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Dokumentenidentifikation DE69828613T2 29.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000995214
Titel IONENSTRAHLRAUMLADUNGSLNEUTRALISIERUNGSVORRICHTUNG UND VERFAHREN
Anmelder Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif., US
Erfinder ITO, Hiroyuki, Mibu, Tochigi 321-02, JP;
MOFFATT, Stephen, Bookham, Surrey KT23 3QU, GB
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69828613
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.07.1998
EP-Aktenzeichen 989337761
WO-Anmeldetag 10.07.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/GB98/02032
WO-Veröffentlichungsnummer 0099003125
WO-Veröffentlichungsdatum 21.01.1999
EP-Offenlegungsdatum 26.04.2000
EP date of grant 12.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse H01J 27/02
IPC-Nebenklasse H01J 37/08   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Raumladungsneutralisierung in Ionenstrahlen.

Ionenstrahlen können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden. Insbesondere können Ionen einer gewünschten Dotierungsspezies in Halbleitersubstrate implantiert werden. So genannte „Ionenimplantierer" erzeugen einen Strahl von Ionen der geforderten Dotierungsspezies, der auf das Substrat gerichtet wird, um die Ionen in das Halbleitermaterial zu implantieren.

Bei Fehlen irgendeines neutralisierenden Effekts treten bei einem Strahl, der nur Ionen einer speziellen Polarität enthält, Raumladungseffekte auf. Die gegenseitige Abstoßung der Ionen in dem Strahl führt dazu, dass sich der Strahl „aufbläht" und unkontrollierbar wird. In Bereichen eines elektrischen Feldes von Null besteht Neigung zum Eintreten einer Selbstneutralisierung von Ionenstrahlen durch die Produktion von Elektronen, die sich aus Kollisionen zwischen den Ionen des Strahls und sich langsam bewegenden Atomen von Restgas in der Vakuumkammer ergeben, durch die der Strahl hindurchgeht. In Bereichen des elektrischen Felds, beispielsweise wenn die Ionen des Strahls beschleunigt oder verzögert werden oder wenn der Strahl elektrostatisch abgelenkt wird, werden neutralisierende Elektronen schnell aus dem Strahl aufgrund ihrer hohen Mobilität entfernt.

Es ist deshalb ein Problem, Ionenstrahlen zu steuern und eine Strahlaufblähung zu verhindern, insbesondere in Bereichen, die ein externes elektrisches Feld enthalten. Der Effekt der Strahlraumladung ist besonders von Bedeutung für Strahlen niedriger Energie, da bei dem gleichen Strom des Strahls in einem Strahl mit niedriger Energie eine höhere Ionendichte vorhanden ist.

In Vorrichtungen, beispielsweise Ionenimplantiervorrichtungen, wo es erforderlich ist, einen Strahl einer vorgegebenen Energie auf ein Target zu haben, ergeben sich spezielle Probleme, wenn der Ionenstrahl zuerst aus der Ionenquelle extrahiert wird und irgendwo auf dem Strahlweg, wo die Strahlenergie geändert wird, insbesondere wo der Strahl vor dem Auftreffen auf das Target, verzögert wird. Im Falle einer Extraktion von Ionen aus einer Ionenquelle begrenzt die Notwendigkeit, einen zweckmäßig hohen Strahlstrom zu erhalten, die minimale Energie, mit der Ionen aus der Bogenkammer der Quelle extrahiert werden können. Der Bereich zwischen dem Austrittsfenster der Quellenbogenkammer und der Extraktionselektrode ist ein Bereich mit einem merklichen elektrischen Feld, in welchem Elektronen über merkliche Zeiten nicht existieren können. Im Extremfall erzeugt bei hohen Strömen und bei niedrigen Extraktionsenergien die theoretische Dichte von Ionen in dem Strahl, die die Quelle verlassen, ein Strahlpotenzial, das dem Potenzial an der Extraktionselektrode ähnlich ist. In diesem Fall begegnen die Ionen in dem Strahl dem erforderlichen Beschleunigungsfeld nicht, so dass tatsächlich kein Strahl erzeugt wird. Tatsächlich können Raumladungseffekte den Extraktionswirkungsgrad aus den Ionenquellen bei niedrigen Extraktionsenergien ernsthaft reduzieren.

Es ist deshalb übliche Praxis bei Ionenimplantiervorrichtungen, Ionen aus der Ionenquelle mit nicht weniger als einer minimalen Extraktionsenergie, typischerweise nicht weniger als 10 keV mit einem guten Wirkungsgrad zu extrahieren, häufig auch bei höheren Energien. Um einen Strahl mit niedrigerer Energie auf dem Targetsubstrat zu haben, muss der Strahl anschließend verzögert werden, wobei dann Raumladungsprobleme auch in den Bereich des Verzögerns des Feldes entstehen.

Es besteht deshalb ein Bedürfnis für einige Mechanismen für die effiziente Extraktion von Ionen aus einer Ionenquelle bei relativ niedrigen Energien und allgemeiner für Anordnungen zum Steuern und Neutralisieren von Raumladungseffekten in Ionenstrahlen, insbesondere in Bereichen mit einem extern angelegten elektrischen Feld.

Die EP-A-0 475 199 offenbart eine schnelle Atomstrahlquelle, in der ein Elektronenstrahl mit einem Ionenstrahl gemischt wird.

Die EP-A-0 774 769 offenbart eine schnelle Atomstrahlquelle, bei der ein Ionenstrahl in eine Neutralisierungskammer 23 gerichtet wird, die Metalldampf enthält.

Nach der vorliegenden Erfindung hat ein Verfahren zur Raumladungsneutralisierung in einem Ionenstrahl Ionen einer ersten Polarität, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Ionen einer zweiten Polarität zu erzeugen und Ionen mit der zweiten Polarität zur Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls einzuführen.

Die Ionen der zweiten Polarität sollten Ionen einer Spezies sein, die in dem Ionenstrahlprozess toleriert werden kann. Beispielsweise können in einem Ionenimplantierprozess die Ionen Atome sein, wie He, Ne, Ar, Kr oder Xe, oder Moleküle wie N2, CO2, CO, O2, Cl2, Br2, I2. In jedem Fall hängt die Auswahl der geeigneten Spezies von dem Bedürfnis ab, unerwünschte Reaktionen und Effekte in dem Strahlprozess zu vermeiden. Beispielsweise ist O2 nicht geeignet zur Neutralisierung eines Ionenstrahls, der aus einer Ionenquelle extrahiert wird, die eine heiße Kathode verwendet, beispielsweise eine Bernas-Quelle, da O2 die Kathode korrodieren würde. O2 kann jedoch mit HF- oder durch Mikrowelle aktivierte Ionenquellen toleriert werden.

Für eine effektive Raumladungsneutralisierung sollte die Dichte der Ionen der ersten Polarität im Bereich des Ionenstrahls gleich der Dichte von geladenen Teilchen der entgegengesetzten Polarität sein, bei der Annahme, dass sowohl die Ionen als auch die Teilchen einfach geladen sind. Die Dichte von geladenen Teilchen in einem Strahl ist jedoch proportional zur Stromdichte dieser Teilchen in dem Strahl und umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit der Teilchen in der Strahlrichtung. Die Geschwindigkeit der geladenen Teilchen ist andererseits proportional zur Quadratwurzel der Energie der Teilchen und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Masse der Teilchen.

Die Gesamtwirkung besteht darin, dass die einfach geladenen Teilchen hoher Masse viel niedrigere Geschwindigkeiten bei der gleichen Energie als leichtere Teilchen und insbesondere im Vergleich mit Elektronen haben. Somit kann die Raumladung des Strahls mit Ionen entgegengesetzter Polarität in Bereichen des Strahls wirksam neutralisiert werden, wo eine Neutralisierung durch Elektronen nicht möglich sein kann.

Um die Stromdichte der Ionen der zweiten Polarität in dem Strahl in einem Bereich des angelegten elektrischen Feldes, das zur Aufrechterhaltung der Neutralisierung erforderlich ist, zu verringern, sollte die Masse der Ionen der zweiten Polarität so groß wie möglich sein. Es können dann große Moleküle, einschließlich organischer Moleküle, zweckmäßig sein, wie B10H12, CxHy (Kohlenwasserstoffe) oder CxHyOH (Alkohole). Alternativ können auch große Cluster-Ionen verwendet werden.

Vorzugsweise sollten die Ionen der zweiten Polarität ein Verhältnis von Masse/Ladung von wenigstens 400 haben.

Bei einem bevorzugten Beispiel wird bei dem Verfahren ein externes elektrisches Feld an einem Bereich des Ionenstrahls angelegt und werden Ionen mit einer zweiten Polarität in den Bereich eingeführt. Wie vorstehend erörtert, entstehen Strahlenneutralisierungsproblemeinsbesondere in Bereichen des externen elektrischen Feldes.

Dann werden die Ionen der zweiten Polarität durch das externe elektrische Feld in einer Feldgradientenrichten beschleunigt und die Ionen zweiter Polarität können an einer Stelle in den Bereich eingeführt werden, der sich bezogen auf die erste Feldgradientenrichtung stromauf befindet.

Es ist bei Ionenstrahlvorrichtungen übliche Praxis dort, wo ein positiver Ionenstrahl zwischen einer ersten Elektrode auf einem ersten Potenzial und einer zweiten Elektrode auf einem zweiten höheren Potenzial beschleunigt oder verzögert wird, eine Elektronenunterdrückerelektrode zwischen der ersten und der zweiten Elektrode auf einem Potenzial vorzusehen, das stärker negativ als das der ersten Elektrode ist, um zu verhindern, dass Elektroden von dem Strahl über die erste Elektrode hinaus durch den Einfluss des Potenzials an der zweiten Elektrode gezogen werden. Dann werden für einen solchen positiven Ionenstrahl Ionen mit negativer Polarität vorzugsweise in der Nachbarschaft der Elektronenunterdrückungselektrode eingeführt.

Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur Raumladungsneutralisierung in einem Ionenstrahl mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Strahls von Ionen mit einer ersten Polarität, mit Einrichtungen zur Erzeugung von Ionen einer zweiten Polarität und mit Einrichtungen zum Einführen der Ionen der zweiten Polarität bereit, um den Ionenstrahl bezüglich Raumladung zu neutralisieren.

Es werden nun Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die eine schematische Darstellung einer Ionenquelle für positive Ionen mit einer Extraktionsanordnung ist, die ein Beispiel der vorliegenden Erfindung einschließt.

In der Figur hat eine Ionenquelle eine Bogenkammer 10, die als eine Bernas-Quelle gestaltet sein kann, oder eine andere bekannte Ionenquelle. Der Bogenkammer wird längs eines Rohres 11 ein Beschickungsgas, hier als BF3 gezeigt, zugeführt und die Bogenkammer arbeitet so, dass sie ein Plasma innerhalb der Bogenkammer erzeugt, in der beispielsweise die Ionen B+ und BF2+ gebildet werden. Diese positiven Ionen werden dann aus der Bogenkammer über eine Austrittsöffnung 12 zur Bildung eines Strahls extrahiert. Bei dem beschriebenen Beispiel stellt die Quelle einen Strahl von Borionen (oder BF2-Ionen) bereit, der für das Implantieren eines Siliziumsubstrats mit Bor zweckmäßig sein kann. Es können jedoch auch andere Ionen, wo es erforderlich ist, erzeugt werden, beispielsweise As+, P+ oder Ar+.

Die Ionen werden aus der Bogenkammer 10 durch die elektrischen Felder extrahiert, die von Elektroden 13 und 14 erzeugt werden. Um aus der Quelle positive Ionen zu extrahieren, werden die Bogenkammer 10 und insbesondere die vordere Fläche 15, die die Austrittsöffnung 12 enthält, auf einem positiven Potenzial bezüglich der Elektroden 13 und 14 gehalten. In der Praxis kann die Elektrode 14 die Einrittsöffnung für einen Masseanalysemagneten bilden und steht gewöhnlich auf Massepotenzial. Der Masseanalysiermagnet und ein darauf folgender Masseselektierschritt werden dazu verwendet, aus den Ionen, die aus der Bogenkammer 10 gezogen werden, Ionen der genauen Masse zu selektieren, die für das Implantieren erforderlich ist. Beispielsweise können der Masseanalysator und der Masseauswählschlitz B+-Ionen für eine Vorwärtsübertragung auf das Halbleitersubstrat-Target auswählen. In der Zeichnung sind weder der Massenanalysatormagnet noch die darauf folgenden Elemente des Strahlwegs zum Substrat-Target gezeigt. Diese Bauelemente können typisch für die beim Stand der Technik handelsüblich verwendeten sein.

Um zu gewährleisten, dass Ionen, die in den Masseanalysatormagnet eintreten, durch die Elektrode 14 hindurchgehen, eine genau definierte Energie haben, wird das Potenzial der Vorderfläche 15 der Bogenkammer 10 durch eine Leistungseinspeisung 16 gesteuert. Bei dem gezeigten Beispiel sorgt die Leistungseinspeisung 16 für ein Potenzial von etwa 2 kV oder weniger an der Frontfläche, so dass die Energie des Strahls in dem Massenanalysator dementsprechend 2 keV oder weniger abhängig von dem angelegten Potenzial beträgt.

Die Elektrode 13 bildet eine Elektronenunterdrückungselektrode und wird von einer Stromeinspeisung 17 auf ein negatives Potenzial bezüglich der Elektrode 14 gesetzt, so dass Elektronen in dem Strahl stromab von der Elektrode 14 daran gehindert werden, in Richtung des Pfeils 18 aus dem Strahl durch das positive Potenzial an der Bogenkammer 10 gezogen zu werden. Auf diese Weise wird die Raumladungsneutralisierung in dem Analysatormagneten stromab von der Elektrode 14 in großem Umfang aufrechterhalten.

Bei dem beschriebenen Beispiel beträgt das Potenzial an der Unterdrückungselektrode 13 etwa –200 V, es können jedoch Unterdrückerpotenziale von mehreren kV unter dem Massepotenzial des Analysatormagneten und der Elektrode 14 verwendet werden.

Wie in der Zeichnung zu sehen ist, steht ein beträchtliches elektrisches Feld zwischen der Austrittsöffnung 12 der Bogenkammer und der Unterdrückungselektrode 13 und auch, jedoch in geringerem Ausmaß, zwischen der Unterdrückungselektrode 13 und der Massenelektrode 14 am Eintritt zum Massenanalysator. In diesen Bereichen haben die Elektroden in dem Strahl eine sehr kurze Verweilzeit aufgrund ihrer geringen Masse und ihrer hohen Mobilität. Als Folge ist eine Raumladungsneutralisierung durch Elektronen in dem Strahl in diesen Bereichen nicht wirksam.

Bei dem beschriebenen Beispiel wird Argon als Quellengas längs eines Rohrs 20 zugeführt, das in einer Kammer 21 expandiert. Die plötzliche Expansion des gasförmigen Argons in der Kammer 21 führt dazu, dass Cluster von Argonatomen zusammen kondensieren und Cluster erzeugen, von denen jeder wenigstens 100 Atome und in geeigneten Zuständen bis zu 1000 Atome oder mehr erzeugen.

Innerhalb der Kammer 21 emittiert eine erhitzte Kathode 22 Elektronen, die durch eine Gitterelektrode 23 beschleunigt werden. Die Kathode 22 wird relativ zu dem Gitter 23 durch eine Stromquelle 24 vorgespannt, um Elektronen niedriger Energie (unter etwa 50 eV) zu erzeugen. Das erhaltene „Spray" von Elektronen niedriger Energie, das durch das Gitter 23 hindurch geht, ionisiert Argoncluster in der Kammer 21, wodurch negativ geladene Cluster-Ionen gebildet werden. Die Cluster-Ionen in der Kammer 21 diffundieren aus der Kammer durch eine Öffnung 25 unmittelbar in der Nähe der Elektronenunterdrückerelektrode 13.

Die sich ergebende Flut von negativ geladenen Cluster-Ionen, die aus der Öffnung 25 austritt, trägt dazu bei, die Raumladung des Teils des Ionenstrahls zwischen der Austrittsöffnung 12 und der Bogenkammer 10 und der Unterdrückerelektrode 13 zu neutralisieren.

Wie vorher für die gesamte Raumladungsneutralisierung erklärt wurde, sollte die Dichte in einem speziellen Bereich des Ionenstrahls von positiven Ionen gleich der Dichte der negativen Cluster-Ionen (Nb = Nc) sein.

Weiterhin ist Nb = Jb/evb = Nc = Jc/evc, wobei

Jb
die Stromdichte ist, die sich aus den positiven Ionenstrahlen ergibt,
vb
die Geschwindigkeit dieser Ionen in dem Strahl ist,
Jc
die Stromdichte des Strahls von negativen Cluster-Ionen ist und
vc
ihre Geschwindigkeit ist.

Wenn an einer besonderen Stelle des Strahls die Energie der erforderlichen positiven Ionen gleich der Energie der negativen Cluster-Ionen ist, gilt mb vb2 = mc vc2 wobei mb die Masse der positiven Ionen und mc die Masse der Cluster-Ionen sind.

Aus dem vorstehenden ergibt sich

In der Kammer 21 werden Cluster-Ionen, die zwischen 200 und 300 Argonatome aufweisen, gewöhnlich ausgebildet. Nimmt man jedoch ein Minimum von 100 Atomen in einem Cluster-Ion, ist mc ≥ 4000 und mehr. Wenn das positive Ion in dem Ionenstrahl B+ (Masse 10,8) ist, wird mc/mb ≈ 400 und Jb/Jc ≈ 20.

Somit muss für eine volle Raumladungsneutralisierung in dem Bereich des Strahls, wo sowohl die positiven Ionen als auch die negativen Cluster-Ionen die gleiche Energie haben, der Strom von Cluster-Ionen in dem Strahl, beschleunigt durch das elektrische Feld zu der Austrittsöffnung 12 der Bogenkammer 10 hin, etwa ein Zwanzigstel des Strahlstroms von Borionen aus der Bogenkammer haben. Für einen typischen Borstrahlstrom von 5 mÅ bedeutet dies einen Cluster-Ionenstrom von 0,25 mÅ.

In der Figur ist eine Leistungsquelle 26 dargestellt, die für das Anlegen einer negativen Vorspannung an die Cluster-Ionenquelle bezüglich der Elektronenunterdrückungselektrode 13 vorgespannt ist. Tatsächlich kann die Cluster-Ionenquelle auf dem gleichen Potenzial wie die Unterdrückerelektrode 13 gehalten werden, was auf einer positiven Restladung in dem Ionenstrahl beruht, um Cluster-Ionen aus der Öffnung 25 und in den Strahl zu ziehen. Es kann jedoch eine kleine negative Vorspannung zusätzlich an die Cluster-Ionenquelle angelegt werden, um den Strom von Cluster-Ionen zu steuern.

Bei dem dargestellten Beispiel ist die Cluster-Ionenquelle so gezeigt, dass sie Cluster-Ionen auf die Aufstromseite der Unterdrückerelektrode liefert. Da die Potenzialdifferenz zwischen der Bogenkammer 10 und der Unterdrückerelektrode 13 wahrscheinlich größer ist als die zwischen der Unterdrückerelektrode 13 und der geerdeten Elektrode 14, ist das Problem der Raumladungsunterdrückung in diesem Bereich besonders ernsthaft, insbesondere wenn man relativ hohe Ströme bei niedriger Energie aus der Bogenkammer 10 extrahieren möchte. Andererseits können jedoch andere Cluster-Ionen auf der anderen Seite der Unterdrückerelektrode 13 verwendet werden, um eine Raumladung in dem Ionenstrahl in dem Bereich zwischen der Unterdrückerelektrode 13 und der Masseelektrode 14 zu neutralisieren.

Das oben beschriebene Beispiel der Erfindung bezieht sich auf einen positiven Ionenstrahl mit Borionen. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen auf andere gewünschte positive Ionenstrahlen anwendbar. Die Erfindung kann auch bei Strahlen von negativen Ionen eingesetzt werden, wobei in diesem Fall positive Cluster-Ionen eingeführt werden. Positive Cluster-Ionen können in der Kammer 21 dadurch gebildet werden, dass die kondensierten Cluster von Atomen mit Elektronen höherer Energie besprüht werden.

Die vorstehenden Beispiele beschreiben ferner die Verwendung von Argon-Cluster-Ionen. Es können andere Gase verwendet werden, die hergestellt sind, um große Cluster von Ionen zu erzeugen. Für Ionenimplantierzwecke sollten die Cluster-Ionen aus einer Spezies bestehen, die in dem Implantierprozess toleriert werden kann. Für eine minimale Mobilität der Cluster-Ionen in den Bereichen des Ionenstrahls mit elektrischem Feld werden relativ schwere Atome bevorzugt, beispielsweise Xenon.

Das oben beschriebene Beispiel bezieht sich auch auf die Neutralisierung des Ionenstrahls an der Stelle der Extraktion aus der Bogenkammer der Ionenquelle. Beispiele der Erfindung können auch an anderen Bereichen des Strahls verwendet werden, wo ein externes elektrisches Feld die Lebenszeit von Elektroden in dem Strahl extrem kurz macht, so dass die Raumladungsneutralisierung ein Problem wird. Beispielsweise kann die negative Cluster-Ionenneutralisierung in einem Bereich verwendet werden, wo der Ionenstrahl beschleunigt wird und insbesondere mittels eines elektrischen Feldes vor dem Auftreffen auf ein Target verzögert wird.

Zur Bereitstellung einer Strahl-Raumladungsneutralisierung in einem Bereich, wo ein Strahl quer abgetastet wird, können ebenfalls Cluster-Ionen verwendet werden. In diesem Fall kann der beschriebene Cluster-Ionen-Neutralisierungsprozess auch zweckmäßig sein, wenn die Strahlabtastung von magnetischen Feldern anstatt von elektrischen Feldern ausgeführt wird. In solchen Bereichen kann die Selbstneutralisierung des Ionenstrahls durch die Erzeugung von Elektronen in Folge Kollisionen mit Restgasatomen unzureichend sein für die Aufrechterhaltung einer adäquaten Kontrolle des Strahlpotenzials. Der Strahl kann zu schnell abgetastet werden, um zu ermöglichen, dass sich ausreichende Anzahlen von Elektroden in dem Strahl in für eine adäquate Neutralisierung ansammeln. Ein Fluten des Abtastbereichs mit massiven negativen Cluster-Ionen sollte die Strahlenneutralisierung wesentlich verbessern.

Es können auch Ionen mit entgegengesetzter Polarität für die Neutralisierung in einem Ionenstrahl an anderen Stellen längs des Strahls zwischen der Ionenstrahlquelle und dem Ionenstrahlprozesstarget verwendet werden. Beispielsweise können solche Ionen mit entgegengesetzter Polarität in den Ionenstrahl injiziert werden, der ein Volumen eines Magneten enthält, der für die Massenanalyse (oder Energieanalyse) des Prozessionenstrahls verwendet wird. Es kann dann eine verbesserte Strahlenneutralisierung und Steuerung in dem Magneten erreicht werden, insbesondere bei niedrigen Strahlenergien und hohen Strahlströmen. Ionen entgegengesetzter Polarität können auch zur Neutralisierung eines Ionenstrahls in so genannten Drift-Bereichen mit keinem elektrischen oder magnetischen Feld verwendet werden. Beispiele für Drift-Bereiche einer Ionenimplantiervorrichtung liegen zwischen der Ionenquellen-Extraktionsoptik und dem Eintritt in den Masseanalysatormagneten, zwischen dem Masseanalysatormagneten und dem Massentrennsystem sowie zwischen einer Massenselektionsbeschleunigungs-(oder-Verzögerungs-)Nachstufe und einem Substratneutralisiersystem.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Cluster-Ionen zur Strahlenneutralisierung beschränkt. Verbesserungen bei der Strahlsteuerung können mit Ionen der zweiten Polarität erreicht werden (Negativionen für einen positiven Ionenstrahl). Sogar He* hat eine Masse von 4, was etwa das 104-fache der Ruhemasse eines Elektrons ist (≈ 5,5 × 10–4), so dass die Stromdichte von He* für den gleichen Neutralisiereffekt nur ein Hundertstel von dem für Elektronen beträgt. Insgesamt sollten die Ionen der zweiten Polarität von einer Spezies sein, die keine wesentlichen nachteiligen Effekte in dem Prozess haben. Bevorzugt werden Ionen und Cluster-Ionen mit größerer Masse, insbesondere für die Neutralisierung in Bereichen des angelegten elektrischen Feldes.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Raumladungsneutralisierung in einem Ionenstrahl, der Ionen einer ersten Polarität aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Ionen einer zweiten Polarität zu erzeugen und die Ionen mit der zweiten Polarität zur Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls einzuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein äußeres elektrisches Feld an einen Bereich des Ionenstrahls angelegt wird, wobei die Ionen mit der zweiten Polarität in diesen Bereich eingeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Ionen mit der zweiten Polarität durch das äußere elektrische Feld in eine Feldgradientenrichtung beschleunigt und die Ionen mit der zweiten Polarität an einer Stelle in dem Bereich eingeführt werden, der in der Feldgradientenrichtung stromauf liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Ionen mit der zweiten Polarität eine negative Polarität haben und angrenzend an eine Elektronenunterdrückungselektrode in dem Strahlabzugssystem einer Quelle für positive Ionen eingeführt werden.
  5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Ionen mit der zweiten Polarität Cluster-Ionen sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Cluster-Ionen ein Masse/Ladungsverhältnis von wenigstens 400 haben.
  7. Vorrichtung zur Raumladungsneutralisierung in einem Ionenstrahl mit Einrichtungen (10 bis 16) zur Erzeugung eines Strahls (18) von Ionen einer ersten Polarität, mit Einrichtungen (20 bis 24) zur Erzeugung von Ionen einer zweiten Polarität und mit Einrichtungen (25, 26) zum Einführen der Ionen mit der zweiten Polarität zur Raumladungsneutralisierung des Ionenstrahls.
  8. Neutralisierungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Einrichtungen zur Erzeugung von Ionen mit einer zweiten Polarität eine Kammer (21), in der die Ionen mit der zweiten Polarität erzeugt werden, und eine Öffnung (25) aus der Kammer (21) angrenzend an den Strahl aufweisen, durch die sich die Ionen mit der zweiten Polarität für die Raumladungsneutralisierung des Strahls ausbreiten.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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