(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場作用によりイオンビームの軌道を湾曲させて、該イオンビームに含まれる一または複数種のイオンを分離する質量分離装置において、
該磁場を発生させる空芯ソレノイド状の電流路を構成する該イオンビームの入口部の導体よりも前段側に、該入口部の導体と対向して所要間隔で複数本配置された入口部磁気シールドと、
該空芯ソレノイド状の電流路を構成する該イオンビームの出口部の導体よりも後段側に、該出口部の導体と対向して所要間隔で複数本配置された出口部磁気 シールドとのうちの少なくとも一方の磁気シールドを有し、該磁気シールドによって該電流路の外部への磁場の漏れを抑制可能とした質量分離装置。
【請求項２】
前記入口部から前記出口部への前記イオンビームの通路となる側面形状が扇形状の偏向ケースを有し、
前記空芯ソレノイド状の電流路は、
該入口部に所要間隔で複数本配置された前記入口部導体と、該出口部に所要間隔で複数本配置された前記出口部導体と、該偏向ケースの外径側の外面に所要間 隔で複数本配置された外径側導体と、該偏向ケースの内径側の外面に所要間隔で複数本配置された内径側導体とから構成され、
該出口部導体から該外径側導体、該入口部導体、該内径側導体の順またはその逆順の電流路が順次螺旋状に繋がった該電流路内部に前記磁場を形成する請求項１に記載の質量分離装置。
【請求項３】
前記空芯ソレノイド状の電流路の外径側外部に設けられた外径側ヨーク部と、該空芯ソレノイド状の電流路の内径側外部に設けられた内径側ヨーク部とのうち少なくとも一方のヨーク部を有している請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項４】
前記磁気シールドが前記ヨーク部に磁気的に接続されている請求項３に記載の質量分離装置。
【請求項５】
前記外径側ヨーク部と前記内径側ヨーク部との間に前記磁気シールドが配置されている請求項３または４に記載の質量分離装置。
【請求項６】
前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかは導体部静電シールド管内に収容されている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項７】
前記磁気シールドは磁気シールド部静電シールド管内に収容されている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項８】
前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、かつ、前記磁気シールドが磁気シールド部静電シールド管内に収容されており、
該導体部静電シールド管と該磁気シールド部静電シールド管とが同電位とされている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項９】
前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、
該導体部静電シールド管と前記磁気シールドとが同電位とされている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項１０】
前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、かつ、前記磁気シールドが磁気シールド部静電シールド管内に収容されており、
該導体部静電シールド管と該磁気シールド部静電シールド管との間に所定の電位差が与えられている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項１１】
前記入口部の導体部静電シールド管が、前記入口部の磁気シールド部静電シールド管に対して負電位に設定されている請求項１０に記載の質量分離装置。
【請求項１２】
前記出口部の導体部静電シールド管が、前記出口部の磁気シールド部静電シールド管に対して正電位に設定されている請求項１０に記載の質量分離装置。
【請求項１３】
前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、
該導体部静電シールド管と前記磁気シールドとの間に所定の電位差が与えられている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項１４】
前記入口部の導体部静電シールド管が、前記入口部の磁気シールドに対して負電位に設定されている請求項１３に記載の質量分離装置。
【請求項１５】
前記出口部の導体部静電シールド管が、前記出口部の磁気シールドに対して正電位に設定されている請求項１３に記載の質量分離装置。
【請求項１６】
前記入口部導体と前記入口部磁気シールドとが同一の静電シールド管内に収容されている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項１７】
前記出口部導体と前記出口部磁気シールドとが同一の静電シールド管内に収容されている請求項１または２に記載の質量分離装置。
【請求項１８】
前記磁気シールドは、半円筒形状、円筒形状、円柱形状、角柱形状、長尺の板形状および曲面形状の少なくともいずれかである請求項１〜１７のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項１９】
前記入口部の磁気シールドは、長尺の円弧状の曲面形状を有し、該曲面の内面側が前記入口部導体と対向するように配置されている請求項１〜１８のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項２０】
前記出口部の磁気シールドは、長尺の円弧状の曲面形状を有し、該曲面の内面側が前記出口部導体と対向するように配置されている請求項１〜１８のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項２１】
前記偏向ケースは側面形状が扇形状であり、前記外径側導体および前記内径側導体が円弧状である請求項２に記載の質量分離装置。
【請求項２２】
前記偏向ケースは側面形状の外径側および内径側がテーパ状であり、前記外径側導体および前記内径側導体が直線状である請求項２に記載の質量分離装置。
【請求項２３】
前記磁気シールドが磁性体材料からなっている請求項１〜２０のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項２４】
前記磁気シールドが磁性ステンレススティールまたは鉄からなっている請求項２３に記載の質量分離装置。
【請求項２５】
前記静電シールド管が導電性材料からなっている請求項６〜１７のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項２６】
前記静電シールド管がステンレススティールからなっている請求項２５に記載の質量分離装置。
【請求項２７】
前記入口部磁気シールドの間隔と前記入口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている請求項９および１３〜１５のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項２８】
前記出口部磁気シールドの間隔と前記出口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている請求項９および１３〜１５のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項２９】
前記入口部の磁気シールド部静電シールド管の間隔と前記入口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている請求項８および１０〜１２のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項３０】
前記出口部の磁気シールド部静電シールド管の間隔と前記出口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている請求項８および１０〜１２のいずれかに記載の質量分離装置。
【請求項３１】
複数種のイオンからなるイオンビームを出力するイオン源と、
請求項１〜３０のいずれかに記載の質量分離装置とを備え、
該イオン源から出力された該イオンビームが、該質量分離装置の入口部へ入射され、該質量分離装置の出口部から特定種類のイオンからなるイオンビームが出力可能とされるイオンビーム発生装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載のイオンビーム発生装置を用いて、前記特定種類のイオンからなるイオンビームによってイオン注入された半導体層を有する機能素子。
【請求項３３】
請求項３１に記載のイオンビーム発生装置を用いて、前記特定種類のイオンからなるイオンビームによって所定領域の半導体層にイオン注入する工程を有する機能素子の製造方法。
【請求項３４】
請求項３１に記載のイオンビーム発生装置を用いて、前記特定種類のイオンからなるイオンビームを出力するイオンビーム発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビームに含まれる質量が異なる複数種のイオンを分離する質量分離装置、この質量分離装置が搭載されて、例えば半導体集積回路（ＩＣ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶素子などの半導体デバイスの製造工程において、所定導電型の半導体を形成するために、半導体に対してイオン注入（イオンドーピング）処理などを行うイオンビーム発生装置、このイオンビーム発生装置を用いて作製された、高精度のイオン注入が要求されるＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンが注入されるチャネル部を持つトランジスタなどの機能素子、この機能素子の製造方法および、このイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＩＣ（半導体集積回路）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶素子などの半導体デバイスの製造工程において、所定導電型の半導体を形成するために、半導体に対してイオン注入（イオンドーピング）処理が施されている。
【０００３】
このイオン注入（イオンドーピング）工程では、半導体に対して特定のイオン種を高精度に注入するという従来からの要求に加えて、近年では、さらに、大面積のイオン注入処理が要求されてきている。このため、大面積のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を安定的に行なえる質量分離装置が切望されている。
【０００４】
この要求に応える質量分離装置として、例えば特許文献１には、空芯励磁電流路を用いて均一な磁場を形成し、幅広のイオンビームに対しても質量分離（イオン種分離）を行えるようにした装置が開示されている。
【０００５】
図１４は、特許文献１に開示されている従来の質量分離装置の概略構成例を示す要部断面斜視図であり、図１５は、図１４の空芯励磁電流路の要部構成例を説明するための斜視図である。
【０００６】
図１４および図１５において、この質量分離装置１００は、イオン偏向ケーシング１０１と、空芯励磁電流路１０２とを有している。
【０００７】
イオン偏向ケーシング１０１は、側面形状が扇形状をなすイオン偏向ケーシングであり、その内部をイオンビームが通過するようになっている。
【０００８】
空芯励磁電流路１０２は、イオン偏向ケーシング１０１の周囲に、導体が所定の間隔で螺旋状に巻き付けられて構成されている。
【０００９】
空芯励磁電流路１０２を構成する導体は、イオン偏向ケーシング１０１の大径（外径）側外部に所要間隔で複数本配置された外側円弧導体１０２ａと、イオン偏向ケーシング１０１の小径（内径）側の外部に所要間隔で複数本配置された内側円弧導体１０２ｂと、イオン偏向ケーシング１０１の入口部１０３と出口部１０４にそれぞれ所要間隔で配置された複数本の直線導体１０２ｃおよび１０２ｄとからなっている。これらの導体１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄが順次連結されて、イオン偏向ケーシング１０１の外側で巻かれた螺旋状の空芯励磁電流路１０２が構成されている。
【００１０】
上記導体１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄのそれぞれは、純水を介して例えば筒状などの外部導体１０５に包囲されており、さらに、この外部導体１０５のそれぞれは互いに電気的に接続されて、空芯励磁電流路１０２の電位がシールドされている。なお、図１４および図１５では、導体１０２ｃおよび１０２ｄを包囲する外部導体１０５ｃおよび１０５ｄのみを図示し、ここでは、導体１０２ａおよび１０２ｂをそれぞれ包囲する外部導体についてはその図示を省略している。
【００１１】
この空芯励磁電流路１０２において、入口部１０３の外部導体１０５ｃ（または直線導体１０２ｃ）の各導体間には所要の隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓを通して、イオンビームＩａがイオン偏向ケーシング１０１内に導入されるようになっている。これと同様に、出口部１０４の外部導体１０５ｄ（または直線導体１０２ｄ）の各導体間にも所要の隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓを通して、イオン偏向ケーシング１０１の内部で質量分離されたイオンビームＩｃが外部に導出されるようになっている。なお、出口部１０４の外部導体１０５ｄの長手方向の両端部は、遮蔽部材１０６によって閉塞されている。
【００１２】
イオン偏向ケーシング１０１の内部では、空芯励磁電流路１０２によって磁場Ｈｉｎ（ｙ）が生成され、この磁場Ｈｉｎ（ｙ）の作用によって、イオンビームＩａに含まれる各イオンの軌道が湾曲させられる。軌道が湾曲させられたイオンのうち、特定の軌道半径（または特定範囲の軌道半径）で曲げられた特定質量のイオンは、遮蔽部材１０６の開口部１０６ｄにおいて、外部導体１０５ｄ（または直線導体１０２ｄ）の隙間Ｓを通り、イオンビームＩｃとしてイオン偏向ケーシング１０１から外部に導出される。
【００１３】
上記構成によれば、イオン偏向ケーシング１０１の周囲に、上記導体１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄを所要間隔で螺旋状に巻いて空芯励磁電流路１０２を形成しているため、空芯励磁電流路１０２を図中のｙ方向に長い形状としても、その内部に、長手方向（ｙ方向）に均一な磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成することができる。
【００１４】
この空芯励磁電流路１０２の内部で、均一な磁場Ｈｉｎ（ｙ）の作用によってイオンビームを曲げるようにしているため、磁場方向（ｙ方向）に幅広のイオンビームであっても、この幅広のイオンビームを均一に曲げることができる。したがって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても質量分離を行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−２０３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来の質量分離装置１００は、空芯励磁電流路１０２を用いて、その内部に均一な磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成することにより、幅広のイオンビームに対しても質量分離を行うことができる。
【００１６】
しかしながら、この従来の質量分離装置１００では、空芯励磁電流路１０２の外部に漏洩される磁場の影響によって、必ずしも、所望精度の質量分離を行えなくなる虞があった。この問題について、以下に、図１６および図１７を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１６は、図１４の従来の質量分離装置１００の空芯励磁電流路１０２によって形成される磁場を表す図である。
【００１８】
図１６に太い破線で示すように、この空芯励磁電流路１０２では、その内部に図中ｙ方向（ｙ軸の正方向）の磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成する一方で、外部には逆向き（ｙ軸の負方向）の磁場Ｈｏｕｔ（ｙ）を形成する。すなわち、ループ状の磁場を形成する。
【００１９】
このため、イオン偏向ケーシング１０１の入口部１０３（直線導体１０２ｃ）よりも前段側および、その出口部１０４（直線導体１０２ｄ）よりも後段側には、イオン偏向ケーシング１０１の内部（空芯励磁電流路１０２の内部）とは逆向きの磁場が作用していることになる。
【００２０】
したがって、本来は、図１７（ａ）のように湾曲されるべきイオンビームが、実際には、図１７（ｂ）のように曲げられることになる。即ち、入口部１０３より前段側では、紙面の手前から奥に向かう磁場の作用により、イオンビームＩａが上方に傾斜する。また、この上方に傾斜したイオンビームＩａが、空芯励磁電流路１０２の内部において、紙面の奥から手前に向かう磁場の作用により、図中Ｉｂで示すように湾曲する。さらに、出口部１０４よりも後段側では、紙面の手前から奥に向かう磁場の作用により、イオンビームＩｃが図中右方向側に傾斜する。
【００２１】
以上のうち、入口部１０３よりも前段側におけるイオンビームの傾斜は、イオン偏向ケーシング１０１（または空芯励磁電流路１０２）へのイオンビームの入射角を異ならせるため、イオン偏向ケーシング１０１内でのイオンビームの湾曲状態に直接影響を与える。また、その出口部１０４より後段側のイオンビームの傾斜は、質量分離装置１００の後段側にスリットを配置している場合などにおいて、スリットの通過状態に影響を与える。
【００２２】
このように、上記従来の質量分離装置１００では、漏洩磁場の影響によって、本来所望する状態とは異なる状態でイオンビームが湾曲されてしまうため、所望精度の質量分離を行えなくなる虞があった。
【００２３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、空芯励磁電流路の外部への漏洩磁場を抑制することにより、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を安定して行うことができる質量分離装置、この質量分離装置が搭載されたイオンビーム発生装置、このイオンビーム発生装置を用いて作製される機能素子、この機能素子の製造方法および、このイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の質量分離装置は、磁場作用によりイオンビームの軌道を湾曲させて、該イオンビームに含まれる一または複数種のイオンを分離する質量分離装置において、該磁場を発生させる空芯ソレノイド状の電流路を構成する該イオンビームの入口部の導体よりも前段側に、該入口部の導体と対向して所要間隔で複数本配置された入口部磁気シールドと、  該空芯ソレノイド状の電流路を構成する該イオンビームの出口部の導体よりも後段側に、該出口部の導体と対向して所要間隔で複数本配置された出口部磁気シールドとのうちの少なくとも一方の磁気シールドを有し、該磁気シールドによって該電流路の外部への磁場の漏れを抑制可能としたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
また、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部から前記出口部への前記イオンビームの通路となる側面形状が扇形状の偏向ケースを有し、前記空芯ソレノイド状の電流路は、該入口部に所要間隔で複数本配置された前記入口部導体と、該出口部に所要間隔で複数本配置された前記出口部導体と、該偏向ケースの外径側の外面に所要間隔で複数本配置された外径側導体と、該偏向ケースの内径側の外面に所要間隔で複数本配置された内径側導体とから構成され、該出口部導体から該外径側導体、該入口部導体、該内径側導体の順またはその逆順の電流路が順次螺旋状に繋がった該電流路内部に前記磁場を形成する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記空芯ソレノイド状の電流路の外径側外部に設けられた外径側ヨーク部と、該空芯ソレノイド状の電流路の内径側外部に設けられた内径側ヨーク部とのうち少なくとも一方のヨーク部を有している。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における磁気シールドが前記ヨーク部に磁気的に接続されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記外径側ヨーク部と前記内径側ヨーク部との間に前記磁気シールドが配置されている。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかは導体部静電シールド管内に収容されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における磁気シールドは磁気シールド部静電シールド管内に収容されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、かつ、前記磁気シールドが磁気シールド部静電シールド管内に収容されており、該導体部静電シールド管と該磁気シールド部静電シールド管とが同電位とされている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、該導体部静電シールド管と前記磁気シールドとが同電位とされている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、かつ、前記磁気シールドが磁気シールド部静電シールド管内に収容されており、該導体部静電シールド管と該磁気シールド部静電シールド管との間に所定の電位差が与えられている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部の導体部静電シールド管が、前記入口部の磁気シールド部静電シールド管に対して負電位に設定されている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記出口部の導体部静電シールド管が、前記出口部の磁気シールド部静電シールド管に対して正電位に設定されている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部導体および前記出口部導体の少なくとも何れかが導体部静電シールド管内に収容され、該導体部静電シールド管と前記磁気シールドとの間に所定の電位差が与えられている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部の導体部静電シールド管が、前記入口部の磁気シールドに対して負電位に設定されている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記出口部の導体部静電シールド管が、前記出口部の磁気シールドに対して正電位に設定されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部導体と前記入口部磁気シールドとが同一の静電シールド管内に収容されている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記出口部導体と前記出口部磁気シールドとが同一の静電シールド管内に収容されている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における磁気シールドは、半円筒形状、円筒形状、円柱形状、角柱形状、長尺の板形状および曲面形状の少なくともいずれかである。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部の磁気シールドは、長尺の円弧状の曲面形状を有し、該曲面の内面側が前記入口部導体と対向するように配置されている。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記出口部の磁気シールドは、長尺の円弧状の曲面形状を有し、該曲面の内面側が前記出口部導体と対向するように配置されている。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における偏向ケースは側面形状が扇形状であり、前記外径側導体および前記内径側導体が円弧状である。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における偏向ケースは側面形状の外径側および内径側がテーパ状であり、前記外径側導体および前記内径側導体が直線状である。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における磁気シールドが磁性体材料からなっている。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における磁気シールドが磁性ステンレススティールまたは鉄からなっている。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における静電シールド管が導電性材料からなっている。
【００４９】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置における静電シールド管がステンレススティールからなっている。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部磁気シールドの間隔と前記入口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている。
【００５１】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記出口部磁気シールドの間隔と前記出口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている。
【００５２】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記入口部の磁気シールド部静電シールド管の間隔と前記入口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている。
【００５３】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離装置において、前記出口部の磁気シールド部静電シールド管の間隔と前記出口部の導体部静電シールド管の間隔が等しく設定されている。
【００５４】
本発明のイオンビーム発生装置は、複数種のイオンからなるイオンビームを出力するイオン源と、本発明の上記質量分離装置とを備え、該イオン源から出力された該イオンビームが、該質量分離装置の入口部へ入射され、該質量分離装置の出口部から特定種類のイオンからなるイオンビームが出力可能とされるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５５】
本発明の機能素子は、請求項３１に記載のイオンビーム発生装置を用いて、前記特定種類のイオンからなるイオンビームによってイオン注入された半導体層を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５６】
本発明の機能素子の製造方法は、本発明の上記イオンビーム発生装置を用いて、前記特定種類のイオンからなるイオンビームによって所定領域の半導体層にイオン注入する工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５７】
本発明のイオンビーム発生方法は、本発明の上記イオンビーム発生装置を用いて、前記特定種類のイオンからなるイオンビームを出力するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５８】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００５９】
本発明にあっては、空芯ソレノイド状の電流路によって、その内部に均一な磁場を形成することが可能となる。また、入口部導体よりも前段側に入口部磁気シールドを設けて、入口部導体により生成される磁場をシールドすることが可能となる。これと同様に、出口部導体よりも後段側に出口部磁気シールドを設けて、出口部導体により生成される磁場もシールドすることが可能となる。したがって、電流路の外部への漏洩磁場が抑制可能とされる。
【００６０】
また、偏向ケースの外径側の外部および内径側の外部にヨーク部材を設けて、磁気シールドとヨーク部材を接続することにより、電流路を磁気シールドとヨーク部材によって包囲することができる。このため、電流路の内部に効率的に磁場を形成するとともに、電流路の外部への漏洩磁場を一層効果的に抑制することが可能となる。また、内径側導体および外径側導体により生成される磁場をもシールドすることが可能となる。
【００６１】
さらに、電流路を構成する導体を静電シールド管で覆って静電シールドすることにより、電流路に電位の不均一が生じることを防いで磁場の均一性を高めることが可能となる。      
【００６２】
また、磁気シールドを静電シールド管で覆って静電シールドすることにより、磁気シールドが直接イオンビームに晒されず、腐食、錆や不純ガスの発生を防ぎ、質量分離装置の信頼性をより高めることが可能となる。
【００６３】
さらに、導体部静電シールド管と磁気シールド部静電シールド管とを兼用した、同じ静電シールド管（第２静電シールド管）を用いることにより、装置構成を簡略化することが可能となる。
【００６４】
さらに、導体部静電シールド管と磁気シールド部静電シールド管との間、または、導体部静電シールド管と磁気シールドとの間に電位差を与えることにより、イオンビームを適宜に加速または減速させることが可能となる。
【００６５】
さらに、略円弧状曲面を有する磁気シールドを用いることにより、電流路の外部への漏洩磁場を一層効果的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００６６】
以上により、本発明によれば、空芯ソレノイド状の電流路によって、その内部に均一な磁場を形成すると共に、質量分離装置の入口部および出口部の少なくとも一方側に磁気シールドを設けて、電流路の外部への漏洩磁場を効果的に抑制することができる。したがって、幅広のイオンビームを理想的な状態で均一に湾曲させることができ、この結果、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を安定して行うことができる。
【００６７】
この本発明の質量分離装置が搭載されたイオンビーム発生装置を用いることにより、半導体に対するイオン注入処理などを高精度、かつ、高速に行うことができる。したがって、高精度のイオン注入が要求されるＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンが注入されるチャネル部などを、容易で高精度に、かつ、高速に形成することができる。
【００６８】
このようにして作製されたトランジスタなどの機能素子は、高スイッチング特性、低消費電力および高信頼性を有するデバイスとして、非常に有用である。しかも、この機能素子は、大面積のイオンビームを用いて高スループットで作製することができるため、低コスト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下に、本発明の質量分離装置の実施形態１〜７、およびこれらを用いた本発明のイオンビーム発生装置の実施形態８について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る質量分離装置の概略構成例を示す要部断面斜視図である。
【００７０】
図１に示すように、本実施形態１の質量分離装置１０は、イオン偏向ケーシング１の周囲に、空芯励磁電流路２を構成する導体２ａ〜２ｄが所定の間隔で螺旋状に巻き付けられており、一見すると、図１４に示す従来の質量分離装置１００と類似しているように見えるが、イオン偏向ケーシング１の入口部３の前段側に磁気シールド７ｃおよび、イオン偏向ケーシング１の出口部４の後段側に磁気シールド７ｄを備えている点に本実施形態１の特徴がある。
【００７１】
本実施形態１では、これらの磁気シールド７ｃおよび７ｄを設けることにより、従来の課題であった、空芯励磁電流路２の外部への漏洩磁場を効果的に抑制して、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行えるようにしている。
【００７２】
まず、本実施形態１の質量分離装置１０の基本構成について、図１を参照して説明する。なお、図１において、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄ以外の構成は、図１４に示す従来の質量分離装置１００の構成例の場合と同様である。
【００７３】
図１において、本実施形態１の質量分離装置１０は、偏向ケースとしてのイオン偏向ケーシング１と、空芯ソレノイド状の空芯励磁電流路２と、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄとを有している。
【００７４】
イオン偏向ケーシング１は、従来のイオン偏向ケーシング１０１に対応した、側面形状が略扇形状の偏向ケースで、その内部をイオンビームが通過するようになっている。
【００７５】
空芯ソレノイド状の空芯励磁電流路２は、従来の空芯励磁電流路１０２に対応しており、イオン偏向ケーシング１の周囲に、従来の導体１０２ａ〜１０２ｄに対応する導体２ａ〜２ｄが、所要間隔で螺旋状に巻き付けられて構成されている。
【００７６】
図２は、図１の空芯励磁電流路２の構成例を説明するための要部斜視図である。
【００７７】
図２において、空芯励磁電流路２を構成する導体２ａ〜２ｄは、イオン偏向ケーシング１（以下、偏向ケース１という）の外径側外部に所要間隔で複数本配置された外径側導体２ａ（従来の外側円弧導体１０２ａに対応）と、偏向ケース１の内径側外部に所要間隔で複数本配置された内径側導体２ｂ（従来の内側円弧導体１０２ｂに対応）と、偏向ケース１の入口部３に所要間隔で複数本配置された棒状の入口部導体２ｃ（従来の直線導体１０２ｃに対応）と、偏向ケース１の出口部４に所要間隔で複数本配置された棒状の出口部導体２ｄ（従来の直線導体１０２ｄに対応）とからなっている。
【００７８】
なお、上記入口部導体２ｃおよび出口部導体２ｄの「棒状」とは、「偏向ケース１の内径側から外径側に向けて（または外径側から内径側に向けて）延在した形状」を表しているのであって、その断面形状や大きさを表しているのではない。したがって、当然ながら、断面が略円形の細線や太線も「棒状」である。
【００７９】
これらの導体２ａ〜２ｄは、出口部導体２ｄ（２ｄ−１）→外径側導体２ａ（２ａ−１）→入口部導体２ｃ（２ｃ−１）→内径側導体２ｂ（２ｂ−１）→出口部導体２ｄ（２ｄ−２）→・・・というように、順次連結されて、偏向ケース１の外側で巻かれた螺旋状（空芯ソレノイド状）の空芯励磁電流路２を構成している。
【００８０】
この空芯励磁電流路２によって、偏向ケース１の内部（空芯ソレノイド状の空芯励磁電流路２の内部）に、図中ｙ方向の磁場Ｈｉｎ（ｙ）（磁束密度Ｂｉｎ（ｙ））が形成されている。
【００８１】
なお、このように、空芯ソレノイド状の空芯励磁電流路２（以下、単に、電流路２という）の内部に形成される磁場Ｈｉｎ（ｙ）は、長手方向（ｙ方向）の均一性が高いため、この電流路２をｙ方向に長い形状としても、長手方向（ｙ方向）に均一な磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成することが可能である。
【００８２】
上記導体２ａ〜２ｄのそれぞれは、空間、純水、絶縁体などを介して外部導体としての導体部静電シールド管５（５ａ〜５ｄ：従来の外部導体１０５に対応）に包囲されており、さらに、導体部静電シールド管５のそれぞれは互いに電気的に接続されて、電流路２の電位がシールドされるようになっている。
【００８３】
このような、静電シールドによって、電流路２に電位の不均一性が生じることが防止され、その結果、磁場Ｈｉｎ（ｙ）の均一性をさらに高めることができる。
【００８４】
なお、図１および図２では、入口部導体２ｃを包囲する入口導体部静電シールド管５ｃと、出口部導体２ｄを包囲する出口導体部静電シールド管５ｄのみを図示し、導体２ａおよび２ｂを包囲する静電シールド管についてはその図示を省略している。
【００８５】
この電流路２において、入口部導体２ｃ（２ｃ−１、２ｃ−２、・・・）を包囲する入口導体部静電シールド管５ｃ（５ｃ−１、５ｃ−２、・・・）は、隣り合う静電シールド管の間に所要の隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓを通して、イオンビームＩａが偏向ケース１内に導入されるようになっている。
【００８６】
これと同様に、出口部導体２ｄ（２ｄ−１、２ｄ−２、・・・）を包囲する出口導体部静電シールド管５ｄ（５ｄ−１、５ｄ−２、・・・）も、隣り合う静電シールド管の間に所要の隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓを通して、偏向ケース１の内部で質量分離されたイオンビームが偏向ケース１から外部に導出されるようになっている。
【００８７】
なお、出口導体部静電シールド管５ｄの長手方向の両端部は、中央部にスリット状の開口を有する遮蔽部材６によって閉塞されており、この遮蔽部材６のスリット状の開口部６ｄの幅は、出口導体部静電シールド管５ｄの長さと一致している。
【００８８】
続いて、本実施形態１に特有の構成要素として、入口部磁気シールド７ｃと出口部磁気シールド７ｄについて、詳細に説明する。
【００８９】
入口部磁気シールド７ｃは、入口部導体２ｃ（入口導体部静電シールド管５ｃ）よりも前段側に、入口部導体２ｃ−１、２ｃ−２、・・・（入口導体部静電シールド管５ｃ−１、５ｃ−２、・・・）のそれぞれと対向するように配置された、複数本の磁気シールド棒７ｃ−１、７ｃ−２、・・・からなっている。各磁気シールド棒７ｃ−１、７ｃ−２、・・・の間には、所要の隙間Ｓ’が形成されている。この隙間Ｓ’は、可能な限り、入口導体部静電シールド管５ｃの隙間Ｓと同程度であることが好ましい。したがって、入口部磁気シールド７ｃ（磁気シールド棒７ｃ−１、７ｃ−２、・・・）の径や幅は、入口導体部静電シールド管５ｃ（入口導体部静電シールド管５ｃ−１、５ｃ−２、・・・）の径や幅と同程度であることが好ましい。
【００９０】
これと同様に、出口部磁気シールド７ｄは、出口部導体２ｄ（出口導体部静電シールド管５ｄ）よりも後段側に、出口部導体２ｄ−１、２ｄ−２、・・・（出口導体部静電シールド管５ｄ−１、５ｄ−２、・・・）のそれぞれと対向するように配置された、複数本の磁気シールド棒７ｄ−１、７ｄ−２、・・・からなっている。各磁気シールド棒７ｄ−１、７ｄ−２、・・・の間には、所要の隙間Ｓ’が形成されている。この隙間Ｓ’は、可能な限り、出口導体部静電シールド管５ｄの隙間Ｓと同程度であることが好ましい。したがって、出口部磁気シールド７ｄ（磁気シールド棒７ｄ−１、７ｄ−２、・・・）の径や幅は、出口導体部静電シールド管５ｄ（出口導体部静電シールド管５ｄ−１、５ｄ−２、・・・）の径や幅と同程度であることが好ましい。
【００９１】
上記磁気シールド７ｃおよび７ｄには、磁性ＳＵＳ（ステンレススチール）や鉄などの磁性材料が用いられる。なお、磁気シールド７ｃおよび７ｄに鉄材を用いる場合には、これら磁気シールド７ｃおよび７ｄも、導体２ａ〜２ｄと同様に、静電シールド管（磁気シールド部静電シールド管）によって覆われていることが好ましい。このような磁気シールド部静電シールド管を設ける構成については、後述する実施形態３で詳細に説明することにする。
【００９２】
上記構成により、以下に、本実施形態１の質量分離装置１０の動作を説明する。
【００９３】
まず、本実施形態１の質量分離装置１０には、イオン源（図示せず）などから出力されるイオンビームＩａが入射される。具体的には、イオンビームＩａが入口部磁気シールド７ｃの隙間Ｓ’を通り、その後、入口導体部静電シールド管５ｃ（入口部導体２ｃ）の隙間Ｓを通して、偏向ケース１の内部に導入される。なお、入口部磁気シールド７ｃの隙間Ｓ’が入口導体部静電シールド管５ｃの隙間Ｓと同程度であれば、入口部磁気シールド７ｃを設けたことによってイオンビームＩａの質量分離装置１０への入射が妨害される虞はない。
【００９４】
偏向ケース１の内部（空芯ソレノイド状の電流路２の内部）には、電流路２によって、ｙ方向の磁場Ｈｉｎ（ｙ）が形成されている。この磁場Ｈｉｎ（ｙ）の作用により、イオンビームＩａに含まれる質量の異なる複数のイオン種の軌道が、それぞれ、その質量に応じた軌道半径で湾曲される。
【００９５】
このように軌道が湾曲されたイオンのうち、特定の軌道半径（または、特定範囲の軌道半径）で曲げられた特定質量のイオンは、遮蔽部材６のスリット状の開口部６ｄにおいて、出口導体部静電シールド管５ｄ（出口部導体２ｄ）の隙間Ｓを通り、偏向ケース１の外部へと導出される。その後、後段側の出口部磁気シールド７ｄの隙間Ｓ’を通り、イオンビームＩｃとして質量分離装置機１０から出力される。
【００９６】
ここで、本実施形態１の質量分離装置１０においては、従来の質量分離装置１００とは異なり、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄが設けられている。したがって、入口導体部静電シールド管５ｃ（入口部導体２ｃ）よりも前段側、および、出口導体部静電シールド管５ｄ（出口部導体２ｄ）よりも後段側への漏洩磁場が効果的に防止される。
【００９７】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、この作用について説明するための模式図である。図３（ａ）は、本実施形態１の質量分離装置１０のように、入口部磁気シールド７ｃを設けた場合について、入口部導体２ｃの周囲に形成される磁場Ｈｃを示している。また、図３（ｂ）は、従来の質量分離装置１００のように、本実施形態１の入口部磁気シールド７ｃを設けない場合について、入口部導体２ｃの周囲に形成される磁場Ｈｃを示している。
【００９８】
従来の質量分離装置１００のように、本実施形態１の入口部磁気シールド７ｃを設けない場合には、図３（ｂ）に示すように、入口部導体２ｃ（２ｃ−１、２ｃ−２、・・・）の周囲に、略円状の磁場Ｈｃ（Ｈｃ−１、Ｈｃ−２、・・・）が形成される。この略円状の磁場Ｈｃは、空芯ソレノイド状の電流路２の内部に向けて（図中ｚ軸の正方向に向けて）広がるとともに、電流路２の外部（ｚ軸の負方向）にも広がる。その結果、入口部導体２ｃ（入口導体部静電シールド管５ｃ）よりも前段側において、電流路２の内部（Ｈｉｎ（ｙ）：ｙ軸の正方向）とは逆向き（ｙ軸の負方向）の磁場Ｈｏｕｔ（ｙ）が形成される。
【００９９】
これに対して、本実施形態１の質量分離装置１０のように入口部磁気シールド７ｃを設けた場合には、図３（ａ）に示すように、入口部導体２ｃ（２ｃ−１、２ｃ−２、・・・）の周囲に形成される磁場Ｈｃ（Ｈｃ−１、Ｈｃ−２、・・・）が、入口部磁気シールド７ｃ（７ｃ−１、７ｃ−２、・・・）によってシールドされるため、電流路２の外部に向けて（ｚ軸の負方向に向けて）の磁場Ｈｃの広がりを抑制することができる。したがって、各入口部導体２ｃ−１、２ｃ−２、・・・から生成される磁場Ｈｃ−１、Ｈｃ−２、・・・のそれぞれの合成によって、電流路２の内部にｙ方向（ｙ軸の正方向）の磁場Ｈｉｎ（ｙ）が形成されるが、電流路２の外部（入口部導体２ｃよりも前段）にはほとんど磁場が形成されない。
【０１００】
なお、この場合には、入口部磁気シールド７ｃと入口部導体２ｃとの間の空間における磁場の影響が懸念されるが、本実施形態１においては、入口部導体２ｃと対向するように入口部磁気シールド７ｃを設けているため、前記空間内であっても、イオンビームが通過する、入口部磁気シールド７ｃの隙間Ｓ’〜入口導体部静電シールド管５ｃの隙間Ｓの部分には、ほとんど漏洩磁場が作用しない。したがって、この隙間Ｓ’〜隙間Ｓを通過するイオンビームに対しても、ほとんど悪影響を及ぼさない。
【０１０１】
出口部磁気シールド７ｄについても、入口部磁気シールド７ｃの場合と同様の作用を呈し、各出口部導体２ｄ−１、２ｄ−２、・・・から生成される磁場Ｈｄ−１、Ｈｄ−２、・・・のそれぞれの合成により、電流路２の内部にｙ方向（ｙ軸の正方向）の磁場Ｈｉｎ（ｙ）が形成されるが、電流路２の外部（出口部導体２ｄの後段側）にはほとんど磁場が形成されない。なお、出口部磁気シールド７ｄによる磁場については、図示を省略している。
【０１０２】
以上のように、本実施形態１の質量分離装置１０によれば、ほとんど、偏向ケース１（空芯ソレノイド状の電流路２）の内部のみに、ｙ方向（ｙ軸の正方向）の磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成することができるため、図４に示すように、イオンビームが、理想的な状態で湾曲されるようになる。図４は、本実施形態１の質量分離装置１０におけるイオンビームの軌道を示す模式図である。
【０１０３】
本実施形態１では、従来の質量分離装置１００の場合と同様に、空芯ソレノイド状の電流路２を用いているため、電流路２をｙ方向に長い形状としても、その内部に、長手方向（ｙ方向）に均一な磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成することができる。
【０１０４】
この電流路２の内部で、均一な磁場Ｈｉｎ（ｙ）の作用によって、イオンビームを曲げるようにしているため、磁場方向（ｙ方向）に幅広のイオンビームであっても、均一に曲げることができる。
【０１０５】
さらに、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄを設けることにより、電流路２の外部への漏洩磁場を効果的に抑制することができる。このため、イオンビームを理想的な状態で湾曲させて、高精度な質量分離を行うことができる。
【０１０６】
したがって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことが可能となる。
【０１０７】
なお、上記偏向ケース１（電流路２）は、湾曲されたイオンビームが通過できるような形状であればよく、図５（ａ）に示すような完全な扇形状に限らない。例えば、図５（ｂ）に示すように、外径側および内径側がテーパ形状のものであってもよい。これらを包含して、特許請求の範囲では、偏向ケース１の形状を「略扇形状」と規定している。図５（ｂ）に示すような形状の偏向ケース１を用いる場合には、外径側導体２ａおよび内径側導体２ｂについても、円弧状ではなく、直線状の導体を用いることになる。
【０１０８】
さらに、上記実施形態１では、質量分離装置１０に、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄの双方の磁気シールドを設ける場合について説明したが、スペース上の制約などがある場合には、適宜に、一方の磁気シールド（入口部磁気シールド７ｃまたは出口部磁気シールド７ｄ）のみを用いるようにしてもよい。但し、この場合には、質量分離精度が若干低下する。
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る質量分離装置の概略構成例を示す要部断面斜視図である。
【０１０９】
図６において、本実施形態２の質量分離装置２０は、図１に示す実施形態１の質量分離装置１０にヨーク部材８を追加して、電流路２の外部への漏洩磁場をさらに効果的に抑制したものである。その他の構成は、上記実施形態１の質量分離装置１０の場合と同様であるため、同一の部材には同一の記号を付して、その説明を省略している。
【０１１０】
このヨーク部材８は、偏向ケース１の周囲を覆うようにして設けられており、偏向ケース１の外径側外部に位置する外径側ヨーク部８ａと、偏向ケース１の内径側外部に位置する内径側ヨーク部８ｂと、偏向ケース１のｙ方向両端面の外部に位置する端面ヨーク部（図示せず）とからなっている。
【０１１１】
この偏向ケース１の入口部３よりも前段側には、偏向ケース１と接続して入口部ケース１ｃが設けられている。この入口部ケース１ｃの開口した穴部（図示せず）を通して、入口部磁気シールド７ｃが、外径側ヨーク部８ａおよび内径側ヨーク部８ｂと接続されて設けられている。
【０１１２】
これと同様に、偏向ケース１の出口部４よりも後段側には、偏向ケース１と接続して出口部ケース１ｄが設けられている。この出口部ケース１ｄの開口した穴部（図示せず）を通して、出口部磁気シールド７ｄが、外径側ヨーク部８ａおよび内径側ヨーク部８ｂと接続されて設けられている。
【０１１３】
上記構成により、本実施形態２の質量分離装置２０によれば、電流路２（偏向ケース１）が、ヨーク部材８、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって完全に包囲されている。
【０１１４】
したがって、上記実施形態１の質量分離装置１０の場合と同様に、入口部導体２ｃおよび出口部導体２ｄによって生成される磁場は、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによってシールドされる。さらに、これらの磁気シールド７ｃおよび７ｄに流入された磁束が、外径側ヨーク部８ａおよび内径側ヨーク部８ｂを通るように、磁路が形成される。さらに、外径側導体２ａおよび内径側導体２ｂによって、電流路２の外部に形成される磁場も、外径側ヨーク部８ａおよび内径側ヨーク部８ｂによってシールドされる。
【０１１５】
これらの結果、電流路２の内部に効率的に磁場Ｈｉｎ（ｙ）を形成することができるとともに、電流路２の外部への漏洩磁場を、上記実施形態１の場合よりも一層効果的に抑制することができる。したがって、イオンビームを、より理想的な状態で湾曲させることが可能となり、この結果、一層高精度の質量分離を行うことができる。よって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができるようになる。
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３に係る質量分離装置の概略構成例を示す要部断面斜視図である。
【０１１６】
図７において、本実施形態３の質量分離装置３０は、図１に示す実施形態１の質量分離装置１０における入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄを、静電シールド管（磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄ）で覆って、質量分離装置３０の信頼性を高めたものである。その他の構成は、上記実施形態１の質量分離装置１０の場合と同様であるので、同一の部材には同一の記号を付して、その説明を省略している。
【０１１７】
磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄは、ステンレススティール（ＳＵＳ）などの導電材料からなり、それぞれ、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄを包囲している。
【０１１８】
なお、磁気シールド部静電シールド管７１ｃ（７１ｃ−１、７１ｃ−２、・・・）の間の隙間Ｓ’は、入口導体部静電シールド管５ｃの隙間Ｓと同程度であることが好ましい。これと同様に、磁気シールド部静電シールド管７１ｄ（７１ｄ−１、７１ｄ−２、・・・）の間の隙間Ｓ’も、出口導体部静電シールド管５ｄの隙間Ｓと同程度であることが好ましい。
【０１１９】
本実施形態３の質量分離装置３０によれば、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄが、磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄによって覆われており、イオンビームに直接晒されないようになっている。
【０１２０】
このため、腐食、錆びや不純ガスの発生などの問題を意識せずに、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄの材料として、如何なる高透磁率材料でも用いることができる。したがって、当然、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄの材料として、鉄材であっても問題なく使用することができる。
【０１２１】
このため、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄに腐食などの問題が生じる虞がなく、本実施形態３の質量分離装置３０の信頼性を高めることができる。さらに、上記実施形態１，２の場合と同様に、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって、電流路２の外部への漏洩磁場が効果的に抑制されているので、イオンビームを理想的な状態で湾曲させて、高精度の質量分離を行うことができる。よって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
【０１２２】
なお、上記実施形態３では、磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄを、上記実施形態１の質量分離装置１０に適用した場合について説明したが、磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄを上記実施形態２の質量分離装置２０に適用することもできる。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態３の質量分離装置３０に加えて、磁気シールド部静電シールド管７１ｃと入口導体部静電シールド管５ｃとの間、および、磁気シールド部静電シールド管７１ｄと出口導体部静電シールド管５ｄとの間に、図８に示すように適宜に電位差を与え、イオンビームの加速や減速を行う質量分離装置４０Ａについて説明する。
【０１２３】
この質量分離装置４０Ａにおいては、例えば、電源７２ａによって、入口導体部静電シールド管５ｃを、磁気シールド部静電シールド管７１ｃに対して負電位とすることができる。この場合、両者間でイオンビームを適宜に加速することができるので、偏向ケース１に導入されるイオンビームＩａの初速度を調整することができる。さらに、この電位差を、イオン源からのイオンビームの引出しなどに利用することもできる。
【０１２４】
これと同様に、電源７２ｂによって、出口導体部静電シールド管５ｄを、磁気シールド部静電シールド管７１ｄに対して正電位とすることができる。この場合、両者の間でイオンビームを適宜に加速して、その加速状態でイオン注入処理などを行うこともできる。
【０１２５】
なお、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄの材料として、磁性ステンレススティール（ＳＵＳ）などの耐腐食性の導電性材料を用いる場合には、磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄを設けずに、図９に示す質量分離装置４０Ｂのように、入口部磁気シールド７ｃと入口導体部静電シールド管５ｃとの間、および、出口部磁気シールド７ｄと出口導体部静電シールド管５ｄとの間に、直接的に、電位差を与えるようにしてもよい。
【０１２６】
本実施形態４の質量分離装置４０Ａ，４０Ｂによれば、導体部静電シールド管と、磁気シールド部静電シールド管（または磁気シールド７ｃ、７ｄ）との間に電位差を付与することができるので、偏向ケース１に導入されるイオンビームや、偏向ケース１から導出されるイオンビームを、適宜に加速または減速することができる。
さらに、上記実施形態１〜３の場合と同様に、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって、電流路２の外部への漏洩磁場が効果的に抑制されているので、イオンビームを理想的な状態で湾曲させて、高精度の質量分離を行うことができる。よって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
（実施形態５）
本実施形態５では、上記実施形態４のように電位差を付与してイオンビームの加速や減速などを行うことが望ましくないような用途の場合に用いられる質量分離装置５０Ａについて説明する。この質量分離装置５０Ａにおいては、図８の電源７２ａ，７２ｂ代わりにそれぞれを短絡状態にして、入口部３側において、磁気シールド部静電シールド管７１ｃと静電シールド管５ｃを電気的に接続してこれらを同電位にすると共に、出口部４側において磁気シールド部静電シールド管７１ｄと静電シールド管５ｄを電気的に接続してこれらを同電位にする。
【０１２７】
また、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄの材料として、磁性ステンレススティール（ＳＵＳ）のような耐腐食性の導電性材料を用いる場合には、磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄを設けずに、入口部磁気シールド７ｃと静電シールド管５ｃを電気的に接続すると共に、出口部磁気シールド７ｄと静電シールド管５ｄとを電気的に接続するようにしてもよい。
【０１２８】
すなわち、図９に示す質量分離装置５０Ｂにおいて、電源７２ａ，７２ｂの代わりにそれぞれを短絡状態にして、入口部３側において、入口部磁気シールド７ｃと静電シールド管５ｃを電気的に接続してこれらを同電位にすると共に、出口部４側において出口部磁気シールド７ｄと静電シールド管５ｄを電気的に接続してこれらを同電位にする。
本実施形態５の質量分離装置５０Ａ，５０Ｂによれば、導体部静電シールド管と、磁気シールド部静電シールド管（または磁気シールド７ｃ、７ｄ）とを電気的に接続しているので、イオンビームの加速や減速が望ましくないような用途にも適用できる。
さらに、上記実施形態１〜４の場合と同様に、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって、電流路２の外部への漏洩磁場が効果的に抑制されているので、イオンビームを理想的な状態で湾曲させて、高精度の質量分離を行うことができる。よって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
（実施形態６）
図１０は、本発明の実施形態６に係る質量分離装置における、入口部３付近の概略構成を示す要部斜視図である。
【０１２９】
図１０において、本実施形態６の質量分離装置６０では、図７に示す実施形態３の質量分離装置３０における磁気シールド部静電シールド管７１ｃおよび７１ｄを、それぞれ、導体部静電シールド管５ｃおよび５ｄと兼用した、第２静電シールド管７３ｃおよび７３ｄを用いている。
【０１３０】
具体的には、図１０に示すように、入口部３の第２静電シールド管７３ｃによって、入口部導体２ｃと入口部磁気シールド７ｃとの双方を包囲して内部に収容している。これと同様に、出口部４の第２静電シールド管７３ｄ（図示せず）によって、出口部導体２ｄと出口部磁気シールド７ｄとの双方を包囲して内部に収容している。その他の構成は、上記実施形態３の質量分離装置３０の場合と同様であるので、ここでは、その説明を省略する。
【０１３１】
本実施形態６の質量分離装置６０によれば、第２静電シールド管７３ｃおよび７３ｄが導体部静電シールド管と磁気シールド部静電シールド管とを兼ねているので、上記実施形態３の質量分離装置３０に比べて、装置の構成を簡略化することができる。
【０１３２】
さらに、上記実施形態１〜５の場合と同様に、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって、電流路２の外部への漏洩磁場が効果的に抑制されているので、イオンビームを理想的な状態で湾曲させて、高精度の質量分離を行うことができる。よって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
（実施形態７）
上記実施形態１〜６の質量分離装置１０〜６０において、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄを構成する各磁気シールド棒７ｃ−１、７ｃ−２、・・・、７ｄ−１、７ｄ−２、・・・の形状は、図１に示した円柱形状に限らず、角柱形状や所定幅の板状、さらには略半円筒形状など、様々な形状を採用することができる。
【０１３３】
入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄの形状は、入口部導体２ｃ（２ｃ−１、２ｃ−２、・・・）の周囲に形成される磁場Ｈｃ（Ｈｃ−１、Ｈｃ−２、・・・）が、入口部磁気シールド７ｃ（７ｃ−１、７ｃ−２、・・・）によってシールドされ、また、出口部導体２ｄ（２ｄ−１、２ｄ−２、・・・）の周囲に形成される磁場Ｈｄ（Ｈｄ−１、Ｈｄ−２、・・・）が、出口部磁気シールド７ｄ（７ｄ−１、７ｄ−２、・・・）によってシールドされるような形状であればよい。
【０１３４】
図１１は、本発明の実施形態７に係る質量分離装置における、入口部付近の概略構成例を示す要部斜視図である。
【０１３５】
図１１において、本実施形態７の質量分離装置７０Ａでは、特徴構成の入口部磁気シールド７４ｃの形状として、上記実施形態１〜６の質量分離装置１０〜６０における円柱状の磁気シールド７ｃに代えて、円弧状曲面を有する略半円筒形状としている。なお、図１１には、略半円筒形状の入口部磁気シールド７４ｃのみを示している。その他の構成は、実施形態１〜６の質量分離装置１０〜６０の何れかと同様であるので、ここでは、その説明を省略している。  
入口部磁気シールド７４ｃ（７４ｃ−１、７４ｃ−２、・・・）は、入口部導体２ｃ（２ｃ−１、２ｃ−２、・・・）の略半周分を覆うように円弧状曲面を有する略半円筒形状とされている。すなわち、入口部磁気シールド７４ｃは、長尺の略円弧状の曲面形状を有し、該曲面の内面側が前記入口部導体２ｃと対向するように配置されている。この構成により、入口部磁気シールド７４ｃによって、入口部導体２ｃ（２ｃ−１、２ｃ−２、・・・）の周囲に形成される磁場Ｈｃ（Ｈｃ−１、Ｈｃ−２、・・・）を広い範囲で受け止めて、入口部導体２ｃよりも前段側への磁場Ｈｃの広がりを効果的に抑制することができる。
【０１３６】
また、これと同様に、出口部磁気シールド７４ｄ（図示せず）についても、出口部導体２ｄの略半周分を覆うように円弧状曲面を有する略半円筒形状とすることにより、出口部磁気シールド７４ｄによって、出口部導体２ｄの周囲に形成される磁場Ｈｄを広い範囲で受け止めて、出口部導体２ｄよりも後段側への磁場Ｈｄの広がりを効果的に抑制することができる。
【０１３７】
したがって、本実施形態７の質量分離装置７０Ａによれば、円弧状曲面を有する略半円筒形状の入口部磁気シールド７４ｃおよび出口部磁気シールド７４ｄによって、電流路２の外部への漏洩磁場が一層効果的に抑制されるため、イオンビームをより理想的な状態で湾曲させて、高精度の質量分離を行うことができる。よって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
【０１３８】
なお、本実施形態７の略半円筒形状の入口部磁気シールド７４ｃおよび出口部磁気シールド７４ｄにおいても、上記実施形態２の場合と同様に、ヨーク部材を併用して磁路を構成したり、上記実施形態３の場合と同様に、磁気シールド部静電シールド管で覆われる構成とすることもできる。さらに、上記実施形態６の場合と同様に、図１２の質量分離装置７０Ｂに示すように、第２静電シールド管７５ｃによって入口部導体２ｃと入口部磁気シールド７４ｃとの双方を包囲して内部に収容し、出口部４の第２静電シールド管７５ｄ（図示せず）によって出口部導体２ｄと出口部磁気シールド７４ｄ（図示せず）との双方を包囲して内部に収容することもできる。
（実施形態８）
上記実施形態１〜７の質量分離装置１０〜７０（例えば図１および図２の質量分離装置１０）では、空芯ソレノイド状の電流路２を用いて、電流路２の内部でイオンビームを曲げるようにしているので、電流路２の長手方向（磁場方向）に幅広のイオンビームであっても、均一に曲げることができる。
【０１３９】
さらに、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって、電流路２の外部への漏洩磁場を効果的に抑制しているので、イオンビームを理想的な状態で湾曲させて、高精度の質量分離を行うことができる。
【０１４０】
したがって、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
【０１４１】
このような上記実施形態１〜７の質量分離装置１０〜７０（例えば図１および図２の質量分離装置１０）を、例えばイオン注入装置などのイオンビーム発生装置に適用すれば、特定のイオン種からなる大面積のイオンビームを出力させて、安定したイオン注入処理などを高精度、かつ、高スループットで行うことができる。
【０１４２】
図１３は、本発明の質量分離装置が搭載されたイオンビーム発生装置の要部構成例を示す模式図である。
【０１４３】
図１３において、本実施形態８のイオンビーム発生装置８０は、イオン源９１と、本発明の質量分離装置１０、２０，３０，４０，５０、６０または７０（例えば図１および図２の質量分離装置１０）とを有している。
【０１４４】
イオン源９１は、放電などにより複数種のイオンを生成し、この複数種のイオンからなる第１イオンビームＩａを外部に出力する。このイオン源９１は、例えば、アノード９１ａとカソード９１ｂとの間で原料ガス（例えばＨ２希釈されたＢ２Ｈ６）に基づくプラズマを生成する。このプラズマ中のイオン（Ｂ２Ｈｘ＋、Ｂ１Ｈｘ＋、Ｈｘ＋など）を、イオン源９１の出口側に設けられた引出電極９１ｃによって、第１イオンビームＩａとして引き出すように構成されている。好ましくは、アノード９１ａとカソード９１ｂとの間にフィラメント９１ｄが設けられており、より効率的にプラズマを生成するための電子が供給されている。
【０１４５】
イオン源９１から出力されたイオンビームＩａは、本発明の質量分離装置（例えば、図１の質量分離装置１０）において、入口部磁気シールド７ｃの隙間Ｓ’を通り、その後、入口導体部静電シールド管５ｃ（入口部導体２ｃ）の隙間Ｓを通して、偏向ケース１内に導入される。
【０１４６】
なお、第１イオンビームＩａの質量分離装置（例えば質量分離装置１０）への導入手段は、上記引出電極９１ｃに限らず、上記実施形態４で説明したように、例えば、入口部磁気シールド７ｃと入口導体部静電シールド管５ｃとの間、または、磁気シールド部静電シールド管７１ｃと入口導体部静電シールド管５ｃとの間の電位差に基づくものであってもよい。また、引出電極９１ｃと入口部磁気シールド７ｃとの間、または、引出電極９１ｃと磁気シールド部静電シールド管７１ｃとの間に電位差が付与されていてもよい。
【０１４７】
偏向ケース１内に導入されたイオンビームＩａは、電流路２によって形成される磁場Ｈｉｎ（ｙ）の作用を受け、このイオンビームＩａに含まれる、質量が異なる複数のイオン種の軌道が、図中の軌道Ｉｂで示すように、それぞれ、その質量に応じた軌道半径で湾曲される。
【０１４８】
このように軌道が湾曲されたイオンのうち、特定の軌道半径（または特定範囲の軌道半径）で曲げられた特定質量のイオンは、遮蔽部材６の開口部６ｄにおいて、出口導体部静電シールド管５ｄ（出口部導体２ｄ）の隙間Ｓを通り、偏向ケース１から導出される。その後、さらに、後段の出口部磁気シールド７ｄの隙間Ｓ’を通して、イオンビームＩｃとして質量分離装置（例えば質量分離装置１０）から外部に出力される。
【０１４９】
このように、質量分離装置（例えば質量分離装置１０）から出力されたイオンビームＩｃは、必要に応じて適宜に加速され、このイオンビームＩｃによって、被処理物（基板）に対するイオン注入処理などが行なわれる。また、必要に応じて、例えば質量分離装置１０の後段側に適宜にスリットを配置して、質量分離精度を高めるようにすることもできる。
なお、イオンビームＩｃのサイズよりも大きな被処理物（基板）に対して、その全面にイオン注入処理などを施す場合には、被処理物（基板）をイオンビームＩｃに対して相対的に移動させることになる。この場合、イオンビームＩｃのサイズが大きい程、被処理物（基板）の移動速度を高めることができるので、スループットを高めることができる。また、イオンビームＩｃのサイズよりも小さい被処理物（基板）に対してイオン注入処理などを施す場合には、複数の被処理物（基板）を同時に処理することができる。この場合、イオンビームＩｃのサイズが大きい程、同時処理できる被処理物（基板）の枚数が多くなるので、スループットを高めることができる。
【０１５０】
本実施形態８のイオンビーム発生装置８０によれば、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことが可能な質量分離装置（例えば質量分離装置１０）を用いているため、電流路２に供給される電流、即ち、電流路２の内部の磁場Ｈｉｎ（ｙ）を適宜に設定することにより、特定のイオン種からなる大面積のイオンビームを出力することができる。
【０１５１】
このような、本実施形態８のイオンビーム発生装置８０を用いることにより、半導体に対するイオン注入（イオンドーピング）を、高精度に、かつ、高速に安定して行なうことができる。したがって、高精度のイオン注入（イオンドーピング）が要求される、ＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンが注入されるチャネル部などを、容易で精密かつ高速に形成することができる。
【０１５２】
このようにして作製されたトランジスタなどの機能素子は、高スイッチング特性、低消費電力、および高信頼性のデバイスとして、非常に有用である。しかも、この機能素子は、大面積のイオンビームを用いて高スループットで作製されているため、非常に低コストである。
【０１５３】
以上により、上記実施形態１〜８によれば、略扇形状の偏向ケース１と、入口部導体２ｃ、出口部導体２ｄ、外径側導体２ａおよび内径側導体２ｂからなる空芯ソレノイド状の電流路２と、入口部導体２ｃと対向して配置される入口部磁気シールド７ｃと、出口部導体２ｄと対向して配置される出口部磁気シールド７ｄとを備えているので、出口部導体〜外径側導体〜入口部導体〜内径側導体からなる電流路２によって電流路２の内部に均一な磁場を形成することができ、さらに、入口部磁気シールド７ｃおよび出口部磁気シールド７ｄによって電流路２の外部への磁場の漏洩を抑制することができる。これによって、質量分離装置内で、幅広のイオンビームを理想的な状態で均一に湾曲させることができるので、大面積のイオンビームに対しても、高精度な質量分離を行ことができる。
【０１５４】
なお、以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜８を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜８に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜８の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、イオンビームに含まれる質量が異なる複数種のイオンを分離する質量分離装置、この質量分離装置が搭載されて、例えば半導体集積回路（ＩＣ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶素子などの半導体デバイスの製造工程において、所定導電型の半導体を形成するために、半導体に対してイオン注入（イオンドーピング）処理などを行うイオンビーム発生装置、このイオンビーム発生装置を用いて作製された、高精度のイオン注入が要求されるＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンが注入されるチャネル部を持つトランジスタなどの機能素子、この機能素子の製造方法および、このイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法の分野において、空芯ソレノイド状の電流路によって、その内部に均一な磁場を形成するとともに、質量分離装置の入口部および出口部の少なくとも一方に磁気シールドを設けて、電流路の外部への漏洩磁場を効果的に抑制することができる。したがって、幅広のイオンビームを理想的な状態で均一に湾曲させることが可能となり、その結果、大面積（幅広）のイオンビームに対しても、高精度な質量分離（イオン種分離）を行うことができる。
【０１５６】
よって、本発明の質量分離装置が搭載されたイオンビーム発生装置を用いることにより、半導体に対するイオン注入処理などを高精度、かつ、高速に行うことが可能となる。したがって、高精度のイオン注入が要求されるＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンが注入されるチャネル部などを、容易に、かつ、高速に形成することができる。
【０１５７】
このようにして作製されたトランジスタなどの機能素子は、高スイッチング特性、低消費電力および高信頼性を有するデバイスとして、非常に有用である。しかも、この機能素子は、大面積のイオンビームを用いて高スループットで作製することができるため、低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の実施形態１に係る質量分離装置の構成例を示す要部断面斜視図である。
【図２】図１の質量分離装置の電流路の構成例を説明する要部斜視図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、図１の質量分離装置の動作について説明するための要部模式図である。
【図４】図１の質量分離装置におけるイオンビームの軌道を示す模式図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、図１の質量分離装置における偏向ケースの各形状例を模式的に示す側面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る質量分離装置の構成例を示す要部断面斜視図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る質量分離装置の構成例を示す要部断面斜視図である。
【図８】本発明の実施形態４に係る質量分離装置の要部構成例を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態４の変形例に係る質量分離装置の要部構成例を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態６に係る質量分離装置の入口部付近の要部構成例を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態７に係る質量分離装置の入口部付近の要部構成例を模式的に示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態７の変形例に係る質量分離装置の入口部付近の要部構成例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態８に係るイオンビーム発生装置の要部構成例を示す模式図である。
【図１４】従来の質量分離装置の要部断面斜視図である。
【図１５】図１４の質量分離装置の空芯励磁電流路の構成例を説明する要部斜視図である。
【図１６】図１４の質量分離装置の電流路の外部への漏洩磁場を説明するための図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、図１４の質量分離装置の課題をイオンビーム軌道と共に説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１  イオン偏向ケーシング（偏向ケース）
１ｃ  入口部ケース（接続部）
１ｄ  出口部ケース（接続部）
２  空芯励磁電流路（電流路）
２ａ  外径側導体
２ｂ  内径側導体
２ｃ  入口部導体
２ｄ  出口部導体
３  入口部
４  出口部
５  導体部静電シールド管
５ｃ  入口導体部静電シールド管
５ｄ  出口導体部静電シールド管
６  遮蔽部材
６ｄ  遮蔽部材の開口部
７ｃ、７４ｃ  入口部磁気シールド
７ｄ、７４ｄ  出口部磁気シールド
７１ｃ、７１ｄ  磁気シールド部静電シールド管
７２ａ、７２ｂ  電源
７３ｃ、７３ｄ、７５ｃ、７５ｄ  第２静電シールド管
８  ヨーク部材
８ａ  外径側ヨーク部
８ｂ  内径側ヨーク部
９１  イオン源
９１ａ  アノード  
９１ｂ  カソード
９１ｃ  引出電極
９１ｄ  フィラメント
１０、２０、３０、４０Ａ、４０Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ、６０、７０Ａ、７０Ｂ  質量分離装置
８０  イオンビーム発生装置
【図１】
0004627016.tif 000002
【図２】
0004627016.tif 000003
【図３】
0004627016.tif 000004
【図４】
0004627016.tif 000005
【図５】
0004627016.tif 000006
【図６】
0004627016.tif 000007
【図７】
0004627016.tif 000008
【図８】
0004627016.tif 000009
【図９】
0004627016.tif 000010
【図１０】
0004627016.tif 000011
【図１１】
0004627016.tif 000012
【図１２】
0004627016.tif 000013
【図１３】
0004627016.tif 000014
【図１４】
0004627016.tif 000015
【図１５】
0004627016.tif 000016
【図１６】
0004627016.tif 000017
【図１７】
0004627016.tif 000018