JP5524542B2 - Apparatus and method for focusing charged particles - Google Patents
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Description
本発明は、複数の荷電粒子をパラメータに依存して集束させる装置及び方法に関する。本発明は、欧州特許出願第１０９０４１１Ｂ１［特許文献１］及び米国特許第６４９８３４８Ｂ２［特許文献２］に記された発明者による、「先の発明」を実質的に発展させたものである。 The present invention relates to an apparatus and method for focusing a plurality of charged particles depending on parameters. The present invention is a substantial development of the “previous invention” by the inventors described in European Patent Application No. 1090411B1 [Patent Document 1] and US Pat. No. 6,498,348B2 [Patent Document 2].
これらは何れも、大型テレビジョン及び大型広告ディスプレイ用に使用される非常に大型のフラットパネルディスプレイ基板のイオン注入に関する質量分析の問題に取り組んでいる。上述した発明に関する先行技術は、磁気物質の分離、不純物を含むビームの除去、及び、必要な種の伝送のために複数の磁石を使用しているが、これによって、大きさ及び出力消費が急激に増大し、基板が大型化して、商業的に魅力のないものになっていた。そこで、上述した複数の発明の独自の特徴は、基板のサイズの増加に伴って、磁石の設計を変更することがなく、磁石の重要な光学的特性が、磁石の長さ方向と直交する平面における磁石の断面の設計に依存しており、基板のサイズに依存すべきものが、磁石の長さであるということである。永久磁石系を用いた場合の特に魅力的な点は、磁石を所定の長さを有する複数の磁石モジュールに従って設計することができ、使用されるモジュールの数によって、イオン注入可能な基板のサイズを決定することができることである。基板のサイズが如何なるものであっても、消費電力はゼロである。上述したこれらの発明は、また、複数の平行ビームラインモジュールを用いることを可能にしており、その結果、ビーム電流特性に制限がない。 All of these address mass spectrometry issues related to ion implantation of very large flat panel display substrates used for large televisions and large advertising displays. Prior art relating to the invention described above uses multiple magnets for magnetic material separation, removal of impurities containing beams, and transmission of the required species, but this results in a rapid increase in size and power consumption. As a result, the size of the substrate has increased, making it commercially unattractive. Therefore, the unique features of the above-described inventions are that a plane in which the important optical characteristics of the magnet are orthogonal to the length direction of the magnet without changing the design of the magnet as the size of the substrate increases. It depends on the design of the cross section of the magnet, and what should depend on the size of the substrate is the length of the magnet. A particularly attractive feature when using permanent magnet systems is that the magnets can be designed according to a plurality of magnet modules having a predetermined length, and the number of modules used can reduce the size of the ion implantable substrate. It can be determined. Whatever the size of the substrate, the power consumption is zero. These inventions described above also make it possible to use a plurality of parallel beamline modules, with the result that there is no limit on the beam current characteristics.
この特許出願における「先の発明」に関する上記記述は、特許文献１に基づくものであり、図面の表示も、この基礎の文献１と同一であり、そして、磁極の列状体の磁界に入り、又は、この磁界から発生する荷電粒子のビームの位置及び数、並びに、その結果として、分解手段に作用する作用を除き、特許文献１の段落［００１］から［０１０９］までの記述は、本発明にも全体的に該当する。 The above description regarding the "prior invention" in this patent application is based on Patent Document 1, and the drawing display is also the same as that of Reference 1 and the magnetic field of the magnetic pole array is entered. Alternatively, the description from paragraphs [001] to [0109] of Patent Document 1 except for the position and number of the beam of charged particles generated from this magnetic field and, as a result, the action acting on the decomposition means, are described in the present invention. This also applies to the whole.
しかしながら、特許文献１の「先の発明」に係る請求項は、「本発明」には該当しない。何故ならば、「先の発明」は、荷電粒子（これに限定されるものではないが、通常はイオン）の単一のビームを、単一のビームのみを伝送可能な二重分解構造体を用いて、磁極の列状体のモジュールの中央の対称面に導入し、または、上記中央の対称面の一方の側に移動し、伝播方向と実質的に同一の方向の軌道を常にこの平面内に、又は、この平面と平行に維持することを要件としているからである。 However, the claims relating to the “prior invention” in Patent Document 1 do not fall under the “present invention”. This is because the "prior invention" refers to a double-resolved structure capable of transmitting only a single beam of charged particles (but not limited to, usually ions). Used to introduce into the central symmetry plane of the module of the pole array or move to one side of the central symmetry plane and always keep the trajectory in the same direction as the propagation direction in this plane. Or because it is required to be maintained parallel to this plane.
「本発明」の最も重要な一面は、異なるパラメータを有する複数の種のイオンを伝送することができるということであり、この特性は、「先の発明」によってでは達成できない。他の重要な一面は、磁極の列状体のモジュールの各々において、単一のビームではなく、２つのビームを用いることによって、増大したビーム電流が得られることであり、これは、非常に高価なシステムハードウェアにおいて、同一の投資を行った場合のシステム性能に関して非常に重要な結果をもたらすものである。 One of the most important aspects of the “invention” is that multiple species of ions having different parameters can be transmitted, and this property cannot be achieved by the “previous invention”. Another important aspect is that in each of the pole array modules, an increased beam current is obtained by using two beams rather than a single beam, which is very expensive. In the case of a simple system hardware, a very important result is obtained with respect to the system performance when the same investment is made.
特許文献１において詳述された、「先の発明」前のリボン状ビームの質量分析、及び、「先の発明」そのものについてここで簡単に説明する。図面の表示は、特許文献１と正に同一であり、特別に付加した事項は、大括弧を付して示されている。 The mass spectrometry of the ribbon-shaped beam before the “prior invention” and the “prior invention” itself, which are described in detail in Patent Document 1, will be briefly described here. The display of the drawing is exactly the same as that of Patent Document 1, and the specially added items are shown with brackets.
図１（特許文献１の図３Ａ）は、特別な実施形態を（３次元の図において）示しており、そこにおいては、リボン状ビームが、複数の磁極３１１の列状体によって提供された３つのモジュールのうち、中央のモジュールに入る状態を示している。磁極３１１は伸張方向３５０を有しており、これは、磁極の列状体の長さを決定し、従って、適用可能なビームの幅を（方向「Ａ」に伸びる線状荷電粒子源３１３の長さによって）決定する。上記方向３５０に対して直角な角度で、最初の伝播方向と実質的に同一の方向に、線状源３１３から引き出された複数の平行なリボン状ビームは、伸張方向３５０（及び、複数の磁極の入り口領域）に対して直交する方向に、磁極３１１Ａ及び３１１Ｂのそれぞれの磁極面間の対称面において、広がりをもった磁界の第１の領域の磁極間の磁界に入る。次いで、このビームは、磁界によって右側に片寄らせられ、入口境界に対する法線に対して所定の角度（即ち、方向３５０に対する法線に対して所定の角度で）この磁極間を出る。このビームは、依然として、対称面３２０（図２の面（特許文献１の図３Ｂの面）内にあり、この面は、図１における、ビーム源３１３及び集束クロスオーバの両方を含んでおり、上記方向３５０は、この面に対して直交する。この方向３５０に沿って見た状態が、図３Ａ（特許文献１の図３Ｃ）に示されており、図３の紙面の方向（即ち、図２の００８の方向）に、方向３５０と直交する、磁極の列状体の横断面が示されている。出口境界からこのように斜めの方向に出るという結果は、「フリンジ磁界集束」という周知の効果であり、これは、図４（特許文献１の図３Ｅ）に示されたように、湾曲したフリンジ磁界の力線との相互作用によって生ずる。これにより、図３Ａの紙面に示されるように、ビームの集束がもたらされる。この集束作用は、（００３の位置における）ビームの複数の粒子の移動方向と実質的に同一の方向を含む、対称面と直交する面（図２の００２）内で発生し、ビームがフリンジ磁界領域内で片寄せられるときに、この平面の向きが変化する。次いで、このビームは、磁極３１１Ｃ、３１１Ｄ間の磁界の第２の領域に入り（図１参照）、そして、フリンジ磁界集束によって更に集束され、次いで、図２の紙面上で、磁界によって左に片寄せられる。磁極間の第２の隙間が、磁極間の第１の隙間と同一の形状を有しているが、逆の極性を有していると仮定すれば、ビームは、入口におけるビームの方向と平行な方向で（方向３５０に対して直交する方向で）列状体を出る。
FIG. 1 (FIG. 3A of Patent Document 1) shows a special embodiment (in a three-dimensional view) in which a ribbon-like beam is provided by an array of
図３Ｂは、広がりをもった磁界の第１の領域から発生したビームを示している。図３Ａ及び３Ｂは、複数の磁極の列状体を通過するビームの光景を示しており、ビームの軌道は、この紙面上にはない。図３Ａ及び３Ｂの垂直方向と直交するビームの荷電粒子の運動方向の成分が存在しており、この成分は、図４に示した磁界成分３１２Ｆと相互に作用して、このビームの荷電粒子の、パラメータに依存する集束をもたらす。
FIG. 3B shows the beam generated from the first region of the magnetic field having a spread. 3A and 3B show a scene of a beam passing through an array of magnetic poles, and the beam trajectory is not on this page. There exists a component of the charged particle motion direction of the beam that is orthogonal to the vertical direction of FIGS. 3A and 3B, and this component interacts with the
最初の伝播方句と実質的に同一の方向とは、ビームが荷電粒子源を出たときのビームの方向であり、そして、磁界による何らかの偏向を受ける前の方向である。ビームは、対称面と直交する平面において、発散又は集束する場合があり、従って、ビームは、対称面上の成分、又は、対称面と平行な成分である、実質的に同一の方向を有しているため、「実質的に同一の方向」と呼んでいる。 The direction substantially the same as the first propagation phrase is the direction of the beam as it exits the charged particle source and is the direction before any deflection by the magnetic field. The beam may diverge or focus in a plane perpendicular to the plane of symmetry, so the beam has substantially the same direction, which is a component on the plane of symmetry or a component parallel to the plane of symmetry. Therefore, it is called “substantially the same direction”.
第１の隙間の出口境界領域、及び、第２の隙間の入口境界領域におけるビームの集束が図１及び３に示されており、磁極の列状体の外側の３３１の位置に、集束クロスオーバが形成されている。図５（特許文献１の図１２）においては、クロスオーバは、磁極の列状体の内側である、１２８Ａの位置に形成されており、クロスオーバの後に更に集束している。磁極の列状体においてクロスオーバを付与するために必要なより強力な集束作用は、対称面（図２の紙面）上にビームの大きな偏向をもたらすことによって、実現され、その結果として、集束しているフリンジ磁界、及び、（入力ビームに対する）出力ビームの大きな偏向によって、大きく片寄せられた斜めの軌道がもたらされる。
The focusing of the beam at the exit boundary region of the first gap and at the entrance boundary region of the second gap is shown in FIGS. 1 and 3, with a focusing crossover at a
これらの複数の集束クロスオーバの位置は、荷電粒子の質量、帯電状態及びエネルギという複数のパラメータに依存しており、そして、（図６（特許文献１の図１１の概略図）に示したモデル化された軌道［３］を有する)分解構造体によって、所望のパラメータを有する荷電粒子のビームが、の列状体の磁極間を伝送されることを可能になる。他のすべての軌道は、分解構造体によってブロックされる。 The positions of the plurality of focused crossovers depend on a plurality of parameters such as charged particle mass, charged state, and energy, and the model shown in FIG. 6 (schematic diagram of FIG. 11 of Patent Document 1). The decomposition structure (having a normalized trajectory [3]) allows a beam of charged particles having the desired parameters to be transmitted between the magnetic poles of the array. All other trajectories are blocked by the decomposition structure.
図６は、列状体の永久磁石の磁極間に入る、「本発明」に係る単一の発散するビーム１１７Ａを示しており、そのビームの発散角度は２°であり、概略的に明確にするために、ｙ方向の寸法を１０倍に増加させている。単一の正のイオンビーム１１７Ａ（イオン注入にとって重要な荷電粒子）は、分解構造体の第１バリヤであるビームストッパ１１５によって中空ビーム状にされる（対称面に近接する軌道を除去する）。この結果、５−１０％のオーダーのビーム電流が損失する。このバリヤは、分解方法にとって必須であり、そして、見通し線が、ビーム源３１３から分解構造体を通ることを防止して、イオン源からの中性の加速されていない汚染粒子が分解構造体を通って伝送されることを防止している。次いで、必要なビームが、出口領域００４ｅｘ及び入口領域００５ｅｎでの湾曲した磁界によって集束され、伝送制限構造体（以下の記載におけるＴＬＳ参照）の開口、及び、張力がかけられた複数の薄いストリップ１１１間の分解空間を通過し、次いで、更に集束され、ほぼ平行な出口ビーム１１７Ｂが得られる。僅かに低いイオン質量を有するイオンビームは、１１１Ａまで伸びる１１１によって除去され、一方、僅かに高いイオン質量を有するイオンビームは、１１１Ｂまで伸びる１１１によって除去される。これ以外の好ましくない質量を有するイオンビームは、バリヤ１１１、１１４、１１５及び１１６によって除去される。１１４の開口の必要なサイズは、すべての好ましくないイオンを除去するという必要性によって決定され、一般的には、１１５及び１１６の幅が、１１４の開口の幅と実質的に等しくなるように構成される。
FIG. 6 shows a single diverging
図７Ａにおいては、分解構造体の構成要素１１１及び１１４によってあるビームが除去されているが、１１１のみによってビームを除去することも可能である。図７Ｂにおいては、除去されるべきビームは、１１４によって除去されている（軌道の連続する部分である、灰色で示したビーム軌道は、分解構造体の構成要素１１４によって除去されている）が、このビームを、分解の開口のそれぞれの側において、分解構造体のバリヤ１１１によって除去しなくてもよい。何故ならば、１１７Ｈの位置における集束クロスオーバは、１１１Ｂまで伸びる１１１によって遮られる領域の外にあるからである。
In FIG. 7A, a beam is removed by
図８（特許文献１の図３Ｄ）に、複数のビームモジュールを示す（請求項には複数として記載されている）。 FIG. 8 (FIG. 3D of Patent Document 1) shows a plurality of beam modules (described as a plurality in the claims).
図９（特許文献１の図１４）において、入力ビームは、中央の面上に存在せず、その中央の面の一方の側に、これと平行に片寄らされている。分解構造体は、ビームの中央部分を除去する薄いバリヤ１１１、１１５及び１１６を設ける必要性を有しているが、上述により、分解構造体がこの必要性を回避することを可能にする。このような中央から偏倚した幾何学的配置構造は、平行な入力ビームを必要とする。何故ならば、無限遠における対象物の位置は、中央の平面上にあると考えることができ、従って、集束クロスオーバは、対称（中央）面上にあるからである。「先の発明」に係るこの実施形態に関連する二重分解構造体は、磁極の列状体からなるモジュールの中央面の一方の側において、第２のビームを用いることができない。この二重分解構造体は、イオン源の引出スロットから汚染粒子が、分解構造体を通って伝送されることを防止するために必要なものである。
In FIG. 9 (FIG. 14 of Patent Document 1), the input beam does not exist on the central plane, but is biased to one side of the central plane in parallel therewith. The decomposition structure has the need to provide
上述した「先の発明」の主な利点は、質量分離可能なビームのサイズ（即ち、リボン状ビームの幅）を決定するのは、（磁極の列状体の伸張方向における）磁石の長さのみであるという、有益なスケーリング特性である。（基板のサイズによって決定される）ビームのサイズが、磁極間のサイズ［３］を決定するところの技術は、非常に好ましくないスケーリング特性を有しており、１メートルを超える大きい寸法を有する基板には不経済であった。また、（「先の発明」におけるように）細長い平行な、入口及び出口領域を有する磁石から構成された磁極の隙間における中央面でリボン状ビームを用いるが、「先の発明」に係るパラメータに依存する集束分解技術を用いない技術においては、質量分離性能が著しく劣っており、例えば、ホウ素やリンイオンビームから著しく低い質量を有する水素を除去する場合にのみ適用可能であるものの、例えば、質量３１のＰ＋から質量３０の１１ＢＦ＋を除去したり、Ｐ＋ビームから質量２８の１１Ｂ２Ｈ６ ＋イオンを除去する場合に適用することはできない。このように分解性能が劣るという問題は、ビーム幅（源３１３の長さ）が増大するに従って、深刻化する。 The main advantage of the above "prior invention" is that the size of the mass-separable beam (ie, the width of the ribbon beam) determines the length of the magnet (in the direction of extension of the pole array). This is a useful scaling property. The technique in which the size of the beam (determined by the size of the substrate) determines the size [3] between the magnetic poles has very unfavorable scaling properties and has a large dimension exceeding 1 meter. It was uneconomical. In addition, a ribbon-like beam is used at the center plane in the gap of the magnetic poles composed of elongated and parallel magnets having the entrance and exit areas (as in the “prior invention”). In techniques that do not use dependent focused decomposition techniques, the mass separation performance is significantly inferior, and is applicable only when, for example, removing hydrogen with a significantly lower mass from a boron or phosphorus ion beam, for example, a mass of 31 It is not possible to remove 11 BF + with a mass of 30 from P + or remove 11 B 2 H 6 + ions with a mass of 28 from a P + beam. The problem of poor degradation performance becomes more serious as the beam width (the length of the source 313) increases.
先の発明の限定事項は、以下の通りである：
ｉ） 分解構造体の構成要素１１５（図６及び７参照）によって、ビームの中央部分を除去し、その結果として、ビーム電流を損失すること。
ｉｉ） 分解構造体の構成要素１１４の開口の幅を、構成要素１１５のサイズによって決定しており、ビーム電流の損失を最小限に維持するために、この必要条件をできるだけ小さくすること。
The limitations of the previous invention are as follows:
i) The central part of the beam is removed by the disassembly structure component 115 (see FIGS. 6 and 7), resulting in a loss of beam current.
ii) The aperture width of the
これは、単一のクロスオーバを有する単一の種のみが、１１４の開口を通って伝送可能であることを意味する。従って、１０及び１１ａｍｕの質量のホウ素の両方の同位体を伝送することによって、ビーム電流を２５％増加することは実行不可能である。何故ならば、これら両方の同位体を伝送するために必要な電流除去量を増加することは、２つの同位体を伝送するという利益を無効にするからである。 This means that only a single species with a single crossover can be transmitted through 114 apertures. Therefore, it is not feasible to increase the beam current by 25% by transmitting both 10 and 11 amu mass boron isotopes. This is because increasing the amount of current removal required to transmit both these isotopes negates the benefit of transmitting two isotopes.
「本発明」は、これらの両方の限定事項を処理するものである。 The “present invention” addresses both of these limitations.
第１の主な特徴における本発明によれば、複数の荷電粒子の質量及び／又はエネルギ及び／又は帯電状態を含む、荷電粒子の１つ以上のパラメータについての複数の異なる値に基づいて、前記荷電粒子に異なった作用をもたらす装置が提供され、前記装置は：
複数の細長い磁極からなり、一方向に伸びる列状体であり、前記磁極の長手方向が前記列状体の伸張方向に伸び、そして、磁極が、前記伸張方向と直交する平面において、一定の横断面形状を有する列状体であって、磁極の前記列状体は、前記装置の構成要素を配置するための基準を提供するための仮想基準面を有しており、前記仮想基準面は、磁極の前記列状体の前記伸張方向に伸びると共に、少なくとも１つの磁極が前記仮想基準面の一方の側に位置するように列状体を通過しているところの磁極と、
磁極の前記列状体の磁界に入り、又は、前記磁界から発生する、荷電粒子の２つのビームを提供するための２つのビーム源であり、前記２つのビームの各々と、前記仮想基準面との間に、荷電粒子が実質的に存在しない領域を提供するように、前記仮想基準面のそれぞれの側に１つずつ、前記仮想基準面から間隔をあけて設けられたビーム源であって、前記２つのビームの各々は、前記ビームを横切る所定の位置において、前記ビームの初期伝播方向と実質的に同一の方向を有すると共に、前記初期伝播方向と直交する細長い横断面を有しており；前記ビームの前記細長い横断面が、前記仮想基準面と平行な方向に伸びており；前記磁極は、磁極の前記列状体の前記伸張方向と直交する平面において、磁極の前記列状体内を移動する荷電粒子の、パラメータに依存する分散をもたらして、前記初期伝播方向と実質的に同一の方向が、前記仮想基準面と実質的に平行であると共に、磁極の前記列状体の伸張方向以外の方向にある状態にするように構成されているところのビーム源と、
前記パラメータに依存する集束によって、前記２つのビームから必要な粒子を選択するための分解手段と
を備え、
複数の前記磁極は、前記列状体の前記伸張方向と直行する平面において、磁極の前記列状体により、物理的に対向する磁極間に、前記仮想基準面を横切る磁界方向を有する、磁界の少なくとも１つの広がりをもった交差磁界領域が提供されるように構成されており、磁界の前記少なくとも１つの広がりをもった交差磁界領域は、入口及び出口領域を有しており、前記入口及び出口領域は、列状体における個々の対向する磁極と関連して、複数の磁極の前記列状体の伸張方向に沿って伸びていると共に、磁界の前記交差磁界領域にそれぞれ至り、そして、そこから出ており、前記入口及び出口領域は、前記仮想基準面と直交する平面において湾曲した複数の湾曲磁界をもたらしており、
磁極の列状体の磁界内に進入し、又は、そこから発生すると共に、前記仮想基準面と実質的に平行な移動方向をもって、前記交差磁界領域内を移動する２つのビームの各々の荷電粒子が、磁界の前記交差磁界領域によって、前記仮想基準面上において曲線運動を行い、そして、少なくとも１つの出口又は入口領域の前記湾曲磁界を、前記入口又は出口領域に対して直角な角度で通過して、荷電粒子の前記２つのビームに、パラメータに依存する集束作用をもたらし、もって、ビームの荷電粒子の移動方向を含む、前記仮想基準面と直交する平面において、パラメータに依存する集束作用を付与し、前記パラメータの複数の異なる値に基づいて、前記２つのビームの異なる粒子に、パラメータに依存する集束作用を付与するように、磁界の前記少なくとも１つの交差磁界領域、並びに、前記入口及び出口領域が構成されている
ことを特徴としている。
According to the invention in a first main feature, based on a plurality of different values for one or more parameters of the charged particle, including the mass and / or energy and / or state of charge of the plurality of charged particles, An apparatus is provided that provides different effects on charged particles, the apparatus comprising:
A plurality of elongated magnetic poles, each extending in one direction, the longitudinal direction of the magnetic poles extending in the extension direction of the array, and the magnetic poles having a constant crossing in a plane perpendicular to the extension direction A column having a surface shape, wherein the column of magnetic poles has a virtual reference plane for providing a reference for positioning the components of the device, the virtual reference plane being A magnetic pole extending in the extension direction of the columnar body of magnetic poles and passing through the columnar body so that at least one magnetic pole is located on one side of the virtual reference plane; and
Two beam sources for providing two beams of charged particles that enter or generate from the magnetic field of the array of magnetic poles, each of the two beams, and the virtual reference plane; A beam source spaced from the virtual reference plane, one on each side of the virtual reference plane, so as to provide a region substantially free of charged particles. Each of the two beams has, at a predetermined location across the beam, an elongated cross section that has substantially the same direction as the initial propagation direction of the beam and is orthogonal to the initial propagation direction; The elongate cross section of the beam extends in a direction parallel to the virtual reference plane; the magnetic pole moves in the array of poles in a plane perpendicular to the direction of extension of the array of poles Charged particles Resulting in parameter dependent dispersion, the direction substantially the same as the initial propagation direction being substantially parallel to the virtual reference plane and in a direction other than the extension direction of the array of poles A beam source configured to be in a state;
Resolving means for selecting the required particles from the two beams by focusing depending on the parameters;
The plurality of magnetic poles have a magnetic field direction across the virtual reference plane between the magnetic poles physically opposed by the columnar body of magnetic poles in a plane orthogonal to the extension direction of the columnar body. A crossed magnetic field region having at least one spread is configured to be provided, the crossed magnetic field region having a magnetic field having an inlet and an outlet region, wherein the inlet and the outlet are provided. A region extends along the extension direction of the column of magnetic poles in association with the individual opposing magnetic poles in the column and each leads to the cross-field region of the magnetic field and from there And the inlet and outlet regions provide a plurality of curved magnetic fields that are curved in a plane orthogonal to the virtual reference plane;
Charged particles of each of the two beams that enter or are generated from the magnetic pole array and move in the crossed magnetic field region with a direction of movement substantially parallel to the virtual reference plane. Is curved along the virtual reference plane by the crossed magnetic field region of the magnetic field and passes through the curved magnetic field of at least one outlet or inlet region at an angle perpendicular to the inlet or outlet region. Thus, the two beams of charged particles have a parameter-dependent focusing action, and thus a parameter-dependent focusing action in a plane perpendicular to the virtual reference plane, including the direction of movement of the charged particles of the beam. And, based on a plurality of different values of the parameter, to apply a parameter-dependent focusing action to different particles of the two beams. One cross-field region even without, and is characterized in that the inlet and outlet region is formed.
ビーム（単一のビーム）を用いている「先の発明」と区別される本発明の最も重要な特徴は、２つのビーム源を、仮想基準面の各々の側に１つずつ用いて、実質的に間隔をあけて２つのビームを提供しているということである。これを以下「二重ビーム」という。分解構造体は、図６に示したものと実質的に同一である。 The most important feature of the present invention, which distinguishes it from the “previous invention” using a beam (single beam), is that two beam sources are used, one on each side of the virtual reference plane. The two beams are provided at regular intervals. This is hereinafter referred to as “double beam”. The decomposition structure is substantially the same as that shown in FIG.
２つのビーム源の間隔（２つのビーム抽出領域の間隔）、及び、結果として抽出されたビーム間の間隔は非常に重要である。何故ならば、これは、２つのビーム間におけるビームが存在しない領域の大きさを決定し、そして、これは、第１のビームストッパ（図６及び７における構成要素１１５）によって、「先の発明」において生じた、ビーム電流の損失を結果的に伴う中空ビームに相当するからである。従って、伝送制限構造体（図６及び７の構成要素１１４）の開口の大きさは、２つのビームの間隔によって決定される。従って、この間隔が大きくなるに従って、望ましくないすべてのビームを依然として除去しながら、分解構造体を通って伝送可能な種のパラメータ（質量、エネルギ及び帯電状態）の範囲も大きくなる。２つのビーム源は、（これに限定される訳ではないが）同一の荷電粒子源における２つの平行な開口である。「源」とは、各ビームの起点であって、荷電粒子生成装置（通常はイオン源）全体を意味するものではない。これらの２つのビーム源の各々は、それぞれ、イオン抽出集束システムを有しており、これによって、各ビームの仮想基準面からの最小距離が決定される。
The spacing between the two beam sources (the spacing between the two beam extraction regions) and the resulting spacing between the extracted beams is very important. Because this determines the size of the region where there is no beam between the two beams, and this is determined by the first beam stop (
これらの２つのビームによって、「先の発明」の磁極の列状体を依然として用いながら、中央のビームが存在しない領域においてビーム損失が生じない状態で、単一のビームの２倍の電流が提供される。必要な種の粒子を含む、複数の同位体及び複数の分子イオンを用いることに起因して、必要な粒子の電流も増加する。 These two beams provide twice the current of a single beam with no beam loss in areas where there is no central beam, while still using the “prior invention” pole array. Is done. Due to the use of multiple isotopes and multiple molecular ions, including the required species of particles, the required particle current also increases.
ここで、「仮想基準面」とは、物理的な物の表面ではなく、幾何学的な観点において、幅を有するが、厚さを有さない表面である。磁極の列状体は、この表面の両側に位置している。複数の磁極は、電磁気的に生じるものでもよく、また、永久磁石であってもよい。 Here, the “virtual reference plane” is not a surface of a physical object, but a surface having a width but not a thickness from a geometric point of view. Magnetic pole arrays are located on both sides of the surface. The plurality of magnetic poles may be generated electromagnetically or may be permanent magnets.
磁極の列状体は、「先の出願」に関して記載されている。広がりをもった複数の交差磁界領域の入口及び出口領域が、列状体の伸張方向に伸びるように、この列状体の伸張方向の長さは、ビームのあらゆるサイズや、断面に関するすべての特徴を含む如何なる値を有していてもよい。この伸張方向は、横断面が、その伸張方向に相互に平行に伸びるという特徴をもって、直線的であってもよい。また、これは、横断面が、同心円状の円弧状通路を構成するという特徴をもって、円弧状であってもよい。 The array of poles has been described with respect to the “prior application”. The length of the column in the direction of extension of the multiple crossed magnetic field regions with extensions extends in the direction of extension of the column. It may have any value including This extension direction may be straight with the feature that the cross-sections extend parallel to each other in the extension direction. It may also be arcuate, with the feature that the cross section constitutes a concentric arcuate path.
この第の観点において、フリンジ磁界は、磁極の磁化方向に依存して、必ずしも、列状体の伸張方向と直交する平面内で湾曲している必要はなく、仮想基準面と直交する平面内で湾曲している。 In this first aspect, the fringe magnetic field does not necessarily have to be curved in a plane orthogonal to the extension direction of the columnar body, depending on the magnetization direction of the magnetic poles, but in a plane orthogonal to the virtual reference plane. It is curved.
パラメータに依存する集束作用は、仮想基準面と直交する平面上で生ずる。ビームの集束作用は、ビームの荷電粒子の移動方向に生じ、従って、この集束平面（図２の００２）の向きは、ビームが、実質的に幅を有する集束フリンジ磁界領域（図６の００４ｅｘ及び００５ｅｎ）を通過するときに、そのビームの方向に従って変化する。 The parameter-dependent focusing action occurs on a plane perpendicular to the virtual reference plane. The focusing effect of the beam occurs in the direction of movement of the charged particles of the beam, so the orientation of this focusing plane (002 in FIG. 2) is such that the beam has a substantially fringe field region (004ex and 005en), it changes according to the direction of the beam.
第２の主な特徴における本発明によれば、前記仮想基準面は、対称面であり、前記仮想基準面の一方の側における複数の磁極は、前記仮想基準面の他方の側に対して物理的に対称な形状を有しており（この対称性は、磁界の方向には適用されない）、そして前記湾曲磁界は、磁極の列状体の前記伸張方向と直交する平面において、湾曲している装置が提供される。 According to the present invention in the second main feature, the virtual reference plane is a symmetrical plane, and the plurality of magnetic poles on one side of the virtual reference plane are physically connected to the other side of the virtual reference plane. Have a symmetrical shape (this symmetry does not apply in the direction of the magnetic field), and the curved magnetic field is curved in a plane perpendicular to the direction of extension of the magnetic pole array An apparatus is provided.
この第２の特徴において、仮想基準面は、平坦な対称面であり、二重ビームと関連付けて配置された磁極の列状体は、この平面に関して対称である。この特徴において、湾曲したフリンジ磁界は、この対称面と直交し、且つ、伸張方向と直交する平面上で湾曲する。このような配向は、磁極の列状体によってもたらされており、この列状体においては、磁化の方向のすべてが、配列の横断面方向の平面上に位置している。この第２の特徴は、本発明の最も好ましい実施形態、特に、本願の明細書に記載された実施形態を説明するものである。 In this second feature, the virtual reference plane is a flat symmetry plane, and the array of magnetic poles arranged in association with the dual beam is symmetric about this plane. In this feature, the curved fringe magnetic field is curved on a plane perpendicular to the plane of symmetry and perpendicular to the extension direction. Such an orientation is provided by an array of magnetic poles in which all of the magnetization directions lie on a plane in the cross-sectional direction of the array. This second feature describes the most preferred embodiment of the present invention, in particular the embodiment described in the specification of the present application.
第３の主な特徴における本発明によれば、磁極の前記列状体の前記伸張方向は、直線的であり、荷電粒子の前記２つのビームの各々において、荷電粒子の初期伝播方向と実質的に同一の方向は、前記列状体の前記伸張方向に対して直行しており、そして、前記対称面の各々の側において、前記２つのビームは、実質的に平行なビームであると共に、前記仮想基準面に対して実質的に平行であるが、前記仮想基準面から離れている装置が提供される。 According to the invention in a third main feature, the extension direction of the array of magnetic poles is linear, and substantially in each of the two beams of charged particles, the initial propagation direction of charged particles. The same direction is orthogonal to the direction of extension of the array, and on each side of the plane of symmetry, the two beams are substantially parallel beams, and An apparatus is provided that is substantially parallel to the virtual reference plane, but remote from the virtual reference plane.
（通常は、抽出された複数のビームは発散するが、）平行な複数のビームに集束することにより、２つのビームに関する対象の複数の位置（ビームの見掛けの起源）が同一であり、そして、無限遠に置かれるという重要な結果がもたらされる。これは、ビームを、ビームの中心を移動させた状態の単一の平行なビームであると判断することができ、このビームは、対称面上のクロスオーバに集束することを意味する。 By focusing on parallel beams (usually the extracted beams diverge), the multiple locations of the object (the apparent origin of the beams) for the two beams are the same, and The important result is that it is placed at infinity. This can mean that the beam is a single parallel beam with the center of the beam moved, which means that the beam is focused on a crossover on the plane of symmetry.
第４の主な特徴における本発明によれば、前記分解手段は、２つのバリヤ間に配置された分析開口であって、前記分析開口は、磁極の前記列状体の前記伸張方向に沿って伸びていると共に、前記仮想基準面上において、１つの望ましい荷電粒子ビームの１つの集束点、又は、複数の異なるパラメータを有する１つを超える望ましい荷電粒子ビームの複数の集束点の位置に位置しているところの分析開口と、前記仮想基準面に対して直交する１つの平面又は複数の平面において、磁極の列状体の前記伸張方向に沿い、そして、磁極の前記列状体の前記伸張方向と平行に伸びて、複数の軌道に従った好ましくない複数の粒子が、分析開口の各々の側において、前記２つのバリヤによって遮られた領域を超えて集束することを防止するための伝送制限手段とを備えるところの装置が提供される。 According to the invention in a fourth main aspect, the disassembling means is an analysis opening disposed between two barriers, the analysis opening being along the direction of extension of the array of poles. And extending over the virtual reference plane at one focal point of a desired charged particle beam or more than one focal point of more than one desired charged particle beam having different parameters. The analysis aperture and the plane or planes orthogonal to the virtual reference plane along the extension direction of the pole array and the extension direction of the pole array A transmission control to prevent undesired particles extending parallel to the trajectory from converging on each side of the analysis aperture beyond the area obstructed by the two barriers. Device where and means are provided.
この第４の特徴において、分解構造体は、分析開口内において、１又は１を超える集束クロスオーバ（その位置は、特定の種に関する荷電粒子のパラメータの複数の値によって決定される）をもたらす１又は１を超える種の荷電粒子の分解構造体を通って伝送を許容するように構成されている。 In this fourth feature, the resolution structure provides one or more than one focusing crossover (the position of which is determined by multiple values of the charged particle parameter for a particular species) within the analysis aperture 1 Alternatively, it is configured to allow transmission through a decomposition structure of more than one species of charged particles.
この第３の主な特徴の重要な更なる特徴は、荷電粒子のパラメータの複数の値に関する特別な範囲を有する種の荷電粒子が開口を通って伝送されることを許容する伝送制限開口の開口サイズを実現するように、ビームの分解度を選択することができることである。ビームの分解度が大きくなるに従って、伝送制限開口を通って伝送可能な種の荷電粒子の範囲が大きくなる。イオン質量に従って分解する実際の重要な場合には、この範囲を、伝送されるべき最も重いイオンの何分の一かである、伝送されるべき最も軽いイオンの質量として表現することができる。この分解構造体は、磁極の列状体によってでは偏向されず、又は、集束されないエネルギ中性粒子や、荷電粒子源装置において発生する加速されない中性粒子を含む、他の好ましくないビームのすべてを除去する。 An important further feature of this third main feature is that the aperture of the transmission limiting aperture that allows species of charged particles having a special range for multiple values of the parameter of the charged particle to be transmitted through the aperture. The resolution of the beam can be selected to achieve the size. As the beam resolution increases, the range of species of charged particles that can be transmitted through the transmission limiting aperture increases. In the case of the actual important case of decomposing according to the ion mass, this range can be expressed as the mass of the lightest ion to be transmitted, which is a fraction of the heaviest ion to be transmitted. This decomposition structure can be used for all other undesired beams, including energetic neutral particles that are not deflected or focused by magnetic pole arrays or unaccelerated neutral particles generated in charged particle source devices. Remove.
磁極の列状体の対称面上における集束クロスオーバの位置は、２つのビーム間の距離によって影響を受けるものではない。 The position of the focusing crossover on the symmetry plane of the pole array is not affected by the distance between the two beams.
第５の主な特徴における本発明によれば、
正に帯電した複数の荷電粒子ビームを、細長い荷電粒子源から、前記仮想基準面の各々の側に１つずつ抽出するための抽出アセンブリを備え、前記細長い荷電粒子源は、前記２つの荷電粒子ビーム内の粒子の抽出方向と実質的に同一の方向と直交する方向に伸びており、前記抽出アセンブリの各々は、前記荷電粒子源から粒子を抽出し、そして、前記荷電粒子源のプラズマ面から抽出されたビームの光学特性を制御するための１つの加速領域と、これに続いて、他の任意の加速領域または減速領域と、複数のビームを実質的に平行な要求された起動に集束させるための加速領域と、磁極の列状体に入るビームの空間電荷の中和を維持するために必要な電子を集束し、そして／又は、反射するための減速領域とを有している装置が提供される。
According to the invention in its fifth main feature,
An extraction assembly for extracting a plurality of positively charged charged particle beams from an elongated charged particle source, one on each side of the virtual reference plane, the elongated charged particle source comprising the two charged particles Extending in a direction substantially perpendicular to the direction of extraction of the particles in the beam, each of the extraction assemblies extracts particles from the charged particle source and from the plasma surface of the charged particle source One acceleration region for controlling the optical properties of the extracted beam, followed by any other acceleration region or deceleration region, and focusing the beams to the required activation substantially parallel A device having an acceleration region for focusing and a deceleration region for focusing and / or reflecting electrons necessary to maintain space charge neutralization of the beam entering the pole array Provided.
重要なのは、集束が質量に依存しないように２つのビームを静電的に集束させ、すべてのイオン質量を平行なビームに集束させることができることである。２つのビームのための抽出構造対及び集束構造体は、空間を必要としており、この空間が、ビームの対称面からの最小距離を制限している。 Importantly, the two beams can be electrostatically focused so that the focusing is mass independent, and all ion masses can be focused into parallel beams. The extraction structure pair and the focusing structure for the two beams require a space, which limits the minimum distance from the plane of symmetry of the beam.
本発明の実施形態を、例示の目的で添付図面を参照しながら、以下に説明する。添付図面のうちの幾つかは、「先の発明」に係る装置を示しており、添付図面において、
図１０は、「本発明」に係る複数の永久磁極からなる列状体を、これらの磁極の伸張方向に見て、ビームの軌道を示す横断面図であり、複数の必要なビームが分析開口及びビーム伝送制限開口を通り、次いで、目標に向かって伝送されている状態を示す図であり、
図１１は、「本発明」に係る複数の永久磁極からなる列状体を、これらの磁極の伸張方向に見て、ビームの軌道を示す横断面図であり、反射した水素イオンビームの発散及び集束を示す図であり、
図１２は、実質的に平行な二重ビームの複数のシステムを形成するための抽出及び集束システムを示す図であり、
図１３は、規則的に間隔をあけて平行に配置された対称面を有する二重ビームの複数のシステムのための磁石を示す図である。
Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Some of the accompanying drawings show an apparatus according to the “prior invention”.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the trajectory of the beam when the array of permanent magnetic poles according to the present invention is viewed in the extension direction of the magnetic poles, and the plurality of necessary beams are analyzed apertures. And through the beam transmission limiting aperture and then transmitted towards the target,
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a beam trajectory when an array of permanent magnetic poles according to “the present invention” is viewed in the extension direction of these magnetic poles, and the divergence of the reflected hydrogen ion beam and FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating an extraction and focusing system to form a plurality of substantially parallel dual beam systems;
FIG. 13 is a diagram illustrating a magnet for a dual beam multiple system with symmetrical planes regularly spaced in parallel.
図１０は、対称面１７０２を有する複数の平面１７００間に配置された「本発明」に係るモジュールを示しており、ビームは、ジボランイオン源供給材料から生じたものである。磁極の列状体は、複数の永久磁石１７１６から構成されており、磁極の列状体の横断面形状は、反射ビーム光学特性及び伝送ビーム光学特性の双方を最適化することによって決定される。この形状は、広がりをもった複数の磁界において均一の磁界を生成するものではなく、従って、広がりをもった複数の磁界と、複数のフリンジ磁界領域の双方において、湾曲した磁界の力線が存在している。入口制限体１７１５は、起源領域を列状体の磁界から遮蔽している。ｙ方向の大きさは、１０の倍数で増加されている。
FIG. 10 shows a module according to the “present invention” disposed between a plurality of
２つの平行なビームは、伸張方向が、磁極の列状体の伸張方向（図１０の紙面と直交する）と平行な状態で、永久磁極の列状体１７１６の四重極磁界に入り、そして、必要な複数の種である質量１０、１１、１２及び１３（１０Ｂ＋、１１Ｂ＋、１０ＢＨ＋、１１ＢＨ＋イオン）が（１７０８、１７０９、１７１０及び１７１１で）集束され、ＴＬＳ１７０７における開口と、１７０５及び１７０６間に設けられた分解開口との双方を通って伝送され、そして、磁極の列状体を出て、ビームストッパ１７０４の各々の側に至る。これらの軌道は、磁気シミュレーションソフトウェア［３］を用いてモデル化される。複数の種を用いることにより、第一に、必要な種の粒子電流が、分子イオン中の他の種が受入れ可能であることを条件として、最大限にされる。
The two parallel beams enter the quadrupole field of the
ＴＬＳ１７０７は、ビームストッパ１７０２及び１７０４、並びに、分析開口バリヤ１７０６を組み合わされて、以下の幾つかの作用をもたらす：
ａ） １７０６を超えて集束するイオンを含む、高い質量を有するイオンのすべての飛翔を除去する；
ｂ） 集束せず、そして、ビーム中にあらゆる種の電子及び分子を含む平行なビーム１７０１であって、四重極の集束領域に至る前のビームに生ずる粒子間衝突によって生成される、軌道１７１２及び１７１３間のエネルギ中性粒子を除去する；
ｃ） 源からの加速されていない中性粒子、及び、集束前に抽出領域において生ずる加速されていない中性粒子１７１４の（それぞれのビーム源に対する）発散を除去する。
The
a) remove all flight of ions with high mass, including ions that focus beyond 1706;
b) A
c) Eliminate divergence (for each beam source) of unaccelerated neutral particles from the source and unaccelerated
質量の小さいイオン（強い集束作用を有する）は、分析開口バリヤ１７０５又はビームストッパ１７０３によって除去されるか、又は、反射される（ｙ方向［４］に見て、広がりをもった磁界の第１の領域において１８０度偏向される）。
Low-mass ions (having a strong focusing effect) are either removed by the
明らかなように、伝送可能な複数のイオンの種の範囲は、ＴＬＳの開口の幅によって決定され、この幅は、２つのイオンビーム間の距離（実質的に荷電粒子が存在しない、これらの２つのビームの各々と、対称面との間の領域）によって決定される。ビーム間の距離が大きくなるに従って、ＴＬＳを通過可能なイオンの種の範囲が大きくなる。 As can be seen, the range of ion species that can be transmitted is determined by the width of the TLS aperture, which is the distance between the two ion beams (substantially free of charged particles, these 2 The area between each of the two beams and the plane of symmetry). As the distance between the beams increases, the range of ion species that can pass through the TLS increases.
ボロンのための他の供給材料はＢＦ３（三フッ化ボロン）であり、この場合、伝送可能な唯一のイオンは、質量１０及び１１のボロン（２０％及び８０％の量）である。複数のイオンの種の伝送に関する限定された範囲があったとしても、「先の発明」において、１０及び１１の質量の伝送を許容するのに必要なビーム損失は、容認し難いほど大きい（このビーム損失は、１０の質量の伝送からのゲインよりも遥かに大きい）。 Another feedstock for boron is BF 3 (boron trifluoride), where the only ions that can be transmitted are boron with masses 10 and 11 (20% and 80% amounts). Even though there is a limited range for the transmission of multiple ion species, the beam loss required to allow the transmission of 10 and 11 masses in the “prior invention” is unacceptably large (this The beam loss is much greater than the gain from a 10 mass transmission).
リンのための供給材料はホスフィン（ＰＨ３）であり、必要なイオンは、３１、３２及び３３ａｍｕの質量のＰ＋、ＰＨ＋及びＰＨ２＋である。ＢＦ３をボロンイオン供給源材料として用いた場合には、イオンを含むリンを注入する際に、質量３０の１１ＢＦ＋を除去することが重要である。質量３０のイオンは、バリヤ１７０５によって除去される。
The feedstock for phosphorus is phosphine (PH 3), the required ions, 31, 32 and 33amu mass of P +, a PH + and PH2 +. When BF 3 is used as a boron ion source material, it is important to remove 11 BF + having a mass of 30 when implanting phosphorus containing ions. The ions of mass 30 are removed by the
図１１は、「本発明」の他の重要な特徴を示している。図１１は、図１０と同一のモジュールを示しているが、１０−１３の質量（ＢＨｎ ＋イオン）を伝送する場合の、水素イオンビームの軌道を示している。イオン源において、水素化物供給材料を用いて、ボロン又は燐を注入するために本発明を用いる場合に、最も軽量のイオンであるプロトンは、常に反射され、相当な量のプロトンの流れが存在し、その結果として、プロトンが抽出領域に入ることを阻止することが重要である。発散する反射ビームは、反射ビーム全体が複数の面１８０７上に集まるのに十分な中空状を有するように、プロトン１８０１の軌道が構成される。
FIG. 11 illustrates another important feature of the “present invention”. FIG. 11 shows the same module as FIG. 10, but shows the trajectory of the hydrogen ion beam when transmitting 10-13 masses (BH n + ions). When using the present invention to implant boron or phosphorus using a hydride feed material in an ion source, the lightest ion, proton, is always reflected and there is a significant amount of proton flow. As a result, it is important to prevent protons from entering the extraction region. The orbit of the
１０−１３の質量を伝送するときの水素分子イオンＨ２ ＋及びＨ３ ＋の軌道を、１８０２及び１８０３において、バリヤ１８０５及び１８０６上にそれぞれ集まる集束ビームとして示す。永久磁石の構成要素１８０９の位置によって、これらの軌跡の形状が決定される。ＰＨ３（ホスフィン)を用いて３１−３３の質量（Ｐ＋、ＰＨ＋及びＰＨ２ ＋）を伝送すると、３つの水素イオンのすべてが反射されて、１８０７に集まる。図１１における構造体１８０５、１８０６及び１８０７、並びに、図１０における分解構造体の何れも、この装置中に存在しているが、説明を容易にするために２つの図面に別々に示されている。２つのビーム間のビームが存在しない領域が大きいため、反射ビームの集合特性は、「先の発明」よりも優れている。
The trajectories of hydrogen molecular ions H 2 + and H 3 + when transmitting a mass of 10-13 are shown as focused beams gathering on
本発明の他の重要な特徴は、「先の発明」の単一のビームではなく、磁極の列状体を有する各モジュールにおいて２つのビームを有していることに起因して、ビーム電流が増加していることである。 Another important feature of the present invention is that the beam current is reduced due to having two beams in each module having a pole array, rather than the single beam of the “prior invention”. It is increasing.
図１２は、１９０２の位置に対称面を有する二重ビーム抽出・集束システムの、面１９０１間のモジュールを概略的に示す図である。複数のビームは、抽出（及び加速）電極１９０６によって、１９０５のイオン源から抽出され、加速電極１９０７によって更に（弱い集束を伴って）加速され、そして、磁石の列状体の電位を有する減速電極１９０８によって減速され集束される。入口制限体１９０９は、磁石の列状体の外部磁界からイオン源をシールドしており、そして、１９１０が、広がりをもった磁界の第１の領域の永久磁石の列状体の始点である。
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating modules between
永久磁石を用いる場合は、伝送されるビームの（質量Ｘエネルギの）生成物は固定値を有しており、そして、ボロンは、（例えば）６２ｋｅＶの高エネルギ及び（１０−１３）の低質量を有しており、空間電荷による重大な影響を受けることはない。その結果、抽出加速、次いで、減速、次いで、必要な最終エネルギに近い値への加速、次いで、基準減速を含む、他の抽出及び集束システムを有益に実施して、ビームからの電子を反射させることによって、磁石の列状体に入るビームの空間電荷の中和を保護することができる。低ビームエネルギ（２０ｋｅＶ）を有する高質量イオンビームであるリンは、採用されるべき減速用集束システムでは、高すぎる空間電荷を有している。 When using a permanent magnet, the product (mass x energy) of the transmitted beam has a fixed value, and boron has a high energy of (for example) 62 keV and a low mass of (10-13). And is not significantly affected by space charge. As a result, other extraction and focusing systems are beneficially implemented to reflect electrons from the beam, including extraction acceleration, then deceleration, then acceleration to a value close to the required final energy, then reference deceleration. This protects the neutralization of the space charge of the beam entering the magnet array. Phosphorus, a high-mass ion beam with low beam energy (20 keV), has a space charge that is too high for the decelerating focusing system to be employed.
図１３は、平面２０００間に中心モジュールを有する分析用永久磁石を含む５つの二重ビームモジュールを概略的に示す図である。２つのビーム２００２は、イオン源２００１から抽出され（抽出システムは図示されていない）、（磁極の列状体の外部磁界からイオン源を遮断するために設けられた）入口制限領域２００３を通って、永久磁石の列状体２００４、２００５の広がりをもった交差磁界領域によって形成された複数の、即ち、四重磁石内に入る。５つのモジュールは、矢印２００７によって概略的に示された磁気回路を共有している。永久磁石を出るビーム２００８は、伝送されるべきイオンの質量によって決定される固定値を有しており、その磁石と目標との間の領域で、その最終エネルギに加速又は減速される。
引用文献
［１］欧州特許出願第１０９０４１１Ｂ１
［２］米国特許第６４９８３４８Ｂ２
［３］PC-Opera,ベクターフィールドリミテッド、オックスフォード、イングランド、ＵＫ
［４］文献［１］における図９Ｂの９７Ｂ
FIG. 13 schematically illustrates five dual beam modules including an analytical permanent magnet having a central module between
Cited Reference [1] European Patent Application No. 1090411B1
[2] US Pat. No. 6,498,348B2
[3] PC-Opera, Vector Field Limited, Oxford, England, UK
[4] 97B in FIG. 9B in document [1]
Claims (16)
複数の細長い磁極からなり、一方向に伸びる列状体であり、前記磁極の長手方向が前記列状体の伸張方向に伸び、そして、磁極が、前記伸張方向と直交する平面において、一定の横断面形状を有する列状体であって、磁極の前記列状体は、前記装置の構成要素を配置するための基準を提供するための仮想基準面を有しており、前記仮想基準面は、磁極の前記列状体の前記伸張方向に伸びると共に、少なくとも１つの磁極が前記仮想基準面の一方の側に位置するように列状体を通過しているところの磁極と、
磁極の前記列状体の磁界に入り、又は、前記磁界から発生する、荷電粒子の２つのビームを提供するための２つのビーム源であり、前記２つのビームの各々と、前記仮想基準面との間に、荷電粒子が実質的に存在しない領域を提供するように、前記仮想基準面のそれぞれの側に１つずつ、前記仮想基準面から間隔をあけて設けられたビーム源であって、前記２つのビームの各々は、前記ビームを横切る所定の位置において、前記ビームの初期伝播方向と実質的に同一の方向を有すると共に、前記初期伝播方向と直交する細長い横断面を有しており；前記ビームの前記細長い横断面が、前記仮想基準面と平行な方向に伸びており；前記磁極は、磁極の前記列状体の前記伸張方向と直交する平面において、磁極の前記列状体内を移動する荷電粒子の、パラメータに依存する分散をもたらして、前記初期伝播方向と実質的に同一の方向が、前記仮想基準面と実質的に平行であると共に、磁極の前記列状体の伸張方向以外の方向にある状態にするように構成されているところのビーム源と、
前記パラメータに依存する集束によって、前記２つのビームから必要な粒子を選択するための分解手段と
を備え、
複数の前記磁極は、前記列状体の前記伸張方向と直行する平面において、磁極の前記列状体により、物理的に対向する磁極間に、前記仮想基準面を横切る磁界方向を有する、磁界の少なくとも１つの広がりをもった交差磁界領域が提供されるように構成されており、磁界の前記少なくとも１つの広がりをもった交差磁界領域は、入口及び出口領域を有しており、前記入口及び出口領域は、列状体における個々の対向する磁極と関連して、複数の磁極の前記列状体の伸張方向に沿って伸びていると共に、磁界の前記交差磁界領域にそれぞれ至り、そして、そこから出ており、前記入口及び出口領域は、前記仮想基準面と直交する平面において湾曲した複数の湾曲磁界をもたらしており、
磁極の列状体の磁界内に進入し、又は、そこから発生すると共に、前記仮想基準面と実質的に平行な移動方向をもって、前記交差磁界領域内を移動する２つのビームの各々の荷電粒子が、磁界の前記交差磁界領域によって、前記仮想基準面上において曲線運動を行い、そして、少なくとも１つの出口又は入口領域の前記湾曲磁界を、前記入口又は出口領域に対して直角な角度で通過して、荷電粒子の前記２つのビームに、パラメータに依存する集束作用をもたらし、もって、ビームの荷電粒子の移動方向を含む、前記仮想基準面と直交する平面において、パラメータに依存する集束作用を付与し、前記パラメータの複数の異なる値に基づいて、前記２つのビームの異なる粒子に、パラメータに依存する集束作用を付与するように、磁界の前記少なくとも１つの交差磁界領域、並びに、前記入口及び出口領域が構成されて
おり、
前記仮想基準面に対して直交する平面において、複数の異なる集束点で、２つのビームの各々における荷電粒子の、パラメータに依存する集束によって、前記パラメータについての複数の異なる値に基づいて、前記２つのビームから必要な粒子を選択するように、前記分解手段は構成されている
ことを特徴とする装置。 An apparatus for effecting different effects on a charged particle based on a plurality of different values for one or more parameters of the charged particle, including a plurality of charged particle mass and / or energy and / or charge state Is:
A plurality of elongated magnetic poles, each extending in one direction, the longitudinal direction of the magnetic poles extending in the extension direction of the array, and the magnetic poles having a constant crossing in a plane perpendicular to the extension direction A column having a surface shape, wherein the column of magnetic poles has a virtual reference plane for providing a reference for positioning the components of the device, the virtual reference plane being A magnetic pole extending in the extension direction of the columnar body of magnetic poles and passing through the columnar body so that at least one magnetic pole is located on one side of the virtual reference plane; and
Two beam sources for providing two beams of charged particles that enter or generate from the magnetic field of the array of magnetic poles, each of the two beams, and the virtual reference plane; A beam source spaced from the virtual reference plane, one on each side of the virtual reference plane, so as to provide a region substantially free of charged particles. Each of the two beams has, at a predetermined location across the beam, an elongated cross section that has substantially the same direction as the initial propagation direction of the beam and is orthogonal to the initial propagation direction; The elongate cross section of the beam extends in a direction parallel to the virtual reference plane; the magnetic pole moves in the array of poles in a plane perpendicular to the direction of extension of the array of poles Charged particles Resulting in parameter dependent dispersion, the direction substantially the same as the initial propagation direction being substantially parallel to the virtual reference plane and in a direction other than the extension direction of the array of poles A beam source configured to be in a state;
Resolving means for selecting the required particles from the two beams by focusing depending on the parameters;
The plurality of magnetic poles have a magnetic field direction across the virtual reference plane between the magnetic poles physically opposed by the columnar body of magnetic poles in a plane orthogonal to the extension direction of the columnar body. A crossed magnetic field region having at least one spread is configured to be provided, the crossed magnetic field region having a magnetic field having an inlet and an outlet region, wherein the inlet and the outlet are provided. A region extends along the extension direction of the column of magnetic poles in association with the individual opposing magnetic poles in the column and each leads to the cross-field region of the magnetic field and from there And the inlet and outlet regions provide a plurality of curved magnetic fields that are curved in a plane orthogonal to the virtual reference plane;
Charged particles of each of the two beams that enter or are generated from the magnetic pole array and move in the crossed magnetic field region with a direction of movement substantially parallel to the virtual reference plane. Is curved along the virtual reference plane by the crossed magnetic field region of the magnetic field and passes through the curved magnetic field of at least one outlet or inlet region at an angle perpendicular to the inlet or outlet region. Thus, the two beams of charged particles have a parameter-dependent focusing action, and thus a parameter-dependent focusing action in a plane perpendicular to the virtual reference plane, including the direction of movement of the charged particles of the beam. And, based on a plurality of different values of the parameter, to apply a parameter-dependent focusing action to different particles of the two beams. One cross-field region even without, as well as, the inlet and outlet region is comprised,
Based on a plurality of different values for the parameter by a parameter-dependent focusing of charged particles in each of two beams at a plurality of different focusing points in a plane orthogonal to the virtual reference plane, the 2 An apparatus characterized in that the resolving means is configured to select the required particles from one beam.
おり、そして、前記パラメータについての複数の異なる値に応じて、前記対称面と直交する平面において、実質的に前記対称面上の複数の異なる焦点で、前記２つのビームの各々の異なる粒子の、パラメータに依存する集束によって、前記２つのビームから必要な粒子を選択するように、前記分解手段が配置されている、請求項１から３の何れか１つに記載した装置。 The extension direction of the array of magnetic poles is linear, and in each of the two beams of charged particles, the direction substantially the same as the initial propagation direction of the charged particles is the extension of the array. has orthogonal to the direction, and, on the side of each of said symmetry plane, the two beams, as well as a substantially parallel beam, substantially parallel to the symmetry plane (1702) But at a plurality of different focal points substantially on the plane of symmetry in a plane orthogonal to the plane of symmetry, depending on a plurality of different values for the parameter, and away from the virtual reference plane. 4. Any one of claims 1 to 3, wherein the resolving means is arranged to select the required particles from the two beams by parameter dependent focusing of different particles in each of the two beams. Described in Device.
このように反射し集束した水素イオンビーム（１８０１）は、初期交差磁界領域に入る前に、前記入力イオンビームが通過する開口（１８０８）を通って伝送されない、請求項１から４の何れか１つに記載した装置。 Arrange the beam of the two charged particles from the virtual reference plane to provide boron or phosphorus hydride, transferred boron ions and boron hydride ions, or ion source supply for phosphorus ions and phosphine ions The reflected and focused hydrogen ion beam (1801), which is generated when used as one, is one on each side of the virtual reference plane along the extension direction of the array of magnetic poles, A plurality of barriers (1807) extending parallel to the virtual reference plane, each gathered on a plurality of barriers located at a distance from the virtual reference plane, respectively, relative to the associated input ion beam;
The reflected and focused hydrogen ion beam (1801) is not transmitted through the aperture (1808) through which the input ion beam passes before entering the initial crossing magnetic field region. Equipment described in one.
２つのバリヤ（１７０５，１７０６）間に配置された分析開口であって、前記分析開口は、磁極の前記列状体の前記伸張方向に沿って伸びていると共に、前記対称面上において、１つの望ましい荷電粒子ビームの１つの集束点、又は、複数の異なるパラメータを有する１つを超える望ましい荷電粒子ビームの複数の集束点の位置に位置しているところの分析開口と、
複数のバリヤを有する伝送制限手段（１７０３，１７０４，１７０７）とを備え、前記伝送制限手段の前記複数のバリヤは、磁極の列状体の前記伸張方向に沿って伸びており、前記磁極の列状体は、前記対称面の周りに、前記対称面に対して直交する複数の面において対称に配置されて、複数の軌道に従った好ましくない複数の粒子が、分析開口の各々の側において、前記２つのバリヤ（１７０５，１７０６）によって遮られずに伝送されることを防止する、請求項４に記載した装置。 The disassembling means includes
An analysis aperture disposed between two barriers (1705, 1706), the analysis aperture extending along the direction of extension of the array of poles and on the plane of symmetry one An analysis aperture located at one focal point of the desired charged particle beam or at multiple focal points of more than one desired charged particle beam having a plurality of different parameters;
Transmission limiting means (1703, 1704, 1707) having a plurality of barriers, wherein the plurality of barriers of the transmission limiting means extend along the extension direction of the magnetic pole array, and the magnetic pole array The object is symmetrically arranged around the symmetry plane in a plurality of planes orthogonal to the symmetry plane, and undesirable particles following a plurality of trajectories are formed on each side of the analysis aperture. The device according to claim 4, which prevents transmission without being interrupted by the two barriers (1705, 1706).
前記仮想基準面から離れた位置で、前記仮想基準面の一方及び他方の側のそれぞれに１つずつ設けられ、前記初期交差磁界領域に進入し、又は、そこから発生する２つのビームをそれぞれ提供するための２つのビーム源と
を備え、
複数の前記磁極は、磁界の前記初期交差磁界領域中を移動する１又は２のビーム中の荷電粒子に、パラメータに依存する曲線運動を与えるように、前記伸張方向と直交する平面において構成されており、前記荷電粒子は、前記列状体の伸張方向に対して直行する角度で、磁界の前記交差磁界領域を出て、前記列状体の何れかの中間交差磁界領域を通過し、そして、磁界の前記最終交差磁界領域中へと移動し、一連の前記交差磁界領域は、交互極性を有している、請求項１から７の何れか１つに記載した装置。 At least two crossed magnetic field regions having at least one initial crossed magnetic field region and a final crossed magnetic field region of the magnetic field, and more than two crossed magnetic field regions having at least one intermediate region; and
One beam is provided on each of one and the other side of the virtual reference plane at a position away from the virtual reference plane, and two beams generated from the initial crossing magnetic field region are generated. Two beam sources for
The plurality of magnetic poles are configured in a plane perpendicular to the extension direction to impart a parameter-dependent curved motion to charged particles in one or two beams moving in the initial crossing magnetic field region of the magnetic field. The charged particles exit the cross field region of the magnetic field at an angle orthogonal to the direction of extension of the column and pass through any intermediate cross field region of the column, and 8. A device according to any one of the preceding claims, wherein a magnetic field moves into the final crossed magnetic field region, the series of crossed magnetic field regions having alternating polarity.
複数の細長い磁極からなり、一方向に伸びる列状体であり、前記磁極の長手方向が前記列状体の伸張方向に伸びている列状体の磁界中に荷電粒子の２つのビームを提供するステップであって、磁極の前記列状体は、前記方法の複数のステップを行うための基準を提供するための仮想基準面を有しており、前記仮想基準面は、磁極の前記列状体の前記伸張方向に伸びると共に、少なくとも１つの磁極が前記仮想基準面の一方の側に位置するように列状体を通過しており、前記２つのビームは、前記仮想基準面の各々の側に１つずつ、前記仮想基準面から間隔をあけて設けられた２つのビーム源によって提供され、前記２つのビームは、これら２つのビームの各々と、前記仮想基準面との間に設けられ、荷電粒子が実質的に存在しない領域によって分解されるところのステップと、
磁極の列状体内の前記２つのビーム中の荷電粒子を、前記仮想基準面と実質的に平行で、且つ、磁極の前記列状体の伸張方向以外の移動方向に向けるステップであって、前記２つのビームは、前記ビームを横切る所定の位置において、前記２つのビーム各々の初期伝播方向と実質的に同一の方向を有すると共に、前記初期伝播方向と実質的に同一の方向と直交する細長い横断面を有しており、前記細長い横断面が、前記仮想基準面と平行な方向に伸びているところのステップと、
磁極の前記列状体の前記伸張方向と直交する平面における磁極の構成によって発生する磁界により、荷電粒子のパラメータに依存する分散をもたらすステップと、
前記パラメータに依存する分散によって、荷電粒子のパラメータに依存する選択をもたらすステップと、
異なる粒子の前記パラメータの異なる値に基づいて、前記２つのビームの各々の異なる粒子を集束させることによって、前記ビームの荷電粒子の移動方向を含む、前記仮想基準面と直交する平面において、荷電粒子のパラメータに依存する集束作用をもたらすステップと
を含み、
磁極の前記列状体の物理的に対向する磁極間に、前記仮想基準面を横切る磁界方向を有する、磁界の少なくとも１つの広がりをもった交差磁界領域を提供するステップであって、磁界の前記少なくとも１つの交差磁界領域は、入口及び出口領域を有しており、前記入口及び出口領域は、列状体における個々の対向する磁極と関連して、複数の磁極の前記列状体の伸張方向に沿って伸びていると共に、磁界の前記交差磁界領域にそれぞれ至り、そして、そこから出ており、前記入口及び出口領域は、前記仮想基準面と直交する平面において湾曲した複数の湾曲磁界をもたらしているところのステップと、
磁極の列状体の磁界内に進入し、又は、そこから発生すると共に、前記仮想基準面と実質的に平行な移動方向をもって、前記少なくとも１つの交差磁界領域内を移動する荷電粒子に、前記交差磁界領域によって、前記仮想基準面上において曲線運動を行わせるステップと、
前記荷電粒子を、少なくとも１つの出口又は入口領域の前記湾曲磁界中を、前記入口又は出口領域に対して直角な角度で通過させ、もって、ビームの荷電粒子の移動方向を含む、前記仮想基準面と直交する平面において、荷電粒子の前記２つのビームにパラメータに依存する集束作用を付与するステップと
を行うことによって、前記パラメータに依存する集束作用をもたらすことを特徴とする方法。 A method of providing different effects on the charged particles based on a plurality of different values for one or more parameters of the charged particles, including a plurality of charged particle masses and / or energies and / or charge states. Is:
A row of elongated magnetic poles extending in one direction, providing two beams of charged particles in the magnetic field of the row with the longitudinal direction of the pole extending in the direction of extension of the row The column of poles has a virtual reference plane for providing a reference for performing the steps of the method, the virtual reference plane being the column of poles And the two beams pass on each side of the virtual reference plane so that at least one magnetic pole is positioned on one side of the virtual reference plane. Provided one by one by two beam sources spaced from the virtual reference plane, the two beams being provided between each of the two beams and the virtual reference plane, Depending on the area where the particles are substantially absent. And the step of where it is decomposed,
Directing charged particles in the two beams within a column of magnetic poles in a direction of movement substantially parallel to the virtual reference plane and other than the direction of extension of the column of magnetic poles, The two beams have, in a predetermined position across the beam, an elongated transverse cross-section that has substantially the same direction as the initial propagation direction of each of the two beams and is orthogonal to the initial propagation direction. A step, wherein the elongated cross section extends in a direction parallel to the virtual reference plane;
Providing a dispersion depending on the parameters of the charged particles by the magnetic field generated by the configuration of the magnetic poles in a plane perpendicular to the direction of extension of the array of magnetic poles;
Providing a parameter-dependent selection depending on the parameter-dependent dispersion;
Charged particles in a plane orthogonal to the virtual reference plane, including the direction of movement of the charged particles of the beams, by focusing different particles of each of the two beams based on different values of the parameters of the different particles Providing a focusing effect depending on the parameters of
Providing a crossed magnetic field region having at least one spread of a magnetic field having a magnetic field direction across the virtual reference plane between physically opposed magnetic poles of the array of magnetic poles, the method comprising: At least one cross field region has an entrance and an exit region, wherein the entrance and exit regions are associated with individual opposing magnetic poles in the array and the direction of extension of the array of poles And each of the entrance and exit regions leads to and exits the crossed magnetic field region of the magnetic field, resulting in a plurality of curved magnetic fields curved in a plane perpendicular to the virtual reference plane And the steps
Charged particles that enter or originate in the magnetic field of the magnetic pole array and move in the at least one intersecting magnetic field region with a direction of movement substantially parallel to the virtual reference plane, Causing a curved motion on the virtual reference plane by means of a crossing magnetic field region;
The virtual reference plane, which passes the charged particles through the curved magnetic field of at least one exit or entrance region at an angle perpendicular to the entrance or exit region and thus includes the direction of movement of the charged particles of the beam Applying a parameter-dependent focusing action to the two beams of charged particles in a plane orthogonal to the parameter, thereby providing the parameter-dependent focusing action.
前記方法は、
前記仮想基準面のそれぞれの側に１つずつ、前記仮想基準面から間隔をあけて、前記初期交差磁界領域内に進入し、又は、そこから発生する２つのビームの各々の中に荷電粒子を提供するステップと、
前記初期交差磁界領域内を移動する荷電粒子に、パラメータに依存する曲線運動を行わせるステップであって、前記荷電粒子は、前記列状体の伸張方向に対して直行する角度で、前記初期交差磁界領域を出て、前記列状体の何れかの中間交差磁界領域を通過し、そして、磁界の前記最終交差磁界領域中へと移動するところのステップと、
交互極性を有する連続する複数の交差磁界領域によって、前記粒子に作用を及ぼすステップと
を含む、請求項１３に記載した方法。 The virtual reference plane is a symmetry plane, and the region is composed of at least two crossing magnetic field regions, and the region includes one initial crossing magnetic field region of a magnetic field, a final crossing magnetic field region of a magnetic field, and 2. It is composed of a greater number of crossing magnetic field regions and at least one intermediate region,
The method
One on each side of the virtual reference plane, spaced from the virtual reference plane and entering the initial crossing magnetic field region or charged particles in each of the two beams generated therefrom Providing steps;
A step of causing a charged particle moving in the initial crossing magnetic field region to perform a curve motion depending on a parameter, wherein the charged particle is at an angle orthogonal to an extension direction of the columnar body. Exiting the magnetic field region, passing through any intermediate crossed magnetic field region of the array, and moving into the final crossed magnetic field region of the magnetic field;
Acting on the particles by a plurality of successive crossed magnetic field regions having alternating polarities.
前記２つのビーム源から２つのビームを抽出するステップと、
ビーム抽出集束システムにおいて、前記２つのビームを、前記仮想基準面と平行であるが、前記仮想基準面から離れた２つの実質的に平行なビームに集束させるステップと
を含む、請求項１３又は１４に記載した方法。 Providing two beams of charged particles from two beam sources;
Extracting two beams from the two beam sources;
15. In a beam extraction and focusing system, focusing the two beams into two substantially parallel beams that are parallel to the virtual reference plane but away from the virtual reference plane. The method described in.
One beam on each side of the virtual reference plane, spaced apart from the virtual reference plane, to provide two beams of charged particles to provide one or more species of electrons or molecules containing the required species. An ion beam passes through one or more focal points at an analysis aperture provided between two barriers extending along the extension direction of the column of magnetic poles on the virtual reference plane, and the virtual reference plane and 14. Transmitted through a transmission limiting aperture provided between two barriers in a plane that is orthogonal and parallel to and extending along the direction of extension of the array of poles. To 15. The method according to any one of 15 to 15.
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