(57)【要約】【解決手段】主軸（７）を有するイオンビーム（１０４）を操作するシステムは、自身の異なる領域に主に配置され、互いに独立して第１の電流（８０８または８１０において）および第２の電流（８０８または８１０において）をそれぞれ伝達するよう構成された第１のコイルおよび第２のコイルを有する上方部材を備える。下方部材は、第１のコイルおよび第２のコイルに対向して主に配置され、互いに独立して第３の電流（８１２または８１４において）および第４の電流（８１４または８１２において）をそれぞれ伝達するよう構成された第３のコイルおよび第４のコイルを有する。レンズ間隙（３０６）が、上方部材と下方部材との間に規定され、イオンビームを伝達するよう構成され、第１の電流から第４の電流によって、イオンビームにその主軸を中心とした回転力（Ｆ５、Ｆ６）を働かせる４５度四重極場が生成される。【選択図】図８
2013511131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を有するイオンビームを操作する四重極レンズであって、
自身の異なる領域に主に配置され、互いに独立して第１の電流および第２の電流をそれぞれ伝達するべく構成された第１のコイルおよび第２のコイルを有する上方部材と、
主に前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに対向して配置され、互いに独立して第３の電流および第４の電流をそれぞれ伝達するべく構成された第３のコイルおよび第４のコイルを有する下方部材と、
前記上方部材と前記下方部材との間に規定され、前記イオンビームを伝達するよう構成されたレンズ間隙と
を備え、
前記第１の電流から前記第４の電流は、前記イオンビームにその主軸を中心とする回転力を働かせる４５度四重極場を生成する四重極レンズ。
【請求項２】
前記第１のコイルから前記第４のコイルのそれぞれにおける前記レンズ間隙近傍の電流は、前記主軸に対して共通の方向に進行する請求項１に記載の四重極レンズ。
【請求項３】
前記上方部材は、第１の半分および第２の半分を有し、前記下方部材は、第１の半分および第２の半分を有し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、前記上方部材の前記第１の半分および前記第２の半分の周囲だけにそれぞれ配置され、前記第３のコイルおよび前記第４のコイルは、前記下方部材の前記第１の半分および前記第２の半分の周囲だけにそれぞれ配置される請求項２に記載の四重極レンズ。
【請求項４】
前記第１のコイルに前記第２のコイルとは異なる電流振幅で動力が与えられ、前記第３のコイルに前記第４のコイルとは異なる電流振幅で動力が与えられると、前記上方部材および前記下方部材のそれぞれの前記第１の半分と前記第２の半分との間で電流振幅に急激な変化が生じる請求項３に記載の四重極レンズ。
【請求項５】
前記第１のコイルから前記第４のコイルのそれぞれは、前記第１のコイルに前記第２のコイルとは異なる電流振幅で動力が与えられ、前記第３のコイルに前記第４のコイルとは異なる電流振幅で動力が与えられると、前記上方部材および前記下方部材のそれぞれの各領域間で電流振幅に段階的な変化が生じるよう段階的な構成に配置される請求項２に記載の四重極レンズ。
【請求項６】
前記第１の電流および前記第４の電流は同じであり、前記第２の電流および前記第３の電流は同じである請求項１に記載の四重極レンズ。
【請求項７】
前記第１のコイルから前記第４のコイルは、前記イオンビームの進行方向に直交する方向において外側に向かう力を働かせる四重極場を生成するよう相互動作可能である請求項１に記載の四重極レンズ。
【請求項８】
前記第１のコイルから前記第４のコイルに動力が与えられると、前記四重極レンズは、前記レンズ間隙に存在し、前記上方部材および前記下方部材に平行なレンズ中央平面に関して非対称な電流フローを前記第１のコイルから前記第４のコイルに生成する請求項１に記載の四重極レンズ。
【請求項９】
前記第１の電流から前記第４の電流は、イオン注入システムのコントローラーからの制御信号に応答して変化し、前記回転力の方向および前記回転力の量のうち１つ以上を変更する請求項６に記載の四重極レンズ。
【請求項１０】
イオン注入機においてイオンビームの回転を制御するシステムであって、
主軸および前記主軸に垂直な平面軸（ｐｌａｎａｒ  ａｘｉｓ）を有する前記イオンビームのビームプロファイルを測定する検出器と、
前記検出器からビームプロファイル情報を受信し、第１の出力電流および第２の出力電流を制御する制御信号を送信するコントローラーと、
四重極レンズと
を備え、
前記四重極レンズは、
自身の第１の領域および第２の領域に主に配置され、互いに独立して第１の電流および第２の電流をそれぞれ伝達するよう構成された第１のコイルおよび第２のコイルを含む上方部材と、
前記上方部材の前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに対向する第３の領域および第４の領域に主に配置され、互いに独立して第３の電流および第４の電流をそれぞれ伝達するよう構成された第３のコイルおよび第４のコイルを含む下方部材と、
前記第１の出力電流および前記第２の出力電流によって決まる角度を有する四重極場が生成されるように前記イオンビームを伝達するよう構成された、前記上方部材と前記下方部材との間に規定されたレンズ間隙と
を有するシステム。
【請求項１１】
前記レンズ間隙近傍の前記第１の領域から前記第４の領域には、関連する正味電流が、前記主軸に対して共通の方向に流れ、前記システムは、前記第２の領域および前記第３の領域の正味電流に対する前記第１の領域および前記第４の領域の正味電流の比が、前記制御信号にしたがって変化するよう前記第１の出力電流および前記第２の出力電流を独立して変化させるよう構成されている請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記四重極レンズは、
上方軸に沿って配置された上方中央コイルと
下方軸に沿って配置された下方中央コイルと
をさらに有し、
前記上方中央コイルおよび前記下方中央コイルは、前記レンズ間隙近傍で共通の方向に進行する電流を生成して直交四重極場を生成するよう構成され、可変の四重極場の角度は、前記第１のコイルから前記第４のコイルにおける電流の振幅に対する前記上方中央コイルおよび前記下方中央コイルにおける電流の振幅の比により制御される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１のコイルおよび前記第４のコイルは、前記レンズ間隙近傍の前記第１のコイルおよび前記第４のコイルの領域の電流が第１の方向に従うように第１の共通電流を受け取るよう構成され、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルは、前記レンズ間隙近傍の前記第２のコイルおよび前記第３のコイルの領域の電流が前記第１の方向とは逆の第２の方向に従うよう第２の共通電流を受け取るよう構成され、前記イオンビームの前記主軸の回転方向は、前記第１の共通電流および前記第２の共通電流の方向を切り替えることにより反転可能である請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記レンズ間隙近傍の前記第１のコイルから前記第４のコイルの領域の電流が前記主軸に対して第１の方向に従うように、前記第１のコイルおよび前記第４のコイルは第１の共通電流を受け取るよう構成され、前記第３のコイルおよび前記第４のコイルは第２の共通電流を受け取るように構成される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の共通電流が前記第２の共通電流より大きい場合、可変の四重極場は、前記イオンビームをその主軸を中心として第１の方向に回転させるよう作用する請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の共通電流が前記第２の共通電流より小さい場合、前記可変の四重極場は、前記イオンビームを、前記第１の方向とは逆の第２の方向に回転させるよう作用する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記上方部材は第１の半分および第２の半分を有し、前記下方部材は第１の半分および第２の半分を有し、前記第１の出力電流が前記第２の出力電流とは振幅が異なる場合、前記上方部材および前記下方部材のそれぞれの前記第１の半分と前記第２の半分との間で正味電流の振幅に急激な変化が生じるよう、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、前記上方部材の前記第１の半分および前記第２の半分だけにそれぞれ配置され、前記第３のコイルおよび前記第４のコイルは、前記下方部材の前記第１の半分および前記第２の半分だけにそれぞれ配置される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のコイルから前記第４のコイルのそれぞれは、段階的構成に配置される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の出力電流が前記第２の出力電流とは振幅が異なる場合、前記上方部材および前記下方部材のそれぞれの各領域間で電流振幅に段階的な変化が生じる請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記四重極場は、直交四重極場および４５度四重極場を含み、前記直交四重極場の大きさは、前記第１の出力電流および前記第２の出力電流を同時に増加または減少させることにより変更され、前記４５度四重極場の大きさは、前記第１の出力電流および前記第２の出力電流の比を変化させることにより変更される請求項１０に記載のシステム。
【請求項２１】
イオン注入システムにおいて四重極レンズを使用してイオンビームを制御する方法であって、
所望の平面に対して第１の方向の、前記イオンビームの、その主軸を中心とした回転を検出する段階と、
前記第１の方向とは逆の第２の方向に前記イオンビームを回転させる、前記所望の平面に直交する一組の力を生成する段階と
を備える方法。
【請求項２２】
前記四重極レンズは、対角線上で対にされた第１の組のコイルおよび第２の組のコイルを含み、前記コイルはそれぞれ、前記四重極レンズのレンズ間隙近傍で、前記主軸に対して同一の方向に電流を供給するよう構成される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記四重極レンズは、第１の上方領域および第２の上方領域を含む上方部材と、第１の下方領域および第２の下方領域を含む下方部材とを有し、対角線上で対にされた前記第１の組のコイルおよび前記第２の組のコイルは、前記第１の組に前記第２の組に動力を与える電流とは異なる振幅を有する電流で動力が与えられると、前記上方部材の前記第１の上方領域と前記第２の上方領域との間および前記下方部材の前記第１の下方領域と前記第２の下方領域との間で電流振幅に段階的な変化が生じるよう、段階的な構成を有する請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、イオンビームに関する。本開示は、特に、注入システム内でのイオンリボンビームの回転に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビームラインイオン注入機は、ワークピースを処理するためのイオンビームを提供する。イオンビームは、スポットビームもしくはリボンビームであり、イオンビームの移動、ワークピースの移動、またはその両方の組み合わせによりワークピースの前面全体に分配される。スポットビームは、略円形もしくは楕円形の断面を有し、リボンビームは略長方形の断面を有する。
【０００３】
図１を参照すると、従来技術で知られるワークピース１１０を処理するためのリボンビーム１０４を提供するビームラインイオン注入機１００の平面図が示されている。ビームライン注入機１００は、イオン源１０２、引き出し電極アセンブリ１２２、四重極レンズ１２４、当業者には周知のその他のビームライン構成要素（不図示）、および、リボンビーム１０４により処理すべきワークピース１１０を支持するプラテン１１２を有する最終ステーション１２６を備える。最終ステーション１２６は、当業者には周知の更なる構成要素も有している。たとえば、最終ステーション１２６は、通常、自動ワークピース取り扱い装置を有する。イオンビームが通過する全経路は、イオン注入の際、排気されている。ビームラインイオン注入機１００は、多様なサブシステムおよびその構成要素を制御するためのコントローラー（不図示）を備えても良い。従来のビームラインイオン注入機１００の動作を記載する前に、リボンビーム１０４の中心軌跡によってＺ軸が規定されるデカルト座標系を定義すると便利である。Ｘ軸およびＹ軸により規定されるＸ−Ｙ平面は、図１の座標系に示されるようにＺ軸に直交しており、Ｘはリボンビームの大きい方の寸法に沿い、Ｙは小さい方の寸法に沿う。
【０００４】
動作時には、イオン源１０２のイオン源チャンバーで、導入されたフィードガスを励起することによりプラズマを形成する。引き出し電極アセンブリ１２２は、イオン源チャンバーの細長引き出し開口に隣接して位置付けられ、そこから明確に定められたリボンビーム１０４へとイオンを引き出すべく付勢される。この例では、リボンビーム１０４は、Ｘ方向に幅（Ｗ）を、Ｙ方向に高さ（Ｈ）を有する。四重極レンズ１２４は、リボンビーム１０４が通過する間隙に四重極磁場を生成して、水平面（Ｘ−Ｚ平面）でイオンビーム１０４の幅を拡大し、垂直面（Ｙ−Ｚ平面）でイオンビームの高さを狭める力を働かせる。
【０００５】
図２は、従来の四重極レンズ１２４のより詳細な斜視図であり、図３は、Ｚ方向もしくはリボンビーム１０４の進行方向下流から見た同四重極レンズ１２４の端面図である。四重極レンズ１２４は、上方磁心部材３０２と、リボンビーム１０４が通過することができる間隙３０６を形成するよう離間された下方磁心部材３０４とを有する。複数のコイルが上方および下方磁心部材３０２および３０４に沿って巻き付けられている。左側バッキングコイル３２０、中央コイル３２２、および右側バッキングコイル３２４が上方磁心部材３０２に巻き付けられている。同様に、左側バッキングコイル３２６、中央コイル３２８、および右側バッキングコイル３３０が下方磁心部材３０４に巻き付けられている。バッキングコイルにより磁気回路内の循環磁束がゼロに維持されることで、飽和が回避され、長距離双極子場（ｌｏｎｇ  ｒａｎｇｅ  ｄｉｐｏｌｅ  ｆｉｅｌｄ）が、それが望まれないその他の領域に広がるのが防止される。コイル内の電流フローの方向は、図２において矢印で示されており、図３の符号３４０および３４２により示されている。間隙３０６近傍の境界条件によって、水平面（Ｘ−Ｚ平面）でリボンビーム１０４の幅を拡大し、垂直面（Ｙ−Ｚ平面）でリボンビーム１０４の高さを狭めることで以降のビームラインに所望のアスペクト比を与える四重極場が提供される。リボンビーム１０４近傍の中央コイル３２２および３２８の部分３７０および３７２における電流フローの方向は、リボンビームの進行方向下流からの図３の視点で見ると紙面から出る方向である。
【０００６】
リボンビーム１０４は、ワークピース１１０に衝突する前に、四重極レンズ１２４の下流に設置されるその他のビームライン構成要素（不図示）、たとえば、少しだけ具体名を挙げてみると、質量分析器、角度修正器、および減速レンズにより操作されてよい。プラテン１１２に支持されたワークピース１１０の前面によってワークピース平面１１８が規定される。ワークピース１１０としては、半導体ウェハ、フラットパネル、太陽電池パネル、および高分子基材が挙げられるが、これらに限定されない。ワークピース平面１１８のリボンビーム１０４は、ワークピース１１０以上の幅（Ｗ）を有する。プラテン１１２によって、ワークピースはリボンビーム１０４の長手寸法に直交する方向（たとえば、Ｙ方向）に駆動され、リボンビームがワークピース１１０の全体に分配されるようになる。
【０００７】
あいにく、リボンビームの生成の際、機械的な許容誤差および電場もしくは磁場のその他の制御されない変化によって、イオンビームがビームラインに沿って進行するとき、もしくはワークピースに衝突するときのイオンビームのプロファイルに望ましくない変化が発生することが多い。これらの変化の１つを、本明細書ではビームの「回転（ｒｏｌｌ）」、つまり、ビームの主軸（すなわちＺ軸）を中心とした回転と呼ぶ。たとえば、図４は、ワークピース平面１１８におけるリボンビーム１０４の断面図を示す。当業者であれば、リボンビームの断面形状が、図４に示すものに似た全体的に非標準的な（ｉｒｒｅｇｕｌａｒ）形状であることを認めるであろう。図４のリボンビーム１０４はＺ軸を中心に回転しており、リボンビーム１０４の左側は矢印４０２に示すように上方に回転し、右側は矢印４０４に示すように下方に回転している。図５は、実際の４００ｅＶボロンイオンビームの望ましくない回転ずれ（ｒｏｌｌ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）の別の例を示すリボンビームの２次元プロファイルである。図４と同様に、図５のリボンビームは、リボンビームの左側で上方に回転し、リボンビームの右側で下方に回転している。その他の望ましくない回転ずれが反対の方向にも生じることがあり、リボンの左側が下方に回転し、右側が上方に回転する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような回転ずれの欠点としては、リボンビームのいろいろな部分がビームラインイオン注入機の様々な部分に間違ってぶつかってしまうことでビームラインを下る伝送量が減少することが挙げられる。さらに、リボンビームがウェハに衝突する入射角度の制御が上手くいかなくなることも生じうる。したがって、本技術分野では、上記の欠点および短所を克服する装置および方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一実施形態では、主軸を有するイオンビームを操作するべく四重極レンズが使用される。四重極レンズは、自身の異なる領域に主に配置され、互いに独立して第１の電流および第２の電流をそれぞれ伝達するよう構成された第１のコイルおよび第２のコイルを有する上方部材を備える。レンズは、第１のコイルおよび第２のコイルに対向して主に配置され、互いに独立して第３の電流および第４の電流をそれぞれ伝達するよう構成された第３のコイルおよび第４のコイルを有する下方部材をさらに備える。四重極レンズは、上方部材と下方部材との間に規定され、イオンビームを伝達するよう構成されたレンズ間隙をさらに備え、第１の電流から第４の電流によって、イオンビームにその主軸を中心とした回転力を働かせる４５度四重極場が生成される。
【００１０】
別の実施形態では、四重極レンズを使用するイオン注入システムにおいてイオンビームを制御する方法は、所望の平面に対して第１の方向の、イオンビームの、その主軸を中心とした回転を検出する段階と、第１の方向とは逆の第２の方向にイオンビームを回転させる、所望の平面に直交する一組の力を生成する段階とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示をより良く理解できるようにするべく、本明細書に参照として組み込む添付の図面に言及がなされる。
【図１】従来技術に係るビームラインイオン注入機の平面図である。
【図２】図１の従来技術に係る四重極レンズの斜視図である。
【図３】図２の四重極レンズの概略端面図である。
【図４】回転ずれを示す図１のリボンビームの断面図である。
【図５】回転ずれを生じたリボンビームの２次元プロファイルを示す、実際のリボンビームの断面図である。
【図６】本開示の実施形態に係るレンズを有するビームラインイオン注入機の平面図である。
【図７Ａ】回転ずれを生じたリボンビームの断面図である。
【図７Ｂ】回転ずれがない理想的なリボンビームの断面図である。
【図８】本開示の実施形態に一致する模範的レンズにおける電流、磁場、および力の空間的配置を示す断面図である。
【図９】本開示の実施形態に一致するレンズの別の実施形態の図である。
【図１０】図９に一致するレンズの図形的表示（ｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）である。
【図１１】図８および図９の実施形態のビームのシミュレーション結果を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して以下により詳細に記載する。しかし、本発明は、多様な形態で実施してよく、本明細書に記載する実施形態に限定されると解釈されるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ徹底したものとなり、当業者に発明の範囲が十分に伝わるようにするべく提供されるものである。図面では、一貫して、同様の参照番号により同様の要素を表す。
【００１３】
図６は、本発明の実施形態に係るレンズ６０７を備えるビームラインイオン注入機６００の平面図である。図１に類似するイオン注入機６００のその他の構成要素には、同様な符号を与えているので、繰り返しとなる記載は本明細書では省く。一般的に、レンズ６０７は、リボンビームの所望の平面に直交する力を提供して、意図せぬ回転ずれを改善させる。たとえば、図７Ａは、意図せぬ回転ずれを受けた図５と類似のリボンビームの（ワークピース平面１１８における）断面図を示す。回転ずれにより、リボンビームの面ｐは、図示のＸ−Ｚ平面に対して僅かに回転しており、図３に示すように四重極レンズの開口内に平面が規定される。このような回転ずれは、当該技術分野で知られている２次元ビームプロファイル装置（不図示）により検出することができる。一例では、レンズの上流に位置する角度付き遮蔽体（ａｎｇｌｅｄ  ｓｈｉｅｌｄ）は、リボンビームの全体を駆動されて、駆動されつつリボンビームの一部を遮断するビームセンサーのアレイを含む。センサーアレイからの信号を分析することにより、リボンビームの２次元プロファイルを取得することができる。次に、２次元プロファイル等の情報は、レンズ６０７等の四重極レンズを調整するための適切な信号を送ることができるイオン注入システムのプロセッサーおよび／またはコントローラーに送られる。以下にさらに記載するように、信号をレンズに接続された電源に送って、レンズの動作を制御する適切な電流が提供されるようにしてよい。
【００１４】
図７Ａの検出された回転ずれを修正するべく、レンズ６０７は、リボンビームの所望の平面、たとえば、図７Ａの例におけるＸ−Ｚ平面に直交する力（Ｆ１）および（Ｆ２）を提供するよう構成されている。力（Ｆ１）および（Ｆ２）により、本例では左にリボンビームは回転し、結果としてワークピース平面でのリボンビームは、理想的な配置に近づき、図７Ｂに示すように面ｐはＸ−Ｚ平面に平行な配置となる。力（Ｆ１）および（Ｆ２）の方向を反対にして、逆の種類の回転ずれを修正するべくリボンビームが右に回転するようにしてもよい。図７Ｂの例では、リボンビームの長手寸法もしくは幅（Ｗ）は、Ｘ軸に沿っている。リボンビームの幅（Ｗ）の理想的位置は、任意の方向にあってよいことは当業者には理解されるであろう。たとえば、リボンビームの長手寸法はＹ軸に沿っていてよく、対応してレンズ６０７を、Ｙ−Ｚ平面に直交する力（Ｆ１）および（Ｆ２）を提供するように設置し直してよい。
【００１５】
図６の実施形態では、レンズ６０７は、引き出し電極アセンブリ１２２からリボンビーム１０４の進行方向においてすぐ下流に設置されている。この位置では、レンズ６０７は、引き出し直後の意図せぬ回転ずれを修正して、リボンビームと下流にあるいずれかの構成要素との衝突を最小限にすることができる。または、レンズ６０７は、その他の事項を考慮して、ビームラインに沿ったその他の位置に設置してよい。
【００１６】
図８ａから８ｅを参照すると、レンズ６０７の一実施形態が示されており、先に詳述したレンズ１２４等の従来の四重極レンズが変更されて、同じく意図せぬ回転ずれを修正するようになっている。図８ａから８ｅの図に示される領域は、全般的に、単一もしくは複数のコイルにより実施してよい電流フローの空間的分布を示す。したがって、部分８０８等の部分は、代替的に領域もしくはコイルと呼んでもよい。いずれにせよ、図８ａから８ｅに示す部分は、レンズ間隙３０６近傍の領域だけを示し、コイル全体を示すのではないことに注意されたい。
【００１７】
図８ａから８ｅに示される図は、リボンビーム１０４の進行方向下流からの視点が提示されている点で図３と類似している。図示を明確にするべく、間隙３０６近傍の中央コイルの部分だけが示されている（バッキングコイルおよび対応する上方および下方の磁心部材は示されていない）。図８ａは、図３で先に詳述したように、リボンビーム近傍の中央コイルの部分３７０および３７２における電流の方向を示す。対応する直交四重極磁場によって、図８ｂに示すようにリボンビーム１０４の左端および右端に外側方向の力を作用させる力（Ｆ３）および（Ｆ４）が生成される。本実施形態によると、レンズ６０７は、力Ｆ３およびＦ４が図３の従来のレンズ１２４により生成される力と同程度となる電流を伝達するよう構成してよい。
【００１８】
さらに、本実施形態では、レンズ６０７は、リボンビームの回転ずれを打ち消す傾向のある電流を生成するよう構成されている。図８ｃは、リボンビーム近傍に位置するさらなる回転ずれ電流フローを示す。図（ａ）と類似して、左上方部８０８には紙面に向かう方向の電流フローが存在し、右上方部８１０には紙面から出る方向の電流フローが存在する。左下方部８１２には紙面から出る方向の電流フローが存在し、右下方部８１４には紙面に向かう方向の電流フローが存在する。図８ｃに示す電流フローの分布には、間隙３０６に、主軸を中心として４５度回転した四重極磁場（本明細書では、「４５度四重極場」もしくは「４５度四重極磁場」とも呼ばれる）を生成する作用がある。図８ｄは、リボンビーム１０４が間隙３０６を通過するとき、４５度四重極磁場の磁力線により生成される力（Ｆ５）および（Ｆ６）を示す。力Ｆ５およびＦ６は、リボンビーム１０４の所望のＸ−Ｚ平面に直交し、リボンビームの左側が下方に回転し、右側が上方に回転した状態の回転ずれを修正するべく作用する。逆方向の回転ずれを修正するべく、力（Ｆ５）および（Ｆ６）の方向は、部分８０８、８１０、８１２、および８１４における電流フローの方向を制御することにより逆にしてよい。
【００１９】
図８ｅは、図８ａおよび８ｃの電流を重畳したものを示す。本発明によると、図８ａおよび８ｃに示す電流は、１組のコイル巻線に存在しうる。発明の模範的実施形態では、４５度四重極磁場の強度は約０．１ジオプター、つまり、約０．０５ジオプターから約０．２ジオプターであり、直交四重極磁場の強度は約２ジオプター、つまり約１から４ジオプターである。リボンビームの回転修正に通常必要とされる強度は約０．１ジオプターであり、通常の直交四極子（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅｓ）の強度は約２ジオプターであるので、図８ｃおよび８ｄに示す場を生成するべくコイルで使用される電流の振幅は、通常、図８ａおよび８ｂの電流を生成するコイルに使用される電流の振幅の約１０％でしかない。したがって、図８ａの電流レベルと比較して、図８ｅに示すように図８ａおよび８ｃの電流を重畳することによって、図８ａの電流から図８ｃの電流が有効に引かれることで、左上方部８２０および右下方部８２６に、紙面から出る方向に僅かに小さくなった電流が発生する。さらに、重畳によって図８ａの電流に図８ｃの電流が有効に加わることで、右上方部８２２および左下方部８２４に、紙面から出る方向に僅かに大きくなった電流が発生する。
【００２０】
したがって、レンズ６０７は、対角線上に対置された一方の組の部分８２２および８２４では、対角線上に対置された他方の組の部分８２０および８２６でよりも僅かに大きくなる正味電流を、レンズ間隙３０６の上方および下方の境界近傍に紙面から出る方向に発生させる１組のコイルにより実施してよい。一例では、図８ｅの電流の空間的構成は、部分３７０および３７２並びに８０８から８１４にそれぞれ対応する領域にそれぞれが配置された６つの別々のコイルにより生成してよい。本例では、図８ａの比較的大きい方の直交四重極場を生成するコイル（部分３７０および３７２に対応）は、上方および下方の磁心に沿って、比較的小さい方の４５度四重極場を生成するコイル（部分８０８から８１４に対応）と空間的に重なってよい。別の例では、図８ｅの電流の空間的構成は、部分８０８から８１４にそれぞれ対応する領域にそれぞれが配置された４つの別々のコイルにより生成してよい。
【００２１】
したがって、図８ｅの発明の構成の特質は、レンズ間隙近傍のコイル領域での正味電流フローが、上方および下方の部材の全領域で同一方向であることである。これは、領域８２０から８２６が各領域内に単一のコイルを有するか、複数のコイルを有するかに拘らず、当てはまる。単一コイル領域である場合は、各コイルの電流は、図８ｅに示すように、レンズ間隙近傍において同一方向に流れる。ある領域、たとえば領域８２０が複数のコイルを有する場合は、複数のコイルは、図８ａおよび８ｃに示すように反対の方向に流れる電流（領域もしくはコイル８０８を領域もしくはコイル３７０に比較のこと）を提供するよう構成してよい。正味電流は、一方のコイルにおける電流振幅が他方のコイルにおける電流振幅よりも大きいので生じる。さらに、図８ｅの実施形態によると、正味電流フローの方向は、反対し合う電流フローが存在する領域（たとえば、領域８２０）と、平行な電流フローが存在する領域（たとえば、領域８２２のコイル３７０および８１０を参照）とで同一である。
【００２２】
本発明によると、イオン注入等のイオンビーム処理の間、２次元ビームプロファイル装置を用いて、左側への回転等の意図せぬ回転ずれを検知する。応答して、コントローラー（不図示）は、図８ａおよび８ｃのコイルに電流を供給する電源を制御して、図８ｅに示すように２組の電流を所望の通りに重畳し、それにより力（Ｆ３）、（Ｆ４）、（Ｆ５）、および（Ｆ６）を正しい大きさおよび方向にして、力（Ｆ３）および（Ｆ４）を用いてリボンビームを拡大し、より重要なことには、意図せぬ回転ずれを力（Ｆ５）および（Ｆ６）を用いて修正する。力（Ｆ５）および（Ｆ６）の方向は、図８ｃの回転ずれ修正コイルの電流フローの方向を制御することにより制御してよい。力（Ｆ５）および（Ｆ６）の大きさは、部分３７０および３７２に対応する中央コイルに供給される電流の振幅の、部分８０８から８１４に対応する回転ずれ修正コイルの電流の振幅に対する比を制御することにより制御してよい。
【００２３】
図９は、本発明の実施形態に一致するレンズ９０７の別の実施形態の端面図である。図８ｃから８ｅの急激な構成（ａｂｒｕｐｔ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）とは対照的に、図９のコイル構成は、段階的な構成（ｇｒａｄｅｄ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有する。本明細書で用いる「段階的な構成」という文言は、一般的に、磁心軸に平行な方向の単位長当たりのコイルの電流振幅が、磁心軸の長さに沿って変化するようなコイル（磁心に巻き付けられている）の構成をさす。段階的な構成の一例では、磁心軸に沿った方向の単位長当たりのコイルの巻線の量（巻線密度）が、磁心に沿った位置の関数として変化する。段階的な構成では、以下にさらに記載するように、単位長当たりの巻線の量は、右から左へ、または逆方向へ、単調に減少してよく、巻線はレンズの中心線を越えて延伸してよい。
【００２４】
図８ｃを参照すると、レンズの垂直方向中心線８３３（およびビームの中心）における電流の急激な変化と比較して、コイルが段階的な構成を有する図９に示す発明の実施形態では、中心線９２０の左から右へと進む位置の関数として、より段階的な電流の変化が生成される。この段階的な電流変化は、レンズ電流を生成するべく使用されるコイルの様々な部分で、可変数の巻き（ｔｕｒｎｓ）を用いることで生成される。レンズ９０７の上方部材は、左上方コイル９１０および右上方コイル９１２を有し、レンズ９０７の下方部材は、左下方コイル９１４および右下方コイル９１６を有する。
【００２５】
注目すべきことに、図９に概略的に示すように、コイル９１０から９１６のそれぞれは、レンズ９０７の中心線を越えている。たとえば、図９の視点からは、コイル９１０は、大部分は上方部材９２２の左側部分において磁心３０２の周りに配置されているが、上方部材の右側部分にも延伸している。しかし、薄い方の影付き領域（ｓｍａｌｌｅｒ  ｓｈａｄｅｄ  ａｒｅａ）に示されるように、コイル９１０の巻き数は、左側部分９１０ａに比べて右側部分９１０ｂで著しく少ない。コイル９１０の巻き数（つまり、方向Ｌに沿った単位長当たりの巻き数）は、図９に示唆されるように、左上方領域および右上方領域の両方で、右から左に減少してよい。図９にさらに示すように、コイル９１２は、コイル９１０と同様に、しかし逆方向に段階化してよい。言い換えると、コイル９１２も中心線９２０を越えているが、巻き数（単位長当たりの数）は、Ｌに沿って左から右に位置の関数として増加する。下方磁心３０４に配置されるコイル９１４および９１６は、コイル９１０および９１２と同様に段階化してよい。
【００２６】
一実施形態では、バッキングコイル領域のフィンは取り除き、中央部分のフィン９０４は残してよい。余分なスペース（ｅｘｔｒａ  ｓｐａｃｅ）は、バッキングコイル（不図示）に、段階化された四重極コイルと同数の巻き（ｔｕｒｎｓ）を維持するべく用いてよい。別の実施形態では、図９に示すように、コイル９１０から９１６が配置される領域を、周知のレンズに比べて、たとえば、フィンの間隔を維持したまま中心から数えてフィンを６つ含む領域にまで長くしてよい（図３の従来のレンズ１２４のフィンが５つの構成を参照）。
【００２７】
本発明によると、レンズ９０７によって、直交四重極場および４５度四重極場の両方が別々に調整される。図９にさらに示すように、濃い巻線（ｄａｒｋ  ｗｉｎｄｉｎｇｓ）、つまりコイル９１２および９１４を１つの電源（Ｑ１Ｌ）により駆動し、薄い巻線（ｌｉｇｈｔ  ｗｉｎｄｉｎｇｓ）、つまりコイル９１０および９１６を別の電源（Ｑ１Ｒ）により駆動してよい。両方の電源を一緒に調整することにより、直交四極子（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）の強度を調整することができる。両方の電源（Ｑ１Ｌ）および（Ｑ１Ｒ）により供給される電流の比を調整することにより、ビーム１０４の回転ずれが修正されるように４５度四重極場を変化させることができる。
【００２８】
図１０は、直交四極子および回転四極子の重畳効果を生成することができる、図９と一致するレンズ１００７の別の図示である。図１０では、バッキングコイルの図示は省かれている。レンズ９０７と同様に、レンズ１００７には、一連の段階化コイル１０１０、１０１２、１０１４、および１０１６が設けられており、レンズ１００７の４分の１の領域にぞれぞれの大部分が配置されている。しかし、コイル９１０から９１６と同様に、コイル１０１０から１０１６のそれぞれの巻線は、中心線１０２０を越えている。左上方コイル１０１０および右下方コイル１０１６は、電源Ｑ１Ｌにより動力を与えられ、右上方コイル１０１２および左下方コイル１０１４は電源Ｑ１Ｒにより動力を与えられる。
【００２９】
電源Ｑ１Ｒでなく電源Ｑ１Ｌにより供給される別の電流により動作する場合、レンズ１００７は、リボンビーム１０４の所望の平面（たとえば、Ｘ−Ｚ平面）に直角な力を誘導する４５度四重極場を生成し、したがって、意図せぬ回転ずれを修正することができる。レンズ１００７は、主に図８ａから８ｅを参照して先に記載したように動作することによって、直交四重極場を生成するよう構成してもよい。したがって、一例では、コイル１０１０から１０１６のそれぞれは、イオンビーム近傍の領域で紙面から出る方向の電流を伝達してよく、コイル８１２および８１４に動力を与えるＱ１Ｒからの電流は、Ｑ１Ｌにより動力を与えられるコイル８１０および８１６により伝達される電流より僅かに大きい。
【００３０】
段階化コイル構成によると、レンズ１００７の左側と右側との間で電流密度が段階的に変化し、中心線１０２０で電流密度が急激に変化しない。これにより、以下に図１１を参照して詳述するように、より線形なビーム変位挙動が得られる。
【００３１】
本発明の四重極レンズの段階的な構成（図９および図１０）および急激な構成（図８ｃから８ｅ）の両方に共通する特性は、レンズ間隙近傍の電流密度（振幅）を、レンズ間隙において上方部分と下方部分との間に存在し、それらの軸に平行なレンズ中央平面Ｍ（図９参照）に関して非対称にすることができることである。たとえば、図８ｅのレンズの実施形態では、対向する上方部分８２０と下方部分８２４との間と、上方部分８２２と下方部分８２６との間とに、電流の正味の差が存在する。方向Ｌ１に沿った水平位置（ｌａｔｅｒａｌ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）Ｐ１およびＰ２では、電流密度は上方部分８２０より下方部分８２４で高く、水平位置Ｐ３およびＰ４では、電流密度は上方部分８２２より下方部分８２６で低い。方向Ｌ１に沿った異なる位置において上方部分と下方部分との間で電流密度に正味の差があることで、イオンビーム１０４の平面に対して直角の力、たとえばＦ５およびＦ６を生成する回転した四重極場の形成が可能になり、これによって通過するビーム１０４が回転し、回転ずれを修正することが可能になる。
【００３２】
さらに、本発明は、回転した四重極場が対称に生成されるようにする手段を提供する。上記の上方−下方非対称に加えて、本発明の実施形態は、電流の対角線上対称（つまり、主にイオンビームの主軸を中心とした１８０度回転対称）を提供して、均一に分布した回転場を生成する。特に、対角線上に対置された２対のコイル（たとえば、コイル対８０８および８１４並びに８１０および８１２を参照）のそれぞれには共通の電源から電流を供給してよい。さらに、各コイルを同様に設計してよい。したがって、共通の電源により動力を与えられる場合、第１の対角線上対の第１のコイルの電流分布は、同対の他方のコイルの電流分布に整合される。同じく、第２の対角線上対の第１のコイルの電流分布は、同対の他方のコイルの電流分布に整合される。これによって、四重極レンズの上方部材に沿って左から右の電流分布が、四重極レンズの下方部材に沿って右から左の電流分布に整合されるよう促され、対称的に回転した四重極場が生成される。したがって、対称的に回転した四重極場からの力が通過するイオンビーム１０４に作用し、ビームの形状がその幅にわたって一次に維持される均一な回転が生成される。
【００３３】
図１１は、図８の実施形態を図９に比較したシミュレーション結果を示すチャートである。四角形１１０２は、レンズの右側部分と左側部分との間で電流密度に急激な段階を有する図８の設計の結果を示し、点１１０４は、図９に示すように、リボンビームの幅にわたって右側部分と左側部分との間で、Ｑ１Ｒの巻き数が上方に直線的に変化する一方で、電源Ｑ１Ｌの巻き数が下方に直線的に変化する図９の段階的コイルの実施形態の出力を示す。両方の実施形態とも回転ずれ修正に効果的であるが、点１１０４のプロットは、段階的コイルの実施形態からは、比較的より線形な変位挙動が得られることを示している。
【００３４】
したがって、リボンビームの上下で逆方向に電流成分が進行するレンズ構成が提供され、リボンビームの所望の平面に対して直角の力の形成が可能になる。上方で左から右にかけての、同じく下方で右から左にかけての全電流密度を変化させることによって、リボンビームは、端部は意図せぬ回転ずれに所望の修正を加えるべく回転するが、その平均的方向は変化しない。さらに、単一のレンズ要素内に２つの独立的に調整可能な四極子が設けられている。つまり、結果として得られる四極子の主角度を制御するための電気的手段が、合計すると結果として得られる四極子になる２つの独立的に調整可能な四極子を設けることにより提供され、主角度は２つの独立的に調整可能な四極子の比にしたがって変化する。さらに、リボンビームに対する修正の線形性が、レンズの並んだコイルの水平位置の関数として巻き数を調整することにより最適化されるようにする設計が提供されている。意図せぬ回転ずれの修正は、ビームラインにおける開口および部材に対するリボンビームの配置を容易にするための調整手順（ｔｕｎｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）時に行ってよい。垂直方向注入角度がウェハ幅にわたって不均一になることも減らすことが可能である。
【００３５】
本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されない。事実、本明細書に記載したものに加えて、本開示のその他の多様な実施形態および本開示に対する変更が、当業者には上記の記載および添付の図面から明らかになるであろう。したがって、そのようなその他の実施形態および変更は、本開示の範囲に包含されることが意図されている。さらに、本開示は、本明細書において、特定の目的に対する特定の環境における特定の実施形態を背景として記載されているが、その有用性は、それに限られず、本開示は、任意の数の目的に対する任意の数の環境で有益に実施されうることは当業者には理解されるであろう。したがって、以下に提示する特許請求の範囲は、本明細書に記載された本開示の全範囲および趣旨にかんがみて解釈されるべきである。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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