JP2017004907A - Vacuum chamber and mass spectrometer electromagnet - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce divergence nonuniformity of a ribbon beam in a lengthwise direction caused by beam potential.SOLUTION: In a vacuum chamber C constituting a transportation path of a ribbon beam B, when a direction of travel of the ribbon beam B passing through the vacuum chamber C is denoted as Z direction, a lengthwise direction of the ribbon beam B is denoted as Y direction, and a direction orthogonal to both directions is denoted as X direction, in an end part area of the vacuum chamber C in the Y direction, an inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction becomes smaller toward the end part of the vacuum chamber C.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、リボンビームの輸送に使用される真空チャンバと同チャンバを備えた質量分析電磁石に関する。   The present invention relates to a vacuum chamber used for transporting a ribbon beam and a mass spectrometry electromagnet having the same chamber.

イオンビームや電子ビームはイオン注入装置や電子線照射装置等の様々な産業機器で利用されている。各装置で使用されるビーム形状には様々なものがあり、装置構成や処理対象となる基板の種類によって、スポットビームやリボンビーム、面ビームといった様々なものが使用されている。このような電荷を有するビームを取扱う装置は、荷電粒子ビーム装置と呼ばれている。   Ion beams and electron beams are used in various industrial equipment such as ion implantation apparatuses and electron beam irradiation apparatuses. There are various beam shapes used in each apparatus, and various types such as a spot beam, a ribbon beam, and a surface beam are used depending on the apparatus configuration and the type of substrate to be processed. An apparatus that handles such a charged beam is called a charged particle beam apparatus.

上述した荷電粒子ビーム装置の1つであるイオン注入装置の具体例を挙げると、特許文献1に記載されるリボンビームを用いたイオン注入装置がある。リボンビームとは、装置内部を輸送される荷電粒子ビームの進行方向と垂直な平面で荷電粒子ビームを切断した時の切断面が、略長方形状となるビームである。   As a specific example of an ion implantation apparatus which is one of the charged particle beam apparatuses described above, there is an ion implantation apparatus using a ribbon beam described in Patent Document 1. The ribbon beam is a beam having a substantially rectangular cut surface when the charged particle beam is cut along a plane perpendicular to the traveling direction of the charged particle beam transported inside the apparatus.

多くの荷電粒子ビーム装置は真空内でビームを輸送する為の真空チャンバを備えている。特許文献1の例で言えば、真空チャンバはイオンビームが生成されるイオン源から基板が配置される処理室までのイオンビームの輸送経路を覆うようにして設けられている。   Many charged particle beam devices have a vacuum chamber for transporting the beam in a vacuum. In the example of Patent Document 1, the vacuum chamber is provided so as to cover the transport path of the ion beam from the ion source where the ion beam is generated to the processing chamber where the substrate is arranged.

リボンビームの進行方向に垂直な平面で真空チャンバを切断したときの様子が、特許文献1の図11や図13に描かれている。
これらの図からわかるように、特許文献1の真空チャンバは、内部にリボンビームが通過する空間が形成された矩形状の容器である。このような形状の真空チャンバが、特許文献1のイオン注入装置に限らず、リボンビームを用いる他の荷電粒子ビーム装置でも使用されている。
FIG. 11 and FIG. 13 of Patent Document 1 illustrate a state in which the vacuum chamber is cut along a plane perpendicular to the traveling direction of the ribbon beam.
As can be seen from these drawings, the vacuum chamber of Patent Document 1 is a rectangular container in which a space through which a ribbon beam passes is formed. The vacuum chamber having such a shape is used not only in the ion implantation apparatus disclosed in Patent Document 1, but also in other charged particle beam apparatuses using a ribbon beam.

特開2005‐327713JP 2005-327713 A

荷電粒子ビームは正または負の電荷を有するビームである。このようなビームでは、ビーム自身の持つ電荷によってビーム内部に電位(ビームポテンシャル)が形成される。多くの場合、真空チャンバは電気的に接地されているので、真空チャンバとビームとの間には電位差が生じて、電界が発生する。この電界の作用を受けて荷電粒子ビームは輸送中に発散するが、リボンビームの場合、ビームポテンシャルがリボンビームの長さ方向で異なる傾向にあるため、同方向での電界が不均一となり、リボンビームの各部で発散の程度が異なってしまう。   A charged particle beam is a beam having a positive or negative charge. In such a beam, a potential (beam potential) is formed inside the beam by the charge of the beam itself. In many cases, since the vacuum chamber is electrically grounded, a potential difference is generated between the vacuum chamber and the beam, and an electric field is generated. The charged particle beam diverges during transport due to the action of this electric field, but in the case of a ribbon beam, the beam potential tends to be different in the length direction of the ribbon beam, so the electric field in the same direction becomes non-uniform and the ribbon The degree of divergence is different at each part of the beam.

リボンビームの発散が場所によって不均一となる理由について、図10を用いて詳述する。図10には、ビームポテンシャルによって真空チャンバ内に形成される電界の等電位線が破線で描かれている。この図に描かれる真空チャンバCは、特許文献1の図11や図13に描かれる真空チャンバと同形状のものである。図10では真空チャンバCの下側領域は図示される上側領域を真空チャンバCの中央で折り返したものとほぼ同一であるため、省略されている。   The reason why the divergence of the ribbon beam is uneven depending on the location will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 10, the equipotential lines of the electric field formed in the vacuum chamber by the beam potential are drawn with broken lines. The vacuum chamber C depicted in this figure has the same shape as the vacuum chamber depicted in FIGS. In FIG. 10, the lower region of the vacuum chamber C is omitted because it is substantially the same as the upper region illustrated in FIG.

この真空チャンバCは電気的に接地されており、その内部を正の電荷を有するリボンビームBが通過している。リボンビームBの長さ方向(図の上下方向)では、リボンビームBの中心が通過する真空チャンバCの中央領域(おおよそCRで囲まれる領域)ほど電位が高く、リボンビームBの端部が通過する真空チャンバCの端部領域(おおよそERで囲まれる領域)ほど電位が低い傾向にある。このため、真空チャンバCの中央領域では、端部領域に比べて強い電界が発生し、リボンビームBの発散が大きくなる。反対に、真空チャンバCの端部領域では、中央領域に比べて弱い電界が発生し、リボンビームBの発散が小さくなる。   The vacuum chamber C is electrically grounded, and a ribbon beam B having a positive charge passes through the vacuum chamber C. In the longitudinal direction of the ribbon beam B (vertical direction in the figure), the potential is higher in the central region (approximately the region surrounded by CR) of the vacuum chamber C through which the center of the ribbon beam B passes, and the end of the ribbon beam B passes through. The potential of the end region of the vacuum chamber C (region surrounded by ER) tends to be lower. For this reason, a stronger electric field is generated in the central region of the vacuum chamber C than in the end region, and the divergence of the ribbon beam B is increased. On the contrary, in the end region of the vacuum chamber C, a weak electric field is generated as compared with the central region, and the divergence of the ribbon beam B is reduced.

ビームポテンシャルによる発散の程度がリボンビームの長さ方向の各部で異なると、リボンビームの形状に歪みが生じる。リボンビームの形状に歪みが生じると、リボンビームを用いた基板処理に支障を来すことやビーム光学系でのビームの輸送効率に悪影響が及ぼされることが懸念される。   If the degree of divergence due to the beam potential is different in each part in the length direction of the ribbon beam, the shape of the ribbon beam is distorted. If the shape of the ribbon beam is distorted, there is a concern that the substrate processing using the ribbon beam may be hindered and the beam transport efficiency in the beam optical system may be adversely affected.

そこで、本発明ではビームポテンシャルによるリボンビームの長さ方向における発散不均一性を軽減することを期初の課題とする。   Therefore, in the present invention, it is an initial task to reduce the divergence non-uniformity in the length direction of the ribbon beam due to the beam potential.

本発明の係る真空チャンバは、リボンビームの輸送経路を構成する真空チャンバで、前記真空チャンバ内を通過するリボンビームの進行方向をZ方向、リボンビームの長さ方向をY方向とし、両方向と直交する方向をX方向とすると、Y方向における前記真空チャンバの端部領域で、X方向での前記真空チャンバの内寸が前記真空チャンバの端部ほど小さくなる。   The vacuum chamber according to the present invention is a vacuum chamber constituting a transport path of the ribbon beam, and the traveling direction of the ribbon beam passing through the vacuum chamber is defined as the Z direction, and the length direction of the ribbon beam is defined as the Y direction. Assuming that the direction to be performed is the X direction, the inner dimension of the vacuum chamber in the X direction becomes smaller toward the end of the vacuum chamber in the end region of the vacuum chamber in the Y direction.

上記構成の真空チャンバであれば、ビームポテンシャルが比較的低いリボンビームの長さ方向における端部が通過する真空チャンバの端部領域に形成される等電位線を密にして、同領域での電界強度を強めることが可能となる。その結果、リボンビームの長さ方向における発散不均一性が軽減される。   In the case of the vacuum chamber configured as described above, the equipotential lines formed in the end region of the vacuum chamber through which the end in the length direction of the ribbon beam having a relatively low beam potential passes are dense so that the electric field in the same region Strength can be increased. As a result, the non-uniformity of divergence in the length direction of the ribbon beam is reduced.

リボンビームの輸送経路に配置されたビーム光学系によっては、リボンビームの形状は輸送経路に沿って変化する。このようなリボンビームの形状変化に合わせて、真空チャンバの形状も変化させても良い。具体的には、前記真空チャンバの端部領域で、X方向での前記リボンビームの寸法がZ方向に沿って変化にするのに伴って、X方向での前記真空チャンバの内寸がZ方向に沿って変化するといった構成が用いられる。   Depending on the beam optical system arranged in the transport path of the ribbon beam, the shape of the ribbon beam changes along the transport path. The shape of the vacuum chamber may be changed in accordance with such a change in the shape of the ribbon beam. Specifically, in the end region of the vacuum chamber, the inner dimension of the vacuum chamber in the X direction is changed in the Z direction as the dimension of the ribbon beam in the X direction is changed along the Z direction. A configuration that changes along the line is used.

また、X方向において、偏向電磁石内でリボンビームに作用するローレンツ力の違いや同方向におけるリボンビームの形状等を考慮する場合、前記真空チャンバの内壁形状が、前記リボンビームの中心を含むY方向に対してX方向で非対称となる構成にしても良い。   Further, in the X direction, when considering the difference in Lorentz force acting on the ribbon beam in the deflecting electromagnet, the shape of the ribbon beam in the same direction, etc., the inner wall shape of the vacuum chamber includes the center of the ribbon beam in the Y direction. However, the configuration may be asymmetric in the X direction.

また、前記真空チャンバの端部領域に複数の導電性プレートが配置される構成を用いても良い。   Moreover, you may use the structure by which a some electroconductive plate is arrange | positioned in the edge part area | region of the said vacuum chamber.

上記構成であれば、導電性プレートの取付け場所や取付け角度、導電性プレートの寸法等を適宜変更するだけで、リボンビームが通過する真空チャンバの内部領域の構成を容易に変更することが可能となる。その結果、リボンビームの長さ方向における発散不均一性を容易に軽減することが可能となる。   With the above configuration, it is possible to easily change the configuration of the internal region of the vacuum chamber through which the ribbon beam passes by simply changing the mounting location and angle of the conductive plate, the dimensions of the conductive plate, etc. Become. As a result, it is possible to easily reduce the divergence non-uniformity in the length direction of the ribbon beam.

さらに、導電性プレートを配置する場合、前記真空チャンバと前記導電性プレートとの電位が異なるように構成しておいても良い。   Furthermore, when a conductive plate is disposed, the potential of the vacuum chamber and the conductive plate may be different.

上記構成であれば、導電性プレートに印加する電圧を変更することで、真空チャンバの内部領域に形成される電界分布の調整が可能となる。   With the above configuration, the electric field distribution formed in the internal region of the vacuum chamber can be adjusted by changing the voltage applied to the conductive plate.

より具体的な構成としては、前記リボンビームは正の電荷を有し、前記導電性プレートの電位が前記真空チャンバの電位よりも低い構成が用いられる。   As a more specific configuration, a configuration in which the ribbon beam has a positive charge and the potential of the conductive plate is lower than the potential of the vacuum chamber is used.

上記真空チャンバを備えた質量分析電磁石を用いることが望ましい。質量分析電磁石はリボンビームを十分な距離旋回させてビーム中に含まれる不要成分の除去を行うために使用されるもので、当該電磁石でのビーム輸送距離は他のビーム光学要素に比べて比較的長い。
リボンビームの発散不均一性が大きいと正常な質量分析の実施が困難となるが、本発明の真空チャンバを質量分析電磁石のビーム輸送管として使用することで、質量分析電磁石内部を通過するリボンビームの発散不均一性が十分に軽減されて、正常な質量分析の実施が可能となる。
It is desirable to use a mass spectrometry electromagnet provided with the vacuum chamber. The mass analyzing electromagnet is used to rotate the ribbon beam by a sufficient distance to remove unnecessary components contained in the beam. The beam transport distance in the electromagnet is relatively smaller than that of other beam optical elements. long.
When the divergence non-uniformity of the ribbon beam is large, it is difficult to perform normal mass analysis. However, by using the vacuum chamber of the present invention as a beam transport tube of the mass analysis electromagnet, the ribbon beam that passes through the inside of the mass analysis electromagnet. The divergence non-uniformity is sufficiently reduced, and normal mass spectrometry can be performed.

ビームポテンシャルが比較的低いリボンビームの長さ方向における端部が通過する真空チャンバの端部領域に形成される等電位線を密にして、同領域での電界強度を強めることが可能となる。その結果、リボンビームの長さ方向における発散不均一性が軽減される。   By making dense equipotential lines formed in the end region of the vacuum chamber through which the end in the length direction of the ribbon beam having a relatively low beam potential passes, it is possible to increase the electric field strength in the same region. As a result, the non-uniformity of divergence in the length direction of the ribbon beam is reduced.

本発明が適用されるイオン注入装置の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the ion implantation apparatus with which this invention is applied. 図1に示すA−A線断面図である。(A)は導電性プレートを用いて真空チャンバの内部空間を形成する構成で、(B)は真空チャンバそのものの形状を変形させて真空チャンバの内部空間を形成する構成である。It is the sectional view on the AA line shown in FIG. (A) is a structure which forms the internal space of a vacuum chamber using an electroconductive plate, (B) is a structure which deform | transforms the shape of a vacuum chamber itself and forms the internal space of a vacuum chamber. 図2に示す真空チャンバの第1の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the vacuum chamber shown in FIG. 図2に示す真空チャンバの第2の変形例を示す断面図である。(A)は階段状の導電性プレートを用いた構成で、(B)は湾曲状の導電性プレートを用いた構成である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the vacuum chamber shown in FIG. (A) is a configuration using a stepped conductive plate, and (B) is a configuration using a curved conductive plate. 図2に示す真空チャンバの第3の変形例を示す断面図である。(A)は多数の導電性プレートを真空チャンバの上下面に配置する構成で、(B)は多数の導電性プレートを真空チャンバの左右側面に配置する構成である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the vacuum chamber shown in FIG. (A) is a structure which arrange | positions many electroconductive plates on the upper and lower surfaces of a vacuum chamber, (B) is a structure which arrange | positions many electroconductive plates on the left and right side surfaces of a vacuum chamber. 図2に示す真空チャンバの第4の変形例を示す断面図である。(A)は複数の導電性プレートに1つの電源を接続した構成で、(B)は各導電性プレートに個別に電源を接続した構成である。It is sectional drawing which shows the 4th modification of the vacuum chamber shown in FIG. (A) is a configuration in which one power source is connected to a plurality of conductive plates, and (B) is a configuration in which a power source is individually connected to each conductive plate. 本発明が適用される別のイオン注入装置の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of another ion implantation apparatus with which this invention is applied. ビーム径の変化に伴って真空チャンバの端部領域が変化する構成に関する説明図である。(A)は質量分析電磁石内でビーム径が変化する様子を表す平面図である。(B)は(A)のB−B線での断面図である。(C)は(A)のC−C線での断面図である。(D)は(A)のD−D線での断面図である。It is explanatory drawing regarding the structure where the edge part area | region of a vacuum chamber changes with the change of a beam diameter. (A) is a top view showing a mode that a beam diameter changes within a mass spectrometry electromagnet. (B) is sectional drawing in the BB line of (A). (C) is sectional drawing in the CC line of (A). (D) is sectional drawing in the DD line of (A). 真空チャンバの端部領域において、左右側面が非対称である構成に関する説明図である。(A)は質量分析電磁石内でビーム径が変化する様子を表す平面図である。(B)は(A)のB−B線での断面図である。(C)は(A)のC−C線での断面図である。(D)は(A)のD−D線での断面図である。It is explanatory drawing regarding the structure where the left-right side surface is asymmetrical in the edge part area | region of a vacuum chamber. (A) is a top view showing a mode that a beam diameter changes within a mass spectrometry electromagnet. (B) is sectional drawing in the BB line of (A). (C) is sectional drawing in the CC line of (A). (D) is sectional drawing in the DD line of (A). 従来の真空チャンバの断面図で、リボンビームのビームポテンシャルによる電界分布を表す。In the sectional view of the conventional vacuum chamber, the electric field distribution by the beam potential of the ribbon beam is represented.

本発明が適用される荷電粒子ビーム装置の一例として、イオン注入装置の構成例が図1に描かれている。このイオン注入装置IMの全体の構成について簡単に説明する。図示されるXYZ軸は、処理室4内でのリボンビームBの方向を表している。
具体的に言えば、Z軸の方向(Z方向)はリボンビームBの進行方向であり、Y軸の方向(Y方向)はZ軸に垂直な平面でリボンビームBを切断したときのビーム断面におけるリボンビームBの長さ方向である。また、X軸の方向(X方向)は、リボンビームBの短辺方向であり、Y軸とZ軸に直交する方向でもある。
As an example of a charged particle beam apparatus to which the present invention is applied, a configuration example of an ion implantation apparatus is depicted in FIG. The overall configuration of the ion implantation apparatus IM will be briefly described. The XYZ axes shown in the drawing represent the direction of the ribbon beam B in the processing chamber 4.
Specifically, the Z-axis direction (Z direction) is the traveling direction of the ribbon beam B, and the Y-axis direction (Y direction) is a beam cross section when the ribbon beam B is cut along a plane perpendicular to the Z axis. It is the length direction of the ribbon beam B in FIG. The X-axis direction (X direction) is the short-side direction of the ribbon beam B, and is also the direction orthogonal to the Y-axis and the Z-axis.

イオン源1で生成されたリボンビームBが、質量分析電磁石2と分析スリット3を通過することで、ビーム内に含まれる不要なイオンが除去される。処理室4には図示されない走査機構に支持された基板S(ガラス基板、シリコンウェーハのような半導体基板等)が配置されていて、基板Sは走査機構によって処理室4内に照射されるリボンビームBを横切って図示される矢印の方向に走査される。   The ribbon beam B generated by the ion source 1 passes through the mass analysis electromagnet 2 and the analysis slit 3 so that unnecessary ions contained in the beam are removed. A substrate S (a glass substrate, a semiconductor substrate such as a silicon wafer) supported by a scanning mechanism (not shown) is disposed in the processing chamber 4, and the substrate S is a ribbon beam irradiated into the processing chamber 4 by the scanning mechanism. It is scanned across B in the direction of the arrow shown.

基板Sの下流側にはビーム電流計測器5が配置されている。基板SにリボンビームBが照射されていないとき、リボンビームBはビーム電流計測器5に照射される。
ビーム電流計測器5は、例えばY方向に沿って配置された複数のファラデーカップから構成される多点ファラデーカップである。この計測器を用いて、Y方向でのリボンビームBのビーム電流分布の計測が行えるように構成されている。
また、多点ファラデーカップに代えて、ビーム電流計測器5を1つのファラデーカップで構成しておき、これをY方向に沿って移動させることで、Y方向でのビーム電流分布が計測できるように構成されていても良い。
A beam current measuring device 5 is disposed on the downstream side of the substrate S. When the substrate S is not irradiated with the ribbon beam B, the ribbon beam B is applied to the beam current measuring device 5.
The beam current measuring instrument 5 is a multi-point Faraday cup composed of, for example, a plurality of Faraday cups arranged along the Y direction. Using this measuring instrument, the beam current distribution of the ribbon beam B in the Y direction can be measured.
Further, instead of the multi-point Faraday cup, the beam current measuring device 5 is constituted by one Faraday cup, and this is moved along the Y direction so that the beam current distribution in the Y direction can be measured. It may be configured.

イオン源1から処理室4までのリボンビームBの輸送経路には、輸送経路を真空に保つための真空チャンバCが設けられている。本発明の真空チャンバCの構成について、図2以降の図面を用いて以下に説明する。   In the transport path of the ribbon beam B from the ion source 1 to the processing chamber 4, a vacuum chamber C for keeping the transport path in a vacuum is provided. The configuration of the vacuum chamber C of the present invention will be described below with reference to FIG.

図2は図1に示すA−A線断面図である。従来技術の真空チャンバの構成と比べて、リボンビームBのY方向における端部が通過する真空チャンバCの端部領域の構成が異なっている。
具体的には、図2(A)、(B)に見られるように、Y方向におけるリボンビームBの端部が通過する真空チャンバCの端部領域で、X方向での真空チャンバCの内寸が真空チャンバCの端部ほど小さくなるように構成されている。
なお、真空チャンバCの端部領域とは、Y方向におけるリボンビームBの端部が通過する領域で、同方向における真空チャンバCの端部に形成された内壁面を含む領域のことを指す。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. Compared with the configuration of the vacuum chamber of the prior art, the configuration of the end region of the vacuum chamber C through which the end of the ribbon beam B in the Y direction passes is different.
Specifically, as can be seen in FIGS. 2A and 2B, in the end region of the vacuum chamber C through which the end of the ribbon beam B in the Y direction passes, the inside of the vacuum chamber C in the X direction. The size is configured to be smaller at the end of the vacuum chamber C.
The end region of the vacuum chamber C is a region through which the end of the ribbon beam B in the Y direction passes, and refers to a region including an inner wall surface formed at the end of the vacuum chamber C in the same direction.

図2(A)に示す真空チャンバCは、従来と同じく断面矩形状の真空チャンバCで、真空チャンバCの内側四隅に導電性プレートPが配置されている。この導電性プレートPと真空チャンバCの一部の内壁とでリボンビームBが輸送される空間が形成される。
図2(A)の構成例で、真空チャンバCの端部領域におけるX方向での真空チャンバCの内寸とは、X方向での導電性プレートP間の距離のことを言う。
A vacuum chamber C shown in FIG. 2A is a vacuum chamber C having a rectangular cross section as in the prior art, and conductive plates P are arranged at four inner corners of the vacuum chamber C. A space in which the ribbon beam B is transported is formed by the conductive plate P and a part of the inner wall of the vacuum chamber C.
In the configuration example of FIG. 2A, the internal dimension of the vacuum chamber C in the X direction in the end region of the vacuum chamber C refers to the distance between the conductive plates P in the X direction.

真空チャンバCは鉄、ステンレス、アルミ、カーボン等の導電性の材料から構成されていて、ここに同種の材料で構成された導電性プレートPが図示されないボルトによって固定されている。また、本実施形態において真空チャンバCと導電性プレートPは、電気的に接地されている。   The vacuum chamber C is made of a conductive material such as iron, stainless steel, aluminum, or carbon, and a conductive plate P made of the same kind of material is fixed by a bolt (not shown). In this embodiment, the vacuum chamber C and the conductive plate P are electrically grounded.

導電性プレートPを真空チャンバCの四隅に配置することで、Y方向における真空チャンバCの端部領域において、リボンビームBが輸送される空間が狭くなる。これにより、真空チャンバCの端部領域における等電位線が密となり、同領域における電界が強くなる。その結果、リボンビームBの長さ方向におけるビームポテンシャルの違いによるビームの発散不均一性を軽減することが可能となる。   By disposing the conductive plates P at the four corners of the vacuum chamber C, the space in which the ribbon beam B is transported becomes narrow in the end region of the vacuum chamber C in the Y direction. Thereby, the equipotential lines in the end region of the vacuum chamber C become dense, and the electric field in the same region becomes strong. As a result, it is possible to reduce the beam divergence non-uniformity due to the difference in the beam potential in the length direction of the ribbon beam B.

本発明の真空チャンバCは、導電性プレートPを用いる構成に限られない。導電性プレートPを用いる代わりに、真空チャンバCの形状を変更しても良い。図2(B)に示す真空チャンバCは、真空チャンバCの内側に図2(A)と同様の内部領域が形成されるよう、八角形状の構成をしている。   The vacuum chamber C of the present invention is not limited to the configuration using the conductive plate P. Instead of using the conductive plate P, the shape of the vacuum chamber C may be changed. The vacuum chamber C shown in FIG. 2B has an octagonal configuration so that an internal region similar to that in FIG.

図2(B)に示す構成を用いても、図2(A)の構成と同じく、真空チャンバCの端部領域での電界を強くして、リボンビームBの長さ方向におけるビームポテンシャルの違いによるビームの発散不均一性を軽減することができる。また、図2(B)のように真空チャンバCの外形については必ずしも八角形状にする必要はなく、外形を矩形状とし、内形を八角形状にするといった構成を用いても良い。
なお、図2(B)の構成例において、真空チャンバCの端部領域におけるX方向での真空チャンバCの内寸とは、X方向での真空チャンバCの内壁間の距離のことを言う。
Even if the configuration shown in FIG. 2 (B) is used, the difference in beam potential in the length direction of the ribbon beam B by increasing the electric field in the end region of the vacuum chamber C as in the configuration of FIG. 2 (A). It is possible to reduce the beam divergence non-uniformity. Further, as shown in FIG. 2B, the outer shape of the vacuum chamber C is not necessarily an octagonal shape, and a configuration in which the outer shape is a rectangular shape and the inner shape is an octagonal shape may be used.
2B, the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction in the end region of the vacuum chamber C refers to the distance between the inner walls of the vacuum chamber C in the X direction.

図2(A)、(B)で述べた両構成であっても、ビームの発散不均一性を軽減する点で同等の効果を得ることができるが、真空チャンバCの端部領域での電界分布の調整を容易に行うには、図2(A)に示される導電性プレートPを用いる構成の方が望ましい。
この理由は、導電性プレートPの取付け場所や取付け角度、導電性プレートPの寸法等を適宜変更するだけで、リボンビームBが通過する真空チャンバCの内部領域の構成を容易に変更することが可能となるからである。
2A and 2B, the same effect can be obtained in terms of reducing the non-uniformity of beam divergence, but the electric field in the end region of the vacuum chamber C can be obtained. In order to easily adjust the distribution, the configuration using the conductive plate P shown in FIG.
This is because the configuration of the internal region of the vacuum chamber C through which the ribbon beam B passes can be easily changed by simply changing the mounting location and mounting angle of the conductive plate P, the dimensions of the conductive plate P, and the like. This is because it becomes possible.

また、真空チャンバCの構成としては、図3に示す構成を用いても良い。図3は図2に示す真空チャンバCの第1の変形例を示す断面図である。図3の構成では、2つの導電性プレートP1、P2が使用されている。この図に描かれる実施形態のように、複数の導電性プレートPを組み合わせたものを真空チャンバCの四隅に配置して、リボンビームBが通過する真空チャンバCの内部領域を構成しても良い。   Further, as the configuration of the vacuum chamber C, the configuration shown in FIG. 3 may be used. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first modification of the vacuum chamber C shown in FIG. In the configuration of FIG. 3, two conductive plates P1 and P2 are used. As in the embodiment depicted in this figure, a combination of a plurality of conductive plates P may be arranged at the four corners of the vacuum chamber C to constitute an internal region of the vacuum chamber C through which the ribbon beam B passes. .

さらに、図4に示す構成を用いても良い。図4は図2に示す真空チャンバCの第2の変形例を示す断面図である。図2(A)や図3に示す導電性プレートPは断面が略長方形状の平板が使用されていたが、導電性プレートPの形状は他の形状であっても良い。
導電性プレートPの形状としては、例えば、図4(A)に示されているように断面形状が階段状の導電性プレートPを使用しても良い。また、図4(B)に示されているように断面形状が湾曲した導電性プレートPを使用しても良い。
Furthermore, the configuration shown in FIG. 4 may be used. FIG. 4 is a sectional view showing a second modification of the vacuum chamber C shown in FIG. The conductive plate P shown in FIGS. 2A and 3 is a flat plate having a substantially rectangular cross section, but the shape of the conductive plate P may be other shapes.
As the shape of the conductive plate P, for example, a conductive plate P having a stepped cross section as shown in FIG. 4A may be used. Further, as shown in FIG. 4B, a conductive plate P having a curved cross-sectional shape may be used.

図4(A)に示す構成では、真空チャンバCの端部領域で、X方向での真空チャンバCの内寸が真空チャンバCの端部に向かうほど断続的に小さくなるように構成されている。また、図4(B)に示す構成では、真空チャンバCの端部領域で、X方向での真空チャンバCの内寸が真空チャンバCの端部に向かうほど指数関数的に小さくなるように構成されている。   The configuration shown in FIG. 4A is configured such that the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction is intermittently reduced toward the end of the vacuum chamber C in the end region of the vacuum chamber C. . 4B, in the end region of the vacuum chamber C, the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction is exponentially decreased toward the end of the vacuum chamber C. Has been.

これらの構成例から理解できるように、本発明では、真空チャンバCの端部領域で、X方向での真空チャンバCの内寸が真空チャンバCの端部ほど小さくなるように構成されていれば良い。X方向での真空チャンバCの内寸がどのように小さくなるのかについては導電性プレートPの形状や真空チャンバCの内壁の形状に関連する。   As can be understood from these configuration examples, in the present invention, if the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction is smaller in the end region of the vacuum chamber C, the end of the vacuum chamber C is smaller. good. How the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction is reduced is related to the shape of the conductive plate P and the shape of the inner wall of the vacuum chamber C.

これまでに述べた実施形態では、導電性プレートPが真空チャンバCの内壁のうち、隣接する2面に固定支持される構成であったが、特定の1面に固定支持される構成でも良い。
例えば、真空チャンバCの内壁のうち、特定の1面に複数の導電性プレートPが固定支持される場合、図5に示す構成例を用いても良い。
In the embodiments described so far, the conductive plate P is fixedly supported on two adjacent surfaces of the inner wall of the vacuum chamber C. However, the conductive plate P may be fixedly supported on one specific surface.
For example, when a plurality of conductive plates P are fixedly supported on one specific surface of the inner wall of the vacuum chamber C, the configuration example shown in FIG. 5 may be used.

図5は図2に示す真空チャンバの第3の変形例を示す断面図である。図5(A)は真空チャンバCの上下面に長さの異なる複数の導電性プレートPが固定支持される構成例である。本発明の真空チャンバCはこのような構成であっても良い。一方、図5(B)のように、真空チャンバCの左右側面に長さの異なる複数の導電性プレートPが固定支持される構成であっても良い。   FIG. 5 is a sectional view showing a third modification of the vacuum chamber shown in FIG. FIG. 5A shows a configuration example in which a plurality of conductive plates P having different lengths are fixedly supported on the upper and lower surfaces of the vacuum chamber C. FIG. The vacuum chamber C of the present invention may have such a configuration. On the other hand, as shown in FIG. 5B, a configuration may be employed in which a plurality of conductive plates P having different lengths are fixedly supported on the left and right side surfaces of the vacuum chamber C.

これまでに述べた実施形態では、導電性プレートPの電位を真空チャンバCと同じ接地電位に固定していたが、導電性プレートPの電位を真空チャンバCと異ならせるようにしても良い。   In the embodiments described so far, the potential of the conductive plate P is fixed to the same ground potential as the vacuum chamber C. However, the potential of the conductive plate P may be different from that of the vacuum chamber C.

図6は図2に示す真空チャンバCの第4の変形例を示す断面図である。図6(A)の真空チャンバC内に配置された導電性プレートPには、真空フィードスルーFを介して、電源Vが接続されている。また、本実施形態において導電性プレートPは図示されない絶縁部材を介して真空チャンバCに固定支持されており、導電性プレートPと真空チャンバCとは電気的に絶縁されている。各導電性プレートPには、電源Vによってマイナス十数ボルトの電圧が印加されていて、真空チャンバCは接地されている。また、真空チャンバC内を通過するリボンビームは正の電荷を有している。   FIG. 6 is a sectional view showing a fourth modification of the vacuum chamber C shown in FIG. A power supply V is connected to the conductive plate P disposed in the vacuum chamber C of FIG. In the present embodiment, the conductive plate P is fixedly supported by the vacuum chamber C through an insulating member (not shown), and the conductive plate P and the vacuum chamber C are electrically insulated. A voltage of minus tens of volts is applied to each conductive plate P by a power supply V, and the vacuum chamber C is grounded. The ribbon beam passing through the vacuum chamber C has a positive charge.

上記構成であれば、真空チャンバCの端部領域での電界強度をこれまでの実施形態よりも容易に調整することが可能となる。   If it is the said structure, it will become possible to adjust the electric field strength in the edge part area | region of the vacuum chamber C more easily than the previous embodiment.

また、図6(A)に示す構成のように単一の電源Vを用いて、各導電性プレートPに電圧を印加するようにしてもいいが、図6(B)に示す構成のように各導電性プレートPに対応した電源Vを設けておき、各導電性プレートPの電位設定を独立して行えるようにしても良い。
さらに、導電性プレートPの電位設定については、真空チャンバCの上下或いは左右に配置される導電性プレートPを組として、導電性プレートPの組ごとに共通の電源を用いて電位設定が行えるように構成しておいても良い。
Further, as shown in FIG. 6A, a single power source V may be used to apply a voltage to each conductive plate P, but as shown in FIG. 6B. A power supply V corresponding to each conductive plate P may be provided so that the potential of each conductive plate P can be set independently.
Further, regarding the potential setting of the conductive plate P, it is possible to set the potential using a common power source for each set of the conductive plates P, with the conductive plates P arranged above and below or left and right of the vacuum chamber C as a set. It may be configured as follows.

これまでの実施形態で述べた本発明の真空チャンバCは、イオン源1から処理室4に至るリボンビームBの輸送経路の全域に亘って設けられていてもいいが、輸送経路の一部に設けられるような構成であっても良い。   The vacuum chamber C of the present invention described in the embodiments so far may be provided over the entire transport path of the ribbon beam B from the ion source 1 to the processing chamber 4, but in a part of the transport path. It may be configured to be provided.

図7は本発明が適用される別のイオン注入装置IMの構成例を示す平面図である。この構成例では、本発明の真空チャンバCは、質量分析電磁石2内のリボンビームBの輸送経路に使用されている。また、図示されているように、導電性プレートPはリボンビームBの進行方向に沿って複数に分割されている。   FIG. 7 is a plan view showing a configuration example of another ion implantation apparatus IM to which the present invention is applied. In this configuration example, the vacuum chamber C of the present invention is used for the transport path of the ribbon beam B in the mass analysis electromagnet 2. Further, as shown in the drawing, the conductive plate P is divided into a plurality along the traveling direction of the ribbon beam B.

図7のイオン注入装置IMでは、可動式のビーム電流計測器10a、10bが、真空チャンバCが設けられる質量分析電磁石2を挟む位置に設けられている。これらのビーム電流計測器10a、10bは、図1の構成例で説明したビーム電流計測器5と同様の機能、構成を有するもので、図示されない駆動機構によって図の矢印の方向に移動される。
なお、リボンビームBによって基板Sが処理されている間、これらのビーム電流計測器10a、10bはリボンビームBの輸送を妨げない位置に移動されている。
In the ion implantation apparatus IM of FIG. 7, movable beam current measuring devices 10a and 10b are provided at positions sandwiching the mass analysis electromagnet 2 in which the vacuum chamber C is provided. These beam current measuring devices 10a and 10b have the same function and configuration as the beam current measuring device 5 described in the configuration example of FIG. 1, and are moved in the direction of the arrow in the drawing by a driving mechanism (not shown).
While the substrate S is being processed by the ribbon beam B, the beam current measuring devices 10a and 10b are moved to positions that do not hinder the transport of the ribbon beam B.

この構成のもと、まずビーム電流計測器10aでリボンビームBの長さ方向のビーム電流分布を計測する。次にビーム電流計測器10bでリボンビームBの長さ方向のビーム電流分布を計測する。その後、両計測器での計測結果は制御装置Contに送信され、制御装置Contが質量分析電磁石2を通過することでリボンビームBのビーム電流分布がどのように変化したのかを算出する。
そして、制御装置Contは、算出結果に基づいて、各導電性プレートPに対して適切な電圧が印加されるように各導電性プレートPに接続されている図示されない電源を制御する。
Under this configuration, the beam current distribution in the length direction of the ribbon beam B is first measured by the beam current measuring instrument 10a. Next, the beam current distribution in the length direction of the ribbon beam B is measured by the beam current measuring instrument 10b. Thereafter, the measurement results of both measuring instruments are transmitted to the control device Cont, and the control device Cont calculates how the beam current distribution of the ribbon beam B has changed as it passes through the mass analysis electromagnet 2.
Then, the control device Cont controls a power source (not shown) connected to each conductive plate P so that an appropriate voltage is applied to each conductive plate P based on the calculation result.

本発明の真空チャンバCで導電性プレートPに所望の電圧を印加する構成であれば、上述したフィードバックシステムと組み合わせることも可能となる。   If it is the structure which applies a desired voltage to the electroconductive plate P in the vacuum chamber C of this invention, it also becomes possible to combine with the feedback system mentioned above.

また、図7の構成例において、ビーム電流計測器10a、10bのいずれか一方の計測結果に基づいて、各導電性プレートPへの印加電圧の制御を行うようにしても良い。この場合、ビーム電流計測器の個数は1つでいいので、イオン注入装置IMはビーム電流計測器10aもしくはビーム電流計測器10bのいずれか一方を備えていれば良い。
さらに、各ビーム電流計測器10a、10bの代わりに、ビーム電流計測器5での計測結果に基づいて、各導電性プレートPへの印加電圧の制御を行うようにしても良い。この場合、イオン注入装置IMはビーム電流計測器5のみを備えていれば良い。
In the configuration example of FIG. 7, the voltage applied to each conductive plate P may be controlled based on the measurement result of one of the beam current measuring devices 10a and 10b. In this case, since the number of beam current measuring devices is only one, the ion implantation apparatus IM may be provided with either the beam current measuring device 10a or the beam current measuring device 10b.
Furthermore, instead of the beam current measuring devices 10a and 10b, the voltage applied to each conductive plate P may be controlled based on the measurement result of the beam current measuring device 5. In this case, the ion implantation apparatus IM only needs to include the beam current measuring device 5.

また、図7の構成例では、導電性プレートPをビーム進行方向に沿って複数に分割していたが、このような分割構造を取る必要はなく、ビーム進行方向に沿って一体化された長い導電性プレートPを用いても良い。さらに、図7の構成例では、図2(A)と同様に、真空チャンバCの四隅に導電性プレートPが配置される構成が想定されているが、導電性プレートPをビーム進行方向に沿って複数に分割する場合、真空チャンバCに配置される導電性プレートPのビーム進行方向における寸法が、リボンビームBの輸送経路の構造に合せて真空チャンバCの上下、左右で異なるように構成しても良い。   Further, in the configuration example of FIG. 7, the conductive plate P is divided into a plurality along the beam traveling direction. However, it is not necessary to take such a divided structure, and the conductive plate P is long and integrated along the beam traveling direction. A conductive plate P may be used. Further, in the configuration example of FIG. 7, a configuration in which the conductive plates P are disposed at the four corners of the vacuum chamber C is assumed as in FIG. 2A. However, the conductive plates P are arranged along the beam traveling direction. In this case, the dimension of the conductive plate P arranged in the vacuum chamber C in the beam traveling direction is different in the vertical and horizontal directions of the vacuum chamber C in accordance with the structure of the transport path of the ribbon beam B. May be.

また、真空チャンバCの端部領域の形状が、リボンビームBの進行方向に沿って変化する構成であっても良い。例えば、質量分析電磁石2を通過するリボンビームBのX方向での寸法は、質量分析電磁石2の場所に応じて変化する。図8にはこのようなリボンビームBの寸法変化に伴って、真空チャンバCの端部領域の形状が変化する構成例が描かれている。   In addition, the shape of the end region of the vacuum chamber C may change along the traveling direction of the ribbon beam B. For example, the dimension in the X direction of the ribbon beam B passing through the mass analysis electromagnet 2 varies depending on the location of the mass analysis electromagnet 2. FIG. 8 shows a configuration example in which the shape of the end region of the vacuum chamber C changes with such a change in the dimensions of the ribbon beam B.

図8(A)は質量分析電磁石2内でビーム径が変化する様子を表す平面図であり、図8(B)〜(D)には図8(A)に記載のB−B線、C−C線、D−D線での断面の様子が描かれている。この構成例では真空チャンバCの四隅に導電性プレートPが設けられており、これらの導電性プレートPで真空チャンバCの端部領域が形成されている。
また、図8(B)、図8(D)では導電性プレートPが真空チャンバCの内壁に対して角度θaで取り付けられていて、図8(C)では導電性プレートPが真空チャンバCの内壁に対して角度θb(<θa)で取り付けられている。
なお、図8(A)に記載の座標軸は、質量分析電磁石2に入射するリボンビームBと質量分析電磁石2から出射するリボンビームBに関するものである。
FIG. 8A is a plan view showing how the beam diameter changes in the mass analysis electromagnet 2, and FIGS. 8B to 8D show the BB line and C shown in FIG. The state of the cross section in the -C line and the DD line is drawn. In this configuration example, conductive plates P are provided at four corners of the vacuum chamber C, and the end regions of the vacuum chamber C are formed by these conductive plates P.
8B and 8D, the conductive plate P is attached to the inner wall of the vacuum chamber C at an angle θa. In FIG. 8C, the conductive plate P is attached to the vacuum chamber C. It is attached to the inner wall at an angle θb (<θa).
Note that the coordinate axes shown in FIG. 8A relate to the ribbon beam B incident on the mass analysis electromagnet 2 and the ribbon beam B emitted from the mass analysis electromagnet 2.

図8(A)に描かれるように、質量分析電磁石2に入射するリボンビームBは質量分析電磁石2の中央付近でX方向の寸法が最大となるように広がり、質量分析電磁石2の下流側に配置される分析スリットで焦点を結ぶように集束する。
このようなX方向でのビーム寸法の変化に合わせて、真空チャンバCの端部領域における電界分布も変化する。この点を考慮して、リボンビームBの長さ方向における発散不均一性を十分に軽減するには、ビーム寸法の変化に合わせて真空チャンバCの端部領域の形状も変化させる必要がある。
As illustrated in FIG. 8A, the ribbon beam B incident on the mass analysis electromagnet 2 spreads so that the dimension in the X direction is maximized near the center of the mass analysis electromagnet 2, and downstream of the mass analysis electromagnet 2. Focusing is performed so as to focus on the arranged analysis slit.
As the beam size changes in the X direction, the electric field distribution in the end region of the vacuum chamber C also changes. In consideration of this point, in order to sufficiently reduce the divergence non-uniformity in the length direction of the ribbon beam B, it is necessary to change the shape of the end region of the vacuum chamber C in accordance with the change of the beam size.

具体的には、X方向でのリボンビームBの寸法がZ方向に沿って大きくなる場合、真空チャンバCの端部領域において、X方向での真空チャンバCの内寸がZ方向に沿って徐々に広がるように構成しておく。
図示されるように、図8(B)に記載の導電性プレートPの取付け角度がθaで、図8(C)に記載の導電性プレートPの取付け角度がθb(<θa)だとすると、Z方向に沿って角度θaから角度θbへ徐々に角度が小さくなるようにして導電性プレートPが真空チャンバCに取り付けられる。
Specifically, when the dimension of the ribbon beam B in the X direction increases along the Z direction, the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction gradually increases along the Z direction in the end region of the vacuum chamber C. It is configured to spread.
As shown in the figure, when the mounting angle of the conductive plate P shown in FIG. 8B is θa and the mounting angle of the conductive plate P shown in FIG. 8C is θb (<θa), the Z direction The conductive plate P is attached to the vacuum chamber C so that the angle gradually decreases from the angle θa to the angle θb.

反対に、X方向でのリボンビームBの寸法がZ方向に沿って小さくなる場合、真空チャンバCの端部領域において、X方向での真空チャンバCの内寸がZ方向に沿って徐々に狭くなるように構成しておく。
この場合、上述の構成とは逆に、Z方向に沿って角度θbから角度θaへ徐々に角度が大きくなるようにして導電性プレートPが真空チャンバCに取り付けられる。
On the other hand, when the dimension of the ribbon beam B in the X direction decreases along the Z direction, the inner dimension of the vacuum chamber C in the X direction gradually narrows along the Z direction in the end region of the vacuum chamber C. It is constituted so that it becomes.
In this case, contrary to the above-described configuration, the conductive plate P is attached to the vacuum chamber C so that the angle gradually increases from the angle θb to the angle θa along the Z direction.

図8の実施形態は質量分析電磁石2についての構成例であったが、質量分析電磁石2以外のリボンビームBの寸法を変化させるビーム光学要素に適用しても良い。
また、X方向でのビーム寸法が変化する例について述べたが、Y方向でのビーム寸法の変化に応じて真空チャンバCの端部領域の構成を変化させても良い。
The embodiment of FIG. 8 is a configuration example of the mass analysis electromagnet 2, but may be applied to a beam optical element that changes the dimensions of the ribbon beam B other than the mass analysis electromagnet 2.
Further, although an example in which the beam dimension in the X direction changes has been described, the configuration of the end region of the vacuum chamber C may be changed according to the change in the beam dimension in the Y direction.

リボンビームBが質量分析電磁石2を通過する際、リボンビームBにはローレンツ力が作用する。リボンビームBはX方向に幅を有しており、X方向において図9(A)に図示される質量分析電磁石2のOUT側とIN側で異なる位置を輸送される。質量分析電磁石2のOUT側とIN側ではビームの輸送距離が異なるので、リボンビームBが質量分析電磁石2を通過する際に受けるローレンツ力の大きさがOUT側とIN側で異なっている。この点を考慮して、図9に記載の構成例を用いても良い。   When the ribbon beam B passes through the mass analysis electromagnet 2, Lorentz force acts on the ribbon beam B. The ribbon beam B has a width in the X direction, and is transported at different positions on the OUT side and the IN side of the mass analysis electromagnet 2 illustrated in FIG. 9A in the X direction. Since the beam transport distance is different between the OUT side and the IN side of the mass analysis electromagnet 2, the magnitude of the Lorentz force received when the ribbon beam B passes through the mass analysis electromagnet 2 is different between the OUT side and the IN side. Considering this point, the configuration example shown in FIG. 9 may be used.

図8(A)〜(D)と同様に、図9(A)は質量分析電磁石2内でビーム径が変化する様子を表す平面図であり、図9(B)〜(D)には図9(A)に記載のB−B線、C−C線、D−D線での断面の様子が描かれている。
質量分析電磁石2内でOUT側を通過するリボンビームBの成分は、質量分析電磁石2内での輸送距離が長くなるので、ここに作用するローレンツ力は大きくなる。反対に、質量分析電磁石2内でIN側を通過するリボンビームBの成分は、質量分析電磁石2内での輸送距離が短くなるので、ここに作用するローレンツ力は小さくなる。
Similarly to FIGS. 8A to 8D, FIG. 9A is a plan view showing how the beam diameter changes in the mass analysis electromagnet 2, and FIGS. 9B to 9D are diagrams. The state of the cross section in the BB line, CC line, and DD line of 9 (A) is drawn.
The component of the ribbon beam B that passes through the OUT side in the mass analysis electromagnet 2 has a longer transport distance in the mass analysis electromagnet 2, so the Lorentz force acting on the component is increased. On the contrary, the component of the ribbon beam B that passes through the IN side in the mass analysis electromagnet 2 has a short transport distance in the mass analysis electromagnet 2, and thus the Lorentz force acting on the component becomes small.

上述した点を考慮して、図9(B)〜(D)に描かれているように、導電性プレートPの取付け角度が真空チャンバCの左右で異なるように構成されている。
これらの図において、導電性プレートPの取付け角度の関係は、θa1>θa2、θa1>θb1、θa2>θb2、θb1>θb2である。
In consideration of the above points, the mounting angle of the conductive plate P is configured to be different between the left and right sides of the vacuum chamber C as illustrated in FIGS.
In these drawings, the relationship between the mounting angles of the conductive plate P is θa1> θa2, θa1> θb1, θa2> θb2, and θb1> θb2.

質量分析電磁石2のOUT側を通過するリボンビームBの成分は、ローレンツ力によりIN側に向けて大きく偏向されるので、ビームポテンシャルによるビームの広がりが質量分析電磁石2のIN側を通過するリボンビームBの成分のビームポテンシャルによるビームの広がりに比べて幾分軽減される。
この点を踏まえて、OUT側に配置される導電性プレートPの取付け角度θa1がIN側に配置される導電性プレートPの取付け角度θa2に比べて大きくなるようにする。
Since the component of the ribbon beam B that passes through the OUT side of the mass analysis electromagnet 2 is largely deflected toward the IN side by the Lorentz force, the beam spread due to the beam potential passes through the IN side of the mass analysis electromagnet 2. This is somewhat reduced compared to the beam spread due to the beam potential of the component B.
Considering this point, the attachment angle θa1 of the conductive plate P arranged on the OUT side is made larger than the attachment angle θa2 of the conductive plate P arranged on the IN side.

上記構成であれば、ビームポテンシャルによるビームの広がりはOUT側の方がIN側に比べて大きくなるが、OUT側ではIN側に向かってローレンツ力による偏向作用が大きく働くので、ビームポテンシャルによる発散が緩和される。その結果、真空チャンバCの端部領域を通過するX方向におけるリボンビームBの両端部のビームポテンシャルによる発散の度合いを同程度にすることが可能となる。   With the above configuration, the beam spread due to the beam potential is larger on the OUT side than on the IN side, but on the OUT side, the deflection action due to the Lorentz force works toward the IN side. Alleviated. As a result, the degree of divergence due to the beam potential at both ends of the ribbon beam B in the X direction passing through the end region of the vacuum chamber C can be made substantially the same.

また、図8の実施形態で説明したようにビーム径の変化も考慮すると、図9の構成例において、質量分析電磁石2の入口から中央まではZ方向に沿って導電性プレートPの取付け角度が徐々に小さくなるようにし、質量分析電磁石2の中央から出口まではZ方向に沿って導電性プレートPの取付け角度が徐々に大きくなるように構成しておいても良い。   In consideration of changes in the beam diameter as described in the embodiment of FIG. 8, in the configuration example of FIG. 9, the attachment angle of the conductive plate P is along the Z direction from the entrance to the center of the mass analysis electromagnet 2. The mounting angle of the conductive plate P may be gradually increased along the Z direction from the center to the outlet of the mass analysis electromagnet 2 so as to be gradually decreased.

図9に示す実施形態では、リボンビームBが時計回りに旋回される構成であったが、これとは逆にリボンビームBが反時計回りに旋回される構成であっても良い。この場合、導電性プレートPの取付け角度の関係は図9の構成例とは左右で逆になる。   In the embodiment shown in FIG. 9, the ribbon beam B is swung clockwise, but conversely, the ribbon beam B may be swung counterclockwise. In this case, the relationship of the mounting angle of the conductive plate P is reversed on the left and right from the configuration example of FIG.

また、これまでの実施形態では、説明を簡略化するために、長さ方向でのビーム電流分布が略均一なリボンビームBや磁石内で生成される磁場が略均一な質量分析電電磁石2を想定して説明していたが、これらの条件に制限される訳ではない。ビーム電流分布や磁場分布が不均一な構成にも、本発明を適用することはできる。   Further, in the embodiments so far, in order to simplify the description, the ribbon beam B having a substantially uniform beam current distribution in the length direction and the mass analyzing electromagnet 2 having a substantially uniform magnetic field generated in the magnet are used. Although the description has been made on the assumption, it is not limited to these conditions. The present invention can also be applied to a configuration in which the beam current distribution and the magnetic field distribution are not uniform.

この場合、図9の構成例で、導電性プレートPの左右での取付け角度の関係をどのようなものにすれば、リボンビームBの長さ方向における発散不均一性が軽減される最適角度となりうるかは、ビーム電流分布や磁場分布、ビームの旋回角度等の諸条件によって決定される。   In this case, in the configuration example of FIG. 9, what is the relationship between the left and right attachment angles of the conductive plate P is the optimum angle at which the non-uniformity in the length direction of the ribbon beam B is reduced. Whether it is possible is determined by various conditions such as a beam current distribution, a magnetic field distribution, and a beam turning angle.

図9の構成例やこれに類似する他の構成例に関して、一般的に言うならば、本発明の真空チャンバCが配置されるリボンビームBの輸送経路において、少なくとも一部の輸送経路では真空チャンバCの内壁形状がリボンビームBの中心を含むYZ平面に対してX方向で非対称となるように構成しておく。   Regarding the configuration example of FIG. 9 and other similar configuration examples, generally speaking, in the transport path of the ribbon beam B in which the vacuum chamber C of the present invention is disposed, the vacuum chamber is at least partially in the transport path. The inner wall shape of C is configured to be asymmetric in the X direction with respect to the YZ plane including the center of the ribbon beam B.

少なくとも一部の輸送経路とは、真空チャンバCが配置される輸送経路の全体に亘って真空チャンバCの内壁形状を非対称に構成してもいいし、真空チャンバCが配置される輸送経路の一部で真空チャンバCの内壁形状を非対称に構成してもいいという意味である。
上述した構成を採用する理由は、リボンビームBのビーム電流分布、電磁石内の磁場分布、ビームの旋回角度等によっては、質量分析電磁石の一部の輸送経路では、真空チャンバCの内壁形状が変化し、リボンビームBの中心を含むYZ平面に対して真空チャンバCの内壁形状がX方向で対称となりうるからである。
The at least part of the transport path may be configured such that the shape of the inner wall of the vacuum chamber C is asymmetrical over the entire transport path in which the vacuum chamber C is disposed, or one of the transport paths in which the vacuum chamber C is disposed. This means that the shape of the inner wall of the vacuum chamber C may be asymmetrical.
The reason for adopting the above-described configuration is that the inner wall shape of the vacuum chamber C changes in some transport paths of the mass analyzing electromagnet depending on the beam current distribution of the ribbon beam B, the magnetic field distribution in the electromagnet, the turning angle of the beam, etc. This is because the inner wall shape of the vacuum chamber C can be symmetric in the X direction with respect to the YZ plane including the center of the ribbon beam B.

ここでは質量分析電磁石を例に挙げて説明したが、X方向でリボンビームBに作用するローレンツ力に違いがあるような偏向電磁石についても同様のことが言える。
さらに、長さ方向の端部形状がリボンビームBの中心を含むY方向に対してX方向で非対称なリボンビームBが本発明の真空チャンバCを通過する場合にも、真空チャンバCの内壁形状を非対称に構成にしておくことが考えられる。また同様に、長さ方向の端部形状がリボンビームBの中心を含むX方向に対してY方向で非対称なリボンビームBが本発明の真空チャンバCを通過する場合には、真空チャンバCの内壁形状をリボンビームBの中心を含むX方向に対して非対称に構成にしておくことも考えられる。
Here, the mass analysis electromagnet has been described as an example, but the same can be said for a deflection electromagnet having a difference in Lorentz force acting on the ribbon beam B in the X direction.
Further, the inner wall shape of the vacuum chamber C can be obtained even when the ribbon beam B whose end shape in the length direction is asymmetric in the X direction with respect to the Y direction including the center of the ribbon beam B passes through the vacuum chamber C of the present invention. It is conceivable to have an asymmetric configuration. Similarly, when the ribbon beam B having an end shape in the length direction that is asymmetric in the Y direction with respect to the X direction including the center of the ribbon beam B passes through the vacuum chamber C of the present invention, It is also conceivable that the inner wall shape is asymmetric with respect to the X direction including the center of the ribbon beam B.

これまでに述べた種々の実施形態は、必要に応じて組み合わせても良い。例えば、図8や図9で説明した実施形態と図6で説明した実施形態とを組み合わせても良い。また、これまでに述べた多くの実施形態では導電性プレートPを用いる構成であったが、このような導電性プレートPをなくし、真空チャンバCの内壁形状を適宜変更するようにしても良い。この場合、真空チャンバCの内壁形状としては、図2(B)で述べた八角形形状に限らず、六角形や十二角形等の多角形形状や楕円形状といった種々の形状が用いられる。   The various embodiments described so far may be combined as necessary. For example, the embodiment described in FIGS. 8 and 9 may be combined with the embodiment described in FIG. In many of the embodiments described so far, the conductive plate P is used. However, such a conductive plate P may be eliminated, and the inner wall shape of the vacuum chamber C may be changed as appropriate. In this case, the inner wall shape of the vacuum chamber C is not limited to the octagonal shape described with reference to FIG. 2B, and various shapes such as a polygonal shape such as a hexagonal shape and a dodecagonal shape, and an elliptical shape are used.

また、これまでに述べた種々の実施形態は、リボンビームBとしてイオンビームを例に挙げて説明したが、電子ビームにも本発明は適用できる。   Further, the various embodiments described so far have been described by taking the ion beam as an example of the ribbon beam B, but the present invention can also be applied to an electron beam.

さらに、Y方向においてリボンビームBの端部は中央部よりもビームポテンシャルによる発散が小さくなる傾向にあるが、本発明の真空チャンバCに入射するビームの特性によっては、ビーム端部以外の場所でもビームポテンシャルによる発散が小さくなるケースも考えられる。
このような場合、リボンビームBの端部以外の所定位置に対応した導電性プレートPを追加する等しても良い。
Further, in the Y direction, the divergence due to the beam potential tends to be smaller at the end portion of the ribbon beam B than at the central portion. There may be cases where the divergence due to the beam potential is small.
In such a case, a conductive plate P corresponding to a predetermined position other than the end of the ribbon beam B may be added.

その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。   In addition to the above, it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

2 質量分析電磁石
B リボンビーム
C 真空チャンバ
P 導電性プレート
V 電源
2 Mass spectrometry electromagnet B Ribbon beam C Vacuum chamber P Conductive plate V Power supply

Claims (7)

リボンビームの輸送経路を構成する真空チャンバで、
前記真空チャンバ内を通過するリボンビームの進行方向をZ方向、リボンビームの長さ方向をY方向とし、両方向と直交する方向をX方向とすると、
Y方向における前記真空チャンバの端部領域で、X方向での前記真空チャンバの内寸が前記真空チャンバの端部に向かうほど小さくなる真空チャンバ。
A vacuum chamber that forms the transport path of the ribbon beam,
When the traveling direction of the ribbon beam passing through the vacuum chamber is the Z direction, the length direction of the ribbon beam is the Y direction, and the direction orthogonal to both directions is the X direction,
A vacuum chamber in which the inner dimension of the vacuum chamber in the X direction becomes smaller toward the end of the vacuum chamber in the end region of the vacuum chamber in the Y direction.
前記真空チャンバの端部領域で、X方向での前記リボンビームの寸法がZ方向に沿って変化にするのに伴って、X方向での前記真空チャンバの内寸がZ方向に沿って変化する請求項1記載の真空チャンバ。   As the dimension of the ribbon beam in the X direction varies along the Z direction in the end region of the vacuum chamber, the inner dimension of the vacuum chamber in the X direction varies along the Z direction. The vacuum chamber according to claim 1. 前記真空チャンバの内壁形状が、前記リボンビームの中心を含むY方向に対してX方向で非対称である請求項1または2記載の真空チャンバ。   The vacuum chamber according to claim 1 or 2, wherein an inner wall shape of the vacuum chamber is asymmetric in the X direction with respect to a Y direction including a center of the ribbon beam. 前記真空チャンバの端部領域に複数の導電性プレートが配置される請求項1乃至3のいずれか1項に記載の真空チャンバ。   The vacuum chamber according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of conductive plates are arranged in an end region of the vacuum chamber. 前記真空チャンバと前記導電性プレートとの電位が異なっている請求項4記載の真空チャンバ。   The vacuum chamber according to claim 4, wherein potentials of the vacuum chamber and the conductive plate are different. 前記リボンビームは正の電荷を有し、
前記導電性プレートの電位が前記真空チャンバの電位よりも低い請求項5記載の真空チャンバ。
The ribbon beam has a positive charge;
The vacuum chamber according to claim 5, wherein a potential of the conductive plate is lower than a potential of the vacuum chamber.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の真空チャンバを備えた質量分析電磁石。   The mass spectrometry electromagnet provided with the vacuum chamber of any one of Claims 1 thru | or 6.
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