(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、
イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、
前記質量分析磁石区間とこれに連なる前記質量分析磁石前方区間の一部および前記質量分析磁石後方区間の一部を含む前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、少なくとも前記質量分析磁石を含む前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、
イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、
前記質量分析磁石前方区間と前記質量分析磁石区間との連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記引出電極から前記質量分析磁石出口までの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】
イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、
イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、
前記質量分析磁石区間と前記質量分析磁石後方区間との連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記質量分析磁石入口から前記質量分析スリットまでの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項４】
イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、
イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、
前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間、前記質量分析磁石後方区間の連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記引出電極から前記質量分析スリットまでの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】
イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、
イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、
前記質量分析磁石前方区間から前記ウエハー処理室までの連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記引出電極から前記ウエハー処理室までの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場を形成する磁石装置は複数のカスプ磁場形成用の磁石から成り、磁石の磁極のイオンビーム側に向けた面が、ビームラインに沿ってＮ極とＳ極を交互に繰り返すように、ビームラインに沿ってある間隔で配列するよう構成したものであることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場を形成する磁石装置を、磁極がビームラインに向くよう配置された複数の略方形状のカスプ磁場形成用の磁石又は棒状のカスプ磁場形成用の磁石あるいは柱状のカスプ磁場形成用の磁石で構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場を形成する磁石装置を複数のカスプ磁場形成用の磁石で構成し、各磁石の磁極がビームラインと直交する方向で、かつビームラインの方向に並ぶように配設したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場を形成する磁石装置は、イオンビーム偏向面を挟む方向の２面に互いに磁極を対向させて設置した複数のカスプ磁場形成用の磁石を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場を形成する磁石装置は、イオンビーム偏向面を挟む方向の２面と、該イオンビーム偏向面を挟む方向の２面と直角な方向でイオンビームを挟む２面の合計４面にそれぞれ磁極を対向させて設置した複数のカスプ磁場形成用の磁石を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３〜５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場を形成する磁石装置は複数のカスプ磁場形成用の磁石を含み、前記質量分析磁石内の前記カスプ磁場形成用の磁石のみ該質量分析磁石の各磁極に合わせた２面配置とし、それ以外のカスプ磁場形成用の磁石は上下左右４面配置としたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場形成用の磁石は、ビームライン上でのカスプ磁場の影響が打ち消されるように、ビームラインを挟んで向かい合う磁石のビームラインに面した側の磁極の極性が一致し、向かい合う磁石の磁場強度が概ね同じになるよう構成することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のイオン注入装置において、前記質量分析磁石はその平面形状が略扇形状であり、該質量分析磁石内の前記カスプ磁場形成用の磁石は、その磁極方向に関して前記質量分析磁石の内径側から外径側に向けて磁場強度が大きくなるように構成されていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場形成用の磁石の配置は、ビームラインからそれぞれの磁石までの距離が等しくなるように配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１５】
請求項１０あるいは１１に記載のイオン注入装置において、ビームラインが４面配置の前記カスプ磁場形成用の磁石で囲まれた部分では、対向し合う４面の前記カスプ磁場形成用の磁石はそのビームラインに面した側の極性が、全てＮ極、または全てＳ極となるよう配置され、しかもそれらの極性がイオンビームの進行方向に向かって交互に反転しながら繰り返されることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１６】
請求項１０あるいは１１に記載のイオン注入装置において、ビームラインが４面配置の前記カスプ磁場形成用の磁石で囲まれた部分では、対向し合う４面の前記カスプ磁場形成用の磁石はそのビームラインに面した側の極性が、上下面はＮ極で左右面はＳ極、または上下面はＳ極で左右面はＮ極となるよう配置され、しかもそれらの極性がビームの進行方向に向かって交互に反転しながら繰り返されることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載のイオン注入装置において、カスプ磁場の作用するビームラインの空間内に、アルゴン、窒素、キセノンなどの不活性ガスや水蒸気などの分子ガスを微少量導入することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のイオン注入装置において、前記分子ガスの導入は前記引出電極近傍または前記質量分析磁石内の空間部にて行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載のイオン注入装置において、ビームラインを構成する真空容器の内側に複数のカスプ磁場形成用の磁石を前記カスプ磁場を形成する磁石装置として設置し、該真空容器の内側の設置箇所には、取り外し可能な支持体を設け、該支持体に前記カスプ磁場形成用の磁石を取り付けるよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれかに記載のイオン注入装置において、ビームラインを構成する真空容器の外側に複数のカスプ磁場形成用の磁石を前記カスプ磁場を形成する磁石装置として設置し、該真空容器の外側の設置箇所には、取り外し可能な支持体を設け、該支持体に前記カスプ磁場形成用の磁石を取り付けるよう構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２１】
請求項１９記載のイオン注入装置において、前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石が直接イオンビームにさらされないようにするために、前記カスプ磁場形成用の磁石をイオンビームに照射されない方向に支持することができる構造としたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２２】
請求項１９あるいは２０記載のイオン注入装置において、前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石の温度上昇を防ぎ、該カスプ磁場形成用の磁石側から前記真空容器への熱伝導を効率的に行うため、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上の材質で形成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２３】
請求項１９あるいは２０記載のイオン注入装置において、前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石の温度上昇を防ぐため、冷却媒体を流すことができる構造としたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２４】
請求項１９〜２３のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記支持体の材質を、アルミニウム合金、グラファイト、シリコンのいずれかで構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２５】
請求項１９に記載のイオン注入装置において、前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石が直接イオンビームにさらされないようにするために、カバーを取り付けることができる構造とし、前記カバーの材質を、アルミニウム合金、グラファイト、シリコンのいずれかで構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２６】
請求項１９、２１〜２５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記真空容器内に設置され、イオンビームの熱負荷により温度上昇の可能性ある位置の前記カスプ磁場形成用の磁石には、摂氏６０度のときの保磁力が残留磁束密度と真空透磁率との積の１．２倍以上の永久磁石を使用することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２７】
請求項６〜２６のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場形成用の磁石には、サマリウム−コバルト系の永久磁石を用いることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２８】
請求項１、２、３〜５、１１、１３のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記質量分析磁石の磁極間に配置する前記カスプ磁場形成用の磁石は、前記質量分析磁石の磁極に直接あるいは支持体を介して間接的に固定し、大気側に設置されていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２９】
請求項１、２、３〜５、１１、１３のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記質量分析磁石の磁極間に配置する前記カスプ磁場形成用の磁石は、最大分析磁界と真空透磁率との積の１．２倍以上の保磁力をもつ永久磁石を使用することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３０】
請求項６〜２６、２８、２９のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記カスプ磁場形成用の磁石には、ネオジム−鉄−ボロン系の永久磁石を用いることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３１】
請求項６〜３０のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記各カスプ磁場形成用の磁石はイオンビームの進行方向を横切る方向に延び、その延在長を、イオンビームのビーム断面幅以上となるように構成したことを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のイオン注入では、半導体デバイスの微細化に伴い、注入深さを浅くするために、注入するイオンの低エネルギー化が進んでいる。しかし、低エネルギー領域では、イオンソースから基板に至るビームラインの途中で、イオンビーム自身の電荷でお互いが反発してイオンビームが広がってしまう（空間電荷効果）ため、イオンビームの輸送効率が低下し、十分な値のイオンビーム電流が取れないという問題があった。
【０００３】
イオンビームはそれ自身の正の電荷によりお互いが反発して離れようとする力（空間電荷効果）が作用し、発散しようとする。この空間電荷効果はイオンビームのエネルギーが低エネルギーになるほど強く作用し、また、イオンビームの電流値が高いほど強く作用する。そのため、特に低エネルギーのイオンを注入しようとするイオン注入装置においては、より高いイオンビーム電流獲得のために、空間電荷効果を如何に低減させてイオンビームを発散させないようにするかが重要である。
【０００４】
正電荷を持つイオンが作り出す空間電荷効果は、逆に負の電荷を持つ電子やイオンが存在すれば、空間内のトータル電荷が打ち消される分だけ緩和される。例えば、図１４のイ〜ヘに示すように、イオンビームがビームライン上の構造物に当たる際に構造物表面から発生する二次電子や、イオンビームが残留するガスと衝突して残留ガスをイオン化する際に放出される電子や電子付与により生成される負イオンなどがその働きをする。図１４において、イは引出電極１０１との衝突、ロは目的イオンより重いイオンの真空容器１０２内壁との衝突、ハは残留ガスとの衝突、ニは目的イオンより軽いイオンの真空容器１０２内壁との衝突、ホは分析スリット１０３との衝突、ヘは被照射物である基板１０４との衝突をそれぞれ示している。
【０００５】
上記の作用を積極的に誘起し、空間電荷効果を低減させて、最終的にビーム電流を増大させるために、ビームラインを構成する真空容器中に意図的にガスを導入し、このガスが電離される際の電子によって空間電荷効果を低減させる方法が既に知られている。
【０００６】
すなわち、特許第２７６５１１１号に示されるように、イオンビーム輸送ライン中にガスを導入すると、イオンビームのイオンが軌道上にあるガス分子と衝突することが増加し、その結果、実質的にイオンビーム中に存在する電子の量が増え、イオンビームの空間電荷効果が緩和されるのである。
【０００７】
あるいは、特開平１１−９６９６１に示されるように、負イオンになりやすいか分極しやすい分子、たとえば水（Ｈ2 Ｏ）などを用いて中和する場合もあるが、目的は同じである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のガス導入による方法では電子の生成量は増えるが、ガスとの衝突によってイオンビーム自体にもロスが生じるために、あるガス圧でビーム電流値が最大となり、それ以上にガスを導入してもかえってイオンビーム電流が低下してしまうのが一般的である。
【０００９】
このように、電子は生成と消滅を繰り返しており、その両者のバランスで、ある瞬間に存在する電子の量は決まってしまう。空間電荷を完全に打ち消すためにはこのバランスを電子の数が増える方に変えてやる必要がある。
【００１０】
別の観点から言えば、イオンビーム自体にロスを生じることなく、イオンビームの中和に必要な電子の量を実質的に増やすためには、すでに存在している電子や負イオンの生成から消滅までの寿命を延ばす方法が有効になる。
【００１１】
本発明は、シリコンウェハー等の基板にイオンを注入するためのイオン注入装置において、特に低エネルギー領域のイオンビーム電流の増加を容易にすることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、前記質量分析磁石区間とこれに連なる前記質量分析磁石前方区間の一部および前記質量分析磁石後方区間の一部を含む前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、少なくとも前記質量分析磁石を含む前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の態様は、イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、前記質量分析磁石前方区間と前記質量分析磁石区間との連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記引出電極から前記質量分析磁石出口までの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の態様は、イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、前記質量分析磁石区間と前記質量分析磁石後方区間との連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記質量分析磁石入口から前記質量分析スリットまでの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第４の態様は、イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間、前記質量分析磁石後方区間の連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記引出電極から前記質量分析スリットまでの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第５の態様は、イオン源から引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するイオン注入装置において、イオンビームを輸送する空間であるビームラインを、前記引出電極から前記質量分析磁石までの質量分析磁石前方区間と、前記質量分析磁石内の質量分析磁石区間と、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでの質量分析磁石後方区間と、前記質量分析スリットから前記基板までの注入区間、の四つの区間で構成するとともに、イオンビームを輸送する空間を形成するビームライン真空容器を、前記質量分析磁石前方区間に対応するジョイントハウジングと、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイドと、前記質量分析磁石後方区間に対応するジョイントハウジングと、前記注入区間の一部である前記質量分析スリットからウエハー処理室までのジョイントハウジングとで構成し、前記質量分析磁石前方区間から前記ウエハー処理室までの連続した前記ビームライン真空容器に、カスプ磁場を形成する磁石装置をビームラインを挟んでそれぞれ連続して設け、前記引出電極から前記ウエハー処理室までの前記イオンビームを輸送する空間に連続したカスプ磁場を形成することにより、イオンビームの空間電荷効果を緩和するよう構成したことを特徴とする。
【００２１】
カスプ磁場を形成するための磁石装置は複数の磁石から成り、磁石の磁極のイオンビーム側に向けた面が、ビームラインに沿ってＮ極とＳ極を交互に繰り返すように、ビームラインに沿ってある間隔で配列するよう構成したものである。
【００２２】
カスプ磁場を形成するための磁石装置は、磁極がビームラインに向くよう配置された複数の略方形状磁石又は棒状磁石あるいは柱状磁石で構成される。
【００２３】
カスプ磁場を形成するための磁石装置は複数の磁石で構成され、各磁石の磁極がビームラインと直行する方向で、かつビームラインの方向に並ぶように配設される。
【００２４】
カスプ磁場を形成するための磁石装置は、イオンビーム偏向面を挟む方向の２面に互いに磁極を対向させて設置した複数の磁石を含む。
【００２５】
カスプ磁場を形成するための磁石装置は、イオンビーム偏向面を挟む方向の２面と、該イオンビーム偏向面を挟む方向の２面と直角な方向でイオンビームを挟む２面の合計４面にそれぞれ磁極を対向させて設置した複数の磁石を含む。
【００２６】
前記質量分析磁石内のカスプ磁界用磁石のみ該質量分析磁石の各磁極に合わせた２面配置とし、それ以外の、前記引出電極付近から前記質量分析磁石までのカスプ磁場、前記質量分析磁石から前記質量分析スリットまでのカスプ磁場、および前記質量分析スリット以降のカスプ磁場は上下左右４面配置としても良い。
【００２７】
カスプ磁場形成用の磁石は、ビームライン上でのカスプ磁場の影響が打ち消されるように、ビームラインを挟んで向かい合う磁石のビームラインに面した側の磁極の極性が一致し、向かい合う磁石の磁場強度が概ね同じになるよう構成される。
【００２８】
前記質量分析磁石はその平面形状が略扇形状であり、この場合、該質量分析内のカスプ磁界用磁石は、その磁極方向に関して前記質量分析磁石の内径側から外径側に向けて磁場強度が大きくなるように構成されていることが好ましい。
【００２９】
カスプ磁場形成用の磁石の配置は、ビームラインからそれぞれの磁石までの距離が等しくなるように配置されるのが好ましい。
【００３０】
ビームラインが４面配置のカスプ磁場形成用の磁石で囲まれた部分では、対向し合う４面のカスプ磁場形成用の磁石はそのビームラインに面した側の極性が、全てＮ極、または全てＳ極となるよう配置され、しかもそれらの極性がイオンビームの進行方向に向かって交互に反転しながら繰り返される。
【００３１】
ビームラインが４面配置のカスプ磁場形成用の磁石で囲まれた部分では、対向し合う４面のカスプ磁場形成用の磁石はそのビームラインに面した側の極性が、上下面はＮ極で左右面はＳ極、または上下面はＳ極で左右面はＮ極となるよう配置され、しかもそれらの極性がビームの進行方向に向かって交互に反転しながら繰り返されるようにしても良い。
【００３２】
カスプ磁場の作用するビームラインの空間内に、アルゴン、窒素、キセノンなどの不活性ガスや水蒸気などの分子ガスを微少量導入するようにしても良い。この場合、前記分子ガスの導入は前記引出電極近傍または前記質量分析磁石内の空間部にて行われる。
【００３３】
ビームラインを構成する真空容器の内側にカスプ磁場形成用の磁石を設置し、該真空容器の内側の設置箇所には、取り外し可能な支持体を設け、該支持体にカスプ磁場形成用の磁石を取り付けるよう構成しても良い。
【００３４】
ビームラインを構成する真空容器の外側にカスプ磁場形成用の磁石を設置し、該真空容器の外側の設置箇所には、取り外し可能な支持体を設け、該支持体にカスプ磁場形成用の磁石を取り付けるよう構成しても良い。
【００３５】
前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石が直接イオンビームにさらされないようにするために、前記カスプ磁場形成用の磁石をイオンビームに照射されない方向に支持することができる構造とされる。
【００３６】
前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石の温度上昇を防ぎ、該カスプ磁場形成用の磁石側から前記真空容器への熱伝導を効率的に行うため、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上の材質で形成されるのが好ましい。
【００３７】
前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石の温度上昇を防ぐため、冷却媒体を流すことができる構造としても良い。
【００３８】
前記支持体の材質は、アルミニウム合金、グラファイト、シリコンのいずれかで構成される。前記支持体は、前記カスプ磁場形成用の磁石が直接イオンビームにさらされないようにするために、カバーを取り付けることができる構造としても良く、前記カバーの材質も、アルミニウム合金、グラファイト、シリコンのいずれかで構成される。
【００３９】
前記真空容器内に設置され、イオンビームの熱負荷により温度上昇の可能性ある位置のカスプ磁場形成用の磁石には、摂氏６０度のときの保磁力が残留磁束密度と真空透磁率との積の１．２倍以上の永久磁石を使用する。
【００４０】
カスプ磁場形成用の磁石には、サマリウム−コバルト系の永久磁石を用いることができる。
【００４１】
前記質量分析磁石の磁極間に配置するカスプ磁場形成用の磁石は、前記質量分析磁石の磁極に直接あるいは支持体を介して間接的に固定し、大気側に設置される。
【００４２】
前記質量分析磁石の磁極間に配置するカスプ磁場形成用の磁石は、最大分析磁界と真空透磁率との積の１．２倍以上の保磁力をもつ永久磁石を使用することが望ましい。
【００４３】
カスプ磁場形成用の磁石には、ネオジム−鉄−ボロン系の永久磁石を用いることもできる。
【００４４】
各カスプ磁場形成用の磁石はイオンビームの進行方向を横切る方向に延び、その延在長を、イオンビームのビーム断面幅以上となるように構成しても良い。
【００４７】
【発明の実施の形態】
イオン注入装置のビームラインの一般的構成を図１に示す。図１において、イオンソース１１から引出電極１２を通して引き出されたイオンビーム１５は、質量分析磁石１３とその後段にある質量分析スリット１４とにより質量分析され、必要なイオン種だけが選別された後、被照射物である基板７まで輸送される。
【００４８】
イオンビームを輸送する空間の構成は、以下の四つに区分できる。
（１）引出電極１２から質量分析磁石１３まで：質量分析磁石前方区間１６
（２）質量分析磁石１３内：質量分析磁石区間１７
（３）質量分析磁石１３から質量分析スリット１４まで：質量分析磁石後方区間１８
（４）質量分析スリット１４から基板７まで：注入区間１９
【００４９】
ここで、ビームライン真空容器は、質量分析磁石前方区間１６に対応するジョイントハウジング１、質量分析磁石区間１７に対応するビームガイド４、質量分析磁石後方区間１８に対応するジョイントハウジング２、及び注入区間１９の一部、つまり質量分析スリット１４からウエハー処理室５までのジョイントハウジング３等からなる。イオンソース１１とソースハウジング６は絶縁体９で絶縁されている。イオンソース１１には電源Ｘ１の正側が接続され、引出電極１２には別の電源Ｘ２の負側が接続されている。電源Ｘ１の負側及び電源Ｘ２の正側はウエハー処理室５に接続されると共に、アースされている。
【００５０】
図２は、後段減速あるいは後段加速を用いるイオン注入装置のビームラインの一般的構成を示し、図１と同じ部分には同じ番号を付している。図２において、イオンソース１１から引き出されたイオンビームは質量分析磁石１３とその後段にある質量分析スリット１４とにより質量分析され、必要なイオン種だけが選別される。質量分析スリット１４通過後、イオンは後段電極２３で後段減速または後段加速される。減速されるか加速されるかは、後段電極２３に印加される電界の向きによって決まり、逆電界であれば減速、順電界であれば加速である。
【００５１】
一般に、質量分析スリット１４は後段電極２３の上流側近傍に置かれるが、後段電極２３の電極の一部で質量分析スリット１４の機能を兼用させる場合もある。
【００５２】
このような後段減速あるいは後段加速を用いるイオン注入装置においても、イオンビームを輸送する空間の構成は、以下の四つに区分できる。
（１）引出電極１２から質量分析磁石１３まで：質量分析磁石前方区間１６
（２）質量分析磁石１３内：質量分析磁石区間１７
（３）質量分析磁石１３から後段電極２３まで：質量分析磁石後方区間１８’
（４）後段電極２３から基板７まで：注入区間１９’
【００５３】
なお、ジョイントハウジング１に電源Ｘ３の負側が接続され、その正側はウエハー処理室５及びアースに接続されている。質量分析スリット１４と後段電極２３の最前部との間はジョイントハウジング３’で結ばれ、ジョイントハウジング３’の周囲とウエハー処理室５との間がジョイントハウジング３”で結ばれている。ジョイントハウジング３’とジョイントハウジング３”の間には絶縁部材８が介装されている。つまり、後段電極２３の前後で、質量分析磁石１３から後段電極２３まで、および後段電極２３から基板７までの２つの空間に分離されるが、それぞれ内部には電場がないので、図２および図１の構造は電子の運動を考える上では実質的に同一であり、区別して議論する必要はない。
【００５４】
本発明は、図１、図２に示されるようなイオン注入装置において、イオンビームのビームライン中での電子の消滅を減らすために、ビームライン中の空間において電子を磁場で閉じ込める方法を採用した点に特徴を有する。
【００５５】
図３を参照して、磁場によるイオンビームのビームライン中の電子の閉じ込め方法について述べる。図３（ａ）は略均一磁界中での電子の軌道を、図３（ｂ）は不均一磁界中での電子の旋回中心の軌道をそれぞれ表わし、Ａは磁力線、Ｂは電子、Ｃは電子Ｂの旋回軌道、Ｄは電子Ｂの旋回中心の軌道を示す。
【００５６】
電子Ｂは磁界中では磁力線Ａに巻き付くように旋回運動する。その旋回運動の中心の軌道Ｄは、図３（ａ）に示すように、均一な強さの磁界中では磁力線Ａに沿っている。しかし、図３（ｂ）に示すように、電子は磁力線Ａが集中する方向、すなわち磁界が強くなる方向に進むと反発される。通常、磁極の近くでは、磁力線が集中しているので、電子はその磁極の方向へは進めない。このような磁極を真空容器の壁一面に配置すれば、電子はその壁に近づくことができず、電子の消滅が減り、面全体として電子の閉じ込め効果を持つことになる。
【００５７】
図４に示すように、真空容器の壁を覆う磁石３４を、イオンビーム軌道３１に沿って、イオンビーム軌道３１側の面が交互にＮ極、Ｓ極と繰り返す形式にした磁石による磁界を、一般にカスプ磁界という。このカスプ磁界の下では、電子は磁力線３２に巻き付くように旋回運動するが、磁石３４の磁極に到達する前に反発され、電子の旋回中心の軌道３３は空中にとどまることになる。すなわち、イオンビーム軌道３１の近傍の電子は失われにくくなり、実質的にイオンビーム軌道３１の近傍の電子の存在数を増やす働きをする。イオンビーム軌道３１の近傍の電子の存在数が増える結果、イオンビームの空間電荷効果が緩和され、イオンビームの発散、消滅が抑えられるので、イオンビーム電流値が増大する。
【００５８】
このようなカスプ磁場を形成するために、図５、図６に示すように、ビームラインを挟んで幾何学的構造、磁界とも面対称となるよう、同じ強さの永久磁石４５をＮ極の向かい側にはＮ極、Ｓ極の向かい側にはＳ極がくるように対向配置する。図５、図６において、イオンソース４１、引出電極４２、質量分析磁石４３、質量分析スリットやウエハー処理室、その他の構成は、図１に示されたものと同じである。また、図５、図６に示された永久磁石４５において、模様の入っている部分はＮ極を、空白の部分はＳ極を示す。なお、永久磁石４５の配置は、ビームラインからそれぞれの永久磁石までの距離が等しくなるように配置されるのが好ましい。このような永久磁石４５の配置により、イオンビーム軌道中心ではお互いの磁界が打ち消し合い、イオンビーム軌道の中心付近に強い磁界が残らないようになっている。
【００５９】
図７（ａ）、（ｂ）は、ビームラインの互いに対向する２面、特に上下面において、２つの永久磁石４５のＳ極、または２つの永久磁石４５のＮ極が対向し合うような配置を、イオンビームの進む方向に交互に繰り返すパターンである。すなわち、イオンビームの進む方向を眺めると、図７（ａ）と図７（ｂ）の配置が交互に繰り返され、同じ方向から眺めたところを遠近法にて描くと、全体としては図８のような配置になる。上下面において、イオンビームの進む方向４７にＳ極、Ｎ極が交互に繰り返されており、カスプ磁界を形成している。このようなカスプ磁場を形成するための磁石を、以降ではカスプ磁場用磁石と呼ぶことにする。
【００６０】
なお、図６から明らかなように、質量分析磁石４３はその平面形状が略扇形状である。この場合、この質量分析磁石４３に対応する領域に配置される永久磁石４５は質量分析磁石４３の内径側から外径側に向かうにつれて間隔が大きくなる。これは、永久磁石４５で形成されるカスプ磁場強度が質量分析磁石４３の内径側から外径側に向かうにつれて小さくなることを意味する。これを補正して、カスプ磁場強度を均一にするためには、質量分析磁石４３の内径側から外径側に向かうにつれて磁場強度が大きくなるような構成を採用すれば良い。例えば、永久磁石４５をその磁極方向に関して複数に分割し、質量分析磁石４３の内径側から外径側になるにつれて磁場強度が大きくなるような磁石材料の組合わせとする。あるいはまた、質量分析磁石４３の内径側から外径側に向かうにつれて永久磁石４５の磁極の幅が大きくなるような略扇形状にすることで質量分析磁石４３の内径側から外径側に向かうにつれて磁場強度が大きくなるようにすることができる。
【００６１】
図５に戻って、向かい合う質量分析磁石４３の外、すなわち質量分析磁石４３による磁界４４の外では、ビームラインの四面を取り囲むようにカスプ磁場用磁石を設置したほうが電子の閉じ込め効果が高くなる。すなわち、図５、図６において上下面だけでなく、紙面に垂直な方向にもカスプ磁場用磁石を設置するということである。これは、分析磁界のような広い一様な外部磁界のない領域では、電子の運動方向が任意であるためである。イオンビームに沿って眺めると、上下左右の四面をカスプ磁界で囲んだトンネルになる。勿論、このビームラインを囲む４面のカスプ磁場用磁石は、上下左右という配置だけでなく、ビームラインを軸として任意の角度だけ回転させた配置も可能である。
【００６２】
このカスプ磁界のトンネルを作る際には、磁石の極性により二つのパターンがある。第１のパターンは、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ビームラインを囲む上下左右の４面とも４つの永久磁石５１のＮ極、または４面とも４つの永久磁石５１のＳ極となるような配置を、イオンビームの進む方向に交互に繰り返すパターンである。これをイオンビームの進む方向について眺めると、図９（ａ）と図９（ｂ）の配置が交互に繰り返され、同じ方向から眺めたところを遠近法にて描くと、全体としては図１０のような配置になる。上下左右どの面も、イオンビームの進む方向５３にＮ極、Ｓ極が交互に繰り返されており、カスプ磁界を形成している。
【００６３】
第２のパターンは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、上下は２つの永久磁石５４のＮ極、左右は別の２つの永久磁石５４のＳ極となる配置と、上下が２つの永久磁石５４のＳ極、左右が別の２つの永久磁石５４のＮ極となる配置を、ビームの進む方向に交互に繰り返すパターンである。これをビームの進む方向について眺めると、図１１（ａ）と図１１（ｂ）の配置が交互に繰り返され、同じ方向から眺めたところを遠近感をつけて描くと、全体としては図１２のような配置になる。この場合でも、上下左右どの面も、ビームの進む方向５６にＮ極、Ｓ極が交互に繰り返されており、カスプ磁界を形成している。第１のパターンと異なる点は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）とも略４極磁石を形成しているという点である。
【００６４】
４極磁石は、荷電粒子をある面内で収束させ、同時にもう一つの別な面内で発散させる作用があることが知られている。このような４極磁石をイオンビームの進む方向に極性を交互に反転させながら配置すれば、イオンビームは収束と発散を交互に繰り返しながら効率的に輸送される。
【００６５】
上下左右の各カスプ磁場用磁石の一部あるいは全体を大気中に配置する場合、磁界の強さは、真空容器の真空側の表面で１ｋＧ（ガウス）程度（０．１Ｔ（テスラ））以上を目安にする。カスプ磁場用磁石は、金属汚染を避けるために、イオンビームに直接触れるおそれのない大気中に固定しておく方が好ましいが、大気側から真空容器内に前記１ｋＧの磁界をしみ出させるためには、真空容器の壁の厚さを考慮すれば、カスプ磁場用磁石の表面での磁界がさらに数１００Ｇ程度は必要になる。
【００６６】
カスプ磁場用磁石が永久磁石の場合、常温で残留磁束密度が１０ｋＧ前後以上の材質のものを使うと、厚さ数ｍｍ程度あれば目的の磁界の強度を得ることができ、スペースの自由度が増える。材質を具体的に挙げると、ネオジム−鉄−ボロン系あるいはサマリウム−コバルト系となる。
【００６７】
永久磁石に代えて電磁石を用いることができ、この場合は付属の電源なども含めて大がかりになるという問題があるが、永久磁石の場合と同様の配列を用いることによって、より強い磁場が出せるので有効な方法である。
【００６８】
上下左右の各カスプ磁場用磁石の一部または全体を真空中に設置する場合には、カスプ磁場用磁石として永久磁石を採用し、個々の永久磁石は直接、あるいは支持体を用いて真空容器に固定する。支持体を使用する場合は、複数の永久磁石をそれぞれの間隔を保持した状態で支持体に固定できる構造にしておくと真空容器との着脱の作業効率がよくなる。
【００６９】
永久磁石はイオンビームが直接当たらない方向に固定するか、非磁性のカバーで覆った状態で固定する。永久磁石を覆う非磁性のカバーは前記支持体に取り付けられるか、前記支持体と一体化したものでもよい。この非磁性のカバーには金属汚染が発生しにくく、比較的熱伝導のよいグラファイト、シリコンなど、あるいはイオンビームが当たる問題がなければ、加工しやすく熱伝導もよいアルミニウムなどの材質を用いる。前記非磁性のカバーを２層以上の構造として、表面第１層にグラファイト、シリコンなどを使用し、第２層目以下にアルミニウムなどを用いるなどの構造でもよい。
【００７０】
永久磁石は熱によって恒久的に減磁するおそれがあるので、真空容器内に取り付けたカスプ磁場用磁石、カバーを含む支持体は、真空容器との接触具合をよくしたり接触部の断面積を広くするなど真空容器への熱伝導をよくして温度が上がりにくい構造にしておく。カバーを含む支持体は、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ／ｍＫ以上の材料を用いる。冷却水を流し永久磁石周辺の熱を積極的に除去する方法もある。
【００７１】
永久磁石は残留磁束密度が大きく、比較的、熱に対して恒久的に減磁しにくいサマリウム−コバルト系がよい。永久磁石の温度が常時摂氏６０度以下に保たれていればネオジム−鉄−ボロン系の材料でもよい。永久磁石は残留磁束密度８ｋＧ以上で、摂氏６０度での保磁力が、残留磁束密度と真空透磁率との積の１．２倍以上あればよい。
【００７２】
イオンを偏向させる質量分析磁石の磁界の及ぶ領域では、図１３（ａ）に詳しく示すように、カスプ磁場用磁石がない場合でも、質量分析磁石の磁極６１間の広い領域にわたってイオンの偏向のための略平行な分析磁界６５が存在するので、電子は磁力線６７に巻き付くように旋回運動し、その中心軌道はある程度延びて寿命も長くなっている。しかし、この分析磁界６７は質量分析磁石の磁極６１まで磁界の強さがほぼ均一であり、電子を追い返す作用がほとんどないので、電子は分析磁界６７に沿って進み、最終的に分析磁石の磁極６１に衝突して消滅してしまう。
【００７３】
この磁極間の領域では、図１３（ｂ）のように、質量分析磁石の磁極６１の上下面にカスプ磁場用の磁石６２を取り付けるだけで、前記電子の消滅を防止することができる。質量分析磁石の磁極６１付近では、イオンビームが低エネルギーになるほど分析磁界が弱まるので、相対的にカスプ磁界が支配的となって電子の跳ね返し効率が向上する。
【００７４】
一方、イオンビーム軌道付近では、上下のカスプ磁界は互いの磁界をうち消しあっているので、イオン注入装置で必要な分析磁界の強さに比べて、カスプ磁界は無視できる。したがって、イオンビームはカスプ磁場による攪乱を受けることなく正しく偏向される。イオンビームが高エネルギーになれば空間電荷効果が弱まり、イオンビームの輸送効率は低下しなくなるので、カスプ磁場の効果が下がってもまったく問題ない。
【００７５】
なお、紙面に垂直に閉じ込めるカスプ磁場用磁石は必要性が薄い。その理由は、繰り返しになるが、分析磁界の存在する磁極間では電子は上下方向以外に逃げ出しにくいためである。
【００７６】
質量分析磁石の磁極間に取り付けるカスプ磁場用磁石は永久磁石とする。実際にはこの磁極間には真空容器が挟まれるので、永久磁石は、真空容器と質量分析磁石の磁極との間の隙間に、真空容器側ではなく質量分析磁石の磁極の側に固定される。これは、通常、この場所は大気中であり、質量分析磁石の励磁をやめて質量分析磁石周辺の保守などを行う際、永久磁石は鉄製の質量分析磁石の磁極に吸着したままで危険が少ないことなどの理由による。永久磁石の固定には非磁性の支持体を使用してもよい。
【００７７】
なお、質量分析磁石の側にカスプ磁場用磁石を固定したり、カスプ磁場用磁石を大気中に固定したりすることは、単に保守の作業性がよいなどの理由によるものであり、カスプ磁場用磁石を真空容器の側に固定したり、真空容器内に固定する方法でも磁場構造は本質的に同等になる。
【００７８】
永久磁石は、質量分析磁石の発生する最大の磁界が、永久磁石の磁界に対して逆に作用しても恒久的な減磁がおきにくい材質を選択する。図１３（ｂ）に示したように、質量分析磁石内の空間においては半数の永久磁石は個々の磁界とは逆方向の質量分析磁石磁界に曝されるからである。各永久磁石の材質は、質量分析磁石の最大磁界と真空透磁率との積の１．２倍程度の保磁力を持ち、逆磁界でも恒久的な減磁の起こりにくいものを選ぶのがよい。一例として１２ｋＧまで出せる質量分析磁石では、目安として１４ｋＯｅ（〜１１００ｋＡ／ｍ）以上の保磁力を持つ材質が望ましい。現時点では、ネオジム−ボロン−鉄系に保磁力が大きいものが多い。
【００７９】
カスプ磁場用磁石装置は、棒状磁石、略長楕円柱状磁石、もしくは円柱状・多角柱状の組合せ磁石のいずれで構成されても良い。
【００８０】
また、このカスプ磁場用磁石の採用とともに、従来知られているガス、例えばアルゴン、窒素、キセノン等の不活性ガスや水蒸気などの分子ガスを微少量導入することで、生成の増加と生成した電子の長寿命化が同時に行われるため、相乗効果が得られ、ビーム電流がさらに増加する。
【００８１】
カスプ磁場との組合せで用いるガスは、イオンソースの引出電極から質量分析磁石までの間で導入するのがもっともビーム増加に効果がある。イオンソースの引出電極から質量分析磁石までの間は、イオンソースから引き出された目的以外の種類を含む全イオンが通過するが、その全イオンが空間電荷効果に寄与するために、イオンビームの発散がもっとも強く起こるからである。
【００８２】
なお、上記の説明では便宜上、上下左右という表現を用いているが、これは絶対的な上下左右を意味するものではなく、相対的に表わしているものである。
【００８３】
更に、図２に示されるように、加速又は減速のための後段電極２３を備える場合には、引出電極１２と質量分析磁石１３前部との間の距離より、質量分析磁石１３後部と質量分析スリット１４との間の距離を倍以上に長く構成して、質量分析磁石１３後部と質量分析スリット１４との間に質量分析磁石１３を出たイオンビームの収束カスプ輸送空間を設けるようにしても良い。あるいはまた、引出電極１２と質量分析磁石１３前部との間の距離より、質量分析磁石１３後部と質量分析スリット１４との間の距離を倍以上に長く構成すると共に、質量分析スリット１４と後段電極２３を経て基板７に至る距離を質量分析磁石１３後部と質量分析スリット１４との間の距離の半分以下になるよう短く構成しても良い。
【００８４】
【発明の効果】
本発明では、イオンソースから引出電極を経て引き出されたイオンを、質量分析磁石と質量分析スリットにて質量分析し、そのままイオンを輸送するか、あるいは加速または減速を行って、基板にイオンを注入するイオン注入装置において、基板までのビームラインに沿って、適所にカスプ磁場を設けることにより、ビームライン近傍に存在する電子や負イオンの密度を増大させることができる。また、カスプ磁場を設けることにより、負の荷電粒子が空間に多く存在することで、イオンビームの正電荷同士の反発、すなわち空間電荷効果が緩和される。
【００８５】
その結果、イオンビームが大きく広がらず、失われることもなくなるので、イオンビーム電流値を大きく増加させることができる。この効果は、特に空間電荷効果が強く作用する低エネルギーのイオンビームにおいて顕著であり、優れた低エネルギーイオン注入装置を得ることができる特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるイオン注入装置の一般的構成を示した断面図である。
【図２】本発明が適用される、後段減速又は加速機能付きのイオン注入装置の一般的構成を示した断面図である。
【図３】略均一磁界中（ａ）、不均一磁界中（ｂ）での電子の軌道を説明するための図である。
【図４】カスプ磁界中での電子の軌道を説明するための図である。
【図５】図１のイオン注入装置に本発明を適用した場合のカスプ磁場形成用の磁石配置を示した断面図である。
【図６】図５のカスプ磁場形成用の磁石配置を平面図で示したものである。
【図７】カスプ磁場形成用の磁石を上下２面に配置する場合のカスプ磁界について説明するための図である。
【図８】図７の磁石配置を遠近法によりイオンビームの方向から示した図である。
【図９】カスプ磁場形成用の磁石を上下左右４面に配置する場合の第１の例によるカスプ磁界について説明するための図である。
【図１０】図９の磁石配置を遠近法によりイオンビームの方向から示した図である。
【図１１】カスプ磁場形成用の磁石を上下左右４面に配置する場合の第２の例によるカスプ磁界について説明するための図である。
【図１２】図１１の磁石配置を遠近法によりイオンビームの方向から示した図である。
【図１３】質量分析磁石の磁界とイオンビームの関係（ａ）及び質量分析磁石の磁極にカスプ磁場形成用の磁石を配置した場合の磁界とイオンビームの関係（ｂ）を示した図である。
【図１４】イオン注入装置におけるイオンビームによる２次電子の発生について説明するための図である。
【符号の説明】
５    ウエハー処理室
７、１０４    基板
８    絶縁部材
９    絶縁体
１１    イオンソース
１２、１０１    引出電極
１３    質量分析磁石
１４、１０３    質量分析スリット
１５    イオンビーム
【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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