イオン注入装置
【課題】 ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられていて、イオンビームをＹ方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正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、ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられたユニポテンシャルレンズ４０と、その第２電極４２、第３電極４３に直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加する直流電源６０とを備えている。そして、ユニポテンシャルレンズ４０の第１ギャップ５１、第３ギャップ５３の曲率中心の位置を、ビーム走査器の走査中心の位置と一致させており、第２ギャップ５２の曲率中心の位置を、走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側にずらしている。
【解決手段】 このイオン注入装置は、ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられたユニポテンシャルレンズ４０と、その第２電極４２、第３電極４３に直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加する直流電源６０とを備えている。そして、ユニポテンシャルレンズ４０の第１ギャップ５１、第３ギャップ５３の曲率中心の位置を、ビーム走査器の走査中心の位置と一致させており、第２ギャップ５２の曲率中心の位置を、走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側にずらしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、走査されたイオンビームを、その走査面と実質的に直交する方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズ（これはアインツェルレンズとも呼ばれる。以下同様）を備えているイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなユニポテンシャルレンズを備えているイオン注入装置の一例が、例えば特許文献１に記載されている。それを図１を参照して説明する。
【０００３】
なお、この明細書および図面においては、イオンビーム４の進行方向をＺ方向とし、この進行方向Ｚと実質的に直交する平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。例えば、Ｘ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は垂直方向である。
【０００４】
このイオン注入装置は、イオン源２から発生させたイオンビーム４を、質量分離器６によって質量分離し、加減速器８によって加速または減速し、エネルギー分離器１０によってエネルギー分離し、ビーム走査器１２によってＸ方向において走査し、ビーム平行化器１４によってＸＺ平面（Ｘ方向とＺ方向とで形成される平面。以下同様）内で所定の基準軸１６に対して実質的に平行になるように曲げて平行ビーム化し、このビーム平行化器１４からのイオンビーム４を、Ｘ方向が長辺、Ｙ方向が短辺である長方形の開口２２を有するビーム整形用マスク２０を通して整形した後、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。
【０００５】
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の照射領域内で、ターゲット駆動装置２８によって、ＸＺ平面に交差する方向（例えばＹ方向）に機械的に走査（往復駆動）される。
【０００６】
ビーム平行化器１４の下流側に、より具体的にはこの例では、ビーム平行化器１４とビーム整形用マスク２０との間に、イオンビーム４を、そのエネルギーを変えずにＹ方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズ３０が設けられている。ユニポテンシャルレンズ３０は、入口電極３１、中間電極３２および出口電極３３を有している。
【０００７】
このユニポテンシャルレンズ３０によってイオンビーム４をＹ方向において絞ることによって、イオンビーム４のエネルギーを変えずに、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を抑制して、イオンビーム４がビーム整形用マスク２０等によってカットされる割合を減らして、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。
【０００８】
ところで、特許文献１では、ビーム平行化器１４の下流側にユニポテンシャルレンズ３０を設けているけれども、イオンビーム４をより上流側で絞る等のために、上記ユニポテンシャルレンズ３０の代わりに、図１中に二点鎖線で示すように、ビーム走査器１２とビーム平行化器１４との間にユニポテンシャルレンズ３０ａを設けることも考えられる。
【０００９】
その場合は、ユニポテンシャルレンズ３０ａは、特許文献２に記載されている加速管のような構成にするのが好ましい。
【００１０】
即ち、特許文献２には、イオンビームを走査する静電偏向器と、走査されたイオンビームを平行ビーム化する扇形電磁石との間に、円弧状の電極の曲率中心が静電偏向器の偏向中心と一致している加速管を設けて、静電偏向器での走査角等に関わらずに、基板に入射するイオンの角度を一定に保つ技術が記載されている。
【００１１】
従って、ユニポテンシャルレンズ３０ａを構成する電極３１〜３３を、図１中に二点鎖線で示す例のように、同心の円弧状にして、それらの曲率中心の位置を、ビーム走査器１２の走査中心（ビーム走査器１２におけるイオンビーム４の走査の中心。以下同様）１２ａの位置に一致させる。そのようにすると、ユニポテンシャルレンズ３０ａにおいては、理論的には、どの走査位置（走査角度）のイオンビーム４に対しても、それをＸＺ平面内で曲げる作用をする電界は生じないので、ユニポテンシャルレンズ３０ａによって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を曲げることなく、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３４３６０号公報（段落００３４−００４４、図１、図２、図１０）
【特許文献２】特開平１１−３５４０６４号公報（段落００１６−００１８、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のようなユニポテンシャルレンズ３０ａは、それを構成する電極３１〜３３の組立誤差や製作誤差が大きいと、ＸＺ平面内でイオンビーム４を曲げる作用をする電界が生じて、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道にずれが生じることが起こる。それが起こると、例えば、ビーム平行化器１４にイオンビーム４が正しい軌道で入射しなくなるので、ビーム平行化器１４によってイオンビーム４を平行ビーム化する働きが悪化して、ビーム平行化器１４から導出されるイオンビーム４の平行度が悪化する。しかしこのようなイオンビーム４の軌道のずれを修正する技術は、特許文献２には記載されていない。
【００１４】
そこでこの発明は、ビーム走査器とビーム平行化器との間に、イオンビームをＹ方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズを有しており、しかも当該ユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正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】
【００１５】
この発明に係るイオン注入装置は、イオンビームの進行方向Ｚと実質的に直交する平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方向とすると、イオンビームをＸ方向において走査するビーム走査器と、このビーム走査器からのイオンビームをＸＺ平面内で所定の基準軸に対して実質的に平行になるように曲げて平行ビーム化するビーム平行化器とを備えているイオン注入装置において、前記ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられていて、そこを通過するイオンビームをＹ方向において絞る働きをするものであって、イオンビーム進行方向に、ＸＺ平面内の形状がいずれも円弧状をしている第１ギャップ、第２ギャップおよび第３ギャップをそれぞれあけて並べられた第１電極、第２電極、第３電極および第４電極を有していて、第１電極および第４電極は電気的に接地されているユニポテンシャルレンズと、前記ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に第１直流電圧および第２直流電圧をそれぞれ印加する電圧可変の直流電源とを備えており、前記ユニポテンシャルレンズの第１ギャップおよび第３ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置と実質的に一致させており、前記ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側または上流側にずらしていることを特徴としている。
【００１６】
このイオン注入装置においては、ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に直流電源から印加する第１直流電圧および第２直流電圧の少なくとも一方を調整することによって、ユニポテンシャルレンズの第２ギャップにおける電界を調整して、第２ギャップを通過したイオンビームのＸＺ平面内での軌道を変化させることができる。その結果、ユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１、２に記載の発明によれば、ユニポテンシャルレンズによって、イオンビームのエネルギーを変化させることなく、イオンビームをＹ方向において絞ることができるので、イオンビームの輸送効率を高めることができる。
【００１８】
しかも、ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に直流電源から印加する第１直流電圧および第２直流電圧の少なくとも一方を調整することによって、ユニポテンシャルレンズの第２ギャップにおける電界を調整して、第２ギャップを通過したイオンビームのＸＺ平面内での軌道を変化させることができるので、ユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を走査中心の位置より上流側にずらしている場合よりも、第２ギャップの曲率が大きくなって、第２ギャップにおける電界の方向と入射イオンビームとの間の角度を大きくしやすいので、第２ギャップを通過したイオンビームのＸＺ平面内での軌道を変化させやすくなり、ひいてはイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを調整しやすくなる、という更なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。図３は、図２中のユニポテンシャルレンズ周りを拡大して電源と共に示す斜視図である。図２は概略図であり、ユニポテンシャルレンズ４０の構成は図３に示すものがより正確である。図１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。
【００２１】
このイオン注入装置においては、上記ユニポテンシャルレンズ３０、３０ａの代わりに、上記ビーム走査器１２とビーム平行化器１４との間に、次のような構成のユニポテンシャルレンズ４０を設けている。
【００２２】
ユニポテンシャルレンズ４０は、そこ（それ）を通過するイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをするものであって、イオンビーム進行方向Ｚに、ＸＺ平面内の形状がいずれも円弧状をしている第１ギャップ５１、第２ギャップ５２および第３ギャップ５３をそれぞれあけて並べられた第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３および第４電極４４を有している。
【００２３】
第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３および第４電極４４は、この実施形態では、それぞれ、図３に示すように、イオンビーム４が通過する空間４６を挟んでＹ方向において相対向しておりかつ互いに同電位である一対の電極４１ａ、４１ｂ、電極４２ａ、４２ｂ、電極４３ａ、４３ｂおよび電極４４ａ、４４ｂから成る。電極４１ａと４１ｂ、電極４２ａと４２ｂ、電極４３ａと４３ｂ、電極４４ａと４４ｂは、それぞれ、導体（図示省略）によって電気的に接続されている。但し、上記のようにせずに、各一対の電極を、それぞれ、イオンビーム４が通過する空間をあけた一体の電極で構成しても良い。
【００２４】
第１電極４１および第４電極４４は電気的に接地されている。
【００２５】
このイオン注入装置は、更に、第２電極４２および第３電極４３に第１直流電圧Ｖ1 および第２直流電圧Ｖ2 をそれぞれ印加する電圧可変の直流電源６０を備えている。直流電源６０は、この実施形態では、第２電極４２に第１直流電圧Ｖ1 を印加する電圧可変の第１直流電源６１と、第３電極４３に第２直流電圧Ｖ2 を印加する電圧可変の第２直流電源６２とを有している。但し、一つの電圧可変の直流電源で両直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を出力するようにしても良い。
【００２６】
両直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、正電圧であっても、ユニポテンシャルレンズ４０にイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをさせることはできるけれども、この実施形態のように、負電圧にする方が好ましい。負電圧にすると、電場のないドリフト空間（例えば第１電極４１より上流側および第４電極４４より下流側における電場のない空間）中の電子が第２電極４２、第３電極４３に引き込まれて消滅することを防止することができるので、当該電子の消滅によってイオンビーム４の空間電荷効果による発散が強くなることを防止することができる。
【００２７】
各電極４１〜４４の、より具体的にはそれらを構成する各電極４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂの、上記イオンビーム４が通過する空間４６側の面は、この実施形態では、ＸＺ平面に実質的に平行である。
【００２８】
各電極４１〜４４は、より具体的にはそれらを構成する各電極４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂは、この実施形態では、上記円弧状のギャップ５１〜５３をそれぞれ形成するように、ＸＺ平面内で弧状に湾曲した形状をしている。
【００２９】
図４も参照して、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率中心５１ａおよび５３ａの位置を、上記ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置と実質的に一致させている。第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置を、この実施形態では、上記ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの下流側にずらしている。従って、第２ギャップ５２の曲率は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率よりも大きい。換言すれば、第２ギャップ５２の曲率半径は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率半径よりも小さい。第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置は、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの上流側にずらしても良いが、そのようにする例は後述する。
【００３０】
後でシミュレーション結果を説明するけれども、ユニポテンシャルレンズ４０は、イオンビーム進行方向Ｚにおける両端の電極、即ち第１電極４１および第４電極４４が互いに同電位（具体的には接地電位）に保たれ、第２電極４２および第３電極４３に直流電源６０から直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 が印加されるので、イオンビーム４のエネルギーを変化させることなく、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。従って、イオンビーム４のエネルギーを変えずに、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を抑制して、イオンビーム４が上記ビーム整形用マスク２０によって、あるいはビーム平行化器１４内等でカットされる割合を減らして、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。
【００３１】
しかも、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２および第３電極４３に直流電源６０から印加する第１直流電圧Ｖ1 および第２直流電圧Ｖ2 の少なくとも一方を調整することによって、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ５２における電界を調整して、第２ギャップを通過したイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道を変化させることができる。これは、前述したように、第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置を、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの下流側にずらしているので、ＸＺ平面内において、第２ギャップ５２における電界の方向とイオンビーム４の進行方向との間に角度を付けることができるからである。
【００３２】
従って、ユニポテンシャルレンズ４０を構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズ４０において電気的に修正することができる。その結果、例えば、ユニポテンシャルレンズ４０を構成する電極に組立誤差や製作誤差があっても、ビーム平行化器１４にイオンビーム４を正しい軌道で入射させることが可能になるので、ビーム平行化器１４によってイオンビーム４を平行ビーム化する働きが悪化して、ビーム平行化器１４から導出されるイオンビーム４の平行度が悪化することを防止することができる。
【００３３】
ちなみに、第１ギャップ５１の曲率中心５１ａおよび第３ギャップ５３の曲率中心５３ａの位置は、前述したように、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置と実質的に一致させているので、原理的には、ＸＺ平面内において、どの走査位置（走査角度）のイオンビーム４に対しても、両ギャップ５１、５３における電界の方向とイオンビーム４の進行方向との間に角度は付かない。従って、イオンビーム４をＹ方向において絞るために両ギャップ５１、５３に電界を発生させても、当該電界によって、イオンビーム４のＸＺ平面内での軌道が変化することはない。
【００３４】
ユニポテンシャルレンズ４０を通過するイオンビーム４の軌道のシミュレーションを行った結果の例を図４〜図１７に示す。これらは、前述したビーム走査器１２によってＸＺ平面内でＸ方向に走査されており（その走査中心は１２ａ）、かつＹＺ平面内においてほぼ平行な（即ちＹ方向における発散角がほぼ０度の）イオンビーム４をユニポテンシャルレンズ４０（より具体的にはその前記空間４６）に入射させた場合の例である。イオンビーム４は、エネルギーが１０ｋｅＶのアルゴンイオンビームである。なお、これらの図の見方は、後の図面の簡単な説明の項をも参照するものとする。
【００３５】
図４、図５は、ユニポテンシャルレンズ４０に電圧を印加していない場合であり、いずれのギャップ５１〜５３にも電界は発生していないので、イオンビーム４の軌道はＸＺ平面内（図４参照）およびＹＺ平面内（図５参照）のいずれにおいても変化していない（即ち入射時の軌道方向を保って出射している）。
【００３６】
図６、図７は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にいずれも−１０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＝Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、第１ギャップ５１、第３ギャップ５３に電界が発生しており、その等電位線（等電位面とも言える。以下同様）７１、７３の幾つかを図示している。Ｖ1 ＝Ｖ2 だから第２ギャップ５２には電界が発生しないので、当然のことながら、等電位線は図示していない。他の例における電界が発生しないギャップについても同様である。
【００３７】
この図６、図７の場合は、ＸＺ平面内では、前述したように、ギャップ５１、５３における電界の方向とイオンビーム４の進行方向との間に角度は付かないので（換言すれば等電位線７１、７３に対してイオンビーム４は実質的に直角に通るので）、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は変化していない（図６参照）。ＹＺ平面内では、前述したイオンビーム４が通る空間４６において等電位線７１、７３が凸レンズ状に膨らむので、イオンビーム４はＹ方向において絞られている（図７参照）。
【００３８】
図８、図９は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ４２、第３ギャップ４３にいずれも−５ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＝Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、図６の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は変化していない（図８参照）。ＹＺ平面内では、図７の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向において絞られているけれども（図９参照）、図７の場合に比べて、直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 の絶対値が小さいので、絞られる度合いは小さい。
【００３９】
図１０、１１は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ−１０ｋＶ、０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＜Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、第２ギャップ５２に発生する電界（その等電位線７２の幾つかを図示している）によって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は集束する方向に曲げられている（図１０参照）。これは、図１８に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも内向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４が内向きに曲げられるからである。ＹＺ平面内では、イオンビーム４が通る空間４６において等電位線７１、７２が凸レンズ状に膨らむので、イオンビーム４はＹ方向において絞られている（図１１参照）。
【００４０】
図１２、図１３は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ−５ｋＶ、０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＜Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、図１０の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は集束する方向に曲げられているけれども（図１２参照）、図１０の場合に比べて、第２ギャップ５２における電界が弱いので、曲げられる度合いは小さい。ＹＺ平面内では、図１１の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向において絞られているけれども（図１３参照）、図１１の場合に比べて、直流電圧Ｖ1 の絶対値が小さいので、絞られる度合いは小さい。
【００４１】
図１４、１５は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ０ｋＶ、−１０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＞Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、第２ギャップ５２に発生する電界（その等電位線７２の幾つかを図示している）によって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は発散する方向に曲げられている（図１４参照）。これは、図１９に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも外向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４が外向きに曲げられるからである。ＹＺ平面内では、イオンビーム４が通る空間４６において等電位線７２、７３が凸レンズ状に膨らむので、イオンビーム４はＹ方向において絞られている（図１５参照）。
【００４２】
図１６、図１７は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ０ｋＶ、−５ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＞Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、図１４の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は発散する方向に曲げられているけれども（図１６参照）、図１４の場合に比べて、第２ギャップ５２における電界が弱いので、曲げられる度合いは小さい。ＹＺ平面内では、図１５の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向において絞られているけれども（図１７参照）、図１５の場合に比べて、直流電圧Ｖ2 の絶対値が小さいので、絞られる度合いは小さい。
【００４３】
以上の例におけるＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道の状態をまとめて表１の上半分に示す。表１の下半分は後述する。
【００４４】
【表１】
【００４５】
以上のように、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３に直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加することによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができ、かつ直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 の大きさによってその絞る度合いを調整することができる。しかも、直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を調整することによって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を変化させなかったり、集束する方向や発散する方向に変化させたりすることができ、かつ直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 の大きさによって集束、発散の度合いを調整することができる。
【００４６】
ユニポテンシャルレンズ４０において、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を修正する方法のより具体例を説明する。
【００４７】
図２に示したビーム平行化器１４の下流側、例えばターゲット２４の近傍において、ファラデーカップ等のイオンビーム検出器を用いて、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の平行度を検出して、平行度が所定範囲内にあれば、ユニポテンシャルレンズ４０には単純なユニポテンシャルレンズとして機能するように、即ちＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を変化させないように、Ｖ1 ＝Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加すれば良い。平行度が所定範囲内になければ、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の発散または集束を補正するように、Ｖ1 ＜Ｖ2 またはＶ1 ＞Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加すれば良い。
【００４８】
上記各例は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置を、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりも下流側にずらしている例であるが、それとは反対に、曲率中心５２ａの位置を、走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの上流側にずらしても良い。上流側にずらす場合は、第２ギャップ５２の曲率は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率よりも小さくなる。換言すれば、第２ギャップ５２の曲率半径は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率半径よりも大きくなる。即ち、上記各例の場合と逆の関係になる。これによって、ＸＺ平面内でイオンビーム４を曲げる作用も、以下に説明するように、上記各例とは逆の関係になる。
【００４９】
第２ギャップ５２の曲率中心５２ａを上流側にずらした場合の例を説明する。この場合も、ＹＺ平面内でイオンビーム４をＹ方向に絞る作用は、上記各例と同様であるので重複説明を省略する。
【００５０】
ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にＶ1 ＝Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加した場合は、上記図６、図８の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は変化しない。
【００５１】
ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３に、Ｖ1 ＜Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加した場合は、図２０に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも外向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４は外向きに、即ち発散する方向に曲げられる。
【００５２】
ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３に、Ｖ1 ＞Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加した場合は、図２１に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも内向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４は内向きに、即ち集束する方向に曲げられる。
【００５３】
以上の関係を、上記表１の下半分にまとめて示している。
【００５４】
このように、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置は、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの上流側にずらしても良いし下流側にずらしても良いけれども、下流側にずらす方が好ましい。その方が、上流側にずらす場合よりも、第２ギャップ５２の曲率が大きくなって、第２ギャップ５２における電界の方向と入射イオンビーム４との間の角度を大きくしやすいので、第２ギャップ５２を通過したイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道を変化させやすくなり、ひいてはイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道のずれを調整しやすくなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図２】この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図３】図２中のユニポテンシャルレンズ周りを拡大して電源と共に示す斜視図である。
【図４】図３に示すユニポテンシャルレンズに電圧を印加していない状態の一例を示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図５】図３に示すユニポテンシャルレンズに電圧を印加していない状態の一例を示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図６】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図７】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図８】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図９】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１０】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１１】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１２】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１３】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１４】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１５】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１６】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１７】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１８】図１０または図１２に示す第２ギャップ付近の等電位線およびイオンビームの状態の例を誇張して示す図である。
【図１９】図１４または図１６に示す第２ギャップ付近の等電位線およびイオンビームの状態の例を誇張して示す図である。
【図２０】第２ギャップの曲率中心の位置を、ビーム走査器の走査中心の位置よりも上流側へずらしており、かつＶ1 ＜Ｖ2 の場合の第２ギャップ付近のＸＺ平面内における等電位線およびイオンビームの状態の一例を誇張して示す図である。
【図２１】第２ギャップの曲率中心の位置を、ビーム走査器の走査中心の位置よりも上流側へずらしており、かつＶ1 ＞Ｖ2 の場合の第２ギャップ付近のＸＺ平面内における等電位線およびイオンビームの状態の一例を誇張して示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
４ イオンビーム
１２ ビーム走査器
１２ａ 走査中心
１４ ビーム平行化器
４０ ユニポテンシャルレンズ
４１ 第１電極
４２ 第２電極
４３ 第３電極
４４ 第４電極
５１ 第１ギャップ
５１ａ 曲率中心
５２ 第２ギャップ
５２ａ 曲率中心
５３ 第３ギャップ
５３ａ 曲率中心
６０ 直流電源
Ｖ1 第１直流電圧
Ｖ2 第２直流電圧
【技術分野】
【０００１】
この発明は、走査されたイオンビームを、その走査面と実質的に直交する方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズ（これはアインツェルレンズとも呼ばれる。以下同様）を備えているイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなユニポテンシャルレンズを備えているイオン注入装置の一例が、例えば特許文献１に記載されている。それを図１を参照して説明する。
【０００３】
なお、この明細書および図面においては、イオンビーム４の進行方向をＺ方向とし、この進行方向Ｚと実質的に直交する平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。例えば、Ｘ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は垂直方向である。
【０００４】
このイオン注入装置は、イオン源２から発生させたイオンビーム４を、質量分離器６によって質量分離し、加減速器８によって加速または減速し、エネルギー分離器１０によってエネルギー分離し、ビーム走査器１２によってＸ方向において走査し、ビーム平行化器１４によってＸＺ平面（Ｘ方向とＺ方向とで形成される平面。以下同様）内で所定の基準軸１６に対して実質的に平行になるように曲げて平行ビーム化し、このビーム平行化器１４からのイオンビーム４を、Ｘ方向が長辺、Ｙ方向が短辺である長方形の開口２２を有するビーム整形用マスク２０を通して整形した後、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。
【０００５】
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の照射領域内で、ターゲット駆動装置２８によって、ＸＺ平面に交差する方向（例えばＹ方向）に機械的に走査（往復駆動）される。
【０００６】
ビーム平行化器１４の下流側に、より具体的にはこの例では、ビーム平行化器１４とビーム整形用マスク２０との間に、イオンビーム４を、そのエネルギーを変えずにＹ方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズ３０が設けられている。ユニポテンシャルレンズ３０は、入口電極３１、中間電極３２および出口電極３３を有している。
【０００７】
このユニポテンシャルレンズ３０によってイオンビーム４をＹ方向において絞ることによって、イオンビーム４のエネルギーを変えずに、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を抑制して、イオンビーム４がビーム整形用マスク２０等によってカットされる割合を減らして、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。
【０００８】
ところで、特許文献１では、ビーム平行化器１４の下流側にユニポテンシャルレンズ３０を設けているけれども、イオンビーム４をより上流側で絞る等のために、上記ユニポテンシャルレンズ３０の代わりに、図１中に二点鎖線で示すように、ビーム走査器１２とビーム平行化器１４との間にユニポテンシャルレンズ３０ａを設けることも考えられる。
【０００９】
その場合は、ユニポテンシャルレンズ３０ａは、特許文献２に記載されている加速管のような構成にするのが好ましい。
【００１０】
即ち、特許文献２には、イオンビームを走査する静電偏向器と、走査されたイオンビームを平行ビーム化する扇形電磁石との間に、円弧状の電極の曲率中心が静電偏向器の偏向中心と一致している加速管を設けて、静電偏向器での走査角等に関わらずに、基板に入射するイオンの角度を一定に保つ技術が記載されている。
【００１１】
従って、ユニポテンシャルレンズ３０ａを構成する電極３１〜３３を、図１中に二点鎖線で示す例のように、同心の円弧状にして、それらの曲率中心の位置を、ビーム走査器１２の走査中心（ビーム走査器１２におけるイオンビーム４の走査の中心。以下同様）１２ａの位置に一致させる。そのようにすると、ユニポテンシャルレンズ３０ａにおいては、理論的には、どの走査位置（走査角度）のイオンビーム４に対しても、それをＸＺ平面内で曲げる作用をする電界は生じないので、ユニポテンシャルレンズ３０ａによって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を曲げることなく、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３４３６０号公報（段落００３４−００４４、図１、図２、図１０）
【特許文献２】特開平１１−３５４０６４号公報（段落００１６−００１８、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のようなユニポテンシャルレンズ３０ａは、それを構成する電極３１〜３３の組立誤差や製作誤差が大きいと、ＸＺ平面内でイオンビーム４を曲げる作用をする電界が生じて、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道にずれが生じることが起こる。それが起こると、例えば、ビーム平行化器１４にイオンビーム４が正しい軌道で入射しなくなるので、ビーム平行化器１４によってイオンビーム４を平行ビーム化する働きが悪化して、ビーム平行化器１４から導出されるイオンビーム４の平行度が悪化する。しかしこのようなイオンビーム４の軌道のずれを修正する技術は、特許文献２には記載されていない。
【００１４】
そこでこの発明は、ビーム走査器とビーム平行化器との間に、イオンビームをＹ方向において絞る働きをするユニポテンシャルレンズを有しており、しかも当該ユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正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】
【００１５】
この発明に係るイオン注入装置は、イオンビームの進行方向Ｚと実質的に直交する平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方向とすると、イオンビームをＸ方向において走査するビーム走査器と、このビーム走査器からのイオンビームをＸＺ平面内で所定の基準軸に対して実質的に平行になるように曲げて平行ビーム化するビーム平行化器とを備えているイオン注入装置において、前記ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられていて、そこを通過するイオンビームをＹ方向において絞る働きをするものであって、イオンビーム進行方向に、ＸＺ平面内の形状がいずれも円弧状をしている第１ギャップ、第２ギャップおよび第３ギャップをそれぞれあけて並べられた第１電極、第２電極、第３電極および第４電極を有していて、第１電極および第４電極は電気的に接地されているユニポテンシャルレンズと、前記ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に第１直流電圧および第２直流電圧をそれぞれ印加する電圧可変の直流電源とを備えており、前記ユニポテンシャルレンズの第１ギャップおよび第３ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置と実質的に一致させており、前記ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側または上流側にずらしていることを特徴としている。
【００１６】
このイオン注入装置においては、ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に直流電源から印加する第１直流電圧および第２直流電圧の少なくとも一方を調整することによって、ユニポテンシャルレンズの第２ギャップにおける電界を調整して、第２ギャップを通過したイオンビームのＸＺ平面内での軌道を変化させることができる。その結果、ユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１、２に記載の発明によれば、ユニポテンシャルレンズによって、イオンビームのエネルギーを変化させることなく、イオンビームをＹ方向において絞ることができるので、イオンビームの輸送効率を高めることができる。
【００１８】
しかも、ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に直流電源から印加する第１直流電圧および第２直流電圧の少なくとも一方を調整することによって、ユニポテンシャルレンズの第２ギャップにおける電界を調整して、第２ギャップを通過したイオンビームのＸＺ平面内での軌道を変化させることができるので、ユニポテンシャルレンズを構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズにおいて電気的に修正することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を走査中心の位置より上流側にずらしている場合よりも、第２ギャップの曲率が大きくなって、第２ギャップにおける電界の方向と入射イオンビームとの間の角度を大きくしやすいので、第２ギャップを通過したイオンビームのＸＺ平面内での軌道を変化させやすくなり、ひいてはイオンビームのＸＺ平面内での軌道のずれを調整しやすくなる、という更なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。図３は、図２中のユニポテンシャルレンズ周りを拡大して電源と共に示す斜視図である。図２は概略図であり、ユニポテンシャルレンズ４０の構成は図３に示すものがより正確である。図１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。
【００２１】
このイオン注入装置においては、上記ユニポテンシャルレンズ３０、３０ａの代わりに、上記ビーム走査器１２とビーム平行化器１４との間に、次のような構成のユニポテンシャルレンズ４０を設けている。
【００２２】
ユニポテンシャルレンズ４０は、そこ（それ）を通過するイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをするものであって、イオンビーム進行方向Ｚに、ＸＺ平面内の形状がいずれも円弧状をしている第１ギャップ５１、第２ギャップ５２および第３ギャップ５３をそれぞれあけて並べられた第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３および第４電極４４を有している。
【００２３】
第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３および第４電極４４は、この実施形態では、それぞれ、図３に示すように、イオンビーム４が通過する空間４６を挟んでＹ方向において相対向しておりかつ互いに同電位である一対の電極４１ａ、４１ｂ、電極４２ａ、４２ｂ、電極４３ａ、４３ｂおよび電極４４ａ、４４ｂから成る。電極４１ａと４１ｂ、電極４２ａと４２ｂ、電極４３ａと４３ｂ、電極４４ａと４４ｂは、それぞれ、導体（図示省略）によって電気的に接続されている。但し、上記のようにせずに、各一対の電極を、それぞれ、イオンビーム４が通過する空間をあけた一体の電極で構成しても良い。
【００２４】
第１電極４１および第４電極４４は電気的に接地されている。
【００２５】
このイオン注入装置は、更に、第２電極４２および第３電極４３に第１直流電圧Ｖ1 および第２直流電圧Ｖ2 をそれぞれ印加する電圧可変の直流電源６０を備えている。直流電源６０は、この実施形態では、第２電極４２に第１直流電圧Ｖ1 を印加する電圧可変の第１直流電源６１と、第３電極４３に第２直流電圧Ｖ2 を印加する電圧可変の第２直流電源６２とを有している。但し、一つの電圧可変の直流電源で両直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を出力するようにしても良い。
【００２６】
両直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、正電圧であっても、ユニポテンシャルレンズ４０にイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをさせることはできるけれども、この実施形態のように、負電圧にする方が好ましい。負電圧にすると、電場のないドリフト空間（例えば第１電極４１より上流側および第４電極４４より下流側における電場のない空間）中の電子が第２電極４２、第３電極４３に引き込まれて消滅することを防止することができるので、当該電子の消滅によってイオンビーム４の空間電荷効果による発散が強くなることを防止することができる。
【００２７】
各電極４１〜４４の、より具体的にはそれらを構成する各電極４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂの、上記イオンビーム４が通過する空間４６側の面は、この実施形態では、ＸＺ平面に実質的に平行である。
【００２８】
各電極４１〜４４は、より具体的にはそれらを構成する各電極４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂは、この実施形態では、上記円弧状のギャップ５１〜５３をそれぞれ形成するように、ＸＺ平面内で弧状に湾曲した形状をしている。
【００２９】
図４も参照して、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率中心５１ａおよび５３ａの位置を、上記ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置と実質的に一致させている。第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置を、この実施形態では、上記ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの下流側にずらしている。従って、第２ギャップ５２の曲率は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率よりも大きい。換言すれば、第２ギャップ５２の曲率半径は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率半径よりも小さい。第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置は、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの上流側にずらしても良いが、そのようにする例は後述する。
【００３０】
後でシミュレーション結果を説明するけれども、ユニポテンシャルレンズ４０は、イオンビーム進行方向Ｚにおける両端の電極、即ち第１電極４１および第４電極４４が互いに同電位（具体的には接地電位）に保たれ、第２電極４２および第３電極４３に直流電源６０から直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 が印加されるので、イオンビーム４のエネルギーを変化させることなく、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。従って、イオンビーム４のエネルギーを変えずに、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を抑制して、イオンビーム４が上記ビーム整形用マスク２０によって、あるいはビーム平行化器１４内等でカットされる割合を減らして、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。
【００３１】
しかも、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２および第３電極４３に直流電源６０から印加する第１直流電圧Ｖ1 および第２直流電圧Ｖ2 の少なくとも一方を調整することによって、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ５２における電界を調整して、第２ギャップを通過したイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道を変化させることができる。これは、前述したように、第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置を、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの下流側にずらしているので、ＸＺ平面内において、第２ギャップ５２における電界の方向とイオンビーム４の進行方向との間に角度を付けることができるからである。
【００３２】
従って、ユニポテンシャルレンズ４０を構成する電極の組立誤差や製作誤差等によって生じるイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道のずれを当該ユニポテンシャルレンズ４０において電気的に修正することができる。その結果、例えば、ユニポテンシャルレンズ４０を構成する電極に組立誤差や製作誤差があっても、ビーム平行化器１４にイオンビーム４を正しい軌道で入射させることが可能になるので、ビーム平行化器１４によってイオンビーム４を平行ビーム化する働きが悪化して、ビーム平行化器１４から導出されるイオンビーム４の平行度が悪化することを防止することができる。
【００３３】
ちなみに、第１ギャップ５１の曲率中心５１ａおよび第３ギャップ５３の曲率中心５３ａの位置は、前述したように、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置と実質的に一致させているので、原理的には、ＸＺ平面内において、どの走査位置（走査角度）のイオンビーム４に対しても、両ギャップ５１、５３における電界の方向とイオンビーム４の進行方向との間に角度は付かない。従って、イオンビーム４をＹ方向において絞るために両ギャップ５１、５３に電界を発生させても、当該電界によって、イオンビーム４のＸＺ平面内での軌道が変化することはない。
【００３４】
ユニポテンシャルレンズ４０を通過するイオンビーム４の軌道のシミュレーションを行った結果の例を図４〜図１７に示す。これらは、前述したビーム走査器１２によってＸＺ平面内でＸ方向に走査されており（その走査中心は１２ａ）、かつＹＺ平面内においてほぼ平行な（即ちＹ方向における発散角がほぼ０度の）イオンビーム４をユニポテンシャルレンズ４０（より具体的にはその前記空間４６）に入射させた場合の例である。イオンビーム４は、エネルギーが１０ｋｅＶのアルゴンイオンビームである。なお、これらの図の見方は、後の図面の簡単な説明の項をも参照するものとする。
【００３５】
図４、図５は、ユニポテンシャルレンズ４０に電圧を印加していない場合であり、いずれのギャップ５１〜５３にも電界は発生していないので、イオンビーム４の軌道はＸＺ平面内（図４参照）およびＹＺ平面内（図５参照）のいずれにおいても変化していない（即ち入射時の軌道方向を保って出射している）。
【００３６】
図６、図７は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にいずれも−１０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＝Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、第１ギャップ５１、第３ギャップ５３に電界が発生しており、その等電位線（等電位面とも言える。以下同様）７１、７３の幾つかを図示している。Ｖ1 ＝Ｖ2 だから第２ギャップ５２には電界が発生しないので、当然のことながら、等電位線は図示していない。他の例における電界が発生しないギャップについても同様である。
【００３７】
この図６、図７の場合は、ＸＺ平面内では、前述したように、ギャップ５１、５３における電界の方向とイオンビーム４の進行方向との間に角度は付かないので（換言すれば等電位線７１、７３に対してイオンビーム４は実質的に直角に通るので）、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は変化していない（図６参照）。ＹＺ平面内では、前述したイオンビーム４が通る空間４６において等電位線７１、７３が凸レンズ状に膨らむので、イオンビーム４はＹ方向において絞られている（図７参照）。
【００３８】
図８、図９は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ４２、第３ギャップ４３にいずれも−５ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＝Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、図６の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は変化していない（図８参照）。ＹＺ平面内では、図７の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向において絞られているけれども（図９参照）、図７の場合に比べて、直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 の絶対値が小さいので、絞られる度合いは小さい。
【００３９】
図１０、１１は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ−１０ｋＶ、０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＜Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、第２ギャップ５２に発生する電界（その等電位線７２の幾つかを図示している）によって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は集束する方向に曲げられている（図１０参照）。これは、図１８に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも内向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４が内向きに曲げられるからである。ＹＺ平面内では、イオンビーム４が通る空間４６において等電位線７１、７２が凸レンズ状に膨らむので、イオンビーム４はＹ方向において絞られている（図１１参照）。
【００４０】
図１２、図１３は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ−５ｋＶ、０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＜Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、図１０の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は集束する方向に曲げられているけれども（図１２参照）、図１０の場合に比べて、第２ギャップ５２における電界が弱いので、曲げられる度合いは小さい。ＹＺ平面内では、図１１の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向において絞られているけれども（図１３参照）、図１１の場合に比べて、直流電圧Ｖ1 の絶対値が小さいので、絞られる度合いは小さい。
【００４１】
図１４、１５は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ０ｋＶ、−１０ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＞Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、第２ギャップ５２に発生する電界（その等電位線７２の幾つかを図示している）によって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は発散する方向に曲げられている（図１４参照）。これは、図１９に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも外向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４が外向きに曲げられるからである。ＹＺ平面内では、イオンビーム４が通る空間４６において等電位線７２、７３が凸レンズ状に膨らむので、イオンビーム４はＹ方向において絞られている（図１５参照）。
【００４２】
図１６、図１７は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にそれぞれ０ｋＶ、−５ｋＶの直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 （即ちＶ1 ＞Ｖ2 ）を印加した場合の例であり、図１４の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は発散する方向に曲げられているけれども（図１６参照）、図１４の場合に比べて、第２ギャップ５２における電界が弱いので、曲げられる度合いは小さい。ＹＺ平面内では、図１５の場合と同様に、イオンビーム４はＹ方向において絞られているけれども（図１７参照）、図１５の場合に比べて、直流電圧Ｖ2 の絶対値が小さいので、絞られる度合いは小さい。
【００４３】
以上の例におけるＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道の状態をまとめて表１の上半分に示す。表１の下半分は後述する。
【００４４】
【表１】
【００４５】
以上のように、ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３に直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加することによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができ、かつ直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 の大きさによってその絞る度合いを調整することができる。しかも、直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を調整することによって、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を変化させなかったり、集束する方向や発散する方向に変化させたりすることができ、かつ直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 の大きさによって集束、発散の度合いを調整することができる。
【００４６】
ユニポテンシャルレンズ４０において、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を修正する方法のより具体例を説明する。
【００４７】
図２に示したビーム平行化器１４の下流側、例えばターゲット２４の近傍において、ファラデーカップ等のイオンビーム検出器を用いて、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の平行度を検出して、平行度が所定範囲内にあれば、ユニポテンシャルレンズ４０には単純なユニポテンシャルレンズとして機能するように、即ちＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道を変化させないように、Ｖ1 ＝Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加すれば良い。平行度が所定範囲内になければ、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の発散または集束を補正するように、Ｖ1 ＜Ｖ2 またはＶ1 ＞Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加すれば良い。
【００４８】
上記各例は、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置を、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりも下流側にずらしている例であるが、それとは反対に、曲率中心５２ａの位置を、走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの上流側にずらしても良い。上流側にずらす場合は、第２ギャップ５２の曲率は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率よりも小さくなる。換言すれば、第２ギャップ５２の曲率半径は、第１ギャップ５１および第３ギャップ５３の曲率半径よりも大きくなる。即ち、上記各例の場合と逆の関係になる。これによって、ＸＺ平面内でイオンビーム４を曲げる作用も、以下に説明するように、上記各例とは逆の関係になる。
【００４９】
第２ギャップ５２の曲率中心５２ａを上流側にずらした場合の例を説明する。この場合も、ＹＺ平面内でイオンビーム４をＹ方向に絞る作用は、上記各例と同様であるので重複説明を省略する。
【００５０】
ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３にＶ1 ＝Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加した場合は、上記図６、図８の場合と同様に、ＸＺ平面内でのイオンビーム４の軌道は変化しない。
【００５１】
ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３に、Ｖ1 ＜Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加した場合は、図２０に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも外向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４は外向きに、即ち発散する方向に曲げられる。
【００５２】
ユニポテンシャルレンズ４０の第２電極４２、第３電極４３に、Ｖ1 ＞Ｖ2 の直流電圧Ｖ1 、Ｖ2 を印加した場合は、図２１に誇張して示すように、ＸＺ平面内でイオンビーム４に入射時の進行方向よりも内向きの電界Ｅが働いて、イオンビーム４は内向きに、即ち集束する方向に曲げられる。
【００５３】
以上の関係を、上記表１の下半分にまとめて示している。
【００５４】
このように、ユニポテンシャルレンズ４０の第２ギャップ５２の曲率中心５２ａの位置は、ビーム走査器１２の走査中心１２ａの位置よりもイオンビーム進行方向Ｚの上流側にずらしても良いし下流側にずらしても良いけれども、下流側にずらす方が好ましい。その方が、上流側にずらす場合よりも、第２ギャップ５２の曲率が大きくなって、第２ギャップ５２における電界の方向と入射イオンビーム４との間の角度を大きくしやすいので、第２ギャップ５２を通過したイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道を変化させやすくなり、ひいてはイオンビーム４のＸＺ平面内での軌道のずれを調整しやすくなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図２】この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図３】図２中のユニポテンシャルレンズ周りを拡大して電源と共に示す斜視図である。
【図４】図３に示すユニポテンシャルレンズに電圧を印加していない状態の一例を示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図５】図３に示すユニポテンシャルレンズに電圧を印加していない状態の一例を示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図６】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図７】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図８】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図９】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＝Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１０】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１１】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１２】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１３】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＜Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１４】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１５】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の一例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１６】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＸＺ平面図であり、図３中の矢印Ｐ方向に見て示している。
【図１７】図３に示すユニポテンシャルレンズにＶ1 ＞Ｖ2 の電圧を印加した状態の他の例を等電位線と共に示すＹＺ平面図であり、図３中の矢印Ｑ方向に見て示している。
【図１８】図１０または図１２に示す第２ギャップ付近の等電位線およびイオンビームの状態の例を誇張して示す図である。
【図１９】図１４または図１６に示す第２ギャップ付近の等電位線およびイオンビームの状態の例を誇張して示す図である。
【図２０】第２ギャップの曲率中心の位置を、ビーム走査器の走査中心の位置よりも上流側へずらしており、かつＶ1 ＜Ｖ2 の場合の第２ギャップ付近のＸＺ平面内における等電位線およびイオンビームの状態の一例を誇張して示す図である。
【図２１】第２ギャップの曲率中心の位置を、ビーム走査器の走査中心の位置よりも上流側へずらしており、かつＶ1 ＞Ｖ2 の場合の第２ギャップ付近のＸＺ平面内における等電位線およびイオンビームの状態の一例を誇張して示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
４ イオンビーム
１２ ビーム走査器
１２ａ 走査中心
１４ ビーム平行化器
４０ ユニポテンシャルレンズ
４１ 第１電極
４２ 第２電極
４３ 第３電極
４４ 第４電極
５１ 第１ギャップ
５１ａ 曲率中心
５２ 第２ギャップ
５２ａ 曲率中心
５３ 第３ギャップ
５３ａ 曲率中心
６０ 直流電源
Ｖ1 第１直流電圧
Ｖ2 第２直流電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの進行方向Ｚと実質的に直交する平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方向とすると、イオンビームをＸ方向において走査するビーム走査器と、このビーム走査器からのイオンビームをＸＺ平面内で所定の基準軸に対して実質的に平行になるように曲げて平行ビーム化するビーム平行化器とを備えているイオン注入装置において、
前記ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられていて、そこを通過するイオンビームをＹ方向において絞る働きをするものであって、イオンビーム進行方向に、ＸＺ平面内の形状がいずれも円弧状をしている第１ギャップ、第２ギャップおよび第３ギャップをそれぞれあけて並べられた第１電極、第２電極、第３電極および第４電極を有していて、第１電極および第４電極は電気的に接地されているユニポテンシャルレンズと、
前記ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に第１直流電圧および第２直流電圧をそれぞれ印加する電圧可変の直流電源とを備えており、
前記ユニポテンシャルレンズの第１ギャップおよび第３ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置と実質的に一致させており、
前記ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側または上流側にずらしていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記ユニポテンシャルレンズの第１電極、第２電極、第３電極および第４電極は、それぞれ、イオンビームが通過する空間を挟んでＹ方向において相対向しておりかつ互いに同電位である一対の電極から成る請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側にずらしている請求項１または２記載のイオン注入装置。
【請求項１】
イオンビームの進行方向Ｚと実質的に直交する平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方向とすると、イオンビームをＸ方向において走査するビーム走査器と、このビーム走査器からのイオンビームをＸＺ平面内で所定の基準軸に対して実質的に平行になるように曲げて平行ビーム化するビーム平行化器とを備えているイオン注入装置において、
前記ビーム走査器とビーム平行化器との間に設けられていて、そこを通過するイオンビームをＹ方向において絞る働きをするものであって、イオンビーム進行方向に、ＸＺ平面内の形状がいずれも円弧状をしている第１ギャップ、第２ギャップおよび第３ギャップをそれぞれあけて並べられた第１電極、第２電極、第３電極および第４電極を有していて、第１電極および第４電極は電気的に接地されているユニポテンシャルレンズと、
前記ユニポテンシャルレンズの第２電極および第３電極に第１直流電圧および第２直流電圧をそれぞれ印加する電圧可変の直流電源とを備えており、
前記ユニポテンシャルレンズの第１ギャップおよび第３ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置と実質的に一致させており、
前記ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側または上流側にずらしていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記ユニポテンシャルレンズの第１電極、第２電極、第３電極および第４電極は、それぞれ、イオンビームが通過する空間を挟んでＹ方向において相対向しておりかつ互いに同電位である一対の電極から成る請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記ユニポテンシャルレンズの第２ギャップの曲率中心の位置を、前記ビーム走査器の走査中心の位置よりもイオンビーム進行方向の下流側にずらしている請求項１または２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１９】
【図２０】
【図２１】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２５２６９７（Ｐ２００９−２５２６９７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０２６９４（Ｐ２００８−１０２６９４）
【出願日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【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２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【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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