(57)【要約】【課題】広い範囲で使用することのできるイオン注入装置を提供する。【解決手段】イオン注入装置は、走査電極装置４００と、走査電極装置４００の下流に配置される下流電極装置５００とを含む走査ユニット１０００と、走査ユニット１０００の下流に配置され、走査ユニットにより横方向に走査されたイオンビームを平行化するビーム平行化装置と、を備える。走査電極装置４００は、基準軌道を挟んで横方向に対向して設けられる一対の走査電極４１０Ｌ，４１０Ｒを有する。下流電極装置５００は、基準軌道および横方向の双方と直交する縦方向の開口幅および／または基準軌道に沿った方向の開口部の厚さが、基準軌道が位置する中央部と、一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍とで異なるように構成される電極体を有し、走査両端部の近傍を通るイオンビームにて発生する偏向収差を補正する電極レンズとして構成される。【選択図】図１６
2018037423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準軌道に沿って入射するイオンビームに偏向電界を作用させて、前記基準軌道と直交する横方向にイオンビームを走査させる走査電極装置と、前記走査電極装置の下流に配置され、前記横方向に走査されたイオンビームが通過する開口部が設けられる下流電極装置と、を含む走査ユニットと、
前記走査ユニットの下流に配置され、前記走査ユニットにより前記横方向に走査されたイオンビームを平行化するビーム平行化装置と、を備え、
前記走査電極装置は、前記基準軌道を挟んで前記横方向に対向して設けられる一対の走査電極を有し、
前記下流電極装置は、前記基準軌道および前記横方向の双方と直交する縦方向の開口幅および／または前記基準軌道に沿った方向の開口部の厚さが、前記基準軌道が位置する中央部と、前記一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍と、で異なるように構成される電極体を有し、前記走査電極装置による走査偏向の結果、前記走査電極装置から出射するイオンビームのうち走査両端部の近傍を通るイオンビームにて発生する偏向収差を補正する電極レンズとして構成されることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記電極体は、前記中央部の近傍における前記縦方向の開口幅および／または前記基準軌道に沿った方向の前記開口部の厚さが一定であり、前記一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍における前記縦方向の開口幅および／または前記基準軌道に沿った方向の前記開口部の厚さが前記開口部の左右両端に向けて徐々に変化す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】
前記下流電極装置は、前記走査電極装置のすぐ下流に配置される下流第１基準電圧電極を備え、
前記下流第１基準電圧電極の開口部は、前記基準軌道が位置する中央部よりも前記一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍において、前記縦方向の開口幅が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記下流第１基準電圧電極の開口部は、前記中央部の近傍における前記縦方向の開口幅が一定であり、前記一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍における前記縦方向の開口幅が開口部の左右両端に向けて徐々に大きくなることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記下流電極装置は、前記下流第１基準電圧電極の下流に配置される下流第２基準電圧電極と、前記下流第１基準電圧電極と前記下流第２基準電圧電極の間に配置される下流第１中間電極と、をさらに備え、
前記下流第１中間電極および前記下流第２基準電圧電極は、前記下流第１基準電圧電極の開口部と連通する位置に、イオンビーム通過用の開口部をそれぞれ有しており、
前記下流第１中間電極は、前記下流第１基準電圧電極および前記下流第２基準電圧電極の電位とは異なる高電圧が印加されており、
前記下流第１基準電圧電極は、前記下流第１中間電極に対向し、前記基準軌道と直交する下流面を有し、
前記下流第１中間電極は、前記下流第１基準電圧電極に対向し、前記基準軌道と直交する上流面を有し、
前記下流第１基準電圧電極および前記下流第１中間電極は、前記下流第１基準電圧電極の前記下流面と前記下流第１中間電極の前記上流面との距離が、前記基準軌道が位置する中央部よりも前記一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍において大きくなる形状を有することを特徴とする請求項３または４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記下流第１基準電圧電極および前記下流第１中間電極は、前記一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍において、前記下流第１基準電圧電極の前記下流面と前記下流第１中間電極の前記上流面との距離が、開口部の左右両端に向けて徐々に大きくなることを特徴とする請求項５に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記下流第１中間電極の前記上流面は、前記基準軌道が位置する中央部の近傍において前記下流第１基準電圧電極に向かって凸となる形状を有することを特徴とする請求項５または６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記下流第１基準電圧電極の前記下流面は、前記基準軌道が位置する中央部の近傍において前記下流第１中間電極に向かって凸となる形状を有することを特徴とする請求項５または６に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
あるイオン注入装置においては、小さいビーム電流量をもつイオンビームがイオン源から引き出されるようにイオン源とその電源とが接続される（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、大きいビーム電流量をもつイオンビームがイオン源から引き出されるように、イオン源と電源との接続を変更することが可能である。
【０００３】
ある他のイオン注入装置は、高いイオンエネルギーでターゲットにイオン注入をするようにイオン源、加速管、及びそれらの電源を接続する電気回路を有する（例えば、特許文献２参照）。この電気回路には、低いイオンエネルギーでもイオンを注入できるように接続を切り換えるための選択スイッチが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１２２０４５号公報
【特許文献２】特開平１−１４９９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオン注入装置の運転範囲をいくらか広げることが上述のように試みられている。しかし、既存のカテゴリーを超える運転範囲の拡張についての現実的な提案は稀である。
【０００６】
イオン注入装置は一般に、高電流イオン注入装置、中電流イオン注入装置、及び高エネルギーイオン注入装置の三つのカテゴリーに分類される。実用上求められる設計上の要件がカテゴリーごとに異なるので、あるカテゴリーの装置と別のカテゴリーの装置とは、例えばビームラインに関して、顕著に異なる構成を持ち得る。そのため、イオン注入装置の用途（例えば半導体製造プロセス）において、カテゴリーの異なる装置は互換性をもたないとみなされている。つまり、ある特定のイオン注入処理には特定のカテゴリーの装置が選択されて使用される。よって、種々のイオン注入処理をするためには多種のイオン注入装置を所有することが必要となり得る。
【０００７】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、広い範囲で使用することのできるイオン注入装置、例えば、高電流イオン注入装置及び中電流イオン注入装置の両方の役割を１台で果たすことのできるイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様のイオン注入装置は、基準軌道に沿って入射するイオンビームに偏向電界を作用させて、基準軌道と直交する横方向にイオンビームを走査させる走査電極装置と、走査電極装置の下流に配置され、横方向に走査されたイオンビームが通過する開口部が設けられる下流電極装置と、を含む走査ユニットと、走査ユニットの下流に配置され、走査ユニットにより横方向に走査されたイオンビームを平行化するビーム平行化装置と、を備える。走査電極装置は、基準軌道を挟んで横方向に対向して設けられる一対の走査電極を有する。下流電極装置は、基準軌道および横方向の双方と直交する縦方向の開口幅および／または基準軌道に沿った方向の開口部の厚さが、基準軌道が位置する中央部と、一対の走査電極のそれぞれの下流端部と対向する位置の近傍と、で異なるように構成される電極体を有し、走査電極装置による走査偏向の結果、走査電極装置から出射するイオンビームのうち走査両端部の近傍を通るイオンビームにて発生する偏向収差を補正する電極レンズとして構成される。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システム、プログラムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、広い範囲で使用することのできるイオン注入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】典型的ないくつかの種類のイオン注入装置について、エネルギー及びドーズ量の範囲を模式的に示す図である。
【図２】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。
【図３】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。
【図４】本発明のある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図、図５（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。
【図６】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の電源構成を概略的に示す図である。
【図７】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の電源構成を概略的に示す図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置における電圧を示す図であり、図８（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置におけるエネルギーを示す図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置における電圧を示す図であり、図９（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置におけるエネルギーを示す図である。
【図１０】本発明のある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。
【図１１】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置について、エネルギー及びドーズ量の範囲を模式的に示す図である。
【図１２】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置について、エネルギー及びドーズ量の範囲を模式的に示す図である。
【図１３】典型的なイオン注入装置の使用を説明するための図である。
【図１４】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の使用を説明するための図である。
【図１５】本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置が備える走査ユニットの構成を示す斜視断面図である。
【図１６】図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、図１５に示す上流電極装置、走査電極装置および下流電極装置の概略構成を示す断面図である。
【図１７】走査電極装置の概略構成を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、上流第１基準電圧電極の概略形状を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、比較例に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２０】図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、比較例に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２１】図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２２】図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２３】図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２４】図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、変形例に係るビーム輸送補正電極の概略形状を示す図である。
【図２５】変形例に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２６】変形例に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図２７】図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、下流第１基準電圧電極の概略形状を示す図である。
【図２８】下流第１基準電圧電極及び下流第１中間電極の概略構造を示す図である。
【図２９】比較例に係る走査電極装置、下流第１基準電圧電極及び下流第１中間電極を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図３０】比較例に係る下流第１基準電圧電極の概略形状を示す図である。
【図３１】本発明のある実施の形態に係る走査電極装置、下流第１基準電圧電極及び下流第１中間電極を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図３２】本発明のある実施の形態に係る走査電極装置、下流第１基準電圧電極及び下流第１中間電極を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図３３】変形例に係る下流第１基準電圧電極及び下流第１中間電極の概略形状を模式的に示す図である。
【図３４】図３４（ａ）及び図３４（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流電極装置及び走査電極装置を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。
【図３５】図３５（ａ）、図３５（ｂ）及び図３５（ｃ）は、変形例に係る上流電極装置及び走査電極装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。例えば、以下では、イオン注入が行われる物体として半導体ウエハを例として説明するが、他の物質や部材であっても良い。
【００１３】
はじめに、後述する本願発明の実施の形態に至った経緯について説明する。イオン注入装置は、加工物内に構築されるべき所望の特性に基づいて、注入されるイオン種を選択し、そのエネルギー及びドーズ量を設定することが可能である。イオン注入装置は一般に、注入されるイオンのエネルギーとドーズ量の範囲により、いくつかのカテゴリーに分けられる。代表的なカテゴリーには、高ドーズ高電流イオン注入装置（以下、ＨＣともいう）、中ドーズ中電流イオン注入装置（以下、ＭＣともいう）、及び、高エネルギーイオン注入装置（以下、ＨＥともいう）がある。
【００１４】
図１は、典型的なシリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置（ＨＣ）、シリアル型中ドーズ中電流イオン注入装置（ＭＣ）、シリアル型高エネルギーイオン注入装置（ＨＥ）のエネルギー範囲及びドーズ範囲を模式的に示す。図１は、横軸にドーズを、縦軸にエネルギーを示す。ここで、ドーズとは、単位面積（例えばｃｍ２）あたりの注入イオン（原子）の個数であり、注入された物質の総量はイオン電流の時間積分で与えられる。イオン注入によって与えられるイオン電流は通例ｍＡ又はμＡで表される。ドーズは、注入量またはドーズ量と呼ばれることもある。図１には、ＨＣ、ＭＣ、ＨＥのエネルギー及びドーズの範囲をそれぞれ符号Ａ、Ｂ、Ｃで示す。これらは、各注入毎の注入条件（レシピともいう）によって必要とされる注入条件の集合範囲であり、現実的に許容できる生産性を勘案して、注入条件（レシピ）に合わせた現実的合理的な装置構成カテゴリーを表す。図示される各範囲は、各カテゴリーの装置が処理可能な注入条件（レシピ）範囲を示す。ドーズ量は現実的な処理時間を想定した場合のおおよその値を示している。
【００１５】
ＨＣは、０．１〜１００ｋｅＶ程度の比較的低いエネルギー範囲かつ１×１０１４〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の高ドーズ範囲のイオン注入に使用される。ＭＣは、３〜５００ｋｅＶ程度の中間のエネルギー範囲かつ１×１０１１〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の中程度のドーズ範囲のイオン注入に使用される。ＨＥは、１００ｋｅＶ〜５ＭｅＶ程度の比較的高いエネルギー範囲かつ１×１０１０〜１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度の比較的低いドーズ範囲のイオン注入に使用される。このようにして、エネルギー範囲については５桁程度、ドーズ範囲については７桁程度に及ぶ広範な注入条件の範囲がＨＣ、ＭＣ、ＨＥによって分担されている。ただし、これらのエネルギー範囲やドーズ範囲は代表的な例であり、厳密なものではない。また、注入条件の与え方はドーズ及びエネルギーには限られず、様々である。注入条件は、ビーム電流値（ビームの断面プロファイルにおける面積積分ビーム量を電流で表したもの）、スループット、注入均一性などによって設定されてもよい。
【００１６】
あるイオン注入処理のための注入条件はエネルギー及びドーズの特定の値を含むので、図１において個々の点として表すことが可能である。例えば、注入条件ａは、ある高いエネルギー及びある低いドーズの値をもつ。注入条件ａは、ＭＣの運転範囲にありかつＨＥの運転範囲にあるから、ＭＣまたはＨＥを用いて処理し得る。注入条件ｂは中程度のエネルギー／ドーズであり、ＨＣ、ＭＣ、ＨＥのいずれかで処理し得る。注入条件ｃは中程度のエネルギー／ドーズであり、ＨＣまたはＭＣで処理し得る。注入条件ｄは低エネルギー／高ドーズであり、ＨＣのみによって処理し得る。
【００１７】
イオン注入装置は半導体デバイスの生産に欠かせない機器であり、その性能や生産性の向上はデバイスメーカーにとって重要な意味を持つ。デバイスメーカーは、製造しようとするデバイスに必要な注入特性を実現できる装置をこれら複数のイオン注入装置カテゴリーの中から選択する。その際に、デバイスメーカーは、最良の製造効率の実現、装置の所有コストなど種々の事情を考慮して、カテゴリーの装置の台数を決定する。
【００１８】
あるカテゴリーの装置が高い稼働率で使用されており、他のカテゴリーの装置の処理能力に比較的余裕がある場合を考える。このとき、カテゴリーごとに注入特性が厳密には異なることによって所望のデバイスを得るために前者の装置を後者の装置で代用できないとしたら、前者の装置の故障は生産工程上のボトルネックを生み、それによって全体の生産性が損なわれることになる。このようなトラブルは、あらかじめ故障率などを想定し、それに基づいて台数構成を決定することによって、ある程度回避可能である。
【００１９】
製造するデバイスが需要の変化や技術の進展に伴って変更され、必要な装置の台数構成が変化して装置の不足や非稼働装置が発生し、装置の運用効率が低下する場合もある。このようなトラブルは、将来的な製品のトレンドを予測して台数構成に反映させることである程度回避可能である。
【００２０】
他のカテゴリーの装置で代用が可能であったとしても、装置の故障や製造デバイスの変化は、デバイスメーカーに製造効率の低下や無駄な投資をもたらし得る。例えば、これまで主として中電流イオン注入装置で処理されていた製造プロセスが、製造デバイスの変更により高電流イオン注入装置で処理されるようになることがある。そうすると、高電流イオン注入装置の処理能力が不足する一方で、中電流イオン注入装置の処理能力が余るようになる。変更後の状態がその後長期間変化しないと見込まれるのであれば、新規の高電流イオン注入装置の購入及び所有している中電流イオン注入装置の売却という対策を取ることで、装置の運用効率を改善することができる。しかし、頻繁にプロセスが変更されたり、そうした変更が予測困難である場合には、生産に支障を来すことになるかもしれない。
【００２１】
実際には、あるデバイスの製造のためにあるカテゴリーのイオン注入装置で既に行われているプロセスを他のカテゴリーのイオン注入装置で直ちに代用することはできない。イオン注入装置上でのデバイス特性の合わせ込みの作業が必要になるからである。つまり、新たなイオン注入装置において同じイオン種、エネルギー、ドーズ量でプロセスを実行して得られたデバイス特性は、以前のイオン注入装置で得られたデバイス特性から大きく乖離し得る。イオン種、エネルギー、ドーズ量以外の諸条件、例えば、ビーム電流密度（すなわち、ドーズレイト）、注入角度、注入領域の塗り重ね方法などもデバイス特性に影響するからである。カテゴリーが異なる場合は一般に装置構成も異なるので、イオン種、エネルギー及びドーズ量を揃えたとしても、デバイス特性に影響するその他の条件まで自動的に一致させることはできない。これらの諸条件は注入方式に依存する。注入方式には例えば、ビームと加工物との相対移動の方式（例えば、スキャンビーム、リボンビーム、二次元ウエハスキャンなど）や、次に述べるバッチ型とシリアル型の種別などがある。
【００２２】
加えて、高ドーズ高電流イオン注入装置と高エネルギーイオン注入装置はバッチ型、中ドーズ中電流イオン注入装置はシリアル型と大きく棲み分けされていることも、装置間の差異を大きくしている。バッチ型は多数のウエハに一度に処理する方式であり、これらウエハは例えば円周上に配置されている。シリアル型は一枚ずつのウエハを処理する方式であり、枚葉式とも呼ばれる。なお、高ドーズ高電流イオン注入装置と高エネルギーイオン注入装置はシリアル型をとる場合もある。
【００２３】
さらに、バッチ型の高ドーズ高電流イオン注入装置のビームラインにおいては、高ドーズ高電流ビーム特性によるビームライン設計上の要請により、シリアル型の中ドーズ中電流イオン注入装置よりも典型的に短く作られている。高ドーズ高電流ビームライン設計において、低エネルギー／高ビーム電流条件でのイオンビームの発散によるビーム損失を抑制するためである。とりわけ、ビームを形成するイオンが互いに反発し合う荷電粒子を含むことにより径方向外側に拡大する傾向、いわゆるビームブローアップを軽減させるためである。このような設計の必要性は、高ドーズ高電流イオン注入装置がシリアル型である場合に比べてバッチ型である場合に、より顕著である。
【００２４】
シリアル型の中ドーズ中電流イオン注入装置のビームラインが相対的に長く作られているのは、イオンビームの加速やビーム成形のためである。シリアル型中ドーズ中電流イオン注入装置においては、かなりの運動量を有するイオンが高速移動している。これらのイオンは、ビームラインに追加される加速用間隙の一または幾つかを通過することにより運動量が増加される。さらに、かなりの運動量を有する粒子の軌道を修正するには、フォーカシング部は、フォーカシング力を十分に印加すべく相対的に長くなければならない。
【００２５】
高エネルギーイオン注入装置では、線形加速方式やタンデム加速方式を採用しているために、高ドーズ高電流イオン注入装置や中ドーズ中電流イオン注入装置の加速方式と本質的に異なる。こうした本質的な相違は、高エネルギーイオン注入装置がシリアル型であってもバッチ型であっても同様である。
【００２６】
このように、イオン注入装置ＨＣ、ＭＣ、ＨＥはカテゴリーによってビームラインの形式や注入方式が異なり、それぞれ全く異なる装置として認識されている。カテゴリーの異なる装置間の構成上の違いは不可避であるとみなされている。ＨＣ、ＭＣ、ＨＥというように異なる形式の装置間では、デバイス特性に与える影響を考慮したプロセス互換性は保証されていない。
【００２７】
したがって、既存のカテゴリーの装置よりも広いエネルギー範囲及び／またはドーズ範囲を有するイオン注入装置が望まれる。特に、注入装置の形式を変えることなく、既存の少なくとも２つのカテゴリーを包含する広い範囲におけるエネルギー及びドーズ量での注入を可能とするイオン注入装置が望まれる。
【００２８】
また、近年は全ての注入装置がシリアル型を採用することが主流となりつつある。したがって、シリアル型の構成を有し、かつ、広いエネルギー範囲及び／またはドーズ範囲を有するイオン注入装置が望まれる。
【００２９】
更に、ＨＥが本質的に異なる加速方式を用いるのに対して、ＨＣとＭＣは、直流電圧でイオンビームを加速または減速するビームラインを備える点で共通する。そのため、ＨＣとＭＣのビームラインは共用できる可能性がある。したがって、ＨＣとＭＣの両方の役割を１台で果たすことのできるイオン注入装置が望まれる。
【００３０】
このように広い範囲で運転可能な装置は、デバイスメーカにおける生産性や運用効率の改善に役立つ。
【００３１】
なお、中電流イオン注入装置（ＭＣ）は、高電流イオン注入装置（ＨＣ）に比べて高いエネルギー範囲かつ低いドーズ範囲で運転することが可能であることから、本願では低電流イオン注入装置と呼ぶことがある。同様にして、中電流イオン注入装置（ＭＣ）についてエネルギー及びドーズをそれぞれ、高エネルギー及び低ドーズと呼ぶことがある。あるいは、高電流イオン注入装置（ＨＣ）についてのエネルギー及びドーズをそれぞれ、低エネルギー及び高ドーズと呼ぶことがある。ただし、本願においてこうした表現は中電流イオン注入装置（ＭＣ）のエネルギー範囲及びドーズ範囲のみを限定的に指し示すわけではなく、文脈によっては文字通りに、「ある高い（又は低い）エネルギー（又はドーズ）の範囲」を意味し得る。
【００３２】
図２は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置１００を概略的に示す図である。イオン注入装置１００は、所与のイオン注入条件に従って被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。イオン注入条件は例えば、被処理物Ｗに注入されるべきイオン種、イオンのドーズ量、及びイオンのエネルギーを含む。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えばウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物Ｗを基板Ｗと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。
【００３３】
イオン注入装置１００は、イオン源１０２と、ビームライン装置１０４と、注入処理室１０６と、を備える。また、イオン注入装置１００は、イオン源１０２、ビームライン装置１０４、及び注入処理室１０６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【００３４】
イオン源１０２は、基板Ｗに注入されるべきイオンを生成するよう構成されている。イオン源１０２は、ビームの電流調整のための要素の一例である引出電極ユニット１１８によりイオン源１０２から加速引き出しされたイオンビームＢ１を、ビームライン装置１０４に与える。以下ではこれを初期イオンビームＢ１と呼ぶことがある。
【００３５】
ビームライン装置１０４は、イオン源１０２から注入処理室１０６へとイオンを輸送するよう構成されている。ビームライン装置１０４は、イオンビームを輸送するためのビームラインを提供する。ビームラインは、イオンビームの通路であり、ビーム軌道の道筋ともいえる。ビームライン装置１０４は、初期イオンビームＢ１に、例えば、偏向、加速、減速、整形、走査などを含む操作をすることによりイオンビームＢ２を形成する。以下ではこれを注入イオンビームＢ２と呼ぶことがある。ビームライン装置１０４は、こうしたビーム操作のために配列されている複数のビームライン構成要素を備える。このようにして、ビームライン装置１０４は、注入イオンビームＢ２を注入処理室１０６に与える。
【００３６】
注入イオンビームＢ２は、ビームライン装置１０４のビーム輸送方向（又はビーム軌道に沿う方向）に垂直な面内にビーム照射域１０５を有する。ビーム照射域１０５は通常、基板Ｗの幅を包含する幅を有する。例えば、ビームライン装置１０４がスポット状のイオンビームを走査するビーム走査装置を備える場合には、ビーム照射域１０５はビーム輸送方向に垂直な長手方向に沿って走査範囲にわたって延びる細長照射域である。また、ビームライン装置１０４がリボンビーム発生器を備える場合にも同様に、ビーム照射域１０５は、ビーム輸送方向に垂直な長手方向に延びる細長照射域である。ただし、この細長照射域は当該リボンビームの断面である。細長照射域は、長手方向に基板Ｗの幅（基板Ｗが円形である場合には直径）よりも長い。
【００３７】
注入処理室１０６は、基板Ｗが注入イオンビームＢ２を受けるように基板Ｗを保持する物体保持部１０７を備える。物体保持部１０７は、ビームライン装置１０４のビーム輸送方向及びビーム照射域１０５の長手方向に垂直な方向に基板Ｗを移動可能に構成されている。すなわち、物体保持部１０７は、基板Ｗのメカニカルスキャンを提供する。本願において、メカニカルスキャンは、機械式走査と同義である。なお、ここで、「垂直な方向」は、当業者には理解されるように、厳密な直交のみには限定されない。「垂直な方向」は、例えば、基板Ｗを上下方向にいくらか傾けて注入する場合には、そうした傾斜角度を含み得る。
【００３８】
注入処理室１０６は、シリアル型の注入処理室として構成されている。よって物体保持部１０７は典型的には一枚の基板Ｗを保持する。しかし、物体保持部１０７は、バッチ型のように複数の（例えば小型の）基板を保持する支持台を備え、この支持台を直線的に往復移動させることによりこれら複数の基板のメカニカルスキャンをするよう構成されていてもよい。ある他の実施形態においては、注入処理室１０６は、バッチ型の注入処理室として構成されていてもよい。この場合例えば、物体保持部１０７は、複数の基板Ｗを円周上にかつ回転可能に保持する回転ディスクを備えてもよい。回転ディスクはメカニカルスキャンを提供するよう構成されていてもよい。
【００３９】
図３には、ビーム照射域１０５とそれに関連するメカニカルスキャンの一例を示す。
イオン注入装置１００は、スポット状のイオンビームＢ２の１次元ビームスキャンＳＢと基板Ｗの１次元メカニカルスキャンＳＭを併用するハイブリッドスキャン方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されている。物体保持部１０７の側方においてビーム照射域１０５に重なるようにビーム計測器１３０（例えばファラデーカップ）が設けられ、その計測結果が制御部１１６に与えられてもよい。
【００４０】
こうして、ビームライン装置１０４は、ビーム照射域１０５を有する注入イオンビームＢ２を、注入処理室１０６に供給するよう構成されている。ビーム照射域１０５は、基板Ｗのメカニカルスキャンと協働して基板Ｗの全体にわたって注入イオンビームＢ２が照射されるよう形成されている。したがって、基板Ｗとイオンビームとの相対移動によって基板Ｗにイオンを注入することができる。
【００４１】
他の実施形態においては、イオン注入装置１００は、リボン状のイオンビームＢ２と基板Ｗの１次元メカニカルスキャンを併用するリボンビーム＋ウエハスキャン方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されている。リボンビームはその横幅が均一性を保ちつつ拡げられており、基板Ｗがリボンビームと交差するよう走査される。更に他の実施形態においては、イオン注入装置１００は、スポット状のイオンビームＢ２のビーム軌道を固定した状態で基板Ｗを二次元的にメカニカルスキャンする方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されていてもよい。
【００４２】
なお、イオン注入装置１００は、基板Ｗ上の広い領域にわたってイオン注入をするための特定の注入方式には限定されない。メカニカルスキャンを使用しない注入方式も可能である。例えば、イオン注入装置１００は、スポット状のイオンビームＢ２を基板Ｗ上で二次元的にスキャンする二次元ビームスキャン方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されていてもよい。あるいは、二次元的に拡げたイオンビームＢ２を用いるラージサイズビーム方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されていてもよい。このラージサイズビームは、均一性を保ちつつビームサイズを基板サイズ以上となるよう広げられており、基板全体を一度に処理することができる。
【００４３】
詳しくは後述するが、イオン注入装置１００は、高ドーズ注入用の第１ビームライン設定Ｓ１又は低ドーズ注入用の第２ビームライン設定Ｓ２のもとで運転されることができる。したがって、ビームライン装置１０４は、第１ビームライン設定Ｓ１または第２ビームライン設定Ｓ２を運転中に有する。これら２つの設定は共通する注入方式のもとで異なるイオン注入条件のためのイオンビームを生成するよう定められている。そのため、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とでイオンビームＢ１、Ｂ２の基準となるビーム中心軌道は同一である。ビーム照射域１０５についても、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とで同一である。
【００４４】
基準となるビーム中心軌道とは、ビームをスキャンする方式においては、ビームをスキャンしていないときのビーム軌道を指す。また、リボンビームの場合には、基準となるビーム中心軌道は、ビーム断面の幾何学的な中心の軌跡にあたる。
【００４５】
ところで、ビームライン装置１０４は、イオン源１０２側のビームライン上流部分と注入処理室１０６側のビームライン下流部分とに区分することができる。ビームライン上流部分には例えば、質量分析磁石と質量分析スリットとを備える質量分析装置１０８が設けられている。質量分析装置１０８は、初期イオンビームＢ１を質量分析することにより必要なイオン種のみをビームライン下流部分に与える。ビームライン下流部分には例えば、注入イオンビームＢ２のビーム照射域１０５を定めるビーム照射域決定部１１０が設けられている。
【００４６】
ビーム照射域決定部１１０は、入射するイオンビーム（例えば初期イオンビームＢ１）に電場または磁場（またはその両方）を印加することにより、ビーム照射域１０５を有するイオンビーム（例えば注入イオンビームＢ２）を出射するよう構成されている。ある実施形態においては、ビーム照射域決定部１１０は、ビーム走査装置とビーム平行化装置とを備える。これらのビームライン構成要素の例示については図５を参照して後述する。
【００４７】
なお上述の上流部分及び下流部分との区分はビームライン装置１０４における構成要素の相対的な位置関係を説明の便宜のために言及したものにすぎないと理解されたい。よって、例えばビームライン下流部分のある構成要素が注入処理室１０６よりもイオン源１０２に近い場所に配置されていてもよい。逆も同様である。したがって、ある実施形態においては、ビーム照射域決定部１１０はリボンビーム発生器とビーム平行化装置とを備えてもよく、リボンビーム発生器は質量分析装置１０８を備えてもよい。
【００４８】
ビームライン装置１０４は、エネルギー調整系１１２と、ビーム電流調整系１１４と、を備える。エネルギー調整系１１２は、基板Ｗへの注入エネルギーを調整するよう構成されている。ビーム電流調整系１１４は、基板Ｗへの注入ドーズ量を広範囲で変化させるために、ビーム電流を大きな範囲で調整することが可能なように構成されている。ビーム電流調整系１１４は、イオンビームのビーム電流を（質的というよりも）量的に調整するために設けられている。ある実施の形態においては、ビーム電流の調整のためにイオン源１０２の調整を用いることも可能であり、この場合、ビーム電流調整系１１４は、イオン源１０２を備えるとみなしてもよい。エネルギー調整系１１２及びビーム電流調整系１１４の詳細は後述する。
【００４９】
また、イオン注入装置１００は、イオン注入装置１００の全体又はその一部（例えばビームライン装置１０４の全体又はその一部）を制御するための制御部１１６を備える。制御部１１６は、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とを含む複数のビームライン設定からいずれかを選択し、選択されたビームライン設定のもとでビームライン装置１０４を運転するよう構成されている。具体的には、制御部１１６は、選択されたビームライン設定に従ってエネルギー調整系１１２及びビーム電流調整系１１４を設定し、エネルギー調整系１１２及びビーム電流調整系１１４を制御する。なお、制御部１１６は、エネルギー調整系１１２及びビーム電流調整系１１４を制御するための専用の制御装置であってもよい。
【００５０】
制御部１１６は、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とを含む複数のビームライン設定のうち、所与のイオン注入条件に適するいずれかのビームライン設定を選択するよう構成されている。第１ビームライン設定Ｓ１は、基板Ｗへの高ドーズ注入のための高電流ビームの輸送に適する。よって、制御部１１６は例えば、基板Ｗに注入される所望のイオンドーズ量が概略１×１０１４〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲にあるとき第１ビームライン設定Ｓ１を選択する。また、第２ビームライン設定Ｓ２は、基板Ｗへの低ドーズ注入のための低電流ビームの輸送に適する。よって、制御部１１６は例えば、基板Ｗに注入される所望のイオンドーズ量が概略１×１０１１〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲にあるとき第２ビームライン設定Ｓ２を選択する。これらビームライン設定の詳細は後述する。
【００５１】
エネルギー調整系１１２は、ビームライン装置１０４に沿って配設されている複数のエネルギー調整要素を備える。これら複数のエネルギー調整要素はそれぞれビームライン装置１０４上で固定された位置に配置されている。図２に示されるように、エネルギー調整系１１２は、例えば３つの調整要素、具体的には、上流調整要素１１８、中間調整要素１２０、及び下流調整要素１２２を備える。これら調整要素の各々は、初期イオンビームＢ１及び／または注入イオンビームＢ２を加速または減速させるための電場を作用させるよう構成されている１つ又は複数の電極を備える。
【００５２】
上流調整要素１１８は、ビームライン装置１０４の上流部分、例えば最上流部に設けられている。上流調整要素１１８は例えば、イオン源１０２から初期イオンビームＢ１をビームライン装置１０４に引き出すための引出電極系を備える。中間調整要素１２０は、ビームライン装置１０４の中間部分に設けられており、例えば、静電式のビーム平行化装置を備える。下流調整要素１２２は、ビームライン装置１０４の下流部分に設けられており、例えば、加速／減速コラムを備える。下流調整要素１２２は、加速／減速コラムの下流に配置される角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）を備えてもよい。
【００５３】
また、エネルギー調整系１１２は、上述のエネルギー調整要素のための電源系を備える。これについては、図６及び図７を参照して後述する。なお、これら複数のエネルギー調整要素はビームライン装置１０４上の任意の場所に任意の個数で設けられていてもよく、図示の配置には限られない。また、エネルギー調整系１１２は、１つのエネルギー調整要素のみを備えてもよい。
【００５４】
ビーム電流調整系１１４は、ビームライン装置１０４の上流部分に設けられており、初期イオンビームＢ１のビーム電流を調整するためのビーム電流調整要素１２４を備える。ビーム電流調整要素１２４は、初期イオンビームＢ１がビーム電流調整要素１２４を通過するときに初期イオンビームＢ１の少なくとも一部を遮断するよう構成されている。ある実施形態においては、ビーム電流調整系１１４は、ビームライン装置１０４に沿って配設されている複数のビーム電流調整要素１２４を備えてもよい。また、ビーム電流調整系１１４は、ビームライン装置１０４の下流部分に設けられていてもよい。
【００５５】
ビーム電流調整要素１２４は、ビームライン装置１０４のビーム輸送方向に垂直なイオンビーム断面の通過領域を調整するための可動部分を備える。この可動部分によって、ビーム電流調整要素１２４は、初期イオンビームＢ１の一部を制限する可変幅スリットまたは可変形状開口を有するビーム制限装置を構成する。また、ビーム電流調整系１１４は、ビーム電流調整要素１２４の可動部分を連続的、または、不連続的に調整する駆動装置を備える。
【００５６】
それとともに又はそれに代えて、ビーム電流調整要素１２４は、複数の異なる面積及び／または形状のビーム通過領域を各々が有する複数の調整部材（例えば調整アパチャー）を備えてもよい。ビーム電流調整要素１２４は、複数の調整部材のうちビーム軌道上に配置される調整部材を切り換えることができるよう構成されている。このようにして、ビーム電流調整要素１２４は、ビーム電流を段階的に調整するよう構成されていてもよい。
【００５７】
図示されるように、ビーム電流調整要素１２４は、エネルギー調整系１１２の複数のエネルギー調整要素とは別個のビームライン構成要素である。ビーム電流調整要素とエネルギー調整要素とを別々に設置することにより、ビーム電流の調整とエネルギーの調整とを個別的に行うことができる。これにより、個々のビームライン設定におけるビーム電流範囲及びエネルギー範囲の設定の自由度を高くすることができる。
【００５８】
第１ビームライン設定Ｓ１は、エネルギー調整系１１２のための第１エネルギー設定と、ビーム電流調整系１１４のための第１ビーム電流設定と、を含む。第２ビームライン設定Ｓ２は、エネルギー調整系１１２のための第２エネルギー設定と、ビーム電流調整系１１４のための第２ビーム電流設定と、を含む。第１ビームライン設定Ｓ１は、低エネルギーかつ高ドーズのイオン注入を指向し、第２ビームライン設定Ｓ２は、高エネルギーかつ低ドーズのイオン注入を指向する。
【００５９】
よって、第１エネルギー設定は、第２エネルギー設定に比べて低エネルギービームの輸送に適するよう定められている。また、第２ビーム電流設定は、第１ビーム電流設定に比べてイオンビームのビーム電流を小さくするよう定められている。注入イオンビームＢ２のビーム電流の調整と照射時間の調整とを組み合わせることにより、所望のドーズ量を基板Ｗに注入することができる。
【００６０】
第１エネルギー設定は、エネルギー調整系１１２とその電源系との接続を定める第１電源接続設定を含む。第２エネルギー設定は、エネルギー調整系１１２とその電源系との接続を定める第２電源接続設定を含む。第１電源接続設定は、中間調整要素１２０及び／または下流調整要素１２２がビーム輸送を支援するための電場を発生させるよう定められている。例えば、ビーム平行化装置及び加速／減速コラムは全体として、第１エネルギー設定のもとで注入イオンビームＢ２を減速し、第２エネルギー設定のもとで注入イオンビームＢ２を加速するよう構成されている。これらの電源接続設定により、エネルギー調整系１１２の各調整要素の電圧調整範囲が定まる。その調整範囲において、各調整要素に対応する電源の電圧を、注入イオンビームＢ２に所望の注入エネルギーを与えるように調整することができる。
【００６１】
第１ビーム電流設定は、ビーム電流調整要素１２４のイオンビーム通過領域を定める第１開口設定を含む。第２ビーム電流設定は、ビーム電流調整要素１２４のイオンビーム通過領域を定める第２開口設定を含む。第２開口設定は、第１開口設定に比べてイオンビーム通過領域を小さくするよう定められている。これら開口設定は例えば、ビーム電流調整要素１２４の可動部分の移動範囲を定める。あるいは、開口設定は、使用されるべき調整部材を定めていてもよい。こうして、開口設定により定められている調整範囲内において、所望のビーム電流に対応するイオンビーム通過領域をビーム電流調整要素１２４に設定することができる。実施されるイオン注入処理に許容される処理時間内に所望のドーズ量が基板Ｗに注入されるようにイオンビーム通過領域を調整することができる。
【００６２】
よって、ビームライン装置１０４は、第１ビームライン設定Ｓ１のもとで第１エネルギー調整範囲を有し、第２ビームライン設定Ｓ２のもとで第２エネルギー調整範囲を有する。広い範囲にわたる調整を可能とするために、第１エネルギー調整範囲は、第２エネルギー調整範囲と重複部分をもつ。つまり、２つの調整範囲は少なくとも各々の端部で相互に重なり合う。重複部分は直線状であってもよく、この場合、２つの調整範囲は接している。ある他の実施形態においては、第１エネルギー調整範囲は、第２エネルギー調整範囲から分離されていてもよい。
【００６３】
同様に、ビームライン装置１０４は、第１ビームライン設定Ｓ１のもとで第１ドーズ調整範囲を有し、第２ビームライン設定Ｓ２のもとで第２ドーズ調整範囲を有する。第１ドーズ調整範囲は、第２ドーズ調整範囲と重複部分をもつ。つまり、２つの調整範囲は少なくとも各々の端部で相互に重なり合う。重複部分は直線状であってもよく、この場合、２つの調整範囲は接している。ある他の実施形態においては、第１ドーズ調整範囲は、第２ドーズ調整範囲から分離されていてもよい。
【００６４】
このようにして、第１ビームライン設定Ｓ１のもとでビームライン装置１０４は第１運転モードで運転される。第１運転モードを以下では低エネルギーモード（または高ドーズモード）と呼ぶこともある。また、第２ビームライン設定Ｓ２のもとでビームライン装置１０４は第２運転モードで運転される。第２運転モードを以下では高エネルギーモード（または低ドーズモード）と呼ぶこともある。第１ビームライン設定Ｓ１は、被処理物Ｗへの高ドーズ注入のための低エネルギー／高電流ビームの輸送に適する第１注入設定構成と呼ぶこともできる。第２ビームライン設定Ｓ２は、被処理物Ｗへの低ドーズ注入のための高エネルギー／低電流ビームの輸送に適する第２注入設定構成と呼ぶこともできる。
【００６５】
イオン注入装置１００の操作者は、あるイオン注入処理を実行する前にその処理の注入条件に応じてビームライン設定を切り換えることができる。したがって、低エネルギー（または高ドーズ）から高エネルギー（または低ドーズ）までの広い範囲を１台のイオン注入装置で処理することができる。
【００６６】
また、イオン注入装置１００は、同一の注入方式で、注入条件の広い範囲に対応する。すなわち、イオン注入装置１００は、実質的に同一のビームライン装置１０４で広い範囲を処理する。さらに、イオン注入装置１００は、最近主流となりつつあるシリアル型の構成をもつ。したがって、詳しくは後述するが、イオン注入装置１００は、既存のイオン注入装置（例えばＨＣ及び／またはＭＣ）の共用手段としての使用に好適である。
【００６７】
ビームライン装置１０４は、イオンビームを制御するビーム制御装置と、イオンビームを調整するビーム調整装置と、イオンビームを整形するビーム整形装置と、を備えるとみなすこともできる。ビームライン装置１０４は、ビーム制御装置、ビーム調整装置、及びビーム整形装置によって、注入処理室１０６において被処理物Ｗの幅を超えるビーム照射域１０５を有するイオンビームを供給する。イオン注入装置１００においては、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とでビーム制御装置、ビーム調整装置、及びビーム整形装置が同一のハードウェア構成を有してもよい。この場合、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とでビーム制御装置、ビーム調整装置、及びビーム整形装置が同一のレイアウトで配置されていてもよい。それにより、イオン注入装置１００は、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とで同一の設置床面積（いわゆるフットプリント）を有してもよい。
【００６８】
基準となるビーム中心軌道は、ビームをスキャンする方式においては、ビームをスキャンをしていないときのビーム断面の幾何学的な中心の軌跡であるビームの軌道である。また、静止したビームであるリボンビームの場合には、基準となるビーム中心軌道は、下流部分の注入イオンビームＢ２におけるビーム断面形状の変化にかかわらず、ビーム断面の幾何学的な中心の軌跡にあたる。
【００６９】
ビーム制御装置は、制御部１１６を備えてもよい。ビーム調整装置は、ビーム照射域決定部１１０を備えてもよい。ビーム調整装置は、エネルギーフィルターまたは偏向要素を備えてもよい。ビーム整形装置は、後述する第１ＸＹ収束レンズ２０６、第２ＸＹ収束レンズ２０８、及び、Ｙ収束レンズ２１０を備えてもよい。
【００７０】
ビームライン装置１０４の上流部分では初期イオンビームＢ１が単一のビーム軌道をとるのに対して下流部分では注入イオンビームＢ２が、ビームをスキャンする方式においては基準となるビーム中心軌道を中心に平行化されたスキャンビームによる複数のビーム軌道をとるとみなすこともできる。ただし、リボンビームの場合には、単一のビーム軌道のビーム断面形状が変化してビーム幅が広がって照射ゾーンとなっているから、ビーム軌道としてはなお単一である。こうした見方によると、ビーム照射域１０５は、イオンビーム軌道ゾーンと呼ぶこともできる。したがって、イオン注入装置１００は、第１ビームライン設定Ｓ１と第２ビームライン設定Ｓ２とで注入イオンビームＢ２が同一のイオンビーム軌道ゾーンを有する。
【００７１】
図４は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。このイオン注入方法は、イオン注入装置１００における使用に適している。この方法は、制御部１１６により実行される。図４に示されるように、この方法は、ビームライン設定選択ステップ（Ｓ１０）と、イオン注入ステップ（Ｓ２０）と、を備える。
【００７２】
制御部１１６は、複数のビームライン設定のうち所与のイオン注入条件に適するいずれかのビームライン設定を選択する（Ｓ１０）。複数のビームライン設定は、上述のように、被処理物への高ドーズ注入のための高電流ビームの輸送に適する第１ビームライン設定Ｓ１と、被処理物への低ドーズ注入のための低電流ビームの輸送に適する第２ビームライン設定Ｓ２と、を含む。例えば、制御部１１６は、基板Ｗに注入される所望のイオンドーズ量がしきい値を超える場合に第１ビームライン設定Ｓ１を選択し、所望のイオンドーズ量がそのしきい値を下回る場合に第２ビームライン設定Ｓ２を選択する。なお、後述するように、複数のビームライン設定（または注入設定構成）は、第３ビームライン設定（または第３注入設定構成）及び／または第４ビームライン設定（または第４注入設定構成）を含んでもよい。
【００７３】
第１ビームライン設定Ｓ１が選択された場合には、制御部１１６は、第１エネルギー設定を用いてエネルギー調整系１１２を設定する。それにより、エネルギー調整系１１２とその電源系とが第１電源接続設定に従って接続される。また、制御部１１６は、第１ビーム電流設定を用いてビーム電流調整系１１４を設定する。それにより、第１開口設定に従ってイオンビーム通過領域（またはその調整範囲）が設定される。同様にして、第２ビームライン設定Ｓ２が選択された場合には、制御部１１６は、第２エネルギー設定を用いてエネルギー調整系１１２を設定し、第２ビーム電流設定を用いてビーム電流調整系１１４を設定する。
【００７４】
この選択処理は、選択されたビームライン設定に応じた調整範囲においてビームライン装置１０４を調整する処理を含んでもよい。この調整処理においては、所望の注入条件のイオンビームが生成されるように、ビームライン装置１０４の各調整要素が対応する調整範囲内で調整される。例えば、制御部１１６は、所望の注入エネルギーが得られるように、エネルギー調整系１１２の各調整要素に対応する電源の電圧を決定する。また、制御部１１６は、所望の注入ドーズ量が得られるように、ビーム電流調整要素１２４のイオンビーム通過領域を決定する。
【００７５】
こうして、制御部１１６は、選択されたビームライン設定のもとで、イオン注入装置１００を運転する（Ｓ２０）。ビーム照射域１０５を有する注入イオンビームＢ２が生成され、基板Ｗに供給される。注入イオンビームＢ２は、基板Ｗのメカニカルスキャンと協働して（またはビーム単独で）基板Ｗの全体を照射する。その結果、所望のイオン注入条件のエネルギーとドーズ量で基板Ｗにイオンが注入される。
【００７６】
デバイス生産に使用されているシリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置では現状、ハイブリッドスキャン方式、二次元メカニカルスキャン方式、リボンビーム＋ウエハスキャン方式が採用されている。しかしながら、二次元メカニカルスキャン方式は、メカニカルスキャンの機械的な駆動機構の負荷のためにスキャン速度の高速化に制限があり、それ故に注入ムラを十分に抑制できないという問題をもつ。また、リボンビーム＋ウエハスキャン方式は、横方向にビームサイズを拡げるときに均一性の低下が生じ易い。そのため、特に低ドーズ条件（低ビーム電流条件）で、均一性およびビーム角度の同一性に問題をもつ。ただし、得られる注入結果が許容範囲にある場合には、二次元メカニカルスキャン方式またはリボンビーム＋ウエハスキャン方式で本発明のイオン注入装置を構成してもよい。
【００７７】
一方で、ハイブリッドスキャン方式は、ビームスキャン速度を高精度に調整することにより、ビームスキャン方向に良好な均一性を達成することができる。また、ビームスキャンを十分に高速にすることにより、ウエハスキャン方向の注入ムラを十分に抑制することもできる。したがって、ハイブリッドスキャン方式が広範囲のドーズ条件にわたって最適であると考えられる。
【００７８】
図５（ａ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置２００の概略構成を示す平面図、図５（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置２００の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置２００は、図２に示すイオン注入装置１００に関してハイブリッドスキャン方式を適用した場合の１つの実施例である。また、イオン注入装置２００は、図２に示すイオン注入装置１００と同様にシリアル型の装置である。
【００７９】
イオン注入装置２００は、図示されるように複数のビームライン構成要素を備える。イオン注入装置２００のビームライン上流部分は、上流側から順に、イオンソース２０１、質量分析磁石２０２、ビームダンプ２０３、リゾルビングアパチャー２０４、電流抑制機構２０５、第１ＸＹ収束レンズ２０６、ビーム電流計測器２０７、及び、第２ＸＹ収束レンズ２０８を備える。イオンソース２０１と質量分析磁石２０２との間には、イオンソース２０１からイオンを引き出すための引出電極２１８（図６及び図７参照）が設けられている。
【００８０】
ビームライン上流部分と下流部分との間に、スキャナー２０９が設けられている。ビームライン下流部分は、上流側から順に、Ｙ収束レンズ２１０、ビーム平行化機構２１１、ＡＤ（Accel／Decel）コラム２１２、及びエネルギーフィルター２１３を備える。ビームライン下流部分の最下流部にウエハ２１４が配置されている。イオンソース２０１からビーム平行化機構２１１までのビームライン構成要素は、ターミナル２１６に収容されている。
【００８１】
電流抑制機構２０５は、上述のビーム電流調整系１１４の一例である。電流抑制機構２０５は、低ドーズモードと高ドーズモードとを切り換えるために設けられている。電流抑制機構２０５は、一例としてＣＶＡ（Continuously Variable Aperture）を備える。ＣＶＡは、駆動機構により開口サイズを調整できるアパチャーである。したがって、電流抑制機構２０５は、低ドーズモードにおいては比較的小さい開口サイズ調整範囲で動作し、高ドーズモードにおいては比較的大きい開口サイズ調整範囲で動作するよう構成されている。ある実施形態においては、電流抑制機構２０５とともに又はこれに代えて、異なる開口幅を持つ複数のリゾルビングアパチャー２０４が、低ドーズモードと高ドーズモードとで異なる設定で動作するよう構成されていてもよい。
【００８２】
電流抑制機構２０５は、下流まで到達するイオンビーム量を制限して、低ビーム電流の条件でのビーム調整を助ける役割を持つ。電流抑制機構２０５は、ビームライン上流部分（すなわち、イオンソース２０１からのイオン引出後からスキャナー２０９の上流側までの間）に設けられている。そのため、ビーム電流の調整範囲を大きくすることができる。なお、電流抑制機構２０５は、ビームライン下流部分に設けられていてもよい。
【００８３】
ビーム電流計測器２０７は例えば、可動式のフラグファラデーである。
【００８４】
第１ＸＹ収束レンズ２０６、第２ＸＹ収束レンズ２０８、及び、Ｙ収束レンズ２１０は、縦横方向のビーム形状（ＸＹ面内のビーム断面）を調整するためのビーム整形装置を構成する。このように、ビーム整形装置は、質量分析磁石２０２とビーム平行化機構２１１との間でビームラインに沿って配設されている複数のレンズを備える。ビーム整形装置は、これらのレンズの収束／発散効果によって、広範囲のエネルギー・ビーム電流の条件で下流まで適切にイオンビームを輸送することができる。すなわち、低エネルギー／低ビーム電流、低エネルギー／高ビーム電流、高エネルギー／低ビーム電流、及び、高エネルギー／高ビーム電流のいずれの条件下においてもイオンビームをウエハ２１４まで適切に輸送することができる。
【００８５】
第１ＸＹ収束レンズ２０６は例えばＱレンズであり、第２ＸＹ収束レンズ２０８は例えばＸＹ方向アインツェルレンズであり、Ｙ収束レンズ２１０は例えばＹ方向アインツェルレンズまたはＱレンズである。第１ＸＹ収束レンズ２０６、第２ＸＹ収束レンズ２０８、及びＹ収束レンズ２１０は、それぞれ単一のレンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。このようにして、ビーム整形装置は、ビームポテンシャルが大きくビームの自己発散が問題となる低エネルギー／高ビーム電流の条件から、ビームポテンシャルが小さくビームの断面形状制御が問題となる高エネルギー／低ビーム電流の条件まで、イオンビームを適切に制御できるように設計されている。
【００８６】
エネルギーフィルター２１３は例えば、偏向電極、偏向電磁石、またはその両方を備えるＡＥＦ（Angular Energy Filter）である。
【００８７】
イオンソース２０１で生成されたイオンは、引出電場（図示せず）によって加速される。加速されたイオンは、質量分析磁石２０２で偏向される。こうして、所定のエネルギーと質量電荷比を持つイオンのみがリゾルビングアパチャー２０４を通過する。続いて、イオンは、電流抑制機構（ＣＶＡ）２０５、第１ＸＹ収束レンズ２０６、及び第２ＸＹ収束レンズ２０８を経由して、スキャナー２０９へと導かれる。
【００８８】
スキャナー２０９は、周期的な電場または磁場（またはその両方）を印加することでイオンビームを横方向（縦方向または斜め方向でもよい）に往復走査する。スキャナー２０９によって、イオンビームはウエハ２１４上で横方向に均一な注入ができるように調整される。スキャナー２０９で走査されたイオンビーム２１５は、電場または磁場（またはその両方）の印加を利用するビーム平行化機構２１１で進行方向を揃えられる。その後、イオンビーム２１５は、電場を印加することによりＡＤコラム２１２で所定のエネルギーまで加速または減速される。ＡＤコラム２１２を出たイオンビーム２１５は最終的な注入エネルギーに達している（低エネルギーモードでは、注入エネルギーよりも高いエネルギーに調整し、エネルギーフィルター内で減速させながら偏向させることも行われる。）。ＡＤコラム２１２の下流のエネルギーフィルター２１３は、偏向電極または偏向電磁石による電場または磁場（またはその両方）の印加によりイオンビーム２１５をウエハ２１４の方へと偏向する。それにより、目的とするエネルギー以外のエネルギーを持つコンタミ成分が排除される。こうして浄化されたイオンビーム２１５がウエハ２１４に注入される。
【００８９】
なお、質量分析磁石２０２とリゾルビングアパチャー２０４の間には、ビームダンプ２０３が配置されている。ビームダンプ２０３は、必要に応じて電場を印加することでイオンビームを偏向する。それにより、ビームダンプ２０３は、下流へのイオンビーム到達を高速で制御することができる。
【００９０】
次に、図６及び図７に示す高電圧電源系２３０の構成系統図を参照して、図５に示すイオン注入装置２００における低エネルギーモード及び高エネルギーモードを説明する。図６に低エネルギーモードの電源切替状態を示し、図７に高エネルギーモードの電源切替状態を示す。図６及び図７には、図５に示すビームライン構成要素のうち、イオンビームのエネルギー調整に関連する主要な要素を示す。図６及び図７においてはイオンビーム２１５を矢印で示す。
【００９１】
図６及び図７に示されるように、ビーム平行化機構２１１（図５参照）は、二重Ｐレンズ２２０を備える。この二重Ｐレンズ２２０は、イオンの移動方向に沿って離間配置された第１電圧ギャップ２２１及び第２電圧ギャップ２２２を有する。第１電圧ギャップ２２１が上流に、第２電圧ギャップ２２２が下流にある。
【００９２】
第１電圧ギャップ２２１は一組の電極２２３、２２４間に形成されている。それら電極２２３、２２４の下流に配置されたもう一組の電極２２５、２２６間に第２電圧ギャップ２２２が形成されている。第１電圧ギャップ２２１及びこれを形成する電極２２３、２２４は上流側に向かって凸形状を有する。逆に、第２電圧ギャップ２２２及びこれを形成する電極２２５、２２６は下流側に向かって凸形状を有する。なお以下では説明の便宜上、これらの電極をそれぞれ、第１Ｐレンズ上流電極２２３、第１Ｐレンズ下流電極２２４、第２Ｐレンズ上流電極２２５、第２Ｐレンズ下流電極２２６と呼ぶことがある。
【００９３】
二重Ｐレンズ２２０は、第１電圧ギャップ２２１及び第２電圧ギャップ２２２に印加される電場の組み合わせによって、入射するイオンビームを平行化して出射するともに、イオンビームのエネルギーを調整する。すなわち、二重Ｐレンズ２２０は、第１電圧ギャップ２２１及び第２電圧ギャップ２２２の電場によってイオンビームを加速または減速する。
【００９４】
また、イオン注入装置２００は、ビームライン構成要素のための電源を備える高電圧電源系２３０を備える。高電圧電源系２３０は、第１電源部２３１、第２電源部２３２、第３電源部２３３、第４電源部２３４、及び第５電源部２３５を備える。図示されるように、高電圧電源系２３０は、第１ないし第５の電源部２３１〜２３５をイオン注入装置２００に接続するための接続回路を備える。
【００９５】
第１電源部２３１は、第１電源２４１と第１スイッチ２５１とを備える。第１電源２４１は、イオンソース２０１と第１スイッチ２５１との間に設けられており、イオンソース２０１に正の電圧を与える直流電源である。第１スイッチ２５１は、低エネルギーモードにおいては第１電源２４１をグランド２１７に接続し（図６参照）、高エネルギーモードにおいては第１電源２４１をターミナル２１６に接続する（図７参照）。したがって、第１電源２４１は、低エネルギーモードにおいては接地電位を基準としてイオンソース２０１に電圧ＶＨＶを与える。これはそのままイオンのトータルエネルギーを与えることになる。一方、高エネルギーモードにおいては、第１電源２４１は、ターミナル電位を基準としてイオンソース２０１に電圧ＶＨＶを与える。
【００９６】
第２電源部２３２は、第２電源２４２と第２スイッチ２５２とを備える。第２電源２４２は、ターミナル２１６とグランド２１７との間に設けられており、第２スイッチ２５２の切替により正負の電圧のいずれかをターミナル２１６に与える直流電源である。第２スイッチ２５２は、低エネルギーモードにおいては第２電源２４２の負極をターミナル２１６に接続し（図６参照）、高エネルギーモードにおいては第２電源２４２の正極をターミナル２１６に接続する（図７参照）。したがって、第２電源２４２は、低エネルギーモードにおいては接地電位を基準としてターミナル２１６に電圧ＶＴ（ＶＴ＜０）を与える。一方、高エネルギーモードにおいては、第２電源２４２は、接地電位を基準としてターミナル２１６に電圧ＶＴ（ＶＴ＞０）を与える。第２電源２４２の電圧ＶＴは第１電源２４１の電圧ＶＨＶよりも大きい。
【００９７】
よって、引出電極２１８の引出電圧ＶＥＸＴは、低エネルギーモードにおいてはＶＥＸＴ＝ＶＨＶ−ＶＴであり、高エネルギーモードにおいてはＶＥＸＴ＝ＶＨＶである。イオンの電荷をｑとすると、最終エネルギーは、低エネルギーモードにおいてはｑＶＨＶとなり、高エネルギーモードにおいてはｑ（ＶＨＶ＋ＶＴ）となる。
【００９８】
第３電源部２３３は、第３電源２４３と第３スイッチ２５３とを備える。第３電源２４３は、ターミナル２１６と二重Ｐレンズ２２０との間に設けられている。第３電源２４３は、第１Ｐレンズ電源２４３−１及び第２Ｐレンズ電源２４３−２を備える。第１Ｐレンズ電源２４３−１は、ターミナル電位を基準として第１Ｐレンズ下流電極２２４及び第２Ｐレンズ上流電極２２５に電圧ＶＡＰを与える直流電源である。第２Ｐレンズ電源２４３−２は、第３スイッチ２５３を介する接続先にターミナル電位を基準として電圧ＶＤＰを与える直流電源である。第３スイッチ２５３は、切替により第１Ｐレンズ電源２４３−１及び第２Ｐレンズ電源２４３−２のいずれかを第２Ｐレンズ下流電極２２６に接続するように、ターミナル２１６と二重Ｐレンズ２２０との間に設けられている。なお第１Ｐレンズ上流電極２２３はターミナル２１６に接続されている。
【００９９】
第３スイッチ２５３は、低エネルギーモードにおいては第２Ｐレンズ電源２４３−２を第２Ｐレンズ下流電極２２６に接続し（図６参照）、高エネルギーモードにおいては第１Ｐレンズ電源２４３−１を第２Ｐレンズ下流電極２２６に接続する（図７参照）。したがって、第３電源２４３は、低エネルギーモードにおいてはターミナル電位を基準として第２Ｐレンズ下流電極２２６に電圧ＶＤＰを与える。一方、高エネルギーモードにおいては、第３電源２４３は、ターミナル電位を基準として第２Ｐレンズ下流電極２２６に電圧ＶＡＰを与える。
【０１００】
第４電源部２３４は、第４電源２４４と第４スイッチ２５４とを備える。第４電源２４４は、第４スイッチ２５４とグランド２１７との間に設けられており、ＡＤコラム２１２の出口（即ち下流側末端）に負の電圧を与えるための直流電源である。第４スイッチ２５４は、低エネルギーモードにおいては第４電源２４４をＡＤコラム２１２の出口に接続し（図６参照）、高エネルギーモードにおいてはＡＤコラム２１２の出口をグランド２１７に接続する（図７参照）。したがって、第４電源２４４は、低エネルギーモードにおいては接地電位を基準としてＡＤコラム２１２の出口に電圧Ｖａｄを与える。一方、高エネルギーモードにおいては、第４電源２４４は使用されない。
【０１０１】
第５電源部２３５は、第５電源２４５と第５スイッチ２５５とを備える。第５電源２４５は、第５スイッチ２５５とグランド２１７との間に設けられている。第５電源２４５は、エネルギーフィルター（ＡＥＦ）２１３のために設けられている。第５スイッチ２５５は、エネルギーフィルター２１３の運転モードの切替のために設けられている。エネルギーフィルター２１３は、低エネルギーモードにおいてはいわゆるオフセットモードで運転され、高エネルギーモードにおいては通常モードで運転される。オフセットモードとは正電極と負電極の平均値を負電位とするＡＥＦの運転モードである。オフセットモードのビーム収束効果によりＡＥＦでのビーム発散によるビーム損失を防ぐことができる。一方、通常モードとは正電極と負電極の平均値を接地電位とするＡＥＦの運転モードである。
【０１０２】
ウエハ２１４には接地電位が与えられている。
【０１０３】
図８（ａ）は、低エネルギーモードにおいてイオン注入装置２００の各部に印加される電圧の一例を示し、図８（ｂ）は、低エネルギーモードにおいてイオン注入装置２００の各部に印加されるエネルギーの一例を示す。図９（ａ）は、高エネルギーモードにおいてイオン注入装置２００の各部に印加される電圧の一例を示し、図９（ｂ）は、高エネルギーモードにおいてイオン注入装置２００の各部に印加されるエネルギーの一例を示す。図８（ａ）及び図９（ａ）の縦軸は電圧を示し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）の縦軸はエネルギーを示す。各図の横軸はイオン注入装置２００における場所を符号ａないしｇで示す。符号ａはイオンソース２０１、符号ｂはターミナル２１６、符号ｃは加速Ｐレンズ（第１Ｐレンズ下流電極２２４）、符号ｄは減速Ｐレンズ（第２Ｐレンズ下流電極２２６）、符号ｅはＡＤコラム２１２の出口、符号ｆはエネルギーフィルター２１３、符号ｇはウエハ２１４を表す。
【０１０４】
二重Ｐレンズ２２０は、注入条件により必要に応じて、加速Ｐレンズｃ単体にて、または、減速Ｐレンズｄ単体にて使用される構成、あるいは、加速Ｐレンズｃおよび減速Ｐレンズｄを両方使用される構成を有する。加速Ｐレンズｃおよび減速Ｐレンズｄを両方使用する構成において、二重Ｐレンズ２２０は、加速作用と減速作用の両方ともを使用して加速と減速の作用配分を変更可能とする構成とすることが可能である。この場合、二重Ｐレンズ２２０は、二重Ｐレンズ２２０への入射ビームエネルギーと二重Ｐレンズ２２０からの出射ビームエネルギーとの差によりビームが加速され又は減速されるよう構成されることが可能である。あるいは、二重Ｐレンズ２２０は、入射ビームエネルギーと出射ビームエネルギーの差がゼロでビームを加速も減速もしないよう構成されることが可能である。
【０１０５】
一例として、二重Ｐレンズ２２０は、図示されるように、低エネルギーモードにおいて、イオンビームを、減速Ｐレンズｄにて減速するとともに、必要に応じてゼロからいくらかの範囲で加速Ｐレンズｃにて加速して、全体としてはイオンビームを減速するよう構成されている。一方、高エネルギーモードにおいて二重Ｐレンズ２２０は加速Ｐレンズｃにてイオンビームを加速するよう構成されている。なお、高エネルギーモードにおいて二重Ｐレンズ２２０は、全体としてイオンビームを加速する限り、必要に応じてゼロからいくらかの範囲でイオンビームを減速Ｐレンズｄにて減速するよう構成されていてもよい。
【０１０６】
このように高電圧電源系２３０が構成されていることにより、ビームライン上のいくつかの領域に印加される電圧を電源の切替によって変更することができる。また、ある領域における電圧印加経路を変更することもできる。これらを利用して、同一のビームラインにおいて低エネルギーモードと高エネルギーモードとを切り換えることができる。
【０１０７】
低エネルギーモードにおいては、イオンソース２０１の電位ＶＨＶは接地電位を基準として直接印加される。これにより、ソース部への高精度の電圧印加が可能になり、エネルギーの設定精度を高くして低エネルギーでイオンを注入できるようになる。また、ターミナル電圧ＶＴ、Ｐレンズ電圧ＶＤＰ、及びＡＤコラム出口電圧Ｖａｄを負に設定することにより、コラム出口まで比較的高エネルギーでイオンを輸送することが可能となる。そのため、イオンビームの輸送効率を向上させ、高電流を取得することができる。
【０１０８】
また、低エネルギーモードにおいては、減速Ｐレンズを採用することで、高エネルギー状態でのイオンビーム輸送を促進している。このことは、低エネルギーモードを高エネルギーモードと同一のビームラインに共存させることに役立っている。さらに、低エネルギーモードにおいては、ビームの自己発散を最小化するように、ビームラインの収束・発散要素を調整し、ビームを意図的に拡げて輸送している。このことも、低エネルギーモードを高エネルギーモードと同一のビームラインに共存させることに役立っている。
【０１０９】
高エネルギーモードにおいては、イオンソース２０１の電位は加速引出電圧ＶＨＶとターミナル電圧ＶＴとの和である。これにより、ソース部への高電圧の印加が可能になり、高エネルギーでイオンを加速することができる。
【０１１０】
図１０は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。この方法は例えば、イオン注入装置のためのビーム制御装置により実行されてもよい。図１０に示されるように、まず、注入レシピが選択される（Ｓ１００）。制御装置は、そのレシピ条件を読み取り（Ｓ１０２）、レシピ条件に応じたビームライン設定を選択する（Ｓ１０４）。選択されたビームライン設定のもとでイオンビームの調整作業が行われる。調整作業は、ビーム出し及び調整と（Ｓ１０６）、取得ビーム確認（Ｓ１０８）とを含む。こうしてイオン注入のための準備作業が終了する。次に、ウエハが搬入され（Ｓ１１０）、イオン注入が実行され（Ｓ１１２）、ウエハが搬出される（Ｓ１１４）。ステップ１１０ないし１１４は所望の枚数が処理されるまで繰り返されてもよい。
【０１１１】
図１１は、イオン注入装置２００により実現されるエネルギー及びドーズ量の範囲Ｄを模式的に示す。図１１においても図１と同様に、現実的に許容できる生産性において処理可能なエネルギーとドーズ量の範囲を示す。比較のために、図１に示すＨＣ、ＭＣ、ＨＥのエネルギー及びドーズ量の範囲Ａ、Ｂ、Ｃを併せて図１１に示す。
【０１１２】
図１１に示されるように、イオン注入装置２００は、既存の装置ＨＣ及びＭＣの運転範囲をいずれも包含することがわかる。よって、イオン注入装置２００は、既存の枠組みを超える新規な装置である。この新規なイオン注入装置は、同一のビームラインと注入方式を保ちながら既存の二種類のカテゴリーＨＣ、ＭＣの役割を１台で果たすことができる。よってこの装置をＨＣＭＣと呼ぶことができる。
【０１１３】
したがって、本実施形態によると、シリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置とシリアル型中ドーズ中電流イオン注入装置とを単一の装置で構成した装置ＨＣＭＣを提供することができる。ＨＣＭＣでは電圧印加方法を低エネルギー条件と高エネルギー条件で変化させ、さらにＣＶＡでビーム電流を高電流から低電流まで変化させることにより、広範囲のエネルギー条件とドーズ条件で注入を実施することが可能となる。
【０１１４】
なお、ＨＣＭＣ式のイオン注入装置は、既存のＨＣ、ＭＣの注入条件範囲をすべて包含していなくてもよい。装置の製造コストと注入性能とのトレードオフを考慮して、図１１に示す範囲Ｄよりも狭い範囲Ｅ（図１２参照）をもつ装置を提供することも考えられる。こうした場合においても、デバイスメーカーに必要とされるイオン注入条件を十分にカバーする限り、実用性に優れるイオン注入装置を提供することができる。
【０１１５】
デバイス製造工程においてＨＣＭＣにより実現される装置運用の効率性の向上について説明する。一例として、図１３に示すように、あるデバイスメーカーがある製造プロセスＸを処理するためにＨＣを６台、ＭＣを４台を使用していたと仮定する（つまりこのデバイスメーカーは既存の装置ＨＣ、ＭＣのみを所有している）。その後、このデバイスメーカーが、製造デバイスの変化に伴ってプロセスＸをプロセスＹに変更し、その結果としてＨＣを８台、ＭＣを２台必要とするようになった。そうすると、このメーカーはＨＣを２台増設することになり、そのための増加投資とリードタイムが必要になる。同時に、ＭＣを２台非稼働とすることになり、このメーカーはこれらを無駄に所有する。既述のように、一般にＨＣとＭＣとは注入方式が異なるため、非稼働のＭＣを新たに必要なＨＣに転用することは困難である。
【０１１６】
これに対して、図１４に示すように、デバイスメーカーがプロセスＸを処理するためにＨＣを６台、ＭＣを２台、ＨＣＭＣを２台使用する場合を考える。この場合、製造デバイスの変化に伴ってプロセスＸをプロセスＹに変更しても、ＨＣＭＣはＨＣとＭＣのプロセス共用機であるため、ＨＣとしてＨＣＭＣを稼働することができる。そのため、装置の増設や非稼働は不要である。
【０１１７】
このように、デバイスメーカーがある台数のＨＣＭＣ装置を所有することには大きなメリットがある。ＨＣＭＣ装置によってＨＣとＭＣのプロセス変更を吸収することができるからである。また、一部の装置が故障やメンテナンスで使用できない場合にＨＣＭＣ装置をＨＣまたはＭＣとして使用することもできる。したがって、ＨＣＭＣ装置を所有することにより、装置稼働率を全体として大幅に改善することができる。
【０１１８】
なお、究極的には全ての装置をＨＣＭＣとすることも考えられる。しかし、多くの場合には、ＨＣＭＣとＨＣ（またはＭＣ）との価格差や、既に所有しているＨＣやＭＣを活用することを考慮して、一部の装置のみをＨＣＭＣとすることが現実的であろう。
【０１１９】
また、あるイオン注入処理のために、既存のある形式のイオン注入装置を、ウエハへのイオン注入方式が異なる他の装置で代用する場合には、注入特性の合わせ込みが困難になることがある。そのイオン注入処理のために、それら二種類のイオン注入装置でエネルギー及びドーズを一致させたとしても、ビーム発散角やビーム密度が異なり得るからである。ところが、ＨＣＭＣ装置は、同一ビームライン上（同じイオンビーム軌道）で高ドーズ高電流イオン注入条件と中ドーズ中電流イオン注入条件を処理することができる。このようにしてＨＣＭＣ装置は高ドーズ高電流イオン注入条件と中ドーズ中電流イオン注入条件とを使い分ける。したがって、装置の代用に伴う注入特性の変化が十分に抑制され合わせ込みが容易になることが期待される。
【０１２０】
ＨＣＭＣ装置は、ＨＣとＭＣの共用装置であるだけでなく、既存のＨＣ装置またはＭＣ装置の運転範囲の外側にある注入条件を処理することもできる。図１１に示されるように、ＨＣＭＣ装置は、高エネルギー／高ドーズ注入（範囲Ｄの右上領域Ｆ）及び低エネルギー／低ドーズ注入（範囲Ｄの左下領域Ｇ）も新たに処理可能な装置となる。したがって、上述の第１ビームライン設定Ｓ１及び第２ビームライン設定Ｓ２に加えて又はこれらに代えて、ある実施形態においては、イオン注入装置は、高エネルギー／高ドーズ注入のための第３ビームライン設定、及び／または、低エネルギー／低ドーズ注入のための第４ビームライン設定を備えてもよい。
【０１２１】
以上説明したように、本実施形態においては、シリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置と中ドーズ中電流イオン注入装置のビームラインを整合して共通化されている。そのうえで、ビームライン構成を切り換える仕組みが構築されている。こうして、同一ビームライン上（同じイオンビーム軌道と同じ注入方式）で広範なエネルギー／ビーム電流領域にわたる注入処理が可能となる。
【０１２２】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１２３】
上述の構成に代えて又はそれとともに、ビーム電流調整系によるビーム電流の量的調整は種々の構成が可能である。例えば、ビーム電流調整系がビームライン上に配設されている可変幅アパチャーを備える場合には、その可変幅アパチャーの場所は任意である。よって、可変幅アパチャーは、イオン源と質量分析磁石間、質量分析磁石と質量分析スリット間、質量分析スリットとビーム整形装置間、ビーム整形装置とビーム制御装置間、ビーム制御装置とビーム調整装置間、ビーム調整装置の各要素間、及び／または、ビーム調整装置と被処理物間にあってもよい。可変幅アパチャーは質量分析スリットであってもよい。
【０１２４】
ビーム電流の調整は、固定幅アパチャーの前後に発散・収束レンズ系を配置することにより、アパチャーを通過するイオンビームの量を調整することで構成することもできる。固定幅アパチャーは質量分析スリットであってもよい。
【０１２５】
ビーム電流の調整は、エネルギースリット開口幅可変（及び／またはビームライン終端開口幅可変スリット装置）を用いて行われてもよい。ビーム電流の調整は、アナライザマグネット（質量分析磁石）及び／またはステアラマグネット（軌道修正磁石）を用いて行われてもよい。ドーズ量の調整は、機械式走査の速度の可変範囲拡大（例えば、超低速から超高速まで）、及び／または、機械式走査の回数の変化を伴ってもよい。
【０１２６】
ビーム電流の調整は、イオン源の調整（例えば、ガス量、アーク電流）によって行われてもよい。ビーム電流の調整は、イオン源の交換によって行われてもよい。この場合、ＭＣ用イオン源とＨＣ用イオン源とが選択的に使用されてもよい。ビーム電流の調整は、イオン源の引出電極のギャップ調整によって行われてもよい。ビーム電流の調整は、イオン源の直下にＣＶＡを設けることにより行われてもよい。
【０１２７】
ビーム電流の調整は、リボンビームの上下幅の変更によって行われてもよい。ドーズ量の調整は、二次元メカニカルスキャン時のスキャン速度の変更によって行われてもよい。
【０１２８】
ビームライン装置は、第１ビームライン設定または第２ビームライン設定のいずれかのみのもとで運転されるよう構成されている複数のビームライン構成要素を備え、それによって、イオン注入装置は、高電流イオン注入装置または中電流イオン注入装置として構成されていてもよい。すなわち、ＨＣＭＣ装置をプラットフォームとして、例えば一部のビームライン構成要素を交換したり、電源構成を変更したりすることによって、シリアル型高ドーズ・中ドーズ汎用イオン注入装置から、シリアル型高ドーズイオン注入専用装置またはシリアル型中ドーズイオン注入専用装置を生み出すことも可能となる。各々の専用装置は汎用装置よりも安価に製造できると見込まれるから、デバイスメーカーの製造コスト削減に貢献できる。
【０１２９】
ＭＣでは二価イオンや三価イオンの多価イオンを利用することにより、さらに高エネルギーでの注入もあり得る。しかし、通常のイオンソース（熱電子放出型イオンソース）における多価イオンの生成効率は、一価のイオンの生成効率よりかなり低い。そのため、そうした高エネルギー範囲における実用的なドーズ注入は現実的には難しい。イオンソースとしてＲＦイオンソースのような多価イオン増強ソースを採用すれば、四価、五価のイオンを取得することも可能である。したがって、さらに高エネルギーの条件で多くのイオンビームを取得することもできる。
【０１３０】
よって、イオンソースとしてＲＦイオン源のような多価イオン増強ソースを採用することにより、ＨＣＭＣ装置をシリアル型高エネルギーイオン注入装置（ＨＥ）として運用することも可能である。これにより、シリアル型高エネルギー／低ドーズイオン注入装置でしかこれまで処理し得なかった注入条件の一部をＨＣＭＣ装置で処理することが可能となる（図８に示されるＭＣの範囲を、範囲Ｃの少なくとも一部を包含するよう拡張することができる）。
【０１３１】
以下、本発明の幾つかの態様を挙げる。
【０１３２】
ある実施形態に係るイオン注入装置は、
イオンを生成しイオンビームとして引き出すイオン源と、
被処理物に前記イオンを注入するための注入処理室と、
前記イオン源から前記注入処理室へと前記イオンビームを輸送するためのビームラインを提供するビームライン装置と、を備え、
前記ビームライン装置は、前記注入処理室において前記被処理物の幅を超えるビーム照射域を有する前記イオンビームを供給し、
前記注入処理室は、前記ビーム照射域に対して前記被処理物を機械式に走査する機械式走査装置を備え、
前記ビームライン装置は、注入条件に応じて複数の注入設定構成のうちいずれかのもとで動作し、前記複数の注入設定構成は、前記被処理物への高ドーズ注入のための低エネルギー／高電流ビームの輸送に適する第１注入設定構成と、前記被処理物への低ドーズ注入のための高エネルギー／低電流ビームの輸送に適する第２注入設定構成と、を含み、
前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とにおいて、前記ビームラインにおける基準となるビーム中心軌道が前記イオン源から前記注入処理室まで同一となるよう構成されている。
【０１３３】
ある実施形態に係るイオン注入装置は、
イオンを生成しイオンビームとして引き出すイオン源と、
被処理物に前記イオンを注入するための注入処理室と、
前記イオン源から前記注入処理室へと前記イオンビームを輸送するためのビームラインを提供するビームライン装置と、を備えるイオン注入装置であって、
前記イオン注入装置は、前記被処理物のメカニカルスキャンと協働して前記イオンビームを前記被処理物に照射するよう構成されており、
前記ビームライン装置は、注入条件に応じて複数の注入設定構成のうちいずれかのもとで動作し、前記複数の注入設定構成は、前記被処理物への高ドーズ注入のための低エネルギー／高電流ビームの輸送に適する第１注入設定構成と、前記被処理物への低ドーズ注入のための高エネルギー／低電流ビームの輸送に適する第２注入設定構成と、を含み、
前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とにおいて、前記ビームラインにおける基準となるビーム中心軌道が前記イオン源から前記注入処理室まで同一となるよう構成されている。
【０１３４】
前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とで同一の注入方式をとってもよい。前記ビーム照射域は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とで同一であってもよい。
【０１３５】
前記ビームライン装置は、前記イオンビームを調整するビーム調整装置と、前記イオンビームを整形するビーム整形装置と、を備えてもよい。前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とで前記ビーム調整装置及び前記ビーム整形装置が同一のレイアウトで配置されていてもよい。前記イオン注入装置は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とで同一の設置床面積を有してもよい。
【０１３６】
前記ビームライン装置は、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整するためのビーム電流調整系を備えてもよい。前記第１注入設定構成は、前記ビーム電流調整系のための第１ビーム電流設定を含み、前記第２注入設定構成は、前記ビーム電流調整系のための第２ビーム電流設定を含み、前記第２ビーム電流設定は、前記第１ビーム電流設定に比べて前記イオンビームのビーム電流を小さくするよう定められていてもよい。
【０１３７】
前記ビーム電流調整系は、当該調整要素を通過するときに前記イオンビームの少なくとも一部を遮断するよう構成されていてもよい。前記ビーム電流調整系は、前記ビームライン上に配設されている可変幅アパチャーを備えてもよい。前記ビーム電流調整系は、ビームライン終端開口幅可変スリット装置を備えてもよい。前記イオン源は、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整するよう構成されていてもよい。前記イオン源は、前記イオンビームを引き出すための引出電極を備え、前記引出電極の開口を調整することにより前記イオンビームのビーム電流の総量が調整されてもよい。
【０１３８】
前記ビームライン装置は、前記イオンの前記被処理物への注入エネルギーを調整するためのエネルギー調整系を備えてもよい。前記第１注入設定構成は、前記エネルギー調整系のための第１エネルギー設定を含み、前記第２注入設定構成は、前記エネルギー調整系のための第２エネルギー設定を含み、前記第１エネルギー設定は、前記第２エネルギー設定に比べて低エネルギービームの輸送に適するものであってもよい。
【０１３９】
前記エネルギー調整系は、前記イオンビームの平行化のためのビーム平行化装置を備えてもよい。前記ビーム平行化装置は、前記第１注入設定構成のもとで前記イオンビームを減速し、または減速及び加速し、前記第２注入設定構成のもとで前記イオンビームを加速し、または加速及び減速するよう構成されていてもよい。前記ビーム平行化装置は、前記イオンビームを加速する加速レンズと、前記イオンビームを減速する減速レンズと、を備え、加減速の配分を変更可能に構成されており、前記ビーム平行化装置は、前記第１注入設定構成のもとで前記イオンビームを主に減速し、前記第２注入設定構成のもとで前記イオンビームを主に加速するよう構成されていてもよい。
【０１４０】
前記ビームライン装置は、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整するためのビーム電流調整系と、前記イオンの前記被処理物への注入エネルギーを調整するためのエネルギー調整系と、を備え、前記ビーム電流の総量と前記注入エネルギーとを個別に又は同時に調整してもよい。前記ビーム電流調整系と前記エネルギー調整系とは別個のビームライン構成要素であってもよい。
【０１４１】
前記イオン注入装置は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とを含む複数の注入設定構成のうち所与のイオン注入条件に適するいずれかの注入設定構成を手動で又は自動で選択するよう構成されている制御部を備えてもよい。
【０１４２】
前記制御部は、前記被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が概略１×１０１４〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲にあるとき前記第１注入設定構成を選択し、前記被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が概略１×１０１１〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲にあるとき前記第２注入設定構成を選択してもよい。
【０１４３】
前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成のもとで第１エネルギー調整範囲を有し、前記第２注入設定構成のもとで第２エネルギー調整範囲を有し、前記第１エネルギー調整範囲と前記第２エネルギー調整範囲とは部分的に重複した範囲をもってもよい。
【０１４４】
前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成のもとで第１ドーズ調整範囲を有し、前記第２注入設定構成のもとで第２ドーズ調整範囲を有し、前記第１ドーズ調整範囲と前記第２ドーズ調整範囲とは部分的に重複した範囲をもってもよい。
【０１４５】
前記ビームライン装置は、ビーム輸送方向に垂直な長手方向に延びる細長照射域を形成するよう前記イオンビームを走査するビームスキャン装置を備えてもよい。前記注入処理室は、前記ビーム輸送方向及び前記長手方向に垂直な方向に前記被処理物のメカニカルスキャンを提供するよう構成されている物体保持部を備えてもよい。
【０１４６】
前記ビームライン装置は、ビーム輸送方向に垂直な長手方向に延びる細長照射域を有するリボンビームを生成するリボンビーム発生器を備えてもよい。前記注入処理室は、前記ビーム輸送方向及び前記長手方向に垂直な方向に前記被処理物のメカニカルスキャンを提供するよう構成されている物体保持部を備えてもよい。
【０１４７】
前記注入処理室は、ビーム輸送方向に垂直な面内で互いに直交する２つの方向に前記被処理物のメカニカルスキャンを提供するよう構成されている物体保持部を備えてもよい。
【０１４８】
前記ビームライン装置は、前記第１注入設定構成または前記第２注入設定構成のいずれかのみのもとで運転されるよう構成されている複数のビームライン構成要素から選択可能なように構成され、それによって、前記イオン注入装置は、高電流イオン注入専用装置または中電流イオン注入専用装置として構成されていてもよい。
【０１４９】
ある実施形態に係るイオン注入方法は、
被処理物への高ドーズ注入のための低エネルギー／高電流ビームの輸送に適する第１注入設定構成と、前記被処理物への低ドーズ注入のための高エネルギー／低電流ビームの輸送に適する第２注入設定構成と、を含む複数の注入設定構成のうち所与のイオン注入条件に適するいずれかの注入設定構成をビームライン装置に関して選択することと、
選択された注入設定構成のもとで前記ビームライン装置を使用して、イオン源から注入処理室までビームラインにおける基準となるビーム中心軌道に沿ってイオンビームを輸送することと、
前記被処理物のメカニカルスキャンと協働して前記被処理物に前記イオンビームを照射することと、を備え、
前記基準となるビーム中心軌道は、前記第１注入設定構成と前記第２注入設定構成とで同一である。
【０１５０】
前記輸送することは、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整することにより前記被処理物への注入ドーズ量を調整することを備えてもよい。前記注入ドーズ量は、前記第１注入設定構成のもとでは第１ドーズ調整範囲で調整され、前記第２注入設定構成のもとでは前記第１ドーズ調整範囲よりも小さいドーズ範囲を含む第２ドーズ調整範囲で調整されてもよい。
【０１５１】
前記輸送することは、前記被処理物への注入エネルギーを調整することを備えてもよい。前記注入エネルギーは、前記第１注入設定構成のもとでは第１エネルギー調整範囲で調整され、前記第２注入設定構成のもとでは前記第１エネルギー調整範囲よりも高いエネルギー範囲を含む第２エネルギー調整範囲で調整されてもよい。
【０１５２】
１．ある実施形態に係るイオン注入装置は、減速を主体とする電源の接続と加速を主体とする電源の接続とを切り替えることによって、同じビーム軌道と同じ注入方式を持ちながら、広いエネルギーレンジを持つ。
【０１５３】
２．ある実施形態に係るイオン注入装置は、高電流を得られるビームラインにビームライン上流部でビームの一部をカットする機器を備えることで、同じビーム軌道と同じ注入方式を持ちながら、広いビーム電流レンジを持つ。
【０１５４】
３．ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態１および上記実施形態２の特性を共に備えることにより、同じビーム軌道と同じ注入方式を持ちながら、広いエネルギーレンジと広いビーム電流レンジを併せ持っていてもよい。
【０１５５】
ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態１から３において、同じ注入方式としてビームスキャンと機械的ウエハスキャンを組み合わせる装置であってもよい。ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態１から３において、同じ注入方式としてリボン状のビームと機械的ウエハスキャンを組み合わせる装置であってもよい。ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態１から３において、同じ注入方式として二次元の機械的ウエハスキャンを組み合わせる装置であってもよい。
【０１５６】
４．ある実施形態に係るイオン注入装置またはイオン注入方法は、同一ビームライン（同じイオンビーム軌道と同じ注入方式）上に、高ドーズ高電流イオン注入ビームライン要素と中ドーズ中電流イオン注入ビームライン要素を並列して構成することにより、高ドーズ高電流イオン注入と中ドーズ中電流イオン注入とを選択／切換自在に構成し、低エネルギーから高エネルギーの極めて広いエネルギー範囲と、低ドーズから高ドーズまでの極めて広いドーズ範囲とをカバーする。
【０１５７】
５．上記実施形態４において、同一ビームライン上に、高ドーズ用と中ドーズ用で共用される各ビームライン要素と、高ドーズ用／中ドーズ用で個別に切換される各ビームライン要素とが、それぞれ構成されていてもよい。
【０１５８】
６．上記実施形態４又は５において、ビーム電流量を広い範囲で調節することを目的として、ビームの一部をビームライン上流部で物理的にカットするビーム制限装置（（上下又は左右の可変幅スリット、または、四角状又は円形状の可変開口）を設けてもよい。
【０１５９】
７．上記実施形態４から６のいずれかにおいて、被処理物に注入される所望のイオンドーズ量に基づいて、高ドーズ高電流イオン注入と中ドーズ中電流イオン注入とを選択するように構成する切換コントローラ制御装置を設けてもよい。
【０１６０】
８．上記実施形態７において、切換コントローラは、被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が、概略１×１０１１〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の中ドーズ中電流範囲にあるとき、ビームラインを中ドーズ加速（引出）／加速（Ｐレンズ）／減速（ＡＤコラム）モードで作動させるように構成され、また、被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が、概略１×１０１４〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の高ドーズ高電流範囲にあるとき、ビームラインを高ドーズ加速（引出）／減速（Ｐレンズ）／減速（ＡＤコラム）モードで作動させてもよい。
【０１６１】
９．上記実施形態４から８のいずれかにおいて、加速モードを使用して比較的高いエネルギーのイオンを注入する装置と、減速モードを使用して比較的低いエネルギーのイオンを注入する装置とは、互いに重複するエネルギー範囲を有してもよい。
【０１６２】
１０．上記実施形態４から８のいずれかにおいて、加速モードを使用して比較的高いエネルギーのイオンを注入する装置と、減速モードを使用して比較的低いエネルギーのイオンを注入する装置とは、互いに重複するドーズ範囲を有してもよい。
【０１６３】
１１．上記実施形態４から６のいずれかにおいて、ビームライン構成要素を制限することにより、高ドーズ高電流イオン注入専用装置、または、中ドーズ中電流イオン注入専用装置へと、構成を容易に変更できるようになっていてもよい。
【０１６４】
１２．上記実施形態４から１１のいずれかにおいて、ビームラインの構成は、ビームスキャンとメカニカル基板スキャンとを組み合わせていてもよい。
【０１６５】
１３．上記実施形態４から１１のいずれかにおいて、ビームラインの構成は、基板（又はウエハ又は被処理物）幅以上の幅を持つリボン状のビームとメカニカル基板スキャンとを組み合わせていてもよい。
【０１６６】
１４．上記実施形態４から１１のいずれかにおいて、ビームラインの構成は、二次元方向のメカニカル基板スキャンを備えてもよい。
【０１６７】
図１５は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置が備える走査ユニット１０００の構成を示す斜視断面図である。イオン注入装置は、上流電極装置３００と、走査電極装置４００と、下流電極装置５００とを含む走査ユニット１０００を備える。本図に示す上流電極装置３００、走査電極装置４００及び下流電極装置５００は、走査ユニット１０００に入射するイオンビームＢの基準軌道を基準に実質的に上下対称であり、かつ、左右対称の形状を有している。本図では、理解を助けるために、下半分のみの構成を示している。
【０１６８】
上流電極装置３００は、走査電極装置４００のすぐ上流に配置され、走査電極装置４００に入射するイオンビームの形状を整形する。上流電極装置３００は、複数の電極体により構成されており、上流第１基準電圧電極３１０と、上流中間電極３３０と、上流第２基準電圧電極３５０を有する。上流電極装置３００は、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すイオン注入装置２００において、第２ＸＹ収束レンズ２０８として用いることができる。
【０１６９】
走査電極装置４００は、走査電極装置４００に入射するイオンビームに偏向電界を作用させて、イオンビームを横方向（ｘ方向）に周期的に走査させる。走査電極装置４００は、イオンビームに偏向電界を作用させる一対の走査電極４１０Ｒ、４１０Ｌ（以下、総称して走査電極４１０ともいう）と、ビーム輸送補正電極４５０を有する。ビーム輸送補正電極４５０は、走査電極４１０Ｒ、４１０Ｌによる偏向電界がゼロとなった瞬間に、偏向電界が印加されている場合と比べてイオンビーム径が小さくなってしまう、いわゆる「ゼロ電場効果」を抑制するために設けられる。ビーム輸送補正電極４５０は、縦方向（ｙ方向）に対向して一対設けられる。本図では、下側に配置される下補正電極４５０Ｂのみを示している。走査電極装置４００は、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すイオン注入装置２００において、スキャナー２０９として用いることができる。
【０１７０】
下流電極装置５００は、走査電極装置４００のすぐ下流に配置され、走査電極装置４００により走査されたイオンビームの形状を整形する。下流電極装置５００は、複数の電極体により構成されており、下流第１基準電圧電極５１０と、下流第１中間電極５３０と、下流第２基準電圧電極５５０と、下流第２中間電極５７０と、下流第３基準電圧電極５９０を有する。下流電極装置５００は、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すイオン注入装置２００において、Ｙ収束レンズ２１０として用いることができる。
【０１７１】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、図１５に示す走査ユニット１０００の概略構成を示す断面図である。図１６（ａ）は、イオンビームの基準軌道Ｚが延びる方向をｚ方向とした場合に、基準軌道Ｚを含む横方向断面（ｘｚ平断面）を示している。図１６（ｂ）は、基準軌道Ｚを含む縦方向断面（ｙｚ平断面）を示している。以下、本図を参照しながら、走査ユニット１０００について、走査電極装置４００、上流電極装置３００、下流電極装置５００の順に説明する。
【０１７２】
図１７は、走査電極装置４００の概略構成を示す図であり、図１６（ａ）のＸ−Ｘ断面を示す図である。一対の走査電極４１０Ｒ、４１０Ｌは、イオンビームＢの基準軌道Ｚを挟んで横方向（ｘ方向）に対向して設けられる。走査電極４１０Ｒ、４１０Ｌは、それぞれ略凹形状の電極面４１２Ｒ、４１２Ｌを有する。略凹形状の電極とすることにより、横長の断面形状を有するイオンビームＢを均一に同じ角度で偏向させることができる。なお、破線で示すイオンビームＢの断面形状は、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示す走査電極装置４００の入口４０２付近における形状を模式的に示している。
【０１７３】
走査電極４１０Ｒ、４１０Ｌは、図１６（ａ）に示すように、下流方向に向かって右電極面４１２Ｒと左電極面４１２Ｌの距離が広がっていく末広がりの形状を有している。これにより、走査電極装置４００の出口４０４付近において、右走査電極４１０Ｒまたは左走査電極４１０Ｌのいずれか一方に近づくように偏向されるイオンビームＢを均一に同じ角度で偏向させることができる。
【０１７４】
一対のビーム輸送補正電極４５０Ａ、４５０Ｂ（以下、総称してビーム輸送補正電極４５０ともいう）は、イオンビームＢの基準軌道Ｚを挟んで縦方向（ｙ方向）に対向して設けられる。ビーム輸送補正電極４５０は、横方向（ｘ方向）に厚さｄを有する板状部材により形成される。ビーム輸送補正電極４５０の厚さｄは、自立できる強度を有する程度に厚く、ビーム輸送補正電極４５０による効果を基準軌道Ｚの近傍に限定できる程度に薄くすることが望ましい。ビーム輸送補正電極４５０により抑制しようとする「ゼロ電場効果」は、偏向電界がゼロとなりイオンビームが基準軌道Ｚに沿って進むときに発生するためである。ビーム輸送補正電極４５０には、数ｋＶ〜２０ｋＶ程度の正のバイアス電圧が印加され、例えば、＋１０ｋＶ程度の電圧が印加される。
【０１７５】
ビーム輸送補正電極４５０Ａ、４５０Ｂは、それぞれ走査電極装置４００の入口４０２から出口４０４へ延びる直線部４５２と、直線部４５２から基準軌道Ｚに向けて縦方向に突出するビーム輸送補正入口電極体４５４を有する。直線部４５２は、主に、走査電極装置４００の全体に対してゼロ電場効果の発生を抑制する機能を有する。一方、ビーム輸送補正入口電極体４５４は、主に走査電極装置４００の入口４０２において、基準軌道Ｚの近くを通るイオンビームを縦収束させる機能を有する。
【０１７６】
ビーム輸送補正入口電極体４５４は、走査電極装置４００の入口４０２付近に設けられる。ビーム輸送補正入口電極体４５４は、図１６（ｂ）に示すように、ｚ方向の長さＬｂが、直線部４５２を含むビーム輸送補正電極４５０全体の長さＬａの１／３以下程度となるように設けられる。好ましくは、ビーム輸送補正入口電極体４５４の長さＬｂは、ビーム輸送補正電極４５０全体の長さＬａの１／４程度から１／５程度の長さとすることが望ましい。これにより、ビーム輸送補正入口電極体４５４による縦収束の効果を走査電極装置４００の入口４０２付近に限定することができる。また、ビーム輸送補正入口電極体４５４の厚さｄを薄くすることで、縦収束の効果が基準軌道Ｚの近くを通るイオンに限定され、基準軌道Ｚより外側を通るイオンへの影響が抑えられる。
【０１７７】
ビーム輸送補正入口電極体４５４は、図１７に示すように、端部４５４ａがイオンビームＢに近接するように設けられる。このとき基準軌道Ｚと端部４５４ａの距離ｈ０は、走査電極４１０により生成される偏向電界への影響を少なくしつつ、基準軌道Ｚの近くにビーム輸送補正入口電極体４５４による影響を与えることができる程度の距離に調整する必要がある。基準軌道Ｚと端部４５４ａの距離ｈ０は、イオンビームＢの縦方向の径Ｄｙの数倍程度とすることが望ましく、例えば、径Ｄｙの３倍から４倍程度とすればよい。
【０１７８】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に戻り、上流電極装置３００について詳述する。
上流電極装置３００を構成する電極は、走査電極装置４００の入口４０２から上流方向に向かって、上流第１基準電圧電極３１０、上流中間電極３３０、上流第２基準電圧電極３５０の順に配置される。
【０１７９】
上流第１基準電圧電極３１０、上流中間電極３３０及び上流第２基準電圧電極３５０は、それぞれイオンビーム通過用の開口部３１２、３３２、３５２を有する。上流電極装置３００に入射するイオンビームＢは、横方向に長い扁平形状をしており、上流電極装置３００を構成するこれらの電極の開口部３１２、３３２、３５２は、横方向に長い断面矩形の形状を有する。例えば、上流第１基準電圧電極３１０の開口部３１２の形状は、後述する図１８（ａ）に示される。
【０１８０】
上流第１基準電圧電極３１０及び上流第２基準電圧電極３５０は、通常接地電位とされる。したがって、上流第１基準電圧電極３１０及び上流第２基準電圧電極３５０は、上流第１グランド電極及び上流第２グランド電極ということもできる。なお、上流第１基準電圧電極３１０及び上流第２基準電圧電極３５０には、接地電位ではなく、基準電圧となる他の電位が印加されていてもよい。
【０１８１】
上流第１基準電圧電極３１０と上流第２基準電圧電極３５０の間に配置される上流中間電極３３０は、負の高電圧が印加される。これにより、上流中間電極３３０は、走査電極装置４００への電子の侵入を抑制するサプレッション電極として機能する。また、上流中間電極３３０の上流側および下流側の双方に基準電圧電極を設けることで、サプレッション電極による電子の遮蔽効果が高められる。したがって、上流電極装置３００は、走査電極装置４００に入射するイオンビームに対して電子抑制作用を有するサプレッション電極装置ということもできる。
【０１８２】
また、他の実施例として、上流中間電極３３０には、サプレッション電圧として必要とされる電圧よりも高い電圧が印加されることがある。例えば、上流中間電極３３０には、数十ｋＶの負の電圧が印加され、例えば、−３０ｋＶ程度から−５０ｋｖ程度の電圧が印加される。これにより、上流電極装置３００は、アインツェルレンズとして機能する。したがって、上流中間電極３３０をアインツェル電極ということもできる。これにより、上流電極装置３００は、上流電極装置３００を通過するイオンビームを縦方向や横方向に収束させ、走査電極装置４００に入射するイオンビームＢを整形する。したがって、上流電極装置３００は、走査電極装置４００に入射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成される。
【０１８３】
上流中間電極３３０の上流面３３０ａは、凸曲面となるような弓形形状を有する。また、上流第２基準電圧電極３５０の下流面３５０ｂは、上流中間電極３３０の上流面３３０ａに対応して凹曲面となるような弓形形状を有する。これにより、上流電極装置３００を通過するイオンビームは、横方向に収束される。なお、上流電極装置３００は、上流電極装置３００を通過するイオンビームを縦方向に収束させるような形状を有してもよいし、横方向と縦方向の双方にイオンビームを収束させるような形状を有してもよい。
【０１８４】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、上流第１基準電圧電極３１０の概略形状を示す図である。図１８（ａ）は、上流第１基準電圧電極３１０の下流面３１０ｂの外観を示し、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＸ−Ｘ線断面を示す。図示されるように、上流第１基準電圧電極３１０の開口部３１２は、横方向に長い矩形状を有する。開口部３１２は、上面３１４、下面３１５、右側面３１６及び左側面３１７の四面に囲まれている。
【０１８５】
上流第１基準電圧電極３１０は、下流面３１０ｂから走査電極装置４００に向かって突出する一対の収差補正部３２４を有する。一対の収差補正部３２４は、開口部３１２を縦方向に挟むようにして開口部３１２の上下に設けられる。収差補正部３２４は、例えば、開口部３１２を挟んで縦方向に対向する面が三角形状または台形状となる形状を有する。
【０１８６】
収差補正部３２４を設けることにより、開口部３１２の上面３１４及び下面３１５は、その中央部３２０が走査電極装置４００に向けて突出した形状となる。その結果、上流第１基準電圧電極３１０の上面３１４及び下面３１５は、中央部３２０のｚ方向の厚さｗ１が、側方部３２２の厚さｗ２よりも大きくなる。なお、ここで中央部３２０とは、基準軌道Ｚに対応する位置のことをいい、側方部３２２とは中央部３２０から横方向に離れた位置であって、右側面３１６や左側面３１７に近い位置のことをいう。
【０１８７】
収差補正部３２４は、走査電極装置４００が生成する偏向電界を部分的に遮蔽し、ビーム輸送補正入口電極体４５４を有するビーム輸送補正電極４５０を設けることにより発生する収差を低減する。以下、比較例に係る上流第１基準電圧電極及び走査電極装置を挙げながら、ビーム輸送補正入口電極体４５４を有するビーム輸送補正電極４５０の効果とともに、上流第１基準電圧電極３１０に収差補正部３２４を設けることによる効果について示す。
【０１８８】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、比較例に係る上流第１基準電圧電極１３１０及び走査電極装置１４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。比較例に係る上流第１基準電圧電極１３１０は、収差補正部３２４を有しておらず、中央部と側方部とでイオンビームの軌道に沿ったｚ方向の厚さが同じとなる開口形状を有する。また、比較例に係る走査電極装置１４００は、ビーム軌道に向けて突出するビーム輸送補正入口電極体のないビーム輸送補正電極１４５０が設けられる。
【０１８９】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、輸送されるイオンビームの電流値が比較的低い場合の軌道を示しており、空間電荷効果によって輸送されるイオンビームが発散しにくい状態を示している。そのため、輸送されるイオンビームの軌道は、設計時に意図した軌道をそのままトレースすることとなり、イオンビームが基準軌道を通る場合であっても、基準軌道よりも外側を通る場合であっても、走査電極が印加する偏向電界によってほぼ同じ角度に偏向される。したがって、図１９（ａ）に示されるように、中心の軌道Ｆ１を通るイオンビームと、中心の軌道Ｆ１の左外側および右外側の軌道Ｅ１、Ｇ１を通るイオンビームは、ほぼ同じ角度で偏向される。また、図１９（ｂ）に示されるように、中心の軌道の上外側および下外側の軌道Ｊ１、Ｋ１を通るイオンビームは、空間電荷効果によって縦方向にほとんど発散することなく輸送される。
【０１９０】
なお、空間電荷効果とは、正の電荷を有するイオンが多数含まれるイオンビームにおいて、互いに近接するイオン同士に作用する斥力により、イオンビームの径が横方向もしくは縦方向または双方向に広がってしまう現象をいう。イオンビームの電流値が低い場合、イオンビームに含まれるイオンの空間的な密度が低く、近接するイオン同士の距離が離れているために斥力が生じにくい。一方、イオンビームの電流値が高い場合、イオンビームに含まれるイオンの空間的な密度が高いため、近接するイオン同士の距離が近づいて比較的強い斥力が生じ、ビーム径が広がりやすい状態となる。そのため、高電流のイオンビームを適切に輸送するためには、空間電荷効果を考慮してビームラインを設計する必要がある。
【０１９１】
以下、輸送されるイオンビームの電流値が高い場合におけるビーム軌道について説明する。このとき、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すイオンビームの軌道Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｊ１、Ｋ１を基準となる設計軌道とする。この設計軌道は、高電流のイオンビームの輸送時に考慮しなければならない空間電荷効果の影響が解消された軌道ということができ、高電流ビームの輸送において目標とする理想的な軌道ということができる。
【０１９２】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、比較例に係る上流第１基準電圧電極１３１０及び走査電極装置１４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。本図は、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）と同じ機器構成において、輸送されるイオンビームの電流値が高い場合の軌道を示しており、空間電荷効果によってビームが横方向および縦方向に発散する様子を示している。
【０１９３】
図２０（ａ）に示すように、中心の軌道Ｆ２を通るイオンビームは、設計軌道Ｆ１とほぼ同じ軌道を通るのに対し、右外側および左外側の軌道Ｅ２、Ｇ２を通るイオンビームは、設計軌道Ｅ１、Ｇ１よりも少し外側を通る。また、図２０（ｂ）に示すように、上外側および下外側の軌道Ｊ２、Ｋ２を通るイオンビームは、設計軌道Ｊ１、Ｋ１に対して縦方向に大きく発散する。走査電極装置１４００に入射されるイオンビームは、縦方向に強く収束されて横方向に広がったビーム断面形状を有しており、縦方向により強く空間電荷効果が作用するためであると考えられる。
【０１９４】
このように、走査電極装置１４００から出射されるビーム径が縦方向に大きく広がってしまうと、走査電極装置１４００よりも下流に設けられる機器に影響を与えることとなる。例えば、ビーム径の広いイオンビームをそのまま輸送しようとすると、各種電極に設けられるイオンビーム通過用の開口部を大きくする必要があり、その結果、下流側の電極サイズを大きくしなければならない。また、電極がサイズアップすると、電極に高電圧を印加する電源の容量も大きくしなければならない。そうすると、装置全体の大型化につながり、装置のコストも高くなってしまう。
【０１９５】
そこで、本実施の形態では、ビーム輸送補正電極４５０に基準軌道に向けて突起するビーム輸送補正入口電極体４５４を設けて、走査電極装置４００の入口付近においてイオンビームを縦収束させることとする。図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流第１基準電圧電極１３１０及び走査電極装置４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。上流第１基準電圧電極１３１０は、上述の比較例と同様の構成を有するが、走査電極装置４００は、ビーム輸送補正電極４５０がビーム輸送補正入口電極体４５４を有する点で上述の比較例と異なる。
【０１９６】
図２１（ｂ）に示すように、ビーム輸送補正入口電極体４５４を設けることにより、走査電極装置４００の入口４０２においてビームを縦収束させることができる。これにより、本実施の形態において上外側および下外側の軌道Ｊ３、Ｋ３を通るイオンビームは、比較例に係る軌道Ｊ２、Ｋ２と比べて縦方向の発散が抑制される。これにより、走査電極装置４００から出射されるイオンビームが縦方向に広がることによる影響を防ぐことができる。
【０１９７】
一方で、図２１（ａ）に示すように、ビーム輸送補正入口電極体４５４に近い中心の軌道Ｆ３を通るイオンビームは、ビーム輸送補正入口電極体４５４の影響により設計軌道Ｆ１からずれる。ビーム輸送補正入口電極体４５４の存在により、ビーム輸送補正入口電極体４５４の周囲において偏向電界に歪みが生じ、ビーム輸送補正入口電極体４５４に近い軌道を通るイオンほど相対的に強く偏向されるためである。その結果、イオンビームの基準軌道の近傍で収差が生じ、走査電極装置４００を通過したイオンビームのビーム品質が劣化してしまう。
【０１９８】
そこで、本実施の形態では、上流第１基準電圧電極３１０の中央部３２０に収差補正部３２４を設けることで、イオンビームの基準軌道の近傍で生じる収差の影響を抑制する。図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流第１基準電圧電極３１０及び走査電極装置４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。図示されるように、収差補正部３２４は、ビーム輸送補正入口電極体４５４に向かって突出するように設けられる。収差補正部３２４は、走査電極装置４００が生成する偏向電界を収差補正部３２４の近傍において部分的に遮蔽する効果を有する。その結果、中心の軌道Ｆ４を通るイオンビームは、収差補正部３２４により偏向電界が部分的に遮蔽され、偏向電界が作用する実質的な距離が短くなる。これにより、ビーム輸送補正入口電極体４５４に近い軌道を通るイオンほど相対的に強く偏向されてしまう影響を抑制する。したがって、収差補正部３２４を設けることにより、イオンビームの基準軌道の近傍で生じる収差の影響を抑え、ビーム品質を高めることができる。さらに、上流電極装置３００は、ビーム輸送補正電極４５０と相互に連関して、走査電極装置４００に入射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成されていてもよい。
【０１９９】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流電極装置３００及び走査電極装置４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。本図は、上流第１基準電圧電極３１０の上流に、上流中間電極３３０および上流第２基準電圧電極３５０を追加した構成を示す。上述したように、上流中間電極３３０にサプレッション電圧よりも高い電圧を印加させることで、上流電極装置３００は、アインツェルレンズとして機能する。つまり、上流電極装置３００は、走査電極装置４００に入射させる手前でイオンビームを横方向に収束させる。これにより、図２３（ａ）に示すように、中心の軌道の右外側および左外側の軌道Ｅ５、Ｇ５を通るイオンビームを、アインツェルレンズがない場合の軌道Ｅ４、Ｇ４と比べて横方向に収束させることができる。
【０２００】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、変形例に係るビーム輸送補正電極４５０の概略形状を示す図である。上述の実施の形態においては、ビーム輸送補正電極４５０が走査電極装置４００の入口４０２から出口４０４まで延びる直線部４５２を有することとした。図２４（ａ）に示すように、変形例に係るビーム輸送補正電極４５０では、直線部４５２の長さが短く、走査電極装置４００の上流側のみに設けられることとしてもよい。また、図２４（ｂ）に示すように、変形例に係るビーム輸送補正電極４５０では、直線部４５２が設けられず、走査電極装置４００の入口４０２付近に含まれるビーム輸送補正入口電極体４５４によりビーム輸送補正電極４５０が構成されていてもよい。このような変形例においても、上述の実施の形態と同様に、走査電極装置４００の入口４０２付近においてイオンビームを縦方向に収束させるとともに、ゼロ電場効果の発生を抑制する効果を奏することができる。
【０２０１】
図２５は、変形例に係る上流第１基準電圧電極１３１０及び走査電極装置４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。上述の実施の形態では、図２１（ａ）に示したように、ビーム輸送補正入口電極体４５４に近い中心の軌道Ｆ３を通るイオンビームが、ビーム輸送補正入口電極体４５４の影響により強く偏向されてしまうこととなる場合について示した。一方、本変形例においては、ビーム輸送補正入口電極体４５４に近い中心の軌道Ｆ６を通るイオンビームが、ビーム輸送補正入口電極体４５４の影響により相対的に弱く偏向されてしまう場合を示す。ビーム輸送補正入口電極体４５４の形状や配置によっては、ビーム輸送補正入口電極体４５４の存在によって偏向電界の分布に乱れが生じ、図示するように基準軌道の近傍において偏向の度合いが弱くなることもある。この場合においても、イオンビームの基準軌道の近傍で収差が生じることとなるため、走査電極装置４００を通過したイオンビームのビーム品質が劣化してしまう。
【０２０２】
そこで、本変形例では、上流第１基準電圧電極３１０の中央部３２０に凹形状を有する収差補正部３２６を設けることで、イオンビームの基準軌道の近傍で生じる収差の影響を抑制する。図２６は、変形例に係る上流第１基準電圧電極３１０及び走査電極装置４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。図示されるように、収差補正部３２６は、ビーム輸送補正入口電極体４５４に対して中央部３２０が陥没するように設けられ、下流面３１０ｂが走査電極装置４００に対して凹となる形状を有する。いいかえれば、上流第１基準電圧電極３１０の中央部３２０におけるｚ方向の厚さｗ１１が、側方部３２２におけるｚ方向の厚さｗ１２よりも小さくなるような開口形状とする。
【０２０３】
収差補正部３２６は、走査電極装置４００が生成する偏向電界が作用する領域を拡張する効果を有し、中心の軌道Ｆ７を通るイオンビームは、偏向電界が作用する実質的な距離が長くなる。これにより、ビーム輸送補正入口電極体４５４に近い軌道を通るイオンほど相対的に弱く偏向されてしまう影響を抑制する。したがって、本変形例においては、凹形状の収差補正部３２６を設けることにより、イオンビームの基準軌道の近傍で生じる収差の影響を抑え、ビーム品質を高めることができる。
【０２０４】
なお、収差補正部３２４、３２６が設けられる上流第１基準電圧電極３１０は、ビーム輸送補正電極４５０のビーム輸送補正入口電極体４５４により生じる収差の影響を低減させる目的以外の用途で用いることとしてもよい。例えば、走査電極装置４００の入口４０２付近にビーム輸送補正入口電極体４５４を設けない場合であっても、基準軌道の近くを通るイオンビームに収差が発生する場合に、その収差の影響を緩和する目的で収差補正部３２４、３２６を設けることとしてもよい。例えば、基準軌道に沿って走査電極装置４００へ入射するイオンビームの偏向量が相対的に大きい場合には、上流第１基準電圧電極３１０に凸形状を有する収差補正部３２４を設ければよい。一方、基準軌道に沿って走査電極装置４００へ入射するイオンビームの偏向量が相対的に小さい場合には、上流第１基準電圧電極３１０に凹形状を有する収差補正部３２６を設ければよい。また、収差補正部３２４、３２６により補正する収差の量は、収差補正部３２４、３２６の形状により調整することができるため、必要とする補正量に応じて収差補正部３２４、３２６の形状を定めればよい。
【０２０５】
つづいて、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に戻り、下流電極装置５００について詳述する。下流電極装置５００を構成する電極は、走査電極装置４００の出口４０４から下流方向に向かって、下流第１基準電圧電極５１０、下流第１中間電極５３０、下流第２基準電圧電極５５０、下流第２中間電極５７０、下流第３基準電圧電極５９０の順に配置される。
【０２０６】
下流第１基準電圧電極５１０、下流第１中間電極５３０、下流第２基準電圧電極５５０、下流第２中間電極５７０及び下流第３基準電圧電極５９０は、それぞれイオンビーム通過用の開口部５１２、５３２、５５２、５７２、５９２を有する。下流電極装置５００には、走査電極装置４００により横方向に走査されたイオンビームが入射するため、これらの電極の開口部５１２、５３２、５５２、５７２、５９２は、横方向に長い形状を有する。
【０２０７】
下流電極装置５００を構成する電極は、下流側に配置される電極ほど横方向の開口幅が広くなるように開口部が形成される。例えば、下流第１中間電極５３０の横方向の開口幅ｗ４は、下流第１基準電圧電極５１０の横方向の開口幅ｗ３よりも大きい。また、下流第２基準電圧電極５５０の横方向の開口幅ｗ５は、下流第１中間電極５３０の横方向の開口幅ｗ４よりも大きい。
【０２０８】
下流第１基準電圧電極５１０以外の電極の開口部５３２、５５２、５７２、５９２は、横方向に長い断面矩形の形状を有する。一方、下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２は、後述する図２７（ａ）に示されるように、左右両端の開口幅が縦方向（ｙ方向）に広がった断面形状を有する。
【０２０９】
下流第１基準電圧電極５１０、下流第２基準電圧電極５５０及び下流第３基準電圧電極５９０は、通常接地電位とされる。したがって、下流第１基準電圧電極５１０、下流第２基準電圧電極５５０及び下流第３基準電圧電極５９０のそれぞれは、下流第１グランド電極、下流第２グランド電極及び下流第３グランド電極ということもできる。なお、下流第１基準電圧電極５１０、下流第２基準電圧電極５５０及び下流第３基準電圧電極５９０のそれぞれには、接地電位ではなく、基準電圧となる他の電位が印加されていてもよい。
【０２１０】
下流第１基準電圧電極５１０と下流第２基準電圧電極５５０の間に配置される下流第１中間電極５３０には、数十ｋＶの正の高電圧が印加され、例えば、＋３０ｋＶから＋５０ｋｖ程度の電圧が印加される。これにより、下流第１基準電圧電極５１０、下流第１中間電極５３０及び下流第２基準電圧電極５５０は、アインツェルレンズとして機能する。したがって、下流第１中間電極５３０は、アインツェル電極ということもできる。これにより、下流第１基準電圧電極５１０、下流第１中間電極５３０及び下流第２基準電圧電極５５０は、下流電極装置５００を通過するイオンビームを縦方向や横方向に収束させて、下流電極装置５００を通過するイオンビームを整形する。したがって、下流電極装置５００は、走査電極装置４００から出射されるイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成される。
【０２１１】
また、下流第２基準電圧電極５５０と下流第３基準電圧電極５９０の間に配置される下流第２中間電極５７０には、数ｋＶ程度の負の高電圧が印加され、例えば、−１ｋＶから−１０ｋＶ程度の電圧が印加される。これにより、下流第２中間電極５７０は、走査電極装置４００への電子の侵入を抑制するサプレッション電極として機能する。また、下流第２中間電極５７０の上流側および下流側の双方に基準電圧電極を設けることで、サプレッション電極による電子の遮蔽効果が高められる。したがって、下流電極装置５００は、走査電極装置４００から出射するイオンビームに対して電子抑制作用を有するサプレッション電極装置ということもできる。
【０２１２】
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、下流第１基準電圧電極５１０の概略形状を示す図である。図２７（ａ）は、下流第１基準電圧電極５１０の下流面５１０ｂの外観を示し、下流第１基準電圧電極５１０の上流に配置される走査電極４１０の位置を破線で示している。図２７（ｂ）は、図２７（ａ）のＸ−Ｘ線断面を示す。図示されるように、下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２は、横方向に長い略矩形状を有し、左右両端に向かって開口幅が縦方向に徐々に大きくなる形状を有する。
【０２１３】
下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２は、基準軌道Ｚに対応する中央部５２０における縦方向の開口幅ｈ１よりも、側方部５２２Ｒ、５５２Ｌにおける縦方向の開口幅ｈ２が大きい。また、中央部５２０の近傍にあたる中央領域Ｘ１では縦方向の開口幅がｈ１のまま一定であるのに対し、側方部５２２Ｒ、５２２Ｌの近傍にあたる側方領域Ｘ２では、縦方向の開口幅が左右両端に近づくにつれて大きくなる。ここで、側方領域Ｘ２とは、走査電極４１０の下流側の端部に対向する位置であり、走査電極４１０の電極面４１２Ｒ、４１２Ｌの下流端部４２２Ｒ、４２２Ｌに対向する位置である。
【０２１４】
走査電極４１０の下流端部４２２Ｒ、４２２Ｌの近傍は、電極面４１２Ｒ、４１２Ｌからある程度離れた位置と異なって歪んだ電界分布となっている。一般に、電極の端部近傍は、電極面の中央付近と比べて電界分布が乱れやすいためである。そのため、走査電極４１０の下流端部４２２Ｒ、４２２Ｌの近傍を通過するイオンビームは、歪んだ偏向電界の影響を受けて、意図しない方向に収束されてしまう。本実施の形態においては、走査電極４１０の下流端部４２２Ｒ、４２２Ｌに対向する位置にある側方領域Ｘ２において、下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２の縦方向の開口幅を広げることにより、この歪んだ偏向電界の影響を緩和させる。
【０２１５】
図２８は、下流第１基準電圧電極５１０及び下流第１中間電極５３０の概略構造を示す図である。下流第１中間電極５３０は、基準軌道Ｚと直交する上流面５３０ａを有し、基準軌道Ｚが位置する中央部５４０の近傍で上流面５３０ａが下流第１基準電圧電極５１０に向かって凸となる形状を有する。また、下流第１中間電極５３０は、開口部５３２を囲む上面５３４、下面５３５、右側面５３６及び左側面５３７を有し、上面５３４及び下面５３５の中央部５４０が下流第１基準電圧電極５１０に向けて凸となる形状を有する。したがって、下流第１中間電極５３０は、開口部５３２の基準軌道Ｚに沿ったｚ方向の厚さが、中央部５４０の厚さｗ７が側方部５４２Ｒ、５４２Ｌの厚さｗ８よりも大きくなる。また、下流第１中間電極５３０の開口部５３２は、中央領域Ｘ１においてｚ方向の厚さｗ７が一定であり、側方領域Ｘ２においてｚ方向の厚さが徐々に小さくなり、側方領域Ｘ２の外側で中央領域Ｘ１よりも小さい厚さｗ８となる。
【０２１６】
一方、下流第１基準電圧電極５１０は、基準軌道Ｚと直交する下流面５１０ｂが平坦面である。つまり、下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２は、ｚ方向の厚さｗ６が中央領域Ｘ１及び側方領域Ｘ２においてともに一定である。このため、下流第１基準電圧電極５１０の下流面５１０ｂと、下流第１中間電極５３０の上流面５３０ａとの距離は、中央領域Ｘ１における距離Ｌ１が小さく、側方領域Ｘ２において距離が徐々に広がり、側方領域Ｘ２の外側における距離Ｌ２が大きくなる。
【０２１７】
本実施の形態では、側方領域Ｘ２において下流第１基準電圧電極５１０と下流第１中間電極５３０の間隔に傾斜をつけることで、下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２の開口幅を縦方向に広げたことにより発生する収差の影響を緩和する。さらに、下流電極装置５００は、走査電極装置４００から出射するイオンビームにて発生する偏向収差を補正する電極レンズとして構成されていてもよい。特に、下流電極装置５００は、走査電極装置４００から出射するイオンビームのうち、走査電極４１０の下流端部４２２の近傍を通るイオンビームにて発生する偏向収差を補正してもよい。
【０２１８】
以下、比較例に係る走査電極装置、下流第１基準電圧電極及び下流第１中間電極を挙げながら、下流第１基準電圧電極５１０の開口部５１２を側方領域Ｘ２において縦方向に広げる効果を示す。つづいて、側方領域Ｘ２において、下流第１基準電圧電極５１０と下流第１中間電極５３０の間隔に傾斜をつけることによる効果を示す。
【０２１９】
図２９は、比較例に係る走査電極装置４００、下流第１基準電圧電極１５１０及び下流第１中間電極１５３０を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。図３０は、比較例に係る下流第１基準電圧電極１５１０の概略形状を示す図である。図３０に示すように、比較例に係る下流第１基準電圧電極１５１０は、開口部１５１２の形状が矩形状であり、中央部１５２０と側方部１５２２Ｒ、１５２２Ｒにおいて縦方向の開口幅ｈ１が一定の形状を有する。また図２９に示すように、比較例に係る下流第１中間電極１５３０は、中央部が下流第１基準電圧電極１５１０に向けて突出しておらず、下流第１基準電圧電極１５１０と下流第１中間電極１５３０の間隔が一定である。
【０２２０】
図２９において、破線で示すイオンビームの軌道Ｅ１、Ｇ１は、横方向のビーム径Ｄｘ１が小さい場合を示し、実線で示すイオンビームの軌道Ｅ２、Ｇ２は、横方向のビーム形Ｄｘ２が大きい場合を示す。イオンビームの電流値が比較的低い場合には、空間電荷効果によるビーム発散の影響が小さいため、破線で示すようにビーム径Ｄｘ１を小さくしても断面形状が均一なビーム品質の高いイオンビームを輸送しやすい。しかしながら、イオンビームの電流値が高い場合には、空間電荷効果によってビームが発散しやすくなるため、破線で示すような小さなビーム径Ｄｘ１でイオンビームを輸送することが困難となる。そのため、高電流のイオンビームを輸送するためには、実線で示すような大きなビーム径Ｄｘ２とする必要がある。
【０２２１】
小さなビーム径Ｄｘ１のイオンビームを輸送するための機器を用いたまま、大きなビーム径Ｄｘ２のイオンビームを輸送しようとすると、ビーム軌道の外側を通るイオンが電極の開口端に近接することとなる。電極の開口端の近傍は、開口部の中央と比べて電界分布に乱れが生じているため、そこを通過するイオンビームは意図しない方向に偏向されたり、収束されたりするおそれがある。例えば、イオンビームを右方向に偏向させる場合、右外側の軌道Ｇ２を通るイオンビームは、右走査電極４１０Ｒの下流端部４２２Ｒや、下流第１基準電圧電極１５１０の右側面１５１６の上流端部１５１６ａに近接した地点Ｑを通過する。この地点Ｑは、左外側の軌道Ｅ２を通るイオンビームが通過する地点Ｐと比べて、電界分布の乱れが大きく、縦方向（ｙ方向）にイオンビームが収束されやすい。そうすると、右外側の軌道Ｇ２を通るイオンビームのみが縦方向に大きく収束され、収差が発生することとなる。そうすると、輸送されるイオンビームのビーム品質が劣化してしまう。
【０２２２】
外側の軌道を通るイオンビームが電極の開口端の近傍を通過しないようにすれば、このような現象の発生を防ぐことができるかもしれない。しかしながら、イオンビームが電極の開口端の近傍を通過しないようにするためには、各種電極に設けられるイオンビーム通過用の開口部を大きくする必要があり、その結果、下流側の電極サイズを大きくしなければならない。また、電極がサイズアップすると、電極に高電圧を印加する電源も容量を大きくしなければならない。そうすると、装置全体の大型化につながり、装置のコストも高くなってしまう。
【０２２３】
そこで、本実施の形態では、走査電極４１０の下流端部４２２と対向する位置である側方領域において縦方向の開口幅を大きくした下流第１基準電圧電極５１０を用いて、上述した収差の影響を抑制する。図３１は、本発明のある実施の形態に係る走査電極装置４００、下流第１基準電圧電極５１０及び下流第１中間電極１５３０を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。下流第１基準電圧電極５１０は、側方部５２２において縦方向の開口幅が広がる形状を有するため、右外側の軌道Ｇ３を通るイオンビームが地点Ｑを通過する際に生じる縦収束を緩和させることができる。
【０２２４】
しかしながら、下流第１基準電圧電極５１０の側方部５２２において縦方向の開口幅を広げると、別の収差の発生を引き起こすこととなりうる。下流第１基準電圧電極５１０の開口形状を変えると、下流第１中間電極５３０の開口形状と相似形ではなくなるため、下流第１基準電圧電極５１０と下流第１中間電極５３０との間の電界分布の乱れが生じる。特に、下流第１中間電極５３０にアインツェル電極としての機能を持たせるために高電圧を印加すると電界分布の乱れが顕著となり、下流第１基準電圧電極５１０の側方部５２２の近傍を通過したイオンビームのみが、横方向に収束されて別の収差を生むこととなる。
【０２２５】
そこで、本実施の形態では、走査電極４１０の下流端部４２２と対向する位置である側方領域において、下流第１基準電圧電極５１０と下流第１中間電極５３０の距離に傾斜を設けることにより、上述した別の収差の発生を抑制する。図３２は、本発明のある実施の形態に係る走査電極装置４００、下流第１基準電圧電極５１０及び下流第１中間電極５３０を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。図示されるように、下流第１中間電極５３０は、下流第１基準電圧電極５１０と下流第１中間電極５３０の距離が、下流第１中間電極５３０の中央部５４０における距離Ｌ１よりも側方部５４２の距離Ｌ２が長くなるような形状を有する。そのため、下流第１基準電圧電極５１０の側方部５２２の対向する位置において、下流第１基準電圧電極５１０と下流第１中間電極５３０の距離が、左右両端に向けて徐々に長くなるように傾斜が設けられる。これにより、右外側の軌道Ｇ４を通るイオンビームについて、下流第１基準電圧電極５１０の側方部５２２の近傍で発生する横方向の収束を緩和し、ビーム品質の低下を抑えることができる。
【０２２６】
図３３は、変形例に係る下流第１基準電圧電極５１０及び下流第１中間電極５３０の概略形状を模式的に示す図である。上述の実施の形態に係る下流第１基準電圧電極５１０及び下流第１中間電極５３０は、下流第１中間電極５３０の上流面５３０ａを下流第１基準電圧電極５１０に向けて突出させることにより、中央領域Ｘ１における距離Ｌ１と側方領域Ｘ２の外側の距離Ｌ２を変えることとした。本変形例においては、下流第１基準電圧電極５１０の下流面５１０ｂを下流第１中間電極５３０に向けて突出させることにより、中央領域Ｘ１における距離Ｌ１を小さくして、側方領域Ｘ２の外側の距離Ｌ２を大きくする。したがって、変形例に係る下流第１基準電圧電極５１０は、側方部５２２におけるｚ方向の厚さｗ６が小さく、中央部５２０における厚さｗ９が大きい。また、開口部５１２を囲む四面のうち、上面および下面の中央部５２０が下流第１中間電極５３０に向けて突出した形状を有する。これにより、上述の実施の形態と同様に、側方領域Ｘ２を通過するイオンビームにおいて生じる横方向の収差を緩和させることができる。
【０２２７】
図３４（ａ）及び図３４（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係る上流電極装置６００及び走査電極装置４００を通過するイオンビームの軌道を模式的に示す図である。本実施の形態に係る上流電極装置６００は、上述の実施の形態または変形例に係る上流電極装置３００と異なり、上流第１基準電圧電極６１０に凹部または凸部が設けられていない。また、上流第１基準電圧電極６１０の開口部におけるｚ方向の厚さｗ１０が、上述の実施の形態または変形例に係る上流第１基準電圧電極３１０と比べて大きい。以下、上流電極装置６００について、上述の実施の形態に係る上流電極装置３００との相違点を中心に説明する。
【０２２８】
上流電極装置６００は、ビーム輸送補正電極４５０のビーム輸送補正入口電極体４５４による縦収束の効果が十分でない場合に、走査電極装置４００に入射する前のイオンビームを縦収束させて、ビーム輸送補正入口電極体４５４の役割をバックアップすることを一つの目的として配置される。つまり、上流電極装置６００は、走査電極装置４００の上流に設けられる収束部としての役割を有する。上流電極装置６００の上流中間電極６３０は、縦収束の効果を高めるために、電子の遮蔽に必要なサプレッション電圧よりも数倍程度大きい高電圧が印加される。
【０２２９】
このとき、上流中間電極６３０に高電圧を印加すると、走査電極装置４００が生成する偏向電界に影響を及ぼすおそれがある。そこで、上流中間電極６３０が生成するアインツェル電界を十分に遮蔽するため、上流第１基準電圧電極６１０のｚ方向の厚さｗ１０を厚くする。上流第１基準電圧電極６１０のｚ方向の厚さｗ１０は、アインツェル電界の遮蔽効果を高めるため、上流第１基準電圧電極６１０の縦方向の開口幅ｈ１０と同程度か、それよりも大きくすることが望ましい。これにより、走査電極装置４００が生成する偏向電界への影響を防ぎつつ、走査電極装置４００に入射するイオンビームを手前で縦収束させることができる。これにより、走査電極装置４００から出射するイオンビームの縦方向の発散を抑制することができる。
【０２３０】
図３５（ａ）、図３５（ｂ）及び図３５（ｃ）は、変形例に係る上流電極装置６００及び走査電極装置４００の概略構成を示す図である。変形例においては、上流電極装置６００を構成する電極の電極面を弓形形状とすることにより、横方向の収束機能を持たせることとしてもよい。
【０２３１】
図３５（ａ）に示すように、上流第２基準電圧電極６５０の下流面６５０ｂを凹面、上流中間電極６３０の上流面６３０ａを凸面として第１の凸レンズを形成するとともに、上流中間電極６３０の下流面６３０ｂを凸面、上流第１基準電圧電極６１０の上流面６１０ａを凹面として第２の凸レンズを形成してもよい。
【０２３２】
図３５（ｂ）に示すように、上流第２基準電圧電極６５０の下流面６５０ｂを凹面、上流中間電極６３０の上流面６３０ａを凸面として凸レンズを形成する一方で、上流中間電極６３０の下流面６３０ｂ及び上流第１基準電圧電極６１０の上流面６１０ａを平坦面としてレンズを形成しないこととしてもよい。
【０２３３】
図３５（ｃ）に示すように、上流第２基準電圧電極６５０の下流面６５０ｂを凹面、上流中間電極６３０の上流面６３０ａを凸面として凸レンズを形成し、上流中間電極６３０の下流面６３０ｂを凹面、上流第１基準電圧電極６１０の上流面６１０ａを凸面として凹レンズを形成することとしてもよい。
【０２３４】
以下、本発明のいくつかの態様を挙げる。
【０２３５】
１−１．ある実施の形態に係るイオン注入装置は、基準軌道に沿って入射するイオンビームに偏向電界を作用させて、前記基準軌道と直交する横方向にイオンビームを走査させる走査電極装置と、前記走査電極装置の上流に設けられる複数の電極体により構成される上流電極装置と、を含む走査ユニットを備える。
前記走査電極装置は、
前記基準軌道を挟んで前記横方向に対向して設けられる一対の走査電極と、
前記基準軌道を挟んで前記横方向と直交する縦方向に対向して設けられる一対のビーム輸送補正電極と、を備える。
前記一対のビーム輸送補正電極のそれぞれは、前記走査電極装置の入口付近において、前記基準軌道に向かって前記縦方向に延出したビーム輸送補正入口電極体を有する。
【０２３６】
１−２．前記ビーム輸送補正電極は、前記走査電極装置の入口から出口へ延びる直線部を有し、
前記ビーム輸送補正入口電極体は、前記走査電極装置の入口付近において前記直線部から前記基準軌道に向けて突出するように設けられてもよい。
【０２３７】
１−３．前記ビーム輸送補正入口電極体は、厚さ方向が前記横方向と一致する板状部材であってもよい。
【０２３８】
１−４．前記上流電極装置は、前記走査電極装置のすぐ上流に配置され、イオンビームが通過する開口部が設けられる上流第１基準電圧電極を備えてもよい。
前記上流第１基準電圧電極は、
前記走査電極装置に対向し、前記基準軌道と直交する下流面と、
前記下流面において前記開口部を前記縦方向に挟むようにして設けられ、前記下流面から前記走査電極装置に向かって凸または凹となる形状を有する一対の収差補正部と、
を有し、
前記開口部は、前記一対の収差補正部が設けられることにより、前記基準軌道に沿った方向の厚さが前記基準軌道の近傍に位置する中央部と前記中央部から前記横方向に離れた側方部とで異なってもよい。
【０２３９】
１−５．前記一対の収差補正部のそれぞれは、前記走査電極装置に向かって凸となる形状であって、前記開口部を挟んで前記縦方向に対向する面が三角形状または台形状となる形状を有しており、
前記開口部は、前記基準軌道に沿った方向の厚さが、前記側方部よりも前記中央部において大きくてもよい。
【０２４０】
１−６．前記上流電極装置は、前記走査電極装置に入射するイオンビームを前記縦方向および／または前記横方向に収束させる収束部をさらに備えてもよい。
【０２４１】
１−７．前記上流電極装置は、前記上流第１基準電圧電極の上流に配置される上流第２基準電圧電極と、前記上流第１基準電圧電極と前記上流第２基準電圧電極の間に配置される上流中間電極と、をさらに備えてもよい。
前記上流中間電極および前記上流第２基準電圧電極は、前記上流第１基準電圧電極の開口部と連通する位置に、イオンビーム通過用の開口部をそれぞれ有しており、
前記上流中間電極は、前記上流第１基準電圧電極および前記上流第２基準電圧電極の電位とは異なる高電圧が印加されており、前記走査電極装置に入射するイオンビームを前記縦方向および／または前記横方向に収束させる機能を有してもよい。
【０２４２】
１−８．前記上流電極装置は、前記走査電極装置に入射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２４３】
１−９．前記上流電極装置は、前記ビーム輸送補正電極と相互に連関して、前記走査電極装置に入射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２４４】
１−１０．前記上流電極装置は、前記走査電極装置に入射するイオンビームに対して電子抑制作用を有するサプレッション電極装置として構成されてもよい。
【０２４５】
１−１１．前記走査ユニットは、前記走査電極装置の下流に設けられる複数の電極体により構成される下流電極装置をさらに備えてもよい。
【０２４６】
１−１２．前記下流電極装置は、前記走査電極装置から出射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２４７】
１−１３．前記下流電極装置は、前記ビーム輸送補正電極と相互に連関して、前記走査電極装置から出射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２４８】
１−１４．前記下流電極装置は、前記走査電極装置から出射するイオンビームに対して電子抑制作用を有するサプレッション電極装置として構成されてもよい。
【０２４９】
１−１５．前記ビーム輸送補正電極は、前記走査電極装置を通過するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する補正電極として構成されてもよい。
【０２５０】
１−１６．ある実施の形態に係るイオン注入装置は、基準軌道に沿って入射するイオンビームに偏向電界を作用させて、前記基準軌道と直交する横方向にイオンビームを走査させる走査電極装置と、前記走査電極装置の上流に設けられる複数の電極体により構成される上流電極装置と、を含む走査ユニットを備える。
前記上流電極装置は、前記走査電極装置のすぐ上流に配置され、イオンビームが通過する開口部が設けられる上流第１基準電圧電極を備え、
前記上流第１基準電圧電極は、
前記走査電極装置に対向し、前記基準軌道と直交する下流面と、
前記下流面において前記開口部を前記横方向と直交する縦方向に挟むようにして設けられ、前記下流面から前記走査電極装置に向かって凸または凹となる形状を有する一対の収差補正部と、
を有し、
前記開口部は、前記一対の収差補正部が設けられることにより、前記基準軌道に沿った方向の厚さが前記基準軌道の近傍に位置する中央部と前記中央部から前記横方向に離れた側方部とで異なってもよい。
【０２５１】
２−１．ある実施の形態に係るイオン注入装置は、基準軌道に沿って入射するイオンビームに偏向電界を作用させて、前記基準軌道と直交する横方向にイオンビームを走査させる走査電極装置と、前記走査電極装置の下流に配置され、前記横方向に走査されたイオンビームが通過する開口部が設けられる下流電極装置と、を含む走査ユニットを備える。
前記走査電極装置は、前記基準軌道を挟んで前記横方向に対向して設けられる一対の走査電極を有し、
前記下流電極装置の開口部は、前記基準軌道および前記横方向の双方と直交する縦方向の開口幅および／または前記基準軌道に沿った方向の厚さが、前記基準軌道が位置する中央部と、前記走査電極の下流端部と対向する位置の近傍と、で異なるように構成される電極体を有する。
【０２５２】
２−２．前記下流電極装置は、前記走査電極装置による走査偏向の結果、前記走査電極装置から出射するイオンビームにて発生する偏向収差を補正する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２５３】
２−３．前記下流電極装置は、前記走査電極装置による走査偏向の結果、前記走査電極装置から出射するイオンビームのうち走査両端部の近傍を通るイオンビームにて発生する偏向収差を補正する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２５４】
２−４．前記下流電極装置は、前記走査電極装置のすぐ下流に配置される下流第１基準電圧電極を備えてもよい。
前記下流第１基準電圧電極の開口部は、前記基準軌道が位置する中央部よりも前記走査電極の下流端部と対向する位置の近傍において、前記縦方向の開口幅が大きくてもよい。
【０２５５】
２−５．前記下流第１基準電圧電極の開口部は、前記中央部の近傍における前記縦方向の開口幅が一定であり、前記走査電極の下流端部と対向する位置の近傍における前記縦方向の開口幅が開口部の左右両端に向けて徐々に大きくなってもよい。
【０２５６】
２−６．前記下流電極装置は、前記下流第１基準電圧電極の下流に配置される下流第２基準電圧電極と、前記下流第１基準電圧電極と前記下流第２基準電圧電極の間に配置される下流第１中間電極と、をさらに備えてもよい。
前記下流第１中間電極および前記下流第２基準電圧電極は、前記下流第１基準電圧電極の開口部と連通する位置に、イオンビーム通過用の開口部をそれぞれ有しており、
前記下流第１中間電極は、前記下流第１基準電圧電極および前記下流第２基準電圧電極の電位とは異なる高電圧が印加されており、
前記下流第１基準電圧電極は、前記下流第１中間電極に対向し、前記基準軌道と直交する下流面を有し、
前記下流第１中間電極は、前記下流第１基準電圧電極に対向し、前記基準軌道と直交する上流面を有し、
前記下流第１基準電圧電極および前記下流第１中間電極は、前記下流第１基準電圧電極の前記下流面と前記下流第１中間電極の前記上流面との距離が、前記基準軌道が位置する中央部よりも前記走査電極の下流端部と対向する位置の近傍において大きくなる形状を有してもよい。
【０２５７】
２−７．前記下流第１基準電圧電極および前記下流第１中間電極は、前記走査電極の下流端部と対向する位置の近傍において、前記下流第１基準電圧電極の前記下流面と前記下流第１中間電極の前記上流面との距離が、開口部の左右両端に向けて徐々に大きくなってもよい。
【０２５８】
２−８．前記下流第１中間電極の前記上流面は、前記基準軌道が位置する中央部の近傍において前記下流第１基準電圧電極に向かって凸となる形状を有してもよい。
【０２５９】
２−９．前記下流第１基準電圧電極の前記下流面は、前記基準軌道が位置する中央部の近傍において前記下流第１中間電極に向かって凸となる形状を有してもよい。
【０２６０】
２−１０．前記下流第１中間電極の開口部は、前記下流第１基準電圧電極よりも前記横方向の開口幅が大きく、
前記下流第２基準電圧電極の開口部は、前記下流第１中間電極よりも前記横方向の開口幅が大きくてもよい。
【０２６１】
２−１１．前記下流電極装置は、前記下流第２基準電圧電極の下流に配置される下流第３基準電圧電極と、前記下流第２基準電圧電極と前記下流第３基準電圧電極の間に配置される下流第２中間電極と、をさらに備えてもよい。
前記下流第２中間電極および前記下流第３基準電圧電極は、前記下流第２基準電圧電極の開口部と連通する位置に、イオンビーム通過用の開口部をそれぞれ有しており、
前記下流第２中間電極は、前記下流第２基準電圧電極および前記下流第３基準電圧電極の電位とは異なる高電圧が印加され、前記走査電極装置への電子の侵入を抑制する機能を有してもよい。
【０２６２】
２−１２．前記下流第１中間電極は、前記下流第２中間電極の電位よりも絶対値の大きい高電圧が印加されており、前記走査電極装置から出射するイオンビームを前記縦方向および／または前記横方向に収束させる機能を有してもよい。
【０２６３】
２−１３．前記走査ユニットは、前記走査電極装置の上流に設けられる複数の電極体により構成される上流電極装置をさらに含んでもよい。
【０２６４】
２−１４．前記上流電極装置は、前記走査電極装置に入射するイオンビームの形状を整形または調整する作用を有する電極レンズとして構成されてもよい。
【０２６５】
２−１５．前記上流電極装置は、前記走査電極装置に入射するイオンビームに対して電子抑制作用を有するサプレッション電極装置として構成されてもよい。
【０２６６】
２−１６．前記走査電極装置は、前記基準軌道を挟んで前記横方向に対向して設けられる一対の走査電極と、前記基準軌道を挟んで前記縦方向に対向して設けられる一対のビーム輸送補正電極と、を含んでもよい。
前記ビーム輸送補正電極は、前記走査電極装置を通過するイオンビームのビーム形状に対して整形作用または調整作用を有する補正電極として構成されてもよい。
【０２６７】
２−１７．前記走査電極装置は、前記基準軌道を挟んで前記横方向に対向して設けられる一対の走査電極と、前記基準軌道を挟んで前記縦方向に対向して設けられる一対のビーム輸送補正電極と、を含んでもよい。
前記下流電極装置は、前記上流電極装置および前記ビーム輸送補正電極と相互に連関して、前記走査電極装置から出射するイオンビームのビーム形状に対して整形作用または調整作用を有する電極レンズとして構成されてもよい。
【符号の説明】
【０２６８】
Ｂ…イオンビーム、Ｚ…基準軌道、３００…上流電極装置、４００…走査電極装置、４１０…走査電極、４２２…下流端部、４５０…ビーム輸送補正電極、５００…下流電極装置、５１０…下流第１基準電圧電極、５１０ｂ…下流面、５３０…下流第１中間電極、５３０ａ…上流面、５５０…下流第２基準電圧電極、５７０…下流第２中間電極、５９０…下流第３基準電圧電極、１０００…走査ユニット。
【図１】
2018037423.tif 000003
【図２】
2018037423.tif 000004
【図３】
2018037423.tif 000005
【図４】
2018037423.tif 000006
【図５】
2018037423.tif 000007
【図６】
2018037423.tif 000008
【図７】
2018037423.tif 000009
【図８】
2018037423.tif 000010
【図９】
2018037423.tif 000011
【図１０】
2018037423.tif 000012
【図１１】
2018037423.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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