JP2008047491A - 偏向電磁石およびそれを備えるイオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームラインを曲げることなく、かつ不所望なＸ方向の集束作用を抑えつつ、イオンビームのＹ方向における軌道状態を制御することができる偏向電磁石を提供する。
【解決手段】この偏向電磁石１０は、Ｙ方向に長いリボン状のイオンビーム２のビーム経路を挟んでＸ方向において相対向していてイオンビーム２のＹ方向の半分以上ずつをカバーする第１磁極対２０および第２磁極対３０と、両磁極対２０、３０のギャップに互いに逆向きの磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ を発生させるコイル４４〜４７とを備えている。かつ両磁極対２０、３０を構成する各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ 、Ｌ₂ を、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れるに従って大きくしている。
【選択図】図２

Description

この発明は、イオンビームの進行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方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状（これは、シート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームのＹ方向における軌道を制御する偏向電磁石およびそれを備えるイオン注入装置に関する。この明細書において、リボン状のイオンビームには、Ｙ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と、Ｙ方向の走査を経てリボン状をしているイオンビームとが含まれている。

例えば、リボン状のイオンビームをターゲットに入射させてイオン注入を行うイオン注入装置においては、イオンビームの長手方向であるＹ方向における軌道の状態（例えば平行、発散または集束の状態）が重要である。具体的には、ターゲットの広い領域（例えば実質的に全面）に均一性の良いイオン注入を行うためには、イオンビームのＹ方向における平行性が重要である。

イオンビームを平行化（即ち、発散角や集束角を０度に近づけること。以下同様）する技術として、（ａ）一組の扇形磁極を有する扇形電磁石によって、イオンビームを扇形に曲げつつ平行化する技術（例えば特許文献１参照）、および、（ｂ）静電界のレンズ効果によって、イオンビームを平行化する技術（例えば特許文献２参照）が提案されている。

特開平１１−３５４０６４号公報（段落００１６−００１８、図１） 特開平５−９４７９９号公報（段落００１０−００１１、図２、図５）

上記（ａ）の扇形電磁石を用いる技術では、イオンビームを扇形に曲げるため、ビームライン（装置におけるイオンビームの経路）が曲がってしまう。従って、真っ直ぐなビームラインに比べて、イオン注入装置等の装置を構成する際に大きなスペースが必要になる。また、装置配置の設計、変更等も難しい。

上記（ｂ）の静電界を用いる技術では、イオンビームのＹ方向における発散角制御を目的としていても、電極の前後でＸ方向においても電界が膨らんでレンズ作用が現れ、不所望なＸ方向の集束作用が現れてしまう。

そこでこの発明は、ビームラインを曲げることなく、かつ不所望なＸ方向の集束作用を抑えつつ、イオンビームのＹ方向における軌道状態を制御することができる偏向電磁石を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る偏向電磁石の一つは、イオンビームの進行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方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームが入射され、当該イオンビームの通り道であるビーム経路にＸ方向に沿う磁界を発生させる偏向電磁石であって、前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビームのＹ方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一対の磁極を有する第１磁極対と、前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビームのＹ方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一対の磁極を有する第２磁極対と、前記第１磁極対間のギャップと前記第２磁極対間のギャップとに互いに逆向きの磁界を発生させるコイルとを備えており、かつ前記第１磁極対および前記第２磁極対を構成する各磁極のイオンビーム進行方向における長さを、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れるに従って大きくしていることを特徴としている。

この偏向電磁石においては、第１磁極対および第２磁極対を構成する各磁極のイオンビーム進行方向における長さを、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れるに従って大きくしているので、イオンビームは、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れた所ほど、長く磁極間を通過することになって強く曲げられる。これによって、イオンビームのＹ方向における軌道状態を制御することができる。例えば、Ｙ方向において発散する入射イオンビームを実質的に平行ビーム化して導出することができる。また、コイルに流す電流を上記の場合とは逆向きにすることによって、Ｙ方向において集束する入射イオンビームを実質的に平行ビーム化して導出することもできる。

前記各磁極のイオンビーム進行方向における長さを前記のように変化させる代わりに、前記第１磁極対間のギャップ長および前記第２磁極対間のギャップ長を、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れるに従って小さくしても良い。

前記第１磁極対を構成する一方の磁極のＸ方向における背面と、当該磁極とＸ方向において同じ側にあり前記第２磁極対を構成する一方の磁極のＸ方向における背面とを磁気的に接続している第１ヨークと、前記第１磁極対を構成する他方の磁極のＸ方向における背面と、当該磁極とＸ方向において同じ側にあり前記第２磁極対を構成する他方の磁極のＸ方向における背面とを磁気的に接続している第２ヨークとを更に備えていても良い。

この発明に係るイオン注入装置は、前記偏向電磁石を備えていて、当該偏向電磁石を通過した前記イオンビームをターゲットに入射させるよう構成されている。

請求項１、２に記載の発明によれば、第１磁極対間のギャップおよび第２磁極対間のギャップにおいて、イオンビームは、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れた所ほど強く曲げられることになり、これによって、イオンビームの軌道状態を制御することができる。しかも、扇形電磁石を用いる場合と違って、ビームラインを曲げずに済む。かつ、静電界を用いる場合と違って、イオンビームの不所望なＸ方向の集束作用を抑えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、Ｙ方向において発散する入射イオンビームを実質的に平行ビーム化して導出することができる、という更なる効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、Ｙ方向において集束する入射イオンビームを実質的に平行ビーム化して導出することができる、という更なる効果を奏する。

請求項５に記載の発明によれば、第１磁極対、第２磁極対、第１ヨークおよび第２ヨークによって、ループ状の磁気回路が形成されて磁束がループを作るので、外部への漏れ磁界を少なくすることができると共に、磁界を必要とする第１磁極対間のギャップおよび第２磁極対間のギャップにおいて効率良く磁界を発生させることができる、という更なる効果を奏する。

請求項６に記載の発明によれば、上記のような偏向電磁石を備えているので、ターゲットに入射するときのイオンビームのＹ方向における平行度を高めることができる。

図１は、この発明に係る偏向電磁石の一実施形態を電源と共に示す正面図である。図２は、図１の線Ｄ−Ｄに沿う側面図であり、発散ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。

この偏向電磁石１０には、その進行方向Ｚ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方向とすると、図７も参照して、Ｘ方向の寸法Ｗ_X よりもＹ方向の寸法Ｗ_Y が大きいリボン状のイオンビーム２が入射される。イオンビーム２は、リボン状と言ってもＸ方向の寸法Ｗ_X 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２のＸ方向の寸法Ｗ_X は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度、Ｙ方向の寸法Ｗ_Y は、ターゲットの寸法にも依るが、３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。このイオンビーム２の大きい方の面、即ちＹＺ面に沿う面が主面４である。

この偏向電磁石１０は、イオンビーム２の通り道であるビーム経路１２に、Ｘ方向に沿う磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ を発生させるものである。この偏向電磁石１０は、ビーム経路１２を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビーム２のＹ方向の一方側（この実施形態では上側）のほぼ半分以上（換言すれば実質的に半分以上）をカバーする一対の磁極２２を有する第１磁極対２０と、ビーム経路１２を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビーム２のＹ方向の他方側（この実施形態では下側）のほぼ半分以上（換言すれば実質的に半分以上）をカバーする一対の磁極３２を有する第２磁極対３０と、第１磁極対２０間のギャップ２６と第２磁極対３０間のギャップ３６とに互いに逆向きの磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ を発生させるコイル４４〜４７とを備えている。

第１磁極対２０間のギャップ２６のＸ方向における長さ（ギャップ長。以下同様）Ｇ₁ は、Ｙ方向において実質的に一定である。第２磁極対３０間のギャップ長Ｇ₂ も、Ｙ方向において実質的に一定である。また、ギャップ長Ｇ₁ とＧ₂ とは、互いに実質的に同じ長さにするのが好ましく、この実施形態ではそのようにしている。

この実施形態では、第１磁極対２０を構成する一対の磁極２２にコイル４４、４５がそれぞれ巻かれている。両コイル４４、４５は、互いに直列接続されて直流電源５０に接続されており、この直流電源５０によって励磁されて、例えば図１中に示すようにＸ方向において右向きの磁界Ｂ₁ を発生させる。

第２磁極対３０を構成する一対の磁極３２にコイル４６、４７がそれぞれ巻かれている。両コイル４６、４７は、互いに直列接続されて直流電源５２に接続されており、この直流電源５２によって、コイル４４、４５とは逆向きの励磁電流が流されて、例えば図１中に示すようにＸ方向において左向きの磁界Ｂ₂ を発生させる。

もっとも、コイルの巻き方、数、コイル用の直流電源等は、この実施形態のものに限られない。例えば、コイル４４〜４７を全て直列接続して、一つの直流電源によって励磁しても良い。また、左右どちらか一方の磁極２２および左右どちらか一方の磁極３２にのみコイルを巻いていても良い。後述するヨーク４０、４２の両方または一方の中間部にコイルを巻いていても良い。いずれにしても、互いに逆向きの磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ を発生させる。図４〜図６に示す実施形態においても同様である。

この偏向電磁石１０では、図２に示すように、第１磁極対２０および第２磁極対３０を構成する各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ およびＬ₂ を、それぞれ、Ｙ方向においてビーム経路１２の中心１４から外側（上下）に離れるに従って大きくしている。従って、各磁極２２、３２の側面形状は、Ｙ方向の外側が広い三角形または楔形に近い形状をしている。各磁極２２と各磁極３２とは、ビーム経路１２の中心（中心線）１４に対して実質的に線対称の形状にするのが好ましく、この実施形態ではそのようにしている。

また、この偏向電磁石１０を、発散イオンビーム２を平行化することに専ら用いる場合は、図２に示す例のように、各磁極２２、３２の入口面２３、３３をイオンビーム進行方向Ｚに膨れた弧状にし、出口面２４、３４を直線状にするのが好ましい。そのようにすると、入口面２３、３３および出口面２４、３４に対するイオンビーム２の入射角および出射角を、Ｙ方向のどの位置においても直角に近づけることができるので、イオンビーム２を平行化し易い。

コイル４４〜４７は、この実施形態では、各磁極２２、３２に沿わせて巻いていて長方形から変形した形状をしているけれども、必ずしも沿わせて巻く必要はなく、例えば図５に示す例と同様に長方形に近い形をしていても良い。各磁極２２、３２の形状が重要だからである。

この偏向電磁石１０は、第１磁極対２０間のギャップ２６と第２磁極対３０間のギャップ３６とに上記のような互いに逆向きの磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ を発生させるので、ギャップ２６、３６を通過するイオンビーム（この明細書においては正イオンビーム）２がそれぞれ受けるローレンツ力Ｆ₁ 、Ｆ₂ は、図２中に示すように、内向きになる。従って、イオンビーム２を絞る作用を奏する。

しかも、第１磁極対２０および第２磁極対３０を構成する各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ 、Ｌ₂ を、Ｙ方向においてビーム経路１２の中心１４から外側に離れるに従って大きくしているので、イオンビーム２は、Ｙ方向においてビーム経路１２の中心１４から外側に離れた所ほど、長く（長い距離）磁極２２、３２間を通過することになって強く曲げられる。これによって、イオンビーム２のＹ方向における軌道状態を制御することができる。

例えば、Ｙ方向に着目すると、イオンビーム２は空間電荷効果によってＹ方向に発散する性質を有しているけれども、その発散角は、一般的に、例えば図２に示すように、Ｙ方向の中心１４付近では小さく、中心１４から外側に離れるに従って大きい。発散するものは、端ほど発散の程度が大きいからである。

これに対して、各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ 、Ｌ₂ を上記のように変化させておくことによって、中心１４から外側に離れた所ほどイオンビーム２を強く曲げることができるので、イオンビーム２の上記発散をうまく補償（キャンセル）して平行化することができる。即ち、Ｙ方向において発散するイオンビーム２を実質的に平行ビーム化して導出することができる。

各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ 、Ｌ₂ をどの程度変化させるかは、入射させるイオンビーム２の発散の程度等に応じて決めれば良い。即ち、発散の大きいイオンビーム２を扱う場合は長さＬ₁ 、Ｌ₂ の変化を大きくすれば良く、発散の小さいイオンビーム２を扱う場合は長さＬ₁ 、Ｌ₂ の変化を小さくすれば良い。

この偏向電磁石１０に、Ｙ方向において実質的に平行なイオンビーム２を入射させて、Ｙ方向において集束するイオンビーム２を導出することもできる。イオンビーム２は空間電荷効果によって発散する性質を有しているので、特に低エネルギー、大ビーム電流のイオンビーム２はその性質が強いので、例えばイオン注入装置において、偏向電磁石１０から集束するイオンビーム２を取り出して、偏向電磁石１０からターゲット間での空間電荷効果による発散とバランス（相殺）させることによって、ターゲットに入射する際のイオンビーム２を実質的に平行ビーム化することもできる。

上記直流電源５０、５２を逆向きに接続すること等によって、各コイル４４〜４７に流す電流を上記例の場合とは逆向きにして、図３に示す例のように、磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ の向きを図１および図２の例の場合と逆にしても良い。但し、磁界Ｂ₁ とＢ₂ との向きが互いに逆向きであることに変わりはない。

この図３の例の場合は、ギャップ２６、３６を通過するイオンビーム２がそれぞれ受けるローレンツ力Ｆ₁ 、Ｆ₂ は、外向きになる。従って、イオンビーム２を広げる作用を奏する。この例の場合も、イオンビーム２は、Ｙ方向においてビーム経路１２の中心１４から外側に離れた所ほど、長く（長い距離）磁極２２、３２間を通過することになって、強く曲げられる。これによって、イオンビーム２のＹ方向における軌道状態を制御することができる。

例えば、Ｙ方向に着目すると、イオンビーム２が例えば他の機器を通過することによってＹ方向において集束している（絞られている）場合、その集束角は、一般的に、例えば図３に示すように、Ｙ方向の中心１４付近では小さく、中心１４から外側に離れるに従って大きい。集束するものは、端ほど集束の程度が大きいからである。

これに対して、各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ 、Ｌ₂ を上記のように変化させておくことによって、中心１４から外側に離れた所ほどイオンビーム２を強く曲げることができるので、イオンビーム２の上記集束をうまく補償（キャンセル）して平行化することができる。即ち、Ｙ方向において集束するイオンビーム２を実質的に平行ビーム化して導出することができる。

各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ 、Ｌ₂ をどの程度変化させるかは、入射させるイオンビーム２の集束の程度等に応じて決めれば良い。即ち、集束の大きいイオンビーム２を扱う場合は長さＬ₁ 、Ｌ₂ の変化を大きくすれば良く、集束の小さいイオンビーム２を扱う場合は長さＬ₁ 、Ｌ₂ の変化を小さくすれば良い。

この偏向電磁石１０に、Ｙ方向において実質的に平行なイオンビーム２を入射させて、Ｙ方向において発散するイオンビーム２を導出することもできる。例えばこの偏向電磁石１０の下流側にビーム集束器を設けて、前者による発散と後者による集束とを組み合わせて、イオンビーム２を平行化することができる。そのようにすれば、イオンビーム２のＹ方向の寸法Ｗ_Y をより大きくすることができる。

この偏向電磁石１０は、上記いずれの例の場合も、従来の扇形電磁石を用いる場合と違って、ビームラインを曲げずに済む。従って、ビームラインを曲げる場合に比べて、イオン注入装置等の装置を構成する際にスペースを節約することができる。また、装置配置の設計、変更等も容易になる。これは装置を構成する機器の配置が直線状になるからである。

しかも、従来の静電界を用いる場合と違って、Ｘ方向において不所望なレンズ作用が現れにくいので、イオンビーム２の不所望なＸ方向の集束作用を抑制することができる。

この偏向電磁石１０は、更に、第１磁極対２０を構成する一方（図１中の左側。以下同様）の磁極２２のＸ方向における背面（即ちギャップ２６とは反対側の面。以下同様）と、当該磁極２２とＸ方向において同じ側にあり第２磁極対３０を構成する一方の磁極３２のＸ方向における背面とを磁気的に接続している第１ヨーク４０と、第２磁極対３０を構成する他方（図１中の右側。以下同様）の磁極２２のＸ方向における背面と、当該磁極２２とＸ方向において同じ側にあり第２磁極対３０を構成する他方の磁極３２のＸ方向における背面とを磁気的に接続している第２ヨーク４２とを備えている。

これによって、第１磁極対２０、第２磁極対３０、第１ヨーク４０および第２ヨーク４２によって、ループ状の磁気回路が形成されて磁束がループを作るので（磁界Ｂ₁ 〜Ｂ₄ 参照）、外部への漏れ磁界を少なくすることができると共に、磁界を必要とする第１磁極対２０間のギャップ２６および第２磁極対３０間のギャップ３６において効率良く磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ を発生させることができる。

図４は、この発明に係る偏向電磁石の他の実施形態を電源と共に示す正面図である。図５は、図４の線Ｅ−Ｅに沿う側面図であり、発散ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。図１〜図３に示した実施形態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実施形態との相違点を主体に説明する。

この偏向電磁石１０においては、図５に示すように、第１磁極対２０および第２磁極対３０を構成する各磁極２２、３２のイオンビーム進行方向Ｚにおける長さＬ₁ およびＬ₂ を、それぞれ、Ｙ方向において実質的に一定にしている。また、長さＬ₁ とＬ₂ とは、互いに実質的に同じにするのが好ましく、この実施形態ではそのようにしている。

その代わりに、図４に示すように、第１磁極対２０間のギャップ長Ｇ₁ および第２磁極対３０間のギャップ長Ｇ₂ を、それぞれ、Ｙ方向においてビーム経路１２の中心１４から外側（上下）に離れるに従って小さくしている。第１磁極対２０間のギャップ２６と第２磁極対３０間のギャップ３６とは、ビーム経路１２の中心１４に対してＹ方向において実質的に対称の形状にするのが好ましく、この実施形態ではそのようにしている。

Ｙ方向においてギャップ長Ｇ₁ 、Ｇ₂ を上記のように変化させておくと、ビーム経路１２の中心１４に近い所では磁束密度が小さく、中心１４から外側に離れるに従って磁束密度は大きくなるので、イオンビーム２は、Ｙ方向においてビーム経路１２の中心１４から外側に離れた所ほど強く曲げられる。これによって、先の実施形態の場合と同様に、イオンビーム２のＹ方向における軌道状態を制御することができる。

例えば、図５に示す例のように、発散する入射イオンビーム２を実質的に平行ビーム化して導出することができる。この図５は図２に対応している。この偏向電磁石１０に、Ｙ方向において実質的に平行なイオンビーム２を入射させて、Ｙ方向において集束するイオンビーム２を導出することもできる。そのようにする目的効果は、前述のとおりである。

各コイル４４〜４７に流す電流を上記例の場合とは逆向きにして、図６に示す例のように、磁界Ｂ₁ 、Ｂ₂ の向きを図５の例の場合と逆にしても良い。但し、磁界Ｂ₁ とＢ₂ とが互いに逆向きであることに変わりはない。この図６は、図３に対応している。

この図６の例の場合は、Ｙ方向において集束する入射イオンビーム２を実質的に平行ビーム化して導出することができる。この偏向電磁石１０に、Ｙ方向において実質的に平行なイオンビーム２を入射させて、Ｙ方向において発散するイオンビーム２を導出することもできる。そのようにする目的効果は前述のとおりである。

Ｙ方向においてギャップ長Ｇ₁ 、Ｇ₂ をどの程度変化させるかは、入射させるイオンビームの発散（または集束）の程度等に応じて決めれば良い。即ち、発散（または集束）の大きいイオンビーム２を扱う場合はギャップ長Ｇ₁ 、Ｇ₂ の変化を大きくすれば良く、発散（または集束）の小さいイオンビーム２を扱う場合はギャップ長Ｇ₁ 、Ｇ₂ の変化を小さくすれば良い。

上記のような偏向電磁石１０を備えていて、当該偏向電磁石１０を通過したイオンビーム２をターゲットに入射させるイオン注入装置を構成しても良い。このようなイオン注入装置の一例を図８に示す。

このイオン注入装置は、上記のようなリボン状のイオンビーム２をターゲット６６に入射させてイオン注入を行う場合の例であり、リボン状のイオンビーム２を発生させるイオン源６０と、このイオン源６０からのイオンビーム２を偏向させて運動量分析（例えば質量分析。以下同様）を行うものであって下流側に所望運動量のイオンビーム２の焦点６を形成する分析電磁石６２と、この分析電磁石６２からのイオンビーム２の焦点６付近に設けられていて分析電磁石６２と協働してイオンビーム２の運動量分析を行う分析スリット６４とを備えている。分析電磁石６２は、この実施形態では、リボン状のイオンビーム２をその主面４（図７参照）に実質的に直交する方向（換言すればＸ方向）に偏向させて、イオンビーム２をＸ方向において集束させて前記焦点６を形成する。

このイオン注入装置は、更に、分析スリット６４を通過したイオンビーム２をターゲット６６に入射させる注入位置で、ホルダ６８に保持されたターゲット６６をイオンビーム２の主面４と交差する方向に往復直線移動させる（矢印Ｃ参照）、即ち機械的に走査するターゲット駆動装置７０を備えている。イオン源６０からターゲット６６までのイオンビーム２の経路は真空雰囲気に保たれる。

イオン源６０から発生させてターゲット６６まで輸送するイオンビーム２のＹ方向の寸法Ｗ_Y は、ターゲット６６のＹ方向の寸法よりも大きい。このことと、ターゲット６６を上記のように往復移動させることとによって、ターゲット６６の全面にイオンビーム２を入射させてイオン注入を行うことができる。ターゲット６６は、例えば、半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は円形でも良いし四角形でも良い。

この実施形態では、分析スリット６４とターゲット６６との間に、上記のような偏向電磁石１０を設けている。この偏向電磁石１０によって、前述したような作用によって、ターゲット６６に入射する時のイオンビーム２のＹ方向における平行度を高めることができる。その結果、ターゲット６６に対して均一性の良いイオン注入を行うことができる。

電界レンズ（換言すれば静電レンズ）のようにイオンビームを加減速して軌道を変更する場合は、加減速したエネルギー分だけ入射イオンビームのエネルギーとは異なるエネルギーの粒子（例えば中性粒子）が発生してそれがターゲット６６に入射する可能性がある（これをエネルギーコンタミネーションと言う）のに対して、この偏向電磁石１０は、磁界によってイオンビームの軌道を曲げるものであって、電界レンズのようにイオンビームを加減速して軌道を変更するものではないので、エネルギーコンタミネーションを発生させることがない。従って、偏向電磁石１０を、図８に示す例のように分析スリット６４の下流側近傍に設けても良いし、更にターゲット６６に近づけて配置しても良い。即ち、この偏向電磁石１０によれば、エネルギーコンタミネーションを発生させないので、ターゲット６６の近くでイオンビーム２の平行度を高めることができる。従って、ターゲット６６に入射する際のイオンビーム２の平行度をより確実に高めることができる。

但し、偏向電磁石１０を設ける位置は、上記位置に限られるものではなく、他の位置、例えば分析電磁石６２と分析スリット６４との間に設けても良い。

この発明に係る偏向電磁石の一実施形態を電源と共に示す正面図である。 図１の線Ｄ−Ｄに沿う側面図であり、発散ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。 図１の線Ｄ−Ｄに沿う側面図であり、集束ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。 この発明に係る偏向電磁石の他の実施形態を電源と共に示す正面図である。 図４の線Ｅ−Ｅに沿う側面図であり、発散ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。 図４の線Ｅ−Ｅに沿う側面図であり、集束ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。 リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。 偏向電磁石を備えるイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。

符号の説明

２ イオンビーム
１０ 偏向電磁石
１２ ビーム経路
１４ 中心
２０ 第１磁極対
２２ 磁極
２６ ギャップ
３０ 第２磁極対
３２ 磁極
３６ ギャップ
４０ 第１ヨーク
４２ 第２ヨーク
４４〜４７ コイル
６６ ターゲット

Claims (6)

1. イオンビームの進行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方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームが入射され、当該イオンビームの通り道であるビーム経路にＸ方向に沿う磁界を発生させる偏向電磁石であって、
   前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビームのＹ方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一対の磁極を有する第１磁極対と、
   前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビームのＹ方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一対の磁極を有する第２磁極対と、
   前記第１磁極対間のギャップと前記第２磁極対間のギャップとに互いに逆向きの磁界を発生させるコイルとを備えており、
   かつ前記第１磁極対および前記第２磁極対を構成する各磁極のイオンビーム進行方向における長さを、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れるに従って大きくしていることを特徴とする偏向電磁石。
2. イオンビームの進行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方向とすると、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームが入射され、当該イオンビームの通り道であるビーム経路にＸ方向に沿う磁界を発生させる偏向電磁石であって、
   前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビームのＹ方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一対の磁極を有する第１磁極対と、
   前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向しておりかつイオンビームのＹ方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一対の磁極を有する第２磁極対と、
   前記第１磁極対間のギャップと前記第２磁極対間のギャップとに互いに逆向きの磁界を発生させるコイルとを備えており、
   かつ前記第１磁極対間のギャップ長および前記第２磁極対間のギャップ長を、Ｙ方向においてビーム経路の中心から外側に離れるに従って小さくしていることを特徴とする偏向電磁石。
3. Ｙ方向において発散する入射イオンビームを実質的に平行ビーム化して導出する請求項１または２記載の偏向電磁石。
4. Ｙ方向において集束する入射イオンビームを実質的に平行ビーム化して導出する請求項１または２記載の偏向電磁石。
5. 前記第１磁極対を構成する一方の磁極のＸ方向における背面と、当該磁極とＸ方向において同じ側にあり前記第２磁極対を構成する一方の磁極のＸ方向における背面とを磁気的に接続している第１ヨークと、
   前記第１磁極対を構成する他方の磁極のＸ方向における背面と、当該磁極とＸ方向において同じ側にあり前記第２磁極対を構成する他方の磁極のＸ方向における背面とを磁気的に接続している第２ヨークとを更に備えている請求項１、２、３または４記載の偏向電磁石。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の偏向電磁石を備えていて、当該偏向電磁石を通過した前記イオンビームをターゲットに入射させるよう構成されているイオン注入装置。

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