CN100552865C - 离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

一种离子注入装置，其包括：离子源，其产生具有所希望的离子种类且比衬底(82)的短边宽度宽的片状离子束(20)；质量分离磁铁(36)，其使离子束(20)向与其片状面(20s)正交的方向弯曲，筛选导出所希望的离子种类；分离缝隙(72)，其和质量分离磁铁(36)协动，筛选所希望的离子种类并使其通过；衬底驱动装置(86)，其在通过分离缝隙(72)的离子束(20)的照射区域内在实质上与离子束(20)的片状面(20s)正交的方向反复驱动衬底(82)。

Description

离子注入装置
技术领域
本发明涉及例如在半导体衬底、平板显示器用衬底等衬底(换句话说为加工体或被处理体，下面相同)上照射离子束，进行离子注入的离子注入装置，更具体地说涉及可很好地对应衬底的大型化(换句话说为大面积化，下面相同)的离子注入装置。另外，被称为离子掺杂的装置也包含于这里所说的离子注入装置。
背景技术
在特表2000-505234号公报(第14页第14行-第15页第15行，图1)中记载有可向衬底上照射宽度宽且平行化的离子束的离子注入装置之一例。该离子注入装置具有如下结构，从小型的离子源引出向一个方向发散的扇形离子束，并使该离子束通过兼作束平行化磁铁的质量分离磁铁在平行于扇面的面内弯曲，从而筛选(质量分离)所希望的离子种类，同时使其平行化，形成宽度宽且平行化的离子束，使该离子束照射衬底。
在所述离子注入装置中，质量分离磁铁的质量分辨能力在离子束偏转区域的外周部高，内周部低。这是由于为使离子束弯曲并平行化，越靠外周部偏转角越大，质量分辨能力越高。但是，由于质量分辨能力越高，离子种类的筛选越严格，故得到的离子种类的量越少，从该质量分离磁铁导出的离子束的束电流密度形成通过外周部的位置低，通过内周部的位置高这样的不均匀分布。即，离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性恶化。
在所述特表2000-505234号公报(第14页第14行-第15页第15行，图1)中记载的离子注入装置中，虽可考虑通过使用设于质量分离磁铁上游侧的多极离子透镜利用离子的局部偏转修正所述理由造成的束电流密度分布的不均匀性(例如使离子束向电流密度低的区域侧弯曲，提高该区域的电流密度)，但所述理由造成的束电流密度分布的不均匀性很大，利用多极离子透镜将其修正是有限制的。
另外，当要由多极离子透镜将离子束大幅地偏转，修正所述束电流密度分布的不均匀性时，该偏转产生离子束的宽度方向的平行性恶化这样的另一问题。
所述这样的问题在对应衬底的大型化(例如短边宽度为600mm程度以上的衬底)而使从质量分离磁铁导出的离子束宽度更大时将更严重。
另外，在利用从离子源引出的离子束的发散增宽离子束宽度的所述现有技术中，由于离子束的宽度越宽其束电流密度越低，故在对应衬底的大型化时，每一张衬底的处理速度就会降低。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于，提供一种离子注入装置，其可抑制离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性降低、平行度恶化及衬底处理速度降低，同时，对应衬底的大型化。
本发明的离子注入装置，将由离子源产生的比衬底的短边宽度宽的片状离子束以保持该宽度关系的状态向衬底输送，照射到衬底上，其特征在于，包括：离子源，其含有希望注入衬底的离子种类并产生具有所述宽度关系的片状离子束，用于生成作为该片状离子束之源的等离子，具有在该片状离子束宽度方向排列的多个丝极；一个以上的丝极电源，其可相互独立控制流入该离子源的各丝极的丝极电流；质量分离磁铁，其接收由所述离子源产生的片状离子束，具有比该离子束的宽度大的间隔的磁极，将该离子束向与其片状面正交的方向弯曲，筛选并导出所述希望的离子种类；分离缝隙，其接收从该质量分离磁铁导出的片状离子束，和该质量分离磁铁协动，筛选所述希望的离子种类，使其通过；衬底驱动装置，其具有保持衬底的支承架，在通过所述分离缝隙的片状离子束的照射区域内沿与该离子束的片状面交叉的方向往复驱动支承架上的衬底；静电透镜或磁透镜，在所述离子源与所述质量分离磁铁之间或者在所述质量分离磁铁与所述分离缝隙之间，使所述片状离子束的宽度方向的束电流密度分布均匀化。
根据该离子注入装置，可将由离子源产生的比衬底的短边宽度宽的片状离子束以保持该宽度关系的状态输送，且通过质量分离磁铁及分离缝隙筛选所希望的离子种类(即进行质量分离)，向支承架上的衬底照射，进行离子注入。而且，可通过具有所述宽度的关系的片状离子束和由衬底驱动装置进行的衬底的所述往复驱动的协动，向衬底的整个面上进行离子注入。
也可以在所述离子源和所述分离缝隙之间设置将所述片状离子束宽度方向的电流密度分布均匀化的静电透镜或磁透镜。
也可以在所述质量分离磁铁主磁极的外周侧及内周侧设置使主磁极间的磁场平行化的第一副磁极及第二副磁极。也可以预先使两副磁极中至少一个的间隔可变。
也可以在所述质量分离磁铁的磁极(在有副磁极时为主磁极)的入口及出口的至少一侧设置可动磁极。
也可以在所述分离缝隙的下游侧设置使所述片状离子束整体向与其片状面正交的方向反复扫描的扫描电极。
也可以在所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧设置接收所述片状电子束、测定其宽度方向的束电流密度分布的束轮廓监视器。
也可以设置控制装置，其根据所述束轮廓监视器测定的测定信息控制所述丝极电源、所述静电透镜用的静电透镜直流电源、所述磁透镜用的磁透镜直流电源、所述副磁极用的副磁极驱动装置或所述可动磁极用的可动磁极驱动装置，进行将入射到衬底上的片状离子束的宽度方向的束电流密度分布均匀化的控制。
根据本发明的第一方面，由于将由离子源产生的比衬底的短边宽度宽的片状离子束以保持该宽度的关系的状态向衬底输送，而且，由于在质量分离磁铁中，使离子束不仅向其宽度方向，还向与片状面正交的方向弯曲，进行质量分离，故可将由离子源产生的片状离子束在不使其宽度方向的束电流密度的均匀性及平行性恶化的前提下进行质量分离，并使其入射到衬底上。即，不会如所述现有的技术那样产生弯曲离子束的位置差异造成的质量分辨能力的差或与此相伴的束电流密度的均匀性及伴其修正造成的离子束的平行性恶化。而且，相对于衬底的大型化可容易地如下对应，从离子源产生并输送对应衬底短边宽度的宽度的片状离子束。因此，可抑制离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性降低及平行性恶化，同时对应衬底的大型化。
另外，由于离子源具有所述的多个丝极，且可相互独立控制例如流入该各丝极的丝极电流，故容易产生宽度方向的束电流密度分布的均匀性良好的片状离子束。
而且，由于从离子源产生具有所述宽度关系的片状离子束，并将其在保持该宽度关系的状态下输送到衬底，故不会如所述现有技术所述产生利用离子束的发散使宽度加宽而造成的束电流密度降低。即，对衬底的大型化可容易地通过产生并输送宽度与衬底短边宽度对应的片状离子束来应对，由此，可防止束电流密度降低，因此，可不降低每一张衬底的处理速度而应对衬底的大型化。
根据基于本发明第一方面的第二方面，得到如下更高的效果，可通过所述静电透镜调整片状离子束宽度方向的束电流密度分布，进一步提高其均匀性。
根据基于本发明第二方面的第三方面，得到如下更高的效果，所述静电透镜如上所述可控制束发射密度，由此，可将离子束宽度方向的束电流密度分布的微观(细微的)不均匀性平坦化，故可进一步提高片状离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第一方面的第四方面，得到如下更高的效果，利用所述磁透镜可调整片状离子束宽度方向的束电流密度分布，可进一步提高其均匀性。
根据基于本发明第四方面的第五方面，得到如下更高的效果，所述静电透镜可如上所述控制束发射密度，由此，可将离子束宽度方向的束电流密度分布的微观(细微的)不均匀性平坦化，故可进一步提高片状离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第一方面的第六方面，得到如下更高的效果，由于可通过第一副磁极间的磁场及第二副磁极间的磁场将主磁极间的磁场平行化，故在主磁极间将片状离子束弯曲时，可抑制在沿离子束的片状面的方向产生洛伦兹力，抑制在离子束的宽度方向产生集束或发散。其结果可进一步提高片状离子束的宽度方向的平行性，从而进一步提高该离子束的宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第六方面的第七方面，得到如下更高的效果，可进行进一步使主磁极间的磁场平行化的调整。
根据基于本发明第七方面的第八方面，得到如下更高的效果，通过使用副磁极驱动装置容易进行进一步使主磁极间的磁场平行化的调整。
根据基于本发明第一方面的第九及基于第六方面的第十方面，得到如下更高的效果，由于可通过调整所述角度利用边缘聚焦效果使通过可动电极附近的离子束集束或发散，故可补偿作用于片状离子束宽度方向的库仑斥力等造成的离子束的发散，进一步提高离子束的平行性，从而进一步提高该离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第九方面的第十一方面，得到如下更高的效果，通过使用可动磁极驱动装置可容易地调整可动电极的所述角度。
根据基于本发明第一方面的第十二方面，得到如下更高的效果，可增大通过分离缝隙厚度(这也是衬底反复驱动方向的宽度)变得非常小的离子束的厚度。在离子束的厚度非常小时，虽然可能由衬底的反复驱动速度或离子束电流值的摆动造成注入量的不均匀性，但可以通过增大离子束的厚度缓和该不均匀性。
根据基于本发明第一方面的第十三方面，得到如下更高的效果，由于可使用基于束轮廓监视器的测定信息，故可容易地进行提高片状离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性或平行性的调整。
根据基于本发明第一方面的第十四方面，得到如下更高的效果，通过利用束轮廓监视器及控制装置反馈控制离子源的丝极电流，可通过自动控制提高入射到衬底上的片状离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第二方面的第十五方面，得到如下更高的效果，通过利用束轮廓监视器及控制装置反馈控制静电透镜，可利用自动控制提高入射到衬底上的片状离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第十四方面的第十六方面，得到如下更高的效果，通过利用束轮廓监视器及控制装置反馈控制磁透镜，可通过自动控制提高入射到衬底上的片状离子束宽度方向的束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第八方面的第十七方面，得到如下更高的效果，通过利用束轮廓监视器及控制装置反馈控制质量分离磁铁的副磁极的间隔，可通过自动控制提高入射到衬底上的片状离子束宽度方向的平行性及束电流密度分布的均匀性。
根据基于本发明第十一方面的第十八方面，得到如下更高的效果，通过利用束轮廓监视器及控制装置反馈控制质量分离磁铁的可动磁极的角度，可通过自动控制提高入射到衬底上的片状离子束宽度方向的平行性及束电流密度分布的均匀性。
附图说明
图1是表示本发明的离子注入装置一实施例的一部分的横剖面图，在线A1-A1的部分与图2相接；
图2是表示本发明的离子注入装置一实施例的剩余部分的横剖面图，在线A1-A1的部分与图1相接；
图3是表示图1及图2所示的离子注入装置的一部分的纵剖面图，在线A2-A2的部分与图4相接；
图4是表示图1及图2所示的离子注入装置的剩余部分的纵剖面图，在线A2-A2的部分与图3相接；
图5是将离子束简化并局部表示的立体图；
图6是表示离子束和衬底的关系之一例的正面图；
图7是表示静电透镜及其电源之一例的图；
图8是将其磁极部分放大而显示质量分离磁铁的另一例的平面图，相当于图1及图2中的磁极部分；
图9是放大显示质量分离磁铁的再一例的纵剖面图，大致相当于图8的K-K剖面；
图10是表示静电透镜及其电源的另一例的图；
图11是表示磁透镜及其电源之一例的图；
图12是表示图11中各励磁线圈和各电源的连接的更具体例的图；
图13是表示磁透镜及其电源的另一例的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的离子注入装置的一部分的横剖面图，在线A1-A1的部分与图2相接。图2是表示本发明的离子注入装置的剩余部分的横剖面图，在线A1-A1的部分与图1相接。图3是表示图1及图2所示的离子注入装置的一部分的纵剖面图，在线A2-A2的部分与图4相接。图4是表示图1及图2所示的离子注入装置的剩余部分的纵剖面图，在线A2-A2的部分与图3相接。
该离子注入装置原则上是将例如图6所示的矩形衬底82作为被处理体。将该衬底82的短边82a的宽度称为短边宽度WS。但是，在衬底82为正方形或圆形时，只要将其一边的长度或直径和所述短边宽度WS同样处理即可。由此，正方形或圆形的衬底82也可以作为被处理体进行处理。衬底82例如为半导体衬底、平板显示器用衬底(例如玻璃衬底)等。
该离子注入装置具有如下结构，使由离子源2产生的比衬底82的短边宽度WS宽的宽度WB(参照图5、图6)的片状离子束20以保持该宽度关系(即WB＞WS的关系)的状态通过静电透镜24、质量分离磁铁36、分离缝隙72等，输送到保持于处理室容器80内的支承架84上的衬底82上，照射衬底82，向该衬底82进行离子注入。
从离子源2到处理室容器80的离子束20的经路(束线)利用真空容器34包围。该真空容器34的至少质量分离磁铁36内及其前后的部分由非磁性材料构成。离子源2、真空容器34及处理室容器80的内部在该离子注入装置运行时通过未图示的真空排气装置排气成真空。真空容器34及处理室容器80被电接地。
离子源2产生包含所希望注入衬底82的离子种类并具有所述宽度关系的片状离子束20。“所希望的”也可以称为规定的或特定的(以下相同)。所希望的离子种类可通过离子质量和价数来决定。
图5简化表示片状的离子束20的一例，如图所示，片状离子束20的垂直于其前进方向的剖面形状形成沿Y方向(例如垂直方向，下面相同)细长的大致长方形。所谓的大概是由于实际的离子束20的剖面形状并不是图示的完全的长方形状，而是外周边界部稍显模糊，不能如线所描绘的那样明确限定。
在本说明书中，沿该长方形剖面的长轴20a的方向的尺寸称为宽度WB，沿短轴20b的方向的尺寸称为厚度TB，片状离子束的主面(包括宽度WB的面)称为片状面20s，离子束20前进方向的中心轴称为中心轴20c。因此，离子束20的宽度WB方向和长轴20a的方向同义，厚度TB方向和短轴20b的方向同义。另外，在本实施例中，离子束20的宽度WB的方向和Y方向同义。
片状离子束20是厚度TB与其宽度WB相比足够小(例如1/10～1/100程度)的离子束，换句话说也可以称为带状离子束。
离子源2在本例中称为桶型离子源，具有在离子束20的宽度WB方向长且一面开放的长方形箱状的等离于生成容器4。向该等离子生成容器4内导入含有作为所述所希望的离子种类的原料的物质的原料气体。
在等离子生成容器4内沿离子束20的宽度WB方向等间隔排列有多个热阴极用丝极6。丝极6的数量不限于图3所示的三个，可以对应离子束20的宽度WB而决定。例如，在该宽度WB为800mm程度时，丝极6的数量可以为6个左右。
设置可相互独立控制流入所述各丝极6的丝极电流的丝极电源。作为其一例，在该例中如图3所示，设置每个丝极6独立的丝极电源8。即，以丝极6的数量设定电压可变的丝极电源8。但是，不这样设置而将多个电源汇总为一个等，使用一个丝极电源，且可以相互独立控制流入各丝极6的丝极电流也可以。
如上所述，由于离子源2具有所述这样的多个丝极6，而且，可相互独立控制流入该各离子束6的丝极电流，故离子束20的宽度WB方向的等离子10的密度分布的均匀性良好，容易产生宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性良好的片状离子束20。
即，可在所述各丝极6和等离子生成容器4之间产生电弧放电，将原料气体电离，在等离子生成容器4内均匀性良好地生成离子束20的宽度WB方向长地分布的等离子10。
在等离子生成容器4的开口部附近设置通过电场的作用从所述等离子10引出所述片状离子束20且将其加速到所希望的能量的引出电极系12。引出电极系12在该例中具有三个电极14～16。但不限于三个。各电极14～16也可以作为离子引出孔具有离子束20的宽度WB以上长度的缝隙，也可以具有沿离子束20的宽度WB以上排列设置的多个(多数)小孔。图3表示具有缝隙的情况，但后者更好。这是由于后者可使离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性更好。
通过所述的结构，从离子源2、更具体地说是从在该离子生成容器4内生成的等离子10引出宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性良好的片状离子束20，其含有希望注入衬底82的离子种类，具有所述宽度的关系。
在离子源2的下游侧(换句话说为离子束20的前进方向侧，下面相同)设置质量分离磁铁36，其接收由离子源2产生的片状离子束20，具有比该离子束20的宽度WB大的间隔L1(即L1＞WB)的磁极(具体地说是主磁极38)，将该离子束20沿与其片状面20s正交的方向弯曲，引出所述所希望的离子种类(即进行质量分离)，导出片状离子束20。如上所述，由于L1＞WB，故可使离子束20在大致保持其平行性的状态下原样通过质量分离磁铁36。下面详细叙述该质量分离磁铁36。
在质量分离磁铁36中，对构成离子束20的离子对应其质量给予其固有的轨道半径，在该质量分离磁铁36的下游侧，在所希望的离子种类沿离子束20的厚度TB方向聚束的位置附近设置分离缝隙72，其接收从质量分离磁铁36导出的片状离子束20，与质量分离磁铁36协动筛选所希望的离子种类并使其通过。如图4所示，该分离缝隙72的离子束20的宽度WB方向的长度比该宽度WB长。
在该例中如图2所示，分离缝隙72可以中心70为中心如箭头C所示活动，由此，可机械地改变该分离缝隙72的开口部(缝隙宽度)。由此，可使质量分离的分辨能力变化。例如，缝隙宽度越窄分辨能力越高，但得到的束电流密度越低。在对应氢的键数分子量具有宽度范围的磷化氢离子(PHx+)中，质量分辨能力(M/ΔM，M为质量，ΔM为其差)为5左右是恰当的，但对向离子源2供给的原料气体使用了BF3的硼离子(B+)最好为8左右。
在分离缝隙72下游的处理室容器80内设有衬底驱动装置86。该衬底驱动装置86具有保持衬底82的支承架84，在通过分离缝隙72的片状离子束20的照射区域内将支承架84上的衬底82以一定的速度在与该离子束20的片状面20s交叉的方向往复驱动，如箭头D所示(参照图6)。该支承架84上的衬底82的往复运动方向在该例中为实质上与离子束20的片状面20s正交的方向(即以90度或约90度交叉的方向，下面相同)。更具体地说，参照图2，是离子束20的中心轴20c和衬底82表面实质上正交的方向。但是，也可以使其在以稍小于90度的角度(例如80度左右)或稍大于90度的角度(例如100度左右)交叉的方向往复运动。
在该例中，如箭头D所示，衬底驱动装置86本身沿未图示的轨道往复运动。由此，可在衬底82的整个面上照射所希望离子种类的离子束20，进行离子注入。可将该离子注入用于在平板显示器用衬底82的表面形成多个薄膜晶体管(TFT)的工序中。
在处理室容器80内，例如也可以在束前进方向前后设置两台所述衬底驱动装置86，交替使用两台衬底驱动装置86交替对分别保持于其支承架84上的衬底82进行离子注入。由此，使生产能力提高。
根据该离子注入装置，由于将由离子源2产生的比衬底82的短边宽度WS宽的宽度WB的片状离子束20以保持该宽度关系(即WB＞WS)的状态向衬底82输送，而且，用质量分离磁铁36使离子束20不向其宽度WB方向而向与片状面20s正交的方向弯曲，进行质量分离，故可将由离子源2产生的片状离子束20在不使其宽度WB方向的束电流密度的均匀性及平行性恶化的状态下，进行质量分离，入射到衬底82上。即，不会如所述现有技术那样产生因使离子束弯曲的位置不同造成的质量分辨能力差或与此相伴的束电流密度分布的均匀性恶化及伴随将其修正造成的离子束的平行性恶化。而且，对衬底82的大型化，可容易地通过从离子源2产生并输送对应衬底82短边宽度WS的宽度WB的片状离子束20来应对。因此，可抑制离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性降低及平行性恶化，同时应对衬底82的大型化。例如，可应对短边宽度WS为800mm、1000mm或更大的衬底82。
另外，由于离子源2具有如上所述的多个丝极6，而且，可相互独立控制流入该各丝极6的丝极电流，故可改善离子束20的宽度WB方向的等离子10的密度分布的均匀性，容易地产生宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性良好的片状离子束20。
而且，由于从离子源2产生具有所述宽度的关系的片状离子束20，并在保持该宽度关系的状态下将离子束20输送到衬底82上，故不会产生所述现有技术中利用离子束的发散增大宽度造成的束电流密度降低、即，针对衬底82的大型化，可容易地通过产生并输送对应衬底82短边宽度WS的宽度WB的片状离子束20来应对，由此，可防止束电流密度降低，因此，可不降低每一片衬底的处理速度地应对衬底82的大型化。
下面进一步说明本实施例的离子注入装置，最好在离子源2和后述的静电透镜24(或磁透镜100)之间如本实施例那样预先设置具有矩形开口的闸阀22。这样，由于可在闸阀22的下游侧的真空容器34或处理室容器80等内部保持真空的状态下进行离子源2的丝极的维护，故可大幅地缩短该维护后的该离子注入装置的再调试时间。
最好在质量分离磁铁36的上游侧，即离子源2(设置闸阀22时闸阀)和质量分离磁铁36之间设置使离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布均匀化的静龟透镜24。
参照图7，该静电透镜24具有多个(例如10对)电极对，该电极对为夹着片状离子束20的片状面20s相对向的电极26的对(电极对)，其沿片状面20s且在相对于束前进方向的直角方向(换句话说为宽度WB方向或Y方向，下面相同)多级并列设置。各电极26的前端附近形成半圆筒状或半圆柱状。如图7所示，相对向构成对的两个电极26之间并联电连接。另外，图7中有可能看到用于该并联连接的线横切离子束20，但这是由于简化了图示，实际上所述线不会横切离子束20。
在所述各级的电极对和基准电位部(例如接地电位部)之间，作为分别施加相互独立的直流电压的静电透镜直流电源之一例，在该例中如图7所示，没有按各级电极对独立的电压可变的静电透镜直流电源32。即，设置电极对的数量的静电透镜直流电源32。但也可以不这样设置，而将多个电源合并为一个，可使用一个静电透镜直流电源相互独立控制施加在各电极对上的直流电压。
施加在各级电极对上的直流电压比之正电压最好为负电压。当施加负电压时，可防止和离子束20一起存在于其周边的等离子中的电子被引入电极26内。当引入所述电子时，虽然空间电荷效应造成的离子束20的发散增大，但这一点可以防止。
通过调整施加在各级电极对上的直流电压，可在离子束20的宽度WB方向产生电场E(图7中的电场E表示其一例)，且可对应该电场E的强度使构成离子束20的离子沿宽度WB方向弯曲。
因此，通过所述静电透镜24，可将位于片状离子束20的任意区域的离子沿宽度WB方向弯曲，可调整离子束20的宽度WB方向的束电流密度，进一步提高其均匀性。
另外，所述多级并列的电极对不一定需要等间隔配置在离子束20的宽度方向，为抑制很强地作用在片状离子束20的宽度WB方向的两端部附近的离子相互之间强的库仑斥力造成的束发散等，也可以将所述电极对配置为在离子束20的宽度WB方向的两端部附近较密。
如图1及图3所示，也可以在构成静电透镜24的电极26的上游侧和下游侧设置屏蔽板28、30。两屏蔽板28、30与真空容器34连接并电接地。当设置该屏蔽板28、30时，可防止电场从电极26漏出到静电透镜24的上游侧及下游侧。其结果是在静电透镜24的上游侧附近及下游侧附近，可防止在离子束20上作用不希望的电场。
如图10所示的例子那样，也可以设置静电透镜振动电源96代替所述静电透镜直流电源32，该静电透镜振动电源96向静电透镜24的奇、偶电极对间施加振动电压，使静电透镜24的电场强度周期振动，控制片状离子束20的WB方向的束发射密度。例如，静电透镜振动电源96是交流电源，振动电压是交流电压，但不限于一个周期的平均值为零这样的交流。
当设置所述静电透镜振动电源96时，在静电透镜24可如上所述控制束发射密度，由此，可将离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的微观(细微的)的不均匀性平坦化，因此，可进一步提高片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
也可以和所述静电透镜直流电源32一起设置所述静电透镜振动电源96。即，也可以并用两电源32及96。此时，如图10中虚线所示，在连接奇序号的电极对相互之间的电路中串联插入电容器98，只要能防止奇序号的电极对相互之间并联连接即可。在偶序号的电极对相互之间也可以同样进行。这样，可在各电极对上重叠施加来自静电透镜直流电源32的直流电压和来自静电透镜振动电源96的振动电压。
如上所述，当将两电源32及96并用时，由于可将下述两方面并用，即利用静电透镜振动电源96将离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的微观不均匀性平坦化，和利用静电透镜直流电源32将更大的不均匀性平坦化，故可更进一步提高离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
另外，进行所述的离子源2的丝极电流控制实现的束电流密度分布的均匀化与利用所述静电透镜24实现的均匀化相比，是宏观的均匀化(即更大的变动的均匀化)，可通过将两方面一并使用，利用宏观的均匀化及微观的均匀化的复合效果，使束电流密度分布均匀性极好。
也可以设置例如图11所示的磁透镜代替所述静电透镜24。该磁透镜100具有沿片状面20s且相对于束的前进方向在直角方向多级并设的多个(例如10对)磁极对及分别使各磁极对励磁的多个励磁线圈104，其中，多个磁极对为夹着片状离子束20的片状面20s相对向的磁极102的对(磁极对)。
各磁极102的背后通过磁扼106磁性连接。各磁极102前端的离子束20的经路被由非磁性材料构成的真空容器108包围。
设置分别向各磁极对用的励磁线圈104流入直流电流的多个磁透镜直流电源110。即，按磁极对的数量设置磁透镜直流电源110。该各电源110至少其输出电流的大小可变。另外，各电源110最好为两极性电源，可将输出电流的方向反转。
图11简化表示配线，但如图12所示，分别缠绕在成对的两个磁极102上的励磁线圈104相互串联连接，与磁透镜直流电源110连接，以相互向同一方向产生磁场B。在与后述的磁透镜振动电源112连接时也同样。
可调整流入各级磁极对的励磁线圈104的直流电流，调整由各级磁极对产生的磁场B，调整作用在离子束20的宽度WB方向的洛伦兹力F(图11中的磁场B及洛伦兹力F表示其一例)，将离子束20中的离子向宽度WB方向弯曲。
因此，通过所述磁透镜100，可将位于片状离子束20任意区域的离子向宽度WB方向弯曲，调整离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布，从而进一步提高其均匀性。
所述多级排列的磁极对未必需要等间隔地配置在离子束20的宽度WB方向，这和静电透镜24的电极对的情况相同。
如图13所示的例子那样，也可以设置多个磁透镜振动电源112代替所述磁透镜直流电源110，该磁透镜振动电源112分别向磁透镜100的各励磁线圈104流入振动电流，使磁透镜100的磁场强度周期振动，控制片状离子束20的WB方向的束发射密度。例如，各磁透镜振动电源112为交流电源，振动电流为交流电流，但不限于一个周期的平均值为零这样的交流。
在设置所述这样的磁透镜振动电源112时，如上所述，在磁透镜100可控制束发射密度，由此，可将离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的微观(细微的)的不均匀性平坦化，因此，可进一步提高片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
也可以和所述透磁场镜直流电源110一起设置所述磁透镜振动电源112。此时，只要将各磁透镜直流电源110和各磁透镜振动电源112相互串联连接，在来自前者的直流电压上重叠来自后者的振动电压即可。
如上所述，当并用两电源110及112时，由于可将下述两方面并用，即利用磁透镜振动电源112将离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的微观不均匀性平坦化，和利用磁透镜直流电源110将更大的不均匀性平坦化，故可更进一步提高离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
所述这样的电场透镜24或磁透镜100只要设置在离子源2和分离缝隙72之间即可。即，也可以将其设置在质量分离磁铁36的下游侧代替设置在质量分离磁铁36的上游侧。更具体地说，也可以设置在质量分离磁铁36和分离缝隙72之间。尤其是，即使通过静电透镜24或磁透镜100向离子束20施加电场或磁场，向离子束20提供偏转力，要使离子束偏转规定的距离，也需要某种程度的距离，为使该距离在离子束20入射到衬底82之前增大，最好将静电透镜24或磁透镜100设置在质量分离磁铁36的上游侧。
如上所述，由于质量分离磁铁36的磁极的间隔L1比离子束20的宽度WB大，故为了不将磁极的宽度(离子束20的厚度TB方向的宽度，下面相同)巨大化地使该磁极间的磁场平行性(离子束20的厚度TB方向的平行性，下面相同)良好，最好如本实施例，在质量分离磁铁36设置主磁极38、第一副磁极40及第二副磁极42。
即，参照图8及图9，该实施例的质量分离磁铁36包括：一对主磁极38，其以比所述片状离子束20的宽度WB大的间隔L1对向设置，使离子束20通过其中间；一对第一副磁极40，其设于主磁极38的外周侧，以比主磁极38的间隔小的间隔L2(即L2＜L1)对向设置，使主磁极38间的磁场平行化；一对第二副磁极42，其设于主磁极38的内周侧，使主磁极38之间的磁场平行化。图9中，主磁极38为可动磁极56的阴极。
成对的上下各磁极38、40、42间通过磁扼44一并磁连接。另外，主磁极38、第一副磁极40及第二副磁极42通过励磁线圈46一并励磁。
图9中用磁力线48、50及52分别示意性地表示主磁极38间的磁场、第一副磁极40间的磁场及第二副磁极42间的磁场的例子。如上所述，通过使L2＜L1、L3＜L1，使夹着主磁极38间的磁场的第一副磁极40间的磁场及第二副磁极42间的磁场变得比主磁极38间的磁场强，故可利用两侧的磁力线50、52控制因主磁极38间的磁力线48膨胀使磁场的平行性降低的情况，使主磁极38间的磁力线48平行化。
如上所述，由于可将主磁极38间的磁场平行化，故在主磁极38间弯曲片状离子束20时，可抑制在沿离子束20的片状面20s的方向产生洛伦兹力，抑制在离子束20的宽度WB方向产生聚束或发散。其结果可进一步提高片状离子束20的宽度WB方向的平行性，进而进一步提高该离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。可不使主磁极38的宽度巨大化地将其实现。其结果可防止质量分离磁铁36的尺寸及重量巨大化。
第一副磁极40的间隔L2及第二副磁极42的间隔L3也可以固定为预先利用电脑模拟等最优化的大小，但如图9中箭头H所示，第一副磁极40及第二副磁极42中的至少一方最好设为上下方向可动式，使其间隔L2、L3可变。这样，可进行进一步使主磁极38间的磁场平行化的调整。更理想的是将第一副磁极40及第二副磁极42两方设为可动式，使两方的间隔L2及L3可变，这样，可进一步精密且容易地进行所述调整。此时，成对的上下副磁极40或42移动距离既可以相互相同，也可以不同。
虽可以通过手动操作使间隔可变的副磁极40、42移动，但最好如该实施例那样，设置使它们如箭头H所示分别上下移动、分别使其间隔L2、L3改变的副磁极驱动装置62。在该例中，设置了分别驱动四个副磁极40、42的四个副磁极驱动装置62。通过使用该副磁极驱动装置62，可容易地进行进一步将主磁极38间的磁场平行化的调整。另外，也可以利用后述的控制装置94进行自动控制。
在质量分离磁铁36上，参照图8及图9，也可以在主磁极38的入口部及出口部的至少一侧设置形成半圆柱状、且由与离子束20的前进方向(即所述中心轴20a)垂直的线60和可动磁极56的平的磁极端面58所成的角度α、β可变的可动磁极56。在该实施例中，在入口部及出口部两者分别设有可动磁极56。两可动磁极56如箭头G所示，可以以轴59为中心左右旋转，由此，所述角度α、β可变。如图8所示，入口部的所述角度α及出口部的所述角度β在质量分离磁铁36的内周侧进入内侧时取负(-)，相反则取正(+)。上下的可动磁极56的角度α或β既可以相互相同，也可以不同。
由于可通过调整所述可动电极56的角度α、β使通过可动磁极56附近的离子束20以边缘聚焦效应聚束或发散，故可补偿(抵销)作用在片状离子束20的宽度WB方向的库仑斥力等造成的离子束20的发散，进一步提高离子束20的平行性，进而可进一步提高该离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
边缘聚焦效应本身是公知的，例如记载于物理学词典编辑委员会编《物理学词典》、初版、株式会社培风馆、昭和59年9月30日、p.182中。
提高所述离子束20平行性及束电流密度分布均匀性的效果可通过在主磁极38入口部及出口部的至少一侧设置可动磁极56实现，但当如该实施例所述，在入口部及出口部两侧设置可动磁极56时，与在单侧设置的情况相比，可进一步提高调整的自由度，提高上述效果。
在未设置第一副磁极40及第二副磁极42时也可以设置所述可动电极56。此时，只要在相当于主磁极38的磁极上设置所述可动电极56即可。其它如上所述。
也可以通过手动操作使所述可动磁极56旋转，但最好如本实施例所示，设置如箭头G所示使可动电极56左右旋转来改变所述角度α、β的可动磁极驱动装置66。在该例中设置了分别使主磁极38入口部的上部及下部的可动磁极56和出口部的上部及下部的可动磁极56四个可动磁极56旋转的四个可动磁极驱动装置66。通过使用该可动磁极驱动装置66可容易地进行可动磁极56的所述角度α、β的调整。另外，也可以由后述的控制装置94进行自动控制。
另外，由于质量分离磁铁36的所述间隔可变的副磁极40、42及可动磁极56用的轴59的真空密封结构，具体地说是它们和磁扼44之间的真空密封结构在该例中采用了公知的结构(例如使用了真空密封用的密封件的结构)，故图9中省略其图示。
如图2及图4所示的例，也可以在分离缝隙72的下游侧设置一对扫描电极74，该一对扫描电极74夹着片状离子束20的片状面20s的整体对向配置，沿与该片状面20s正交的方向往复扫描片状离子束20整体。扫描电极74在该例中为一对平行平板电极，但不限于此，例如也可以为朝向下游侧稍加宽的电极。
从扫描电源76向所述一对扫描电极74间施加振动电压，该振动电压例如为交流电压，但不限于一个周期的平均值为零这样的交流。
通过所述扫描电极74及扫描电源76可沿与片状面20s正交的方向扫描离子束20整体。其结果是可通过分离缝隙72增大厚度TB(这也可以是衬底的往复驱动方向D的宽度)非常小的离子束20的厚度TB。在离子束20的厚度TB非常小时，衬底82的往复驱动速度或离子束20的电流值的不稳定可能造成注入量的不均匀性，但可通过增大离子束20的厚度TB缓和该不均匀性。
如图2及图4所示的例子那样，也可以在所述支承架84上的衬底82的下游侧附近设置束轮廓监视器90，其接收所述片状离子束20，测定其宽度WB方向整体的束电流密度分布。该束轮廓监视器90最好靠近支承架84上的衬底82设置。这样，可更准确地测定衬底82位置的离子束20的束电流密度分布。自该束轮廓监视器90输出表示所述束电流密度分布的测定信息DP。
如该例所示，当束轮廓监视器90设置在衬底82的下游侧时，由于该监视器90不防碍离子束20向衬底82照射，故不必使该束轮廓监视器90退避。也可以最初将束轮廓监视器90设置在衬底82的上游侧附近，并使其在离子束20向衬底82照射时退避。
在该例中，该束轮廓监视器90在片状离子束20的宽度WB方向具有在比该宽度WB宽的区域并列设置的多个(例如29个)法拉第罩92。因此，在该例中，所述测定信息DP由n6个(n6和法拉第罩92个数相同)测定信息构成。各法拉第罩92的横向宽度比例如入射到束轮廓监视器90的离子束20的厚度TB稍大。但是，也可以设置使一个法拉第罩沿离子束20的宽度WB方向移动的结构的束轮廓监视器代替这样的束轮廓监视器90。无论哪一种情况都可以测定离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布。
当预先设置了所述束轮廓监视器90时，由于可使用由监视器90测定的测定信息DP，故可容易地进行提高片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性或平行性的调整。
根据所述束轮廓监视器90测定的测定信息DP提高离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布或平行性的方法有如下两种方法，(1)操作者基于测定信息DP进行对象设备的调整的调整方法，(2)预先设置控制装置94(参照图2)，向其取入测定信息DP，使用该控制装置94自动控制对象设备的方法。所述对象设备例如为所述的丝极电源8、静电透镜直流电源32、磁透镜直流电源110、副磁极40、42、可动电极56。在设置了副磁极驱动装置62、可动磁极驱动装置66时，这些也包含于对象设备中。在进行自动控制时，不是直接控制副磁极40、42、可动磁极56，而是控制它们使用的控制装置62、66。
操作者进行的调整方法简单地说如下所述。即，预先向所述各对象设备提供初期值，从离子源2引出离子束20，由束轮廓监视器90接收该离子束，测定所述来电流密度分布，在其结果偏离目标值时，使所述对象设备内的一个的状态以规定值向规定方向改变，在该状态下再次测定束电流密度分布，如其测定结果接近目标值，则继续所述这样变化的调整，如自目标值离开，则沿和所述相反的方向以规定值改变，只要反复进行每个这样的步骤的调整，直至由束轮廓监视器90测定的束电流密度分布达到目标值或某种程度接近目标值即可。在由一个对象设备的调整不充分时，只要改变对象设备，进行和所述相同的调整即可。
在本实施例中，所述控制装置94可进行如下(a)～(e)所示的控制，但不一定必须进行全部(a)～(e)的控制，控制装置94也可以进行其中的至少一个控制。另外，也可以由多个控制装置分担(a)～(e)的控制来代替使用一个控制装置94的情况。例如，也可以设置分别进行(a)～(e)的控制的多个控制装置。
(a)控制装置94基于束轮廓监视器90测定的测定信息DP控制所述丝极电源8，在存在束电流密度比其它区域低的低电流密度区域时，使流入对应该低电流密度区域的所述丝极6的丝极电流增大，在相反的情况时反之(即减小丝极电流)，进行将入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布均匀化的控制。
进一步显示具体例，由于束轮廓监视器90的各法拉第罩92和离子源2的各丝极6的位置的对应关系予先决定，故控制装置94可决定所述低电流密度区域对应哪个丝极6。而且，在所述低电流密度区域对应例如自Y方向的上部起第m个(m为任意个，下面相同)丝极6时，如上所述，控制装置94增减流入该第m个丝极6的丝极电流，反复进行该操作，直至得到规定的束电流密度分布。
为进行所述这样的控制，控制装置94输出n1个(n1和丝极6的数量相同)控制信号S1，将该信号分别给予各丝极电源8，分别控制各丝极电源8。
如上所述，利用束轮廓监视器90及控制装置94反馈控制离子源2的丝极电流，可通过自动控制提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
(b)控制装置94基于束轮廓监视器90测定的测定信息DP控制所述静电透镜直流电源32，在存在束电流密度比其它区域低的低电流密度区域时，降低施加在对应所述低电流密度区域的所述电极对上的电压，以使电场E(参照图7)从相邻的区域朝向对应该低密度区域的所述静电透镜24中的区域，在相反的情况下则反之(即升高电压，减小所述电场E或使朝向相反)，进行将入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布均匀化的控制。
进一步显示具体例，由于束轮廓监视器90的各法拉第罩92和静电透镜24的各电极对的位置对应关系予先决定，故控制装置94可决定所述低电流密度区域对应哪个电极对。而且，在所述低电流密度区域例如对应自Y方向的上部起第m个电极对时，如上所述，控制装置94增减施加在该第m个电极对的电压，反复进行该操作，直至得到规定的束电流密度分布。
也可以使施加在所述第m个电极对两侧(即，第m-1个及m+1个)电极对的电压也和施加在第m个电极对上的电压以规定的关系增减。
为进行所述这样的控制，控制装置94输出n2个(n2和电极对数量相同)控制信号S2，将该信号分别给予各静电透镜直流电源82，分别控制各静电透镜直流电源32。
如上所述，可利用束轮廓监视器90及控制装置94反馈控制静电透镜24，通过自动控制提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
(c)控制装置94基于束轮廓监视器90测定的测定信息DP控制所述磁透镜直流电源110，在存在束电流密度比其它区域低的低电流密度区域时，调整流入对应所述低电流密度区域的区域附近的所述磁极对的励磁线圈104的电流，以增大从其相邻的区域朝向对应该低密度区域的所述磁透镜100中的区域的洛伦兹力F(参照图11)，在相反的情况下则反之(即减小洛伦兹力F或反转朝向)，将入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布均匀化。
进一步显示具体例，由于束轮廓监视器90的各法拉第罩92和磁透镜100的各磁极对的位置对应关系予先决定，故控制装置94可确定所述低电流密度区域对应哪个磁极对。而且，在所述低电流密度区域例如对应自Y方向的上部起第m个磁极对时，如上所述，控制装置94增大流入第m-1个磁极对的励磁线圈104的电流(图11所示的磁场B的方向时)，增大朝向所述低电流密度区域的洛伦兹力F。此时，也可以同时使第m+1个磁透镜直流电源110的极性反转，使第m+1个磁极对产生的磁场B的方向反转，增大从第m+1个磁极对朝向所述低电流密度区域的洛伦兹力F。低电流密度区域位于磁极对间时也和所述相同。
流入所述第m-1及m+1个磁极对两侧(即第m-2个及第m+2个)磁极对的电流也可以按和流入第m-1个及第m+1个磁极对的电流规定的关系如上所述进行控制。
为进行所述这样的控制，控制装置94输出n3个(n3和磁极对数量相同)控制信号S3，将该信号分别给予各磁极透镜直流电源110，分别控制各磁极透镜直流电源110。
如上所述，可利用束轮廓监视器90及控制装置94反馈控制磁透镜110，通过自动控制提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的束电流密度分布的均匀性。
(d)控制装置94基于束轮廓监视器90测定的测定信息DP控制所述副磁极驱动装置62，在束电流密度分布与规定的目标值相比发散时，向使从所述质量分离磁铁36导出的离子束20在平行于其片状面20s的面内聚束的方向改变所述间隔L2、L3可变的副磁极40、42的间隔L2、L3，在相反的情况下则反之(即向使离子束20发散的方向改变间隔L2、L3)，进行提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的平行性的控制。
进一步显示具体例，控制装置94在束电流密度分布的发散超过目标值时，使外周侧的第一副磁极40的间隔L2增宽，内周侧的第二副磁极42的间隔L3缩小。在聚束超过目标值时，和上述相反。
为进行所述这样的控制，控制装置94输出n4个(n4和副磁极驱动装置62的数量相同)控制信号S4，将该信号分别给予各副磁极驱动装置62，分别控制各副磁极驱动装置62。
如上所述，可利用束轮廓监视器90及控制装置94反馈控制质量分离磁铁36的副磁极40、42的间隔L2、L3，通过自动控制提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的平行性，进而提高束电流密度分布的均匀性。
(e)控制装置94基于束轮廓监视器90测定的测定信息DP控制所述可动磁极驱动装置66，在束电流密度分布与规定的目标值相比发散时，向使从所述质量分离磁铁36导出的离子束20在平行于其片状面20s的面内聚束的方向使所述可动磁极56旋转，在相反的情况下则反之(即向使离子束20发散的方向旋转)，进行提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的平行性的控制。
进一步显示具体例，控制装置94在束电流密度分布的发散超过目标值时，使所述角度α、β更朝向正方向，在聚束超过目标值时，使所述角度α、β更朝向负方向改变。
为进行所述这样的控制，控制装置94输出n5个(n5和可动磁极驱动装置66的数量相同)控制信号S5，将该信号分别给予各可动磁极驱动装置66，分别控制各可动磁极驱动装置66。
如上所述，可利用束轮廓监视器90及控制装置94反馈控制质量分离磁铁36的可动磁极56的角度α、β，通过自动控制提高入射到衬底82的片状离子束20的宽度WB方向的平行性，进而提高束电流密度分布的均匀性。

Claims (18)

1、一种离子注入装置，将由离子源产生的比衬底的短边宽度宽的片状离子束以保持该宽度关系的状态向衬底输送，照射到衬底上，其特征在于，包括：离子源，其产生具有所希望注入衬底的离子种类并具有所述宽度关系的片状离子束，所述离子源用于生成形成该片状离子束之源的等离子并且具有在该片状离子束宽度方向排列的多个丝极；一个以上的丝极电源，其可相互独立控制流入该离子源的各丝极的丝极电流；质量分离磁铁，其接收由所述离子源产生的片状离子束，具有比该离子束的宽度大的间隔的磁极，将该离子束向与其片状面正交的方向弯曲，筛选导出所述所希望的离子种类；分离缝隙，其接收从该质量分离磁铁导出的片状离子束，和该质量分离磁铁协动，筛选所述所希望的离子种类并使其通过；衬底驱动装置，其具有保持衬底的支承架，在通过所述分离缝隙的片状离子束的照射区域内沿与该离子束的片状面交叉的方向往复驱动支承架上的衬底；静电透镜或磁透镜，在所述离子源与所述质量分离磁铁之间或者在所述质量分离磁铁与所述分离缝隙之间使所述片状离子束的宽度方向的束电流密度分布均匀化。
2、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述静电透镜还包括至少一个静电透镜直流电源，其向该电场透镜的各电极对和基准电位部之间分别施加相互独立的直流电压，
所述静电透镜具有多个电极对，该电极对夹着所述片状离子束的片状面对向配置，沿该片状面且相对于束的前进方向沿直角方向并排设置，将位于片状离子束的任意区域的离子沿该离子束的片状面且向与束的前进方向正交的方向弯曲。
3、如权利要求2所述的离子注入装置，其特征在于，还包括：静电透镜振动电源，其代替所述静电透镜直流电源，或和所述静电透镜直流电源一起向所述静电透镜的奇序号和偶序号电极对间施加振动电压，使所述静电透镜的电场强度周期振动，控制沿所述片状离子束的片状面且垂直于束前进方向的方向的束发射密度。
4、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述磁透镜还包括多个磁透镜直流电源，其向该磁透镜的各励磁线圈分别流入直流电流，
所述磁透镜具有多个磁极对及多个励磁线圈，该多个磁极对夹着所述片状离子束的片状面对向配置，沿该片状面且相对于束的前进方向沿直角方向并排设置，所述励磁线圈分别使各磁极对励磁，所述磁透镜将位于片状离子束的任意区域的离子沿该离子束的片状面且向相对于束的前进方向正交的方向弯曲。
5、如权利要求4所述的离子注入装置，其特征在于，还具有多个磁透镜振动电源，其代替所述磁透镜直流电源，或和所述磁透镜直流电源一起向所述磁透镜的各励磁线圈分别流入振动电流，使所述磁透镜的磁场强度周期振动，控制沿所述片状离子束的片状面且垂直于束前进方向的方向的束发射密度。
6、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述质量分离磁铁包括：一对主磁极，其以比所述片状离子束的宽度大的间隔对向设置，使所述片状的离子束通过其间；一对第一副磁极，其设于该主磁极的外周侧，以比主磁极小的间隔对向设置，将主磁极间的磁场平行化；一对第二副磁极，其设于所述主磁极的内周侧，以比主磁极小的间隔对向设置，将主磁极间的磁场平行化；励磁线圈，其使所述主磁极、第一副磁极及第二副磁极励磁。
7、如权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，所述第一副磁极及第二副磁极中至少一者的间隔可变。
8、如权利要求7所述的离子注入装置，其特征在于，具有使所述间隔可变的副磁极移动从而改变其间隔的副磁极驱动装置。
9、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述质量分离磁铁在所述磁极的入口及出口的至少一者具有形成半圆柱状且由与片状离子束的厚度方向和磁极端面构成的角度可变的可动磁极。
10、如权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，所述质量分离磁铁在所述磁极的入口及出口的至少一者具有形成半圆柱状且由与片状离子束的厚度方向和磁极端面构成的角度可变的可动磁极。
11、如权利要求9所述的离子注入装置，其特征在于，具有使所述可动磁极旋转从而改变所述角度的可动磁极驱动装置。
12、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，还包括：一对扫描电极，其位于所述分离缝隙的下游侧，夹着所述片状离子束的整个片状面对向配置，在与片状面正交的方向往复扫描所述片状离子束整体；扫描电源，其向该一对扫描电极间施加振动电压。
13、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，还具有束轮廓监视器，其设于所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧，接收所述片状离子束，测定其宽度方向的束电流密度分布。
14、如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，还包括：束轮廓监视器，其设于所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧，接收所述片状离子束，测定其宽度方向的束电流密度分布；控制装置，其基于该束轮廓监视器测定的测定信息控制所述丝极电源，在存在束电流密度比其它区域低的低电流密度区域时，使流入对应该低电流密度区域的所述丝极的丝极电流增大，在相反的情况下反之，进行将入射到衬底上的片状离子束的宽度方向的束电流密度分布均匀化的控制。
15、如权利要求2所述的离子注入装置，其特征在于，还包括：束轮廓监视器，其设于所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧，接收所述片状离子束，测定其宽度方向的束电流密度分布；控制装置，其基于该束轮廓监视器测定的测定信息控制所述静电透镜直流电源，在存在束电流密度比其它区域低的低电流密度区域时，使施加在对应所述低电流密度区域的所述电极对上的电压降低，以使电场从相邻的区域朝向对应该低密度区域的所述静电透镜中的区域，在相反的情况下反之，进行将入射到衬底上的片状离子束的宽度方向的束电流密度分布均匀化的控制。
16、如权利要求4所述的离子注入装置，其特征在于，包括：束轮廓监视器，其设于所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧，接收所述片状离子束，测定其宽度方向的束电流密度分布；控制装置，其基于该束轮廓监视器测定的测定信息控制所述磁透镜直流电源，在存在束电流密度比其它区域低的低电流密度区域时，调整流入对应所述低电流密度区域的区域附近的所述磁极对的励磁线圈的电流，以增大从相邻区域朝向对应该低密度区域的所述磁透镜中的区域的洛伦兹力，在相反的情况下反之，进行将入射到衬底上的片状离子束的宽度方向的束电流密度分布均匀化的控制。
17、如权利要求8所述的离子注入装置，其特征在于，包括：束轮廓监视器，其设于所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧，接收所述片状离子束，测定其宽度方向的束电流密度分布；控制装置，其基于该束轮廓监视器测定的测定信息控制所述副磁极驱动装置，在束电流密度与规定的目标值相比发散时，向使从所述质量分离磁铁导出的离子束在平行于其片状面的面内聚束的方向改变所述间隔可变的副磁极的间隔，在相反的情况下反之，进行提高入射到衬底上的片状离子束的宽度方向的平行性的控制。
18、如权利要求11所述的离子注入装置，其特征在于，还包括：束轮廓监视器，其设于所述支承架上的衬底的上游侧或下游侧，接收所述片状离子束，测定其宽度方向的束电流密度分布；控制装置，其基于该束轮廓监视器测定的测定信息控制所述可动磁极驱动装置，在束电流密度与规定的目标值相比发散时，向使从所述质量分离磁铁导出的离子束在平行于其片状面的面内聚束的方向使所述可动磁极旋转，在相反的情况下反之，进行提高入射到衬底上的片状离子束的宽度方向的平行性的控制。
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