(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ビーム処理方法において、
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、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、前記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から構成し、
前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、しかも前記連続したカスプ磁場は、均一な磁界強度となるよう構成し、前記イオンビームの空間電荷効果を緩和することを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記連続したカスプ磁場は、前記ビームラインの各区間に応じて磁界強度が異なるよう構成したイオンビーム処理方法。
【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ビーム処理方法において、
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、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、前記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から構成し、
前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間、前記注入区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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基板までの前記ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、しかも前記連続したカスプ磁場は、均一な磁界強度となるよう構成し、前記イオンビームの空間電荷効果を緩和することを特徴とするイオンビーム処理方法。
【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ビーム処理方法において、
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、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、前記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から構成し、前記質量分析磁石前方区間および前記質量分析磁石区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向し連続した第一カスプ磁場を形成する磁石装置を連続して設けることにより、前記イオンビームの連続閉じ込めを行なうとともに、前記連続したカスプ磁場を均一な磁界強度となるよう構成し、前記質量分析磁石後方区間および前記注入区間の前記ビームライン真空容器に、前記第一カスプ磁場とは磁界強度の異なる第二カスプ磁場を対向し連続して設けることにより、前記ビームラインのほぼ全体の連続カスプ磁場閉じ込めを行なうことを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項５】
請求項４において、前記第一カスプ磁場と前記第二カスプ磁場のカスプ磁極の間隔もしくは磁束密度を同じとしたイオンビーム処理方法。
【請求項６】
請求項４において、前記第一カスプ磁場と前記第二カスプ磁場のカスプ磁極の間隔もしくは磁束密度を異なるよう構成したイオンビーム処理方法。
【請求項７】
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ビーム処理方法において、
イオンビームをビームライン真空容器の内部を通してイオンソースからウエハー処理室に至る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基板までの複数の区間で構成するとともに、前記イオンビームを輸送する空間を形成する前記ビームライン真空容器を、ジョイントハウジングと、ビームガイドとから構成し、
前記ビームライン真空容器における一部区間に外側から前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、
前記有効磁力作用領域の前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に、連続したカスプ磁場を形成する磁石装置を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより前記有効磁力作用領域内において連続して前記イオンビームを閉じ込めるイオンビーム処理方法。
【請求項８】
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ビーム処理方法において、
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、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、前記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から構成し、
前記ビームライン真空容器における一部区間に外側から前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、
前記有効磁力作用領域手前の前記ビームライン上流側となる前記質量分析磁石前方区間内の磁極体面の有効磁力作用領域を経て前記質量分析磁石後方区間の前記有効磁力作用領域外の前記ビームラインの後方部分までの前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に、連続したカスプ磁場を形成する磁石装置を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより、前記有効磁力作用領域内において連続して、前記イオンビームを閉じ込めるイオンビーム処理方法。
【請求項９】
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ビーム処理方法において、
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、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、前記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から構成し、
前記ビームライン真空容器の前記質量分析磁石区間の外側に前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、
前記有効磁力作用領域手前の前記ビームライン上流側となる前記質量分析磁石前方区間から前記質量分析磁石区間内の磁極体面の前記有効磁力作用領域を経て前記質量分析磁石後方区間の前記有効磁力作用領域外の前記ビームラインの後方部分までの前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に、対向し連続したカスプ磁場を形成するための磁石装置を前記ビームライン真空容器の容器壁部に配置することにより、連続したカスプ磁場を形成することを特徴とするイオンビーム処理装置における前記イオンビームを閉じ込めるイオンビーム処理方法。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１つにおいて、前記連続したカスプ磁場は、前記ビームライン真空容器に対向する複数のカスプ磁場ユニットを設けることにより構成したイオンビーム処理方法。
【請求項１１】
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ビーム処理装置において、
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、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、前記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から構成し、
前記ビームライン真空容器の前記質量分析磁石区間の外側に前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の前記質量分析磁石区間に設けるよう構成し、前記有効磁力作用領域の前記ビームライン真空容器の内部に連続したカスプ磁場形成用磁石を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより前記イオンビームを閉じ込めるイオンビーム処理装置。
【請求項１２】
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ビーム処理装置において、
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、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、前記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から構成し、
前記ビームライン真空容器の前記質量分析磁石区間の外側に前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、
前記有効磁力作用領域手前の前記ビームライン上流側となる前記質量分析磁石前方区間から前記質量分析磁石区間内の磁極体面の前記有効磁力作用領域を経て前記質量分析磁石後方区間の前記有効磁力作用領域外の前記ビームラインの後方部分までの前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に連続したカスプ磁場形成用磁石を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより前記イオンビームを閉じ込めるイオンビーム処理装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記ビームライン真空容器の内壁に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記ビームライン真空容器の外壁に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項１５】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記ビームライン真空容器の内部に、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項１６】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記磁極体面の外壁に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項１７】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記磁極体面の内側に、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項１８】
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ビーム処理装置において、
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、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、前記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、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイド、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、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の四つから構成して、前記イオンビームを前記ビームライン真空容器の内部を通して前記イオン源から前記処理室に至る前記ビームラインを構成し、
前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、
前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の前記ビームラインと直交する断面形状を多角形状または円形状となるパイプ状とし、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の一部区間または全部区間において、前記パイプ状となる前記ビームライン真空容器の内側壁を薄肉状となるよう構成するとともに該内側壁の外側に補強部材を配置したイオンビーム処理装置。
【請求項１９】
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ビーム処理装置において、
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、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、前記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、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイド、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、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の四つから構成して、前記イオンビームを前記ビームライン真空容器の内部を通して前記イオン源から前記処理室に至る前記ビームラインを構成し、
前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間に連続した前記各ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、
前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の前記ビームラインと直交する断面形状を多角形状または円形状となるパイプ状とし、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の一部区間または全部区間において、前記パイプ状となる前記ビームライン真空容器の外側壁を薄肉状となるよう構成するとともに該外側壁の内側に補強部材と内側壁材とを配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９において、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の一部区間は、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器のイオン源近傍位置に配置される前記質量分析磁石の区間を含むよう構成したイオンビーム処理装置。
【請求項２１】
請求項１８から２０のいずれか１つにおいて、前記補強部材を規則的な間隔で配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２２】
請求項１８から２０のいずれか１つにおいて、前記補強部材として前記磁石装置を構成している連続したカスプ磁場形成用磁石を規則的な間隔で配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２３】
請求項１８から２０のいずれか１つにおいて、前記補強部材と前記磁石装置を構成している連続したカスプ磁場形成用磁石とを交互に規則的な間隔で配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２４】
請求項１８から２０のいずれか１つにおいて、前記多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の形状に合わせて、前記補強部材と前記磁石装置を構成している連続したカスプ磁場形成用磁石とを交互に規則的な間隔で、前記多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の互いに対向する少なくとも一組の部位に配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２５】
請求項１８から２０のいずれか１つにおいて、前記ビームラインと直交する方向または同方向、もしくは斜め方向に前記補強部材を補強リブとして適宜な間隔で配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２６】
請求項２３において、前記補強部材と前記連続したカスプ磁場形成用磁石とを交互に密接して配置したイオンビーム処理装置。
【請求項２７】
請求項２３において、前記薄肉状となるよう構成した前記ビームライン真空容器の内側壁または外側壁を、前記多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の形状に合わせて、前記補強部材を設けないところは肉厚状に構成したイオンビーム処理装置。
【請求項２８】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項２９】
請求項２８において、前記ビームライン真空容器の外側に凹部を設けて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を埋め込み、該連続したカスプ磁場形成用磁石を前記ビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項３０】
請求項２９において、前記ビームライン真空容器の凹部に直接前記連続したカスプ磁場形成用磁石を嵌合固着することにより、前記ビームライン真空容器の強度を増すことができる構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項３１】
請求項１１または１２において、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を、前記質量分析磁石内の磁極体面側に保持体を介して、一定間隔をおいて複数固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項３２】
請求項３１において、前記質量分析磁石の前記有効磁力作用領域の前方部分と後方部分との前記ビームライン真空容器部分範囲においては、前記保持体を固定するための支持部材を前記質量分析磁石内の磁極体面に装着し、該質量分析磁石内の磁極体面および前記保持体に前記支持部材を介して一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項３３】
請求項３１において、前記質量分析磁石内の磁極体面および前記保持体に支持部材を介して一定間隔をおいて複数固定保持された前記連続したカスプ磁場形成用磁石に対応する前記ビームライン真空容器の部分に凹部を設け、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を前記ビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項３４】
請求項３１において、前記質量分析磁石内の磁極体面と前記ビームライン真空容器との間に配置する前記連続したカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための前記保持体または支持部材、あるいは固着手段には絶縁材を使用することにより、前記質量分析磁石内の磁極体面と前記ビームライン真空容器との絶縁体として機能させるようにしたイオンビーム処理装置。
【請求項３５】
請求項１１または１２において、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を、前記ビームライン真空容器に支持体を介して、一定間隔をおいて複数固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項３６】
請求項１１または１２において、前記ビームライン真空容器に凹部を設けて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を埋め込み、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を前記ビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項３７】
請求項１１または１２において、必要な部分のみ前記ビームライン真空容器に凹部を設けて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を埋め込むことにより厚みを残す部分ができるようにし、真空の圧力によって破壊しない強度を持った構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項３８】
請求項１１または１２において、前記質量分析磁石内の磁極体面と前記ビームライン真空容器との間に配置する前記連続したカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための支持体は絶縁材を使用することにより、前記質量分析磁石内の磁極体面と前記ビームライン真空容器との絶縁体として機能するようにしたイオンビーム処理装置。
【請求項３９】
請求項７から９のいずれか１つにおいて、前記ビームライン真空容器内部に、前記連続したカスプ磁場を形成する磁石装置として連続したカスプ磁場形成用磁石を一定間隔をおいて複数固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項４０】
請求項３９において、前記連続したカスプ磁場形成用磁石がイオンビームに晒されないようにするための磁石カバーを設けたイオンビーム処理装置。
【請求項４１】
請求項３９において、前記連続したカスプ磁場形成用磁石は前記ビームライン真空容器に直接または保持体を介して固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項４２】
請求項３９において、前記ビームライン真空容器の壁内部に空間部を設け、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を埋め込む構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項４３】
請求項３９において、前記連続したカスプ磁場形成用磁石はカバー保持体を介して前記ビームライン真空容器内部に固定保持したイオンビーム処理装置。
【請求項４４】
請求項３９において、前記ビームライン真空容器の真空側に凹部を設けて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を埋め込み、該連続したカスプ磁場形成用磁石を前記ビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としたイオンビーム処理装置。
【請求項４５】
請求項１１または１２において、前記ビームガイドに面する前記質量分析磁石の一方の磁極体面を他方の磁極体面に対してその間隔が広がるように部分的脱着式に構成し、前記質量分析磁石から前記ビームライン真空容器を着脱するよう構成したことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオンビーム処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のイオンビーム処理装置のうち特にイオン注入装置では、半導体デバイスの微細化技術の発展と進化に伴い、基板へのイオンの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）。そのため、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。
【０００５】
図１４において、イは引出電極２０１との衝突、ロは目的イオンより重いイオンの真空容器２０２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２０２内壁との衝突、ホは分析スリット２０３との衝突、ヘは被照射物である基板２０４との衝突をそれぞれ示している。
【０００６】
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。
【０００７】
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する。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。
【０００８】
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。
【０００９】
【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。そのために、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、従来のイオン注入装置では、質量分析磁石の分析磁極体面の間に、質量分析しながらイオンビームを輸送するための質量分析磁石部ビームライン真空容器が単独で配設されている。質量分析磁石部ビームライン真空容器内を通るイオンビームは発散し、ビーム電流の低下を招いている。
【００１３】
特に、イオンビームの低エネルギー領域においては、ビーム電流の低下の傾向が著しい。低エネルギー領域でのビーム電流をより多く得る方法として減速モード（デイセルモード）があるが、減速モードにおいてもイオンビームの発散を抑えることはできない。
【００１４】
イオンビームの発散を抑える方法として、イオンビームに連続したカスプ磁場を作用させるることが有効である。しかし、従来のイオン注入装置ではカスプ磁場形成用磁石を配置するスペースを確保することは困難である。
【００１５】
さらに、従来のイオン注入装置にて、減速モードで装置を使用するためには質量分析磁石の分析磁極体面とカスプ磁場形成用磁石およびビームライン真空容器とを異なる電位にする必要がある。しかし、カスプ磁場形成用磁石を配置した上、そのための絶縁材を配置するスペースを確保することは困難である。絶縁材を配置するには、質量分析磁石の分析磁極体面間距離を大きくすることで配置可能である。しかし、質量分析磁石体面間距離を大きくすると、イオンビームの質量を分析する際に必要なエネルギーが大きくなる。
【００１６】
現在、産業界においては省スペース、省エネルギーの要求が高まっており、装置が大型化し、エネルギーの消費が大きくなるのは要求に反することになる。
【００１７】
本発明の課題は、イオンビーム処理装置のビームラインにおいて、カスプ磁場を形成することにより、ビームの発散を抑制してより多くのイオンビームを輸送し、より多量のビーム電流を得ることができるようにすることにある。
【００１８】
本発明の他の課題は、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にある。
【００１９】
本発明の更に他の課題は、ビームラインにおいて、カスプ磁場形成用磁石の有効な支持方法及び構造を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によるイオンビーム処理方法は、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ビーム処理方法において、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、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、前記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から構成し、前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、しかも前記連続したカスプ磁場は、均一な磁界強度となるよう構成し、前記イオンビームの空間電荷効果を緩和することを特徴とする。
【００２１】
第１および後述の第２の態様によるイオンビーム処理方法においては、前記連続したカスプ磁場は、イオンビームラインの各区間に応じて磁界強度が異なるよう構成しても良い。
【００２２】
本発明の第２の態様によるイオンビーム処理方法は、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ビーム処理方法において、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、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、前記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から構成し、前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間、前記注入区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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基板までの前記ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、しかも前記連続したカスプ磁場は、均一な磁界強度となるよう構成し、前記イオンビームの空間電荷効果を緩和することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第３の態様によるイオンビーム処理方法は、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ビーム処理方法において、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、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、前記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から構成し、前記質量分析磁石前方区間および前記質量分析磁石区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向し連続した第一カスプ磁場を形成する磁石装置を連続して設けることにより、前記イオンビームの連続閉じ込めを行なうとともに、前記連続したカスプ磁場を均一な磁界強度となるよう構成し、前記質量分析磁石後方区間および前記注入区間の前記ビームライン真空容器に、前記第一カスプ磁場とは磁界強度の異なる第二カスプ磁場を対向し連続して設けることにより、前記ビームラインのほぼ全体の連続カスプ磁場閉じ込めを行なうことを特徴とする。
【００２４】
第３の態様によるイオンビーム処理方法においては、前記第一カスプ磁場と前記第二カスプ磁場のカスプ磁極の間隔もしくは磁束密度を同じとしても良いし、異なるように構成しても良い。
【００２５】
本発明の第４の態様によるイオンビーム処理方法は、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ビーム処理方法において、イオンビームをビームライン真空容器の内部を通してイオンソースからウエハー処理室に至る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基板までの複数の区間で構成するとともに、前記イオンビームを輸送する空間を形成する前記ビームライン真空容器を、ジョイントハウジングと、ビームガイドとから構成し、前記ビームライン真空容器における一部区間に外側から前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、前記有効磁力作用領域の前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に、連続したカスプ磁場を形成する磁石装置を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより前記有効磁力作用領域内において連続して前記イオンビームを閉じ込めるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の第５の態様によるイオンビーム処理方法は、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ビーム処理方法において、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、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、前記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から構成し、前記ビームライン真空容器における一部区間に外側から前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、前記有効磁力作用領域手前の前記ビームライン上流側となる前記質量分析磁石前方区間内の磁極体面の有効磁力作用領域を経て前記質量分析磁石後方区間の前記有効磁力作用領域外の前記ビームラインの後方部分までの前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に、連続したカスプ磁場を形成する磁石装置を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより、前記有効磁力作用領域内において連続して、前記イオンビームを閉じ込めるようにしたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の第６の態様によるイオンビーム処理方法は、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ビーム処理方法において、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、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、前記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から構成し、前記ビームライン真空容器の前記質量分析磁石区間の外側に前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、前記有効磁力作用領域手前の前記ビームライン上流側となる前記質量分析磁石前方区間から前記質量分析磁石区間内の磁極体面の前記有効磁力作用領域を経て前記質量分析磁石後方区間の前記有効磁力作用領域外の前記ビームラインの後方部分までの前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に、対向し連続したカスプ磁場を形成するための磁石装置を前記ビームライン真空容器の容器壁部に配置することにより、連続したカスプ磁場を形成することを特徴とするイオンビーム処理装置における前記イオンビームを閉じ込めることを特徴とする。
【００２８】
第４から第６の態様によるイオンビーム処理方法においては、前記連続したカスプ磁場は、ビームライン真空容器に対向する複数のカスプ磁場ユニットを設けることにより構成される。
【００２９】
本発明によるイオンビーム処理装置の第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ビーム処理装置において、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、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、前記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から構成し、前記ビームライン真空容器の前記質量分析磁石区間の外側に前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の前記質量分析磁石区間に設けるよう構成し、前記有効磁力作用領域の前記ビームライン真空容器の内部に連続したカスプ磁場形成用磁石を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより前記イオンビームを閉じ込めることを特徴とする。
【００３０】
本発明によるイオンビーム処理装置の第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ビーム処理装置において、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、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、前記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から構成し、前記ビームライン真空容器の前記質量分析磁石区間の外側に前記質量分析磁石を配設するとともに、該質量分析磁石の向かい合う磁極体面の磁界による有効磁力作用領域を前記ビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、前記有効磁力作用領域手前の前記ビームライン上流側となる前記質量分析磁石前方区間から前記質量分析磁石区間内の磁極体面の前記有効磁力作用領域を経て前記質量分析磁石後方区間の前記有効磁力作用領域外の前記ビームラインの後方部分までの前記ビームラインの連続した前記ビームライン真空容器の内部に連続したカスプ磁場形成用磁石を配置して、対向し連続したカスプ磁場を形成することにより前記イオンビームを閉じ込めることを特徴とする。
【００３１】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記ビームライン真空容器の内壁に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持するようにしても良い。
【００３２】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記ビームライン真空容器の外壁に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持するようにしても良い。
【００３３】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記ビームライン真空容器の内部に、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持するようにしても良い。
【００３４】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記磁極体面の外壁に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持するようにしても良い。
【００３５】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の内壁と前記質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある前記磁極体面の内側に、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持するようにしても良い。
【００３６】
本発明によるイオンビーム処理装置の第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ビーム処理装置において、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、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、前記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、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイド、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、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の四つから構成して、前記イオンビームを前記ビームライン真空容器の内部を通して前記イオン源から前記処理室に至る前記ビームラインを構成し、前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間に連続した前記ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の前記ビームラインと直交する断面形状を多角形状または円形状となるパイプ状とし、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の一部区間または全部区間において、前記パイプ状となる前記ビームライン真空容器の内側壁を薄肉状となるよう構成するとともに該内側壁の外側に補強部材を配置したことを特徴とする。
【００３７】
本発明によるイオンビーム処理装置の第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ビーム処理装置において、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、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、前記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、前記質量分析磁石区間に対応するビームガイド、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、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の四つから構成して、前記イオンビームを前記ビームライン真空容器の内部を通して前記イオン源から前記処理室に至る前記ビームラインを構成し、前記質量分析磁石前方区間、前記質量分析磁石区間および前記質量分析磁石後方区間に連続した前記各ビームライン真空容器に、対向したカスプ磁場を形成する磁石装置を前記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ビームラインに連続したカスプ磁場を形成することにより、前記イオンビームの連続磁場閉じ込めを行なうよう構成し、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の前記ビームラインと直交する断面形状を多角形状または円形状となるパイプ状とし、前記ビームラインを構成する前記ビームライン真空容器の一部区間または全部区間において、前記パイプ状となる前記ビームライン真空容器の外側壁を薄肉状となるよう構成するとともに該外側壁の内側に補強部材と内側壁材とを配置したことを特徴とする。
【００３８】
第３、第４の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームラインを構成するビームライン真空容器の一部区間は、ビームラインを構成するビームライン真空容器のイオン源近傍位置に配置される質量分析磁石の区間を含むよう構成される（第１の変形例）。
【００３９】
第３、第４の態様、第１の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記補強部材を規則的な間隔で配置しても良い。
【００４０】
第３、第４の態様、第１の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記補強部材として前記磁石装置を構成している連続したカスプ磁場形成用磁石を規則的な間隔で配置しても良い。
【００４１】
第３、第４の態様、第１の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記補強部材と前記磁石装置を構成している連続したカスプ磁場形成用磁石とを交互に規則的な間隔で配置しても良い（第２の変形例）。
【００４２】
第３、第４の態様、第１の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の形状に合わせて、前記補強部材と前記磁石装置を構成している連続したカスプ磁場形成用磁石とを交互に規則的な間隔で、前記多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の互いに対向する少なくとも一組の部位に配置しても良い。
【００４３】
第３、第４の態様、第１の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームラインと直交する方向または同方向、もしくは斜め方向に前記補強部材を補強リブとして適宜な間隔で配置しても良い。
【００４４】
第２の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記補強部材と前記連続したカスプ磁場形成用磁石とを交互に密接して配置しても良い。
【００４５】
第２の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記薄肉状となるよう構成したビームライン真空容器の内側壁または外側壁を、多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の形状に合わせて、前記補強部材を設けないところは肉厚状に構成しても良い。
【００４６】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器に直接、一定間隔をおいて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持しても良い。
【００４７】
第３の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の外側に凹部を設けて前記連続したカスプ磁場形成用磁石を埋め込み、該連続したカスプ磁場形成用磁石を前記ビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としても良い（第４の変形例）。
【００４８】
第４の変形例によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームライン真空容器の凹部に直接前記カスプ磁場形成用磁石を嵌合固着することにより、ビームライン真空容器の強度を増すことができる構造としても良い。
【００４９】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を、前記質量分析磁石の磁極体面側に保持体を介して、一定間隔をおいて複数固定保持しても良い（第５の態様）。
【００５０】
第５の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記質量分析磁石の前記有効磁力作用領域の前方部分と後方部分とのビームライン真空容器部分範囲においては、前記保持体を固定するための支持部材を質量分析磁石磁極体面に装着し、質量分析磁石磁極体面および前記保持体に前記支持部材を介して一定間隔をおいてカスプ磁場形成用磁石を複数固定保持しても良い。
【００５１】
第５の態様によるイオンビーム処理装置においては、質量分析磁石磁極体面および保持体に支持部材を介して一定間隔をおいて複数固定保持されたカスプ磁場形成用磁石に対応するビームライン真空容器の部分に凹部を設け、前記カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としても良い。
【００５２】
第５の態様によるイオンビーム処理装置においては、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との間に配置するカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための保持体または支持部材、あるいは固着手段には絶縁材を使用することにより、前記質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との絶縁体として機能させるようにしても良い。
【００５３】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記連続したカスプ磁場形成用磁石を、ビームライン真空容器に支持体を介して、一定間隔をおいて複数固定保持しても良い。
【００５４】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、ビームライン真空容器に凹部を設けて前記カスプ磁場形成用磁石を埋め込み、前記カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としても良い。
【００５５】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、必要な部分のみビームライン真空容器に凹部を設けて前記カスプ磁場形成用磁石を埋め込むことにより厚みを残す部分ができるようにし、真空の圧力によって破壊しない強度を持った構造としても良い。
【００５６】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との間に配置するカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための支持体は絶縁材を使用することにより、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との絶縁体として機能するようにしても良い。
【００５７】
第４から第６の態様によるイオンビーム処理方法において、前記ビームライン真空容器内部に、前記連続したカスプ磁場を形成する磁石装置として連続したカスプ磁場形成用磁石を一定間隔をおいて複数固定保持することにより第６の態様によるイオンビーム処理装置が提供される。
【００５８】
第６の態様によるイオンビーム処理装置においては、カスプ磁場形成用磁石がイオンビームに晒されないようにするための磁石カバーを設けても良い。
【００５９】
第６の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記カスプ磁場形成用磁石はビームライン真空容器に直接または保持体を介して固定保持しても良い。
【００６０】
第６の態様によるイオンビーム処理装置においては、ビームライン真空容器の壁内部に空間部を設け、前記カスプ磁場形成用磁石を埋め込む構造としても良い。
【００６１】
第６の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記カスプ磁場形成用磁石はカバー保持体を介してビームライン真空容器内部に固定保持しても良い。
【００６２】
第６の態様によるイオンビーム処理装置においては、ビームライン真空容器の真空側に凹部を設けて前記カスプ磁場形成用磁石を埋め込み、該カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としても良い。
【００６３】
第１、第２の態様によるイオンビーム処理装置においては、前記ビームガイドに面する前記質量分析磁石の一方の磁極体面を他方の磁極体面に対してその間隔が広がるように部分的脱着式に構成し、質量分析磁石からビームライン真空容器を着脱するよう構成しても良い。
【００６４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、図１を参照して、本発明が適用されるイオンビーム処理装置の一例としてのイオン注入装置のビームラインの構成について説明する。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。
【００６５】
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。
【００６６】
（１）質量分析磁石前方区間１６は、イオンソース１１の次に存在する引出電極１２から質量分析磁石１３までの区間である。
（２）質量分析磁石区間１７は、質量分析磁石１３内の区間である。
（３）質量分析磁石後方区間１８は、質量分析磁石１３から質量分析スリット１４までの区間である。
（４）注入区間１９は、質量分析スリット１４から基板７までの区間である。
【００６７】
ここで、ビームライン真空容器は、引出電極１２から質量分析磁石１３までの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。尚、質量分析磁石前方区間１６及び質量分析磁石区間１７は第１のカスプ磁場の区間、質量分析磁石後方区間１８及び注入区間１９は第２のカスプ磁場の区間と呼ばれても良い。また、質量分析磁石の磁極体が存在する領域は、質量分析磁石の磁極体面の有効磁力作用領域として定義することができる。
【００６８】
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を通過後、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。
【００６９】
通常、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。
【００７０】
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。
【００７１】
（１）引出電極１２から質量分析磁石１３までの質量分析磁石前方区間１６
（２）質量分析磁石１３内の質量分析磁石区間１７
（３）質量分析磁石１３から後段電極２３までの質量分析磁石後方区間１８´
（４）後段電極２３から基板７までの注入区間１９´
【００７２】
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”との間には絶縁部材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る。
【００７３】
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。
【００７４】
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それぞれ示す。
【００７５】
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。そこで、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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および磁界ともに面対称となるよう、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、４２´、質量分析磁石４３、質量分析スリット１４やウエハー処理室５、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、波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。
【００７８】
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がカスプ磁場用磁石である。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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無い領域では、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。
【００８２】
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（図ａ）、または４面とも４つの永久磁石５１のＳ極（図ｂ）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。
【００８３】
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（図ｂ）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（図ａ）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。
【００８４】
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。
【００８５】
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０．１Ｔ（テスラ）程度以上を目安にする。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０．１Ｔ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０．０１Ｔ程度は必要になる。
【００８６】
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１Ｔ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。
【００８７】
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。
【００８８】
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良くなる。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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０．８Ｔ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。
【００９２】
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無い場合でも、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６５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６５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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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１．２Ｔまで出せる質量分析磁石では、目安として約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−鉄系磁石に保磁力の大きいものが多い。
【００９９】
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。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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
本発明は、上記のようなイオン注入装置に加えて、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全般に適用されるものであり、以下のような形態をとることができる。
【０１０３】
１．前記質量分析磁石内とその前後の連続したイオンビームラインに、カスプ磁場を形成する磁石装置を連続して設けるよう構成したもの。
【０１０４】
２．前記引出電極の付近から前記質量分析磁石の出口付近までのイオンビームラインに、連続したカスプ磁場を形成するよう構成したもの。
【０１０５】
３．前記引出電極の付近から、前記質量分析磁石入口までのイオンビームラインに、カスプ磁場を形成する磁石装置を連続して設けるよう構成したもの。
【０１０６】
４．前記質量分析磁石出口から前記質量分析スリット付近までのイオンビームラインに、カスプ磁場を形成する磁石装置を連続して設けるよう構成したもの。
【０１０７】
５．前記質量分析スリット付近から前記基板までのイオンビームラインに、カスプ磁場を形成する磁石装置を連続して設けるよう構成したもの。
【０１０８】
６．前記質量分析磁石の入口付近から前記質量分析スリット付近までのイオンビームラインに、連続したカスプ磁場を形成するよう構成したもの。
【０１０９】
７．前記引出電極の付近から、前記質量分析磁石内を通過して前記質量分析スリット付近までのイオンビームラインに、連続したカスプ磁場を形成するよう構成したもの。
【０１１０】
８．前記引出電極の付近から、前記質量分析磁石内と前記質量分析スリットを通過して前記基板付近までのイオンビームラインに、連続したカスプ磁場を形成するよう構成したもの。
【０１１１】
なお、カスプ磁場を形成するための磁石装置は、イオンビームラインの各区間の諸条件に合わせて磁場の条件を変更するように構成されるが、以下のような様々な形態で実現される。
【０１１２】
（１）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される。
【０１１３】
（２）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。
【０１１４】
（３）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。
【０１１５】
（４）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。
【０１１６】
（５）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。
【０１１７】
（６）前記質量分析磁石内のカスプ磁界用磁石のみ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。
【０１１８】
（７）カスプ磁場を形成するための磁石装置は、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。
【０１１９】
（８）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。
【０１２０】
（９）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。
【０１２１】
（１０）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。
【０１２２】
（１１）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。
【０１２３】
（１２）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。
【０１２４】
（１３）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。
【０１２５】
（１４）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。
【０１２６】
（１５）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か、またはカバーを取り付けることができる構造とされる。
【０１２７】
（１６）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。
【０１２８】
（１７）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。
【０１２９】
（１８）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、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。
【０１３０】
（１９）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。
【０１３１】
（２０）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。
【０１３２】
（２１）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。
【０１３３】
（２２）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。
【０１３４】
（２３）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。
【０１３５】
（２４）各カスプ磁場形成用の磁石は、イオンビームのビーム断面幅以上の磁極幅を有するように構成しても良い。
【０１３６】
尚、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。
【０１３７】
本発明は、連続したカスプ磁場を形成するために、質量分析磁石磁極体面の範囲内だけでなく、質量分析磁石磁極体面の範囲外において、ビームライン真空容器におけるカスプ磁場形成用磁石の構成を考えたものであり、以下に、その実施の形態として、図１５から図１８に示される四つの例を挙げて説明する。
【０１３８】
図１５は第１の実施の形態であり、質量分析磁石磁極体面１０１とビームライン真空容器１０４との間に複数のカスプ磁場形成用磁石１０３を配置するようにしている。また、質量分析磁石磁極体面１０１の範囲外のビームライン真空容器１０４上にも一定間隔をおいて連続するカスプ磁場形成用磁石１０３を配置している。カスプ磁場形成用磁石１０３はビームライン真空容器１０４に固定される。ここで、ビームライン真空容器１０４内部において、ビームの通過する真空内でのカスプ磁場強度を大きくするために、ビームライン真空容器１０４の外面側にカスプ磁場形成用磁石１０３埋め込み用の掘り込み１０４ａを設けることにより、カスプ磁場形成用磁石１０３ができるだけビームライン真空容器１０４内部、すなわち真空側に近くなるように配置している。尚、質量分析磁石磁極体面１０１とビームライン真空容器１０４とを異なる電位とするために、質量分析磁石磁極体面１０１および質量分析磁石磁極体面１０１の範囲外とビームライン真空容器１０４との間に絶縁材１０２を配置することもできる。この場合、絶縁材１０２は質量分析磁石磁極体面１０１またはビームライン真空容器１０４に固定する。絶縁材１０２としては例えば、樹脂、ガラス、陶器、石材等の非磁性材料が用いられる。尚、質量分析磁石磁極体面１０１というのは、図５で言えば、質量分析磁石４３においてイオンビーム側を向いている面のことである。
【０１３９】
図１６は第２の実施の形態であり、本例でも質量分析磁石磁極体面１０１とビームライン真空容器１０４との間に複数のカスプ磁場形成用磁石１０３を配置している。本例では、カスプ磁場形成用磁石１０３はその収容部１０６ａを持つ第１の支持体１０６に固定している。第１の支持体１０６は質量分析磁石磁極体面１０１に固定している。質量分析磁石磁極体面１０１の範囲外のビームライン真空容器１０４にも一定間隔をおいて連続するカスプ磁場を形成するために、質量分析磁石磁極体面１０１へ第２の支持体１０５を固定し、第２の支持体１０５へカスプ磁場形成用磁石１０３を固定した第１の支持体１０６の延長部分を固定している。ビームライン真空容器１０４においては、ビームの通過する真空内でのカスプ磁場強度を大きくするために、ビームライン真空容器１０４の外面側に掘り込み１０４ａを設け、これにカスプ磁場形成用磁石１０３を収容部１０６ａごと埋め込むことにより、カスプ磁場形成用磁石１０３ができるだけビームライン真空容器１０４内部、すなわち真空側に近くなるように配置している。尚、第１の支持体１０６には、質量分析磁石磁極体面１０１および第２の支持体１０５とビームライン真空容器１０４との間を異なる電位とするために、上記の絶縁材を使用することもできる。
【０１４０】
図１７は第３の実施の形態であり、第１の支持体１０６を利用して質量分析磁石磁極体面１０１とビームライン真空容器１０４との間に複数のカスプ磁場形成用磁石１０３を配置している。本例でも質量分析磁石磁極体面１０１の範囲外のビームライン真空容器１０４にも第１の支持体１０６の延長部分により一定間隔をおいて連続するカスプ磁場形成用磁石１０３を配置している。つまり、カスプ磁場形成用磁石１０３はその収容部１０６ａを持つ第１の支持体１０６に固定している。第１の支持体１０６はビームライン真空容器１０４に固定している。本例でも、ビームライン真空容器１０４において、ビームの通過する真空内でのカスプ磁場強度を大きくするために、ビームライン真空容器１０４の外面側に掘り込み１０４ａを設け、これにカスプ磁場形成用磁石１０３を収容部１０６ａごと埋め込むことにより、カスプ磁場形成用磁石１０３ができるだけビームライン真空容器１０４内部、すなわち真空側に近くなるように配置している。第２の実施の形態と同様、第１の支持体１０６には質量分析磁石磁極体面１０１とビームライン真空容器１０４との間を異なる電位とするために絶縁材を使用することもできる。
【０１４１】
図１８は第４の実施の形態であり、ビームライン真空容器１０４の内面側に掘り込み１０４ａを設けてこの掘り込み１０４ａに複数のカスプ磁場形成用磁石１０３を配置している。そして、本例でも質量分析磁石磁極体面１０１の範囲外のビームライン真空容器１０４にも一定間隔をおいて連続するカスプ磁場形成用磁石１０３を配置しており、真空側に面している領域はカバー１０７で覆われる。カスプ磁場形成用磁石１０３はビームライン真空容器１０４またはカバー１０７に固定する。カバー１０７はカスプ磁場形成用磁石１０３が直接ビームに晒されないようにすることを目的とするものであり、その材料にはＳｉ、Ａｌ、Ａｌ（Ｓｉコーティング付き）、または黒鉛・グラファイト系炭素系材料が好ましい。図１７の第３の実施の形態と同様、質量分析磁石磁極体面１０１とビームライン真空容器１０４を異なる電位とするために、質量分析磁石磁極体面１０１および質量分析磁石磁極体面１０１の範囲外とビームライン真空容器１０４との間に絶縁材１０２を配置することもできる。この場合、絶縁材１０２は質量分析磁石磁極体面１０１またはビームライン真空容器１０４の外面側に固定する。
【０１４２】
イオン注入装置の場合について、以上の第１〜第４の実施の形態に共通する点をあげると、以下のようになる。すなわち、イオンソースからウエハー処理室に至るビームライン真空容器を有するイオン注入装置において、イオンビームをビームライン真空容器の内部を通してイオンソースからウエハー処理室に至るイオンビームラインを構成し、ビームライン真空容器の一部区間に外側から質量分析磁石を配設するとともに、質量分析磁石の磁極体面の有効磁力作用領域をイオンビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、イオンビームラインの連続したビームライン真空容器部分に、連続したカスプ磁場を形成してイオンビームを閉じ込めるための連続したカスプ磁場を形成する磁石装置を配置したと言える。
【０１４３】
あるいはまた、イオンビームをビームライン真空容器の内部を通してイオンソースからウエハー処理室に至るイオンビームラインを構成し、ビームライン真空容器の一部区間に外側から質量分析磁石を配設するとともに、質量分析磁石の磁極体面の有効磁力作用領域をイオンビームライン内の一部区間に設けるよう構成し、有効磁力作用領域手前のイオンビームライン上流側となる質量分析磁石の前方部分から質量分析磁石内の磁極体面の有効磁力作用領域を経て質量分析磁石の有効磁力作用領域外のイオンビームラインの後方部分までのイオンビームラインの連続したビームライン真空容器の部分に、連続したカスプ磁場を形成しイオンビームを閉じ込めるための連続したカスプ磁場を形成する磁石装置を配置したと言える。
【０１４４】
更に、具体的な構造について言えば、以下の点があげられる。ビームライン真空容器の内壁と質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にあるビームライン真空容器の内壁に直接、一定間隔をおいて連続したカスプ磁場形成用の磁石体を複数固定保持している。
【０１４５】
ビームライン真空容器の内壁と質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にあるビームライン真空容器の外壁に直接、一定間隔をおいて連続したカスプ磁場形成用の磁石体を複数固定保持している。
【０１４６】
ビームライン真空容器の内壁と質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にあるビームライン真空容器の内部に、一定間隔をおいて連続したカスプ磁場形成用の磁石体を複数固定保持している。
【０１４７】
ビームライン真空容器の内壁と質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある磁極体面の外壁に直接、一定間隔をおいて連続したカスプ磁場形成用の磁石体を複数固定保持している。
【０１４８】
ビームライン真空容器の内壁と質量分析磁石内の磁極体面との間の区間にある磁極体面の内部に、一定間隔をおいて連続したカスプ磁場形成用の磁石体を複数固定保持している。
【０１４９】
ビームライン真空容器に直接、一定の間隔をおいて連続したカスプ磁場形成用の磁石を複数固定保持している。
【０１５０】
ビームライン真空容器の外側に凹部を設け、カスプ磁場形成用磁石を埋め込み、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としている。
【０１５１】
ビームライン真空容器の凹部に直接カスプ磁場形成用磁石を嵌合固着することにより、ビームライン真空容器の強度を増すことができる構造としている。
【０１５２】
更に、イオン注入装置におけるビームライン真空容器という観点から説明すると以下の通りになる。ビームライン真空容器の一部区間に質量分析磁石の磁極体面の有効磁力作用領域を設けるよう構成し、質量分析磁石の有効磁力作用領域の前方部分から質量分析磁石内の磁極体面の有効磁力作用領域を経て質量分析磁石の有効磁力作用領域の後方部分に至る連続したビームライン真空容器部分に、連続したカスプ磁場形成用の磁石を配設するよう構成したビームラインにおいて、連続したカスプ磁場形成用磁石を、質量分析磁石の磁極体面側に保持体（収容部）を介して、一定の間隔をおいて複数固定保持している。
【０１５３】
そして、質量分析磁石の有効磁力作用領域の前方部分と後方部分とのビームライン真空容器部分範囲においては、保持体を固定するための支持部材を質量分析磁石磁極体面に装着し、質量分析磁石磁極体面および保持体に支持部材を介して一定の間隔をおいて複数固定保持している。
【０１５４】
また、質量分析磁石磁極体面および保持体に支持部材を介して一定の間隔をおいて複数固定保持されたカスプ磁場形成用磁石に対応するビームライン真空容器の部分に凹部を設け、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としている。
【０１５５】
また、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との間に配置するカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための保持体または支持部材、あるいは固着手段は絶縁材を使用することにより、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との絶縁体として機能させている。
【０１５６】
また、連続したカスプ磁場形成用磁石を、ビームライン真空容器に支持体を介して一定間隔をおいて複数固定保持している。
【０１５７】
また、ビームライン真空容器に埋め込み用の凹部を設け、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としている。
【０１５８】
また、必要な部分のみビームライン真空容器に埋め込み用の凹部を設けることにより厚みを残す部分ができるようにし、真空の圧力によって破壊しない強度を持った構造としている。
【０１５９】
また、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との間に配置するカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための支持体は絶縁材を使用することにより、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との絶縁体として機能するようにしている。
【０１６０】
また、ビームライン真空容器内部に、連続してカスプ磁場形成用磁石材を一定の間隔をおいて複数固定保持している。
【０１６１】
また、カスプ磁場形成用磁石がイオンビームに晒されないようにするための磁石カバーを設けるようにしている。尚、磁石カバーの材料は、前述のようにＳｉ、Ａｌ、Ａｌ（Ｓｉコーティング付き）または黒鉛・グラファイト系炭素系材料が好ましい。
【０１６２】
また、カスプ磁場形成用磁石はビームライン真空容器に直接、または保持体を介して固定保持している。
【０１６３】
また、ビームライン真空容器の壁内部に埋め込み用の凹部を設け、カスプ磁場形成用磁石を埋め込む構造としている。
【０１６４】
また、カスプ磁場形成用磁石はカバー保持体を介してビームライン真空容器内部に固定保持している。
【０１６５】
また、ビームライン真空容器の真空側に凹部を設け、カスプ磁場形成用磁石を埋め込み、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器内部、すなわち真空側に近づける構造としている。
【０１６６】
尚、ビームライン真空容器の壁面を薄くすることで、ビームライン真空容器内部においてより大きなカスプ磁場強度を得ることができるが、ビームライン真空容器壁面全面を薄くすると、真空の圧力によりビームライン真空容器が破損する恐れがある。そのため、カスプ磁場形成用磁石が配置される部分のビームライン真空容器壁面のみを掘り込むことで、ビームライン真空容器の壁面を薄くし、かつ残りの部分の強度でビームライン真空容器が真空の圧力に耐え得る構造としている。
【０１６７】
図１５の形態の場合、カスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４の掘り込み１０４ａに直接固定することにより、カスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４の壁面の一部とみなすことができるため、ビームライン真空容器１０４の機械的強度を得ることができる。
【０１６８】
図１６および図１７の形態の場合、カスプ磁場形成用磁石１０３は第１の支持体１０６に固定しているため、ビームライン真空容器１０４の取外し時および取付け時には、カスプ磁場形成用磁石１０３の存在の影響を受けることなく個別に取り扱うことができる。また、図１６および図１７の形態の場合、第１の支持体１０６は絶縁材として機能するため、ビームライン真空容器１０４と質量分析磁石磁極体面１０１および質量分析磁石磁極体面１０１に延長するように取付けた第２の支持体１０５（図１６の場合）とを異なる電位とすることができる。
【０１６９】
図１８の形態の場合、カスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４の内面側に直接配置するため、カスプ磁場強度をより大きくすることができる。
【０１７０】
図１９から図２３までは、図１５から図１８までの形態の一部構成を変更した変更例を示し、ビームライン真空容器とその構成部材、カスプ磁場形成用磁石、磁石の支持体、絶縁支持材、補強体等の具体的構成の断面図を示す。尚、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）及び図２２（ｂ）、図２２（ｃ）においては、便宜上、１つのカスプ磁場形成用磁石の周辺部のみについて図示している。
【０１７１】
図１９は、図１５の形態の変更例を示す。図１９（ａ）において、ビームライン真空容器１０４において隣り合うカスプ磁場形成用磁石１０３の間の凸部（リブ）を無くし、絶縁材１０２とビームライン真空容器１０４との間に一定間隔をおいてカスプ磁場形成用磁石１０３を挟むようにしている。これにより隣り合うカスプ磁場形成用磁石１０３の間にできる空間には、補強体１０９と磁石固定体１１０とを配置している。逆に言えば、絶縁材１０２にカスプ磁場形成用磁石１０３を固定するための環状あるいは角形状の磁石固定体１１０を設けてカスプ磁場形成用磁石１０３を固定し、隣り合う磁石固定体１１０の間に補強体１０９を配置している。磁石固定体１１０はカスプ磁場形成用磁石１０３よりも厚さにおいて薄いが、補強体１０９は絶縁材１０２とビームライン真空容器１０４との間の空間と同じ厚さを持つ。
【０１７２】
図１９（ｂ）においては、図１９（ａ）における磁石固定体１１０の厚さを補強体１１０と同じ厚さにして絶縁材１０２とビームライン真空容器１０４との間に空間ができないようにしている。
【０１７３】
図１９（ｃ）においては、図１９（ａ）における磁石固定体１１０を無くして隣り合うカスプ磁場形成用磁石１０３の間の空間を補強体１０９で塞ぐようにしている。
【０１７４】
図１９（ａ）〜（ｃ）において、上記の説明以外の部分は図１５の形態と同じである。
【０１７５】
図１９の変更例においては、ビームライン真空容器１０４の肉厚が図１５の形態に比べて薄くなるが、絶縁材１０２及び補強体１０９で機械的強度の補強が行われる。尚、補強体１０９の材料にはＡｌ、樹脂、セラミック等の強度部材で非磁性体のものを使用することができる。
【０１７６】
図２０は、図１６の形態の変更例を示す。この変更例では、ビームライン真空容器１０４において隣り合うカスプ磁場形成用磁石１０３の間に存在する凸部  （リブ）を無くし、代わりに図１９で説明した補強体１０９を埋め込むようにした例である。それ以外の部分は、図１６の形態と同じである。本例でもビームライン真空容器１０４の肉厚が図１６の形態に比べて薄くなるが、第１の支持体１０６及び補強体１０９で機械的強度の補強が行われる。
【０１７７】
図２１は、図１７の形態の変更例を示す。つまり、図１７ではカスプ磁場形成用磁石１０３の収容部１０６ａは第１の支持体１０６と一体であるが、本例では別部材による補間体１１１で保持して掘り込み１０４ａに埋め込むようにしている。その他の部分については図１７の形態と同じである。
【０１７８】
図２２は、図１８の形態と図１９の変更例との組み合わせとも言うべき例である。つまり、図１８の形態においてビームライン真空容器１０４の内面側に存在するカスプ磁場形成用磁石１０３間の凸部（リブ）を無くし、これによりできる空間に図１９で説明した補強体１１０と磁石固定体１０９との組み合わせあるいは補強体１１０のみを配置するようにした変更例である。
【０１７９】
詳しく説明すると、図２２（ａ）は図１８の形態と図１９（ａ）の変更例との組み合わせである。つまり、ビームライン真空容器１０４とカバー１０７との間に、磁石固定体１１０で保持したカスプ磁場形成用磁石１０３を一定間隔をおいて配置し、これによりできる空間を補強体１０９で埋めるようにしている。尚、磁石固定体１１０はその厚さがビームライン真空容器１０４とカバー１０７との間の距離より小さいので、カスプ磁場形成用磁石１０３と補強体１０９との間には小さい空間ができる。
【０１８０】
図２２（ｂ）は、図１８の形態と図１９（ｂ）の変更例との組み合わせである。つまり、磁石固定体１１０の厚さを大きくすることにより、図２２（ａ）においてカスプ磁場形成用磁石１０３と補強体１０９との間に存在する空間を埋めるようにしたものである。
【０１８１】
図２２（ｃ）は、図１８の形態と図１９（ｃ）の変更例との組み合わせである。つまり、隣り合うカスプ磁場形成用磁石１０３の間を補強体１０９だけで埋めるようにした例である。
【０１８２】
図２２（ａ）〜（ｃ）において、上記の説明以外の部分は図１８の形態あるいは図１９の変更例と同じである。
【０１８３】
図２３は、カスプ磁場形成用磁石１０３の固定方法の形態を、１個のカスプ磁場形成用磁石１０３の周辺について示した図である。図２３（ａ）は、前に述べた第１の支持体１０６あるいは補強体１０９と同様の材料を用い、分割式の２つの中間体１１５でカスプ磁場形成用磁石１０３で挟むようにした例である。つまり、中間体１１５はそれぞれ、一定間隔をおいてカスプ磁場形成用磁石１０３を埋め込むための凹部を有し、これらの凹部にカスプ磁場形成用磁石１０３を収容するようにしている。中間体１１５には重量を軽くするための捨て穴１１５ａを設けることが好ましい。
【０１８４】
図２３（ｂ）は、前に述べた第１の支持体１０６あるいは補強体１０９と同様の材料を用い、中間体１１５´にカスプ磁場形成用磁石１０３を嵌着可能な穴１１５ｂを設けることにより、この穴１１５ｂにカスプ磁場形成用磁石１０３を嵌め込んで固定可能にしている。勿論、この中間体１１５´にも重量を軽くするための捨て穴を設けるようにしても良い。
【０１８５】
また、図２３（ａ）、（ｂ）いずれの例においても、中間体１１５、１１５´はビームライン真空容器１０４の壁そのものであっても良い。この場合、前に述べた例のように、中間体１１５、１１５´の外面側あるいは内面側に、絶縁材１０２や第１の支持体１０６のようなものを補強のために組み合わせるようにしても良い。
【０１８６】
図２４は、図１５のＡ−Ａ線による断面図である。図２４（ａ）において、ここではビームライン真空容器１０４は、上下の壁部材１０４−１、１０４−２の両側端にそれぞれ、側壁部材１０４−３、１０４−４をボルト１１８で固定することにより構成される。これらの接合部には真空を維持するためのシール部材１１９を設けている。
【０１８７】
図２４（ｂ）は、ビームライン真空容器１０４を、上下の壁部材１０４−１、１０４−２の両端における内面側に側壁部材１０４−３、１０４−４を嵌め込んでボルト１１８で固定することにより構成している。これらの接合部には真空を維持するためのシール部材１１９を設けている。この例では、絶縁材１０２を組み付けるために、ボルト１１８の頭部を上下の壁部材１０４−１、１０４−２に埋め込むようにしているが、絶縁材１０２の上からボルトを挿通するようにしても良い。
【０１８８】
図２４（ｃ）は、ビームライン真空容器１０４を上下の壁部材１０４−５、１０４−６から成る上下２分割式にし、これらをボルト１１８で締め付け固定するようにしたものである。図２４（ａ）〜図２４（ｃ）のいずれにおいても、絶縁材１０２はボルト等でビームライン真空容器１０４に取り付けられる。
【０１８９】
図２５は、図１６のＢ−Ｂ線による断面図である。尚、本図では図示を省略しているが、ビームライン真空容器１０４は、上記の図２４（ａ）〜図２４（ｃ）と同様の構造で実現される。図２５においては、第１の支持体１０６はボルト等でビームライン真空容器１０４に取り付けられる。
【０１９０】
図２６は、図１８のＣ−Ｃ線による断面図である。
【０１９１】
図２７は、カスプ磁場形成用磁石１０３の固定構造の更に他の例を示す。この例は、図１７に示した形態の変更例とも言える。つまり、ビームライン真空容器１０４の外面側に一定間隔をおいて凹部を形成し、これらの凹部にカスプ磁場形成用磁石１０３を配置するようにしているが、図１７の第１の支持体１０６は使用せずに、複数のピン等でカスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４の凹部に固着する。カスプ磁場形成用磁石１０３とリブとの間には空間ができるが、この空間には何も設けない。また、ビームライン真空容器１０４の機械的強度の向上のために、一点鎖線で示すように、ビームライン真空容器１０４の左右の側壁には上下のリブに対応する部分に補強板１２０を設けるようにしても良い。この例でも、ビームライン真空容器１０４は、上記の図２４（ａ）〜図２４（ｃ）と同様の構造で実現される。
【０１９２】
図２８は、カスプ磁場形成用磁石１０３の配置とビームライン真空容器１０４の構造の更に他の例を示す。この例では、ビームライン真空容器１０４は上下の壁部材１０４−１、１０４−２と、左右の側壁部材１０４−３、１０４−４で形成するが、これらを４つのコーナ部において補強体１２５で結合するようにしている。ビームライン真空容器１０４の内面側にはカバー１０７が設けられる。この例では特に、カスプ磁場形成用磁石１０３を上下の壁部材１０４−１、１０４−２だけでなく、左右の側壁部材１０４−３、１０４−４にも埋め込むようにしている。
【０１９３】
このようにカスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４における左右の側壁部材１０４−３、１０４−４にも埋め込む配置構成は、これまで述べてきたいずれの例にも適用可能であることは言うまでもない。また、カスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４の外面側から埋め込むようにしているが、前に述べたように、ビームライン真空容器１０４の内面側から埋め込むようにしても良いことも勿論である。
【０１９４】
図２９は、カスプ磁場形成用磁石１０３の配置とビームライン真空容器１０４の構造の更に他の例を示す。この例では、ビームライン真空容器１０４を断面多角形、ここでは六角形状とし、その６つの外面のそれぞれにカスプ磁場形成用磁石１０３を配置するようにしている。カスプ磁場形成用磁石１０３の固定保持のために、第１の支持体１０６と同様の材料による支持体１３０が用いられる。この支持体１３０は、長さ方向に一定間隔をおいてカスプ磁場形成用磁石１０３を埋め込むための凹部を持つ板状部材であり、ビームライン真空容器１０４にボルト等により固定される。この例でも、カスプ磁場形成用磁石１０３を支持体１３０の外面側から埋め込むようにしているが、支持体１３０の内面側から埋め込むようにしても良いことは勿論である。あるいはまた、図２７の例と同様に、ビームライン真空容器１０４の全体形状を図２９の形状としてその内面側または外面側からカスプ磁場形成用磁石１０３を埋め込むようにしても良い。内面側から埋め込む場合には前に述べたカバー１０７と同様のカバーで覆うことが必要となる。
【０１９５】
図３０は、カスプ磁場形成用磁石１０３の配置とビームライン真空容器１０４の構造の更に他の例を示す。この例では、ビームライン真空容器１０４を断面円形の円筒状とし、その外周側を４つに区画してそれぞれに円弧状のカスプ磁場形成用磁石１０３を配置するようにしている。つまり、円筒状のビームライン真空容器１０４は長さ方向に関して言えば、一定間隔をおいて円弧状のカスプ磁場形成用磁石１０３を埋め込むための凹部１０４ａが周方向に形成されている。隣り合う凹部の間の肉厚部分はリブとなる。勿論、カスプ磁場形成用磁石１０３の磁極の向きはこれまでの例と同様、ビームライン真空容器１０４の内側に向けてＮ極あるいはＳ極、外側に向けてＳ極あるいはＮ極となるように着磁されている。周方向に関して隣り合うカスプ磁場形成用磁石１０３の間には、スペーサ１３５が設けられる。尚、カスプ磁場形成用磁石１０３をビームライン真空容器１０４の内面側から埋め込むようにすることも可能ではあるが、この場合には内面側を図１８で説明したようなカバーで覆うことが必要となる。また、ビームライン真空容器１０４を、図に示されている肉薄部分のみとし、リブ部に対応する部分は前に述べた補強体１０９と同様の材料によるリング体で構成するようにしても良い。
【０１９６】
いずれにしても、図２８〜図３０のような磁石配置によれば、ビームラインにおけるカスプ磁場強度をより大きくすることができる。
【０１９７】
図２４から図３０の構成について、イオン注入装置の場合について共通する点をあげると、以下のようになる。すなわち、イオンソースからウエハー処理室に至るビームライン真空容器を有するイオン注入装置において、イオンビームをビームライン真空容器の内部を通してイオンソースからウエハー処理室に至るイオンビームラインを構成し、イオンビームラインを構成するビームライン真空容器のイオンビームラインと直交する断面形状を多角形状または円形状となるパイプ状とし、イオンビームラインを構成するビームライン真空容器の一部区間または全部区間において、パイプ状となるビームライン真空容器の内側壁を薄肉状となるよう構成するとともに該内側壁の外側に補強部材を配置したと言える。
【０１９８】
あるいはまた、イオンビームをビームライン真空容器の内部を通してイオン源から処理室に至るイオンビームラインを構成し、イオンビームラインを構成するビームライン真空容器のイオンビームラインと直交する断面形状を多角形状または円形状となるパイプ状とし、イオンビームラインを構成するビームライン真空容器の一部区間または全部区間において、パイプ状となるビームライン真空容器の外側壁を薄肉状となるよう構成するとともに該外側壁の内側に補強部材と内側壁材を配置したと言える。
【０１９９】
更に、具体的な構造について言えば、以下の点があげられる。イオンビームラインを構成するビームライン真空容器の一部区間は、イオンビームラインを構成するビームライン真空容器のイオン源近傍位置に配置される質量分析磁石の区間を含むよう構成している。
【０２００】
そして、補強部材を規則的な間隔で配置している。
【０２０１】
また、補強部材として連続したカスプ磁場形成用の磁石体を規則的な間隔で配置している。
【０２０２】
あるいはまた、補強部材と連続したカスプ磁場形成用の磁石体とを交互に規則的な間隔で配置している。
【０２０３】
また、多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の形状に合わせて、補強部材と連続したカスプ磁場形成用の磁石体とを交互に規則的な間隔で、多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の対向する少なくとも一組の部位に配置している。
【０２０４】
また、イオンビームラインと直交する方向に補強部材を補強リブとして適宜な間隔で配置している。勿論、このような補強部材は、イオンビームラインと同方向あるいは斜め方向に補強リブとして適宜な間隔で配置されても良い。
【０２０５】
また、補強部材と連続したカスプ磁場形成用の磁石体とを交互に密接して配置している。
【０２０６】
また、薄肉状となるよう構成したビームライン真空容器の内側壁または外側壁を、多角形状または円形状となるパイプ状ビームライン真空容器の形状に合わせて、補強部材を設けないところは肉厚状に構成している。
【０２０７】
図３１は、質量分析磁石の一方の磁極体面を形成している構成要素を他方の磁極体面を形成している構成要素に対してその間隔が広がるように部分的着脱式に構成した例を示している。つまり、質量分析磁石の一方の磁極体面を形成している構成要素をヒンジ等の手段により回動自在にしている。尚、ここではビームライン真空容器１０４のみを概略的に示し、前に述べたようなカスプ磁場形成用磁石は図示を省略している。
【０２０８】
つまり、この例をイオン注入装置に適用した場合について言えば、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、あるいは加速又は減速を行って基板にイオンを注入するとともに、質量分析磁石の前方部分から質量分析磁石内を経て質量分析磁石の後方部分に至る連続したイオンビームラインを設け、質量分析磁石の一方の磁極体面側を他方の磁極体面側に対してその間隔が広がるように部分的着脱式に構成したものと言える。
【０２０９】
【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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
ビームライン真空容器を利用して、カスプ磁場形成用磁石を、ビームラインに対して、正確に精度よく位置決め固定することができ、さらに、取付取外・配置組み立て作業が簡単に行なうことができる。
【０２１２】
また、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との間に配置するカスプ磁場形成用磁石を固定保持するための保持体または支持部材、固着手段は絶縁材を使用することにより、質量分析磁石磁極体面とビームライン真空容器との絶縁体として機能させることができ、独立した電位を保つよう任意の電位の設定が可能となった。
【０２１３】
ビームライン真空容器を肉薄に構成した場合でも、磁石と補強部材等により、容器壁の厚みを得ることができ、真空の圧力によって破壊しない強度を持った構造とすることができる。
【０２１４】
必要な部分のみビームライン真空容器に凹部を設けるかあるいは掘り込むことにより磁石を埋め込むことができ、ビームライン真空容器の壁に厚みを残す部分ができ、真空の圧力によって破壊しない強度を持った構造とすることができる。
【０２１５】
カスプ磁場形成用磁石が配置される部分のビームライン真空容器壁面のみを掘り込むことで、ビームライン真空容器の壁面を薄くし、かつ残りの部分の強度でビームライン真空容器が真空の圧力に耐え得る構造となる。
【０２１６】
また、図１５、図１８のような構造の場合、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器の掘り込みに直接固定することにより、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器の壁面の一部とみなすことができるため、ビームライン真空容器の強度を得ることができる。
【０２１７】
一方、図１６、図１７のような構造の場合、カスプ磁場形成用磁石は支持体に固定しているため、ビームライン真空容器の取外し時および取付け時には、カスプ磁場形成用磁石の影響を受けることなく個別に取り扱うことができる。
【０２１８】
また、図１６および図１７のような構造の場合、支持体は絶縁材として機能させることができるため、ビームライン真空容器と質量分析磁石磁極体面および質量分析磁石磁極体面を延長するように取付けた支持体とを異なる電位とすることができる。
【０２１９】
図１８のような構造の場合、カスプ磁場形成用磁石をビームライン真空容器の内面側に直接配置するため、カスプ磁場強度をより大きくすることができる。
【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。
【図１５】本発明の第１の形態として、質量分析磁石及びその近傍におけるカスプ磁場形成用磁石の配置を示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の形態として、質量分析磁石及びその近傍におけるカスプ磁場形成用磁石の配置を示す断面図である。
【図１７】本発明の第３の形態として、質量分析磁石及びその近傍におけるカスプ磁場形成用磁石の配置を示す断面図である。
【図１８】本発明の第４の形態として、質量分析磁石及びその近傍におけるカスプ磁場形成用磁石の配置を示す断面図である。
【図１９】図１５の形態の変更例を３つの例について示した断面図である。
【図２０】図１６の形態の変更例を示した断面図である。
【図２１】図１７の形態の変更例を示した断面図である。
【図２２】図１８と図１９の変更例を組み合わせた他の変更例を３つの例について示した断面図である。
【図２３】本発明によるカスプ磁場形成用磁石の固定保持構造の他の例を２つの例について説明するための断面図である。
【図２４】本発明によるビームライン真空容器の構造を図１５の形態に適用した場合の３つの例について説明するための、図１５のＡ−Ａ線による断面図である。
【図２５】図１６のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図２６】図１８のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図２７】ビームライン真空容器に組み合わされるカスプ磁場形成用磁石の固定保持構造の更に他の例を説明するための斜視図である。
【図２８】本発明によりビームライン真空容器に組み合わされるカスプ磁場形成用磁石の配置の更に他の例を説明するための断面図である。
【図２９】本発明によるビームライン真空容器の構造の他の例及びこれに組み合わされるカスプ磁場形成用磁石の配置例を説明するための正面図である。
【図３０】本発明によるビームライン真空容器の構造の更に他の例及びこれに組み合わされるカスプ磁場形成用磁石の配置例を説明するための正面図及びそのＤ−Ｄ線による断面図である。
【図３１】本発明により質量分析磁石の構成要素の一部を着脱自在とする構造を概略的に示した正面図である。
【符号の説明】
５    ウエハー処理室
７、２０４    基板
８    絶縁部材
９    絶縁体
１１    イオンソース
１２、２０１    引出電極
１３    質量分析磁石
１４、２０３    質量分析スリット
１５    イオンビーム
１０４    ビームライン真空容器
１０１    質量分析磁石の磁極体面
１０２    絶縁材
１０３    カスプ磁場形成用磁石
１０５    第２の支持体
１０６    第１の支持体
１０７    カバー
１０９、１２０    補強体
１１０    磁石固定体
１１１    補間体
１１５    中間体
１３０    支持体
１３５    スペーサ
【図１】
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【図２】
0003840108.tif 000003
【図３】
0003840108.tif 000004
【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】
0003840108.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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