CN104835710B - 高能量离子注入装置、射束平行化器及射束平行化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供高能量离子注入装置、射束平行化器及射束平行化方法，适于高能量离子注入装置。射束平行化器(300)具备多个透镜部(310、312)，沿着基准轨道排列，以在射束平行化器的出口生成相对于基准轨道被平行化的射束。多个透镜部分别构成为，形成弓形弯曲间隙，并且通过施加于弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于基准轨道所成的角度。空间部(322、324)设置于多个透镜部中的一个透镜部和与该透镜部相邻的透镜部之间。空间部朝向被平行化的射束的与基准轨道垂直的剖面的短边方向。包括基准轨道在内的内侧区域通过空间部与多个透镜部的外侧区域连接。

Description

高能量离子注入装置、射束平行化器及射束平行化方法

技术领域

本申请主张基于2014年2月10日申请的日本专利申请第2014-023531号的优先权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种高能量离子注入装置。

背景技术

在半导体元件制造工序中，标准地实施如下重要的工序，该工序用于通过在真空下向半导体晶片打入离子来将杂质添加到半导体晶片的结晶中，从而使导电性发生变化，并使半导体晶片半导体元件化。该工序中所使用的装置被称为离子注入装置，该离子注入装置将通常用于半导体元件化的杂质原子作为离子进行加速，并打入到半导体晶片中。

随着半导体元件的高集成化/高性能化，一直使用能够用于更深地打入到半导体晶片中的高能量的离子注入的装置。这种装置特别地被称为高能量离子注入装置。作为其中一例，有以串列式静电加速器构成离子束的加速系统的方法(参考专利文献1)。

(批次式(batch-type))

并且，长期以来还使用具备进行高频加速的高频线形加速器的批次处理式高能量离子注入装置(参考专利文献2)。

批次处理式离子注入为如下的方法，即将十几片硅晶片载于直径为1m左右的铝盘的外周侧，一边使圆盘以每分钟1000次的旋转程度高速旋转，一边均匀地注入离子。为了不使晶片因离心力而飞出，圆盘的载有晶片的部分相对于旋转面(与旋转轴正交的面)赋予5°左右的角度。由于该角度和晶片的旋转运动，批次处理式离子注入方法存在在晶片的中心部和端部注入角度(离子射入到晶片的角度)前后相差1°(注入角度偏差)的问题。

一般，在晶片的芯片上存在想进行离子注入的区域和无法进行离子注入的区域，无法进行离子注入的区域能够由被称为光致抗蚀层的有机物覆盖。离子在注入时不能穿透光致抗蚀层，因此在高能量离子注入时所涂布的光致抗蚀层变得非常厚。虽然需要注入的区域通过光刻法去掉光致抗蚀层，但若集成度高且注入区域微小，则会出现离子被垂直打入由耸立的光致抗蚀层的壁部包围的深孔的底部的情况。向这种高纵横比的结构注入离子时需要较高的注入角度精度。

尤其，在制造如CCD等高品质的摄像元件中，越深地注入离子，分辨率就越提高，且灵敏度变高，因此也逐渐开始进行超高能量的离子注入(3～8MeV)。此时，被允许的注入角度误差为0.1°左右，无法使用具有较大注入角度偏差的批次式装置。

(单晶片式高能量离子注入装置)

因此，近年来单晶片式高能量离子注入装置被投入使用(专利文献3)。批次方式固定射束并移动晶片(圆盘上的旋转运动)，由此在水平方向上进行均匀的注入，而单晶片式装置中移动射束(沿水平方向进行射束扫描)固定晶片。该方式中通过使扫描束平行化，不仅能够在晶片面内使注入剂量均匀，还能够使注入角度均匀，可以解决注入角度偏差的问题。另外，两种方式都是通过以一定的速度使晶片平行移动来实现铅垂方向的剂量均匀性，但通过该运动不会产生角度误差。

除此以外，由于单晶片式离子注入装置在进行少数几片的处理时没有多余的硅晶片的消耗等，因此适合多品种少量生产，近年来需求不断增加。

但在高品质摄像元件的生产中，不仅要求角度精度，而且还有诸如没有金属污染、注入损伤(退火之后的残余结晶缺陷)较小、注入深度精度(能量精度)良好等很多严格的要求，单晶片式离子注入装置中也留许多待改善之处。

在以往的单晶片式高能量离子注入装置中，作为高能量加速方式使用串列式静电加速装置，或高频加速方式的重离子线性加速器(线形加速器)。

在这种加速系统的下游(射束线的下游)设置有能量过滤磁铁、射束扫描器及通过磁场进行扫描轨道的平行化的平行(平行化)磁铁。并且，通过平行磁铁成为不论射束在哪个扫描位置，向晶片的射入角(注入角)均相同。离子的能量至3～4MeV左右。

并且，在与高能量离子注入装置相比更低能量的区域(10～600keV)中使用的(单晶片式)中电流离子注入装置的一部分中，使用通过电场(电极)将扫描轨道平行化的电场平行透镜(专利文献4)。电场平行透镜能够保持轨道的对称性并且将扫描轨道平行化，因此比平行磁铁更能提高角度精度。并且，在该装置中，在晶片的附近安装有被称为AEF(Angular Energy Filter)的电场式偏转电极。通过AEF能够去除在射束传输过程中价数发生变化的离子和在射束线产生的粒子，因此能够提供纯度较高的射束。

专利文献1：日本专利第3374335号公报

专利文献2：日本特开2000-11944号公报

专利文献3：美国专利第8035080号公报

专利文献4：日本特开2003-288857号公报

发明内容

本发明是鉴于这种状况而完成的，本发明的一方式所例示的目的之一在于提供适于高能量离子注入装置的射束平行化器。

根据本发明的一方式，提供一种离子注入装置的射束平行化器，所述射束平行化器具备：多个加速或减速透镜部，沿着基准轨道排列，以在所述射束平行化器的出口生成相对于所述基准轨道被平行化的射束；及真空容器，包围所述多个透镜部。所述多个透镜部分别构成为，形成由至少2个电极构成的弓形弯曲间隙，并且通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度。将所述多个透镜部中的一个透镜部的一个电极和与该透镜部相邻的透镜部的另一个电极构成为同电位，并且空间部设置于所述多个透镜部中的一个透镜部和与该透镜部相邻的透镜部之间。所述空间部朝向与所述基准轨道上的射束平行化平面垂直交叉的方向。包括所述基准轨道在内的内侧区域通过所述空间部与成为所述真空容器与所述多个透镜部之间的外侧区域连通。

根据本发明的一方式，提供一种离子注入装置的射束平行化器，所述射束平行化器具备至少一个透镜部，所述透镜部用于在所述射束平行化器的出口生成相对于基准轨道被平行化的射束。所述至少一个透镜部分别具备形成弓形弯曲间隙的1对电极部件，并且构成为通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度。所述1对电极部件分别具备多个弯曲成弓形形状的电极片。

根据本发明的一方式，提供一种离子注入装置的射束平行化器，所述射束平行化器具备至少一个透镜部，所述透镜部用于在所述射束平行化器的出口生成相对于基准轨道被平行化的射束；及真空容器，包围所述至少一个透镜部，并且在所述基准轨道的一侧与另一侧分别具备容器壁。所述至少一个透镜部分别具备形成弓形弯曲间隙的1对电极部件，并且构成为通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度。所述1对电极部件分别具备一组电极片，所述电极片隔着所述基准轨道而分开配置，所述一组电极片的一部分被所述基准轨道的一侧的所述容器壁支承，所述一组电极片的另一部分被所述基准轨道的另一侧的所述容器壁支承。

根据本发明的一方式，提供一种高能量离子注入装置，所述高能量离子注入装置具备：射束传输线单元，具备上述任一项所述的射束平行化器；离子束生成单元，生成离子束；高能量多级直线加速单元，对所述离子束进行加速；及偏转单元，使被加速成高能量的离子束朝向所述射束传输线单元进行方向转换。

根据本发明的一方式，提供一种射束平行化方法，所述方法具备：向多个弓形弯曲间隙分别施加电场，以生成相对于基准轨道被平行化的射束的步骤；及通过空间部进行包括所述基准轨道在内的内侧区域的真空排气的步骤，所述空间部形成于所述多个弓形弯曲间隙中的一个弓形弯曲间隙和与该弓形弯曲间隙相邻的弓形弯曲间隙之间。所述空间部朝向与所述被平行化的射束的所述基准轨道垂直的剖面的短边方向。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件和表现的方式，作为本发明的方式也是有效的

发明的效果

根据本发明的一方式，能够提供适用于高能量离子注入装置的射束平行化器。

附图说明

图1是示意地表示本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的概略布局与射束线的图。

图2(a)是表示离子束生成单元的概略结构的俯视图，图2(b)是表示离子束生成单元的概略结构的侧视图。

图3是表示包括高能量多级直线加速单元的概略结构的整个布局的俯视图。

图4是表示直线状排列有多个高频谐振器前端的加速电场(间隙)的高能量多级直线加速单元及会聚发散透镜的控制系统的结构的框图。

图5(a)、图5(b)是表示EFM(能量分析用偏转电磁铁)、能量宽度限制狭缝、能量分析狭缝、BM(横向中心轨道补正用偏转电磁铁)、射束整形器、射束扫描器(扫描器)的概略结构的俯视图。

图6(a)是表示从射束扫描器至射束平行化器之后的射束线到基板处理供给单元为止的概略结构的俯视图，图6(b)是表示从射束扫描器至射束平行化器之后的射束线到基板处理供给单元为止的概略结构的侧视图。

图7是从上方观察射束扫描器的一例的主要部分的示意图。

图8是从侧面观察射束扫描器的一例的主要部分的示意图。

图9是从下游侧观察沿离子束线的中途路径装卸自如地安装有射束扫描器的一例的结构的示意性主视图。

图10是表示角能量过滤器的偏转电极的另一方式的示意图。

图11(a)是示意地表示作为横向会聚透镜的四极透镜的俯视图，图11(b)是示意地表示四极透镜的主视图。

图12(a)、图12(b)是表示电磁铁的结构的一例的立体图。

图13是示意地表示电磁铁所具备的开闭装置的图。

图14(a)是从正面观察与注入器法拉第杯(Injector Farady cup)结构大致相同的旋转变压器法拉第杯(Resolver Farady cup)的示意图，图14(b)是用于说明旋转变压器法拉第杯的动作的示意图。

图15是从正面观察横长法拉第杯的示意图。

图16是表示本实施方式的一形态的射束平行化器的概略结构的俯视图。

图17(a)是表示本实施方式的一形态的射束平行化器的概略结构的俯视图，图17(b)是表示本实施方式的一形态的射束平行化器的概略结构的侧视图。

图18是表示本实施方式的变形例所涉及的射束平行化器的概略结构的俯视图。

图19是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的结构的图。

图20-1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的结构的图。

图20-2是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的结构的图。

图20-3是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的结构的图。

图21是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的结构的图。

图22是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的结构的图。

图23是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的引导部的结构的图。

图24是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的电极部件的结构的图。

图25是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束平行化器的电极部件的结构的图。

符号的说明

L1-射束线，10-离子源，12-离子束生成单元，14-高能量多级直线加速单元，16-射束偏转单元，18-射束传输线单元，20-基板处理供给单元，22-质量分析装置，24-能量分析电磁铁，26-横向会聚四极透镜，28-能量分析狭缝，30-偏转电磁铁，32-射束整形器，34-射束扫描器，36-射束平行化器，38-最终能量过滤器，64-会聚发散透镜，74-抑制电极，84-平行化透镜，90-平行化电源，94-最终能量过滤器，100-高能量离子注入装置，135-加速用电极，135a-射束入口开口部，136-减速用电极，136a-射束出口开口部，137-射束平行化器，138-加速用电极，139-减速用电极，140、141-平行化电源，142-射束平行化器，147-第1平行化电源，148-第2平行化电源，200-晶片，300-射束平行化器，302-第1平行化透镜,304-第2平行化透镜，306-第3平行化透镜，308-真空容器，309-真空排气部，310-加速透镜部，312-减速透镜部，314-加速间隙，316-减速间隙，318-射束传输空间，320-外侧区域，322-第1空间部，324-第2空间部，326-射入部，327-入射开口，328-出射部，329-出射开口，330-容器上壁，332-容器下壁，334-第1容器侧壁，336-第2容器侧壁，338-供电部，340-入口加速电极部件，342-出口加速电极部件，344-弯曲面，346-背面，348-入口减速电极部件，350-出口减速电极部件，352-上部入口加速电极片，354-下部入口加速电极片，356-上部出口加速电极片，358-下部出口加速电极片，360-上部入口减速电极片，362-下部入口减速电极片，364-上部出口减速电极片，366-下部出口减速电极片，368-上部基板，370-下部基板，372-基板开口，374-导电安装部件，376-绝缘安装部件，378-引导部，380-手柄，382-导轨，384-车轮，386-车轮安装肋，388-供电板，390-真空密封配线，391-绝缘部件，392-端子部，394-弹性导体，396-第1盖部，397-第2盖部，398-安装板。

具体实施方式

以下对本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的一例进一步进行详细说明。首先，对本发明人等想到本发明的过程进行说明。

(平行化磁铁)

使用通过偏转磁场使轨道平行化的平行化磁铁的以往的高能量离子注入装置有如下问题。

若向带有光致抗蚀层的晶片注入高能量离子，则产生大量的漏气，该漏气的分子与束离子相互作用，一部分离子的价数发生变化。若通过平行化磁铁时该价数发生变化，则偏转角发生改变，因此射束的平行性被破坏，朝向晶片的注入角变得不同。

并且，所注入的离子的量(个数或者剂量)通过利用置于晶片附近的法拉第杯测定束电流值而求出，但因价数变化，其测量值产生偏差，偏离预定的注入量，无法成为如所预定的半导体元件的特性。

而且，通过1台平行化磁铁进行的平行化在内侧轨道与外侧轨道上的偏转角和轨道长度不同，因此越靠外侧轨道，价数发生变化的离子的比例越大，晶片面内的剂量均匀性也恶化。

因此，以往的高能量离子注入装置的射束传输方式无法充分满足最近的高精度的注入的要求。

并且，平行化磁铁需要在扫描方向上宽度较宽的磁极和一定长度的平行化区间，能量变高时磁极进一步变长且变大，因此重量变得非常大。为了安全地装配并维持装置，除了需要强化半导体工场本身的强度设计之外，消耗电力也变得非常大。

如果能够在高能量区域使用在前述中电流离子注入装置中所使用的电场平行化透镜和电场(电极式)能量过滤器(AEF：Angular Energy Filter)，则可解决这些问题。电场平行化透镜保持轨道的对称性并且使扫描轨道与中心轨道方向对齐而进行平行化，AEF在刚要到达晶片之前去除价数已变化的离子。由此，即使在漏气较多时，也能够得到没有能量污染的射束，且不会产生如平行化磁铁那样的扫描方向的注入角度的偏差，结果，能够均匀地注入准确的深度方向的注入分布和注入量(剂量)，并且注入角度也变得相同，可实现精度非常高的离子注入。并且，由重量轻的电极部件构成，因此与电磁铁相比还可减少消耗电力。

本发明的核心之处在于发明了一种将该中电流离子注入装置的优异的系统导入到高能量离子注入装置，为高能量装置且能够进行与中电流装置同等的高精度注入的装置。以下，对在该过程中所解决的课题进行说明。首要问题是装置的长度。

将离子束偏转相同角度时，所需磁场与能量的平方根成比例，而所需电场则与能量本身成比例。因此，偏转磁极的长度与能量的平方根成比例，而偏转电极的长度与能量成比例而变长。若欲想在高能量离子注入装置中搭载所述电场平行化透镜和电场AEF来实现高精度角度注入，则射束传输系统(从扫描器到晶片为止的距离)与使用平行化磁铁的以往的装置相比大幅变长。

例如，作为通过这种电场具备平行化机构的高能量离子注入装置，与以往的高能量离子注入装置相同地可考虑将离子源、质量分析磁铁、串列式静电加速装置或者高频线形加速装置、射束扫描器、扫描轨道平行化装置、能量过滤器、注入处理室及基板输送设备(末端站)等构成设备装配成大致直线状的结构。此时，以往的装置的长度为8m左右，而装置的总长长至20m左右，设置位置的设定与准备、设置作业等成为大规模，而且设置面积也变大。并且，还需要用于各设备的装配对准调整、装置运转后的维护与修缮及调整的作业空间。这种大型离子注入装置无法满足将半导体生产线中的装置尺寸与工场生产线的配置实情相结合的要求。

由于这种状况，本发明的一方式中的射束线的结构的目的在于，通过实现能够确保充分的作业区域且简化/效率化设置位置的设定、准备及设置作业和维护作业，并抑制设置面积的技术，提供一种具备有电场平行化透镜和电场能量过滤器的高精度的高能量离子注入装置。

(U字状的折回型射束线)

前述目的可通过如下方式来实现，即由包括对在离子源生成的离子束进行加速的多个单元的长直线部；及包括对扫描束进行调整而注入到晶片中的多个单元的长直线部构成高能量离子注入装置的射束线，并设为具有相对置的长直线部的水平U字状的折回型射束线。根据从离子源起对离子进行加速的单元的长度，使包括射束扫描器、射束平行化器、能量过滤器等的射束传输线单元的长度构成为与所述长度大致相同的长度，从而实现这种布局。并且，为了进行维护作业，在2条长直线部之间设置有充分广的空间。

本发明的一方式是以这种射束线的布局为前提而完成的，其目的在于提供一种通过电场将已扫描的高能量的离子束左右对称地平行化，因此在漏气较多的环境下，也能够精度良好地进行离子注入。

本发明的一方式的高能量离子注入装置为对在离子源产生的离子进行加速而生成离子束，沿着射束线将离子束传输到晶片并注入到该晶片中的高能量离子注入装置，该装置具备：射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高能量多级直线加速单元，对离子束进行加速而生成高能量离子束；高能量射束的偏转单元，使高能量离子束朝向晶片进行方向转换；高能量射束传输线单元，将已偏转的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元，将传输到的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。射束传输线单元具有射束整形器、高能量用射束扫描器、高能量用射束平行化器及高能量用最终能量过滤器，并构成为，对从所述偏转单元出来的高能量离子束通过射束扫描器在射束线的基准轨道的两侧进行扫描，通过射束平行化器维持左右对称性并使扫描束的各轨道与基准轨道平行，且通过最终能量过滤器去除质量、离子价数及能量等不同的混入离子后注入到所述晶片中。高能量用射束平行化器具备加速用电极对，使离子束加速并且向接近基准轨道侧的方向偏转；及减速用电极对，使离子束减速并且向接近基准轨道侧的方向偏转，并由具有至少2组以上的该加速用电极对及该减速用电极对的加速减速电极透镜组构成。

根据本发明的一方式，能够左右对称地将已扫描的高能量的离子束平行化。由此，即使在漏气较多的状态下，也能够均匀地注入注入量(剂量)，并且也能够以相同的注入角度注入，实现了精度较高的离子注入。并且，由重量轻的电极部件构成，因此与电磁铁相比能够减少消耗电力。

在此，本实施方式的一形态的高能量离子注入装置为对在离子源产生的离子进行加速，沿着射束线作为离子束传输到晶片并注入到晶片中的离子注入装置。该装置为将已平行化的离子束高精度地照射到机械扫描移动中的晶片并注入到晶片中的装置，其具备：高能量多级直线加速单元，对离子束进行加速而生成高能量离子束；偏转单元，将高能量离子束的轨道朝向晶片进行方向转换；及射束传输线单元，将已偏转的高能量离子束传输到晶片。

从对离子束进行高加速的高频(交流方式)的高能量多级直线加速单元出来的高能量离子束具有一定范围的能量分布。因此，为了对后段的高能量的离子束进行射束扫描及射束平行化后将其照射到机械扫描移动中的晶片，需要事先实施高精度的能量分析、中心轨道补正及射束会聚发散的调整。

射束偏转单元具备至少2个高精度偏转电磁铁，至少1个能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝，及至少1个横向会聚设备。多个偏转电磁铁构成为，精密地补正高能量离子束的能量分析和离子注入角度，及抑制能量分散。高精度偏转电磁铁中进行能量分析的电磁铁上安装有核磁共振探头和霍尔探头，而其他电磁铁上仅安装有霍尔探头。核磁共振探头用于霍尔探头的校正，霍尔探头用于磁场恒定的反馈控制。

射束传输线单元能够对高能量的离子束进行射束扫描及射束平行化，将扫描束高精度地照射到机械扫描移动中的晶片并注入离子。

以下，参考附图对本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的一例进一步进行详细说明。另外，附图说明中对相同要件添加相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构只是示例，并非对本发明的范围进行任何限定。

(高能量离子注入装置)

首先，对本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的结构进行简单说明。另外，本说明书的内容不仅能够适用于作为带电粒子的种类之一的离子束，还能够适用于涉及所有带电粒子束的装置。

图1是示意地表示本实施方式所涉及的高能量离子注入装置100的概略布局和射束线的图。

本实施方式所涉及的高能量离子注入装置100是具有高频线形加速方式的离子加速器和高能量离子传输用射束线的离子注入装置，且对在离子源10产生的离子进行加速，沿着射束线作为离子束传输到晶片(基板)200并注入到晶片200中。

如图1所示，高能量离子注入装置100具备：离子束生成单元12，生成离子并进行质量分析；高能量多级直线加速单元14，对离子束进行加速而使其成为高能量离子束；射束偏转单元16，进行高能量离子束的能量分析、中心轨道补正及能量分散的控制；射束传输线单元18，将已分析的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元20，将传输到的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。

离子束生成单元12具有离子源10、提取电极40及质量分析装置22。离子束生成单元12中，射束从离子源10通过提取电极提取的同时被加速，已提取加速的射束通过质量分析装置22进行质量分析。质量分析装置22具有质量分析磁铁22a及质量分析狭缝22b。质量分析狭缝22b有时会配置在紧接质量分析磁铁22a的正后方，但实施例中配置在其下一个构成即高能量多级直线加速单元14的入口部内。

通过质量分析装置22进行质量分析的结果，仅挑选出注入所需的离子种类，挑选出的离子种类的离子束被导入到之后的高能量多级直线加速单元14。通过高能量多级直线加速单元14，进一步被加速的离子束的方向通过射束偏转单元16而发生变化。

射束偏转单元16具有能量分析电磁铁24、抑制能量分散的横向会聚的四极透镜26、能量宽度限制狭缝27(参照后述的图5)、能量分析狭缝28及具有转向功能的偏转电磁铁30。另外，能量分析电磁铁24有时被称为能量过滤电磁铁(EFM)。高能量离子束通过偏转单元进行方向转换，并朝向基板晶片的方向。

射束传输线单元18用于传输自射束偏转单元16离开的离子束，其具有由会聚/发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及最终能量过滤器38(包括最终能量分离狭缝)。射束传输线单元18的长度根据离子束生成单元12和高能量多级直线加速单元14的长度而设计，在射束偏转单元16处连结而形成整体为U字状的布局。

在射束传输线单元18的下游侧的末端设置有基板处理供给单元20，在注入处理室内容纳有：射束监测器，测量离子束的束电流、位置、注入角度、会聚发散角、上下左右方向的离子分布等；抗静电装置，防止由离子束产生的基板的静电；晶片输送机构，搬入和搬出晶片(基板)200并设置到适当的位置/角度；ESC(Electro Static Chuck)，在离子注入时保持晶片；及晶片扫描机构，在注入时以与射束电流的变动相应的速度使晶片向射束扫描方向和直角方向移动。

如此将各单元配置成U字状的高能量离子注入装置100减少了设置面积且能够确保良好的作业性。并且，高能量离子注入装置100中，通过将各单元和各装置设为模块结构，从而能够根据射束线基准位置而进行装卸、组装。

接着，对构成高能量离子注入装置100的各单元、各装置进一步进行详细说明。

(离子束生成单元)

图2(a)是表示离子束生成单元的概略结构的俯视图，图2(b)是表示离子束生成单元的概略结构的侧视图。

如图2(a)、图2(b)所示，在配置于射束线最上游的离子源10的出口侧设置有用于从在离子腔室(电弧室)内生成的等离子体提取离子束的提取电极40。在提取电极40的下游侧附近，设置有抑制从提取电极40提取的离子束中所含的电子朝向提取电极40逆流的提取抑制电极42。

离子源10与离子源高压电源44连接。在提取电极40与端子48之间连接有提取电源50。在提取电极40的下游侧配置有用于从射入的离子束中分离出预定的离子并将已分离的离子束取出的质量分析装置22。

如后述的图5所示，在高能量多级直线加速单元14的直线加速部壳体内的最前部配置有用于测量离子束的总束电流值的法拉第杯80a(注入器(Injector))。

图14(a)是从正面观察与注入器法拉第杯80a的结构大致相同的旋转变压器法拉第杯80b的示意图，图14(b)是用于说明旋转变压器法拉第杯80b的动作的示意图。

注入器法拉第杯80a构成为能够通过驱动机构在射束线上从上下方向进出，并且，构成为在水平方向长的长方形的斗状形状，且将开口部朝向射束线的上游侧，在调整离子源和质量分析电磁铁时，除了测量离子束的总束电流的目的以外，还用于根据需要在射束线上完全截断到达射束线下游的离子束。另外，如前述，在注入器法拉第杯80a正前方的高能量多级直线加速单元14的入口部内配置有质量分析狭缝22b，且构成为单一的质量分析狭缝、或者根据质量的大小选择宽度不同的多个狭缝的方式、或者能够将质量狭缝宽度变更为无等级或多级的方式。

(高能量多级直线加速单元)

图3是表示包含高能量多级直线加速单元14的概略结构的整体布局的俯视图。高能量多级直线加速单元14具备进行离子束的加速的多个线形加速装置即夹着1个以上的高频谐振器14a的加速间隙。高能量多级直线加速单元14能够通过高频(RF)电场的作用而对离子进行加速。图3中，高能量多级直线加速单元14由具备高能量离子注入用的基本的多级高频谐振器14a的第1线形加速器15a，及进一步具备超高能量离子注入用的追加的多级高频谐振器14a的第2线形加速器15b构成。

另一方面，在使用高频(RF)加速的离子注入装置中，作为高频参数必须考虑电压的振幅V[kV]、频率f[Hz]。而且，当进行多级的高频加速时，将彼此的高频相位作为参数加进去。此外，需要用于通过会聚/发散效果来控制离子束在加速中途和加速后向上下左右扩散的磁场透镜(例如四极电磁铁)或电场透镜(例如静电四极电极)，它们的运转参数的最佳值根据离子通过该处的时刻的离子能量而发生改变，而且加速电场的强度会影响到会聚和发散，因此，在决定高频参数之后再决定它们的值。

图4是表示直线状排列有多个高频谐振器前端的加速电场(间隙)的高能量多级直线加速单元及会聚发散透镜的控制系统的结构的框图。

高能量多级直线加速单元14中包括1个以上的高频谐振器14a。作为高能量多级直线加速单元14的控制所需的构成要件需要：输入装置52，其用于操作员输入所需的条件；控制运算装置54，其用于由所输入的条件数值计算各种参数，并进一步对各构成要件进行控制；振幅控制装置56，其用于调整高频电压振幅；相位控制装置58，其用于调整高频相位；频率控制装置60，其用于控制高频频率；高频电源62；会聚发散透镜电源66，其用于会聚发散透镜64；显示装置68，其用于显示运转参数；及存储装置70，其用于存储已被决定的参数。并且，控制运算装置54中内置有用于预先对各种参数进行数值计算的数值计算码(程序)。

在高频线形加速器的控制运算装置54中，通过内置的数值计算码，以所输入的条件为基础对离子束的加速及会聚和发散进行模拟来算出高频参数(电压振幅、频率、相位)以获得最佳的传输效率。并且，同时还算出用于有效地传输离子束的会聚发散透镜64的参数(Q线圈电流、或者Q电极电压)。在显示装置68中显示计算出的各种参数。对于超过高能量多级直线加速单元14的能力的加速条件，表示无解的显示内容显示于显示装置68。

电压振幅参数由控制运算装置54送至振幅控制装置56，振幅控制装置56对高频电源62的振幅进行调整。相位参数送至相位控制装置58，相位控制装置58对高频电源62的相位进行调整。频率参数送至频率控制装置60。频率控制装置60对高频电源62的输出频率进行控制，并且对高能量多级直线加速单元14的高频谐振器14a的谐振频率进行控制。控制运算装置54还根据所算出的会聚发散透镜参数对会聚发散透镜电源66进行控制。

在高频线形加速器的内部或者其前后配置有所需数量的用于有效地传输离子束的会聚发散透镜64。即，在多级高频谐振器14a的前端的加速间隙的前后交替地具备有发散透镜或会聚透镜，而在第2线形加速器15b的末端的横向会聚透镜64a(参考图5)的后方配置有追加的纵向会聚透镜64b(参考图5)，对通过高能量多级直线加速单元14的高能量加速离子束的会聚和发散进行调整，以使最佳的二维射束剖面的离子束射入至后段的射束偏转单元16。

在高频线形加速器的加速间隙产生的电场的方向每几十纳米秒切换对离子进行加速的方向和进行减速的方向。为了将离子束加速至高能量，在所有几十处的加速间隙中离子进入到加速间隙时电场必须朝向加速方向。在某一加速间隙被加速的离子直到下一加速间隙的电场朝向加速方向为止期间必须通过2个加速间隙之间的电场被屏蔽的空间(漂移空间)。过快或者过慢都会被减速，因此无法达到高能量。在所有的加速间隙跟上加速相位成为非常严格的条件，因此达到预定能量这种情况成为通过了由高频线形加速器进行的针对质量、能量及电荷(决定速度的因素)的严格的挑选的情况。这表示，高频线形加速器也可称为优秀的速度过滤器。

(射束偏转单元)

如图1所示，射束偏转单元16包括作为能量过滤偏转电磁铁(EFM)的能量分析电磁铁24、能量宽度限制狭缝27(参考图5)、能量分析狭缝28、控制偏转后的能量分散的横向会聚的四极透镜26及具有注入角度补正功能的偏转电磁铁30。

图5(a)、图5(b)是表示EFM(能量分析用偏转电磁铁)、能量宽度限制狭缝、能量分析狭缝、BM(横向中心轨道补正用偏转电磁铁)、射束整形器、射束扫描器(扫描器)的概略结构的俯视图。另外，图5(a)中示出的符号L表示离子束的中心轨道。

通过高能量多级直线加速单元14后的离子束因同步加速器振荡形成能量分布。并且，加速相位的调整量较大时，中心值稍微偏离预定的能量的射束有时会从高能量多级直线加速单元14射出。因此，通过后述的射束偏转单元16以仅有所希望的能量离子可以通过的方式设定能量过滤偏转磁铁(EFM)的磁场，并通过能量宽度限制狭缝27和能量分析狭缝28使射束的一部分选择性地通过，从而使离子的能量与设定值一致。可以通过的离子束的能量宽度能够由能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝的开口的横向宽度预先设定。只有通过了能量分析狭缝的离子被导入到后段的射束线并注入到晶片中。

若具有能量分布的离子束射入到在前述的反馈环路控制系统将磁场控制成恒定值的能量过滤电磁铁(EFM)，则所有的射入离子束均沿着设计轨道偏转并引起能量分散，在所希望的能量宽度范围内的离子通过设置于EFM出口附近的能量宽度限制狭缝27。在该位置上，能量分散向最大值逐渐增加，且由发射度得到的射束尺寸σ₁(没有能量宽度时的射束尺寸)向最小值逐渐减小，而由能量分散得到的射束宽度比基于发射度的射束宽度宽。以狭缝截断这种状态的离子束时，空间分布被清晰地截断，但能量分布以与2σ₁对应的能量宽度而成为较钝的切口。换言之，例如，即使将狭缝宽度设定为与3％的能量宽度对应的尺寸，也会有与预定注入能量的能量差小于3％的离子的一部分撞到狭缝壁而消失，相反能量差大于3％的离子的一部分则通过狭缝。

能量分析狭缝设置于σ₁成为极小的位置。在该位置上，σ₁与狭缝宽度相比小到可以忽略的程度，因此能量分布也与空间分布几乎相同地被清晰地截断。例如，能量分析狭缝的开口宽度也设定为相当于能量宽度的3％的尺寸(0.03η)时，可以通过能量宽度限制狭缝的能量差超过3％的离子全部在此被阻断。其结果，最初为矩形的能量分布的射束通过2条狭缝之后变成在0％具有峰值，高度在±3％处减到1/2，之后急剧降低至零的圆顶状的分布。能量差较小的离子的数量相对变多，因此与仅设置一条能量分析狭缝并保持大致矩形的能量分布而通过狭缝时相比，能量宽度实质减小。

通过线性加速器进行加速的射束的能量稍微偏离预定注入能量时，双狭缝系统具有通过削去能量分布的端部的效果而使通过后的射束的能量偏离减小的效果。例如，能量宽度为±3％且还有3％的能量偏离时，通过双狭缝后的能量分布变成所述圆顶状分布的能量的正(plus)侧的一半，其分布的重心即能量中心大致到ΔE/E＝1％附近。另一方面，当以单一能量分析狭缝截断时，中心成为ΔE/E＝1.5％。使分布不清晰的效果一定向抑制能量中心偏离的方向起作用。

如此，在具有能量宽度和能量偏离这双方的加速系统中，为了缩小能量宽度和能量中心的偏离这双方而提高能量精度，有效的是通过双狭缝进行的能量限制。

能量分析电磁铁需要较高的磁场精度，因此安装有进行精密的磁场测定的高精度的测定装置86a、86b(参考图5(b))。测定装置86a、86b是适当组合了也被称为MRP(磁共振探头)的NMR(核磁共振)探头和霍尔探头的装置，MRP用于校正霍尔探头，霍尔探头用于对磁场进行一定的反馈控制。并且，能量分析电磁铁以严密的精度制造，以使磁场的不均匀性小于0.01％。而且，各个电磁铁上连接有电流设定精度和电流稳定度为1×10^-4以上的电源及其控制设备。

并且，在能量分析狭缝28的上游侧(离子射束线的上游)且能量分析狭缝28与能量分析电磁铁24之间，作为横向会聚透镜而配置有四极透镜26。四极透镜26可由电场式或者磁场式构成。由此，离子束被U字状偏转后的能量分散得到抑制，且射束尺寸变小，因此能够高效率地传输射束。并且，在偏转电磁铁的磁极部电导减小，因此有效的是例如在能量分析狭缝28附近配置漏气排出用真空泵。使用磁悬浮式涡流分子泵时，必须设置于不受能量分析电磁铁24和偏转电磁铁30的电磁铁泄露磁场影响的位置。通过该真空泵，能够防止在偏转单元的由残余气体散射引起的束电流的下降。

若在高能量多级直线加速单元14中的四极透镜、分散调整用四极透镜26及射束整形器32上存在较大的装配误差，则如图5(b)所示的射束的中心轨道变形，射束容易撞到狭缝而消失，也导致最终的注入角度和注入位置的偏差。然而，在水平面上，根据具有注入角度补正功能的偏转电磁铁30的磁场补正值，射束的中心轨道一定通过射束扫描器34的中心。由此，矫正注入角度的偏离。而且，若向射束扫描器34施加适当的偏移电压，则从扫描器到晶片为止的中心轨道的变形消失，注入位置的左右偏离被解除。

通过射束偏转单元16时的各偏转电磁铁的离子受到离心力和洛伦兹力的作用，它们相互配合画出圆弧状的轨迹。该配合用公式mv＝qBr来表示。m为离子的质量、v为速度、q为离子的价数、B为偏转电磁铁的通磁量密度、r为轨迹的曲率半径。只有该轨迹的曲率半径r与偏转电磁铁的磁极中心的曲率半径一致的离子能够通过偏转电磁铁。换言之，离子的价数相同时，能够通过施加有恒定的磁场B的偏转电磁铁的离子为只具有特定动量的mv的离子。EFM被称为能量分析电磁铁，但实际上是分析离子动量的装置。BM和离子生成单元的质量分析电磁铁都是动量过滤器。

并且，射束偏转单元16能够通过使用多个磁铁来使离子束偏转180°。由此，能够以简单的结构实现射束线为U字状的高能量离子注入装置100。

如图5(a)所示，射束偏转单元16利用能量分析电磁铁24将从高能量多级直线加速单元14出来的离子束偏转90°。并且利用轨道补正兼用偏转磁铁30将射束路径进一步偏转90°，并射入到后述的射束传输线单元18的射束整形器32。射束整形器32对已射入的射束进行整形并供给到射束扫描器34。并且，通过图5(b)所示的四极透镜26的透镜作用防止由射束的能量分散引起的发散，或者利用由能量分散引起的射束扩大效果来防止射束变得过小。

图11(a)是示意地表示作为横向会聚透镜的四极透镜的俯视图，图11(b)是示意地表示四极透镜的主视图。图11(a)的俯视图中示出四极透镜26的射束线行进方向的电极长度，并且示出针对能量分析器(EFM偏转磁铁)24挑选的能量的射束，横向发散的射束通过四极透镜26被横向会聚的作用。图11(b)的主视图中示出通过由四极透镜26的电极产生的会聚发散作用引起的射束的横向会聚作用。

如上所述，对在离子源产生的离子进行加速而传输到晶片并打入离子注入装置中，射束偏转单元16在高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18之间利用多个电磁铁进行离子束的180°偏转。即，能量分析电磁铁24及轨道补正兼用偏转电磁铁30分别构成为偏转角度成为90度，其结果，构成为合计偏转角度成为180度。另外，由1个磁铁进行的偏转量不限于90°，也可以是以下组合。

(1)1个偏转量90°的磁铁+2个偏转量45°的磁铁

(2)3个偏转量60°的磁铁

(3)4个偏转量45°的磁铁

(4)6个偏转量30°的磁铁

(5)1个偏转量60°的磁铁+1个偏转量120°的磁铁

(6)1个偏转量30°的磁铁+1个偏转量150°的磁铁

作为能量分析部的射束偏转单元16是U字状的射束线中的折回路，构成该单元的偏转电磁铁的曲率半径r限定能够传输的射束的最大能量，并且是决定装置的整个宽度和中央的维护区域的宽度的重要参数(参考图5)。通过将曲率半径的值最佳化，不用降低最大能量就可以将装置的整个宽度抑制到最小。并且，由此，高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18之间的间隔变宽，能够确保充分的作业空间R1(参考图1)。

图12(a)、图12(b)是表示电磁铁的结构的一例的立体图。图13是示意地表示电磁铁所具备的开闭装置的图。如图12(a)、图12(b)所示，构成能量分析电磁铁24和偏转电磁铁30的电磁铁例如由上磁轭87、下磁轭88(*确认附图)、内侧侧磁轭89a、外侧侧磁轭89b、上杆(未图示)、下杆93、上线圈91a及下线圈91b构成。并且如图13所示，外侧侧磁轭89b分割成2个部件89b1和89b2，并通过开闭装置92a、92b成为能够在外侧左右对开，其未图示，且构成为能够装卸构成射束线引导件容器。

并且，射束偏转单元16的中央部的真空容器，例如容纳有能量宽度限制狭缝27、四极透镜26、能量分析狭缝28等的容器为能够从射束线轻松装卸的结构。由此，能够在进行维护作业时，在U字状射束线中央的工作区内轻松地进出。

高能量多级直线加速单元14具备进行离子加速的多个线形加速装置。多个线形加速装置分别具有共通的连结部，且该连结部相对于在多个电磁铁中比能量分析狭缝28更靠上游侧的能量分析电磁铁24以可装卸的方式构成。同样地，射束传输线单元18也可相对于偏转电磁铁30以可装卸的方式构成。

并且，设置于比能量分析狭缝28更靠上游侧的、包括电磁铁的能量分析电磁铁24可以构成为相对于上游的高能量多级直线加速单元14能够装卸或连结。并且，由模块式射束线单元构成后述的射束传输线单元18时，设置于比能量分析狭缝28更靠下游侧的偏转电磁铁30可以构成为相对于下游的射束传输线单元18能够装卸或连结。

线性加速器和射束偏转单元分别配置于平面支架上，且构成为通过各自的设备的离子束轨道实际上包含于1个水平面上(除了最终能量过滤器偏转后的轨道)。

(射束传输线单元)

图6(a)是表示从射束扫描器至射束平行化器之后的射束线到基板处理供给单元为止的概略结构的俯视图，图6(b)是表示从射束扫描器至射束平行化器之后的射束线到基板处理供给单元为止的概略结构的侧视图。

通过射束偏转单元16只有所需的离子种类被分离，成为只有所需的能量值的离子的射束通过射束整形器32整形为所希望的剖面形状。如图5、图6所示，射束整形器32由Q(四极)透镜等(电场式或者磁场式)会聚/发散透镜组构成。具有已整形的剖面形状的射束通过射束扫描器34沿平行于图6(a)的平面的方向扫描。例如，构成为包括横向会聚(纵向发散)透镜QF/横向发散(纵向会聚)透镜QD/横向会聚(纵向发散)透镜QF的3极Q透镜组。根据需要，射束整形器32能够分别由横向会聚透镜QF、横向发散透镜QD单独构成，或者组合多个而构成。

如图5所示，在扫描器壳体内的最前部的射束整形器32的正前部配置有用于测量离子束的总束电流值的法拉第杯80b(称为旋转变压器法拉第杯)。

图14(a)是从正面观察旋转变压器法拉第杯80b的示意图，图14(b)是用于说明旋转变压器法拉第杯80b的动作的示意图。

旋转变压器法拉第杯80b构成为能够通过驱动机构在射束线上从上下方向进出，并且，构成为在水平方向具有长边的长方形的斗状形状且将开口部朝向射束线的上游侧，在调整线性加速器及射束偏转部时，除了测量离子束的总束电流的目的之外，还用于根据需要在射束线上完全截断到达射束线下游的离子束。并且，旋转变压器法拉第杯80b、射束扫描器34、抑制电极74及接地电极76a、78a、78b容纳于扫描器壳体82内。

射束扫描器34是通过周期变动的电场以沿与离子束的行进方向正交的水平方向对离子束周期性地进行往复扫描的偏转扫描装置(也被称为射束扫描器)。

有关射束行进方向，射束扫描器34具备以夹着离子束的通过区域的方式相对置地配置的1对(2个)对置扫描电极(双极偏转扫描电极)，近似于以0.5Hz～4000Hz范围的恒定频率正负变动的三角波的扫描电压分别以相反符号被施加到2个对置电极。该扫描电压在2个对置电极的间隙内生成使通过此处的射束偏转并变动的电场。并且，根据扫描电压的周期性变动，通过间隙的射束沿水平方向被扫描。

进行高能量离子注入时，在硅晶片内部生成的结晶损伤的量与扫描频率成反比。并且，结晶损伤量有时会影响所生产的半导体设备的质量。此时，能够通过自由设定扫描频率来提高所生产的半导体设备的质量。

而且，在没有施加扫描电压的状态下，为了补正在晶片附近测量的射束位置偏离的量，偏移电压(固定电压)重叠于扫描电压。通过该偏移电压，扫描范围不会左右偏离，能够实现左右对称的离子注入。

在射束扫描器34的下游侧，在离子束的通过区域具有开口的抑制电极74配置在2个接地电极78a、78b之间。在上游侧，虽然在扫描电极的前方配置有接地电极76a，但根据需要能够配置与下游侧相同结构的抑制电极。抑制电极抑制电子向正电极侵入。

并且，在偏转电极87a、87b的上方和下方配置有接地屏蔽板89。接地屏蔽板防止附带于射束的二次电子从外侧绕进并流入射束扫描器34的正电极。通过抑制电极和接地屏蔽板，扫描器的电源受到保护，并且离子束的轨道得以稳定化。

射束扫描器34的后方具备射束驻留(Beam Park)功能。射束驻留构成为对通过射束扫描器的离子束根据需要进行水平大偏转并导入到射束收集部95a、95b中。

射束驻留为如下系统，即若进行离子注入时产生电极的放电等没有预料到的障碍，并在该状态下继续注入动作，则产生剂量的均匀性不良等的注入不良时，瞬时(10μs以内)中止射束传输的系统。实际上，在观察到射束电流显著降低的瞬间，将射束扫描电源的输出电压提高到与最大扫描宽度对应的电压的1.5倍，并将射束导入到平行透镜旁边的射束收集部95a、95b中。通过存储产生障碍的时刻的晶片上的射束照射位置，在解除障碍后进行上下扫描运动的晶片到达该位置的瞬间，使射束返回到原来的轨道，由此像什么都没有发生一样继续离子注入。

在扫描壳体内，射束扫描空间部在射束扫描器34的下游侧被设置于较长的区间内，其构成为即使射束扫描角度狭小时也能够得到充分的扫描宽度。在位于射束扫描空间部的下游的扫描壳体的后方，以使已偏转的离子束的方向成为射束扫描偏转前的离子束的方向的方式进行调整，即设置有与射束线成为平行的方式弯曲返回的射束平行化器36。

在射束平行化器36产生的像差(射束平行化器的中心部与左右端部的焦点距离之差)与射束扫描器34的偏转角的平方成比例，因此将射束扫描空间部设为较长且将偏转角设为较小非常有助于抑制射束平行化器的像差。若像差较大，则向半导体晶片注入离子束时，在晶片中心部和左右端部射束尺寸和射束发散角不同，因此有时会在产品的质量上产生偏差。

并且，通过调整该射束扫描空间部的长度，能够使射束传输线单元的长度与高能量多级直线加速单元14的长度一致。

图7是从上方观察射束扫描器的一例的主要部分的示意图。图8是从侧面观察射束扫描器的一例的主要部分的示意图。图9是从下游侧观察沿离子束线的中途路径装卸自如地安装有射束扫描器的一例的结构的示意性主视图。

如图7、图8所示，射束扫描器134在箱体150内容纳、设置有1对偏转电极128、130、安装在它们的上游侧附近的接地电极132、及安装在它们的下游侧附近的接地电极133。在箱体150的上游侧侧面及下游侧侧面且与接地电极132、133的开口部对应的位置上分别设置有比上游侧开口部(省略图示)、接地电极133的开口部更大的开口部152A。

偏转电极与电源的连接通过馈通结构来实现。另一方面，在箱体150的上表面设置有用于将偏转电极128、130与电源连接的端子及接地用端子。并且，在箱体150上，在与射束轴平行的2个侧面设置有装卸和携带方便的把手。另外，在箱体150内形成有用于降低射束扫描器134内的压力的真空排气用开口部，其与未图示的真空排气装置连接。

如图9所示，箱体150滑动自如地设置在被固定设置于支架160上的射束导向盒170内。射束导向盒170充分大于箱体150，在底部铺设有用于能够使箱体150滑动的2根导轨。导轨沿与射束轴正交的方向延伸，其一端侧的射束导向盒170的侧面通过门扇172设定为开闭自如。由此，在保养、检查射束扫描器134时，能够轻松地从射束导向盒170取出箱体150。另外，为了锁住推入射束导向盒170内的箱体150，在导轨的另一端设置有卡止机构(未图示)。

这些扫描器周边的单元部件为维护射束线时的作业对象，维护作业能够轻松地在作业空间R1实施。进行高能量多级直线加速单元14的维护作业时，也同样能够轻松地在作业空间R1实施。

在射束平行化器36上配置有电场平行化透镜84。如图6所示，电场平行化透镜84由大致双曲线形状的多个加速电极对和减速电极对构成。各电极对隔着不产生放电程度宽度的加速/减速间隙相互对置，并在加速减速间隙形成有兼有引起离子束的加速和减速的轴方向成分，及与距基准轴的距离成比例变强且对离子束起到横向会聚作用的横向成分的电场。

隔着加速间隙的电极对中下游侧的电极和减速间隙的上游侧的电极，及减速间隙的下游侧的电极和下一个加速间隙的上游侧的电极分别形成一体的结构体，以便这些电极成同一电位。如图6(b)所示，这些结构体还由上部单元和下部单元的上下对的组体构成，并在上部单元和下部单元之间设置离子束通过的空间部。

从电场平行化透镜84的上游侧起最初的电极(射入电极)和最后的电极(射出电极)被保持为接地电位。由此，在通过平行化透镜84之前和之后，射束的能量不发生变化。

中间的电极结构体中，在加速间隙的出口侧电极和减速间隙的入口侧电极上连接有可变式定电压的负电源90，在减速间隙的出口侧电极和加速间隙的入口侧电极上连接有可变式定电压的正电源(n段时为负正负正负……)。由此，离子束重复加速/减速并逐渐向与射束线的中心轨道平行的方向。并且，最终跟上与偏转扫描前的离子束的行进方向(射束线轨道方向)平行的轨道。

如此，由射束扫描器34扫描的射束通过包括电场平行化透镜等的射束平行化器36，相对于与扫描前的离子束行进方向(射束线轨道方向)平行的偏转角为0度的轴(基准轴)平行。此时，扫描区域关于基准轴左右对称。

从电场平行化透镜84出来的离子束送至电场最终能量过滤器38(AEF(94)：Angular Energy Filter)。在最终能量过滤器94中进行与刚要向晶片注入之前的离子束的能量相关的最终分析，只有所需能量值的离子种类被选择，并且与此相配合而进行已中性化的无价数的中性粒子或离子价数不同的离子的去除。基于该电场偏转的最终能量过滤器94通过由在射束线轨道方向的上下方向上相对置的1对平面或曲面构成的板状的偏转电极构成，并与在射束线轨道方向的上下方向上通过最终能量过滤器94本身的偏转作用而向下方逐渐弯曲的离子束轨道对准而弯曲。

如图6(a)、图6(b)所示，电场偏转用电极由1对AEF电极104构成，并且配置为从上下方向夹持离子束。1对AEF电极104中，分别将正电压施加于上侧的AEF电极104，且将负电压施加于下侧的AEF电极104。因电场产生偏转时，通过在1对AEF电极104之间产生的电场的作用，使离子束向下方偏转约10～20度，只有目标能量的离子束被选择。如图6(b)所示，在角能量过滤器94中，只有由被选择的价数的离子束以所设定的轨道角度向下方偏转。只有由如此被选择的离子种类构成的射束以准确的角度均匀地被照射到被照射物即晶片200中。

在实际将高能量射束偏转的基础上，如图10所示，沿上下方向相对置的1对板状的偏转电极204设定为在与离子束轨道相配合而弯曲时，根据偏转角和曲率半径沿前后n分割，且各自的上部电极和下部电极分别保持为相同电位的板状电极，这在制作精度和经济性方面很优异。并且，被前后n分割的板状偏转电极除了将上部电极和下部电极分别保持为相同电位的结构之外，作为n分割的上下1对的板状电极，也可以设定为各自不同的电位。

通过采用这种结构，能够在高能量的扫描束传输线上搭载电场式高能量过滤器。通过电场在与射束扫描面正交的方向使射束偏转，因此不影响射束扫描方向的注入离子的密度分布(均匀性)，且能够进行能量分析。

而且，搭载有最终能量过滤器，由此在本射束线上与高能量多级直线加速单元14的高频线形加速装置、及U字状偏转部的磁场式EFM(能量分析电磁铁24)和BM(偏转电磁铁30)一起共搭载有3种射束过滤器。如前述，高频线形加速装置为速度(v)过滤器，EFM和BM为动量(mv)过滤器，该最终能量过滤器如其名为能量(mv²/2)过滤器。如此，通过设置方式不同的三重过滤器，与以往相比不仅能量纯度高，而且还能够将粒子和金属污染较少的非常纯的离子束供给到晶片中。

另外，功能上，EFM以高分解能进行穿过高频线形加速装置的能量污染的去除和能量宽度的限制，AEF以比较低的分解能，在由EFM进行的能量分析后的射束传输线单元主要承担去除因抗蚀剂漏气而价数发生变化的离子的任务。

最终能量过滤器94在最终能量过滤器94的上游侧具备接地电极108，且具备在下游侧的2个接地电极之间设置有AEF抑制电极110的电极组。该AEF抑制电极110抑制电子向正电极侵入。

利用配置在最终能量过滤器94的最下游侧的接地电极左右端的剂量杯122测定作为剂量目标的注入时的束电流量。

(基板处理供给单元)

图6(a)中，与晶片200相邻示出的箭头表示射束沿这些箭头的方向被扫描的情况，图6(b)中，与晶片200相邻示出的箭头表示晶片200沿这些箭头的方向往复移动即被机械扫描的情况。即，若射束例如设定为沿一轴向被往复扫描，则晶片200以通过未图示的驱动机构沿与上述一轴向成直角的方向往复移动的方式被驱动。

将晶片200输送供给到预定位置并进行基于离子注入的处理的基板处理供给单元20容纳于工艺腔室(注入处理室)116内。工艺腔室116与AEF腔室102连通。在工艺腔室116内配置有能量限制狭缝(EDS：Energy Defining Slit)118。能量限制狭缝118限制具有所用之外的能量值和价数的离子束的通过，由此只分离具有已通过AEF的所用的能量值和价数的离子束，为此构成为沿扫描方向横长的狭缝。并且，能量限制狭缝118为了调整狭缝分离的间隔，也可以从上下方向以可动式部件构成狭缝体，并能够应对能量分析和注入角度的测量等多个测量目的。而且，也可以构成为可动式的上下切换狭缝部件具备多个狭缝面，在切换这些狭缝面之后，通过进一步使上下狭缝的轴沿上下方向调整或旋转，从而变更为所希望的狭缝宽度。通过将这些多个狭缝面根据离子种类依次进行切换，也能够设定为降低交叉污染的结构。

等离子体淋浴器120根据离子束的束电流量将低能量电子供给到轨道上的离子束和晶片200的前表面，且抑制由离子注入产生的正电荷的充电(charge up)。另外，也可以在等离子体淋浴器120的左右端配置用于测定剂量的剂量杯(未图示)，以此来代替配置在最终能量过滤器94的最下游侧的接地电极左右端的剂量杯122。

射束剖面仪124具备用于进行离子注入位置上的束电流的测定的射束剖面仪杯(省略图示)。射束剖面仪124一边在离子注入前使其向水平方向移动，一边在射束扫描范围内测定离子注入位置的离子束密度。进行射束剖面测定的结果，离子束的预想不均匀性(PNU：Predicted Non Uniformity)不满足工艺要求时，补正射束扫描器34的施加电压的控制函数，自动地调整为满足工艺条件。并且，也可以构成为在射束剖面仪124上同时设置垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略图示)，并测定射束形状/射束X-Y位置，从而确认注入位置上的射束形状，并组合射束宽度、射束中心位置及发散掩膜(Divergence Mask)确认注入角度和射束发散角度。

在射束线的最下游配置有具有能够遍及所有晶片区域测量扫描范围的离子束的束电流测量功能的横长法拉第杯126，并构成为测量最终安装射束。图15是从正面观察横长法拉第杯的示意图。另外，为了降低交叉污染，横长法拉第杯126可以设定为具有能够根据离子种类切换三棱镜的3个面的三面结构法拉第杯的切换式底面的结构。并且，也可构成为在横长法拉第杯126上同时设置垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略图示)，并测定射束形状和射束上下位置，从而能够监视在注入位置的上下方向的注入角度和射束发散角度。

如前述，如图1所示，高能量离子注入装置100中，各单元以包围作业空间R1的方式配置成U字状。因此，位于作业空间R1中的操作人员能够通过最小限度的移动对较多单元进行部件的更换、维护及调整。

(考虑整体布局、维护性、生产性、地球环境)

以上，本实施方式所涉及的高能量离子注入装置100通过高能量多级直线加速单元14对由离子束生成单元12生成的离子束进行加速，并且通过射束偏转单元16进行方向转换，并照射到位于设置在射束传输线单元18的末端的基板处理供给单元20的基板上。

并且，高能量离子注入装置100作为多个单元包括高能量多级直线加速单元14及射束传输线单元18。并且，高能量多级直线加速单元14及射束传输线单元18配置为隔着图1所示的作业空间R1而相对置。由此，在以往的装置中配置为大致直线状的高能量多级直线加速单元14及射束传输线单元18被折回配置，因此能够抑制高能量离子注入装置100的总长。并且，构成射束偏转单元16的多个偏转电磁铁的曲率半径以使装置宽度最小的方式被最佳化。由此，使装置的设置面积最小化，并且在被夹在高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18之间的作业空间R1中，能够进行针对高能量多级直线加速单元14和射束传输线单元18的各装置的作业。

并且，构成高能量离子注入装置100的多个单元包括：离子束生成单元12，其设置在射束线的上游侧且产生离子束；基板处理供给单元20，其设置在射束线的下游侧且供给并处理注入有离子的基板；及射束偏转单元16，其设置在从离子束生成单元12朝向基板处理供给单元20的射束线的中途且偏转射束线的轨道。并且，将离子束生成单元12及基板处理供给单元20配置于射束线整体的一侧，并将射束偏转单元16配置于射束线整体的另一侧。由此，需要以较短时间维护的离子源10、基板的供给及取出所需要的基板处理供给单元20相邻而配置，因此操作人员的移动较少也没有问题。

并且，高能量多级直线加速单元14具备进行离子的加速的多个一系列线形加速装置，多个一系列线形加速装置各自可以具有共同的连结部。由此，根据向基板注入的离子所需要的能量，能够轻松地变更线形加速装置的数量和种类。

并且，作为扫描器装置的射束扫描器34及作为平行化透镜装置的射束平行化器36可作为与相邻单元的连结部而具有标准化的形状。由此，能够轻松地变更线形加速装置的数量和种类。并且，射束扫描器34和射束平行化器36可根据高能量多级直线加速单元14所具备的线形加速装置的结构及数量进行选择。

并且，也可以构成为在高能量离子注入装置100中使各装置的框架与真空腔室一体化，并对准装置框架或真空腔室的基准位置而进行组装，由此能够进行射束的定心(位置调整)。由此，繁杂的定心作业变为最小限度，能够缩短装置调试时间，能够抑制因作业错误产生的轴的偏离。并且，也可以以模块单位实施连续的真空腔室彼此的定心。由此能够降低作业负荷。并且，可以将已模块化的装置的大小设定为装置容易移动的大小以下。由此，能够降低模块和高能量离子注入装置100的移动设置负荷。

并且，高能量离子注入装置100也可以将包括高能量多级直线加速单元14、射束传输线单元18及排气装置等的构成设备组装于一体的支架上。并且，高能量离子注入装置100设定为在平面基盘上大致同一水平面上包含高能量多级直线加速单元14、射束偏转单元16及射束传输线单元18。由此，能够将高能量离子注入装置100以固定于同一水平面的平面基盘上的状态下进行调整，并对每个块直接进行搬运，因此传输时很少产生调整偏差，省了很多在现场进行再调整的麻烦。因此，能够避免将很多熟练人员带到现场并使他们长时间滞留的不经济性。

并且，若使上述平面基盘形成于中间而非支架的底板上，则能够在平面基盘上只搭载与离子束轨道直接相关的上述设备。而且，将相对于这些的作为辅助设备即高频立体电路等部件全部组装于形成在平面基盘下方的空间中，从而提高空间利用率，能够实现更小型的离子注入装置。

因此，即使在设置场所不富余的场所也能够设置上述高能量离子注入装置100，并以在制作工场内进行组装调整的状态直接传输至需要的位置，能够通过现场装配及最终调整而使用。并且，高能量离子注入装置100能够实现耐于(经得起)半导体制造工场的半导体生产装置线的利用标准水准以上的高能量离子注入。

如上，对各单元和各装置的布局进行设计，从而与以往相比高能量离子注入装置100被大幅小型化，能够容纳于以往的一半左右的设置长度内。并且，本实施方式所涉及的离子注入装置在制造工场内将各构成要件组装于基盘上，在基盘上进行位置调整而确定了离子束轨道的状态下直接搭载到传输车上输送到现场，并在按支架进行安装的基础上稍微调整而去除输送中产生的偏差，就能够使装置运转。因此，即使不是熟练人员也能够格外轻松且准确地实施现场调整，并且能够缩短调试期间。

并且，通过取如较长U字状折回型射束线的布局，能够实现可将最高5～8MeV的高能量离子以高精度注入的离子注入装置。并且，该离子注入装置通过具有中央通路(中央区域)的该布局，以较小的设置面积具有充分的维护区域。并且，在离子注入装置运转时，通过因使用电场平行透镜、电场式扫描器和电场AEF等而得到的低消耗电力的运转，能够减少消耗电力。换言之，本实施方式所涉及的离子注入装置具有使用电场偏转式平行化透镜装置而得到的扫描束的平行化机构，从而能够进行低消耗电力的运转。

以上，参考上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，将实施方式的结构适当进行组合和置换的装置也包含在本发明的范围内。并且，也可以根据本领域的技术人员的知识对各实施方式中的组合和处理的顺序适当进行改变，或对各实施方式施加各种设计变更等变形，施加有这种变形的实施方式也能够包含在本发明的范围内。

以下，根据实施方式对本发明的不同形态进行列举。

如图1所示，本发明的方式所涉及的高能量离子注入装置100为对从离子源10提取的离子束进行加速，沿着射束线传输到晶片并注入到该晶片中的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置100具备：射束生成单元12，具有离子源10和质量分析装置22；高能量多级直线加速单元14，对离子束进行加速而生成高能量离子束；高能量射束的偏转单元16，使高能量离子束偏转并进行能量分析，并且朝向晶片进行方向转换；射束传输线单元18，将已偏转的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元20，将传输到的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。射束传输线单元18具有射束整形器32、高能量用射束扫描器34、高能量用射束平行化器36及高能量用最终能量过滤器38。

高能量离子注入装置100构成为，对从偏转单元16出来的高能量离子束通过射束扫描器34在射束线的基准轨道的两侧进行扫描，并且通过射束平行化器36将其平行化，通过高能量用最终能量过滤器38去除质量、离子价数及能量中至少任意一个不同的混入离子后注入到晶片中。并且，高能量用射束平行化器36为通过电场反复高能量射束的加速和减速并且将扫描束平行化的电场式射束平行化器。

并且，如图6(a)、图6(b)所示，射束平行化器36具有至少1对加速用电极135(135b、135c)及至少1对减速用电极136(136b、136c)，所述加速用电极形成有与射束线L1对应的开口部135a，并具有间隔G1地相对置，以产生在射束行进方向使离子加速的电场，所述减速用电极形成有与射束线L1对应的开口部136a，且具有间隔G2地相对置，以产生在射束行进方向使离子减速的电场。

1对加速用电极135使离子束加速并且向接近基准轨道侧的方向偏转。并且1对减速用电极136使离子束减速并且向接近基准轨道侧的方向偏转。

1对加速用电极135及1对减速用电极136包括具有间隔(间隙)并相对置的2个电极，以产生兼有使高能量离子束加速或者减速的成分和使其偏转的成分的电场。并且，将加速间隙出口侧的电极135c和减速间隙入口侧的电极136b，及减速间隙出口侧的电极136c和加速间隙入口侧的电极135b分别设为相同电位。并且，这些电极一体形成。

根据该方式，能够左右对称地将已扫描的高能量的离子束平行化，且能够精度良好地进行离子注入。

并且，图6所示的射束平行化器36中，将1对加速用电极135中射束线上游侧的电极135b的电位设为接地电位，并使1对加速用电极135中射束线下游侧的电极135c及1对减速用电极136中射束线上游侧的电极136b导通(一体化)，通过平行化电源90将彼此的电位设为-50kV，且将1对减速用电极136中射束线下游侧的电极136c的电位设为接地电位。

通过由这种结构的射束平行化器36产生的电场进行平行化时，在各电极之间产生加速或者减速，离子的能量也发生变化，但射束平行化器36的入口和出口的电位相同，因此没有发生整体的能量变化。即，射束平行化器36构成为通过射束扫描器34被扫描的离子束的能量与通过加速用电极135及减速用电极136被平行化的离子束的能量相同。

图16是表示本实施方式的一形态的射束平行化器的概略结构的俯视图。另外，对与图6所示的平行化器36相同的结构标注相同符号并适当省略说明。

图16所示的射束平行化器137中，将1对加速用电极138中射束线上游侧的电极138a的电位设为接地电位，将1对加速用电极138中射束线下游侧的电极138b的第1电位设为V1[V](V1＞0)，将1对减速用电极139中射束线上游侧的电极139a的第2电位设为-V2[V](V2＞0)，将1对减速用电极139中射束线下游侧的电极139b的电位设为接地电位。在电极138a上连接有赋予正电压的平行化电源140，在电极139a上连接有赋予负电压的平行化电源141。

另外，可向平行化电源140赋予负电压，向平行化电源141赋予正电压。并且，第1电位及第2电位可构成为满足|V1|＝|V2|。由此，能够均衡良好地对离子束进行加减速并且将其平行化。并且，作为平行化电源140及平行化电源141能够使用相同结构的电源。

图17(a)是表示本实施方式的一形态的射束平行化器的概略结构的俯视图，图17(b)是表示本实施方式的一形态的射束平行化器的概略结构的侧视图。另外，对与图6所示的射束平行化器36相同的结构标注相同符号并适当省略说明。

图17(a)、图17(b)所示的射束平行化器142由具有多对加速用电极143、144及多对减速用电极145、146的加速减速电极透镜组构成，并构成为将已扫描的离子束阶段性地平行化。由此，能够减小施加于1个加速用电极或者1个减速用电极的电压，因此能够使电源简单化和小型化，并且还能够抑制放电的产生。

并且，加速用电极143的下游侧的电极143b与减速用电极145的上游侧的电极145a以成为相同电位的方式被导通，并连接有第1平行化电源147。并且，减速用电极145的下游侧的电极145b与加速用电极144的上游侧的电极144a以成为相同电位的方式被导通，并连接有第2平行化电源148。并且，加速用电极144的下游侧的电极144b与减速用电极146的上游侧的电极146a以成为相同电位的方式被导通，并连接有第1平行化电源147。另外，加速用电极143的上游侧的电极143a与减速用电极146的下游侧的电极146b分别成为接地电位。如此，通过将施加于部分电极的电压设为相同，能够减少所使用的电源。

另外，在多对加速用电极143、144及多对减速用电极145、146中，可由配置于射束线的最上游侧的作为入口接地电极的电极143a，及与电极143a相邻的电极143b构成抑制电子流入的第1抑制电极，并可由配置于射束线的最下游侧的作为出口接地电极的电极146b，及与电极146b相邻的电极146a构成抑制电子流入的第2抑制电极。由此，不需要另设抑制电极。

并且，若将通过第1平行化电源147施加于加速用电极143的下游侧的电极143b的电压设为-V1[V](V1＞0)，将通过第2平行化电源148施加于减速用电极145的下游侧的电极145b的电压设为V2[V](V2＞0)，将加速用电极143的2个电极143a、143b之间的间隔设为G1，将减速用电极145的2个电极145a、145b之间的间隔设为G2，则优选满足以下关系。

|V1|/G1＝|V1+V2|/G2

如此，通过将加速用电极和减速用电极中的各电极之间的电场强度设为相同，能够均衡良好地对离子束进行加减速并且将其平行化。

并且，射束平行化器142构成为，刚要向所述射束平行化器射入之前的离子束的能量与刚从射束平行化器射出之后的离子束的能量相同。更详细的说明如下，即射束平行化器142中，使射束平行化器142的射入电极(143a)和射出电极(146b)一同接地，并使加速间隙出口侧的电极(143b、144b)和减速间隙入口侧的电极(145a、146a)，及减速间隙出口侧的电极145b和加速间隙入口侧的电极144a构成为正或者负的相同电位，以使通过射束扫描器被扫描的离子束的能量与通过加速用电极对(143、144)及减速用电极对(145、146)被平行化的离子束的能量相同。

并且，射束平行化器142中，在扫描平面上通过电极对形成的电场，使在射束线上通过射束扫描器在基准轨道的两侧被扫描的离子束向接近基准轨道侧的方向阶段性地偏转，以使与基准轨道平行的轨道方向一致地设定各电极电位。

图18是表示本实施方式的变形例所涉及的射束平行化器的概略结构的俯视图。图18所示的射束平行化器161设置有包括加速用电极及减速用电极的3个平行透镜162、163及164。通过射束扫描器被偏转扫描的离子束向射束线L1的下游扩大。因此，3个平行化透镜162、163及164分别构成为从射束线L1的上游侧向下游侧宽度逐渐变大。由此，能够使上游侧的平行化透镜小型化。

另外，射束平行化器161可构成为，被平行化后的离子束的扫描方向的宽度W1成为通过射束扫描器被扫描的离子束射入到射束平行化器161时的宽度W2的2倍以上。由此，能够缩短从射束扫描器到射束平行化器为止的距离。

如图6、图16～图18所示的加速用电极和减速用电极，本实施方式所涉及的射束平行化器由成对的弓形间隙电极构成。并且，构成为，加速用电极对的射束线下游侧的电极及减速用电极对的射束线上游侧的电极设为在各自的两端连结并一体连续的电极单元。并且，上述的各射束平行化器的射入电极及射出电极为接地电极，但通过将射入电极及射出电极中的一个设为接地电位，另一个设为特定电位，或者分别设为各自的特定电位，能够将通过射入到射束平行化器的射束平行化，从而使射出的离子束的能量发生变化。

由此，本实施方式所涉及的高能量离子注入装置能够使高能量离子束保持束电流密度的均匀性并且以较低的电压工作，并且能够得到使通过射束平行化器前后的射束能量不产生变化的电场。

并且，本实施方式所涉及的高能量离子注入装置构成为，使高能量离子束通过较长区间的电场来进行射束平行化。并且，还构成为，利用能够进行离子束的加减速的多个电极透镜组进行射束平行化，并且由弓形间隙电极对构成加减速的电极透镜组，且构成为在通过前后不使射束能量发生变化。

由此，平行化电源的控制及平行化电场本身的调整很容易，且能够使平行度的精度和已平行化的射束的行进方向的角度精度变得良好。而且，能够使左右(扫描)方向的射束路径差对称且左右均匀，因此在高能量离子射束中能够保持射束的会聚发散的均匀性。其结果，能够使平行度的精度和已平行化的射束的行进方向的角度精度提高。而且，能够几乎使射束扫描范围的高能量离子束的密度分布(轮廓)及射束尺寸的变化消失，能够保持束电流密度的均匀性。

并且，以将射束扫描偏转角度设为较小，将射束扫描宽度尽可能设为较小的方式构成的位于射束扫描器的下游的本实施方式所涉及的射束平行化器对于射束扫描宽度狭窄的射入射束也能够缓慢地以高精度平行化至能够扫描晶片的宽度。其结果，能够减少射束品质的变化来保持束电流密度的均匀性。

另外，加速减速电极透镜组由n个加速用电极对及n个减速用电极对构成，并沿着射束线依次配置第1加速用电极对、第1减速用电极对、第2加速用电极对、第2减速用电极对、……、所述第n(n为1以上的整数)加速用电极对、所述第n减速用电极对时，优选设为如下电位设定。具体而言，在加速减速电极透镜组中，将第1加速用电极对的入口侧电极的第1电位设为接地电位，将第1加速用电极对的出口侧电极及第1减速用电极对的入口侧电极的第2电位设为-V1[V](V1＞0)，将第1减速用电极对的出口侧电极及所述第2加速用电极对的入口侧电极的第3电位设为V2[V](V2＞0)，将第2加速用电极对的出口侧电极及第2减速用电极对的入口侧电极的第4电位设为-V1[V](V1＞0)，将第2减速用电极对的出口侧电极及第3加速用电极对的入口侧电极的第5电位设为V2[V](V2＞0)，将第n加速用电极对的出口侧电极的第(2n+1)电位设为接地电位。其中，可将第2电位与所述第3电位设定为满足V1＝V2，也可设定为满足V1≠V2。

如图6(a)及图6(b)所示，电场式射束扫描器34可以构成为，通过使离子束向通常的扫描范围的更外侧偏转，并引导至配设于电场式射束平行化器36的近前部的左右任意一个射束收集部95a、95b，从而能够暂时收集射束。

图19至图21是概略地表示本发明的实施方式所涉及的射束平行化器300的结构的图。射束平行化器300与图18所示的射束平行化器161相同地具备3个平行化透镜。射束平行化器300与图18所示的平行化透镜162、163、164对应地具备第1平行化透镜302，第2平行化透镜304及第3平行化透镜306。这些3个平行化透镜302、304、306分别构成为，宽度从射束线的上游侧向下游侧逐渐变大。并且，射束平行化器300具备包围平行化透镜302、304、306的真空容器308。

图19是图20-1的B-B向视剖视图，表示基于离子束的扫描平面的剖面。在图19中，与图18相同地通过射束扫描器(例如，图1所示的射束扫描器34)被扫描的离子束从图中左侧射入射束平行化器300。通过射束平行化器300被平行化的离子束从图中右侧射出，射入到后段的射束线构成要件(例如图1所示的最终能量过滤器38)。并且，图20-1是图19的A-A向视图。其中，图20-1中示出从真空容器308卸下真空容器308的一个壁的状态的射束平行化器300。图20-2是表示基于与图19的纸面垂直的平面的加速或减速透镜部的结构的局部剖视图，图20-3是设置于图20-2的加速或减速透镜部的第1盖部396及第2盖部397的局部剖视图。图21表示射束平行化器300的主要部分的立体图。其中，为了使图易看，在图21中省略真空容器308及上部基板368。

在图19、图20-1中，平行化透镜302、304、306分别具备加速透镜部310及减速透镜部312。加速透镜部310与减速透镜部312交替排列。在各平行化透镜302、304、306中，加速透镜部310配置于上游侧，减速透镜部312配置于下游侧。

这样，射束平行化器300具备由6个加速或减速透镜部构成的3个平行化透镜部。这些多个加速或减速透镜部沿基准轨道排列，以使关于沿离子注入装置的基准轨道射入的离子束，在射束平行化器300的出口生成相对于基准轨道被平行化的射束。在此，基准轨道例如相当于图6(a)、图6(b)、图17及图18等中所图示的射束线L1。基准轨道或射束线L1表示未使射束扫描工作时的离子束的中心轨道。

各加速透镜部310具备弯曲成弓形形状的加速间隙314作为弓形弯曲间隙。加速透镜部310构成为，通过施加于加速间隙314的电场使离子束加速并且偏转为靠近基准轨道或射束线L1侧。各减速透镜部312具备弯曲成弓形形状的减速间隙316作为弓形弯曲间隙。减速透镜部312构成为，通过施加于减速间隙316的电场使离子束减速，并且偏转为靠近基准轨道或射束线L1侧。

详细内容如后述，在某一加速或减速透镜部和与其相邻的减速或加速透镜部之间设置有空间部322、324或开口部。空间部322、324朝向与基准轨道或射束线L1上的射束平行化平面垂直交叉的方向。换言之，空间部322、324朝向基于与射束线L1垂直的平面的离子束剖面的短边方向。在此，短边方向是指与射束剖面的长边方向(即射束扫描方向)垂直的方向。包括射束线L1或基准轨道的内侧区域(或射束线L1的附近区域)通过空间部322、324与加速透镜部310或减速透镜部312的外侧区域320连通。关于弓形弯曲间隙也相同，包括射束线L1或基准轨道的内侧区域(或射束线L1的附近区域)通过弓形弯曲间隙与加速透镜部310或减速透镜部312的外侧区域320连通。

在此，射束线L1或基准轨道的内侧区域是指，沿着平行化透镜302、304、306的排列从射束平行化器300的入口向出口延伸的射束传输空间318。如后述，在本实施方式中各加速或减速透镜部分割为上部结构和下部结构，并且射束传输空间318形成于上部结构与下部结构之间。并且，加速透镜部310或减速透镜部312的外侧区域320是指真空容器308与加速透镜部310或减速透镜部312之间的空间。

以下，将设置于各加速透镜部310的下游侧的空间部称为各第1空间部322，将设置于各减速透镜部312的下游侧的空间部称为各第2空间部324。即，第1空间部322的上游侧具有加速透镜部310，第1空间部322的下游侧具有减速透镜部312，在加速透镜部310与减速透镜部312之间隔着第1空间部322。并且，第2空间部324的上游侧具有减速透镜部312，第2空间部324的下游侧有加速透镜部310，在减速透镜部312与加速透镜部310之间隔着第2空间部324。

另外，在本实施方式中各第1空间部322及各第2空间部324分别为1个空间，但在某一实施方式中第1空间部322及/或第2空间部324可以被划分为多个空间。

真空容器308具备射入部326、出射部328、容器上壁330、容器下壁332、第1容器侧壁334及第2容器侧壁336。真空容器308具有大致长方体形状，其长方体形状的各个面分别相当于射入部326、出射部328、容器上壁330、容器下壁332、第1容器侧壁334及第2容器侧壁336。

射入部326为具有入射开口327的真空容器308的壁部。离子束通过入射开口327射入至射束平行化器300。出射部328为具有出射开口329的真空容器308的壁部。离子束通过出射开口329从射束平行化器300射出。出射部328与射入部326相对置。

容器上壁330设置于与基准轨道或射束线L1上的射束平行化平面垂直交叉的方向的一侧，容器下壁332设置于与基准轨道或射束线L1上的射束平行化平面垂直交叉的方向的另一侧，容器上壁330与容器下壁332相对置。上方的外侧区域320形成于容器上壁330与透镜部310、312之间，下方的外侧区域320形成于容器下壁332与透镜部310、312之间。

并且，第1容器侧壁334设置于与基准轨道或射束线L1垂直交叉的平面与射束平行化平面所交叉的直线方向的一侧，第2容器侧壁336设置于与基准轨道或射束线L1垂直交叉的平面与射束平行化平面所交叉的直线方向的另一侧，第1容器侧壁334与第2容器侧壁336相对置。容器上壁330和容器下壁332通过第1容器侧壁334和第2容器侧壁336固定。第1容器侧壁334设置为真空容器308的能够开合的壁部。在图20-1中示出第1容器侧壁334从真空容器308被卸下的状态。在第2容器侧壁336设置有供电部338(参考图19)，所述供电部构成为向透镜部310、312供电，详细内容后述。

如图19所示，真空容器308上设置有真空排气部309，所述真空排气部用于进行包括射束传输空间318及透镜部310、312的外侧区域320的真空容器308的内部空间的真空排气。真空排气部309例如具备低温泵或涡轮分子泵等高真空泵。真空排气部309例如可以安装于在容器下壁332形成的真空容器308的排气口。

各加速透镜部310具备1对加速电极部件340、342。1对加速电极部件340、342由入口加速电极部件340和出口加速电极部件342构成。入口加速电极部件340和出口加速电极部件342分别具备决定加速间隙314的弯曲面344。入口加速电极部件340的弯曲面344为该电极的出口侧的表面，出口加速电极部件342的弯曲面344为该电极的入口侧的表面，这两个表面相对置。弯曲面344从电极中心部向两侧以横断射束传输空间318的方式延伸至射束传输空间318的外缘。在此，电极中央部是指最靠近射束线L1的电极部件的部位。如上述，弯曲面344形成为双曲线状或圆弧状。另外，入口侧是指射束线L1的上游侧，出口侧是指射束线L1的下游侧。

并且，入口加速电极部件340和出口加速电极部件342分别在与弯曲面344相反一侧具备背面346。入口加速电极部件340的背面346为该电极入口侧的表面，出口加速电极部件342的背面346为该电极出口侧的表面。背面346从电极中央部向两侧以横断射束传输空间318的方式延伸至射束传输空间318的外缘。背面346沿弯曲面344弯曲。另外，在某一实施方式中，背面346也可直线延伸。

并且，各减速透镜部312具备1对减速电极部件348、350。1对减速电极部件348、350由入口减速电极部件348和出口减速电极部件350构成。入口减速电极部件348和出口减速电极部件350分别具备决定减速间隙316的弯曲面344。入口减速电极部件348的弯曲面344为该电极出口侧的表面，出口减速电极部件350的弯曲面344为该电极入口侧的表面，这两个表面相对置。并且，入口减速电极部件348和出口减速电极部件350分别在与弯曲面344相反一侧具备背面346。入口减速电极部件348的背面346为该电极入口侧的表面，出口减速电极部件350的背面346为该电极出口侧的表面。

另外，在图19中，为了避免图面的杂乱，在中央的第2平行化透镜304中指出入口加速电极部件340、出口加速电极部件342、弯曲面344、背面346、入口减速电极部件348及出口减速电极部件350。但是，根据图可理解，第1平行化透镜302及第3平行化透镜306分别与第2平行化透镜304相同地具备1对加速电极部件340、342及1对减速电极部件348、350，这些电极部件分别具备弯曲面344及背面346。

通常，加速透镜部310的弓形的弯曲面344和减速透镜部312的弓形的弯曲面344由于通过构成弓形弯曲间隙来形成加速间隙或减速间隙，因此分别设计成不同的弯曲形状，以最终在射束平行化器300的出射开口329生成被平行化的射束。加速透镜部310的弯曲面344a、弯曲面344b，或减速透镜部312的弯曲面344c、弯曲面344d形成加速间隙或减速间隙，各电极的弓形弯曲形状按照加速间隙或减速间隙的设计分别独立地确定形状。存在加速透镜部310的弯曲面344a、b与减速透镜部312的弯曲面344c、d成为大致相同的弯曲形状的情况，或加速透镜部310的弯曲面344a、b与减速透镜部312的弯曲面344c、d成为不同的弯曲形状的情况，或者，也存在成为类似的弯曲形状的情况。

空间部322、324形成于相邻的2个透镜部中的一个透镜部的出口侧电极部件的背面346d或346b与另一个透镜部的入口侧电极部件的背面346a或346c之间。因此，第1空间部322为出口加速电极部件342的背面346b和与其下游侧相邻的入口减速电极部件348的背面346c所包围的区域。第2空间部324为出口减速电极部件350的背面346d和与其下游侧相邻的入口加速电极部件340的背面346a所包围的区域。

如图20-1所示，1对加速电极部件340、342分别具备隔着射束线L1而上下分开配置的一组加速电极片352、354、356、358。入口加速电极部件340被分割成上部入口加速电极片352和下部入口加速电极片354。上部入口加速电极片352和下部入口加速电极片354隔着射束线L1相对置。出口加速电极部件342被分割成上部出口加速电极片356和下部出口加速电极片358。上部出口加速电极片356和下部出口加速电极片358隔着射束线L1相对置。上部入口加速电极片352和上部出口加速电极片356被容器上壁330支承，下部入口加速电极片354和下部出口加速电极片358被容器下壁332支承，详细内容后述。

并且，1对减速电极部件348、350分别具备隔着射束线L1而上下分开配置的一组减速电极片360、362、364、366。入口减速电极部件348被分割成上部入口减速电极片360和下部入口减速电极片362。上部入口减速电极片360和下部入口减速电极片362隔着射束线L1相对置。出口减速电极部件350被分割成上部出口减速电极片364和下部出口减速电极片366。上部出口减速电极片364和下部出口减速电极片366隔着射束线L1相对置。上部入口减速电极片360和上部出口减速电极片364被容器上壁330支承，下部入口减速电极片362和下部出口减速电极片366被容器下壁332支承，详细内容后述。

如此，加速透镜部310由4个加速电极片352、354、356、358构成。构成加速透镜部310的一组加速电极片352、354、356、358分别形成为双曲线状或圆弧状的弯曲棒状体359(参考图21)。相同地，减速透镜部312由4个减速电极片360、362、364、366构成。构成减速透镜部312的一组减速电极片360、362、364、366分别形成为双曲线状或圆弧状的弯曲棒状体359。弯曲棒状体的剖面例如为矩形，但并不限定于此。电极片的剖面形状为只要上下的电极片在上下方向上对称即可，在前后方向上可以不同。例如，各电极片的弯曲面及背面的任意一个也可以向射束传输方向凹进。如此，可以为切割上下电极片各自的内侧的结构。另外，各电极片也可以形成为厚板状体或者板状体。

并且，构成为，各入口加速电极部件340及出口减速电极部件350(其中，入射开口327或出射开口329附近的入口加速电极部件340及出口减速电极部件350除外)的两端部具备延长电极部340e或延长电极部350e(由棒状体、板状体或网状体构成)，并且构成为保持加速或减速的同电位的电场区域。

上部出口加速电极片356在其两端固定于与上部出口加速电极片356相邻的上部入口减速电极片360的两端。这2个电极片356、360可以直接相互固定，也可以使连结部件介于2个电极片356、360之间而间接固定两者。或者，这样的2个电极片356、360的一体结构也可以通过从1个母材削出而一体形成。同样地，下部出口加速电极片358在其两端固定于与下部出口加速电极片358相邻的下部入口减速电极片362的两端。

另一方面，上部出口减速电极片364未固定于与其相邻的上部入口加速电极片352。上部出口减速电极片364与相邻的上部入口加速电极片352之间存在间隙367(参考图21)。电极片364、352可以分别通过从母材削出而形成。但是，这2个电极片364、352也可以相互固定。关于下部出口减速电极片366及下部出口加速电极片354也相同。

另外，在图20-1中，为了避免图面的杂乱，在第2平行化透镜304中指出加速电极片352、354、356、358以及减速电极片360、362、364、366。但是，根据图可理解，第1平行化透镜302及第3平行化透镜306也与第2平行化透镜304相同地相对于射束线L1被分割成上部和下部。

如图20-1所示，第1平行化透镜302为了支承上述电极部件(或电极片，以下相同)，具备一组基板368、370、具体而言为上部基板368及下部基板370。上部基板368设置于各平行化透镜302、304、306与容器上壁330之间，即透镜上方的外侧区域320。上部基板368支承第1平行透镜302(即，加速透镜部310与减速透镜部312的组合)的上半部分。下部基板370设置于各平行化透镜302、304、306与容器下壁332之间，即透镜下方的外侧区域320。下部基板370支承第1平行透镜302下半部分。同样地，第2平行化透镜304及第3平行化透镜306分别具备上部基板368和下部基板370。

基板368、370分别构成为允许通过空间部322、324的射束传输空间318的真空排气。因此，基板368、370分别具有基板开口372(参考图19)。基板开口372为形成于基板368、370的贯穿孔或开放区域，并且基板开口372设置于空间部322、324的上方或下方。空间部322、324通过基板开口372与外侧区域320连接。

上述电极部件经由导电安装部件374或绝缘安装部件376安装于对应的基板368、370。导电安装部件374例如为筒状的导体小片，例如为金属制的圆柱状部件。绝缘安装部件376例如为绝缘子的小片。导电安装部件374和绝缘安装部件376具有与射束传输方向上的电极部件的厚度相同程度的宽度。这样，导电安装部件374是小型的，因此1个电极部件经由若干导电安装部件374安装于基板368、370。

射束平行化器300的最上游及最下游的电极部件经由导电安装部件374安装于基板368、370。因此，在射束平行化器300动作时，这些电极部件上施加有与基板368、370相同的电位(典型的是接地电位)。

具体而言，第1平行化透镜302的上部入口加速电极片352经由导电安装部件374安装于上部基板368，第1平行化透镜302的下部入口加速电极片354经由导电安装部件374安装于下部基板370。并且，第3平行化透镜306的上部出口减速电极片364经由导电安装部件374安装于上部基板368，第3平行化透镜306的下部出口减速电极片366经由导电安装部件374安装于下部基板370。

配置于最上游的电极部件与最下游的电极部件中间的电极部件经由绝缘安装部件376安装于基板368、370。因此，在射束平行化器300动作时，这些电极部件上可以通过供电部388施加有与基板368、370不同的电位。如上述，绝缘安装部件376是小型的，因此1个电极部件经由若干绝缘安装部件376安装于基板368、370。

另外，在图19及图20-1中，为了避免图面的杂乱，主要在第3平行化透镜306中指出导电安装部件374及绝缘安装部件376。但是，根据图可理解，关于第1平行化透镜302及第2平行化透镜304也与第3平行化透镜306相同地，电极部件经由导电安装部件374或绝缘安装部件376被安装于基板368、370。

基板368、370构成为能够相对于真空容器308移动。因此，在各基板368、370与真空容器308之间设置有引导该基板368、370的引导部378。引导部378构成为，通过真空容器308的能够开合的壁部(例如第1容器侧壁334)，能够将基板368、370抽出至真空容器308的外部。

图22中示出将下部基板370连同搭载于其之上的电极片抽出至真空容器308的外部的状态。在基板368、370设置有手柄380。通过人握住并拉动该手柄380，从而能够将各平行化透镜302、304、306的上部(或下部)抽出至真空容器308的外部。能够将平行化透镜302、304、306轻松地取出至真空容器308的外部，因此，容易进行装置的组装及维修工作。并且，通过推入手柄380，能够将各平行化透镜302、304、306的上部(或下部)容纳至真空容器308内的固定位置。在图19至图21示出被容纳的状态。平行化透镜302、304、306在该固定位置时射束平行化器300动作(即，进行离子注入)。

图23是放大了引导部378的局部的图。图23所例示的是第3平行化透镜306的上方的出口侧的引导部378。因此，该引导部378在出射部328附近设置于容器上壁330与上部基板368之间。

引导部378具备导轨382及多个车轮384。导轨382固定于容器上壁330，并且沿着横断真空容器308内的方向385，从第1容器侧壁334延伸至第2容器侧壁336。车轮384安装在固定于上部基板368的车轮安装肋386。车轮安装肋386沿导轨382延伸，并且在导轨382沿车轮安装肋386形成有车轮承载部387。车轮384能够沿轨道382的车轮承载部387移动，由此上部基板368能够相对于容器上壁330向上述的横断方向385移动。

并且，在导轨382上设置有紧固螺孔383。紧固螺孔383形成于导轨382上的与手柄380对置的面，并且在手柄380的端部还形成有与紧固螺孔383对应的孔。将各平行化透镜302、304、306的上部(或下部)容纳至真空容器308内的固定位置时，手柄380与导轨382抵接。使用紧固螺孔383和与其相对应的螺钉将手柄380固定于导轨382，由此能够将各平行化透镜302、304、306的上部(或下部)可靠地保持在真空容器308内的固定位置。

关于设置于容器下壁332与下部基板370之间的引导部378，也与上述引导部378相同地构成。因此，关于上述引导部378的说明可理解为，可以将容器上壁330及上部基板368分别替换为容器下壁332及下部基板370。

如图19及图20-1所例示，1个基板368、370上设置有2个引导部378。在各引导部378设置有导轨382、车轮384及车轮安装肋386。

另外，通过引导部移动的平行化透镜的移动方向并不限定于上述的方向385。在某一实施方式中，引导部也可以构成为平行化透镜例如能够向射束传输方向移动。

在射束平行化器300动作时，如上述，从供电部338向出口加速电极部件342及与其相邻的入口减速电极部件348施加共用的第1高电压。并且，从供电部338向出口减速电极部件350及与其相邻的入口加速电极部件340施加共用的第2高电压。在射束平行化器300的最上游的入口加速电极部件340及最下游的出口减速电极部件350施加有第1及第2高电压的中间电压。

例如，第1高电压(例如-50kV)与第2高电压(例如+50kV)为彼此相反且大小相等的电压，中间电压可以为接地电位。如此，射束平行化器300也可以构成为在入射开口327与出射开口329的离子束的能量相等。

如图19所示，供电部338集中设置于真空容器308的一侧。供电部338具备供电板388，所述供电板配置于平行化透镜302、304、306与真空容器308之间。供电部338具备真空密封配线390，所述真空密封配线用于从真空容器308的外部向供电板388供电。供电板388为沿第2容器侧部336延伸的导体板，真空密封配线390通过第2容器侧壁336向供电板388供电。供电板388经由绝缘部件391被第2容器侧壁336支承。供电板388具备用于向电极部件施加第1高电压的第1板和用于向电极部件施加第2高电压的第2板(未图示)。

另外，供电板388也可以配置于平行化透镜302、304、306与真空容器308的其他壁部之间。此时，真空密封配线390也可以构成为通过该壁部向供电板388供电。

在供电板388上设置有用于从供电板388向各电极部件供电的端子部392。供电板388也可称为用于多个端子部392的共用的电源。各端子部392具备弹性导体394，所述弹性导体在相对应的电极部件处于用于进行离子注入的固定位置时，在供电板388与该电极部件之间压缩。弹性导体394例如为金属制弹簧。仅通过弹性导体394将平行化透镜302、304、306推入固定位置就能够简单可靠地实现与供电板388的导通。

如图24及图25所示，在远离射束线L1的一侧(即，靠近真空容器308的一侧)设置有覆盖空间部322、324的盖部。因此，关于配置于射束线L1的上侧(下侧)的电极片，在该电极片的上侧(下侧)设置盖部。盖部例如连结2个相邻的透镜部中的一个透镜部的电极部件和与其相对置的另一个透镜部的电极部件，以在远离射束线L1的一侧覆盖空间部322、324。

图24中示出连结出口加速电极部342和与其相邻的入口减速电极部件348，以覆盖第1空间部322的第1盖部396。第1盖部396例如为膨胀合金即金属丝网状部件。因此，第1盖部396构成为允许通过第1空间部322的真空排气。

为了将第1盖部396安装于出口加速电极部件342及入口减速电极部件348，设置有若干安装板398。安装板398配合电极部件342、348的弯曲形状而成形。第1盖部396以使其外周部夹在安装板398与电极部件342、348之间的方式安装于电极部件342、348。

并且，也可以在远离射束线L1的一侧覆盖空间部322、324的方式将盖部设置于相邻的2个电极部件中的1个电极部件的背面346侧。如图25所示，也可以覆盖第2空间部324的一半的方式将第2盖部397设置于出口减速电极部件350的背面346侧。也可将另一个第2盖部397设置于与出口减速电极部件350相邻的入口加速电极部件340的背面346侧，并通过该第2盖部397覆盖第2空间部324的另一半。使第2盖部397与第1盖部396相同地安装于安装板398与出口减速电极部件350之间。

另外，上述的盖部也可以为具有开口的板状部件来代替如膨胀合金那样的网状部件。或者，盖部也可以为不具有开口的板状部件。用导体形成这种盖部，并通过安装成与电极部件成为同电位，从而有助于确保透镜周边的电场均匀性。

在某一典型的射束平行化器的电极结构中，包围射束传输空间的细长狭缝形成于各电极。但是，与这种典型的结构相比，根据参考图19至图25进行说明的实施方式，可实现以下列举的至少一个优点。

1.结构简单，成本低。

2.材料的少量化，材料的轻量化。

3.通过改善真空电导来确保高真空度。

4.高电压绝缘结构、高电压放电措施结构简单。

5.由于电极表面的离子束被照射面积较小，从而抑制污染及防止污垢。

6.提高透镜电极与电极盖体的组装及分解的工作效率。

7.电极间相对位置调整的简单化。

8.基于电极盖体防止来自透镜电极的电场泄漏、防止电场应变。

例如根据本实施方式，在2个相邻的透镜部310、312之间设置有空间部322、324。如此，在具有多个透镜部的平行化透镜排列中，在其中央部设置有空间部322、324。能够通过空间部322、324进行射束传输空间318的真空排气，因此在较长的平行化透镜排列中的真空电导得到改善。因此，容易使射束传输空间318维持为所希望的高真空度。并且，根据本实施方式，空间部322、324以横断射束传输空间318的方式敞开。由此，能够进一步改善真空电导。

并且，根据本实施方式，空间部322、324朝向与基准轨道或射束线L1上的射束平行化平面垂直交叉的方向。此时，在与基准轨道或射束线L1垂直交叉的平面与射束平行化平面所交叉的直线的方向上，容易取得较大空间体积。这也有助于改善真空电导。

根据本实施方式，随着扩大空间部322、324，包围空间部322、324的电极部件变细。从原来的射束轨道偏离的离子可能与电极部件碰撞。如果附着有离子，则电极部件被污染。并且，若由于碰撞电极材料被放出于射束传输空间318，则离子束可能被污染。然而，在本实施方式中电极部件较细，因此离子能够碰撞的面积较小。因此，减轻了电极表面及离子束的污染。

并且，根据本实施方式，各平行化透镜302、304、306被分割成射束线L1的上侧和下侧，并且构成为能够调整相对位置。能够相对于下侧电极位置独立地调整上侧电极位置，因此能够高精度设定相对于射束线L1的上下方向的电极间隔。

根据本实施方式，各电极部件或各电极片形成为弯曲成弓形的棒状体，各棒状体具有提供平行化透镜功能的弯曲面和其相反一侧的背面。通过形成于2个棒状体的弯曲面之间的间隙构成透镜部，并且背面之间被开放。这样，能够以最少的材料制作平行化透镜，因此在费用方面很有利。并且，能够使平行化透镜轻量化，因此有助于提高组装和维修等工作效率。

根据本实施方式，如图20-3、图24、图25所示，构成电极部件的一部分的网状(或者开有多个小孔的薄板状)盖体396、397安装于空间部322、324(各电极片的真空容器侧的端部面)。如此一来，无需牺牲由空间部322、324产生的真空电导的改善，就能够将真空容器308的电位(例如接地电位)给空间部322、324的电场带来的影响降低到极小。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明。如本领域的技术人员所理解的那样，本发明并不限定于上述实施方式，可进行各种设计变更，可具有各种变形例，且这种变形例也包含在本发明的范围内。

在上述实施例中,平行化透镜被分割成射束线的上侧和下侧，相对于基准轨道或射束线L1能够相互移动或者能够调整相对位置。但是，在某一实施方式中，平行化透镜的上部结构与下部结构也可以彼此连结。此时，上部结构与下部结构也可以构成为能够相对移动，或者上部结构与下部结构也可以固定为无法相对移动。

在上述实施方式中，射束平行化器300设置于高能量离子注入装置100，但本发明并不限定于此。在某一实施方式中，射束平行化器300也可以设置于不具有高能量多级直线加速单元14的离子注入装置。

在上述实施方式中，离子注入装置具备射束扫描器和射束平行化器。但是，在另一实施方式中，离子注入装置也可以具备带状射束发生器来代替射束扫描器。带状射束发生器也可以构成为，使离子束发散成扇形，由此生成扇形带状射束。射束平行化器也可以构成为使扇形带状射束平行。

以下，列举本发明的若干实施方式。

1.一种离子注入装置的射束平行化器，其特征在于，具备：

多个加速或减速透镜部，沿着基准轨道排列，以在所述射束平行化器的出口生成相对于所述基准轨道被平行化的射束；及

真空容器，包围所述多个透镜部，

所述多个透镜部分别构成为，形成由至少2个电极构成的弓形弯曲间隙，并且通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度，

将所述多个透镜部中的一个透镜部的一个电极和与该透镜部相邻的透镜部的另一个电极构成为同电位，并且

空间部设置于所述多个透镜部中的一个透镜部和与该透镜部相邻的透镜部之间，所述空间部朝向与所述基准轨道上的射束平行化平面垂直交叉的方向，包括所述基准轨道在内的内侧区域通过所述空间部与成为所述真空容器与所述多个透镜部之间的外侧区域连通。

2.根据实施方式1所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部分割为上部结构与下部结构，在所述上部结构与下部结构之间形成有包括所述基准轨道在内的内侧区域。

3.根据实施方式2所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部构成为，能够相对于所述基准轨道调整所述上部结构与所述下部结构的相对位置。

4.根据实施方式1至3中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部分别具备1对电极部件，所述1对电极部件分别具备决定所述弓形弯曲间隙的弯曲面，各电极部件在所述弯曲面的相反一侧具备从靠近所述基准轨道的电极中央部向两侧延伸至射束传输空间的外缘的背面，

所述空间部形成于靠近所述相邻的透镜部的所述一个透镜部的电极部件的背面与靠近所述一个透镜部的所述相邻的透镜部的电极部件的背面之间。

5.根据实施方式4所述的射束平行化器，其特征在于，

所述真空容器在所述基准轨道的一侧与另一侧分别具备容器壁，

所述1对电极部件分别具备一组电极片，所述一组电极片隔着所述基准轨道而分开配置，所述一组电极片的一个被所述基准轨道的一侧的所述容器壁支承，所述一组电极片的另一个被所述基准轨道的另一侧的所述容器壁支承。

6.根据实施方式5所述的射束平行化器，其特征在于，

各电极片形成为弯曲成弓形的棒状体。

7.根据实施方式4至6中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

各电极部件的背面沿着所述弯曲面弯曲。

8.根据实施方式1至7中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

至少一个透镜部具备盖部，所述盖部在远离所述基准轨道的一侧覆盖所述空间部。

9.根据实施方式8所述的射束平行化器，其特征在于，

所述盖部构成为，允许通过所述空间部的所述内侧区域的真空排气。

10.根据实施方式1至9中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

支承所述多个透镜部的至少一部分的基板设置于所述多个透镜部的外侧区域。

11.根据实施方式10所述的射束平行化器，其特征在于，

所述基板构成为，允许通过所述空间部的所述内侧区域的真空排气。

12.根据实施方式10或11所述的射束平行化器，其特征在于，

至少一个电极部件或电极片经由绝缘体或导电体安装于所述基板。

13.根据实施方式10至12中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

所述基板构成为能够相对于所述真空容器移动，在所述基板与所述真空容器之间设置有引导所述基板的引导部。

14.根据实施方式13所述的射束平行化器，其特征在于，

所述真空容器具备能够开合的壁部，所述引导部构成为，能够通过所述壁部将所述基板抽出至所述真空容器的外部。

15.根据实施方式1至14中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

所述射束平行化器还具备供电部，所述供电部构成为向所述多个透镜部供电，

所述供电部具备供电板，所述供电板从所述真空容器的外部被供电，并且配置于所述真空容器与所述多个透镜部之间。

16.根据实施方式15所述的射束平行化器，其特征在于，

所述供电部具备端子部，所述端子部用于从所述供电板向所述多个透镜部的至少一个电极部件或电极片供电，

所述端子部具备弹性导体，所述弹性导体在所述多个透镜部位于用于进行离子注入的固定位置时，在所述供电板与所述至少一个电极部件或电极片之间压缩。

17.根据实施方式15或16所述的射束平行化器，其特征在于，

所述供电板配置于与所述真空容器的能够开合的壁部相反一侧的壁部与所述多个透镜部之间。

18.根据实施方式1至17中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

在所述射束平行化器的入口的上游设置有切断射束的射束收集部。

19.根据实施方式1至18中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部具备多个加速透镜部和多个减速透镜部，加速透镜部与减速透镜部交替排列。

20.根据实施方式1至19中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

构成为在各入口加速电极部件及出口减速电极部件的两端部具备延长电极部，并构成为保持加速或减速的同电位的电场区域。

21.根据实施方式1至20中任一种所述的射束平行化器，其特征在于，

所述弓形弯曲间隙朝向所述被平行化的射束的与所述基准轨道垂直的剖面的短边方向，包括所述基准轨道在内的内侧区域通过所述弓形弯曲间隙与所述多个透镜部的外侧区域连通。

22.一种离子注入装置的射束平行化器，其特征在于，

所述射束平行化器具备至少一个透镜部，所述透镜部用于在所述射束平行化器的出口生成使相对于基准轨道被平行化的射束，

所述至少一个透镜部分别具备形成弓形弯曲间隙的1对电极部件，并且构成为通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度，

所述1对电极部件分别具备多个弯曲成弓形形状的电极片。

23.一种离子注入装置的射束平行化器，其特征在于，具备：

至少一个透镜部，所述透镜部用于在所述射束平行化器的出口生成相对于基准轨道被平行化的射束；及

真空容器，包围所述至少一个透镜部，并且在所述基准轨道的一侧与另一侧分别具备容器壁，

所述至少一个透镜部分别具备形成弓形弯曲间隙的1对电极部件，并且构成为通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度，

所述1对电极部件分别具备一组电极片，所述一组电极片隔着所述基准轨道而分开配置，所述一组电极片的一部分被所述基准轨道的一侧的所述容器壁支承，所述一组电极片的另一部分被所述基准轨道的另一侧的所述容器壁支承。

24.一种高能量离子注入装置，其特征在于，具备：

射束传输线单元，具备实施方式1至23中任一种所述的射束平行化器；

离子束生成单元，生成离子束；

高能量多级直线加速单元，对所述离子束进行加速；及

偏转单元，使被加速成高能量的离子束朝向所述射束传输线单元进行方向转换。

25.根据实施方式24所述的高能量离子注入装置，其特征在于，

所述高能量离子注入装置还具备射束扫描器，所述射束扫描器在射束线的基准轨道两侧进行射束扫描，

所述多个透镜部分别构成为，使在所述基准轨道的两侧扫描的射束向靠近基准轨道侧的方向偏转，由此调整为使通过所述多个透镜部的射束的轨道与基准轨道平行。

26.一种射束平行化方法，其特征在于，具备：

向多个弓形弯曲间隙分别施加电场，以生成相对于基准轨道被平行化的射束的步骤；及

通过空间部进行包括所述基准轨道在内的内侧区域的真空排气的步骤，所述空间部形成于所述多个弓形弯曲间隙中的一个弓形弯曲间隙和与该弓形弯曲间隙相邻的弓形弯曲间隙之间，

所述空间部朝向所述被平行化的射束的与所述基准轨道垂直的剖面的短边方向。

Claims (21)

1.一种射束平行化器，是离子注入装置的射束平行化器，其特征在于，具备：

多个加速或减速透镜部，沿着基准轨道排列，以在所述射束平行化器的出口生成相对于所述基准轨道被平行化的射束；及

真空容器，包围所述多个透镜部，

所述多个透镜部分别构成为，形成由至少2个电极构成的弓形弯曲间隙，并且通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度，

将所述多个透镜部中的一个透镜部的一个电极和与该透镜部相邻的透镜部的另一个电极构成为同电位，并且

空间部设置于所述多个透镜部中的一个透镜部和与该透镜部相邻的透镜部之间，所述空间部朝向与所述基准轨道上的射束平行化平面垂直交叉的方向，包括所述基准轨道在内的内侧区域通过所述空间部与成为所述真空容器与所述多个透镜部之间的外侧区域连通，

所述多个透镜部分别具备1对电极部件，所述1对电极部件分别具备决定所述弓形弯曲间隙的弯曲面，各电极部件在所述弯曲面的相反一侧具备从靠近所述基准轨道的电极中央部向两侧延伸至射束传输空间的外缘的背面，

所述空间部形成于靠近所述相邻的透镜部的所述一个透镜部的电极部件的背面与靠近所述一个透镜部的所述相邻的透镜部的电极部件的背面之间。

2.根据权利要求1所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部分割为上部结构与下部结构，在所述上部结构与所述下部结构之间形成有包括所述基准轨道在内的内侧区域。

3.根据权利要求2所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部构成为，能够相对于所述基准轨道调整所述上部结构与所述下部结构的相对位置。

4.根据权利要求1所述的射束平行化器，其特征在于，

所述真空容器在所述基准轨道的一侧与另一侧分别具备容器壁，

所述1对电极部件分别具备一组电极片，所述一组电极片隔着所述基准轨道而分开配置，所述一组电极片的一个被所述基准轨道的一侧的所述容器壁支承，所述一组电极片的另一个被所述基准轨道的另一侧的所述容器壁支承。

5.根据权利要求4所述的射束平行化器，其特征在于，

各电极片形成为弯曲成弓形的棒状体。

6.根据权利要求1、4、5中任一项所述的射束平行化器，其特征在于，

各电极部件的背面沿着所述弯曲面弯曲。

7.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

至少一个透镜部具备盖部，所述盖部在远离所述基准轨道的一侧覆盖所述空间部。

8.根据权利要求7所述的射束平行化器，其特征在于，

所述盖部构成为，允许通过所述空间部的所述内侧区域的真空排气。

9.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

支承所述多个透镜部的至少一部分的基板设置于所述多个透镜部的外侧区域。

10.根据权利要求9所述的射束平行化器，其特征在于，

所述基板构成为，允许通过所述空间部的所述内侧区域的真空排气。

11.根据权利要求9所述的射束平行化器，其特征在于，

至少一个电极部件或电极片经由绝缘体或导电体安装于所述基板。

12.根据权利要求9所述的射束平行化器，其特征在于，

所述基板构成为能够相对于所述真空容器移动，在所述基板与所述真空容器之间设置有引导所述基板的引导部。

13.根据权利要求12所述的射束平行化器，其特征在于，

所述真空容器具备能够开合的壁部，所述引导部构成为，能够通过所述壁部将所述基板抽出至所述真空容器的外部。

14.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

所述射束平行化器还具备供电部，所述供电部构成为向所述多个透镜部供电，

所述供电部具备供电板，所述供电板从所述真空容器的外部被供电，并且配置于所述真空容器与所述多个透镜部之间。

15.根据权利要求14所述的射束平行化器，其特征在于，

所述供电部具备端子部，所述端子部用于从所述供电板向所述多个透镜部的至少一个电极部件或电极片供电，

所述端子部具备弹性导体，所述弹性导体在所述多个透镜部位于用于进行离子注入的固定位置时，在所述供电板与所述至少一个电极部件或电极片之间压缩。

16.根据权利要求14所述的射束平行化器，其特征在于，

所述供电板配置于与所述真空容器的能够开合的壁部相反一侧的壁部与所述多个透镜部之间。

17.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

在所述射束平行化器的入口的上游设置有切断射束的射束收集部。

18.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

所述多个透镜部具备多个加速透镜部和多个减速透镜部，加速透镜部与减速透镜部交替排列。

19.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

构成为在各入口加速电极部件及出口减速电极部件的两端部具备延长电极部，并构成为保持加速或减速的同电位的电场区域。

20.根据权利要求1或2所述的射束平行化器，其特征在于，

所述弓形弯曲间隙朝向所述被平行化的射束的与所述基准轨道垂直的剖面的短边方向，包括所述基准轨道在内的内侧区域通过所述弓形弯曲间隙与所述多个透镜部的外侧区域连通。

21.一种射束平行化器，是离子注入装置的射束平行化器，其特征在于，具备：

至少一个透镜部，所述透镜部用于在所述射束平行化器的出口生成相对于基准轨道被平行化的射束；及

真空容器，包围所述至少一个透镜部，并且在所述基准轨道的一侧与另一侧分别具备容器壁，

所述至少一个透镜部分别具备形成弓形弯曲间隙的1对电极部件，并且构成为通过施加于所述弓形弯曲间隙的电场来改变射束行进方向相对于所述基准轨道所成的角度，

所述1对电极部件分别具备一组电极片，所述一组电极片隔着所述基准轨道而分开配置，所述一组电极片的一部分被所述基准轨道的一侧的所述容器壁支承，所述一组电极片的另一部分被所述基准轨道的另一侧的所述容器壁支承。