(57)【要約】  ビーム通路の側壁への電子損失を抑制するためのイオン注入システム及びそれに関連するビーム閉込装置が開示される。このシステム及び装置は、側壁から離れるように電子を反発する静電界を発生するための負にバイアスされた導電部材、及び、通路のイオンビームから離れた領域に静電界を局在化し、それによって、イオンビームに対する有害な影響を回避又は軽減するための、側壁とイオンビームとの間の接地された導電部材を含む。イオンビーム輸送通路の側壁の電子損失を抑制するたもえの方法も開示される。この方法は、側壁から離れるように電子を反発するために、通路内に静電界を発生させるステップと、イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、側壁から電子を反発するために、通路のイオンビームから離れた領域に静電界を局在化するステップを含む。
2008541396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経路に沿ってイオンビームが発生するように構成されたイオン源と、
前記経路から離れた内面を有し、かつ、前記経路に沿って前記イオンビームが輸送される通路を形成する少なくとも１つの側壁を含み、前記イオン源の下流に配置されたビームライン・アセンブリーと、
前記経路に沿って前記ビームライン・アセンブリーの下流に配置され、前記経路に沿って前記イオン源から前記イオンビームを受け入れた前記ビームライン・アセンブリーが、所望の電荷対質量比を有するイオンを前記経路に沿って導き、前記イオンビームを用いたイオン注入のために前記経路に沿ってウエハを支持するように構成されたエンドステーションと、
前記経路の少なくとも一部に沿って、前記側壁への電子損失を抑制するビーム保持装置と、を含み、
前記ビーム保持装置は、
前記通路の少なくとも一部に沿って延在し、前記側壁の前記内面と前記イオンビームとの間の、前記内面から離れて前記イオンビームに向かって内方の前記イオンビームから離れた位置に配置された第１導電部材と、
前記通路の前記第１導電部材と前記イオンビームとの間の部分に配置され、前記第１導電部材の少なくとも第１部分を覆うように近接し、かつ、前記第１導電部材の少なくとも第２部分を前記イオンビームに対して露出させる第２導電部材と、
前記第１及び第２導電部材の一方に結合し、前記第１及び第２導電部材の一方に第１電圧を印加して前記通路内に静電界を発生させる電源と、を含んでおり、
前記第１及び第２導電部材の他方は、前記静電界を前記通路の前記イオンビームから離れた領域に実質的に局在化し、前記イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、前記側壁から離れるように前記電子を反発するために、前記第１電圧よりも大きな第２電圧に保持されることを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ビームライン・アセンブリーは、前記イオン源から前記イオンビームを受け入れて、前記所望の電荷対質量比を有するイオンを前記経路に沿って前記エンドステーションへ導くように構成された質量分析装置を含み、前記第１及び第２導電部材は、前記質量分析装置内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ビームライン・アセンブリーは、前記イオン源から前記イオンビームを受け入れて、前記所望の電荷対質量比を有するイオンを前記経路に沿って前記エンドステーションへ導くように構成された質量分析装置を含み、前記第１及び第１導電部材は、前記質量分析装置の下流に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ビームライン・アセンブリーは、更に、前記質量分析装置の下流に分解装置を含み、前記第１及び第２導電部材は、前記分解装置内に配置されることを特徴とする請求項４に記載のシステム
【請求項６】
前記第１及び第２導電部材の少なくとも一方は、グラファイトからなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記電源は前記第１導電部材に結合し、前記第１導電部材に前記第１電圧を印加して前記通路内に前記静電界を発生させ、前記第２導電部材は、前記静電界を前記通路の前記イオンビームから離れた領域に実質的に局在化するために、前記第２電圧に保持されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第１組と、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第２組とを有するメッシュ構造体からなり、前記第１組の導電ワイヤと前記第２組の導電ワイヤは互いに略直交し、前記少なくとも１つの開口部は、前記メッシュ構造体中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の略矩形の開口部からなることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の略円形の穴部からなり、前記穴部のそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の細長いスロットからなり、前記スロットのそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記スロットのそれぞれは、約５ｍｍの幅及び前記幅よりも大きな長さを有し、前記複数の細長いスロットは互いに略平行に配置され、隣接する前記スロットは、互いに約５０ｍｍ以上隔てて配置されることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電源は前記第２導電部材に結合し、前記第２導電部材に前記第１電圧を印加して前記通路内に前記静電界を発生させ、前記第１導電部材は、前記静電界を前記通路の前記イオンビームから離れた領域に実質的に局在化するために、前記第２電圧に保持されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第１組と、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第２組とを有するメッシュ構造体からなり、前記第１組の導電ワイヤと前記第２組の導電ワイヤは互いに略直交し、前記少なくとも１つの開口部は、前記メッシュ構造体中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の略矩形の開口部からなることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤの組からなり、前記少なくとも１つの開口部は、前記組中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の間隙からなることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記導電ワイヤは、ワイヤ幅寸法を有し、前記導電ワイヤは、前記第１導電部材から１ワイヤ分の前記ワイヤ幅寸法程度又はそれよりも小さい距離を隔てて配置されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ワイヤ幅寸法は約１ｍｍであり、前記導電ワイヤは、前記第１導電部材から約１ｍｍ以下の距離を隔てて配置されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記イオンビームの位置における前記静電界は、約０．１Ｖ／ｃｍ又はそれよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１電圧は負電圧であり、前記第２電圧は接地電圧であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記イオンビームの位置における前記静電界は、前記第２導電部材付近の静電界と比較して、約２桁以上小さいことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記電源は、前記第１導電部材に結合し、前記第１導電部材に前記負電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２導電部材に結合する第２電源を更に含み、前記第２電源は、前記第２導電部材に正電圧を印加することを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの側壁は、接地されることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第１組と、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第２組とを有するメッシュ構造体からなり、前記第１組の導電ワイヤと前記第２組の導電ワイヤは互いに略直交し、前記少なくとも１つの開口部は、前記メッシュ構造体中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の略矩形の開口部からなることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の略円形の穴部からなり、前記穴部のそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の細長いスロットからなり、前記スロットのそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記スロットのそれぞれは、約５ｍｍの幅及び前記幅よりも大きな長さを有し、前記複数の細長いスロットは互いに略平行に配置され、隣接する前記スロットは、互いに約５０ｍｍ以上隔てて配置されることを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの側壁は、接地されることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第２導電部材は、接地されることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第２導電部材は、接地されることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項３３】
イオンビームが輸送される通路の側壁への電子損失を抑制するためのビーム閉込装置であって、
前記通路の少なくとも一部に沿って延在し、前記側壁の内面と前記イオンビームとの間の、前記内面から離れて前記イオンビームに向かって内方の前記イオンビームから離れた位置に配置された第１導電部材と、
前記通路の前記第１導電部材と前記イオンビームとの間の部分に配置され、前記第１導電部材の少なくとも第１部分を覆うように近接し、かつ、前記第１導電部材の少なくとも第２部分を前記イオンビームに対して露出させる第２導電部材と、を含み、
前記イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、前記側壁から離れるように前記電子を反発するために、前記第１及び第２導電部材の一方を、前記第１及び第２導電部材の他方に対して負にバイアスし、前記通路の前記イオンビームから離れた領域に実質的に局在化された静電界を発生させることを特徴とする装置。
【請求項３４】
前記負にバイアスされた導電部材に結合する電源を更に含み、前記電源は、前記負にバイアスされた導電部材に負電圧を印加して、前記通路内に前記静電界を発生させることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記第１及び第２の導電部材の少なくとも一方は、グラファイトからなることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記第１導電部材は、負にバイアスされて前記通路内に前記静電界を発生させ、前記第２導電部材は、接地されて前記静電界を前記通路の前記イオンビームから離れた領域に実質的に局在化することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第１組と、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第２組とを有するメッシュ構造体からなり、前記第１組の導電ワイヤと前記第２組の導電ワイヤは互いに略直交し、前記少なくとも１つの開口部は、前記メッシュ構造体中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の略矩形の開口部からなることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の略円形の穴部からなり、前記穴部のそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の細長いスロットからなり、前記スロットのそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
前記スロットのそれぞれは、約５ｍｍの幅及び前記幅よりも大きな長さを有し、前記複数の細長いスロットは互いに略平行に配置され、隣接する前記スロットは、互いに約５０ｍｍ以上隔てて配置されることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記第２導電部材は、負にバイアスされて前記通路内に前記静電界を発生させ、前記第１導電部材は、接地されて前記静電界を前記通路の前記イオンビームから離れた領域に実質的に局在化することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項４３】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第１組と、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第２組とを有するメッシュ構造体からなり、前記第１組の導電ワイヤと前記第２組の導電ワイヤは互いに略直交し、前記少なくとも１つの開口部は、前記メッシュ構造体中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の略矩形の開口部からなることを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤの組からなり、前記少なくとも１つの開口部は、前記組中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の間隙からなることを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記導電ワイヤは、ワイヤ幅寸法を有し、前記導電ワイヤは、前記第１導電部材から１ワイヤ分の前記ワイヤ幅寸法程度又はそれよりも小さい距離を隔てて配置されることを特徴とする請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記ワイヤ幅寸法は約１ｍｍであり、前記導電ワイヤは、前記第１導電部材から約１ｍｍ以下の距離を隔てて配置されることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記イオンビームの位置における前記静電界は、前記第２導電部材付近の静電界と比較して、約２桁以上小さいことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項４９】
前記第１導電部材に結合する電源を含み、前記第１導電部材に負電圧を印加することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項５０】
前記第２導電部材に結合する第２電源を更に含み、前記第２電源は、前記第２導電部材に正電圧を印加することを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
少なくとも１つの前記側壁は、接地されることを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記第２導電部材は、前記第１導電部材の前記第２部分を前記イオンビームに対して露出させる少なくとも１つの開口部を含むことを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５３】
前記第２導電部材は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第１組と、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなる第２組とを有するメッシュ構造体からなり、前記第１組の導電ワイヤと前記第２組の導電ワイヤは互いに略直交し、前記少なくとも１つの開口部は、前記メッシュ構造体中の隣接する導電ワイヤの間の、複数の略矩形の開口部からなることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の略円形の穴部からなり、前記穴部のそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５５】
前記少なくとも１つの開口部は、前記第２導電部材を貫通する複数の細長いスロットからなり、前記スロットのそれぞれは、前記第１導電部材の一部を前記イオンビームに対して露出させることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５６】
前記スロットのそれぞれは、約５ｍｍの幅及び前記幅よりも大きな長さを有し、前記複数の細長いスロットは互いに略平行に配置され、隣接する前記スロットは、互いに約５０ｍｍ以上隔てて配置されることを特徴とする請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
少なくとも１つの前記側壁は、接地されることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５８】
前記第２導電部材は、接地されることを特徴とする請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記第２導電部材は、接地されることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項６０】
イオンビームが輸送される通路の側壁への電子損失を抑制するためのビーム閉込装置であって、
前記通路の少なくとも一部に沿って延在し、前記側壁の内面と前記イオンビームとの間の、前記内面から離れて前記イオンビームに向かって内方の前記イオンビームから離れた位置に配置され、前記側壁の前記内面の少なくとも第１部分を覆うように近接し、かつ、前記側壁の前記内面の少なくとも第２部分を前記イオンビームに対して露出させる導電部材を含み、
前記導電部材は、前記側壁とは異なる電圧でバイアスされていることを特徴とする装置。
【請求項６１】
前記導電部材は、前記側壁に対して負にバイアスされていることを特徴とする請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
イオンビームが輸送される通路の側壁への電子損失を抑制するための方法であって、
前記通路内に前記側壁から離れるように電子を反発する静電界を発生するステップと、
前記イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、前記側壁から離れるように前記電子を反発するために、前記通路の前記イオンビームから離れた領域に前記静電界を局在化するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項６３】
前記静電界を発生するステップは、前記イオンビームと前記側壁との間の導電部材を負にバイアスすることを含み、前記静電界を局在化するステップは、前記イオンビームと前記側壁との間の別の導電部材を接地することを含んでいる請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記静電界を局在化するステップは、前記イオンビームの位置における前記静電界を、前記バイアスされた導電部材付近の静電界と比較して、約２桁以上小さくなるように局在化することを含んでいる請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記静電界を局在化するステップは、前記イオンビームの位置における前記静電界を、前記バイアスされた導電部材付近の静電界と比較して、約２桁以上小さくなるように局在化することを含んでいる請求項６２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年５月１３日に出願され、「イオンビーム通路中の局在静電界を用いたイオンビーム保持のためのシステム及び方法」と題された米国特許仮出願第６０／４７０，００９号の優先権及び利益を主張するものである。
本発明は、一般的には、イオン注入システムに関し、より詳しくは、イオン注入システムにおける、局在静電界を用いたイオンビーム格納のための改善された方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造において、イオン注入は、半導体に不純物をドーピングするために使用される。イオンビーム注入装置又はイオンビーム注入システムは、集積回路の製造の間に、ドーピングによりｎ型またはｐ型の半導体材料を製造したり、又はパッシベーション層を形成することを目的として、イオンビームを用いてシリコンウエハを処理するために使用される。イオンビーム注入装置を半導体のドーピングに使用する場合、所望の半導体材料を製造するために選択されたイオン種が注入される。アンチモン、ヒ素、リン等のイオン源材料から発生するイオンを注入すると、「ｎ型」の不純物材料のウエハが生成され、一方、「ｐ型」の不純物材料のウエハを所望の場合には、ホウ素、ガリウム、インジウム等のイオン源材料から発生するイオンが注入される。
一般的なイオンビーム注入装置は、このようなイオン化可能な材料から正イオンを発生させるためのイオン源を有している。発生したイオンがイオン源から引き出され、イオンビームが形成されて、ビームライン・アセンブリー中の所定のビーム経路に沿って注入ステーション（エンドステーションと呼ばれる場合もある）に導かれる。イオンビーム注入装置は、イオン源とエンドステーションとの間に延在するビーム形成／整形構造体を含んでいる。この構造体は、イオンビームを維持するものであり、ビームがエンドステーション中の１つ又は複数のウエハ又は加工物に至る途中で通る、細長い内部空洞又は通路の境界を定めている。このイオンビーム輸送通路は、イオンが空気分子と衝突した結果として所定のビーム経路から逸れる確率を低減するために、通常、排気されている。
【０００３】
静電界や磁界によって軸方向及び横断方向の両方向にイオンが加速される度合は、イオンの電荷対質量比に依存する。イオン注入システムは、通常、ビームライン・アセンブリー中のイオン源の下流に質量分析装置を含んでおり、質量分析装置は、通路中のビーム経路を横切る双極子磁界を発生する質量分析磁石を有している。この双極子磁界は、通路のアーチ状の部分においてイオンビーム中の種々のイオンを偏向させるように機能し、それによって、異なる電荷対質量比を有効に分離する。所望の電荷対質量比と不要の電荷対質量比を選択的に分離するプロセスは、質量分析と呼ばれる。これによって、不要な分子量を有するイオンは、ビーム経路から離れた位置に偏向されるため、ウエハ上に到達するビームを非常に純度の高いものにすることが可能となり、所望の材料以外の材料の注入を回避することができる。
【０００４】
半導体ウエハへの高深度の注入のためには、通常、高エネルギーイオン注入が使用される。逆に、低深度のイオン注入のためには、通常、高電流、低エネルギーのイオンが使用される。特に、高電流、低エネルギーのイオンビームには、通常、高濃度の同種荷電（正）イオンが含まれている。このようなイオンは、相互斥力によって発散する性質を有しており、この空間電荷効果は、ビームのブローアップと呼ばれる場合もある。ビームのブローアップは、特に、高電流、低エネルギーの場合に問題となる。それは、ビーム中のイオンが高濃度（高電流ビーム）であることによりイオンの相互斥力が増大し、一方、イオンの伝播速度が低速（低エネルギービーム）であることにより、これらのイオンに相互斥力が作用する時間が高エネルギーの場合よりも増大するためである。空間電荷中性化（Space Charge Neutralization）は、ビームプラズマの供給及び／又は発生によって、イオン注入装置における空間電荷効果を低減する方法である。ビームプラズマは、中性粒子とともに正荷電粒子と負荷電粒子を含み、ビームが占める空間内での正荷電粒子と負荷電粒子の電荷密度が略等しいものである。例えば、ビームプラズマは、正荷電イオンビームが、バックグラウンドの残留ガス原子と相互作用し、それによって、ビーム輸送の間の電離衝突によりイオン−電子対が発生する際に発生する。その結果、イオンビームは、ビーム経路中のバックグラウンド残留ガスとの相互作用により部分的に中性化される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高エネルギーイオン注入の場合、イオンビームは、通常、残留ガス又はバックグランドガスとのビーム相互作用の副産物である弱電離プラズマを通じて伝播する。このプラズマは、通路中のビーム経路に沿って負電荷を有する電子を供給し、それによって、ビームを分散又はブローアップさせる横電界の大部分を消去することにより、イオンビームによって生ずる空間電荷を中性化する性質を有する。しかし、イオンビームのエネルギーが低い場合、バックグランドガスとの電離衝突の確率は非常に低い。また、質量分析装置の双極子磁界中では、磁力線を横切るようなプラズマの拡散は大幅に低減する一方、磁界の方向に沿った拡散には制限がない。したがって、質量分析装置内での低エネルギーイオンビームの保持を改善するために追加のプラズマを導入することは、導入されたプラズマが双極子磁界の磁力線に沿って通路の側壁へと流れてしまうため、殆ど効果がない。更に、低エネルギーイオン注入システムは、通常、ビームライン・アセンブリーに沿った側壁への電子の吸収損失という問題を有しており、これによって、空間電荷中性化のために使用可能な電子数が低減する。このように、空間電荷中性化の改善を達成するには、ビーム通路中への低エネルギー電子の導入と、電子の側壁への離脱又は吸収の可能性及びその数の低減の両方を達成する必要がある。したがって、特に、高電流、低エネルギーのイオンビームに使用するために、イオンビーム保持を改善し、それによって、電子損失を軽減して空間電荷中性化を改善し、ビームのブローアップを防止又は低減することが可能な、改善されたイオン注入システム及び装置に対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の記載は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解のために、本発明の簡単な要約を呈示するものである。この要約は、本発明の全範囲に亘る概要ではない。また、この要約は、本発明の主要なまたは決定的な概念を明示するものでも、本発明の範囲を定めるものでもなく、後述するより詳細な説明の導入として、本発明のいくつかの概念を簡単に呈示することを目的とするものである。
【０００７】
本発明は、改善されたイオン注入システム及びイオン注入システムのためのビーム保持装置、並びに、注入用のイオンビームの通路に沿った輸送における改善されたビーム保持の方法に関する。本発明によれば、局在化された電界を使用して空間電荷中性化を促進することによって、通路の１つ又は複数の側壁への中性化電子の損失が低減する。改善された空間電荷中性化により、エンドステーションに向けてシステムを通過する間に、イオンビームのブローアップが生じるおそれが低減する。本発明は、任意のタイプのイオン注入システム、特に、低エネルギーイオン注入への応用において有用なものである。
【０００８】
本発明の１つの態様により、イオン注入システム及びイオン注入システムのためのビーム保持装置が提供される。このビーム保持装置は、例えば質量分析装置内又は質量分析装置の下流といった、ビームライン・アセンブリー通路内に配置されるものであってもよい。ビーム保持装置は、ビーム経路の少なくとも一部に沿った通路の側壁への電子損失を抑制する。ビーム保持装置は、第１電圧に保持される導電構造体又は部材を含み、第１電圧は、側壁から離れるように電子を反発するために十分な強さを有する静電界を発生させるものである。又、ビーム保持装置は、側壁とイオンビームとの間に第２電圧に保持される別の導電構造体又は部材を含み、第２電圧は、イオンビームに対する有害な影響を回避又は軽減するために、通路のイオンビームから離れた領域に電界を局在化させるものである。
【０００９】
本発明の一実施形態において、ビーム保持装置は、側壁の内面とイオンビームとの間の、内面から離れてイオンビームに向かって内方のイオンビームから離れた位置に配置された第１導電部材を含む。通路の第１導電部材とイオンビームとの間の部分には第２導電部材が配置され、この第２導電部材は、第１導電部材の１つ又は複数の部分を覆い、かつ、他の部分をイオンビームに対して露出させるものである。第１及び第２導電部材の一方は、例えば負電圧によって、バイアスされ、第１及び第２導電部材の他方は接地されて、通路のイオンビームから離れた領域に実質的に局在化された静電界を発生させる。ビーム保持装置によって発生された局在静電界は、イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、側壁から離れるように電子を反発するように機能する。別の実施形態では、側壁は接地され、第１導電部材は負にバイアスされ、第２導電部材は正にバイアスされる。
【００１０】
本発明の別の態様により、イオンビームが輸送される通路の側壁への電子損失を抑制するための方法であって、通路内に側壁から離れるように電子を反発する静電界を発生するステップと、イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、側壁から離れるように電子を反発するために、通路のイオンビームから離れた領域に静電界を局在化するステップとを含む方法が提供される。本発明の種々の態様は、ビームプラズマの品質を改善し、それによって、イオンビーム伝播を改善するために使用される。
【００１１】
上述した目的および関連する目的を達成するため、本発明には、本明細書で詳述され、また、請求項において特に指摘された特徴が含まれる。以下の記載および添付された図面において、本発明の特定の例示的な態様を詳細に説明しているが、これらの態様は、本発明の原理を使用できる様々な方法のうちの僅かな例を示すものに過ぎない。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴については、以下の詳細な説明を図面との関連において検討することによって、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、図面を参照して本発明を説明するが、以下の説明を通じて同様の構成要素を参照する際には同様の参照符号を使用する。本発明は、ビーム輸送通路中の電子の保持性を増大することにより空間電荷中性化を促進し、イオンビームの保持を改善又は促進するための方法及び装置を提供するものである。電子の保持性は、通路側壁の１つ又は複数の内面から離れて内方に配置された１つ又は複数の導電構造体又は部材を使用して静電界を発生し、その電界の作用を通路の周辺部分に局在化することによって改善される。これによって、通路の周辺部分にカスプ電界強度が形成され、電極により発生する電界のイオンビームに対する通路の中央部における作用が最小化される一方、大部分の電子は、通路の側壁から離れるように反発される。
【００１３】
種々の例示的な実施形態は、ビームライン・アセンブリー中の質量分析装置の下流に存在する分解ハウジング内に配置されたビーム保持装置を用いて、図示及び説明される。但し、本発明は、本明細書において説明される応用とは他の応用に対しても、有利に適用することができる。例えば、ビーム保持装置は、イオン源とエンドステーションとの間のビーム経路に沿った任意の場所に配置することができる。加えて、以下では、本発明を、低エネルギーイオン注入システムと関連させて説明するが、本発明の種々の態様は、例えば線形加速デバイスを含むような、高エネルギーイオン注入装置に関連させて実施することも可能であり、ビーム保持装置は、そのようなデバイス内又はその付近、質量分析デバイス内、及び／又は、ビームライン・アセンブリー中又は注入装置のビーム輸送経路に沿ったドリフト領域中の他のデバイス内に配置することができる。
【００１４】
先ず、図１を参照すると、低エネルギーイオン注入システム１０が簡略化された模式図として示されており、この低エネルギーイオン注入システムは、ターミナル１２、ビームライン・アセンブリー１４、及びエンドステーション１６を有している。ターミナル１２は、イオン源２０を含み、このイオン源には、高電圧電源２２から電力が供給される。イオン源２０は、ビームライン・アセンブリー１４に導かれるイオンビーム２４を発生する。イオンビーム２４は、ビームライン・アセンブリー１４中の質量分析装置２６によって調整される。質量分析装置２６内には、適切な電荷対質量比を有するイオンのみをエンドステーション１６に通過させるための双極子磁界が設定される。エンドステーション１６は、例えば、単一のウエハ加工物３０を支持するように動作する順次式エンドステーション、又は、一回の注入に対して複数のウエハ３０を支持するように構成されたバッチ式エンドステーションのような、どのような種類のエンドステーションであってもよく、調整されたイオンビーム２４が、エンドステーション１６内のターゲットウエハ３０に向けて導かれるものである。
【００１５】
また、システム１０は、本発明に従って、ビームライン・アセンブリー１４内に、イオンビーム閉込（保持）装置７０及び／又は７２も含んでおり、これによって、イオンビームの空間電荷中性化を促進し、ひいては、イオンビーム２４がシステム１０を通じて伝播する間のブローアップの可能性を低減するものである。図示の例では、システム１０は、質量分析装置２６内に閉込装置７０を有し、及び／又は、イオンビーム２４の経路に沿って質量分析装置２６の下流に閉込装置７２を有している。これらの閉込装置７０、７２は、電源７４に結合している。但し、ビーム閉込装置は、本発明に従って、イオン注入装置１０のイオンビーム輸送通路の側壁への電子損失を抑制するために、イオンビーム２４の経路に沿う任意の場所に設けることができる。閉込装置７０、７２は、図示及び後述する他のビーム保持装置とともに、ビーム２４自体に重大かつ有害な影響を与えることなく、ビーム経路に沿った周辺領域に局在する静電界を発生させるように動作する。静電界は、負にバイアスされた導電部材によって発生し、静電界の局在性は、他の導電部材を接地することにより生じる。
【００１６】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の１つ又は複数の態様に従って、別の例示的なイオン注入システム１００が、より詳細に示されている。システム１００は、イオン源１１２、質量分析装置１２６を備えたビームライン・アセンブリー１１４、分解装置１１５、ビーム中性化装置１２４、及び、ターゲットステーション又はエンドステーション１１６を含み、エンドステーション１１６は、展開可能なベローズ・アセンブリー１１８により、ビームライン・アセンブリー１１４に対して移動可能なように結合している。図２Ａには、低エネルギー型バッチ式イオン注入装置１００が図示されているが、本発明は、順次式又はバッチ式のエンドステーション、及び／又は、線形加速装置（図示は省略する）を有する高エネルギー型及び他の型の注入装置に適用することもできる。例示したイオン源１１２は、プラズマチャンバー１２０及びイオン引出アセンブリー１２２を含む。イオン性ドーパントガスにエネルギーを付与することにより、プラズマチャンバー１２０内にイオンが発生する。一般的には正イオンが発生するが、本発明は、イオン源１１２により負イオンが発生するシステムに対して適用することもできる。正イオンは、複数の引出電極１２７を含むイオン引出アセンブリー１２２により、プラズマチャンバー１２７のスリットを通じて引き出される。このようにして、イオン引出アセンブリー１２２は、プラズマチャンバー１２０から正イオンのビーム１２８を引き出し、引き出されたイオンを、ビームライン・アセンブリー１１４中の質量分析装置１２６に向けて、ビーム経路に沿って加速する。
【００１７】
質量分析装置１２６は、適切な電界対質量比を有するイオンのみを、分解ハウジング１２３を有する分解装置１１５、及び、その後段のビーム中性化装置１２４に向けて通過させる。質量分析装置１２６は、側壁１３０を有するアルミニウム製ビームガイドによって形成される通路１３９内に、曲線状のビーム経路１２９を形成するものであり、通路１３９は、真空ポンプ１３１により排気されている。経路１２９に沿って伝播するイオンビーム１２８中の不適切な電荷対質量比を有するイオンは、質量分析装置の磁石１２６によって発生する双極子磁界の作用により除去される。この双極子磁界の強さ及び方向は、磁石コネクタ１３３を通じて磁石１２６の界磁巻線を流れる電流を調整する制御用電子装置１３２によって制御される。この双極子磁界により、イオンビーム１２８は、イオン源１１２付近の第１軌道又は入口軌道１３４から、分解ハウジング１２３付近の第２軌道又は出口軌道１３５へ、曲線状のビーム経路１２９に沿って移動する。イオンビーム１２８の不適切な又は不要な電荷対質量比を有するイオンからなる部分１２８’及び１２８”は、曲線状の軌道１２９から、通路の側壁１３０に向けて偏向される。このようにして、磁石１２６は、ビーム１２８中の所望の電荷対質量比を有するイオンのみを、分解装置１１５に向けて通過させる。
【００１８】
ビームライン・アセンブリー１１４は、更に、質量分析装置１２６中に配置された第１ビーム閉込（保持）装置１７０、及び／又は、質量分析装置１２６の下流の分解装置１１５中に配置された第２ビーム閉込（保持）装置１７２を含む。第１及び第２の閉込装置には、ＤＣ電源１７４から電力が供給され、これによって、後述するように、ビーム輸送通路内に静電界を発生させる。以下の説明及び図では、閉込装置１７２を例として説明するが、本発明の範囲には、分解装置１１５中の例示的な閉込装置１７２とは異なる構造を有し、異なる位置に配置された他のビーム閉込装置も含まれるものである。例示した分解ハウジング１２３は、端子電極１３７、イオンビーム１２８を集束するための静電レンズ１３８、及びフラッグ・ファラデー１４２等の線量インジケーターを含んでいる。ビーム中性化装置１２４は、正電荷を中性化するためのプラズマシャワー１４５を含んでおり、このプラズマシャワーを用いない場合、正に帯電したイオンビーム１２８による注入の結果として、エンドステーション１１６内のターゲットウエハＷ上に正電荷が集積される。ビーム中性化装置１２４及び分解装置１１５は、真空ポンプに１４３により排気されている。
【００１９】
エンドステーション１１６は、ビーム中性化装置１２４の下流に配置され、ディスク形のウエハ支持体１４４を含んでいる。ウエハ支持体上には、注入処理のためにウエハＷが取り付けられる。ウエハ支持体１４４は、注入ビームの方向に略直交するターゲット平面内に存在し、モーター１４６によって回転する。イオンビーム１２８は、支持体１４４に取り付けられたウエハＷが、円状の経路に沿ってイオンビームの経路の最終的な略直線状の部分１６４とウエハＷとの交差点１６２に移動したときに、ウエハＷ上に付与される。ターゲット平面は、この交差点１６２回りに調整可能である。例としてバッチ式エンドステーション１１６が示されているが、本発明は、例えば、１度に１枚のウエハＷに対して注入処理を実施する順次式注入装置のような、他の種類のエンドステーションを有するシステムに実装することもできる。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｄに、分解装置１１５中のイオンビーム閉込装置１７２のいくつかの例示的な実施形態が、図２Ｂの３−３線に沿って示されている。本発明に従って、閉込装置１７２の第１（外部）導電部材２０１は負にバイアスされており、第２（内部）導電部材２０２は接地されている。そして、分解ハウジングの側壁１２３は、接地されている。図７Ａ〜図７Ｄには、閉込装置１７２の別の可能な実施形態が示されており、それらの例では、第１導電部材２０１に負電圧が印加され、第２導電部材２０１に正電圧が印加され、ハウジングは接地されている。図９Ａ〜図９Ｃには、更に別の可能な実施形態が示されており、それらの例では、第１導電部材は使用されておらず、側壁は接地され、第２導電部材は負にバイアスされている。図４Ａ〜図４Ｄには、第２導電部材のいくつかの例示的な実施形態が示されているが、他の形式又は形状の導電部材を使用することも可能であり、本発明の範囲内において、閉込装置１７２の任意の様々な構成中で、任意の第２導電部材２０２を使用することができる。これらの図は、ビームガイドの側壁付近に非常に鋭い「カスプ」電界を形成するために使用可能な多くの方法のいくつかを例示するために、用いられるものである。本発明には、ビーム領域中に有意な強度を有することなく側壁付近に局在する電界を発生させるための任意の方法及び／又は装置が含まれる。図に例示された後述する実施形態では、側壁付近に「カスプ」形の電界を形成し、側壁付近の電子によって感受される電界は、交互反転特性を有している。この交互反転の尖点（カスプ）同士は、任意の適切な距離をおいて、例えば機械的に作製可能な限り近くに、配置されている。
【００２１】
図２Ａ及び図２Ｂに例示した分解装置１１５は、イオン源１１２及び質量分析装置１２６の下流に配置されたビームライン・アセンブリー１１４の一部を構成し、イオンビーム輸送通路１１７の一部は、分解ハウジング１２３の側壁の内部又は内面１２３’により形成されている。内面１２３’は、イオンビーム１２８経路から離れた位置に存在する。図示した１２３’のような通路の内面は、通路の最も内側の面を含んでおり、本発明に係る第１及び第２の導電部材は、それらの内面の内側に配置され、側壁中に収納されていない。ビーム保持装置１７２は、通路１１７中に静電界を発生させ、局在化することにより、イオンビーム１２８に重大かつ有害な影響を与えることなく、分解装置１１５中の経路の少なくとも一部に沿って、分解ハウジングの１つ又は複数の側壁１２３への電子損失を抑制する。
【００２２】
図３Ａは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された分解装置１１５の簡略化された側断面図であり、分解装置１１５の４つの側壁１２３の全てから電子を反発するための保持装置１７２の例示的な実施形態が示されている。この例では、ビーム保持装置１７２は、通路１１７の少なくとも一部に沿って延在する第１導電部材２０１を含み、第１導電部材２０１は、側壁の内面１２３’とイオンビーム１２８との間、すなわち、ハウジング１２３の内面１２３’からイオンビーム１２８に向かって内方に離れた位置であって、かつ、イオンビーム１２８からも離れた位置に配置されている。保持装置１７２は、更に、通路１１７に沿って第１導電部材２０１とイオンビームとの間に配置された第２導電部材２０２を含んでおり、第２導電部材２０２は、第１導電部材２０１に近接している。図示の例では、第１及び第２の導電部材２０１、２０２は、グラファイトからなるものであるが、任意の他の導電性材料を使用することができる。このような導電性材料には、アルミニウムが含まれるが、これに限定されるものではない。グラファイトは、ウエハを汚染するおそれ、及び、動作の間に溶解するおそれの低いものである。
【００２３】
本発明に係る第２導電部材２０２は、第１導電部材２０１の少なくとも第１部分を、イオンビーム１２８が、覆われた部分の全電位の作用を感受しない（例えば、全電位の影響に曝されない）ようにして覆い、第１導電性部材２０１の少なくとも第２部分を、側壁付近の領域中に露出する任意の適切な導電性構造体とすることができる。この構造体によって、電界は分解装置１１５の側壁１２３付近に局在し、イオンビーム１２８に重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、側壁１２３から離れるように電子を方向転換させるものである。本発明の１態様に従って、図３Ａ〜図３Ｄに示す第１導電部材２０１は、電源１７４に結合されて負にバイアスされ、第２導電部材２０２は接地されており、それによって、通路１１７中に静電界が発生する。加えて、本発明の必須の構成要件ではないものの、これらの例では、ハウジングの側壁１２３は接地されている。
【００２４】
負にバイアスされた第１導電部材２０１によって発生する静電界によって、電子は、ハウジング１２３の側壁から離れるように反発され、それによって、イオンビームの空間電荷中性化が促進されるか又はその劣化が防止される。接地された第１導電部材２０１を第２導電部材２０２によって部分的に覆うことにより、静電界は、イオンビーム１２８から離れた通路領域に局在し、これによって、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、イオンビーム１２８に重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、側壁から離れるように電子を反発するものである。この例及び他の例において、バイアスされた第１導電部材２０１を部分的に覆う（そして、部分的に露出する）ことは、第２導電部材２０２に、第１導電部材２０１の第２部分をイオンビーム１２８に対して露出する少なくとも１つの開口部を設けることによって、達成される。このような開口部のいくつかの例については、図４Ａ〜図４Ｄを参照して後述する。
【００２５】
図３Ａに例示されたビーム保持装置１７２は、分解装置１１５の４つの側壁から離れるように電子を反発するものであり、負にバイアスされた第１（例えば、外部）導電部材２０１は、通路１１７の側面周辺部周りにほぼ連続的に存在している。接地された第２（例えば、内部）導電部材２０２は、イオンビーム１２８によって感受される電界の作用を局在化するために、上記側面周辺部周りに、第１導電部材２０１から離れてその内側に延在している。図３Ｂに別の例が示されており、この例では、解装置１１５の上方及び下方の側壁から離れるように電子を反発するものである。図４Ａ〜図４Ｃには、図３Ｂに示す保持装置１７２のいくつかの別の実施形態が示されており、図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｂには、図４Ｂ及び図４Ｄに示す第２導電部材２０２を使用した場合の図３Ｂに示す保持装置１７２の実施形態に関連する静電界の例が、それぞれ示されている。図３Ｃは、更に別の可能なビーム保持装置１７２を示す側断面図であり、この例では、分解装置１１５の上方の側壁から離れるように電子を反発する。ビーム保持装置１７２の更に別の可能な実施形態が、図３Ｄに示されており、この例では、ビーム経路を環状に包囲することによって分解装置の４つの側壁から離れるように電子を反発する。
【００２６】
ここで、図２Ｂ、図３Ｂ、及び図４Ａ〜図４Ｄを参照すると、第２導電部材２０２は、様々な方法で実現することができ、そのいくつかの例が、図３Ｂの４−４線に沿って示す上面図である図４Ａ〜図４Ｄに示されている。図４Ａに示す例では、第２導電部材２０２は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置され、図の縦方向に延在する複数の導電ワイヤ２０２ａからなる第１組と、同様に互いに間隔をおいて互いに平行に配置され、図の横方向に延在する複数の導電ワイヤ２０２ｂからなる第２組とを有するスクリーン構造体又はメッシュ構造体からなり、このメッシュ構造中の隣接する導電ワイヤの間に、第１導電部材２０１の一部を露出するほぼ矩形の複数の開口部が形成される。図４Ａに示す個々のワイヤ２０２は、本発明の範囲内において、円形、矩形、又は任意の適切な形状とすることができる。図４Ｂには、第２導電部材２０２の別の可能な例が示されており、複数のスロット形開口部２０２ｄを備えた導電構造体２０２が示されている。図４Ｃに示すように、別の実施形態では、第２導電部材を貫通する略円形の複数の穴部２０２ｃが設けられ、個々の穴部２０２ｃが、第１導電部材２０１の一部をイオンビーム１２８に対して露出させるものである。図４Ｄには、別の可能の第２導電部材２０２が示されており、この例では、第２導電部材２０２は、互いに間隔をおいて互いに平行に配置された複数の導電ワイヤからなり、隣接する導電ワイヤの間に、第１導電部材２０１の一部を露出する複数の間隔又は開口部が形成されている。図４Ｄに示す個々のワイヤ２０２は、本発明の範囲内において、円形、矩形、又は任意の適切な形状とすることができる。
【００２７】
図５Ａ〜図５Ｄには、図４Ｂに示す第２導電部材２０２を使用した、図２Ｂ及び図３Ｂに示す保持装置１７２の実施形態が更に詳細に示されている。この例では、第２導電部材２０２は、複数のスロット形開口部２０２ｄを備えた導電構造体２０２からなり、第１導電部材２０１は、約２０００ボルト（ＤＣ）で負にバイアスされ、第２導電部材２０２は接地され、側壁１２３は接地されている。図５Ａ〜図５Ｄには、保持装置１７２によって発生された局在する静電界の例が、図５Ａ〜図５Ｃには等電位線として、図５Ｄには静電界領域として示されている。この例では好ましくは、近接して配置され、第２導電部材２０２を貫通する複数の細長いスロット２０２ｄが設けられており、第１導電部材２０１の一部は、個々のスロットによりビーム１２８に対して露出する。図５Ｂに示すように、個々のスロット２０２ｄは、約５ｍｍの幅２１０及びその幅よりも大きな長さを有し、スロット２０２ｄは、互いに略平行である。また、隣接するスロット２０２ｄは、約５０ｍｍ以上のピッチ距離２１２（図示の実施形態では、約５０ｍｍ）を隔てて配置されている。更に、第１導電部材２０１と第２導電部材２０２とは、互いに約１ｍｍのギャップ距離２１４を隔てて配置されている。
【００２８】
これらの寸法及びバイアス値は、１つの実施形態における例に過ぎず、本発明及び添付請求項の範囲内で、他の寸法及び構成を有する構造も可能である。本発明の他の可能な実施形態では、第１及び第２導電部材２０１、２０２は、これらの図に示せない程に小さく、その完全な構造は、従来のモデリング・ソフトウェアでは正確なシミュレーションの結果が得られない程に複雑なものであってもよい。この点に関して、第２導電部材２０２の開口部２０２ｄは、任意の形状及び任意の寸法を有するものであってもよく、図示された形状は単なる一例である。更に、図示された構造は必ずしも実際の縮尺に従って描かれたものではない。
【００２９】
図３Ｂ及び図５Ｂに示すように、ビーム閉込装置１７２は、電源１７４を使用して第１導電部材２０１に負電圧を印加し、第２導電部材２０２を設置することによって動作し、その際、この例では、側壁１２３も接地されている。一例では、第１導電部材２０１に対して数百ボルト又はそれ以上（例えば、約−２０００ボルト）の負のＤＣバイアス電圧が印加され、第２導電部材２０２及びハウジング１２３は、接地されている。図５Ａ〜図５Ｃには、このバイアス条件における等電位線の例が示されており、図５Ｄには、電界領域の例が示されている。上方及び下方の第２導電部材２０２が互いに約４００ｍｍの間隔を隔てて配置されている分解装置１１５において、電界の振幅は、第２導電部材２０２からビーム１２８の中心に向かって急速に減衰し、電界強度は、ほぼスロット幅２１０（例えば、この例では約５ｍｍ）毎に半減する。
【００３０】
このように、本発明に係る閉込装置１７２は、巨視的な電極では不可能な程度にまで局在化された電子反発電界を形成するものである。更に、より広大な電極及び大きな電極間間隔を使用した場合、通路又はビームガイドの中央領域に存在するイオンに対する静電界の作用は最小化されず、むしろ、基本的に加速―減速―加速―減速カラムとして動作する。これは、ビーム輸送に対して有害な作用を有することが知られている。したがって、本発明は、双極子磁石通路中の通路壁に収納され、電圧を印加された大きな電極では達成できない顕著な性能上の利点を有するものである。本発明の実施形態には、側壁の内面１２３’から内方に間隔をおいて配置され、図４Ａ及び図４Ｄに示すようなメッシュ又はワイヤ構成の比較的小さい電極、及び、図４Ｂ及び図４Ｃに示す開口部のような小さい開口部（例えば、スロット、穴、又は他の開口部）を使用することが含まれる。この点に関して、本発明に係る閉込装置により発生するカスプ電界は、電界の作用の通路１１７のイオンビーム１２８自体から離れた部分への局在化を促進するために、近接して配置されることが好ましい。
【００３１】
図５Ａ〜図５Ｄに示すように、比較的強い反発静電界は、第２導電部材２０２付近に形成され、周囲の側壁面１２３’への電子損失を防止する。一方、電界強度は、イオンビーム１２８が伝播する通路１１７の最も内側の領域では、比較的小さい。本発明のこの態様によって、イオンビーム１２８の位置における静電界強度は、第２導電部材２０２付近の強度と比較して、約２桁以上小さい。静電界の局在性は、閉込装置１７２の入口端と出口端との間の通路１１７の中央部において、非常に高くなる。一実施形態では、イオンビーム１２８の経路における静電界は約０．１Ｖ／ｃｍ以下である。本発明の範囲内で、他のバイアス値及び種々の寸法が可能であり、これらのパラメータは、所定の通路のサイズ、又は、他の動作性能に応じて調整される。
【００３２】
図５Ｃには、本発明に係る局在静電界が存在する閉込装置１７２を通過する電子軌道２５０のいくつかの例が示されている。図５Ｃに示すように、ビーム１２８の縁部付近の領域から不規則な角度で発生した電子は、先ず、閉込装置１７２の局在電界に遭遇し、次いで、ビーム１２８を取り囲むプラズマ２５２に戻るように方向転換する。このように、閉込装置１７２の静電界を突き抜ける電子は存在するものの、大部分の電子は、側壁１２３から離れてビーム１２８に向けて戻るように偏向される。これは、通路１１７の空間電荷中性化に寄与するものであり、ひいては、ビームのブローアップが抑制される。図５Ａ〜図５Ｃに示すように、静電界は、ビーム１２８に対して閉込装置１７２の入口端及び出口端において僅かな作用を及ぼすのみであり、更に、電界の局在性は、閉込装置の入口端と出口端との間の中央部分において、より強くなる。
【００３３】
図５Ｄには、更に、ビーム保持装置１７２内の静電界の局在の例が示されている。この例では、ビーム１２８は、保持装置１７２によりビーム経路に沿って０．１Ｖ／ｃｍよりも小さい電界に遭遇する。したがて、通路１１７の中央領域では、荷電イオンビーム１２８及びビームプラズマに関連する電界が電子軌道の支配的な決定因子であり、中央領域中の電子は、保持装置１７２及びその電界によって殆ど影響を受けない。しかし、電子が側壁１２３に向かって外方に移動すると、ビーム保持装置１７２の電界は非常に大きくなり、電子の全てではないもののその大部分は、図５Ｃに示す電子軌道の例のように、ビームに向けて戻るように方向転換する。
【００３４】
図６Ａ及び図６Ｂには、図２Ｂ及び図３Ｂに示す保持装置１７２及びそれに関連する静電界の別の例示的な実施形態が示されており、この例では、本発明に従って、図４Ｄに示すような複数の平行ワイヤ２０２からなる第２導電部材２０２及びそれに関連する例示的な局在静電界が使用されている。上述した例と同様に、図６Ａ及び図６Ｂに示す保持装置１７２には、負にバイアスされた第１導電部材２０１と接地された第２導電部材２０２が使用され、ハウジング１２３は接地されている。第１導電部材２０１は、約２０ボルト（ＤＣ）で負にバイアスされている。導電ワイヤ２０２は、互いに間隔をおいて配置され、ワイヤの組における隣接する導電ワイヤ２０２の間に複数の間隙が形成される。これによって、負にバイアスされた第１導電部材２０１の第１部分は覆われ、第１導電部材２０１の他の部分は、イオンビーム１２８に対して露出している。
【００３５】
図６Ｂに示すように、この例におけるワイヤ２０２は、約１ｍｍの幅寸法２２０を有する略矩形状のものであり、ワイヤの中心は、接地された第１導電部材２０１から約１ｍｍの距離２２２を隔てて配置されている。ワイヤの最近接部分は、接地された第１導電部材２０１から１ワイヤ分の幅寸法程度又はそれよりも小さい距離、例えば約１ｍｍ以下、好ましくは約０．５〜１ｍｍ、を隔てて配置されている。更に、ワイヤは、互いに距離２２１、例えば図示の例の場合には数ワイヤ幅分、をおいて配置されている。上述した例と同様に、これらの寸法は、１つの実施形態における例に過ぎず、本発明及び添付請求項の範囲内で、他の寸法及び構成を有する構造も可能である。例えば、ワイヤ２０２は円形のものであってもよい。図３Ｂ及び図６Ａに示すように、この例におけるビーム閉込装置１７２は、第１導電部材２０１に負電圧を印加し、ワイヤ２０２を接地することによって、動作するものであってもよい。その際、ハウジング１２３は、接地してもよいが、必ずしもその必要はない。例えば、第１導電部材２０１に対して、約−２０ボルトの負のＤＣバイアス電圧を印加することができる。
【００３６】
図６Ａ及び図６Ｂには、この場合における等電位線の例が示されている。電界の振幅
は、特に閉込装置１７２の入口端と出口端との間の中央部分において、第２導電部材２０２からビーム１２８の中心に向かって急速に減衰する。図５Ａ〜図５Ｃに示す例と同様に、電界強度は、第２導電部材２０２からビーム中心に向かう方向に、ほぼ距離２２４（例えば、この例では約０．５−１．０ｍｍ）毎に半減する。これによって、電子反発電界を、大きな間隔をおいて配置された電極では達成できない程度にまで局在化することができる。この点に関して、比較的強い反発静電界は、第２導電部材２０２付近に形成され、周囲の側壁面１２３’への電子損失を防止する。一方、電界強度は、イオンビーム１２８が伝播する通路１１７の領域では、比較的小さい。本発明は、負にバイアスされた第１導電部材２０２でビーム衝突事象が生じた場合、追加の電子が発生するという更なる利点も有している。発生した電子は、更に、空間電界中性化に寄与し、ビームのブローアップを防止又は抑制するものである。
【００３７】
上述した例と同様に、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態において、イオンビーム１２８の位置における静電界強度は、第２導電部材２０２付近の強度と比較して、非常に小さいものとなる。一実施形態では、イオンビーム１２８の経路における静電界は約０．１Ｖ／ｃｍ以下である。本発明の範囲内で、他のバイアス値及び種々の寸法が可能であり、これらの値は、所定の通路のサイズ、又は、他の動作性能に応じて調整される。更に、図６Ａに示すように、閉込装置１７２に入るビームのイオンには約１３ボルトの加速が生じる場合があり、閉込装置１７２を出る際に同様に減速される。有利なことに、図６Ａ及び図６Ｂに示すビーム保持装置１７２は、小さな集束作用を備えるのみであり、これは、ビーム１２８にとって有利なものである。
【００３８】
図２Ｂ及び図７Ａ〜図８Ｂには、本発明に従う他のビーム保持装置のいくつかの例が示されている。これらの例では、側壁１２３は接地され、第１導電部材２０１は負にバイアスされ（例えば、グランドに対して−１０ボルト（ＤＣ））、第２導電部材２０２は正にバイアスされている（例えば、図示の例では＋１２ボルト）。上述した例と同様に、図７Ａ〜図７Ｄに示す保持装置１７２は、側壁１２３付近に局在する静電界を形成する一方、イオンビーム１２８付近の通路１１７の中央における電界の作用を低減するものである。図７Ａ〜図７Ｄには、４つの可能な例が示されており、第２導電部材２０２は任意の適切な形状とすることができる。例えば、図４Ａ〜図４Ｃに示したようなものであってもよく、又は、第１導電部材２０１の少なくとも第１部分を覆い、かつ、第１導電部材２０１の少なくとも第２部分をイオンビーム１２８に対して露出する任意の導電構造体２０２としてもよい。
【００３９】
図７Ａに示す保持装置１７２は、４つの側壁１２３から離れるように電子を反発するものであり、負にバイアスされた第１導電部材２０１は、通路１１７の側面周辺部周りにほぼ連続的に存在している。正にバイアスされた第２導電部材２０２は、イオンビーム１２８によって感受される電界の作用を局在化するために、上記側面周辺部周りに、第１導電部材２０１から離れてその内側に延在している。図７Ｂに示す保持装置１７２は、分解装置１１５の上方及び下方の側壁から離れるように電子を反発するものである。図８Ａ及び図８Ｂには、複数の平行ワイヤ２０２（例えば、図４Ｄに示すものと同様）からなる第２導電部材２０２を使用した場合の、図７Ｂに示す保持装置１７２の実施形態及びそれに関連する静電界の例が、示されている。図７Ｃには、負にバイアスされた第１導電部材２０１と正にバイアスされた第２導電部材を備えたビーム保持装置１７２の更に別の可能な実施形態が示されており、この例では、ハウジングの上方の側壁から離れるように電子を反発する。図７Ｄには、ビーム経路を環状に包囲するビーム保持装置１７２の更に別の可能な実施形態が示されている。
【００４０】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、この例では、保持装置１７２の長さの略全体に亘って通路１１７の側壁１２３付近の領域に局在する「カスプ」型の負電圧電界が形成され、入口端及び出口端付近の電界（図８Ａ）は、図６Ａ及び図６Ｂに示す例よりも、大変小さい。したがって、この例及び図５Ａ〜図５Ｃに示す例では、保持装置１７２に入れるビームのイオンは、約３ボルトの小さな加速を受けるのみであり、次いで、保持装置１７２を出る際にも僅かに減速されるだけである。更に、上述した例と同様に、図７Ａ〜図８Ｂに示す実施形態において、イオンビーム１２８の位置における静電界強度は、第２導電部材２０２付近の強度と比較して、非常に小さいものとなり、保持装置１７２の中央部分のイオンビーム１２８の位置における静電界は約０．１Ｖ／ｃｍ以下である。図７Ａ〜図７Ｄに示す構造及びバイアス値は単なる例であり、本発明の範囲内で他のバイアス値及び寸法を使用することができ、これらの値は、所定の通路のサイズ、又は、他の動作性能に応じて調整される。
【００４１】
図９Ａ〜図９Ｃには、第１導電部材２０１が省略された場合の実施形態が示されており、この例では、電界は、ハウジング１２３を接地することによって局在化される。上述した実施形態と同様に、第２導電部材２０２は、第１導電部材２０１又はハウジング側壁の内面１２３’の少なくとも第１部分を覆い、第１導電部材２０１又はハウジング側壁の内面１２３’の少なくとも第２部分をイオンビーム１２８に対して露出させるものである。
【００４２】
図１０には、本発明の別の態様に従って、イオンビーム輸送通路の側壁への電子損失を抑制するための方法が示されている。この方法は、本明細書に記載した構造及び／又は他のシステム及び装置に関連させて実施することができる。図１０には、本発明に従って例示的な方法３００がフローチャートに示されている。例示した方法３００が一連の動作及び事象として図示及び説明されていても、本発明は、そのような動作又は事象の図示された順序によって限定されるものではない。例えば、本発明に従って、図示及び説明したものとは異なる順序で生じる動作、及び／又は、他の動作又は事象と同時に生じる動作があってもよい。加えて、本発明に従う方法を実施するために、必ずしも全てのステップが必要なわけではない。更に、本発明に従う方法は、図示及び説明したシステム及び装置に関連させて実施するだけでなく、図示されていない他のデバイスに関連させて実施することもできる。
【００４３】
ステップ３０２で開始する方法３００は、ビーム通路に電界を発生させ、イオンビームと側壁との間の導電部材を負にバイアスすることによって、通路の側壁から離れるように電子を反発することを含む。ステップ３０６において、イオンビームに重大かつ有害な影響を及ぼすことなく、側壁から離れるように電子を反発するために、イオンビームと側壁との間の別の導電部材を接地し、通路のイオンビームから離れた領域に静電界を局在化する。一実施形態において、ステップ３０６における静電界の局在化は、イオンビームの位置における静電界を、バイアスされた導電部材付近と比較して約２桁以上小さくなるまで局在化することを含む。上述した例において、この局在化は、短距離で電界を消去するために、第１導電部材２０１に非常に近接させて配置された第２導電部材２０２を備えることによって達成される。この方法によれば、電界は、ビームに対する有害な影響を回避するか又は最小化しつつ、バイアスされた部材付近では、通路の側壁から離れるように電子を反発するために十分に強いものとなる。他の実施形態も可能であり、例えば、ステップ３０６における他の導電部材を、接地するのではなく、特定の電位に保持することもできる。
【００４４】
以上、本発明を特定の用途および態様に関連させて図示および説明してきたが、本明細書および添付された図面の読了と理解に基づいて、当業者が同等な変更および修正に想到し得ることは理解されるであろう。特に、上述した構成要素（アセンブリー、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する説明された構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものと意図されている。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、任意の所定のまたは特定の用途のために望ましくかつ有利であるために、そのような特徴を他の態様の１つまたはそれ以上の特徴と組み合わせることもできる。さらに、用語「含む（include）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有している（having）」、及びそれらの変化形が発明の詳細な説明または請求項で使用されている範囲に関して、これらの用語は、用語「含んでいる（comprising）」と同様な意味で包含的なものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の一態様に従うビーム保持装置を有する例示的な低エネルギーイオン注入システムを示す簡略化された模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一態様に従うビーム保持装置を有する別の例示的な低エネルギーイオン注入システムを示す詳細側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一態様に従うビーム保持装置を有する図２Ａに示す例示的なシステム中の分解装置を示す簡略化された側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の４つの側壁から離れるように電子を反発するための例示的なビーム保持装置を示す。第１外部導電部材は負にバイアスされ、第２内部導電部材は接地されており、分解ハウジングの側壁は、接地されている。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の上方及び下方の側壁から離れるように電子を反発するための別の例示的なビーム保持装置を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の上方の側壁から離れるように電子を反発するための更に別の例示的なビーム保持装置を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の４つの側壁から離れるように電子を反発するための更に別の例示的なビーム保持装置を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図３Ｂの４−４線に沿って切断された上面図であり、図３Ｂに示すビーム保持装置の第１及び第２導電部材の例を示す。本発明に従って、第２導電部材は、メッシュ構造体からなる。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３Ｂの４−４線に沿って切断された上面図であり、図３Ｂに示すビーム保持装置の第１及び第２導電部材の別の例を示す。本発明に従って、第２導電部材は、複数の細長いスロットを含む。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図３Ｂの４−４線に沿って切断された上面図であり、図３Ｂに示すビーム保持装置の第１及び第２導電部材の更に別の例を示す。本発明に従って、第２導電部材は、複数の略円形の穴部又は加工物を含む。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図３Ｂの４−４線に沿って切断された上面図であり、図３Ｂに示すビーム保持装置の第１及び第２導電部材の更に別の例を示す。本発明に従って、第２導電部材は、互いに平行に配置された複数の導電ワイヤを含む。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ｂの５−５線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って複数の細長いスロットを有する第２導電部材を使用した場合の図３Ｂに示す例示的なビーム閉込装置及びこの閉込装置に関連する局在静電界を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４Ｂの５−５線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って複数の細長いスロットを有する第２導電部材を使用した場合の図３Ｂに示す例示的なビーム閉込装置及びその閉込装置に関連する局在静電界を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図４Ｂの５−５線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って複数の細長いスロットを有する第２導電部材を使用した場合の図３Ｂに示す例示的なビーム閉込装置における、例示的な電子軌道追跡の結果を示す。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図４Ｂの５−５線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って複数の細長いスロットを有する第２導電部材を使用した場合の図３Ｂに示す例示的なビーム閉込装置における、例示的な電界の大きさを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、図４Ｄの６−６線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って複数の平行ワイヤを含む第２導電部材を使用した場合の図３Ｂに示す例示的なビーム閉込装置及びその閉込装置に関連する局在静電界を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図４Ｄの６−６線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って複数の平行ワイヤを含む第２導電部材を使用した場合の図３Ｂに示す例示的なビーム閉込装置及びその閉込装置に関連する局在静電界を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の４つの側壁から離れるように電子を反発するための例示的なビーム保持装置を示す。第１外部導電部材は負にバイアスされ、第２内部導電部材は正にバイアスされ、分解ハウジングの側壁は接地されている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の上方及び下方の側壁から離れるように電子を反発するための別の例示的なビーム保持装置を示す。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の上方の側壁から離れるように電子を反発するための更に別の例示的なビーム保持装置を示す。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の４つの側壁から離れるように電子を反発するための更に別の例示的なビーム保持装置を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、図４Ｄの８−８線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って、複数の平行ワイヤを含む第２導電部材を使用した場合の図７Ｂに示す例示的なビーム閉込装置及びその閉込装置に関連する局在静電界を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図４Ｄの８−８線に沿って切断された部分側面図であり、本発明に従って、複数の平行ワイヤを含む第２導電部材を使用した場合の図７Ｂに示す例示的なビーム閉込装置及びその閉込装置に関連する局在静電界を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の１つ又は複数の接地された側壁から離れるように電子を反発するための他の例示的なビーム保持装置を示す。ハウジングは接地され、単一の第２導電部材は負にバイアスされる。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の１つ又は複数の接地された側壁から離れるように電子を反発するための他の例示的なビーム保持装置を示す。ハウジングは接地され、単一の第２導電部材は負にバイアスされる。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２Ｂの３−３線に沿って切断された側面図であり、本発明に従って、図２Ａ及び図２Ｂに示す分解装置の１つ又は複数の接地された側壁から離れるように電子を反発するための他の例示的なビーム保持装置を示す。ハウジングは接地され、単一の第２導電部材は負にバイアスされる。
【図１０】図１０は、本発明の従って、イオンビーム輸送通路の側壁への電子損失を抑制するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008541396.tif 000011
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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