イオン注入装置
【課題】 イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができ、しかもエネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができるイオン注入装置を提供する。
【解決手段】 このイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム４の経路を挟んでＹ方向において相対向するように、かつイオンビーム４の進行方向に対して交差するように配置されていて、イオンビーム４のＸ方向の寸法をカバーする長さを有する第１および第２の磁石５０、５２を備えている。両磁石５０、５２は、イオンビーム４の入口側および出口側に一対の磁極を有していてしかもその極性が両磁石５０、５２で逆であり、イオンビーム４に対して両磁石５０、５２間に内向きのローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させる。
【解決手段】 このイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム４の経路を挟んでＹ方向において相対向するように、かつイオンビーム４の進行方向に対して交差するように配置されていて、イオンビーム４のＸ方向の寸法をカバーする長さを有する第１および第２の磁石５０、５２を備えている。両磁石５０、５２は、イオンビーム４の入口側および出口側に一対の磁極を有していてしかもその極性が両磁石５０、５２で逆であり、イオンビーム４に対して両磁石５０、５２間に内向きのローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状（これはシート状または帯状とも呼ばれる）の形をしているイオンビームをターゲットに照射してイオン注入を行う構成のイオン注入装置に関し、より具体的には、イオンビームをＹ方向において絞る手段の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオン注入装置の従来例を図１６に示す。これと同様のイオン注入装置が、例えば特許文献１に記載されている。なお、この明細書および図面において、イオンビーム４を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。
【０００３】
このイオン注入装置は、イオン源２から発生させた、リボン状のイオンビームの元になる小さな断面形状（例えば丸または四角いスポット状）をしているイオンビーム４を、質量分離器６を通して質量分離し、加減速器８を通して加速または減速し、エネルギー分離器１０を通してエネルギー分離し、走査器１２を通してＸ方向（例えば水平方向）に走査し、ビーム平行化器１４を通して平行ビーム化した後に、ホルダ２６に保持されたターゲット（例えば半導体基板）２４に照射して、ターゲット２４にイオン注入を行うよう構成されている。イオン源２からターゲット２４までのイオンビーム４の経路は真空雰囲気に保たれる。
【０００４】
ターゲット２４は、ホルダ２６と共に、ビーム平行化器１４からのイオンビーム４の照射領域内で、ターゲット駆動装置２８によって、Ｙ方向（例えば垂直方向）に沿う方向に機械的に走査（往復駆動）される。
【０００５】
なお、この明細書および図面においては、イオンビームの進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向としている。
【０００６】
ビーム平行化器１４は、磁界または電界（この例では磁界）によってイオンビーム４を走査する走査器１２と協働して、Ｘ方向に走査されたイオンビーム４を、磁界または電界（この例では磁界）によって基準軸１６に対して実質的に平行になるように曲げ戻して平行ビーム化して、Ｘ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビーム４（図１７も参照）を導出する。リボン状と言っても、Ｙ方向の寸法が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム４のＸ方向の寸法は３５ｃｍ〜５０ｃｍ程度であり、Ｙ方向の寸法は５ｃｍ〜１０ｃｍ程度である。ビーム平行化器１４は、この例のように磁界を使用する場合は、ビーム平行化マグネットと呼ばれる。
【０００７】
上記イオン注入装置は、Ｘ方向の走査を経てリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合の例であるが、イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合もある。
【０００８】
上記イオンビーム４の輸送経路は、図示しない真空容器内にあり、真空雰囲気に保たれるけれども、残留ガスやアウトガス等のガスが僅かではあるが必ず存在する。このガス分子にイオンビーム４が衝突して中性粒子が発生してそれがターゲット２４に入射すると、注入量分布の均一性を悪化させたり、注入量誤差を生じさせたりする等の悪影響が生じる。
【０００９】
これを防止するためには、ターゲット２４に照射するエネルギー状態（換言すれば、加減速器８を通した後の最終エネルギー状態）のイオンビーム４を、ターゲット２４の近くに設けたイオンビーム偏向器によって磁界または電界の作用で偏向させて、偏向したイオンビーム４と偏向せずに直進する中性粒子１８とを互いに分離して、中性粒子１８がターゲット２４に入射するのを防止するのが好ましく、上記ビーム平行化器１４はこのイオンビーム偏向器を兼ねている。
【００１０】
ところで、イオンビーム４は、その輸送途中において、空間電荷効果によって発散する。装置のスループットを高めると共に、ターゲット２４上に形成する半導体デバイスの微細化のためにイオン注入深さを浅くする等の観点から、ターゲット２４に照射するイオンビーム４は低エネルギーかつ大電流のものが望まれているが、イオンビーム４が低エネルギーかつ大電流になるほど、空間電荷効果によるイオンビーム４の発散は大きくなる。
【００１１】
このイオンビーム４の発散は、Ｘ、Ｙ両方向において生じるけれども、元々、イオンビーム４のＸ方向の寸法は上記のようにＹ方向に比べてかなり大きいので、Ｙ方向の発散による悪影響の方が大きい。そこで以下においてはこのＹ方向の発散に着目する。
【００１２】
イオンビーム４がＹ方向に発散すると、Ｙ方向におけるイオンビーム４の一部が、イオンビーム４の経路を囲む真空容器や、イオンビーム４を整形するマスク等によってカットされて、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率が低下する。
【００１３】
例えば、ビーム平行化器１４とターゲット２４との間には、図１６、図１７に示すように、また例えば特許第３５６７７４９号公報にも記載されているように、イオンビーム４を通過させる開口２２を有していてイオンビーム４を整形するマスク２０が設けられていることが多い。このマスク２０によって、イオンビーム４のＹ方向の不要な裾の部分をカットして、イオンビーム４からターゲット２４を逃がす距離Ｌ2 を小さくすることができるからである。
【００１４】
イオンビーム４が空間電荷効果によってＹ方向に発散すると、例えばこのマスク２０によってカットされる割合が大きくなるので、マスク２０を通過することができるイオンビーム４の量が減り、イオンビーム４の輸送効率が低下する。
【００１５】
上記課題は、イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合にも同様に存在する。
【００１６】
イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償する手段として、イオンビーム４の経路に、例えばビーム平行化器１４の下流側近傍または上流側近傍に、例えば非特許文献１に記載されているような電界レンズ（これは静電レンズとも呼ばれる）を設けることが考えられる。
【００１７】
その電界レンズの一例を図１８に示す。この電界レンズ３０は、イオンビーム４の進行方向Ｚに互いに間をあけて並べられた入口電極３２、中間電極３４および出口電極３６を備えている。入口電極３２および出口電極３６は、互いに同電位（図示例では接地電位）に保たれる。中間電極３４には、直流電源３８から、正（図示例の場合）または負の直流電圧Ｖ1 が印加されて、入口電極３２および出口電極３６とは異なる電位に保たれる。各電極３２、３４および３６は、それぞれ、イオンビーム４の形状に応じた形状をしており、例えば、筒状電極の場合もあるし、平行平板電極の場合もある。
【００１８】
この電界レンズ３０は、アインツェルレンズ（これはユニポテンシャルレンズとも呼ばれる）の働きをし、中間電極３４に正、負いずれの直流電圧Ｖ1 を印加しても、イオンビーム４のエネルギーを変えることなくイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをする。なお、図１８では、図示の簡略化のためにイオンビーム４は絞られていない状態を図示しているが、実際は絞られる。
【００１９】
【特許文献１】特開平８−１１５７０１号公報（段落０００３、図１）
【非特許文献１】執筆委員 高木俊宜、電気学会大学講座、「電子・イオンビーム工学」、初版、社団法人電気学会、１９９５年３月１日、頁１０５−１０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記のような電界レンズ３０を用いてイオンビーム４を絞る技術では、イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償して、イオンビーム４の輸送効率を高めることができるけれども、エネルギーコンタミネーション（即ち不所望エネルギー粒子の混入）が発生するという課題がある。
【００２１】
即ち、電界レンズ３０の中間電極３４に負の直流電圧Ｖ1 を印加する場合、イオンビーム４は、入口電極３２と中間電極３４間の領域で一旦加速された後に、中間電極３４と出口電極３６間の領域で減速されて元のエネルギーになる。この加速領域において、イオンビーム４が残留ガスと衝突して荷電変換によって中性粒子が発生すると、入射イオンビーム４のエネルギーよりも高いエネルギーの中性粒子が発生し、それが下流側へ進行することになり、高エネルギー成分のエネルギーコンタミネーションの原因となる。
【００２２】
中間電極３４に図１８に示すように正の直流電圧Ｖ1 を印加する場合、イオンビーム４は、入口電極３２と中間電極３４間の領域で一旦減速された後に、中間電極３４と出口電極３６間の領域で加速されて元のエネルギーになる。この減速領域において、イオンビーム４が残留ガスと衝突して荷電変換によって中性粒子が発生すると、入射イオンビーム４のエネルギーよりも低いエネルギーの中性粒子が発生し、それが下流側へ進行することになり、低エネルギー成分のエネルギーコンタミネーションの原因となる。
【００２３】
このように、中間電極３４に正、負いずれの直流電圧Ｖ1 を印加しても、エネルギーコンタミネーションが発生する。
【００２４】
また、中間電極３４に正の直流電圧Ｖ1 を印加すると、図１８に示すように、電場のないドリフト空間（即ち中間電極３４付近よりも上流側および下流側における電場のない空間）中の電子３９が中間電極３４に引き込まれて消滅するので、ドリフト空間での電子量が減少してイオンビーム４の空間電荷効果による発散が強くなり、イオンビーム４の輸送効率の低下が大きくなる。
【００２５】
そこでこの発明は、イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができ、しかもエネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができるイオン注入装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この発明に係るイオン注入装置は、前記ターゲットよりも上流側にあって、前記リボン状のイオンビームの経路を挟んでＹ方向において相対向するように、かつ前記リボン状のイオンビームの進行方向に対して交差するように配置されている第１の磁石および第２の磁石を備えており、前記第１の磁石および第２の磁石は、それぞれ、前記イオンビームの入口側および出口側に一対の磁極を有していてしかもその極性が第１の磁石と第２の磁石とで逆であり、かつ前記イオンビームに対して両磁石間に内向きのローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させるものである、ことを特徴としている。
【００２７】
このイオン注入装置によれば、第１および第２の磁石によって、リボン状のイオンビームのＸ方向の全域に亘って、イオンビームの進行方向に対して直交する成分を有する磁界を発生させることができ（但し、両磁石が発生させる磁界は互いに逆向き）、この磁界によって、イオンビームはＹ方向における内向きのローレンツ力を受けることになる。これによって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。
【００２８】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、極性が互いに逆であることを除いて、前記イオンビームの経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面に関して実質的に面対称に配置しておくのが好ましい。
【００２９】
前記第１の磁石および第２の磁石は、前記イオンビームの進行方向に対して斜めに交差するように配置しておいても良い。
【００３０】
前記第１の磁石および第２の磁石は、永久磁石でも良いし、電磁石でも良い。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、第１および第２の磁石が発生させる磁界によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができるので、イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができる。
【００３２】
また、電界レンズを用いる場合と違って、イオンビームを加減速することなく絞ることができるので、エネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００３３】
しかも、上記効果を、第１および第２の磁石という簡素な構成によって奏することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、第１および第２の磁石によって、対称面に関して対称性の良い磁界を発生させることができるので、イオンビームを対称性良く絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、イオンビームの進行方向に直交する磁界成分をより大きくして、イオンビームをＹ方向においてより強く絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、Ｘ方向において実質的に平行走査されるイオンビームのＸ方向の全域に亘って均一にイオンビームをＹ方向において絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、Ｘ方向において扇状に走査されるイオンビームのＸ方向の全域に亘って均一にイオンビームをＹ方向において絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３８】
請求項６に記載の発明によれば、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状をしているイオンビームのＸ方向の全域に亘って均一にイオンビームをＹ方向において絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３９】
請求項７に記載の発明によれば、第１および第２の磁石が永久磁石であるので、構成をより簡素化することができる、という更なる効果を奏する。
【００４０】
請求項８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、第１および第２の磁石が電磁石であるので、それらが発生する磁界の強さを調整することが容易であり、従って、イオンビームをＹ方向において絞る度合いを容易に制御することができる。また、永久磁石に比べてより強い磁界を発生させて、イオンビームをより強く絞ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を部分的に示す平面図である。図１６に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００４２】
このイオン注入装置は、上記ターゲット２４よりも上流側に設けられていて、より具体的には、イオンビーム４と中性粒子１８（図１６参照）とを分離するイオンビーム偏向器を兼ねる上記ビーム平行化器１４の下流側近傍に設けられていて、上記リボン状のイオンビーム４の経路を挟んでＹ方向において相対向するように配置された第１の磁石５０および第２の磁石５２を備えている。図１では、第２の磁石５２（図３参照）は第１の磁石５０の下に隠れていて表れていないので、その符号５２を括弧書きで記載している。
【００４３】
なお、ビーム平行化器１４の下流側では、上記走査器１２とビーム平行化器１４とが協働することによって、イオンビーム４はＸ方向において実質的に平行に走査されて、リボン状をしている。
【００４４】
上記第１および第２の磁石５０、５２は、この実施形態では、実質的に真っ直ぐな形状をしている永久磁石である。
【００４５】
両磁石５０、５２は、上記リボン状のイオンビーム４の進行方向Ｚに対して交差するように、より具体的にはこの実施形態では、斜めに交差するように配置されている。しかも両磁石５０、５２は、この実施形態では、リボン状のイオンビーム４のＸ方向の寸法をカバーする長さを有している。即ち、両磁石５０、５２は、リボン状のイオンビーム４のＸ方向の寸法よりもＸ方向の寸法が大きくて、細長い棒状または板状の形状をしている。
【００４６】
上記「斜めに交差」というのは、図２に示す例のように、磁石５０の長辺５０ａに立てた垂線６０とイオンビーム４の進行方向との成す角度βが０度以外であることである。垂線６０は、換言すれば、磁石５０の短軸（これはこの例では磁軸でもある）に平行な線である。角度βが０度の場合は、図６に示す例のように、磁石５０はイオンビーム４の進行方向に対して実質的に直角に交差していることになる。第２の磁石５２についても同様である。
【００４７】
両磁石５０、５２は、それぞれ、イオンビーム４の入口側および出口側に一対の磁極（Ｎ極およびＳ極）を有している。即ち、細長い各磁石５０、５２の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）長辺５０ａ、５２ａ側が、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。つまり、磁石５０、５２の短手方向の両端が磁極である。この点が、図１４、図１５に示すように短辺８０ｂ、８２ｂ側が磁極である参考例と大きく異なる。しかも、上記磁極の極性は、図３に示すように、第１の磁石５０と第２の磁石５２とで逆である。
【００４８】
更にこの実施形態では、第１の磁石５０と第２の磁石５２とは、極性が互いに逆であることを除いて、イオンビーム４の経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面５８（図３参照）に関して実質的に面対称に配置されている。より具体的には、磁石５０と磁石５２とを互いに実質的に同じ形状および寸法とし、両磁石５０、５２をＹ方向において実質的に正対させて（換言すればＹ方向において互いに重なるように）配置し、かつ対称面５８から両磁石５０、５２までの距離を互いに実質的に等しくしている。従って、対称面５８付近では、上下の磁界が互いに打ち消し合って磁界の強さは実質的に０になり、対称面５８からＹ方向の上下に離れるに従って磁界の強さは大きくなる。
【００４９】
両磁石５０、５２の設置場所と磁極の極性との関係を表１にまとめて示す。図１に示す実施形態は、表１中の実施例１に相当している。実施例２については後述する。
【００５０】
【表１】
【００５１】
上記表１は、上記角度βを、図２に示すように入射イオンビーム４に対して反時計回りに取ったとき、角度βが正（但し９０度より小）の場合のものである。また、図６に示す角度γを、入射イオンビーム４に対して時計回りに取ったとき、角度γが正（但し９０度より小）の場合のものである。同様に、図８に示す角度φを、入射イオンビームに対して時計回りに取ったとき、角度φが正（但し９０度よりも小）の場合のものである。上記角度β、γ、φが負の場合は、後述する直交成分ＢR の方向が逆転するので、磁石５０、５２の極性を表１中に示すものと逆転させれば良い。つまりどの場合も、両磁石５０、５２の磁極の極性は、イオンビーム４に対して両磁石５０、５２間の内向きにローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させるものとしている。
【００５２】
これを、まず図２、図３を参照して説明する。第１の磁石５０は、イオンビーム４の経路側に、イオンビーム４に対して角度βで交差する方向の磁界Ｂを発生させる。磁石５０が発生させる磁界Ｂを、図３中に磁力線５４で模式的に示している。図１４、図１５に示す参考例の場合と違って、磁石５０の磁極は短手方向にあるので、上記のような磁界Ｂを発生させることができる。
【００５３】
上記磁界Ｂは、上記角度βが存在するために、イオンビーム４の進行方向Ｚに対して直交する成分（直交成分）ＢR を有している。このような直交成分ＢR が、イオンビーム４のＸ方向の全域に亘って発生する。この直交成分ＢR によって、イオンビーム４はＹ方向における内向き（図３中の下向き）のローレンツ力Ｆを受けることになる。
【００５４】
第２の磁石５２も、向きが逆向きである以外は、第１の磁石５０が発生させる磁界Ｂと同様の磁界を発生させる。磁石５２が発生させる磁界を、図３中に磁力線５６で模式的に示している。この磁界の直交成分によって、イオンビーム４はＹ方向における内向き（図３中の上向き）のローレンツ力Ｆを受けることになる。
【００５５】
上記ローレンツ力Ｆによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。イオンビーム４が絞られる程度は、磁界Ｂの磁束密度に比例し、イオンビーム４のエネルギーに反比例する。従って、磁束密度を一定とするならば、低エネルギーのイオンビーム４ほど強く絞ることができる。
【００５６】
イオンビーム４が絞られた状態の一例を図３に示す。これは、Ｙ方向において発散する入射イオンビーム４を集束するように絞った例である。但し図示したイオンビーム４の状態はあくまでも一例である（図４、図９、図１１、図１３においても同様）。イオンビーム４を絞る程度を調整することによって、上記例以外の絞り方も可能である。例えば、Ｙ方向において発散が実質的に０である平行なイオンビームを導出することも可能である。後述する他の実施形態においても同様である。
【００５７】
このようにこのイオン注入装置によれば、第１および第２の磁石５０、５２が発生させる磁界によって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができるので、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率を高めることができる。
【００５８】
イオンビーム４をＹ方向において絞ることができるので、イオンビーム４の空間電荷効果以外によるＹ方向の発散を抑制することもできる。また、前述したように、Ｙ方向においてイオンビーム４を絞る程度を調整することによって、Ｙ方向において発散が実質的に０である平行なイオンビーム４を導出することも可能になる。
【００５９】
より具体例を挙げると、図１に示す例のように両磁石５０、５２の下流側に前述したマスク２０が設けられている場合は、ビーム平行化器１４とマスク２０との間において、イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償して、マスク２０の開口２２を通過するイオンビーム４の量を増やして、ターゲット２４へのイオンビーム４の輸送効率を高めることができる。
【００６０】
また、電界レンズを用いる場合と違って、イオンビーム４を加減速することなく絞ることができるので、エネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００６１】
しかも、上記効果を、第１および第２の磁石５０、５２という簡素な構成によって奏することができる。
【００６２】
更にこの実施形態には次のような利点がある。
【００６３】
即ち、両磁石５０、５２が永久磁石であるので、構成をより簡素化することができる。
【００６４】
両磁石５０、５２を、イオンビーム４の進行方向Ｚに対して斜めに交差するように配置しているので、上記直交成分ＢR をより大きくして、イオンビームをＹ方向においてより強く絞ることができる。
【００６５】
両磁石５０、５２を、Ｘ方向において実質的に平行走査されるイオンビーム４の経路に設けているので、Ｘ方向において実質的に平行走査されるイオンビーム４の全域に亘って均一にイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００６６】
第１の磁石５０と第２の磁石５２とを対称面５８に関して実質的に面対称に配置していて、第１および第２の磁石５０、５２によって、対称面５８に関して対称性の良い磁界を発生させることができるので、イオンビーム４を対称性良く絞ることができる。
【００６７】
ところで、上記第１の磁石５０の磁極と第２の磁石５２の磁極との間には、厳密に見れば、図４に示す例のように、Ｙ方向の磁界Ｂ1 、Ｂ2 が発生する。両磁界Ｂ1 、Ｂ2 は、互いに逆向きであり、また両磁石５０、５２間のＹ方向における距離が小さくなるほど強くなる。この磁界Ｂ1 、Ｂ2 によって、イオンビーム４は、図５にも示すように、Ｘ方向における互いに逆向きのローレンツ力Ｆ1 、Ｆ2 を受けて、両磁石５０、５２間を通過中にＸ方向に曲げられて、磁石５０、５２の入口と出口との間で、Ｘ方向において軌道に差（軌道差）ΔＸが生じる。両磁界Ｂ1 、Ｂ2 の強さを互いに実質的に等しくすれば、入射イオンビーム４と照射イオンビーム４とは互いに実質的に平行になる。上記のような軌道差ΔＸが生じても、イオンビーム４をＹ方向において絞るという目的は達成することができる。また、上記のような軌道差ΔＸは、通常は小さいので、それが生じても特に不都合はないが、不都合であれば他の手段で対処することができる。
【００６８】
なお、図５では、イオンビーム４は一筋のみを代表して示しているが、他の箇所のイオンビーム４についても図示と同様である（このことは、図６、図１２についても同様である）。
【００６９】
また、上記のように両磁石５０、５２間を通過中にイオンビーム４がＸ方向に曲げられることに着目すると、図６に示す例のように、磁石５０、５２を、イオンビーム４の進行方向Ｚに対して実質的に直角に交差するように（換言すれば、図２に示した角度βが実質的に０度になるように）配置しても良い。この場合も、磁石５０、５２間を通過中のイオンビーム４と上記磁界Ｂとの成す角度γは０度よりも大きくなり、イオンビーム４の進行方向に対して直交する成分（直交成分）ＢR が生じるので、この直交成分ＢR によって、図２、図３の例の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向における内向きのローレンツ力Ｆを受けることになり（但しその大きさは、図２、図３の例よりかは通常は小さい）、これによってイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００７０】
これと同様の現象は、図５を参照すれば分かるように、図２、図３の例の場合も、厳密に見れば生じる。従って、上記角度γにも着目すれば、磁石５０、５２間を通過中のイオンビーム４の進行方向と上記磁界Ｂとの成す角度は、β＋γとなる。
【００７１】
上記磁石５０は、一つの永久磁石で構成しても良いし、図７に示す例のように、複数の同極性の永久磁石６８を並設することによって構成しても良い。上記磁石５２についても同様である。また、後述する（図８、図９参照）弧状をした磁石５０、５２についても同様である。
【００７２】
なお、図１４、図１５に示す参考例のように、第１の磁石８０および第２の磁石８２の長手方向の両端に、即ち二つの短辺８０ｂ、８２ｂ側に磁極を設けるのは好ましくない。そのように磁極を設けると、両磁石８０、８２間には、図１５に示すように、Ｘ方向の両端の磁極付近のみにＹ方向に沿う磁力線８４、８６が発生して、リボン状のイオンビーム４のＸ方向の両端付近に、イオンビーム４を外側へ発散させるローレンツ力Ｆ3 、Ｆ4 が働くことになるだけであり、イオンビーム４をＹ方向において絞ることはできないからである。
【００７３】
第１および第２の磁石５０、５２は、上記実施形態のようにビーム平行化器１４の下流側近傍に設ける代わりに、ビーム平行化器１４の上流側近傍に設けても良い。そのようにすれば、ビーム平行化器１４に入射してそこを通過するイオンビーム４の量を増やすことができるので、イオンビーム４の輸送効率を高めることが容易になる。
【００７４】
第１および第２の磁石５０、５２を、ビーム平行化器１４の下流側近傍および上流側近傍の少なくとも一方に設けても良いし、両方に設けても良い。両方に設ければ、ビーム平行化器１４を通過するイオンビーム４の量を増やすと共に、ビーム平行化器１４を通過したイオンビームのＹ方向の発散を抑制することができるので、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率をより高めることができる。
【００７５】
第１および第２の磁石５０、５２を、ビーム平行化器１４の上流側近傍のように、走査器１２（図１６参照）によってＸ方向において扇状に走査されるイオンビーム４の経路に設ける場合は、両磁石５０、５２は、図１、図２等に示した磁石５０、５２を弧状に曲げたものに、即ち次のような弧状のものにするのが好ましい。
【００７６】
つまり、両磁石５０、５２は、図８、図９に示す実施形態のように、イオンビーム４の進行方向に張り出した弧状であって、Ｘ方向の各走査位置におけるイオンビーム４の進行方向と、各磁石５０、５２の一対の磁極（Ｎ極とＳ極）間を最短距離で結ぶ直線６２との成す角度φが常に実質的に一定となる弧状をしているのが好ましい。
【００７７】
これを詳述すると、走査器１２によるイオンビーム４の走査の中心点をａとし、この中心点ａからＸ方向に距離Ｌ6 だけ離れた点をｂとすると、弧状の磁石５０、５２の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）弧状辺５０ｃ、５２ｃは、それぞれ、点ｂを中心とする円の一部であるものにする。この弧状辺５０ｃ、５２ｃが、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。
【００７８】
両磁石５０、５２を上記のような弧状にすると、イオンビーム４の走査位置に拘わらずに、上記角度φは実質的に一定となる。この角度φによって（厳密に見れば図６を参照して説明した角度γも加わって）、両磁石５０、５２が発生させる磁界Ｂは、イオンビーム４の進行方向に対して直交する成分（直交成分）ＢR を有することになる。この直交成分ＢR によって、イオンビーム４はＹ方向における内向きのローレンツ力Ｆを受けることになり、それによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。上記距離Ｌ6 を大きくするほど角度φは大きくなる。
【００７９】
しかも、イオンビーム４の走査位置に拘わらずに上記角度φが実質的に一定になるので、Ｘ方向において扇状に走査されるイオンビーム４の全域に亘って均一にイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００８０】
上記表１中の実施例２は、上記図８、図９に示す実施形態に相当している。
【００８１】
イオン源２（図１６参照）からリボン状のイオンビームを発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなく、リボン状をしているイオンビーム４をターゲット２４に入射させる場合は、当該イオンビーム４の経路に、上記図１〜図７を参照して説明した、実質的に真っ直ぐな形状をした第１および第２の磁石５０、５２を設ければ良い。そのようにすれば、当該イオンビーム４のＸ方向の全域に亘って均一にイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００８２】
上述したような真っ直ぐな、または弧状をした第１および第２の磁石５０、５２を、上記実施形態のように永久磁石で構成する代わりに、電磁石で構成しても良い。電磁石で構成する場合の実施形態を、以下においては、上記永久磁石で構成した実施形態との相違点を主体に説明する。
【００８３】
真っ直ぐな第１および第２の磁石５０、５２を電磁石で構成した実施形態を図１０、図１１に示す。これは、図２、図３に示した実施形態に対応している。
【００８４】
両磁石５０、５２は、それぞれ、上記図１〜図６に示した磁石５０、５２に相当する形状・配置をした鉄心７０と、この鉄心の長手方向に巻回されたコイル７２とを有している。鉄心７０の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）長辺７０ａ側が、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。
【００８５】
両磁石５０、５２は、それぞれ、直流電源７４、７６から励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 が供給されて、図１〜図６に示した実施形態と同様の極性の磁界を発生させる。従って、図１〜図６に示した実施形態と同様の作用によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。
【００８６】
しかも、第１および第２の磁石５０、５２が電磁石であるので、それらが発生する磁界の強さを調整することが容易であり、従って、イオンビーム４をＹ方向において絞る度合いを容易に制御することができる。例えば、イオンビーム４のエネルギーに応じて、発生させる磁界の強さを変えることによって、どのエネルギーにおいても同様にイオンビーム４を絞ることができる。また、発生させる磁界の強さを変えることによって、イオンビーム４のＹ方向における集束状況（例えば焦点距離等）を変えることもできる。後述するビーム寸法ｄt 、発散角α、偏差角θの制御を行うこともできる。また、永久磁石に比べてより強い磁界を発生させて、イオンビーム４をより強く絞ることも可能である。図１２に示す実施形態においても同様である。
【００８７】
上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 は、互いに同一の大きさにしても良いし、異なる大きさにしても良い。同一の大きさにする場合は、一つの直流電源を両磁石５０、５２に兼用しても良い。また、直流電源７４、７６の一方または両方を、両極性電源にして、励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 の方向を逆転させることができるようにしても良い。図１２に示す実施形態においても同様である。
【００８８】
弧状の磁石５０、５２を電磁石で構成した実施形態を、第１の磁石５０で代表して図１２に示す。断面は図１１と同様であるので、それを参照するものとする。これは、図８、図９に示した実施形態に対応している。
【００８９】
両磁石５０、５２は、それぞれ、上記図８、図９に示した磁石５０、５２に相当する形状・配置をした鉄心７０と、この鉄心の長手方向に巻回されたコイル７２とを有している。鉄心７０の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）弧状辺７０ｃ側が、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。コイル７２は、鉄心７０の長手方向に真っ直ぐに巻いておいても良いけれども、図示例のように、弧状辺７０ｃに沿って弧状に巻いておくのが好ましい。そのようにすれば、両弧状辺７０ｃ、即ち両磁極の実質的に全長に亘って均一な磁界を発生させることができる。
【００９０】
両磁石５０、５２は、それぞれ、直流電源７４、７６から励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 が供給されて、図８、図９に示した実施形態と同様の極性の磁界を発生させる。従って、図８、図９に示した実施形態と同様の作用によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。
【００９１】
第１および第２の磁石５０、５２が電磁石である場合に、それらを用いてイオンビーム４のＹ方向におけるビーム寸法ｄt 、発散角αおよび偏差角θを制御する例を以下に説明する。
【００９２】
図１を参照して、ターゲット２４の上流側および下流側に、イオンビーム４のビーム電流を計測する複数の検出器がＸ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデー４２および後段多点ファラデー４４をそれぞれ設けておいて、例えば特開２００５−１９５４１７号公報に記載されている技術と同様に、両多点ファラデー４２、４４とその前方でＹ方向に駆動されるシャッターとを組み合わせて用いて、イオンビーム４の進行方向Ｚの２箇所におけるイオンビーム４のＹ方向のビーム寸法ｄf 、ｄb と、両箇所間の距離Ｌ3 および両箇所とターゲット２４間の距離Ｌ4 、Ｌ5 とに基づいて、次式に従って、ターゲット２４の位置でのイオンビーム４のＹ方向のビーム寸法ｄt 、イオンビーム４のＹ方向における発散角αを計測しても良い。前段多点ファラデー４２の前方にシャッターを設ける代わりに、前段多点ファラデー４２を例えばマスク２０の下流側近傍に設ける等しておいて、前段多点ファラデー４２をＹ方向に駆動しても良い。
【００９３】
［数１］
ｄt ＝（Ｌ5 ／Ｌ3 ）ｄf ＋（Ｌ4 ／Ｌ3 ）ｄb 、（但しＬ3 ＝Ｌ4 ＋Ｌ5 ）
【００９４】
［数２］
α＝ｔａｎ-1｛（ｄb −ｄf ）／２Ｌ3 ｝
【００９５】
そして、上記ビーム寸法ｄt 、発散角αの計測データに基づいて、図示しない制御装置によって、上記直流電源７４、７６ひいては上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 をフィードバック制御するようにしても良い。例えば、イオンビーム４のＹ方向のビーム寸法ｄt や発散角αが大きいときは、それに応じて、上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 の絶対値（大きさ）を大きくするように制御すれば良い。それによって、両磁石５０、５２によってイオンビーム４がＹ方向においてより強く絞られるので、上記ビーム寸法ｄt や発散角αを小さくすることができる。ターゲット２４の位置での発散角αを実質的に０度にして、ターゲット２４に対してＹ方向における平行度の高いイオンビーム４を入射させてイオン注入を行うこともできる。
【００９６】
両磁石５０、５２に互いに同じ大きさの励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 を供給して、両磁石５０、５２が互いに同じ強さの磁界を発生させる場合、例えば図１３に示す例のように、何らかの原因で入射イオンビーム４がＹ方向に傾いていると、出射イオンビーム４もＹ方向において偏差角θを持つことになる。偏差角θは、ＹＺ平面内において、イオンビーム４の中心軌道と前記対称面５８との成す角度である。
【００９７】
これを、両磁石５０、５２に互いに異なる大きさの励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 を供給して、両磁石５０、５２によって互いに異なる強さの磁界を発生させることによって、補正することができる。例えば、上記図１３に示した例のように入射イオンビーム４がＹ方向における上向きに傾いている場合は、傾いている側の磁石５０に供給する励磁電流Ｉ1 を大きくすることと、反対側の磁石５２に供給する励磁電流Ｉ2 を小さくすることの少なくとも一方を行えば良い。それによって、傾いている側の磁石５０が発生する磁界の方が強くなり、下向きのローレンツ力Ｆの方が大きくなり、偏差角θを小さくすることができる。実質的に０度にすることも可能である。偏差角θが上記とは逆の場合は、上記とは逆にすれば良い。
【００９８】
上述した前段多点ファラデー４２、後段多点ファラデー４４等を用いて、例えば上記特開２００５−１９５４１７号公報に記載されている技術と同様に、イオンビーム４の進行方向の２箇所におけるイオンビーム４のＹ方向の中心位置ｙf 、ｙb と両箇所間の距離Ｌ3 とに基づいて、次式に従って、上記偏差角θを計測しても良い。
【００９９】
［数３］
θ＝ｔａｎ-1｛（ｙb −ｙf ）／Ｌ3 ｝
【０１００】
そして、上記偏差角θの計測データに基づいて、図示しない制御装置によって、偏差角が小さく（例えば実質的に０度に）なるように、上記直流電源７４、７６ひいては上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 を、上記のようにフィードバック制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を部分的に示す平面図である。
【図２】図１に示す第１の磁石およびイオンビームを拡大して示す平面図である。
【図３】図３の線Ｃ−Ｃに概ね沿って、第１の磁石、第２の磁石およびイオンビームを示す断面図である。
【図４】図３にＹ方向の磁界を追記した図である。
【図５】イオンビームのＸ方向における軌道のずれを拡大して示す平面図であり、イオンビームは一筋のみを代表して示している。
【図６】第１の磁石をイオンビームに対して実質的に直角に配置した実施形態を示す平面図であり、イオンビームは一筋のみを代表して示している。
【図７】第１の磁石を、複数の永久磁石を並設することによって構成した例を示す平面図である。
【図８】図１に示すビーム平行化器の上流側近傍に第１および第２の磁石を設けた実施形態を示す平面図である。
【図９】図８の線Ｄ−Ｄに概ね沿って、第１の磁石、第２の磁石およびイオンビームを示す断面図である。
【図１０】電磁石で構成された第１の磁石、それ用の電源およびイオンビームの例を示す平面図であり、図２に対応している。
【図１１】図１０の線Ｅ−Ｅに概ね沿って、第１の磁石、第２の磁石、それ用の電源およびイオンビームを示す断面図である。
【図１２】図８に示す第１の磁石を、永久磁石の代わりに電磁石で構成した例を電源と共に示す図である。
【図１３】電磁石で構成された第１および第２の磁石を用いて、イオンビームの偏差角を制御する例を説明するための図である。
【図１４】参考例として、長手方向の両端に磁極を有する第１の磁石およびイオンビームの例を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す第１の磁石、イオンビームおよび第２の磁石を、図４中の矢印Ｐ方向に見て示す正面図である。
【図１６】従来のイオン注入装置の一例を示す平面図である。
【図１７】図１６中のマスクおよびターゲットをイオンビームの進行方向に見て拡大して示す正面図である。
【図１８】電界レンズの一例を電源と共に示す側面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
４ イオンビーム
１４ ビーム平行化器（イオンビーム偏向器）
２４ ターゲット
５０ 第１の磁石
５２ 第２の磁石
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状（これはシート状または帯状とも呼ばれる）の形をしているイオンビームをターゲットに照射してイオン注入を行う構成のイオン注入装置に関し、より具体的には、イオンビームをＹ方向において絞る手段の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオン注入装置の従来例を図１６に示す。これと同様のイオン注入装置が、例えば特許文献１に記載されている。なお、この明細書および図面において、イオンビーム４を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。
【０００３】
このイオン注入装置は、イオン源２から発生させた、リボン状のイオンビームの元になる小さな断面形状（例えば丸または四角いスポット状）をしているイオンビーム４を、質量分離器６を通して質量分離し、加減速器８を通して加速または減速し、エネルギー分離器１０を通してエネルギー分離し、走査器１２を通してＸ方向（例えば水平方向）に走査し、ビーム平行化器１４を通して平行ビーム化した後に、ホルダ２６に保持されたターゲット（例えば半導体基板）２４に照射して、ターゲット２４にイオン注入を行うよう構成されている。イオン源２からターゲット２４までのイオンビーム４の経路は真空雰囲気に保たれる。
【０００４】
ターゲット２４は、ホルダ２６と共に、ビーム平行化器１４からのイオンビーム４の照射領域内で、ターゲット駆動装置２８によって、Ｙ方向（例えば垂直方向）に沿う方向に機械的に走査（往復駆動）される。
【０００５】
なお、この明細書および図面においては、イオンビームの進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向としている。
【０００６】
ビーム平行化器１４は、磁界または電界（この例では磁界）によってイオンビーム４を走査する走査器１２と協働して、Ｘ方向に走査されたイオンビーム４を、磁界または電界（この例では磁界）によって基準軸１６に対して実質的に平行になるように曲げ戻して平行ビーム化して、Ｘ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビーム４（図１７も参照）を導出する。リボン状と言っても、Ｙ方向の寸法が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム４のＸ方向の寸法は３５ｃｍ〜５０ｃｍ程度であり、Ｙ方向の寸法は５ｃｍ〜１０ｃｍ程度である。ビーム平行化器１４は、この例のように磁界を使用する場合は、ビーム平行化マグネットと呼ばれる。
【０００７】
上記イオン注入装置は、Ｘ方向の走査を経てリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合の例であるが、イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合もある。
【０００８】
上記イオンビーム４の輸送経路は、図示しない真空容器内にあり、真空雰囲気に保たれるけれども、残留ガスやアウトガス等のガスが僅かではあるが必ず存在する。このガス分子にイオンビーム４が衝突して中性粒子が発生してそれがターゲット２４に入射すると、注入量分布の均一性を悪化させたり、注入量誤差を生じさせたりする等の悪影響が生じる。
【０００９】
これを防止するためには、ターゲット２４に照射するエネルギー状態（換言すれば、加減速器８を通した後の最終エネルギー状態）のイオンビーム４を、ターゲット２４の近くに設けたイオンビーム偏向器によって磁界または電界の作用で偏向させて、偏向したイオンビーム４と偏向せずに直進する中性粒子１８とを互いに分離して、中性粒子１８がターゲット２４に入射するのを防止するのが好ましく、上記ビーム平行化器１４はこのイオンビーム偏向器を兼ねている。
【００１０】
ところで、イオンビーム４は、その輸送途中において、空間電荷効果によって発散する。装置のスループットを高めると共に、ターゲット２４上に形成する半導体デバイスの微細化のためにイオン注入深さを浅くする等の観点から、ターゲット２４に照射するイオンビーム４は低エネルギーかつ大電流のものが望まれているが、イオンビーム４が低エネルギーかつ大電流になるほど、空間電荷効果によるイオンビーム４の発散は大きくなる。
【００１１】
このイオンビーム４の発散は、Ｘ、Ｙ両方向において生じるけれども、元々、イオンビーム４のＸ方向の寸法は上記のようにＹ方向に比べてかなり大きいので、Ｙ方向の発散による悪影響の方が大きい。そこで以下においてはこのＹ方向の発散に着目する。
【００１２】
イオンビーム４がＹ方向に発散すると、Ｙ方向におけるイオンビーム４の一部が、イオンビーム４の経路を囲む真空容器や、イオンビーム４を整形するマスク等によってカットされて、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率が低下する。
【００１３】
例えば、ビーム平行化器１４とターゲット２４との間には、図１６、図１７に示すように、また例えば特許第３５６７７４９号公報にも記載されているように、イオンビーム４を通過させる開口２２を有していてイオンビーム４を整形するマスク２０が設けられていることが多い。このマスク２０によって、イオンビーム４のＹ方向の不要な裾の部分をカットして、イオンビーム４からターゲット２４を逃がす距離Ｌ2 を小さくすることができるからである。
【００１４】
イオンビーム４が空間電荷効果によってＹ方向に発散すると、例えばこのマスク２０によってカットされる割合が大きくなるので、マスク２０を通過することができるイオンビーム４の量が減り、イオンビーム４の輸送効率が低下する。
【００１５】
上記課題は、イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合にも同様に存在する。
【００１６】
イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償する手段として、イオンビーム４の経路に、例えばビーム平行化器１４の下流側近傍または上流側近傍に、例えば非特許文献１に記載されているような電界レンズ（これは静電レンズとも呼ばれる）を設けることが考えられる。
【００１７】
その電界レンズの一例を図１８に示す。この電界レンズ３０は、イオンビーム４の進行方向Ｚに互いに間をあけて並べられた入口電極３２、中間電極３４および出口電極３６を備えている。入口電極３２および出口電極３６は、互いに同電位（図示例では接地電位）に保たれる。中間電極３４には、直流電源３８から、正（図示例の場合）または負の直流電圧Ｖ1 が印加されて、入口電極３２および出口電極３６とは異なる電位に保たれる。各電極３２、３４および３６は、それぞれ、イオンビーム４の形状に応じた形状をしており、例えば、筒状電極の場合もあるし、平行平板電極の場合もある。
【００１８】
この電界レンズ３０は、アインツェルレンズ（これはユニポテンシャルレンズとも呼ばれる）の働きをし、中間電極３４に正、負いずれの直流電圧Ｖ1 を印加しても、イオンビーム４のエネルギーを変えることなくイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをする。なお、図１８では、図示の簡略化のためにイオンビーム４は絞られていない状態を図示しているが、実際は絞られる。
【００１９】
【特許文献１】特開平８−１１５７０１号公報（段落０００３、図１）
【非特許文献１】執筆委員 高木俊宜、電気学会大学講座、「電子・イオンビーム工学」、初版、社団法人電気学会、１９９５年３月１日、頁１０５−１０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記のような電界レンズ３０を用いてイオンビーム４を絞る技術では、イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償して、イオンビーム４の輸送効率を高めることができるけれども、エネルギーコンタミネーション（即ち不所望エネルギー粒子の混入）が発生するという課題がある。
【００２１】
即ち、電界レンズ３０の中間電極３４に負の直流電圧Ｖ1 を印加する場合、イオンビーム４は、入口電極３２と中間電極３４間の領域で一旦加速された後に、中間電極３４と出口電極３６間の領域で減速されて元のエネルギーになる。この加速領域において、イオンビーム４が残留ガスと衝突して荷電変換によって中性粒子が発生すると、入射イオンビーム４のエネルギーよりも高いエネルギーの中性粒子が発生し、それが下流側へ進行することになり、高エネルギー成分のエネルギーコンタミネーションの原因となる。
【００２２】
中間電極３４に図１８に示すように正の直流電圧Ｖ1 を印加する場合、イオンビーム４は、入口電極３２と中間電極３４間の領域で一旦減速された後に、中間電極３４と出口電極３６間の領域で加速されて元のエネルギーになる。この減速領域において、イオンビーム４が残留ガスと衝突して荷電変換によって中性粒子が発生すると、入射イオンビーム４のエネルギーよりも低いエネルギーの中性粒子が発生し、それが下流側へ進行することになり、低エネルギー成分のエネルギーコンタミネーションの原因となる。
【００２３】
このように、中間電極３４に正、負いずれの直流電圧Ｖ1 を印加しても、エネルギーコンタミネーションが発生する。
【００２４】
また、中間電極３４に正の直流電圧Ｖ1 を印加すると、図１８に示すように、電場のないドリフト空間（即ち中間電極３４付近よりも上流側および下流側における電場のない空間）中の電子３９が中間電極３４に引き込まれて消滅するので、ドリフト空間での電子量が減少してイオンビーム４の空間電荷効果による発散が強くなり、イオンビーム４の輸送効率の低下が大きくなる。
【００２５】
そこでこの発明は、イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができ、しかもエネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができるイオン注入装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この発明に係るイオン注入装置は、前記ターゲットよりも上流側にあって、前記リボン状のイオンビームの経路を挟んでＹ方向において相対向するように、かつ前記リボン状のイオンビームの進行方向に対して交差するように配置されている第１の磁石および第２の磁石を備えており、前記第１の磁石および第２の磁石は、それぞれ、前記イオンビームの入口側および出口側に一対の磁極を有していてしかもその極性が第１の磁石と第２の磁石とで逆であり、かつ前記イオンビームに対して両磁石間に内向きのローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させるものである、ことを特徴としている。
【００２７】
このイオン注入装置によれば、第１および第２の磁石によって、リボン状のイオンビームのＸ方向の全域に亘って、イオンビームの進行方向に対して直交する成分を有する磁界を発生させることができ（但し、両磁石が発生させる磁界は互いに逆向き）、この磁界によって、イオンビームはＹ方向における内向きのローレンツ力を受けることになる。これによって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。
【００２８】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、極性が互いに逆であることを除いて、前記イオンビームの経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面に関して実質的に面対称に配置しておくのが好ましい。
【００２９】
前記第１の磁石および第２の磁石は、前記イオンビームの進行方向に対して斜めに交差するように配置しておいても良い。
【００３０】
前記第１の磁石および第２の磁石は、永久磁石でも良いし、電磁石でも良い。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、第１および第２の磁石が発生させる磁界によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができるので、イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができる。
【００３２】
また、電界レンズを用いる場合と違って、イオンビームを加減速することなく絞ることができるので、エネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００３３】
しかも、上記効果を、第１および第２の磁石という簡素な構成によって奏することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、第１および第２の磁石によって、対称面に関して対称性の良い磁界を発生させることができるので、イオンビームを対称性良く絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、イオンビームの進行方向に直交する磁界成分をより大きくして、イオンビームをＹ方向においてより強く絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、Ｘ方向において実質的に平行走査されるイオンビームのＸ方向の全域に亘って均一にイオンビームをＹ方向において絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、Ｘ方向において扇状に走査されるイオンビームのＸ方向の全域に亘って均一にイオンビームをＹ方向において絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３８】
請求項６に記載の発明によれば、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状をしているイオンビームのＸ方向の全域に亘って均一にイオンビームをＹ方向において絞ることができる、という更なる効果を奏する。
【００３９】
請求項７に記載の発明によれば、第１および第２の磁石が永久磁石であるので、構成をより簡素化することができる、という更なる効果を奏する。
【００４０】
請求項８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、第１および第２の磁石が電磁石であるので、それらが発生する磁界の強さを調整することが容易であり、従って、イオンビームをＹ方向において絞る度合いを容易に制御することができる。また、永久磁石に比べてより強い磁界を発生させて、イオンビームをより強く絞ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を部分的に示す平面図である。図１６に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００４２】
このイオン注入装置は、上記ターゲット２４よりも上流側に設けられていて、より具体的には、イオンビーム４と中性粒子１８（図１６参照）とを分離するイオンビーム偏向器を兼ねる上記ビーム平行化器１４の下流側近傍に設けられていて、上記リボン状のイオンビーム４の経路を挟んでＹ方向において相対向するように配置された第１の磁石５０および第２の磁石５２を備えている。図１では、第２の磁石５２（図３参照）は第１の磁石５０の下に隠れていて表れていないので、その符号５２を括弧書きで記載している。
【００４３】
なお、ビーム平行化器１４の下流側では、上記走査器１２とビーム平行化器１４とが協働することによって、イオンビーム４はＸ方向において実質的に平行に走査されて、リボン状をしている。
【００４４】
上記第１および第２の磁石５０、５２は、この実施形態では、実質的に真っ直ぐな形状をしている永久磁石である。
【００４５】
両磁石５０、５２は、上記リボン状のイオンビーム４の進行方向Ｚに対して交差するように、より具体的にはこの実施形態では、斜めに交差するように配置されている。しかも両磁石５０、５２は、この実施形態では、リボン状のイオンビーム４のＸ方向の寸法をカバーする長さを有している。即ち、両磁石５０、５２は、リボン状のイオンビーム４のＸ方向の寸法よりもＸ方向の寸法が大きくて、細長い棒状または板状の形状をしている。
【００４６】
上記「斜めに交差」というのは、図２に示す例のように、磁石５０の長辺５０ａに立てた垂線６０とイオンビーム４の進行方向との成す角度βが０度以外であることである。垂線６０は、換言すれば、磁石５０の短軸（これはこの例では磁軸でもある）に平行な線である。角度βが０度の場合は、図６に示す例のように、磁石５０はイオンビーム４の進行方向に対して実質的に直角に交差していることになる。第２の磁石５２についても同様である。
【００４７】
両磁石５０、５２は、それぞれ、イオンビーム４の入口側および出口側に一対の磁極（Ｎ極およびＳ極）を有している。即ち、細長い各磁石５０、５２の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）長辺５０ａ、５２ａ側が、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。つまり、磁石５０、５２の短手方向の両端が磁極である。この点が、図１４、図１５に示すように短辺８０ｂ、８２ｂ側が磁極である参考例と大きく異なる。しかも、上記磁極の極性は、図３に示すように、第１の磁石５０と第２の磁石５２とで逆である。
【００４８】
更にこの実施形態では、第１の磁石５０と第２の磁石５２とは、極性が互いに逆であることを除いて、イオンビーム４の経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面５８（図３参照）に関して実質的に面対称に配置されている。より具体的には、磁石５０と磁石５２とを互いに実質的に同じ形状および寸法とし、両磁石５０、５２をＹ方向において実質的に正対させて（換言すればＹ方向において互いに重なるように）配置し、かつ対称面５８から両磁石５０、５２までの距離を互いに実質的に等しくしている。従って、対称面５８付近では、上下の磁界が互いに打ち消し合って磁界の強さは実質的に０になり、対称面５８からＹ方向の上下に離れるに従って磁界の強さは大きくなる。
【００４９】
両磁石５０、５２の設置場所と磁極の極性との関係を表１にまとめて示す。図１に示す実施形態は、表１中の実施例１に相当している。実施例２については後述する。
【００５０】
【表１】
【００５１】
上記表１は、上記角度βを、図２に示すように入射イオンビーム４に対して反時計回りに取ったとき、角度βが正（但し９０度より小）の場合のものである。また、図６に示す角度γを、入射イオンビーム４に対して時計回りに取ったとき、角度γが正（但し９０度より小）の場合のものである。同様に、図８に示す角度φを、入射イオンビームに対して時計回りに取ったとき、角度φが正（但し９０度よりも小）の場合のものである。上記角度β、γ、φが負の場合は、後述する直交成分ＢR の方向が逆転するので、磁石５０、５２の極性を表１中に示すものと逆転させれば良い。つまりどの場合も、両磁石５０、５２の磁極の極性は、イオンビーム４に対して両磁石５０、５２間の内向きにローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させるものとしている。
【００５２】
これを、まず図２、図３を参照して説明する。第１の磁石５０は、イオンビーム４の経路側に、イオンビーム４に対して角度βで交差する方向の磁界Ｂを発生させる。磁石５０が発生させる磁界Ｂを、図３中に磁力線５４で模式的に示している。図１４、図１５に示す参考例の場合と違って、磁石５０の磁極は短手方向にあるので、上記のような磁界Ｂを発生させることができる。
【００５３】
上記磁界Ｂは、上記角度βが存在するために、イオンビーム４の進行方向Ｚに対して直交する成分（直交成分）ＢR を有している。このような直交成分ＢR が、イオンビーム４のＸ方向の全域に亘って発生する。この直交成分ＢR によって、イオンビーム４はＹ方向における内向き（図３中の下向き）のローレンツ力Ｆを受けることになる。
【００５４】
第２の磁石５２も、向きが逆向きである以外は、第１の磁石５０が発生させる磁界Ｂと同様の磁界を発生させる。磁石５２が発生させる磁界を、図３中に磁力線５６で模式的に示している。この磁界の直交成分によって、イオンビーム４はＹ方向における内向き（図３中の上向き）のローレンツ力Ｆを受けることになる。
【００５５】
上記ローレンツ力Ｆによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。イオンビーム４が絞られる程度は、磁界Ｂの磁束密度に比例し、イオンビーム４のエネルギーに反比例する。従って、磁束密度を一定とするならば、低エネルギーのイオンビーム４ほど強く絞ることができる。
【００５６】
イオンビーム４が絞られた状態の一例を図３に示す。これは、Ｙ方向において発散する入射イオンビーム４を集束するように絞った例である。但し図示したイオンビーム４の状態はあくまでも一例である（図４、図９、図１１、図１３においても同様）。イオンビーム４を絞る程度を調整することによって、上記例以外の絞り方も可能である。例えば、Ｙ方向において発散が実質的に０である平行なイオンビームを導出することも可能である。後述する他の実施形態においても同様である。
【００５７】
このようにこのイオン注入装置によれば、第１および第２の磁石５０、５２が発生させる磁界によって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができるので、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率を高めることができる。
【００５８】
イオンビーム４をＹ方向において絞ることができるので、イオンビーム４の空間電荷効果以外によるＹ方向の発散を抑制することもできる。また、前述したように、Ｙ方向においてイオンビーム４を絞る程度を調整することによって、Ｙ方向において発散が実質的に０である平行なイオンビーム４を導出することも可能になる。
【００５９】
より具体例を挙げると、図１に示す例のように両磁石５０、５２の下流側に前述したマスク２０が設けられている場合は、ビーム平行化器１４とマスク２０との間において、イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償して、マスク２０の開口２２を通過するイオンビーム４の量を増やして、ターゲット２４へのイオンビーム４の輸送効率を高めることができる。
【００６０】
また、電界レンズを用いる場合と違って、イオンビーム４を加減速することなく絞ることができるので、エネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００６１】
しかも、上記効果を、第１および第２の磁石５０、５２という簡素な構成によって奏することができる。
【００６２】
更にこの実施形態には次のような利点がある。
【００６３】
即ち、両磁石５０、５２が永久磁石であるので、構成をより簡素化することができる。
【００６４】
両磁石５０、５２を、イオンビーム４の進行方向Ｚに対して斜めに交差するように配置しているので、上記直交成分ＢR をより大きくして、イオンビームをＹ方向においてより強く絞ることができる。
【００６５】
両磁石５０、５２を、Ｘ方向において実質的に平行走査されるイオンビーム４の経路に設けているので、Ｘ方向において実質的に平行走査されるイオンビーム４の全域に亘って均一にイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００６６】
第１の磁石５０と第２の磁石５２とを対称面５８に関して実質的に面対称に配置していて、第１および第２の磁石５０、５２によって、対称面５８に関して対称性の良い磁界を発生させることができるので、イオンビーム４を対称性良く絞ることができる。
【００６７】
ところで、上記第１の磁石５０の磁極と第２の磁石５２の磁極との間には、厳密に見れば、図４に示す例のように、Ｙ方向の磁界Ｂ1 、Ｂ2 が発生する。両磁界Ｂ1 、Ｂ2 は、互いに逆向きであり、また両磁石５０、５２間のＹ方向における距離が小さくなるほど強くなる。この磁界Ｂ1 、Ｂ2 によって、イオンビーム４は、図５にも示すように、Ｘ方向における互いに逆向きのローレンツ力Ｆ1 、Ｆ2 を受けて、両磁石５０、５２間を通過中にＸ方向に曲げられて、磁石５０、５２の入口と出口との間で、Ｘ方向において軌道に差（軌道差）ΔＸが生じる。両磁界Ｂ1 、Ｂ2 の強さを互いに実質的に等しくすれば、入射イオンビーム４と照射イオンビーム４とは互いに実質的に平行になる。上記のような軌道差ΔＸが生じても、イオンビーム４をＹ方向において絞るという目的は達成することができる。また、上記のような軌道差ΔＸは、通常は小さいので、それが生じても特に不都合はないが、不都合であれば他の手段で対処することができる。
【００６８】
なお、図５では、イオンビーム４は一筋のみを代表して示しているが、他の箇所のイオンビーム４についても図示と同様である（このことは、図６、図１２についても同様である）。
【００６９】
また、上記のように両磁石５０、５２間を通過中にイオンビーム４がＸ方向に曲げられることに着目すると、図６に示す例のように、磁石５０、５２を、イオンビーム４の進行方向Ｚに対して実質的に直角に交差するように（換言すれば、図２に示した角度βが実質的に０度になるように）配置しても良い。この場合も、磁石５０、５２間を通過中のイオンビーム４と上記磁界Ｂとの成す角度γは０度よりも大きくなり、イオンビーム４の進行方向に対して直交する成分（直交成分）ＢR が生じるので、この直交成分ＢR によって、図２、図３の例の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向における内向きのローレンツ力Ｆを受けることになり（但しその大きさは、図２、図３の例よりかは通常は小さい）、これによってイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００７０】
これと同様の現象は、図５を参照すれば分かるように、図２、図３の例の場合も、厳密に見れば生じる。従って、上記角度γにも着目すれば、磁石５０、５２間を通過中のイオンビーム４の進行方向と上記磁界Ｂとの成す角度は、β＋γとなる。
【００７１】
上記磁石５０は、一つの永久磁石で構成しても良いし、図７に示す例のように、複数の同極性の永久磁石６８を並設することによって構成しても良い。上記磁石５２についても同様である。また、後述する（図８、図９参照）弧状をした磁石５０、５２についても同様である。
【００７２】
なお、図１４、図１５に示す参考例のように、第１の磁石８０および第２の磁石８２の長手方向の両端に、即ち二つの短辺８０ｂ、８２ｂ側に磁極を設けるのは好ましくない。そのように磁極を設けると、両磁石８０、８２間には、図１５に示すように、Ｘ方向の両端の磁極付近のみにＹ方向に沿う磁力線８４、８６が発生して、リボン状のイオンビーム４のＸ方向の両端付近に、イオンビーム４を外側へ発散させるローレンツ力Ｆ3 、Ｆ4 が働くことになるだけであり、イオンビーム４をＹ方向において絞ることはできないからである。
【００７３】
第１および第２の磁石５０、５２は、上記実施形態のようにビーム平行化器１４の下流側近傍に設ける代わりに、ビーム平行化器１４の上流側近傍に設けても良い。そのようにすれば、ビーム平行化器１４に入射してそこを通過するイオンビーム４の量を増やすことができるので、イオンビーム４の輸送効率を高めることが容易になる。
【００７４】
第１および第２の磁石５０、５２を、ビーム平行化器１４の下流側近傍および上流側近傍の少なくとも一方に設けても良いし、両方に設けても良い。両方に設ければ、ビーム平行化器１４を通過するイオンビーム４の量を増やすと共に、ビーム平行化器１４を通過したイオンビームのＹ方向の発散を抑制することができるので、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率をより高めることができる。
【００７５】
第１および第２の磁石５０、５２を、ビーム平行化器１４の上流側近傍のように、走査器１２（図１６参照）によってＸ方向において扇状に走査されるイオンビーム４の経路に設ける場合は、両磁石５０、５２は、図１、図２等に示した磁石５０、５２を弧状に曲げたものに、即ち次のような弧状のものにするのが好ましい。
【００７６】
つまり、両磁石５０、５２は、図８、図９に示す実施形態のように、イオンビーム４の進行方向に張り出した弧状であって、Ｘ方向の各走査位置におけるイオンビーム４の進行方向と、各磁石５０、５２の一対の磁極（Ｎ極とＳ極）間を最短距離で結ぶ直線６２との成す角度φが常に実質的に一定となる弧状をしているのが好ましい。
【００７７】
これを詳述すると、走査器１２によるイオンビーム４の走査の中心点をａとし、この中心点ａからＸ方向に距離Ｌ6 だけ離れた点をｂとすると、弧状の磁石５０、５２の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）弧状辺５０ｃ、５２ｃは、それぞれ、点ｂを中心とする円の一部であるものにする。この弧状辺５０ｃ、５２ｃが、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。
【００７８】
両磁石５０、５２を上記のような弧状にすると、イオンビーム４の走査位置に拘わらずに、上記角度φは実質的に一定となる。この角度φによって（厳密に見れば図６を参照して説明した角度γも加わって）、両磁石５０、５２が発生させる磁界Ｂは、イオンビーム４の進行方向に対して直交する成分（直交成分）ＢR を有することになる。この直交成分ＢR によって、イオンビーム４はＹ方向における内向きのローレンツ力Ｆを受けることになり、それによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。上記距離Ｌ6 を大きくするほど角度φは大きくなる。
【００７９】
しかも、イオンビーム４の走査位置に拘わらずに上記角度φが実質的に一定になるので、Ｘ方向において扇状に走査されるイオンビーム４の全域に亘って均一にイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００８０】
上記表１中の実施例２は、上記図８、図９に示す実施形態に相当している。
【００８１】
イオン源２（図１６参照）からリボン状のイオンビームを発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなく、リボン状をしているイオンビーム４をターゲット２４に入射させる場合は、当該イオンビーム４の経路に、上記図１〜図７を参照して説明した、実質的に真っ直ぐな形状をした第１および第２の磁石５０、５２を設ければ良い。そのようにすれば、当該イオンビーム４のＸ方向の全域に亘って均一にイオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００８２】
上述したような真っ直ぐな、または弧状をした第１および第２の磁石５０、５２を、上記実施形態のように永久磁石で構成する代わりに、電磁石で構成しても良い。電磁石で構成する場合の実施形態を、以下においては、上記永久磁石で構成した実施形態との相違点を主体に説明する。
【００８３】
真っ直ぐな第１および第２の磁石５０、５２を電磁石で構成した実施形態を図１０、図１１に示す。これは、図２、図３に示した実施形態に対応している。
【００８４】
両磁石５０、５２は、それぞれ、上記図１〜図６に示した磁石５０、５２に相当する形状・配置をした鉄心７０と、この鉄心の長手方向に巻回されたコイル７２とを有している。鉄心７０の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）長辺７０ａ側が、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。
【００８５】
両磁石５０、５２は、それぞれ、直流電源７４、７６から励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 が供給されて、図１〜図６に示した実施形態と同様の極性の磁界を発生させる。従って、図１〜図６に示した実施形態と同様の作用によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。
【００８６】
しかも、第１および第２の磁石５０、５２が電磁石であるので、それらが発生する磁界の強さを調整することが容易であり、従って、イオンビーム４をＹ方向において絞る度合いを容易に制御することができる。例えば、イオンビーム４のエネルギーに応じて、発生させる磁界の強さを変えることによって、どのエネルギーにおいても同様にイオンビーム４を絞ることができる。また、発生させる磁界の強さを変えることによって、イオンビーム４のＹ方向における集束状況（例えば焦点距離等）を変えることもできる。後述するビーム寸法ｄt 、発散角α、偏差角θの制御を行うこともできる。また、永久磁石に比べてより強い磁界を発生させて、イオンビーム４をより強く絞ることも可能である。図１２に示す実施形態においても同様である。
【００８７】
上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 は、互いに同一の大きさにしても良いし、異なる大きさにしても良い。同一の大きさにする場合は、一つの直流電源を両磁石５０、５２に兼用しても良い。また、直流電源７４、７６の一方または両方を、両極性電源にして、励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 の方向を逆転させることができるようにしても良い。図１２に示す実施形態においても同様である。
【００８８】
弧状の磁石５０、５２を電磁石で構成した実施形態を、第１の磁石５０で代表して図１２に示す。断面は図１１と同様であるので、それを参照するものとする。これは、図８、図９に示した実施形態に対応している。
【００８９】
両磁石５０、５２は、それぞれ、上記図８、図９に示した磁石５０、５２に相当する形状・配置をした鉄心７０と、この鉄心の長手方向に巻回されたコイル７２とを有している。鉄心７０の二つの（即ちイオンビーム４の入口側および出口側の）弧状辺７０ｃ側が、それぞれ、その実質的に全長に亘って磁極である。コイル７２は、鉄心７０の長手方向に真っ直ぐに巻いておいても良いけれども、図示例のように、弧状辺７０ｃに沿って弧状に巻いておくのが好ましい。そのようにすれば、両弧状辺７０ｃ、即ち両磁極の実質的に全長に亘って均一な磁界を発生させることができる。
【００９０】
両磁石５０、５２は、それぞれ、直流電源７４、７６から励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 が供給されて、図８、図９に示した実施形態と同様の極性の磁界を発生させる。従って、図８、図９に示した実施形態と同様の作用によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。
【００９１】
第１および第２の磁石５０、５２が電磁石である場合に、それらを用いてイオンビーム４のＹ方向におけるビーム寸法ｄt 、発散角αおよび偏差角θを制御する例を以下に説明する。
【００９２】
図１を参照して、ターゲット２４の上流側および下流側に、イオンビーム４のビーム電流を計測する複数の検出器がＸ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデー４２および後段多点ファラデー４４をそれぞれ設けておいて、例えば特開２００５−１９５４１７号公報に記載されている技術と同様に、両多点ファラデー４２、４４とその前方でＹ方向に駆動されるシャッターとを組み合わせて用いて、イオンビーム４の進行方向Ｚの２箇所におけるイオンビーム４のＹ方向のビーム寸法ｄf 、ｄb と、両箇所間の距離Ｌ3 および両箇所とターゲット２４間の距離Ｌ4 、Ｌ5 とに基づいて、次式に従って、ターゲット２４の位置でのイオンビーム４のＹ方向のビーム寸法ｄt 、イオンビーム４のＹ方向における発散角αを計測しても良い。前段多点ファラデー４２の前方にシャッターを設ける代わりに、前段多点ファラデー４２を例えばマスク２０の下流側近傍に設ける等しておいて、前段多点ファラデー４２をＹ方向に駆動しても良い。
【００９３】
［数１］
ｄt ＝（Ｌ5 ／Ｌ3 ）ｄf ＋（Ｌ4 ／Ｌ3 ）ｄb 、（但しＬ3 ＝Ｌ4 ＋Ｌ5 ）
【００９４】
［数２］
α＝ｔａｎ-1｛（ｄb −ｄf ）／２Ｌ3 ｝
【００９５】
そして、上記ビーム寸法ｄt 、発散角αの計測データに基づいて、図示しない制御装置によって、上記直流電源７４、７６ひいては上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 をフィードバック制御するようにしても良い。例えば、イオンビーム４のＹ方向のビーム寸法ｄt や発散角αが大きいときは、それに応じて、上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 の絶対値（大きさ）を大きくするように制御すれば良い。それによって、両磁石５０、５２によってイオンビーム４がＹ方向においてより強く絞られるので、上記ビーム寸法ｄt や発散角αを小さくすることができる。ターゲット２４の位置での発散角αを実質的に０度にして、ターゲット２４に対してＹ方向における平行度の高いイオンビーム４を入射させてイオン注入を行うこともできる。
【００９６】
両磁石５０、５２に互いに同じ大きさの励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 を供給して、両磁石５０、５２が互いに同じ強さの磁界を発生させる場合、例えば図１３に示す例のように、何らかの原因で入射イオンビーム４がＹ方向に傾いていると、出射イオンビーム４もＹ方向において偏差角θを持つことになる。偏差角θは、ＹＺ平面内において、イオンビーム４の中心軌道と前記対称面５８との成す角度である。
【００９７】
これを、両磁石５０、５２に互いに異なる大きさの励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 を供給して、両磁石５０、５２によって互いに異なる強さの磁界を発生させることによって、補正することができる。例えば、上記図１３に示した例のように入射イオンビーム４がＹ方向における上向きに傾いている場合は、傾いている側の磁石５０に供給する励磁電流Ｉ1 を大きくすることと、反対側の磁石５２に供給する励磁電流Ｉ2 を小さくすることの少なくとも一方を行えば良い。それによって、傾いている側の磁石５０が発生する磁界の方が強くなり、下向きのローレンツ力Ｆの方が大きくなり、偏差角θを小さくすることができる。実質的に０度にすることも可能である。偏差角θが上記とは逆の場合は、上記とは逆にすれば良い。
【００９８】
上述した前段多点ファラデー４２、後段多点ファラデー４４等を用いて、例えば上記特開２００５−１９５４１７号公報に記載されている技術と同様に、イオンビーム４の進行方向の２箇所におけるイオンビーム４のＹ方向の中心位置ｙf 、ｙb と両箇所間の距離Ｌ3 とに基づいて、次式に従って、上記偏差角θを計測しても良い。
【００９９】
［数３］
θ＝ｔａｎ-1｛（ｙb −ｙf ）／Ｌ3 ｝
【０１００】
そして、上記偏差角θの計測データに基づいて、図示しない制御装置によって、偏差角が小さく（例えば実質的に０度に）なるように、上記直流電源７４、７６ひいては上記励磁電流Ｉ1 、Ｉ2 を、上記のようにフィードバック制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を部分的に示す平面図である。
【図２】図１に示す第１の磁石およびイオンビームを拡大して示す平面図である。
【図３】図３の線Ｃ−Ｃに概ね沿って、第１の磁石、第２の磁石およびイオンビームを示す断面図である。
【図４】図３にＹ方向の磁界を追記した図である。
【図５】イオンビームのＸ方向における軌道のずれを拡大して示す平面図であり、イオンビームは一筋のみを代表して示している。
【図６】第１の磁石をイオンビームに対して実質的に直角に配置した実施形態を示す平面図であり、イオンビームは一筋のみを代表して示している。
【図７】第１の磁石を、複数の永久磁石を並設することによって構成した例を示す平面図である。
【図８】図１に示すビーム平行化器の上流側近傍に第１および第２の磁石を設けた実施形態を示す平面図である。
【図９】図８の線Ｄ−Ｄに概ね沿って、第１の磁石、第２の磁石およびイオンビームを示す断面図である。
【図１０】電磁石で構成された第１の磁石、それ用の電源およびイオンビームの例を示す平面図であり、図２に対応している。
【図１１】図１０の線Ｅ−Ｅに概ね沿って、第１の磁石、第２の磁石、それ用の電源およびイオンビームを示す断面図である。
【図１２】図８に示す第１の磁石を、永久磁石の代わりに電磁石で構成した例を電源と共に示す図である。
【図１３】電磁石で構成された第１および第２の磁石を用いて、イオンビームの偏差角を制御する例を説明するための図である。
【図１４】参考例として、長手方向の両端に磁極を有する第１の磁石およびイオンビームの例を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す第１の磁石、イオンビームおよび第２の磁石を、図４中の矢印Ｐ方向に見て示す正面図である。
【図１６】従来のイオン注入装置の一例を示す平面図である。
【図１７】図１６中のマスクおよびターゲットをイオンビームの進行方向に見て拡大して示す正面図である。
【図１８】電界レンズの一例を電源と共に示す側面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
４ イオンビーム
１４ ビーム平行化器（イオンビーム偏向器）
２４ ターゲット
５０ 第１の磁石
５２ 第２の磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置において、
前記ターゲットよりも上流側にあって、前記リボン状のイオンビームの経路を挟んでＹ方向において相対向するように、かつ前記リボン状のイオンビームの進行方向に対して交差するように配置されている第１の磁石および第２の磁石を備えており、
前記第１の磁石および第２の磁石は、それぞれ、前記イオンビームの入口側および出口側に一対の磁極を有していてしかもその極性が第１の磁石と第２の磁石とで逆であり、かつ前記イオンビームに対して両磁石間に内向きのローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させるものである、ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、極性が互いに逆であることを除いて、前記イオンビームの経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面に関して実質的に面対称に配置されている請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記第１の磁石および第２の磁石は、前記イオンビームの進行方向に対して斜めに交差するように配置されている請求項１または２記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記第１の磁石および第２の磁石は、Ｘ方向において実質的に平行に走査されるイオンビームの経路に設けられており、かつ前記第１の磁石および第２の磁石は、実質的に真っ直ぐな形状をしている請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記第１の磁石および第２の磁石は、Ｘ方向において扇状に走査されるイオンビームの経路に設けられており、かつ前記第１の磁石および第２の磁石は、前記イオンビームの進行方向に張り出した弧状であって、Ｘ方向の各走査位置におけるイオンビームの進行方向と、各磁石の一対の磁極間を最短距離で結ぶ直線との成す角度が常に実質的に一定となる弧状をしている請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記第１の磁石および第２の磁石は、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状をしているイオンビームの経路に設けられており、かつ前記第１の磁石および第２の磁石は、実質的に真っ直ぐな形状をしている請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記第１の磁石および第２の磁石は永久磁石である請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記第１の磁石および第２の磁石は電磁石である請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１】
Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置において、
前記ターゲットよりも上流側にあって、前記リボン状のイオンビームの経路を挟んでＹ方向において相対向するように、かつ前記リボン状のイオンビームの進行方向に対して交差するように配置されている第１の磁石および第２の磁石を備えており、
前記第１の磁石および第２の磁石は、それぞれ、前記イオンビームの入口側および出口側に一対の磁極を有していてしかもその極性が第１の磁石と第２の磁石とで逆であり、かつ前記イオンビームに対して両磁石間に内向きのローレンツ力を働かせる方向の磁界を発生させるものである、ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、極性が互いに逆であることを除いて、前記イオンビームの経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面に関して実質的に面対称に配置されている請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記第１の磁石および第２の磁石は、前記イオンビームの進行方向に対して斜めに交差するように配置されている請求項１または２記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記第１の磁石および第２の磁石は、Ｘ方向において実質的に平行に走査されるイオンビームの経路に設けられており、かつ前記第１の磁石および第２の磁石は、実質的に真っ直ぐな形状をしている請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記第１の磁石および第２の磁石は、Ｘ方向において扇状に走査されるイオンビームの経路に設けられており、かつ前記第１の磁石および第２の磁石は、前記イオンビームの進行方向に張り出した弧状であって、Ｘ方向の各走査位置におけるイオンビームの進行方向と、各磁石の一対の磁極間を最短距離で結ぶ直線との成す角度が常に実質的に一定となる弧状をしている請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記第１の磁石および第２の磁石は、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状をしているイオンビームの経路に設けられており、かつ前記第１の磁石および第２の磁石は、実質的に真っ直ぐな形状をしている請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記第１の磁石および第２の磁石は永久磁石である請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記第１の磁石および第２の磁石は電磁石である請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−１３５２０７（Ｐ２００８−１３５２０７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１８４３５（Ｐ２００６−３１８４３５）
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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