CN101174534A

CN101174534A - 离子注入机

Info

Publication number: CN101174534A
Application number: CNA2007101679946A
Authority: CN
Inventors: 山下贵敏; 藤田秀树
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2008-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP4240109B2; CN101174534B; TW200828390A; KR20080039328A; KR100950736B1; JP2008112674A

Abstract

一种离子注入机，具有：生成离子束的离子源；电子束源，发射电子束以便在离子源中在Y方向上被扫描；用于这些源的电源；离子束监控器，在注入位置附近，测量离子束的Y方向离子束电流密度分布；以及控制设备。控制设备在根据监控器的测量数据来控制电源的同时，通过增加在对应于其中由监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置处的电子束的扫描速度，以及降低在对应于其中所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置处的电子束的扫描速度，具有均匀化由监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布的功能。

Description

离子注入机

技术领域

[0001]

本发明涉及离子注入机，其中通过组合地采用带状离子束到衬底上的入射与衬底在与离子束的主表面相交的方向上的移动，在衬底上执行离子注入。

背景技术

[0002]

在这种离子注入机中，为了提高离子注入在衬底上的均匀化，提高在带状(也叫做片状或条状，下同)离子束的纵向(在说明书中，Y方向)上的离子束电流密度分布的均匀化是重要的。

[0003]

作为一种用于提高在带状离子束的纵向上的离子束电流密度分布的均匀化的技术，例如，专利文献1公开了一种技术，其中控制具有多个灯丝的离子源的灯丝电流来提高在其中离子束入射到衬底上的注入位置附近的离子束电流密度分布的均匀化。

[0004]

专利文献2中公开了一种技术，其中被一维扫描的电子束被入射到离子源的等离子容器中，并且气体通过电子束被离子化以产生等离子，从而提高从离子源所引出的离子束的离子束电流密度分布。

[0005]

[专利文献1]JP-A-2000-315473(段落0012至0015，图1)

[专利文献2]JP-A-2005-38689(段落0006至0008，图1)

[0006]

在专利文献1所公开的技术中，甚至当在离子束的纵向上排列有多个灯丝时，在灯丝之间也会不可避免出现间隔，并且因此不可避免地降低等离子密度和离子束电流密度。因此，对离子束电流密度分布的均匀化的提高存在限制。

[0007]

在专利文献2所公开的技术中，甚至当从离子源所引出的离子束的均匀化可以提高时，也有这种情况，即在离子束前进期间均匀化被破坏。因此，无法保证在注入位置处离子束电流密度分布的均匀化是优异的。

发明内容

[0008]

本发明的示例性实施例提供了一种离子注入机，在其中可以提高在衬底上的注入位置处离子束电流密度分布在纵向(Y方向)上的均匀化。

[0009]

根据本发明的第一方面，在本发明的第一离子注入机中，离子束的前进方向被设置为Z方向，在基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的两个方向分别被设置为X和Y方向，并且其中Y方向的尺寸大于X方向的尺寸的带状离子束被传输以照射衬底，从而执行离子注入。离子注入机包括：

离子源，其具有一或多个灯丝，用于在气体被导入的等离子容器中生成电弧放电，并且生成带状离子束，其Y方向上的尺寸大于衬底的Y方向上的尺寸；

衬底驱动设备，在其中使离子束入射到衬底上的注入位置处，在与离子束的主表面相交的方向上移动衬底；

一或多个电子束源，生成电子束，发射电子束到离子源的等离子容器中以离子化气体，从而产生等离子，并且在等离子容器中在Y方向上扫描电子束；

一或多个电子束电源，为电子束源提供用于控制电子束的生成量的引出电压，以及用于扫描的扫描电压；

离子束监控器，在注入位置或该位置附近，在Y方向上的多个监控点测量离子束的Y方向离子束电流密度分布；以及

控制设备，在根据离子束监控器的测量数据来控制电子束电源以将由电子束源所生成的电子束的量保持在基本上恒定的值的同时，通过执行下述至少一个：相对增加在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置中的电子束的扫描速度；以及相对降低在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置中的电子束的扫描速度，该控制设备具有均匀化由离子束监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布的功能。

[0010]

在第一离子注入机中，由离子束监控器测量在注入位置或该位置附近的离子束的Y方向离子束电流密度分布。然后，该控制设备根据离子束监控器的测量数据来控制电子束电源，并且控制在离子源的等离子容器中的电子束的扫描速度以控制由电子束所产生的等离子的密度。具体地说，当将由电子束源所生成的电子束的量保持在基本上恒定的值的同时，通过执行下述至少一个：相对增加在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置处的电子束的扫描速度；以及相对降低在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置处的电子束的扫描速度，从而执行对由离子束监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布的均匀化的控制。根据该结构，可以提高在注入位置处离子束电流密度分布在Y方向上的均匀化。

[0011]

根据本发明第二和第三方面，(a)控制设备具有如下功能：将作为由电子束电源提供给电子束源的扫描电压的原本的扫描信号提供给电子束电源；计算由离子束监控器所测量的Y方向分布上的离子束电流密度的均值；一致地控制流经离子源的灯丝的灯丝电流以便所计算的均值基本上等于事先预定的离子束电流密度；计算作为在由离子束监控器所测量的Y方向分布上的离子束电流密度和预设的离子束电流密度之间差值的Y方向分布误差；确定其中所计算的误差大于预定可允许误差的监控点，以及在监控点处的误差符号；确定对应于确定的监控点的扫描电压；根据确定的误差符号，在对应于其中所测量的离子束电流密度较大的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地增加电子束的扫描速度，并且在对应于其中所测量的离子束电流密度较小的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地减小电子束的扫描速度，从而修整扫描信号的波形，以便在离子束撞击的基本上所有监控点处误差等于或小于可允许误差；并且存储所修整的扫描信号数据以及灯丝电流数据，以及(b)电子束电源可以具有放大器，放大由控制设备所提供的扫描信号以产生扫描电压。

[0012]

在说明书中，“基本上所有监控点”意味着优选情况下为所有监控点，但是可以排除几个不重要的监控点。

[0013]

根据本发明的第四方面，在本发明的第二离子注入机中，离子束的前进方向被设置为Z方向，在基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的两个方向分别被设置为X和Y方向，并且其中Y方向的尺寸大于X方向的尺寸的带状离子束被传输以照射衬底，从而执行离子注入。离子注入机包括：离子源，具有一或多个灯丝，用于在气体被导入的等离子容器中生成电弧放电，并且生成带状离子束，其Y方向上的尺寸大于衬底的Y方向上的尺寸；衬底驱动设备，在其中使离子束入射到衬底上的注入位置处，在与离子束的主表面相交的方向上移动衬底；一或多个电子束源，生成电子束，并且发射电子束到离子源的等离子容器中以离子化气体，从而产生等离子，并且在等离子容器中在Y方向上扫描电子束；一或多个电子束电源，为电子束源提供用于控制电子束的生成量的引出电压以及用于扫描的扫描电压；离子束监控器，在注入位置或该位置附近，在Y方向上的多个监控点测量离子束的Y方向离子束电流密度分布；以及控制设备，在根据离子束监控器的测量数据来控制电子束电源以将由电子束源所生成的电子束的扫描速度保持在基本上恒定的值的同时，通过执行下述至少一个：相对降低在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置处的电子束的扫描速度；以及相对增加在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置处的电子束的扫描速度，该控制设备具有均匀化由离子束监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布的功能。

[0014]

在第二离子注入机中，由离子束监控器测量在注入位置或该位置附近的离子束的Y方向离子束电流密度分布。然后，该控制设备根据离子束监控器的测量数据来控制电子束电源，并且控制来自电子束源的电子束的生成量，从而控制由等离子容器中的电子束所产生的等离子的密度。具体地说，当将由电子束源所生成的电子束的Y方向扫描速度保持在基本上恒定的值的同时，通过执行下述至少一个：相对减小在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置处的电子束的生成量；以及相对增加在离子源中的对应于其中由离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置处的电子束的生成量，从而执行对由离子束监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布的均匀化的控制。根据该结构，可以提高在注入位置处离子束电流密度分布在Y方向上的均匀化。

[0015]

根据本发明第五和第六方面，(a)控制设备可以具有如下功能：将作为由电子束电源提供给电子束源的引出电压的原本的引出信号提供给电子束电源；计算由离子束监控器所测量的Y方向分布上的离子束电流密度的均值；一致地控制流经离子源的灯丝的灯丝电流以便所计算的均值基本上等于事先预定的离子束电流密度；计算作为在由离子束监控器所测量的Y方向分布上的离子束电流密度和预设的离子束电流密度之间差值的Y方向分布误差；确定其中所计算的误差大于预定可允许误差的监控点，以及在监控点处的误差符号；确定对应于确定的监控点的扫描电压；根据确定的误差符号，在对应于其中所测量的离子束电流密度较大的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地减小引出电压，并且在对应于其中所测量的离子束电流密度较小的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地增大引出电压，从而修整引出信号的波形，以便在离子束撞击的基本上所有监控点处误差等于或小于可允许误差；并且存储所修整的引出信号数据以及灯丝电流数据，以及(b)电子束电源可以具有放大器，放大由控制设备所提供的扫描信号以产生扫描电压。

[0016]

离子注入机可以进一步包括分析电磁石，位于离子源和注入位置之间，并且在X方向上弯曲来自离子源的离子束以分析动量。

[0017]

离子注入机可以进一步包括加速/减速设备，位于分析电磁石和注入位置之间，通过静电场在X方向上弯曲离子束，并且加速或减速离子束。

[0018]

如第一至第六方面所述的本发明具有上述结构。因此，可以提高在衬底上的注入位置处离子束电流密度分布在Y方向上的均匀化。结果，可以提高在衬底上的离子注入的均匀化。

[0019]

而且，将使用灯丝进行等离子产生来和通过使用电子束源来控制等离子密度分布控制而得到的离子束电流密度分布均匀化相结合使用。因此，通过使用具有较大电流和较高均匀化的离子束来照射衬底，可以容易地执行离子注入。

[0020]

根据本发明的第七方面，离子注入机进一步包括：

分析电磁石，位于离子源和注入位置之间，并且在X方向上弯曲来自离子源的离子束以分析动量，

分析电磁石包括：

线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对；以及至少一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。该线圈生成在X方向上弯曲离子束的磁场；以及

轭，整个地包围线圈的主体部分的外侧，

在线圈的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和连接部分。构造该叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

根据本发明的第八方面，离子注入机可以进一步包括：

分析电磁石包括：

第一线圈，它是一种马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第一线圈与第二线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的磁场；

第二线圈，它是一种马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的另一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第二线圈与第一线圈在Y方向上重叠放置，并且与第一线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的磁场；以及

轭，整个地包围第一线圈和第二线圈的主体部分的外侧，

在第一和第二线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和连接部分。构造叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

根据本发明的第九方面，离子注入机可以进一步包括：

分析电磁石包括：

内线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对；以及连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。内线圈生成在X方向上弯曲离子束的主磁场；

一或多个第一外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于第一内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第一外线圈生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；

一或多个第二外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第二外线圈与第一外线圈在Y方向上重叠放置，并且生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；以及

轭，整个地包围内线圈以及第一和第二外线圈的主体部分的外侧，

在内线圈、第一和第二外线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和连接部分。构造叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体；将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在堆栈的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

根据本发明的第十方面，离子注入机可以进一步包括：

分析电磁石包括：

第一内线圈，它是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第一线圈与第二内线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的主磁场；

第二内线圈，它是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨射束路径的X方向上彼此相对，并且覆盖Y方向上的离子束的另一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第二内线圈与第一内线圈在Y方向上重叠放置，并且与第一内线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的主磁场；

一或多个第二外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于第二内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开射束路径。第二外线圈与第一外线圈在Y方向上重叠放置，并且生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；以及

轭，整个地包围第一和第二内线圈以及第一和第二外线圈的主体部分的外侧，

在第一内线圈和第一外线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和连接部分。构造叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体；将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在堆栈的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体，并且

在第二内线圈和第二外线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和连接部分。构造叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体；将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在堆栈的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

根据本发明的第十一方面，分析电磁石可以进一步包括：一套磁极，从轭向内部突出，以便在横跨射束路径的Y方向上彼此相对。

根据第七至第十一方面所述的本发明包括上述分析电磁石，并且因此获得下述进一步效果。

[0021]

在分析电磁石的每一个线圈的结构中，在如上所述的扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和连接部分，并且因此该连接部分所处的状态为，其中这些部分在从主体部分的末端部分开始在Y方向上基本平行的延伸。甚至在其中主体部分的Y方向上的尺寸增加的情况下，通过相应增加连接部分的Y方向上的尺寸来处理这种情况。结果，连接部分在束入射和发射的方向上的突出距离没有增加。根据该结构，可以减少在束入射和发射的方向上线圈的连接部分从轭突出的距离。

[0022]

因此，可以减少分析电磁石的尺寸，并且可以减少用于安装分析电磁石所需的面积。另外，可以减少分析电磁石的重量。而且，减少了通过线圈的连接部分所生成的磁场干扰离子束形态的可能性。

[0023]

由于可以减少每一个线圈的连接部分的突出距离，还可以缩短连接部分的长度，并且因此可以减少连接部分中浪费的功率消耗。而且，在每一个线圈的结构中，导体片被堆叠起来，其间插入了绝缘片。因此，与其中被覆导体被缠绕多次的多匝线圈相比，导体的占空系数较高，并且功率损耗相应较低。因此，可以减少功率消耗。

[0024]

结果，随着分析电磁石的微型化，可以减小离子注入机的尺寸，并且因此可以减少用于安装分析电磁石所需的面积。另外，可以减少离子注入机的重量。而且，随着分析电磁石的功率消耗的减小，可以减少离子注入机的功率消耗。

[0025]

如第八方面所述的本发明可以得到下述进一步的效果。也就是说，由于分析电磁石包括第一和第二线圈，因此可以容易地处理具有较大Y方向尺寸的离子束。

[0026]

如第九方面所述的本发明可以得到下述进一步效果。也就是说，由于分析电磁石除了包括内线圈以外还包括第一和第二外线圈，因此可以在离子束的射束路径上生成其中在Y方向上的磁通密度分布均匀化较高的磁场。结果，可以将对发射的离子束形态的干扰抑制到更低的水平。该效果在其中离子束具有较大Y方向尺寸的情况下更为显著。

[0027]

如第十方面所述的本发明可以得到下述进一步效果。也就是说，由于分析电磁石除了包括第一和第二内线圈以外还包括第一和第二外线圈，因此可以容易地处理具有较大Y方向尺寸的离子束，并且还可以在离子束的射束路径上生成其中在Y方向上的磁通密度分布的均匀化较高的磁场。结果，可以将对发射的离子束形态的干扰抑制到更低的水平。该效果在其中离子束具有较大Y方向尺寸的情况下更为显著。

[0028]

如第十一方面所述的本发明可以得到下述进一步效果。也就是说，由于分析电磁石进一步包括磁极，因此磁场可以容易地集中在磁极之间的缝隙中，并且因此可以容易地在射束路径上生成具有较高磁通密度的磁场。

[0029]

根据本发明的第十二方面，离子注入机可以进一步包括：

加速/减速设备，位于分析电磁石和注入位置之间，通过静电场在X方向上弯曲离子束，并且加速或减速离子束，其中分析电磁石在X方向上弯曲来自所述离子源的离子束以分析动量，

所述加速/减速设备包括第一至第三电极，它们在离子束前进方向上从上游侧开始按照所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的顺序排列，并且在所述第一和第二电极，以及所述第二和第三电极之间的两个阶段中加速或减速离子束，

所述第二电极由在横跨离子射束路径的X方向上彼此相对的两个电极元件所构成，并且这两个电极元件被施加不同的电势以便在X方向上偏转离子束，所述第三电极沿着偏转之后具有特定能量的离子束的轨道放置。

第十二方面所述的本发明包括上述加速/减速设备，并且因此获得下述进一步效果。

[0030]

也就是说，在加速/减速设备中，离子束可以被第二电极的部分所偏转，该电极由两个电极元件分开地构成，从而实现能量分离的效果。第三电极的存在能够有效得到具有特定能量的离子束，并且第三电极可以有效阻挡除了离子束以外的离子和中性粒子。因此，可以更加有效地抑制能量污染。特别是，根据经验可以知道，在减速模式下，可以通过在第一和第二电极之间的离子减速中进行电荷转换而容易地生成中性粒子。不过，甚至当生成许多中性粒子时，它们直接前进并且撞击到第三电极上从而被阻挡。因此，可以在加速/减速设备中有效地消除中性粒子。

[0031]

进而，可以在两个阶段加速离子束，并且，离子束可以在后一个阶段中的加速之前被偏转。因此，有助于偏转。而且，由多余离子的碰撞所生成的电子被第二电极所弯折，从而防止电子到达第一电极。因此，可以降低由电子的碰撞而生成的X射线的能量。

通过下面的详细描述、附图和权利要求，其他特征和优势可以更为明显。

附图说明

[0289]

图1为示意性平面图，示出了本发明的离子注入机的实施例。

图2为示意性透视图，部分地示出了带状离子束的例子。

图3示出了离子束与衬底在Y方向上的尺寸关系的例子。

图4为示意性截面图，示出了如图1所示的离子源的结构例子。

图5为示意性平面图，示出了在图4所示的离子源中灯丝和电子束源的排列的例子，电子束的扫描轨迹(scan locus)，等。

图6为示意性平面图，示出了灯丝排列的另一个例子。

图7为图1所示的电子束源和电子束电源的结构例子。

图8为视图，示出了从图1所示的离子源到离子束监控器的系统的简化版本。

图9为示意性前视图，示出了图1所示的离子束监控器的例子。

图10为流程图，示出了通过使用图1所示的控制设备来进行Y方向离子束电流密度分布均匀化的控制的内容的例子。

图11为流程图，示出了图10所示的灯丝电流控制子例程的例子。

图12为流程图，示出了图10所示的电子束扫描速度控制子例程的例子。

图13为示意图，示出了在执行了如图10所示的灯丝条件粗略设置之后，离子束电流密度分布的例子。

图14A至14D为示意图，示出了通过执行如图10所示的灯丝电流控制和电子束扫描速度控制来对Y方向离子束电流密度分布进行均匀化的过程。

图15示出了如图1所示的电子束源和电子束电源的结构的另一个例子。

图16为流程图，示出了通过使用图1所示的控制设备来对Y方向电子束电流密度分布的均匀化进行控制的内容的另一个具体例子。

图17为流程图，示出了图16中所示的电子束量控制子例程的例子。

图18为示意性截面图，示出了相对于离子源的等离子容器放置电子束源的方式的另一个例子。

图19为平面图，示出了如图1所示的分析电磁石的例子。

图20为沿着图19的线A-A看的截面图。

图21为透视图，示出了图19所示的分析电磁石，其中忽略了真空容器。

图22为透视图，示出了图19所示的分析电磁石。

图23为透视图，示出了图22所示的第一和第二内线圈。

图24为示意图，放大性地示出了沿着图22的线D-D来看的第一内线圈和外线圈的截面。

图25为截面图，分解性地示出了图24所示的第一内线圈和最上部的第一外线圈。

图26为示意性平面图，示出了图25所示的缠绕导体片的方式。

图27为透视图，示出了如图23所示的第一内线圈。

图28示出了如图19所示的用于分析电磁石的线圈的电源结构的例子。

图29为透视图，示出了作为图22所示的第一和第二内线圈的原物的叠层线圈的例子。

图30分解性地示出了沿着图29的线F-F的内线圈和外线圈的截面。

图31为平面图，示出了通过使用心轴来缠绕预浸料坯片的方式的例子。

图32为平面图，示出了使用心轴来缠绕绝缘片和导体片的方式的例子。

图33为平面图，示出了通过使用心轴来缠绕的叠层线圈的例子。

图34为截面图，示出了将冷却板附着到第一和第二内线圈的例子。

图35示出了在从分析电磁石发射之后立即具有正常形态的离子束的例子。

图36示出了在从分析电磁石发射之后立即具有扭曲形态的离子束的例子。

图37为透视图，示出了分析电磁石的线圈的另一个例子。

图38分解性地示出了沿着图37的线J-J的线圈截面。

图39为截面图，示出了分析电磁石的另一个例子，并且对应于图20。

图40为截面图，示出了分析电磁石的再一个例子，并且对应于图20。

图41为截面图，示出了分析电磁石的再一个例子，并且对应于图20。

图42为横截面图，示出了如图1所示的加速/减速设备的例子。

图43为透视图，示出了现有分析电磁石的例子，其中通过两点虚线来表示轭，以有助于对线圈形状的理解。

具体实施方式

[0032]

(1)关于整个离子注入机

图1为示意性平面图，示出了本发明的离子注入机的实施例。在说明书和附图中，离子束50的传输方向总是被设置为Z方向，并且在与Z方向基本垂直的平面上相互基本垂直的两个方向被分别设置为X和Y方向。例如，X和Z方向为水平方向，以及Y方向为垂直方向。Y方向为常数方向，而X方向不是绝对方向，而是根据路径上的离子束50的位置而变化(例如参见图1)。在说明书中，将其中组成离子束50的离子为正离子的情况作为例子进行描述。

[0033]

离子注入机为采用带状离子束50照射衬底60以执行离子注入的仪器，并且包括：离子源100，用于生成带状离子束50；分析电磁石200，用于在X方向上弯曲来自离子源100的离子束50以分析动量(例如动量分析，下同)，并且在下游侧上形成具有期望动量的离子束50的焦点56(在X方向上的焦点，下同)；以及衬底驱动设备500，在其中使穿过分析电磁石200的离子束50入射在衬底60上的注入位置上，在与离子束50的主表面52(见图2和3)相交的方向上移动(见箭头C)衬底60。例如，移动为往返的线性移动。衬底驱动设备500具有用于支撑衬底60的支架502。

[0034]

离子束50从离子源100到衬底60的路径在图中未示出并且保持为真空的真空容器中。

[0035]

在说明书中，“主表面”并不是指带状或片状元件(例如下面要描述的离子束50和绝缘片266、267以及导体片268、269)的端面，而是指元件的较大的表面。术语“下游侧”或“上游侧”指的是在离子束50的传输方向Z上的下游侧或上游侧。由离子源100生成的离子束50和源于分析电磁石200的离子束50在内容上彼此不同。也就是说，前者为动量分析之前的离子束，而后者为动量分析之后的离子束。离子束之间的差别是明显的。因此，在说明书中，离子束彼此不区分，并且两者都用离子束50来表示。

[0036]

由离子源100生成并且被传输到衬底60的离子束50具有带状形状，其中如图2所示，例如Y方向上的尺寸W_Y大于X方向上的尺寸W_X，也就是W_Y＞W_X。虽然离子束50具有带状形状，但是这并不意味着X方向上的尺寸W_X像纸或布一样薄。例如，离子束50在X方向上的尺寸W_X约为30～80mm，并且尽管取决于衬底60的尺寸，在Y方向上的尺寸W_Y约为300～500mm。其中离子束50较大的平面也就是沿着YZ平面的平面为主表面52。

[0037]

离子源100生成带状离子束50，其中与图3所示的例子中的一样，Y方向上的尺寸W_Y大于衬底60在Y方向上的尺寸T_Y。例如，当尺寸T_Y为300～400mm时，尺寸W_Y约为400～500mm。由于这种尺寸关系和衬底60的上述移动，可以用离子束50照射衬底60的整个表面，以执行离子注入。

[0038]

例如，衬底60为半导体衬底、玻璃衬底或者其他衬底。衬底的平面图形状为圆形或矩形。

[0039]

在从分析电磁石200发射出的离子束50的焦点56的附近，放置了裂缝70，用于与分析电磁石200合作以分析离子束50的动量。分析缝70具有基本平行于Y方向进行延伸的裂缝72。分析缝70置于离子束50的焦点56的附近的原因在于离子束50的传输效率和动量分析的分辨率都提高了。

[0040]

可以根据需要来放置后面将要描述的分析电磁石200、分析缝70和加速/减速设备400。

[0041]

正如后面要详细描述的，多个电子束源Gn位于离子源100(具体地说，构成离子源的等离子容器118)中。为每一个电子束源Gn提供来自相应的电子束电源114的用于控制电子束的生成量的引出电压和用于在Y方向上进行扫描的扫描电压。在该实施例中，电子束源Gn和电子束电源114的数目分别为2。这些数目并不限于该值。这些数目每一个也可以是1，或除了2的复数。也就是说，这两个数目都是一或多个中的任意一个。

[0042]

放置离子束监控器80，用于测量位于注入位置或注入位置附近以及在Y方向上的多个监控点的离子束50的Y方向离子束电流密度分布，其中注入位置为其中使离子束50入射到衬底60上的位置。表示射束电流密度分布的测量数据D1从离子束监控器80输出，并且然后被提供给控制设备90。

[0043]

例如在如图1所示的例子中，离子束监控器80可以被放置在注入位置后侧(换句话说，下游侧)的附近。可选情况下，监控器可以放置在注入位置前侧(换句话说，上游侧)，或者可以构造为是可移动到该注入位置的。需要将离子束监控器80、衬底60和支架502放置为不互相干涉。在测量期间，在其中离子束监控器80被放置在注入位置的后侧附近的情况下，衬底60和支架502可以被移动到不会发生干涉测量的位置。在测量期间，在其中离子束监控器80被放置在注入位置的前侧附近的情况下，离子束监控器80可以被移动到不会发生干涉注入的位置。

[0044]

离子注入机进一步包括控制设备90，根据由离子束监控器80所提供的测量数据D1来控制电子束电源114。在该实施例中，控制设备90还可以控制灯丝电流If，这在后面会描述。

[0045]

(2)关于离子源100、电子束源Gn等及其控制

如图4所示，在离子源100的结构中，用于产生等离子的气体(包括蒸汽的情况)120经由气体导入端口119被导入，一或多个(在该实施例中为三个)灯丝122位于等离子容器118中，它具有例如长方体形状，在灯丝122和还起到阳极作用的等离子容器118之间生成电弧放电，气体120被离子化以生成等离子124，并且上述带状离子束50通过引出电极系统126从等离子124中被引出。

[0046]

气体120是包含有期望元素(例如，诸如B、P和As等掺杂剂)的气体。气体的具体例子是包含有诸如BF₃、PH₃、AsH₃或B₂H₆的源气体的气体。

[0047]

根据需要，气体导入端口119可以位于排列在Y方向上的多个位置中。根据该结构，容易在等离子容器118中使气体浓度分布均匀化，从而加速等离子密度分布的均匀化。

[0048]

引出电极系统126具有一或多个(在所示的例子中为三个)电极。电极具有分别位于相应位置上的离子引出孔128。引出电极系统126(具体地说，是系统的电极)的离子引出孔128的形状和排列等是根据所引出的离子束50的截面形状来充分确定的。正如在图5所示的例子中，离子引出孔128可以是排列在Y方向上的多个(许多个)小孔，或在Y方向上延伸的裂缝。根据在离子束50的X方向上的尺寸W_X，由多个这种离子引出孔128所组成的多(例如，两或三)行可以排列在X方向上。

[0049]

灯丝122的个数是一或多个中的任意数。为了生成具有较大Y方向尺寸W_Y和高度均匀化的离子束50，优选情况下在Y方向上排列多个灯丝122。

[0050]

正如图4和图5所示的例子中，灯丝122可以具有U形形状，或者正如图6中所示的那样，灯丝122具有沿着Y方向延伸的线性形状。灯丝可以具有其他形状。

[0051]

U形形状的灯丝122可以具有如图4所示的在YZ平面上向回弯折的形状，或者如图5所示的在XZ平面上向回弯折的形状。

[0052]

如图4所示，每一个灯丝122接收来自电压可变灯丝电源134的灯丝电流If，并且被加热以发射热电子。用于生成电弧放电的DC电弧电源136被连接在每一个灯丝122的一端和等离子容器118之间。在该实施例中，灯丝电源134可以改变(增加或减少)灯丝电流If以响应由控制设备90所提供的灯丝电流控制信号Sf。

[0053]

在该例中，为每一个灯丝122放置一个灯丝电源134。不过，不需要分离地放置多个灯丝电源134。灯丝电源可以集成到一个单元中，或者被构造为可以使灯丝电流If单独流经各个灯丝122的一个灯丝电源。在该例中，电弧电源136为所有灯丝122所共享。可选情况下，可以为每一个灯丝122放置一个电弧电源。在共享电源的情况下，可以简化该结构。

[0054]

用于形成其用于产生和保持等离子124的多极磁场(多头磁场)的磁体可以位于等离子容器118的外围。具有这种结构的离子源也被称为桶式离子源(或多极磁场类型的离子源)。

[0055]

电子束源Gn分别位于多个灯丝122之间，具体地说是位于多个灯丝122之间的中点。在该实施例中，如图7所示，每一个电子束源Gn具有：灯丝140，发射电子(热电子)；阳极144，引出电子作为电子束138；引出电极142，位于两个组件140和144之间，并且在不改变电子束138的能量的情况下控制着电子束的生成量；以及一对扫描电极146，在Y方向上扫描待被引出到外部的电子束138。

[0056]

根据该结构，每一个电子束源Gn生成电子束138，并且将电子束发射到离子源100的等离子容器118中，以便气体120被电子束138离子化以产生等离子124。而且，在离子源100中(具体地说，在等离子容器118中)，电子束138可以在Y方向上被一维扫描。扫描焦点的例子如图5和图6所示。简单地说，电子束源Gn用于校正由灯丝122所产生的等离子124的密度分布。该实施例具有两个电子束源Gn。不过，电子束源的个数并不限于2。该个数可以是1，或除了2的复数。也就是说，该数目是一或多个中的任意一个。

[0057]

在图7所示的例子中，每一个电子束电源114具有：灯丝电源150，加热灯丝140；引出电源152，施加DC引出电压Ve，用于控制灯丝140和引出电极142之间的电子束138的量；能量控制电源154，在灯丝140和阳极144之间施加DC阳极电压Va；以及放大器156，施加扫描电压Vy，用于在一对扫描电极146之间进行Y方向扫描。在该实施例中，灯丝电源150是DC电源。可选情况下，灯丝电源可以是AC电源。

[0058]

例如，控制设备90具有提供作为扫描电压Vy的原本的扫描信号Sy的功能，并且放大器156放大(电压放大)由控制设备90所提供的扫描信号Sy以产生(输出)扫描电压Vy。在该例中，扫描电压Vy在相对阳极144的电势的±方向上摆动。根据该结构，电子束电源114可以将用于控制电子束138的量的引出电压Ve和用于Y方向扫描的扫描电压Vy等提供给相应的电子束源Gn。

[0059]

简短地说，从每一个电子束源Gn所引出的电子束138的能量是根据阳极电压Va的电平来决定的，并且成为Va[eV]。电子束138的能量被设置到其中在等离子容器118中可以通过电子碰撞使气体120离子化的电平。例如，当气体120是上述类型的气体，则能量可以设置在大约500eV至3keV之间，具体地说大约1keV。

[0060]

在排列在Y方向的多个监控点上，离子束监控器80测量离子束50的Y方向离子束电流密度分布。正如在例如图9所示的例子中，离子束监控器80具有多个(许多)排列在Y方向上的射束电流测量设备(例如，法拉第杯(Faraday cups))82。多个射束电流测量设备82的排列长度可以比离子束50的Y方向上的尺寸W_Y稍微大一点。根据该结构，可以测量出在Y方向上的整个离子束50。射束电流测量设备82分别对应于监控点。图9是示意图。射束电流测量设备82的数目、形状和排列等并不限于图9中所示的这些。

[0061]

例如，每一个射束电流测量设备82可以形成为在X方向上延伸的矩形形状，而不是如图9中例子所示的圆形形状。在这种情况下，每一个射束电流测量设备82的结构可以使得X方向尺寸大于入射到该设备上的离子束50的X方向尺寸W_X，从而使该设备能够接收到在X方向上的整个离子束50。根据该结构，可以消除离子束50的X方向离子束电流密度分布带来的影响。换句话说，在X方向上，可以测量平均离子束电流密度。如上所述，衬底60沿着X轴进行移动(不限于平行于X方向的移动)。因此，当如上构造射束电流测量设备82时，在更类似于在衬底60上的实际离子注入的状态下，可以测量离子束50的离子束电流密度分布。

[0062]

离子束监控器80可以构造的使得通过移动装置来在Y方向上移动一个射束电流测量设备82。

[0063]

在说明书中，监控点不是不具有面积的数学点，而是小的测量地点，其中Y方向尺寸足够小于离子束50的Y方向尺寸W_Y，并且具有预定的面积。

[0064]

每一个监控点的面积事先已知。因此，在每一个监控点处的离子束50的射束电流的测量基本上等价于位于监控点的射束电流密度的测量。这是因为可以按面积来分配在监控点处获得的射束电流来获得位于监控点处的射束电流密度。

[0065]

图8示出了如图1所示的系统的简化版，从离子源100到离子束监控器80。附图标记170一般表示离子束传输系统。离子源100的Y方向可以被设置为基本上平行于离子束监控器80的Y方向。不过，离子束传输系统170并不总是线性的(参见图1)，并且离子源100的X方向以及离子束监控器80的X方向并不总是相互平行的，如图8所示。这不会造成问题。

[0066]

在该实施例中，控制设备90是由具有CPU、存储设备、输入AD转换器、输出DA转换器等的计算机构成的。控制设备90具有执行下述控制(A)和(B)之一的功能，并且并不同时执行控制(A)和(B)。

[0067]

(A)电子束的扫描速度控制

在这种情况下，控制设备90根据离子束监控器80的测量数据D₁来控制离子束电源114，以便将由电子束源Gn所生成的电子束138的量保持在基本上恒定的值的同时，通过执行：(a)相对增加在离子源中的对应于其中由离子束监控器80所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置处的电子束138的扫描速度；以及(b)相对降低在离子源中的对应于其中由离子束监控器80所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置处电子束138的扫描速度，具有均匀化由离子束监控器80所测量的Y方向离子束电流密度分布的功能。

[0068]

(B)电子束的数量控制

在这种情况下，控制设备90根据离子束监控器80的测量数据D₁来控制离子束电源114，以便将由电子束源Gn所生成的电子束138的Y方向扫描速度保持在基本上恒定的值的同时，通过执行：(a)相对减少在离子源中的对应于其中由离子束监控器80所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置处的电子束138的生成量；以及(b)相对增加在离子源中的对应于其中所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置处的电子束138的生成量，具有均匀化由离子束监控器80所测量的Y方向离子束电流密度分布的功能。

[0069]

在上述(A)和(B)的任何一个的情况下，控制设备90将执行上述控制(a)和(b)的任何一个。不过，控制设备优选情况下执行两个控制，因为均匀化离子束电流密度分布的控制更快。术语“功能”可以理解为“装置”。这对后面将要描述的其他功能也是同样适用的。

[0070]

下面来描述控制(A)和(B)的具体例子。

[0071]

(A)电子束的扫描速度控制

在这种情况下，使用图7所示的电源来作为电子束电源114。在该例中，从引出电源152输出的引出电压Ve被设置为常数，并且由电子束源Gn所生成的电子束的数量被设置为常数。优选情况下，从能量控制电源154输出的阳极电压Va也被设置为常数。在该实施例中，这些值被设置为常数。图10至12示出了在这种情况中通过使用控制设备90所执行的控制的流程图。

[0072]

在控制之前，在位于离子束监控器80上的监控点Py、在监控点Py处共享离子束电流密度的增加/减少的电子束源Gn、以及被提供给电子束源Gn的扫描电压Vy之间的对应关系被事先检查，并且被存储在控制设备90中。在其中只有一个电子束源Gn被使用的情况下，电子束源Gn被唯一确定，并且因此不需要检查和存储电子束源Gn。进而，电子束源Gn并不需要被包括在下述对应关系中。

[0073]

当注意力集中到位于离子束监控器80上的任意监控点Py时，这些对应关系示出了电子束源Gn增加/减少监控点Py上的离子束电流密度以及被提供给电子束源Gn的扫描电压Vy的值，并且可以用下述表达式1来表示对应关系。下标i、j和k表示具体的位置并且是整数。例如，通过检查在电压下离子束电流密度被增加或减少的位置处的电子束源Gn、扫描电压Vy和监控点Py，可以确定对应关系。对应关系由离子注入机的结构所唯一确定。因此，当一旦确定下来，除非对离子注入机的结构进行了修改，否则它们不会被改变。表示对应关系的数据可以存储在控制设备90(具体地说，存储设备)中。

[0074]

[表达式1]

Py_i←→(Gn_j，Vy_k)

[0075]

下面参考图10等来描述接下来的程序。在控制设备90中设置了撞击到衬底60上的离子束50的期望离子束电流密度Iset，以及密度的可允许误差ε(步骤900)。所设置的离子束电流密度Iset被称为预设离子束电流密度。可允许误差ε表示实际离子束电流密度、具体地说就是由离子束监控器80所测量的离子束电流密度Imon被允许偏离预设离子束电流密度Iset的程度。

[0076]

接下来，粗略设置了灯丝条件(步骤901)。这意味着，在等离子124的产生中，在没有使用电子束源Gn而仅使用灯丝122的情况下从离子源100中引出了离子束50，并且以手工方式粗略设置了由离子束监控器80测量的离子束电流密度Imon。具体地说，调整了灯丝电源134，并且粗略设置了流经离子源100的灯丝122的灯丝电流If。此时，可以额外执行由电弧电源136所提供的对电弧电流的调节。通常情况下，这种粗略设置仅需被执行一次，除非离子源100或离子注入机的结构被改变。

[0077]

当更加精细的执行灯丝条件的粗略设置时，接下来的控制(例如，步骤905之后的控制)就可以完成得更快。这也适用于图16的例子的情况。

[0078]

例如，优选情况下，执行粗略设置，以便在所有监控点Py，所测量的离子束电流密度Imon与预定离子束电流密度Iset相似，并且可以将其分布均匀化到一定程度。图13和14A示出了其中执行这种设置的示意性例子。图13示出了其中所测量的离子束电流密度Imon被设置得略微小于预设离子束电流密度Iset的例子，并且图14A示出了其中前者被设置为略微大于后者的例子。可以使用这些设置的任何一个。

[0079]

粗略的说，如图13所示，所测量的离子束电流密度Imon的峰值位置大约对应于灯丝122的位置。在该图中，AG₁表示由一个电子束源Gn所影响的区域，并且AG₂表示由另一个电子束源Gn所影响的区域。不过，该图只是示意性图。

[0080]

接下来，控制设备90将具有初始波形的扫描信号Sy提供给电子束电源114(具体地说，它们的放大器156)，以便输出具有相同波形的扫描电压Vy(步骤902)。例如，初始波形为三角形波形。频率为例如10kHz。频率并不限于该值。

[0081]

电子束源Gn生成电子束138，由初始波形在Y方向上被扫描。通过使用它和灯丝122，在离子源100中产生等离子124，并且引出离子束50(步骤903)。离子束监控器80接收到离子束50，且测量离子束电流密度Imon(步骤904)。该例子如图13和14A所示。接下来，描述图14A的例子。

[0082]

进而，控制设备90执行诸如计算等下述处理。根据由离子束监控器80所提供的测量数据D₁，计算出了在由离子束监控器80所测量的Y方向分布中的离子束电流密度Imon的均值Iave(步骤905)。这是确定值。

[0083]

接下来，将均值Iave与预设离子束电流密度Iset进行比较，并且确定这两个值是否基本上相等(步骤905)。如果二者基本上相等，则过程进展到步骤908，并且如果不相等，则过程进行到步骤907。术语“基本上相等”意味着该值是相等的，或者在预定的小误差范围内。该术语可以理解为“近似相等”。

[0084]

步骤907为灯丝电流控制子例程。图11示出了子例程的内容。在子例程中，首先判断均值Iave是否大于预设离子束电流密度Iset(步骤920)。如果大于，则过程进展到步骤921，并且如果不大于，则过程进行到步骤922。

[0085]

在步骤921中，灯丝电源134由从控制设备90供应的灯丝电流控制信号Sf进行控制，并且按照预定量一致地降低流经离子源100的所有灯丝122的灯丝电流If(换句话说相等的或相同的量，下同)。在步骤922中，与上述情况相反，按照预定量一致的增加流经所有灯丝122的灯丝电流If。例如，预定量约为在结束灯丝条件的粗略设置时的灯丝电流If的1％～2％。当预定量较大时，控制被快速地执行，但是不能一致控制的可能性较高。相比之下，当预定量较小时，控制较慢，但是消除了该可能性。因此，可以通过同时考虑这两种情况来确定预定量。

[0086]

不过，包括有灯丝电流控制子例程(步骤907)和下面要描述的电子束扫描速度控制子例程(步骤910)的步骤900～911的控制不是在衬底60上的离子束注入过程中实时执行的，而是在衬底60的注入过程之前的适当时间上或者间断执行的。控制速度不是问题。因此，可以执行其中的重点不在于速度，而是在于稳定性和确定性的控制。例如，控制可能需要以分钟为单位的时间。这还适用于如图16和17所示的控制。

[0087]

在步骤907中的灯丝电流控制子例程之后，过程返回到步骤905，并且重复上述控制，直到步骤906中的判断为YES。这使得均值Iave基本等于预设离子束电流密度Iset。图14B示出了该状态的示意性例子。然后，过程进展到步骤908。

[0088]

在步骤908中，作为所测量的Y方向分布中的离子束电流密度Imon和预设离子束电流密度Iset之差的Y方向分布上的误差Ierr是根据例如以下表达式来计算的。

[0089]

[表达式2]

Ierr＝Imon-Iset

[0090]

接下来，判断在离子束50所碰撞的所有监控点Py上，误差的大小(绝对值)|Ierr|是否等于或小于可允许误差ε(步骤909)。如果甚至存在其中误差大小不是等于或小于可允许误差的一个点，则过程进展到步骤910。如果不存在这样的点，则过程进展到步骤911。

[0091]

优选情况下，与在实施例中的一样，在离子束50所撞击的所有监控点Py上执行判断。不过，可以省略在几个不重要的监控点Py上的判断。不需要在离子束50没有撞击到的监控点Py上执行判断。也就是说，在离子束50所撞击到的基本所有监控点Py上都可以执行判断。

[0092]

步骤910为离子束扫描速度控制子例程。图12示出了子例程的内容。在该子例程中，首先确定(换句话说为识别，下同)其中误差大小|Ierr|大于可允许误差ε的监控点Py，并且确定其中误差较大的监控点Py上的误差Ierr的符号(步骤930)。从上述表达式2中看出，在该例中，其中所测量的离子束电流密度Imon大于预设离子束电流密度Iset的情况为正，以及其中前者小于后者的情况为负。另外参考图14B。在控制的初始状态中，如上所述被确定的监控点Py的个数通常较大，并且随着步骤905～908的控制的进展，变得越来越小。

[0093]

接下来，确定与所确定的监控点Py相对应的电子束源Gn和监控点的扫描电压Vy(步骤931)。这可以通过使用上述对应关系(参见表达式1及其描述)来执行。不过，在其中只使用一个电子束源Gn的情况下，电子束源Gn是唯一确定的，因此没有必要确定电子束源Gn。

[0094]

接下来，修整扫描信号Sy的波形，以便在误差Ierr为对应于正监控点Py的扫描电压Vy的时刻的电子束138的扫描速度与误差大小|Ierr|成比例增大，并且在误差Ierr为对应于负监控点Py的扫描电压Vy的时刻的电子束138的扫描速度与误差大小|Ierr|成比例减小(步骤932)。结果，扫描信号Sy的波形从初始的三角形波形变成略微扭曲的波形。简短地说，得到了在其中扫描速度增大或减小了的位置上的倾斜从初始波形或三角形波形被增大或减小的波形。

[0095]

为了执行更为精细的控制，优选情况下将不同扫描速度的两点之间的扫描速度设置为通过插值两点的扫描速度而得到的扫描速度。

[0096]

当电子束138的扫描速度增大时，在其中速度增大的位置中由于电子束138所引起的等离子124的产生减小了(变薄)，并且从中引出的离子束50的射束电流密度减小了。当电子束138的扫描速度增大时，在其中速度减小的位置中由于电子束138所引起的等离子124的产生增加了(变厚)，并且从中引出的离子束50的射束电流密度增大了。

[0097]

电子束138的扫描速度的增加指的是增加了扫描信号Sy的时间变化率dSy/dt，并由此增加了扫描电压Vy的时间变化率dVy/dt，并且扫描速度的减小意味着减小了时间变化率dSy/dt，并由此减小了dVy/dt。

[0098]

在其中电子束138的扫描速度与误差大小|Ierr|成比例增大或减小的情况中，可以充分确定比例常数。当增大比例常数时，控制被快速地执行，但是不能一致控制的可能性较高。相比之下，当比例常数减小时，控制较慢，但是消除了可能性。因此，可以通过同时考虑这两种情况来确定比例常数。

[0099]

然后，通过使用上述经过波形修整的扫描信号，扫描由电子束源Gn所生成的电子束138(步骤933)。也就是说，通过使用在放大器156中放大经过波形修整的扫描信号Sy而得到的扫描电压Vy来扫描电子束138。结果，误差Ierr减小，并且其中误差大于可允许误差ε的监控点Py的个数也减少了。不过，这可能产生其中由于波形调整而改变了所测量的离子束电流密度Imon的均值Iave的情况。图14C示出了这种情况的示意性例子。

[0100]

因此，在步骤910的电子束扫描速度控制子例程之后，过程返回到步骤905。重复上述控制，直到步骤909中的判断为YES。结果，在离子束50所撞击到的所有(或基本上所有)监控点Py中，误差大小|Ierr|等于或者小于可允许误差ε，并且均值Iave基本等于预设离子束电流密度Iset(见步骤906)。图14D示出了这种情况的示意性例子。

[0101]

如果步骤909中的判断为YES，则经过波形修整的扫描信号Sy的数据、灯丝电流If的数据以及如果需要还有其它数据被存储到控制设备90(确切地说为存储设备)中(步骤911)。结果，结束了通过使用控制设备90进行的均匀化Y方向离子束电流密度分布的控制。

[0102]

在结束了均匀化控制之后，如果需要，通过使用所存储的数据从离子源100引出离子束50，并且在衬底60上执行离子注入。

[0103]

如上所述，根据离子注入机，可以改善在衬底60的注入位置中在Y方向上的离子束电流密度分布的均匀化。结果，可以提高衬底60上的离子注入的均匀化。

[0104]

而且，组合使用使用灯丝122的等离子产生以及由使用电子束源Gn来控制等离子密度分布控制所引起的离子束电流密度分布的均匀化。因此，通过使用具有较大电流和较高均匀化的离子束50来照射衬底60，可以容易地执行离子注入。这还适用于下一个实施例。

[0105]

(B)电子束的数量控制

下面主要参照图15至17来描述这种情况的例子。在这些图形中，与上述(A)的控制相同和相对应的部分用相同的附图标记表示。在以下描述中，重点放在与上述(A)的控制的不同之处上。

[0106]

在这种情况下，使用如图15所示的电源作为电子束电源114。电子束电源114具有放大器162以代替DC引出电源152，用于施加引出电压Ve来控制灯丝140和引出电极142之间的电子束138的生成量。在例子的情况中，控制设备90具有提供作为引出电压Ve的原本的引出信号Se的功能。放大器162放大(电压放大)从控制设备90提供的引出信号Se，以产生(输出)引出电压Ve。电子束电源具有扫描电源166以代替放大器156，用于只输出三角形的扫描电压Vy。

[0107]

在该例子中，也就是说，扫描电压Vy的波形和大小被设置为常数，并且由电子束源Gn所生成的电子束138的扫描速度被设置为常数。优选情况下，从能量控制电源154输出的阳极电压Va被设置为常数，并且电子束138的能量被设置为常数。因此，在本实施例中这些值被设置为常数。例如扫描电压Vy的频率为10kHz。该频率并不限于此。

[0108]

图16和17示出了在这种情况下通过使用控制设备90所执行的控制的流程。在图16中，如图10所示的步骤902用步骤912所取代，并且步骤910被步骤913所取代。灯丝电流控制子例程(步骤907)的内容与如图11所示的相同，并且因此参考了该图。

[0109]

在步骤912中，控制设备90将具有初始波形的扫描信号Sy供应给电子束电源114(确切地说为其放大器162)，以输出具有相同波形的引出电压Ve。例如，初始波形为具有常数电压的DC电压。

[0110]

步骤913为电子束数量控制子例程。图17示出了子例程的内容。步骤930和931与如图12所示的相同，因此省略了重复描述。

[0111]

在步骤931之后的步骤934中，修整引出信号Se的波形，以便在误差Ierr为对应于正监控点Py的扫描电压Vy的时刻的引出电压Ve的减小与误差大小|Ierr|成比例，并且在误差Ierr为对应于负监控点Py的扫描电压Vy的时刻的引出电压Ve的增加与误差大小|Ierr|成比例。结果，引出信号Se的波形从初始常数值变成略微扭曲的波形。简短地说，得到了在其中电子束数量从其初始的常数值被增加或降低的位置处的电压值。

[0112]

当引出信号Se和引出电压Ve增大时，增加了在信号被增强的位置上的电子束数量，增加了(变厚)由于该位置上的电子束138所引起的等离子124的产生，并且增加了从中引出的离子束50的射束电流密度。当引出信号Se和引出电压Ve减小时，减小了在信号被减弱的位置上的电子束数量，减小了(变薄)由于该位置上的电子束138所引起的等离子124的产生，并且减小了从中引出的离子束50的射束电流密度。

[0113]

在其中引出电压Ve与误差大小|Ierr|成比例增大或减小的情况中，比例常数可以得到充分确定。当比例常数增大时，控制被快速执行，但是不能一致控制的可能性较高。相比之下，当比例常数减小时，控制较慢，但是消除了可能性。因此，可以通过同时考虑这两种情况来确定比例常数。

[0114]

然后，通过使用上述经过波形修整的引出信号Se，从电子束源Gn生成电子束138(步骤935)。结果，误差Ierr减小，并且其中误差大于可允许误差ε的监控点的个数也减少了。在这种情况下，可能产生其中由于波形修整而改变了所测量的离子束电流密度Imon的均值Iave的情况。这种情况的示意性例子与如图14C所示的相同。

[0115]

因此，在步骤913的电子束扫描速度控制子例程之后，过程返回到步骤905。重复上述控制，直到步骤909中的判断为YES。结果，在离子束50所撞击到的所有(或接近所有)监控点Py中，误差大小|Ierr|等于或者小于可允许误差ε，并且均值Iave基本等于预设离子束电流密度Iset(见步骤906)。这种情况的示意性例子与如图14D所示的相同。

[0116]

如果步骤909中的判断为YES，则经过波形修整的引出信号Se的数据、灯丝电流If的数据以及如果需要还有其它数据被存储到控制设备90(确切地说为存储设备)中(步骤911)。结果，结束了通过使用控制设备90进行的均匀化Y方向离子束电流密度分布的控制。

[0117]

另外根据本实施例，可以改善在衬底60的注入位置中在Y方向上的离子束电流密度分布的均匀化。结果，可以提高衬底60上的离子注入的均匀化。

[0118]

可选情况下，与如图18所示的例子一样，电子束源Gn可以被装在从等离子容器118的内部单独排空的圆柱体172中，并且可以使电子束源Gn受到如箭头Q所示的差异排空。根据该结构，可以提高电子束源Gn的真空程度，并因此可以防止电子束源Gn的性能被导入进等离子容器118的气体120(见图4)降低。

[0119]

与如图18所示的例子一样，网格电极174可以置于圆柱体172的正面附近。根据该结构，等离子124可以通过网格电极174来保护。因此，可以防止等离子124进入电子束源Gn而降低电子束源Gn的性能。

[0120]

不考虑圆柱体172或者网格电极174的放置，离子束源Gn可以置于等离子容器118的附近但是不在等离子容器118的外表上，并且电子束138从源被发射到等离子容器118中。

[0121]

如上所述，灯丝122和离子束源Gn等的个数并不限于上述实施例，并且可以根据所需的离子束50的Y方向尺寸W_Y等来进行充分选择。排列灯丝122和离子束源Gn的方式并不限于上述实施例，并且可以根据所需的离子束50的Y方向尺寸W_Y等来进行充分确定。

[0122]

(3)关于分析电磁石

下面描述分析电磁石200。在描述之前，为了进行比较，下面来描述现有分析电磁石。

[0123]

(3-1)现有分析电磁石

例如，专利文献3公开了一种分析电磁石的例子，用于对带状离子束进行动量分析。

[0124]

专利文献3：JP-A-2004-152557(段落0006和0022，图1和图22)

[0125]

下面参考图43来描述在专利文献3中所公开的现有分析电磁石。在图中，为了有助于理解线圈12、18的形状，用两点虚线表示轭36。离子束2的前进方向被设为Z方向，并且在基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的两个方向分别被设置为X和Y方向。然后，在Y方向上延伸的带状离子束2入射在分析电磁石40的入口24上，并且从出口26中射出。

[0126]

在分析电磁石40的结构中，诸如专利文献3的图1所示的上部和下部或两个线圈12、18与对应于参考的图21所示的轭的轭36组合起来。

[0127]

线圈12是马鞍形线圈(参考专利文献3，被称为香蕉形线圈)，并且具有：一套主体部分(参考专利文献3，被称为线圈主部分)14，跨过离子束2的路径(射束路径)彼此相对；以及一套连接部分(参考专利文献3，被称为端起部分)16，倾斜地升起以避开射束路径，并且在Z方向上相互连接主体部分14的末端部分。在入口24和出口26中连接部分16倾斜升起，这样防止了离子束2撞击到这些部分并且保证了射束通过区域。

[0128]

另外，线圈18是与线圈12具有类似结构的马鞍形线圈(不过，它具有与线圈12平面对称的形状)，并且具有一套主体部分20和一套连接部分22。

[0129]

线圈12、18的每一个都是多匝线圈，其中外表面覆有绝缘体的导体(被覆导体)被缠绕多次，并且通过其中将扇形平面图形状的线圈在两端附近进行弯曲以形成连接部分16、22的方法来产生。通常使用其中冷却介质(例如，冷却水)可以流动的空心导体作为导体。在该说明书中，“绝缘”表示电气绝缘。

[0130]

轭36整个地包围在线圈12、18的主体部分14、20的外侧。

[0131]

分析电磁石40具有下述问题。

[0132]

(A)在入口24和出口26中，在射束入射和发射方向上连接部分16、22从轭36突出的突出距离L1较大。这主要由下述原因所引起。

[0133]

(a)为了让在Y方向上被延长的带状离子束2尽可能均匀地被偏转，必须设置线圈12、18的主体部分14、20，以便通过增加Y方向的尺寸a来将其垂直地延长(比图43所示的例子更加垂直地延长)。如上所述，在线圈12、18中，对扇形线圈施加一个弯曲处理，以形成连接部分16、22。因此，尺寸a基本上直接在突出距离L₁中反映出。因此，随着尺寸a的增加，突出距离L₁也随着增加。

[0134]

(b)在线圈12、18中，连接部分16、22是通过如上所述对扇形线圈施加弯曲过程来形成的。由于对弯曲过程的限制，不可避免地在主体部分14、20和连接部分16、22之间的交界附近形成相对较大的弯曲部分30、32。弯曲部分30、32的存在使得轭36的末端部分和连接部分16、22的末端部分之间的距离L₂增加。由于距离L₂包括在突出距离L₁中，因此突出距离L₁增加。由于对弯曲过程的限制，随着尺寸a的增加，弯曲部分30、32的曲率半径一定也增加，因此距离L₂以及因此突出距离L₁被进一步延长。

[0135]

突出距离L₁可以由下述表达式来表示。

[0136]

[表达式3]

L1＝a+L2

[0137]

(c)连接部分16、22被倾斜地升起。因此，这也造成突出距离L₁的增加。

[0138]

如上所述，当连接部分16、22从轭36的突出距离L1较大时，则分析电磁石40相应地增大，并且用于安装分析电磁石40所需的面积也增加。因此，离子注入机也增大了，并且用于安装离子注入机所需的面积也增加了。进而，分析电磁石40的重量增加了。而且，位于轭36外部的由连接部分16、22所生成的磁场(该磁场也叫做边缘场)干扰离子束2的形态(指形状和姿态，下同)的可能性增加了。

[0139]

(B)线圈12、18的功率消耗较大。这主要是由下述原因造成的。

[0140]

(a)连接部分16、22没有生成用于偏转离子束2的磁场。如上所述，连接部分16、22的突出距离L₁较大。因此，连接部分16、22的长度相应地增加，并且在连接部分16、22中功率消耗大得浪费。这造成线圈12、18的功率消耗增加。

[0141]

(b)如上所述，线圈12、18为被覆导体的多匝线圈。因此，难以增加线圈12、18的截面中的导体面积的比例(也就是，导体的占空系数)。因此，功率损耗相应较大，并且功率消耗增加。在其中被覆导体为空心导体的情况下，导体的占空系数进一步减小，因此功率损耗进一步增大。因此，功率消耗进一步增加。

[0142]

如上所述，当线圈12、18的功率消耗较大时，分析电磁石40的功率消耗较大，并且因此离子注入机的功率消耗也较大。

[0143]

现有分析电磁石40的上述问题可以通过下面要描述的分析电磁石200来解决。下面来依次描述分析电磁石200的整个结构、线圈结构的细节、产生线圈的方法以及分析电磁石200的特征、控制方法和其他例子等。

[0144]

(3-2)分析电磁石200的整个结构

分析电磁石200的例子如图19至21等所示。图21示出了分析电磁石，其中省略了真空容器236。分析电磁石200的构造使得带状离子束50撞击在电磁石上，在离子束50所穿过的射束路径202中生成了沿着Y方向的磁场，并且离子束50在X方向上被弯曲，以执行动量分析。磁场用图20中的磁力线204等来概略表示。当离子束50撞击在分析电磁石200上时，传输中的离子束50受到磁场的从传输方向Z上看向右导向的Lorentz力F_X，从而向右偏转。结果，动量分析得到执行。离子束50的中心轨道54用图1 9中的单点连线来表示，并且其曲率半径用R表示。分析电磁石200使得离子束50偏转的角度(偏转角度)用α表示。

[0145]

例如，曲率半径R为300～1500mm，并且偏转角度α为60～90度。图19示例性地示出了其中偏转角度α为90度的情况。

[0146]

另外参照图22，分析电磁石200包括第一内线圈206、第二内线圈212、一个或多个(在本实施例中为3个)第一外线圈218、一个或多个(在本实施例中为3个)第二外线圈224、轭230和一套磁极232。射束路径202被由非磁性材料制成并且保持真空的真空容器236所包围。真空容器236还被称为分析器管。

[0147]

第一和第二内线圈206、212被摘出并在图23中示出。参照图形更容易理解这些线圈。

[0148]

在该例子中，线圈206、212、218、224的形状为在Y方向上基本平面对称，其对称平面234(见图20等)穿过射束路径202在Y方向上的中心，并且平行于XZ平面。下面要描述的线圈320(见图37和39等)、第一线圈326和第二线圈328(见图40)是以相似的方式进行构造的。当采用这些平面对称结构时，在射束路径202中可以容易地生成在Y方向上具有高对称性的磁场。这有助于抑制对离子束50在从分析电磁石200中发射出时的形态干扰。

[0149]

之后，由于如上所述，第二外线圈相对于第一外线圈218是平面对称的，因此当如图20、24、28等所示多个第一外线圈218和多个第二外线圈224相互区别时，第一外线圈218被表示为从Y方向上的上侧开始的第一外线圈218a、218b、218c，第二外线圈224被表示为从Y方向上的下侧开始的第二外线圈224a、224b、224c。

[0150]

线圈206在附图中被标以下划线，它意味着这个附图标记表示诸如线圈等整个组件。

[0151]

主要参照图23和27，第一外线圈206为马鞍形线圈，它具有：一套主体部分208，在横跨射束路径202的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束50的一侧(在本实施例中为上侧)的约一半或更多(换句话说基本上一半或更多)；以及一套连接部分210，在Z方向上相互连接主体部分208的末端部分(换句话说，位于分析电磁石200的入口238的侧面上的末端部分和位于出口240的侧面上的末端部分，这还可应用到其他线圈)，同时避开射束路径202。第一内线圈与第二内线圈212合作，以生成在X方向上弯曲离子束50的主磁场。主磁场为主要通过其以基本上预定曲率半径R弯曲离子束50的磁场。

[0152]

由于当从整体上看时，线圈具有马鞍形状，所以第一内线圈206被称为马鞍形线圈。这同样适用于其他线圈212、218、224和下面将要描述的线圈326和328。

[0153]

为了防止离子束50撞击在连接部分210上并且减少由该部分所生成的磁场在离子束50上所施加的影响，连接部分与在Y方向上朝着上侧的射束路径202隔开。出于与上述相同的目的，其他线圈的连接部分与在Y方向上朝着上侧或下侧的射束路径202隔开。

[0154]

主要参照图23，第二内线圈212为马鞍形线圈，它具有：一套主体部分214，在横跨射束路径202的X方向上相互对立，并且在Y方向上覆盖离子束50的另一侧(在本实施例中为下侧)的约一半或更多(换句话说基本上为一半或更多)；以及一套连接部分216，在Z方向上相互连接主体部分214的末端部分，同时避开射束路径202。第二内线圈与第一内线圈206在Y方向上重叠放置，并且与第一内线圈206合作以生成在X方向上弯曲离子束50的主磁场。也就是说，第二内线圈212生成与第一内线圈206所生成的磁力线的方向相同的磁力线204。

[0155]

第二内线圈212与第一内线圈206具有类似的尺寸和结构。通常，导体(确切地说为导体片268，参见图25等)的匝数等于第一内线圈206的匝数。不过，如上所述，第二内线圈具有相对于第一内线圈206关于对称平面234的平面对称形状。连接部分216相对于横跨射束路径202的连接部分210置于Y方向上的相对侧(也就是下侧)。

[0156]

虽然如图23中的线表示，在第一内线圈206和第二内线圈212之间形成了微小(例如约20mm)缝隙242。在该缝隙中，可以放置总共两个冷却板312(参见图34)，如后所述，或者，在第一内线圈206的侧面上放置一个冷却板，并且在第二内线圈212的侧面上放置一个冷却板。

[0157]

主要参照图22，第一外线圈218的每一个都为马鞍形线圈，它具有：一套主体部分220，位于第一内线圈206的外部，并且在横跨射束路径202的X方向上彼此相对；以及一套连接部分222，在Z方向上相互连接主体部分220的末端部分，同时避开射束路径202。第一内线圈生成用于辅助或校正主磁场的次磁场。第一外线圈218在Y方向上的放置是相互重叠的。

[0158]

确切地说，每一个第一外线圈218的主体部分220和连接部分222的侧向部分(与如图27所示的侧向部分284相对应的部分)在Y方向上的放置是相互重叠的。虽然严格地说，很难说连接部分222的垂直部分(与如图27所示的垂直部分282相对应)如上所述的重叠放置，但是可以说从整体来看，第一外线圈218在Y方向上的放置是相互重叠的。第二外线圈224是以类似方式构造的。

[0159]

第一外线圈218具有与第一内线圈206基本相似的结构。不过，Y方向上的尺寸要小于第一内线圈206的Y方向上的尺寸，并且另外导体的匝数通常小于第一内线圈206的匝数。第一外线圈218具有与导体(确切地说为导体片269，参见图25等)相同的匝数。在本实施例中，第一外线圈218具有不同的Y-方向尺寸。可选情况下，它们具有相同的Y-方向尺寸。第二外线圈224是以类似方式构造的。

[0160]

例如，第一和第二内线圈206、212中的主体部分和连接部分的Y-方向尺寸约为230mm，在第一和第二外线圈218a、224a中的尺寸约为50mm，在第一和第二外线圈218b、224b中的尺寸约为60mm，并且在第一和第二外线圈218c、224c中的尺寸约为100mm。

[0161]

虽然如图22中的线表示，在第一外线圈218之间、在第二外线圈224之间以及在最下面的第一外线圈218(218c)和最上面的第二外线圈224(224c)之间分别形成了微小的缝隙244、246、248(另外参见图24)。在这些缝隙中，可以放置下面要描述的冷却板312(参见图34)。例如，缝隙244、246的尺寸约为10mm，并且缝隙248的尺寸与缝隙242的尺寸相对应或者约为20mm。缝隙244、246置于沿着各个外线圈218和224的整个周边上。

[0162]

第一外线圈218可以生成与由第一和第二内线圈206、212所生成的磁场的方向相同或相反的磁场。可选情况下，磁场的方向可以通过控制进行反向。第二外线圈224是以类似方式构造的。由第一外线圈218的主体部分220所生成的磁力线(磁场)的一部分朝着射束路径202扩散(换句话说为泄漏)，以便影响主磁场。因此，第一外线圈218可以生成用于辅助或校正主磁场的次磁场。在这种情况下，第一外线圈218的每一个在线圈的内侧的附近区域中施加辅助或校正磁场的影响。第二外线圈224是以类似方式构造的。

[0163]

主要参照图22，第二外线圈224的每一个都为马鞍形线圈，它具有：一套主体部分226，位于第二内线圈212的外部，并且在横跨射束路径202的X方向上彼此相对；以及一套连接部分228，在Z方向上相互连接主体部分226的末端部分，同时避开射束路径202。第二内线圈生成用于辅助或校正主磁场的次磁场。第二外线圈224在Y方向上的放置是相互重叠的，并且在Y方向上与第一外线圈218是相互重叠的。

[0164]

第二外线圈224具有与第二内线圈212基本相似的结构。不过，Y方向上的尺寸要小于第二内线圈212的Y方向上的尺寸，并且另外导体的匝数通常小于第二内线圈212的匝数。导体(确切地说为导体片)的匝数和第二外线圈224的Y-方向尺寸为如上所述。

[0165]

下面来描述每一个导体的匝数的例子。第一和第二内线圈206、212的匝数约为110匝，并且第一和第二外线圈218、224的匝数约为85匝。

[0166]

线圈的主体部分208、214、220、226的每一个都几乎整个位于轭230中，并因此可以说，该部分就是在射束路径202中生成期望磁场(主磁场或次磁场)的部分。下面要描述的线圈320的主体部分322是以类似方式构造的。

[0167]

可以说，线圈的连接部分210、216、222、228为在Z方向上相互电气连接相应的一套主体部分的末端部分的部分，并且与主体部分合作以形成环状导电路径。下面要描述的线圈的连接部分324、325是以类似方式构造的。

[0168]

图20为沿着图19的线A-A的纵向截面图，并且因此示出了线圈206、212、218、224的主体部分208、214、220和226。另外，下面要描述的图39至41示出了线圈的主体部分。

[0169]

轭230由铁磁材料制成，并且整个地围绕线圈206、212、218、224的主体部分208、214、220和226的外侧。由此构造的轭230另外产生了可以减少泄露到外部的磁场的效果。轭230具有通常所说的扇形平面图形状，如图19所示。轭230的截面形状(沿着XY平面的截面)为矩形框架形状。由此构造的轭230也被称为窗框型轭。

[0170]

在本实施例中，组成轭230的上轭231是可分离的。下面来描述使用上轭231的方式。

[0171]

一套磁极232由铁磁材料制成，并且从轭230向内突出例如15mm，以在横跨射束路径202的Y方向上彼此相对。每一个磁极232的平面图形状为弓形形状，沿着如图19所示的离子束50的中心轨道54进行延伸。该形状也被称为扇形形状。磁极232之间的缝隙长度G略大于(例如100～150mm)离子束50在Y方向上的尺寸W_Y。磁极232不是必需的。不过，当放置了磁极时，磁力线204可以容易地集中在磁极232之间的缝隙中，并因此有助于在射束路径202中生成具有高磁通密度的磁场。

[0172]

例如，磁极232之间的缝隙长度G的尺寸等于或大于曲率半径R的1/2。当曲率半径R为800mm时，确切地说缝隙长度G为例如500mm。通常，缝隙长度G要大于磁极232的宽度W_G。也就是说，G≥W_G。根据这种尺寸关系，可以防止磁极232和轭230被不必要地放大。

[0173]

在图20至22中，缝隙看起来存在于第一内外线圈206、218之间以及第二内外线圈212、224之间。在本实施例中，如图24和25所示的叠层绝缘体262被插在缝隙中。

[0174]

(3-3)线圈的结构等

接下来详细描述线圈的结构等。图24为示意图，放大性地示出了沿着图22的线D-D的第一内外线圈的截面，并且图25为截面图，分解性地示出了如图24所示的第一内线圈和最上面的第一外线圈。

[0175]

在第一内外线圈206、218的结构中，凹口部分272～275(见图22)置于扇形圆柱形叠层线圈290中(见图29)，同时保留主体部分208、220和连接部分210、220。在扇形圆柱形叠层线圈中，其中主表面266a沿着Y方向延伸的绝缘片266和其中主表面268a沿着Y方向延伸的导体片268的迭片结构(一套264)被堆叠起来，其中在第一迭片绝缘体261的外围表面上被缠绕几匝(在与Y方向相交的箭头270的方向上进行堆叠，下同)，第二迭片绝缘体262形成于迭片结构的外围表面上，其中主表面267a沿着Y方向延伸的绝缘片267和其中主表面269a沿着Y方向延伸的导体片269的迭片结构(一套265)被堆叠起来，其中在绝缘体的外围表面上被缠绕几匝，并且第三迭片绝缘体263形成于迭片结构的外部上。

[0176]

为了有助于理解凹口部分272～275，第一内线圈206的凹口部分272～275如图27所示。另外，类似的凹口部分272～275置于第一外线圈218中。

[0177]

轭230被安装到位于曲率半径R的外方向和内方向中的两个凹口部分272、273中。也就是说，它们的形状对应于轭230的形状。下面要描述的线圈320的凹口部分276～279是以类似方式构造的。位于离子束50的传输方向Z的侧面上的两个凹口部分274、275分别形成了入口238和出口240的上半部分。

[0178]

第二迭片绝缘体262可以被看作是构成了第一内线圈206(图25示出了这种情况)，或者可以被看作是构成了第一外线圈218，或者可以被看作是由线圈206、218进行共享。

[0179]

图30示出了如图29所示的堆栈线圈290的截面结构。如图30所示，堆栈线圈是由具有与图25相同的截面结构的内外线圈292、294构成的。另外在这种情况下，第二迭片绝缘体262可以被看作是构成了内线圈292(图30示出了这种情况)，或者可以被看作是构成了外线圈294，或者可以被看作是由线圈292、294进行共享。

[0180]

在叠层线圈290中，分别对应于凹口部分272～275的部分272a～275a被开槽，并且通过切削处理等进行去除，以形成凹口部分272～275。然后，内线圈292被构造成第一内线圈206，并且外线圈294被构造成第一外线圈218。

[0181]

进而，在本实施例的结构中，为了将第一外线圈218分成三个部分(三个步骤)，通过切削处理等将缝隙244置于叠层线圈290的外线圈294中。

[0182]

叠层线圈290的叠层绝缘体261、262、263的每一个都是通过在预浸料坯片上绕多匝来形成的。图16中的预浸料坯片300为预浸料坯片。预浸料坯片为其中具有绝缘和抗热属性的支撑元件被注入了代被处理成半硬状态的绝缘树脂的薄片。

[0183]

支撑元件是通过例如玻璃纤维或碳纤维制成的。树脂是通过例如环氧树脂或聚酰亚胺树脂组成的。通过使用这种预浸料坯片而形成的叠层绝缘体261～263可以被称为纤维增强塑料(FRP)。根据结构元件所需的强度可以来充分地选择叠层绝缘体261～263的厚度。

[0184]

绝缘片266、267的每一个为通过例如Nomex(注册商标)、Lumilar(注册商标)、Kapton(注册商标)或另一种绝缘片构成的薄片。根据所需绝缘强度等可以来充分地选择绝缘片266、267的厚度。例如，厚度约为75μm，或者可以小于该值。

[0185]

导体片268、269的每一个都是通过例如铜片或铝片构成的。根据待流经的电流可以来充分地选择其厚度。例如，在铜片的情况下，厚度约为0.4mm，并且在铝片的情况下，厚度约为0.5mm。根据所需的线圈Y方向尺寸可以充分地选择其在与Y方向相对应的方向上的宽度，并且例如为230mm(例如，在下面要描述的处理之前的宽度约为234mm)。另外可以根据该值来设置叠层绝缘体261～263和绝缘片266、267的宽度。

[0186]

绝缘片266和导体片268的重叠方式与如下所述的图25中的方式相反。导体片268可以置于第一内线圈206的内部(图25的左侧，也就是在叠层绝缘体261的侧面上)，并且绝缘片266可以与其外部重叠地放置。按照需要，绝缘片266可以与导体片268的两侧分别重叠地放置。第一外线圈218的绝缘片267和导体片269是以类似方式构造的。

[0187]

如平面图所示，在第一内线圈206的导体片268的结构中，如图26所示在扇状形状中被缠绕多匝，并且端子340被连接到薄片的末端。不过，匝数并不限于所描述的个数。当电流I_M流经导体片268时，可以生成用于形成主磁场的磁力线204。另外，相同的电流I_M和磁力线204如图27所示。

[0188]

另外如平面图所示，第一外线圈218的导体片269具有与图26类似的结构。

[0189]

第二内外线圈212、224是以与第一内外线圈206、218类似的方式进行构造的。不过，如上所述，线圈具有相对于第一内外线圈206、218关于对称平面234的平面对称结构。

[0190]

按照需要，用于执行线圈加固的元件等可以进一步置于外部叠层绝缘体263的外围上(在如图38所示的线圈的情况下为迭片绝缘体262)。

[0191]

下面以第一内线圈206为例子，参照图27来更为详细地描述线圈的连接部分的结构例子。

[0192]

第一内线圈206的连接部分210的每一个都具有：两个垂直部分282，在Z方向上基本垂直连接到主体部分208的末端部分，并且基本平行于Y方向进行延伸；以及侧向部分284，基本垂直连接到垂直部分282，并且基本平行于XZ平面进行延伸。也就是说，垂直部分282通过侧向部分284进行相互连接。因此，第一内线圈206具有：侧向导电路径286，基本垂直于Y方向；以及垂直导电路径288，基本平行于Y方向。也就是说，第一内线圈206的导电路径的大部分都是通过导电路径286和288中除了边缘部分之外的组合构造而成的。导电路径286和288的所有位置上的电流密度被设置为彼此相同。

[0193]

其他线圈212、218、224的连接部分216、222、228是以与连接部分210类似的方式构造的。因此，其他线圈212、218、224的每一个具有基本垂直于Y方向的侧向导电路径以及基本平行于Y方向的垂直导电路径。也就是说，线圈的导电路径的大部分都是通过侧向导电路径和垂直导电路径中除了边缘部分之外的组合构造而成的。侧向和垂直导电路径的所有位置上的电流密度被设置为彼此相同。下面要描述的线圈320是以类似方式构造的。

[0194]

线圈的连接部分优选情况下以如上所述方式构造。根据该结构，在射束入射和发射方向上连接部分从分析电磁石200的突出距离可以确定被缩短了。下面将详细描述该突出距离。

[0195]

用于线圈的电源的结构例子如图28所示。在例子中，DC主电源250被分别连接到第一和第二内线圈206、212。主电源250可以将在电平上基本相同的电流I_M分别供应到第一和第二内线圈206、212。这两个主电源250不需要单独放置，并且可以被构造成单个组合主电源。

[0196]

进而，在该例子中，DC子电源252被分别连接到第一外线圈218(218a～218c)和第二外线圈224(224a～224c)。子电源252可以将电流I_S分别供应到第一和第二外线圈218、224，并且可以独立控制流经第一和第二外线圈218、224的电流I_S。多个子电源252不需要单独放置，并且可以被构造成可以独立控制分别流经第一和第二外线圈218、224的电流I_S的单个组合子电源。

[0197]

(3-4)产生线圈的方法等

接下来以第一内外线圈206、218为例子来描述产生线圈的方法的例子。

[0198]

首先，产生如图29所示的扇形圆柱叠层线圈290。该产生是根据以下方式来执行的。

[0199]

首先，如图16所示，具有以与如图29所示的叠层线圈290的弓形部分291相反的方式向外突出的弓形部分297的心轴296是绕着轴298以如箭头299所示的恒定方向旋转的，从而如上所述的预浸料坯片300被缠绕了多匝。结果，形成了如图30和32所示的叠层绝缘体261。

[200]

接下来，如图32所示，心轴296以如上所述的相同方式进行旋转，以在迭片绝缘体261的外围表面上缠绕和叠成多匝相互重叠的绝缘片266和导体片268。作为上述的结果，形成了如图30所示的绝缘片266和导体片268的迭片结构。

[0201]

接下来，与图16的情况相类似的方式，预浸料坯片300在绝缘片266和导体片268的迭片结构的外围表面被缠绕多匝，从而形成了如图30所示的叠层绝缘体262。

[0202]

接下来，以与图32的情况相类似的方式，相互重叠的绝缘片267和导体片269在叠层绝缘体262的外围平面上被缠绕多匝，从而形成了如图30所示的绝缘片267和导体片269的迭片结构。

[0203]

接下来，以与图16的情况相类似的方式，预浸料坯片300在绝缘片267和导体片269的迭片结构的外围表面被缠绕多匝，从而形成了如图30所示的叠层绝缘体263。

[0204]

在上述步骤之后，去除心轴296，然后就得到了通过内线圈292和外线圈294构成的叠层线圈290a，但是其中弓形部分291a以与弓形部分291相反的方式进行突出或者突向外部。

[0205]

当在导体片268的缠绕开始和结束部分中放置铅板时，通过使用铅板可以将导体片268连接到端子340(见图26)。导体片269是以类似方式构造的。

[0206]

优选情况下，在缠绕处理之前，将诸如金属粉(发射物)等抛光粉吹到导体片268、269的前侧和后侧的主表面268a、269a(也就是应用了喷砂清理处理)，以使表面变粗糙。根据该结构，可以增加表面面积，并且可以增强相对于绝缘片266、267等的紧密接触。甚至当在导体片268、269的每一个的至少一个主表面上应用喷砂清理处理时，也可以得到该效果。不过，优选情况下在两个主表面上都应用该处理。这也适用于绝缘片266、267。

[0207]

类似地，优选情况下将喷砂清理处理应用到绝缘片266、267的前侧和后侧的主表面266a、267a，以使表面变粗糙。根据该结构，可以增加表面面积，并且可以进一步增强相对于导体片268、269等的紧密接触。

[0208]

接下来，在叠层线圈290a的外围缠绕热收缩带(图中未示出)，然后按照如图33中的箭头302来按压弓形部分291a，以执行形成弓形部分291的成型处理。对所得到的产品进行热固化。结果，得到了用于形成如图26所示的叠层线圈290的叠层线圈290b。缠绕热收缩带提高了结构的强度。代替热收缩带，可以缠绕以类似于上述预浸料坯片的方式而构造的预浸料坯带。

[0209]

接下来，叠层线圈290b通过树脂进行真空浸渍，然后在加压条件下进行热固化。简单地说，这意味着执行了树脂成型处理。结果，得到了如图29所示的叠层线圈290。树脂成型处理可以增加叠层线圈290的层之间的粘合强度，以增加线圈的强度和电绝缘属性。

[0210]

接下来，对叠层线圈290在轴方向(换句话说为高度方向)上的两个端面进行切削处理，以形成平面。之后，对与凹口部分相对应的部分272a～275a进行切削处理，以形成凹口部分272～275。

[0211]

在其中外线圈294被构造成多个第一外线圈218的情况下，在外线圈294中对应于缝隙244的部分上应用开槽处理，从而形成了缝隙244。

[0212]

接下来，其上应用了切削和开槽处理的叠层线圈290c被沉浸在用于蚀刻导体片268、269的材料(如上所述为铜或铝)的蚀刻溶液中，从而执行蚀刻处理。结果，去除了在切削和开槽处理期间在被处理表面上所产生的导体片268、269的毛刺等，以防止在导体片268、269的层之间发生短路(层间短路)，并且导体片268、269的端面相比于绝缘片266、267的端面进一步充分地凹进，以增加导体片268、269中的层绝缘的爬电距离，从而可以增强绝缘性能。

[0213]

在其上已经应用了上述蚀刻处理的整个叠层线圈290d上缠绕热收缩带，然后进行热固化。结果，可以得到扇形圆柱形叠层线圈，其中如图19至25等所示的第一内外线圈206、218相互集成。缠绕热收缩带增强了结构的强度。在其中线圈具有下面要描述的强制冷却结构的情况下，在缠绕热收缩带之前可以根据以下方式来附着冷却板312。代替热收缩带，可以缠绕以类似于上述预浸料坯片的方式而构造的预浸料坯带。

[0214]

如图34所示，具有冷却通道314的冷却板312经由绝缘体316被分别加压接触和附着到第一内外线圈的上下端面306、307和缝隙244。优选情况下，冷却板312不仅置于线圈206、218的主体部分208、220在Y方向上的上下端面中，而且置于连接部分210、222在Y方向上的上下端面中。也就是说，优选情况下板子置于尽可能宽的区域中。例如，冷却水流经冷却通道314。在例子中，绝缘体316缠绕在冷却板312周围。不过，缠绕绝缘体不是必需的。

[0215]

线圈206、218可以通过冷却板312经由其端面进行强制冷却。这种冷却结构也被称为末端冷却系统。

[0216]

在上述情况下，优选情况下在冷却板312和绝缘体316之间以及绝缘体316和线圈206、218的端面之间插入(例如应用)具有高热传导性的热扩散化合物(例如硅脂)。根据该结构，可以尽可能远地减少空处，并且因此可以提高热传导性能和冷却性能。

[0217]

缝隙244的每一个都可以被构造成楔形，其中越朝向线圈218的内侧(图34的左侧)，宽度越窄。另外待被附着到缝隙的冷却板312可以被构造成类似的楔形，以便冷却板312被加压插入缝隙中。根据该结构，在线圈218的端面和冷却板312之间所形成的缝隙可以制得很小，以便可以改善紧密接触。因此，可以进一步改善冷却性能。

[0218]

在其中如上所述放置冷却板312的情况下，可以将热收缩带或预浸料坯带缠绕在处于如图34所示的状态中的整个线圈周围，然后对其进行热固化。另外还可以执行冷却板312的固定和紧密接触。

[0219]

最后，如果需要，另外在其中放置了冷却板312和其中不放置冷却板这两种情况下，包括有第一内外线圈206、218的整个线圈可以通过树脂进行成型。根据该结构，可以进一步提高线圈的抗湿性、绝缘性和机械强度等。在这种情况下，优选情况下可以用树脂来混合5～30wt.％的填充物(填充剂)。根据该结构，可以提高树脂的抗裂性能等。

[0220]

另外，以类似于上述的方式，可以产生第二内外线圈212、224作为其中线圈212、224被集成的线圈。下面要描述的线圈，也就是如图37至39所示的线圈320、如图40所示的第一和第二线圈326、328以及如图41所示的内线圈330和第一和第二外线圈218、224都是以类似于上述的方式产生的。内外线圈可以集成在一起进行产生。

[0221]

通过使用线圈206、218、212、224，如图19和20所示的分析电磁石200等可以例如根据以下程序来进行组装。也就是说，在轭230的上轭231保持为待被去除的同时，将其中第二内线圈212与第二外线圈224被集成的元件从上侧插入到轭230中，然后从上侧插入真空容器236，并且然后从上侧插入其中第一内线圈206与第一外线圈218被集成的元件。最后，附着上轭231。

[0222]

(3-5)分析电磁石200的特征等

在分析电磁石200中，第一内外线圈206、218具有其中凹口部分272～275置于扇形圆柱形叠层线圈290中同时保留主体部分208、220和连接部分210、222的结构，并且因此连接部分210、222处于其中这些部分从主体部分208、220的末端部分在Y方向上基本平行地延伸的状态。因此，甚至在其中增加了主体部分208、220在Y方向上的尺寸的情况下，通过相应地增加连接部分210、222在Y方向上的尺寸来处理这种情况。结果，连接部分210、222在射束入射和发射方向上的突出距离没有增加。

[0223]

将参照图23以第一内线圈206为例子描述上面的内容。在其中增加了主体部分208在Y方向上的尺寸a的情况下，通过相应地增加连接部分210在Y方向上的尺寸c来处理这种情况。确切地说，尺寸a和c基本是相等的。因此，甚至当增加了尺寸a时，连接部分210在离子束50的入射和发射方向上的突出距离L₃(见图19)没有得到增加。突出距离L₃是由轭230的端面与连接部分210的端面之间的距离L₅和连接部分210的厚度b确定的。也就是说，突出距离L₃可以通过以下表达式来表示。另外从第一内线圈206的结构描述来看，主体部分208也具有厚度b。

[0224]

[表达式4]

L₃＝b+L₅

[0225]

不像用于表示现有分析电磁石40的突出距离L₁的上述表达式3，上面的表达式4不包括在Y方向上的尺寸a。这是非常不同于现有分析电磁石40的特征。

[0226]

而且，另外距离L₅可以做得比现有分析电磁石40的距离L₂更小。这是由于以下原因引起的。不像现有线圈12，连接部分210不是通过弯曲处理倾斜地升高连接部分16而形成的，而是通过如上所述将凹口部分272～275放置在扇形圆柱形叠层线圈290中形成的，并且连接部分210在Y方向上基本平行地进行延伸。而且，可以使主体部分208和连接部分210之间的边缘部分254处于其中通过切削处理等变得不太圆或者接近垂直的状态中。

[0227]

由于上述原因，可以减小在射束入射和发射方向上连接部分210从轭230的突出距离L₃。

[0228]

第二内外线圈212、224是以类似方式构造的。

[0229]

当在Y方向上的尺寸a被设置为相同值或者250mm时，现有分析电磁石40的突出距离L₁约为300mm，并且相比之下，分析电磁石200的突出距离L₃约为110mm。

[0230]

由于如上所述的相同原因，甚至在其中内线圈206、212和外线圈218、224成双地置于分析电磁石200的情况下，可以减小在射束入射和发射方向上外线圈218从轭230的突出距离L₄。在现有分析电磁石40中，如果线圈成双地置于内侧和外侧，则极大地增加了连接部分的突出距离。

[0231]

由于上述原因，分析电磁石200可以微型化，并且因此可以减小用于安装分析电磁石200所需的面积。另外可以减小分析电磁石200的重量。而且，减小了由线圈206、218、212、224的连接部分所生成的磁场干扰离子束50的形态的可能性。

[0232]

由于可以减小线圈206、218、212、224的连接部分的突出距离，另外可以缩短连接部分的长度，并因此可以减小连接部分中所浪费的功率消耗。

[0233]

而且，在线圈206、218、212、224的结构中，如上所述，导体片268、269是通过在其间插入绝缘片266、267来堆叠的。因此，与其中被覆导体被缠绕多次的多匝线圈相比，导体的占空系数较高，并且功率损耗相应地较低。结果，可以减少功率消耗。

[0234]

例如，下面来考虑其中每一个线圈在Y方向上的尺寸a被设置为250mm的情况。甚至在其中导体不是空心的情况下(不是空心导体)，在现有技术中的被覆导体的多匝线圈的导体占空系数约为60～70％，并且在空心导体的情况下进一步减小。相比之下，线圈206、218、212、224的导体的占空系数可以被设置为约84～85％。

[0235]

结果，在分析电磁石200中，可以以小于现有分析电磁石40的功率消耗生成所需强度的磁场。以相同的功率消耗，可以生成比现有分析电磁石40所生成的磁场更强的磁场。在后一种情况下，可以减小离子束偏转的曲率半径R，以便分析电磁石200可以进一步微型化。

[0236]

在其中每一个线圈在Y方向上的尺寸a被设置为250mm并且以与现有分析电磁石40相同的方式来通过两个线圈206、212(没有使用线圈218、224)生成了0.2tesla的磁场的情况下，现有分析电磁石40的功率消耗约为67kW，并且相比之下分析电磁石200的功率消耗仅约为24kW。

[0237]

如图1所示的离子注入机包括具有上述特征的分析电磁石200。因此，根据分析电磁石200的微型化，整个离子注入机可以被微型化，并因此可以减小用于安装离子注入机所需的面积。另外可以减小离子注入机的重量。而且，根据分析电磁石200的功率消耗的减小，可以减小整个离子注入机的功率消耗。

[0238]

进而，由于分析电磁石200包括上述第一和第二内线圈206、212，因此与其中在上侧和下侧的每一个中都使用一个线圈的情况相比，可以容易地处理具有较大Y-方向尺寸W_Y的离子束50。

[0239]

而且，第一和第二外线圈218、224可以生成用于辅助或校正主磁场的次磁场。由于次磁场，主磁场可以得到校正，并且可以增强Y方向上的磁通密度分布的均匀化。由外线圈218、224所生成的次磁场可以比主磁场更弱，并且因此可以容易地进行控制。

[0240]

上述主磁场和次磁场使得在射束路径202中生成其中在Y方向上的磁通密度分布的均匀化较高的磁场。结果，离子束50在从分析电磁石200发射时的形态干扰(弯曲和倾斜等，下同)可以被抑制到更低的水平。该效果在其中离子束50的Y-方向尺寸W_Y较大的情况下更为明显。

[0241]

甚至当使用了一个第一外线圈218和一个第二外线圈224时，可以得到校正主磁场的效果。不过，优选情况下，与在例子中的一样，放置了多个第一外线圈218和多个第二外线圈224。在这种情况下，通过这些外线圈218、224可以更为精细地校正在射束路径202中生成的磁场在Y方向上的磁通密度分布。因此，可以生成其中在Y方向上的均匀化更高的磁场。结果，离子束50在发射时的形态干扰可以被抑制到更低的水平。

[0242]

(3-6)控制分析电磁石200的方法

下面来描述控制分析电磁石200的方法的例子。可以控制流经第一和第二外线圈218、224的电流，以便从分析电磁石200发射出的离子束50的形态接近入射的离子束50的形态。

[0243]

确切地说，通过至少执行下述的一个：降低流经与在从分析电磁石200发射的离子束50中相对于中心轴朝向曲率半径为R的内侧进行了过度弯曲的部分相对应的第一和第二外线圈218、224的电流；以及增加流经与向内侧弯曲不足的部分相对应的第一和第二外线圈218、224的电流，使得从分析电磁石200发射出的离子束50的形态接近其平行于与Y方向基本平行的预定中心轴(如图35和36所示的中心轴318)的形态。这使得从分析电磁石200发射出的离子束50的形态不是倾斜的，而是直的，并且接近入射时的形态。

[0244]

图35和36分别示出了从分析电磁石200发射出的离子束50的形态的例子。在图中，基本平行于X方向的预定中心轴是由318表示的，对称平面由234表示，离子束50的中心轨道是由54表示，并且曲率半径用R表示。

[0245]

在如图35所示的情况下，从离子束50的传输方向Z看，离子束50的形态没有受到干扰，并因此流经第一外线圈218a～218c和第二外线圈224a～224c的电流值可以得到保持。

[0246]

在如图36所示的形态情况下，从传输方向Z看，离子束50被扭曲(弯曲)成类似于L形的弓形，或者也就是当进一步朝着Y方向上的上侧前进时，更加过度地弯曲向曲率半径为R的内侧，并且当进一步朝着下侧前进时，更加过度地弯曲向内侧。因此，流经第一外线圈218a的电流大大减小，流经第一外线圈218b的电流略微减小，流经第一外线圈218c和第二外线圈224c的电流被保持为当前值，流经第二外线圈224b的电流略微减小，并且流经第二外线圈224a的电流大大减小。结果，在保持从分析电磁石200发射出的离子束50的中心轨道54的位置的同时，离子束的形态可以接近平行于中心轴318。也就是说，形态可以接近于如图35所示的情况。

[0247]

另外在其中从分析电磁石200发射出的离子束50的形态被干扰的情形不同于如图36所示的情况下，通过如上所述的相同方法来执行校正，并且形态可以接近如图35所示的形态。

[0248]

在其中从分析电磁石200发射出的离子束50的形态被干扰的情况下，主要产生了以下问题。根据控制方法，可以防止这些问题出现。

[0249]

通常，如图1所示的分析缝70置于分析电磁石200的下游侧中。分析缝70的裂缝72是线性的。当离子束50的形态被干扰时，由此产生了由分析缝70所切割的部分，并且穿过分析缝70的期望离子种类的离子束50的量减小了。由于产生了切割部分，因此削弱了离子束50的均匀化。当增加裂缝72的X-方向宽度以防止发生这种切割时，分辨率就降低了。

[0250]

除了上述讨论的分析缝70的问题之外，问题在于当通过使用其中形态被干扰的离子束50来在衬底60上执行离子注入时，削弱了注入的均匀化。

[0251]

(3-7)分析电磁石200的其他例子

接下来描述分析电磁石200的其他例子。与如图19至22等所示的上述例子相同或相对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略了重复描述。在以下描述中，重点放在与上述例子的不同上。

[0252]

另外参照图37，如图39所示的分析电磁石200包括线圈320，具有：一套主体部分322，在横跨射束路径202的X方向上彼此相对；以及两套连接部分324、325，在Z方向上相互连接主体部分322的末端部分，同时避开射束路径202，用于生成在X方向上弯曲离子束50的磁场。位于图37中的上侧的两个连接部分324为一套连接部分，并且位于下侧的两个连接部分325为另一套连接部分。

[0253]

从示出了线圈320的截面结构的图38中看，线圈具有与第一内线圈206(见图25)和叠层线圈290的内线圈292(见图30)相同的截面结构。也就是说，在线圈320的结构中，凹口部分276～281置于具有与内线圈292相同结构的扇形圆柱形叠层线圈中，同时保留主体部分322和连接部分324、325。另外，线圈320可以通过如上所述的相同产生方法来产生。

[0254]

线圈320被构造成其中上述第一和第二内线圈206、212(见图23)被垂直相互集成在一起的一个线圈。

[0255]

凹口部分276、277的形状类似于上述的凹口部分272、273。凹口部分278、279具有相对于凹口部分276、277关于对称平面(见图39)的平面对称形状。确切地说，凹口部分280、281为通孔，并且分别形成了入口238和出口240，并且离子束50可以穿过凹口部分。更为确切地说，离子束50可以经由真空容器236穿过其中。

[0256]

通过在Z方向上经由凹口部分280、281插入真空容器236，使得真空容器236穿过线圈320。在这种情况下，当凸缘等置于真空容器236上并且形成障碍时，一次拆除凸缘等。分析电磁石200可以通过类似方法进行组装。

[0257]

连接部分324是通过与第一内线圈206的连接部分210相类似的方式进行构造的。连接部分325具有相对于各自的连接部分324关于对称平面234的平面对称形状。

[0258]

主体部分322的Y-方向尺寸a₁基本等于连接部分324的Y-方向尺寸c₁和连接部分325的Y-方向尺寸c₁的总和(也就是2c₁)。

[0259]

另外在例子的分析电磁石200中，线圈320被构造成其中上述第一和第二内线圈206、212被相互集成在一起的一个线圈。因此，由于与上述相同的原因，线圈320的连接部分324、325从轭230的突出距离减小了，从而得到了诸如分析电磁石200可以被微型化以及功率消耗可以减小等效果。

[0260]

如图40所示的分析电磁石200包括第一和第二线圈326、328，相互合作以生成在X方向上弯曲离子束50的磁场。线圈326、328分别是以与第一和第二内线圈206、212(见图23)相类似的方式进行构造的。因此，通过如上相同的产生方法也可以产生第一和第二线圈326、328。

[0261]

另外在例子的分析电磁石200中，第一和第二线圈326、328是以与第一和第二内线圈206、212相类似的方式进行构造的。因此，由于与上述相同的原因，线圈的连接部分从轭230的突出距离减小了，从而得到了诸如分析电磁石200可以被微型化以及功率消耗可以减小等效果。

[0262]

由于分析电磁石200包括第一和第二线圈326、328，因此可以容易地处理具有较大Y-方向尺寸W_Y的离子束50。

[0263]

如图26所示的分析电磁石200包括：内线圈330，以与线圈320相类似的方式进行构造，用于生成在X方向上弯曲离子束50的主磁场；以及第一和第二外线圈218、224，以上述方式进行构造，位于内线圈330的外部，用于生成辅助或校正主磁场的次磁场。也就是说，代替如图20等所示的第一和第二内线圈206、212，分析电磁石200包括内线圈330。因此，通过如上相同的产生方法也可以产生内线圈330以及第一和第二外线圈218、224。

[0264]

下面来描述其中产生这些线圈的情况中的特征项。通过使用其中轴向尺寸(高度)被设置为期望尺寸的叠层线圈290(见图29)，类似于图37的凹口部分276～281的凹口部分通过切割处理等置于内外线圈292、294中。在外线圈294中，通过切割处理等放置了类似于如图22所示的缝隙248的缝隙，从而形成了第一和第二外线圈218、224。以类似于图22的情况的方式，第一和第二外线圈218、224的每一个都是通过多个线圈构成的。

[0265]

在如图26所示的例子中，第一外线圈218的个数为2。不过，个数并不限于此。个数为一个或多个的任意数。第二外线圈224是以类似方式构造的。

[0266]

另外例子的分析电磁石200包括内线圈330以及以上述方式构造的第一和第二外线圈218、224。因此，由于与上述相同的原因，线圈的连接部分从轭230的突出距离减小了，从而得到了诸如分析电磁石200可以被微型化以及功率消耗可以被减小等效果。

[0267]

除了内线圈330之外，分析电磁石200还包括以上述方式构造的第一和第二外线圈218、224。因此，在离子束50的射束路径202中可以生成其中在Y方向上的磁通密度分布均匀化很高的磁场。结果，在发射时离子束50的形态干扰可以被抑制到更低的水平。在其中目标离子束50的Y-方向尺寸W_Y较大的情况下，该效果更为显著。

[0268]

由于放置了多个第一外线圈218和多个第二外线圈224，因此通过这些外线圈218、224可以更为精细地校正在射束路径202上所生成的磁场在Y方向上的磁通密度分布。因此，可以生成其中Y方向上的均匀化较高的磁场。结果，在发射时离子束50的形态干扰可以被抑制到更低的水平。

[0269]

另外在其中如图1所示的离子注入机包括每一个例子的分析电磁石200的情况下，根据分析电磁石200的微型化，整个离子注入机可以微型化，因此也可以减小用于安装离子注入机所需的面积。另外也可以减小分析电磁石200的重量。而且，根据分析电磁石200的功率消耗减小，可以减小整个离子注入机的功率消耗。

[0270]

(4)关于加速/减速设备400

如图1所示的加速/减速设备400通过静电场在X方向上对穿过分析缝70的离子束50进行偏转，并且通过静电场对离子束50进行加速或者减速。优选情况下，加速/减速设备400尽可能远地置于下游侧上，以有效产生抑制下面要描述的能量污染的效果。在如图1所示的例子中，设备置于分析缝70与注入位置之间，也就是分析缝70和衬底驱动设备500之间。

[0271]

当提供了加速/减速设备400时，加速/减速设备400可以不仅执行离子束50的加速/减速，而且在X方向上对离子束50进行偏转。因此，可以有选择地得到期望能量的离子束50，并且可以抑制能量污染(多余能量离子的混合物)。而且，这些可以通过单个加速/减速设备400来实现。因此，与其中单独放置能量分析器的情况相比，可以缩短离子束50的传输路径。因此，可以提高离子束50的传输效率。特别地，在其中离子束50具有低能量和大电流的情况下，通过空间电荷效应容易地使传输期间的离子束50发散。因此，缩短传输距离的效果是很显著的。

[0272]

图42示出了加速/减速设备400的更为具体的例子。加速/减速设备400具有第一至第三电极402、404、406，在离子束传输方向上从上游侧开始按照第一电极402、第二电极404和第三电极406的顺序排列。在该例子中，每一个电极具有在Y方向上延伸并且离子束50穿过其中的开口412、416。在该例子中，电极402是由一个电极构成的。可选情况下，电极可以由其间在X方向上插入了离子束50的路径并且处于相同电势上的两个电极构成。这同样可以应用到电极406。电极404具有在Y方向上延伸并且离子束50穿过其中的缝隙414。

[0273]

相对于接地电势的电势V1被施加到第一电极402。通常，电势V1为正的(加速模式)或者负的(减速模式)高电势。

[0274]

在其中将电势施加到电极402、404、406或者下面将要描述的电极元件404a、404b的情况下，当电势不同于0V时，从对应于电极的电压施加装置(例如图中没有示出的DC电源、用于分压来自DC电源的电压的分压电阻器等，同下)供应电势。当电势为0V时，对应的电极接地。

[0275]

通常，第二电极404被设置为处于第一和第三电极402、406之间的电平上的电势。在我们熟知的静电场加速电子管的情况下，第二电极404由单个电极构成。在该例子中，第二电极是由在横跨离子束50的路径的X方向上彼此相对的两个电极元件404a、404b分开构成的。进而，分别将彼此不同的电势V2a、V2b(V2a≠V2b)施加到电极元件404a、404b，以便离子束50在X方向上被偏转。确切地说，对于位于其中离子束50待被偏转的侧面上的电极元件404b，施加了低于对电极(counter electrode)404a的电势V2a的电势V2b，或者设置V2a＜V2b。用于施加这些电势的装置如上所述。

[0276]

离子束50所流经的缝隙414置于组成电极404的两个电极元件404a、404b之间。优选情况下，与该例子中一样，缝隙414在离子束50的偏转方向上弯曲。确切地说，优选情况下缝隙沿着在偏转之后具有特定能量或者确切地说具有期望能量的离子418的轨道进行弯曲。根据该结构，可以有效得到由具有期望能量的离子418组成的离子束50。

[0277]

通常为0V的电势V3被施加到第三电极406。也就是说，第三电极接地。

[0278]

优选情况下，通过电极404，位于第二电极404的下游侧上的第三电极406沿着在偏转之后具有特定能量或者确切地说具有期望能量的离子418的轨道进行放置。根据该结构，可以有效得到具有期望能量的离子418，并且可以通过电极406有效地阻隔具有不同于该能量的离子420、422和中性粒子424。因此，可以更加有效地抑制能量污染。

[0279]

设置被施加到用于组成电极404的电极元件404a、404b的电势V2a、V2b之差，以便具有期望(目标)能量的离子418穿过加速/减速设备400的中心轨道，确切地说包括有随后的具有偏转功能的第二电极404的电极404、406的中心轨道(确切地说为狭缝414和开口416)。

[0280]

表格1集中示出了电极和被施加到电极的电势的例子。例子1和2为其中通过加速/减速设备400来加速离子束50的加速模式，例子3为其中离子束50被减速的减速模式。在例子1的情况下，可以实现30keV的加速能量，并且在例子2的情况下，可以实现130keV的加速能量。在例子3的情况下，可以实现8keV的加速能量。在任何情况下，作为组成第二电极404的一个电极的电极元件404b的电势V2b被设置为低于对电极404a的电势V2a。

[0281]

[表格1]

	电势V1(kV)	电势V2a(kV)	电势V2b(kV)	电势V3(kV)
	电势V1(kV)	电势V2a(kV)	电势V2b(kV)	电势V3(kV)	例子1	30	0	-48	0
例子2	130	100	52	0	例子1	30	0	-48	0
例子2	130	100	52	0	例子3	-8	0	-1	0

[0282]

根据加速/减速设备400，通过由两个电极元件404a、404b所构成并且施加了不同电势V2a、V2b的第二电极404可以对离子束50进行偏转。此时，偏转量取决于偏转中的离子束50的能量，因此具有期望能量的离子418可以与具有其他能量的离子420、422相分离。离子420为具有低于期望能量的能量的离子，并且它们的偏转量要大于离子418的偏转量。离子422为具有高于期望能量的能量的离子，并且它们的偏转量要小于离子418的偏转量。中性粒子424笔直前进，没有任何偏转，因此可以分离出来。也就是说，加速/减速设备400具有能量分离功能，因此可以有选择地得到由具有期望能量的离子418所组成的离子束50，并且可以抑制能量污染。在例子中，不同于具有期望能量的离子418的离子420、422以及中性粒子424撞击在位于第二电极404的下游侧上的电极406，从而被阻隔和去除。

[0283]

而且，除了上述能量分离功能之外，加速/减速设备400还具有对离子束50进行加速或减速的原始功能。这些功能可以通过单个加速/减速设备400来实现，因此不必单独放置能量分离器。因此，与其中能量分离器单独放置的情况相比，可以缩短离子束50的传输路径。因此，可以提高离子束50的传输效率。

[0284]

进而，离子束50可以在两个阶段中进行加速，也就是在电极402和404之间以及在电极404和406之间。表格1中的例子2示出了这种情况的例子。在下一阶段中的加速之前(也就是在能量较低时的期间)，离子束50可以通过电极404进行偏转。与在充分加速之后执行偏转的情况相比，离子束50可以容易地进行偏转。确切地说，被施加在用于组成电极404的两个电极元件404a、404b上的电势V2a和V2b之差可以很小。结果，它具有诸如有助于电极404附近的电气绝缘等优点。

[0285]

不同于具有期望能量的离子418的离子和中性粒子可以通过位于电极404的下游侧上的电极406进行阻隔和去除。因此，可以更为有效地抑制能量污染。特别地，我们凭经验知道，在减速模式(见表格1中的例子3)中，通过电极402和404之间的离子束50的减速中的电荷转换很容易生成中性粒子424。不过，甚至当生成了许多中性粒子424时，它们笔直前进，并且撞击在电极406上以被阻隔。因此，在加速/减速设备400中可以有效消除中性粒子424。

[0286]

通常，在加速模式中，从其上碰撞了能量不同于期望能量的离子的电极的位置发射电子并且将其加速到更高的电势侧，并且从其上碰撞了加速电子的电极的部分生成与这种加速电子相对应的高能量X-射线。我们熟知的静电场加速电子管不具有偏转功能。因此，加速电子在不弯曲的情况下可以到达更高的电势电极(与电极404相对应的电极)，并且通过与更高电势电极的电势相对应的较大能量进行加速，以撞击更高电势电极，以便从其中生成高能量X-射线。

[0287]

相比之下，与在加速/减速设备400中的一样，第二电极404是通过两个电极元件404a、404b构成的，并且将不同电势施加到电极元件，从而为电极提供偏转功能。根据该结构，从其上碰撞了具有多余能量的离子的位置所发射的电子被电极404所弯曲，从而不能到达更高电势的电极402。确切地说，电子朝向用于组成电极404的两个电极元件404a、404b中具有较高电势的电极元件404a进行弯曲，然后撞击在电极元件404a上。此时，电子的加速能量为与电极元件404a的电势相对应的能量，并且低于在其中电子碰撞在更高电势的电极402上的情况中的能量。例如，在表格1的例子1的情况中，碰撞电子的能量约为0eV，并且基本不生成X-射线。在例子2的情况中，能量约为100keV，并且低于在其中电子碰撞在电极402上的情况中的约130keV。因此，在任何情况下，所生成的X-射线的能量可以低于我们所熟知的静电场加速电子管中的能量。

[0288]

如果需要，另一电极可以进一步置于电极402的上游侧或者电极406的下游侧上。例如，用于对离子束50进行加速或减速的高电势电极可以置于电极402的上游侧。用于抑制反向电子的负电势电极可以置于电极406的下游侧上。

Claims

1.一种离子注入机，其中离子束的前进方向被设置为Z方向，在基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的两个方向分别被设置为X和Y方向，并且传输其中Y方向的尺寸大于X方向的尺寸的带状离子束以照射衬底，从而执行离子注入，所述离子注入机包括：

离子源，其具有一或多个灯丝，用于在气体被导入的等离子容器中生成电弧放电，并且其生成Y方向尺寸大于衬底的Y方向尺寸的带状离子束；

一或多个电子束源，生成电子束，发射电子束到所述离子源的所述等离子容器中以离子化气体，从而产生等离子，并且在所述等离子容器中在Y方向上扫描电子束；

一或多个电子束电源，其为所述电子束源提供用于控制电子束的生成量的引出电压，以及用于扫描的扫描电压；

离子束监控器，在注入位置或该位置附近，在Y方向上的多个监控点上测量离子束的Y方向离子束电流密度分布；以及

控制设备，在根据所述离子束监控器的测量数据来控制所述电子束电源以便将由所述电子束源所生成的电子束的量保持在基本恒定的值的同时，通过执行下述至少一个：相对增加在所述离子源中的对应于其中由所述离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置中的电子束的扫描速度，以及相对降低在所述离子源中的对应于其中由所述离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置中的电子束的描速度，该控制设备具有使由所述离子束监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布均匀的功能。

2.如权利要求1所述的离子注入机，其中

(a)所述电子束源和所述电子束电源的数目都是1，

(b)所述控制设备具有如下功能：

将作为由所述电子束电源提供给所述电子束源的扫描电压的原本的扫描信号提供给所述电子束电源；

计算由所述离子束监控器所测量的Y方向分布上的离子束电流密度的均值；

一致地控制流经所述离子源的所述灯丝的灯丝电流以便所计算的均值基本上等于事先预定的离子束电流密度；

计算作为由所述离子束监控器所测量的Y方向分布上的离子束电流密度和预设的离子束电流密度之间差值的Y方向分布误差；

确定其中所计算的误差大于预定可允许误差的监控点，以及在监控点处的误差符号；

确定对应于确定的监控点的扫描电压；

根据确定的误差符号，在对应于其中所测量的离子束电流密度较大的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地增加电子束的扫描速度，并且在对应于其中所测量的离子束电流密度较小的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地减小电子束的扫描速度，从而修整扫描信号的波形，以便在离子束撞击的基本上所有监控点处，误差等于或小于可允许误差；并且

存储所修整的扫描信号数据以及灯丝电流数据，以及

(c)所述电子束电源具有放大器，放大由所述控制设备所提供的扫描信号以产生扫描电压。

3.如权利要求1所述的离子注入机，其中

(a)所述电子束源和所述电子束电源的数目都是多个，

(b)所述控制设备具有如下功能：

确定对应于确定的监控点的电子束源，以及扫描电压；

存储所修整的扫描信号数据以及灯丝电流数据，以及

(c)所述电子束电源的每一个具有放大器，放大由所述控制设备所提供的扫描信号以产生扫描电压。

4.一种离子注入机，其中离子束的前进方向被设置为Z方向，在基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的两个方向分别被设置为X和Y方向，并且传输其中Y方向的尺寸大于X方向的尺寸的带状离子束以照射衬底，从而执行离子注入，所述离子注入机包括：

离子源，具有一或多个灯丝，用于在气体被导入的等离子容器中生成电弧放电，并且生成带状离子束，其Y方向尺寸大于衬底的Y方向尺寸；

一或多个电子束源，生成电子束，并且发射电子束到所述离子源的所述等离子容器中以离子化气体，从而产生等离子，并且在所述等离子容器中在Y方向上扫描电子束；

一或多个电子束电源，为所述电子束源提供用于控制电子束的生成量的引出电压，以及用于扫描的扫描电压；

控制设备，在根据所述离子束监控器的测量数据来控制所述电子束电源以将由所述电子束源所生成的电子束的扫描速度保持在基本上恒定的值的同时，通过执行下述至少一个：相对减小在所述离子源中的对应于由其中所述离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较大的监控点的位置中的电子束的生成量，以及相对增加在所述离子源中的在对应于其中由所述离子束监控器所测量的离子束电流密度相对较小的监控点的位置中的电子束的生成量，该控制设备具有均匀化由所述离子束监控器所测量的Y方向离子束电流密度分布的功能。

5.如权利要求4所述的离子注入机，其中

(a)所述电子束源和所述电子束电源的数目都是1，

(b)所述控制设备具有如下功能：

将作为由所述电子束电源提供给所述电子束源的引出电压的原本的引出信号提供给所述电子束电源；

确定对应于确定的监控点的扫描电压；

根据确定的误差符号，在对应于其中所测量的离子束电流密度较大的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地减小引出电压，并且在对应于其中所测量的离子束电流密度较大的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地增大引出电压，从而修整引出信号的波形，以便在离子束撞击的基本上所有监控点处，误差等于或小于可允许误差；并且

存储所修整的引出信号数据以及灯丝电流数据，以及

(c)所述电子束电源具有放大器，放大由所述控制设备所提供的引出信号以产生引出电压。

6.如权利要求4所述的离子注入机，其中

(a)所述电子束源和所述电子束电源的数目都是多个，

(b)所述控制设备具有如下功能：

确定对应于确定的监控点的电子束源，以及扫描电压；

根据确定的误差符号，在对应于其中所测量的离子束电流密度较大的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地减小引出电压，并且在对应于其中所测量的离子束电流密度较小的监控点的扫描电压下，与误差程度成比例地增大引出电压，从而修整引出信号的波形，以便在离子束撞击的基本上所有监控点处，误差等于或小于可允许误差；并且

存储所修整的引出信号的数据以及灯丝电流数据，以及

(c)所述电子束电源的每一个具有放大器，放大由所述控制设备所提供的引出信号以产生引出电压。

7.如权利要求1或4所述的离子注入机，进一步包括：

所述第二电极是由在横跨离子束路径的X方向上彼此相对的两个电极元件所构成的，并且这两个电极元件被施加不同的电势以便在X方向上偏转离子束，所述第三电极沿着偏转之后具有特定能量的离子束的轨道放置。

8.如权利要求1～6的任一项所述的离子注入机，进一步包括：

分析电磁石，位于所述离子源和注入位置之间，并且在X方向上弯曲来自所述离子源的离子束以分析动量，

所述分析电磁石包括：

线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对；以及至少一套连接部分，在Z方向上相互连接主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述线圈生成在X方向上弯曲离子束的磁场；以及

轭，整个地包围所述线圈的所述主体部分的外侧，

在所述线圈的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留所述主体部分和所述连接部分，构造所述叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

9.如权利要求1～6的任一项所述的离子注入机，进一步包括：

所述分析电磁石包括：

第一线圈，它是一种马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第一线圈与第二线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的磁场；

所述第二线圈，它是一种马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的另一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第二线圈与所述第一线圈在Y方向上重叠放置，并且与所述第一线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的磁场；以及

轭，整个地包围所述第一和第二线圈的所述主体部分的外侧，

在所述第一和第二线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留所述主体部分和所述连接部分，构造所述叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

10.如权利要求1～6的任一项所述的离子注入机，进一步包括：

所述分析电磁石包括：

内线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对；以及连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述内线圈生成在X方向上弯曲离子束的主磁场；

一或多个第一外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于所述内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第一外线圈生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；

一或多个第二外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于所述内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第二外线圈与所述第一外线圈在Y方向上重叠放置，并且生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；以及

轭，整个地包围所述内线圈以及第一和第二外线圈的所述主体部分的外侧，

在所述内线圈以及所述第一和第二外线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留所述主体部分和所述连接部分，构造所述叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体；将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在堆栈的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

11.如权利要求1～6的任一项所述的离子注入机，进一步包括：

所述分析电磁石包括：

第一内线圈，它是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨离子束所穿过的射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第一线圈与第二内线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的主磁场；

所述第二内线圈，它是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，在横跨射束路径的X方向上彼此相对，并且在Y方向上覆盖离子束的另一侧的大约一半或更多；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第二内线圈与所述第一内线圈在Y方向上重叠放置，并且与所述第一内线圈合作以生成在X方向上弯曲离子束的主磁场；

一或多个第一外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于所述第一内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第一外线圈生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；

一或多个第二外线圈，它们是马鞍形线圈，具有：一套主体部分，位于所述第二内线圈的外部，并且在横跨射束路径的X方向上彼此相对；以及一套连接部分，在Z方向上相互连接所述主体部分的末端部分，同时避开所述射束路径，所述第二外线圈与所述第一外线圈在Y方向上重叠放置，并且生成用于辅助或校正主磁场的次磁场；以及

轭，整个地包围所述第一和第二内线圈以及所述第一和第二外线圈的所述主体部分的外侧，

在所述第一内线圈和所述第一外线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部分，同时保留主体部分和所述连接部分，构造所述叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体；将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在堆栈的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体，并且

在所述第二内线圈和所述第二外线圈的每一个的结构中，在扇形圆柱形叠层线圈中设置凹口部，同时保留所述主体部分和所述连接部分，构造所述叠层线圈包括：将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在迭片绝缘体的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体；将绝缘片和导体片的迭片堆叠起来，其中主表面在堆栈的外围表面上沿着Y方向延伸，同时缠绕迭片多匝；以及在堆栈的外围表面上形成迭片绝缘体。

12.如权利要求8所述的离子注入机，其中所述分析电磁石进一步包括：一套磁极，其从所述轭向内部突出，以便在横跨射束路径的Y方向上彼此相对。

13.如权利要求9所述的离子注入机，其中所述分析电磁石进一步包括：一套磁极，其从所述轭向内部突出，以便在横跨射束路径的Y方向上彼此相对。

14.如权利要求10所述的离子注入机，其中所述分析电磁石进一步包括：一套磁极，其从所述轭向内部突出，以便在横跨射束路径的Y方向上彼此相对。

15.如权利要求11所述的离子注入机，其中所述分析电磁石进一步包括：一套磁极，其从所述轭向内部突出，以便在横跨射束路径的Y方向上彼此相对。