(57)【要約】【課題】従来の半導体基板やガラス基板に縦長のイオンビームを注入するイオン注入装置の分析電磁石は鉄芯を用いているために重量が大きく、その為製造ラインのレイアウトの自由度が少なく、生産性改良に支障があり、技術革新に追随しにくかった。また、イオンビーム領域に生成する磁場均一度が充分に確保できないという問題点を解消するため、複数の空心コイルの組み合わせによって分析マグネットを構成して軽量化し、縦長ビームに対し均一な磁場を提供する。【解決手段】平面形状が扇型レーストラック型の空心コイルが分割された複数のコイルで構成され、前記複数のコイルがビーム垂直方向に配置される。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを基板に注入するイオン注入装置の分析マグネットであって、前記分析マグネットは空心コイルで形成されるとともに、ビーム軌道上の所定領域に所定の磁場を生成するものであり、前記空心コイルの平面形状が扇型レーストラック型であるとともに複数個のコイルで構成されており、前記複数個のコイルが垂直方向に配置されていることを特徴とするイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２】
イオンビームを基板に注入するイオン注入装置の分析マグネットであって、前記分析マグネットは第１、第２の空心コイルで構成されるとともに、ビーム軌道上の所定の領域に所定の磁場を生成するものであり、前記空心コイルの平面形状が扇型レーストラック型であるとともに、前記第１、第２の扇型レーストラック型コイルと前記ビーム軌道とは、同心円状となるように前記第１のコイルは前記ビーム軌道より内側に、前記第２のコイルは前記ビーム軌道より外側に配置されており、かつ前記第１、第２の空心コイルは複数個のコイルが垂直方向に配置されていることを特徴とするイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項３】
前記イオンビームは、ビーム幅に比較してビーム高さが数倍〜数十倍大きな縦長断面形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項４】
前記複数個のコイルのビーム軌道方向のコイル両終端形状は、前記複数個のコイルの内、前記ビームと干渉するコイルの両終端が、ビーム高さ方向のビーム中心線から遠ざかるように跳ね上げた形状を有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の分析マグネット。
【請求項５】
前記複数個の扇型レーストラック型コイルの前記ビーム中心軌道に対向するコイル内矩り寸法が、異なる値をとることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項６】
前記複数個のコイルのビーム軌道方向のコイル両終端形状は、ビーム高さ方向のビーム中心線から遠ざかるように跳ね上げた形状を有するとともに、前記跳ね上げた複数のコイル端部が、前記ビーム軌道方向に同じまたは異なる位置に設けられ、かつ前記ビーム中心線から遠ざかる方向に同じまたは異なる位置になるよう配置されたことを特徴とする請求項５に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項７】
イオンビームを基板に注入するイオン注入装置の分析マグネットであって、前記分析マグネットは第１、第２の空心コイルで構成されるとともに、複数個のコイルを有しビーム軌道上の所定の領域に所定の磁場を生成するものであり、前記ビーム軌道に沿って見た平面形状がレーストラック型を有しており、前記ビーム軌道円周方向に沿うように配置され前記第１のコイルは前記ビーム軌道の内側に、前記第２のコイルは前記ビーム軌道の外側に設けられたことを特徴とするイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項８】
前記複数個のコイルを囲むようにシールドカバーを設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項９】
前記複数個のコイルのコイル主部にシールドカバーを設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１０】
前記第１、第２の扇型レーストラック型コイルにおいて、前記第１、第２のコイルの前記ビーム軌道に対向する側のコイル主部にシールドカバーを設けたことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１１】
前記第１、第２のレーストラック型コイルにおいて、前記第１、第２のコイルのビーム高さ方向中心線側のコイル主部に、シールドカバーを設けたことを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１２】
前記複数個のコイル主部に設けたシールドカバーに加えてコイル終端部にもシールドカバーを設けたことを特徴とする請求項９に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１３】
前記第１、第２のコイルのビーム高さ方向中心線側のコイル主部に設けたシールドカバーに加えてコイル終端部にもシールドカバーを設けたことを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１４】
前記複数個のコイルの両終端のコイル端部にビーム軌道に沿って対向する補正コイルをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１５】
前記複数個のコイルの起磁力がすべて異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１６】
前記複数個のコイルの起磁力がすべて同じであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１７】
前記複数個のコイルの起磁力がすべて異なることを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１８】
前記複数個のコイルの起磁力がすべて同じであることを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項１９】
前記複数個の垂直方向に配置されたコイルのうち、ビーム高さ方向のビーム中心線から最も遠い位置のコイルの起磁力を最大とすることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２０】
前記複数個の扇型レーストラック型コイルにおいて、レーストラック形状を形成する前記ビーム軌道に対向する外側コイルのコイル主体部を、内側コイルのコイル主体部よりも前記ビーム高さ方向中心線から遠い位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２１】
前記複数個の扇型レーストラック型コイルにおいて、前記レーストラック形状を形成する前記ビーム軌道に対向する内側コイルおよび外側コイルに磁性材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２２】
前記磁性材に加えて永久磁石を設けたことを特徴とする請求項２１に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２３】
イオンビームを基板に注入するイオン注入装置の分析マグネットであって、前記分析マグネットは、縦長のイオンビームを挟むように設けられた縦長の縦ヨークと、前記縦ヨークをつなぐ上・下ヨークと、前記上下ヨークにビーム軌道に対向して設けられた一対のポールとを備え、前記縦ヨークの内側であってかつ前記ビーム軌道との間に、前記縦長ビームに沿って分割配置された複数のコイルが設けられるとともに、前記複数のコイルのコイル両終端は前記ビーム高さ方向中心線から遠ざかるよう跳ね上げた形状を有するとともに、前記ポールにもコイルが設けられていることを特徴とするイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２４】
前記コイルの導体が中空導体であるとともに、純水、油、ガスのいずれか１種の冷媒で冷却されることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項７、請求項２３のいずれか１項に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【請求項２５】
前記コイルには冷却ファンが設けられ、コイル導体を間接冷却する構成であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項７、請求項２１のいずれか１項に記載のイオン注入装置の分析マグネット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板やガラス基板等にイオンビームを注入するイオン注入装置の質量分析用の分析マグネットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板やガラス基板等に大電流イオンビームを注入するイオン注入装置には、従来より大別して２種類のものが採用されていた。
すなわち細いイオンビームを回転並進運動する回転ターゲット上に複数枚載置された基板に注入する方法と、大口径のイオン源から基板径より大きな大口径イオンビームを引き出し質量分析せずに基板に注入する方法の２種類で、後者は前者に比べ構造簡単でスループットが高いという利点があるが、所望イオン以外も基板に注入されることや、イオン注入の均一性が得られにくいという問題点もあった。
このような大口径イオンビームを有するイオン注入装置を改良して、基板直径よりも高い縦長のビームを用い、長い磁極間隔において、縦長ビームに沿う主コイルと２つの複数の補助コイルの組み合わせによって、縦長ビームに対する一様な磁場を形成しイオン分析、注入することが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３０２７０７号公報（第２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記特許文献に示された従来技術では、電磁石鉄芯を用いているために重量が重くなるという欠点があった。また、コイル対が３対のためビームの縦方向に沿った磁場均一度が充分確保できないという問題点があった。特に重量が過大となると、半導体装置等の製造ラインにおいて、建屋の床荷重制限から、ラインのレイアウトの自由度が少なくなり、日進月歩の技術革新や生産性向上化に追随しにくいという大きな問題点があった。
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、電磁石を使用せず複数の空心コイルの組合わせで縦長ビームに対して均一磁場を形成し、軽量化した分析マグネットを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
イオンビームを基板に注入するイオン注入装置の分析マグネットであって、分析マグネットは空心コイルで形成されるとともに、ビーム軌道上の所定領域に所定の磁場を生成するものであり、空心コイルの平面形状が扇型レーストラック型であるとともに複数個のコイルで構成されており、前記複数個のコイルが垂直方向に配置されているものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
まず、本発明の各実施の形態を理解し易くするために、イオン注入装置の概念平面図を用い、本発明の空心コイルの概略形状を説明する。図２２は従来の電磁石を使用したイオン注入装置の平面図である。イオン源５１からのイオンビーム３００は電磁石１の磁場を通り、その磁場内においてイオンの電荷、質量、速度、磁場強度で決まる曲率、つまりビーム軌道３００ａにそって運動して偏向され、基板５３に注入される。この電磁石１に代わる本実施の形態１による空心コイルの一例を図１に示す。この図１の例の空心コイル１００ａは、分割されていない１個のコイル構成を有するものであり、本発明の空心コイルとは相異するが前記イオン注入装置のイオンビームの偏向、分析用の磁場を形成するに必要な形状が理解され易いために示した。
この図１に示した空心コイル１００ａは、バナナコイルとも称呼され、Ｓ．  Ｙａｍａｍｏｔｏ，  ”Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｂｅｎｄｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ｆｏｒ  ｃｏｍｐａｃｔ  ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅ″，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ＶｏＬ３，Ｎｏ．１，Ｍａｒｃｈ，１９９３，ｐｐ．８２１−８２４に示されている。
このコイルはビーム軌道３００ａの両側にほぼ沿って巻き線を有し、ビーム軌道３００ａ上にビームを偏向させる磁界を発生する。
更にこのコイルは、図に示す様にビーム軌道３００ａよりも内側の内側コイル１０３とビーム軌道３００ａよりも外側の外側コイル１０４を、直線状の巻き線１０５で連結し、コイル両終端１０６の前記直線部をビーム軌道面よりも遠ざける様に跳ね上げた構造である。これにより、ビーム進行方向に沿ったビームを通過領域を確保でき、直線部がビーム軌道面上に作る不均一磁界を低減できる。なお、コイル主体部１０７は前記コイル両終端を除く範囲を示す。
イオン注入装置では、縦方向に広い空間を得るにはギャップを大きくする必要があるが、図１のコイルの上下コイルのギャップを大きくすると、磁界がＲ方向に沿って漏れ、ビーム長軸方向である縦方向（垂直方向）に沿った均一な磁場を得ることは不可能である。また、コイルの起磁力も相当数必要であった。このとき縦方向に沿った磁場分布の例を図２に示す。図２では、後述する最適化後のコイルのビーム軌道上の磁場で規格化した値である。計算モデルを図３に示す。
この分布をさらに改善し、縦方向に沿った均一な磁場を得るには、図１に示した同一電流方向を有するバナナ型コイルを縦方向に沿って積み重ねることが有効である。理想的には上下間コイルのギャップが零で無限にコイルを積み重ねれば、縦方向に沿って均一な磁場が得られる。但し、これは不可能なため、有限個の各積み重ねたコイルの電流、コイル断面の大きさ、コイル幅、コイル間隔は磁場均一度が最適になる様に調整を行った。このようにして最適化手法を適用し、縦方向に沿った磁場分布を最適化した場合の図を前記図２及び図４に示す。図４では誤差磁場をビーム軌道上の磁界で規格化した値であり、±０．０７％の値が得られている。この計算モデルを図５に示す。
バナナ型コイルを複数個重ねて配置した場合、コイル両終端の処理が問題になる。これを解決する方法のひとつが、本実施の形態１でありその空心コイル１００を図６に示す。図６（Ｂ）に示す様に端部１Ｈ〜４Ｈをビーム軌道方向（Ｓ方向）に沿って並べる方法である。
【０００７】
この実施の形態１の構成をさらに詳しく説明する。
前記図６（Ａ）はイオンビーム３００の軌道の正面断面を示す概念図であり、複数のコイル１〜コイル４を垂直方向の配置した構成を示している。ここでイオンビーム３００はビーム幅Ｗに比較して高さＨが数倍〜数十倍大きな縦長断面形状である。前記複数のコイル１〜４の形状は相似形であるが、ビーム３００に対し、均一な磁場を生成するために、その起磁力（ＡＴ）が互いに異なる。従って、垂直方向の所定の個所に配置された複数のコイル１〜４の断面寸法は異なると共に、図１で説明した内側コイル１０３と外側コイル１０４の曲げ半径つまりビーム３００の中心軌道に対向するコイル内矩り寸法が互いのコイルで異なる値をとるものである。
なお、図６に示したコイル１〜４の内コイル１〜３の見取り姿は、前記バナナコイル形状であり、コイル４は端部はね上げ部を有していない。そしてコイル１〜４の平面を透視した形状は、扇型のレーストラック型となる。また、バナナコイルもその平面透視形状が扇型レーストラック型であり、以降バナナコイルも扇型レーストラック型コイルと称する。そして、図６（Ｂ）に示すようにコイル１〜コイル３のビーム軌道方向の終端（前記図１の１０６部分）形状は縦長ビームの高さ方向のビーム中心線Ｘ−Ｘから遠ざかるよう跳ね上げた端部１Ｈ〜３Ｈが設けられている（前記図１の端部はね上げ部参照）。この跳ね上げた端部１Ｈ〜３Ｈを設けた理由は、前記コイル１〜コイル３が高さＨを有するビーム３００とコイル終端での干渉を避けるためである。従って図６のコイル１〜コイル３は前記図１に述べたバナナコイル１００ａと相似形である。
なお、図６のコイル４は、ビーム高さＨより垂直方向に高い位置に配置されているため、コイル終端では前記したコイル１〜コイル３のような跳ね上げた端部１Ｈ〜３Ｈを設ける必要なく、前記図１のコイル主部１０７と同一面内に図６（Ｂ）に示した終端４Ｈを有する通常一般の扇型レーストラック型コイルである。なお、図６に示した例では、端部１Ｈ〜３Ｈがビーム軌道Ｘ−Ｘに沿って跳ね上げ高さが同一となっているが、必ずしも同一でなくてよい。また、複数のコイル１〜４の垂直方向に配置間隔を異なるように示しているが、その位置は所要の磁場仕様に合わせ設定すればよい。また、磁場を上下方向に発生させているが、例えば９０°傾けて水平方向に発生させてもよい。
さらにこの実施の形態１を含む以下に説明する事項はすべての実施の形態におけるコイルは、導体を銅またはその合金、あるいはアルミまたはその合金製の中空導体とし、中空導体に純水または油あるいは水素ガス等の冷媒を供給し、コイルを強制冷却する構造の高電流密度コイルを採用して装置の小型化を図っている。しかし一方、イオンビームの種類、エネルギー等によっては必ずしも中空導体を採用する必要はなく、例えば絶縁されたコイル導体の側面に冷却管付の冷却ファンを設けた間接冷却方式を採用してもよい。
また、前記複数のコイルの起磁力を互いに異なる例を示したが、前記と同様にイオンビームの種類、エネルギー等によってはすべてのコイルの起磁力を同一としてもよく、垂直方向配置間隔や、コイルのＲ方向寸法も磁場仕様に合わせて設定すればよい。
またさらに、前記複数の垂直方向に配置されたコイルのうち、ビーム高さ方向のビーム中心線から最も遠い位置のコイル、前記した図６ではコイル４に相当するコイルの起磁力を最大とすることによって複数のコイルの生成する磁場の均一性を向上させることができる。さらに、図６の例では、複数のコイル数を４個の例で示したが、この個数に限られるものではない。
【０００８】
このようにこの実施の形態１では、空心コイルを採用するとともに、縦長ビームの高さ方向に沿って複数のコイルを配置し、ビーム軌道に対面するコイル内矩り寸法をおよび前記高さ方向位置、さらには起磁力を所要の磁場一様性に合わせた値をとる構成を採用し、さらに縦長ビームとコイルとが干渉しないような構成としたので、従来の鉄芯付電磁石に比較して重量が約１／２〜１／３と大幅に低減され、小型、軽量、かつ安価な分析マグネットとなるとともに、半導体製造や液晶製造ラインのレイアウトの自由度が大幅に向上し、また製造方法の技術革新、例えばリレイアウト時の重量物を配置する上での建屋への制限条件が緩和される効果を奏する。
【０００９】
実施の形態２．
実施の形態２を図７に基づいて説明する。コイル１００はビーム３００のビーム軌道３００ａの内側に設けられた第１の空心コイル１００ｂとビーム軌道３００ａの外側に設けられた第２の空心コイル１００ｃとで構成されている。前記第１、第２の空心コイル１００ｂ、１００ｃは共に平面形状が扇型レーストラック型であり、コイル終端ではビーム３００と干渉しない構成であるので、前記した実施の形態１のコイル１〜３のような跳ね上げ部１Ｈ〜３Ｈは設けていない。なお、内側コイル１００ｂのビーム軌道３００ａに対向する側のコイル路を１０３とし、リターン路となる方を１１３としている。同じく外側コイルのビーム軌道３００ａに対向する側を１０４、リターン路を１１４としている。
さらに前記第１、第２のコイル１００ｂ、１００ｃはともに複数個のコイル１ｂ〜４ｂ、１ｃ〜４ｃを垂直方向に配置しているものである。このような構成のコイル１００ではコイル１００ｂとコイル１００ｃの図７に示す最内側１１３と最外側１１４が逆極性の磁場を発生するので、漏れ磁場を遮蔽する効果を奏する。
【００１０】
実施の形態３．
実施の形態３を図８に基づいて説明する。図８（Ａ）に示すように複数のコイル１〜４のビーム軌道方向両終端形状は、ビーム高さＹ方向のビーム中心線Ｘ−Ｘから遠ざかるように跳ね上げた形状を有するとともに、その跳ね上げた端部１Ｈ〜４Ｈのうち、前記端部３Ｈ、４Ｈがビーム軌道方向に同じ位置に配置されるとともに、前記端部４Ｈが前記端部３Ｈよりビーム中心線Ｘ−Ｘに近い位置に配置されているものである。また同様に、前記端部１Ｈ、２Ｈがビーム軌道方向に前記端部３Ｈ、４Ｈより離れた位置でかつ端部１Ｈ、２Ｈが同じ位置となるように設けられるとともに、前記端部２Ｈが端部１Ｈよりビーム中心線Ｘ−Ｘに近い位置に配置されているものである。このような構成を採用することにより、ビーム軌道方向矩り寸法が短縮され、より小型の装置となる。
【００１１】
実施の形態４．
実施の形態４を図９に基づいて説明する。図９（Ａ）はビーム軌道３００ａ方向の正面より見た空心コイル１００を示す図であり、前記ビーム軌道３００ａの内側に第１の空心コイル１００ｂを、外側に第２の空心コイル１００ｃを備えている。前記第１、第２の空心コイル１００ｂ、１００ｃは複数のコイル１ｂ〜４ｂ、１ｃ〜４ｃを有し、これらのコイルは図９（Ａ）に示したように前記ビーム軌道３００ａを矢印Ｑで示す方向から見たビーム軌道に沿って（ビーム入口からビーム出口に沿って）見た形状がレーストラック型であって、前記ビーム軌道３００ａの円周方向に沿うように配置されている。従って、図示しない上面図は薄い扇型円弧状を為している。また、第１、第２の空心コイル１００ｂ、１００ｃを整形する片方の電流路１ｂ〜４ｂ、１ｃ〜４ｃの他の片方つまりリターン路に相当する１ｂｕ〜４ｂｕ、１ｃｕ〜４ｃｕは図９（Ａ）に示すようにビーム３００より高い位置となるよう配置されている。このようなコイル構成では、ビーム軌道とコイルの構造は干渉せず、従ってコイル終端は跳ね上げる必要はなく、安価なコイルとなる。
また、前記リターン路が逆極性の磁場を発生するので、漏れ磁場を遮蔽する効果がある。
【００１２】
実施の形態５．
実施の形態５を図１０に示す。図１０において、シールドカバー１２０はコイル１００の跳ね上げた端部１Ｈ〜４Ｈを覆うように設けられたもので、鉄、鉄合金等の磁性体よりなる。
なお、図１０（Ａ）は断面図、図１０（Ｂ）は見取り図を示す。このようなシールドカバー１２０を設けた構造では、漏れ磁場が低減される。
【００１３】
実施の形態６．
実施の形態６を図１１に示す。図１１において、シールドカバー１２０は前記図１に示した扇型レーストラックコイル１００ａのコイル主部１０７に設けたものである。この構成とすることでコイル端部１Ｈ〜４Ｈがビーム軌道に作る不均一磁場をシールドできる。
【００１４】
実施の形態７．
実施の形態７を図１２に示す。図１２は、前記実施の形態２の図７で示した第１、第２の扇型レーストラック型コイル１００ｂ、１００ｃの第１のコイル１００ｂのビーム軌道３００ａに対向する側のコイル主部１０７に、第２のコイル１００ｃでは同じくビーム軌道３００ａに対向する側のコイル主部１０７にシールドカバー１２０を設けたものである。
このような構成を採用することにより、シールドカバー１２０の外部に存在するコイル終端部分によってビーム軌道に作る逆極性磁場を遮蔽できるという効果がある。
【００１５】
実施の形態８．
実施の形態８を図１３に示す。この図１３は前記実施の形態４の図９で示した第１、第２のレーストラック型コイルのビーム高さ方向中心線側のコイル１ｂ〜４ｂ、１ｃ〜４ｃのコイル主部１０７にシールドカバー１２０を設けたものである。このような構成を採用することにより、シールドカバー１２０の外部に存在するリターンコイル図９に示す１ｂｕ〜４ｂｕ、１ｃｕ〜４ｃｕによるビーム軌道に作る逆極性磁場を遮蔽することができる。
【００１６】
実施の形態９．
実施の形態９を図１４に示す。この図１４は前記した実施の形態３で示したコイル図８と実施の形態２で示したコイル図７を組み合わせたコイルにシールドカバー１２０を設けたものであり、シールドカバー１２０は、前記扇型レーストラック型コイル１００のコイル主部１０７と、前記扇型レーストラック側コイル１００ｂのビーム軌道３００ａ側コイル路１０３コイル１００ｃのビーム軌道３００ａ側のコイル１０４に遮蔽を施すよう設けたものであり、前記扇型レーストラック型コイルの端部１Ｈ〜４Ｈによるビーム軌道に作る不均一磁場を遮蔽することができる。
【００１７】
実施の形態１０．
実施の形態１０を図１５、図１６に示す。この実施の形態１０は前記した実施の形態６と実施の形態８の遮蔽構造を併合したものであり、図１５に示す扇型レーストラック型コイル１００のコイル主部１０７と、図１６に示すレーストラック側コイルのコイル主部に設けた第１のシールドカバー１２０ａの上にコイル端部１Ｈ〜４Ｈに第２のシールドカバー１２０ｂを設けたものである。このような構成を採用することで、リターン部の漏れ磁界のシールド効果に有効となる。
【００１８】
実施の形態１１．
実施の形態１１を図１７に示す。この実施の形態１１は前記した実施の形態１に示した図６（Ａ）の垂直方向に配置した最上段のコイル付近に別の扇型レーストラック型コイル１２５を設けたものである。このような構成を採用することにより、最上段のコイルの起磁力を増加させることができ、より均一な磁場が得られる。なお、図１７に示す分割配置のコイル１００は、前記コイル１２５を設けたことにより１個の連続したコイルであってもよい。
【００１９】
実施の形態１２．
実施の形態１２を図１８に示す。図に示すように実施の形態１で示した図６の複数個の扇型レーストラック型コイル１００の両終端のコイル端部１Ｈ〜４Ｈに、それぞれビームの軌道方向に沿って平行に向かい合うように対をなす補正コイル１３０をそれぞれ設けたものである。このような構成を採用する理由は、コイル終端で跳ね上げ端部１Ｈ〜３Ｈを設けると端部の上部での磁場が弱くなり、ビーム軌道面での磁場が強くなる。そこで、図１８（Ａ）に示すように対をなす補正コイル１３０を設けると、垂直方向（図のＹ方向）に沿って上向きの、ビーム軌道面付近では下向きの磁場を発生させることができる。従って、この補正コイル１３０によって前記端部磁場を補正できるという効果がある。
【００２０】
実施の形態１３．
実施の形態１３を図１９に示す。図に示すように複数個の扇型レーストラック型コイル１００のレーストラック形状を形成するビーム軌道に対向する外側コイル１０４のコイル主部１０７を、内側コイル１０３のコイル主部１０７よりも、前記ビーム高さ方向中心線Ｘ−Ｘから離れた遠い位置に設けたものである。
このような構成を採用した理由は、ビーム軌道方向に沿った磁場は内側コイル１０３の作る磁場が外側コイル１０４の作る磁場に比較して弱いためであり、この実施の形態１３に示すように外側コイル１０４を内側コイル１０３に比べ高い位置にあれば、前記ビーム軌道方向に沿った磁場分布（Ｒ方向磁場分布）を補正できる。従って、前記外側コイル１０４の高さを内側コイル１０３に比較して自由に変えることにより、ビーム軌道に沿った磁場分布の傾きを変えることにより、分析マグネットのビームフォーカスの最適化が可能となるという優れた効果を奏する。
【００２１】
実施の形態１４．
実施の形態１４を図２０に示す。図に示すようにこの実施の形態１４では、前記複数個の扇型レーストラック型コイルにおいて、レーストラック形状を形成するビーム軌道に対向する内側コイル１０３のコイル主部１０７および外側コイル１０４のコイル主部１０７に鉄または鉄合金製の磁性材１３２および永久磁石１３４を設けた構成としたものである。
このような構成において、前記永久磁石１３４は大きさ、磁気モーメントの向きにより自由に磁場を発生できる。さらに前記磁性材１３２は磁場を吸引するので、例えば図２０に示す位置の前記磁性材のＲ方向では磁場が弱くなり、Ｙ方向では強くなる。このように磁場分布の補正が容易に行えるという効果を奏する。なお、この実施の形態１４では、磁性体１３２と永久磁石１３４の双方を設ける例を示したが、そのいずれか片方のみを設けてもよい。またさらに、前記磁性体１３２、永久磁石１３４の配置位置は前記位置に限定されるものでなくどこに設置してもよい。
【００２２】
実施の形態１５．
実施の形態１５を図２１に示す。図に示すようにこの実施の形態１５では、縦長のイオンビーム３００を挟むように設けられた縦長の縦ヨーク１５０と、この縦ヨーク１５０をつなぐ上下ヨーク１５１と、この上下ヨーク１５１にビーム軌道に対向して設けられた一対のポール１５２とを設けるとともに、前記縦ヨーク１５０の内側でかつ前記縦長ビーム３００のビーム軌道に沿って、垂直方向に分割して配置された複数の扇型レーストラック型のコイル１０２を備え、このコイル１０２の両終端はビーム高さ方向の中心線から遠ざかるように跳ね上げた端部を有するとともに、さらに前記ポール１５２にはコイル１４６が設けられている構成の電磁石５００である。ここで前記複数のコイル１０２およびコイル１４６は前記した実施の形態１の図６に示したコイル１〜３、およびコイル４と同様の形状を備えたものである。
なお、前記複数のコイル１０２の起磁力は互いに異なるものであっても、同一のものであってもよく、さらにポール１５２に設けたコイル１４６は複数の起磁力が異なるコイルであってもよい。このような構成を採用することによって、各コイルの起磁力を低減できるとともに、垂直方向（縦方向）の磁場均一度を一層高めることができるという優れた効果を奏する。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成のイオンビームを基板に注入するイオン注入装置の分析電磁石であるので、以下のような効果がある。
分析マグネットが空心コイルで形成されるとともに、ビーム軌道上の所定領域に所定の磁場を生成するものであり、空心コイルの平面形状が扇型レーストラック型であるとともに複数個のコイルで構成されており、前記複数個のコイルが垂直方向に配置されているものであるので、分析マグネットの重量が大幅に低減されるとともに、ビーム軌道上の磁場均一性を一層高めることができるという優れた効果を奏する。さらに分析マグネットの小型軽量化に伴い安価な装置となるとともに、半導体製造や液晶製造ラインのレイアウトの自由度が大幅に向上し、建屋への制限条件が緩和されるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による空心コイルを示す図である。
【図２】磁場分布の例を示す図である。
【図３】図２の磁場分布の計算モデル図である。
【図４】磁場分布の例を示す図である。
【図５】図４の磁場分布の計算モデル図である。
【図６】この発明の実施の形態１による空心コイルの配置を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２による空心コイルの配置を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３による空心コイルを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４による空心コイルを示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５によるシールドカバーを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態６によるシールドカバーを示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態７によるシールドカバーを示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態８によるシールドカバーを示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態９によるシールドカバーを示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１０によるシールドカバーを示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態１０によるシールドカバーを示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態１１による空心コイルの配置を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態１２による空心コイルの配置を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態１３による空心コイルの配置を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態１４による磁性体取り付けを示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態１５による分析マグネットを示す図である。
【図２２】イオン注入装置を説明する図である。
【符号の説明】
１〜４  コイル、１Ｈ〜４Ｈ  端部、１ｂ〜４ｂ，１ｃ〜４ｃ  コイル、
１ｂｕ〜４ｂｕ，１ｃｕ〜４ｃｕ  コイルリターン、１００  空心コイル、
１００ｂ  内側コイル、１００ｃ  外側コイル、
１０３，１０４  ビーム対向側コイル、１１３，１１４  リターン側コイル、
１２０，１２０ａ，１２０ｂ  シールドカバー、１３０  補助コイル、
１３２  磁性体、１３４  永久磁石、１４６  コイル、１５０  縦ヨーク、
１５１  上下ヨーク、１５２  ポール、３００  ビーム、
３００ａ  ビーム軌道、５００  電磁石。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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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