JP2006228667A - イオン照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低エネルギーのイオンビームでも多量にかつ平行性良く取り出すと共に、クリーンなイオン照射とイオンビームの厳重なモニタとを両立させることができる装置を提供する。
【解決手段】 このイオン照射装置は、イオン源２０から引き出され質量分離電磁石３２を通したイオンビーム３０を、Ｘ方向において二方向に偏向させる機能および両偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器８２と、それから導出されたイオンビームを曲げ戻して平行ビーム化するビーム平行化器８６、８８と、ビーム平行化器８６から導出されたイオンビーム３０が導入され被照射物２にイオンビームを照射して処理を行う処理室９０と、被照射物２をＹ方向に機械的に駆動する駆動機構９４と、ビーム平行化器８８から導出されたイオンビーム３０が導入されビーム計測器９６を用いてビーム計測のみを行う計測室９２とを備えている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えばイオン注入装置等のように、被照射物にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行うイオン照射装置に関する。

イオン照射の一例であるイオン注入を例に説明すると、近年は、被照射物（例えば半導体基板。以下同様）がより大型化すると共に、当該被照射物の表面にイオン注入を用いて形成される半導体デバイスがより微細化する傾向にある。

上記傾向に対応するために、低エネルギー（例えば５ｋｅＶ程度以下）のイオンビームを多量に、かつ平行性良く作り出すことができるイオン注入装置が求められている。

低エネルギーのイオンビームが求められているのは、半導体デバイスの微細化に伴って、イオンの注入深さも浅くなっており、これに対応するためである。

多量のイオンビームが求められているのは、大型の被照射物を高い処理能力（高スループット）で処理（イオン注入処理）することができるようにするためである。

平行性の良いイオンビームが求められているのは、平行性の悪いイオンビーム、換言すれば進行するにつれて広がるイオンビームは、被照射物の表面に溝または孔または断面が凸状の部位を有する場合、イオンビームが照射されない陰の部分を作るからである。また、平行性の悪いイオンビームを輸送すると、ビーム輸送系の限られた空間内においてイオンビームが構造物に当たってスパッタしやすくなり、その結果、ビーム輸送効率が低下すると共に、スパッタによって飛び出した汚染物質（例えば、不所望イオン種および不所望エネルギーのイオン）がイオンビーム中に混入しやすくなり、コンタミネーション（汚染）が多くなるからである。

更に、上記被照射物のより大型化および半導体デバイスのより微細化に対応するために、被照射物に対するよりクリーンなイオン照射と、イオン照射に使用されるイオンビームのより厳重なモニタとが可能なイオン注入装置が求められている。

よりクリーンなイオン照射が求められているのは、微細な半導体デバイスほど、汚染物質によって欠陥または特性劣化を生じやすいからである。それによって例えば、半導体基板表面に形成される半導体デバイスの歩留まりが低下する。

イオンビームのより厳重なモニタが求められているのは、低エネルギーのイオンビームはそれが持つ電荷の相互反発（即ち空間電荷効果。以下同様）によって広がりやすいので、高精度のイオン注入等のイオン照射を実現するためには、イオンビームのより厳重なモニタが必要であるからである。

上記低エネルギーのイオンビームを多量に作り出す要求を満たすことができると考えられる技術の一つとして、特許文献１には、複数のイオン引出しスリットを有するイオン源と、このイオン源から引き出されたイオンビームから特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石とを備えるイオン注入装置が提案されている。

上記イオン源（特許文献１中のイオン源アセンブリ）は、プラズマを生成する部分であって、互いに平行に並べられた複数のイオン引出しスリットを有するプラズマ生成部（特許文献１中のイオン源）と、このプラズマ生成部からイオンビームを引き出す電極系であって、プラズマ生成部のイオン引出しスリットに対応する複数のイオン引出しスリットを有する引出し電極系とを備えている。

上記質量分離電磁石（特許文献１中の磁気セクタ質量分析器）は、上記イオン源から引き出されたイオンビームを、そのプラズマ生成部および引出し電極系のイオン引出しスリットの長手方向と直交する面内で曲げて特定のイオン種を選別して導出するものである。

周知のイオン源のようにイオン引出しスリットを１個にしておいて単にそのサイズを大きくしてイオンビーム量を大きくしようとすると、イオン引出しスリット周りの引出し電界が大きく歪むので、イオンビームの発散が大きくなるのに対して、上記イオン源のようにイオン引出しスリットを複数にすることによって、イオンビームの発散を抑制しつつ、多量のイオンビームを引き出すことが可能になると考えられる。

一方、上記特許文献１には、被照射物に対するクリーンなイオン照射と、イオンビームの厳重なモニタとを実現する手段については何も記載されていない。

一般的に、従来のイオン注入装置では、被注入物にイオン注入を行う処理室内にビーム計測器を設けているので、イオンビームの厳重なモニタを行おうとすると、ビーム計測器によって、被注入物へのイオン注入部分周辺の構造が複雑化し、それによって、被注入物に対するクリーンなイオン注入と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができない。

例えば、特許文献２には、二つの処理室（末端エンドステーション）を有していて一方の処理室で被注入物に対してイオン注入を行っている間に、他方の処理室で被注入物の入れ替えを行うことができるようにして、スループット（即ち単位時間当たりの処理能力。以下同様）を向上させたイオン注入装置が記載されており、この特許文献２には明示されていないけれども、一般的に、イオンビームの計測を行うビーム計測器も、二つの処理室内にそれぞれ設けられていた。即ち、二つの処理室は、どちらもイオン注入とビーム計測の両方を行うものであって同一の機能を有しており、そのような二つの処理室を従来はスループット向上のために設けていた。

特開２００４−１３９９４４号公報（段落０００９−００１１、図１、図３） 特開昭５６−４８０５２号公報（４頁右上欄１−１８行、５頁左上欄９行−同右上欄３行、図１）

上記特許文献１および２に記載の技術を組み合わせても、上記要求の全てに応えることはできない。即ち、低エネルギーのイオンビームを多量にかつ平行性良く作り出すと共に、クリーンなイオン照射とイオンビームの厳重なモニタとを両立させる、ということはできない。これを以下に詳述する。

まず、上記特許文献１に記載のイオン注入装置について説明する。

上記イオン注入装置を構成する質量分離電磁石は、上記イオン源から導入された幅の広いイオンビームを、当該電磁石の出口部から下流側に離れて設けられた質量選択スリットの位置で焦点を結ぶようにイオンビームを曲げるものであり（特許文献１中の段落００３６、図１参照）、従って当該焦点よりも下流側に進むにつれてイオンビームは徐々に広がる。

上記のように広がるイオンビームは、平行性の悪いイオンビームと言い換えることができ、これは、被照射物の処理に好ましくない結果をもたらす。

例えば、被照射物の表面に溝（または孔または断面が凸状の部位。以下同様）を有する場合、例えば図１に示す例のように、溝８を有するレジスト膜６を半導体基板４の表面に形成して成る被照射物２にイオンビーム１０を照射してイオン注入を行う場合、イオンビーム１０の平行性が悪いと、溝８の部分に陰の部分１２が生じてしまい、しかも陰の部分の大きさが被照射物２の面内において互いに異なり、従って所望のイオン注入を行うことができなくなる。被照射物２がより大型化およびその表面に形成される半導体デバイスがより微細化すると、この陰の問題はより深刻になる。

また、平行性の悪いイオンビームを輸送すると、ビーム輸送系の限られた空間内においてイオンビームが構造物に当たってスパッタしやすくなり、その結果、ビーム輸送効率が低下すると共に、スパッタによって飛び出した汚染物質（例えば、不所望イオン種および不所望エネルギーのイオン）がイオンビーム中に混入しやすくなり、コンタミネーション（汚染）が多くなる。被照射物表面に形成される半導体デバイスがより微細化すると、このコンタミネーションの問題はより深刻になる。

次に、上記特許文献２に記載のイオン注入装置について説明する。

上記のような従来のイオン注入装置では、各処理室内にビーム計測器をそれぞれ有しているので、被注入物へのイオン注入部分周辺の構造が複雑化し、それによって、被注入物に対するクリーンなイオン注入と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができない。

即ち、上記のような従来のイオン注入装置では、処理室内においてイオンビームがビーム計測器に入射することによって、ビーム計測器からアウトガス等の汚染物質が発生し、これが被注入物に（より具体的にはその表面に）付着して被注入物を汚染するので、クリーンなイオン注入を行うことが難しい。

しかも、イオンビームの厳重なモニタのためにはビーム計測器も複雑化し、それによって汚染物質がより発生しやすくなるので、クリーンなイオン注入はできなくなる。ビーム計測器を簡素化すると、それらから発生する汚染物質は減るけれども、イオンビームの厳重なモニタができなくなる。

特に、低エネルギーのイオンビームほどその空間電荷効果によって広がりやすいので、低エネルギーのイオンビームの場合は特に、処理室内においてイオンビームがビーム計測器を含む色々な所に当たって汚染物質を発生させやすい。

更に、低エネルギーのイオンビームほどその空間電荷効果によって広がりやすいので、高精度のイオン注入を実現するためには、イオンビームのより厳重なモニタが必要であるけれども、そのためには複雑なビーム計測器が必要であり、そのようなビーム計測器を処理室内に設けていると、当該ビーム計測器から汚染物質がより発生しやすくなるので、クリーンなイオン注入とイオンビームの厳重なモニタとを両立させることは難しい。

上記のような課題は、被注入物にイオン注入を行うイオン注入装置に限らず、より一般的には、被照射物にイオンビームを照射して（即ちイオン照射を行って）イオン注入等の処理を行うイオン照射装置においても存在している。

そこでこの発明は、低エネルギーのイオンビームでも、多量にかつ平行性良く作り出すことができると共に、クリーンなイオン照射とイオンビームの厳重なモニタとを両立させることができる装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る第１のイオン照射装置は、（ａ）プラズマを生成する部分であって、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリットを有するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部からイオンビームを引き出す電極系であって、プラズマ生成部のイオン引出しスリットに対応する複数のイオン引出しスリットを有する引出し電極系とを備えるイオン源と、（ｂ）前記イオン源から引き出されたイオンビームを、前記プラズマ生成部および引出し電極系のイオン引出しスリットの長手方向と実質的に直交する面内で曲げて特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石であって、前記面内における平面形状が湾曲しているビーム偏向領域を有していて、当該ビーム偏向領域における磁束密度は、当該ビーム偏向領域の入口部からのイオンビーム進行方向への角度が大きくなるに従って大きくなり、かつ当該ビーム偏向領域の湾曲の外側方向へ行くに従って小さくなるように設定されていて、前記ビーム偏向領域の入口部に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビームを、前記ビーム偏向領域の出口部において集束させ、かつ当該出口部から互いに実質的に平行な状態で出射させる質量分離電磁石と、（ｃ）前記質量分離電磁石から導出されたイオンビームを、前記質量分離電磁石のイオンビーム偏向面内における一方向であるＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器と、（ｄ）前記ビーム走査器から前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器と、（ｅ）前記ビーム走査器から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器と、（ｆ）前記第１のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、被照射物が導入され、当該被照射物に前記イオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室と、（ｇ）前記処理室内において前記被照射物をイオンビームの照射領域内で前記Ｘ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構と、（ｈ）前記第２のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、当該イオンビームの計測を行うビーム計測器を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室とを備えていることを特徴としている。

上記イオン照射装置によれば、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリットを有するイオン源を備えているので、高エネルギーのイオンビームは勿論のこと、低エネルギーのイオンビームでも、多量にかつ発散を抑えて平行性良く引き出すことができると共に、イオン源から取り出されるイオンビームに含まれる不要イオン種の分離をする質量分離スリットを設ける場合は、そのスリット幅を狭くし、イオン種の質量分離能力をより高めることができる。

しかも、前記質量分離電磁石は、そのビーム偏向領域の入口部に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビームを、出口部において集束させ、かつ出口部から互いに実質的に平行な状態で出射させるので、イオンビームを平行性良く下流側へ取り出すことができる。

更に、上記イオン照射装置によれば、処理室において被照射物にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行い、計測室においては被照射物に対する処理を行わずイオンビームの計測のみを行うよう構成して機能分化を図っているので、処理室における被照射物へのイオン照射部分周辺の構造を簡素化することができる。

その結果、処理室においてイオンビームがビーム計測器に入射することによって汚染物質が発生することを抑制して、被照射物に対してクリーンなイオン照射を行うことができる。

しかも、計測室においては、被照射物の汚染を心配することなくビーム計測器を設けることができるので、イオンビームの厳重なモニタを行うことができる。

この発明に係る第２のイオン照射装置は、（ａ）プラズマを生成する部分であって、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリットを有するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部からイオンビームを引き出す電極系であって、プラズマ生成部のイオン引出しスリットに対応する複数のイオン引出しスリットを有する引出し電極系とを備えるイオン源と、（ｂ）前記イオン源から引き出されたイオンビームを、前記プラズマ生成部および引出し電極系のイオン引出しスリットの長手方向と実質的に直交する面内で曲げて特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石であって、前記面内における平面形状が湾曲しているビーム偏向領域を形成する相対向する磁極を有していて、当該磁極間のギャップ長は、前記ビーム偏向領域の入口部からのイオンビーム進行方向への角度が大きくなるに従って小さくなり、かつ前記ビーム偏向領域の湾曲の外側方向へ行くに従って大きくなるように設定されていて、前記ビーム偏向領域の入口部に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビームを、前記ビーム偏向領域の出口部において集束させ、かつ当該出口部から互いに実質的に平行な状態で出射させる質量分離電磁石と、（ｃ）前記質量分離電磁石から導出されたイオンビームを、前記質量分離電磁石のイオンビーム偏向面内における一方向であるＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器と、（ｄ）前記ビーム走査器から前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器と、（ｅ）前記ビーム走査器から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器と、（ｆ）前記第１のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、被照射物が導入され、当該被照射物に前記イオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室と、（ｇ）前記処理室内において前記被照射物をイオンビームの照射領域内で前記Ｘ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構と、（ｈ）前記第２のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、当該イオンビームの計測を行うビーム計測器を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室とを備えていることを特徴としている。

前記質量分離電磁石の磁極間においては、そこでの磁束密度Ｂとギャップ長ｇとの間には次式の関係があるので、即ち磁束密度Ｂとギャップ長ｇとは反比例の関係にあるので、ギャップ長ｇを上記のように設定することによっても、前記第１のイオン照射装置を構成する質量分離電磁石の場合と同様の作用を奏する。数１において、Ｆはコイルの起磁力、μ₀ は真空の透磁率、ｋ₁ は定数である。

［数１］
Ｂｇ＝Ｆμ₀ ＝ｋ₁

前記質量分離電磁石は、前記ビーム偏向領域の入口部に複数箇所からイオンビーム量の過半が進行方向に対して±４度以内に入るような平行状態で入射したイオンビームを、前記ビーム偏向領域の出口部でのイオンビーム偏向面内における幅が入口部の幅の１／５以下になるように集束させ、かつ当該出口部からイオンビーム量の過半が進行方向に対して±６度以内に入るような平行状態で出射させるものとしても良い。

前記質量分離電磁石の出口部の下流側付近に、前記特定のイオン種を通しその他のイオン種を阻止する質量分離スリットを設けておいても良い。

前記質量分離スリットと前記ビーム走査器との間において前記イオンビームの加速または減速を行う加減速器を更に備えていても良い。

前記処理室を構成する真空容器と、前記計測室を構成する真空容器とを互いに実質的に同じ構造にするのが好ましい。

前記処理室内において照射状態にある被照射物とイオンビームとの位置関係と、前記計測室内におけるビーム計測器とイオンビームとの位置関係とを、互いに実質的に同じにするのが好ましい。

２対の磁極を有する電磁石を用い、その内の一方の対の磁極が前記第１のビーム平行化器を構成し、他方の対の磁極が前記第２のビーム平行化器を構成するようにしても良い。

前記ビーム計測器は、前記イオンビームのビーム電流、断面寸法、位置および走査幅の内の少なくとも一つを計測するものとしても良い。

前記ビーム計測器からの計測情報を用いて、前記処理室に入射するイオンビームの制御を行う制御器を更に備えていても良い。

請求項１ないし３に記載の発明によれば、前記のような複数のイオン引出しスリットを有するイオン源および前記のようなビーム偏向を行う質量分離電磁石を備えているので、高エネルギーのイオンビームは勿論のこと、低エネルギーのイオンビームでも、多量にかつ平行性良く質量分離電磁石の下流側へ取り出すことができる。

即ち、平行性が良くて被照射物表面の溝または孔または断面が凸状の部位に陰の部分を作らず、かつイオン種およびエネルギーのコンタミネーションの少ない良質のイオンビームを多量に作り出すことができるので、被照射物に対して良質の処理を施すことができると共に、そのようなイオンビームを多量に取り出すことができるので、被照射物処理のスループットを高めることができる。

しかも、処理室において被照射物にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行い、計測室においては被照射物に対する処理を行わずイオンビームの計測のみを行うよう構成して機能分化を図っているので、被照射物に対するクリーンなイオン照射と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記のような質量分離スリットを設けているので、当該スリットが前記質量分離電磁石と協働して、幅広のイオン源から出る幅広のイオンビームでもイオンビームの質量分離性能をより向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、上記加減速器によって、平行性を維持しつつ多様なエネルギーのイオンビームを得ることができる、という更なる効果を奏する。

請求項６または７に記載の発明によれば、上記構成を採用することによって、処理室におけるイオン照射と、計測室におけるイオンビーム計測との物理的な環境（条件）がより近くなるので、イオン照射に使用されるイオンビームの計測状態を精度良くイオン照射に反映させることができる、という更なる効果を奏する。

請求項８に記載の発明によれば、上記電磁石を採用することによって、イオン照射装置の構成の簡素化と共に、前記イオン照射と厳重なモニタの一致性の具体的実現を図ることができる、という更なる効果を奏する。

請求項９に記載の発明によれば、上記ビーム計測器によって、必要に応じてイオンビームの多様な計測を行うことができる、という更なる効果を奏する。

請求項１０に記載の発明によれば、上記ビーム計測器からの計測情報を用いて、被照射物に対してより正確かつより安定したイオン照射を行うことができる、という更なる効果を奏する。

図２は、この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す概略平面図である。なお、これ以降の幾つかの図中には、各機器等の三次元空間における向きの例を示すために、一点で互いに直交する三軸、即ちＸ軸（例えば水平軸）、Ｙ軸（例えば垂直軸）およびＺ軸（例えば水平軸）を図示しており、必要に応じてこれらを参照して説明する。

このイオン照射装置は、イオンビーム３０を引き出すイオン源２０と、それから引き出されたイオンビーム３０から特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石３２と、それから導出されたイオンビーム３０をＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビーム３０をＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器８２と、それから前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビーム３０をＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器８６と、ビーム走査器８２から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビーム３０をＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器８８と、第１のビーム平行化器８６から導出されたイオンビーム３０が導入される部屋であって、前記被照射物（例えば半導体基板）２が導入され、それにイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室９０と、それの内部において被照射物２をイオンビーム３０の照射領域内でＸ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構９４と、第２のビーム平行化器８８から導出されたイオンビーム３０が導入される部屋であって、イオンビーム３０の計測を行うビーム計測器９６を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室９２とを備えている。

なお、イオン源２０から引き出されたイオンビームと、質量分離電磁石３２による質量分離後のイオンビームとは、その内容が異なるが、即ち前者は不要イオンを含むイオンビームであり、後者は質量分離された所要イオンビームであるが、両者の相違は自明であるので、この明細書では両者の符号を区別せずに、いずれもイオンビーム３０として表している。

イオン源２０から処理室９０および計測室９２までのイオンビーム３０が通る経路は、図示しない真空容器内にあり、真空雰囲気に保たれる。

イオン源２０は、図３に示す例のように、アーク放電、高周波放電、マイクロ波放電等によってガスや蒸気を電離させてプラズマを生成するプラズマ生成部２２と、このプラズマ生成部２２から（より具体的にはその内部のプラズマから）電界の作用でイオンビーム３０を引き出す引出し電極系２６とを備えている。

プラズマ生成部２２は、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリット２４を有している。より具体的には、各イオン引出しスリット２４は、Ｙ軸方向に長くＸ軸方向に短い形状（例えば長方形状、長円形状等）をしており、このような複数のイオン引出しスリット２４を、各イオン引出しスリット２４の長辺（または長軸）が互いに実質的に平行になるように、各イオン引出しスリット２４の短辺（または短軸）方向（この例ではＸ軸方向）に並べている。

引出し電極系２６は、図示例では１枚の電極で構成されているが、これに限られるものではなく、複数枚の電極で構成されていても良い。この引出し電極系２６も、プラズマ生成部２２の各イオン引出しスリット２４に対応する位置に、各イオン引出しスリット２４に対応する形状の複数のイオン引出しスリット２８を有している。この引出し電極系２６の各イオン引出しスリット２８から、断面がイオン引出しスリット２８の形状に対応した形状のイオンビーム３０が、矢印Ａ₁ 方向（この例ではＺ軸方向）に互いに実質的に平行な状態で引き出される。即ち、イオン源２０の複数箇所から、イオンビーム３０が互いに実質的に平行な状態で引き出され、これが質量分離電磁石３２に入射される。

図２を再び参照して、質量分離電磁石３２は、イオン源２０から入射されたイオンビーム３０を、イオン源２０のイオン引出しスリット２４、２８と実質的に直交する面内（この例ではＸ−Ｚ面内）で磁場４６によって曲げる領域であって、当該面内における平面形状が例えば半円形状または扇状等に湾曲しているビーム偏向領域４０を有している。

上記質量分離電磁石３２のより具体例を図４および図５に示す。図４は、図２中の質量分離電磁石の一例を示す概略縦断面図である。図５は、図４の線Ｃ₁ −Ｃ₁ に沿う概略横断面図であり、コイルの図示は省略している。

この質量分離電磁石３２は、例えば、縦断面形状がＣ形をした鉄芯３４と、この鉄芯３４の両端部にあってギャップをあけて相対向していて上記ビーム偏向領域４０を形成する一対の磁極３６と、鉄芯３４を励磁するコイル３８とを備えている。この相対向する磁極３６間に前記磁場４６が形成され、かつ前記イオン源２０からイオンビーム３０が導入される。

上記質量分離電磁石３２のビーム偏向領域４０における磁束密度Ｂは、当該ビーム偏向領域４０の入口部４２からのイオンビーム進行方向への角度α（図５参照）が大きくなるに従って大きくなり、かつ当該ビーム偏向領域４０の湾曲の外側へ行くに従って小さくなるように設定されており、それによって質量分離電磁石３２は、そのビーム偏向領域４０の入口部４２に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビーム３０を、ビーム偏向領域４０の出口部４４において集束させ、かつ出口部４４から互いに実質的に平行な状態で出射させるよう構成されている。

質量分離電磁石３２の磁極３６間においては、そこでの磁束密度Ｂとギャップ長ｇとの間には前記数１の関係があるので、即ち磁束密度Ｂとギャップ長ｇとは反比例の関係にあるので、ビーム偏向領域４０における上記のような磁束密度Ｂの分布を実現する一手段として、ギャップ長ｇを図３、図４に示す例のように設定しても良い。

即ちこの質量分離電磁石３２では、その磁極３６間のギャップ長ｇは、ビーム偏向領域４０の入口部４２からのイオンビーム進行方向への角度αが大きくなるに従って小さくなり、かつビーム偏向領域４０の湾曲の外側方向へ行くに従って大きくなるように設定されており、それによってこの質量分離電磁石３２は、ビーム偏向領域４０の入口部４２に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビーム３０を、ビーム偏向領域４０の出口部４４において集束させ、かつ出口部４４から互いに実質的に平行な状態で出射させるよう構成されている。

一例として、上記のようにギャップ長ｇを変化させた質量分離電磁石３２の図５中の線Ｏ−Ｒ₁ に沿う磁極３６の断面を図４中に実線４８で示し、線Ｏ−Ｒ₂ に沿う磁極３６の断面を図４中に一点鎖線５０で示す。

このイオン照射装置によれば、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリット２４、２８を有するイオン源２０を備えているので、高エネルギーのイオンビーム３０は勿論のこと、低エネルギーのイオンビーム３０でも、多量にかつ発散を抑えて平行性良く引き出すことができる。更に、イオン源２０から取り出されるイオンビーム３０に含まれる不要イオン種の分離をする後述する質量分離スリット５２を設ける場合は、そのスリット幅を狭くし、イオン種の質量分離能力をより高めることができる。

しかも、質量分離電磁石３２は、そのビーム偏向領域４０の入口部４２に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビーム３０を、出口部４４において集束させ、かつ出口部４４から互いに実質的に平行な状態で出射させるよう構成されているので、イオンビーム３０を平行性良く下流側へ取り出すことができる。

即ち、平行性が良くて被照射物２の表面の溝または孔または断面が凸状の部位に図１に示したような陰の部分１２を作らず、かつイオン種およびエネルギーのコンタミネーションの少ない良質なイオンビーム３０を多く取り出すことができるので、被照射物２に対して良質の処理を施すことができると共に、そのようなイオンビーム３０を多量に取り出すことができるので、被照射物２の処理のスループットを高めることができる。

なお、上記質量分離電磁石３２のビーム偏向領域４０に入り出て行くイオンビーム３０の特性を定量的に表現すると、上記質量分離電磁石３２は、例えば、図５を参照して、そのビーム偏向領域４０の入口部４２に複数箇所から入射したイオンビーム量の過半が進行方向Ａ₁ に対して±４度以内になるような平行状態で入射したイオンビーム３０を、ビーム偏向領域４０の出口部４４でのイオンビーム偏向面内における幅Ｗ₂ が入口部の幅Ｗ₁ の１／５以下になるように集束させ、かつ出口部４４からイオンビーム量の過半が進行方向Ａ₂ に対して±６度以内に入るような状態で出射させるものにするのが好ましい。

また、図２を参照して、質量分離電磁石３２の出口部４４の下流側付近に、この例のように、前記特定のイオン種を通しその他のイオン種を阻止する質量分離スリット５２を設けておくのが好ましい。そのようにすると、当該質量分離スリット５２と質量分離電磁石３２とが協働して、イオンビーム３０の質量分離性能（質量分解能）をより向上させることができる。

次に、質量分離電磁石３２（より具体的にはそのビーム偏向領域４０。以下同様）において、イオンビーム３０を上記のように出口部４４において集束させ、かつ出口部４４から互いに実質的に平行な状態で出射させることを実現する磁束密度Ｂのより具体的な設定の仕方を図６および図７を参照して説明する。

図６は、入口部角度θ₁ 、出口部角度θ₂ の質量分離電磁石３２における磁束密度Ｂとビーム軌道との関係を説明するための図である。図７は、図６の質量分離電磁石３２におけるビーム軌道角度θとビーム軌道半径ｒ等との関係を説明するための図である。いずれも、ビーム偏向領域４０の入口部４２および出口部４４が、基準線（直線）６０からの入口部角度θ₁ および出口部角度θ₂ をそれぞれ持っている一般的な場合のものである。なお、図５に示した質量分離電磁石３２は、この入口部角度θ₁ が０度、出口部角度θ₂ が１８０度の場合の例である。Ｏは中心点である。

今、質量分離電磁石３２のビーム偏向領域４０における磁束密度をＢ、イオンビーム３０の軌道半径をｒ、ビーム偏向領域４０における前記基準線６０からのビーム軌道角度をθ、イオンビーム３０の中の所望のイオンの質量をｍ、電荷をｅ、イオンビーム３０のエネルギーをＥ、ビーム偏向領域４０の入口部４２の内側位置でのイオンビーム３０の軌道半径をｒ_a 、同外側位置での軌道半径をｒ_c 、ビーム偏向領域４０の出口部４４でのイオンビーム３０の軌道半径をｒ_b とする。

以上の内で、磁束密度Ｂおよびビーム軌道半径ｒ以外は既知であり、磁束密度Ｂはビーム軌道角度θの関数で表すと以下のようになる。

磁束密度Ｂの磁場中でのイオンビーム３０の軌道半径ｒは一般的に次式で表される。

［数２］
Ｂｒ＝ｅ^-1√（２ｍＥ）

質量分離電磁石３２の出口部４４から出るイオンビーム３０が集束され、かつ互いに平行であるためには、図７に示すような、ビーム軌道半径ｒを縦軸、ビーム軌道角度θを横軸とする平面において、ｒ_a およびｒ_b を通る直線６８に、ｒ_c およびｒ_b を通る円弧７０がｒ_b において接すれば良いので、円弧７０の中心Ｐの座標を（θ_k 、ｒ_k ）とし、半径をｎとすれば、次の数３およびそれを変形した数４が成立する。

［数３］
（ｒ−ｒ_k ）² ＋（θ−θ_k ）² ＝ｎ²

［数４］
ｒ＝ｒ_k ＋√｛ｎ² −（θ−θ_k ）² ｝

一方、ｒ_a ＝ｒ_b とした場合のｒ_a およびｒ_b を通る直線６６からの上記直線６８の傾斜角をψ（プサイ）とすると、次の数５およびそれを変形した数６が成立する。

［数５］
ｔａｎψ＝（ｒ_b −ｒ_a ）／（θ₂ −θ₁ ）

［数６］
ψ＝ｔａｎ^-1｛（ｒ_b −ｒ_a ）／（θ₂ −θ₁ ）｝

上記中心Ｐの座標の各成分は次式で表される。

［数７］
θ_k ＝θ₂ ＋ｎ・ｓｉｎψ

［数８］
ｒ_k ＝ｒ_b ＋ｎ・ｃｏｓψ

円弧７０がｒ_c を通ることにより、数３のｒにｒ_c を代入し、θにθ₁ を代入すると次式が得られる。

［数９］
（ｒ_c −ｒ_k ）² ＋（θ₁ −θ_k ）² ＝ｎ²

上記式に数７のθ_k および数８のｒ_k を代入すると次式となる。

［数１０］
（ｒ_c −ｒ_b −ｎ・ｃｏｓψ）² ＋（θ₁ −θ₂ −ｎ・ｓｉｎψ）² ＝ｎ²

上記式を変形し、（ｃｏｓψ）² ＋（ｓｉｎψ）² ＝１を適用すると、ｎ² に関する項は消え、次の数１１およびそれを変形した数１２が得られる。

［数１１］
（ｒ_c −ｒ_b ）² ＋（θ₁ −θ₂ ）² ＝２ｎ｛（ｒ_c −ｒ_b ）ｃｏｓψ＋（θ₁ −θ₂ ）ｓｉｎψ｝

［数１２］
ｎ＝｛（ｒ_c −ｒ_b ）² ＋（θ₁ −θ₂ ）² ｝／２｛（ｒ_c −ｒ_b ）ｃｏｓψ＋（θ₁ −θ₂ ）ｓｉｎψ｝

また、上記数２と数４とから次式が導かれる。

［数１３］
Ｂ＝ｅ^-1√（２ｍＥ）／［ｒ_k ＋√｛ｎ² −（θ−θ_k ）² ｝］

上記数１２の半径ｎは既知の値から成り、その結果、数１３の磁束密度Ｂは、ビーム軌道角度θの変数のみに依存する関係になる。即ち、数１３の磁束密度Ｂは、ビーム軌道角度θを除き、既知（条件設定）の数値から構成されている。従って、上記数１３に従って、質量分離電磁石３２のビーム偏向領域４０の各位置における磁束密度Ｂを（即ち磁束密度Ｂの分布を）設定することにより、前述したような質量分離電磁石３２を構成することができる。

また、磁束密度Ｂとギャップ長ｇとの間には前記数１の関係があるので、上記のようにして磁束密度Ｂが定まれば、そのような磁束密度Ｂを実現するギャップ長ｇを設定することができる。

なお、実際の質量分離電磁石３２の製作に当たっては、上記数１３で表される磁束密度Ｂや、それと数１とから定まるギャップ長ｇについては、必ずしも上記数式どおりの値に設定される必要はなく、製作上の通常の誤差が許容されることは勿論である。次に示す例においても同様である。

上記例は、イオンビーム３０が質量分離電磁石３２の（より具体的にはその前記ビーム偏向領域４０の。以下同様）入口部４２および出口部４４に直角に入出射（入射および出射）する場合のものである。そこで次に、イオンビーム３０が質量分離電磁石３２の入口部４２および出口部４４に直角に入出射しない、より一般的な場合の例を、前記図６に対応する図８を参照して、上記例との相違点を主体に説明する。

今、質量分離電磁石３２の入口部４２に入射するイオンビーム３０の前記軌道半径ｒ_a 、ｒ_c の点から前記基準線６０に下ろした垂線７１、７２と当該基準線６０との交点をそれぞれｈ、ｉとし、質量分離電磁石３２の出口部４４から出射するイオンビーム３０の前記軌道半径ｒ_b の点から前記基準線６０に下ろした垂線７３と当該基準線６０との交点をｊとする。また、入射イオンビーム３０が垂線７１、７２と成す角度をβとし（入射イオンビームは互いに実質的に平行であるから一つの角度βとなる）、出射イオンビーム３０が垂線７３と成す角度をγとする。

点ｒ_a 、ｒ_c をそれぞれ通り入射イオンビーム３０にそれぞれ直交する直線７５、７６が、前記中心点Ｏにおいて基準線６０と直交する直線７４とそれぞれ交わる点をｓ、ｔとし、点ｒ_a −ｓ間の距離をｒ_a1とし、点ｒ_c −ｔ間の距離をｒ_c1とする。同様に、点ｒ_b を通り出射イオンビーム３０に直交する直線７７が直線７４と交わる点をｕとし、点ｒ_b −ｕ間の距離をｒ_b1とする。そして以下において、上記距離ｒ_a1、ｒ_c1、ｒ_b1をそれぞれ表す式を求める。

まず軌道半径ｒ_a の入射イオンビーム３０の部分について考えると、次式が成立する。

［数１４］
Ｏｈ＝ｒ_a ・ｃｏｓθ₁ ＝ｒ_a1・ｃｏｓβ
∴ｒ_a1＝ｒ_a ・ｃｏｓθ₁ ／ｃｏｓβ

同様に、軌道半径ｒ_c の入射イオンビーム３０の部分について考えると次の数１５が成立し、軌道半径ｒ_b の出射イオンビーム３０の部分について考えると次の数１６が成立する。

［数１５］
Ｏｉ＝ｒ_c ・ｃｏｓθ₁ ＝ｒ_c1・ｃｏｓβ
∴ｒ_c1＝ｒ_c ・ｃｏｓθ₁ ／ｃｏｓβ

［数１６］
Ｏｊ＝ｒ_b ・ｃｏｓ（１８０−θ₂ ）＝ｒ_b1・ｃｏｓγ
∴ｒ_b1＝ｒ_b ・ｃｏｓ（１８０−θ₂ ）／ｃｏｓγ

上記距離ｒ_a1、ｒ_c1、ｒ_b1は、それぞれ、前記軌道半径ｒ_a 、ｒ_c 、ｒ_b を一般化して表したものである。そこで、イオンビーム３０が質量分離電磁石３２の入口部４２および出口部４４に直角に入出射しない場合は、先に（即ち数１３以前に）示した軌道半径ｒ_a 、ｒ_c 、ｒ_b を、それぞれ、上記距離ｒ_a1、ｒ_c1、ｒ_b1で読み替えれば（置き換えれば）良い。それによって、イオンビーム３０が質量分離電磁石３２の入口部４２および出口部４４に直角に入出射しない、より一般的な場合の前記磁束密度Ｂやギャップ長ｇを求めて設定することができる。

再び図２を参照して、上記のようにして質量分離電磁石３２から取り出され、かつこの例では質量分離スリット５２を通したイオンビーム３０は、更に下流側へと導かれる。

質量分離スリット５２とビーム走査器８２との間に、この例のように、イオンビーム３０の加速または減速を行う加減速器８０を設けておいても良い。そのようにすると、高エネルギー（例えば数十ｋｅＶ〜数百ｋｅＶ）から低エネルギー（例えば前述した５ｋｅＶ程度以下）まで、平行性を維持しつつ多様なエネルギーのイオンビーム３０を得ることができる。加減速器８０は、例えば、複数の電極を有していて静電界によってイオンビームを加速または減速する静電加減速管である。

加減速器８０の下流側には、それを通したイオンビーム３０を、質量分離電磁石３２においてイオンビーム３０を偏向させる面であるビーム偏向面（即ちＸ−Ｚ平面）内における一方向であるＸ方向において、第１の偏向方向（図１中に実線で示す左方向）および第２の偏向方向（図１中に二点鎖線で示す右方向）に偏向させる第１の機能、ならびに、各偏向方向のそれぞれにおいてイオンビーム３０をＸ方向に走査して扇状に広げる（発散させる）第２の機能を有するビーム走査器８２を備えている。

上記第１の機能によって、電磁界によって偏向されずに直進する中性粒子をイオンビーム３０から分離することができると共に、イオンビームを処理室９０と計測室９２とに切り替えて入射させることができる。この第１の機能によるイオンビーム３０の上記偏向（切り替え）は、例えば、一つの被照射物２を処理するごとに行っても良いし、複数の所定数（例えば１ロット）の被照射物２を処理するごとに行っても良い。

上記第２の機能によって、ビーム走査器８２に入射する一定断面形状（例えばＹ方向に細長い断面形状）のイオンビーム３０をＸ方向に走査して、広い領域に、より具体的には被照射物２のＸ方向の幅以上の領域に、イオンビーム３０を照射することができる。

上記ビーム走査器８２は、図２に示す例のように、それに入射するイオンビーム３０をその入射軸８４に対して対称に偏向および走査するものの方が、機器構成の容易化やビーム計測精度の向上等の観点から好ましいけれども、それに限定されるものではない。

上記ビーム走査器８２は、ギャップをあけて相対向する磁極を有する電磁石と、当該電磁石において上記第１の機能用の直流の磁界成分および上記第２の機能用の交流の磁界成分を発生させる電源とで構成しても良い。この電源は、より具体的には、直流電流に交流電流を重畳させた電流を出力する電源である。

または、上記ビーム走査器８２は、間隔をあけて相対向する電極と、当該電極間において上記第１の機能用の直流の電界成分および上記第２の機能用の交流の電界成分を発生させる電源とで構成しても良い。この電源は、より具体的には、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を出力する電源である。

ビーム走査器８２の前記第１の偏向方向の下流側には、ビーム走査器８２から第１の偏向方向に導出された発散するイオンビーム３０をＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器８６が設けられている。換言すれば、ビーム平行化器８６はビーム走査器８２と協働してイオンビーム３０のＸ方向における平行走査（即ちパラレルスキャン。以下同様）を行うものである。

上記ビーム平行化器８６は、例えば前記特許文献１に記載されたセクター磁石と同様の電磁石で構成しても良いし、例えば特開平４−２２９００号公報に記載されているような、走査電極対とは１８０度位相の異なる電圧が印加される電極対で構成しても良い。第２のビーム平行化器８８も同様である。

ビーム走査器８２の前記第２の偏向方向の下流側には、ビーム走査器８２から第２の偏向方向に導出された発散するイオンビーム３０をＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器８８が設けられている。換言すれば、ビーム平行化器８８はビーム走査器８２と協働してイオンビーム３０のＸ方向における平行走査を行うものである。

上記第１および第２のビーム平行化器８６、８８を、図１０に示す例のような一つの電磁石１１０を用いて構成しても良い。この電磁石１１０は、イオンビーム３０が通るギャップをあけて相対向する２対の磁極１１４、１１５を有する鉄芯１１２と、それを励磁するコイル１１８とを有している。磁極１１４間のギャップと、磁極１１５間のギャップには、互いに逆方向の磁界１１６、１１７が発生し、それによってイオンビーム３０は互いに逆向きに曲げられる。この一方の対の磁極１１４が上記第１のビーム平行化器８６を構成し、他方の対の磁極１１５が上記第２のビーム平行化器８８を構成している。このようにすることによって、イオン照射装置の構成の簡素化およびイオン照射とイオン計測の一致性を図ることができる。

また、上記ビーム走査器８２、第１および第２のビーム平行化器８６および８８を一つの電磁石で構成しても良い。

再び図２を参照して、ビーム平行化器８６の下流側には、ビーム平行化器８６から導出されたイオンビーム３０が導入される部屋であって、被照射物２が導入され、当該被照射物２にイオンビーム３０を照射してイオン照射を行う処理室９０が設けられている。

この処理室９０内には、被照射物２を保持するホルダ１４が設けられている。そしてこのイオン照射装置は、処理室９０内において、ホルダ１４に保持された被照射物２をイオンビーム３０の照射領域内でＸ方向と交差する方向（例えばＸ方向と実質的に直交するＹ方向）に機械的に往復駆動する駆動機構９４を有している。この駆動機構９４は、図２および後述する図９の例では、一例として、処理室９０の下部または下方（紙面の裏側）に設けられている。被照射物２の上記駆動とイオンビーム３０の上記走査（即ちハイブリッドスキャン）によって、被照射物２の全面にイオンビーム３０を照射してイオン注入等の処理を行うことができる。

ビーム平行化器８８の下流側には、ビーム平行化器８８から導出されたイオンビーム３０が導入される部屋であって、イオンビーム３０の計測を行うビーム計測器９６を有し、被照射物に対するイオン照射を行うことなくイオンビーム３０の計測のみを行う計測室９２が設けられている。この計測室９２と処理室９０とは互いに別の（換言すれば、互いに区画された）部屋である。

ビーム計測器９６は、この例では、イオンビーム３０のビーム電流、断面寸法、位置および走査幅を計測するものであるが、これに限られるものではなく、これらの内の少なくとも一つを計測するものでも良い。このようなビーム計測器９６を設けることによって、必要に応じてイオンビーム３０の多様な計測を行うことができる。

このイオン照射装置によれば、処理室９０において被照射物２にイオンビーム３０を照射してイオン注入等の処理を行い、計測室９２においては被照射物２に対する処理を行わずイオンビームの計測のみを行うよう構成して機能分化を図っているので、処理室９０における被照射物２へのイオン照射部分周辺の構造を簡素化することができる。

その結果、処理室９０においてイオンビーム３０がビーム計測器に入射することによって汚染物質が発生することを抑制して、被照射物２に対してクリーンなイオン照射処理を行うことができる。この効果は、例えば、前述したように被照射物２が半導体基板（例えばシリコン基板）であり、その表面に低エネルギーのイオンビーム３０を照射してイオン注入を行って、半導体基板の表面に微細な半導体デバイスを形成する場合に特に顕著になる。例えば、半導体基板表面に形成される半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。

一方、計測室９２においては、被照射物２の汚染を心配することなくビーム計測器９６を設けることができるので、イオンビーム３０の厳重なモニタを行うことができる。即ち、イオンビーム３０の厳重なモニタを行うために、例えば複雑または多種のビーム計測器９６を計測室９２内に設けても、処理室９０と計測室９２とは別の部屋であって、計測室９２内で汚染物質が発生してもそれが処理室９０内の被照射物２を汚染することにはならないので、上記のようなビーム計測器９６を計測精度向上の立場から自由に設けることができる。

以上の結果、被照射物２に対するクリーンなイオン照射と、イオンビーム３０の厳重なモニタとを両立させることができる。

なお、図９に示す例のように、ビーム計測器９６の上流側近傍に、イオンビーム３０がビーム計測器９６に入射することによって発生する２次電子が計測系外へ漏れ出るのを抑制する２次電子抑制電極９８を設けておいても良い。それによって、ビーム計測器９６によるイオンビーム３０の上記計測をより正確なものにすることができる。この２次電子抑制電極９８および後述する２次電子抑制電極１００は、例えば筒状をしており、図示しない電源から、被照射物２あるいはビーム計測器９６の電位に対し負電圧がそれぞれ印加される。

また、処理室９０は、主として被照射物２に対するイオン照射処理を行うものではあるけれども、必要最小限度の計測器やそれに関連する機器を内部に設けておいても良い。例えば、図９に示す例のように、被照射物２へのイオン照射の際のイオンビーム３０のビーム電流を計測するビーム電流計測器１０２および当該ビーム電流計測器１０２等から発生する２次電子が計測系外へ漏れ出るのを抑制する２次電子抑制電極１００を設けておいても良い。このビーム電流計測器１０２からの計測情報に基づいて、制御装置１０４によって上記駆動機構９４を制御して、被照射物２の上記機械的な駆動の速度等を制御することができる。

また、ビーム計測器９６からの計測情報を用いて、例えばビーム走査器８２を制御すること等によって、処理室９０に入射するイオンビーム３０の制御を行って、被照射物２に対する照射制御を行う制御装置１０６を設けておいても良いが、これに限定されず、他の機器を制御することも妨げない。それによって、ビーム計測器９６の計測情報を用いて、被照射物２に対してより正確かつより安定したイオン照射を行うことができるようになる。

上記処理室９０を構成する真空容器９１と、計測室９２を構成する真空容器９３とを、互いに実質的に同じ構造にしておくのが好ましい。それによって、処理室９０におけるイオン照射と、計測室９２におけるイオンビーム計測との物理的な環境（条件）がより近くなるので、イオン照射に使用されるイオンビーム３０の計測状態を精度良くイオン照射に反映させることができる。

また、処理室９０内において照射状態にある被照射物２とイオンビーム３０との位置関係と、計測室９２内におけるビーム計測器９６とイオンビーム３０との位置関係とを、互いに実質的に同じにしておくのが好ましい。例えば、処理室９０内において照射状態にある被照射物２の表面と、計測室９２内のビーム計測器９６の表面とを同一またはほぼ同一の平面９７（図２参照）上に位置させておくのが好ましい。この場合も、処理室９０におけるイオン照射と、計測室９２におけるイオンビーム計測との物理的な環境（条件）がより近くなるので、イオン照射に使用されるイオンビーム３０の計測精度をより向上させることができる。

被照射物に平行性の悪いイオンビームが入射する状態の一例を示す概略断面図である。 この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す概略平面図である。 図２中のイオン源の一例を示す概略斜視図である。 図２中の質量分離電磁石の一例を示す概略縦断面図である。 図４の線Ｃ₁ −Ｃ₁ に沿う概略横断面図であり、コイルの図示は省略している。 入口部角度θ₁ 、出口部角度θ₂ の質量分離電磁石における磁束密度とビーム軌道との関係を説明するための図である。 図６の質量分離電磁石におけるビーム軌道角度θとビーム軌道半径ｒ等との関係を説明するための図である。 イオンビームが質量分離電磁石の入口部および出口部に直角に入射しない、より一般的な場合を説明するための図である。 図２中の処理室および計測室周りをより詳しく示す平面図である。 第１および第２のビーム平行化器を構成する電磁石の一例を示す概略縦断面図である。

符号の説明

２ 被照射物
２０ イオン源
２２ プラズマ生成部
２４ イオン引出しスリット
２６ 引出し電極系
２８ イオン引出しスリット
３０ イオンビーム
３２ 質量分離電磁石
３６ 磁極
４０ ビーム偏向領域
４２ 入口部
４４ 出口部
５２ 質量分離スリット
８０ 加減速器
８２ ビーム走査器
８６ 第１のビーム平行化器
８８ 第２のビーム平行化器
９０ 処理室
９２ 計測室
９４ 駆動機構
９６ ビーム計測器
１０６ 制御装置
１１０ 電磁石

Claims (10)

1. プラズマを生成する部分であって、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリットを有するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部からイオンビームを引き出す電極系であって、プラズマ生成部のイオン引出しスリットに対応する複数のイオン引出しスリットを有する引出し電極系とを備えるイオン源と、
   前記イオン源から引き出されたイオンビームを、前記プラズマ生成部および引出し電極系のイオン引出しスリットの長手方向と実質的に直交する面内で曲げて特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石であって、前記面内における平面形状が湾曲しているビーム偏向領域を有していて、当該ビーム偏向領域における磁束密度は、当該ビーム偏向領域の入口部からのイオンビーム進行方向への角度が大きくなるに従って大きくなり、かつ当該ビーム偏向領域の湾曲の外側方向へ行くに従って小さくなるように設定されていて、前記ビーム偏向領域の入口部に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビームを、前記ビーム偏向領域の出口部において集束させ、かつ当該出口部から互いに実質的に平行な状態で出射させる質量分離電磁石と、
   前記質量分離電磁石から導出されたイオンビームを、前記質量分離電磁石のイオンビーム偏向面内における一方向であるＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器と、
   前記ビーム走査器から前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器と、
   前記ビーム走査器から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器と、
   前記第１のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、被照射物が導入され、当該被照射物に前記イオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室と、
   前記処理室内において前記被照射物をイオンビームの照射領域内で前記Ｘ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構と、
   前記第２のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、当該イオンビームの計測を行うビーム計測器を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室とを備えていることを特徴とするイオン照射装置。
2. プラズマを生成する部分であって、互いに実質的に平行に並べられた複数のイオン引出しスリットを有するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部からイオンビームを引き出す電極系であって、プラズマ生成部のイオン引出しスリットに対応する複数のイオン引出しスリットを有する引出し電極系とを備えるイオン源と、
   前記イオン源から引き出されたイオンビームを、前記プラズマ生成部および引出し電極系のイオン引出しスリットの長手方向と実質的に直交する面内で曲げて特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石であって、前記面内における平面形状が湾曲しているビーム偏向領域を形成する相対向する磁極を有していて、当該磁極間のギャップ長は、前記ビーム偏向領域の入口部からのイオンビーム進行方向への角度が大きくなるに従って小さくなり、かつ前記ビーム偏向領域の湾曲の外側方向へ行くに従って大きくなるように設定されていて、前記ビーム偏向領域の入口部に複数箇所から互いに実質的に平行に入射したイオンビームを、前記ビーム偏向領域の出口部において集束させ、かつ当該出口部から互いに実質的に平行な状態で出射させる質量分離電磁石と、
   前記質量分離電磁石から導出されたイオンビームを、前記質量分離電磁石のイオンビーム偏向面内における一方向であるＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器と、
   前記ビーム走査器から前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器と、
   前記ビーム走査器から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器と、
   前記第１のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、被照射物が導入され、当該被照射物に前記イオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室と、
   前記処理室内において前記被照射物をイオンビームの照射領域内で前記Ｘ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構と、
   前記第２のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、当該イオンビームの計測を行うビーム計測器を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室とを備えていることを特徴とするイオン照射装置。
3. 前記質量分離電磁石は、前記ビーム偏向領域の入口部に複数箇所からイオンビーム量の過半が進行方向に対して±４度以内に入るような平行状態で入射したイオンビームを、前記ビーム偏向領域の出口部でのイオンビーム偏向面内における幅が入口部の幅の１／５以下になるように集束させ、かつ当該出口部からイオンビーム量の過半が進行方向に対して±６度以内に入るような平行状態で出射させるものである請求項１または２に記載のイオン照射装置。
4. 前記質量分離電磁石の出口部の下流側付近に、前記特定のイオン種を通しその他のイオン種を阻止する質量分離スリットを設けている請求項１ないし３のいずれかに記載のイオン照射装置。
5. 前記質量分離スリットと前記ビーム走査器との間において前記イオンビームの加速または減速を行う加減速器を更に備えている請求項４に記載のイオン照射装置。
6. 前記処理室を構成する真空容器と、前記計測室を構成する真空容器とを互いに実質的に同じ構造にしている請求項１ないし５のいずれかに記載のイオン照射装置。
7. 前記処理室内において照射状態にある被照射物とイオンビームとの位置関係と、前記計測室内におけるビーム計測器とイオンビームとの位置関係とを、互いに実質的に同じにしている請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン照射装置。
8. ２対の磁極を有する電磁石を用い、その内の一方の対の磁極が前記第１のビーム平行化器を構成し、他方の対の磁極が前記第２のビーム平行化器を構成している請求項１ないし７のいずれかに記載のイオン照射装置。
9. 前記ビーム計測器は、前記イオンビームのビーム電流、断面寸法、位置および走査幅の内の少なくとも一つを計測するものである請求項１ないし８のいずれかに記載のイオン照射装置。
10. 前記ビーム計測器からの計測情報を用いて、前記処理室に入射するイオンビームの制御を行う制御器を更に備えている請求項１ないし９のいずれかに記載のイオン照射装置。

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