CN100589225C - 离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供能抑制离子束的发散、能进行精细的扫描波形的控制、可得到约10°的大的扫描角的离子注入装置。在离子注入装置中，作成了具备如下的离子束扫描机构(10A)的结构：在离子束线上的规定部位上配置第1、第2、第3室(12A、14A、16A)，第2室(14A)，相对于第1、第3室(12A、16A)间隔第1、第2间隙(20A、22A)配置，第2室(14A)经在第1、第2间隙(20A、22A)中安装了的第1、第2这2对电极对(26A、28A)与第1、第3室(12A、16A)电绝缘，而且，第1、第2这2对电极对(26A、28A)以规定的角度与离子束的基准轴J在相反的方向上倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源(40A)与第2室(14A)连接。

Description

离子注入装置
技术领域
本发明涉及离子注入装置，特别是涉及具备室分割型的离子束扫描机构、具备能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散、即使是大的静电势的离子束也能得到大的扫描角的离子束扫描机构的离子注入装置的改良。
背景技术
在实用上提供了将来自离子源的离子加速为所希望的能量并注入到半导体晶片等的基板表面中的各种类型的离子注入装置(参照专利文献1)。
以下，使用图11说明以前的离子注入装置的一例。
图11是示出以前的离子注入装置的概略结构的平面图。
离子注入装置100的主要结构，如图11中所示，是离子源110、质量分离器120、质量分离狭缝130、加速管140、四重极透镜150、扫描器160和平行化装置170。
再有，该图中的180是配置在未图示的终点的成为注入离子的靶的基板。
此外，B是离子，但以下有时称为「离子束」或「束」。
离子源110是从原子或分子剥离电子以生成离子的装置。
质量分离器120是利用离子或电子等的带电粒子在磁场或电场中偏转的性质、发生磁场或电场或这两者、用于确定打算对基板180注入的离子种类的装置。
加速管140是加速或减速通过了质量分离狭缝130的所希望的离子种类的装置，但如图11中所示，通常以轴对称且以等间隔排列多个电极对、对这些电极对施加相等的高电压、利用静电场的作用以所希望的注入能量加速或减速离子束B。
扫描器160通过在与离子束B的行进方向正交的方向上发生均匀的外部电场并使该电场的极性或强度变化来控制粒子的偏转角度，如图11中所示，在基板180的注入面的所希望的位置上扫描并均匀地注入离子B。
再有，在图11中，为了简化起见，示出了在水平方向上偏转离子束B的扫描器160的1对电极，但该扫描器160也可在垂直方向上使离子束B偏转。
平行化装置170是利用作为带电粒子的离子B在磁场中偏转的性质、利用构成离子束B的各离子的路径的差别抑制束的扩展、使离子B平行地入射到基板180中的电磁铁。
再有，虽然省略了图示，但从离子源110到基板180配置了保持为高真空的室，离子束B在该室内从离子源110行进到基板180。
其次，使用图11说明在以上的结构中以前的离子注入装置100的基本工作。
在以前的离子注入装置100中，为了在基板180的整个注入面上以均匀的密度对规定的离子种类用规定的能量进行离子注入，用质量分离器120偏转从离子源110例如用约30keV的能量引出了的离子束B，用质量分离狭缝130只挑选规定的离子种类。
用加速管140以约10～500keV的能量加速或减速已挑选的离子束B，用具有在上述的水平方向或垂直方向上扫描离子束B的2对电极的静电类型的扫描器160施加例如约1kHz的周期的外部电场，在基板180的扫描面上进行扫描。
再有，在上述中，采取了利用外部电场扫描离子束B的静电类型的扫描器160，但有时使用磁类型的扫描器代替静电类型作为扫描器160。
此外，如图11中所示，为了调整离子束B的基板180的束点形状，在多数的情况下在加速管140与扫描器160之间设置四重极透镜150等的调整装置。
由于用离子B的能量可准确地控制离子B在固体中进入的深度，故如果例如在离子注入装置100的启动时等监视离子束B的剂量的分布，则通过在基板180的扫描面上扫描离子束B，可容易地进行所希望的离子种类的均匀的离子注入处理。
其次，简单地说明第2种以前的离子注入装置的离子束的扫描机构。
在专利文献2的图3中示出了第2种以前的离子注入装置的离子束的扫描机构，具有以下的特征：为了避免因涡流导致的磁场的减少，设置由层叠结构构成的扫描电磁铁，通过以约500Hz高速调制流过该扫描电磁铁的激励电流来扫描离子束。
其次，简单地说明第3种以前的离子注入装置的离子束的扫描机构。
在专利文献3的图1中示出了第3种以前的离子注入装置的离子束的扫描机构，具备以下的特征：在束线上设置用于在规定的面内对于作为中心轨道的基准轴使离子束偏转的电磁铁，使离子束通过的室之中设置了偏转电磁铁的偏转室部分在电方面独立，通过调制该偏转室的电位来扫描离子束。
专利文献1：特开平8-213339号
专利文献2：特开平4-253149号
专利文献3：特开昭53-102677号
非专利文献1：S.Ogata et al.Proceedings of Int.Conf.on IonImplatation Technology，IEEE 98EX144(1999)403-
发明打算解决的课题
但是，伴随半导体器件的微细化，关于离子注入装置，从注入基板的离子的注入效率的关系，要求生产率的提高。
此外，为了在离子注入装置中提高生产率，必须增加束电流。
另一方面，限制了束电流的大的主要原因之一，是因空间电荷效应导致的束的发散。
在此，补充说明空间电荷。
离子束是具有相同的电荷的粒子群的在被设计的扫描方向上行进的一个系统。
因而，分别对离子束中的各离子作用库仑斥力，为了定量地分析其准确的运动，必须考虑各粒子间作用的库仑力，但如果离子的数目太多，则全部计算各自的库仑力变得不可能。
因此，如果将离子束考虑成空间电荷连续地分布了的系统，则通过分析由空间电荷产生的电场，可定量地计算离子束的运动。
一般来说，在没有静电场的区域中，离子束因离子束本身具有的正电位在离子束中俘获因与残留气体的碰撞发生了的电子或从与内壁的碰撞发生了的二次电子，中和离子束的空间电荷。
但是，在有静电场的区域中，由于不进行该空间电荷的中和，故因空间电荷导致的离子束的发散变得显著。
因而，在第1种以前的离子注入装置的平行平板型扫描器的内部，因空间电荷效应导致的离子束的发散变得显著，由此存在离子束电流受到了限制这样的问题。
此外，在如第2种以前的离子注入装置那样用电磁铁扫描离子束的情况下，可避免扫描器内部的因空间电荷效应导致的束的发散，但由于调制了电磁铁的电流，故存在难以进行精细的扫描波形的调整是这样的问题。
再者，在第3种以前的离子注入装置中，由于使用了偏转电磁铁，故可避免因空间电荷效应导致的束的发散，此外，可进行扫描波形的精细的调整。但是，存在以下那样的问题。
使用数学式来说明第3种以前例的离子注入装置的问题。
如非专利文献1中所述的那样，可用下式(1)表示第3种以前的离子注入装置的扫描机构的结构中的束的扫描角。
〔数学式1〕
δθ = - V 2 φ [ tan β ( 1 - cos χ ) - sin χ ] . . . ( 1 )
在此，δθ是扫描机构的扫描角，χ是基准轴的偏转角，V是调制电压，φ是入射的离子束的静电势，β是倾斜入射角，假定调制电压V的绝对值比离子束的静电势φ充分地小。
调制电压V的上限约为20kV，根据光学特性，倾斜入射角β的上限约为45°。
因此，在静电势φ为200kV的情况下，扫描角δθ的上限约为3°。
这样，在第3种以前的离子注入装置中，在大的静电势φ的离子束的情况下，存在不能得到大的扫描角δθ的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的课题、提供具备能抑制离子束的发散、能进行精细的扫描波形的控制、而且即使是大的静电势的离子束也可得到约10°的大的扫描角的离子束的扫描机构的离子注入装置。
此外，其目的在于提供具备在将对于基准轴的角度保持为恒定的状态下平行地扫描离子束的扫描机构的离子注入装置。
用于解决课题的方法
本发明的发明1的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，上述第2室，相对于第1室间隔第1间隙而配置、相对于第3室间隔第2间隙而配置，上述第2室经上述第1和第2间隙与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述第1和第2这2个间隙中的某一方以规定的角度与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
发明2的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1～第n～第N+2室，上述第n室，相对于第n-1室间隔第n-1间隙而配置、相对于第n+1室间隔第n间隙而配置，上述第n室经上述第n-1和第n间隙与上述第n-1和第n+1室电绝缘，而且，上述第n-1和第n这2个间隙中的某一方以规定的角度与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第n室连接，其中，N为自然数，n为从2至N+1逐一地变动的自然数。
发明3的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，上述第2室，相对于第1室间隔第1间隙而配置、相对于第3室间隔第2间隙而配置，上述第2室经上述第1和第2间隙与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述第1和第2这2个间隙以规定的角度在相反的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
发明4的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1～第n～第N+2室，上述第n室，相对于第n-1室间隔第n-1间隙而配置、相对于第n+1室间隔第n间隙而配置，上述第n室经上述第n-1和第n间隙与上述第n-1和第n+1室电绝缘，而且，上述第n-1和第n这2个间隙以规定的角度在相反的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第n室连接，其中，N为自然数，n为从2至N+1逐一地变动的自然数。
发明5的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，上述第2室，相对于第1室间隔第1间隙而配置、相对于第3室间隔第2间隙而配置，上述第2室经上述第1和第2间隙与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述第1和第2这2个间隙以规定的角度在相同的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
发明6的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1～第n～第N+2室，上述第n室，相对于第n-1室间隔第n-1间隙而配置、相对于第n+1室间隔第n间隙而配置，上述第n室经上述第n-1和第n间隙与上述第n-1和第n+1室电绝缘，而且，上述第n-1和第n这2个间隙以规定的角度在相同的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第n室连接，其中，N为自然数，n为从2至N+1逐一地变动的自然数。
发明7在于，发明2或4中所述的离子注入装置作成了对上述第n+1室施加的电位的扫描波形与对上述第n室施加的电位的扫描波形的相位相差π的结构。其中，在该情况下，发明2或4中所述的N为大于等于2的自然数。
发明8在于，上述离子注入装置作成了在构成上述室分割型的离子束扫描机构的至少一个室上配置了永久磁铁，使磁通与被上述离子束扫描的面正交的结构。
发明9的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在上述离子注入装置的离子束线上配置用于偏转上述离子束的偏转电磁铁，在该偏转电磁铁附近的离子束线上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，在上述偏转电磁铁的磁极间隙中配置上述第2室，而且，上述第2室，相对于第1室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的入射口附近形成的第1间隙而配置，相对于第3室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的射出口附近形成的第2间隙而配置，上述第2室经上述第1和第2间隙与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述偏转电磁铁的入射口附近的上述第1间隙相对于离子束的基准轴在与上述偏转电磁铁的偏转角相反的方向上倾斜地相交，而且，上述偏转电磁铁的射出口附近的上述第2间隙相对于离子束的基准轴在与上述偏转电磁铁的偏转角相同的方向上倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
发明10的离子注入装置是下述的一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：在上述离子注入装置的离子束线上配置用于偏转上述离子束的偏转电磁铁，在该偏转电磁铁附近的离子束线上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，在上述偏转电磁铁的磁极间隙中配置上述第2室，而且，上述第2室，相对于第1室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的入射口附近形成的第1间隙而配置，相对于第3室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的射出口附近形成的第2间隙而配置，上述第2室经上述第1和第2间隙与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述偏转电磁铁的射出口附近的上述第2间隙相对于离子束的基准轴在与上述偏转电磁铁的偏转角相反的方向上倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
发明11在于，上述离子注入装置构成为在形成上述各间隙的室的各端面上分别安装电极。
发明12在于，上述离子注入装置的上述各间隙与离子束的基准轴倾斜地相交的角度为45°左右。
发明的效果
由于本发明的离子注入装置如上述那样来构成，故具有以下那样的优良的效果。
(1)如果构成为发明1中所述的那样，则能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散、能进行精细的扫描波形的控制、即使是大的静电势的离子束也可得到大的扫描角。
(2)如果构成为发明2中所述的那样，则除了具有与发明1同样的效果外，即使是大的静电势的离子束也可得到比发明1大N倍的扫描角。
(3)如果构成为发明3中所述的那样，则除了具有与发明1同样的效果外，即使是大的静电势的离子束也可得到比发明1大2倍的扫描角。
(4)如果构成为发明4中所述的那样，则除了具有与发明3同样的效果外，即使是大的静电势的离子束也可得到比发明3大N倍的扫描角。
(5)如果构成为发明5中所述的那样，则能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散，通过调制第2室的电位，既可保持离子束的平行度，又可在某个面内扫描。
(6)如果构成为发明6中所述的那样，则除了具有与发明5同样的效果外，即使是大的静电势的离子束也可得到比发明5大N倍的离基准轴的位移。
(7)如果构成为发明7中所述的那样，则在分割为多个室的情况下，可使离子束的扫描角增加到最大限度。
(8)如果构成为发明8中所述的那样，则可防止电子从室的内部流失，可抑制室内的离子束的因空间电荷效应导致的发散。
(9)如果构成为发明9中所述的那样，则能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散、能进行精细的扫描波形的控制、即使是大的静电势的离子束也可得到约3倍的大的扫描角。
(10)如果构成为发明10中所述的那样，则能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散、能进行精细的扫描波形的控制、即使是大的静电势的离子束，也可与基准轴平行地且从基准轴离开地使其射出。
(11)如果构成为发明11中所述的那样，则可在室间的间隙中形成稳定的电场。
(12)如果构成为发明12中所述的那样，则在最大限度地引出离子束的扫描角度方面是有效的。
附图说明
图1是为了说明本发明的第1基本原理而示出室分割型的离子束扫描机构的结构的平面图。
图2是为了说明本发明的第2基本原理而示出室分割型的离子束扫描机构的结构的平面图。
图3是示出在本发明的第1实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的结构的外观立体图。
图4是说明在本发明的第1实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图5是说明在本发明的第2实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图6是说明在本发明的第3实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图7是说明在本发明的第4实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图8是说明在本发明的第5实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图9是说明在本发明的第6实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图10是说明在本发明的第7实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的基本结构和基本工作的平面图。
图11是示出以前的离子注入装置的概略结构的平面图。
符号的说明
10、10A～10H：离子束扫描机构
12、12A～12H：第1室
14、14A～14H：第2室
16、16A～16H：第3室
         18E：第4室
20A～20H：第1间隙
22A～22H：第2间隙
     24E：第3间隙
26A～26H：第1电极对
28A～28H：第2电极对
     29E：第3电极对
30A～30H：电极
32A～32H：电极
34A～34H：电极
36A～36H：电极
37E、38E：电极
     100：离子注入装置
       B：离子束
       J：基准轴
具体实施方式
以下，使用图1至图10并参照图11依次说明本发明的离子注入装置的第1和第2基本原理和第1至第7各实施方式。
首先，在说明本发明的离子注入装置的的各实施方式之前，使用图1和图2说明在各实施方式中共同的本发明的基本的第1和第2原理。
图1是为了说明本发明的第1基本原理而示出室分割型的离子束扫描机构的结构的平面图。
图2是为了说明本发明的第2基本原理而示出室分割型的离子束扫描机构的结构的平面图。
再有，后述的第1至第7各实施方式的离子注入装置的结构是在图11中示出的离子注入装置100中具备室分割型的离子束扫描机构来代替扫描器160，由于除此以外的结构是相同的，故以下以室分割型的离子束扫描机构为中心来说明，不再说明除此以外的结构。
首先，使用图1说明本发明的离子束扫描机构的第1原理。
在图1中示出了用于说明本发明的第1基本原理的离子束扫描机构10A的整体结构。
关于该离子束扫描机构10A的基本结构，首先，在离子注入装置中，在使离子束B通过的室的所希望的部位上配置第1、第2、第3室12A、14A、16A，第2室14A，相对于第1室12A间隔第1间隙20A配置、相对于第3室16A间隔第2间隙22A配置。
此外，第2室14A经在形成第1和第2间隙20A、22A的各室12A、14A、16A的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26A、28A与第1室12A和第3室16A电绝缘。
在此，第1电极对26A由在第1室12A的端面上安装了的电极30A和间隔第1间隙20A与其对置的在第2室14A的端面上安装了的电极32A构成。
同样，第2电极对28A由在第2室14A的端面上安装了的电极34A和间隔第2间隙22A与其对置的在第3室16A的端面上安装了的电极36A构成。
再有，如后述那样，各电极30A、32A、34A、36A具有可通过离子束B的矩形的开口(参照图3)。
此外，在第1和第2这2个间隙20A、22A中安装了的2对电极对26A、28A以规定的角度与离子束B的基准轴J在相反的方向上倾斜地相交。
在此，离子束B的基准轴J是离子束B行进的中心轨道，是设计成注入到基板180的中心的设计轨道。
此外，所谓在相反的方向上倾斜地相交，如图1中所示，意味着按第1、第2这2对电极对26A、28A与基准轴J构成的角、钝角与锐角的位置关系是相反的方向。
此外，如图1中所示，将第1、第3室12A、16A的电位定为接地电位，利用扫描电源40A对第2室14A施加了规定的电位。
用以上的结构说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10A的基本原理。
如图1中所示，在室分割型的离子束扫描机构10A中，经对于基准轴J在相反的方向上倾斜地相交的2对电极对26A、28A配置了电位不同的室12A、14A、16A。
在此，将沿基准轴J入射的离子束B的静电势定为φ，将第1和第3室12A、16A的电位定为接地电位，将第2室14A的电位定为-V，将第1电极对26A与基准轴J构成的角度定为θ+π/2。
在该情况下，由于在电极30A、32A间的电场对于基准轴J具有角度θ，故通过该电场的离子B受到对于基准轴J倾斜的冲量。
其结果，如果第2室14A的电位V的绝对值比离子束B的静电势φ充分地小，则可用下式(2)表示通过该电场的离子束B的偏转角δθ。
〔数学式2〕
δθ ≡ - V 2 φ tan θ . . . ( 2 )
同样，如果将第2电极对28A与基准轴J构成的角度定为π/2-θ，则由于在电极34A、36A间的电场对于基准轴J具有角度π-θ，故通过该电场的离子B再次受到对于基准轴J倾斜的冲量。
其结果，使通过第2电极对28A的离子束B再偏转δθ。
由于第1、第3室12A、16A的电位是接地电位，故虽然通过了2对电极对26A、28A后的离子束B的静电势与入射前相同，是φ，但与基准轴J构成的角度为2δθ。
例如，如果静电势φ＝200kV、施加电压＝20kV、与基准轴J构成的角度θ＝45°，则偏转角为5.5°。
此外，在该离子束扫描机构10A中，在离子束B通过时，静电场存在之处只是第1电极对26A的电极30A、32A间和第2电极对28A的电极34A、36A间，因空间电荷效应导致的束B的发散极小。
因而，具备本发明的第1基本原理的室分割型的离子束扫描机构10A能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散、即使是大的静电势的离子束也能得到大的扫描角。
其次，使用图2说明本发明的离子束扫描机构的第2原理。
在图2中示出了用于说明本发明的第2基本原理的离子束扫描机构10B的整体结构。
该离子束扫描机构10B的基本结构与在上述第1基本原理的说明中示出了的结构同样，在使离子束B通过的室的所希望的部位上配置第1、第2、第3室12B、14B、16B，第2室14B，相对于第1室12B间隔第1间隙20B配置、相对于第3室16B间隔第2间隙22B配置。
此外，第2室14B经在形成第1和第2间隙20B、22B的各室12B、14B、16B的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26B、28B与第1室12B和第3室16B电绝缘。
在此，第1电极对26B由电极30B、32B构成，第2电极对28B由电极34B、36B构成。
此外，在第1和第2这2个间隙20B、22B中安装了的2对电极对26B、28B以规定的角度与离子束B的基准轴J在相同的方向上倾斜地相交。
此外，所谓在相同的方向上倾斜地相交，如图2中所示，意味着按第1、第2这2对电极对26B、28B与基准轴J构成的钝角与锐角的位置关系是相同的方向。
此外，如图2中所示，将第1、第3室12B、16B的电位定为接地电位，利用电源40B对第2室14B施加了规定的电位。
该结构的扫描机构，如图2中所示，第1、第2电极对26B、28B以相同的角度π/2+θ分别平行地与基准轴J倾斜地相交，如果将从第1电极对26B到第2电极对28B的距离定为L，则通过了该区域的离子束B与基准轴J平行且从基准轴J移动了L×δθ。
因而，在用这样的第2基本原理示出了的离子束的扫描机构10B中，通过调制第2室14B的电位，既可保持离子束B的平行度，又可在某个面内扫描。
第1实施方式
其次，使用图3和图4，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第1实施方式。
图3是示出在本发明的第1实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10C的结构的外观立体图。
此外，图4是说明在本发明的第1实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10C的基本结构和基本工作的平面图。
再有，以下在第1至第6实施方式的说明中，只图示离子束的基准轴，省略了实际的离子束的轨道的图示。
本实施方式的离子束扫描机构10C的基本结构，如图3和图4中所示，在使离子束通过的室的所希望的部位上配置第1、第2、第3室12C、14C、16C，第2室14C，相对于第1室12C间隔第1间隙20C配置、相对于第3室16C间隔第2间隙22C配置。
其次，第2室14C经在形成第1和第2间隙20C、22C的各室12C、14C、16C的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26C、28C与第1室12C和第3室16C电绝缘。
在此，第1电极对26C由电极30C、32C构成，第2电极对28C由电极34C、36C构成。
再有，如图3中所示，各电极30C、32C、34C、36C具有可通过离子束的矩形的开口，由于以下在各实施方式中是同样的，故不特别进行说明。
此外，在第1和第2这2个间隙20C、22C中安装了的2对电极对26C、28C的某一方以规定的角度π/2+θ与离子束的基准轴J倾斜地相交。
再有，在图3和图4中示出了第1电极对26C对于基准轴J倾斜地相交。
此外，将第1、第3室12C、16C的电位定为接地电位，将施加了所希望的扫描波形的电位的扫描电源40C连接在第2室14C上。
在本实施方式的离子束扫描机构10C中，由于第1电极对26C对于基准轴J具有π/2+θ的角度，故通过用扫描电源40C对第2室14C施加所希望的三角波的电位，离子束对于基准轴J以与电位成比例的角度进行扫描。
因而，本发明的第1实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10C能抑制因空间电荷效应导致的离子束的发散、此外能进行精细的扫描波形的控制、即使是大的静电势的离子束也可得到大的扫描角。
第2实施方式
其次，使用图5，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第2实施方式。
图5是示出在本发明的第2实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10D的结构的平面图。
本实施方式的离子束扫描机构10D的基本结构，如图5中所示，在使离子束通过的室的所希望的部位上配置第1、第2、第3室12D、14D、16D，第2室14D，相对于第1室12D间隔第1间隙20D配置、相对于第3室16D间隔第2间隙22D配置。
其次，第2室14D经在形成第1和第2间隙20D、22D的各室12D、14D、16D的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26D、28D与第1室12D和第3室16D电绝缘。
在此，第1电极对26D由电极30D、32D构成，第2电极对28D由电极34D、36D构成。
此外，在第1和第2这2个间隙20D、22D中安装了的2对电极对26D、28D以规定的角度与离子束的基准轴J倾斜地相交。
此外，将第1、第3室12D、16D的电位定为接地电位，将施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源40D与第2室14D连接。
在本实施方式的离子束扫描机构10D中，将第1电极对26D与基准轴J构成的角度定为π/2+θ，将第2电极对28D与基准轴J构成的角度定为π/2-θ，通过利用扫描电源40D给予电绝缘的第2室14D的电位，以上述的第1实施方式的离子束扫描机构10C的2倍的角度扫描离子束。
即，按照本实施方式，除了具有与第1实施方式的结构同样的效果外，可进一步增大离子束的扫描角度。
第3实施方式
其次，使用图6，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第3实施方式。
图6是示出在本发明的第3实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10E的基本结构和基本工作的平面图。
本实施方式的离子束扫描机构10E的基本结构，如图6中所示，在使离子束B通过的室的所希望的部位上配置第1、第2、第3、第4室12E、14E、16E、18E，第2室14E，相对于第1室12E间隔第1间隙20E配置、相对于第3室16E间隔第2间隙22E配置。
此外，第3室16E，相对于第2室14E间隔第2间隙22E配置、相对于第4室18E间隔第3间隙24E配置。
其次，第2室14E经在形成第1和第2间隙20E、22E的各室12E、14E、16E的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26E、28E与第1室12E和第3室16E电绝缘。
此外，第3室16E经在形成第2和第3间隙22E、24E的各室14E、16E、18E的端面上分别安装的第2、第3这2对电极对28E、29E与第2室14E和第4室18E电绝缘。
在此，第1电极对26E由电极30E、32E构成，第2电极对28E由电极34E、36E构成，第3电极对29E由电极37E、38E构成。
此外，在第1至第3这3个间隙20E、22E、24E中安装了的3对电极对26E、28E、29E以规定的角度分别在相反的方向上与离子束的基准轴J倾斜地相交。
此外，将第1、第4室12E、18E的电位定为接地电位，将施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源40E、42E分别与第2、第3室14E、16E连接。
在本实施方式的离子束扫描机构10E中，将第1电极对26E与基准轴J构成的角度定为π/2+θ，将第2电极对28E与基准轴J构成的角度定为π/2-θ，将第3电极对29E与基准轴J构成的角度定为π/2+θ。
分别利用扫描电源40E、42E给予电绝缘的第2、第3室14E、16E的电位，但此时通过对扫描电源40E、42E施加相位相差π的扫描波形的三角波，以上述的第2实施方式的离子束扫描机构10D的2倍的角度扫描离子束。
利用同样的方法，可再排列大于等于3台的利用扫描电源调制电位的室。
在该情况下，希望对第奇数的室和第偶数的室分别施加相位相差π的三角波。
如果将调制电位的室定为N个，则能够以第2实施方式的离子束扫描机构10D的N倍的角度扫描离子束。
第4实施方式
其次，使用图7，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第4实施方式。
图7是示出在本发明的第4实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10F的结构的平面图。
本实施方式的离子束扫描机构10F的基本结构，如图7中所示，在使离子束B通过的室的所希望的部位上配置第1、第2、第3室12F、14F、16F，第2室14F，相对于第1室12F间隔第1间隙20F配置、相对于第3室16F间隔第2间隙22F配置。
其次，第2室14F经在形成第1和第2间隙20F、22F的各室12F、14F、16F的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26F、28F与第1室12F和第3室16F电绝缘。
在此，第1电极对26F由电极30F、32F构成，第2电极对28F由电极34F、36F构成。
此外，在第1和第2这2个间隙20F、22F中安装了的2对电极对26F、28F以规定的角度π/2+θ与离子束的基准轴J在相同的方向上倾斜地相交。
此外，将第1、第3室12F、16F的电位定为接地电位，将施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源40F与第2室14F连接。
在本实施方式的离子束扫描机构10F中，将第1、第2电极对26F、28F与基准轴J构成的角度都定为π/2+θ，使两者平行，通过利用扫描电源40F对第2室14F施加所希望的扫描波形的三角波，根据图2中示出了的第2基本原理，在将离子束与基准轴J构成的角度保持为恒定的状态下从基准轴J位移地扫描离子束。
第5实施方式
其次，使用图8，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第5实施方式。
图8是示出在本发明的第5实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10的结构的纵剖侧面图。
本实施方式的离子束扫描机构10的基本结构，如图8中所示，在上述第1至第4离子束扫描机构10C～F中，在构成该离子束扫描机构10C～F的各室12、14、16的间隙20、22的附近设置永久磁铁50使磁通与扫描离子束B的面正交而构成。
利用该磁场，可防止电子从各室12、14、16的内部流失，可抑制各室12、14、16内的离子束的因空间电荷效应导致的发散。
再有，由于因永久磁铁50形成的磁场的缘故也使离子束有一些偏转，故关于永久磁铁50的方向，如图8中所示，希望交替地配置偶数对NS极。
第6实施方式
其次，使用图9，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第6实施方式。
图9是示出在本发明的第6实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10G的结构的平面图。
本实施方式的离子束扫描机构10G的基本结构，如图9中所示，在离子注入装置的束线上配置用于偏转离子束的偏转电磁铁60，在该偏转电磁铁60的附近，从上游起按顺序配置使离子束B通过的第1、第2、第3室12G、14G、16G。
在偏转电磁铁60的磁极间隙中配置第2室14G，第2室14G，相对于第1室12G间隔在偏转电磁铁60的入射侧附近形成了的第1间隙20G配置、相对于第3室16G间隔在偏转电磁铁60的射出侧附近形成了的第2间隙22G配置。
此外，第2室14G经在形成第1和第2间隙20G、22G的各室12G、14G、16G的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26G、28G与第1和第3室12G、16G电绝缘。
在此，第1电极对26G由电极30G、32G构成，第2电极对28G由电极34G、36G构成。
此外，在偏转电磁铁60的入射口附近的第1间隙20G中安装了的第1电极对26G对于离子束的基准轴J以规定的角度π/2+θ与偏转电磁铁60的偏转角χ在相反的方向上倾斜地相交。
再者，在偏转电磁铁60的射出口附近的第2间隙22G中安装了的第2电极对28G对于离子束的基准轴J以规定的角度π/2-θ与偏转电磁铁60的偏转角χ在相同的方向上倾斜地相交。
在此，如用图9的箭头所示那样，在将偏转角χ的方向定为负的方向的情况下，如果同样地将θ定为正的方向，则第1电极对26G与偏转角χ在相反的方向上倾斜地相交，第2电极对28G与偏转角χ在相同的方向上倾斜地相交。
此外，将施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源40G与第2室14G连接。
用以上的结构，通过利用扫描电源40G对第2室14G施加所希望的扫描波形的三角波，在偏转面内扫描离子束。
如果象图9中所示那样将偏转电磁铁60的倾斜射出角定为β，则可用下式(3)给出离子束的偏转角δθ。
〔数学式3〕
Figure C20058000983400271
如与式(1)比较就可明白的那样，在将第1、第2电极对26G、28G的倾斜相交角度θ定为45°的情况下，与以前的结构相比可知，即使扫描电压V与入射的离子的静电势φ之比相同，也可使离子束的偏转角δθ为约3倍。
第7实施方式
其次，使用图10，说明在本发明的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构的第7实施方式。
图10是示出在本发明的第7实施方式的离子注入装置中使用的室分割型的离子束扫描机构10H的结构的平面图。
本实施方式的离子束扫描机构10H的基本结构，如图10中所示，在离子注入装置的束线上配置用于偏转离子束B的偏转电磁铁60，在该偏转电磁铁60的附近，从上游起按顺序配置使离子束B通过的第1、第2、第3室12H、14H、16H。
在偏转电磁铁60的磁极间隙中配置第2室14H，第2室14H，相对于第1室12H间隔在偏转电磁铁60的离子束B的入射口附近形成了的第1间隙20H配置、相对于第3室16H间隔在偏转电磁铁60的离子束B的射出口附近形成了的第2间隙22H配置。
此外，第2室14H经在形成第1和第2间隙20H、22H的各室12H、14H、16H的端面上分别安装的第1、第2这2对电极对26H、28H与第1和第3室12H、16H电绝缘。
在此，第1电极对26H由电极30H、32H构成，第2电极对28H由电极34H、36H构成。
再者，在偏转电磁铁60的射出口附近的第2间隙22H中安装了的第2电极对28H对于离子束的基准轴J以规定的角度π/2-θ与偏转电磁铁60的偏转角χ在相反的方向上倾斜地相交。
此外，将施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源40H与第2室14H连接。
如图10中所示，将偏转电磁铁60的内部的离子束B的基准轴J的旋转半径定为R。
再有，在图10中，示出了偏转电磁铁60的偏转角χ和第2电极对28H的倾斜角θ为负的情况。
此外，与图9同样，将偏转电磁铁60的倾斜射出角定为β，为了简单起见，假定偏转电磁铁60的入口一侧的第1电极对26H对于基准轴J正交。
此时，用下式(4)给出通过了偏转电磁铁60的射出口一侧的第2电极对28H后的离子束的偏转角δθ，用下式(5)给出离基准轴J的偏移X。
〔数学式4〕
Figure C20058000983400281
〔数学式5〕
X = - R V 2 φ sin χ . . . ( 5 )
在此，如果选择偏转电磁铁60的倾斜射出角β、偏转电磁铁60的偏转角度χ、第2室28H的倾斜角度θ使得式(4)的引号括弧内之中为零，则通过了偏转电磁铁60的射出口一侧的第2电极对28H后的离子束B，如图10的轨道中所示，不依赖于扫描电压V，与基准轴J平行地且以与扫描电压V成比例的距离离开基准轴J射出。
例如，如果假定偏转角度χ＝90°、倾斜角度θ＝45°、倾斜射出角β＝0°，则满足上述的条件。
本发明的离子注入装置的扫描器不限定于上述各实施方式，可进行各种变更。
首先，作为上述实施方式，主要说明了配置了3个室的结构的情况，但一般来说，当然在本申请的发明中包含配置多个连接了扫描电源的室的结构。
此外，在上述各实施方式中说明了在室的间隙端面上安装电极的例子，但在本发明中包含在室中不安装电极的结构。
再者，用图11中示出的结构的离子注入装置的例子进行了说明，但当然可将本发明应用于扫描离子束从而在基板中注入离子的所有装置。

Claims (14)

1.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，
上述第2室，相对于上述第1室间隔第1间隙而配置、相对于上述第3室间隔第2间隙而配置，
上述第2室经上述第1和第2间隙而与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述第1和第2这2个间隙中的某一方以规定的角度与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
2.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1～第n～第N+2室，
上述第n室，相对于第n-1室间隔第n-1间隙而配置、相对于第n+1室间隔第n间隙而配置，
上述第n室经上述第n-1和第n间隙而与上述第n-1和第n+1室电绝缘，而且，上述第n-1和第n这2个间隙中的某一方以规定的角度与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第n室连接，
其中，N为自然数，n为从2至N+1逐一地变动的自然数。
3.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，
上述第2室，相对于上述第1室间隔第1间隙而配置、相对于上述第3室间隔第2间隙而配置，
上述第2室经上述第1和第2间隙而与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述第1和第2这2个间隙以规定的角度在相反的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
4.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1～第n～第N+2室，
上述第n室，相对于第n-1室间隔第n-1间隙而配置、相对于第n+1室间隔第n间隙而配置，
上述第n室经上述第n-1和第n间隙而与上述第n-1和第n+1室电绝缘，而且，上述第n-1和第n这2个间隙以规定的角度在相反的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第n室连接，
其中，N为自然数，n为从2至N+1逐一地变动的自然数。
5.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，
上述第2室，相对于上述第1室间隔第1间隙而配置、相对于上述第3室间隔第2间隙而配置，
上述第2室经上述第1和第2间隙而与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述第1和第2这2个间隙以规定的角度在相同的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
6.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在该离子注入装置的离子束线上的规定部位上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1～第n～第N+2室，
上述第n室，相对于第n-1室间隔第n-1间隙而配置、相对于第n+1室间隔第n间隙而配置，
上述第n室经上述第n-1和第n间隙而与上述第n-1和第n+1室电绝缘，而且，上述第n-1和第n这2个间隙以规定的角度在相同的方向上与上述离子束的基准轴倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第n室连接，
其中，N为自然数，n为从2至N+1逐一地变动的自然数。
7.如权利要求2或4中所述的离子注入装置，其特征在于：
对上述第n+1室施加的电位的扫描波形与对上述第n室施加的电位的扫描波形的相位相差π，
其中，在该情况下，权利要求2或4中所述的N为大于等于2的自然数。
8.如权利要求1至6的任一项中所述的离子注入装置，其特征在于：
在构成上述室分割型的离子束扫描机构的至少一个室上配置了永久磁铁，使磁通与被上述离子束扫描的面正交。
9.如权利要求1至6的任一项中所述的离子注入装置，其特征在于：
在形成上述各间隙的室的各端面上分别安装电极。
10.如权利要求1至6的任一项中所述的离子注入装置，其特征在于：
上述各间隙与离子束的基准轴倾斜地相交的角度为45°左右。
11.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在上述离子注入装置的离子束线上配置用于偏转上述离子束的偏转电磁铁，
在该偏转电磁铁附近的离子束线上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，
在上述偏转电磁铁的磁极间隙中配置上述第2室，而且，上述第2室，相对于上述第1室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的入射口附近形成的第1间隙而配置，相对于上述第3室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的射出口附近形成的第2间隙而配置，
上述第2室经上述第1和第2间隙而与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述偏转电磁铁的入射口附近的上述第1间隙相对于上述离子束的基准轴在与上述偏转电磁铁的偏转角相反的方向上倾斜地相交，而且，上述偏转电磁铁的射出口附近的上述第2间隙相对于上述离子束的基准轴在与上述偏转电磁铁的偏转角相同的方向上倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
12.一种离子注入装置，从生成离子的离子源引出所希望的离子种类，加速或减速到所希望的能量，在基板的注入面上扫描并注入离子束，其特征在于：
上述离子注入装置具备下述的室分割型的离子束扫描机构：
在上述离子注入装置的离子束线上配置用于偏转上述离子束的偏转电磁铁，
在该偏转电磁铁附近的离子束线上从上游起按顺序配置使上述离子束通过的第1、第2、第3室，
在上述偏转电磁铁的磁极间隙中配置上述第2室，而且，上述第2室，相对于上述第1室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的入射口附近形成的第1间隙而配置，相对于上述第3室间隔在上述偏转电磁铁的上述离子束的射出口附近形成的第2间隙而配置，
上述第2室经上述第1和第2间隙而与上述第1和第3室电绝缘，而且，上述偏转电磁铁的射出口附近的上述第2间隙相对于上述离子束的基准轴在与上述偏转电磁铁的偏转角相反的方向上倾斜地相交，并且施加所希望的扫描波形的电位的扫描电源与上述第2室连接。
13.如权利要求11至12的任一项中所述的离子注入装置，其特征在于：
在形成上述各间隙的室的各端面上分别安装电极。
14.如权利要求11至12的任一项中所述的离子注入装置，其特征在于：
上述各间隙与离子束的基准轴倾斜地相交的角度为45°左右。
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