CN101192499B - 离子注入装置 - Google Patents

Abstract

一种离子注入装置，其具有被设置成跨带状离子束路径在Y方向上相互面对的第一和第二磁体。第一和第二磁体与带状离子束行进方向交叉。第一和第二磁体的每一个都具有在离子束入口侧和出口侧的一对磁极。在第一磁体和第二磁体之间其极性相反。

Description

离子注入装置

本发明要求于2006年11月27日提出的日本专利申请No.2006-318435以及2006年11月27日提出的日本专利申请No.2006-318436的优先权，在此通过引用将其全文结合在此。

技术领域

本发明涉及一种离子注入装置，将其配置为将带状离子束照射到靶上，该带状在X方向上具有比基本垂直于X方向的Y方向上的尺寸大的尺寸，其在X方向上已经扫描到或者在X方向上没有扫描到靶上，以进行离子注入。更具体的，本发明涉及用以在Y方向上窄化离子束的装置的改进。

背景技术

图16示出了现有技术的这种类型的离子注入装置。相同离子注入装置在JP-A-08-115701中描述(图1)。在本申请的说明书和附图中，通过采用其中形成离子束4的离子是正离子的情况给出描述。

在该离子注入装置中，将以带状离子束形成的具有小的截面(例如，圆形或矩形点状)的离子束4从离子源2产生，且通过质量分离器6对所述具有小的截面的离子束4进行质量分离。质量分离子束通过加速/减速装置8加速或减速，通过能量分离器10能量分离，通过扫描器12在X方向上(例如，在水平方向上)扫描，并通过准直仪14转换成平行束。之后，将离子束照射到保持在保持器26上的靶24(例如，半导体衬底)上，以进行向靶24中的离子注入。用于离子源2和靶24之间离子束4的路径被保持在真空气氛中。

通过靶驱动装置28，在自准直仪14的离子束4的照射区域内，沿着Y方向(例如，沿着垂直方向)与保持器26一起机械扫描(往复驱动)靶24。

在本申请的说明书和附图中，将离子束行进方向称作Z方向而给出描述。此外，将基本垂直于Z方向的平面内的两个基本相互垂直的方向称作X方向和Y方向。

与用于通过磁场或电场(该实例中，是磁场)扫描离子束4的扫描器12协同，准直仪14通过磁场或电场(该实例中，是磁场)，使在X方向上扫描的离子束4弯曲，以便使其基本上与参考轴16平行，并由此将离子束4转换成平行束。结果，导出在X方向上尺寸比Y方向上尺寸大的带状离子束4(也见图17)。尽管将其称作“带状”，但是这不意味着Y方向上的尺寸像纸或布一样薄。例如，离子束4在X方向上具有约35cm至50cm的尺寸，而在Y方向上具有约5cm至10cm的尺寸。当如该实例中一样使用磁场时将准直仪14称作射束平行化磁体。

该离子注入装置是其中已经在X方向上扫描的带状离子束4被照射到靶24上情况的一个实例。然而，带状离子束4可以从离子源2产生，且带状离子束4可以照射到靶24上，而没有在X方向上被扫描。

离子束4的传输路径处于真空室(未示出)中，并被保持在真空气氛中。然而，例如残余气体或排出气体的气体必然少量存在。当离子束4碰撞气体分子时，产生中性粒子。之后，中性粒子入射到靶24上，从而使注入量分布均匀度降低。结果，产生注入量误差，或者产生其他不利影响。

因此，借助于设置在靶24附近的离子束偏转装置，通过磁场或电场的作用，将处于能量状态要被照射到靶24上的离子束4偏转。由此，被偏转的离子束4和笔直行进而不偏转的中性粒子18相互分离。结果，防止中性粒子18入射到靶24。准直仪14也用作离子束偏转器。

在行进期间离子束4由于空间电荷效应而发散。从增强装置吞吐量、降低离子注入深度以使靶24上形成的半导体器件最小化等观点而言，需要照射到靶24上的离子束4具有低能量和大电流。然而，由于空间电荷效应导致的离子束4的发散随着离子束4的能量降低和电流增加而增加。

离子束4的发散在X和Y方向上都发生。然而，如上所述，最初，离子束4在X方向上的尺寸明显大于Y方向上的尺寸。因此，Y方向上发散的不利影响更大。

当离子束4在Y方向上发散时，在Y方向的一部分离子束4被包围离子束4路径的真空室或者用于定形离子束4的掩模等切割。结果，离子束4向靶24的传输效率降低了。

例如，具有用于通过离子束4并定形离子束4的开口22的掩模20可以设置于准直仪14和靶24之间，如图16和17中所示，或者也可以如JP-B2-3567749中公开的那样。掩模20可以切割在离子束4的Y方向上的不必要的底部部分，从而缩短自离子束4未命中靶24的距离L2。

当离子束4在Y方向上由于空间电荷效应而发散时，通过掩模20增加了对离子束4的切割率。因此，降低了能够通过掩模20的离子束4的量，从而导致离子束4传输效率的降低。

在其中带状离子束4从离子源2产生且带状离子束4被照射到靶24上而不在X方向上扫描的情况中，也类似存在着这样的问题。

作为补偿由于离子束4的空间电荷效应而导致的Y方向上的发散的手段，可以考虑以下手段。在离子束4路径中准直仪14上游侧或下游侧附近设置静电透镜。

如图18中所示，静电透镜30包括在离子束4行进方向Z上相互分开的入口电极(inlet electrode)32、中间电极(intermediate electrode)34和出口电极(outlet electrode)36。入口电极32和出口电极36被保持在相互等电势(图18中，为地电势)。将正或负的直流电压V₁自直流电源38施加到中间电极34。由此，它被保持在与入口电极32和出口电极36的电势不同的电势下。各电极32、34和36每一个都单独具有与离子束4的形状相对应的形状，如管或平行板。

静电透镜30用作单透镜(einzel lens，也将其称作单电势透镜)。甚至当正或负极性的直流电压V₁施加到中间电极34时，其也具有在Y方向上窄化离子束4而不改变离子束4的能量的功能。顺便提及，图18示出了其中没有窄化离子束4的状态以简化图示。然而，实际上窄化了离子束4。

利用前述的通过使用静电透镜30窄化离子束4的技术，可以补偿由于离子束4的空间电荷效应导致的Y方向上的发散，并可以增强离子束4的传输效率。然而，不利的是，出现了能量污染，例如混合了不希望的能量粒子。

当将负的直流电压V₁施加到静电透镜30的中间电极34时，在入口电极32和中间电极34之间的区域中离子束4被加速一次，之后，在中间电极34和出口电极36之间的区域中被减速，返回到初始能量。在加速区域中，当离子束4与残余气体碰撞时，由于电荷转换产生中性粒子，产生能量比入射离子束4能量高的中性粒子。这些中性粒子行进到下游侧，这导致高能分量的能量污染。

当将正的直流电压V₁施加到中间电极34时，如图18中所示，离子束4在入口电极32和中间电极34之间的区域中被减速，之后，在中间电极34和出口电极36之间的区域中被加速，返回到初始能量。在该减速区域中，当离子束4与残余气体碰撞时并且由于电荷转换产生中性粒子时，产生能量比入射离子束4的能量低的中性粒子。这些中性粒子向下游侧行进，这导致低能分量的能量污染。

因此，即使在将正或负极性的直流电压V₁施加到中间电极时，也会发生能量污染。

然而，当将正直流电压V₁施加到中间电极34时，如图18中所示，在中间电极34附近的上游侧和下游侧上的无电场漂移空间中(即其中不存在电场的空间中)的电子39被吸引到中间电极34，并且消失。因此，当在漂移空间中的电子量降低时，强化了由于离子束4的空间电荷效应导致的发散。结果，离子束4的传输效率降低了。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供了一种离子注入装置，其能够补偿由于离子束的空间电荷效应而导致的Y方向上的发散等，并增强离子束的传输效率，并进一步抑制能量污染的发生。

根据本发明的一个或多个实施例，在本发明第一方面的离子注入装置中，将形成为在X方向上尺寸大于基本垂直X方向的Y方向上尺寸的带状离子束照射到靶上。该离子束注入装置设置有第一和第二磁体，其设置在靶的上游侧，在Y方向上跨带状离子束的路径相互面对，并与带状离子束的行进方向交叉。在该离子注入装置中，第一和第二磁体中的每一个在离子束的入口侧和出口侧都具有一对磁极，并且在第一磁体和第二磁体之间其极性相反。第一和第二磁体在一方向上产生磁场，使得将向内的洛仑兹力施加到两个磁体之间的离子束，且在Y方向上窄化离子束。

在本发明的第一方面，带状离子束可以通过在X方向上扫描离子束或者不在X方向上扫描来形成。

根据第一方面的离子注入装置，其通过第一和第二磁体，可以在带状离子束的X方向上的整个区域上产生磁场，每一个磁场都具有垂直于离子束行进方向的分量(然而，通过两个磁体产生的磁场彼此相反)。通过磁场，离子束在Y方向上受到向内的洛仑兹力。结果，在Y方向上能窄化离子束。

根据本发明的第二方面，在第一方面的离子注入中，除了第一磁体和第二磁体极性彼此相反之外，第一和第二磁体被设置成相对于对称平面基本上平面对称，所述对称平面穿过离子束路径Y方向上的中心，并且基本垂直于Y方向。

根据本发明的第三方面，在第一或第二方面的离子注入装置中，第一和第二磁体被设置成倾斜交叉离子束行进方向。

根据本发明的第四方面，在第一或第二方面的离子注入装置中，将第一和第二磁体设置于其中在X方向以扇形扫描离子束的离子束路径上，第一和第二磁体可以分别具有在离子束行进方向上突出的弧形形状，以使在X方向上每一个扫描位置处的离子束前进方向和以最短距离连接在每个磁体的一对磁极之间的直线之间形成的角度总是基本不变。

根据本发明的第五方面，第一或第二方面的离子注入装置包括离子束偏转器，其配置为通过磁场或电场偏转处于能量状态下的离子束，以便将其照射到靶上，并分离离子束和中性粒子。而且，在第五方面的离子注入装置中，第一和第二磁体至少可以设置在离子束偏转器下游侧附近。相反，在第五方面的离子注入装置中，第一和第二磁体至少可以设置在离子束偏转器上游侧附近。

根据本发明的第六方面，在第一至第五方面之一的离子注入装置中，第一和第二磁体可以是永磁体。

根据本发明的第七方面，在第一至第五方面之一的离子注入装置中，第一和第二磁体可以是电磁体。

根据本发明的第一方面，可以通过由第一和第二磁体产生的磁场在Y方向上窄化离子束。因此，可以补偿由于离子束的空间电荷效应而导致Y方向上的发散等，且可以增强离子束的传输效率。

而且，可窄化离子束而没有象使用静电透镜的情况那样加速和减速。因此，可以抑制发生能量污染。

此外，可以利用简单结构的第一和第二磁体产生前述效果。

根据本发明的第二方面，通过该第一和第二磁体可以产生相对于对称表面良好对称的磁场。因此，可以以良好对称性窄化离子束。

根据本发明的第三方面，可以使垂直于离子束行进方向的磁性分量较大，这可以更强地在Y方向上窄化离子束。

根据本发明的第四方面，可以在要在X方向上以扇形形状扫描的离子束的整个区域上，在Y方向上均匀窄化离子束。

根据本发明的第五方面，第一和第二磁体是永磁体。因此，可简化结构。

根据本发明的第六方面，第一和第二磁体是电磁体。很容易调整从第一和第二磁体产生的磁场强度。因此，可以容易地控制在Y方向上窄化离子束的程度。而且，还可以产生比永磁体更强的磁场，并由此更强地窄化离子束。

根据以下描述和所附权利要求，本发明的其他方面和优点将更明显。

附图说明

[图1]是部分地示出了根据本发明的离子注入装置的一个示范性实施例的平面图，

[图2]是放大示出图1中所示的第一磁体和离子束的平面图，

[图3]是示出一般沿着图2的线C-C的第一磁体、第二磁体和离子束的截面图，

[图4]是其中将Y方向上的磁场添加到图3的图，

[图5]是放大示出离子束X方向上轨道偏移的平面图，该离子束仅以一条线作为典型离子束示出，

[图6]是示出另一示范性实施例的平面图，其中第一磁体基本与离子束成直角地设置，该离子束仅以一条线作为典型离子束示出，

[图7]是示出另一示范性实例的平面图，其中第一磁体由所设置的多个永磁体形成，

[图8]是示出另一示范性实施例的平面图，其中第一和第二磁体设置在图1中所示准直仪上游侧附近，

[图9]是示出一般沿着图8的线D-D的第一磁体、第二磁体和离子束的截面图，

[图10]是示出与图2相对应的由电磁体构成的第一磁体、用于其的电源以及离子束的实例的平面图，

[图11]是示出一般沿着图10的线E-E的第一磁体、第二磁体、用于其的电源以及离子束的截面图，

[图12]是示出其中图8中所示第一磁体由电磁体代替永磁体形成的实例的图，

[图13]是示出其中通过使用由电磁体形成的第一和第二磁体控制离子束偏转角度的实例的图，

[图14]是示出作为参考实例的在纵向方向上在相反侧上具有磁极的第一磁体和离子束的实例的平面图，

[图15]是示出如从图4中箭头P的方向上所看到的在图14中所示的第一磁体、离子束和第二磁体的正视图，

[图16]是示出根据现有技术的离子注入装置的平面图，

[图17]是放大示出如从离子束行进方向上所看到的图16中掩模和靶的正视图，以及

[图18]是示出与电源一起的静电透镜的一个实例的侧面图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明的离子注入装置的一个示范性实施例的局部平面图。对于等同于或者对应于图16中所示现有技术的那些的元件给出相同的参考符号和数字。以下，将主要描述与现有技术的不同点。

将离子注入装置设置在靶24的上游侧。更具体的，将离子注入装置设置在准直仪14的下游侧附近，该准直仪14也用作离子束偏转器，用于分开图16中的离子束4和中性粒子18。离子注入装置具有第一磁体50和第二磁体52，将二者设置成在跨带状离子束4的路径的Y方向上相互面对。图1中，第二磁体52(见图3)隐藏在第一磁体50下方，并且不出现。因此，在括号中描述其参考数字52。

顺便说明，在准直仪14的下游侧，扫描器12和准直仪14协同工作。因此，离子束4基本上在X方向上平行地扫描，并且离子束4具有带状。

在该示范性实施例中，第一和第二磁体50和52分别是永久磁体，其基本上具有直的形状。

两个磁体50和52都设置成与带状离子束4的行进方向Z交叉。更特别地，在该示范性实施例中，磁体50和52被设置成倾斜地交叉行进方向Z。而且，在该示范性实施例中，两个磁体50和52每一个都具有覆盖带状离子束4的X方向上尺寸的长度。即，两个磁体50和52每一个在X方向上都具有大于带状离子束4的在X方向上尺寸的尺寸，并且具有长且窄的杆状或板状形状。

措词“倾斜交叉”的意思是，在对磁体50的长边50a所画的法线60和离子束4的行进方向Z之间形成的角度β不是0度，如图2中所示。换句话说，法线60是与磁体50的短轴或磁轴平行的线。当角度β是0度时，如图6中所示，磁体50基本以直角与离子束4的行进方向交叉。这同样适用于第二磁体52。

两个磁体50和52每一个都具有一对磁极，其为在离子束4的入口侧和出口侧上的N极和S极。即，两个长边50a、52a分别基本是其整个长度上的磁极。换句话说，在磁体50和52每一短边方向上的相对两侧是磁极。从这一点上，该示范性实例与如图14和15中所示的其中短边侧80b、82b是磁极的参考实例极为不同。此外，磁极的极性在第一磁体50和第二磁体52之间是相反的，如图3中所示。

此外，在该示范性实施例中，第一磁体50和第二磁体52被设置为相对于对称表面58基本平面对称，该对称表面58穿过离子束4路径的Y方向上的中心，并基本上垂直于图3中的Y方向。更特别地，磁体50和磁体52被构成为基本具有相互等同的形状和尺寸。两个磁体50和52都设置成在Y方向上基本相互面对。换句话说，这些磁体在Y方向上相互重叠。此外，在对称表面58和两个磁体50和52之间的距离设置成基本相互相等。因此，在对称表面58的附近，上和下磁场相互抵消，以使磁场强度基本为0。由此，自对称表面58起，磁场强度随着在Y方向上向上和向下距离的增加而增加。

在表1中总结了两个磁体50和52的设置位置和磁极极性之间的关系。图1中示出的实施例对应于表1中的实例1。稍后将描述实例2。

[表1]

	磁体设置位置	在第一磁体50出口侧的极性	在第二磁体52出口侧的极性
				实例1	准直仪14的下游侧	N极	S极
实例2	准直仪14的上游侧	S极	N极

表1示出了其中当相对于图2中所示的入射离子束4逆时针取角度β时角度β为正的情况(然而，小于90度)。而且，其示出了其中当图6中所示角度γ相对于入射离子束4取顺时针时角度γ为正(然而小于90度)的情况。相似地，其示出了其中当图8中所示角度φ相对于入射离子束4取顺时针时角度φ为正(然而，小于90度)的情况。当角度β、γ和φ为负时，稍后描述的正交分量B_R的取向反向。为此，实质上，仅磁体50和52的极性与表1中所示那些相反。换句话说，任一种情况下，设置两个磁体50和52的磁极的极性以便在允许洛仑兹力在两个磁体50和52之间向内作用在离子束4上的方向上产生磁场。

将参考图2和3首先描述该情况。第一磁体50在离子束4一侧在以角度β交叉离子束4的方向上产生磁场。由磁体50产生的磁场B通过图3中的磁力线54示意性示出。与图14或15中所示参考实例的情况不同，磁体50的磁极存在于短边的方向上。因此，可以产生如上所述的磁场B。

由于存在角度β，磁场B具有垂直于离子束4行进方向Z的分量(正交分量)B_R。这种正交分量B_R在离子束4的X方向上的整个区域上发生。通过正交分量B_R，离子束4受到Y方向上向内的洛仑兹力F(图3中向下)。

第二磁体52也产生与由第一磁体50产生的磁场B相同的磁场，除了取向相反。由磁体52产生的磁场在图3中以磁力线56示意性示出。通过磁场的正交分量，离子束4受到在Y方向上向内的洛仑兹力F(图3中向下)。

通过洛仑兹力F，离子束4可以在Y方向上被窄化。离子束4被窄化的程度与磁场B的磁通密度成比例，并且与离子束4的能量成反比。因此，当磁通密度恒定时，具有较低能量的离子束4被更强地窄化。

图3中示出了其中窄化离子束4状态的一个实例。这是其中在Y方向上发散的入射离子束4被窄化以便聚焦的实例。然而，所示离子束4的状态仅是一个实例(其也可适用于图4、9、11和13)。调整窄化离子束4的程度能使用除了前述实例之外的其他窄化技术。例如，还可将Y方向上的发散基本上为零的平行离子束导出。这也适用于以下描述的其他实施例。

由此，通过该离子注入装置，离子束4可通过由第一和第二磁体50和52产生的磁场在Y方向上窄化。因此，可以补偿由于离子束4的空间电荷效应导致的Y方向上的发散，并能增强离子束4向靶24的传输效率。

可以在Y方向上窄化离子束4。因此，还可以抑制由于除了离子束4的空间电荷效应之外的其它因素导致的Y方向上的发散。而且，如前所述，通过调整在Y方向上窄化离子束4的程度，还可以导出Y方向上发散基本为零的平行离子束。

举个更具体的实例，当将掩模20设置在两个磁体50和52的下游侧时，如图1中所示的实例，以下情况是可能的：在准直仪14和掩模20之间，补偿由于离子束4的空间电荷效应导致的Y方向上的发散。这增加了离子束4通过掩模20的开口22的数量，导致离子束4向靶24的传输效率增加。

然而，与使用静电透镜的情况不同，可以窄化离子束4而不需要加速或减速。因此，可以抑制能量污染的发生。

而且，可以通过第一和第二磁体50和52的简单结构实现效果。

该示范性实施例还具有以下优点。

即，两个磁体50和52都是永磁体，并因此更加简化了结构。

两个磁体50和52都被设置成与离子束4的行进方向Z倾斜交叉。因此，可以使得正交分量B_R较大，并在Y方向上更强地窄化离子束。

两个磁体50和52都沿着在X方向上基本平行扫描的离子束4的路径设置。因此，可以在X方向上基本平行扫描的离子束4的整个区域上在Y方向上均匀地窄化离子束4。

相对于对称表面58基本平面对称地设置第一磁体50和第二磁体52，以使得可以通过第一和第二磁体50和52产生对于对称表面58具有良好对称性的磁场。因此，可以以良好对称性窄化离子束4。

顺便说明，对于图4中所示的实例，在第一磁体50的磁极和第二磁体52的磁极之间，确实地，产生在Y方向上的磁场B₁和B₂。两个磁场B₁和B₂彼此相反地取向。而且，这随着两个磁体50和52之间Y方向上的距离的降低而加强。通过磁场B₁和B₂，离子束4接收在X方向上作用在彼此相反方向上的洛仑兹力F₁。由此，离子束4在通过磁体50和52之间的期间在X方向上弯曲。结果，在磁体50和52的入口和出口之间引起X方向上的轨道差ΔX。当两个磁场B₁和B₂的强度基本上相互相等时，入射离子束4和照射离子束4基本相互平行。即使当导致如上所述的轨道差ΔX时，也能实现在Y方向上窄化离子束4的目的。而且，如上所述的轨道差ΔX一般很小。因此，即使当导致轨道差ΔX时，也不会导致特别的不利之处。然而，当产生不利时，可以通过其它途径处理。

顺便说明，在图5中，仅示出离子束4的一条线作为典型实例。然而，在其它位置处的离子束4也是与所示出的那条相同的(其也适用于图6和12)。

然而，注意，如上所述，离子束4在通过两个磁体50和52之间的期间在X方向上弯曲，对于图6中所示实例，磁体50和52也可设置成相对于离子束4的行进方向Z基本以直角交叉(换句话说，使得图2中所示的角度β基本为0度)。还是这种情况下，在通过磁体50和52之间的离子束4和磁场B之间形成的角度γ大于0度。由此，产生垂直于离子束4的行进方向Z的分量(正交分量)B_R。因此，通过正交分量B_R，与图2或3的实例的情况相同，离子束4接收在Y方向上向内作用的洛仑兹力(然而，其幅度基本上小于图2或3的实例中的情况)。这样的结果是，可以在Y方向上窄化离子束4。

确切地说，与此相同的现象也发生在图2或3的实例中，如参考图5所说明的。因此，还注意到角度γ，在通过磁体50和52之间期间的离子束4和磁场B之间形成的角度是β+γ。

磁体50可由一个永磁体形成。替换地，其可通过平行设置多个相同极性的永久磁体68来形成，如同图7中所示的实例。这也适用于磁体52。而且，这也适用于稍后说明的弧形形式的磁体50和52(见图8和9)。

顺便提及，并不优选磁极设置在第一磁体80和第二磁体82的纵向方向的相反侧上，即在两个短边80b和82b侧上，如同图14和15中所示的参考实例那样。当以这种结构设置磁极时，在两个磁体80和82之间，沿着Y方向上的磁力线84和86仅在X方向上相反侧上的磁极附近产生，如图15中所示。结果，用于向外发散离子束4的洛仑兹力F₃和F₄仅作用在带状离子束4的X方向上相反侧附近。由此，不能在Y方向上窄化离子束4。

第一和第二磁体50和52可设置在准直仪14上游侧附近，而不是如上述示范性实施例中设置在准直仪14下游侧附近。通过这种结构，可以增加进入准直仪14并通过其的离子束4的量。因此，容易增强离子束4的传输效率。

第一和第二磁体50和52可设置在准直仪14下游侧附近和上游侧附近中至少一个中或设置在其两个中。当其设置在两侧上时，可以增加通过准直仪14的离子束4的量。此外，可以抑制通过准直仪14的离子束在Y方向上的发散。因此，可以进一步增强离子束4至靶24的传输效率。

然而，第一和第二磁体50和52设置的位置不限于是前述位置。其可设置在任何位置，只要该位置位于靶24的上游侧即可。尽管如此，也可以是以下情况：在Y方向上窄化离子束4，并且补偿由于离子束4的空间电荷效应等导致的发散。由此，增强了离子束4的传输效率。然而，当已经在X方向上扫描了的带状离子束4照射到靶24上时，如同图16中所示实例，磁体50和52设置在用于进行扫描的扫描器12的下游侧。当带状离子束4从离子源2产生、且没有在X方向上扫描的带状离子束4照射到靶24上时，扫描器12是不必要的，并因此没有如上所述的限制。

当第一和第二磁体50和52设置在于X方向上将通过扫描器12以扇状扫描的离子束4的路径中时(见图16)，如在准直仪14上游侧附近，两个磁体50和52每一个都优选形成为以弧状形状弯曲的形状，即，形成为以下的弧状形状。

换句话说，两个磁体50和52每一个都是在离子束4行进方向上突出的弧状形状，如同图8或9中所示实施例那样。其每一个都优选形成为弧状形状，以使在X方向上每一扫描位置处离子束4的行进方向和以最短距离连接在磁体50和52中每一个的一对磁极(N极和S极)之间的直线62之间形成的角度φ总是基本恒定。

特别地，两个(即，离子束4的入口侧和出口侧)弧形边50c和52c每一个都构成为以点b为中心的圆的一部分，其中b表示在X方向上以距离L₆远离中心点a的点，其中a表示通过扫描器12扫描离子束4的中心点。弧形边50c和52c基本上分别是其整个长度上的磁极。

当磁体50和52每一个都形成为前述的弧形时，角度φ基本上是恒定的而不论离子束4的扫描位置。通过角度φ(确切地，增加了参考图6所描述的角度γ)，由两个磁体50和52产生的磁场B具有垂直于离子束4的行进方向的分量(正交分量)B_R。通过正交分量B_R，离子束4受到Y方向上的向内的洛仑兹力F。结果，可以在Y方向上窄化离子束4。角度φ随着距离L₆的增加而增加。

而且，角度φ基本上是恒定的而不论离子束4的扫描位置。因此，可以在Y方向上在将于X方向上以扇形形状扫描的离子束4的整个区域上均匀窄化离子束4。

表1中的实例2与图8和9中所示的实施例相对应。

当带状离子束4由离子源2产生(见图16)，且带状离子束4照射到靶24上而不在X方向上扫描时，可以将如上所述参考图1至7所描述的每一个都是基本直线形式的第一和第二磁体50和52设置在离子束4的路径中。通过这种结构，可以在Y方向上在离子束4的X方向的整个区域上均匀地窄化离子束4。

对于该实施例，如上所述每一个都是直线或弧状的第一和第二磁体50和52可由电磁体形成，而不是由永磁体形成。将主要描述与其中第一和第二磁体50和52每一个都由永磁体形成的实施例的不同之处，来描述其中磁体50和52由电磁体形成的情况的实施例。

图10和11中示出了其中直线的第一和第二磁体50和52由电磁体形成的实施例。这与图2和3中所示的实施例相对应。

两个磁体50和52分别具有：铁芯，其具有与图1至6中所示的磁体50和52的那些相对应的形状/设置；以及线圈72，在相应铁芯70的纵向方向上缠绕。每个铁芯70的两个(即，离子束4的入口侧和出口侧)长边70a侧基本上分别是其整个长度上的磁极。

两个磁体50和52分别接收从直流源74和76提供的激励电流I₁和I₂，并产生与图1至6中所示实施例的那些相同极性的磁场。因此，通过与图1至6中所示实施例相同的作用，离子束在Y方向上被窄化。

而且，第一和第二磁体50和52是电磁体。因此，容易调整由其产生的磁场的强度。因此，可以容易地控制离子束在Y方向上被窄化的程度。例如，通过根据离子束4的能量来改变要产生的磁场强度，在任意能量下都可以类似地窄化离子束4。而且，通过改变将产生的磁场的强度，还可以改变离子束4在Y方向上的聚集状态(例如，焦距)。还可以控制射束尺寸d_t、发散角度α、和偏转角度θ，其将在下面说明。而且，还可以产生比用永磁体更强的磁场，并更强地窄化离子束4。这也可适用于图12中所示的实施例。

激励电流I₁和I₂可以具有彼此相同的幅度或者可以具有不同的幅度。当其具有相同幅度时，可由两个磁体50和52共用一个直流电源。替换地，可采用以下结构。直流电源74和76中的一个或两个都被设置成双极电源，以使激励电流I₁和I₂的取向可以相反。这也适用于图12中所示实施例。

其中弧形磁体50和52每一个都由电磁体形成的实施例以第一磁体50为代表，其于图12中示出。截面与图11的相同，并因此将其作为参考。这对应于图8和9中所示的实施例。

两个磁体50和52分别具有：铁芯70，其具有与图8和9中所示的磁体50和52相对应的形状/设置；以及线圈72，在各自铁芯的纵向方向上缠绕。每个铁芯70的两个(即，离子束4的入口侧和出口侧)弧形边70c侧基本上分别是其整个长度上的磁极。线圈72每一个都在铁芯70的纵向方向上呈直线缠绕。然而，如同所示实例那样，每个线圈72都优选沿着弧形边70c以弧形缠绕。通过这种结构，可以在两个弧形边70c上，即基本在两个磁极的整个长度上，产生均匀磁场。

两个磁体50和52分别接收从直流源74和76提供的激励电流I₁和I₂，并产生与图8和9中所示实施例的那些相同极性的磁场。因此，通过与图8和9中所示实施例相同的作用，可在Y方向上窄化离子束。

下面将给出对于如下情况的说明，其中，当第一和第二磁体50和52是电磁体时，使用其控制离子束4在Y方向的射束尺寸d_t、发散角度α以及偏转角度θ。

通过参考图1，在靶24的上游侧和下游侧，分别提供前级多点法拉第(Faraday)42和后级多点法拉第44，其每一个都包括多个用于测量与X方向平行设置的离子束4的射束流的检测器。如同在例如JP-A-2005-195417中描述的技术那样，两个多点法拉第42和44以及在它们前面将在Y方向上驱动的光闸(shutter)组合使用。由此，基于在离子束4行进方向Z上两个位置处的在离子束4的Y方向上的射束尺寸d_t和d_b、这两个位置之间的距离L₃以及两个位置与靶24之间的距离L₄和L₅，可以根据以下等式测量在靶24位置处在离子束4的Y方向上的射束尺寸d_t、和离子束4在Y方向上的发散角度α。替换地，也可采用以下结构等。不将光闸设置在前级多点法拉第42的前侧，而例如将前级法拉第42设置在掩模20下游侧附近。由此，在Y方向上驱动前级多点法拉第42。

[数学表达式1]

d_t＝(L₅/L₃)d_f+(L₄/L₃)d_b，(其中L₃＝L₄+L₅)

[数学表达式2]

α＝tan^-1{(d_b-d_f)/2L₃}

之后，借助于未示出的控制单元，基于射束尺寸d_t和发散角度α的测量数据，可以反馈控制直流电源74和76以及其他激励电流I₁和I₂。例如，当离子束4在Y方向上的射束尺寸d_t或者其发散角度α很大时，实质上仅需实施相应控制以便增加激励电流I₁和I₂的绝对值(幅度)。结果，可通过两个磁体50和52在Y方向上更强地窄化离子束4。因此，可降低射束尺寸d_t或者其发散角度α。以下情况也是可能的。使在靶24位置处的发散角度α基本上为0。由此，在Y方向上具有高平行性的离子束4入射到靶24上，以进行离子注入。

对于两个磁体50和52，提供具有相互相同幅度的激励电流I₁和I₂。由此，两个磁体50和52产生相互相同强度的磁场。这种情况下，例如如同图13中所示实施例那样，当入射离子束4由于某种原因在Y方向上倾斜时，输出离子束4在Y方向上也具有偏转角度θ。偏转角度θ是在离子束4的中心轨道和YZ平面内的对称表面58之间形成的角度。

这可以以如下方式校正。具有相互不同幅度的激励电流I₁和I₂分别被提供到两个磁体50和52。由此，通过两个磁体50和52产生彼此不同强度的磁场。例如，当如同图13中所示实例那样，入射离子束4在Y方向上向上倾斜时，实质上仅实施下述的至少一个：增加将提供到在离子束4倾斜一侧上的磁体50的激励电流I₁；和降低将提供到在相反侧上的磁体52的激励电流I₂。结果，通过磁体50在离子束4倾斜一侧上产生的磁场强度更大。因此，向下洛仑兹力F变大，其可以降低偏移角度θ。该偏移角度θ可以基本上被设置成0度。当偏移角度θ与前述角度相反时，其实质上仅反向了前述角度。

通过如同例如JP-A-2005-195417中描述的技术那样使用前级多点法拉第42、后级多点法拉第44等，偏移角度θ可根据以下等式、基于离子束4行进方向上两个位置处离子束4的Y方向上的中心位置y_f和f_b以及两个位置之间的距离L₃测量。

[数学表达式3]

θ＝tan^-1{(y_b-y_f)/L₃}

之后，基于偏移角度θ的测量数据，可以通过未示出的控制单元反馈控制直流电源74和76，以及进一步地反馈控制激励电流I₁和I₂，以使偏移角度变小(例如，基本上为0度)。

虽然已经结合本发明的示范性实施例进行了描述，但是本领域技术人员明白，不脱离本发明可对其作出各种改变和改进。因此，所附权利要求旨在覆盖落在本发明真实精神和范围内的所有这种改变和修改。

Claims (9)

1.一种离子注入装置，其中，将形成为带状的离子束照射到靶上，该带状在X方向上具有比在基本垂直于X方向的Y方向上尺寸大的尺寸，该离子注入装置包括：

第一和第二磁体，其设置于靶的上游侧，跨带状离子束的路径在Y方向上相互面对，并且与带状离子束行进方向交叉，

其中第一磁体具有在离子束的入口侧并具有第一极性的第一磁极，和在离子束的出口侧并具有与第一极性相反的第二极性的第二磁极，第二磁体具有在离子束的入口侧并具有第二极性的第一磁极，和在离子束的出口侧并具有第一极性的第二磁极，其中第一磁体的第一和第二磁极以及第二磁体的第一和第二磁极均形成在磁体的长边的基本整个长度上，和

第一和第二磁体在相反方向上产生磁场，以使得将向内的洛仑兹力施加到两个磁体之间的离子束，并且在Y方向上窄化该离子束。

2.如权利要求1的离子注入装置，其中带状离子束通过在X方向上扫描离子束或者不在X方向上扫描来形成。

3.如权利要求1的离子注入装置，其中，除了第一磁体和第二磁体在极性上彼此相反之外，第一和第二磁体都被相对于对称平面基本平面对称地设置，所述对称平面通过离子束路径的Y方向上的中心并且基本垂直于Y方向。

4.如权利要求1的离子注入装置，其中第一和第二磁体被设置成与离子束行进方向倾斜交叉，其中倾斜交叉是指在对磁体的长边所画的法线和离子束的行进方向之间形成的角度不是0度。

5.如权利要求2的离子注入装置，其中第一和第二磁体设置在离子束在X方向上被以扇状扫描的离子束路径上，

第一和第二磁体分别具有在离子束行进方向上突出的弧形，使得在X方向上每个扫描位置处的离子束前进方向和以最短距离连接在每一磁体的一对磁极之间的直线之间形成的角度基本总是恒定的。

6.如权利要求1的离子注入装置，还包括：

离子束偏转装置，其被配置来通过磁场或电场使处于能量状态下的离子束偏转以照射到靶上，并分开离子束和中性粒子，

其中第一和第二磁体至少设置在离子束偏转装置的下游侧附近。

7.如权利要求1的离子注入装置，还包括：

离子束偏转装置，其被配置来通过磁场或电场使处于能量状态下的离子束偏转以照射到靶上，并分开离子束和中性粒子，

其中第一和第二磁体至少被设置在离子束偏转装置的上游侧附近。

8.如权利要求1至7中任一项的离子注入装置，其中第一和第二磁体是永磁体。

9.如权利要求1或7中任一项的离子注入装置，其中第一和第二磁体是电磁体。

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