(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物を処理するためのリボンビームを発生するイオン注入機であって、
イオン化物質を形成するプラズマを含み、かつイオンを引き出すための１つの開口孔を備えるイオン室と、
このイオン室の前記開口孔に整合して配置され、前記イオン室から出るイオン流を形成し、さらに少なくとも50：1のアスペクト比を有する細長いスロットを有しているプラズマ電極と、
前記イオン流が、リボンビームの形状となり、このリボンビームが少なくとも１つの軸線に沿って均一な電流密度を有するように、前記イオン流を均質化する拡散手段と、
前記イオン流を加工物に向けさせる電極アセンブリとを含み、
前記拡散手段は、リボンビームを形成する前記イオン流の径路に置かれた開口プレートを含み、この開口プレートは、前記プラズマ電極に取り付けられ、前記イオン流が前記細長いスロットに平行に伸びる軸線に沿って拡散するように、前記細長いスロットの長手軸線に沿って列をなして配置された複数の開口を有しており、前記リボンビームが加工物の表面で重なって累積リボンビームを形成することを特徴とするイオン注入機。
【請求項２】
前記開口プレート（95）は、式
Ｌ＜ｇｌθ
ここで、Ｌ＝前記開口プレートの軸線に沿う各開口間の距離、
ｇ＝０〜１の範囲にある定数、ｌ＝前記開口プレートと加工物の間の距離、θ＝前記開口プレート内の少なくとも１つの開口から出るビームの放射角度、
に従うことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項３】
前記開口プレート（95）は、イオン流の径路に位置する少なくとも１つの開口の列（110,112,114）を含み、かつ前記開口プレートは、式
Ｌ＜ｇＮｌθ
ここで、Ｎ＝前記開口プレート内の前記スロットの数、
に従うことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入機。
【請求項４】
前記開口の列（110,112,114）は、複数の長円形状の開口を含み、各開口は、他の開口に平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項５】
隣接する長円形状の前記開口の前記列の軸線に沿う各焦点は、式
Ｄ＝ｋＬ
ここで、Ｌ＝前記列の軸線に沿う各開口の長さ、
ｋ＝（1/2）〜（3/4）の範囲にある定数、
に従って距離Ｄだけ離れていることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入機。
【請求項６】
前記開口の列（110,112,114）は、千鳥状の複数の列に配置された円形状の複数の開口を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項７】
前記拡散手段は、ディザー電極（135）によってプラズマを振動させるようにイオン室と電気的に接続した前記ディザー電極を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項８】
前記ディザー電極（135）は、式
Ｆ＞（ｎ＊Ｖscan）／ｗ
ここで、ｎ＝１０〜１００の範囲にある定数、
Ｖscan＝前記リボンビームが通過する加工物の移動速度、
ｗ＝加工物における前記リボンビームの幅、
で定まる周波数Ｆを有する振動磁界を形成することを特徴とする請求項７に記載のイオン注入機。
【請求項９】
前記拡散手段は、ディザー磁石（130A）がプラズマを振動させるようなイオン室に磁気的に結合した前記ディザー磁石（130A）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１０】
前記拡散手段は、前記リボンビームがこのビームの長手軸線に沿って０．５％よりも変化が少ない電流密度を有するように、イオン流を均質化することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１１】
前記細長いスロット（60）は、１０ｃｍ〜２ｍの範囲にある長さを有し、かつ１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にある幅を有していることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１２】
前記プラズマ電極（94）は、前記細長いスロット（60）に平行な少なくとも１つの付加的な細長いスロット（62）を含み、この付加的な細長いスロットは、前記累積リボンビームを作り出すために、前記リボンビームと重なる第２ビームを形成することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１３】
前記累積リボンビームは、加工物の表面において、長さが２５ｃｍ〜１０００ｃｍの範囲、幅が１ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲で変わる寸法を有することを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入機。
【請求項１４】
前記細長いスロット（60）は、加工物（174）の走査方向を横切るように向けられ、前記リボンビームの長さが加工物の幅寸法より大きく、加工物の１回の走査中に加工物の全面積が前記リボンビームを介して処理されることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１５】
前記累積リボンビームの幅は、加工物の表面において、１０ｃｍ〜３０ｃｍの間で変化することを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入機。
【請求項１６】
前記累積リボンビームを形成するイオン流の放射角度は、前記プラズマ電極を通過した後で５°〜１５°離れることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入機。
【請求項１７】
前記累積ビームの電流密度は、０．０２〜１００μＡ／ｃｍ2の範囲にあることを特徴とする請求項１８に記載のイオン注入機。
【請求項１８】
前記累積ビーム内のイオンのエネルギーが１〜１００ｋｅＶの範囲にあることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入機。
【請求項１９】
前記細長いスロット（60）と少なくとも１つの前記付加的な細長いスロット（62）は、各々アスペクト比が１００：１を越えることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入機。
【請求項２０】
前記電極アセンブリ（91）は、前記プラズマ電極（94）の下流側に配置された第２電極を含み、この第２電極は、イオン流を通過させる細長いスロット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機。
【請求項２１】
前記第２電極は、アスペクト比が５０：１よりも小さいことを特徴とする請求項２０に記載のイオン注入機。
【請求項２２】
加工物を処理するためのリボンビームを発生するイオン注入機であって、
イオン化物質を形成するプラズマを含み、かつイオンを引き出すための１つの開口孔を備えるイオン室と、
このイオン室の前記開口孔に整合して配置され、前記イオン室から出るイオン流を形成し、さらに少なくとも50：1のアスペクト比を有する細長いスロット（60）を有しているプラズマ電極（94）と、
前記リボンビームが少なくとも１つの軸線に沿って均一な電流密度を有するように、前記イオン流を均質化する拡散手段（95）と、
前記イオン流を加工物に向けさせる電極アセンブリ（91）とを含み、
前記拡散手段は、リボンビームを形成する前記イオン流の径路に置かれた開口プレートを含み、この開口プレートは、前記プラズマ電極に取り付けられ、前記イオン流が前記細長いスロットに平行に伸びる軸線に沿って拡散するように、前記細長いスロットの長手軸線に沿って列をなして配置された複数の開口を有しており、さらに、
前記拡散手段（95）は、前記リボンビームを形成するイオン流の径路の近くに配置された拡散磁石（136A）を含み、この拡散磁石（136A）は、振動する磁界を発生できることを特徴とするイオン注入機。
【請求項２３】
前記振動する磁界は、
Ｆ＞（ｎ＊Ｖscan）／ｗ
ここで、ｎ＝１０〜１００の範囲にある定数、
Ｖscan＝前記リボンビームが通過する加工物の移動速度、
ｗ＝加工物における前記リボンビームの幅、
で定まる周波数Ｆを有することを特徴とする請求項２２に記載のイオン注入機。
【請求項２４】
前記振動する磁界は、０．０５Ｔ〜０．３Ｔ（５００〜３０００ガウス）の範囲の磁界強さを有することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
加工物を処理するためのリボンビームを発生するイオン注入機において使用するプラズマ電極であって、
前記イオン注入機が、イオン化物質を形成するプラズマを含み、かつイオンが排出できる開口孔を備えるイオン室と、イオン流を前記加工物に向けるための電極アセンブリとを有し、
前記プラズマ電極が前記イオン室の開口孔に配置され、さらに、このプラズマ電極は、
前記イオン室を出るイオン流が前記リボンビームの形に形成するための細長いスロット（60）と、
前記リボンビームを形成するイオン流の経路内に配置され、かつ前記イオン流を拡散するための長円形状の開口の列（110,112,114）を有する開口プレート（95）とを有していることを特徴とするプラズマ電極。
【請求項２６】
前記開口プレート（95）は、前記イオン流の径路にある少なくとも１つの開口の列（110,112,114）を含み、かつ前記開口プレートは、式
Ｌ＜ｇＮｌθ
ここで、Ｌ＝前記列の軸線に沿う各開口間の距離、
ｇ＝０〜１の範囲にある定数、ｌ＝前記開口プレートと加工物の間の距離、Ｎ＝前記開口プレート内の前記スロットの数、θ＝前記開口プレート内の少なくとも１つの開口から出るビームの放射角度、
に従うことを特徴とする請求項２５に記載のプラズマ電極。
【請求項２７】
前記開口の列（110,112,114）は、前記イオン流が前記細長いスロット（60）に平行な軸線に沿って伸びていることを特徴とする請求項２５に記載のプラズマ電極。
【請求項２８】
隣接する長円形状の前記開口の前記列の軸線に沿う各焦点は、式
Ｄ＝ｋＬ
ここで、Ｌ＝前記列の軸線に沿う各開口の長さ
ｋ＝（1/2）〜（3/4）の範囲にある定数、
に従って距離Ｄだけ離れていることを特徴とする請求項２５に記載のプラズマ電極。
【請求項２９】
イオンビームを用いて加工物を処理する方法であって、
プラズマ電極（94）を有するイオン室（18）内にイオン化物質のプラズマを形成する工程と、
このプラズマを前記イオン室（18）から前記イオン流（141）として前記プラズマ電極に設けた細長いスロット（60）を介して排出させる工程と、
前記イオン流（141）が少なくとも１つの軸線に沿って均一な電流密度を有するように前記イオン流を均質化する工程と、
リボン形状のイオンビームが加工物に衝突するように前記イオン流（141）を方向付ける工程とを含み、
前記均質化工程は、さらに、前記イオン流の径路に開口プレート（95）を配置し、この開口プレート（95）を前記プラズマ電極（94）に取付ける工程と、前記細長いスロット（60）に平行な軸線に沿って伸びる開口の列（110,112,114）を有する前記開口プレート（95）を設けることによって、前記細長いスロットに平行な方向に沿ってイオン流（141）の径路を拡散させる工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記均質化工程は、前記イオン流の径路に長円形状の開口の列（110,112,114）を有する開口プレート（95）を配置することをさらに含んでいる請求項３２に記載の方法。
【請求項３１】
前記均質化工程は、リボン形状のビームがその長手軸線に沿って０．５％よりも変化が少ない電流密度を有するようなイオン流を拡散することを含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記細長いスロット（60）に平行に配置されたプラズマ電極（94）に付加的なスロット（62）を設け、第２イオン流を発生し、この第２イオン流が前記リボン形状のイオンビームと重なり、そして累積リボンビームを形成するようになる工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
加工物（174）の走査方向を横切る方向に細長いスロット（60）を配置する工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
イオン流（141）を方向付ける工程は、さらに、プラズマ電極（94）の下流側に位置し、かつイオン流を通過させる細長いスロットを有する付加的な電極を介してリボン形状のビームを方向付ける工程を含んでいることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、大面積加工物用のイオン注入機に関し、特に、平らなパネルディスプレイにイオン注入を行う大面積イオンビーム用のイオン注入機に関する。
（背景技術）
イオン注入は、半導体ウェハまたはガラス基板等の加工物（workpiece）に導電率を変えるドーパント（不純物）を制御された高速状態で導入するための標準的で商業的に認められている技術である。従来のイオン注入機は、所望のドーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネルギのイオンビームを形成できるようにするイオン源を含む。このビームは加工物の表面に照射される。
一般的に、イオンビームの活性化イオンが加工物塊に貫入して、その物質の結晶格子に埋め込まれることによって、所望の導電率を有する領域を形成する。このイオン注入処理は、一般的に、ウェハハンドリングアセンブリおよびイオン源を収容した高真空気密処理室内で実施される。この高真空環境は、ガス分子との衝突によるイオンビームの拡散を防止すると共に、空気中浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性を最小限に抑える。
処理室は一般的に、弁アセンブリを介して自動化ウェハハンドリングおよび処理用の端部ステーションに接続されている。この端部ステーションは、真空ポンプ装置によって大気圧からポンプダウンすることができるロードロック室として一般的に知られている中間室または圧力ロック部を含むことができる。
この室は、好ましくは一端部で、加工物を１つまたは複数のカセットから中間室へ移送するエンドエフェクタ（end effector）と連通している。加工物をエンドエフェクタによって中間室内へローディングした後、室をポンプ装置で処理室と一致した高真空状態まで真空排気する。
次に、中間室の下流側端部の弁を開いて、処理室内に設けられたウェハハンドリングアセンブリで加工物を中間室から取り出す。加工物を室内に配置した後、それにイオン源で注入することができる。
従来、イオン注入機における一般的なイオンビーム経路は、イオン源と、電極と、分析磁石構造と、光学分析素子と、ウェハ処理装置を含む。電極は、イオン源で生成されたイオンを引き出して加速することによって、分析磁石構造の方へ送られるビームを発生する。分析磁石はイオンビーム内のイオンをそれらの電荷対質量比に従って分類し、ウェハ処理装置は、イオンビーム経路に対する２つの軸線に沿った加工物の位置を調節する。
特に、個々のイオンが電極を出て分析磁石に入る時、それの飛行線はイオンの質量の平方根に比例した半径を有する経路で曲がる。分析磁石構造内の分解スリットが、光学分解素子と協働して、選択された電荷対質量比を有するイオンを集束させることによって、イオンは加工物の方へ向けられる。選択された電荷対質量比を有していないイオンは、分解スリットの左側または右側のいずれかに集束されて、目標加工物に衝突する最終イオンビームから除かれる。
初期のイオン注入用の機械では、イオン源開口は、一般的に、近似的な点光源となる小さな孔であった。高イオンビーム電流を達成するために、円形プラズマ開口の寸法を大きくしたが、受け入れ可能なイオンビームの品質を維持して円形開口の大きさを増やすことには限界があることがすぐに判明した。
イオン源開口の垂直及び水平寸法の両方を同時に増加させると、不安定なプラズマメニスカス（plasma meniscus）によるビームの不安定性が起こる。しかし、円形孔を矩形状スリットに変えてその長さを伸ばすことにより、ビームの不安定性をもたらすことなく高ビーム電流を得られることがわかった。
この矩形状スリットは、分析磁石の分析面（disbursive plane）に対して垂直に向けられ、分析磁石の磁極と同一方向のイオン源の出口スリットを用いたアイソトープ分離機において平行に進行して高電流を得る。
イオンビーム電流をより高くするために、イオン出口開口の長さを増加させることができる。現在の時点では、安定したプラズマメニスカスを維持することができる開口の幅は、１〜３ｍｍの範囲に形成されている。解決すべき問題のサイズをさらに増加させようとする従来技術は、失敗しており、その理由は、大きなスリットと接続する分析磁石を用いることによって生じたビームのブローアップ（blow up）現象による。
さらに、大きなスリットと接続する分析磁石を用いる初期の装置は、次のいずれかを必要とする。
（1）分析磁石装置の寸法、費用、及びパワーの必要条件を大幅に増加させること、または。
（2）イオン源を分析磁石からかなり引き離すこと、
これらの対策は、それぞれ望ましくない影響を及ぼす側面を有している。
例えば、イオンビーム源をさらに遠くに移動すると、イオンビームの大部分は、イオン源と分析磁石との間の飛行領域が長くなったライン内で中立化されるので、長いイオン排出スロットからの付加的なビーム電流のゲインがかなり失われる。これを防止するには、イオンが分析できない中性化したイオン種に転換するのを避けるために、より大きなかつより高価な真空ポンプが必要となる。
こうして、分析磁石からさらにイオン源を遠ざけることは、装置全体の寸法を増加させ、かつ装置を製造するためにより多くの費用をもたらす装置の複雑化を招く。
アトキンに付与された米国特許第４，８４７，５０４号は、イオン電流源を増加するための選択された分析磁石形状を有するイオン注入機が開示されている。アトキンによれば、分析磁石に関する所定の方向に整列する矩形状のイオン出口開口を用いて、より高電流のイオンビームを得ることができる。アトキンの装置は、３ｍｍよりも広い、即ち、５ｍｍまたは６ｍｍのイオン排出スリットを用いている。
ロビンソン他の米国特許第４，２５８，２６６号は、リボン形イオンビームをウェハホィールに照射する同様なイオン注入制御システムを開示している。ウェハホィールは、リボンビームを連続的に通過移動する複数のウェハを支持している。イオンビームの測定を行うため、ウェハホィールにアパーチャを設けて、主ビームがウェハホィールを通過して、ウェハホィールのアパーチャの下方に配置されたファラディカップに衝突できるようにしている。
ヨーロッパ特許公開第０４２８３１９号には、１つのイオン注入機が開示されていることがわかる。このイオン注入機は、プラズマを包含するためのイオン室（16）と、イオン室を閉鎖する前壁（52）と、前壁（52）の長円形の開口（50）とを有している。イオン注入機は、また、開口（50）に達するイオンを加速する電気的にバイアスされた引出し電極アセンブリ（20）を有している。
今日、急成長している半導体および注入技術は、市場で広範囲に受け入れられている。このように受け入れられていることから、大量の注入製品を競争力のある価格で生産することが要求されるようになった。最新の注入機の共通の目標は、装置の処理能力を増加させることによってこれらの要求を満足させることである。しかし、既存の装置は、これらの製造およびコスト要求を満たすのにあまり適していない。
ここに、大面積の平形パネル加工物の高処理能力を示す改良されたイオン注入機を必要とする従来からの要求がある。平形パネルディスプレイを迅速に大量生産することができるイオン注入機は当該技術を大きく向上させる。
（発明の開示）
本発明のイオン注入機は、高いアスペクト比を有する電極からリボンビームを形成することによって処理能力を増加させる。特に、このイオン注入機は、プラズマを含むイオン室と、イオン室の壁に設けた開口に係合するプラズマ電極とを有する。このプラズマ電極は、スロットの幅寸法よりも少なくとも５０倍長い長さ寸法を有する細長いスロットを形作る。細長いプラズマ電極は、イオン室を出るイオン流を整形する。
さらに、このイオン注入機は、プラズマ電極の下流側に電極アセンブリを含む。この電極アセンブリは、イオン室から出るイオン流をプラズマ電極を通過して加工物の方に向かわせる。加工物に向かうイオン流は、リボンビームを形成する。
ここで使用する「リボンビーム」とは、長手方向の軸線に沿った長さと、この長手方向軸線を横切る第２経路に沿った幅を有する細長いイオンビームである。リボンビームは、所定のドーズ量を得るために加工物がイオンビームを通過する必要がある回数を減少させることができるので、大面積の加工物の注入に有効であることがわかっている。
例えば、従来の技法では、加工物を完全に包含するために、イオンビームが加工物上を直交する２方向に走査する必要があった。それに比較して、リボンビームが加工物の少なくとも一方の寸法より大きい長さを有する時、リボンビームで加工物を１回走査するだけで、加工物を完全に包含することができる。
ここで使用する「高アスペクト比」は、リボンビームが少なくとも５０：１のアスペクト比を有することを示す。１００：１といったさらに高いアスペクト比を有する電極スロットから形成されたリボンビームも、ここで開示されたイオン注入機に用いるために製造することができる。これらのリボンビームは、大型の加工物、例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍ以上の寸法の加工物の注入に必要であろう。
本発明の一面によれば、イオン注入機は、質量分析されないリボンビームを用いている。大面積の加工物を有効に処理するために必要なリボンビームは、一般的にイオンビームを形成するのに使用する分析磁石をなくすことによって、ビームをブローアップすることなく形成できることが見出された。
本発明の更なる特徴によれば、イオンビームにおける電流密度とパワーを大きな範囲で提供する。従来からの技術では、ここに開示するような大きな範囲で電流密度とパワーを提供するリボンビームを作り出すことはできなかった。
本発明は、互いにほぼ平行に向いたプラズマ電極内に２つまたはそれ以上のスロットを設け、各スロットが５０：１を越えるアスペクト比を有することにより、これらの課題を達成することができる。したがって、これらのスロットは、加工物の表面でリボンビームが重なるように、即ち、累積リボンビームを作り出すための分割された引出し装置を形成する。
分割された引出し装置によって作り出される累積リボンビームは、０．０２〜１００μＡ／ｃｍ2の範囲の電流密度を有する。さらに、累積リボンビームは、１〜１００ｋＷの範囲のパワーを有する。この累積リボンビームは、加工物の大きさに対して、長さ寸法において、２５〜１０００ｃｍの範囲で変化し、かつ幅寸法において、１〜２５０ｍｍの範囲で変化することを特徴とする。好ましくは、累積リボンビームの幅は、加工物の表面で１０〜１５ｃｍの範囲で変化する。
ここで開示する装置によって発生したリボンビームは、また大いに視準される。この視準されたイオンビーム（collimated ion beams）は、イオンビームの径路内での乱れに影響を受けやすい。浮遊エネルギー界が、プラズマメニスカス、あるいは、粒子汚染で湾曲する等の乱れにより、加工物の表面においてリボンビームの電流密度に不均一化が生じる。
たとえば、電極の端部に粒子汚染が生じると、イオン流は、イオン源から加工物に向かう初期の径路を変更する。この変更したイオン流の径路は、加工物上のある点での電流密度を増加させ、また他の点での電流密度を減少させる。このわずかな変化は、イオン注入機を介して伝搬する場合、不均一化をもたらす。これらの問題を解決するために、本発明は、さらに拡散装置を備えている。
拡散装置は、リボンビームを形成するイオン流を均質化する。リボンビーム全体のイオン流を均質化することによって、リボンビームの少なくとも１つの軸線に沿って電流密度の均一化が増加する。例えば、イオン流が大いに視準されると、その時、わずかな乱れがリボンビームの均一化に影響を与える。
これに比較して、リボンビームを形成するイオン流が均質化される場合には、イオン流は、イオン源から加工物に向って、散らばった、即ち、平行でない径路に沿って移動するイオンを意図的に含んでいる。この意図的に変化したイオン径路は、ビーム径路の乱れにより生じた影響を少なくし、これにより、加工物において起こり得る不均一化を減少させる。
拡散部材は、開口列を有し、かつリボンビームを形成するイオン流の径路内に配置された開口プレートを有することができる。イオン流は、これが開口プレートの開口列を通過するとき均質化される。一般的に、開口プレートは、イオン室に設けた開口内に取付けられる。このような環境下において、開口プレートは、イオン流を均質化するための開口列を有するプラズマ電極となるように形成されている。
本発明の他の面によれば、開口プレートは、複数の列を有し、各列は、一群の開口を形成している。これらの開口列に関連する外形状は、イオンビームの均一化を増加させ、次式によって定められる。
Ｌ＜ｇＮｌθ
ここで、Ｌ＝開口プレートの軸線に沿う各開口間の距離、
ｇ＝０〜１の範囲にある定数、
Ｎ＝前記開口プレート内のスロットの数
ｌ＝前記開口プレートと加工物の間の距離、
θ＝前記開口プレート内の少なくとも１つの開口から出るビームの放射角度
開口プレートの均質化作用を高める他の特徴が見出された。本発明の更なる特徴によれば、開口プレートに設けた開口は、好ましくは、細長いスロットの長さにほぼ平行な軸線に沿って伸びる列の方向に向いている。
本発明の更なる特徴は、複数の長円形状または楕円形状の開口を有し、各開口が互いにほぼ平行に配置されている開口列を備えることである。この長円形状の開口は、Ｄ＝ｋＬ  ここで、Ｌが、軸線に沿う各長円形状の開口の長さ、ｋが、（1/2）〜（3/4）の範囲にある定数である。他の場合には、開口プレートの開口列は、円形状及び千鳥状の複数の列に配置されている。
本発明の更なる特徴は、リボンビームを形成するイオン流を均質化できる選択的な拡散装置を備えることである。例えば、この拡散装置は、イオン流の径路の近くに振動磁界を発生する磁石を有することができ、また、イオン流の近くに振動電界を発生する電極を有することもでき、あるいは、この拡散装置は、プラズマを発振させるためのイオン室に接続されたディザー磁石（dithering magnet）を有することもできる。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、以下の説明から明らかになると共に、添付の図面から明らかになり、様々な図面を通して同一参照記号は同一部材を示している。図面は、本発明の原理を説明しており、正確な縮尺率ではないが、相対寸法を示している。
第１図は、本発明に従ったイオン注入機の斜視図であり、
第２図は、第１図のイオン注入機の一部分の上面図であり、
第３図は、第１図に示したイオン源の斜視図であり、
第４図は、第３図のイオン源を用いて作られたリボンビームの頭上から見た断面図であり、
第５図は、２つのスロットを有するプラズマ電極とリボンビームを示す斜視図であり、
第６Ａ図及び第６Ｂ図は、第１図の装置において起こり得る不均一状態を示す図であり、
第７図は、第６Ａ図において示された不均一状態を分解した図であり、
第８図は、３つのスロットを有する第５図のプラズマ電極を示す図であり、
第９図は、第８図のプラズマ電極における開口を示す分解図であり、
第１０図は、第８図のプラズマ電極における開口を透視図的にみた分解図であり、
第１１図は、第８図のプラズマ電極の他の実施例を示す図であり、
第１２図は、ディザー磁石を有する第１図のイオン源の概略構成図であり、
第１３図は、拡散電極を有する第１図のイオン源の概略構成図であり、
第１４図は、拡散磁石を有する第１図のイオン源の概略構成図である。
（発明を実施するための最良の形態）
本発明のイオン注入機１０は、一対のパネルカセット２６と、エンドエフェクタ２４と、ロードロックアセンブリ１２と、処理室１６を形成しているハウジング１４と、イオン源１８を含み、イオン源１８はビーム開口孔２０を介して処理室１６と連通している。エンドエフェクタ２４が、カセット２６内に積み重ねられたパネルＰをロードロックアセンブリ１２へ移送する。
図示のエンドエフェクタ２４は、従来の駆動および制御機構に接続されており、この機構はエンドエフェクタに電力を与えると共に、パネル移動の速度およびシーケンスを制御する。パネルカセット２６は従来構造であり、パネル用の好都合な保管機構を形成している。
ロードロックアセンブリ１２は線形ベアリング装置と線形駆動装置にも連結されており、これらの装置はロードロックアセンブリ１２を所望通りに垂直移動させると共に、ロードロックアセンブリ１２を処理室ハウジング１４と密着する位置に配置して保持し、これについては詳細に後述する。
線形駆動装置は、親ねじ２２とモータアセンブリ２３を含む。モータアセンブリ２３が親ねじ２２を駆動し、親ねじ２２がロードロックアセンブリ１２を点線で示されているように選択された垂直位置に配置する。線形ベアリング装置は、ロードロックアセンブリに取り付けられて円形シャフト２９に沿って摺動する一対の固定線形ベアリング２８を含む。
好ましくは、並進アセンブリが処理室１６内に設けられている。並進アセンブリは、構造および機能的にエンドエフェクタ２４と同じピックアップアーム２７を含む。ピックアップアーム２７は、処理中にパネルＰを取り扱う。ピックアップアーム２７が最初にパネルＰをロードロックアセンブリ１２から取り出した時、それはほぼ水平位置Ｐ１に配置されている。次に、ピックアップアームはパネルを矢印１３で示されているように垂直方向に、ほぼ垂直位置Ｐ２へはじき上げる。次に、並進アセンブリは、パネルを走査方向へ、図示の実施例では左から右へ移動させ、イオン源１８により発生するイオンビームを開口孔２０から排出してイオンビームの経路を横切る。
第１図および第２図を参照すると、処理室ハウジング１４は前ハウジング部分１４Ａと細長い部分１４Ｂを含む。前ハウジング部分は、ロードロックアセンブリ１２からパネルＰを水平状態で取り出すことができる寸法である。次に、第２図に矢印３２で示されている走査方向に沿った移動の前に、パネルを最初の水平位置Ｐ１から垂直位置Ｐ２へ移動させる。
ハウジング部分１４Ｂは、走査方向に沿う軸方向寸法を有し、パネルがイオン源１８で発生したリボンビームを完全に通過できるようにする。室部分１４Ｂが比較的狭い幅であることによって、パネルは垂直位置Ｐ２に配置されている時だけそれに沿って移動することができ、処理室１６の全容積を小さくすることができるため、好都合である。このように処理室の容積が小さくなることによって、処理室の真空排気を速くすることができる。室の真空排気に必要な時間の短縮は、注入機１０の全処理能力の増加に役立つ。
図示のロードロックアセンブリ１２は、好ましくは室ハウジング１４の前室壁３４に密封連結されている。ロードロックアセンブリ１２の垂直移動中、ロードロックアセンブリ１２は室壁３４に対して比較的気密および液密的なシールを維持する。このすべりシール密封構造についてはさらに詳細に後述する。
再び第１図を参照すると、イオン源１８は開口孔２０と協働して、処理すべきパネルの少なくとも短辺の寸法を超える長い寸法を有するリボンビームを形成する。さらに詳しく言うと、イオン源は、パネルの短辺を超える長さを有するリボンビームを発生する。
本発明のイオン注入機１０にリボンビームを使用することによって、
（1）同一装置で様々な大きさのパネルサイズを処理できること、
（2）イオンビームのサンプル電流に応じてパネルの走査速度を制御することによる均一な注入ドーズ量の達成、
（3）イオン源を小さくすることによる低コスト化と保守点検が容易になること、
（4）イオン源を連続作動させることができること、
を含む幾つかの利点が得られる。
イオン源の連続作動によって、従来の方法のようにイオン源のオン・オフを繰り返すことに伴う問題をなくすことによって均一な注入を行うことができるので、イオン注入機１０の効率が増加する。これらの問題の代表的なものとして、イオン源の始動作動時に発生するビーム電流密度の過渡現象がある。
第３図は、イオン室８２及び電極アセンブリ９１を有するイオン源１８の斜視図を示す。イオン室８２は、プラズマ８４を保持するための密閉容器を形成する。このイオン室は、その一端部に１つの開口６０を有する。この開口により、イオン室８２からイオンを排出してイオン流を形成できる。イオン流１４１は、電極アセンブリ９１によって加工物１７４に向けられる。
イオン室における開口６０は、プラズマ電極９４によって覆われている。このプラズマ電極は、開口６０に取付けられて、イオン室を出るイオン流を形作るために形成される１つの開口孔を有する。特に、プラズマ電極は、軸線２４８に沿って長く伸びたスロットを有する。この細長いスロットは、大きいアスペクト比を有して、イオン室８２から出るイオン流をリボンビームに形作る。
細長いスロットは、高いアスペクト比、即ち、軸線２４８に沿うスロットの長さ寸法が、直交する軸線に沿うスロットの幅寸法よりも非常に大きい比を有する。この高いアスペクト比のスロットにより、高電流密度で高エネルギーレベルのイオンビームを供給して、イオンビームの下方に配置された加工物を処理することができる。一般的に、スロットの長さは、少なくともスロットの幅の５０倍である。好ましくは、軸線２４８に沿うスロットの長さは、これに直交する軸線に沿うスロットの幅の少なくとも１００倍である。この非常に大きいアスペクト比、即ち、１００：１は、大面積の加工物をイオン注入するために利用できるリボンビームを形成する。
イオン注入機において、スロットの長さは、加工物の幅の関数として決定される。プラズマ電極９４における細長いスロットの長さは、２方向の加工物走査装置が必要とならないように加工物の幅よりも長くしなければならない。さらに、プラズマ電極の幅と長さのアスペクト比は、イオン源からのイオン流全体に受け入れられる制御レベルを達成するために、好ましくは５０：１を越える。
例えば、プラズマ開口におけるスロットが、細長くかつ広がっていると、そのとき、イオン流は、制御されない状態でスロットを通過して流れる。対称的に、スロットが長くかつ狭いと、イオン流は、制御された状態でスロットを通過して流れる。
高いアスペクト比を有するスロットは、イオン源からのガス流を減少させ、所定のドーズ量に対して高いプラズマ密度でイオン源を作動できる。これにより、イオン源は、電流密度のレンジを広げて操作することができる。したがって、スロットは、アスペクト比が５０：１を越え、好ましくは、１００：１を越えており、大面積加工物をイオン注入するのに適している。
プラズマ電極９４の下流側に配置された電極アセンブリ９１は、引出し電極９６，抑制電極９８，接地電極１００を含む。この電極アセンブリは、加工物に向うイオン流内のイオンを方向付けかつ加速する。一般的に、一組の可変電圧源（図示略）が電極９４，９６，９８，１００間の電圧を調整する。この可変電圧源の組は、プラズマ電極、引出し電極、及び抑制電極が接地電極に対して選定された電圧となるように調整される。例えば、抑制電極９８は、−３ｋＶ、引出し電極は、９０ｋＶ、そして、プラズマ電極は、一般的に９５ｋＶになるように調整される。これらの電圧を調整して、イオン流１４１のエネルギーと焦点を調整する。
第４図は、加工物１７４の表面においてリボンビームの頭上より見た断面図を示す。この加工物は、加工物プラットフォームによって支持される。図示のように、このプラットフォームは、ほぼ平行な２つのレール２４４Ａ，２４４Ｂと、これらのレールに取り付けたテーブル２４２を有する。テーブル２４２は、従来公知の摺動可能な取付具、例えば、線形ベアリングまたは空気軸受を用いてレールに取付けることができる。このテーブル２４２は、軸線２４６に沿って移動でき、図示しないモータにより軸線２４６の方向に沿ってテーブルを駆動できるように取付られている。
イオン源は、好ましくは、第４図に示すような断面積を有するリボンビーム１４１を発生する。リボンビームは、１つの軸線に沿って細長く伸びたイオンビームである。このリボンビームの伸びた軸線は、軸線２４８として表示され、軸線２４６に沿って加工物の移動方向にほぼ直交するように示されている。
軸線２４８に沿うリボンビーム１４１の長さは、加工物１７４の少なくとも短い寸法を越えている。この有利な特徴により、加工物は、軸線２４６に沿いかつリボンビームのほぼ中心に合わされて、リボンビームの一回の通過中に完全にイオン流に晒されるようになる。こうして、リボンビームは、複雑な２方向から走査、即ち、走査方向とこれに直交する方向に沿って加工物を移動する走査装置を不要とする。
第５図は、イオン室８２に設けた開口に取り付けられるプラズマ電極９４’の斜視図である。プラズマ電極９４’は、第１，第２のスロット６０，６１を有し、これらは、軸線２４８にほぼ平行な軸線に沿って伸びている。イオン室８２からのイオン流は、加工物１７４を処理するために、第１，第２のスロット６０，６１を通過する。
第１スロット６０を通過する第１イオン流は、リボンビーム形状のイオンビーム６１を形成する。第２スロット６２を通過する第２イオン流も、リボンビーム形状のイオンビーム６３を形成する。スロット６０，６２が細長い形状となることから、イオンビームは、リボンビーム６１，６３の形に形成され、軸線２４８に沿って伸びている。
スロット６０，６２は、好ましくは、リボンビーム６１，６３が加工物の表面において最小限度で重なるように所定の距離だけ離れている。第１，第２のリボンビーム６１，６３は、累積リボンビーム６５を形成する。この累積リボンビーム６５は、２つあるいはそれ以上のリボンビームを形成することができる。
この累積リボンビーム６５は、一般的に達成される単一の個別リボンビームよりも電流密度およびエネルギーにおいてより大きなレンジを有する。例えば、累積リボンビーム６５は、０．０２〜１００μＡ／ｃｍ2の範囲にある電流密度を有することができる。また、この累積リボンビーム６５のエネルギーは、１〜１００ｋｅＶの範囲で変化できる。
さらに、プラズマ電極９４’における複数のスロット６０，６２を用いることによって、加工物１７４の表面でリボンビームの大きさをより大きく変化させることができる。例えば、単一のリボンビームは、軸線２４６に沿って達成可能なリボンビームの幅を制限することができる。対称的に、軸線２４８に平行に整列された多数のリボンビームから形成される累積リボンビームは、軸線２４６に沿って伸びる無限の幅を有する累積リボンビームを理論上達成できる。このリボンビームの増加した幅は、単位時間当りのドーピング率を増加させる。
累積リボンビーム６５は、２５〜１０００ｃｍの範囲で変化する長さを有することができる。この累積リボンビームは、また、１〜２５０ｍｍの範囲で変化する幅を有することができる。軸線２４６に沿う累積リボンビームの幅は、好ましくは、加工物の表面で１０〜３０ｃｍの間で変化する。１０〜３０ｃｍの間にあるこのリボンビームの好ましい幅により、加工物を過熱させ、あるいは電流密度における不均一性をもたらすことなく、加工物に効率的にかつ有効にドーズ量を与えるイオン流を供給する。
第６Ａ図及び第６Ｂ図は、イオン注入機を用いて加工物１７４での電流密度において発生する不均一化を示す。特に、第７Ａ図は、加工物の表面で軸線２４８に平行な径路に沿う電流密度を表す図であり、第７Ｂ図は、加工物の表面で軸線２４６に平行な径路に沿う電流密度を表す図である。不均一化の表示は、第７Ａ図においては、参照番号６９で示されている。完全なイオン注入機において、加工物での電流密度は、常に公称値Ｊ1に等しい。
イオン注入機１０において、軸線２４８に平行な径路に沿う電流密度をほぼ一定に維持することは、軸線２４６に平行な径路に沿う電流密度をほぼ一定に維持するよりも重要であることがわかっている。電流密度が、第７Ｂ図に示すように、即ち、軸線２４６に沿って変化すると、軸線１７４に沿う時間的な位置における加工物上の種々の点は、異なるイオンドーズ量を受け取ることになる。
しかし、加工物が軸線２４６に沿って進むと、加工物の各点は、イオンビームにおける高い電流密度を有する領域と低い電流密度を有する領域とを通過する。したがって、加工物の各点は、イオンビームを完全に通過した後、受け取るドーズ量の全量は同一となる。電流密度が、第７Ａ図に示すように、即ち、軸線２４８に沿って変化すると、軸線２４８に沿う時間的な位置における加工物上の種々の点は、イオンビームの電流密度が高い、低い、あるいは規定のいずれであっても異なるイオンドーズ量を受け取ることになる。
加工物が軸線２４６に沿って進むと、加工物の各点は、イオンビームにおける電流密度が高い、低い、あるいは規定のいずれであっても同一のドーズ量を受け取り続ける。したがって、軸線２４６にほぼ平行に走るドーズ量の変化縞が加工物上に形成され、この縞（stripes）の各々は、高い、低い、あるいは規定のドーズ量に対応する。
本発明は、後で説明するように、電流密度におけるこのような不均一化を取り除くために、イオン流を均質化する装置を提供する。イオンビームの均一性を制御するための装置は、第６Ａ図または第６Ｂ図に示すように不均一化を減少または取り除くことができる。しかし、この均質化装置は、上述した理由に対して第７Ａ図に示された不均一化を主に取り除くのに使われる。
第７図は、代表的な不均一化の例６９を示す分解図であり、この不均一化６９の可能な場合を概略示す。特に、プラズマ電極９４は、イオン室（図示略）に設けた開口全体に渡って配置されている。プラズマ電極は、プラズマメニスカス７０を形成するスロット６０を有する。このメニスカスは、このほぼ中心に配置された凸状の隆起部（bump）７１を有する。例示的なイオン径路７２，７４，７６，７８，８０，８２が、プラズマメニスカス７０から加工物１７４に向かって突出するように示されている。
第７図の底部側の半分は、加工物１７４に沿う位置に対する電流密度の図を示す。この図には、不均一部分６９が示されている。さらに、不均一部分６９とイオンビーム径路７２，７４，７６，７８，８０，８２との関係が、加工物１７４から伸びる破線で示されている。例えば、電流密度８６における相対最小値は、プラズマメニスカス７０における凸状の隆起部７１に関連する。電流密度８４における第１の相対的高さは、イオン径路７４と７６に関連し、また、電流密度８８における第２の相対的高さは、イオン径路７８と８０に関連する。電流密度８５と８７における規定値は、それぞれイオン径路７２と８２に関連する。
第７図は、イオンビームの径路内のどのような乱れが、加工物１７４での電流密度の不均一性に逆に影響を与えることができるかを示している。例えば、プラズマメニスカス７０における隆起部７１は、加工物での電流密度が谷８６と２つの頂部８４，８８からなる変動を生じさせる。開口９４内の孔６０を通ってイオン源から出るイオン流は、大いに視準されたイオン流である。
その結果、比較的イオン数の少ない径路においての変化は、加工物での電流密度の均一性に劇的な影響を与えることができる。
例えば、イオン径路７２，７４，８０，８２は、電極９４における開口６０から出るとき、ほぼ平行なイオン径路となる。これらの径路は、加工物１７４の位置でほぼ均一な電流密度を形成する。これと比較して、隆起部７１があるとイオン径路７６，７８は、他のイオンビームのほぼ平行なイオン径路に対して変化する。
しかし、このイオン径路７６，７８は、加工物１７４に向かって進む時、真直ぐになる。その結果、イオンビーム７６は、イオンビーム７４の径路と重なり合い、またイオンビーム７８は、イオンビーム８０の径路と重なり合う。このような径路の重なりにより、電流密度が比較的高いピーク８４，８８と、電流密度が比較的低い谷８６とを生じる。プラズマメニスカス７１により生じたビーム７６，７８の径路における変動は、不均一な電流密度を生じさせる。
この例は、プラズマ密度におけるわずかな局所的変化によって、どのように加工物１７４に不均一な電流密度を生じさせるかを明らかにする。イオン注入機における他の小さな欠点も、電流密度に同様の影響を生じさせる。例えば、電極に形成される汚染または粒子形成により、これら電極によって発生した電界にわずかな変動を生じさせ、さらに、わずかな機械的隆起を電極からのイオン流に生じさせる。しかし、これらのわずかな乱れは、第７図に示したものと同様に十分、不均一性を作り出すことができる。
上述したこの種の電流密度の不均一化が、加工物１７４の処理において問題となる。特に、軸線２４８に沿う電流密度における変動は、加工物１７４へのドーズ量を変える縞模様を生じる。軸線２４８に沿う比較的高い電流密度は、軸線２４６に沿って加工物１７４にドーズ量の大きな縞を作り出す。軸線２４８に沿う比較的低い電流密度は、軸線２４６に沿って加工物１７４にドーズ量の小さな縞を作り出す。
第８図は、イオン流における不均一性を改善するための拡散装置を有するプラズマ電極９５を示す。本発明者は、第７図において、上述したようにな乱れによって導かれる電流密度の不均一性を改善するための多数の例示的な拡散装置を見出した。
各拡散装置は、イオン流を均質化することによって加工物の少なくとも１つの軸線に沿って電流密度の不均一性を改善する。好ましくは、この拡散装置により、電流密度の変化が加工物の少なくとも１つの軸線に沿って０．５％以下となるイオン注入機を作り出す。
第８図は、開口したプレート９５を示し、この開口プレートは、イオン流を均質化するための拡散部材として使用される。開口プレート９５は、イオン源１８と加工物１７４の間のどこにでもイオン流を配置できる。好ましくは、開口プレートは、イオン室８２の開口６０内に取付られる。例えば、開口プレート９５は、イオン室８２の開口６０と係合する形状となっており、同様の技術によりプラズマ電極９４は、イオン室８２内の開口６０に係合できるようになっている。
開口プレート９５は、第１開口列１１０、第２開口列１１２、第３開口列１１４を有する。開口列１１０，１１２，１１４は、すべて軸線１２４に対してほぼ平行な軸線に沿って伸びている。本発明の他の特徴として、開口プレート９５に開口列１１０のように、軸線１２４に沿って伸びる１つの開口列だけを備えるようにすることもできる。
開口プレート９５は、イオン流の中に配置され、イオン流がこの開口プレート内の開口を通過し、これにより、イオン流を均質化して少なくとも１つの軸線に沿ってほぼ均一の電流密度を与えるようになる。好ましい実施形態では、開口プレートは、イオン室８２の開口６０に取付られ、この開口プレート９５は、プラズマ電極として作用する。
この開口プレートは、第１の細長いスロット１１１、第２の細長いスロット１１３、第３の細長いスロット１１５を備えている。スロット１１１は、第１開口列１１０を有し、スロット１１３は、第２開口列１１２を有し、スロット１１５は、第３開口列１１４を有する。開口列の群は、参照符号１２１で表示されている。各スロット１１１，１１３，１１５は、イオン流を分離して通過させて個別のリボンビームを形成する。
スロット１１１，１１３，１１５によって作り出される各リボンビームは、加工物１７４の表面で重なり、累積リボンビームを形成する。更に、各スロットの開口列により、各リボンビームは、少なくとも１つの軸線に沿うほぼ均一な電流密度を有する。
さらに、本発明のこの特徴にしたがって、第３図の電極アセンブリ９１は、プラズマ電極９５とは異なる電極９６，９８，１００を含んでいる。特に、この開示されたプラズマ電極は、１つまたはそれ以上のスロットを含む。各スロットは、開口列を有し、一方、電極９６，９８，１００は、開口列を含まない。むしろ、電極９６，９８，１００は、開口したプレートのない細長いスロットとして形成されている。この電極９６，９８，１００は、単純に形成された高いアスペクト比を有する細長いスロットを有している。
第９図は、第８図に示す開口１２１の群を分解して見た図である。開口の群は、第１開口１１６、第２開口１１７、第３開口１１９を含んでいる。この開口１１６，１１７，１１９は、軸線１２４に沿って伸びる列を形成する。この列における各開口は、長円の形をしている。さらに、各長円形状の開口は、列の他の開口にほぼ平行に向いている。開口１２１は、加工物の表面で軸線１２４にほぼ平行な軸線に沿ってイオンビームの電流密度を均質化するのに特に役立つことがわかっている。この拡散装置により、加工物の表面において軸線１２４に沿って０．５％以下の範囲で変化する電流密度を達成する。
本発明の１つの特徴によれば、軸線１２４に沿って伸びる楕円または長円の開口の列は、この開口列がイオンビームにおける不均一性を減少させるような特別の数式によって定められる。次式に従う開口は、各開口によって生じる小さなビームが加工物の表面で重なることにより、不均一化を減少する。
特に、この開口は、次式により定まる。
Ｄ＝ｋＬ                （式  Ａ）
ここで、ｋ＝（1/2）〜（3/4）の範囲にある定数、
第９図は、開口の列に対して、この式ＡにおけるＤとＬを図示するグラフである。特に、Ｄは、列１１２の軸線に沿って隣接する長円形状の開口の焦点間の距離であり、Ｌは、前記列１１２の長く伸びた軸線に沿う各開口の長さである。即ち、Ｌは、列１１２の軸線１２４に沿う開口１１７の距離に等しい。
第１０図は、第８図と第９図における開口１２１の群を透視して見た分解図である。開口１２１は開口プレート９５上に配置される。この開口プレート９５において表示された開口１２１は、軸線１２４に沿って伸びる列を形成し、この図示された列は、開口１１６、開口１１７、開口１１９を含んでいる。
第１０図は、また透視的に見て、開口プレート９５の下方に位置決めされかつ距離ｌだけプラズマ電極から離れている加工物１７４を示す。開口１１７から放射されるイオンビームは、θのビーム放射角度を有しかつ加工物１７４の表面で幅「ｄ」を有するビームを形成する。
本発明者は、また、開口プレートが、第８図に示すスロット１１１，１１３，１１５のような多数のスロットを有し、このプレートに設けたスロットの形状によって均一化の度合いを変化できることを見い出した。特に、次式によって定められる開口を有する開口プレートは、リボンビームを形成して、加工物１７４の表面で均一化を改善する。
次式に従うこれらの開口は、各開口によって生じる小さいビームが加工物の表面で重なることにより、不均一化を減少する。
Ｌ＜ｇＮｌθ      （式  Ｂ）
ここで、Ｌは、前記軸線１２４に沿う各開口間の距離、ｇは、０〜１の範囲にある定数、ｌは、開口プレート９５と加工物１７４の間の距離、Ｎは、開口プレート９５内のスロットの数、
例えば、第８図に示した開口９５内のスロットＮの数は、３である。さらに、式Ｂに関して、θは、開口から出る小さいビームの角度でｄをｌで割った値として概算できる。
一般的に、小さいビームの角度幅は、軸線１２４の方向に沿って測定される。式Ｂは、形状に関係なく全ての開口に適用されるが、式Ａは、楕円または長円の開口に用いる場合により適合する。
第１１図は、開口プレート９５’を示し、このプレートは、第１スロット１１１’、第２スロット１１３’、第３スロット１１５’を有する。第１スロット１１１’は第１開口列１１０’を有し、第２スロット１１３’は第２開口列１１２’を有し、第３スロット１１５’は第３開口列１１４’を有する。各開口列１１０’，１１２’，１１４’は、軸線１２４にほぼ平行な軸線に沿って伸びている。開口プレート９５’は、イオンビーム径路に配置されると、イオン流を均質化するための拡散部材として作用する。
この開口プレートがイオン流内に配置されると、イオン流は、開口プレート内の開口を通過し、イオン流が均質化され、少なくとも１つの軸線に沿うほぼ均一な電流密度を有するイオンビームを形成する。好ましい実施形態では、開口プレート９５’は、イオン室８２の開口６０に取付られ、そして、この開口プレート９５’は、プラズマ電極として作用する。
各スロット１１１’，１１３’，１１５’は、イオン流の径路に配置されるとき、細長いリボンビームを個々に作り出す。各リボンビームは、重なり合い、そして、加工物１７４の表面で累積リボンビームを形成する。さらに、各スロットにおける開口列により、各リボンビームは、少なくとも１つの軸線に沿ってほぼ均一な電流密度を有する。
また、第１１図は、開口列１１０’，１１３’，１１５’が、円形孔の第１列１１８と、円形孔の第２列１２０とを形成する。両方の列１１８，１２０は、軸線１２４にほぼ平行な径路に沿って伸びている。さらに、列１２０における個々の開口は、列１１８における個々の開口の右側でかつ下方に向いている。列１１８，１２０における個々の開口の向きは、軸線１２４にほぼ平行な径路に沿って伸びる千鳥状の開口列を有する長円構造を形成する。
第１２図は、イオン流を均質化する拡散部材の別の特徴を示す。特に、第１２図は、イオン流を均質化し、ほぼ均一な電流密度を有するリボンビームを作り出すディザー（dither）磁石構造を示す。イオン室８２は、プラズマ８４を含んでいる。また、イオン室８２は、イオン流が排出し、イオンビーム１４１を形成する開口６０を有している。プラズマ電極９４は、開口６０全体に配置され、イオン室８２から出るイオンの制御を手伝う。電極アセンブリ９１は、引出し電極９６、抑制電極９８、及び接地電極１００を有する。この電極アセンブリ９１は、イオンビーム１４１を加工物１７４に向ける。
また、第１２図は、イオン室８２に取付られる、第１ディザー磁石１３０Ａ、第２ディザー磁石１３０Ｂ、第３ディザー磁石１３０Ｃ、及び第４ディザー磁石１３０Ｄを示す。これらのディザー磁石は、一般的に金属コアの回りに巻き付けられてコイルを形成し、かつ第１端及び第２端を有する電磁石を形成する。ディザー磁石は、第１２図に示すように、交流電源１３４に電気的に接続される。
特に、この電源の出力は、磁石１３０Ｂの第１端に接続され、磁石１３０Ｂの第２端は、磁石１３０Ａの第２端に接続される。磁石１３０Ａの第１端は、磁石１３０Ｃの第１端に接続され、そして、磁石１３０Ｃの第２端は、磁石１３０Ｄの第２端に接続される。磁石１３０Ｄの第１端は、電源１３４の戻り路に接続される。
電源１３４は、可変であり、ディザー磁石１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄを振動させる。ディザー磁石１３０，１３２の振動（oscillation）は、プラズマ８４内に振動する磁界を形成する。このプラズマ内の振動磁界により、イオン流１４１内のイオンの均質化を生じさせる。この均質化は、イオン流の感受率（susceptibility）を弱め，加工物１７４において電流密度が不均一化されるのを防止する。
第１３図は、イオン流を均質化するための拡散部材の別の特徴を示す。特に、第１３図は、イオン流を均質化させてほぼ均一の電流密度を有するリボンビームを作り出すためのディザー電極構造を示す。イオン室８２は、プラズマ８４を含んでいる。このイオン室は、また、開口６０を有しており、この開口をイオン流が通過してイオンビーム１４１を形成する。プラズマ電極９４は、開口６０全体に配置され、イオン室８２から出るイオンの制御を手伝う。電極アセンブリ９１は、引出し電極９６、抑制電極９８、及び接地電極１００を有する。この電極アセンブリ９１は、イオンビーム１４１を加工物１７４に向ける。
ディザー電極構造は、ディザー電極１３５に接続された交流電源１３４を含んでいる。ディザー電極は、イオン源８２に取付られる。一般的に、ディザー電極１３５は、プラズマ８４に近接して配置されている。ディザー電極は、交流電源１３４と接続して結合し、プラズマ８４の近くに振動電界を形成する。この振動電界によりイオン流１４１内のイオンの均質化が生じる。この均質化は、イオン流の感受率を弱め、加工物１７４において電流密度が不均一化されるのを防止する。
好ましくは、ディザー電極の振動周波数は、次式により定められる。
Ｆ＞（ｎ＊Ｖscan）／ｗ          （式  Ｃ）
式Ｃに関連して、Ｆは、ディザー電極によって発生した振動電界の周波数、ｎは、１０〜１００の範囲にある定数、Ｖscanは、リボンビームが通過する加工物の移動速度、ｗは、加工物におけるリボンビームの幅である。
第１４図は、イオン流を均質化するための拡散部材の別の特徴を示す。特に、第１４図は、イオン流を均質化してほぼ均一な電流密度を有するリボンビームを作り出すための拡散磁石構造を示す。イオン室８２は、プラズマ８４を含んでいる。このイオン室は、また、開口６０を有しており、この開口をイオン流が通過してイオンビーム１４１を形成する。プラズマ電極９４は、開口６０全体に配置され、イオン室８２から出るイオンの制御を手伝う。電極アセンブリ９１は、引出し電極９６、抑制電極９８、及び接地電極１００を有する。この電極アセンブリ９１は、イオンビーム１４１を加工物１７４に向ける。
拡散磁石構造は、第１拡散磁石１３６Ａ、第２拡散磁石１３６Ｂ、第３拡散磁石１３６Ｃ、及び第４拡散磁石１３６Ｄを示す。これらの拡散磁石は、一般的に金属コアの回りに巻き付けられてコイルを形成し、第１端及び第２端を有する電磁石を形成する。拡散磁石は、第１２図に示すように、交流電源１３４に電気的に接続される。
特に、この電源の出力は、磁石１３６Ａの第１端に接続され、磁石１３６Ａの第２端は、磁石１３６Ｂの第２端に接続される。磁石１３６Ｂの第１端は、磁石１３６Ｃの第１端に接続され、そして、磁石１３６Ｃの第２端は、磁石１３６Ｄの第２端に接続される。磁石１３６Ｄの第１端は、電源１３４の戻り路に接続される。
交流電源１３４は、可変であり、拡散磁石１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃ，１３６Ｄを振動させる。拡散磁石１３６は、可変電流源と一緒になって、イオンビームを形成するイオン流の近くに振動する磁界を形成する。この振動磁界により、イオン流１４１内のイオンの均質化を生じさせる。この均質化は、イオン流の感受率（susceptibility）を弱め，加工物１７４において電流密度が不均一化されるのを防止する。
好ましくは、拡散磁石の振動周波数は、次式により定まる。
Ｆ＞（ｎ＊Ｖscan）／ｗ          （式  Ｄ）
式Ｄに関して、Ｆは、拡散磁石によって発生した振動磁界の周波数、ｎは、１０〜１００の範囲にある定数、Ｖscanは、リボンビーム１４１を通過する加工物の移動速度、ｗは、加工物におけるリボンビームの幅である。
文字Ｂで示されるＢ界および３つの平行な矢が第１４図に示されている。このＢ界は、第１４図に示されるように高さ「ｄB」を有する。好ましくは、拡散磁石により発生したＢ界は、リボンビームの長さ方向に沿ってリボンビームの均一性を減少させる。例えば、Ｂ界は、加工物の表面において、軸線２４８にほぼ平行な径路に沿う電流密度の不均一化を減少させる。
さらに、この拡散磁石の好ましい実施形態によれば、Ｂ界は、イオンビームを通過して軸線２４６に対してほぼ平行な径路に沿う方向に向けられる。この径路に沿うＢ界によって、イオンビーム１４１内のイオンが軸線２４８の方向に沿って振動する。この振動は、リボンビームの長さ方向、即ち軸線２４８に沿うイオンビーム１４１の均一化を増加する。
イオンビームを均質化するのに必要なＢ界の強さは、第１０図に示すように、引出し電極９６に加えられる引出し電圧、イオン質量、およびイオンビーム１４１の角度幅θの関数として変化する。従って、Ｂ界の強さは、ｄB当たり５００〜３０００ガウス・ｃｍの範囲にあり、好ましくは、２８００ガウス・ｃｍ／ｄBである。
このように、本発明は、以上の説明から明らかになる目的のうちで、上記の目的を効果的に達成することがわかるであろう。発明の範囲から逸脱しなければ、上記構造に一定の変更を加えることができるので、以上の説明または添付の図面に示されている事項はすべて説明のためであって、制限的でない。
また、以下の請求項は、上記の発明の包括的及び特定の特徴と、用語上の問題としてそれらから漏れるといえる発明の範囲の記載をすべて包含するものであると理解されたい。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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