(57)【要約】【課題】イオンビームを偏向、収束又は発散させる磁石の磁極間に効率良く電子を閉じ込め、空間電荷効果によるイオンビームの広がりを抑制する。【解決手段】イオン源２及びターゲットＷの間においてイオンビームＩＢを挟み込むように配置され、イオンビームＩＢをターゲットＷに照射するために偏向等させる磁石６と、磁石６で発生される磁場の強さに関連して電子閉じ込め領域を形成するミラー磁場形成部材１１と、磁石６を構成し、複数のミラー磁場形成部材１１が磁石６で発生される磁場に沿った方向で対向するように設けられた一組の磁極６１ａ、６１ｂと、を備える。磁極間で発生される磁場と直交する方向における電子閉じ込め領域の幅が最大となった時の寸法をＷｃとし、各磁極６１ａ、６１ｂに設けられた互いに隣接するミラー磁場形成部材１１の間隔をＷａとした時、Ｗｃ≧Ｗａの関係を満たすように、ミラー磁場形成部材１１を配置する。【選択図】図４
2011141986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームをターゲットに照射するイオンビーム照射装置であって、
正イオンからなるイオンビームを生成するイオン源と、
前記イオン源及び前記ターゲットの間においてイオンビームを挟み込むように配置され、そのイオンビームをターゲットに照射するために偏向、収束又は発散させる１又は複数の磁石と、
前記磁石で発生される磁場の強さに関連して、電子を閉じ込めるための電子閉じ込め領域を形成するミラー磁場形成部材と、
前記磁石を構成し、各々に少なくとも２つ以上の前記ミラー磁場形成部材が前記磁石で発生される磁場に沿った方向で対向するように設けられ、互いに異なる極性を有する少なくとも一組の磁極と、を備え、
前記磁極間で発生される磁場と直交する方向における前記電子閉じ込め領域の幅が最大となった時の寸法をＷｃとし、前記各磁極に設けられた互いに隣接するミラー磁場形成部材の間隔をＷａとした時、Ｗｃ≧Ｗａの関係を満たすように、前記ミラー磁場形成部材が配置されているイオンビーム照射装置。
【請求項２】
イオンの照射条件に応じて設定される前記磁石で発生される磁場の強さが最大になった時の値に関連して電子を閉じ込めるための電子閉じ込め領域が決定されている請求項１記載のイオンビーム照射装置。
【請求項３】
前記ミラー磁場形成部材が、前記磁極の面に対して垂直な方向に沿って極性が設けられた永久磁石である請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【請求項４】
前記ミラー磁場形成部材が、高透磁率材料からなる請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【請求項５】
前記ミラー磁場形成部材が、永久磁石を有するカーボンナノチューブからなる請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【請求項６】
前記ミラー磁場形成部材が、前記磁極に設けられた超伝導コイルからなる電気回路である請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【請求項７】
前記ミラー磁場形成部材が、前記磁石におけるイオンビームの上流側又は下流側を向く側面に設けられている請求項１、２、３、４、５又は６記載のイオンビーム照射装置。
【請求項８】
前記ミラー磁場形成部材の高さが、前記磁極の表面から０よりも大きく０．５ｍｍ以下の範囲に設定されている請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のイオンビーム照射装置。
【請求項９】
前記磁石で発生される磁場の磁束密度は、１６９ガウスから１９６０ガウスの間で設定されている請求項１、２、３、４，５、６、７又は８記載のイオンビーム照射装置。
【請求項１０】
前記電子閉じ込め領域に閉じ込められる電子のエネルギーは、０よりも大きく１８０ｅＶよりも小さいエネルギーである請求項１、２、３、４，５、６、７、８又は９記載のイオンビーム照射装置。
【請求項１１】
前記磁石の磁極間に電子を供給するための電子源を設けるとともに、前記磁極間に発生される磁場に垂直な方向を基準として電子源からの電子の照射方向が５０度以下となるように設定されている請求項１、２、３、４，５、６、７、８、９又は１０記載のイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源から引き出されたイオンビームをターゲットに照射してイオン注入等の処理を施すためのイオンビーム照射装置に関し、特に空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑制する機能を有するイオンビーム照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のイオンビーム照射装置としては、特許文献１に示すように、イオンビームを生成するイオン源と、このイオン源からのイオンビームを偏向するための偏向磁石と、この偏向磁石を構成する磁極内面に設けられた磁場集中部材とを備え、磁場集中部材により形成されるミラー磁場によって電子を偏向磁石内に閉じ込めるものが考えられている。このように、偏向磁石内に電子を閉じ込めることによって、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑制する（これを中性化ともいう。）ようにしている。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１のイオンビーム照射装置では、複数の磁場集中部材間の間隔が定められておらず、その間隔が適切でない場合には、磁場集中部材の間では、ミラー磁場による電子の反射効果を得ることができない。そうすると、磁場集中部材の間では、電子が磁極に衝突して消滅してしまい、電子の閉じ込めを十分に行うことができない。その結果、偏向磁石を通るイオンビームの発散を抑制する効果も十分に期待できないという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２１２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、イオンビームを偏向、収束又は発散させる磁石の磁極間に効率良く電子を閉じ込めることによって、空間電荷効果によるイオンビームの広がりを効率的に抑制することをその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】
【０００６】
すなわち本発明に係るイオンビーム照射装置は、イオンビームをターゲットに照射するイオンビーム照射装置であって、正イオンからなるイオンビームを生成するイオン源と、前記イオン源及び前記ターゲットの間においてイオンビームを挟み込むように配置され、そのイオンビームをターゲットに照射するために偏向、収束又は発散させる１又は複数の磁石と、前記磁石で発生される磁場の強さに関連して、電子を閉じ込めるための電子閉じ込め領域を形成するミラー磁場形成部材と、前記磁石を構成し、各々に少なくとも２つ以上の前記ミラー磁場形成部材が前記磁石で発生される磁場に沿った方向で対向するように設けられ、互いに異なる極性を有する少なくとも一組の磁極と、を備え、前記磁極間で発生される磁場と直交する方向における前記電子閉じ込め領域の幅が最大となった時の寸法をＷｃとし、前記各磁極に設けられた互いに隣接するミラー磁場形成部材の間隔をＷａとした時、Ｗｃ≧Ｗａの関係を満たすように、前記ミラー磁場形成部材が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、各磁極に設けられる複数のミラー磁場形成部材が、互いに隣接するミラー磁場形成部材により形成される電子閉じ込め領域が互いに接触するか、又は互いに重なるように配置されているので、ミラー磁場形成部材間においてもミラー磁場の効果を得ることができ、電子の閉じ込めを十分に行うことができる。したがって、空間電荷効果によりイオンビームの発散を抑制することができる。
【０００８】
さらに、イオン照射装置において、前記磁極間で発生される磁場の強さが装置の運転条件に応じて変化する場合には、もっとも強い磁場の強さを想定し、電子閉じ込め領域の寸法Ｗｃを算出しておく。その後、算出されたＷｃの値を基準にして、複数のミラー磁場形成部材の間隔Ｗａを設定する。このようにすれば、前記磁極間で発生される磁場の強さが変化したとしても、電子の閉じ込めを確実に行うことが出来る。
【０００９】
ミラー磁場形成部材の具体的な実施の態様としては、永久磁石、高透磁率材料、前記磁極面に設けられた超伝導コイルからなる電気回路、カーボンナノチューブ内に永久磁石を埋め込んだもの等が考えられる。なお、永久磁石は、磁極面に垂直に着磁されている。また、高透磁率材料は、磁極面上に形成された層であり、低透磁率材料と交互に形成されている。さらに、カーボンナノチューブは、磁極面に起立するように設けられており、そのカーボンナノチューブ内に磁極面に垂直に着磁された永久磁石が埋め込まれている。
【００１０】
磁石におけるイオンビームの上流側又は下流側には磁場勾配領域が形成され、その磁場勾配領域内において電子閉じ込め領域により電子が閉じ込められるが、前記ミラー磁場形成部材を磁石におけるイオンビームの上流側又は下流側を向く側面に設けることによって、イオンビームの上流側又は下流側の磁場勾配領域における電子の反射効率を一層向上させることができる。
【００１１】
具体的な実施の態様としては、前記ミラー磁場形成部材の高さが、前記磁極の表面から０よりも大きく０．５ｍｍ以下の範囲に設定されていることが考えられる。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成した本発明によれば、イオンビームを偏向、収束又は発散させる磁石の磁極間に効率良く電子を閉じ込めることによって、空間電荷効果によるイオンビームの広がりを効率的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオンビーム照射装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】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。
【図３】同実施形態のコリメータ磁石の構成を示す模式的断面図である。
【図４】同実施形態のミラー磁場形成部材の構成を示す模式図である。
【図５】同実施形態のミラー磁場形成部材の配置態様及び電子の軌道を示す模式図である。
【図６】同実施形態の電子閉じ込め領域の幅Ｗｃの説明図である。
【図７】コリメート磁石による磁場と電子閉じ込め領域の幅Ｗｃとの関係を示すシミュレーション結果である。
【図８】ミラー磁場形成部材の高さとイオンビーム照射角度αｙとの関係を示すシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態において、図１に示すように、ターゲットＷに照射されるイオンビームＩＢの設計上の進行方向をＸ方向、Ｘ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Ｙ方向及びＺ方向とする。
【００１５】
本実施形態に係るイオンビーム照射装置１００は、図１にその模式的全体図を示すように、正イオンからなるイオンビームを生成するイオン源２と、このイオン源２及びターゲットＷの間に設けられ、イオン源２から出たイオンビームＩＢをターゲットＷに照射するために、発生する磁場によってイオンビームＩＢを偏向、収束又は発散させる複数の磁石と、を備えている。
【００１６】
本実施形態のイオンビーム照射装置１００は、磁石として、イオン源２から引き出されたイオンビームＩＢを質量分離するための質量分離器３と、イオンビームＩＢをエネルギー分離するためのエネルギー分離器４と、イオンビームＩＢをＹ方向（例えば水平方向）に走査するための走査器５と、この走査器５により走査されたイオンビームＩＢを平行ビーム化するビーム平行化器６と、走査器５及びビーム平行化器６の間に設けられ、イオンビームＩＢのＺ方向の発散を補償して、イオンビームＩＢの輸送効率を向上させる補償器７と、を備えている。
【００１７】
なお、質量分離器３及びエネルギー分離器４の間には、イオンビームＩＢを必要に応じて加速又は減速するための加減速器８が設けられている。また、ビーム平行化器６とターゲットＷの間には、イオンビームＩＢを通過させる開口を有し、イオンビームＩＢを整形するマスク９が設けられている。これにより、イオンビームＩＢのＹ方向の不要な裾の部分をカットしている。
【００１８】
質量分離器３は、磁場によってイオンビームＩＢの質量分離を行う質量分離磁石である。エネルギー分離器４は、磁場によってイオンビームＩＢのエネルギー分離を行うエネルギー分離磁石である。走査器５は、磁場によってイオンビームＩＢの走査を行う走査磁石である。ビーム平行化器６は、磁場によってイオンビームＩＢの平行化を行うコリメート磁石である。補償器７は、磁場によってイオンビームＩＢのＺ方向の発散を補償する補償磁石である。なお、加減速器８は、複数枚の電極を有していて静電界によってイオンビームＩＢの加減速を行う加減速管である。上記磁石３〜７は、電磁石により構成しても良いし、永久磁石により構成しても良い。
【００１９】
このように構成したイオンビーム照射装置１００により、ホルダ１０に保持されたターゲットＷにイオンビームＩＢを照射して、ターゲットＷにイオン注入等の処理を施すように構成されている。イオンビームＩＢの軌道は、真空雰囲気に保たれるように構成されている。質量分離器２を設けない場合もある。ターゲットＷにイオン注入を行う場合は、この装置１００はイオン注入装置とも呼ばれる。
【００２０】
ターゲットＷに照射されるイオンビームＩＢは、図２に示すように、Ｙ方向（例えば長手方向）の寸法が、当該Ｙ方向と直交するＺ方向の寸法よりも大きい形をしている。このような形状のイオンビームＩＢは、リボン状やシート状あるいは帯状のイオンビームと呼ばれる場合もある。但し、Ｚ方向の寸法が紙のように薄いという意味ではない。一例を挙げると、Ｙ方向の寸法は３５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度、Ｚ方向の寸法は８０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。
【００２１】
ターゲットＷは、例えば、半導体基板又はガラス基板等である。ターゲットＷは、この実施形態では、ホルダ１０に保持されて、ターゲット駆動装置（不図示）によって、Ｚ方向に沿って機械的に往復進退駆動（メカニカルスキャン）される。イオンビームＩＢのＹ方向の寸法ＷＹは、ターゲットＷの同方向の寸法よりも若干大きく、このことと、上記往復駆動とによって、ターゲットＷの全面にイオンビームＩＢを照射することができる。
【００２２】
しかして本実施形態のイオンビーム照射装置１００において、コリメート磁石６の磁極平面６１ａ、６１ｂ間に電子を閉じ込め、空間電荷効果によるイオンビームＩＢの発散を抑制する構成としている。
【００２３】
コリメート磁石６は、磁界によってイオンビームＩＢを走査する走査器５と協働して、Ｙ方向に走査されたイオンビームＩＢを、磁界によって基準軸Ｃ（Ｘ方向に沿った軸である。）に対して実質的に平行となるように曲げ戻して平行ビーム化して、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ＩＢを射出するものである。このコリメート磁石６は、図３に示すように、Ｚ方向において相対向する２つの磁極６１と、それらの間を繋ぐヨーク６２と、各磁極６１を励磁する励磁コイル６３とを有し、Ｚ方向において相対向するように平行に配置された一対の磁極平面６１ａ、６１ｂ（ＸＹ平面に平行な平面である）を備えている。
【００２４】
そして、一対の磁極平面６１ａ、６１ｂそれぞれには、磁極６１間の磁場を局所的に増加させて電子を閉じ込めるための電子閉じ込め領域を形成する複数のミラー磁場形成部材１１が設けられている。
【００２５】
このミラー磁場形成部材１１は、各磁極平面６１ａ、６１ｂに設けられたもの同士が互いに対向するように磁極平面６１ａ、６１ｂの略全面に設けられている。つまり、一方の磁極平面６１ａに設けられた各ミラー磁場形成部材１１は、他方の磁極平面６１ｂに設けられた各ミラー磁場形成部材１１と一対一に対応して対向するように設けられている。
【００２６】
本実施形態のミラー磁場形成部材１１は、永久磁石から形成されている。より詳細には、永久磁石１１は、図３及び図４に示すように、断面概略矩形状の長尺状をなすものである。各永久磁石１１は、磁極平面６１ａ、６１ｂ上において互いに平行となるように等間隔に配置されている。そして、この永久磁石１１は、磁極平面６１ａ、６１ｂに設けられた状態において、当該磁極平面６１ａ、６１ｂに垂直な方向に着磁されている。つまり、例えばＮ極の磁極平面６１ａに設けられる永久磁石１１は、その基端側がＳ極、先端側がＮ極に着磁されている（図４参照）。
【００２７】
そして、各磁極平面６１ａ、６１ｂに設けられるミラー磁場形成部材１１は、図５に示すように、互いに隣接するミラー磁場形成部材１１により形成される電子閉じ込め領域が互いに接触するか、又は互いに重なるように配置されている。ここで、ミラー磁場とは、対向する一対のミラー磁場形成部材１１により形成される磁場のうち、電子のミラー効果が得られる磁場である。つまり、電子の閉じ込め効果が得られる磁場である。電子のミラー効果をより詳しく説明する。Ｚ方向において相対向する２つの磁極平面６１ａ、６１ｂ間に形成される磁場に沿って移動した電子は、一方の磁極に設けられたミラー磁場形成部材１１近傍に入射する。ミラー磁場形成部材１１の近傍では、局所的に磁場が強くなるので、あるところまで近づくと、電子の反射がおこる。反射された電子は、反対側のミラー磁場形成部材１１近傍に入射する。対向する磁場集中部材１１近傍でも局所的に磁場が強くなっているので、再び電子が反射されることになる。このような電子を反射して閉じ込める作用を有する磁場のことを、ミラー磁場という。そして、各ミラー磁場形成部材１１は、少なくともイオンビームＩＢが通過する領域において、それによって形成される電子閉じ込め領域が接触又は重合するように配置されている。なお、図５では電子が磁場に沿って移動しているかのように描かれているが、実際には、周知のように電子は磁場に沿って移動するのと同時に磁場の周りを旋回する。つまり、電子の軌道は螺旋軌道となる。図５では、電子の軌道を見易くするために、本来の電子の軌道を簡略化し、代表として電子の中心軌道のみが描かれている。
【００２８】
次に、電子閉じ込め領域について詳述する。図６では、図４で示される磁極平面６１ａ（もしくは６１ｂ）上に一つのミラー磁場形成部材１１を配置させている。そして、磁極面６１ａ（もしくは６１ｂ）からＺ方向に十分に距離をとって、磁極面６１ａ（もしくは６１ｂ）と平行となるように複数の電子源を配置し、複数の電子源から磁極面６１ａ（もしくは６１ｂ）に対して垂直な方向に電子を照射する。この時、ミラー磁場形成部材１１の近傍に入射する電子は、ある領域（例えば、Ｗｃの幅を有する領域）では、反射されることになるが、その外側の領域（例えばＷｂの幅を有する領域）では電子は反射されずに磁極面に衝突して消滅してしまう。この電子の反射は、ミラー磁場形成部材１１によって形成されるミラー磁場に関係する。このようにミラー磁場形成部材１１で電子が反射される領域のことを、本発明では、電子閉じ込め領域と呼んでいる。
【００２９】
電子閉じ込め領域内での電子の軌道は、ミラー磁場形成部材１１の近傍では、ミラー磁場形成部材１１に向かうようになるが、ミラー磁場形成部材１１から離れるに従って、磁極平面６１ａ、６１ｂ間で発生される磁場（図６では、図示していないが、図中のＺ方向）に沿って移動するようになる。ここで、磁極平面６１ａ、６１ｂに平行な方向に着目すると、電子閉じ込め領域の幅はミラー磁場形成部材１１に近づくに従って小さくなり、ミラー磁場形成部材１１から離れるに従って大きくなる。そして、ミラー磁場形成部材１１からある程度離れると、電子の軌道が磁極平面６１ａ、６１ｂ間で発生される磁場に沿って移動することになるので、電子閉じ込め領域の幅は一定となる。
【００３０】
本発明では、特に、電子閉じ込めの領域の幅うち、磁極平面６１ａ、６１ｂ間で発生される磁場に垂直な方向（図６のＸ方向）で、かつ、磁場形成部材によって反射された電子、あるいはミラー磁場形成部材１１に入射する電子の軌道が磁極平面６１ａ、６１ｂ間で発生する磁場の向きと平行となる場所での電子閉じ込め領域の寸法をＷｃと定義している。別の言い方をすれば、Ｗｃとは図６のＸ方向で電子閉じ込め領域の最大幅を意味する。
【００３１】
再び、図５について説明する。各磁極平面６１ａ、６１ｂに設けられるミラー磁場形成部材１１は、隣接するミラー磁場形成部材１１の間隔Ｗａと、そのミラー磁場形成部材１１により形成される電子閉じ込め領域の幅Ｗｃとが、Ｗｃ≧Ｗａの関係を満たすように配置されている。本実施形態のミラー磁場形成部材１１は、長尺状をなす永久磁石であり、当該永久磁石１１間の距離がＷａであり、各永久磁石１１により形成される電子閉じ込め領域の幅がＷｃである。そして、この永久磁石をＷｃ≧Ｗａとなるように配置している。これにより、隣接する永久磁石１１により形成される電子閉じ込め領域が互いに接触又は重合することになり、各永久磁石１１の間において、電子を磁極平面６１ａ、６１ｂに衝突させることなく、閉じ込めることができる。なお、電子閉じ込め領域の幅Ｗｃは、イオンビームＩＢのエネルギー、閉じ込められる電子のエネルギー、コリメート磁石６の磁極平面６１ａ、６１ｂ間に形成される磁場等により変わる（図７参照）。その為、電子閉じ込め領域の幅Ｗｃは対象となるイオン注入装置の設定条件に応じて変化する。例えば、磁極平面６１ａ、６１ｂ間での磁場の磁束密度が１６９ガウスから１９６０ガウスまで変化するのであれば、１９６０ガウスの磁束密度の磁場が発生することを想定しておき、予めその磁場に対応するＷｃの値を求めておく。そして、求められたＷｃの値を考慮して隣接するミラー磁場形成部材１１の間隔Ｗａを設定しておけば良い。
【００３２】
次に、ミラー磁場形成部材１１の高さについて具体的な例を挙げて図８を参照して説明する。図８は、磁極平面６１ａ、６１ｂとイオンビームＩＢとの距離をｄ、ミラー磁場形成部材１１の高さをｈ、とした場合において、イオンビーム（＋Ｂ１１、Ｅｉｏｎ＝５７５ｅＶ）のターゲットＷへの照射角度αｙに与える影響を示すシミュレーション結果の図である。この図８から分かるように、例えば距離ｄが５ｍｍであれば、ミラー磁場形成部材１１の高さを０．５ｍｍ以下にすることによって、ターゲットＷへのイオンビームＩＢの照射角度αｙを実質的に無視できることが分かる。このように、ミラー磁場形成部材１１の高さは、磁石（コリメート磁石６）により与えられるイオンビームＩＢの偏向角度に実質的に影響を与えない程度に設定している。なお、イオンビームＩＢの照射角度αｙはターゲットＷ表面への垂線とターゲットＷに照射されるイオンビームＩＢの軌道とがなす角度を意味している。例えば、理想的なイオンビームの軌道であればターゲットＷ表面に対して垂直に照射されるので、イオンビームＩＢの照射角度αｙは０度となる。
【００３３】
上記ミラー磁場内への電子の供給方法について簡単に説明する。
ミラー磁場内への電子の供給は、コリメート磁石６の外部又は内部に設けた電子源（例えば電界放出型電子源）を用いても良いし、ビームライン中の残留ガスにイオンビームが衝突することによって生じる電子を用いても良い。
【００３４】
このような電子源からの電子のエネルギーは、イオンビームの中和を考えた場合、低いエネルギーの電子が望まれる。例えば、数ｅＶ程度のエネルギーであることが望まれる。ただし、１８０ｅＶ程度のエネルギーの電子であってもイオンビームの中和にはある程度有効に作用する。本発明のミラー磁場形成部材１１を有する磁石であれば、このような電子であっても電子閉じ込め領域内に閉じ込めることが可能である。これについて詳述すると、磁場中の電子の旋回半径は、ラーマー半径として表される。このラーマー半径は、電子のエネルギーに比例して大きくなる。電子のエネルギーが大きいとラーマー半径が大きくなるので、１つのミラー磁場形成部材によって形成される電子閉じ込め領域の幅Ｗｃを電子のラーマー半径が超えてしまう場合が考えられる。このような場合であっても隣接する複数のミラー磁場形成部材１１の間隔ＷａをＷｃと同等かそれよりも小さくなるようにして配置しておくことで、電子閉じ込め領域の切れ間をなくすことができる。その結果、複数の電子閉じ込め領域に渡って、１８０ｅＶ程度のエネルギーの電子であっても問題なく閉じ込めることが出来る。
【００３５】
また、電子源からの電子の照射方向は、各磁極間で発生される磁場に垂直な方向を基準として５０度以内となるようにすることが望ましい。なお、ここでいう５０度とは、基準方向に対しての角度の大きさであって、正、負の区別はない。これについて詳述すると、磁場中での電子の磁気モーメントは一定に保たれる。よって、本発明の場合、ミラー磁場形成部材に電子が近づくと、磁極間での磁場方向に対して垂直となる方向での電子の運動エネルギーが増加する。一方、静磁場中では電子の全エネルギーが一定に保たれる為、磁場に水平な方向での運動エネルギーが減少する。それによって磁場に平行な電子の速度成分が０（ゼロ）に近づく。最終的に、磁場に平行な電子の速度成分が０（ゼロ）となった際に、電子の反射が生じる。よって、ミラー磁場による電子の反射を考慮した場合、磁場の方向に平行な電子の速度成分を予め減らしておいた方が良い。そうすると、電子の反射確率が高くなる。言い換えれば、ミラー磁場による電子の反射確率を高めるには、磁場の方向に対して垂直となる電子の速度成分を増加させておけば良い。このような考え方に基づいて、磁場の方向に対して垂直となる電子の速度成分が出来るだけ大きくなるように、本発明では電子源からの電子の照射角度を各磁極間で発生される磁場に垂直な方向を基準として５０度以内となるように設定している。
【００３６】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るイオンビーム照射装置１００によれば、磁極間で発生される磁場と直交する方向における前記電子閉じ込め領域の幅が最大となった時の寸法をＷｃとし、前記各磁極に設けられた互いに隣接するミラー磁場形成部材の間隔をＷａとした時、Ｗｃ≧Ｗａの関係を満たすように、ミラー磁場形成部材が配置されているので、ミラー磁場形成部材１１間においても電子閉じ込めの効果を得ることができ、電子の閉じ込めを十分に行うことができる。したがって、空間電荷効果によりイオンビームＩＢの発散を抑制することができる。
【００３７】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３８】
例えば、前記実施形態のミラー磁場形成部材は永久磁石により構成しているが、これに限られず、例えば、磁極平面上に高透磁率材料からなる層及び低透磁率材料からなる層を面方向に交互に形成することによって構成しても良いし、磁極平面上に起立するようにカーボンナノチューブを設け、当該カーボンナノチューブ内に磁極平面に垂直に着磁された永久磁石が埋め込むことによって構成しても良い。また、磁極平面に超伝導コイルからなる電気回路を形成することによってミラー磁場形成部材を構成しても良い。さらに、磁極平面上に薄膜層を形成し、当該薄膜層内部に磁性材料からなる磁気層を積層することにより、ミラー磁場形成部材を構成しても良い。
【００３９】
また、前記実施形態のミラー磁場形成部材は、断面矩形状の長尺状をなすものであったが、その他、断面台形状をなす長尺状のものであっても良いし、長尺状ではなく突起状のものであっても良い。また、ミラー磁場形成部材が例えば磁極平面の形状に合わせて湾曲するものであっても良い。また、前記実施形態では、各ミラー磁場形成部材は、同一形状をなし、等間隔に規則的に設けられているが、互いに異なる形状であっても良いし、不規則的に設けられても良い。さらに、ミラー磁場形成部材は磁極平面内に埋設されていても良い。
【００４０】
さらに、ミラー磁場形成部材は、磁極平面全域に設けられることなく、一部に設けられるものであっても良い。
【００４１】
その上、前記実施形態においては、ミラー磁場形成部材がコリメート磁石の磁極平面に設けられているが、その他、例えば補償磁石等、その他の磁石の磁極平面に設けても良い。また、先の実施形態ではコリメート磁石の磁極平面は互いに平行なものであったが、これに限られず、磁極平面間に一方向の磁場が発生するのであれば、各磁極平面を互いに斜めに配置させても良い。さらに、磁極表面は平面に限られず曲面であっても良い。
【００４２】
加えて、コリメート磁石におけるイオンビームの上流側又は下流側を向く側面にミラー磁場形成部材を設けても良い。これにより、通常コリメート磁石におけるイオンビームの上流側及び下流側に形成される磁場勾配領域における電子の反射効率を一層向上させることができる。
【００４３】
さらに、複数のミラー磁場形成部材を磁極平面上に設ける場合、一つの部材として一体物として設けても良い。この場合、複数のミラー磁場形成部材は層状の磁気フィルムとして構成することもできる。そして、層状の磁気フィルムは、磁極平面から０．５mm以下となるような高さを有するものであれば、薄いものであっても構わないし、厚いものであっても構わない。
【００４４】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１００        ・・・イオンビーム照射装置
Ｗ            ・・・ターゲット
２            ・・・イオン源
ＩＢ          ・・・イオンビーム
６            ・・・磁石（コリメート磁石）
６１ａ、６１ｂ・・・磁極平面
１１          ・・・ミラー磁場形成部材
Ｗｃ          ・・・電子閉じ込め領域の幅
Ｗａ          ・・・ミラー磁場形成部材の間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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