(57)【要約】【課題】強磁場を高品質に生成するとともに漏れ磁場を抑制する偏向電磁石装置を提供する。【解決手段】偏向電磁石装置１００は、横方向に細長いビーム断面をもち奥行方向に入射する荷電粒子ビームを縦方向に偏向する。偏向電磁石装置１００は、荷電粒子ビームが通る中央開口を有する窓枠型ヨーク１０２と、荷電粒子ビームを縦方向に偏向する横方向磁場を中央開口に生成するよう窓枠型ヨーク１０２に装着されたメインコイル２００と、窓枠型ヨーク１０２を減磁するよう窓枠型ヨーク１０２の外側に配設されたサブコイル３００と、を備える。【選択図】図２
2017091966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する三方向を横方向、縦方向、奥行方向というとき、横方向に細長いビーム断面をもち奥行方向に入射する荷電粒子ビームを縦方向に偏向するための偏向電磁石装置であって、
前記荷電粒子ビームが通る中央開口を有する窓枠型ヨークであって、前記中央開口を縦方向に挟むよう横方向に延在する一対のヨーク部を備え、前記一対のヨーク部はそれぞれ前記中央開口を向くヨーク内面と縦方向に前記中央開口と反対側を向くヨーク外面とを有する窓枠型ヨークと、
前記荷電粒子ビームを縦方向に偏向する横方向磁場を前記中央開口に生成するよう前記窓枠型ヨークに装着されたメインコイルであって、少なくとも一方のヨーク部のヨーク内面に隣接配置されメインコイル励磁電流を奥行方向に導くメインコイル内側部分を有するメインコイルと、
前記窓枠型ヨークを減磁するよう前記窓枠型ヨークの外側に配設されたサブコイルであって、縦方向から見て前記メインコイル内側部分と少なくとも部分的に重なるよう前記少なくとも一方のヨーク部のヨーク外面に隣接配置されサブコイル励磁電流を前記メインコイル励磁電流と奥行方向の同じ向きに導くサブコイル内側部分を有するサブコイルと、を備えることを特徴とする偏向電磁石装置。
【請求項２】
前記メインコイルは、
前記窓枠型ヨークの横方向外側に配設されたメインコイル外側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム入射側に配設され前記メインコイル内側部分を前記メインコイル外側部分に接続するメインコイル前側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム出射側に配設され前記メインコイル内側部分を前記メインコイル外側部分に接続するメインコイル後側部分と、を有することを特徴とする請求項１に記載の偏向電磁石装置。
【請求項３】
前記メインコイル外側部分は、前記メインコイル内側部分に対し縦方向外側に配設され、
前記メインコイル前側部分は、メインコイル前部内側と、前記メインコイル前部内側から横方向外側に湾曲したメインコイル前部外側と、を有し、
前記メインコイル後側部分は、メインコイル後部内側と、前記メインコイル後部内側から横方向外側に湾曲したメインコイル後部外側と、を有し、
前記メインコイル内側部分は、ビーム入射側で縦方向外側に湾曲して前記メインコイル前部内側に接続され、ビーム出射側で縦方向外側に湾曲して前記メインコイル後部内側に接続され、
前記メインコイル外側部分は、ビーム入射側で横方向内側に湾曲して前記メインコイル前部外側に接続され、ビーム出射側で横方向内側に湾曲して前記メインコイル後部外側に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向電磁石装置。
【請求項４】
前記サブコイルは、
前記窓枠型ヨークの横方向外側に配設されたサブコイル外側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム入射側に配設され前記サブコイル内側部分を前記サブコイル外側部分に接続するサブコイル前側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム出射側に配設され前記サブコイル内側部分を前記サブコイル外側部分に接続するサブコイル後側部分と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の偏向電磁石装置。
【請求項５】
前記メインコイルは、
前記ヨーク内面に隣接配置され前記メインコイル励磁電流を奥行方向に導く右メインコイル内側部分を有する右メインコイルと、
前記右メインコイル内側部分と横方向に並んで前記ヨーク内面に隣接配置され前記メインコイル励磁電流を奥行方向に導く左メインコイル内側部分を有する左メインコイルと、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の偏向電磁石装置。
【請求項６】
前記右メインコイルは、
前記窓枠型ヨークの横方向右外側に配設された右メインコイル外側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム入射側に配設され前記右メインコイル内側部分を前記右メインコイル外側部分に接続する右メインコイル前側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム出射側に配設され前記右メインコイル内側部分を前記右メインコイル外側部分に接続する右メインコイル後側部分と、を有し、
前記左メインコイルは、
前記窓枠型ヨークの横方向左外側に配設された左メインコイル外側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム入射側に配設され前記左メインコイル内側部分を前記左メインコイル外側部分に接続する左メインコイル前側部分と、
前記窓枠型ヨークのビーム出射側に配設され前記左メインコイル内側部分を前記左メインコイル外側部分に接続する左メインコイル後側部分と、を有することを特徴とする請求項５に記載の偏向電磁石装置。
【請求項７】
前記一対のヨーク部は、前記中央開口の縦方向上側で横方向に延在する上ヨーク部、および、前記中央開口の縦方向下側で横方向に延在する下ヨーク部であり、前記上ヨーク部は、前記中央開口を向く上ヨーク内面と縦方向に前記中央開口と反対側を向く上ヨーク外面とを有し、前記下ヨーク部は、前記中央開口を向く下ヨーク内面と縦方向に前記中央開口と反対側を向く下ヨーク外面とを有し、
前記メインコイルは、
前記上ヨーク部に装着され、前記上ヨーク内面に隣接配置され上メインコイル励磁電流を奥行方向に導く上メインコイル内側部分を有する上メインコイルと、
前記下ヨーク部に装着され、前記下ヨーク内面に隣接配置され下メインコイル励磁電流を前記上メインコイル励磁電流とは奥行方向の逆向きに導く下メインコイル内側部分を有する下メインコイルと、を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の偏向電磁石装置。
【請求項８】
前記サブコイルは、
前記上メインコイルの外側に配設され、縦方向から見て前記上メインコイル内側部分と少なくとも部分的に重なるよう前記上ヨーク外面に隣接配置され上サブコイル励磁電流を前記上メインコイル励磁電流と奥行方向の同じ向きに導く上サブコイル内側部分を有する上サブコイルと、
前記下メインコイルの外側に配設され、縦方向から見て前記下メインコイル内側部分と少なくとも部分的に重なるよう前記下ヨーク外面に隣接配置され下サブコイル励磁電流を前記下メインコイル励磁電流と奥行方向の同じ向きに導く下サブコイル内側部分を有する下サブコイルと、を備えることを特徴とする請求項７に記載の偏向電磁石装置。
【請求項９】
前記上メインコイルは、
前記上ヨーク内面に隣接配置され前記上メインコイル励磁電流を奥行方向に導く右上メインコイル内側部分を有する右上メインコイルと、
前記右上メインコイル内側部分と横方向に並んで前記上ヨーク内面に隣接配置され前記上メインコイル励磁電流を奥行方向に導く左上メインコイル内側部分を有する左上メインコイルと、を備え、
前記下メインコイルは、
前記下ヨーク内面に隣接配置され前記下メインコイル励磁電流を奥行方向に導く右下メインコイル内側部分を有する右下メインコイルと、
前記右下メインコイル内側部分と横方向に並んで前記下ヨーク内面に隣接配置され前記下メインコイル励磁電流を奥行方向に導く左下メインコイル内側部分を有する左下メインコイルと、を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の偏向電磁石装置。
【請求項１０】
前記窓枠型ヨークに対しビーム入射側およびビーム出射側の少なくとも一方に配設された磁気シールド板と、
前記磁気シールド板から隙間をあけて前記窓枠型ヨークと前記磁気シールド板との間に配設され、横方向に延在する磁気シールドブロックと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の偏向電磁石装置。
【請求項１１】
前記荷電粒子ビームのエネルギーを分析するエネルギー分析装置であって、請求項１から１０のいずれかに記載の偏向電磁石装置を備えることを特徴とするエネルギー分析装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれかに記載の偏向電磁石装置を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向電磁石装置、並びにそれを用いたエネルギー分析装置およびイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームなどの荷電粒子ビームの軌道を偏向する手法として、静電場を使用する電場式、静磁場を使用する磁場式、およびこれらの組み合わせた方式が知られている。磁場式の偏向装置においては、所望のビーム偏向磁場を均一に生成することが望まれる。それとともに、周囲への漏れ磁場を抑制することも要求される。とくに、高エネルギー重粒子イオンビームの偏向のためには強い磁場が必要であり、その場合、こうした種々の要請を同時に十分に満たすのは容易でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９５４４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、強磁場を生成するとともに漏れ磁場を抑制する偏向電磁石装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様によると、互いに直交する三方向を横方向、縦方向、奥行方向というとき、横方向に細長いビーム断面をもち奥行方向に入射する荷電粒子ビームを縦方向に偏向するための偏向電磁石装置が提供される。偏向電磁石装置は、前記荷電粒子ビームが通る中央開口を有する窓枠型ヨークであって、前記中央開口を縦方向に挟むよう横方向に延在する一対のヨーク部を備え、前記一対のヨーク部はそれぞれ前記中央開口を向くヨーク内面と縦方向に前記中央開口と反対側を向くヨーク外面とを有する窓枠型ヨークと、前記荷電粒子ビームを縦方向に偏向する横方向磁場を前記中央開口に生成するよう前記窓枠型ヨークに装着されたメインコイルであって、少なくとも一方のヨーク部のヨーク内面に隣接配置されメインコイル励磁電流を奥行方向に導くメインコイル内側部分を有するメインコイルと、前記窓枠型ヨークを減磁するよう前記窓枠型ヨークの外側に配設されたサブコイルであって、縦方向から見て前記メインコイル内側部分と少なくとも部分的に重なるよう前記少なくとも一方のヨーク部のヨーク外面に隣接配置されサブコイル励磁電流を前記メインコイル励磁電流と奥行方向の同じ向きに導くサブコイル内側部分を有するサブコイルと、を備える。
【０００６】
本発明のある態様によると、上記の偏向電磁石装置を備えるエネルギー分析装置が提供される。
【０００７】
本発明のある態様によると、上記の偏向電磁石装置を備えるイオン注入装置が提供される。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、強磁場を生成するとともに漏れ磁場を抑制する偏向電磁石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のある実施形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。
【図２】ある実施形態に係る角度エネルギーフィルターの主要部を概略的に示す斜視図である。
【図３】ある実施形態に係る角度エネルギーフィルターの主要部を概略的に示す側面図である。
【図４】ある実施形態に係る角度エネルギーフィルターの主要部を概略的に示す上面図である。
【図５】ある実施形態に係る偏向電磁石装置の主要部を概略的に示す斜視図である。
【図６】ある実施形態に係る窓枠型ヨークを概略的に示す斜視図である。
【図７】ある実施形態に係るメインコイルを概略的に示す斜視図である。
【図８】ある実施形態に係るサブコイルを概略的に示す斜視図である。
【図９】ある実施形態に係る偏向電磁石装置の作用を原理的に説明するための概略図である。
【図１０】比較例に係るヨーク内部磁場のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】ある実施形態に係る偏向電磁石装置についてのヨーク内部磁場のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係るサブコイルを概略的に示す斜視図である。
【図１３】他の実施形態に係るサブコイルを概略的に示す斜視図である。
【図１４】他の実施形態に係るメインコイルを概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す図である。図１の上部はイオン注入装置１０の概略構成を示す上面図であり、図１の下部はイオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。
【００１３】
イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物Ｗを基板Ｗと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。
【００１４】
イオン注入装置１０は、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方により基板Ｗの全体にわたってイオンビーム１１を照射するよう構成されている。本書では説明の便宜上、設計上のイオンビーム１１の進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。後述するようにイオンビーム１１を被処理物Ｗに対し走査する場合には走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。よって、ビームスキャンはｘ方向に行われ、メカニカルスキャンはｙ方向に行われる。
【００１５】
イオン注入装置１０は、イオンソース１２と、ビームライン装置１４と、真空処理室１６と、を備える。イオンソース１２は、イオンビーム１１をビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオンソース１２から真空処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、イオン注入装置１０は、イオンソース１２、ビームライン装置１４、及び真空処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【００１６】
図示されるように、ビームライン装置１４は例えば、上流から順に、質量分析磁石装置１８、ビーム整形装置２０、偏向走査装置２２、Ｐレンズ２４又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルター２６を備える。なお本書において、上流とはイオンソース１２に近い側を指し、下流とは真空処理室１６（またはビームストッパ２８）に近い側を指す。
【００１７】
質量分析磁石装置１８は、イオンソース１２の下流に設けられており、イオンソース１２から引き出されたイオンビーム１１から必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。ビーム整形装置２０は、Ｑレンズなどの収束レンズを備えており、イオンビーム１１を所望の断面形状に整形するよう構成されている。
【００１８】
また、偏向走査装置２２は、ビームスキャンを提供するよう構成されている。偏向走査装置２２は、整形されたイオンビーム１１をｘ方向に走査する。こうして、イオンビーム１１は、ｙ方向の幅よりも長いｘ方向の走査範囲にわたって走査される。図１において矢印Ｃによりビームスキャン及びその走査範囲を例示し、走査範囲の一端及び他端でのイオンビーム１１をそれぞれ実線及び破線で示す。なお明確化のためにイオンビーム１１に斜線を付して図示する。
【００１９】
Ｐレンズ２４は、走査されたイオンビーム１１の進行方向を平行にするよう構成されている。角度エネルギーフィルター２６は、イオンビーム１１のエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して真空処理室１６に導くよう構成されている。このようにして、ビームライン装置１４は、基板Ｗに照射されるべきイオンビーム１１を真空処理室１６に供給する。
【００２０】
真空処理室１６は、１枚又は複数枚の基板Ｗを保持し、イオンビーム１１に対する例えばｙ方向の相対移動（いわゆるメカニカルスキャン）を必要に応じて基板Ｗに提供するよう構成されている物体保持部（図示せず）を備える。図１において矢印Ｄによりメカニカルスキャンを例示する。また、真空処理室１６は、ビームストッパ２８を備える。イオンビーム１１上に基板Ｗが存在しない場合には、イオンビーム１１はビームストッパ２８に入射する。
【００２１】
ある他の実施形態においては、イオン注入装置１０は、ｚ方向に垂直な一方向に長い断面を有するイオンビームを真空処理室１６に与えるよう構成されていてもよい。この場合、イオンビームは例えば、ｙ方向の幅よりも長いｘ方向の幅を有する。こうした細長断面のイオンビームはリボンビームと呼ばれることもある。あるいは、更なる他の実施形態においては、イオン注入装置１０は、イオンビームを走査することなく、スポット状の断面を有するイオンビームを真空処理室１６に与えるよう構成されていてもよい。
【００２２】
角度エネルギーフィルター２６は、図２から図８を参照して説明される偏向電磁石装置１００を備える。詳細は後述するが、偏向電磁石装置１００は、窓枠型ヨーク１０２、メインコイル２００、および、サブコイル３００を備える。
【００２３】
図１に示すように、角度エネルギーフィルター２６は、メインコイル２００およびサブコイル３００への給電のためのコイル電源部３０を備える。コイル電源部３０は、メインコイル２００にメインコイル励磁電流を供給するよう構成されメインコイル２００に接続されたメインコイル電源３２と、サブコイル３００にサブコイル励磁電流を供給するよう構成されサブコイル３００に接続されたサブコイル電源３４と、を備える。メインコイル電源３２およびサブコイル電源３４はそれぞれ直流電源である。
【００２４】
図２は、ある実施形態に係る角度エネルギーフィルター２６の主要部を概略的に示す斜視図である。図２においては、理解を促進するため便宜上、角度エネルギーフィルター２６の磁気シールド構造１２０で覆われた内部構造が破線で図示されている。図３および図４はそれぞれ、ある実施形態に係る角度エネルギーフィルター２６の主要部を概略的に示す側面図および上面図である。
【００２５】
また、図５は、ある実施形態に係る偏向電磁石装置１００の主要部を概略的に示す斜視図である。図５に示す偏向電磁石装置１００は、図２に示す角度エネルギーフィルター２６から磁気シールド構造１２０を取り外した状態にあたる。図６は、ある実施形態に係る窓枠型ヨーク１０２を概略的に示す斜視図である。図７および図８はそれぞれ、ある実施形態に係るメインコイル２００およびサブコイル３００を概略的に示す斜視図である。
【００２６】
偏向電磁石装置１００は、図１に示すｘ方向に細長いビーム断面をもちｚ方向に偏向電磁石装置１００に入射するイオンビーム１１をｙ方向に偏向するよう構成されている。図２から図８を参照してする以下の説明においては、理解を容易にするため便宜上、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向をそれぞれ、横方向、縦方向、および奥行方向と適宜称する。
【００２７】
図２、図５および図６に示されるように、窓枠型ヨーク１０２は、中央開口１０４を定める略四角形状の枠状コア部を形成する。窓枠型ヨーク１０２は、軟磁性材料で形成されている。中央開口１０４は、イオンビーム１１を通過させるための長方形の空間部を形成する。イオンビーム１１の断面形状に対応して、中央開口１０４は、奥行方向に垂直な平面において横方向に細長い断面形状を有する。実際には、中央開口１０４に挿入配置されたビームライン真空チャンバー（図示せず）が設けられており、イオンビーム１１はこの真空チャンバーの中を偏向電磁石装置１００によって偏向されながら下流へと輸送される。
【００２８】
窓枠型ヨーク１０２は、中央開口１０４を縦方向に挟むよう横方向に延在する一対のヨーク部、すなわち上ヨーク部１０６および下ヨーク部１０８を備える。上ヨーク部１０６は、上ヨーク内面１０６ａおよび上ヨーク外面１０６ｂを有する。上ヨーク内面１０６ａは、中央開口１０４を向く。上ヨーク外面１０６ｂは、縦方向に中央開口１０４と反対側を向く。言い換えれば、上ヨーク内面１０６ａは縦方向内側を向き、上ヨーク外面１０６ｂは縦方向外側を向く。また、上ヨーク部１０６は、横方向右外側に右上ヨーク角部１０６ｃを有し、右上ヨーク角部１０６ｃは横方向右外側を向く横方向右上端面１０６ｄを有する。窓枠型ヨーク１０２は左右対称に形成されているから、上ヨーク部１０６は横方向左外側に左上ヨーク角部を有する。上ヨーク部１０６は、奥行方向に第１奥行１０７を有する。
【００２９】
同様に、下ヨーク部１０８は、中央開口１０４を向く下ヨーク内面１０８ａと、縦方向に中央開口１０４と反対側を向く下ヨーク外面１０８ｂを有する。下ヨーク部１０８は、横方向右外側に右下ヨーク角部１０８ｃを有し、右下ヨーク角部１０８ｃは横方向右外側を有する横方向右下端面１０８ｄを有する。下ヨーク部１０８は、奥行方向に第１奥行１０７より短い第２奥行１０９を有する。
【００３０】
また、窓枠型ヨーク１０２は、中央開口１０４を横方向に挟むように縦方向に延在するもう一対のヨーク部、すなわち右ヨーク部１１０および左ヨーク部１１２を備える。右ヨーク部１１０は、右上ヨーク角部１０６ｃを右下ヨーク角部１０８ｃに剛に連結する。左ヨーク部１１２は、左上ヨーク角部を左下ヨーク角部に剛に連結する。このようにして、窓枠型ヨーク１０２は、一体的な枠状構造に形成されている。上ヨーク部１０６の第１奥行１０７が下ヨーク部１０８の第２奥行１０９と異なるので、図示されるように、右ヨーク部１１０および左ヨーク部１１２はともに、上ヨーク部１０６から下ヨーク部１０８へと縦方向に徐々に奥行が変化する。
【００３１】
窓枠型ヨーク１０２は、ビーム入射側にヨーク前面１１４を有し、ビーム出射側にヨーク背面１１６を有する。図示されるように、上ヨーク部１０６、下ヨーク部１０８、右ヨーク部１１０、および左ヨーク部１１２それぞれのビーム入射側の表面は、単一の平面をなしており、こうしてヨーク前面１１４が形成されている。一方、ヨーク前面１１４が平坦でありかつ第１奥行１０７と第２奥行１０９が異なるので、ヨーク背面１１６は平坦ではない。ヨーク背面１１６は、上ヨーク背面１１６ａおよび下ヨーク背面１１６ｂを有し、これらは奥行方向に異なる位置にある。また、ヨーク背面１１６は、右ヨーク部１１０および左ヨーク部１１２のビーム出射側に傾斜背面１１６ｃを有する。
【００３２】
図２から図５および図７に示されるように、メインコイル２００は、窓枠型ヨーク１０２に装着されている。メインコイル２００は、イオンビーム１１を縦方向に偏向する横方向磁場Ｂを中央開口１０４に生成するよう構成されている。偏向電磁石装置１００によってイオンビーム１１は縦方向に下向きに偏向される。
【００３３】
メインコイル２００は、４つのコイル、すなわち、右上メインコイル２０２、左上メインコイル２０４、右下メインコイル２０６、および左下メインコイル２０８からなる。これら４つのコイルは直列に接続され、図１に示すメインコイル電源３２から電力が供給される。
【００３４】
右上メインコイル２０２は上ヨーク部１０６の横方向右側に装着され、左上メインコイル２０４は上ヨーク部１０６の横方向左側に装着されている。右上メインコイル２０２および左上メインコイル２０４の奥行寸法は上ヨーク部１０６の第１奥行１０７よりいくらか大きく、右上メインコイル２０２および左上メインコイル２０４は奥行方向に少なくとも第１奥行１０７にわたり延在する。
【００３５】
右下メインコイル２０６は下ヨーク部１０８の横方向右側に装着され、左下メインコイル２０８は下ヨーク部１０８の横方向左側に装着されている。右下メインコイル２０６および左下メインコイル２０８の奥行寸法は下ヨーク部１０８の第２奥行１０９よりいくらか大きく、右下メインコイル２０６および左下メインコイル２０８は奥行方向に少なくとも第２奥行１０９にわたり延在する。
【００３６】
左上メインコイル２０４および左下メインコイル２０８はそれぞれ右上メインコイル２０２および右下メインコイル２０６と対称に構成されている。また、右下メインコイル２０６および左下メインコイル２０８はそれぞれ、奥行寸法を除いて、右上メインコイル２０２および左上メインコイル２０４と対称に構成されている。上述のように下ヨーク部１０８の第２奥行１０９が上ヨーク部１０６の第１奥行１０７より短いので、右下メインコイル２０６および左下メインコイル２０８の奥行はそれぞれ右上メインコイル２０２および左上メインコイル２０４の奥行より短い。
【００３７】
そこで、説明の便宜上、右上メインコイル２０２を主として例に挙げてメインコイル２００の構成を詳しく説明する。右上メインコイル２０２以外の３つのコイルに関しては、右上メインコイル２０２と同様の構成の説明は適宜省略する。
【００３８】
必要に応じて本書では、右上メインコイル２０２および右下メインコイル２０６を「右メインコイル」と総称し、左上メインコイル２０４および左下メインコイル２０８を「左メインコイル」と総称する。また、右上メインコイル２０２および左上メインコイル２０４を「上メインコイル」と総称し、右下メインコイル２０６および左下メインコイル２０８を「下メインコイル」と総称する。
【００３９】
図７に示されるように、右上メインコイル２０２は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもつ。右上メインコイル２０２は、右上メインコイル内側部分２０２ａ、右上メインコイル外側部分２０２ｂ、右上メインコイル前側部分２０２ｃ、および右上メインコイル後側部分２０２ｄを有する。
【００４０】
右上メインコイル内側部分２０２ａは、横方向に細長いコイル断面を有し、上ヨーク内面１０６ａに隣接配置されている。右上メインコイル内側部分２０２ａは、上ヨーク内面１０６ａに接触している。右上メインコイル内側部分２０２ａは、上メインコイル励磁電流２１０（図３および図７参照）を奥行方向に導くよう構成されている。上メインコイル励磁電流２１０は、ビーム進行方向と逆向きに右上メインコイル内側部分２０２ａを流れる。上メインコイル励磁電流２１０は、右上メインコイル内側部分２０２ａから、右上メインコイル前側部分２０２ｃ、右上メインコイル外側部分２０２ｂ、および右上メインコイル後側部分２０２ｄを経て、再び右上メインコイル内側部分２０２ａに流れる。
【００４１】
右上メインコイル外側部分２０２ｂは、上ヨーク部１０６の横方向右上端面１０６ｄに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向右外側に配設されている。右上メインコイル外側部分２０２ｂは、縦方向に細長いコイル断面を有し、上ヨーク部１０６の横方向右上端面１０６ｄに接触している。右上メインコイル外側部分２０２ｂは、右上メインコイル内側部分２０２ａに対して角度をなして、具体的には垂直に配設されている。
【００４２】
右上メインコイル外側部分２０２ｂは、縦方向において右上メインコイル内側部分２０２ａと異なる位置にあり、具体的には、右上メインコイル内側部分２０２ａに対し縦方向外側（つまり縦方向上側）に配設されている。よって、右上メインコイル外側部分２０２ｂ、言い換えれば上メインコイル励磁電流２１０の戻り経路は、横方向にも縦方向にも右上メインコイル内側部分２０２ａに対し外れた場所にある。
【００４３】
このように、右上メインコイル２０２は、コイルの中心軸に対しコイル一方側とコイル他方側とが対向して互いに接続された一般的なコイルとは形状が異なる。右上メインコイル２０２は、そうした一般的コイルに比べてコイル内を通る磁力線の集中が緩和される。そのため、コイルに挿通される鉄心の磁気飽和を回避しやすく、故に鉄心からの漏れ磁場を抑制することができる。その他の３つのメインコイル、および後述する４つのサブコイルについても同様である。
【００４４】
右上メインコイル前側部分２０２ｃは、上ヨーク部１０６の前面に隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム入射側に配設されている。右上メインコイル前側部分２０２ｃは、ヨーク前面１１４に接触している。右上メインコイル前側部分２０２ｃは、右上メインコイル前部内側２０２ｃ１および右上メインコイル前部外側２０２ｃ２を有し、右上メインコイル内側部分２０２ａを右上メインコイル外側部分２０２ｂに接続する。右上メインコイル前部外側２０２ｃ２は右上ヨーク角部１０６ｃの前面に隣接配置され、右上メインコイル前部内側２０２ｃ１は右上メインコイル前部外側２０２ｃ２の横方向内側に配置されている。
【００４５】
右上メインコイル後側部分２０２ｄは、上ヨーク背面１１６ａに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム出射側に配設されている。右上メインコイル後側部分２０２ｄは、上ヨーク背面１１６ａに接触している。右上メインコイル後側部分２０２ｄは、右上メインコイル後部内側２０２ｄ１および右上メインコイル後部外側２０２ｄ２を有し、右上メインコイル内側部分２０２ａを右上メインコイル外側部分２０２ｂに接続する。右上メインコイル後部外側２０２ｄ２は右上ヨーク角部１０６ｃの背面に隣接配置され、右上メインコイル後部内側２０２ｄ１は右上メインコイル後部外側２０２ｄ２の横方向内側に配置されている。
【００４６】
このようにして、右上メインコイル２０２は、窓枠型ヨーク１０２の右上部に装着されている。ヨーク前面１１４、ヨーク背面１１６、右ヨーク部１１０の右端面、および左ヨーク部１１２の左端面を窓枠型ヨーク１０２の側面と総称するとき、右上メインコイル２０２は、窓枠型ヨーク１０２の側面右上部を包囲している。
【００４７】
また、右上メインコイル２０２は、上ヨーク外面１０６ｂを迂回するように上ヨーク内面１０６ａから横方向右下端面１０８ｄへと概ね斜めに（または窓枠型ヨーク１０２の対角方向に）巻回されている。右上メインコイル２０２は、上ヨーク外面１０６ｂ上には存在しない。
【００４８】
右上メインコイル内側部分２０２ａは、ビーム入射側で縦方向外側に円弧状に湾曲して右上メインコイル前部内側２０２ｃ１に接続され、ビーム出射側で縦方向外側に円弧状に湾曲して右上メインコイル後部内側２０２ｄ１に接続される。右上メインコイル外側部分２０２ｂは、ビーム入射側で横方向内側に円弧状に湾曲して右上メインコイル前部外側２０２ｃ２に接続され、ビーム出射側で横方向内側に円弧状に湾曲して右上メインコイル後部外側２０２ｄ２に接続される。右上メインコイル前部外側２０２ｃ２は、右上メインコイル前部内側２０２ｃ１から横方向外側に円弧状に湾曲している。右上メインコイル後部外側２０２ｄ２は、右上メインコイル後部内側２０２ｄ１から横方向外側に円弧状に湾曲している。
【００４９】
右上メインコイル２０２は、右上メインコイル２０２の各部分において励磁電流方向に垂直なコイル断面の長手方向が対向するヨーク表面と平行となるよう湾曲している。このようにして、右上メインコイル２０２が窓枠型ヨーク１０２に装着されたときの横方向、縦方向、および奥行方向の寸法増加を最小化するように、右上メインコイル２０２は、上ヨーク部１０６の外形に沿って湾曲して上ヨーク部１０６に装着されている。
【００５０】
左上メインコイル２０４は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもつ。左上メインコイル２０４は、左上メインコイル内側部分２０４ａ、左上メインコイル外側部分２０４ｂ、左上メインコイル前側部分２０４ｃ、および左上メインコイル後側部分２０４ｄを有する。
【００５１】
左上メインコイル内側部分２０４ａは、右上メインコイル内側部分２０２ａと横方向に並んで、上ヨーク内面１０６ａに隣接配置されている。左上メインコイル内側部分２０４ａは、上ヨーク内面１０６ａに接触している。上ヨーク内面１０６ａは、右上メインコイル内側部分２０２ａおよび左上メインコイル内側部分２０４ａによって、そのほぼ全域がメインコイル２００で覆われている。
【００５２】
左上メインコイル内側部分２０４ａは、上メインコイル励磁電流２１０を奥行方向に導くよう構成されている。上メインコイル励磁電流２１０は、ビーム進行方向と逆向きに左上メインコイル内側部分２０４ａを流れる。上メインコイル励磁電流２１０は、左上メインコイル内側部分２０４ａから、左上メインコイル前側部分２０４ｃ、左上メインコイル外側部分２０４ｂ、および左上メインコイル後側部分２０４ｄを経て、再び左上メインコイル内側部分２０４ａに流れる。
【００５３】
左上メインコイル外側部分２０４ｂは、上ヨーク部１０６の横方向左上端面に隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向左外側に配設されている。左上メインコイル外側部分２０４ｂは、左上メインコイル内側部分２０４ａに対し縦方向外側（つまり縦方向上側）に配設されている。左上メインコイル外側部分２０４ｂは、左上メインコイル内側部分２０４ａに対して角度をなして、具体的には垂直に配設されている。
【００５４】
左上メインコイル前側部分２０４ｃは、上ヨーク部１０６の前面に隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム入射側に配設されている。左上メインコイル前側部分２０４ｃは、左上メインコイル前部内側２０４ｃ１および左上メインコイル前部外側２０４ｃ２を有し、左上メインコイル内側部分２０４ａを左上メインコイル外側部分２０４ｂに接続する。また、左上メインコイル後側部分２０４ｄは、上ヨーク背面１１６ａに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム出射側に配設されている。左上メインコイル後側部分２０４ｄは、左上メインコイル後部内側２０４ｄ１および左上メインコイル後部外側２０４ｄ２を有し、左上メインコイル内側部分２０４ａを左上メインコイル外側部分２０４ｂに接続する。
【００５５】
左上メインコイル内側部分２０４ａは、ビーム入射側で縦方向外側に湾曲して左上メインコイル前部内側２０４ｃ１に接続され、ビーム出射側で縦方向外側に湾曲して左上メインコイル後部内側２０４ｄ１に接続される。左上メインコイル外側部分２０４ｂは、ビーム入射側で横方向内側に湾曲して左上メインコイル前部外側２０４ｃ２に接続され、ビーム出射側で横方向内側に湾曲して左上メインコイル後部外側２０４ｄ２に接続される。また、左上メインコイル前部外側２０４ｃ２は、左上メインコイル前部内側２０４ｃ１から横方向外側に湾曲している。左上メインコイル後部外側２０４ｄ２は、左上メインコイル後部内側２０４ｄ１から横方向外側に湾曲している。
【００５６】
このようにして、左上メインコイル２０４は、窓枠型ヨーク１０２の左上部を取り囲むように上ヨーク部１０６の外形に沿って湾曲して上ヨーク部１０６に装着されている。ただし、左上メインコイル２０４は上ヨーク外面１０６ｂを迂回するように巻回されており、左上メインコイル２０４は上ヨーク外面１０６ｂ上に存在しない。
【００５７】
図３および図５に示されるように、右下メインコイル２０６は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもち、右下メインコイル内側部分２０６ａ、右下メインコイル外側部分２０６ｂ、右下メインコイル前側部分２０６ｃ、および右下メインコイル後側部分２０６ｄを有する。
【００５８】
右下メインコイル内側部分２０６ａは、下ヨーク内面１０８ａに接触して、下ヨーク内面１０８ａに隣接配置されている。右下メインコイル内側部分２０６ａは、図３に示されるように、下メインコイル励磁電流２１２を上メインコイル励磁電流２１０とは奥行方向の逆向きに導くよう構成されている。下メインコイル励磁電流２１２は、ビーム進行方向と同じ向きに右下メインコイル内側部分２０６ａを流れる。下メインコイル励磁電流２１２は、右下メインコイル内側部分２０６ａから、右下メインコイル後側部分２０６ｄ、右下メインコイル外側部分２０６ｂ、および右下メインコイル前側部分２０６ｃを経て、再び右下メインコイル内側部分２０６ａに流れる。
【００５９】
右下メインコイル外側部分２０６ｂは、下ヨーク部１０８の横方向右下端面１０８ｄに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向右外側に配設されている。右下メインコイル外側部分２０６ｂは、下ヨーク部１０８の横方向右下端面１０８ｄに接触している。
【００６０】
右下メインコイル前側部分２０６ｃは、下ヨーク部１０８の前面に隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム入射側に配設されている。右下メインコイル前側部分２０６ｃは、ヨーク前面１１４に接触している。右下メインコイル後側部分２０６ｄは、下ヨーク背面１１６ｂに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム出射側に配設されている。右下メインコイル後側部分２０６ｄは、下ヨーク背面１１６ｂに接触している。
【００６１】
このようにして、右下メインコイル２０６は、窓枠型ヨーク１０２の右下部を取り囲むように下ヨーク部１０８の外形に沿って湾曲して下ヨーク部１０８に装着されている。ただし、右下メインコイル２０６は、下ヨーク外面１０８ｂを迂回するように巻回されており、右下メインコイル２０６は下ヨーク外面１０８ｂ上には存在しない。
【００６２】
左下メインコイル２０８は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもつ。左下メインコイル２０８は、左下メインコイル内側部分２０８ａおよび左下メインコイル外側部分２０８ｂを有する。
【００６３】
左下メインコイル内側部分２０８ａは、右下メインコイル内側部分２０６ａと横方向に並んで、下ヨーク内面１０８ａに隣接配置されている。左下メインコイル内側部分２０８ａは、下ヨーク内面１０８ａに接触している。下ヨーク内面１０８ａは、右下メインコイル内側部分２０６ａおよび左下メインコイル内側部分２０８ａによって、そのほぼ全域がメインコイル２００で覆われている。
【００６４】
左下メインコイル内側部分２０８ａは、下メインコイル励磁電流２１２を奥行方向に導くよう構成されている。左下メインコイル外側部分２０８ｂは、下ヨーク部１０８の横方向左下端面に隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向左外側に配設されている。下メインコイル励磁電流２１２は、ビーム進行方向と同じ向きに左下メインコイル内側部分２０８ａを流れ、左下メインコイル外側部分２０８ｂに向かう。下メインコイル励磁電流２１２は、左下メインコイル外側部分２０８ｂから再び左下メインコイル内側部分２０８ａに戻る。
【００６５】
また、左下メインコイル２０８は、ビーム入射側で左下メインコイル内側部分２０８ａを左下メインコイル外側部分２０８ｂに接続する左下メインコイル前側部分と、ビーム出射側で左下メインコイル内側部分２０８ａを左下メインコイル外側部分２０８ｂに接続する左下メインコイル後側部分と、を有する。
【００６６】
このようにして、左下メインコイル２０８は、窓枠型ヨーク１０２の左下部を取り囲むように下ヨーク部１０８の外形に沿って湾曲して下ヨーク部１０８に装着されている。ただし、左下メインコイル２０８は下ヨーク外面１０８ｂを迂回するように巻回されており、左下メインコイル２０８は下ヨーク外面１０８ｂ上に存在しない。
【００６７】
図２から図５および図８に示されるように、サブコイル３００は、メインコイル２００の外側に配設され、窓枠型ヨーク１０２に装着されている。サブコイル３００は、窓枠型ヨーク１０２を減磁するように、具体的にはメインコイル２００による窓枠型ヨーク１０２の着磁を減じ、好ましくは相殺するように、構成されている。また、サブコイル３００は、偏向電磁石装置１００から周囲への漏れ磁場を抑制するシールドコイル、いわゆるアクティブシールドコイルとしても機能する。
【００６８】
メインコイル２００と同様に、サブコイル３００は、４つのコイル、すなわち、右上サブコイル３０２、左上サブコイル３０４、右下サブコイル３０６、および左下サブコイル３０８を備える。これら４つのコイルは直列に接続され、図１に示すサブコイル電源３４から電力が供給される。
【００６９】
右上サブコイル３０２、左上サブコイル３０４、右下サブコイル３０６、および左下サブコイル３０８はそれぞれ、右上メインコイル２０２、左上メインコイル２０４、右下メインコイル２０６、左下メインコイル２０８に被さるように窓枠型ヨーク１０２に装着されている。よって、右上サブコイル３０２および左上サブコイル３０４はそれぞれ、上ヨーク部１０６の横方向右側および左側に装着され、右下サブコイル３０６および左下サブコイル３０８はそれぞれ、下ヨーク部１０８の横方向右側および左側に装着されている。
【００７０】
サブコイル３００はメインコイル２００と同様に左右対称であるので、左上サブコイル３０４および左下サブコイル３０８はそれぞれ右上サブコイル３０２および右下サブコイル３０６と対称に構成されている。またメインコイル２００と同様に、右下サブコイル３０６および左下サブコイル３０８はそれぞれ、奥行寸法を除いて、右上サブコイル３０２および左上サブコイル３０４と対称に構成されている。上述のように下ヨーク部１０８の第２奥行１０９が上ヨーク部１０６の第１奥行１０７より短いので、右下サブコイル３０６および左下サブコイル３０８の奥行はそれぞれ右上サブコイル３０２および左上サブコイル３０４の奥行より短い。
【００７１】
以下では説明の便宜上、右上サブコイル３０２を主に例に挙げてサブコイル３００の構成を説明する。右上サブコイル３０２以外の３つのコイルに関しては、右上サブコイル３０２と同様の構成の説明を適宜省略する。必要に応じて本書では、右上サブコイル３０２および右下サブコイル３０６を「右サブコイル」と総称し、左上サブコイル３０４および左下サブコイル３０８を「左サブコイル」と総称する。また、右上サブコイル３０２および左上サブコイル３０４を「上サブコイル」と総称し、右下サブコイル３０６および左下サブコイル３０８を「下サブコイル」と総称する。
【００７２】
図８に示されるように、右上サブコイル３０２は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもつ。右上サブコイル３０２は、右上サブコイル内側部分３０２ａ、右上サブコイル外側部分３０２ｂ、右上サブコイル前側部分３０２ｃ、および右上サブコイル後側部分３０２ｄを有する。
【００７３】
右上サブコイル内側部分３０２ａは、横方向に細長いコイル断面を有し、上ヨーク外面１０６ｂに隣接配置されている。右上サブコイル内側部分３０２ａは、上ヨーク外面１０６ｂに接触している。右上サブコイル内側部分３０２ａは、縦方向から見て右上メインコイル内側部分２０２ａと少なくとも部分的に重なるように配置されている。図２から図５に示されるように、右上サブコイル内側部分３０２ａは、縦方向から見て右上メインコイル内側部分２０２ａと完全に重なっている。このようにして、上ヨーク部１０６は右上メインコイル内側部分２０２ａと右上サブコイル内側部分３０２ａとに挟まれている。
【００７４】
右上サブコイル内側部分３０２ａは、上サブコイル励磁電流３１０（図３および図７参照）を上メインコイル励磁電流２１０と奥行方向の同じ向きに導くよう構成されている。上サブコイル励磁電流３１０は、ビーム進行方向と逆向きに右上サブコイル内側部分３０２ａを流れる。上サブコイル励磁電流３１０は、上メインコイル励磁電流２１０は、右上サブコイル内側部分３０２ａから、右上サブコイル前側部分３０２ｃ、右上サブコイル外側部分３０２ｂ、および右上サブコイル後側部分３０２ｄを経て、再び右上サブコイル内側部分３０２ａに流れる。
【００７５】
右上サブコイル外側部分３０２ｂは、右上メインコイル外側部分２０２ｂに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向右外側に配設されている。右上サブコイル外側部分３０２ｂは、縦方向に細長いコイル断面を有する。右上サブコイル外側部分３０２ｂは、右上メインコイル外側部分２０２ｂとの間にいくらかの横方向隙間を有し、右上メインコイル外側部分２０２ｂと対面する。右上サブコイル外側部分３０２ｂは、右上サブコイル内側部分３０２ａに対して角度をなして、具体的には垂直に配設されている。
【００７６】
右上サブコイル外側部分３０２ｂは、縦方向において右上サブコイル内側部分３０２ａと異なる位置にあり、具体的には、右上サブコイル内側部分３０２ａに対し縦方向内側（つまり縦方向下側）に配設されている。よって、右上サブコイル外側部分３０２ｂ、言い換えれば上サブコイル励磁電流３１０の戻り経路は、横方向にも縦方向にも右上サブコイル内側部分３０２ａに対し外れた場所にある。
【００７７】
右上サブコイル前側部分３０２ｃは、右上メインコイル前側部分２０２ｃに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム入射側に配設されている。右上サブコイル前側部分３０２ｃは、右上メインコイル前側部分２０２ｃと接触している。右上サブコイル前側部分３０２ｃは、右上サブコイル前部内側３０２ｃ１および右上サブコイル前部外側３０２ｃ２を有し、右上サブコイル内側部分３０２ａを右上サブコイル外側部分３０２ｂに接続する。右上サブコイル前部外側３０２ｃ２は右上メインコイル前部外側２０２ｃ２に隣接配置され、右上サブコイル前部内側３０２ｃ１は右上メインコイル前部内側２０２ｃ１に隣接配置されている。
【００７８】
右上サブコイル後側部分３０２ｄは、右上メインコイル後側部分２０２ｄに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム出射側に配設されている。右上サブコイル後側部分３０２ｄは、右上メインコイル後側部分２０２ｄに接触している。右上サブコイル後側部分３０２ｄは、右上サブコイル後部内側３０２ｄ１および右上サブコイル後部外側３０２ｄ２を有し、右上サブコイル内側部分３０２ａを右上サブコイル外側部分３０２ｂに接続する。右上サブコイル後部外側３０２ｄ２は右上メインコイル後部外側２０２ｄ２に隣接配置され、右上サブコイル後部内側３０２ｄ１は右上メインコイル後部内側２０２ｄ１に隣接配置されている。
【００７９】
右上サブコイル内側部分３０２ａは、ビーム入射側で縦方向内側に円弧状に湾曲して右上サブコイル前部内側３０２ｃ１に接続され、ビーム出射側で縦方向内側に円弧状に湾曲して右上サブコイル後部内側３０２ｄ１に接続される。右上サブコイル外側部分３０２ｂは、ビーム入射側で横方向内側に円弧状に湾曲して右上サブコイル前部外側３０２ｃ２に接続され、ビーム出射側で横方向内側に円弧状に湾曲して右上サブコイル後部外側３０２ｄ２に接続される。右上サブコイル前部外側３０２ｃ２は、右上サブコイル前部内側３０２ｃ１から横方向外側に円弧状に湾曲している。右上サブコイル後部外側３０２ｄ２は、右上サブコイル後部内側３０２ｄ１から横方向外側に円弧状に湾曲している。
【００８０】
右上サブコイル３０２は、右上サブコイル３０２の各部分において励磁電流方向に垂直なコイル断面の長手方向が対向するヨーク表面と平行となるよう湾曲している。右上サブコイル３０２が窓枠型ヨーク１０２に装着されたときの横方向、縦方向、および奥行方向の寸法増加を最小化するように、右上サブコイル３０２は、上ヨーク部１０６の外形に沿って湾曲して上ヨーク部１０６に装着されている。
【００８１】
右上サブコイル前部内側３０２ｃ１を流れる上サブコイル励磁電流３１０は、右上メインコイル前部内側２０２ｃ１を流れる上メインコイル励磁電流２１０と逆向きである。同様に、右上サブコイル後部内側３０２ｄ１を流れる上サブコイル励磁電流３１０は、右上メインコイル後部内側２０２ｄ１を流れる上メインコイル励磁電流２１０と逆向きである。これは漏れ磁場の抑制に寄与する。
【００８２】
このようにして、右上サブコイル３０２は、右上メインコイル２０２を包囲するように窓枠型ヨーク１０２の右上部に装着されている。右上サブコイル３０２は、上ヨーク内面１０６ａを迂回するように上ヨーク外面１０６ｂから横方向右下端面１０８ｄへと概ね斜めに巻回されている。右上サブコイル３０２は、上ヨーク内面１０６ａ上には存在しない。
【００８３】
左上サブコイル３０４は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもつ。左上サブコイル３０４は、左上サブコイル内側部分３０４ａ、左上サブコイル外側部分３０４ｂ、左上サブコイル前側部分３０４ｃ、および左上サブコイル後側部分３０４ｄを有する。
【００８４】
左上サブコイル内側部分３０４ａは、右上サブコイル内側部分３０２ａと横方向に並んで、上ヨーク外面１０６ｂに隣接配置されている。左上サブコイル内側部分３０４ａは、上ヨーク外面１０６ｂに接触している。こうして、横方向両側のヨーク角部を除く上ヨーク外面１０６ｂの中央領域がサブコイル３００で覆われている。
【００８５】
左上サブコイル内側部分３０４ａは、上サブコイル励磁電流３１０を上メインコイル励磁電流２１０と奥行方向の同じ向きに導くよう構成されている。上サブコイル励磁電流３１０は、ビーム進行方向と逆向きに左上サブコイル内側部分３０４ａを流れる。上サブコイル励磁電流３１０は、左上サブコイル内側部分３０４ａから、左上サブコイル前側部分３０４ｃ、左上サブコイル外側部分３０４ｂ、および左上サブコイル後側部分３０４ｄを経て、再び左上サブコイル内側部分３０４ａに流れる。
【００８６】
左上サブコイル外側部分３０４ｂは、左上メインコイル外側部分２０４ｂに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向左外側に配設されている。左上サブコイル外側部分３０４ｂは、左上サブコイル内側部分３０４ａに対し縦方向内側（つまり縦方向下側）に配設されている。左上サブコイル外側部分３０４ｂは、左上サブコイル内側部分３０４ａに対して角度をなして、具体的には垂直に配設されている。
【００８７】
左上サブコイル前側部分３０４ｃは、左上メインコイル前側部分２０４ｃに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム入射側に配設されている。左上サブコイル前側部分３０４ｃは、左上サブコイル前部内側３０４ｃ１および左上サブコイル前部外側３０４ｃ２を有し、左上サブコイル内側部分３０４ａを左上サブコイル外側部分３０４ｂに接続する。また、左上サブコイル後側部分３０４ｄは、左上メインコイル後側部分２０４ｄに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム出射側に配設されている。左上サブコイル後側部分３０４ｄは、左上サブコイル後部内側３０４ｄ１および左上サブコイル後部外側３０４ｄ２を有し、左上サブコイル内側部分３０４ａを左上サブコイル外側部分３０４ｂに接続する。
【００８８】
左上サブコイル内側部分３０４ａは、ビーム入射側で縦方向内側に湾曲して左上サブコイル前部内側３０４ｃ１に接続され、ビーム出射側で縦方向内側に湾曲して左上サブコイル後部内側３０４ｄ１に接続される。左上サブコイル外側部分３０４ｂは、ビーム入射側で横方向内側に湾曲して左上サブコイル前部外側３０４ｃ２に接続され、ビーム出射側で横方向内側に湾曲して左上サブコイル後部外側３０４ｄ２に接続される。また、左上サブコイル前部外側３０４ｃ２は、左上サブコイル前部内側３０４ｃ１から横方向外側に湾曲している。左上サブコイル後部外側３０４ｄ２は、左上サブコイル後部内側３０４ｄ１から横方向外側に湾曲している。
【００８９】
このようにして、左上サブコイル３０４は、窓枠型ヨーク１０２の左上部を取り囲むように上ヨーク部１０６の外形に沿って湾曲して上ヨーク部１０６に装着されている。ただし、左上サブコイル３０４は上ヨーク内面１０６ａを迂回するように巻回されており、左上サブコイル３０４は上ヨーク内面１０６ａ上に存在しない。
【００９０】
図３および図５に示されるように、右下サブコイル３０６は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもち、右下サブコイル内側部分３０６ａ、右下サブコイル外側部分３０６ｂ、右下サブコイル前側部分３０６ｃ、および右下サブコイル後側部分３０６ｄを有する。
【００９１】
右下サブコイル内側部分３０６ａは、下ヨーク外面１０８ｂに接触して、下ヨーク外面１０８ｂに隣接配置されている。右下サブコイル内側部分３０６ａは、図３に示されるように、下サブコイル励磁電流３１２を下メインコイル励磁電流２１２と奥行方向の同じ向きに導くよう構成されている。下サブコイル励磁電流３１２は、ビーム進行方向と同じ向きに右下サブコイル内側部分３０６ａを流れる。下サブコイル励磁電流３１２は、右下サブコイル内側部分３０６ａから、右下サブコイル後側部分３０６ｄ、右下サブコイル外側部分３０６ｂ、および右下サブコイル前側部分３０６ｃを経て、再び右下サブコイル内側部分３０６ａに流れる。
【００９２】
右下サブコイル外側部分３０６ｂは、右下メインコイル外側部分２０６ｂに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向右外側に配設されている。右下サブコイル前側部分３０６ｃは、右下サブコイル前側部分３０６ｃに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム入射側に配設されている。右下サブコイル後側部分３０６ｄは、右下サブコイル後側部分３０６ｄに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２のビーム出射側に配設されている。
【００９３】
このようにして、右下サブコイル３０６は、窓枠型ヨーク１０２の右下部を取り囲むように下ヨーク部１０８の外形に沿って湾曲して下ヨーク部１０８に装着されている。ただし、右下サブコイル３０６は、下ヨーク内面１０８ａを迂回するように巻回されており、右下サブコイル３０６は下ヨーク内面１０８ａ上には存在しない。
【００９４】
左下サブコイル３０８は、奥行方向から見てＬ字状の形状をもつ。左下サブコイル３０８は、左下サブコイル内側部分３０８ａおよび左下サブコイル外側部分３０８ｂを有する。
【００９５】
左下サブコイル内側部分３０８ａは、右下サブコイル内側部分３０６ａと横方向に並んで、下ヨーク外面１０８ｂに隣接配置されている。左下サブコイル内側部分３０８ａは、下ヨーク外面１０８ｂに接触している。こうして、横方向両側のヨーク角部を除く下ヨーク外面１０８ｂの中央領域がサブコイル３００で覆われている。
【００９６】
左下サブコイル内側部分３０８ａは、下サブコイル励磁電流３１２を下メインコイル励磁電流２１２と奥行方向の同じ向きに奥行方向に導くよう構成されている。左下サブコイル外側部分３０８ｂは、左下メインコイル外側部分２０８ｂに隣接配置され、窓枠型ヨーク１０２の横方向左外側に配設されている。下サブコイル励磁電流３１２は、ビーム進行方向と同じ向きに左下サブコイル内側部分３０８ａを流れ、左下サブコイル外側部分３０８ｂに向かう。下サブコイル励磁電流３１２は、左下サブコイル外側部分３０８ｂから再び左下サブコイル内側部分３０８ａに戻る。
【００９７】
また、左下サブコイル３０８は、ビーム入射側で左下サブコイル内側部分３０８ａを左下サブコイル外側部分３０８ｂに接続する左下サブコイル前側部分と、ビーム出射側で左下サブコイル内側部分３０８ａを左下サブコイル外側部分３０８ｂに接続する左下サブコイル後側部分と、を有する。
【００９８】
このようにして、左下サブコイル３０８は、窓枠型ヨーク１０２の左下部を取り囲むように下ヨーク部１０８の外形に沿って湾曲して下ヨーク部１０８に装着されている。ただし、左下サブコイル３０８は下ヨーク内面１０８ａを迂回するように巻回されており、左下サブコイル３０８は下ヨーク内面１０８ａ上に存在しない。
【００９９】
図２から図４に示されるように、磁気シールド構造１２０は、一対の磁気シールド板１２２および一組の磁気シールドブロック１２４を備える。一対の磁気シールド板１２２は、入射側磁気シールド板１２２ａおよび出射側磁気シールド板１２２ｂを含む。一組の磁気シールドブロック１２４は、入射側上部シールドブロック１２４ａ、入射側下部シールドブロック１２４ｂ、出射側上部シールドブロック１２４ｃ、および出射側下部シールドブロック１２４ｄを含む。磁気シールド板１２２および磁気シールドブロック１２４は、軟磁性材料で形成されている。
【０１００】
入射側磁気シールド板１２２ａは窓枠型ヨーク１０２に対しビーム入射側に配設され、出射側磁気シールド板１２２ｂは窓枠型ヨーク１０２に対しビーム出射側に配設されている。入射側磁気シールド板１２２ａおよび出射側磁気シールド板１２２ｂは、偏向電磁石装置１００において奥行方向に最も外側に配置されている。
【０１０１】
入射側磁気シールド板１２２ａは、ヨーク前面１１４に平行に配置された矩形の平板であり、その中央にビーム入口開口１２３を有する。ビーム入口開口１２３は、イオンビーム１１を偏向電磁石装置１００に受け入れるための横方向に細長いスリットである。入射側磁気シールド板１２２ａは、奥行方向から見て窓枠型ヨーク１０２、メインコイル２００、およびサブコイル３００を覆う平面形状を有する。
【０１０２】
出射側磁気シールド板１２２ｂは、ヨーク背面１１６に平行に配置された平板であり、その中央に、ビーム入口開口１２３と同様の形状をもつビーム出口開口を有する。ヨーク背面１１６が傾斜背面１１６ｃを有するので、出射側磁気シールド板１２２ｂも同様に傾斜部を有する。出射側磁気シールド板１２２ｂは、入射側磁気シールド板１２２ａと同様に、奥行方向から見て窓枠型ヨーク１０２、メインコイル２００、およびサブコイル３００を覆う矩形の形状を有する。
【０１０３】
入射側上部シールドブロック１２４ａおよび入射側下部シールドブロック１２４ｂは、窓枠型ヨーク１０２に対しビーム入射側に配設されている。出射側上部シールドブロック１２４ｃおよび出射側下部シールドブロック１２４ｄは、窓枠型ヨーク１０２に対しビーム出射側に配設されている。
【０１０４】
より具体的には、入射側上部シールドブロック１２４ａは、入射側磁気シールド板１２２ａと上サブコイルとの間に配設されている。入射側上部シールドブロック１２４ａは、入射側磁気シールド板１２２ａより厚い（つまり奥行方向長さが大きい）板状または棒状の部材である。入射側上部シールドブロック１２４ａは、上ヨーク部１０６と平行に横方向に延在する。入射側上部シールドブロック１２４ａは、奥行方向から見て上ヨーク部１０６、上メインコイル、および上サブコイルを覆う矩形の形状を有する。
【０１０５】
入射側上部シールドブロック１２４ａは、入射側磁気シールド板１２２ａから外側隙間１２５をあけて配置されている。こうして、入射側上部シールドブロック１２４ａは、入射側磁気シールド板１２２ａとは別体の部材として設けられている。このように、磁気シールドブロック１２４を磁気シールド板１２２と非一体的に配置することは、漏れ磁場を抑制するうえで有効である。
【０１０６】
また、入射側上部シールドブロック１２４ａは、上サブコイルとの間に内側隙間１２６を有して配置されている。このように、磁気シールドブロック１２４をコイルから離すことにより、磁気シールドブロック１２４の磁気飽和を避けるうえで有効である。
【０１０７】
入射側下部シールドブロック１２４ｂ、出射側上部シールドブロック１２４ｃ、および出射側下部シールドブロック１２４ｄは、配置場所を除いて、入射側上部シールドブロック１２４ａと同様に構成されている。入射側下部シールドブロック１２４ｂは、入射側磁気シールド板１２２ａと下サブコイルとの間に配設されている。出射側上部シールドブロック１２４ｃは出射側磁気シールド板１２２ｂと上サブコイルとの間に配設され、出射側下部シールドブロック１２４ｄは出射側磁気シールド板１２２ｂと下サブコイルとの間に配設されている。
【０１０８】
図９は、ある実施形態に係る偏向電磁石装置１００の作用を原理的に説明するための概略図である。偏向電磁石装置１００においては、上述のように、メインコイル２００の一部分（例えば、図３に示す右上メインコイル内側部分２０２ａ）と当該部分に対向配置されたサブコイル３００の一部分（例えば、図３に示す右上サブコイル内側部分３０２ａ）とにより窓枠型ヨーク１０２の一部分が挟み込まれており、それら２つのコイル部分に同じ向きに電流Ｉが流れる。挟持されたヨーク部分にこれらコイル部分が作る磁場Ｈは互いに逆向きとなり、したがってサブコイル３００はメインコイル２００が当該ヨーク部分に作る磁場を弱めるよう作用する。サブコイル３００の励磁電流を適切に設定することにより、理想的には窓枠型ヨーク１０２の内部磁場を相殺することができる。
【０１０９】
ここで、メインコイル２００に関しアンペールの周回積分を考える。磁性体（つまり窓枠型ヨーク１０２）と空気中（つまり中央開口１０４）を通る周回路をとる。図示される積分式の第１項および第２項は、積分の周回路の空気中部分および磁性体部分にあたる。仮にサブコイル３００が無かったとしたら、アンペールの周回積分の第１項および第２項はそれぞれある有限の値をとる。これに対し、サブコイル３００の減磁作用によって窓枠型ヨーク１０２の内部磁場が理想的に相殺された場合には、アンペールの周回積分の第２項はゼロとなる。そうすると、アンペールの周回積分の第１項は、等式を維持するよう、その値が大きくなる。すなわち、空気中の磁場が強化されることになる。このようにして、偏向電磁石装置１００は、窓枠型ヨーク１０２内でのサブコイル３００の減磁作用を利用して、中央開口１０４に強磁場を生成することができる。
【０１１０】
サブコイル３００の減磁作用は、他にも有利な効果をもたらす。窓枠型ヨーク１０２の内部磁場が弱められるので、ヨークから周囲に放出される漏れ磁場を抑制することができる。また、上述のように、窓枠型ヨーク１０２に磁気飽和が起こりにくいようメインコイル２００（およびサブコイル３００）の内側部分と外側部分との相対位置関係が定められていること（すなわち、内側部分と外側部分が縦方向にも横方向にもずれていること）も、漏れ磁場の抑制に役立っている。
【０１１１】
図１０は、比較例に係るヨーク内部磁場のシミュレーション結果を示す図である。上下流の磁気シールドａ間に配置された上ヨークｂおよび下ヨークｃそれぞれにコイルｄが巻き回されている。これらコイルｄはヨークの延在方向に垂直な面に沿ってヨークに巻き回された一般的なコイル構成を有する。図１０にはヨーク内部磁場がグレイスケールで示されている。色が濃いほど磁場が強いことを表す。コイルｄによって強いヨーク内部磁場が作られていることが、図からわかる。
【０１１２】
図１１は、ある実施形態に係る偏向電磁石装置１００についてのヨーク内部磁場のシミュレーション結果を示す図である。図１０と同様に、ヨーク内部磁場がグレイスケールで示され、色が濃いほど磁場が強いことを表す。図１０に示す比較例に対し、ヨーク内部磁場はかなり弱いことが図からわかる。
【０１１３】
したがって、偏向電磁石装置１００は、強磁場を生成するとともに漏れ磁場を抑制することができる。
【０１１４】
以上、本発明を上述の各実施形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうることは、当業者に理解されるところである。
【０１１５】
図１２および図１３は、他の実施形態に係るサブコイルを概略的に示す斜視図である。図１２および図１３に示すサブコイルは、その前側部分および後側部分に折り返し部３２０を有する。なお図１２と図１３とでは折り返しが逆向きとなっている。このようにしても、上述の実施形態に係るサブコイル３００と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
図１４は、他の実施形態に係るメインコイルを概略的に示す斜視図である。図１４に示すメインコイルは、右メインコイル２２０および左メインコイル２２２を有する。このようにして、上述の実施形態に係る右上メインコイル２０２および右下メインコイル２０６を単一のコイルで構成し、左上メインコイル２０４および右下メインコイル２０６を単一のコイルで構成してもよい。このようにしても、上述の実施形態に係るメインコイル２００と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
同様に、ある実施形態においては、メインコイルは、単一の上メインコイルと単一の下メインコイルとを有してもよい。サブコイルについても同様であり、単一の右サブコイルおよび単一の左サブコイルを有するよう、または、単一の上サブコイルおよび単一の下サブコイルを有するよう、サブコイルが構成されていてもよい。
【０１１８】
磁気シールド板１２２は、ビーム入射側およびビーム出射側の少なくとも一方に配設されていてもよい。磁気シールドブロック１２４は、ビーム入射側およびビーム出射側の少なくとも一方に配設されていてもよい。磁気シールドブロック１２４は、縦方向上側および縦方向下側の少なくとも一方に配設されていてもよい。
【０１１９】
質量分析磁石装置１８、ビーム整形装置２０、偏向走査装置２２、及び／またはＰレンズ２４など、イオン注入装置１０の他のビームライン構成要素が、偏向電磁石装置１００を備えてもよい。
【０１２０】
偏向電磁石装置１００は、イオン注入装置１０以外の荷電粒子ビーム照射装置または荷電粒子ビーム偏向装置に適用されてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１０  イオン注入装置、  １００  偏向電磁石装置、  １０２  窓枠型ヨーク、  １０４  中央開口、  １０６  上ヨーク部、  １０６ａ  上ヨーク内面、  １０６ｂ  上ヨーク外面、  １０８  下ヨーク部、  １０８ａ  下ヨーク内面、  １０８ｂ  下ヨーク外面、  １２２  磁気シールド板、  １２４  磁気シールドブロック、  ２００  メインコイル、  ２０２  右上メインコイル、  ２０２ａ  右上メインコイル内側部分、  ２０４  左上メインコイル、  ２０４ａ  左上メインコイル内側部分、  ２０６  右下メインコイル、  ２０６ａ  右下メインコイル内側部分、  ２０８  左下メインコイル、  ２０８ａ  左下メインコイル内側部分、  ２１０  上メインコイル励磁電流、  ２１２  下メインコイル励磁電流、  ３００  サブコイル、  ３１０  上サブコイル励磁電流、  ３１２  下サブコイル励磁電流。
【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】
2017091966.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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