトチューブは、互いに協働して移動可能であり、前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルの第２の部分及び前記第２の接地されたドリフトチューブは、互いに協働して移動可能であり、前記第１の間隙、前記第２の間隙、及び前記第３の間隙は、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの長さ又は前記第２の電力供給されるドリフトチューブの長さが変化しても変化しない、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

連続的なイオンビームを生成するためのイオン源、
前記イオン源の下流に配置され、前記連続的なイオンビームを束ねられたイオンビームに変換するように配置されたバンチャ、並びに
前記バンチャの下流にあり、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、
複数のドリフトチューブを備え、三重間隙構成を規定し、ビーム経路に沿って前記束ねられたイオンビームを加速するように配置されたドリフトチューブアセンブリ、
前記ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び
前記ドリフトチューブアセンブリに接続され、前記ビーム経路の周りで周方向に配置されたＲＦ四重極トリプレットを備える、イオン注入装置。

【請求項10】

前記ＲＦ四重極トリプレットは、前記複数のドリフトチューブ内に一体的に形成されている、請求項９に記載のイオン注入装置。

【請求項11】

前記ＲＦ四重極トリプレットは、
第１の接地されたドリフトチューブの下流部分、且つ、第１の電力供給されるドリフトチューブの上流部分に形成された第１の四重極、
前記第１の電力供給されるドリフトチューブの下流部分、且つ、第２の電力供給されるドリフトチューブの上流部分に形成された第２の四重極、及び
前記第２の電力供給されるドリフトチューブの下流部分、且つ、第２の接地されたドリフトチューブの上流部分に形成された第３の四重極を備える、請求項９に記載のイオン注入装置。

【請求項12】

前記第１の接地されたドリフトチューブの下流面が、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの上流面に対する相補的な適合を形成し、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの下流面が、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの上流面に対する相補的な適合を形成し、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの下流面が、前記第２の接地されたドリフトチューブの上流面に対する相補的な適合を形成する、請求項１１に記載のイオン注入装置。

【請求項13】

前記第１の四重極、前記第２の四重極、及び前記第３の四重極は、楕円形状を画定する、請求項１２に記載のイオン注入装置。

【請求項14】

前記第１の四重極、前記第２の四重極、及び前記第３の四重極は、正弦波形状を画定する、請求項１２に記載のイオン注入装置。

【請求項15】

前記ドリフトチューブアセンブリは、第１の電力供給されるドリフトチューブカップル及び第２の電力供給されるドリフトチューブカップルを備え、前記三重間隙構成は、前記第１の接地されたドリフトチューブと前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルとの間の第１の間隙、前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルと前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルとの間の第２の間隙、及び前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルと前記第２の接地されたドリフトチューブとの間の第３の間隙を含み、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの第１の長さが調整可能であり、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの第２の長さが調整可能である、請求項１１に記載のイオン注入装置。

【請求項16】

前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルの第１の部分及び前記第１の接地されたドリフトチューブは、互いに協働して移動可能であり、前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルの第２の部分及び前記第２の接地されたドリフトチューブは、互いに協働して移動可能であり、前記第１の間隙、前記第２の間隙、及び前記第３の間隙は、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの長さ又は前記第２の電力供給されるドリフトチューブの長さが変化しても変化しない、請求項１５に記載のイオン注入装置。

【請求項17】

ビーム経路に沿ってイオンビームを加速し、伝送するように配置された複数のドリフトチューブを備えるドリフトチューブアセンブリ、
前記ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び
前記ビーム経路の周りで周方向に配置された四重極配置であって、前記ドリフトチューブアセンブリの前記複数のドリフトチューブの表面に一体化され、正弦波形状又は楕円形状を画定する四重極配置を備える、装置。

【請求項18】

前記ドリフトチューブアセンブリは、三重間隙構成を規定し、前記四重極配置は、ＲＦ四重極トリプレットを規定する、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記ドリフトチューブアセンブリは、二重間隙構成を規定する、請求項１７に記載の装置。

【請求項20】

前記ドリフトチューブアセンブリは、第１の電力供給されるドリフトチューブカップル及び第２の電力供給されるドリフトチューブカップルを備え、前記三重間隙構成は、第１の接地されたドリフトチューブと前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルとの間の第１の間隙、前記第１の電力供給されるドリフトチューブカップルと前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルとの間の第２の間隙、及び前記第２の電力供給されるドリフトチューブカップルと第２の接地されたドリフトチューブとの間の第３の間隙を含み、前記第１の電力供給されるドリフトチューブの第１の長さが調整可能であり、前記第２の電力供給されるドリフトチューブの第２の長さが調整可能である、請求項１８に記載の装置。

【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得る。イオン源は、イオンが生成されるチャンバを備え得る。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得る。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み得る。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得る。

【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、チューブとして配置された一連の電極がイオンビームを導き、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。その場合、それらの電極は、電力電圧信号を受信する。既知のリニアックは、１３．５６ＭＨｚ～１２０ＭＨｚの範囲の周波数の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に関する１つの問題は、イオンビームの加速中に、イオンビームが、伝搬方向（Ｚ方向）に沿ってイオン束に分割され、イオン束の自然な傾向として、両方の横方向（Ｘ方向とＹ方向）、ならびに縦方向（Ｚ方向、又は等価的に時間において）広がることである。イオンを集束させるための既知の方法は一般に複雑であり、加速するイオン束を集束させるために、不当に長い加速段を必要とする場合がある。

【0005】

[0005] 幾つかの手法では、イオンの横方向集束が、ＤＣ四重極を加えて行われ得る。これらのＤＣ四重極は、リニアックに沿った様々な段に追加されることがあり、その段には、イオン束を加速するために使用されるドリフトチューブ電極が含まれる。このようなＤＣ四重極は、通過するイオンビームにＤＣ四重極場を印加する静電又は磁気構成要素として製造され得る。リニアックにこれらのＤＣ四重極を追加すると、ビームライン及び関連する制御システムに、費用、サイズ、及び複雑さが必然的に加わる。

【0006】

[0006] 本開示は上記の考察及びその他の考察に関連して提示されるものである。

【発明の概要】

【0007】

[0007] 一実施形態では、装置が提供される。該装置は、ドリフトチューブアセンブリを含んでよく、ドリフトチューブアセンブリは、三重間隙構成を規定し、ビーム経路に沿ってイオンビームを加速し、伝送するように配置される。該装置は、ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び、ドリフトチューブアセンブリに接続され、ビーム経路の周りで周方向に配置されたＲＦ四重極トリプレット（RF quadrupole triplet）を含んでよい。

【0008】

[0008] 別の一実施形態では、イオン注入装置が、連続的なイオンビームを生成するためのイオン源、及び、イオン源の下流に配置され、連続的なイオンビームを束ねられたイオンビームに変換するように配置されたバンチャを含んでよい。イオン注入装置は、線形加速器を含んでよく、線形加速器は、バンチャの下流にあり、複数の加速段を備える。複数の加速段の所与の加速段は、ドリフトチューブアセンブリを含んでよく、ドリフトチューブアセンブリは、複数のドリフトチューブを備え、三重間隙構成を規定し、ビーム経路に沿って束ねられたイオンビームを加速するように配置される。所与の加速段は、ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び、ドリフトチューブアセンブリに接続され、ビーム経路の周りで周方向に配置されたＲＦ四重極トリプレットを含んでよい。

【0009】

[0009] 更なる一実施形態では、装置が、ドリフトチューブアセンブリを含んでよく、ドリフトチューブアセンブリは、ビーム経路に沿ってイオンビームを加速し、伝送するように配置された複数のドリフトチューブを含む。該装置は、ドリフトチューブアセンブリにＲＦ信号を出力するための共振器、及び、ビーム経路の周りで周方向に配置された四重極配置を含んでよい。四重極配置は、ドリフトチューブアセンブリの複数のドリフトチューブの表面に一体化されてもよく、その場合、四重極配置は、正弦波形状又は楕円形状を画定する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】[0010] 本開示の実施形態による例示的な装置を示す。

【図2】[0011] 本開示の実施形態による別の例示的な装置を示す。

【図3】[0012] 本開示の実施形態による更なる例示的な装置を示す。

【図4】[0013] 本開示の実施形態による更に別の例示的な装置を示す。

【図5】[0014] 本開示の実施形態による装置の形状寸法の詳細を示す。

【図6A】[0015] 図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の実施形態によるイオンビーム集束の形状寸法を描く。

【図6B】図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の実施形態によるイオンビーム集束の形状寸法を描く。

【図7A】[0016] 本開示の更なる実施形態による別の例示的な装置を示す。

【図7B】[0017] 図７Ｂ及び図７Ｃは、本開示の実施形態に従って配置された装置内の間隙寸法に応じたイオンビーム集束を示すシミュレーション結果を提示する。

【図7C】図７Ｂ及び図７Ｃは、本開示の実施形態に従って配置された装置内の間隙寸法に応じたイオンビーム集束を示すシミュレーション結果を提示する。

【図8】[0018] 本開示の実施形態による例示的なイオン注入装置を描く。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[0019] 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。

【0012】

[0020] 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。

【0013】

[0021] 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。

【0014】

[0022] 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。

【0015】

[0023] ベースラインアーキテクチャに基づ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、線形加速器に基づくイオン注入装置）のための手法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を貫通する加速中のイオンビームの改善された制御、及び特に改善されたイオンビーム集束の能力を提供する、新規な手法を伴う。

【0016】

[0024] 図１は、本開示の実施形態による例示的な装置を示している。装置１００は、図８に関して以下で説明されるように、イオン注入装置内に配置された線形加速器などの、線形加速器の加速段を表してよい。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１０４及び関連する構成要素を含む。特に、装置１００は、三重間隙構成を規定する。その場合、イオンビームは、装置１００内の３つの加速間隙を貫通して導かれる。したがって、装置１００は、装置１００の中央領域に沿って延在するビーム経路１４０に沿って、イオンビーム１３０として図示されている束ねられたイオンビームを伝送し、加速するように配置される。

【0017】

[0025] ドリフトチューブアセンブリ１０４は、第１の接地されたドリフトチューブ１１２、第２の接地されたドリフトチューブ１１８、第１の接地されたドリフトチューブ１１２の下流に配置された第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４、及び第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４の下流に配置された第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６を含む、複数のドリフトチューブで形成される。ドリフトチューブアセンブリ１０４は、ＲＦ信号を出力するように配置された共振器１０２に結合されている。図１の構成では、共振器１０２の両端が、第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４と第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６に接続されている。したがって、ＲＦ発電機１２０が共振器１０２にＲＦ電力を供給するときに、第１の極性のＲＦ電圧が、第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４において生成され、一方で、第２の反対の極性のＲＦ電圧が、第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６において生成される。生成されるＲＦ電圧は、正弦波状の時間変化を有し、位相差は１８０度である。この変化は、第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４における電圧が、第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６における電圧と等しいが逆の極性であることを意味する。したがって、ＲＦ電圧信号の瞬間値の２倍に比例し、印加されたＲＦ電圧信号の周波数に従って変化する、時間変化電界が間隙２にわたり発達する。同様に、同じ周波数の異なる振幅を有する時間変化電界が、第１の接地されたドリフトチューブ１１２と第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４との間で、間隙１にわたり発達し、第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６と第２の接地されたドリフトチューブ１１８との間で、間隙３にわたり発達する。

【0018】

[0026] 装置１００は、束ねられたイオンビームとしてイオンビーム１３０を受け入れるように配置されることに留意されたい。その場合、イオンビーム１３０は、装置１００の上流で、連続的なイオンビームであってよく、既知のリニアックに従って配置されたバンチャ（図示せず）によって束ねられてよい。したがって、間隙１、間隙２、間隙３におけるイオンビーム１３０のイオンの束の到達するタイミングを適切に配置することによって、電力供給される電極において生成されるＲＦ電圧が最大値に達し、正の極性を有するときに、すなわち、間隙にわたり降下する電圧が、間隙１及び間隙３については電圧の振幅のマイナス１倍、間隙２については電圧の振幅のマイナス２倍に等しいときに生成される電界によって、イオンビームが加速されてよい。このやり方で、所与の束が、概して図示されているデカルト座標系のＺ軸に沿って加速されてよい。同時に、束ねられたイオンは、Ｘ方向及びＹ方向にデフォーカス（defocus）する傾向があり得る。この傾向に対抗するため、装置１００には、四重極配置１０８が装備される。四重極配置１０８は、ドリフトチューブアセンブリ１０４に接続され、ビーム経路１４０の周りで周方向に配置される。

【0019】

[0027] 図示されているように、四重極配置１０８は、トリプレット（triplet）として配置される。トリプレットは、第１の四重極１０８Ａを含む。第１の四重極１０８Ａは、第１の接地されたドリフトチューブ１１２の下流部分、且つ、第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４の上流部分に形成される。四重極配置１０８はまた、第１の電力供給されるドリフトチューブ１１４の下流部分、且つ、第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６の上流部分に形成された、第２の四重極１０８Ｂも含む。四重極配置１０８は更に、第２の電力供給されるドリフトチューブ１１６の下流部分、且つ、第２の接地されたドリフトチューブ１１８の上流部分に形成された、第３の四重極１０８Ｃを含む。

【0020】

[0028] 四重極配置１０８の所与の四重極は、２対の突出部を含む。その場合、所与の対の突出部は、ビーム経路１４０の両側に配置され、所与のドリフトチューブに接続される。四重極の形状寸法を規定するために、突出部は、以下のやり方で配置されてよい。すなわち、第１の突出部の対を貫通して延在する第１のライン（ライン１５２を参照）は、第２の突出部の対を貫通して延在するライン（ライン１５４を参照）に対して、ビーム経路１４０によって概して規定される軸の周りで９０度回転される。円柱として図示されているが、突出部は、他の実施形態による任意の適切な形状のものであってよい。

【0021】

[0029] 四重極配置１０８は、ドリフトチューブアセンブリ１０４に電気的に接続された導電性材料で形成されてよいことに留意されたい。それによって、第１の四重極１０８Ａ、第２の四重極１０８Ｂ、又は第３の四重極１０８Ｃは、所与の四重極の構成要素に接続されたドリフトチューブの電位と同じ電位に維持される。したがって、四重極配置１０８は、ＲＦ四重極トリプレットを形成する。ＲＦ四重極トリプレットは、間隙１、間隙２、及び間隙３にわたりＺ方向に沿って延在する加速電界と同じ周波数で、時間変化する交番極性の四重極電界を生成する。

【0022】

[0030] 動作中、イオンビーム１３０が装置１００を貫通して加速され、ＲＦ電圧信号がドリフトチューブアセンブリ１０４に印加され、四重極配置１０８が、第１の四重極１０８Ａ、第２の四重極１０８Ｂ、及び第３の四重極１０８Ｃを介して、間隙１、間隙２、及び間隙３の各々の中に四重極モーメントを導入することになる。これらの四重極は、古典的な平衡四重極トリプレットを生成するように作用してよい。本開示の幾つかの実施形態によれば、間隙１、間隙２、及び間隙３の相対的な長さ（Ｚ方向に沿った）、ならびに間隙の四重極強度は、イオンビーム１３０の適正な集束を実現するために、互いに独立して調整されてよい。このやり方では、図１の矢印で示されているように、全体的にＸ方向とＹ方向で同じ集束強度が実現されてよく、交互方向に同様な四重極強度場を有する。この結果は特に、間隙１、間隙２、及び間隙３の各側でそれぞれの四重極を形成する突出部のサイズを最適化することによって実現されてよい。

【0023】

[0031] 図１の一実施形態では、それぞれの四重極を形成する突出部の円柱形状が理想的ではないことに留意されたい。というのも、それらの円柱は鋭い角を示すからである。これらの鋭い角は、比較的高い電界が間隙１、間隙２、又は間隙３にわたり生成されるような高電界環境においては安定性に適さない可能性がある。このような鋭い角は、減圧環境であっても電界を強め、静電破壊を引き起こす可能性がある。したがって、更なる実施形態では、四重極がより滑らかで丸められたフィーチャを使用して形成されてよい。

【0024】

[0032] 図２は、概して図１に関して説明されたように、イオンビームを加速し、成形するために、ドリフトチューブアセンブリ１０４の場合などに使用されてよい、ドリフトチューブアセンブリ２０４を示している一実施形態を提示する。ドリフトチューブアセンブリ２０４は、第１の接地されたドリフトチューブ２１２、第２の接地されたドリフトチューブ２１８、第１の接地されたドリフトチューブ２１２の下流に配置された第１の電力供給されるドリフトチューブ２１４、及び第１の電力供給されるドリフトチューブ２１４の下流に配置された第２の電力供給されるドリフトチューブ２１６を含む、複数のドリフトチューブで形成される。この実施形態では、四重極配置２０８が、ドリフトチューブアセンブリ２０４と一体的に形成される。その場合、四重極配置２０８は、ドリフトチューブアセンブリ２０４の様々なドリフトチューブの部分を成形することによって具体的に形成される。

【0025】

[0033] 特に、四重極配置２０８は、トリプレットとして配置される。トリプレットは、第１の四重極２０８Ａを含む。第１の四重極２０８Ａは、第１の接地されたドリフトチューブ２１２の下流部分、且つ、第１の電力供給されるドリフトチューブ２１４の上流部分に形成される。四重極配置２０８はまた、第１の電力供給されるドリフトチューブ２１４の下流部分、且つ、第２の電力供給されるドリフトチューブ２１６の上流部分に形成された、第２の四重極２０８Ｂも含む。四重極配置２０８は更に、第２の電力供給されるドリフトチューブ２１６の下流部分、且つ、第２の接地されたドリフトチューブ２１８の上流部分に形成された、第３の四重極２０８Ｃを含む。四重極配置１０８と同様に、四重極配置２０８は、イオンビーム（図示せず）をＸ方向及びＹ方向に集束させるように作用してよく、一方で、イオンビームは、ドリフトチューブアセンブリ２０４を貫通してＺ方向に沿って導かれ、加速される。

【0026】

[0034] 図２の実施形態では、第１の四重極２０８Ａ、第２の四重極２０８Ｂ、及び第３の四重極２０８Ｃが、示されているように、正弦波形状を画定する。幾つかの実施形態によれば、対向する様々なドリフトチューブの形状は、互いに相補的な適合を形成してよい。特に、第１の接地されたドリフトチューブ２１２の下流面は、第１の電力供給されるドリフトチューブ２１４の上流面に対する相補的な適合を形成してよい。同様に、第１の電力供給されるドリフトチューブ２１４の下流面は、第２の電力供給されるドリフトチューブ２１６の上流面に対する相補的な適合を形成してよく、一方で、第２の電力供給されるドリフトチューブ２１６の下流面は、第２の接地されたドリフトチューブ２１８の上流面に対する相補的な適合を形成する。別の言い方をすれば、各四重極を形成する対向面を合わせると、三次元のジグソーパズルのように互いにフィットする。

【0027】

[0035] 図３は、ドリフトチューブアセンブリ３０４を示している装置を提示する。ドリフトチューブアセンブリ３０４は、概して図１及び図２に関して説明されたように、イオンビームを加速し、成形するために、ドリフトチューブアセンブリ１０４又はドリフトチューブアセンブリ２０４の様態で使用されてよい。ドリフトチューブアセンブリ３０４は、第１の接地されたドリフトチューブ３１２、第２の接地されたドリフトチューブ３１８、第１の接地されたドリフトチューブ３１２の下流に配置された第１の電力供給されるドリフトチューブ３１４、及び第１の電力供給されるドリフトチューブ３１４の下流に配置された第２の電力供給されるドリフトチューブ３１６を含む、複数のドリフトチューブで形成される。この実施形態では、四重極配置３０８が、ドリフトチューブアセンブリ３０４と一体的に形成される。その場合、四重極配置３０８は、ドリフトチューブアセンブリ３０４の様々なドリフトチューブの部分を成形することから形成される。ドリフトチューブアセンブリ３０４は、四重極３０８Ａ、四重極３０８Ｂ、及び四重極３０８Ｃの形状が楕円面によって画定されていることを除いて、ドリフトチューブアセンブリ２０４と同様に動作するように配置されてよい。

【0028】

[0036] 図４は、ドリフトチューブアセンブリ４０４を示している装置を提示する。ドリフトチューブアセンブリ４０４は、概して図１及び図２に関して説明されたように、イオンビームを加速し、成形するために、ドリフトチューブアセンブリ１０４、ドリフトチューブアセンブリ２０４、及びドリフトチューブアセンブリ３０４として使用されてよい。この実施形態と以前の実施形態における違いは、ドリフトチューブアセンブリ４０４が、間隙１及び間隙２として図示されているように、二重間隙構成を規定することである。ドリフトチューブアセンブリ４０４は、第１の接地されたドリフトチューブ４１２、第２の接地されたドリフトチューブ４１６、及び、第１の接地されたドリフトチューブ４１２と第２の接地されたドリフトチューブ４１６との間に配置された、電力供給されるドリフトチューブ４１４を含む、複数のドリフトチューブで形成される。このドリフトチューブアセンブリ４０４は、既知のリニアック二重間隙構成におけるように、共振器の一端からＲＦ電力を受け取るように結合されてよい。有利なことに、四重極配置４０８は、様々なドリフトチューブ内に一体的に形成され、図２の実施形態におけるように正弦波形状によって画定された、第１の四重極４０８Ａ及び第２の四重極４０８Ｂによって画定されて、イオンビームのより良好なＸ及びＹ集束を提供する。

【0029】

[0037] 図５は、本開示の実施形態による、四重極配置が内部に一体的に形成されたドリフトチューブ装置の形状寸法の詳細を示している。特に、Ｚ‐Ｘ平面を通る断面とＺ‐Ｙ平面を通る断面が図示されている。ドリフトチューブ装置は、ドリフトチューブアセンブリ５００として図示されている。ドリフトチューブアセンブリ５００は、概して上述されたような４つの電極、すなわち、第１の接地されたドリフトチューブ５０２、第１の電力供給されるドリフトチューブ５０４、第２の電力供給されるドリフトチューブ５０６、及び第２の接地されたドリフトチューブ５０８を含む。電極（ドリフトチューブ）は、厚さ２*ａの円柱シェルとしてモデル化されている。厚さ２*ａの値は、図５の非限定的な実施形態において２０ｍｍである。各セクションでは、円柱シェルの断面図が、２つの同一な組の構造を示している。図５はまた、楕円又は正弦波の実施形態のための電極の表面を画定するための例示的な方程式も提供する。特に、この非限定的な実施形態では、滑らかな移行を保証するために、パラメータ「ａ」が、楕円の１つの半軸の値、ならびにドリフトチューブ電極の円柱シェルの厚さ（２ａ）の半分を表してよい。パラメータ「ａ」は、代替的に、正弦波表面の一実施形態における四分の一波長の値を表す。楕円表面の場合では、「ｂ」の値が、半径「ｒ」に依存せず、四重極構造を規定する小さい／中くらいの／大きい突出部を生成するために変化してよい。「ｂ」の物理的限界は、ドリフトチューブアセンブリ内の所与の間隙に対する間隙長（gap length）である。

【0030】

[0038] 図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の実施形態によるイオンビーム集束の形状寸法を描いている。特に、図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、Ｘ‐Ｚ平面とＹ‐Ｚ平面におけるイオンビームのビームエンベロープについてのプロットであり、Ｐ＋＋イオンが四重極を有するドリフトチューブ構成６００のデフォーカスフォーカスデフォーカス（ＤＯＦＯＤＯ）構成の一実施例（図５参照）の下で追跡される、シミュレーション研究から開発された。プロットは、空間電荷力がない場合、ＲＦ位相を注意深く選択することによって、円形ビームを２つの横方向の両方に集束させ得ることを示している（突出部がない場合のプロット）。突出部を含む場合、Ｘ方向では、ビームが、フォーカス、次いでデフォーカス、及び次いでフォーカス（ＦＯＤＯＦＯ）を経験し、一方で、Ｙ方向では、ビームが、デフォーカス、次いでフォーカス、及び次いでデフォーカス（ＤＯＦＯＤＯ）を経験することが、明瞭に観察できる。トリプレットの最後では、全体的に平衡集束効果が出口に向かって実現される（Ｚ＝２００ｍｍにおける下側の曲線を参照）。

【0031】

[0039] 本開示の他の実施形態では、ドリフトチューブアセンブリが、少なくとも１つの間隙が調整可能であってよい四重極を有するように配置されてよい。四重極強度は、間隙の長さ、並びに四重極を形成する突出部の長さ及びサイズに依存するため、間隙の長さを調整できることにより、ドリフトチューブアセンブリの部品を取り外したり、又は再構成したりすることなく、四重極強度を調整することができる。

【0032】

[0040] 図７Ａは、本開示の更なる実施形態による別の例示的な装置を示している。装置７００では、先に説明された共振器１０２及びＲＦ発電機１２０が図示されており、それらについては更に説明されることがない。この装置では、ドリフトチューブアセンブリ７０４が、ｇ１、ｇ２、及びｇ３として図示されている三重間隙構成を規定する。

【0033】

[0041] 装置７００は、クロス構造７３０、並びに、クロス構造７３０に全部が機械的に結合されている、支持構造７２２、アーム７２８、アーム７２６、及び支持構造７２４を含む。支持構造７２２は、第１のアーム７２２Ａ及び第２のアーム７２２Ｂを含む。第１のアーム７２２Ａは、第１の接地ドリフトチューブ７１２に機械的に結合され、一方で、第２のアーム７２２Ｂは、第１の電力供給されるドリフトチューブカップル７１４の第１の部分７１４‐Ａに機械的に結合されている。

【0034】

[0042] 支持構造７２４は、第１のアーム７２４Ａ及び第２のアーム７２４Ｂを含む。第１のアーム７２４Ａは、第２の電力供給されるドリフトチューブカップル７１６の第２の部分７１６‐Ｂに機械的に結合され、一方で、第２のアーム７２４Ｂは、第２の接地ドリフトチューブ７１８に機械的に結合されている。

【0035】

[0043] 固定されたアーム７２８は、第１の電力供給されるドリフトチューブカップル７１４の第２の部分７１４‐Ｂに接続されている。固定されたアーム７２６は、第２の電力供給されるドリフトチューブカップル７１６の第１の部分７１６‐Ａに接続されている。

【0036】

[0044] それぞれ、間隙ｇ１、ｇ２、及びｇ３において形成された、四重極７０８Ａ、四重極７０８Ｂ、及び四重極７０８Ｃを含む、四重極トリプレット７０８が形成されている。本開示の幾つかの実施形態によれば、アーム７２８、アーム７２６、第１のアーム７２２Ａ、第２のアーム７２２Ｂ、第１のアーム７２４Ａ、及び第２のアーム７２４Ｂは、互いに対してＺ軸に沿って独立して移動可能であってよい。それらの移動は、ｇ１、ｇ２、及びｇ３の独立した変更を可能にする。このｇ１、ｇ２、及びｇ３のサイズの調整は、ビームラインにおける減圧を壊したり、ドリフトチューブ構成要素を交換したりすることを不必要にしながら、外部の機械構成要素、モータ、又は他の構成要素（図示せず）などの、前述されたアームを移動させるための任意の適切な手段によって実現されてよい。

【0037】

[0045] 間隙ｇ１、ｇ２、及びｇ３のサイズが容易に変更されてよい配置を提供することによって、図７Ａの実施形態は、ビーム形状寸法を制御するための新規な手法を提供する。四重極用の突出部のサイズは、所与のドリフトチューブ／四重極アセンブリ（ドリフトチューブアセンブリ７０４など）を形成するハードウェアによって規定されるように、固定されていてよいが、本発明者らは、ｇ１、ｇ２、及びｇ３のサイズを変更することによって、所与の突出部によって提供される集束強度が調整されてよいことを発見した。言い換えると、間隙のうちの１以上のサイズ（Ｚ方向に沿った）は、イオンビームの集束強度を調整するために、独立して調整されてよい。

【0038】

[0046] 図７Ｂ及び図７Ｃは、ｇ３を変更するなど、１つの加速間隙のサイズを変更することの効果が示されている一実施例を示している。この図示されているシミュレーションは、ｇ３を変更することによって、ドリフトチューブ／四重極アセンブリによって生成される集束強度が変化し、ビームサイズの変更をもたらすことを示している。特に、図７Ｂ及び図７Ｃは、それぞれ、Ｘ‐Ｚ平面とＹ‐Ｚ平面におけるイオンビームのビームエンベロープについてのプロットであり、単純なドリフトチューブアセンブリ７５０が４つの異なるブロックによって概略的に表される（２つのブロックが間隙ｇ３を規定する）、シミュレーション研究から開発された。この図示されているシミュレーションでは、間隙ｇ３の相対的なサイズが調整される。一方で、他の間隙の寸法は一定のままである。図示されている特定のイオンビーム条件では、ｇ３のサイズを低減させることが、Ｘ方向のビーム幅（２００ｍｍにおける）の減少をもたらす。他のイオンビーム条件では、質量電荷比が異なるため、通過時間や他の高次作用効果が異なる可能性があり、その後のビーム集束挙動は、図６Ａ及び図６Ｂで示された結果と異なる可能性がある。注目すべきことに、上記の結果は、ただ１つの間隙のサイズを調整することによってビーム集束を変化させる能力を示しているが、一方で、更なる複数の実施形態では、２つ以上の間隙のサイズを独立して変えることができる能力が、更なるビーム集束制御を提供することになる。

【0039】

[0047] 図８は、本開示の実施形態によるイオン注入装置の概略図を描いている。イオン注入装置８００は、線形加速器８１４として図示されている、リニアックの加速段８１４‐Ａ、８１４‐Ｂを含む。イオン注入装置８００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８００は、当該技術分野で知られているようなイオン源８０２及びガスボックス８０７を含んでよい。イオン源８０２は、第１のエネルギーでイオンビーム８０６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のための適切なイオンエネルギーの例は、５ｋｅＶ～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８００は、イオンビーム８０６を加速させるための様々な更なる構成要素を含む。

【0040】

[0048] イオン注入装置８００は、図示されているように、イオンビーム８０６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８０６を分析するように機能する分析器８１０を含んでよい。イオン注入装置８００はまた、バンチャ８１２と、バンチャ８１２の下流に配置された線形加速器８１４（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８１４は、イオンビーム８０６を加速して、線形加速器８１４に入る前のイオンビーム８０６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８１５を生成するように配置される。バンチャ８１２は、イオンビーム８０６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８０６を束ねたイオンビームとして線形加速器８１４に出力してよい。線形加速器８１４は、図示されているように、直列に配置された複数の加速段（８１４‐Ａ、８１４‐Ｂ、…、８１４‐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８１５のイオンエネルギーが、イオンビーム８０６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８００が、フィルタ磁石８１６、スキャナ８１８、コリメータ８２０などの更なる構成要素を含んでよい。その場合、スキャナ８１８及びコリメータ８２０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８１５によって表される高エネルギーイオンビームは、基板８２４を処理するための最終ステーション８２２に供給されてよい。高エネルギーイオンビーム８１５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８０６のイオンエネルギーは、線形加速器８１４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８１４の加速段のうちの１以上は、図１～図７の実施形態に関して詳述されたように、一体化された四重極配置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８００によって提供される利点は、一体化された四重極構成の動作により、線形加速器８１４を貫通して導かれるイオンビーム８１５の集束が改善されてよいことである。

【0041】

[0049] 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、四重極トリプレットをドリフトチューブアセンブリの中に一体化することによって、イオンビーム束の集束を独立して制御する能力が提供される。第２の利点は、本開示の可変長ドリフトチューブの提供により、四重極強度を独立して制御する柔軟性が得られることである。

【0042】

[0050] 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1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【国際調査報告】