CN105304441A - 离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够广泛使用的离子注入装置。本发明的离子注入装置具备扫描单元(1000)，该扫描单元包括：扫描电极装置(400)，向沿着基准轨道(Z)射入的离子束(B)施加偏转电场，以向与基准轨道(Z)正交的横向扫描离子束(B)；及下游电极装置(500)，配置于扫描电极装置(400)的下游，且设有供横向扫描的离子束(B)通过的开口部。扫描电极装置(400)具有隔着基准轨道(Z)横向对置而设的一对扫描电极(410R，410L)。下游电极装置(500)的开口部具有电极体，该电极体构成为，与基准轨道(Z)及横向双向正交的纵向开口宽度和/或沿着基准轨道(Z)的方向的厚度，在基准轨道(Z)所处的中央部和与扫描电极(410R，410L)的下游端部(422)对置的位置附近不同。

Description

离子注入装置
技术领域
本申请主张基于2014年5月26日申请的日本专利申请第2014-108008号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种离子注入装置。
背景技术
在一种离子注入装置中连接有离子源及其电源，以使具有较小射束电流量的离子束从离子源引出(例如，参考专利文献1)。该装置中能够改变离子源和电源的连接，以使具有较大射束电流量的离子束从离子源引出。
另一种离子注入装置具有离子源、加速管及连接它们的电源的电路，以使以较高的离子能量向靶注入离子(例如参考专利文献2)。该电路上设有用于切换连接的选择开关，以便在离子能量较低时也能够注入离子。
专利文献1：日本特开昭62-122045号公报
专利文献1：日本特开平1-149960号公报
如上所述尝试稍微扩大离子注入装置的运转范围。但就超过现有类型的运转范围的扩张而言，几乎没有可行性建议。
离子注入装置通常被分为高电流离子注入装置、中电流离子注入装置及高能量离子注入装置这3个类型。实际应用中所需的设计上的要件按类型有所不同，因此一种类型的装置与另一种类型的装置，例如关于射束线，可具有大不相同的结构。因此，认为在离子注入装置的用途(例如半导体制造工艺)上，类型不同的装置不具有互换性。即，在一种特定离子注入处理中选择使用特定类型的装置。由此，为了进行各种离子注入处理，可能需要具备多种离子注入装置。
发明内容
本发明的一种方式所例示的目的之一为提供一种能够广泛使用的离子注入装置，例如，以1台离子注入装置实现高电流离子注入装置及中电流离子注入装置这两台装置的作用的离子注入装置。
本发明的一种方式的离子注入装置，其具备扫描单元，该扫描单元包括：扫描电极装置，向沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场，以向与基准轨道正交的横向扫描离子束；及下游电极装置，配置于扫描电极装置的下游，且设有供横向扫描的离子束通过的开口部，其中，扫描电极装置具有隔着基准轨道横向对置而设的一对扫描电极。下游电极装置的开口部具有电极体，该电极体构成为，与基准轨道及横向双向正交的纵向开口宽度和/或沿着基准轨道的方向的厚度，在基准轨道所处的中央部和与扫描电极的下游端部对置的位置附近不同。
另外，在方法、装置、系统、程序等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件和表现形式，作为本发明的方式同样有效。
发明效果
根据本发明可提供一种能够广泛使用的离子注入装置。
附图说明
图1为针对几种典型的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
图2为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
图3为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
图4为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
图5(a)为表示本发明的一种实施方式所述涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图，图5(b)表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的侧视图。
图6为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。
图7为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。
图8(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图8(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。
图9(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图9(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。
图10为表示本发明的实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
图11为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
图12为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
图13为用于说明使用典型的离子注入装置的图。
图14为用于说明使用本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
图15为表示本发明一种实施方式所涉及的离子注入装置所具备的扫描单元的结构的立体剖视图。
图16(a)及图16(b)为表示图15所示的上游电极装置、扫描电极装置以及下游电极装置的概略结构的剖视图。
图17为表示扫描电极装置的概略结构的图。
图18(a)及图18(b)为表示上游第1基准电压电极的概略形状的图。
图19(a)及图19(b)为示意地表示通过比较例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图20(a)及图20(b)为示意地表示通过比较例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图21(a)及图21(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图22(a)及图22(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图23(a)及图23(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图24(a)及图24(b)为表示变形例所涉及的射束输送补正电极的概略形状的图。
图25为示意地表示通过变形例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图26为示意地表示通过变形例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图27(a)及图27(b)为表示下游第1基准电压电极的概略形状的图。
图28为表示下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的概略结构的图。
图29为示意地表示通过比较例所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的离子束的轨道的图。
图30为表示比较例所涉及的下游第1基准电压电极的概略形状的图。
图31为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的离子束的轨道的图。
图32为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的离子束的轨道的图。
图33为示意地表示变形例所涉及的下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的概略形状的图。
图34(a)及图34(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游电极装置及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
图35(a)、图35(b)及图35(c)为表示变形例所涉及的上游电极装置及扫描电极装置的概略结构的图。
图中：B-离子束，Z-基准轨道，300-上游电极装置，400-扫描电极装置，410-扫描电极，422-下游端部，450-射束输送补正电极，500-下游电极装置，510-下游第1基准电压电极，510b-下游面，530-下游第1中间电极，530a-上游面，550-下游第2基准电压电极，570-下游第2中间电极，590-下游第3基准电压电极，1000-扫描单元。
具体实施方式
以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，在附图说明中，对于相同的要件附加相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述结构为示例，并不对本发明的范围做任何限定。例如，以下，作为进行离子注入的物体以半导体晶片为例进行说明，但也可以是其他物质或部件。
首先，对达到后述本申请发明的实施方式的过程进行说明。离子注入装置根据应构筑在加工物内的所需的特性，能够选择所注入的离子种类，并设定其能量及剂量。通常，离子注入装置根据所注入的离子的能量及剂量范围被分为几个类型。代表性的类型有高剂量高电流离子注入装置(以下称为HC)、中剂量中电流离子注入装置(以下称为MC)、及高能量离子注入装置(以下称为HE)。
图1示意地表示典型序列式高剂量高电流离子注入装置(HC)、序列式中剂量中电流离子注入装置(MC)、序列式高能量离子注入装置(HE)的能量范围及剂量范围。图1中横轴表示剂量，纵轴表示能量。其中，所谓剂量是指每单位面积(例如cm2)中注入离子(原子)的个数，通过离子电流的时间积分获得所注入的物质的总量。通过离子注入给予的离子电流通常以mA或μA表示。剂量有时也被称为注入量或剂量。图1中，分别以符号A、B、C表示HC、MC、HE的能量及剂量范围。这些均在每次注入时不同注入条件(也称为制法)所需的注入条件的集合范围内，并表示考虑实际所能允许的生产率而与注入条件(制法)相匹配的实际合理的装置结构类型。图示各范围表示能够由各类型的装置处理的注入条件(制法)范围。剂量表示估计实际处理时间时的粗略值。
HC用于0.1～100keV左右的低能量范围且1×1014～1×1017atoms/cm2左右的高剂量范围的离子注入。MC用于3～500keV左右的中等能量范围且1×1011～1×1014atoms/cm2左右的中等程度的剂量范围的离子注入。HE用于100keV～5MeV左右的较高能量范围且1×1010～1×1013atoms/cm2左右的低剂量范围的离子注入。由此，由HC、MC、HE分担对于能量范围达到5位数左右，对于剂量范围达到7位数左右的广泛的注入条件的范围。但是，这些能量范围或剂量范围为典型性例子，并不严谨。并且，注入条件的给予方式并不限于剂量及能量，而很多样。注入条件可以根据射束电流值(射束的剖面的分布中以电流表示面积积分射束量的值)、吞吐量、注入均匀性等来设定。
一种用于进行离子注入处理的注入条件包含能量及剂量的特定值，因此在图1中能够以一个个点来表示。例如，注入条件a具有一种高能量及一种低剂量的值。注入条件a处于MC的运转范围且HE的运转范围，因此能够利用MC或HE进行处理。注入条件b为中等程度的能量/剂量，能够以HC、MC、HE中的任一种进行处理。注入条件c为中等程度的能量/剂量，能够以HC或MC进行处理。注入条件d为低能量/高剂量，只能以HC进行处理。
离子注入装置在半导体设备的生产中是必不可少的机器，其性能和生产率的提高对于设备制造商而言具有重要意义。设备制造商从这些多个离子注入装置类型中选择能够实现所要制造的设备所需的注入特性的装置。此时，设备制造商考虑最佳的制造效率的实现、装置的总成本等各种情况，来决定各类型的装置的数量。
考虑一下如下情形，即一种类型的装置以较高的运行率使用，另一类型的装置的处理能力比较有富余。此时，严格来讲每个类型的注入特性都不同，因此若为了获得所需的设备不能以后述装置代替前述装置来使用，则前述装置的故障会在生产工序上遇到难关，由此有损于整体生产率。通过事先估测故障率并基于此决定台数结构，某种程度上能够避免这种问题。
要制造的设备随着需求的变化或技术的改进而变化，由于所需装置的台数结构变化而产生装置缺损或闲置装置，使得装置的运用效率下降。通过预测未来产品的发展趋势并反映到台数结构，在某种程度上能够避免这种问题。
即使能够用另一类型的装置代替，装置的故障或制造设备的变化也能够给设备制造商带来制造效率低下或浪费投资的后果。例如，至今为止，主要以中电流离子注入装置进行处理的制造工艺，有时因改变制造设备而以高电流离子注入装置进行处理。如此一来，高电流离子注入装置的处理能力变得不够，而中电流离子注入装置的处理能力变得多余。若变更后的状态在以后的长时间内不会变化则能够通过采取购买新型高电流离子注入装置及出售所拥有的中电流离子注入装置的措施，来改善装置的运用效率。然而，频繁地改变工艺或难以预测这种变化时，会对生产造成影响。
实际上，无法直接用另一类型的离子注入装置代用为了制造一种设备而以一种类型的离子注入装置来进行的工艺。这是因为需要配合离子注入装置上的设备特性来进行工作。即，在新的离子注入装置中以相同的离子种类、能量、剂量执行工艺而获得的设备特性会大大背离由以前的离子注入装置所获得的设备特性。由于除离子种类、能量、剂量以外的诸多条件，例如，射束电流密度(即剂量率)、注入角度、注入区域的重涂方法等也影响设备特性。通常，类型不同时装置结构也不同，因此即使统一离子种类、能量及剂量，也无法使影响设备特性的其他条件自动一致。这些诸多条件有赖于注入方式。注入方式例如有，射束与加工物之间的相对移动方式(例如，扫描射束、带状束、二维晶片扫描等)或，以后叙述的批量式和序列式类别等。
此外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置为批量式，中剂量中电流离子注入装置为序列式，大致分为这两类，这就拉大了装置之间的差距。批量式大多为一次性对多个晶片进行处理的方式，这些晶片例如配置在圆周上。序列式为逐一处理晶片的方式，也被称为单晶片式。另外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置有时会采用序列式。
另外，对于批量式高剂量高电流离子注入装置的射束线，根据基于高剂量高电流射束特性的射束线设计上的要求，典型地制作成比序列式的中剂量中电流离子注入装置更短。这是为了在高剂量高电流射束线设计中，抑制因低能量/高射束电流条件下的离子束的发散引起的射束损失。尤其是为了通过包括形成射束的离子相互排斥的带电粒子，来减少向径向外侧扩大的趋势，即所谓的射束放大。与高剂量高电流离子注入装置为序列式时相比，这种设计上的必要性在为批量式时更为显著。
之所以将序列式的中剂量中电流离子注入装置的射束线制作地相对较长，是为了离子束的加速及射束成型。在序列式中剂量中电流离子注入装置中，颇具运动量的离子进行高速移动。这些离子穿过一个或几个追加到射束线的加速用间隙，由此运动量得到增加。此外，在修改颇具运动量的粒子的轨道时，为了充分施加聚焦力，必须相对加长聚焦部。
高能量离子注入装置中采用线性加速方式或串联加速方式，因此与高剂量高电流离子注入装置或中剂量中电流离子注入装置的加速方式具有本质上的区别。这种本质上的差异在高能量离子注入装置为序列式或批量式时均相同。
如此，离子注入装置HC、MC、HE因类型的不同其射束线的形式或注入方式也不同，并作为各自完全不同的装置被人们所知。类型相异的装置间的结构上的差异被认为是不可避免的。如HC、MC、HE一样，在不同形式的装置之间对设备特性所造成的影响进行考虑的工艺互换性未得到保证。
因此，期待具有比现有类型的装置更广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。尤其期待不改变注入装置的形式，就能够以现有的至少包括2个类型的广泛的能量及剂量进行注入的离子注入装置。
并且，近年来所有注入装置均采用序列式逐渐成为主流。因此，期待具有序列式结构且具有广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。
此外，与HE采用本质上不同的加速方式相比，HC和MC在具备以直流电压使离子束加速或减速的射束线这一点上相通。因此，HC和MC的射束线有可能通用。因此，期待能够以1台机实现HC和MC这两台机的作用的离子注入装置。
能够在这种广泛的范围内运转的装置有利于改善设备制造商的生产率或运用效率。
另外，中剂量中电流离子注入装置(MC)与高剂量高电流离子注入装置(HC)相比能够在高能量范围且低剂量范围运转，因此在本申请中有时被称为低电流离子注入装置。同样，针对中剂量中电流离子注入装置(MC)，有时将能量及剂量分别称为高能量及低剂量。或者针对高剂量高电流离子注入装置(HC)，有时将能量及剂量分别称为低能量及高剂量。但是在本申请中这种表达方式并不是仅对中剂量中电流离子注入装置(MC)的能量范围及剂量范围作出限定，可根据上下文如字面意思表示“一种较高(或较低)能量(或剂量)的范围”。
图2为示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置100的图。离子注入装置100构成为根据所给的离子注入条件对被处理物W的表面进行离子注入处理。离子注入条件例如包括应注入到被处理物W的离子种类、离子的剂量及离子的能量。被处理物W例如为基板，例如为晶片。因此，以下说明中为方便起见有时将被处理物W称为基板W，但这不是将注入处理的对象限定在特定物体上。
离子注入装置100具备离子源102、射束线装置104、及注入处理室106。并且，离子注入装置100还具备向离子源102、射束线装置104及注入处理室106提供所需的真空环境的真空排气系统(未图示)。
离子源102构成为生成应注入到基板W的离子。离子源102向射束线装置104供给通过射束的电流调整用要件的一例即引出电极单元118从离子源102加速引出的离子束B1。以下，有时将称为初始离子束B1。
射束线装置104构成为从离子源102向注入处理室106输送离子。射束线装置104提供用于输送离子束的射束线。射束线是离子束的通道，也被称为射束轨道的路径。射束线装置104对初始离子束B1进行包括例如偏转、加速、减速、整形、扫描等在内的操作，由此形成离子束B2。以下，有时将称为注入离子束B2。射束线装置104具备为这种射束操作而排列的多个射束线构成要件。由此，射束线装置104向注入处理室106供给注入离子束B2。
注入离子束B2在垂直于射束线装置104的射束输送方向(或沿射束轨道方向)的面内具有射束照射区域105。射束照射区域105通常具有包含基板W的宽度的宽度。例如当射束线装置104具备扫描斑点状的离子束的射束扫描装置时，射束照射区域105为沿着垂直于射束输送方向的长边方向而遍及扫描范围延伸的细长照射区域。并且，当射束线装置104具备带状束发生器时，射束照射区域105也同样为沿着垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。但是，该细长照射区域为该带状束的剖面。细长照射区域在长边方向上比基板W的宽度(基板W为圆形时为直径)长。
注入处理室106具备保持基板W以使基板W接收注入离子束B2的物体保持部107。物体保持部107构成为能够向与射束线装置104的射束输送方向及射束照射区域105的长边方向垂直的方向移动基板W。即，物体保持部107提供基板W的机械扫描。在本申请中，机械扫描与机械式扫描意思相同。另外，其中。“垂直方向”并非如本领域技术人员所理解的那样，被严格地仅限定为正交。“垂直方向”例如可包括在稍微朝上下方向倾斜地向基板W注入时的这种倾斜角度。
注入处理室106作为序列式的注入处理室构成。因此物体保持部107典型地保持1片基板W。但是，物体保持部107也可以构成为如批量式那样具备保持多个(例如小型)基板的支承台，通过在该支承台进行直线往复移动来进行该多个基板的机械扫描。另一实施方式中，注入处理室106也可以作为批量式的注入处理室构成。此时，例如物体保持部107可具备将多个基板W保持为在圆周上可旋转的旋转圆盘。旋转圆盘可以构成为，提供机械扫描。
图3中示出射束照射区域105和与其相关的机械扫描的一例。离子注入装置100构成为，能够实施以并用斑点状的离子束B2的一维射束扫描SB和基板W的一维机械扫描SM的混合式扫描方式进行的离子注入。在物体保持部107的侧面设有射束计量仪130(例如法拉第杯)，以在射束照射区域105重叠，其计量结果可提供到控制部116。
以此，射束线装置104构成为将具有射束照射区域105的注入离子束B2供给到注入处理室106。射束照射区域105被形成为，协同基板W的机械扫描对整个基板W照射注入离子束B2。因此，通过基板W和离子束的相对移动能够向基板W注入离子。
在另一实施方式中，离子注入装置100被构成为，能够实施并用带状离子束B2和基板W的一维机械扫描的带状束+晶片扫描方式进行的离子注入。带状束在均匀保持其横宽的同时进行扩展，基板W以与带状束交叉的方式被扫描。另外，在另一实施方式中，离子注入装置100也可以构成为，能够实施在固定斑点状的离子束B2的射束轨道的状态下以二维机械扫描基板W的方式进行的离子注入。
另外，离子注入装置100并不限定在用于遍及基板W上的广泛区域进行离子注入的特定注入方式。也可以是不使用机械扫描的注入方式。例如，离子注入装置100可以构成为，能够实施以在基板W上二维扫描斑点状射束B2的二维射束扫描方式进行的离子注入。或者，可以构成为，能够实施以利用二维扩展的离子束B2的大尺寸射束方式进行的离子注入。该大尺寸射束在保持均匀性的同时扩展射束尺寸以达到基板尺寸以上，能够一次性处理整个基板。
对于详细内容后续再进行说明，离子注入装置100能够在高剂量注入用的第1射束线设定S1或低剂量注入用的第2射束线设定S2下运转。因此，射束线装置104在运转过程中具有第1射束线设定S1或第2射束线设定S2。这2个设定被定为，在共同的注入方式下生成用于不同的离子注入条件的离子束。因此，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下成为离子束B1、B2的基准的射束中心轨道相同。针对射束照射区域105，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下也相同。
成为基准的射束中心轨道是指，在扫描射束的方式中，不扫描射束时的射束轨道。并且，为带状束时，成为基准的射束中心轨道相当于射束剖面的几何中心的轨迹。
然而，能够将射束线装置104划分为离子源102侧的射束线上游部分和注入处理室106侧的射束线下游部分。在射束线上游部分例如设有具备质谱分析磁铁和质谱分析狭缝的质谱分析装置108。质谱分析装置108通过对初始离子束B1进行质谱分析而向射束线下游部分仅供给所需的离子种类。在射束线下游部分例如设有决定注入离子束B2的射束照射区域105的射束照射区域决定部110。
射束照射区域决定部110构成为，通过向射入的离子束(例如初始离子束B1)施加电场或磁场(或这两者)，射出具有射束照射区域105的离子束(例如注入离子束B2)。在一种实施方式中，射束照射区域决定部110具备射束扫描装置和射束平行化装置。对于这些射束线构成要件的示例，参考图5后续进行说明。
另外，上述上游部分及下游部分的划分只不过是为了便于说明射束线装置104中构成要件的相对位置关系而谈及，望能理解。因此，例如射束线下游部分的一种构成要件也可以配置在比注入处理室106更靠近离子源102的地方。相反时也同样如此。因此，在一种实施方式中，射束照射区域决定部110可以具备带状束发生器和射束平行化装置，带状束发生器也可以具备质谱分析装置108。
射束线装置104具备能量调整系统112和射束电流调整系统114。能量调整系统112构成为调整向基板W注入的能量。射束电流调整系统114构成为，为了在广泛的范围内改变向基板W注入的剂量，能够在较大范围内调整射束电流。射束电流调整系统114被设成(与其说是以质)以量调整离子束的射束电流。一种实施方式中，为了调整射束电流能够利用离子源102的调整，此时，可以看做射束电流调整系统114具备离子源102。对于能量调整系统112及射束电流调整系统114的详细内容以后进行叙述。
并且，离子注入装置100具备控制部116，该控制部用于控制整个或一部分(例如整个或一部分射束线装置104)离子注入装置100。控制部116构成为，从包含第1射束线设定S1和第2射束线设定S2的多个射束线设定中选择任意一个，在所选射束线设定下运转射束线装置104。具体而言，控制部116根据所选择的射束线设定来设定能量调整系统112及射束电流调整系统114，并控制能量调整系统112及射束电流调整系统114。另外，控制部116可以是用于控制能量调整系统112及射束电流调整系统114的专用控制装置。
控制部116构成为，在包含第1射束线设定S1和第2射束线设定S2的多个射束线设定当中，选择与所给离子注入条件相符的任一种射束线设定。第1射束线设定S1适合输送用于向基板W进行高剂量注入的高电流射束。因此，控制部116例如在注入到基板W的所需离子剂量大致在1×1014～1×1017atoms/cm2的范围时，选择第1射束线设定S1。并且，第2射束线设定S2适合输送用于向基板W进行低剂量注入的低电流射束。因此，控制部116例如在注入到基板W的所需离子剂量大致在1×1011～1×1014atoms/cm2的范围时，选择第2射束线设定S2。对于这些射束线设定的详细内容，后续再叙。
能量调整系统112具备沿射束线装置104配设的多个能量调整要件。这些多个能量调整要件配置在分别固定于射束线装置104上的位置。如图2所示，能量调整系统112例如具备3个调整要件，具体而言为上游调整要件118、中间调整要件120及下游调整要件122。这些调整要件分别具备以用于使初始离子束B1和/或注入离子束B2加速或减速的电场产生作用的方式构成的一个或多个电极。
上游调整要件118设在射束线装置104的上游部分例如最上游部。上游调整要件118例如具备用于从离子源102向射束线装置104引出初始离子束B1的引出电极系统。中间调整要件120设在射束线装置104的中间部分，例如具备静电式射束平行化装置。下游调整要件122设在射束线装置104的下游部分，例如具备加速柱/减速柱。下游调整要件122也可以具备配置在加速器/减速器的下游的角能量过滤器(AEF)。
并且，能量调整系统112具备用于上述能量调整要件的电源系统。对于此，参考图6及图7后续再叙。另外，可以在射束线装置104上的任意位置设置任意个这些多个能量调整要件，不限于图示的配置。并且，能量调整系统112也可以只具备1个能量调整要件。
射束电流调整系统114设在射束线装置104的上游部分，具备用于调整初始离子束B1的射束电流的射束电流调整要件124。射束电流调整要件124构成为，当初始离子束B1通过射束电流调整要件124时切断初始离子束B1的至少一部分。在一种实施方式中，射束电流调整系统114可具备沿射束线装置104配设的多个射束电流调整要件124。并且，射束电流调整系统114也可以设在射束线装置104的下游部分。
射束电流调整要件124具备可动部分，该可动部分用于调整与射束线装置104的射束输送方向垂直的离子束剖面的通过区域。通过该可动部分射束电流调整要件124构成具有限制初始离子束B1的一部分的宽度可变狭缝或形状可变开口的射束限制装置。并且，射束电流调整系统114具备连续或间断地调整射束电流调整要件124的可动部分的驱动装置。
射束电流调整要件124可以在具有可动部分的同时或代替该可动部分，具备各自具有多个不同面积和/或形状的射束通过区域的多个调整部件(例如调整孔径)。射束电流调整要件124构成为，能够切换多个调整部件中配置在射束轨道上的调整部件。以此，射束电流调整要件124可以构成为阶段性地调整射束电流。
如图所示，射束电流调整要件124是不同于能量调整系统112的多个能量调整要件的另一射束线构成要件。通过分别设置射束电流调整要件和能量调整要件，能够个别进行射束电流的调整和能量调整。由此，能够提高每个射束线设定中的射束电流范围及能量范围的设定的自由度。
第1射束线设定S1包括用于能量调整系统112的第1能量设定和用于射束电流调整系统114的第1射束电流设定。第2射束线设定S2包括用于能量调整系统112的第2能量设定和用于射束电流调整系统114的第2射束电流设定。第1射束线设定S1指向低能量且高剂量的离子注入，第2射束线设定S2指向高能量且低剂量的离子注入。
因此，第1能量设定被定为与第2能量设定相比更适合输送低能量射束。并且被定为第2射束电流设定下的离子束的射束电流小于第1射束电流设定下的离子束的射束电流。通过组合注入离子束B2的射束电流的调整和照射时间的调整能够将所需剂量注入到基板W。
第1能量设定包含决定能量调整系统112和其电源系统之间的连接的第1电源连接设定。第2能量设定包含决定能量调整系统112和其电源系统之间的连接的第2电源连接设定。第1电源连接设定被定为中间调整要件120和/或下游调整要件122产生用于支援射束输送的电场。例如构成为，射束平行化装置及加速柱/减速柱整体在第1能量设定下使注入离子束B2减速，并在第2能量设定下使注入离子束B2加速。通过这些电源连接设定，决定能量调整系统112的各调整要件的电压调整范围。在该调整范围内，能够调整与各调整要件相对应的电源的电压，以向注入离子束B2供给所需的注入能量。
第1射束电流设定包含决定射束电流调整要件124的离子束通过区域的第1开口设定。第2射束电流设定包含决定射束电流调整要件124的离子束通过区域的第2开口设定。被定为第2开口设定下的离子束通过区域小于第1开口设定下的离子束通过区域。这些开口设定例如规定射束电流调整要件124的可动部分的移动范围。或者，开口设定也可以规定应被使用的调整部件。如此，在通过开口设定规定的调整范围内，能够在射束电流调整要件124上设定与所需射束电流相对应的离子束通过区域。能够在所实施的离子注入处理容许的处理时间内调整离子束通过区域，以向基板W注入所希望的剂量。
因此，射束线装置104在第1射束线设定S1下具有第1能量调整范围，在第2射束线设定S2下具有第2能量调整范围。为了能够在广泛的范围内进行调整，第1能量调整范围具有与第2能量调整范围重叠的部分。即，两个调整范围至少在各自的端部彼此重合。重叠部分可以是直线型，此时两个调整范围相切。另一实施方式中，第1能量调整范围可从第2能量调整范围分离。
同样，射束线装置104在第1射束线设定S1下具有第1剂量调整范围，在第2射束线设定S2下具有第2剂量调整范围。第1剂量调整范围与第2剂量调整范围具有重复部分。即，两个调整范围至少在各自的端部彼此重叠。重复部分可以是直线型，此时两个调整范围相切。另一实施方式中，第1剂量调整范围可从第2剂量调整范围分离。
这样，射束线装置104在第1射束线设定S1下以第1运转模式运转。在以下说明中，有时将第1运转模式称为低能量模式(或高剂量模式)。并且，射束线装置104在第2射束线设定S2下以第2运转模式运转。在以下说明中，有时将第2运转模式称为高能量模式(或低剂量模式)。也能够将第1射束线设定S1称为适合输送用于向被处理物W进行高剂量注入的低能量/高电流射束的第1注入设定结构。也能够将第2射束线设定S2称为适合输送用于向被处理物W进行低剂量注入的高能量/低电流射束的第2注入设定结构。
离子注入装置100的操作人员能够在执行一种离子注入处理之前根据其处理的注入条件切换射束线设定。因此，能够以1台离子注入装置对从低能量(或高剂量)到高能量(或低剂量)的广泛范围进行处理。
并且，离子注入装置100以相同的注入方式，与注入条件的广泛范围相对应。即，离子注入装置100以实际相同的射束线装置104对广泛的范围进行处理。此外，离子注入装置100具有最近成为主流的一种序列式结构。因此，虽然会在后续进行详细说明，离子注入装置100适合用作现有的离子注入装置(例如HC和/或MC)的通用构件。
能够看做，射束线装置104具备控制离子束的射束控制装置、调整离子束的射束调整装置及对离子束进行整形的射束整形装置。射束线装置104通过射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置供给具有在注入处理室106中超过被处理物W的宽度的射束照射区域105的离子束。在离子注入装置100中，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置可以具有相同的硬件结构。此时，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2中，射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置可以以相同的布局配置。由此，离子注入装置100可以在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下具有相同的设置占地面积(所谓占用面积)。
成为基准的射束中心轨道为，在扫描射束的方式中不扫描射束时的射束剖面的几何中心的轨迹即射束的轨道。并且，为静止射束即带状束时，尽管下游部分的注入离子束B2中射束剖面形状改变，成为基准的射束中心轨道仍相当于射束剖面的几何中心的轨迹。
射束控制装置可以具备控制部116。射束调整装置可具备射束照射区域决定部110。射束调整装置可具备能量过滤器或偏转要件。射束整形装置可以具备后述第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210。
能够看做，射束线装置104的上游部分中初始离子束B1采用单一的射束轨道，而在下游部分注入离子束B2采用基于在扫描射束的方式中以使成为基准的射束中心轨道向中心平行的扫描射束的多个射束轨道。但是，为带状束时，射束宽度因单一射束轨道的射束剖面形状发生变化而扩大进而成为照射区域，因此作为射束轨道仍然是单一的。根据这种观点，也能够将射束照射区域105称为离子束轨道区域。因此，离子注入装置100在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下，具有注入离子束B2相同的离子束轨道区域。
图4是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。该离子注入方法适用于离子注入装置100中。通过控制部116执行该方法。如图4所示，该方法具备射束线设定选择步骤(S10)和离子注入步骤(S20)。
控制部116在多个射束线设定中选择与所给离子注入条件相符的任一个射束线设定(S10)。多个射束线设定，如上所述包含适合输送用于向被处理物进行高剂量注入的高电流射束的第1射束线设定S1和适合输送用于向被处理物进行低剂量注入的低电流射束的第2射束线设定S2。例如，当注入到基板W的所需离子剂量超过阈值时，控制部116选择第1射束线设定S1，当所需的离子剂量低于其阈值时，控制部选择第2射束线设定S2。另外，如后述，多个射束线设定(或注入设定结构)可以包括第3射束线设定(或第3注入设定结构)和/或第4射束线设定(或第4注入设定结构)。
第1射束线设定S1被选择时，控制部116利用第1能量设定来设定能量调整系统112。由此，能量调整系统112和其电源系统按照第1电源连接设定连接。并且，控制部116利用第1射束电流设定来设定射束电流调整系统114。由此，按照第1开口设定来设定离子束通过区域(或其调整范围)。与此相同，当第2射束线设定S2被选择时，控制部116利用第2能量设定来设定能量调整系统112，利用第2射束电流设定设定射束电流调整系统114。
该选择处理可以包括，在与所选射束线设定相应的调整范围内调整射束线装置104的处理。在该调整处理中，在射束线装置104的各调整要件所对应的调整范围内进行调整，以生成所需注入条件的离子束。例如，控制部116决定与能量调整系统112的各调整要件相对应的电源的电压，以便能够获得所需的注入能量。并且，控制部116决定射束电流调整要件124的离子束通过区域，以便能够获得所需的注入剂量。
以此，控制部116在所选射束线设定下运转离子注入装置100(S20)。生成具有射束照射区域105的注入离子束B2，并供给到基板W。注入离子束B2协同基板W的机械扫描(或射束独自)照射整个基板W。其结果，离子以所需的离子注入条件的能量和剂量注入到基板W上。
用于设备生产的序列式高剂量高电流离子注入装置中，以目前情况来看，采用混合式扫描方式、二维机械扫描方式及带状束+晶片扫描方式。然而，二维机械扫描方式因机械扫描的机械性驱动机构的负荷，其扫描速度的高速化受到限制，因此，存在无法充分抑制注入不均之类的问题。并且，带状束+晶片扫描方式，在横向扩大射束尺寸时容易产生均匀性的下降。因此，尤其在低剂量条件(低射束电流条件)下，均匀性及射束角度的同一性上存在问题。但是，获得的注入结果在容许范围内时，可以以二维机械扫描方式或带状束+晶片扫描方式构成本发明的离子注入装置。
另一方面，混合式扫描方式通过高精度地调整射束扫描速度，能够在射束扫描方向上实现良好的均匀性。并且，通过使射束扫描为充分高速，能够充分抑制晶片扫描方向的注入不均。因此，认为混合式扫描方式最适合广范围的剂量条件。
图5(a)是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置200的基本结构的俯视图，图5(b)是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置200的基本结构的侧视图。离子注入装置200是一种对图2所示的离子注入装置100应用混合式扫描方式时的实施例。并且，离子注入装置200与图2所示的离子注入装置100同样为序列式装置。
如图所示，离子注入装置200具备多个射束线构成要件。离子注入装置200的射束线上游部分从上游侧依次具备离子源201、质谱分析磁铁202、射束收集器203，鉴别孔隙204、电流抑制机构205、第1XY会聚透镜206、射束电流测量仪207及第2XY会聚透镜208。在离子源201与质谱分析磁铁202之间设有用于从离子源201引出离子的引出电极218(参考图6及图7)。
在射束线上游部分和下游部分之间设有扫描仪209。射束线下游部分从上游侧依次具备Y会聚透镜210、射束平行化机构211、AD(加速/减速)柱212及能量过滤器213。在射束线下游部分的最下游部配置有晶片214。自离子源201到射束平行化机构211为止的射束线构成要件被收容在终端216。
电流抑制机构205为上述射束电流调整系统114的一例。电流抑制机构205为切换低剂量模式和高剂量模式而设。电流抑制机构205作为一例具备CVA(ContinuouslyVariableAperture)。CVA为能够通过驱动机构调整开口尺寸的孔径。因此，电流抑制机构205构成为，在低剂量模式中以比较小的开口尺寸调整范围动作，在高剂量模式中以比较大的开口尺寸调整范围开动。一种实施方式中构成为，与电流抑制机构205一同或代替此，具有不同开口宽度的多个鉴别孔隙204，在低剂量模式和高剂量模式下以不同的设定动作。
电流抑制机构205具有通过限制到达下游的离子束量来协助低射束电流条件下的射束调整的作用。电流抑制机构205设在射束线上游部分(即，自从离子源201引出离子之后到扫描仪209的上游侧为止之间)。因此，能够扩大射束电流的调整范围。另外，电流抑制机构205可以设置在射束线下游部分。
射束电流测量仪207例如为可动式旗标法拉第。
由第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210构成用于调整纵横方向的射束形状(XY面内的射束剖面)的射束整形装置。如此，射束整形装置具备在质谱分析磁铁202和射束平行化机构211之间沿射束线配设的多个透镜。射束整形装置通过这些透镜的会聚/发散效果，能够以广泛的能量/射束电流的条件将离子束适当地输送至下游。即，在低能量/低射束电流、低能量/高射束电流、高能量/低射束电流及高能量/高射束电流中的任一条件下，均能够将离子束适当地输送至晶片214。
第1XY会聚透镜206例如为Q透镜，第2XY会聚透镜208例如为XY方向单透镜，Y会聚透镜210例如为Y方向但透镜Q透镜。第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210可以分别为单一的透镜，也可以是透镜组。以此，射束整形装置被设计成，能够从射束势较大且射束自散焦称为问题的低能量/高射束电流的条件，至射束势较小且射束的剖面形状控制成为问题的高能量/低射束电流的条件，适当控制离子束。
能量过滤器213例如为具备偏转电极、偏转电磁铁或同时具备这两者的AEF(AngularEnergyFilter)。
在离子源201生成的离子通过引出电场(未图示)被加速。被加速的离子通过质谱分析磁铁202而偏转。以此，只有具有规定能量和质量电荷比的离子通过鉴别孔隙204。接着，离子经由电流抑制机构(CVA)205、第1XY会聚透镜206及第2XY会聚透镜208被引到扫描仪209。
扫描仪209通过施加周期性的电场或磁场(或这两者)横向(可以是纵向或斜向)往复扫描离子束。通过扫描仪209离子束被调整为能够在晶片214上均匀地横向注入。通过扫描仪209扫描的离子束215通过利用施加电场或磁场(或这两者)的射束平行化机构211对齐行进方向。之后，离子束215通过施加电场以AD柱212加速或减速至规定的能量。出自AD柱212的离子束215达到最终的注入能量(低能量模式下调整为高于注入能量的能量，并且使其在能量过滤器内减速的同时使其偏转)。AD柱212的下游的能量过滤器213通过施加基于偏转电极或偏转电磁铁的电场或磁场(或这两者)，使离子束215向晶片214侧偏转。由此，具有除目标能量以外的能量的污染成分被排除。如此被净化的离子束215被注入到晶片214。
另外，在质谱分析磁铁202和鉴别孔隙204之间配置有射束收集器203。射束收集器203根据需要施加电场，由此使离子束偏转。由此，射束收集器203能够高速控制离子束到达下游。
接着，参考图6及图7所示的高电压电源系统230的结构系统图，对图5所示的离子注入装置200中低能量模式及高能量模式进行说明。在图6中示出低能量模式的电源切换状态，图7中示出高能量模式的电源切换状态。在图6及图7中示出，图5所示的射束线构成要件中与离子束的能量调整相关的主要要件。在图6及图7中以箭头表示离子束215。
如图6及图7所示，射束平行化机构211(参考图5)具备双重P透镜220。该双重P透镜220具有沿着离子的移动方向分开配置的第1电压间隙221及第2电压间隙222。第1电压间隙221位于上游，第2电压间隙222位于下游。
第1电压间隙221形成在一组电极223与电极224之间。在配置于这些电极223、224的下游的另一组电极225与电极226之间，形成有第2电压间隙222。第1电压间隙221及形成该第1电压间隙的电极223、224具有朝向上游侧的凸形形状。相反，第2电压间隙222及形成该第2电压间隙的电极225、226具有朝向下游侧的凸形形状。另外，以下为便于说明，有时将这些电极分别称为第1P透镜上游电极223、第1P透镜下游电极224、第2P透镜上游电极225、第2P透镜下游电极226。
双重P透镜220通过组合施加于第1电压间隙221及第2电压间隙222的电场，对射入离子束进行平行化之后射出，并且调整离子束的能量。即，双重P透镜220通过第1电压间隙221及第2电压间隙222的电场使离子束加速或减速。
并且，离子注入装置200具备高电压电源系统230，该高电压电源系统具备用于射束线构成要件的电源。高电压电源系统230具备第1电源部231、第2电源部232、第3电源部233、第4电源部234及第5电源部235。如图所示，高电压电源系统230具备用于将第1电源部231至第5电源部235连接到离子注入装置200的连接电路。
第1电源部231具备第1电源241和第1开关251。第1电源241设在离子源201和第1开关251之间，是向离子源201供给正电压的直流电源。第1开关251在低能量模式下将第1电源241连接到地面217(参考图6)，在高能量模式下将第1电源241连接到终端216(参考图7)。因此，第1电源241在低能量模式下以接地电位作为基准向离子源201供给电压VHV。这就相当于直接供给离子的总能量。另一方面，在高能量模式下，第1电源241以终端电位作为基准向离子源201供给电压VHV。
第2电源部232具备第2电源242和第2开关252。第2电源242设在终端216和地面217之间，是通过第2开关252的切换向终端216供给正负电压中的任一个电压的直流电源。第2开关252在低能量模式下将第2电源242的负极连接到终端216(参考图6)，在高能量模式下将第2电源242的正极连接到终端216(参考图7)。因此，第2电源242在低能量模式下以接地电位作为基准向终端216供给电压VT(VT＜0)。另一方面，在高能量模式下，第2电源242以接地电位作为基准向终端216供给电压VT(VT＞0)。第2电源242的电压VT大于第1电源241的电压VHV。
因此，引出电极218的引出电压VEXT在低能量模式下为VEXT＝VHV-VT，在高能量模式下为VEXT＝VHV。将离子的电荷设为q时，最终能量在低能量模式下成为qVHV，在高能量模式下成为q(VHV+VT)。
第3电源部233具备第3电源243和第3开关253。第3电源243设在终端216和双重P透镜220之间。第3电源243具备第1P透镜电源243-1和第2P透镜电源243-2。第1P透镜电源243-1为以终端电位作为基准向第1P透镜下游电极224及第2P透镜上游电极225供给电压VAP的直流电源。第2P透镜电源243-2为以终端电位作为基准，经第3开关253向连接端供给电压VDP的直流电流。第3开关253设在终端216和双重P透镜220之间，以便通过切换将第1P透镜电源243-1及第2P透镜电源243-2中的任一电源与第2P透镜下游电极226连接。另外，第1P透镜上游电极223与终端216连接。
第3开关253在低能量模式下将第2P透镜电源243-2与第2P透镜下游电极226连接(参考图6)，在高能量模式下将第1P透镜电源243-1与第2P透镜下游电极226连接(参考图7)。因此，第3电源243在低能量模式下以终端电位作为基准向第2P透镜下游电极226供给电压VDP。另一方面，在高能量模式下第3电源243以终端电位作为基准向第2P透镜下游电极226供给电压VAP。
第4电源部234具备第4电源244和第4开关254。第4电源244设在第4开关254和地面217之间，是用于向AD柱212的出口(即下游侧末端)供给负电压的直流电源。第4开关254在低能量模式下将第4电源244连接到AD柱212的出口(参考图6)，在高能量模式下将AD柱212的出口连接到地面217(参考图7)。因此，第4电源244在低能量模式下以接地电位为基准向AD柱212的出口供给电压Vad。另一方面，在高能量模式下不使用第4电源244。
第5电源部235具备第5电源245和第5开关255。第5电源245设在第5开关255和地面217之间。第5电源245为能量过滤器(AEF)213而设。第5开关255为切换能量过滤器213的运转模式而设。能量过滤器213在低能量模式下以所谓的偏置模式运转，在高能量模式下以正常模式运转。偏置模式是指将正电极和负电极的平均值作为负电位的AEF的运转模式。通过偏置模式的射束会聚效果能够防止因AEF下的射束的发散而导致的射束损失。另一方面，正常模式是指将正电极和负电极的平均值作为接地电位的AEF的运转模式。
对晶片214供给接地电位。
图8(a)表示在低能量模式下施加在离子注入装置200的各部的电压的一例，图8(b)表示在低能量模式下施加在离子注入装置200的各部的能量的一例。图9(a)表示在高能量模式下施加在离子注入装置200的各部的电压的一例，图9(b)表示在高能量模式下施加在离子注入装置200的各部的能量的一例。图8(a)及图9(a)的纵轴表示电压，图8(b)及图9(b)的纵轴表示能量。各图的横轴以符号a至符号g表示离子注入装置200的位置。符号a表示离子源201，符号b表示终端216，符号c表示加速P透镜(第1P透镜下游电极224)，符号d表示减速P透镜(第2P透镜下游电极226)，符号e表示AD柱212的出口，符号f表示能量过滤器213，符号g表示晶片214。
双重P透镜220根据注入条件的要求具有以加速P透镜c个体或以减速P透镜d个体使用的结构，或同时使用加速P透镜c及减速P透镜d的结构。在使用加速P透镜c及减速P透镜d这两者的结构中，双重P透镜220能够设为如下结构，即使用加速作用和减速作用这两者来改变加速和减速的作用分配。此时，双重P透镜220能够以如下方式构成，即射束通过射入到双重P透镜220的射束能量和从双重P透镜220射出的射束能量之差被加速或被减速。或者，双重P透镜220能够构成为，射入射束能量和射出射束能量之差为零，而不使射束加速或减速。
作为一例，双重P透镜220如图所示构成为，在低能量模式下，通过减速P透镜d使离子束减速，并且根据需要从零至少许范围内通过加速P透镜c使离子束加速，作为整体使离子束减速。另一方面，在高能量模式下双重P透镜220构成为通过加速P透镜c使离子束加速。另外，在高能量模式下双重P透镜220也可构成为，只要整体使离子束加速，则可根据需要在零至少许范围内通过减速P透镜d使离子束减速。
高电压电源系统230如此构成，由此通过切换电源能够改变施加在射束线上的几个区域的电压。并且，能够改变一种区域中的电压施加路径。利用这些能够在相同的射束线上切换低能量模式和高能量模式。
在低能量模式下，将接地电位作为基准直接施加离子源201的电位VHV。由此，能够向源极部施加高精度的电压，并能够提高能量的设定精度而以低能量注入离子。并且，通过将终端电压VT、P透镜电压VDP及AD柱出口电压Vad设定为负，能够以较高能量将离子输送至AD柱出口。因此能够提高离子束的输送效率并获得高电流。
并且，在低能量模式下通过采用减速P透镜，来促进高能量状态下的离子束的输送。这有助于使低能量模式与高能量模式在同一射束线上共处。此外，在低能量模式下，调整射束线的会聚/发散要件，以使射束的自发散最小化。这也有助于使低能量模式与高能量模式在相同的射束线上共处。
在高能量模式下，离子源201的电位为加速引出电压VHV和终端电压VT之和。由此，能够向源极部施加高电压，能够以高能量使离子加速。
图10为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。该方法例如可通过用于离子注入装置的射束控制装置执行。如图10所示，首先，选择注入制法(S100)。控制装置读取该制法条件(S102)，选择与制法条件相应的射束线设定(S104)。在所选射束线设定下进行离子束的调整工作。调整工作包括提取及调整射束(S106)、确认所获射束(S108)。以此结束用于离子注入的准备工作。接着，搬入晶片(S110)，执行离子注入(S112)，搬出晶片(S114)。可以重复进行步骤S110至步骤S114，直至处理完所需的片数。
图11示意地表示通过离子注入装置200实现的能量及剂量范围D。与图1相同，图11也表示对于实际所允许的生产率所能处理的能量和剂量的范围。为了比较，将图1所示的HC、MC、HE的能量及剂量的范围A、B、C一并示于图11。
如图11所示，可知离子注入装置200包含现有装置HC及MC的运转范围中的任一个。因此，离子注入装置200为超过现有构架的新型装置。该新型离子注入装置在保持相同的射束线和注入方式的同时，能够以1台装置实现现有两种类型的HC、MC的作用。因此能够将该装置称为HCMC。
因此，根据本实施方式，能够提供以单一装置构成序列式高剂量高电流离子注入装置和序列式中剂量中电流离子注入装置的装置HCMC。利用HCMC以低能量条件和高能量条件改变电压施加方法，再利用CVA将射束电流从高电流改变为低电流，由此，能够以广泛的能量条件和剂量条件实施注入。
另外，HCMC式离子注入装置也可以不包含所有的现有HC、MC的注入条件范围。考虑到装置的制造成本和注入性能的权衡关系，认为可以提供具有比如图11所示的范围D更窄的范围E(参考图12)的装置。即使在这种情况下，只要充分弥补设备制造商所需要的离子注入条件，就能够提供实用性优异的离子注入装置。
对于在设备制造工序中通过HCMC实现的装置运用效率的提高进行说明。作为一例，如图13所示，假定有一家设备制造商为了处理制造工艺X而使用了6台HC和4台MC(即该设备制造商仅拥有现有装置HC、MC)。之后，该设备制造商根据制造设备的变化将工艺X改为工艺Y，结果变成需要8台HC和2台MC。如此一来，该制造商要增设2台HC，为此需要增加投资和准备期间。与此同时，使2台MC处于闲置状态，该制造商所拥有的这些装置无用武之地。如以上所述，通常HC和MC的注入方式不同，因此难以将闲置的MC重新转用为所需HC。
相对于此，如图14所示，考虑设备制造商为了处理工艺X而使用6台HC、2台MC、2台HCMC时的情形。此时，即使随着制造设备的变化将工艺X改为工艺Y，但因为HCMC为与HC和MC的工艺通用机，因此作为HC能够运行HCMC。因此，无需增设装置或闲置装置。
如此，设备制造商拥有几台HCMC装置具有很大优点。因为通过HCMC装置能够吸收HC和MC的工艺变更。并且，一部分装置因故障或维修而无法使用时能够将HCMC装置作为HC或MC使用，因此，通过拥有HCMC装置，能够大幅改善整体装置的运行率。
另外，最后考虑将所有装置设为HCMC时的情况。但是大多数情况下，因考虑到HCMC和HC(或MC)的价格差异或灵活运用实际所拥有的HC或MC，有可能仅将一部分装置设为HCMC会更实际一点。
并且，为了一种离子注入处理，以不同的注入方式向晶片注入离子的另一种装置代替现有的一种形式的离子注入装置时，有时难以配合注入特性。这是因为为了该离子注入处理，即使以这两种离子注入装置使能量及剂量一致，射束发散角度或射束密度也不会相同。但是，HCMC装置在同一射束线上(相同射束线轨道)能够处理高剂量高电流离子注入条件和中剂量中电流注入条件。这样HCMC装置分开使用高剂量高电流离子注入条件和中剂量中电流离子注入条件。因此，有望充分抑制并配合伴随装置的代用而产生的注入特性的变化。
HCMC装置不仅是HC和MC的通用装置，也能够处理现有HC装置或MC装置的运转范围外的注入条件。如图11所示，HCMC装置为还能够重新处理高能量/高剂量注入(范围D的右上区域F)及低能量/低剂量(范围D的左下区域G)的装置。因此，离子注入装置可以在一种实施方式中，在上述第1射束线设定S1及第2射束线设定S2基础之上或代替它们，具备用于高能量/高剂量注入的第3射束线设定和/或用于低能量/低剂量注入的第4射束线设定。
如以上说明，在本实施方式中，调整序列式高剂量高电流离子注入装置和中剂量中电流离子注入装置的射束线并使它们通用化。另外，构筑有切换射束线结构的构造。以此，能够在同一射束线上(相同离子束轨道和相同注入方式)进行遍及广泛的能量/射束电流区域的注入处理。
以上根据实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式，能够进行各种设计变更，可以有各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围的事实是被本领域技术人员所认同的。
代替上述结构或与上述结构一同，基于射束电流调整系统的射束电流的量的调整可以有各种结构。例如，具备将射束电流调整系统配设在射束线上的宽度可变孔隙时，该宽度可变孔隙的位置是任意的。因此，宽度可变孔隙可位于离子源和质谱分析磁铁之间、质谱分析磁铁和质谱分析狭缝之间、质谱分析狭缝和射束整形装置之间、射束整形装置和射束控制装置之间、射束控制装置和射束调整装置之间、射束调整装置的各要件之间和/或射束调整装置和被处理物之间。宽度可变孔隙可以是质谱分析狭缝。
射束电流的调整能够以如下方式构成，即通过在固定宽度孔隙的前后配置发散/会聚透镜系统，来调整通过孔隙的离子束的量。固定宽度孔隙可以是质谱分析狭缝。
射束电流的调整可以利用能量狭缝开口宽度可变狭缝装置(和/或射束线终端开口宽度可变狭缝装置)进行。射束电流的调整可以利用分析器磁铁(质谱分析磁铁)和/或转向磁铁(轨道修正磁铁)进行。可根据机械式扫描的速度可变范围扩大(例如从超低速到超高速)和/或机械式扫描的次数变化调整剂量。
射束电流的调整可通过离子源的调整(例如，气体量、电弧电流)进行。射束电流的调整可通过离子源的更换进行。此时，可以选择性地使用MC用离子源和HC用离子源。射束电流的调整可通过离子源的引出电极的间隙调整来进行。射束电流的调整可通过在离子源的正下方设置CVA而进行。
射束电流的调整可通过带状束的上下宽度的变更进行。剂量的调整可通过二维机械扫描时的扫描速度的变更进行。
射束线装置具备多个射束线构成要件，该构成要件以仅在第1射束线设定或第2射束线设定中的任一设定下运转的方式构成，由此，离子注入装置可以作为高电流离子注入装置或中电流离子注入装置构成。即，将HCMC装置作为平台，例如更换一部分的射束线构成要件，或改变电源结构，由此能够从序列式高剂量/中剂量通用离子注入装置发明出序列式高剂量离子注入专用装置或序列式中剂量离子注入专用装置。预计能够以比通用装置更低廉的价格制造出各个专用装置，因此有助于设备制造商减低制造成本。
在MC中，通过利用二价离子或三价离子等多价离子，能够以更高能量注入。但是，一般离子源(热电子发射型离子源)中多价离子的生成效率与一价离子的生成效率相比相当低。因此，事实上很难在这种高能量范围内进行实用性剂量注入。作为离子源若采用RF离子源那样的多价离子增强源，则能够获取四价、五价的离子。因此能够以更高能量的条件获取更多的离子束。
因此，作为离子源采用RF离子源那样的多价离子增强源，由此能够将HCMC装置作为序列式高能量离子注入装置(HE)运用。由此，能够以HCMC装置处理，迄今为止只能以序列式高能量/低剂量离子注入装置处理的注入条件的一部分(能够将图8所示的MC的范围扩展成包含范围C的至少一部分)。
以下例举几个本发明的方式。
一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备：
离子源，生成离子并作为离子束引出；
注入处理室，用于向被处理物注入所述离子；及
射束线装置，提供用于从所述离子源向所述注入处理室输送所述离子束的射束线，
所述射束线装置供给具有在所述注入处理室中超过所述被处理物的宽度的射束照射区域的所述离子束，
所述注入处理室具备机械式扫描装置，该机械式扫描装置对所述射束照射区域机械式地扫描所述被处理物，
所述射束线装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任一个结构下动作，所述多个注入设定结构包含：第1注入设定结构，适合输送用于对所述被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束；及第2注入设定结构，适合输送用于对所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束，
所述射束线装置构成为，在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下，所述射束线中成为基准的射束中心轨道从所述离子源至所述注入处理室为止相同。
一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备：
离子源，生成离子并作为离子束引出；
注入处理室，用于向被处理物注入所述离子；及
射束线装置，提供用于从所述离子源向所述注入处理室输送所述离子束的射束线，其中，
所述离子注入装置构成为协同所述被处理物的机械扫描对所述被处理物照射所述离子束，
所述射束线装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任一个结构下动作，所述多个注入设定结构包括第1注入设定结构及第2注入设定结构，其中，第1注入设定结构适合输送用于对所述被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束，第2注入设定结构适合输送用于对所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束，
所述射束线装置在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下构成为，所述射束线中成为基准的射束中心轨道从所述离子源至所述注入处理室相同。
所述射束线装置可在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下采取相同的注入方式。所述射束照射区域可以在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下相同。
所述射束线装置可具备调整所述离子束的射束调整装置和对所述离子束进行整形的射束整形装置。所述射束线装置可以在所述第1注入设定结构和第2注入设定结构下，以相同的布局配置所述射束调整装置及所述射束整形装置。所述离子注入装置在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下可以具有相同的设置占地面积。
所述射束线装置可以具备用于调整所述离子束的射束电流的总量的射束电流调整系统。所述第1注入设定结构包含用于所述射束电流调整系统的第1射束电流设定，所述第2注入设定结构包含用于所述射束电流调整系统的第2射束电流设定，并被定为所述第2射束电流设定下的所述离子束的射束电流小于所述第1射束电流设定下的所述离子束的射束电流。
所述射束电流调整系统可以构成为，在通过该调整要件时切断所述离子束的至少一部分。所述射束电流调整系统可以具备配设在所述射束线上的宽度可变孔隙。所述射束电流调整系统可以具备射束线终端开口宽度可变狭缝装置。所述离子源可以构成为调整所述离子束的射束电流的总量。所述离子源具备用于引出所述离子束的引出电极，通过调整所述引出电极的开口来调整所述离子束的射束电流的总量。
所述射束线装置可以具备用于调整注入到所述被处理物的所述离子的注入能量的能量调整系统。所述第1注入设定结构包含用于所述能量调整系统的第1能量设定，所述第2注入设定结构包含用于所述能量调整系统的第2能量设定，所述第1能量设定与所述第2能量设定相比更适于低能量射束的输送。
所述能量调整系统可以具备用于使所述离子束平行的射束平行化装置。所述射束平行化装置可以构成为，在所述第1注入设定结构下使所述离子束减速，或使其减速及加速，并在所述第2注入设定结构下使所述离子束加速，或使其加速及减速。所述射束平行化装置可以构成为，具备使所述离子束加速的加速透镜和使所述离子束减速的减速透镜，能够改变加速与减速的分配，所述射束平行化装置也可以构成为在所述第1注入设定结构下主要使所述离子束减速，并在所述第2注入设定结构下主要使所述离子束加速。
所述射束线装置具备用于调整所述离子束的射束电流总量的射束电流调整系统和用于调整向所述被处理物注入所述离子的能量的能量调整系统，可以分别或同时调整所述射束电流的总量和所述注入能量。所述射束电流调整系统和所述能量调整系统可以是个别的射束线构成要件。
所述离子注入装置可以具备控制部，该控制部构成为，手动或自动选择包含所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构的多个注入设定结构中适合所给离子注入条件的任一个注入设定结构。
当注入到所述被处理物中的所需的离子剂量大概在1×1014～1×1017atoms/cm2范围时，所述控制部可以选择所述第1注入设定结构，当注入到所述被处理物中的所需的离子剂量大概在1×1011～1×1014atoms/cm2范围时，所述控制部可以选择所述第2注入设定结构。
所述射束线装置在所述第1注入设定结构下具有第1能量调整范围，在所述第2注入设定结构下具有第2能量调整范围，所述第1能量调整范围和所述第2能量调整范围可以具有部分重叠的范围。
所述射束线装置在所述第1注入设定结构下具有第1剂量调整范围，在所述第2注入设定结构下具有第2剂量调整范围，所述第1剂量调整范围和所述第2剂量调整范围可以具有部分重叠的范围。
所述射束线装置可以具备射束扫描装置，该射束扫描装置扫描所述离子束以形成向垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向与所述射束输送方向及与所述长边方向垂直的方向提供所述被处理物的机械扫描。
所述射束线装置可以具备带状束发生器，其生成具有向垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域的带状束。所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向与所述射束输送方向及与所述长边方向垂直的方向提供所述被处理物的机械扫描。
所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向在垂直于射束输送方向的面内相互正交的2个方向提供所述被处理物的机械扫描。
所述射束线装置可以以如下方式构成，即在构成为能够从仅在所述第1注入设定结构或所述第2注入设定结构下被运转的多个射束线构成要件中选择，由此所述离子注入装置构成为高电流离子注入专用装置或中电流离子注入专用装置。
一种实施方式所涉及的离子注入方法，其具备如下工序：
关于射束线装置，在包含适合输送用于向被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束的第1注入设定结构和适合输送用于向所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束的第2注入设定结构的多个注入设定结构中选择符合所给离子注入条件的任一种注入设定结构；
在所选注入设定结构下使用所述射束线装置，沿着射束线中成为基准的射束中心轨道自离子源至注入处理室输送离子束；及
协同所述被处理物的机械扫描向所述被处理物照射所述离子束，
所述成为基准的射束中心轨道在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下相同。
所述输送工序还可以具备通过调整所述离子束的射束电流的总量来调整注入到所述被处理物的剂量的工序。在所述第1注入设定结构下可以以第1剂量调整范围调整所述注入剂量，在所述第2注入设定结构下可以以包括小于所述第1剂量调整范围的剂量范围在内的第2剂量调整范围调整所述注入剂量。
所述输送工序还可以具备调整注入到所述被处理物的能量的工序。在所述第1注入设定结构下可以以第1能量调整范围调整所述注入能量，在所述第2注入设定结构下可以以包括高于所述第1能量调整范围的能量范围在内的第2能量调整范围调整所述注入能量。
1.一种实施方式所涉及的离子注入装置通过切换以减速为主体的电源的连接和以加速为主体的电源的连接，具有相同射束轨道和相同注入方式，并具有广泛的能量范围。
2.一种实施方式所涉及的离子注入装置，在可获得高电流的射束线上具备在射束线上游部切断一部分射束的机器，由此具有相同的射束轨道和相同的注入方式，并具有广泛的射束电流范围。
3.一种实施方式所涉及的离子注入装置通过同时具备上述实施方式1及上述实施方式2的特性，可以具有相同射束轨道和相同注入方式，并且一并具有广泛的能量范围和广泛的射束电流范围。
一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以是组合射束扫描和机械性晶片扫描的装置。一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以为组合带状束和机械性晶片扫描的装置。一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以组合二维机械性晶片扫描的装置。
4.一实施方式所涉及的离子注入装置或离子注入方法，通过在同一射束线(相同离子束轨道和相同注入方式)上并列构成高剂量高电流离子注入射束线要件和中剂量中电流离子注入射束线要件，由此选择/切换自如地构成高剂量高电流离子注入和中剂量中电流离子注入，并覆盖从低能量到高能量的极其广泛的能量范围和从低剂量到高剂量的极其广泛的剂量范围。
5.上述实施方式4中，在同一射束线上可以分别构成高剂量用和中剂量用通用的各射束线要件和分别被切换成高剂量用/中剂量用的各射束线要件。
6.上述实施方式4或5中，以在广泛的范围内调整射束电流量为目的，可以设置在射束线上游部物理切断一部分射束的射束限制装置(上下或左右的宽度可变狭缝或四边形或圆形的可变开口)。
7.上述实施方式4至6的任一项中，可以设置切换控制器的控制装置，该装置构成为，根据注入到被处理物的所需的离子剂量，选择高剂量高电流离子注入和中剂量中电流离子注入。
8.上述实施方式7中，切换控制器构成为，当注入到被处理物的所需的离子剂量大概在1×1011～1×1014atoms/cm2的中剂量中电流范围时，使射束线在中剂量加速(引出)/加速(P透镜)/减速(AD柱)模式下作动，并且，当注入到被处理物的所需的离子剂量大概在1×1014～1×1017atoms/cm2的高剂量高电流范围时，也可以使射束线在高剂量加速(引出)/减速(P透镜)/减速(AD柱)模式下作动。
9.上述实施方式4至8的任一项中，使用加速模式来注入比较高能量的离子的装置和使用减速模式来注入比较低能量的离子的装置可以具有彼此重叠的能量范围。
10.上述实施方式4至8的任一项中，使用加速模式注入比较高剂量的离子的装置和使用减速模式来注入比较低剂量的离子的装置可以具有彼此重叠的剂量范围。
11.在上述实施方式4至6的任一项中，通过限制射束线构成要件，能够轻松地将结构改变成高剂量高电流离子注入专用装置或中剂量中电流离子注入专用装置。
12.上述实施方式4至11的任一项中，射束线结构可以组合射束扫描和机械基板扫描。
13.上述实施方式4至11的任一项中，射束线的结构可以组合具有基板(或晶片或被处理物)宽度以上的宽度的带状的射束扫描和机械基板扫描。
14.上述实施方式4至11的任一项中，射束线结构可以具备二维方向的机械基板扫描。
图15为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置所具备的扫描单元1000的结构的立体剖视图。离子注入装置具备扫描单元1000，该扫描单元包含上游电极装置300、扫描电极装置400及下游电极装置500。本图所示上游电极装置300、扫描电极装置400及下游电极装置500以射入扫描单元1000的离子束B的基准轨道为基准基本呈上下对称，并且，具有左右对称形状。本图中，为便于理解，仅示出下半部分的结构。
上游电极装置300配置于扫描电极装置400的正上游，并对射入扫描电极装置400的离子束的形状进行整形。上游电极装置300由多个电极体构成，且具有上游第1基准电压电极310、上游中间电极330及上游第2基准电压电极350。上游电极装置300例如在图5(a)及图5(b)所示的离子注入装置200中，能够被用作第2XY会聚透镜208。
扫描电极装置400通过向射入扫描电极装置400的离子束施加偏转电场，周期性横向(x方向)扫描离子束。扫描电极装置400具有向离子束施加偏转电场的一对扫描电极410R、410L(以下、统称为扫描电极410)及射束输送补正电极450。射束输送补正电极450为抑制由扫描电极410R、410L施加的偏转电场变为零的瞬间的离子束直径相比小于施加偏转电场的情况的、所谓“零电场效应”而设。一对射束输送补正电极450纵向(y方向)对置而设。本图中仅示出配置于下侧的下侧补正电极450B。扫描电极装置400例如在图5(a)及图5(b)所示的离子注入装置200中能够被用作扫描仪209。
下游电极装置500配置于扫描电极装置400的正下游，且对通过扫描电极装置400扫描的离子束的形状进行整形。下游电极装置500由多个电极体构成，且具有下游第1基准电压电极510、下游第1中间电极530、下游第2基准电压电极550、下游第2中间电极570及下游第3基准电压电极590。下游电极装置500例如在图5(a)及图5(b)所示的离子注入装置200中能够被用作Y会聚透镜210。
图16(a)及图16(b)为表示图15所示的扫描单元1000的概略结构的剖视图。图16(a)示出，将离子束的基准轨道Z所延伸的方向作为z方向时包含基准轨道Z的横向剖面(xz平剖面)。图16(b)示出包含基准轨道Z的纵向剖面(yz平剖面)。以下参考本图，针对扫描单元1000依次说明扫描电极装置400、上游电极装置300及下游电极装置500。
图17为表示扫描电极装置400的概略结构的图，且为表示图16(a)的X-X剖面的图。一对扫描电极410R、410L隔着离子束B的基准轨道Z横向(x方向)对置而设。扫描电极410R、410L分别具有略呈凹形的电极面412R、412L。通过设为略呈凹形的电极，能够均匀地以相同角度使具有横长剖面形状的离子束B偏转。另外，以虚线表示的离子束B的剖面形状为示意地示出图16(a)及图16(b)所示的扫描电极装置400的入口402附近的形状。
如图16(a)所示，扫描电极410R、410L具有越往下游方向，右电极面412R与左电极面412L的距离变得越宽的扇形形状。由此，能够在扫描电极装置400的出口404附近，使偏转的离子束B以相同的角度均匀地偏转成逐渐靠近右扫描电极410R或左扫描电极410L中的任意一方。
一对射束输送补正电极450A、450B(以下、统称为射束输送补正电极450)隔着离子束B的基准轨道Z纵向(y方向)对置而设。射束输送补正电极450通过具有横向(x方向)厚度d的板状部件形成。射束输送补正电极450的厚度d优选设为，厚至具有能够独立支承的强度，且还要薄到能够将基于射束输送补正电极450的效应限定在基准轨道Z的附近。这是因为通过射束输送补正电极450所要抑制的“零电场效应”在偏转电场变成零，离子束沿着基准轨道Z行进时发生。射束输送补正电极450上被施加几kV～20kV左右的正偏置电压，例如被施加+10kV左右的电压。
射束输送补正电极450A、450B分别具有从扫描电极装置400的入口402延伸至出口404的直线部452及从直线部452朝基准轨道Z纵向突出的射束输送补正入口电极体454。直线部452主要具有抑制针对扫描电极装置400整体发生的零电场效应的功能。另一方面，射束输送补正入口电极体454具有主要在扫描电极装置400的入口402纵向会聚通过基准轨道Z附近的离子束的功能。
射束输送补正入口电极体454设置于扫描电极装置400的入口402附近。如图16(b)所示，射束输送补正入口电极体454设置成，z方向长度Lb为包含直线部452的射束输送补正电极450总长La的1/3以下左右。射束输送补正入口电极体454的长度Lb优选为射束输送补正电极450总长La的1/4左右至1/5左右。由此，能够将通过射束输送补正入口电极体454进行纵向会聚的效果限定在扫描电极装置400的入口402附近。并且，通过将射束输送补正入口电极体454的厚度d设薄，使得纵向会聚的效果限定在通过基准轨道Z附近的离子，并抑制对于通过基准轨道Z的外侧的离子的影响。
如图17所示，射束输送补正入口电极体454设置成，端部454a靠近离子束B。此时，基准轨道Z与端部454a的距离hO需要被调整为，能够减少对于通过扫描电极410而生成的偏转电场的影响，同时还要使射束输送补正入口电极体454影响基准轨道Z的附近的距离。基准轨道Z与端部454a的距离h0优选为离子束B的纵向直径Dy的几十倍左右，例如为直径Dy的3倍至4倍左右即可。
回到图16(a)及图16(b)，对上游电极装置300进行详述。
构成上游电极装置300的电极在自扫描电极装置400的入口402朝上游方向，依次配置有上游第1基准电压电极310、上游中间电极330、上游第2基准电压电极350。
上游第1基准电压电极310、上游中间电极330及上游第2基准电压电极350分别具有离子束通过用开口部312、332、352。射入上游电极装置300的离子束B呈横向偏长的扁平形状，构成上游电极装置300的这些电极的开口部312、332、352具有横向偏长的剖面为矩形的形状。例如，上游第1基准电压电极310的开口部312的形状在后述图18(a)中示出。
上游第1基准电压电极310及上游第2基准电压电极350为一般的接地电位。因此，也能够将上游第1基准电压电极310及上游第2基准电压电极350称为上游第1接地电极及上游第2接地电极。另外，上游第1基准电压电极310及上游第2基准电压电极350上可以施加成为基准电压的其他电位，而非接地电位。
配置于上游第1基准电压电极310与上游第2基准电压电极350之间的上游中间电极330上施加有负高电压。由此，上游中间电极330发挥抑制电子侵入到扫描电极装置400的抑制电极的功能。并且，通过在上游中间电极330的上游侧及下游侧两侧设置基准电压电极，提高抑制电极对于电子的屏蔽效应。因此，上游电极装置300也被称为对射入扫描电极装置400的离子束具有电子抑制作用的抑制电极装置。
并且，作为其他实施例，在上游中间电极330施加比抑制电压所需的电压高的电压。例如，在上游中间电极330上施加几十kV的负电压，例如施加-30kV左右至-50kV左右的电压。由此，上游电极装置300发挥单透镜的功能。因此，还能够将上游中间电极330称为单电极。由此，上游电极装置300纵向或横向会聚通过上游电极装置300的离子束，并对射入扫描电极装置400的离子束B进行整形。因此，上游电极装置300构成为，具有对射入扫描电极装置400的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
上游中间电极330的上游面330a具有略呈凸面的弧形形状。并且，上游第2基准电压电极350的下游面350b具有与上游中间电极330的上游面330a对应的略呈凹面的弧形形状。由此，通过上游电极装置300的离子束被横向会聚。另外，上游电极装置300可以具有纵向会聚通过上游电极装置300的离子束的形状，也可以具有横向纵向双向会聚离子束的形状。
图18(a)及图18(b)为表示上游第1基准电压电极310的概略形状的图。图18(a)表示上游第1基准电压电极310的下游面310b的外观，图18(b)表示图18(a)的X-X线剖面。如图所示，上游第1基准电压电极310的开口部312具有横向偏长的矩形形状。开口部312被上表面314、下表面315、右侧面316及左侧面317这四面所包围。
上游第1基准电压电极310具有从下游面310b向扫描电极装置400突出的一对像差补正部324。一对像差补正部324纵向隔着开口部312而设置于开口部312的上下两侧。像差补正部324例如具有隔着开口部312纵向对置的面呈三角形形状或梯形形状的形状。
通过设置像差补正部324，开口部312的上表面314及下表面315呈其中央部320向扫描电极装置400突出的形状。其结果，上游第1基准电压电极310的上表面314及下表面315的中央部320的z方向厚度w1变得大于侧方部322的厚度w2。另外，在此所谓中央部320是指与基准轨道Z对应的位置；侧方部322是指横向远离中央部320的位置且靠近右侧面316或左侧面317的位置。
像差补正部324局部屏蔽扫描电极装置400所生成的偏转电场，并减少因设置具有射束输送补正入口电极体454的射束输送补正电极450而产生的像差。以下，例举比较例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置，示出具有射束输送补正入口电极体454的射束输送补正电极450的效果及因在上游第1基准电压电极310设置像差补正部324而产生的效果。
图19(a)及图19(b)为示意地表示通过比较例所涉及的上游第1基准电压电极1310及扫描电极装置1400的离子束的轨道的图。比较例所涉及的上游第1基准电压电极1310不具有像差补正部324，而具有在中央部与侧方部沿着离子束的轨道的z方向的厚度相同的开口形状。并且，比较例所涉及的扫描电极装置1400设有不具有向射束轨道突出的射束输送补正入口电极体的射束输送补正电极1450。
图19(a)及图19(b)示出所输送的离子束的电流值较低时的轨道，并且示出通过空间电荷效应被输送的离子束难以发散的状态。因此，所输送的离子束的轨道完全按照设计当时所要求的轨道进行追踪，不论离子束通过基准轨道，还是通过基准轨道的外侧，均可通过由扫描电极施加的偏转电场，几乎以相同的角度偏转。因此，如图19(a)所示，通过中心轨道F1的离子束与通过中心轨道F1的左外侧及右外侧的轨道E1、G1的离子束几乎以相同角度偏转。并且，如图19(b)所示，通过中心轨道的上外侧及下外侧的轨道J1、K1的离子束因空间电荷效应而几乎不会纵向发散就被输送。
另外，所谓空间电荷效应是指，在包含许多正电荷的离子的离子束中，离子束的直径因相互靠近的离子彼此的排斥力而横向或纵向或双向扩展的现象。离子束的电流值较低时，包含在离子束中的离子的空间密度较低，且相靠近的离子彼此间的距离较远，因此不易产生排斥力。另一方面，离子束的电流值较高时，包含在离子束中的离子的空间密度较高，因此相靠近的离子彼此间的距离较近而产生较强的排斥力，而变成束径容易扩大的状态。因此，为了适当输送高电流的离子束，需要考虑空间电荷效应而设计射束线。
以下对所输送的离子束的电流值较高的情况下的射束轨道进行说明。此时，将图19(a)及图19(b)所示的离子束的轨道E1、F1、G1、J1、K1作为基准设计轨道。可将该设计轨道称为消除输送高电流离子束时必须考虑的空间电荷效应的影响的轨道，也可称之为在高电流射束的输送中，所指向的理想型轨道。
图20(a)及图20(b)示意地表示通过比较例所涉及的上游第1基准电压电极1310及扫描电极装置1400的离子束的轨道的图。本图中示出与图19(a)及图19(b)相同的设备结构中所输送的离子束的电流值较高时的轨道，且示出因为空间电荷效应射束横向及纵向发散的情形。
如图20(a)所示，通过中心轨道F2的离子束通过与设计轨道F1几乎相同的轨道，而通过右外侧及左外侧的轨道E2、G2的离子束通过设计轨道E1、G1的略外侧。并且，如图20(b)所示，通过上外侧及下外侧的轨道J2、K2的离子束相对于设计轨道J1、K1纵向大幅发散。认为这是因为，射入扫描电极装置1400的离子束具有纵向强烈会聚之后横向扩展的射束剖面形状，纵向受到强大的空间电荷效应。
如此，若从扫描电极装置1400射出的束径纵向大幅扩大，则会影响设置于扫描电极装置1400下游的设备。例如，若要直接送束径宽的离子束，则需要将设置于各种电极的离子束通过用开口部加宽，其结果，不得不加大下游侧的电极尺寸。并且，若电极尺寸扩大，则必须增加对电极施加高电压的电源的容量。这样一来，会导致装置整体变大，且增加装置的成本。
因此，在本实施方式中，在射束输送补正电极450设置向基准轨道突起的射束输送补正入口电极体454，而在扫描电极装置400的入口附近纵向会聚离子束。图21(a)及图21(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极1310及扫描电极装置400的离子束的轨道。上游第1基准电压电极1310具有与上述比较例相同的结构，但扫描电极装置400的射束输送补正电极450具有射束输送补正入口电极体454这一点上与上述比较例不同。
如图21(b)所示，通过设置射束输送补正入口电极体454，能够在扫描电极装置400的入口402纵向会聚射束。由此，在本实施方式中，与比较例所涉及的轨道J2、K2相比，通过上外侧及下外侧的轨道J3、K3的离子束的纵向发散得以抑制。由此，能够防止受到从扫描电极装置400射出的离子束纵向扩展的影响。
另一方面，如图21(a)所示，通过靠近射束输送补正入口电极体454的中心轨道F3的离子束由于受到射束输送补正入口电极体454的影响而偏离设计轨道F1。这是因为，由于射束输送补正入口电极体454的存在，在射束输送补正入口电极体454周围的偏转电场产生应变，如同通过靠近射束输送补正入口电极体454的轨道的离子那样相对强烈偏转。其结果，在离子束的基准轨道附近产生像差，并导致通过扫描电极装置400的离子束的射束质量劣化。
因此，在本实施方式中，通过在上游第1基准电压电极310的中央部320设置像差补正部324来抑制在离子束的基准轨道附近产生的像差的影响。图22(a)及图22(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极310及扫描电极装置400的离子束的轨道的图。如图所示，像差补正部324设置成向射束输送补正入口电极体454突出。像差补正部324具有在像差补正部324附近局部屏蔽扫描电极装置400所生成的偏转电场的效果。其结果，通过中心轨道F4的离子束通过像差补正部324局部屏蔽偏转电场，且偏转电场所起的实际作用距离变短。由此抑制如同通过靠近射束输送补正入口电极体454的轨道的离子那样相对强烈地偏转的影响。因此，通过设置像差补正部324能够抑制在离子束的基准轨道附近产生的像差的影响，并提高射束质量。而且，上游电极装置300可以构成为，具有与射束输送补正电极450建立相互关联来对射入扫描电极装置400的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
图23(a)及图23(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游电极装置300及扫描电极装置400的离子束的轨道的图。本图中示出，在上游第1基准电压电极310的上游追加上游中间电极330及上游第2基准电压电极350的结构。如上所述，通过在上游中间电极330施加高于抑制电压的电压，上游电极装置300发挥单透镜的功能。即，上游电极装置300在近前处横向会聚射入扫描电极装置400的离子束。由此，如图23(a)所示，与没有单透镜时的轨道E4、G4相比，能够横向会聚通过中心轨道的右外侧及左外侧的轨道E5、G5的离子束。
图24(a)及图24(b)为表示变形例所涉及的射束输送补正电极450的概略形状的图。上述实施方式中，射束输送补正电极450具有从扫描电极装置400的入口402延伸至出口404的直线部452。如图24(a)所示，变形例所涉及的射束输送补正电极450中，可以仅在扫描电极装置400的上游侧设置直线部452，以使其长度较短。并且，如图24(b)所示，变形例所涉及的射束输送补正电极450中，也可以不设置直线部452，而通过包含在扫描电极装置400的入口402附近的射束输送补正入口电极体454而构成射束输送补正电极450。与上述实施方式同样，在这种变形例中也能够在扫描电极装置400的入口402附近纵向会聚离子束，并且发挥抑制零电场效应的发生的效果。
图25为示意地表示通过变形例所涉及的上游第1基准电压电极1310及扫描电极装置400的离子束的轨道的图。上述实施方式中，如图21(a)所示，示出通过靠近射束输送补正入口电极体454的中心轨道F3的离子束受到射束输送补正入口电极体454的影响而强烈偏转的情况。另一方面，示出本变形例中的通过靠近射束输送补正入口电极体454的中心轨道F6的离子束受到射束输送补正入口电极体454的影响而相对较弱地偏转的情况。根据射束输送补正入口电极体454的形状和配置的不同，因射束输送补正入口电极体454的存在，使得偏转电场的分布产生紊乱，如图所示，有时基准轨道附近的偏转程度会变弱。即使在这种情况下，在离子束的基准轨道附近产生像差，而导致通过扫描电极装置400的离子束的射束质量劣化。
因此，在本变形例中，通过在上游第1基准电压电极310的中央部320设置具有凹形形状的像差补正部326，来抑制在离子束的基准轨道附近产生的像差的影响。图26为示意地表示通过变形例所涉及的上游第1基准电压电极310及扫描电极装置400的离子束的轨道的图。如图所示，像差补正部326设置成，中央部320相对于射束输送补正入口电极体454凹陷，并具有下游面310b相对于扫描电极装置400凹陷的形状。换言之，上游第1基准电压电极310的中央部320的z方向厚度w11呈比侧方部322的z方向厚度w12小的开口形状。
像差补正部326具有扩张由扫描电极装置400生成的偏转电场所作用的区域的效果，通过中心轨道F7的离子束的偏转电场所起的实际作用距离变长。由此，抑制如同通过靠近射束输送补正入口电极体454的轨道的离子那样相对较弱地偏转的影响。因此，本变形例中，通过设置凹形形状的像差补正部326，能够抑制在离子束的基准轨道附近产生的像差的影响，并提高射束质量。
另外，设有像差补正部324、326的上游第1基准电压电极310也可以减少由射束输送补正电极450的射束输送补正入口电极体454产生的像差的影响的目的以外的用途使用。例如，即便在不在扫描电极装置400的入口402附近设置射束输送补正入口电极体454的情况下，若在通过基准轨道附近的离子束上产生像差，也可以以缓和该像差的影响的目的设置像差补正部324、326。例如，沿着基准轨道射入扫描电极装置400的离子束的偏转量相对较大时，可以在上游第1基准电压电极310设置具有凸形形状的像差补正部324。另一方面，沿着基准轨道射入扫描电极装置400的离子束的偏转量相对较小时，可在上游第1基准电压电极310设置具有凹形形状的像差补正部326即可。并且，通过像差补正部324、326补正的像差量可通过像差补正部324、326的形状来进行调整，因此，根据所需补正量确定像差补正部324、326的形状即可。
接着，回到图16(a)及图16(b)对下游电极装置500进行详述。构成下游电极装置500的电极从扫描电极装置400的出口404朝向下游方向，依次配置有下游第1基准电压电极510、下游第1中间电极530、下游第2基准电压电极550、下游第2中间电极570、下游第3基准电压电极590。
下游第1基准电压电极510、下游第1中间电极530、下游第2基准电压电极550、下游第2中间电极570及下游第3基准电压电极590分别具有离子束通过用开口部512、532、552、572、592。下游电极装置500上由于有通过扫描电极装置400而横向扫描的离子束射入，因此，这些电极的开口部512、532、552、572、592具有横向偏长的形状。
构成下游电极装置500的电极的开口部形成为，横向开口宽度如配置于下游侧的电极那样宽。例如，下游第1中间电极530的横向开口宽度w4大于下游第1基准电压电极510的横向开口宽度w3。并且，下游第2基准电压电极550的横向开口宽度w5大于下游第1中间电极530的横向开口宽度w4。
下游第1基准电压电极510以外的电极开口部532、552、572、592具有横向偏长的剖面为矩形的形状。另一方面，下游第1基准电压电极510的开口部512如后述图27(a)所示，具有左右两端的开口宽度向纵向(y方向)扩展的剖面形状。
下游第1基准电压电极510、下游第2基准电压电极550及下游第3基准电压电极590为一般的接地电位。因此，下游第1基准电压电极510、下游第2基准电压电极550及下游第3基准电压电极590也可分别被称为下游第1接地电极、下游第2接地电极及下游第3接地电极。另外，下游第1基准电压电极510、下游第2基准电压电极550及下游第3基准电压电极590上可以分别施加成为基准电压的其他电位，而非接地电位。
配置于下游第1基准电压电极510与下游第2基准电压电极550之间的下游第1中间电极530上施加有几十kV的正高电压，例如，施加有+30kV至+50kV左右的电压。由此，下游第1基准电压电极510、下游第1中间电极530及下游第2基准电压电极550发挥单透镜的功能。因此，下游第1中间电极530也被称为单电极。由此，下游第1基准电压电极510、下游第1中间电极530及下游第2基准电压电极550纵向或横向会聚通过下游电极装置500的离子束，并对通过下游电极装置500的离子束进行整形。因此，下游电极装置500构成为，具有对从扫描电极装置400射出的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
并且，配置于下游第2基准电压电极550与下游第3基准电压电极590之间的下游第2中间电极570上施加有几kV左右的负高电压，例如，施加有-1kV至-10kV左右的电压。由此，下游第2中间电极570发挥抑制电子侵入到扫描电极装置400的抑制电极的功能。并且，通过在下游第2中间电极570的上游侧及下游侧两侧设置基准电压电极，抑制电极的电子屏蔽效应得以提高。因此，下游电极装置500也能够被称为对从扫描电极装置400射出的离子束具有电子抑制作用的抑制电极装置。
图27(a)及图27(b)为表示下游第1基准电压电极510的概略形状的图。图27(a)示出下游第1基准电压电极510的下游面510b的外观，并且以虚线示出配置于下游第1基准电压电极510的上游的扫描电极410的位置。图27(b)表示图27(a)的X-X线剖面。如图所示，下游第1基准电压电极510的开口部512具有横向偏长的大致矩形形状，并具有开口宽度朝向逐渐向左右两端纵向变大的形状。
下游第1基准电压电极510的开口部512中，侧方部522R、522L的纵向开口宽度h2大于与基准轨道Z对应的中央部520的纵向开口宽度h1。并且，中央部520附近的中央区域X1中纵向开口宽度以h1保持恒定，而侧方部522R、522L附近的侧方区域X2中纵向开口宽度则随着靠近左右两端而逐渐变大。其中，所谓侧方区域X2是指与扫描电极410的下游侧的端部对置的位置，且与扫描电极410的电极面412R、412L的下游端部422R、422L对置的位置。
扫描电极410的下游端部422R、422L的附近不同于稍微远离电极面412R、412L的位置，呈应变电场分布。这是因为，通常电极的端部附近与电极面的中央附近相比，电场分布容易紊乱。因此，通过扫描电极410的下游端部422R、422L的附近的离子束受到产生应变的偏转电场的影响而导致向意外的方向会聚。本实施方式中，位于与扫描电极410的下游端部422R、422L对置的位置的一侧区域X2中，通过加宽下游第1基准电压电极510的开口部512的纵向开口宽度，来缓和该应变偏转电场的影响。
图28为表示下游第1基准电压电极510及下游第1中间电极530的概略结构的图。下游第1中间电极530具有与基准轨道Z正交的上游面530a，且具有在基准轨道Z所处的中央部540附近，上游面530a朝下游第1基准电压电极510凸出的形状。并且，下游第1中间电极530具有包围开口部532的上表面534、下表面535、右侧面536及左侧面537，且具有上表面534及下表面535的中央部540朝下游第1基准电压电极510凸出的形状。因此，下游第1中间电极530的沿着开口部532的基准轨道Z的z方向厚度，中央部540的厚度w7大于侧方部542R、542L的厚度w8。并且，下游第1中间电极530的开口部532的中央区域X1的z方向厚度w7恒定，侧方区域X2的z方向厚度逐渐变小，侧方区域X2的外侧的厚度w8比中央区域X1小。
另一方面，下游第1基准电压电极510中与基准轨道Z正交的下游面510b为平坦面。即，下游第1基准电压电极510的开口部512的z方向厚度w6在中央区域X1及侧方区域X2均恒定。因此，就下游第1基准电压电极510的下游面510b与下游第1中间电极530的上游面530a之间的距离而言，在中央区域X1的距离L1较小，侧方区域X2中的距离逐渐变宽，在侧方区域X2的外侧距离L2变大。
本实施方式中，通过倾斜设计在侧方区域X2中下游第1基准电压电极510与下游第1中间电极530的間隔，来缓和因纵向加宽下游第1基准电压电极510的开口部512的开口宽度而产生的像差的影响。而且，下游电极装置500可以构成为，对从扫描电极装置400射出的离子束中产生的偏转像差进行补正的电极透镜。下游电极装置500尤其可以对从扫描电极装置400射出的离子束当中，在通过扫描电极410的下游端部422附近的离子束产生的偏转像差进行补正。
以下，例举比较例所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极，并示出在侧方区域X2纵向加宽下游第1基准电压电极510的开口部512的效果。接着，示出在侧方区域X2，倾斜设计下游第1基准电压电极510与下游第1中间电极530的间隔的效果。
图29为示意地表示通过比较例所涉及的扫描电极装置400、下游第1基准电压电极1510及下游第1中间电极1530的离子束的轨道的图。图30为表示比较例所涉及的下游第1基准电压电极1510的概略形状的图。如图30所示，比较例所涉及的下游第1基准电压电极1510的开口部1512的形状为矩形形状，并具有中央部1520和侧方部1522R、1522L处纵向开口宽度h1恒定的形状。并且，如图29所示，比较例所涉及的下游第1中间电极1530的中央部没有向下游第1基准电压电极1510突出，而下游第1基准电压电极1510与下游第1中间电极1530之间的间隔恒定。
图29中，虚线所示的离子束的轨道E1、G1表示横向束径DX1较小的情况，实线所示的离子束的轨道E2、G2表示横向束径DX2较大的情况。离子束的电流值较低时，由空间电荷效应引起的射束发散的影响较小，因此，如以虚线所示，即使缩小束径DX1也容易输送剖面形状均匀的射束质量高的离子束。然而，当离子束的电流值较高时，由空间电荷效应导致射束容易发散，因此难以通过虚线所示的小束径DX1输送离子束。因此，为了输送高电流的离子束，需要设成如实线所示的大束径DX2。
若要以使用用于输送小束径DX1的离子束的设备来输送大束径DX2的离子束，则通过射束轨道的外侧的离子接近电极的开口端。与开口部的中央相比，在电极的开口端附近的电场分布产生紊乱，因此通过此处的离子束会向意外的方向偏转或会聚。例如，向右方向偏转离子束时，通过右外侧的轨道G2的离子束通过右扫描电极410R的下游端部422R、或接近下游第1基准电压电极1510的右侧面1516的上游端部1516a的地点Q。该地点Q与通过左外侧的轨道E2的离子束所通过的地点P相比，电场分布的紊乱较大，且离子束容易纵向(y方向)会聚。这样一来，只有通过右外侧的轨道G2的离子束大幅纵向会聚，并产生像差。这样会导致所输送的离子束的射束质量劣化。
若要使通过外侧轨道的离子束不通过电极的开口端附近，则有可能防止这种现象的发生。然而，为了不让离子束通过电极的开口端附近，需要加大设置于各种电极的离子束通过用开口部，其结果，不得不加大下游侧的电极尺寸。并且，若电极尺寸变大，则必须加大向电极施加高电压的电源的容量。这样一来会导致装置整体变大，且增加装置成本。
因此，在本实施方式中，通过在与扫描电极410的下游端部422对置的位置即侧方区域使用加宽纵向开口宽度的下游第1基准电压电极510来抑制上述像差的影响。图31为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的扫描电极装置400、下游第1基准电压电极510及下游第1中间电极1530的离子束的轨道的图。下游第1基准电压电极510具有在侧方部522纵向开口宽度变宽的形状，因此能够缓和通过右外侧的轨道G3的离子束通过地点Q时产生的纵向会聚。
然而，若在下游第1基准电压电极510的侧方部522加宽纵向开口宽度，则会引起其他像差的产生。若改变下游第1基准电压电极510的开口形状，则会变得不同于下游第1中间电极530的开口形状，因此下游第1基准电压电极510与下游第1中间电极530之间的电场分布会产生紊乱。尤其在为了使下游第1中间电极530具备单电极的功能而施加高电压时，电场分布的紊乱会更加明显，只有通过下游第1基准电压电极510的侧方部522附近的离子束才横向会聚而产生其他像差。
因此，在本实施方式中，在与扫描电极410的下游端部422对置的位置即侧方区域，通过倾斜设计下游第1基准电压电极510与下游第1中间电极530之间的距离，来抑制上述其他像差的产生。图32为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的扫描电极装置400、下游第1基准电压电极510及下游第1中间电极530的离子束的轨道的图。如图所示，下游第1中间电极530具有如下形状，即下游第1基准电压电极510与下游第1中间电极530之间的距离中，与下游第1中间电极530的中央部540的距离L1相比侧方部542的距离L2更长。因此，通过倾斜设计，以使与下游第1基准电压电极510的侧方部522对置的位置，下游第1基准电压电极510与下游第1中间电极530的距离随着朝向左右两端逐渐变长。由此针对通过右外侧的轨道G4的离子束，能够缓和在下游第1基准电压电极510的侧方部522附近发生的横向会聚，并抑制射束质量的下降。
图33为示意地表示变形例所涉及的下游第1基准电压电极510及下游第1中间电极530的概略形状的图。上述实施方式所涉及的下游第1基准电压电极510及下游第1中间电极530通过使下游第1中间电极530的上游面530a朝下游第1基准电压电极510突出，来改变中央区域X1中的距离L1与侧方区域X2的外侧的距离L2。本变形例中，通过使下游第1基准电压电极510的下游面510b朝下游第1中间电极530突出，来缩小中央区域X1中的距离L1，以加大侧方区域X2的外侧距离L2。因此，变形例所涉及的下游第1基准电压电极510的侧方部522中的z方向厚度w6较小，中央部520中的厚度w9较大。并且，包围开口部512的四个面中，上表面及下表面的中央部520具有朝下游第1中间电极530突出的形状。由此，与上述实施方式同样能够缓和通过侧方区域X2的离子束中产生的横向像差。
图34(a)及图34(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游电极装置600及扫描电极装置400的离子束的轨道的图。本实施方式所涉及的上游电极装置600与上述实施方式或变形例所涉及的上游电极装置300不同，在上游第1基准电压电极610上没有设置凹部或凸部。并且，上游第1基准电压电极610的开口部的z方向厚度w10大于上述实施方式或变形例所涉及的上游第1基准电压电极310。以下，针对上游电极装置600，以与上述实施方式所涉及的上游电极装置300的不同点为中心进行说明。
当射束输送补正电极450的射束输送补正入口电极体454的纵向会聚效应不够充分时，通过纵向会聚射入扫描电极装置400之前的离子束，来备份射束输送补正入口电极体454的作用，以此作为目的之一而配置上游电极装置600。即，上游电极装置600具有设置于扫描电极装置400的上游的会聚部的作用。为了提高纵向会聚的效果，在上游电极装置600的上游中间电极630上施加比屏蔽电子时所需的抑制电压大致大几倍的高电压。
此时，若向上游中间电极630施加高电压，则有可能对扫描电极装置400所生成的偏转电场造成影响。因此，为了充分屏蔽上游中间电极630所生成的单电场，而加厚上游第1基准电压电极610的z方向厚度w10。为了提高单电场的屏蔽效应，上游第1基准电压电极610的z方向厚度w10优选与上游第1基准电压电极610的纵向开口宽度h10大致相同，或比其大。由此，能够防止对扫描电极装置400所生成的偏转电场的影响，并且在近前处纵向会聚射入扫描电极装置400的离子束。由此，能够抑制从扫描电极装置400射出的离子束的纵向发散。
图35(a)、图35(b)及图35(c)为表示变形例所涉及的上游电极装置600及扫描电极装置400的概略结构的图。变形例中，可以通过将构成上游电极装置600的电极的电极面设为弧形形状，而具有横向会聚功能。
如图35(a)所示，可以以上游第2基准电压电极650的下游面650b为凹面，以上游中间电极630的上游面630a为凸面形成第1凸透镜，并且以上游中间电极630的下游面630b为凸面，以上游第1基准电压电极610的上游面610a为凹面形成第2凸透镜。
如图35(b)所示，可以以上游第2基准电压电极650的下游面650b为凹面，以上游中间电极630的上游面630a为凸面形成凸透镜，另一方面，也可以不以上游中间电极630的下游面630b及上游第1基准电压电极610的上游面610a为平坦面形成透镜。
如图35(c)所示，可以以上游第2基准电压电极650的下游面650b为凹面，以上游中间电极630的上游面630a为凸面形成凸透镜，并以上游中间电极630的下游面630b为凹面，以上游第1基准电压电极610的上游面610a为凸面形成凹透镜。
以下，举出本发明的几个方式。
1-1.一种实施方式所涉及的离子注入装置去，其具备扫描单元，该扫描单元包含：扫描电极装置，向沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场来向与所述基准轨道正交的横向扫描离子束；及上游电极装置，由设置于所述扫描电极装置的上游的多个电极体构成。
所述扫描电极装置具备：
一对扫描电极，隔着所述基准轨道在所述横向对置而设；及
一对射束输送补正电极，隔着所述基准轨道在与所述横向正交的纵向对置而设。
所述一对射束输送补正电极在所述扫描电极装置的入口附近，分别具有朝向所述基准轨道向所述纵向延伸的射束输送补正入口电极体。
1-2.所述射束输送补正电极具有从所述扫描电极装置的入口延伸至出口的直线部，
所述射束输送补正入口电极体可以设置成，在所述扫描电极装置的入口附近从所述直线部向所述基准轨道突出。
1-3.所述射束输送补正入口电极体可以是厚度方向与所述横向一致的板状部件。
1-4.所述上游电极装置可以具备配置于所述扫描电极装置的正上游，且离子束通过用开口部的上游第1基准电压电极。
所述上游第1基准电压电极具有：
下游面，与所述扫描电极装置对置，且与所述基准轨道正交；及
一对像差补正部，设置成在所述下游面，在所述纵向隔着所述开口部，且具有从所述下游面向所述扫描电极装置凸出或凹陷的形状，
通过设置所述一对像差补正部，沿着所述基准轨道方向的所述开口部的厚度在位于所述基准轨道的附近的中央部与所述横向远离所述中央部的侧方部不同。
1-5.所述一对像差补正部分别为向所述扫描电极装置凸出的形状，且具有隔着所述开口部在所述纵向对置的面成为三角形形状或梯形形状的形状，
沿着所述基准轨道的方向的所述开口部的厚度可以相比所述侧方部，在所述中央部更大。
1-6.所述上游电极装置还可以具备向所述纵向和/或所述横向会聚射入所述扫描电极装置的离子束的会聚部。
1-7.所述上游电极装置还可以具备配置于所述上游第1基准电压电极的上游的上游第2基准电压电极；及配置于所述上游第1基准电压电极与所述上游第2基准电压电极之间的上游中间电极。
所述上游中间电极及所述上游第2基准电压电极在与所述上游第1基准电压电极的开口部连通的位置分别具有离子束通过用开口部，
所述上游中间电极上施加有不同于所述上游第1基准电压电极及所述上游第2基准电压电极的电位的高电压，并具有向所述纵向和/或所述横向会聚射入所述扫描电极装置的离子束的功能。
1-8.所述上游电极装置可以构成为，具有对射入所述扫描电极装置的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
1-9.所述上游电极装置可以构成为，具有通过与所述射束输送补正电极建立相互关联来对射入所述扫描电极装置的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
1-10.所述上游电极装置可以构成为对射入所述扫描电极装置的离子束具有电子抑制作用的抑制电极装置。
1-11.所述扫描单元还可以具备由设置于所述扫描电极装置的下游的多个电极体构成的下游电极装置。
1-12.所述下游电极装置可以构成为具有对从所述扫描电极装置射出的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
1-13.所述下游电极装置可以构成为，具有通过与所述射束输送补正电极建立相互关联来对从所述扫描电极装置射出的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
1-14.所述下游电极装置可以构成为对从所述扫描电极装置射出的离子束具有电子抑制作用的抑制电极装置。
1-15.所述射束输送补正电极可以构成为对通过所述扫描电极装置的离子束的形状进行整形或调整的作用的补正电极。
1-16.一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备扫面单元，该扫描单元包含：扫描电极装置，向沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场，以向与所述基准轨道正交的横向扫描离子束；及上游电极装置，由设置于所述扫描电极装置的上游的多个电极体构成。
所述上游电极装置具备配置于所述扫描电极装置的正上游，且设有离子束通过用开口部的上游第1基准电压电极，
所述上游第1基准电压电极具有：
下游面，与所述扫描电极装置对置，且与所述基准轨道正交；及
一对像差补正部，设置成在所述下游面，在与所述横向正交的纵向隔着所述开口部，且具有从所述下游面向所述扫描电极装置凸出或凹陷的形状，
通过设置所述一对像差补正部，沿着所述基准轨道的方向的所述开口部的厚度在所位于所述基准轨道附近的中央部与所述横向远离所述中央部的侧方部不同。
2-1.一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备扫描单元，该扫描单元包含：扫描电极装置，在沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场来向与所述基准轨道正交的横向扫描离子束；下游电极装置，配置于所述扫描电极装置的下游，且设有向所述横向扫描的离子束通过用开口部。
所述扫描电极装置具有隔着所述基准轨道而向所述横向对置而设的一对扫描电极，
所述下游电极装置的开口部具有电极体，该电极体构成为，与所述基准轨道及所述横向双向正交的纵向开口宽度和/或沿着所述基准轨道的方向的厚度，在所述基准轨道所处的中央部和、与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近不同。
2-2.所述下游电极装置可以构成为，对通过所述扫描电极装置扫描偏转之后从所述扫描电极装置射出的离子束中所产生的偏转像差进行补正的电极透镜。
2-3.所述下游电极装置可以构成为，对通过所述扫描电极装置扫描偏转之后从所述扫描电极装置射出的离子束当中通过扫描两端部附近的离子束中所产生的偏转像差进行补正的电极透镜。
2-4.所述下游电极装置可以具备配置于所述扫描电极装置的正下游的下游第1基准电压电极。
所述下游第1基准电压电极的开口部中，与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近的所述纵向开口宽度可以较所述基准轨道所处的中央部大。
2-5.所述下游第1基准电压电极的开口部的所述中央部附近的所述纵向开口宽度恒定，与所述扫描电极的下游端部对置位置附近的所述纵向开口宽度可以随着朝向开口部的左右两端逐渐变大。
2-6.所述下游电极装置还可以具备配置于所述下游第1基准电压电极的下游的下游第2基准电压电极；及配置于所述下游第1基准电压电极与所述下游第2基准电压电极之间的下游第1中间电极。
所述下游第1中间电极及所述下游第2基准电压电极在与所述下游第1基准电压电极的开口部连通的位置分别具有离子束通过用开口部，
所述下游第1中间电极上施加有不同于所述下游第1基准电压电极及所述下游第2基准电压电极的电位的高电压，
所述下游第1基准电压电极具有与所述下游第1中间电极对置，且与所述基准轨道正交的下游面，
所述下游第1中间电极具有与所述下游第1基准电压电极对置，且与所述基准轨道正交的上游面，
所述下游第1基准电压电极及所述下游第1中间电极可以具有，所述下游第1基准电压电极的所述下游面与所述下游第1中间电极的所述上游面之间的距离较所述基准轨道所处的中央部，在与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近变大的形状。
2-7.所述下游第1基准电压电极及所述下游第1中间电极在与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近，所述下游第1基准电压电极的所述下游面与所述下游第1中间电极的所述上游面之间的距离可以随着朝向开口部的左右两端而逐渐变大。
2-8.所述下游第1中间电极的所述上游面可以具有在所述基准轨道所处的中央部附近向所述下游第1基准电压电极凸出的形状。
2-9.所述下游第1基准电压电极所述下游面可以具有在所述基准轨道所处的中央部附近向所述下游第1中间电极凸出的形状。
2-10.所述下游第1中间电极的开口部的所述横向开口宽度可以大于所述下游第1基准电压电极，
所述下游第2基准电压电极的开口部的所述横向开口宽度可以大于所述下游第1中间电极。
2-11.所述下游电极装置还可以具备配置于所述下游第2基准电压电极的下游的下游第3基准电压电极；及配置于所述下游第2基准电压电极与所述下游第3基准电压电极之间的下游第2中间电极。
所述下游第2中间电极及所述下游第3基准电压电极在与所述下游第2基准电压电极的开口部连通的位置分别具有离子束通过用开口部，
所述下游第2中间电极可以具有，施加有不同于所述下游第2基准电压电极及所述下游第3基准电压电极的电位的高电压，且抑制电子侵入到所述扫描电极装置的功能。
2-12.所述下游第1中间电极可以具有，施加有绝对值大于所述下游第2中间电极的电位的高电压，且向所述纵向或所述横向会聚从所述扫描电极装置射出的离子束的功能。
2-13.所述扫描单元还可以包含由设置于所述扫描电极装置的上游的多个电极体构成的上游电极装置。
2-14.所述上游电极装置可以构成为具有对射入所述扫描电极装置的离子束的形状进行整形或调整的作用的电极透镜。
2-15.所述上游电极装置可以构成为对射入所述扫描电极装置的离子束具有电子抑制作用的抑制电极装置。
2-16.所述扫描电极装置可以包含隔着所述基准轨道而在所述横向对置而设的一对扫描电极；及隔着所述基准轨道而在所述纵向对置而设的一对射束输送补正电极。
所述射束输送补正电极可以构成为，对通过所述扫描电极装置的离子束的射束形状具有整形作用或调整作用的补正电极。
2-17.所述扫描电极装置可以包含：隔着所述基准轨道在所述横向对置而设的一对扫描电极；及隔着所述基准轨道在所述纵向对置而设的一对射束输送补正电极。
所述下游电极装置可以构成为，通过与所述上游电极装置及所述射束输送补正电极建立相互关联，对从所述扫描电极装置射出的离子束的射束形状具有整形作用或调整作用的电极透镜。

Claims (17)

1.一种离子注入装置，其具备扫描单元，该扫描单元包括：扫描电极装置，向沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场，以向与所述基准轨道正交的横向扫描离子束；及下游电极装置，配置于所述扫描电极装置的下游，且设有供所述横向扫描的离子束通过的开口部，该离子注入装置的特征在于，
所述扫描电极装置具有隔着所述基准轨道在所述横向对置而设的一对扫描电极，
所述下游电极装置的开口部具有电极体，该电极体构成为，与所述基准轨道及所述横向双向正交的纵向开口宽度和/或沿着所述基准轨道的方向的厚度，在所述基准轨道所处的中央部和与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近不同。
2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游电极装置构成为，通过所述扫描电极装置扫描偏转之后，对从所述扫描电极装置射出的离子束中产生的偏转像差进行补正的电极透镜。
3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游电极装置构成为，通过所述扫描电极装置扫描偏转之后，对从所述扫描电极装置射出的离子束中在通过扫描两端部附近的离子束产生的偏转像差进行补正的电极透镜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游电极装置具备配置于所述扫描电极装置的立刻下游的下游第1基准电压电极，
相比所述基准轨道所处的中央部，在与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近，所述下游第1基准电压电极的开口部的所述纵向开口宽度更大。
5.根据权利要求4所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游第1基准电压电极的开口部的所述中央部附近的所述纵向开口宽度恒定，与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近的所述纵向开口宽度，随着朝向开口部的左右两端逐渐变宽。
6.根据权利要求4或5所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游电极装置还具备：配置于所述下游第1基准电压电极的下游的下游第2基准电压电极；及配置于所述下游第1基准电压电极与所述下游第2基准电压电极之间的下游第1中间电极，
所述下游第1中间电极及所述下游第2基准电压电极在与所述下游第1基准电压电极的开口部连通的位置分别具有离子束通过用开口部，
所述下游第1中间电极上施加有不同于所述下游第1基准电压电极和所述下游第2基准电压电极的电位的高电压，
所述下游第1基准电压电极具有与所述下游第1中间电极对置且与所述基准轨道正交的下游面，
所述下游第1中间电极具有与所述下游第1基准电压电极对置且与所述基准轨道正交的上游面，
所述下游第1基准电压电极和所述下游第1中间电极具有如下形状，即相比所述基准轨道所处的中央部，在与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近，所述下游第1基准电压电极的所述下游面与所述下游第1中间电极的所述上游面之间的距离更大。
7.根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游第1基准电压电极和所述下游第1中间电极，在与所述扫描电极的下游端部对置的位置附近，所述下游第1基准电压电极的所述下游面与所述下游第1中间电极的所述上游面之间的距离随着朝向开口部的左右两端而逐渐变大。
8.根据权利要求6或7所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游第1中间电极的所述上游面在所述基准轨道所处的中央部附近具有向所述下游第1基准电压电极凸出的形状。
9.根据权利要求6或7所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游第1基准电压电极的所述下游面具有在所述基准轨道所处的中央部附近向所述下游第1中间电极凸出的形状。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
相比所述下游第1基准电压电极，所述下游第1中间电极的开口部的所述横向开口宽度大，
相比所述下游第1中间电极，所述下游第2基准电压电极的开口部的所述横向开口宽度大。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游电极装置还具备：配置于所述下游第2基准电压电极的下游的下游第3基准电压电极；及配置于所述下游第2基准电压电极与所述下游第3基准电压电极之间的下游第2中间电极，
所述下游第2中间电极和所述下游第3基准电压电极在与所述下游第2基准电压电极的开口部连通的位置分别具有离子束通过用开口部，
所述下游第2中间电极上施加有不同于所述下游第2基准电压电极和所述下游第3基准电压电极的电位的高电压，并具有抑制电子侵入到所述扫描电极装置的功能。
12.根据权利要求11所述的离子注入装置，其特征在于，
所述下游第1中间电极上施加有绝对值大于所述下游第2中间电极的电位的高电压，并具有向所述纵向和/或所述横向会聚从所述扫描电极装置射出的离子束的功能。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述扫描单元还包括由设置于所述扫描电极装置的上游的多个电极体构成的上游电极装置。
14.根据权利要求13所述的离子注入装置，其特征在于，
所述上游电极装置构成为，对射入所述扫描电极装置的离子束的形状具有整形或调整作用的电极透镜。
15.根据权利要求13或14所述的离子注入装置，其特征在于，
所述上游电极装置构成为，对射入所述扫描电极装置的离子束具有电子抑制作用的抑制电极装置。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述扫描电极装置包括：隔着所述基准轨道在所述横向对置而设的一对扫描电极；及隔着所述基准轨道在所述纵向对置而设的一对射束输送补正电极，
所述射束输送补正电极构成为，对通过所述扫描电极装置的离子束的射束形状具有整形作用或调整作用的补正电极。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述扫描电极装置包括：隔着所述基准轨道在所述横向对置而设的一对扫描电极；及隔着所述基准轨道在所述纵向对置而设的一对射束输送补正电极，
所述下游电极装置构成为，通过与所述上游电极装置及所述射束输送补正电极建立相互关联，而对从所述扫描电极装置射出的离子束的射束形状具有整形作用或调整作用的电极透镜。
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