(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの中心軌道の進行方向をＸ方向とし、Ｘ方向と互いに直交する２方向をＹ方向およびＺ方向とした時、Ｙ方向の寸法がＺ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームをターゲットに照射するイオン注入装置であって、
ＸＹ平面で広がりを有する前記イオンビームの全体形状をＸ方向と略平行となるように磁界によって偏向させるビーム偏向器と、
前記ビーム偏向器を構成し、Ｚ方向において相対向している一対の磁極と、
前記磁極上に設けられた絶縁部材と、
Ｚ方向において前記イオンビームが通過する空間を挟んで相対向するように前記絶縁部材上に設けられ、Ｙ方向において前記イオンビームの寸法よりも長い寸法を有し、かつ、前記イオンビームの進行方向に沿って非対称なアインツェルレンズを構成する少なくとも１つの電極組と、
前記電極組に電圧を印加するための少なくとも１つの電源とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
Ｚ方向に相対向して配置された前記電極組において、前記イオンビームが各電極組の間を通過するにあたり、前記イオンビームが入射する側に配置された側面を入口側側面とし、前記イオンビームが出射する側に配置された側面を出口側側面とした場合に、Ｚ方向からみて、前記入口側および前記出口側側面とＸＹ平面上での前記イオンビームの進行方向とが垂直に交わるように前記入口側および前記出口側側面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記電極組の数は２ｎ−１（ｎは２以上の整数）であり、Ｘ方向に沿って、前記ビーム偏向器の入口側から順に数えて奇数番目に配置される電極組の電位は同じ電位となるように設定されているとともに、偶数番目に配置される電極組の電位と異なるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。  
【請求項４】
前記ビーム偏向器を構成する前記磁極が電気的に接地されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記電極組には、負電圧が印加されていることを特徴とする請求項１、２又は４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記電極組の少なくとも１つは、Ｚ方向からみて、ＸＹ平面上での前記イオンビームの進行方向に対して垂直な方向に沿って複数に分割されているとともに、前記電源は、少なくとも複数に分割された電極組の数と同数設けられており、各電極組に対して異なる電位が設定されていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記イオンビームをＹ方向に走査する走査器を備えたイオン注入装置であって、前記走査器によって走査され、時間的に変化する前記イオンビームの前記電極組への入射位置に応じて、前記電極組に設定される電位を変化させることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記ビーム偏向器を構成する前記磁極上には、前記電極組へのイオンビームの衝突を防止する為の保護部材が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記保護部材は、前記磁極と前記電極組との間に設けられた前記絶縁部材と一体に構成されていることを特徴とする請求項８記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記ビーム偏向器を構成する前記磁極に、前記電極組を収納する為の凹部が、Ｚ方向において相対向するように設けられているとともに、前記イオンビームが各凹部間を通過するにあたり、Ｚ方向からみて、前記イオンビームが入射する側の領域に形成された前記凹部の周縁形状と、前記イオンビームが出射する側の領域に形成された前記凹部の周縁形状とが、ＸＹ平面上での前記イオンビームの進行方向と垂直に交わらないように形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記凹部は、Ｙ方向において前記磁極を貫くように形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記電極組は、Ｙ方向において前記磁極に形成された前記凹部よりも長い寸法を有し、前記凹部から突出した部分が、Ｚ方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記磁極の前記電極組が配置されている面に、貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオンビームの外形を平行に整形するビーム偏向器と空間電荷効果によるイオンビームの広がりを抑制するアインツェルレンズとを備えたイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から空間電荷効果によるイオンビームの広がりを抑制する様々な技術が、イオン注入装置に用いられている。この技術の一例として、空間電荷効果によるイオンビームの広がりを考慮した上で、予めイオンビームを集束させておく技術がある。その技術の一例が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、走査器にて走査されたリボン状のイオンビームをビーム偏向器で偏向させることで平行なリボン状のイオンビームとし、ビーム偏向器の下流側に配置された電界レンズによって、リボン状のイオンビームの短辺方向でイオンビームを内向きに集束させた後、ターゲット上にイオンビームを照射するといった構成のイオン注入装置が開示されている。
【０００４】
このような電界レンズは、イオンビームを挟んで互いに対向する３つの電極組から構成されている。また、中央に配置される電極組の電位とその両側に配置される電極組の電位とを異ならせるとともに、両側に配置される電極組の電位が同電位となるように設定されている。このような構成によって、電界レンズをイオンビームが通過する前と通過する後で、イオンビームのエネルギーを変化させずに、イオンビームを一方向において集束させる機能を達成している。このような電界レンズは、一般的には、アインツェルレンズもしくはユニポテンシャルレンズという名称で広く知られている。
【０００５】
ここで、イオンビームの短辺方向に対して集束作用を施しているのは、取り扱うイオンビームがリボン状といった細長い形状のイオンビームである為、両方向でのビームの発散の程度が同程度であると考えた場合、長辺方向よりも短辺方向での空間電荷効果によるイオンビームの広がりが顕著となるからという理由である。
【０００６】
特許文献１のように、ターゲット直前で電界レンズを用いてイオンビームをその短辺方向で集束させたとしても、低いエネルギーのイオンビームを取り扱う場合には、空間電荷効果によるイオンビームの広がりへの影響を十分に抑制できているとは言えない。
【０００７】
電界レンズにイオンビームが入射する前に、空間電荷効果の影響を受けてイオンビームは広がってしまう。その結果、ビームライン中の部材にイオンビームが衝突してしまい、ターゲットに照射されるイオンビームの全体量が減少してしまうといった問題が生じる。それによって、所望の注入量を達成する為の時間が長くかかってしまい、半導体素子を製造するイオン注入装置の処理能力にも悪影響が及ぼされる。
【０００８】
ビーム偏向器は、リボン状のイオンビーム全体を偏向して平行なビームに整形する為、ビームライン内の他の部材と比較して、比較的大きな領域を有している。その為、ビーム偏向器内でのビームの輸送距離は長い。また、リボン状のイオンビームの長辺方向全域に渡って効率的に均一な磁場を供給するように、ビーム偏向器に設けられた磁極間ギャップの寸法が決定されている。具体的には、設計上のイオンビームの寸法を考慮し、それよりも少しだけ大きくなる程度に設計されている。よって、特許文献１に記載の技術であっても、イオンビームがビーム偏向器内を通過する際に、空間電荷効果の影響により広がってしまい、その結果、ビーム偏向器内部の磁極等に衝突してしまうといった問題が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３４３６０号公報（段落００３４〜段落００６０、図１〜図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、ビーム偏向器内部での空間電荷効果によるイオンビームの広がりを抑制し、イオンビームを効率良くターゲットに輸送することを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係るイオン注入装置は、イオンビームの中心軌道の進行方向をＸ方向とし、Ｘ方向と互いに直交する２方向をＹ方向およびＺ方向とした時、Ｙ方向の寸法がＺ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームをターゲットに照射するイオン注入装置であって、ＸＹ平面で広がりを有する前記イオンビームの全体形状をＸ方向と略平行となるように磁界によって偏向させるビーム偏向器と、前記ビーム偏向器を構成し、Ｚ方向において相対向している一対の磁極と、前記磁極上に設けられた絶縁部材と、Ｚ方向において前記イオンビームが通過する空間を挟んで相対向するように前記絶縁部材上に設けられ、Ｙ方向において前記イオンビームの寸法よりも長い寸法を有し、かつ、前記イオンビームの進行方向に沿って非対称なアインツェルレンズを構成する少なくとも１つの電極組と、前記電極組に電圧を印加するための少なくとも１つの電源とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、ビーム偏向器内部に設けられた電極組がイオンビームをその短辺方向において集束させるように作用するので、ビーム偏向器内部での空間電荷効果によるイオンビームの広がりを抑制し、イオンビームを効率良くターゲットに輸送することができる。
【００１３】
また、電極組の形状としては、前記イオンビームが各電極組の間を通過するにあたり、前記イオンビームが入射する側に配置された側面を入口側側面とし、前記イオンビームが出射する側に配置された側面を出口側側面とした場合に、Ｚ方向からみて、前記入口側および前記出口側側面とＸＹ平面上での前記イオンビームの進行方向とが垂直に交わるように前記入口側および前記出口側側面が形成されるようにしておくことが望ましい。このような構成にすれば、電極組に電圧が印加された場合に発生する電界によるイオンビームの集束作用をＺ方向にのみ働かせることができる。
【００１４】
例えば、複数の電極組をビーム偏向器内に配置する場合には、前記電極組として、２ｎ−１（ｎは２以上の整数）個の電極組を設け、Ｘ方向に沿って、前記ビーム偏向器の入口側から順に数えて奇数番目に配置される前記電極組の電位を同じ電位となるように設定しておくとともに、偶数番目に配置される前記電極組の電位と異なるように設定しておくことが望ましい。このような構成にすれば、各アインツェルレンズを構成している３つの電極組のうちの１つを、隣り合うアインツェルレンズで共通して使用することになるので、従来の３個の電極組からなるアインツェルレンズを複数セット設けた場合と比較して、電極組の数を減らすことができる。
【００１５】
さらに電極組の数を減らす場合には、前記ビーム偏向器を構成する前記磁極を電気的に接地させておくことが望ましい。このようにすれば、Ｘ方向において１つの電極組の両側に位置している磁極部分を奇数番目の電極組として使用することができる。
【００１６】
電極組に印加される電圧は、電極組への電子の引き込みを考慮した場合、負電圧が印加されていることが望ましい。
【００１７】
また、電極組を、Ｚ方向からみて、ＸＹ平面上での前記イオンビームの進行方向に対して垂直な方向に沿って複数に分割させるとともに、前記電源は、少なくとも複数に分割された電極組の数と同数個、設けられており、各電極組に対して異なる電位が設定されるようにしておいても良い。このようにすれば、分割された電極組間の領域毎に、イオンビームに対して個別の集束作用を施すことができる。  
【００１８】
走査器を備えたイオン注入装置においては、前記走査器によって走査され、時間的に変化する前記イオンビームの前記電極組への入射位置に応じて、前記電極組に設定される電位を変化させるようにしても良い。このようにすれば、Ｚ方向におけるイオンビームの集束度合いをイオンビームのＹ方向全域に渡って、所望のものとなるよう調整することが可能となる。
【００１９】
イオンビームが電極組に衝突することで金属のパーティクルが発生し、それがターゲットに流入することが考えられる。このような金属のパーティクルの発生を防止するため、前記ビーム偏向器を構成する前記磁極上に、前記電極組へのイオンビームの衝突を防止する為の保護部材を設けてことが望ましい。また、この場合、保護部材と前記絶縁部材とを一体形成しても良い。    
【００２０】
イオンビームの短辺方向で、さらなる集束作用を得る為に、前記ビーム偏向器を構成する前記磁極に、前記電極組を収納する為の凹部が、Ｚ方向において相対向するように設けられているとともに、前記イオンビームが互いに対向している凹部間を通過するにあたり、Ｚ方向からみて、前記イオンビームが入射する側の領域に形成された前記凹部の周縁形状と、前記イオンビームが出射する側の領域に形成された前記凹部の周縁形状とが、ＸＹ平面上での前記イオンビームの進行方向と垂直に交わらないように形成しておいても良い。このような構成であれば、凹部の周縁で発生するフリンジフィールドによってイオンビームの短辺方向へのさらなる集束効果が期待できる。
【００２１】
電気配線の引き回しを簡単にする為には、前記磁極の前記電極組が配置されている面に、貫通孔設けておけば良い。そのようにすると、電極組に電圧を供給する為の電気配線をビーム偏向器の外側から貫通孔を通して導入することができるので、配線の引き回しが簡単となる。  
【００２２】
また、電気配線の引き回しを簡単にする為の別の構成として、前記凹部をＹ方向において前記磁極を貫くように形成しておいても良い。凹部を通して、Ｙ方向から電気配線を磁極内に導入させることができるので、配線の引き回しが簡単となる。
【００２３】
さらに、上述した電気配線の引き回しの別の構成を利用して、電極組の磁極への取り付けを容易にする為に、前記電極組としてＹ方向において前記磁極に形成された前記凹部よりも長い寸法を有するものを使用し、前記凹部から突出した部分を、Ｚ方向に折り曲げておくことも考えられる。このような構成にすると、Ｙ方向における磁極側面から電極組を取り付けることができるので、取り付け作業が簡単になる。
【発明の効果】
【００２４】
このように構成した本発明によれば、ビーム偏向器内部での空間電荷効果によるイオンビームの広がりを抑制し、イオンビームを効率良くターゲットに輸送させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示すＸＹ平面図である。
【図２】本発明に係るイオン注入装置の他の実施形態を示すＸＹ平面図である。
【図３】３つの電極組が設けられたビーム偏向器のＸＺ平面における断面図である。
【図４】５つの電極組が設けられたビーム偏向器のＸＺ平面における断面図である。
【図５】１つの電極組が設けられたビーム偏向器のＸＺ平面における断面図である。
【図６】１つの電極組がその長さ方向に沿って分割された様子を示すＸＹ平面図である。
【図７】保護部材を備えたビーム偏向器のＸＺ平面における断面図である。
【図８】電極組を収納する為の凹部が形成された磁極を備えたビーム偏向器のＸＺ平面における断面図である。
【図９】図８に示される凹部のＸＹ平面での周縁形状を示す平面図である。
【図１０】Ｚ方向上側の凹部周辺形状がイオンビームへ及ぼす集束作用の説明図である。
【図１１】Ｚ方向下側の凹部周辺形状がイオンビームへ及ぼす集束作用の説明図である。
【図１２】凹部がＹ方向において磁極を貫いている様子を表す斜視図である。
【図１３】Ｙ方向において、凹部から突出した電極組の部分がＺ方向へ折り曲げられている様子を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明では、イオンビームの中心軌道の進行方向をＸ方向とし、Ｘ方向と互いに直交する２方向をＹ方向およびＺ方向としている。そして、ターゲットにイオン注入されるリボン状（細長い形状）のイオンビームで、その長手方向をＹ方向としている。よって、イオンビームがビームライン上を偏向、集束、走査等されながら輸送されている間、Ｘ方向、Ｙ方向は、ビームライン上でのイオンビームの位置において、適宜、変化している。
【００２７】
図１は、本発明に係るイオン注入装置の一実施例を示す平面図である。イオン源１から出射されたスポット状のイオンビーム２から、質量分析マグネット３と図示されていない分析スリットとが協働することによって、ターゲット１０にイオン注入されるべき所望の質量を有するイオンのみが選別される。その後、加速管４に輸送されたイオンビーム２は、ターゲット１０に注入されるべき所望のエネルギーを有するイオンビームへと変換される。そして、第２の質量分析マグネット５によって、再び質量分析され、加速管4でのエネルギー変換時に発生した不所望なイオンや中性粒子などの除去が行われる。
【００２８】
次に、走査器６でスポット状のイオンビーム２を一平面上で走査して、走査された方向に広がり（長さ）を有するリボン状のイオンビームを作り出す。その後、走査されたイオンビーム２は、ビーム偏向器７に入射される。なお、イオン源１から走査器６までの間に描かれているイオンビームの軌道は、イオンビームの中心軌道であり、本発明でいうＸ方向である。
【００２９】
ビーム偏向器７では、イオンビームの全体形状がＸ方向に平行となるようにイオンビーム２の偏向が行われる。このビーム偏向器７の内側には、イオンビーム２を挟むようにして、Ｚ方向において相対向するように少なくとも１つの電極組が配置されている。図１の実施例では、ビーム偏向器７内に３つの電極組が設けられており、それぞれが図示しない電源に接続されている。この３つの電極組からなる電界レンズ８を、周知のアインツェルレンズとして機能させる為に、Ｘ方向に沿って配置された電極組を順に、第一の電極組、第二の電極組、第三の電極組とすると、第一の電極組と第三の電極組の電位を同電位とし、かつ、第二の電極組の電位と異なる電位を有するように電位の設定がなされている。このような構成によって、ビーム偏向器７の内部で、イオンビームのＺ方向（換言すれば、リボン状のイオンビームがその短辺方向）への集束がなされる。なお、ここでいう集束とは、イオンビームを１点に集めることを意味するのではなく、空間電荷効果によるイオンビームの広がりを補償するために、広がり方向と反対側に、イオンビームを向かわせる、あるいは、偏向させる、絞るという意味をもつ。また、Ｚ方向において対向配置された各電極組を電気的に導通された１つの部材で構成してもよいし、個別の部材で構成しても良い。
このような構成は、後述する他の実施例においても同様に考えることが出来る。
【００３０】
図１に示すようにイオンビーム２の進行方向に対して、各電極組のイオンビーム２が入射する入口側、イオンビーム２が出射する出口側の側面は、Ｚ方向から見た場合に、垂直に交わるように設定されている。このように設定しておくと、各電極組に電圧が印加されることで各電極組間に電界が発生しても、電界の向きとイオンビーム２の進行方向とが平行な関係となるので、ＸＹ平面上でのイオンビーム２の偏向に支障を来たさない。つまり、イオンビーム２に対してはＺ方向の集束作用しか働かない。よって、ビーム偏向器７による偏向を問題なく行うことができる。
【００３１】
また、本発明で、走査器６からビーム偏向器７の出口までのビームライン上で、イオンビームの進行方向と表現する場合は、１方向に限られない。これは、図１の走査器６からターゲット１０までのビームライン上に、イオンビームの軌道を表す代表線として描かれている３本線を参照すれば理解できる。ＸＹ平面上で、おおよそＸ方向を向いてはいるものの、イオンビームの広がり方向（Ｙ方向）に沿った位置で、個々のイオンビームの進行方向を見た場合、Ｘ方向から、若干、ずれている。その為、本発明では、このような様々な方向を向くイオンビームの向きを総称して、イオンビームの進行方向と呼んでいる。なお、３本線のうち、中央の線は、イオンビームの中心軌道に相当し、本発明でいうＸ方向である。なお、図１中に描かれるＸＹＺ座標は、ターゲット１０に照射されるイオンビームに対応するものであり、前述のようにその他の位置ではＸＹＺ軸の方向は変更となる。
【００３２】
ビーム偏向器７を通過したイオンビーム２は、ホルダー９により支持されたターゲット１０に注入される。なお、ターゲットは半導体基板であって、例えば、３００ｍｍの直径を有する円形のシリコンウェハである。そして、ホルダー９を支持する駆動機構１１によって、ターゲット１０をＺ方向へ往復駆動させることによって、ターゲット１０の全面にイオン注入が実施される。
【００３３】
図２は、本発明に係るイオン注入装置の他の実施例を示す平面図である。このイオン注入装置では、イオン源から出射されるイオンビーム２は、１次元で広がりを有したリボン状のイオンビームである。このイオン注入装置でも図１のイオン注入装置と同じく、質量分析マグネット３と図示されていない分析スリットとが協働することで、ターゲット１０にイオン注入されるべき所望の質量を有するイオンのみが選別される。その後、３つの電極組からなる電界レンズ８を内部に備えたビーム偏向器７で、イオンビーム２の短辺方向への集束とイオンビームの広がり方向（Ｙ方向）における平行化が行われる。図２のイオン注入装置は、走査器６を有していない。このようなイオン注入装置であっても、本発明は適用できる。
【００３４】
次に、ビーム偏向器７内での電極組の詳細について、説明する。図３はビーム偏向器７のイオンビームの中心軌道を含むＸＺ断面を示している。ビーム偏向器７内には、Ｚ方向においてイオンビームを挟んで相対向するように一対の磁極１２が設けられている。この磁極１２は、Ｙ方向において図示されないヨークによって連結されている。ヨークには、コイルが巻き回されており、一対の磁極１２間の一方向に磁界が発生されるように構成されている。このような構成の電磁石は、Ｃ型ヨークを備えた電磁石として、一般的に広く知られている。図２の例では、Ｚ方向で、磁極１２間の上側から下側に向けて磁界が発生している。また、Ｚ方向において、磁極１２間に描かれる図中の矢印はイオンビーム２の中心軌道を示している。後述する図４、５、７、８、９にも矢印が描かれているが、これらの矢印も図３と同じくイオンビーム２の中心軌道を現している。さらに、図３、４、５、７、８において電極組のＸ方向、Ｚ方向における長さは描かれているものに限らず、これよりも長いものであっても、短いものであってもいずれを用いても構わない。
【００３５】
磁極１２上には、絶縁部材１６を介して、電極組１３〜１６が設けられている。この絶縁部材１６の材質は、例えば、カーボンである。
【００３６】
Ｘ方向に沿って配置された第一の電極組１３、第二の電極組１４、第三の電極組１５には、図示されていない電源により、電圧が印加されている。そして、各電極組での電位が、第一の電極組１３と第三の電極組１５の電位がＶ１であり、第二の電極組１４の電位がＶ２となるように設定されている。なお、本発明では基準となる電位は接地電位（０Ｖ）であり、これを基準として各電極の電位が設定されている。電源は各電極組に１つずつ設けても構わないし、同じ電位が設定される電極組毎に電源を設けても構わない。また、第一の電極組１３と第三の電極組１５を電気的に接地するようにしても良い。さらに、第二の電極組１４には電圧調整可能な電源を接続しておき、イオンビームに対する集束作用を、適宜、調整できるようにしておいても良い。
【００３７】
取り扱うイオンビームが、正の電荷を有するイオンビームである場合、電源によって各電極組へ印加される電圧は、負電圧である方が望ましい。正電圧が印加されていると、ビームライン中に存在する電子が電極組へ取り込まれてしまう。それによって、正の電荷を有するイオンビームの空間電荷効果を抑制する電子がなくなってしまうので、余計にイオンビームの広がりが顕著となる。よって、負電圧を電極組に印加しておくことで、負の電荷をもった電子を電極組の近傍で反射させて、ビームライン中に残留させておくことができ、正の電荷を有するイオンビームで発生する空間電荷効果による広がりをいくらか抑制させることができる。
【００３８】
図４は、ビーム偏向器７内部に、５つの電極組を配置した例である。図３の例との違いとして、電極組の数が増えている。Ｘ方向に沿って配置された電極組である第一の電極組１３、第二の電極組１４、第三の電極組１５、第四の電極組１７、第五の電極組１８には、図示されていない電源により電圧が印加されている。そして、各電極組での電位を、第一の電極組１３、第三の電極組１５、第五の電極組１８の電位がＶ１となるように、第二の電極組１４の電位がＶ２、第四の電極組１７の電位がＶ３となるように設定している。
【００３９】
通常、３つの電極組から構成されるアインツェルレンズを２つ設けた場合、単純に６つの電極組が必要となるが、図４に示すように、１つ目のアインツェルレンズを構成する電極組の１つを、２つ目のアインツェルレンズを構成する電極組の１つと兼用させることで、電極組の数を減らすことができる。図４の例では、第三の電極組１５を兼用させている。
【００４０】
図４の例では、電極組が５つであったが、この数をさらに増やしても良い。例えば、電極組の数を７つにすると、第三の電極組１５と第五の電極組１８とを各アインツェルレンズで兼用させることになる。これによって、７つの電極組で、アインツェルレンズ３つ分の機能を奏することができる。
【００４１】
これを一般的に示すと、次のように言うことができる。電極組の数を２ｎ−１（ｎは２以上の整数）とした場合、奇数番目の電極組の電位を同電位とし、かつ、偶数番目に配置
される電極組の電位と異ならせる。
【００４２】
このような構成を採用することにより、少ない電極数で、複数のアインツェルレンズの機能を達成させることができる。
【００４３】
なお、図４の例では、偶数番目（第二の電極組１４と第四の電極組１７）の電位を異ならせているが、これは同じ電位であっても構わない。偶数番目の電極組の電位設定は、どの程度の集束作用をビーム偏向器内のどの場所で発生させるのかについて、空間電荷効果によるイオンビームの発散の程度を考慮した上で、適宜、行われる。
【００４４】
一方、ビーム偏向器７に入射するイオンビーム２が、空間電荷効果の影響を受けて、想定される寸法よりも大きな径を有していた場合、ビーム偏向器７の磁極１２に衝突することが考えられる。このような衝突が起きると、磁極１２の電位が変動する恐れがある。磁極１２の電位が不安定になると、図３、図４に示した例では、各電極組で設定される電位にも影響を及ぼすかもしれない。その為、磁極１２を電気的に接地しておくことが考えられる。
【００４５】
磁極１２を電気的に接地した場合、図５に示すような構成を用いても良い。図５の例では、電極組の数は１つである。この図５で示される例では、電気的に接地された磁極１２を図３、図４に示した第一の電極組１３、第三の電極組１５として用いている。このような構成にすることで、アインツェルレンズの機能を１つの電極組で達成することが可能となる。
【００４６】
なお、図５の構成において、アインツェルレンズ２つ分の機能をもたせるのであれば、  第二の電極組１４の他にもうひとつ電極組を増やしてやれば良い。例えば、増やした電極を第四の電極組１７とすると、第二の電極組１４と第四の電極組１７との間に存在している磁極１２の領域が第三の電極組１５として機能することになる。このような構成であれば、数少ない電極組で、簡単に複数のアインツェルレンズの機能を達成することが可能となる。
【００４７】
また、この電極組はその長さ方向において、複数に分割しても良い。その例として、図５の電極組をその長さ方向に沿って３つに分割した様子を図６に示す。なお、電極組の長さ方向を別の表現で表すと、Ｚ方向からみて、ＸＹ平面上でのイオンビームの進行方向に対して垂直な方向と言える。
【００４８】
ビーム偏向器７内を通過するイオンビーム２の軌道は、ビーム偏向器７の内側を通る軌道と外側を通る軌道とで距離が異なる。Ｘ方向に沿った距離を比較してみても、外側の軌道がＬ１であるのに対して、内側の軌道がＬ２である為、外側の軌道の方が内側の軌道よりも短いことがわかる。距離に違いがあれば、空間電荷効果による影響はイオンビーム２の輸送距離に応じて大きくなるので、外側の軌道を通過するイオンビーム２の方が内側の軌道を通過するイオンビーム２よりも空間電荷効果による影響は大きいと言える。
【００４９】
その為、内側と外側軌道で輸送距離に差があるイオンビーム２を、軌道差に無関係に同じように集束させていたのでは、空間電荷効果の影響を十分に抑制したとは言えない。よって、図６に示した構成のように、電極組をその長さ方向に沿って分割しておき、分割された各電極組の電位を異ならせておくことで、イオンビーム２が通過するビーム偏向器７内の場所に応じて、異なった集束作用を発生させることが考えられる。具体的には、ビーム偏向器７の外側を通るイオンビーム２に対して、内側を通るイオンビーム２よりも大きな集束作用が働くように、各分割電極組での電位を設定すれば良い。
【００５０】
具体的には、各分割電極組の電位を設定する電源を分割数と同じ数だけ設けておき、個別に電極組の電位設定を行うことが考えられる。図６の場合、３つに分割された電極組に対して３つの電源を設ける。そして、ビーム偏向器７の外側から内側に向けて配置された３つの電極組１４の電位を、それぞれＶ２１、Ｖ２２、Ｖ２３となるように設定する。なお、Ｖ２１〜Ｖ２３の電位は絶対値で比較した場合、Ｖ２１＞Ｖ２２＞Ｖ２３の関係となる。
【００５１】
ここでは１つの電極組を分割して、分割数と同数の電源を用意することについて述べたが、図１〜４に示されるような複数の電極組を有している構成で、そのうちの一つを分割電極とする場合には、分割電極以外の電極組の電位を設定する為の電源を分割電極用とは別に用意しておくか、分割電極用として用いた電源と兼用させても良い。
【００５２】
図１で走査器６を有するイオン注入装置の例を挙げたが、この例の場合には、電極組に設定される電位を時間的に変化させておくことが考えられる。走査器６は公知の技術として広く知られているように、時間に依存して一定の周期でイオンビーム２の偏向量を変化させている。
【００５３】
これをより具体的に説明する。図１において、ビーム偏向器７に入射するイオンビーム２に着目し、その入射点をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとして表す。この場合において、時間t１にはＡ点に、時間ｔ２にはＢ点に、時間ｔ３にはＣ点にイオンビーム２が入射したとする。そうすると、Ｃ点に入射したイオンビーム２はｔ３−ｔ１の時間後には、再びＡ点に入射することになる。このように一定の周期Ｔ（Ｔ＝２×（ｔ３−ｔ１））でもって走査器６で走査されたイオンビーム２はＡ点〜Ｃ点に入射することになる。
【００５４】
図６の例で述べたように、ビーム偏向器７の外側、内側といったどの部分をイオンビーム２が通過するのかによって、ターゲット１０までの距離に差が生じる。図１の例で言えば、Ａ点を通過するイオンビーム２は、Ｂ点およびＣ点を通過するイオンビーム２の軌道と比較して、ターゲット１０までの距離が長くなる。なお、本発明においては、イオンビーム２は連続的に走査されていることを想定している。イオンビーム２は図面の簡略化の為に図示されていないが、Ａ点〜Ｂ点、Ｂ点〜Ｃ点までの間を通過するイオンビームは存在している。
【００５５】
本発明では、このような走査器６による時間的なイオンビーム２の偏向量の違いに着目し、電界レンズ８を構成する電極組に設定される電位を時間的に変化させることも考えられる。つまり、イオンビーム２の軌道がビーム偏向器７の外側（図１のＡ点側）を通過する時間には、大きな集束効果を奏するように、電極組の電位をＶＸに設定する。反対に、イオンビーム２の軌道がビーム偏向器７の内側（図１のＣ点側）を通過する時間には、外側を通過する場合よりも小さな集束効果を奏するように、電界レンズ８を構成する中央の電極組の電位をＶＹ（絶対値で比較した場合、ＶＸ＞ＶＹ）に設定する。このようにイオンビームの走査のタイミングに応じて電極組の電位設定を変更することで、ターゲットまでの距離の差によって引き起こされる空間電荷効果によるイオンビームの発散の程度差を打ち消すことが出来る。
【００５６】
ビーム偏向器７に入射するイオンビーム２が、空間電荷効果の影響を受けて、想定される寸法よりも大きな径を有していた場合、磁極１２にイオンビーム２が衝突して、磁極１２の電位が変動する問題以外に、電極組にイオンビームが衝突してしまい、ターゲット１０に金属の不純物が流入してしまう問題がある。このような問題は、メタルコンタミネーションとして広く知られている。
【００５７】
メタルコンタミネーションの防止の為、図７に示すように、磁極１２上に保護部材１９を設けるとともに、保護部材１９に電極組を収納する凹部を形成しておくことが考えられる。このような構成にすれば、ビーム偏向器７に入射されるイオンビーム２からみて、電極組が凹部のへこみ部分に隠れているので、イオンビーム２が電極組に衝突する危険性が少なくなる。これによって、メタルコンタミネーションを抑制することができる。
【００５８】
この保護部材１９の材質は、非金属性のものを使用する。例えば、図３〜図５に示した絶縁部材１６と同じくカーボンを用いても良い。この場合、絶縁部材１６と一体ものとして構成しておいても良い。図７に示される例では、保護部材１９として、絶縁部材１６と一体形成された部材を使用している。そのようにすれば、別に部材を設ける必要がないので、コスト面から有利である。但し、絶縁部材１６と保護部材１９とを個別に設けておいても構わない。別体として、絶縁部材１６と保護部材１９とを設ける場合、保護部材１９に電極組を収納する為の凹部を形成する必要はない。Ｚ方向において、電極組の厚みよりもイオンビームの中心軌道側に突出させるとともに、Ｚ方向に相対向する電極組間の領域にかからない部材であれば、どのような形状のものであっても構わない。
【００５９】
電極組へ電圧を供給するための電気配線について、Ｃ型のヨークに連結された磁極１２上に絶縁部材を介して、電極組が配置されている場合、ヨークの開口部分（図３〜図５、図７のＹ方向）から電気配線を引き回すことになるが、それだと、配線の引き回しが複雑になることが考えられる。よって、図８に示すように磁極１２に貫通孔２１を設けておき、Ｚ方向から電気配線を磁極内部へ導入することが考えられる。このような構成にすれば、電気配線の引き回しが簡単ですむ。この図８の例では、絶縁部材１６にも貫通孔２１が設けられているが、絶縁部材１６には貫通孔を設けずに、絶縁部材１６と磁極１２との隙間から電気配線を引き回すようにしても良い。
【００６０】
イオンビーム２に対して、その短辺方向において更なる集束効果を発生させるために、図８に示したように磁極平面上に凹部２０を形成させることが考えられる。イオンビーム２が入射する側の領域に形成された凹部２０の周縁形状と、イオンビーム２が出射する側の領域に形成された凹部２０の周縁形状とを、Ｚ方向からみて、ＸＹ平面上でのイオンビーム２の進行方向と垂直に交わらないように形成させておく。
【００６１】
図９には、Ｚ方向からみた凹部２０の周縁形状が示されている。イオンビーム２の中心軌道に着目すると、電極組１３〜１５は、イオンビーム２の進行方向に対して垂直に交わっている。これに対して、イオンビーム２が入射する領域の凹部２０の周縁形状と、イオンビーム２が出射する領域の凹部２０の周縁形状とは、イオンビーム２の進行方向に対して、垂直に交わっていない。換言すれば、各電極組を収納する凹部２０の周縁形状は、電極組の形状と異なっている。ここで異なっているとは、相似形をしていないということをいう。また、説明を簡単にする為に、イオンビーム２の中心軌道に着目したが、イオンビームの他の軌道に対しても同様のことが言える。  
【００６２】
このような凹部２０の周縁形状によって起こる集束作用について、図１０と図１１を用いて説明する。
【００６３】
図１０は、イオンビーム２の中心軌道よりもＺ方向で上側の凹部周縁での磁極面で発生した磁場が、その下を通過するイオンビーム２に対して、どのような力を及ぼすかについて、示した図である。
【００６４】
磁極１２の端部、いわゆるフリンジフィールドでは、磁場がＺ方向に直線状に向くのではなく、あたかも放物線を描くかのような方向で発生している。磁極１２上に凹部２０を形成することで、凹部２０の周縁部分でもこのようなフリンジフィールドが形成される。
【００６５】
説明を簡単にする為に、凹部２０の周縁形状を直線状とする。図９で述べたように、周縁形状は、イオンビーム２の進行方向に対して垂直でない。それゆえ、図１０に示すように、凹部周縁での磁極面の形状を、イオンビーム２の進行方向と同じ位置に、Ｚ方向に沿って下ろした場合、イオンビーム２の進行方向とイオンビームの軌道上での仮想の磁極面とは垂直でない角度αでもって、交わることになる。  
【００６６】
次に、この仮想の磁極面に対し、垂直に交わる補助線Ａを描く。凹部２０の周縁での磁極面で発生された磁場は、Ｚ方向で補助線Ａと直交する成分Ａと、補助線Ａに平行な成分Ｂとに分けることができる。分けられた成分のうち、成分Ａは、Ｚ方向下向きの磁場であるので、磁極１２の平坦な部分で発生している磁場の方向と一致する。その為、この成分Ａの磁場は、ビーム偏向器７において、イオンビーム２を平行に偏向する為に機能する。
【００６７】
一方、成分Ｂを更に細かく分けると、イオンビームの進行方向と逆向きとなる成分Ｃと、イオンビーム２の進行方向とＺ方向とに直交する成分Ｄと、に分けることができる。成分Ｃは、イオンビーム２と平行である為、イオンビーム２に対して作用しない。成分Ｄはイオンビームと垂直に交わる為、この成分Ｄがイオンビーム２に作用を及ぼす。
【００６８】
フレミングの左手の法則によると、成分Ｄによってイオンビーム２が受ける力の方向は、Ｚ方向下向きの力となる。
【００６９】
図１１では、イオンビームの中心軌道よりもＺ方向で下側の凹部周縁での磁極面で発生した磁場が、その下を通過するイオンビーム２に対して、どのような力を及ぼすかについて、示した図である。
【００７０】
凹部の周縁形状は、Ｚ方向で相対向しているので、図１０との関係から、この図１１でも凹部２０の周縁形状を直線状としている。図１０の場合と同じく、凹部周縁での磁極面の形状を、イオンビーム２の進行方向と同じ位置に、Ｚ方向に沿って上げた場合、イオンビーム２の進行方向とイオンビームの軌道上での仮想の磁極面とは垂直でない角度αでもって、交わることになる。
【００７１】
次に、この仮想の磁極面に対し、垂直に交わる補助線Ａを描く。凹部２０の周縁での磁極面で発生された磁場は、Ｚ方向で補助線Ａと直交する成分Ａと、補助線Ａに平行な成分Ｂとに分けることができる。分けられた成分のうち、成分Ａは、Ｚ方向下向きの磁場であるので、磁極１２の平坦な部分で発生している磁場の方向と一致する。その為、この成分Ａの磁場は、ビーム偏向器７において、イオンビーム２を平行に偏向する為に機能する。
【００７２】
一方、成分Ｂを更に細かく分けると、イオンビームの進行方向と同じ向きとなる成分Ｃと、イオンビーム２の進行方向とＺ方向とに直交する成分Ｄと、に分けることができる。成分Ｃは、イオンビーム２と平行である為、イオンビーム２に対して作用しない。成分Ｄはイオンビームと垂直に交わる為、この成分Ｄは、イオンビーム２に作用を及ぼす。
【００７３】
フレミングの左手の法則によると、成分Ｄによってイオンビーム２が受ける力の方向は、Ｚ方向上向きの力となる。
【００７４】
このようにして、Ｚ方向において上側の凹部２０の周縁での磁極から発生される磁場によって、イオンビーム２は下向きの力を受けるとともに、Ｚ方向において下側の凹部２０の周縁での磁極から発生される磁場によって、イオンビーム２は上向きの力を受けることになるので、結果として、イオンビーム２の短辺方向で集束されることになる。これによって、電極組によるイオンビーム２の短辺方向での集束作用に加えて、さらなる集束作用を得ることができるので、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑制する効果を十分に得ることができる。
【００７５】
さらに、このような凹部２０を設ける場合、電極組へ電圧を供給するための電気配線の簡単な引き回し構成として、図１２のような構成も考えられる。図１２は、一対の磁極１２上に設けられた凹部２０がＹ方向において、磁極１２を貫いている様子を示している。通常であれば、Ｚ方向から凹部内に設けられた電極組１４に対して電気配線を引き回すことになるが、図１２に示す構成を用いると、Ｙ方向から簡単に電気配線を引き回すことが可能となる。なお、図１２では、Ｙ方向において、磁極の両側を凹部が貫くような構成となっているが、片側のみを貫く構成であっても構わない。
【００７６】
Ｚ方向から絶縁部材１６を介して電極組を磁極１２に取り付けるにあたっては、Ｚ方向に磁極１２が対向して存在しているので、取り付けが煩わしくなる。
【００７７】
そこで、このような取り付け作業の煩わしさを解消するために、凹部２０がＹ方向において、磁極１２を貫いている場合、図１３に示すような構成が考えられる。
【００７８】
図１３では、電極組１４のＹ方向における寸法を凹部２０よりも長くしておき、凹部２０から突出している電極組１４の部分をＺ方向に折り曲げて、Ｙ方向に位置する磁極側面から電極組１４を図示していない固定部材や固定治具を用いて、絶縁部材１６を介して磁極１２に固定している。このような構成とすることで、電極組の取り付け作業が容易となる。
【００７９】
図１２、図１３では、一対の磁極のうち、片方の磁極１２しか描かれていないが、他方の磁極１２の構成も同様であるため、他方の磁極１２の図示を省略している。
【００８０】
以上、本発明でのビーム偏向器およびそれに備えられた電極組、磁極の構成等の実施例を述べてきたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００８１】
１．イオン源
２．イオンビーム
７．ビーム偏向器
８．電界レンズ
１２．磁極
１３．第一の電極組
１４．第二の電極組
１５．第三の電極組
１６．絶縁部材
１９．保護部材
２０．凹部
２１．貫通孔
【図１】
0005500500.tif 000002
【図２】
0005500500.tif 000003
【図３】
0005500500.tif 000004
【図４】
0005500500.tif 000005
【図５】
0005500500.tif 000006
【図６】
0005500500.tif 000007
【図７】
0005500500.tif 000008
【図８】
0005500500.tif 000009
【図９】
0005500500.tif 000010
【図１０】
0005500500.tif 000011
【図１１】
0005500500.tif 000012
【図１２】
0005500500.tif 000013
【図１３】
0005500500.tif 000014