JP4305489B2 - Ion implanter - Google Patents
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Description
この発明は、リボン状のイオンビームを、分析電磁石を通して運動量分析(例えば質量分析)を行った後に、基板に入射させて当該基板にイオン注入を行うイオン注入装置に関する。 The present invention relates to an ion implantation apparatus in which a ribbon-like ion beam is subjected to momentum analysis (for example, mass spectrometry) through an analysis electromagnet and then incident on a substrate to perform ion implantation on the substrate.
大型の基板に対して、高いスループットでイオン注入を行う等のために、リボン状(これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様)のイオンビームを用いる場合がある。 In order to perform ion implantation with a high throughput on a large substrate, an ion beam in a ribbon shape (this may be referred to as a sheet shape or a belt shape, the same applies hereinafter) may be used.
リボン状のイオンビームを、分析電磁石を通して運動量分析(例えば質量分析。以下同様)を行った後に、基板に入射させて当該基板にイオン注入を行うイオン注入装置の一例が、例えば特許文献1に記載されている。
An example of an ion implantation apparatus in which a ribbon-like ion beam is subjected to momentum analysis (for example, mass spectrometry; the same applies hereinafter) through an analysis electromagnet and then incident on the substrate to perform ion implantation on the substrate is described in
リボン状のイオンビームの運動量分析を志向した分析電磁石の一例が、例えば特許文献2に記載されている。
An example of an analysis electromagnet intended for momentum analysis of a ribbon-like ion beam is described in
特許文献2に記載されている従来の分析電磁石を図56を参照して説明する。この図では、コイル12、18の形状を分かりやすくするために、ヨーク36は二点鎖線で示している。イオンビーム2の進行方向をZ方向とし、このZ方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向とすると、この分析電磁石40には、Y方向に長い縦長のリボン状のイオンビーム2が入口24から入射され、出口26から出射される。
A conventional analysis electromagnet described in
この分析電磁石40は、特許文献2の図1に記載されているような上下二つのコイル12、18と、同文献の図21に記載されているヨークに相当するヨーク36とを組み合わせた構成をしている。
The
コイル12は、鞍型のコイル(特許文献2ではバナナ型コイルと呼んでいる)であり、イオンビーム2の経路(ビーム経路)を挟んで相対向している一組の本体部(特許文献2ではコイル主体部と呼んでいる)14と、両本体部14のZ方向に沿う方向における端部同士間を、ビーム経路を避けるように斜めに跳ね上げて接続している一組の渡り部(特許文献2では端部跳ね上げ部と呼んでいる)16とを有している。入口24と出口26とで渡り部16を斜めに跳ね上げているのは、それにイオンビーム2が当たらないようにしてビーム通過領域を確保するためである。
The
コイル18も、コイル12と同様の構造をした鞍型のコイルであり(但し、コイル12とは実質的に面対称の形をしている)、一組の本体部20と一組の渡り部22とを有している。
The
両コイル12、18は、それぞれ、周囲を絶縁物によって被覆された導体(被覆導体)を多数回巻いたマルチターンのコイルであって、平面形状が扇型をしているコイルに対して、その両端部付近に曲げ加工を施して上記渡り部16、22を形成するという方法で製造される。上記導体には、通常、中に冷媒(例えば冷却水)が流される中空導体(ホローコンダクター)が使用される。この明細書において「絶縁」とは、電気絶縁を意味する。
Each of the
両コイル12、18の本体部14、20の外側をヨーク36が一括して囲んでいる。
A
上記分析電磁石40においては次のような課題がある。
The
(1)入口24および出口26において、ヨーク36からの渡り部16、22のビーム入出射方向への張り出し距離L1 が大きい。これは主として次の理由による。
(1) at the
(a)上記のようなY方向に長いリボン状のイオンビーム2をできるだけ均一に偏向させるためには、両コイル12、18の本体部14、20はそのY方向の寸法aを大きくして縦長に(図56に示す例よりも大きく縦長に)する必要があるが、コイル12、18は上記のように扇型のコイルに曲げ加工を施して渡り部16、22を形成したものであるため、上記寸法aが張り出し距離L1 にほぼそのまま反映される。従って、寸法aを大きくするほど張り出し距離L1 も大きくなる。
(A) In order to deflect the ribbon-
(b)コイル12、18は上記のような扇型のコイルをコイルに曲げ加工を施して渡り部16、22を形成したものであるために、曲げ加工上の制約から、本体部14、20と渡り部16、22との境付近に比較的大きな曲がり部30、32が生じるのを避けることができず、この曲がり部30、32が存在している分、ヨーク36の端部と渡り部16、22の端部との間の距離L2 が大きくなり、この距離L2 が上記張り出し距離L1 に含まれるため、張り出し距離L1 が大きくなる。上記寸法aを大きくするほど、曲げ加工上の制約から、曲がり部30、32の曲率半径を大きくしなければならず、距離L2 ひいては張り出し距離L1 は大きくなる。
(B) Since the
即ち、張り出し距離L1 は次式で表すことができる。 That is, the overhang distance L 1 can be expressed by the following equation.
[数1]
L1 =a+L2
[Equation 1]
L 1 = a + L 2
(c)渡り部16、22を斜めに跳ね上げているため、これも張り出し距離L1 を大きくする原因になっている。
(C) Since the
上記のようにヨーク36からの渡り部16、22の張り出し距離L1 が大きいと、その分、分析電磁石40が大型化し、分析電磁石40の設置に必要な面積も大きくなり、ひいてはイオン注入装置も大型になり、その設置に必要な面積も大きくなる。分析電磁石40の重量も重くなる。また、ヨーク36外にある渡り部16、22が発生する磁界(これをフリンジフィールドと呼ぶこともある)がイオンビーム2の形態(形状および姿勢。以下同様)を乱す可能性も大きくなる。
As described above, when the overhanging distance L 1 of the connecting portions 16 and 22 from the
(2)コイル12、18における消費電力が大きい。これは主として次の理由による。
(2) Power consumption in the
(a)渡り部16、22はイオンビーム2を偏向させる磁界を発生させるものではないが、上記のように渡り部16、22の張り出し距離L1 が大きいのでその分、渡り部16、22の長さも長くなって渡り部16、22における無駄な消費電力が大きく、これがコイル12、18における消費電力を大きくしている。
(A) Although the
(b)コイル12、18は上記のように被覆導体のマルチターンコイルであるので、コイル12、18の断面中に占める導体面積の割合(即ち導体の占積率)を大きく取るのが難しく、そのぶん電力損失が大きくなって消費電力が大きくなる。被覆導体が中空のホローコンダクターの場合は、導体の占積率はより小さくなり、電力損失がより大きくなるので、消費電力はより大きくなる。
(B) Since the
上記のようにコイル12、18における消費電力が大きいと、分析電磁石40の消費電力が大きくなり、ひいてはイオン注入装置の消費電力も大きくなる。
When the power consumption in the
そこでこの発明は、コイルの渡り部の張り出し距離を小さくして分析電磁石の小型化および低消費電力化を可能にし、ひいてはイオン注入装置の小型化および低消費電力化を可能にすることを主たる目的としている。 Therefore, the main object of the present invention is to reduce the overhang distance of the coil transition portion, thereby enabling downsizing and low power consumption of the analysis electromagnet, and consequently enabling downsizing and low power consumption of the ion implantation apparatus. It is said.
この発明に係るイオン注入装置の一つは、
(a)イオンビームの進行方向をZ方向とし、Z方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向とすると、X方向の寸法よりもY方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを輸送してそれを基板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、
Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームをX方向に曲げて運動量分析を行うものであって、下流側に所望運動量のイオンビームの焦点を形成する分析電磁石と、
前記分析電磁石からのイオンビームの焦点付近に設けられていて、前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットと、
前記イオン源と前記分析電磁石との間および前記分析電磁石と前記分析スリットとの間の少なくとも一方に設けられていて、静電界によって、前記イオンビームの焦点の位置を前記分析スリットの位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを静電界によってX方向に曲げ、かつ静電界によって当該イオンビームの加速または減速を行う加減速器と、
前記加減速器を通過したイオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を当該イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
前記分析電磁石と前記加減速器との間に設けられていて、静電界によって前記イオンビームをY方向に曲げるものであって、イオンビーム進行方向に互いに隙間をあけて並べられた入口電極、中間電極および出口電極を有する軌道制御レンズとを備えており、
(b)前記分析電磁石は、
前記イオンビームの通り道であるビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、第2コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる磁界を発生させる第1コイルと、
前記ビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1コイルと互いに重ねて配置されていて、前記第1コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる磁界を発生させる第2コイルと、
前記第1コイルおよび第2コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークとを備えており、
(c)前記ヨークを構成する上部ヨークを着脱可能にしており、
(d)かつ前記分析電磁石の前記第1コイルおよび第2コイルは、それぞれ、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(e)前記軌道制御レンズの入口電極、中間電極および出口電極は、それぞれ、前記イオンビームが通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している一対の電極を有しており、
(f)前記軌道制御レンズの中間電極は、イオンビーム進行方向の上流側および下流側の面に、Y方向において湾曲した凸表面をそれぞれ有しており、
(g)前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は、前記中間電極の凸表面に対向する面に当該凸表面にそれぞれ沿う凹表面をそれぞれ有しており、
(h)かつ前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記軌道制御レンズから導出されるイオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる、ことを特徴としている。
One of the ion implantation apparatuses according to the present invention is
(A) If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, the direction of the Y direction is larger than the dimension of the X direction. An ion implantation apparatus that transports a ribbon-shaped ion beam having a large size and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
Analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction; and an analyzing electromagnet for forming a focal point of the ion beam having a desired momentum on the downstream side;
An analysis slit that is provided near the focal point of the ion beam from the analysis electromagnet, and performs momentum analysis of the ion beam in cooperation with the analysis electromagnet;
Correction that is provided between at least one of the ion source and the analysis electromagnet and between the analysis electromagnet and the analysis slit, and adjusts the position of the focal point of the ion beam to the position of the analysis slit by an electrostatic field. A focus correction lens that performs
An accelerator / decelerator that bends the ion beam that has passed through the analysis slit in the X direction by an electrostatic field and accelerates or decelerates the ion beam by the electrostatic field;
A substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting the main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam that has passed through the accelerator is incident on the substrate ;
An inlet electrode provided between the analysis electromagnet and the accelerometer, which bends the ion beam in the Y direction by an electrostatic field and is arranged with a gap in the ion beam traveling direction; A trajectory control lens having an electrode and an exit electrode ,
(B) The analysis electromagnet
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path that is the path of the ion beam and that cover approximately half or more of one side of the Y direction of the ion beam, and along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of crossing portions that are connected between end portions in the direction so as to avoid the beam path, and bends the ion beam in the X direction in cooperation with the second coil. A first coil for generating a magnetic field;
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and between the end portions in the direction along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that are connected to each other while avoiding the beam path, and is disposed so as to overlap with the first coil in the Y direction, and cooperates with the first coil. A second coil that acts to generate a magnetic field that bends the ion beam in the X direction;
A yoke that collectively surrounds the outside of the main body of the first coil and the second coil,
(C) The upper yoke constituting the yoke is made removable.
( D ) and the first coil and the second coil of the analyzing electromagnet are each wound a plurality of times by laminating an insulating sheet and a conductor sheet each having a principal surface along the Y direction on the outer peripheral surface of the laminated insulator. laminating Te, more fan-shaped cylindrical stacked coil forming a laminated insulator on the outer peripheral surface thereof has a structure in which a cutout portion while leaving the body portion and connecting portions,
(E) A pair of the entrance electrode, the intermediate electrode, and the exit electrode of the trajectory control lens, which are arranged opposite to each other in the X direction across a gap through which the ion beam passes and are electrically connected to each other. Electrode
(F) The intermediate electrode of the trajectory control lens has convex surfaces curved in the Y direction on the upstream and downstream surfaces in the ion beam traveling direction,
(G) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens each have a concave surface along the convex surface on a surface facing the convex surface of the intermediate electrode,
(H) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode has a potential different from that of the entrance electrode and the exit electrode. It is characterized in that it is kept at a potential that makes the orbital state in the direction desired .
このイオン注入装置を構成する分析電磁石においては、コイルは、上記のような扇型筒状の積層コイルに本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしているので、渡り部は、本体部の端部からY方向に実質的に平行に延出した状態になっている。従って、本体部のY方向における寸法を大きくする場合でも、それに対応させて渡り部のY方向における寸法を大きくすれば済むので、ビーム入出射方向への渡り部の張り出し距離は大きくならない。このような構造によって、コイルの渡り部の、ヨークからのビーム入出射方向への張り出し距離を小さくすることができる。 In the analysis electromagnet constituting the ion implantation apparatus, the coil has a configuration in which the cutout portion is provided in the fan-shaped cylindrical laminated coil as described above, leaving the main body portion and the crossover portion. Is in a state extending substantially in parallel with the Y direction from the end of the main body. Therefore, even when the dimension of the main body part in the Y direction is increased, the dimension of the transition part in the Y direction of the beam does not increase because the dimension of the transition part in the Y direction is increased correspondingly. With such a structure, it is possible to reduce the overhang distance in the beam entering / exiting direction from the yoke of the connecting portion of the coil.
また、コイルの渡り部の張り出し距離を小さくすることができることに伴って、渡り部の長さも短くすることができるので、渡り部における無駄な消費電力を小さくすることができる。しかも、上記コイルは、絶縁シートを挟んで導体シートを積層した構造をしているので、被覆導体を多数回巻いたマルチターンコイルに比べて、導体の占積率が高く、そのぶん電力損失が少ない。従って、消費電力を小さくすることができる。 In addition, since the overhang distance of the transition part of the coil can be reduced, the length of the transition part can also be shortened, so that useless power consumption in the transition part can be reduced. In addition, the coil has a structure in which conductor sheets are laminated with an insulating sheet interposed therebetween, so that the space factor of the conductor is higher than that of a multi-turn coil in which the coated conductor is wound many times, and the power loss is much less. Few. Therefore, power consumption can be reduced.
その結果、分析電磁石の小型化および低消費電力化が可能になり、ひいてはイオン注入装置の小型化および低消費電力化が可能になる。 As a result, it is possible to reduce the size and power consumption of the analysis electromagnet, and thus to reduce the size and power consumption of the ion implantation apparatus.
前記軌道制御レンズの中間電極は、イオンビーム進行方向の上流側および下流側の面に、Y方向において湾曲した凹表面をそれぞれ有しており、前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は、前記中間電極の凹表面に対向する面に当該凹表面にそれぞれ沿う凸表面をそれぞれ有しており、かつ前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記軌道制御レンズから導出されるイオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる、という構成を採用しても良い。The intermediate electrode of the trajectory control lens has concave surfaces curved in the Y direction on the upstream and downstream surfaces in the ion beam traveling direction, and the entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are The surface facing the concave surface of the intermediate electrode has a convex surface along the concave surface, respectively, and the entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode is the entrance electrode and A configuration may be adopted in which the potential is different from that of the exit electrode and is maintained at a potential that makes the trajectory state of the ion beam derived from the trajectory control lens in the Y direction desired.
前記分析電磁石は、
前記イオンビームの通り道であるビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、第2内側コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる主磁界を発生させる第1内側コイルと、
前記ビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1内側コイルと互いに重ねて配置されていて、前記第1内側コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる主磁界を発生させる第2内側コイルと、
前記第1内側コイルの外側にあってビーム経路を挟んでX方向において相対向している一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる1以上の第1外側コイルと、
前記第2内側コイルの外側にあってビーム経路を挟んでX方向において相対向している一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1外側コイルと重ねて配置されていて前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる1以上の第2外側コイルと、
前記第1内側コイル、第2内側コイル、第1外側コイルおよび第2外側コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークとを備えており、
かつ前記第1内側コイルおよび第1外側コイルは、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、その外周面に積層絶縁体を形成し、その外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
前記第2内側コイルおよび第2外側コイルは、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、その外周面に積層絶縁体を形成し、その外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしている、という構成のものでも良い。
The analysis electromagnet
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path that is the path of the ion beam and that cover approximately half or more of one side of the Y direction of the ion beam, and along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that connect the end portions in the direction avoiding the beam path, and in cooperation with the second inner coil, the ion beam is moved in the X direction. A first inner coil that generates a main magnetic field to be bent;
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and between the end portions in the direction along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that are connected to each other while avoiding the beam path, and is arranged so as to overlap with the first inner coil in the Y direction. In cooperation with the second inner coil for generating a main magnetic field that bends the ion beam in the X direction;
A pair of main body portions outside the first inner coil and facing each other in the X direction across the beam path and the ends of the two main body portions in the direction along the Z direction are connected to each other while avoiding the beam path. One or more first outer coils for generating a sub-magnetic field for assisting or correcting the main magnetic field, wherein the coil is a saddle-shaped coil having a pair of crossing portions
A pair of main body portions outside the second inner coil and facing each other in the X direction across the beam path, and the ends of the two main body portions in the direction along the Z direction are connected to each other while avoiding the beam path. A saddle-shaped coil having a pair of crossing portions that are arranged to overlap the first outer coil in the Y direction and generate a sub-magnetic field for assisting or correcting the main magnetic field One or more second outer coils;
A yoke that collectively surrounds the outside of the main body of the first inner coil, the second inner coil, the first outer coil, and the second outer coil;
In addition, the first inner coil and the first outer coil are laminated on the outer peripheral surface of the laminated insulator by winding a plurality of layers in which an insulating sheet and a conductor sheet whose main surfaces are along the Y direction are overlapped with each other. A laminated insulator is formed on the outer circumferential surface of the laminated insulating sheet and a conductor sheet whose main surface is along the Y direction. The laminated sheet is wound by multiple turns and further laminated on the outer circumferential surface. The fan-shaped cylindrical laminated coil has a configuration in which a cutout portion is provided leaving the main body portion and the transition portion,
The second inner coil and the second outer coil are laminated on the outer peripheral surface of the laminated insulator by winding a plurality of layers of an insulating sheet and a conductor sheet whose main surface is along the Y direction. A fan in which a laminated insulator is formed, and on the outer peripheral surface thereof, an insulating sheet and a conductor sheet whose main surfaces are aligned in the Y direction are wound and laminated several times, and further, a laminated insulator is formed on the outer peripheral surface. A configuration in which a cutout portion is provided in the cylindrical tube-shaped laminated coil while leaving the main body portion and the transition portion may be used.
請求項1〜4に記載の発明によれば、分析電磁石の各コイルは上記のような扇型筒状の積層コイルに本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしているので、渡り部は、本体部の端部からY方向に実質的に平行に延出した状態になっている。従って、本体部のY方向における寸法を大きくする場合でも、それに対応させて渡り部のY方向における寸法を大きくすれば済むので、ビーム入出射方向への渡り部の張り出し距離は大きくならない。このような構造によって、コイルの渡り部の、ヨークからのビーム入出射方向への張り出し距離を小さくすることができる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, each coil of the analysis electromagnet has a configuration in which a cutout portion is provided in the fan-shaped cylindrical laminated coil as described above, leaving the main body portion and the transition portion. Therefore, the crossover portion is in a state of extending substantially parallel to the Y direction from the end portion of the main body portion. Therefore, even when the dimension of the main body part in the Y direction is increased, the dimension of the transition part in the Y direction of the beam does not increase because the dimension of the transition part in the Y direction is increased correspondingly. The good Una structure of this, the connecting portions of the coils, it is possible to reduce the projection distance of directions of beam incidence and emission from the yoke.
従って、分析電磁石の小型化が可能になり、ひいては分析電磁石の設置に必要な面積を小さくすることができる。分析電磁石の軽量化も可能になる。また、コイルの渡り部が発生する磁界がイオンビームの形態を乱す可能性も小さくなる。 Therefore, the analysis electromagnet can be reduced in size, and the area necessary for installing the analysis electromagnet can be reduced. It is also possible to reduce the weight of the analysis electromagnet. In addition, the possibility that the magnetic field generated by the crossing portion of the coil disturbs the form of the ion beam is reduced.
また、各コイルの渡り部の張り出し距離を小さくすることができることに伴って、渡り部の長さも短くすることができるので、渡り部における無駄な消費電力を小さくすることができる。しかも、各コイルは、絶縁シートを挟んで導体シートを積層した構造をしているので、被覆導体を多数回巻いたマルチターンコイルに比べて、導体の占積率が高く、そのぶん電力損失が少ない。従って、消費電力を小さくすることができる。 Moreover, since the overhang distance of the transition part of each coil can be reduced, the length of the transition part can also be shortened, so that useless power consumption in the transition part can be reduced. In addition, each coil has a structure in which conductor sheets are laminated with an insulating sheet interposed therebetween, so that the space factor of the conductor is higher than that of a multi-turn coil in which a plurality of coated conductors are wound, and the power loss is much less. Few. Therefore, power consumption can be reduced.
その結果、分析電磁石の小型化に伴ってイオン注入装置の小型化が可能になり、ひいてはイオン注入装置の設置に必要な面積を小さくすることができる。イオン注入装置の軽量化も可能になる。また、分析電磁石における消費電力を小さくすることができることに伴って、イオン注入装置の消費電力を小さくすることができる。 As a result, it is possible to reduce the size of the ion implantation apparatus as the analysis electromagnet becomes smaller, and it is possible to reduce the area necessary for installing the ion implantation apparatus. It is also possible to reduce the weight of the ion implantation apparatus. In addition, the power consumption of the ion implantation apparatus can be reduced along with the reduction of the power consumption of the analysis electromagnet.
更に請求項1〜4に記載の発明によれば次の効果を奏する。 Furthermore, according to invention of Claims 1-4, there exists the following effect.
Y方向の寸法が基板のY方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源を備えているので、イオンビームのY方向の発散または拡幅を利用する場合に比べて、大型の基板に対しても、高い処理速度(スループット)でイオン注入を行うことができる。この効果は、処理対象の基板ひいてはイオンビームのY方向の寸法が大きい場合により顕著になる。 Since the ion source for generating a ribbon-like ion beam whose dimension in the Y direction is larger than the dimension in the Y direction of the substrate is provided, the substrate is larger than that in the case of using the divergence or widening of the ion beam in the Y direction. However, ion implantation can be performed at a high processing speed (throughput). This effect becomes more prominent when the substrate to be processed and thus the size of the ion beam in the Y direction are large.
静電界によって分析電磁石からのイオンビームの焦点の位置を分析スリットの位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズを備えているので、空間電荷の影響によってイオンビームの焦点が分析スリットの位置からずれるのを防止することができる。その結果、空間電荷の影響を補償して、イオンビームの輸送効率と分解能の両方を高めることができる。 A focus correction lens that corrects the focus position of the ion beam from the analysis electromagnet to the position of the analysis slit by an electrostatic field is provided, so that the focus of the ion beam shifts from the position of the analysis slit due to the influence of space charge. Can be prevented. As a result, it is possible to compensate for the influence of space charge and to improve both the transport efficiency and resolution of the ion beam.
加減速器において、イオンビームの加減速だけでなく、イオンビームをX方向に偏向させることができるので、所望エネルギーのイオンビームを選別して導出することができ、エネルギーコンタミネーションを抑制することができる。しかもこれらの作用を一つの加減速器において実現することができるので、エネルギー分析器を別に設ける場合に比べて、イオンビームの輸送経路を短くすることができ、それによって、イオンビームの輸送効率を向上させることができる。
軌道制御レンズがユニポテンシャルレンズの働きをするので、イオンビームのエネルギーを変えることなく、イオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにすることができる。
しかも、軌道制御レンズを構成する中間電極が上記のようにY方向において湾曲した表面を有しており、かつ入口電極および出口電極がそれに沿う表面を有しているので、各電極間の隙間における電界分布のY方向における均一性が非常に良くなる。その結果、Y方向の寸法が大きい場合でも、イオンビームのY方向における軌道状態を、均一性良く所望のものにすることができる。
In the accelerator / decelerator, not only the acceleration / deceleration of the ion beam but also the ion beam can be deflected in the X direction, so that the ion beam having a desired energy can be selected and derived, and energy contamination can be suppressed. it can. In addition, since these functions can be realized with a single accelerator / decelerator, the ion beam transport path can be shortened compared with the case where an energy analyzer is provided separately, thereby improving the ion beam transport efficiency. Can be improved.
Since the trajectory control lens functions as a unipotential lens, the trajectory state in the Y direction of the ion beam can be made desired without changing the energy of the ion beam.
Moreover, since the intermediate electrode constituting the trajectory control lens has a surface curved in the Y direction as described above, and the entrance electrode and the exit electrode have surfaces along the surface, in the gaps between the electrodes, The uniformity of the electric field distribution in the Y direction becomes very good. As a result, even when the dimension in the Y direction is large, the orbital state of the ion beam in the Y direction can be made desirable with good uniformity.
請求項1、2に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、分析電磁石が上記のような第1コイルおよび第2コイルを備えているので、Y方向の寸法が大きいイオンビームに対応することが容易になる。
According to invention of
請求項3、4に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、分析電磁石が第1内側コイルおよび第2内側コイルに加えて、上記のような第1外側コイルおよび第2外側コイルを備えているので、Y方向の寸法が大きいイオンビームに対応することが容易になると共に、イオンビームのビーム経路に、Y方向における磁束密度分布の均一性の高い磁界を発生させることができる。その結果、出射時のイオンビームの形態の乱れをより小さく抑えることができる。この効果は、対象とするイオンビームのY方向の寸法が大きい場合により顕著になる。
According to invention of
請求項5に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のような磁極を備えていることによって、両磁極間のギャップに磁界が集中しやすくなるので、ビーム経路に磁束密度の高い磁界を発生させることが容易になる。
According to invention of
請求項6に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、焦点補正レンズがユニポテンシャルレンズ(換言すればアインツェルレンズ。以下同様)の働きをするので、イオンビームのエネルギーを変えることなく、イオンビームの焦点位置補正を行うことができる。
According to invention of
請求項7に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、加減速器において、二つの電極体に分けて構成された第2の電極の部分でイオンビームを偏向させることができ、これによってエネルギー分離の作用効果を奏する。また、第3の電極の存在によって、特定のエネルギーを有するイオンビームを効率良く導出することができると共に、それ以外のイオンや中性粒子を第3の電極で効率良く阻止することができるので、エネルギーコンタミネーションをより効果的に抑制することができる。特に、減速モード時には第1の電極と第2の電極との間におけるイオンの減速時に荷電変換によって中性粒子が発生しやすいことが経験的に分かっているけれども、中性粒子が多く発生してもこれは直進して第3の電極に衝突して阻止されるので、加減速器内において中性粒子を効果的に除去することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the following further effect is obtained. That is, in the accelerometer, the ion beam can be deflected by the portion of the second electrode configured to be divided into two electrode bodies, thereby providing the effect of energy separation. In addition, the presence of the third electrode can efficiently derive an ion beam having a specific energy, and other ions and neutral particles can be efficiently blocked by the third electrode. Energy contamination can be suppressed more effectively. In particular, it has been empirically known that neutral particles are likely to be generated by charge conversion during deceleration of ions between the first electrode and the second electrode in the deceleration mode, but many neutral particles are generated. However, since this travels straight and collides with the third electrode and is prevented, neutral particles can be effectively removed in the accelerometer.
更に、イオンビームを2段階に分けて加速することができ、その内の後段での加速前にイオンビームを偏向させることができるので、偏向が容易になる。更に、不所望イオンの衝突によって発生した電子を第2の電極で曲げて当該電子が第1の電極に到達することを防止することができるので、当該電子の衝突によって発生するX線のエネルギーを低くすることができる。 Further, the ion beam can be accelerated in two stages, and the ion beam can be deflected before acceleration in the latter stage of the ion beam, so that the deflection becomes easy. Furthermore, since the electrons generated by the collision of undesired ions can be bent at the second electrode to prevent the electrons from reaching the first electrode, the energy of X-rays generated by the collision of the electrons can be reduced. Can be lowered.
(1)イオン注入装置全体について
図1は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。この明細書および図面においては、イオンビーム50の進行方向を常にZ方向とし、このZ方向に実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向としている。例えば、X方向およびZ方向は水平方向であり、Y方向は垂直方向である。なお、Y方向は一定の方向であるが、X方向は絶対的な方向ではなく、イオンビーム50の経路上の位置によって変化する(例えば図1、図4等参照)。またこの明細書において、イオンビーム50を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。
(1) About Ion Implantation Device FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of an ion implantation device according to the present invention. In this specification and the drawings, the traveling direction of the
このイオン注入装置は、基板60にリボン状のイオンビーム50を照射してイオン注入を行う装置であり、リボン状のイオンビーム50を発生させるイオン源100と、このイオン源100からのイオンビーム50をX方向に曲げて運動量分析を行うものであってその下流側に所望運動量のイオンビーム50の焦点(X方向における焦点。以下同様)56を形成する分析電磁石200と、この分析電磁石200を通過したイオンビーム50を基板60に入射させる注入位置で基板60をイオンビーム50の主面52(図2、図3参照)と交差する方向に移動させる(矢印C参照)基板駆動装置500とを備えている。
This ion implantation apparatus is an apparatus that performs ion implantation by irradiating a
イオン源100から基板60までのイオンビーム50の経路は、図示しない真空容器内にあって、真空雰囲気に保たれる。
The path of the
この明細書において「主面」とは、リボン状またはシート状のもの(例えばイオンビーム50、後述する絶縁シート266、267、導体シート268、269等)の端面ではなく、大きい方の面を意味している。「下流側」または「上流側」というのは、それぞれ、イオンビーム50の進行方向Zに見て下流側または上流側の意味である。また、イオン源100から発生させたイオンビーム50と、分析電磁石200から導出されるイオンビーム50とは、その内容が異なるが、即ち前者は運動量分析前、後者は運動量分析後であるが、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50で表している。
In this specification, the “main surface” means not the end surface of a ribbon-shaped or sheet-shaped material (for example,
イオン源100から発生させて基板60まで輸送するイオンビーム50は、例えば図2に示すように、X方向の寸法WX よりもY方向の寸法WY が大きいリボン状をしている。即ちWY >WX である。イオンビーム50は、リボン状と言ってもX方向の寸法WX が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム50のX方向の寸法WX は30mm〜80mm程度、Y方向の寸法WY は、基板60の寸法にも依るが、300mm〜500mm程度である。このイオンビーム50の大きい方の面、即ちYZ面に沿う面が主面52である。
The
イオン源100は、図3に示す例のように、Y方向の寸法WY が基板60のY方向の寸法TY よりも大きいリボン状のイオンビーム50を発生させる。例えば、寸法TY が300mm〜400mmであれば、寸法WY は400mm〜500mm程度である。
As in the example shown in FIG. 3, the
基板60は、例えば、半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は円形でも良いし四角形でも良い。
The
分析電磁石200からのイオンビーム50の焦点56付近には、分析電磁石200と協働してイオンビーム50の運動量分析を行うスリット70が設けられている。分析スリット70は、図27にも示すように、Y方向に実質的に平行に伸びたスリット72を有している。分析スリット70をイオンビーム50の焦点56付近に設けているのは、イオンビーム50の輸送効率と、運動量分析の分解能の両方を高めるためである。
In the vicinity of the
このイオン注入装置は、更に、イオンビーム50の焦点56の位置補正を行う焦点補正レンズ600、610、イオンビーム50のY方向における軌道状態を制御する軌道制御レンズ700a、700b、イオンビーム50の偏向および加減速を行う加減速器400等を備えている。これらについては後で詳述する。
This ion implantation apparatus further includes
(2)分析電磁石200について
以下においては、分析電磁石200全体の構成、各コイルの構造の詳細、各コイルの製造方法、分析電磁石200の特長、制御方法、他の例等を順に説明する。
(2)
(2−1)分析電磁石200の全体の構成
分析電磁石200の一例を図4〜図6等に示す。図6は真空容器236を除いて示す。この分析電磁石200は、上記リボン状のイオンビーム50が入射され、当該イオンビーム50の通り道であるビーム経路202にY方向に沿う磁界を発生させて、イオンビーム50をX方向に曲げて運動量分析を行うものである。上記磁界を、図5等において磁力線204で模式的に表している。即ち、この分析電磁石200にイオンビーム50が入射すると、イオンビーム50は、進行中に上記磁界によって、その進行方向Zに見て右向きのローレンツ力FX を受けて右向きに偏向され、それによって運動量分析が行われる。このイオンビーム50の中心軌道54を図4中に一点鎖線で示す。その曲率半径をRとする。分析電磁石200によってイオンビーム50を偏向させる角度(偏向角)をαとする。
(2-1) Overall Configuration of
曲率半径Rは、例えば、300mm〜1500mmである。偏向角αは、例えば、60度〜90度である。図4は偏向角αが90度の場合を例示している。 The radius of curvature R is, for example, 300 mm to 1500 mm. The deflection angle α is, for example, 60 degrees to 90 degrees. FIG. 4 illustrates a case where the deflection angle α is 90 degrees.
分析電磁石200は、図7も参照して、第1内側コイル206と、第2内側コイル212と、1以上の(この実施形態では三つの)第1外側コイル218と、1以上の(この実施形態では三つの)第2外側コイル224と、ヨーク230と、一組の磁極232とを備えている。ビーム経路202は、非磁性材から成る真空容器236によって囲まれていて、真空雰囲気に保たれる。この真空容器236は分析管とも呼ばれる。
The
第1内側コイル206および第2内側コイル212は、図8に抜き出して示しているので、それを参照した方が分かりやすい。
Since the first
各コイル206、212、218、224は、この例では、ビーム経路202のY方向における中心を通りかつXZ平面に平行な対称面234(図5等参照)に関して、Y方向において実質的に面対称の形状をしている。後述するコイル320(図22、図24等参照)、第1コイル326、第2コイル328(図25参照)も同様である。このように面対称にすることによって、ビーム経路202に、Y方向において対称性の良い磁界を発生させることが容易になる。これは、分析電磁石200から出射する時のイオンビーム50の形態の乱れを小さく抑えることに寄与する。
Each
なお、以下において、複数の第1外側コイル218および複数の第2外側コイル224をそれぞれ区別する必要がある場合は、図5、図9、図13等に示すように、第1外側コイル218についてはY方向の上側から順に第1外側コイル218a、218b、218cとし、第2外側コイル224については、上記のように第1外側コイル218とは面対称であるので、Y方向の下側から順に第2外側コイル224a、224b、224cとする。
In the following, when it is necessary to distinguish the plurality of first
また、図面において、コイル206等を示す符号にアンダーラインを付しているのは、当該コイル等の全体を示す意味である。
In the drawings, the underline is attached to the reference numerals indicating the
第1内側コイル206は、主に図8、図12を参照して、ビーム経路202を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビーム50のY方向の一方側(この実施形態では上側)のほぼ半分以上(換言すれば実質的に半分以上)をカバーする一組の本体部208と、両本体部208のZ方向に沿う方向における端部(換言すれば、分析電磁石200の入口238側の端部および出口240側の端部。他のコイルにおいても同様)同士間をビーム経路202を避けて接続している一組の渡り部210とを有している鞍型のコイルであって、第2内側コイル212と協働して、イオンビーム50をX方向に曲げる主磁界を発生させるものである。主磁界というのは、主に当該磁界によって、イオンビーム50をほぼ所定の曲率半径Rで曲げる、そのような磁界のことである。
The first
鞍型と呼んでいるのは、当該第1内側コイル206を全体として見れば、鞍に似た形をしているからである。他のコイル212、218、224および後述するコイル326、328も同様である。
The reason why it is called a saddle type is that when the first
渡り部210は、イオンビーム50が当たるのを避けると共に、そこで発生する磁界がイオンビーム50に及ぼす影響を小さくするために、ビーム経路202から、Y方向の上側に離して設けている。他のコイルの渡り部もこれと同様の目的で、ビーム経路202から、Y方向の上側または下側に離して設けている。
The crossing
第2内側コイル212は、主に図8を参照して、ビーム経路202を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビーム50のY方向の他方側(この実施形態では下側)のほぼ半分以上(換言すれば実質的に半分以上)をカバーする一組の本体部214と、両本体部214のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路202を避けて接続している一組の渡り部216とを有している鞍型のコイルであって、Y方向において第1内側コイル206と互いに重ねて配置されていて、第1内側コイル206と協働して、イオンビーム50をX方向に曲げる主磁界を発生させるものである。即ち、この第2内側コイル212は、第1内側コイル206と同方向の磁力線204を発生させる。
Referring mainly to FIG. 8, the second
この第2内側コイル212も、第1内側コイル206と同様の寸法、構造をしている。導体(具体的には導体シート268。図10等参照)の巻回数も通常は第1内側コイル206と同数にする。但し、上述したように第1内側コイル206とは対称面234に関して面対称の形状にしている。渡り部216は、渡り部210とはビーム経路202を挟んでY方向の反対側(即ち下側)に設けられている。
The second
第1内側コイル206と第2内側コイル212との間には、図8では線で示しているけれども、若干の(例えば約20mmの)隙間242を設けている。そこに、後述する冷却板312(図19参照)を、第1内側コイル206側に1枚、第2内側コイル212側に1枚の合計2枚設けることができる。
A slight gap (for example, about 20 mm) 242 is provided between the first
各第1外側コイル218は、主に図7を参照して、それぞれ、第1内側コイル206の外側にあってビーム経路202を挟んでX方向において相対向している一組の本体部220と、両本体部220のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路202を避けて接続している一組の渡り部222とを有している鞍型のコイルであって、前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させるものである。各第1外側コイル218は、Y方向においてそれぞれ重ねて配置されている。
Each of the first
より具体的には、各第1外側コイル218の本体部220および渡り部222の横部(図12に示す横部284に相当する部分)は、Y方向においてそれぞれ重ねて配置されている。渡り部222の縦部(図12に示す縦部282に相当する部分)は、厳密に見れば上記のように重ねて配置されていると言いにくいかも知れないが、それでも全体として見れば、各第1外側コイル218はY方向においてそれぞれ重ねて配置されていると言うことができる。各第2外側コイル224も同様である。
More specifically, the
各第1外側コイル218は、それぞれ、第1内側コイル206とほぼ同様の構造をしている。但し、Y方向の寸法は第1内側コイル206よりも小さい。また、導体の巻回数も通常は第1内側コイル206よりも少ない。各第1外側コイル218は、導体(具体的には導体シート269。図10等参照)の巻回数をそれぞれ同数にしている。各第1外側コイル218のY方向の寸法は、この実施形態ではそれぞれ異ならせているが、同じにしても良い。各第2外側コイル224においても同様である。
Each first
例えば、各コイルの本体部および渡り部のY方向の寸法は、第1内側コイル206および第2内側コイル212においては約230mm、第1外側コイル218aおよび第2外側コイル224aにおいては約50mm、第1外側コイル218bおよび第2外側コイル224bにおいては約60mm、第1外側コイル260cおよび第2外側コイル224cにおいては約100mmである。
For example, the dimensions in the Y direction of the main body portion and the transition portion of each coil are about 230 mm for the first
各第1外側コイル218間、各第2外側コイル224間および一番下の第1外側コイル218(218c)と一番上の第2外側コイル224(224c)との間には、図7では線で示しているけれども、若干の隙間244、246、248をそれぞれ設けている(図9も参照)。そこに後述する冷却板312(図19参照)を設けることができる。例えば、隙間244、246の寸法は約10mm、隙間248の寸法は上記隙間242に合わせて約20mmである。隙間244、246は、各外側コイル218、224に沿って全周に設けている。
In FIG. 7, between the first
各第1外側コイル218は、第1内側コイル206および第2内側コイル212と同方向の磁界を発生させるものでも良いし、逆方向の磁界を発生させるものでも良いし、磁界の向きを制御によって反転させるものでも良い。各第2外側コイル224においても同様である。各第1外側コイル218の本体部220で発生させる磁力線(磁界)の一部は、ビーム経路202側に広がる(換言すれば漏れ出す)ので、上記主磁界に影響を及ぼす。従って、各第1外側コイル218は、上記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させることができる。その場合、各第1外側コイル218は、それぞれ、主にその内側付近領域における主磁界を補助または補正する作用を奏する。各第2外側コイル224においても同様である。
Each first
各第2外側コイル224は、主に図7を参照して、それぞれ、第2内側コイル212の外側にあってビーム経路202を挟んでX方向において相対向している一組の本体部226と、両本体部226のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路202を避けて接続している一組の渡り部228とを有している鞍型のコイルであって、前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させるものである。各第2外側コイル224は、Y方向においてそれぞれ重ねて配置されている。かつY方向において第1外側コイル218と重ねて配置されている。
Each of the second
各第2外側コイル224は、それぞれ、第2内側コイル212とほぼ同様の構造をしている。但し、Y方向の寸法は第2内側コイル212よりも小さい。また、導体の巻回数も通常は第2内側コイル212よりも少ない。各第2外側コイル224の導体(具体的には導体シート)の巻回数、Y方向の寸法については上述のとおりである。
Each second
各導体の巻回数の一例を挙げると、第1内側コイル206および第2内側コイル212の導体の巻回数は、それぞれ110回程度、各第1外側コイル218および各第2外側コイル224の導体の巻回数は、それぞれ85回程度である。
As an example of the number of turns of each conductor, the number of turns of the conductors of the first
各コイルの本体部208、214、220、226は、それぞれ、そのほぼ全体がヨーク230内に位置していて、ビーム経路202に目的とする磁界(主磁界または副磁界)を発生する部分であると言うこともできる。後述するコイル320の本体部322も同様である。
The
各コイルの渡り部210、216、222、228は、一組の本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間を電気的に接続して、本体部と協働して、ループ状の導電経路を形成する部分であると言うこともできる。後述するコイル320の渡り部324、325も同様である。
The crossing
図5は、図4の線A−Aに沿う縦断面図であるので、図5には、上記各コイル206、212、218、224の本体部208、214、220、226が表されている。後述する図24〜図26においても、各コイルの本体部が表されている。
5 is a longitudinal sectional view taken along the line AA in FIG. 4, and FIG. 5 shows the
ヨーク230は、強磁性材から成り、上記各コイル206、212、218および224の本体部208、214、220および226の外側を一括して取り囲んでいる。このようなヨーク230によって、外部への漏れ磁場を少なくすることができるという効果も奏する。このヨーク230の平面形状は、図4に示すようにいわゆる扇型をしている。このヨーク230の断面(XY平面に沿う断面)形状は、四角の枠状をしている。このようなヨーク230は、ウインドウフレーム型のヨークと呼ぶ場合もある。
The
この実施形態では、ヨーク230を構成する上部ヨーク231を着脱可能にしている。この上部ヨーク231の用い方は後述する。
In this embodiment, the
一組の磁極232は、それぞれ、強磁性材から成り、ビーム経路202を挟んでY方向において相対向するように、ヨーク230から内側に突出している。例えば15mm程度突出している。各磁極232の平面形状は、図4に示すイオンビーム50の中心軌道54に沿った円弧状をしている。これを扇型と呼ぶ場合もある。両磁極232間のギャップ長Gは、イオンビーム50のY方向の寸法WY よりもある程度(例えば100mm〜150mm程度)大きい。このような磁極232は、必須ではないけれども、これを備えていると、両磁極232間のギャップに磁力線204が集中しやすくなるので、ビーム経路202に磁束密度の高い磁界を発生させることが容易になる。
Each of the pair of
両磁極232間のギャップ長Gは、例えば、上記曲率半径Rの1/2以上の大きさを有している。具体例を挙げると、曲率半径Rが800mmの場合、ギャップ長Gは例えば500mmである。ギャップ長Gは、通常、各磁極232の幅WG 以上の大きさを有している。即ち、G≧WG である。このような寸法関係にすると、磁極232およびヨーク230を無用に大きくせずに済む。
The gap length G between the
なお、図5〜図7において、第1内側コイル206と第1外側コイル218との間、および、第2内側コイル212と第2外側コイル224との間に隙間が存在しているように見えるけれども、それらの間には、この実施形態では、図9、図10に示す積層絶縁体262が介在している。
5 to 7, it seems that there are gaps between the first
(2−2)各コイルの構造等
次に、上記各コイルの構造等を詳述する。図9は、図7中の線D−Dに沿って、第1内側コイルおよび第1外側コイルの断面を拡大して示す概略図である。図10は、図9に示した第1内側コイルおよび一番上の第1外側コイルを分解して示す断面図である。
(2-2) Structure and the like of each coil Next, the structure and the like of each coil will be described in detail. FIG. 9 is a schematic diagram showing an enlarged cross section of the first inner coil and the first outer coil along line DD in FIG. FIG. 10 is an exploded cross-sectional view of the first inner coil and the uppermost first outer coil shown in FIG.
第1内側コイル206および第1外側コイル218は、第1の積層絶縁体261の外周面に、主面266aがY方向に沿う絶縁シート266および主面268aがY方向に沿う導体シート268を互いに重ね合わせたもの(組264)を複数回巻いて積層し(Y方向に交差する矢印270方向に積層。以下同様)、その外周面に第2の積層絶縁体262を形成し、その外周面に、主面267aがY方向に沿う絶縁シート267および主面269aがY方向に沿う導体シート269を互いに重ね合わせたもの(組265)を複数回巻いて積層し、更にその外側に第3の積層絶縁体263を形成した扇型筒状の積層コイル290(図14参照)に、上記本体部208、220および渡り部210、222を残して、切欠き部272〜275(図7参照)を設けた構造をしている。
The first
切欠き部272〜275を理解しやすくするために、第1内側コイル206の切欠き部272〜275を図12に示す。第1外側コイル218にもこれと同様の切欠き部272〜275が設けられている。
In order to facilitate understanding of the
上記曲率半径Rの内外方向に位置する二つの切欠き部272、273には、ヨーク230が嵌まる。即ち、ヨーク230の形状に合った形状をしている。後述するコイル320の切欠き部276〜279も同様である。イオンビーム50の進行方向Z側の二つの切欠き部274、275は、上記入口238、出口240の上半分をそれぞれ形成する。
The
第2の積層絶縁体262は、第1内側コイル206を構成していると見ても良いし(図10ではそのように図示している)、第1外側コイル218を構成していると見ても良いし、両コイル206、218で共有していると見ても良い。
The second
図14に示す積層コイル290は、その断面構造を図15に示すように、図10と同様の断面構造をしている内側コイル292および外側コイル294から成る。この場合も、第2の積層絶縁体262は、内側コイル292を構成していると見ても良いし(図15ではそのように図示している)、外側コイル294を構成していると見ても良いし、両コイル292、294で共有していると見ても良い。
As shown in FIG. 15, the
この積層コイル290の、上記切欠き部272〜275にそれぞれ対応する部分272a〜275aを、切削加工等によって切り欠いて除去して切欠き部272〜275を形成すると、内側コイル292が第1内側コイル206になり、外側コイル294が第1外側コイル218になる。
When the
更にこの実施形態では、第1外側コイル218を三つに(3段に)分けるために、積層コイル290の外側コイル294に、切削加工等によって上記隙間244を設けた構造をしている。
Further, in this embodiment, in order to divide the first
上記積層コイル290の積層絶縁体261、262、263は、それぞれ、例えば、プリプレグシートを複数回巻いて積層することによって形成されている。図16中のプリプレグシート300が上記プリプレグシートである。プリプレグシートは、絶縁性および耐熱性を有する支持体に、絶縁性を有する樹脂を含浸し、半硬化状態に処理したシートのことである。
The
上記支持体は、例えば、ガラス繊維またはカーボン繊維等から成る。上記樹脂は、例えばエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂等から成る。このようなプリプレグシートを用いて形成された積層絶縁体261〜263は、繊維強化プラスチック(FRP)と呼ぶこともできる。この積層絶縁体261〜263の厚さは、構造材として必要とする強度等に応じて選定すれば良い。
The support is made of, for example, glass fiber or carbon fiber. The resin is made of, for example, an epoxy resin or a polyimide resin. The
絶縁シート266、267は、それぞれ、例えば、ノーメックス(登録商標)、ルミラー(登録商標)またはカプトン(登録商標)から成るシート、またはその他の絶縁シートである。この絶縁シート266、267の厚さは、必要とする絶縁耐圧等に応じて選定すれば良い。例えば約75μmであるが、それより薄くしても良い。
The insulating
導体シート268、269は、それぞれ、例えば銅シート、またはアルミニウムシートから成る。これらの厚さは、流す電流値等に応じて選定すれば良い。例えば、銅シートの場合の厚さは約0.4mm、アルミニウムシートの場合の厚さは約0.5mmである。これらのY方向に相当する方向の幅は、必要とするコイルのY方向の寸法に応じて選定すれば良い。例えば230mmである(後述する加工前の幅は、例えば約234mmである)。積層絶縁体261〜263、絶縁シート266、267の幅もこれに合わせれば良い。
The
絶縁シート266と導体シート268の重ね合わせ方は、図10とは反対に、第1内側コイル206の内側(図10中の左側。即ち積層絶縁体261側)に導体シート268を配置し、その外側に絶縁シート266を重ねて配置しても良い。必要に応じて、導体シート268の両側に絶縁シート266を重ねて配置しても良い。第1外側コイル218の絶縁シート267および導体シート269についても同様である。
Contrary to FIG. 10, the insulating
第1内側コイル206の導体シート268は、平面的に見れば、図11に示すように、扇型に複数回巻いた構造をしており、その両端には端子340が接続されている。但し巻回数は図示のものに限られない。この導体シート268に電流IM を流すことによって、上記主磁界を形成する磁力線204を発生させることができる。図12にも同じ電流IM および磁力線204を示している。
When viewed in plan, the
第1外側コイル218の導体シート269も、平面的に見れば図11と同様の構造をしている。
The
第2内側コイル212および第2外側コイル224も、上記第1内側コイル206および第1外側コイル218と同様の構造をしている。但し、前述したように、第1内側コイル206および第1外側コイル218とは、対称面234に関して面対称の形状をしている。
The second
なお、外側の積層絶縁体263(図23に示すコイルの場合は積層絶縁体262)の更に外周部に、必要に応じて、コイルの補強等を行う部材を更に設けても良い。 In addition, a member for reinforcing the coil or the like may be further provided on the outer peripheral portion of the outer laminated insulator 263 (in the case of the coil shown in FIG. 23, the laminated insulator 262) as necessary.
各コイルの渡り部の構造の例を、第1内側コイル206を例にして図12を参照して、より詳しく説明する。
An example of the structure of the transition part of each coil will be described in more detail with reference to FIG. 12 by taking the first
第1内側コイル206の各渡り部210は、それぞれ、本体部208のZ方向に沿う方向における端部に実質的に直角につながっていてY方向に実質的に平行に伸びた二つの縦部282と、両縦部282に実質的に直角につながっていてXZ平面に実質的に平行に伸びた横部284とを有している。即ち、横部284によって両縦部282間を接続している。従って、第1内側コイル206は、Y方向に実質的に直交する横方向の導電経路286と、Y方向に実質的に平行な縦方向の導電経路288とを有している。即ち、角部を除いて、この第1内側コイル206の導電経路の殆どは、両導電経路286および288で組み合わされて構成されている。そして、導電経路286および288における電流密度は、実質的にどこも同じになるようにしている。
Each bridging
他のコイル212、218、224の各渡り部216、222、228も、それぞれ、上記渡り部210と同様の構造をしている。従って、他のコイル212、218、224も、それぞれ、Y方向に実質的に直交する横方向の導電経路と、Y方向に実質的に平行な縦方向の導電経路とを有している。即ち、角部を除いて、これらのコイルの導電経路の殆どは、横方向の導電経路および縦方向の導電経路で組み合わされて構成されている。そして、横方向の導電経路および縦方向の導電経路における電流密度は、実質的にどこも同じになるようにしている。後述するコイル320においても同様である。
The
各コイルの渡り部を上記のような構造にするのが好ましく、そのようにすると、分析電磁石200からの渡り部のビーム入出射方向への張り出し距離をより確実に小さくすることができる。この張り出し距離については後で詳しく説明する。
It is preferable that the crossing portion of each coil has the above-described structure, and by doing so, it is possible to more reliably reduce the overhang distance of the crossing portion from the
上記各コイル用の電源構成の一例を図13に示す。この例では、第1内側コイル206および第2内側コイル212に直流の主電源250がそれぞれ接続されており、この各主電源250から第1内側コイル206および第2内側コイル212に、互いに実質的に同じ大きさの電流IM を流すことができる。なお、上記二つの主電源250は、必ずしも別個のものである必要はなく、それらを一つにまとめた主電源としても良い。
An example of the power supply configuration for each coil is shown in FIG. In this example, a DC
更にこの例では、各第1外側コイル218(218a〜218c)および各第2外側コイル224(224a〜224c)に直流の副電源252がそれぞれ接続されており、この各副電源252から各第1外側コイル218および各第2外側コイル224に電流IS を流すことができ、しかも各第1外側コイル218および各第2外側コイル224に流す電流IS をそれぞれ独立して制御することができる。なお、上記複数の副電源252は、必ずしも別個のものである必要はなく、それらを一つにまとめて、各第1外側コイル218および各第2外側コイル224に流す電流IS をそれぞれ独立して制御することができる一つの副電源としても良い。
Further, in this example, a DC
(2−3)各コイルの製造方法等
次に、上記各コイルの製造方法の例を、上記第1内側コイル206および第1外側コイル218を例にして説明する。
(2-3) Method for Manufacturing Each Coil Next, an example of the method for manufacturing each coil will be described by taking the first
まず図14に示す扇型筒状の積層コイル290を製造する。これは次のようにして行う。
First, the sector-shaped cylindrical
まず図16に示すように、図14に示した積層コイル290の弧状部291とは反対に外側に張り出した弧状部297を有する型296を用いて、それを軸298を中心にして矢印299のように一定方向に回転させて、上述したようなプリプレグシート300を複数回巻く。これによって、図15、図17に示す積層絶縁体261を形成する。
First, as shown in FIG. 16, a
次に図17に示すように、型296を上記と同様に回転させて、上記絶縁シート266と導体シート268とを互いに重ね合わせて、それらを積層絶縁体261の外周面に複数回巻いて積層する。これによって、図15に示す絶縁シート266と導体シート268との積層体を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, the
次に図16の場合と同様にして、上記絶縁シート266と導体シート268との積層体の外周面にプリプレグシート300を複数回巻く。これによって、図15に示す積層絶縁体262を形成する。
Next, similarly to the case of FIG. 16, the
次に図17の場合と同様にして、上記絶縁シート267と導体シート269とを互いに重ね合わせて、それらを上記積層絶縁体262の外周面に複数回巻く。これによって、図15に示す絶縁シート267と導体シート269との積層体を形成する。
Next, as in the case of FIG. 17, the insulating
次に図16の場合と同様にして、上記絶縁シート267と導体シート269との積層体の外周面にプリプレグシート300を複数回巻く。これによって、図15に示す積層絶縁体263を形成する。
Next, similarly to the case of FIG. 16, the
上記工程の後に型296を外すと、図18に示すように、上記内側コイル292および外側コイル294から成るけれども、弧状部291aが上記弧状部291とは反対に外側に張り出している積層コイル290aが得られる。
When the
なお、導体シート268の巻き始めの部分および巻き終わりの部分にリード板をそれぞれ挟んでおくことにより、当該リード板を用いて、導体シート268を端子340(図11参照)に接続することができる。導体シート269についても同様である。
In addition, the
また、上記のように巻く前に、導体シート268、269の表裏両側の主面268a、269aに、金属粒子等の砥粒(ショット)を吹き付けて(即ちショットブラスト処理を施して)、表面を粗くしておくのが好ましい。そのようにすると、表面積を増大させて、絶縁シート266、267等との密着性を高めることができる。ショットブラスト処理は、導体シート268、269の少なくとも一方の主面に施しても効果はあるが、両主面に施すのが好ましい。絶縁シート266、267についても同様である。
Further, before winding as described above, abrasive grains (shots) such as metal particles are sprayed on the
同様に、絶縁シート266、267の表裏両側の主面266a、267aにもショットブラスト処理を施して、表面を粗くしておくのが好ましい。そのようにすると、表面積を増大させて導体シート268、269等との密着性をより高めることができる。
Similarly, it is preferable that the
次に上記積層コイル290aの外周に熱収縮テープ(図示省略)を巻いた後に、図18に示すように、弧状部291aを矢印302で示すように加圧(プレス)して上記弧状部291を形成する成形を行ったものを、加熱硬化させる。これによって、図11に示した積層コイル290の元になる積層コイル290bが得られる。上記熱収縮テープを巻くことによって、構造体としての強度が向上する。熱収縮テープの代わりに、前述したプリプレグシートと同様の構成のプリプレグテープを巻いても良い。
Next, after winding a heat-shrink tape (not shown) around the outer periphery of the
次に上記積層コイル290bに樹脂を真空含浸させた後に、加圧状態で加熱硬化させる。これは、簡単に言えば、樹脂モールドを行うことである。これによって、図14に示した積層コイル290が得られる。この樹脂モールドを行うことによって、積層コイル290の各層間の密着強度を高めてコイルの強度を高めると共に、電気絶縁性能を高めることができる。
Next, after the laminated coil 290b is vacuum impregnated with resin, it is cured by heating under pressure. In short, this is to perform resin molding. Thereby, the
次に上記積層コイル290の軸方向(換言すれば高さ方向)の両端面に切削加工を施して平坦面にした後に、上記切欠き部に対応する部分272a〜275aに切削加工を施して、上記切欠き部272〜275を形成する。
Next, after cutting the both ends of the
外側コイル294を複数の上記第1外側コイル218にする場合は、外側コイル294に対して、上記隙間244に相当する部分に溝加工を施して上記隙間244を形成する。
When the
次に、上記のように切削加工、溝加工を施した積層コイル290cを、導体シート268、269の材料(前述したように銅またはアルミニウム)をエッチングするエッチング液中に浸してエッチング処理を施す。それによって、上記切削加工、溝加工時に加工面に生じた導体シート268、269のバリ等を除去して、導体シート268、269の層間のショート(レイアーショート)を防止すると共に、絶縁シート266、267の端面よりも導体シート268、269の端面を丸く窪ませて、導体シート268、269の層間絶縁の沿面距離を長くして絶縁性能を向上させることができる。
Next, the laminated coil 290c subjected to cutting and grooving as described above is immersed in an etching solution for etching the material of the
そして、上記のようにエッチング処理を施した積層コイル290dの全体に熱収縮テープを巻いて加熱硬化させる。これによって、図4〜図10等に示した第1内側コイル206および第1外側コイル218を一体化している扇型筒状の積層コイルを得ることができる。上記熱収縮テープを巻くことによって、構造体としての強度が向上する。但し、コイルを次に述べるような強制冷却構造にする場合は、上記熱収縮テープを巻く前に、次のようにして冷却板312を取り付ければ良い。熱収縮テープの代わりに、前述したプリプレグシートと同様の構成のプリプレグテープを巻いても良い。
Then, a heat shrink tape is wound around the entire laminated coil 290d subjected to the etching process as described above, and is cured by heating. As a result, a fan-shaped cylindrical laminated coil in which the first
即ち図19に示すように、冷媒通路314を有する冷却板312を、絶縁物316を介在させて、第1内側コイル206、第1外側コイル218の上下の端面306〜307および各隙間244にそれぞれ圧接させて取り付ける。冷却板312は、コイル206、218の本体部208、220のY方向の上下端面だけでなく、渡り部210、222のY方向の上下端面にも設けるのが好ましい。即ち、できるだけ広い領域に設けるのが好ましい。各冷媒通路314には、例えば冷却水が流される。この例では、絶縁物316を冷却板312に巻いているが、必ずしも巻かなくても良い。
That is, as shown in FIG. 19, the
上記冷却板312によって、各コイル206、218を、その端面から強制冷却することができる。このような冷却構造は、エンドクーリング方式と呼ばれることもある。
With the
上記の場合、冷却板312と絶縁物316との間、および、絶縁物316と各コイル206、218の端面との間には、熱伝導性の良い熱拡散コンパウンド(例えばシリコーングリス)を介在(例えば塗布)させておくのが好ましい。そのようにすると、空気層を極力無くして、熱伝導性能ひいては冷却性能をより向上させることができる。
In the above case, a thermal diffusion compound (for example, silicone grease) having good thermal conductivity is interposed between the cooling
また、上記各隙間244を、コイル218の内側(図19中の左側)に向かって狭くなった楔形にして、そこに取り付ける冷却板312も同様の楔形にして、当該冷却板312を圧入しても良い。そのようにすると、コイル218の端面と冷却板312の間に生じる隙間を小さくして密着性を向上させることができるので、冷却性能をより向上させることができる。
Further, each of the
上記のように冷却板312を設けた場合は、図19に示す状態のコイル全体に上記熱収縮テープまたはプリプレグテープを巻いて加熱硬化させれば良い。それによって、冷却板312の固定および密着をも行うことができる。
When the
そして最後に、必要に応じて、冷却板312を設けている場合もいない場合も、第1内側コイル206および第1外側コイル218を含めたコイル全体を、樹脂でモールドしても良い。そのようにすると、コイルの耐湿性能、絶縁性能、機械的強度等をより向上させることができる。その場合、上記樹脂に5〜30重量%のフィラー(充填剤)を混合しておくのが好ましい。そのようにすると、樹脂の耐クラック性能等を向上させることができる。
And finally, you may mold the whole coil including the 1st
第2内側コイル212および第2外側コイル224も上記と同様にして、両コイル212、224を一体化したものとして製造することができる。また、後述する、即ち図22〜図24に示すコイル320、図25に示す第1コイル326、第2コイル328、図26に示す内側コイル330、第1外側コイル218、第2外側コイル224も、上記と同様にして製造することができる。内外のコイルは一体化して製造することができる。
Similarly to the above, the second
上記コイル206、218、212、224を用いて、図4、図5等に示した分析電磁石200を組み立てるのは、例えば次の手順で行えば良い。即ち、ヨーク230の上部ヨーク231を取り外しておいて、まずヨーク230内に第2内側コイル212および第2外側コイル224が一体化されたものを上から入れ、次に真空容器236を上から入れ、次に第1内側コイル206および第1外側コイル218が一体化されたものを上から入れ、最後に上部ヨーク231を取り付ける。
The assembly of the
(2−4)分析電磁石200の特長等
上記分析電磁石200においては、第1内側コイル206および第1外側コイル218は、上記のような扇型筒状の積層コイル290に本体部208、220および渡り部210、222を残して切欠き部272〜275を設けた構成をしているので、渡り部210、222は、本体部208、220の端部からY方向に実質的に平行に延出した状態になっている。従って、本体部208、220のY方向における寸法を大きくする場合でも、それに対応させて渡り部210、222のY方向における寸法を大きくすれば済むので、ビーム入出射方向への渡り部210、222の張り出し距離は大きくならない。
(2-4) Features of Analyzing
上記のことを、第1内側コイル206を例に図8を参照して説明すると、本体部208のY方向の寸法aを大きくする場合、それに対応させて、渡り部210のY方向の寸法cを大きくすれば済む。具体的には、寸法aとcとを互いに実質的に等しくしている。従って、寸法aを大きくする場合でも、イオンビーム50の入出射方向への渡り部210の張り出し距離L3 (図4参照)は大きくならない。当該張り出し距離L3 は、ヨーク230の端面と渡り部210の端面との間の距離L5 と、渡り部210の厚さbとで決まる。即ち、張り出し距離L3 は次式で表すことができる。ちなみに、第1内側コイル206の上記構造説明からも分かるように、本体部208の厚さもbである。
The above will be described with reference to FIG. 8 by taking the first
[数2]
L3 =b+L5
[Equation 2]
L 3 = b + L 5
上記数2には、従来の分析電磁石40の張り出し距離L1 を表す上記数1と違って、Y方向の寸法aは含まれていない。この点が従来の分析電磁石40と大きく異なる特長である。
The
しかも、上記距離L5 も、従来の分析電磁石40の距離L2 に比べて小さくすることができる。これは、渡り部210は、従来のコイル12のように曲げ加工によって渡り部16を斜めに跳ね上げて形成したものではなく、前述したように扇型筒状の積層コイル290に切欠き部272〜275を設けて形成したものであり、渡り部210はY方向に実質的に平行に延出した状態になっているからである。加えて、切削加工等によって、本体部208と渡り部210との境の角部254を、丸みの少ない直角に近い状態にすることができるからである。
Moreover, the distance L 5 can also be made smaller than the distance L 2 of the
上記のような理由から、ヨーク230からの渡り部210のビーム入出射方向への張り出し距離L3 を小さくすることができる。
For the above reasons, the overhanging distance L 3 of the
第2内側コイル212および第2外側コイル224についても同様である。
The same applies to the second
例えば、Y方向の寸法aを同じ250mmにした場合、従来の分析電磁石40では張り出し距離L1 は約300mmにもなるのに対して、上記分析電磁石200では張り出し距離L3 は約110mmで済む。
For example, when the dimension a in the Y direction is the same 250 mm, the protruding distance L 1 is about 300 mm in the
上記と同様の理由によって、この分析電磁石200のように内側コイル206、212と外側コイル218、224とを二重に設けている場合でも、外側のコイル218のヨーク230からのビーム入出射方向への張り出し距離L4 を小さくすることができる。従来の分析電磁石40において、仮に内外二重にコイルを配置しようとすると、渡り部の張り出し距離は非常に大きくなる。
For the same reason as described above, even when the
上記理由によって、分析電磁石200の小型化が可能になり、ひいては分析電磁石200の設置に必要な面積を小さくすることができる。分析電磁石200の軽量化も可能になる。また、各コイル206、218、212、224の渡り部が発生する磁界がイオンビーム50の形態を乱す可能性も小さくなる。
For the above reason, the
また、各コイル206、218、212、224の渡り部の張り出し距離を小さくすることができることに伴って、渡り部の長さも短くすることができるので、渡り部における無駄な消費電力を小さくすることができる。
In addition, since the overhang distance of the transition part of each
しかも、各コイル206、218、212、224は、前述したように、絶縁シート266、267を挟んで導体シート268、269を積層した構造をしているので、被覆導体を多数回巻いたマルチターンコイルに比べて、導体の占積率が高く、そのぶん電力損失が少ない。従って、消費電力を小さくすることができる。
In addition, as described above, each
例えば、各コイルのY方向の寸法aを250mmとした場合、従来の被覆導体のマルチターンコイルの導体の占積率は、中空でない(ホローコンダクターでない)場合でも約60〜70%であり、ホローコンダクターの場合は更に小さくなるのに対して、上記各コイル206、218、212、224の導体の占積率は、約84〜85%にすることが可能である。
For example, when the dimension a in the Y direction of each coil is 250 mm, the space factor of the conductor of the multi-turn coil of the conventional coated conductor is about 60 to 70% even when it is not hollow (not a hollow conductor). In the case of a conductor, the space factor of the conductors of the
その結果、上記分析電磁石200によれば、従来の分析電磁石40に比べて少ない消費電力で所要強度の磁界を発生させることができる。消費電力を同程度にして、従来の分析電磁石40に比べて強い磁界を発生させることもできる。後者のようにすれば、イオンビーム偏向の曲率半径Rを小さくして、分析電磁石200をより小型化することができる。
As a result, according to the
例えば、各コイルのY方向の寸法aを250mmとし、従来の分析電磁石40と同じように二つのコイル206、212で0.2テスラの磁界を発生させる場合(コイル218、224は使用しない)、従来の分析電磁石40の消費電力は約67kWであるのに対して、上記分析電磁石200の消費電力は約24kWで済む。
For example, when the dimension a in the Y direction of each coil is 250 mm and a magnetic field of 0.2 Tesla is generated by the two
図1に示すイオン注入装置は、上記のような特長を有する分析電磁石200を備えているので、分析電磁石200の小型化に伴ってイオン注入装置全体の小型化が可能になり、ひいてはイオン注入装置の設置に必要な面積を小さくすることができる。イオン注入装置の軽量化も可能になる。また、分析電磁石200における消費電力を小さくすることができることに伴って、イオン注入装置全体の消費電力を小さくすることができる。
Since the ion implantation apparatus shown in FIG. 1 includes the
更に、分析電磁石200は、上記のような第1内側コイル206および第2内側コイル212を備えているので、上下一つのコイルの場合に比べて、Y方向の寸法WY が大きいイオンビーム50に対応することが容易になる。
Furthermore, since the
しかも、第1外側コイル218および第2外側コイル224によって、主磁界の補正を行う副磁界を発生させることができる。この副磁界によって、主磁界を補正して、Y方向における磁束密度分布の均一性を高めることができる。各外側コイル218、224によって発生させる副磁界は、主磁界に比べて弱いもので良いので、制御も容易である。
In addition, the first
上記のような主磁界および副磁界によって、ビーム経路202に、Y方向における磁束密度分布の均一性の高い磁界を発生させることができる。その結果、この分析電磁石200から出射する時のイオンビーム50の形態の乱れ(曲がり、傾き等。以下同様)を小さく抑えることができる。この効果は、対象とするイオンビーム50のY方向の寸法WY が大きい場合により顕著になる。
By the main magnetic field and the sub magnetic field as described above, a magnetic field with high uniformity of magnetic flux density distribution in the Y direction can be generated in the
第1外側コイル218および第2外側コイル224がそれぞれ一つずつでも、上記主磁界を補正する効果を奏することはできるけれども、この例のように複数の第1外側コイル218および複数の第2外側コイル224を備えている方が好ましい。その場合はこれらの外側コイル218、224によって、ビーム経路202に発生させる磁界のY方向における磁束密度分布をよりきめ細かく補正することができるので、Y方向においてより均一性の高い磁界を発生させることができる。その結果、出射時のイオンビーム50の形態の乱れをより小さく抑えることができる。
Even if there is one each of the first
(2−5)分析電磁石200の制御方法
上記分析電磁石200の制御方法の例を説明すると、分析電磁石200から出射するイオンビーム50の形態が、入射時のイオンビーム50の形態に近づくように、各第1外側コイル218および各第2外側コイル224に流す電流を制御すれば良い。
(2-5) Control method of
より具体的には、分析電磁石200から出射するイオンビーム50の内で、Y方向に実質的に平行な所定の中心軸(図20、図21に示す中心軸318)よりも曲率半径Rの内側に曲がり過ぎている部分に対応する第1外側コイル218および第2外側コイル224に流す電流を減らすことと、当該内側への曲がりが不足している部分に対応する第1外側コイル218および第2外側コイル224に流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、分析電磁石200から出射するイオンビーム50の形態を上記中心軸に平行なものに近づける。これによって、分析電磁石200から出射するイオンビーム50の形態を、傾きがなくかつ真っ直ぐなものにして、入射時の形態に近づけることができる。
More specifically, in the
分析電磁石200から出射するイオンビーム50の形態の例を図20、図21にそれぞれ示す。両図において、X方向に実質的に平行な所定の中心軸を318、前記対称面を234、イオンビーム50の中心軌道を54、その曲率半径をRとしている。
Examples of the form of the
図20に示す形態の場合は、イオンビーム50の進行方向Zに見てイオンビーム50の形態に乱れはないので、各第1外側コイル218a〜218cおよび各第2外側コイル224a〜224cに流している電流の値を維持すれば良い。
In the case of the form shown in FIG. 20, since the form of the
図21に示す形態の場合は、イオンビーム50がその進行方向Zに見てく字状に近い円弧状に歪んで(曲がって)いるので、即ちY方向の上側ほど曲率半径Rの内側に曲がり過ぎており、かつ下側ほど内側に曲がり過ぎているので、第1外側コイル218aに流す電流を大きく減らし、第1外側コイル218bに流す電流を少し減らし、第1外側コイル218cおよび第2外側コイル224cに流す電流は現状維持し、第2外側コイル224bに流す電流を少し減らし、第2外側コイル224aに流す電流を大きく減らす。これによって、分析電磁石200から出射するイオンビーム50の中心軌道54の位置を維持しつつ、その形態を中心軸318に平行なものに近づけることができる。即ち、図20に示す形態に近づけることができる。
In the case of the form shown in FIG. 21, since the
分析電磁石200から出射するイオンビーム50の形態が図21以外のものに乱れている場合も、上記と同様の考え方で補正して、図20に示す形態に近づけることができる。
Even when the form of the
分析電磁石200から出射するイオンビーム50の形態が乱れた場合の主な問題は次のとおりであるが、上記制御方法によればこのような問題の発生を防止することができる。
The main problem when the form of the
分析電磁石200の下流側には、通常、図1、図27に示した分析スリット70が設けられている。この分析スリット70のスリット72は直線であるので、イオンビーム50の形態が乱れると、分析スリット70によってカットされる部分が生じ、分析スリット70を通過する所望イオン種のイオンビーム50の量が減る。カットされる部分が生じるから、イオンビーム50の均一性も悪くなる。カットされるのを避けるためにスリット72のX方向の幅を広げると、分解能が低下する。
The analysis slit 70 shown in FIGS. 1 and 27 is usually provided on the downstream side of the
分析スリット70における上記のような問題以外にも、形態の乱れたイオンビーム50を用いて基板60にイオン注入を行うと、注入の均一性が悪くなるという問題が生じる。
In addition to the above problems in the analysis slit 70, when ion implantation is performed on the
(2−6)分析電磁石200の他の例
次に、分析電磁石200の他の例を説明する。図4〜図7等に示した先の例と同一または相当する部分には同一符号を付して重複説明を省略し、以下においては当該例との相違点を主体に説明する。
(2-6) Another Example of
図24に示す分析電磁石200は、図22も参照して、コイルとして、ビーム経路202を挟んでX方向において相対向している一組の本体部322および両本体部322のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路202を避けて接続している二組の渡り部324、325を有していて、イオンビーム50をX方向に曲げる磁界を発生させるコイル320を備えている。図22中の上側の二つの渡り部324が一組の渡り部、下側の二つの渡り部325がもう一組の渡り部である。
The
このコイル320は、その断面構造を図23に示すように、上記第1内側コイル206(図10参照)や、積層コイル290の内側コイル292(図15参照)と同じ断面構造をしている。即ちこのコイル320は、上記内側コイル292と同じ構造をした扇型筒状の積層コイルに、本体部322および渡り部324、325を残して、切欠き部276〜281を設けた構成をしている。このコイル320も、前記と同様の製造方法によって作ることができる。
As shown in FIG. 23, the
このコイル320は、上記第1内側コイル206および第2内側コイル212(図8参照)を上下で一体化して一つのコイルにしたようなものである。
The
切欠き部276、277は、上記切欠き部272、273と同様の形状をしている。切欠き部278、279は、切欠き部276、277と対称面(図24参照)に関して面対称の形状をしている。切欠き部280、281は、より具体的には貫通孔であり、それぞれ上記入口238、出口240を形成している。ここをイオンビーム50が通過することができる。より具体的には、上記真空容器236を通してその中をイオンビーム50が通過することができる。
The
このコイル320に上記真空容器236を通すには、例えば、真空容器236を、切欠き部280、281を通してZ方向に挿入すれば良い。その場合、真空容器236にフランジ等がついていて邪魔になるのであれば、一旦それを外せば良い。分析電磁石200を組み立てる場合も同様の方法で行えば良い。
In order to pass the
各渡り部324は、上記第1内側コイル206の渡り部210と同様の構造をしている。各渡り部325は、各渡り部324と対称面234に関して面対称の形状をしている。
Each
本体部322のY方向の寸法a1 は、渡り部324のY方向の寸法c1 と渡り部325のY方向の寸法c1 とを合計したもの(即ち2c1 )に実質的に等しくしている。
The dimension a 1 in the Y direction of the
この例の分析電磁石200も、そのコイル320が上記第1内側コイル206および第2内側コイル212を一体化したような構造をしているので、前記と同様の理由によって、コイル320の渡り部324、325のヨーク230からの張り出し距離を小さくして分析電磁石200の小型化を可能にすると共に、消費電力を小さくすることができる等の効果を奏する。
The
図25に示す分析電磁石200は、コイルとして、互いに協働してイオンビーム50をX方向に曲げる磁界を発生させる第1コイル326および第2コイル328を備えている。両コイル326、328は、それぞれ、上記第1内側コイル206、第2内側コイル212(図8参照)と同様の構造をしている。従ってこの第1コイル326および第2コイル328も、それぞれ、前記と同様の製造方法によって作ることができる。
The
この例の分析電磁石200も、その第1コイル326および第2コイル328が上記第1内側コイル206および第2内側コイル212と同様の構造をしているので、前記と同様の理由によって、コイルの渡り部のヨーク230からの張り出し距離を小さくして分析電磁石200の小型化を可能にすると共に、消費電力を小さくすることができる等の効果を奏する。
In the
また、上記のような第1コイル326および第2コイル328を備えているので、Y方向の寸法WY が大きいイオンビーム50に対応することが容易になる。
Further, since the
図26に示す分析電磁石200は、コイルとして、上記コイル320と同様の構造をしていてイオンビーム50をX方向に曲げる主磁界を発生させる内側コイル330と、内側コイル330の外側にあって主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる前述したような第1外側コイル218および第2外側コイル224とを備えている。即ち、図5等に示す第1内側コイル206および第2内側コイル212に代えて内側コイル330を備えている。従ってこの内側コイル330、第1外側コイル218および第2外側コイル224も、前記と同様の製造方法によって作ることができる。
The
これらのコイルを製造する場合の特有の事項を説明すると、軸方向の寸法(高さ)を所要のものにした上記積層コイル290(図14参照)を用いて、その内側コイル292および外側コイル294に図22の切欠き部276〜281と同様の切欠き部を切削加工等によって設け、かつ外側コイル294に、図7に示す隙間248と同様の隙間を切削加工等によって設けて第1外側コイル218および第2外側コイル224を形成すれば良い。第1外側コイル218および第2外側コイル224をそれぞれ複数に分けるのは、図7の場合と同様である。
A specific matter when manufacturing these coils will be described. Using the laminated coil 290 (see FIG. 14) having a required axial dimension (height), the
第1外側コイル218は、図26に示す例では二つであるが、それに限られるものではなく、1以上で任意である。第2外側コイル224も同様である。
The number of the first
この例の分析電磁石200も、上記のような内側コイル330、第1外側コイル218および第2外側コイル224を備えているので、前記と同様の理由によって、コイルの渡り部のヨーク230からの張り出し距離を小さくして分析電磁石200の小型化を可能にすると共に、消費電力を小さくすることができる等の効果を奏する。
The
また、内側コイル330に加えて、上記のような第1外側コイル218および第2外側コイル224を備えているので、イオンビーム50のビーム経路202に、Y方向における磁束密度分布の均一性の高い磁界を発生させることができる。その結果、出射時のイオンビーム50の形態の乱れを小さく抑えることができる。この効果は、対象とするイオンビーム50のY方向の寸法WY が大きい場合により顕著になる。
Further, since the first
更に、複数の第1外側コイル218および複数の第2外側コイル224を備えていることによって、前述したように、これらの外側コイル218、224によって、ビーム経路202に発生させる磁界のY方向における磁束密度分布をよりきめ細かく補正することができるので、Y方向においてより均一性の高い磁界を発生させることができる。その結果、出射時のイオンビーム50の形態の乱れをより小さく抑えることができる。
Further, since the plurality of first
図1に示すイオン注入装置が上記各例の分析電磁石200を備えている場合も、分析電磁石200の小型化に伴ってイオン注入装置全体の小型化が可能になり、ひいてはイオン注入装置の設置に必要な面積を小さくすることができる。イオン注入装置の軽量化も可能になる。また、分析電磁石200における消費電力を小さくすることができることに伴って、イオン注入装置全体の消費電力を小さくすることができる。
Also when the ion implantation apparatus shown in FIG. 1 includes the
(3)焦点補正レンズ600、610について
図1を参照して、イオンビーム50は、それが持つ空間電荷によって広がる性質を有しているので、空間電荷の影響が無視できる小電流イオンビーム50の焦点56の位置と、無視できない大電流イオンビーム50の焦点56の位置とでは、イオンビームの広がり方の差によって、大きな違いが生じる。具体的には、大電流イオンビーム50の場合は、小電流イオンビーム50の場合に比べて下流側に焦点56が移動する。空間電荷によるイオンビーム50の広がりが大きいからである。
(3)
従って、例えば、小電流イオンビーム時の焦点位置に分析スリット70を設けておいても、大電流イオンビーム時には焦点56が分析スリット70の位置から下流側へずれてしまうので、イオンビーム50の輸送効率の低下および分解能の低下が生じる。
Therefore, for example, even if the analysis slit 70 is provided at the focal position at the time of the small current ion beam, the
このような課題を解決するためには、イオン源100と分析電磁石200との間および分析電磁石200と分析スリット70との間の少なくとも一方に、静電界によって、イオンビーム50の焦点56の位置を分析スリット70の位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズ600、610を設けておくのが好ましい。両焦点補正レンズ600、610は、電界レンズ(換言すれば静電レンズ。以下同様)の範疇に属する。
In order to solve such a problem, the position of the
焦点補正レンズを設ける場合であって、イオン源100から発生させるイオンビーム50のビーム電流の大きさが可変の場合は、分析スリット70は、例えば、当該ビーム電流が相対的に小さいときの(例えば可変範囲の最小値のときの)焦点56の位置付近に設けておくのが良い。
When the focus correction lens is provided and the magnitude of the beam current of the
この焦点補正レンズ600、610を、図28〜図39を参照して詳述する。図28、図1に示しているのは、イオン源100と分析電磁石200との間に設けられた第1の焦点補正レンズ600と、分析電磁石200と分析スリット70との間に設けられた第2の焦点補正レンズ610とを備えている場合の例である。但し、両焦点補正レンズ600、610の内のいずれか一方のみを設けても良いし、両方設けておいていずれか一方のみを使用しても良い。
The
両焦点補正レンズ600、610の内の一方のみを設ける、または一方のみを使用する場合は、その焦点補正レンズ600、610によって、イオンビーム50の焦点56の位置を分析スリット70の位置に合わせる補正を行う。両方の焦点補正レンズ600、610を設けていて両焦点補正レンズ600、610を使用する場合は、両者が協働して、イオンビーム50の焦点56の位置を分析スリット70の位置に合わせる補正を行う。
When only one of the
この補正の例を図30〜図32に示す。これらの図において、補正前のイオンビーム50の軌道を二点鎖線で示し、補正後の軌道を実線で示している。
Examples of this correction are shown in FIGS. In these drawings, the trajectory of the
図30は、補正を行わないと空間電荷の影響でイオンビーム50が二点鎖線で示すようにX方向において広がってその焦点56が分析スリット70よりも下流側へずれるところを、分析電磁石200の上流側の焦点補正レンズ600でイオンビーム50をX方向において絞って焦点56の位置を上流側へ戻して分析スリット70の位置に合わせる補正を行った例である。
FIG. 30 shows that when the correction is not performed, the
図31は、空間電荷の影響でイオンビーム50が二点鎖線で示すようにX方向において広がって補正を行わないとその焦点56が分析スリット70よりも下流側へずれるところを、分析電磁石200の下流側の焦点補正レンズ610でイオンビーム50をX方向において絞って焦点56の位置を上流側へ戻して分析スリット70の位置に合わせる補正を行った例である。
FIG. 31 shows that the
図32は、補正を行わないと空間電荷の影響でイオンビーム50が二点鎖線で示すようにX方向において広がってその焦点56が分析スリット70よりも下流側へずれるところを、分析電磁石200の上、下流側の焦点補正レンズ600および610でイオンビーム50をX方向においてある程度ずつ絞って、両焦点補正レンズ600、610が協働して、焦点56の位置を上流側へ戻して分析スリット70の位置に合わせる補正を行った例である。
FIG. 32 shows that when the correction is not performed, the
このように、焦点補正レンズ600、610によって、イオンビーム50の焦点56の位置を分析スリット70の位置に合わせる補正を行うことができる。従って、空間電荷の影響によってイオンビーム50の焦点56が分析スリット70の位置からずれるのを防止することができる。その結果、空間電荷の影響を補償して、イオンビーム50の輸送効率と分解能の両方を高めることができる。
As described above, the
図30の例と図31の例を比べると、図30の例の場合は、イオンビーム50が広がって分析電磁石200内の壁面等に当たって損失する前に、焦点補正レンズ600によってイオンビーム50を絞ることができるので、イオンビーム50の輸送効率を高めやすいという利点がある。従って、焦点補正レンズ600、610の内のいずれか一方を使用する(設ける)場合は、焦点補正レンズ600の方が好ましい。もっとも、焦点補正レンズ600によってイオンビーム50をあまり絞り過ぎると、イオンビーム50の電流密度が大きくなって空間電荷効果が大きくなり、イオンビーム50が広がりやすくなる場合があるので注意を要する。
Comparing the example of FIG. 30 with the example of FIG. 31, in the example of FIG. 30, the
これに対しては、図32の例のように、両焦点補正レンズ600および610でイオンビーム50を分担して絞るようにしても良い。即ち、上流側の焦点補正レンズ600でイオンビーム50をある程度絞り(具体的には、イオンビーム50が分析電磁石200を効率良く通過できる程度に絞り)、かつ下流側の焦点補正レンズ610でイオンビーム50を最終的に絞って焦点56を分析スリット70の位置に合わせるようにしても良い。このように両焦点補正レンズ600、610を設けて使用すると、イオンビーム50の焦点位置の補正がより容易かつ確実になると共に、イオンビーム50の輸送効率をより高めることができるので、空間電荷の影響を補償して、イオンビーム50の輸送効率と分解能の両方を高める効果はより顕著になる。
In response to this, the
上記焦点補正レンズ600、610の構成の具体例を説明する。
A specific example of the configuration of the
図28に示すように、焦点補正レンズ600は、イオンビーム50の進行方向Zに互いに隙間をあけて並べられた入口電極602、中間電極604および出口電極606を有している。これらの電極72、74、76は、それぞれ、図29に示す例のように、イオンビーム50が通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて、イオンビーム50の主面52に実質的に平行な一対の電極602a、602b、604a、604b、606a、606bを有している。各電極602a、602b、604a、604b、606a、606bは、イオンビーム50の進行方向Zに実質的に直角に配置されている。電極602aと602b、電極604aと604b、電極606aと606bは、それぞれ、導体によって電気的に接続されている。即ち電気的に導通している。
As shown in FIG. 28, the
図28を参照して、入口電極602および出口電極606(具体的にはそれらを構成する電極602a、602b、606aおよび606b)は、互いに同電位に保たれる。この例では接地電位に保たれる。そのようにすると、この焦点補正レンズ600からイオンビーム50の進行方向Zの上流側および下流側へ電界がはみ出すのを防止することができるので、当該電界がはみ出すことによってイオンビーム50等へ悪影響が及ぶのを防止することができる。
Referring to FIG. 28,
中間電極604(具体的にはそれを構成する電極604aおよび604b)は、それに負または正(図28に示す例では負)の直流電圧V1 を印加する直流電源608に接続されている。この直流電圧V1 によって、中間電極604の電位(この例では接地電位に対する電位)を、入口電極602および出口電極606の電位とは異なる電位であって、イオンビーム50の焦点56を分析スリット70の位置に合わせる電位に保つ。後述する直流電圧V2 についても同様である。
Intermediate electrode 604 (the
焦点補正レンズ600は、その入口電極602および出口電極606が互いに同電位に保たれ、中間電極604が入口電極602および出口電極606とは互いに異なる電位に保たれるので、ユニポテンシャルレンズの働きをし、イオンビーム50を絞る働きをする。従って、イオンビーム50のエネルギーを変えることなく、イオンビーム50をX方向において絞ることができる。
In the
直流電源608の極性を逆にして、焦点補正レンズ600の中間電極604に正の直流電圧V1 を印加するようにしても良い。この場合も、焦点補正レンズ600はユニポテンシャルレンズの働きをし、イオンビーム50を、そのエネルギーを変えることなく、X方向において絞ることができる。もっとも、正の直流電圧V1 を印加すると、電場のないドリフト空間中の電子が中間電極604に引き込まれて、ドリフト空間での電子量が減少してイオンビーム50の空間電荷効果による発散が強くなるのに対して、負の直流電圧V1 ではそのようなことを防止することができるので、図28に示す例のように負の直流電圧V1 を印加する方が好ましい。後述する直流電圧V2 についても同様である。
The polarity of the
直流電源608から中間電極604に印加する直流電圧V1 の絶対値(大きさ)を大きくするほど、イオンビーム50を強く絞ることができる。また、イオンビーム50を絞る程度は、焦点補正レンズ600を通過する際のイオンビーム50のエネルギーによって変わる。イオンビーム50のエネルギーが大きくなるほど、直流電圧V1 がイオンビーム50に及ぼす偏向作用は小さくなるので、イオンビーム50を強く絞るためには、直流電圧V1 の絶対値を大きくすれば良い。
As the absolute value (magnitude) of the DC voltage V 1 applied from the
焦点補正レンズ610は、図29も参照して、上記焦点補正レンズ600の入口電極602(一対の電極602a、602b)、中間電極604(一対の電極604a、604b)、出口電極606(一対の電極606a、606b)と同様の構成をした入口電極612(一対の電極612a、612b)、中間電極614(一対の電極614a、614b)および出口電極616(一対の電極616a、616b)を有している。また、中間電極614は、上記直流電源608と同様の直流電源618に、即ち中間電極614に負または正(図28に示す例では負)の直流電圧V2 を印加する直流電源618に接続されている。この焦点補正レンズ610および直流電源618の構成および作用は、上記焦点補正レンズ600および直流電源608のそれと同様であるので、上記説明を参照するものとしてここでは重複説明を省略する。
The
焦点補正レンズ600、610が上記のようにユニポテンシャルレンズ構成の場合は、焦点補正レンズ600、610は、専らイオンビーム50を絞る作用をするけれども、上記のようにビーム電流が相対的に小さいときの焦点56付近に分析スリット70を設けておくことによって、ビーム電流が相対的に大きいときに空間電荷の影響で焦点56が分析スリット70よりも下流側へ移動することを、この焦点補正レンズ600、610の絞る作用によってうまく防止することができる。その結果、イオンビーム50のビーム電流を大小に変化させる場合にもうまく対応して、イオンビーム50の焦点56が分析スリット70の位置からずれるのを防止することができる。
When the
分析電磁石200の上流側の焦点補正レンズ600を用いてイオンビーム50の焦点位置補正を行うシミュレーションを行った結果を説明する。イオン源100から分析電磁石200に、As+ を含み、エネルギーが13.5keV、ビーム電流が30mAのイオンビーム50を入射して、次の条件でAs+ の質量分離を行った。
The result of performing a simulation for correcting the focal position of the
(A)イオンビーム50の空間電荷中和率を100%にした場合
この場合は、イオンビーム50に対する空間電荷の影響はない。従ってこれは、小電流イオンビームの場合と同様である。このとき、分析電磁石200の出口部から下流側に約640mm離れた位置にイオンビーム50の焦点56が形成された。このシミュレーションでは分析スリット70を設けていないけれども、実際の装置では、この640mmの位置に分析スリット70を設けることになる。その位置でのイオンビーム50のX方向におけるビーム電流分布の一例を図33に示す。この図の縦軸は、X方向1mm当たりのY方向電流の積算値である。即ち、イオンビーム50がY方向に長いリボン状をしているため、そのX方向の1mmごとに、Y方向の電流を積算した電流値である。簡単に言えば、この図はX方向の電流密度分布に相当する。図34、図35の縦軸も同様である。
(A) When the space charge neutralization rate of the
この場合、ビーム電流の半値幅は約22mm、分析電磁石200による質量分析の分解能m/Δmは約27.3である。
In this case, the full width at half maximum of the beam current is about 22 mm, and the resolution m / Δm of mass analysis by the
(B)イオンビーム50の空間電荷中和率を95%にして、焦点補正レンズ600を働かせない場合
この場合は、イオンビーム50は空間電荷の影響によって広がる。従ってこれは、大電流イオンビームの場合と同様である。このとき、分析電磁石200の出口部から下流側に約1,300mm離れた位置にイオンビーム50の焦点56が形成された。この場合の640mmの位置でのイオンビーム50のX方向におけるビーム電流分布の一例を図34に示す。
(B) When the neutralization rate of the space charge of the
この場合、ビーム電流の半値幅は約95mm、分析電磁石200による質量分析の分解能m/Δmは約7.1である。
In this case, the full width at half maximum of the beam current is about 95 mm, and the resolution m / Δm of mass analysis by the
(C)イオンビーム50の空間電荷中和率を95%にして、焦点補正レンズ600によって焦点位置補正を行った場合
この場合は、分析電磁石200の出口部から下流側に約640mm離れた位置にイオンビーム50の焦点56が形成されるように、焦点補正レンズ600の中間電極604に印加する直流電圧V1 を調整した。このときの直流電圧V1 は−10kVであった。この場合の640mmの位置でのイオンビーム50のX方向におけるビーム電流分布の一例を図35に示す。
(C) In the case where the neutralization rate of the space charge of the
この場合、ビーム電流の半値幅は約42mm、分析電磁石200による質量分析の分解能m/Δmは約16である。上記(B)の場合に比べて分解能は2倍以上に向上している。
In this case, the full width at half maximum of the beam current is about 42 mm, and the resolution m / Δm of mass analysis by the
次に、焦点補正レンズ600、610に印加する直流電圧V1 、V2 の制御について説明する。
Next, control of the DC voltages V 1 and V 2 applied to the
例えば図28に示す例のように、分析スリット70を通過したイオンビーム50を受けてそのビーム電流IF を測定する可動式の第1のビーム電流測定器620を、矢印Hに示すように移動させて、分析スリット70の下流側におけるイオンビーム50の経路に挿入する。ビーム電流測定器620は、例えばファラデーカップである。ビーム電流測定器620は、分析スリット70を通過したイオンビーム50がX方向において全部入射する幅KX を有しているものが好ましい。Y方向については、イオンビーム50がリボン状の場合、Y方向の1点の測定で良いのであれば、ビーム電流測定器620は1個でも良い。Y方向の多点を測定したいのであれば、ビーム電流測定器620は複数の測定器(例えばファラデーカップ)をY方向に並設した多点のビーム電流測定器でも良いし、一つのビーム電流測定器620をY方向に移動させる構造のものでも良い。
For example, as in the example shown in FIG. 28, moving the first beam
そして、このビーム電流測定器620で測定するビーム電流IF が最大になるように、直流電源608、618から出力する直流電圧V1 、V2 を調整する。即ち、焦点補正レンズ600を用いる場合は直流電圧V1 を調整する。焦点補正レンズ610を用いる場合は直流電圧V2 を調整する。両焦点補正レンズ600および610を用いる場合は直流電圧V1 およびV2 を調整する。より具体的には、前述したように直流電圧V1 、V2 は負でも良いし正でも良いので、その絶対値|V1 |、|V2 |を調整する。そして、ビーム電流IF が最大となる直流電圧V1 、V2 を維持すれば良い。
Then, the beam current I F to be measured by the beam
図36に、直流電圧V1 の絶対値|V1 |を調整する場合のビーム電流IF の変化の一例を示す。このようなカーブが得られるのは、イオンビーム50の焦点56の位置が分析スリット70に合うと、分析スリット70を通過するイオンビーム50の量が最大になるからである。この例の場合は、最大のビーム電流IF が得られる電圧V1aを維持すれば良い。直流電圧V2 の絶対値|V2 |を調整する場合も、これに似たカーブが得られる。
Figure 36, the absolute value DC voltage V 1 | showing an example of a change in the beam current I F when adjusting | V 1. Such a curve is obtained because the amount of the
図37に、直流電圧V1 およびV2 の絶対値を調整する場合のビーム電流IF の変化の一例を示す。この例では、直流電圧V1 の複数の絶対値V1b、V1c、V1d(但し、この三つに限られるものではない)をパラメータとして、直流電圧V2 の絶対値|V2 |を変化させている。これによって、ビーム電流IF を最大にする直流電圧V1 およびV2 を決めることができる。この例の場合は、最大のビーム電流IF が得られる電圧V1dおよびV2aを維持すれば良い。この図37の場合とは反対に、直流電圧V2 の複数の絶対値をパラメータにして、直流電圧V1 の絶対値を変化させても良い。 Figure 37 shows an example of a change in the beam current I F of the case of adjusting the absolute value of the DC voltage V 1 and V 2. In this example, a plurality of absolute value V 1b of the direct-current voltage V 1, V 1c, V 1d ( however, these three in the present invention is not limited) as parameters, the absolute value of the DC voltage V 2 | V 2 | a It is changing. This makes it possible to determine the DC voltage V 1 and V 2 to maximize the beam current I F. In this example, the voltages V 1d and V 2a at which the maximum beam current I F can be obtained may be maintained. Contrary to the case of FIG. 37, the absolute value of the DC voltage V 1 may be changed using a plurality of absolute values of the DC voltage V 2 as parameters.
上記調整方法によれば、イオンビーム50の焦点56の位置が分析スリット70に合うと測定ビーム電流IF が最大になるので、焦点補正レンズ600、610によってイオンビーム50の焦点位置を分析スリット70に合わせる補正を簡単に行うことができる。
According to the adjustment method described above, the measurement beam current IF is maximized when the position of the
上記ビーム電流測定器620で測定するビーム電流IF が最大になるように、上記調整方法と同様の制御内容によって、直流電源608、618から出力する直流電圧V1 、V2 (より具体的にはそれらの絶対値|V1 |、|V2 |)を制御する第1の焦点制御装置622(図28参照)を備えていても良い。これによって、イオンビーム50の焦点位置を分析スリット70に合わせる補正を省力化して行うことができる。
As the beam current I F to be measured by the beam
図38に示す例のように、分析スリット70に流れるビーム電流IS を測定する第2のビーム電流測定器624を用いて、このビーム電流測定器624で測定するビーム電流IS が最小になるように、直流電源608、618から出力する直流電圧V1 、V2 (より具体的にはそれらの絶対値|V1 |、|V2 |)を調整しても良い。この場合は、分析スリット70は真空容器等の構造物から電気的に絶縁しておき、ビーム電流測定器624を経由して接地する。直流電圧V1 とV2 の使い分けまたは併用の例は、前記と同様である。
As in the example shown in FIG. 38, by using the second beam
図39は、直流電圧V1 の絶対値|V1 |を調整する場合のビーム電流IS の変化の一例を示す。このようなカーブが得られるのは、イオンビーム50の焦点56の位置が分析スリット70に合うと、分析スリット70に当たるイオンビーム50の量が最小になるからである。この例の場合は、最小のビーム電流IS が得られる電圧V1eを維持すれば良い。直流電圧V2 の絶対値|V2 |を調整する場合も、これに似たカーブが得られる。
FIG. 39 shows an example of a change in the beam current I S when adjusting the absolute value | V 1 | of the DC voltage V 1 . Such a curve is obtained because the amount of the
直流電圧V1 、V2 の一方をパラメータとして他方を変化させる場合は、図37のカーブを谷状に反転させたようなカーブが得られる。 When one of the DC voltages V 1 and V 2 is used as a parameter and the other is changed, a curve obtained by inverting the curve of FIG. 37 in a valley shape is obtained.
上記調整方法によれば、イオンビーム50の焦点56の位置が分析スリット70に合うと測定ビーム電流IS が最小になるので、焦点補正レンズ600、610によってイオンビーム50の焦点位置を分析スリット70に合わせる補正を簡単に行うことができる。
According to the above adjustment method, the measurement beam current I S is minimized when the position of the
上記ビーム電流測定器624で測定するビーム電流IS が最小になるように、上記調整方法と同様の制御内容によって、直流電源608、618から出力する直流電圧V1 、V2 (より具体的にはそれらの絶対値|V1 |、|V2 |)を制御する第2の焦点制御装置626(図38参照)を備えていても良い。これによって、イオンビーム50の焦点位置を分析スリット70に合わせる補正を省力化して行うことができる。
The DC voltages V 1 and V 2 output from the
(4)加減速器400について
図1中に示した加減速器400は、分析スリット70を通過したイオンビーム50を静電界によってX方向に偏向させ、かつ静電界によって当該イオンビーム50の加速または減速を行うものである。この加減速器400は、後述するエネルギーコンタミネーションの抑制効果をより効果的に発揮させるためには、できるだけ下流側に設けるのが好ましい。図1に示す例では、分析スリット70と上記注入位置、換言すれば分析スリット70と基板駆動装置500との間に設けている。
(4) Accelerator /
このような加減速器400を備えていると、当該加減速器400において、イオンビーム50の加減速だけでなく、イオンビーム50をX方向に偏向させることができるので、所望エネルギーのイオンビーム50を選別して導出することができ、エネルギーコンタミネーション(不所望エネルギーイオンの混入)を抑制することができる。しかもこれらの作用を一つの加減速器400において実現することができるので、エネルギー分離器を別に設ける場合に比べて、イオンビーム50の輸送経路を短くすることができ、それによって、イオンビーム50の輸送効率を向上させることができる。特に、イオンビーム50が低エネルギーかつ大電流の場合は、イオンビーム50は輸送中に空間電荷効果によって発散しやすいので、輸送距離を短くする効果は顕著になる。
When such an accelerator /
加減速器400のより具体例を図40に示す。この加減速器400は、イオンビーム50の進行方向に、上流側から第1の電極402、第2の電極404および第3の電極406の順で配列された第1ないし第3の電極402、404、406を有している。電極402および406は、この例では、Y方向に長く伸びていてイオンビーム50を通す開口412、416をそれぞれ有している。電極402はこの例では一つの電極であるが、イオンビーム50の経路をX方向において挟む二つの互いに同電位の電極で構成しても良い。電極406についても同様である。電極404は、Y方向に長く伸びていて、イオンビーム50を通す隙間414を有している。
A more specific example of the accelerator /
第1の電極21には、接地電位を基準にして電位V1が与えられる。この電位V1は、通常は正(加速モード時)または負(減速モード時)の高電位である。
A potential V1 is applied to the
なお、各電極402、404、406あるいは後述する各電極体404a、404bに電位を与える場合、それらの電位が0V以外の場合は、各電極等に対応する電圧印加手段(例えば直流電源や、直流電源からの電圧を分圧する分圧抵抗器等。図示省略。以下同じ)から当該電位がそれぞれ与えられる。電位が0Vの場合は、その電極は接地される。
When a potential is applied to each
第2の電極404は、通常は第1の電極402と第3の電極406との中間の電位にされる。この第2の電極404は、周知の静電加速管では一つの電極であるが、この例では、イオンビーム50の経路をX方向において挟んで相対向する二つの電極体404a、404bに分けて構成されている。しかも両電極体404a、404bには、互いに異なる電位V2a、V2b(V2a≠V2b)がそれぞれ与えられ、それによってイオンビーム50をX方向に偏向させるようにしている。より具体的には、イオンビーム50を偏向させる方向側の電極体404bに、相手側の電極体404aの電位V2aよりも低い電位V2bを与えるようにしている。即ちV2b<V2aとされる。このような電位を与える手段は前述のとおりである。
The
電極404を構成する二つの電極体404a、404b間には、イオンビーム50を通す上記隙間414が設けられている。この隙間414は、この例のように、イオンビーム50の偏向方向に曲げておくのが好ましい。より具体的には、偏向後の特定エネルギーを有する、具体的には所望エネルギーを有するイオン418の軌道に沿って曲げておくのが好ましい。そのようにすれば、所望エネルギーを有するイオン418から成るイオンビーム50を効率良く導出することができる。
The
第3の電極406には、通常は0Vの電位V3が与えられる。即ち接地される。
The
第2の電極404より下流側の電極406は、この例のように、電極404での偏向後であって特定エネルギー、具体的には所望エネルギーを有するイオン418の軌道に沿って配置しておくのが好ましい。そのようにすれば、所望のエネルギーを有するイオン418を効率良く導出することができると共に、それ以外のエネルギーを有するイオン420、422や中性粒子424を当該電極406で効率良く阻止することができるので、エネルギーコンタミネーションをより効果的に抑制することができる。
As in this example, the
第2の電極404を構成する電極体404a、404bとに印加する電位V2aとV2bとの差をどの程度に設定するかは、所望の(目的の)エネルギーを有するイオン418が、当該加減速器400の中心軌道、具体的には偏向機能を有する第2の電極404以降の電極404、406の(より具体的にはそれらの隙間414や開口416の)中心軌道を通るように設定すれば良い。
The degree to which the difference between the potentials V2a and V2b applied to the
上記各電極および各電極体に与える各電位の例を表1にまとめて示す。例1および例2は、加減速器400でイオンビーム50を加速する加速モード時のものであり、例3はイオンビーム50を減速する減速モード時のものである。例1の場合は30keVの加速エネルギーを、例2の場合は130keVの加速エネルギーを、それぞれ実現することができる。例3の場合は、8keVの減速エネルギーを実現することができる。いずれの場合も、第2の電極404を構成する一方の電極体404bの電位V2bを、相手側の電極体404aの電位V2aよりも低く設定している。
Examples of potentials applied to the electrodes and electrode bodies are summarized in Table 1. Examples 1 and 2 are for the acceleration mode in which the
上記加減速器400によれば、二つの電極体404a、404bに分けて構成され、それらに異なる電位V2a、V2bが与えられる第2の電極404の部分でイオンビーム50を偏向させることができる。このときの偏向量は、偏向時のイオンビーム50のエネルギーに依存するので、所望のエネルギーを有するイオン418とそうでないエネルギーを有するイオン420、422とを分離することができる。イオン420は所望エネルギーよりも低エネルギーのイオンであり、イオン418よりも偏向量は大きい。イオン422は所望エネルギーよりも高エネルギーのイオンであり、イオン418よりも偏向量は小さい。中性粒子424は偏向されずに直進するので、これも分離することができる。即ち、この加減速器400は、エネルギー分離作用を奏するので、所望エネルギーのイオン418から成るイオンビーム50を選別して導出することができ、エネルギーコンタミネーションを抑制することができる。所望エネルギーのイオン418以外のイオン420、422や中性粒子424は、この例では、第2の電極404よりも下流側にある電極406に衝突することによって阻止され除去される。
According to the acceleration /
しかも、この加減速器400は、上記のようなエネルギー分離作用と共に、イオンビーム50を加速または減速する本来の作用をも奏し、これらの作用を一つの加減速器400において実現することができるので、エネルギー分離器を別に設けなくて済む。従って、エネルギー分離器を別に設ける場合に比べて、イオンビーム50の輸送距離を短くすることができ、それによってイオンビーム50の輸送効率を向上させることができる。
In addition, the accelerator /
また、イオンビーム50を電極402と404との間と、電極404と406との間の2段階に分けて加速することができる。表1中の例2はその一例を示す。そして、後段での加速前に(即ちエネルギーの低いときに)イオンビーム50を電極404の部分で偏向させることができるので、全部加速した後に偏向させる場合に比べて、イオンビーム50の偏向が容易になる。より具体的には、電極404を構成する二つの電極体404a、404bに与える電位V2aとV2bとの差が小さくて済むので、当該電極404周りの電気絶縁が容易になる等の利点がある。
Further, the
また、電極404の下流側の電極406によって、所望エネルギーのイオン418以外のイオンや中性粒子を阻止して除去することができるので、エネルギーコンタミネーションをより効果的に抑制することができる。特に、減速モード時には(表1中の例3参照)、電極402と404間におけるイオンビーム50の減速時に荷電変換によって中性粒子424が発生しやすいことが経験的に分かっているけれども、中性粒子424が多く発生してもこれは直進して電極406に衝突して阻止されるので、加減速器400内において中性粒子424を効果的に除去することができる。
In addition, ions other than
通常、加速モード時において、所望エネルギー以外のエネルギーのイオンが電極に衝突した箇所から電子が高電位側へ放出かつ加速され、そのような加速電子が衝突した電極の部分から、加速電子のエネルギーに相当する高エネルギーのX線が発生する。周知の静電加速管は偏向機能を有していないので、上記加速電子は曲げられずに高電位電極(電極402に相当する電極)にまで到達することができ、当該高電位電極の電位に相当する大きなエネルギーで加速されて高電位電極に衝突し、そこから大きなエネルギーのX線が発生する。 Normally, in the acceleration mode, electrons are emitted and accelerated to the high potential side from the location where ions of energy other than the desired energy collide with the electrode, and the energy of the accelerated electron is changed from the portion of the electrode where such accelerated electrons collide. Corresponding high energy X-rays are generated. Since the known electrostatic accelerator tube does not have a deflection function, the accelerated electrons can reach the high potential electrode (electrode corresponding to the electrode 402) without being bent, and the potential of the high potential electrode is reached. It is accelerated by corresponding large energy and collides with a high potential electrode, and X-rays with large energy are generated therefrom.
これに対して、この加減速器400のように第2の電極404を二つの電極体404a、404bに分けて構成してそれらに別々の電位を与えて偏向機能を持たせておくと、不所望エネルギーのイオンが衝突した箇所から発生した電子は電極404において曲げられて高電位の電極402にまで到達することができなくなる。具体的には、上記電子は、電極404を構成する二つの電極体404a、404bの内の高電位側の電極体404a側に曲げられて当該電極体404aに衝突する。このときの電子の加速エネルギーは、当該電極体404aの電位に相当するエネルギーであり、高電位の電極402に衝突する場合に比べて小さい。例えば、表1中の例1の場合であれば、衝突電子のエネルギーはほぼ0eVであり、X線は殆ど発生しない。例2の場合は約100keVであり、電極402に衝突する場合の約130keVよりかは小さい。従っていずれの場合にも、周知の静電加速管よりも、それから発生するX線のエネルギーを低くすることができる。
On the other hand, if the
なお、必要に応じて、電極402の上流側や電極406の下流側に更に他の電極を設けても良い。例えば、電極402の上流側に、イオンビーム50の加速または減速用の高電位の電極を設けても良い。電極406の下流側に、下流側からの逆流電子抑制用の負電位の電極を設けても良い。
Note that another electrode may be further provided on the upstream side of the
(5)軌道制御レンズ700a、700bについて
上記のようなリボン状のイオンビーム50を基板60に照射してイオン注入を行うイオン注入装置においては、イオンビームの長手方向であるY方向における軌道状態(例えば平行、発散または集束の状態)が重要である。例えば、基板60の広い領域(例えば実質的に全面)に均一性の良いイオン注入を行う等のためには、イオンビーム50のY方向における平行性が重要である。
(5)
これに応えるためには、分析電磁石200と加減速器400との間に、次のような軌道制御レンズ700aまたは700bを設けておいても良い。両軌道制御レンズ700a、700bは、電界レンズの範疇に属する。
In order to respond to this, the following
図1に示す例では、分析スリット70と加減速器400との間に、そこを通過するイオンビーム50を静電界によってY方向に曲げる軌道制御レンズ700aを設けている。但しこの軌道制御レンズ700aは、分析電磁石200と分析スリット70との間に(上記焦点補正レンズ610を設ける場合は、例えば、焦点補正レンズ610と分析スリット70との間に)設けても良い。後述する軌道制御レンズ700bも同様である。
In the example illustrated in FIG. 1, a
軌道制御レンズ700aは、図41も参照して、イオンビーム50の進行方向Zに互いに隙間708、710をあけて直列に並べられた入口電極702、中間電極704および出口電極706を有している。これらの電極702、704、706のY方向の長さは、通過させるイオンビーム50のY方向の寸法WY よりも若干大きく、例えば、400mm〜500mm程度である。各隙間708、710のYZ平面内における距離は、例えば、40mm〜50mm程度である。但し、これらの寸法に限られるものではない。
The
入口電極702は、イオンビーム50が通過する隙間712を挟んでX方向において相対向して配置された一対の電極702a、702bを有している。中間電極704は、イオンビーム50が通過する隙間714を挟んでX方向において相対向して配置された一対の電極704a、704bを有している。出口電極706は、イオンビーム50が通過する隙間716を挟んでX方向において相対向して配置された一対の電極706a、706bを有している。各隙間712、714、716のX方向の寸法は、通過させるイオンビーム50のX方向の寸法WX に応じて決めれば良く、例えば、50mm〜100mm程度である。但しこの寸法に限られるものではない。
The
電極702aと702bとは、図示しない導線等の導通手段によって、互いに電気的に導通していて同電位にある。電極704aと704bも同様である。電極706aと706bも同様である。
The
中間電極704は、イオンビーム50の進行方向Zの上流側および下流側の面に、Y方向において弧状に湾曲した凸表面720、722をそれぞれ有している。両凸表面720、722は、この例では、X方向においては湾曲していない。入口電極702および出口電極706は、この中間電極704の凸表面720、722に対向する面に、当該凸表面720、722にそれぞれ沿う(より具体的には等間隔で沿う)凹表面718、724をそれぞれ有している。従って、上記隙間708、710も、Y方向において弧状に湾曲しているけれども、X方向においては湾曲していない。
The
入口電極702と出口電極706とは、例えば導線730のような導通手段で互いに電気的に接続されており、互いに同電位に保たれる。両電極702、706は、この例では接地電位に保たれる。そのようにすると、この軌道制御レンズ700aからイオンビーム50の進行方向Zの上流側および下流側へ電界がはみ出すのを防止することができるので、当該電界がはみ出すことによってイオンビーム50等へ悪影響が及ぶのを防止することができる。
The
中間電極704は、入口電極702および出口電極706とは異なる電位であって、当該軌道制御レンズ700aから導出されるイオンビーム50のY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる。この軌道状態の例を、後で図42〜図45を参照して説明する。入口電極702および出口電極706と中間電極704との間に、中間電極704を上記電位に保つ電圧可変の直流電源732が接続されている。直流電源732の向きは、図41に示す例では中間電極704側を負極にしているが、これとは逆にする場合もある。
The
この軌道制御レンズ700aは、入口電極702および出口電極706は互いに同電位に保たれ、中間電極704は入口電極702および出口電極706とは互いに異なる電位に保たれるので、ユニポテンシャルレンズの働きをする。従ってこのような軌道制御レンズ700aを備えることによって、イオンビーム50のエネルギーを変えることなく、イオンビーム50のY方向における軌道状態を所望のものにすることができる。その例を以下に説明する。
In this
図42は、中間電極704を入口電極702および出口電極706よりも低い電位に保ったときの、より具体的には入口電極702および出口電極706を0Vに保ち、中間電極704に−15,000Vを印加したときの、上記軌道制御レンズ700aのX方向の中央部(即ちX=0の座標)でのYZ平面上における上記電極間の隙間708、710付近の等電位線728の分布の一例を示すものである。凸レンズ状に湾曲した等電位線728が形成されている。
FIG. 42 shows that when the
上記のような等電位線728の分布を持つ軌道制御レンズ700aにイオンビーム50を構成するイオンが入射すると、Y方向に集束効果が生じる。これによって例えば、発散する入射イオンビーム50を平行ビーム化して導出することができる。平行な入射イオンビーム50を集束ビーム化して導出することもできる。中間電極704の負電位を更に強くすれば、発散する入射イオンビーム50を集束ビーム化して導出することもできる。また、中間電極704の極性を上記とは反転させて正電位にすれば、Y方向においてイオンビーム50を発散させることもできる。
When ions constituting the
上記と同様に入口電極702および出口電極706に0V、中間電極704に−15,000Vの電圧を印加して、エネルギー15keV、1価のヒ素(As )イオン(原子量75AMU)から成るイオンビーム50を軌道制御レンズ700aに入射した場合の例を図43、図44に示す。両図43、44の隙間708、710付近には、図示していないけれども、図42に示したのと同様の等電位線が形成されている。なお、図43〜図45、図47は、図42と同様、X=0の座標でのYZ平面上におけるものである。
In the same manner as described above, a voltage of 0 V is applied to the
図43は、Y方向において発散する入射イオンビーム50を平行ビーム化して導出している例を示す。入射イオンビーム50の発散角は、この例では、±1度〜±9度(Y方向の中央部が±1度、そこから上下にずれるに従い1度ずつ増やしている)である。この明細書において平行ビームとは、この図43に示すように、Y方向の異なった位置からそれぞれ導出されるイオンビーム50の軌道が(進行方向が)、互いに実質的に平行であるイオンビームのことを言う。この例ではイオンビーム50全体の進行方向であるZ方向にも平行である。
FIG. 43 shows an example in which the
図44は、Y方向において平行な(即ち発散角が0度の。以下同様)入射イオンビーム50を集束ビーム化して導出している例を示す。イオンビーム50は空間電荷効果によって発散する性質を有しているので、特に低エネルギー、大ビーム電流のイオンビーム50はその性質が強いので、軌道制御レンズ700aからこの例のように集束するイオンビーム50を取り出して、軌道制御レンズ700aから基板60間での空間電荷効果による発散とバランス(相殺)させることによって、基板60に入射する際のイオンビーム50を実質的に平行ビーム化することもできる。
FIG. 44 shows an example in which the
図45は、入口電極702および出口電極706に0V、中間電極704に+10,000Vの電圧を印加して、上記と同様にエネルギー15keV、1価のヒ素イオンから成り、Y方向において平行な入射イオンビーム50を発散ビーム化して導出している例を示す。この軌道制御レンズ700aの下流側にビーム集束手段を設けて、前者による発散と後者による集束とを組み合わせて、イオンビーム50を平行化することができる。そのようにすれば、イオンビーム50のY方向の寸法WY をより大きくすることができる。
FIG. 45 shows an incident ion consisting of 15 keV energy and monovalent arsenic ions in the same manner as described above when a voltage of 0 V is applied to the
上記のような軌道制御レンズ700aを備えることによって、イオンビーム50のエネルギーを変えることなく、イオンビーム50のY方向における軌道状態を所望のものにすることができる。例えば、イオンビーム50を平行ビーム化して、平行性の高いイオンビーム50を導出することができる。従って、例えば平行ビーム化する際にイオンビーム50のエネルギーを変えたくない場合等に好適である。
By providing the
軌道制御レンズ700aから導出するイオンビーム50を平行ビーム化することによって、例えば、基板60の広い領域(例えば実質的に全面)に均一性の良いイオン注入を行うことができる。また、基板60の表面の微細構造部に、イオンビーム50が入射しない陰の部分が生じるのを防止することができる。
By converting the
しかも、軌道制御レンズ700aを構成する中間電極704が上記のようにY方向において湾曲した凸表面720、722を有しており、かつ入口電極702および出口電極706がそれに沿う凹表面718、724を有しているので、各電極間の隙間708、710における電界分布のY方向における均一性が非常に良くなる(図42参照)。その結果、Y方向の寸法が大きい場合でも、イオンビーム50のY方向における軌道状態を、均一性良く所望のものにすることができる。従って、リボン状のイオンビーム50を用いる場合に特に好適である。仮に、入口電極702および出口電極706の表面718、724が平面であったり、中間電極704の表面720、722が平面であったりすると、隙間708、710における複数の等電位線728の間隔に、Y方向において広狭の不均一が生じるので、隙間708、710における電界分布のY方向における均一性は低下する。
Moreover, the
図46は、軌道制御レンズの他の例を電源と共に示す斜視図である。このような軌道制御レンズ700bを上記軌道制御レンズ700aの代わりに設けても良い。なお、図41等に示した軌道制御レンズ700aと同一または相当する部分には同一符号を付しており、以下においては上記軌道制御レンズ700aとの相違点を主体に説明する。
FIG. 46 is a perspective view showing another example of the trajectory control lens together with the power source. Such a
この軌道制御レンズ700bを構成する中間電極704は、イオンビーム50の進行方向Zの上流側および下流側の面に、Y方向において弧状に湾曲した凹表面721、723をそれぞれ有している。両凹表面721、723は、この例では、X方向においては湾曲していない。入口電極702および出口電極706は、この中間電極704の凹表面721、723に対応する面に、当該凹表面721、723にそれぞれ沿う(より具体的には等間隔で沿う)凸表面719、725をそれぞれ有している。従って、上記隙間708、710も、Y方向において弧状に湾曲しているけれども、X方向においては湾曲していない。
The
中間電極704は、入口電極702および出口電極706とは異なる電位であって、当該軌道制御レンズ700bから導出されるイオンビーム50のY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる。この軌道状態の例を、後で図47を参照して説明する。入口電極702および出口電極706と中間電極704との間に、中間電極704を上記電位に保つ電圧可変の直流電源732が接続されている。直流電源732の向きは、図46に示す例では中間電極704側を正極にしているが、これとは逆にする場合もある。
The
この軌道制御レンズ700bの隙間708、710付近には、図42に示した例とは反対の凹レンズ状に湾曲した等電位線が形成される。
In the vicinity of the
この軌道制御レンズ700bも、入口電極702および出口電極706は互いに同電位に保たれ、中間電極704は入口電極702および出口電極706とは互いに異なる電位に保たれるので、ユニポテンシャルレンズの働きをする。従ってこのような軌道制御レンズ700bを備えることによって、イオンビーム50のエネルギーを変えることなく、イオンビーム50のY方向における軌道状態を所望のものにすることができる。
In this
即ち、この軌道制御レンズ700bにイオンが入射すると、Y方向に集束効果が生じる。これによって例えば、図47に示すように、発散する入射イオンビーム50を平行ビーム化して導出することができる。この図47は、中間電極704を入口電極702および出口電極706よりも高い電位に保ったときの、より具体的には入口電極702および出口電極706を0Vに保ち、中間電極704に+15,000Vを印加したときの例である。入射イオンビーム50は、エネルギー15keV、1価のヒ素イオンから成り、その発散角は±1度〜±9度である。
That is, when ions enter the
それ以外に、この軌道制御レンズ700bは、平行な入射イオンビーム50を集束ビーム化して導出することもできる。中間電極704の正電位を更に強くすれば、発散する入射イオンビーム50を集束ビーム化して導出することもできる。また、中間電極704の極性を上記とは反転させて負電位にすれば、Y方向においてイオンビーム50を発散させることもできる。
In addition, the
この軌道制御レンズ700bにおける上記以外の作用効果は、前述した軌道制御レンズ700aの場合と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。
Since the other functions and effects of the
(6)均一化レンズ750について
上記軌道制御レンズ700a、700bの代わりに、図48、図49に示す例のような均一化レンズ750を設けても良い。この均一化レンズ750は、電界レンズの範疇に属する。
(6) About the homogenizing
この均一化レンズ750は、分析電磁石200と加減速器400との間に設ける。より具体的には、分析スリット70と加減速器400との間に設けても良いし、分析電磁石200と分析スリット70との間に(上記焦点補正レンズ610を設ける場合は、例えば、焦点補正レンズ610と分析スリット70との間に)設けても良い。
The homogenizing
この均一化レンズ750は、イオンビーム50が通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している電極752の対(電極対)をY方向に複数対有していて、イオンビーム50のY方向における複数箇所の軌道を静電界によってY方向に曲げて、上記注入位置でのイオンビーム50のY方向におけるビーム電流密度分布を均一化するものである。
The homogenizing
より具体的には、この均一化レンズ750は、イオンビーム50をX方向において挟んで相対向する電極752の対(電極対)であって、Y方向に多段に配置された複数の(例えば10対の)電極対を有している。各電極752は、図示例では相対向する先端付近が半円筒状または半円柱状をしているが、平板電極(平行平板電極)でも良い。相対向して対を成す二つの電極752間は、図49に示すように、電気的に並列接続されていて、電気的に導通している。なお、図49ではこの並列接続のための線がイオンビーム50を横切っているように見えるかも知れないが、これは図示を簡略化したためであり、実際は上記線がイオンビーム50が横切ることはない。
More specifically, the homogenizing
上記各段の電極対と基準電位部(例えば接地電位部)との間に、互いに独立した直流電圧をそれぞれ印加する均一化レンズ電源の一例として、この例では、各段の電極対ごとに独立した電圧可変の均一化レンズ電源754を設けている。即ち、電極対の数だけ均一化レンズ電源754を設けている。但し、そのようにせずに、複数の電源を一つにまとめる等して、一つの均一化レンズ電源を用いて、各電極対に印加する直流電圧を互いに独立して制御することができるようにしても良い。
As an example of a uniform lens power source that applies independent DC voltages to each other between the electrode pairs at each stage and a reference potential portion (for example, a ground potential portion), in this example, each pair of electrode pairs is independent. A variable voltage uniformizing
各段の電極対に印加する直流電圧は、正電圧よりも負電圧が好ましい。負電圧にすると、イオンビーム50と共にその周辺に存在するプラズマ中の電子が電極752に引き込まれるのを防止することができる。上記電子を引き込むと、空間電荷効果によるイオンビーム50の発散が大きくなるけれども、これを防止することができる。
The DC voltage applied to the electrode pairs in each stage is preferably a negative voltage rather than a positive voltage. When a negative voltage is used, it is possible to prevent electrons in the plasma existing around the
各段の電極対に印加する直流電圧を調整することによって、イオンビーム50の経路にY方向に電界EY を生じさせて(図49中の電界EY はその一例を示す)、この電界EY の強さに応じて、イオンビーム50を構成するイオンをY方向に曲げることができる。
By adjusting the DC voltage applied to the electrode pair at each stage, an electric field E Y is generated in the Y direction in the path of the ion beam 50 (the electric field E Y in FIG. 49 shows an example thereof). Depending on the strength of Y , ions constituting the
従って、上記均一化レンズ750によって、イオンビーム50のY方向における複数箇所の軌道を静電界によってY方向に曲げて、上記注入位置でのイオンビーム50のY方向におけるビーム電流密度分布を均一化することができる。その結果、基板60に対するイオン注入の均一性をより高めることができる。この効果は、基板60ひいてはイオンビーム50のY方向の寸法が大きい場合により顕著になる。
Therefore, the
上記注入位置でのイオンビーム50のY方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器80および均一化制御装置90を設けておいて(図1参照)、これらを用いて次のような制御を行うようにしても良い。
A
ビーム測定器80は、この例では、イオンビーム50のビーム電流を測定する多数の測定器(例えばファラデーカップ)をY方向に並設して成る多点ビーム測定器であるが、一つの測定器を移動機構によってY方向に移動させる構造のものでも良い。このビーム測定器80から上記ビーム電流密度分布を表す測定情報D1 が出力され、それが均一化制御装置90に供給される。この測定情報D1 は、複数n1 個(n1 はファラデーカップの数と同数)の測定情報から成る。
In this example, the
均一化制御装置90は、ビーム測定器80からの測定情報D1 に基づいて、複数n2 個(n2 は電極対の数と同数)の制御信号S2 を各均一化レンズ電源754に与えて各均一化レンズ電源754をそれぞれ制御することによって、上記ビーム電流密度分布の均一性向上制御を行う。より具体的には、均一化制御装置90は、ビーム電流密度が他よりも低い低電流密度領域がある場合は、当該低電流密度領域に対応する均一化レンズ750中の領域にその隣から電界EY が向くように、前記低電流密度領域に対応する前記電極対に印加する電圧を下げ、逆の場合は逆にして(即ち、電圧を上げて、上記電界EY が小さくなる、または逆向きになるようにして)、上記注入位置でのイオンビーム50のY方向におけるビーム電流密度分布を均一化する制御を行う。
Based on the measurement information D 1 from the
均一化レンズ700を構成する電極752の上流側および下流側には、図48に示す例のように、遮蔽板756、758を設けておいても良い。両遮蔽板756、758は、それぞれ、Y方向において上記複数段に配置された電極752の全体をカバーする長さを有しており、かつ電気的に接地されている。この遮蔽板756、758を設けておくと、電極752から電界が均一化レンズ750の上流側および下流側に漏れ出すのを防止することができる。その結果、均一化レンズ750の上流側付近および下流側付近においてイオンビーム50に不所望な電界が作用して、イオンビーム50が不所望に曲げられるのを防止することができる。
As shown in FIG. 48, shielding
(7)偏向電磁石800について
上記軌道制御レンズ700a、700b、均一化レンズ750の代わりに、図50、図53に示す例のような偏向電磁石800を設けても良い。この偏向電磁石800は、磁界レンズの一種であると言うこともできる。
(7) About the
この偏向電磁石800は、分析電磁石200と前記注入位置(即ち、イオンビーム50を基板60に入射させる位置)との間に設ける。例えば、分析電磁石200と加減速器400との間に設ける。より具体的には、分析スリット70と加減速器400との間に設けても良いし、分析電磁石200と分析スリット70との間に(上記焦点補正レンズ610を設ける場合は、例えば、焦点補正レンズ610と分析スリット70との間に)設けても良い。
The
図50は、偏向電磁石の一例を電源と共に示す正面図である。図51は、図50の線M−Mに沿う側面図であり、発散ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。 FIG. 50 is a front view showing an example of a deflection electromagnet together with a power source. FIG. 51 is a side view taken along line MM in FIG. 50, and shows an example in which a divergent beam is converted into a parallel beam.
この偏向電磁石800は、上記リボン状のイオンビーム50が入射され、当該イオンビーム50の通り道であるビーム経路802に、X方向に沿う磁界B1 、B2 を発生させるものである。この偏向電磁石800は、ビーム経路802を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビーム50のY方向の一方側(この実施形態では上側)のほぼ半分以上(換言すれば実質的に半分以上)をカバーする一対の磁極812を有する第1磁極対810と、ビーム経路802を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビーム50のY方向の他方側(この実施形態では下側)のほぼ半分以上(換言すれば実質的に半分以上)をカバーする一対の磁極822を有する第2磁極対820と、第1磁極対810間のギャップ816と第2磁極対820間のギャップ826とに互いに逆向きの磁界B1 、B2 を発生させるコイル834〜837とを備えている。
The deflecting
第1磁極対810間のギャップ816のX方向における長さ(ギャップ長。以下同様)G1 は、Y方向において実質的に一定である。第2磁極対820間のギャップ長G2 も、Y方向において実質的に一定である。また、ギャップ長G1 とG2 とは、互いに実質的に同じ長さにするのが好ましく、この例ではそのようにしている。
The length (gap length; hereinafter the same) G 1 of the
この例では、第1磁極対810を構成する一対の磁極812にコイル834、835がそれぞれ巻かれている。両コイル834、835は、互いに直列接続されて直流電源840に接続されており、この直流電源840によって励磁されて、例えば図50中に示すようにX方向において右向きの磁界B1 を発生させる。
In this example, coils 834 and 835 are wound around a pair of
第2磁極対820を構成する一対の磁極822にコイル836、837がそれぞれ巻かれている。両コイル836、837は、互いに直列接続されて直流電源842に接続されており、この直流電源842によって、コイル834、835とは逆向きの励磁電流が流されて、例えば図50中に示すようにX方向において左向きの磁界B2 を発生させる。
もっとも、コイルの巻き方、数、コイル用の直流電源等は、この例のものに限られない。例えば、コイル834〜837を全て直列接続して、一つの直流電源によって励磁しても良い。また、左右どちらか一方の磁極812および左右どちらか一方の磁極822にのみコイルを巻いていても良い。後述するヨーク830、832の両方または一方の中間部にコイルを巻いていても良い。いずれにしても、互いに逆向きの磁界B1 、B2 を発生させる。図53〜図55に示す例においても同様である。
However, the winding method and number of coils, the DC power source for the coils, etc. are not limited to this example. For example, all the
この偏向電磁石800では、図51に示すように、第1磁極対810および第2磁極対820を構成する各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 およびL7 を、それぞれ、Y方向においてビーム経路802の中心804から外側(上下)に離れるに従って大きくしている。従って、各磁極812、822の側面形状は、Y方向の外側が広い三角形または楔形に近い形状をしている。各磁極812と各磁極822とは、ビーム経路802のY方向における中心804を通りかつXZ平面に平行な対称面806に関して、Y方向において実質的に面対称の形状にするのが好ましく、この例ではそのようにしている。
In this
また、この偏向電磁石800を、発散イオンビーム50を平行化することに専ら用いる場合は、図51に示す例のように、各磁極812、822の入口面813、823をイオンビーム進行方向Zに膨れた弧状にし、出口面814、824を直線状にするのが好ましい。そのようにすると、入口面813、823および出口面814、824に対するイオンビーム50の入射角および出射角を、Y方向のどの位置においても直角に近づけることができるので、イオンビーム50を平行化し易い。
When this
コイル834〜837は、この例では、各磁極812、822に沿わせて巻いていて長方形から変形した形状をしているけれども、必ずしも沿わせて巻く必要はなく、例えば図54に示す例と同様に長方形に近い形をしていても良い。各磁極812、822の形状が重要だからである。
In this example, the
この偏向電磁石800は、第1磁極対810間のギャップ816と第2磁極対820間のギャップ826とに上記のような互いに逆向きの磁界B1 、B2 を発生させるので、ギャップ816、826を通過するイオンビーム50がそれぞれ受けるローレンツ力F1 、F2 は、図51中に示すように、内向きになる。従って、イオンビーム50を絞る作用を奏する。
Since this
しかも、第1磁極対810および第2磁極対820を構成する各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 、L7 を、Y方向においてビーム経路802の中心804から外側に離れるに従って大きくしているので、イオンビーム50は、Y方向においてビーム経路802の中心804から外側に離れた所ほど、長く(長い距離)磁極812、822間を通過することになって強く曲げられる。これによって、イオンビーム50のY方向における軌道状態を制御することができる。
In addition, the lengths L 6 and L 7 in the ion beam traveling direction Z of the
例えば、Y方向に着目すると、イオンビーム50は空間電荷効果によってY方向に発散する性質を有しているけれども、その発散角は、一般的に、例えば図51に示すように、Y方向の中心804付近では小さく、中心804から外側に離れるに従って大きい。発散するものは、端ほど発散の程度が大きいからである。
For example, when focusing on the Y direction, the
これに対して、各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 、L7 を上記のように変化させておくことによって、中心804から外側に離れた所ほどイオンビーム50を強く曲げることができるので、イオンビーム50の上記発散をうまく補償(キャンセル)して平行化することができる。即ち、Y方向において発散するイオンビーム50を実質的に平行ビーム化して導出することができる。
On the other hand, by changing the lengths L 6 and L 7 of the
各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 、L7 をどの程度変化させるかは、入射させるイオンビーム50の発散の程度等に応じて決めれば良い。即ち、発散の大きいイオンビーム50を扱う場合は長さL6 、L7 の変化を大きくすれば良く、発散の小さいイオンビーム50を扱う場合は長さL6 、L7 の変化を小さくすれば良い。
How much the lengths L 6 and L 7 of the
この偏向電磁石800に、Y方向において実質的に平行なイオンビーム50を入射させて、Y方向において集束するイオンビーム50を導出することもできる。イオンビーム50は空間電荷効果によって発散する性質を有しているので、特に低エネルギー、大ビーム電流のイオンビーム50はその性質が強いので、例えば、偏向電磁石800から集束するイオンビーム50を取り出して、偏向電磁石800から基板60までの間での空間電荷効果による発散とバランス(相殺)させることによって、基板60に入射する際のイオンビーム50を実質的に平行ビーム化することもできる。
The
上記直流電源840、842を逆向きに接続すること等によって、各コイル834〜837に流す電流を上記例の場合とは逆向きにして、図52に示す例のように、磁界B1 、B2 の向きを図50および図51の例の場合と逆にしても良い。但し、磁界B1 とB2 との向きが互いに逆向きであることに変わりはない。
52. By connecting the
この図52の例の場合は、ギャップ816、826を通過するイオンビーム50がそれぞれ受けるローレンツ力F1 、F2 は、外向きになる。従って、イオンビーム50を広げる作用を奏する。この例の場合も、イオンビーム50は、Y方向においてビーム経路802の中心804から外側に離れた所ほど、長く(長い距離)磁極812、822間を通過することになって、強く曲げられる。これによって、イオンビーム50のY方向における軌道状態を制御することができる。
In the case of the example of FIG. 52, Lorentz forces F 1 and F 2 received by the
例えば、Y方向に着目すると、イオンビーム50が例えば他の機器を通過することによってY方向において集束している(絞られている)場合、その集束角は、一般的に、例えば図52に示すように、Y方向の中心804付近では小さく、中心804から外側に離れるに従って大きい。集束するものは、端ほど集束の程度が大きいからである。
For example, focusing on the Y direction, when the
これに対して、各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 、L7 を上記のように変化させておくことによって、中心804から外側に離れた所ほどイオンビーム50を強く曲げることができるので、イオンビーム50の上記集束をうまく補償(キャンセル)して平行化することができる。即ち、Y方向において集束するイオンビーム50を実質的に平行ビーム化して導出することができる。
On the other hand, by changing the lengths L 6 and L 7 of the
各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 、L7 をどの程度変化させるかは、入射させるイオンビーム50の集束の程度等に応じて決めれば良い。即ち、集束の大きいイオンビーム50を扱う場合は長さL6 、L7 の変化を大きくすれば良く、集束の小さいイオンビーム50を扱う場合は長さL6 、L7 の変化を小さくすれば良い。
How much the lengths L 6 and L 7 of the
この偏向電磁石800に、Y方向において実質的に平行なイオンビーム50を入射させて、Y方向において発散するイオンビーム50を導出することもできる。例えばこの偏向電磁石800の下流側にビーム集束器を設けて、前者による発散と後者による集束とを組み合わせて、イオンビーム50を平行化することができる。そのようにすれば、イオンビーム50のY方向の寸法WY をより大きくすることができる。
The
この偏向電磁石800は、上記いずれの例の場合も、静電界を用いる場合に比べて、X方向において不所望なレンズ作用が現れにくいという特長を有している。
The
この偏向電磁石800は、更に、第1磁極対810を構成する一方(図50中の左側。以下同様)の磁極812のX方向における背面(即ちギャップ816とは反対側の面。以下同様)と、当該磁極812とX方向において同じ側にあり第2磁極対820を構成する一方の磁極822のX方向における背面とを磁気的に接続している第1ヨーク830と、第2磁極対820を構成する他方(図50中の右側。以下同様)の磁極812のX方向における背面と、当該磁極812とX方向において同じ側にあり第2磁極対820を構成する他方の磁極822のX方向における背面とを磁気的に接続している第2ヨーク832とを備えている。
The
これによって、第1磁極対810、第2磁極対820、第1ヨーク830および第2ヨーク832によって、ループ状の磁気回路が形成されて磁束がループを作るので(磁界B1 〜B4 参照)、外部への漏れ磁界を少なくすることができると共に、磁界を必要とする第1磁極対810間のギャップ816および第2磁極対820間のギャップ826において効率良く磁界B1 、B2 を発生させることができる。
As a result, the first
図53は、偏向電磁石の他の例を電源と共に示す正面図である。図54は、図53の線N−Nに沿う側面図であり、発散ビームを平行ビーム化する場合の例を示す。図50〜図52に示した例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該例との相違点を主体に説明する。 FIG. 53 is a front view showing another example of the deflection electromagnet together with the power source. FIG. 54 is a side view taken along line NN in FIG. 53, and shows an example in which a divergent beam is converted into a parallel beam. Portions that are the same as or correspond to those in the examples shown in FIGS. 50 to 52 are denoted by the same reference numerals, and differences from the examples will be mainly described below.
この偏向電磁石800においては、図54に示すように、第1磁極対810および第2磁極対820を構成する各磁極812、822のイオンビーム進行方向Zにおける長さL6 およびL7 を、それぞれ、Y方向において実質的に一定にしている。また、長さL6 とL7 とは、互いに実質的に同じにするのが好ましく、この例ではそのようにしている。
In this
その代わりに、図53に示すように、第1磁極対810間のギャップ長G1 および第2磁極対820間のギャップ長G2 を、それぞれ、Y方向においてビーム経路802の中心804から外側(上下)に離れるに従って小さくしている。第1磁極対810間のギャップ816と第2磁極対820間のギャップ826とは、ビーム経路802のY方向における中心804を通りかつXZ平面に平行な対称面806に関して、Y方向において実質的に面対称の形状にするのが好ましく、この例ではそのようにしている。
Instead, as shown in FIG. 53, the gap length G 1 between the first
Y方向においてギャップ長G1 、G2 を上記のように変化させておくと、ビーム経路802の中心804に近い所では磁束密度が小さく、中心804から外側に離れるに従って磁束密度は大きくなるので、イオンビーム50は、Y方向においてビーム経路802の中心804から外側に離れた所ほど強く曲げられる。これによって、先の例の場合と同様に、イオンビーム50のY方向における軌道状態を制御することができる。
If the gap lengths G 1 and G 2 are changed in the Y direction as described above, the magnetic flux density is small near the
例えば、図54に示す例のように、発散する入射イオンビーム50を実質的に平行ビーム化して導出することができる。この図54は図51に対応している。この偏向電磁石800に、Y方向において実質的に平行なイオンビーム50を入射させて、Y方向において集束するイオンビーム50を導出することもできる。そのようにする目的効果は、前述のとおりである。
For example, as in the example shown in FIG. 54, the diverging
各コイル834〜837に流す電流を上記例の場合とは逆向きにして、図55に示す例のように、磁界B1 、B2 の向きを図54の例の場合と逆にしても良い。但し、磁界B1 とB2 とが互いに逆向きであることに変わりはない。この図55は、図52に対応している。
The currents flowing through the
この図55の例の場合は、Y方向において集束する入射イオンビーム50を実質的に平行ビーム化して導出することができる。この偏向電磁石800に、Y方向において実質的に平行なイオンビーム50を入射させて、Y方向において発散するイオンビーム50を導出することもできる。そのようにする目的効果は前述のとおりである。
In the case of the example of FIG. 55, the
Y方向においてギャップ長G1 、G2 をどの程度変化させるかは、入射させるイオンビームの発散(または集束)の程度等に応じて決めれば良い。即ち、発散(または集束)の大きいイオンビーム50を扱う場合はギャップ長G1 、G2 の変化を大きくすれば良く、発散(または集束)の小さいイオンビーム50を扱う場合はギャップ長G1 、G2 の変化を小さくすれば良い。
How much the gap lengths G 1 and G 2 are changed in the Y direction may be determined according to the degree of divergence (or focusing) of the incident ion beam. That is, when the
図1に示したイオン注入装置に上記のような偏向電磁石800を設けることによって、前述したような作用によって、基板60に入射する時のイオンビーム50のY方向における平行度を高めることができる。その結果、基板60に対して均一性の良いイオン注入を行うことができる。
By providing the above-described deflecting
電界レンズのようにイオンビームを加減速して軌道を変更する場合は、加減速したエネルギー分だけ入射イオンビームのエネルギーとは異なるエネルギーの粒子(例えば中性粒子)が発生してそれが基板60に入射する可能性がある(これをエネルギーコンタミネーションと言う)のに対して、上記偏向電磁石800は、磁界によってイオンビームの軌道を曲げるものであって、電界レンズのようにイオンビームを加減速して軌道を変更するものではないので、エネルギーコンタミネーションを発生させることがない。従って、偏向電磁石800を、加減速器400と前記注入位置との間に設けても良い。基板60に近づけて配置しても良い。即ち、上記偏向電磁石800によれば、エネルギーコンタミネーションを発生させないので、基板60の近くでイオンビーム50の平行度を高めることができる。従って、基板60に入射する際のイオンビーム50の平行度をより確実に高めることができる。
When the trajectory is changed by accelerating / decelerating the ion beam as in an electric field lens, particles (for example, neutral particles) having energy different from the energy of the incident ion beam by the amount of the accelerated / decelerated energy are generated. The
50 イオンビーム
56 焦点
60 基板
70 分析スリット
100 イオン源
200 分析電磁石
206 第1内側コイル
208 本体部
210 渡り部
212 第2内側コイル
214 本体部
216 渡り部
218 第1外側コイル
220 本体部
222 渡り部
224 第2外側コイル
226 本体部
228 渡り部
230 ヨーク
232 磁極
261〜263 積層絶縁体
266、267 絶縁シート
268、269 導体シート
272〜281 切欠き部
282 縦部
284 横部
290 積層コイル
320 コイル
326 第1コイル
328 第2コイル
330 内側コイル
500 基板駆動装置
600 焦点補正レンズ
602 入口電極
604 中間電極
606 出口電極
610 焦点補正レンズ
612 入口電極
614 中間電極
616 出口電極
700a、700b 軌道制御レンズ
702 入口電極
704 中間電極
706 出口電極
750 均一化レンズ
752 電極
800 偏向電磁石
810 第1磁極対
812 磁極
816 ギャップ
820 第2磁極対
822 磁極
826 ギャップ
834〜837 コイル
50
Claims (7)
Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームをX方向に曲げて運動量分析を行うものであって、下流側に所望運動量のイオンビームの焦点を形成する分析電磁石と、
前記分析電磁石からのイオンビームの焦点付近に設けられていて、前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットと、
前記イオン源と前記分析電磁石との間および前記分析電磁石と前記分析スリットとの間の少なくとも一方に設けられていて、静電界によって、前記イオンビームの焦点の位置を前記分析スリットの位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを静電界によってX方向に曲げ、かつ静電界によって当該イオンビームの加速または減速を行う加減速器と、
前記加減速器を通過したイオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を当該イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
前記分析電磁石と前記加減速器との間に設けられていて、静電界によって前記イオンビームをY方向に曲げるものであって、イオンビーム進行方向に互いに隙間をあけて並べられた入口電極、中間電極および出口電極を有する軌道制御レンズとを備えており、
(b)前記分析電磁石は、
前記イオンビームの通り道であるビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、第2コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる磁界を発生させる第1コイルと、
前記ビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1コイルと互いに重ねて配置されていて、前記第1コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる磁界を発生させる第2コイルと、
前記第1コイルおよび第2コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークとを備えており、
(c)前記ヨークを構成する上部ヨークを着脱可能にしており、
(d)かつ前記分析電磁石の前記第1コイルおよび第2コイルは、それぞれ、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(e)前記軌道制御レンズの入口電極、中間電極および出口電極は、それぞれ、前記イオンビームが通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している一対の電極を有しており、
(f)前記軌道制御レンズの中間電極は、イオンビーム進行方向の上流側および下流側の面に、Y方向において湾曲した凸表面をそれぞれ有しており、
(g)前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は、前記中間電極の凸表面に対向する面に当該凸表面にそれぞれ沿う凹表面をそれぞれ有しており、
(h)かつ前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記軌道制御レンズから導出されるイオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる、ことを特徴とするイオン注入装置。 (A) If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, the direction of the Y direction is larger than the dimension of the X direction. An ion implantation apparatus that transports a ribbon-shaped ion beam having a large size and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
Analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction; and an analyzing electromagnet for forming a focal point of the ion beam having a desired momentum on the downstream side;
An analysis slit that is provided near the focal point of the ion beam from the analysis electromagnet, and performs momentum analysis of the ion beam in cooperation with the analysis electromagnet;
Correction that is provided between at least one of the ion source and the analysis electromagnet and between the analysis electromagnet and the analysis slit, and adjusts the position of the focal point of the ion beam to the position of the analysis slit by an electrostatic field. A focus correction lens that performs
An accelerator / decelerator that bends the ion beam that has passed through the analysis slit in the X direction by an electrostatic field and accelerates or decelerates the ion beam by the electrostatic field;
A substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting the main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam that has passed through the accelerator is incident on the substrate ;
An inlet electrode provided between the analysis electromagnet and the accelerometer, which bends the ion beam in the Y direction by an electrostatic field and is arranged with a gap in the ion beam traveling direction; A trajectory control lens having an electrode and an exit electrode ,
(B) The analysis electromagnet
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path that is the path of the ion beam and that cover approximately half or more of one side of the Y direction of the ion beam, and along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of crossing portions that are connected between end portions in the direction so as to avoid the beam path, and bends the ion beam in the X direction in cooperation with the second coil. A first coil for generating a magnetic field;
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and between the end portions in the direction along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that are connected to each other while avoiding the beam path, and is disposed so as to overlap with the first coil in the Y direction, and cooperates with the first coil. A second coil that acts to generate a magnetic field that bends the ion beam in the X direction;
A yoke that collectively surrounds the outside of the main body of the first coil and the second coil,
(C) The upper yoke constituting the yoke is made removable.
( D ) and the first coil and the second coil of the analyzing electromagnet are each wound a plurality of times by laminating an insulating sheet and a conductor sheet each having a principal surface along the Y direction on the outer peripheral surface of the laminated insulator. laminating Te, more fan-shaped cylindrical stacked coil forming a laminated insulator on the outer peripheral surface thereof has a structure in which a cutout portion while leaving the body portion and connecting portions,
(E) A pair of the entrance electrode, the intermediate electrode, and the exit electrode of the trajectory control lens, which are arranged opposite to each other in the X direction across a gap through which the ion beam passes and are electrically connected to each other. Electrode
(F) The intermediate electrode of the trajectory control lens has convex surfaces curved in the Y direction on the upstream and downstream surfaces in the ion beam traveling direction,
(G) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens each have a concave surface along the convex surface on a surface facing the convex surface of the intermediate electrode,
(H) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode has a potential different from that of the entrance electrode and the exit electrode. An ion implantation apparatus characterized by being maintained at a potential that makes a desired orbital state in a direction .
Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームをX方向に曲げて運動量分析を行うものであって、下流側に所望運動量のイオンビームの焦点を形成する分析電磁石と、
前記分析電磁石からのイオンビームの焦点付近に設けられていて、前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットと、
前記イオン源と前記分析電磁石との間および前記分析電磁石と前記分析スリットとの間の少なくとも一方に設けられていて、静電界によって、前記イオンビームの焦点の位置を前記分析スリットの位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを静電界によってX方向に曲げ、かつ静電界によって当該イオンビームの加速または減速を行う加減速器と、
前記加減速器を通過したイオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を当該イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
前記分析電磁石と前記加減速器との間に設けられていて、静電界によって前記イオンビームをY方向に曲げるものであって、イオンビーム進行方向に互いに隙間をあけて並べられた入口電極、中間電極および出口電極を有する軌道制御レンズとを備えており、
(b)前記分析電磁石は、
前記イオンビームの通り道であるビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、第2コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる磁界を発生させる第1コイルと、
前記ビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1コイルと互いに重ねて配置されていて、前記第1コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる磁界を発生させる第2コイルと、
前記第1コイルおよび第2コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークとを備えており、
(c)前記ヨークを構成する上部ヨークを着脱可能にしており、
(d)かつ前記分析電磁石の前記第1コイルおよび第2コイルは、それぞれ、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(e)前記軌道制御レンズの入口電極、中間電極および出口電極は、それぞれ、前記イオンビームが通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している一対の電極を有しており、
(f)前記軌道制御レンズの中間電極は、イオンビーム進行方向の上流側および下流側の面に、Y方向において湾曲した凹表面をそれぞれ有しており、
(g)前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は、前記中間電極の凹表面に対向する面に当該凹表面にそれぞれ沿う凸表面をそれぞれ有しており、
(h)かつ前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記軌道制御レンズから導出されるイオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる、ことを特徴とするイオン注入装置。 (A) If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, An ion implantation apparatus that transports a ribbon-shaped ion beam having a large size and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
Analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction; and an analyzing electromagnet for forming a focal point of the ion beam having a desired momentum on the downstream side;
An analysis slit that is provided near the focal point of the ion beam from the analysis electromagnet, and performs momentum analysis of the ion beam in cooperation with the analysis electromagnet;
Correction that is provided between at least one of the ion source and the analysis electromagnet and between the analysis electromagnet and the analysis slit, and adjusts the position of the focal point of the ion beam to the position of the analysis slit by an electrostatic field. A focus correction lens that performs
An accelerator / decelerator that bends the ion beam that has passed through the analysis slit in the X direction by an electrostatic field and accelerates or decelerates the ion beam by the electrostatic field;
A substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting the main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam that has passed through the accelerator is incident on the substrate ;
An inlet electrode provided between the analysis electromagnet and the accelerometer, which bends the ion beam in the Y direction by an electrostatic field and is arranged with a gap in the ion beam traveling direction; A trajectory control lens having an electrode and an exit electrode ,
(B) The analysis electromagnet
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path that is the path of the ion beam and that cover approximately half or more of one side of the Y direction of the ion beam, and along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of crossing portions that are connected between end portions in the direction so as to avoid the beam path, and bends the ion beam in the X direction in cooperation with the second coil. A first coil for generating a magnetic field;
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and between the end portions in the direction along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that are connected to each other while avoiding the beam path, and is disposed so as to overlap with the first coil in the Y direction, and cooperates with the first coil. A second coil that acts to generate a magnetic field that bends the ion beam in the X direction;
A yoke that collectively surrounds the outside of the main body of the first coil and the second coil,
(C) The upper yoke constituting the yoke is made removable.
( D ) and the first coil and the second coil of the analyzing electromagnet are each wound a plurality of times by laminating an insulating sheet and a conductor sheet each having a principal surface along the Y direction on the outer peripheral surface of the laminated insulator. laminating Te, more fan-shaped cylindrical stacked coil forming a laminated insulator on the outer peripheral surface thereof has a structure in which a cutout portion while leaving the body portion and connecting portions,
(E) A pair of the entrance electrode, the intermediate electrode, and the exit electrode of the trajectory control lens, which are arranged opposite to each other in the X direction across a gap through which the ion beam passes and are electrically connected to each other. Electrode
(F) The intermediate electrode of the trajectory control lens has concave surfaces curved in the Y direction on the upstream and downstream surfaces in the ion beam traveling direction,
(G) Each of the entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens has a convex surface along the concave surface on the surface facing the concave surface of the intermediate electrode,
(H) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode has a potential different from that of the entrance electrode and the exit electrode. An ion implantation apparatus characterized by being maintained at a potential that makes a desired orbital state in a direction .
Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームをX方向に曲げて運動量分析を行うものであって、下流側に所望運動量のイオンビームの焦点を形成する分析電磁石と、
前記分析電磁石からのイオンビームの焦点付近に設けられていて、前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットと、
前記イオン源と前記分析電磁石との間および前記分析電磁石と前記分析スリットとの間の少なくとも一方に設けられていて、静電界によって、前記イオンビームの焦点の位置を前記分析スリットの位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを静電界によってX方向に曲げ、かつ静電界によって当該イオンビームの加速または減速を行う加減速器と、
前記加減速器を通過したイオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を当該イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
前記分析電磁石と前記加減速器との間に設けられていて、静電界によって前記イオンビームをY方向に曲げるものであって、イオンビーム進行方向に互いに隙間をあけて並べられた入口電極、中間電極および出口電極を有する軌道制御レンズとを備えており、
(b)前記分析電磁石は、
前記イオンビームの通り道であるビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、第2内側コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる主磁界を発生させる第1内側コイルと、
前記ビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1内側コイルと互いに重ねて配置されていて、前記第1内側コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる主磁界を発生させる第2内側コイルと、
前記第1内側コイルの外側にあってビーム経路を挟んでX方向において相対向している一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる1以上の第1外側コイルと、
前記第2内側コイルの外側にあってビーム経路を挟んでX方向において相対向している一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1外側コイルと重ねて配置されていて前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる1以上の第2外側コイルと、
前記第1内側コイル、第2内側コイル、第1外側コイルおよび第2外側コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークとを備えており、
(c)前記ヨークを構成する上部ヨークを着脱可能にしており、
(d)かつ前記分析電磁石の前記第1内側コイルおよび第1外側コイルは、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、その外周面に積層絶縁体を形成し、その外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(e)前記分析電磁石の前記第2内側コイルおよび第2外側コイルは、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、その外周面に積層絶縁体を形成し、その外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(f)前記軌道制御レンズの入口電極、中間電極および出口電極は、それぞれ、前記イオンビームが通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している一対の電極を有しており、
(g)前記軌道制御レンズの中間電極は、イオンビーム進行方向の上流側および下流側の面に、Y方向において湾曲した凸表面をそれぞれ有しており、
(h)前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は、前記中間電極の凸表面に対向する面に当該凸表面にそれぞれ沿う凹表面をそれぞれ有しており、
(i)かつ前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記軌道制御レンズから導出されるイオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる、ことを特徴とするイオン注入装置。 (A) If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, An ion implantation apparatus that transports a ribbon-shaped ion beam having a large size and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
Analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction; and an analyzing electromagnet for forming a focal point of the ion beam having a desired momentum on the downstream side;
An analysis slit that is provided near the focal point of the ion beam from the analysis electromagnet, and performs momentum analysis of the ion beam in cooperation with the analysis electromagnet;
Correction that is provided between at least one of the ion source and the analysis electromagnet and between the analysis electromagnet and the analysis slit, and adjusts the position of the focal point of the ion beam to the position of the analysis slit by an electrostatic field. A focus correction lens that performs
An accelerator / decelerator that bends the ion beam that has passed through the analysis slit in the X direction by an electrostatic field and accelerates or decelerates the ion beam by the electrostatic field;
A substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting the main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam that has passed through the accelerator is incident on the substrate ;
An inlet electrode provided between the analysis electromagnet and the accelerometer, which bends the ion beam in the Y direction by an electrostatic field and is arranged with a gap in the ion beam traveling direction; A trajectory control lens having an electrode and an exit electrode ,
(B) The analysis electromagnet
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path that is the path of the ion beam and that cover approximately half or more of one side of the Y direction of the ion beam, and along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that connect the end portions in the direction avoiding the beam path, and in cooperation with the second inner coil, the ion beam is moved in the X direction. A first inner coil that generates a main magnetic field to be bent;
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and between the end portions in the direction along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that are connected to each other while avoiding the beam path, and is arranged so as to overlap with the first inner coil in the Y direction. In cooperation with the second inner coil for generating a main magnetic field that bends the ion beam in the X direction;
A pair of main body portions outside the first inner coil and facing each other in the X direction across the beam path and the ends of the two main body portions in the direction along the Z direction are connected to each other while avoiding the beam path. One or more first outer coils for generating a sub-magnetic field for assisting or correcting the main magnetic field, wherein the coil is a saddle-shaped coil having a pair of crossing portions
A pair of main body portions outside the second inner coil and facing each other in the X direction across the beam path, and the ends of the two main body portions in the direction along the Z direction are connected to each other while avoiding the beam path. A saddle-shaped coil having a pair of crossing portions that are arranged to overlap the first outer coil in the Y direction and generate a sub-magnetic field for assisting or correcting the main magnetic field One or more second outer coils;
A yoke that collectively surrounds the outside of the main body of the first inner coil, the second inner coil, the first outer coil, and the second outer coil;
(C) The upper yoke constituting the yoke is made removable.
( D ) And the first inner coil and the first outer coil of the analyzing electromagnet are wound multiple times on the outer peripheral surface of the laminated insulator with the main surface superposed on the insulating sheet and the conductor sheet along the Y direction. A laminated insulator is formed on the outer peripheral surface thereof, and the outer peripheral surface is laminated by winding a plurality of layers of an insulating sheet and a conductor sheet whose main surface is along the Y direction. In the fan-shaped cylindrical laminated coil in which the laminated insulator is formed, the cutout part is provided leaving the main body part and the transition part,
( E ) The second inner coil and the second outer coil of the analysis electromagnet are obtained by winding a plurality of turns on an outer peripheral surface of a laminated insulator, with an insulating sheet and a conductor sheet superposed on each other along the Y direction. Laminate and form a laminated insulator on the outer peripheral surface, and laminate the outer peripheral surface by winding a plurality of layers of an insulating sheet and a conductor sheet whose main surface is along the Y direction. the fan-shaped cylindrical stacked coil forming a laminated insulation, has a structure in which a cutout portion while leaving the body portion and connecting portions,
(F) A pair of the entrance electrode, the intermediate electrode, and the exit electrode of the trajectory control lens, which are arranged opposite to each other in the X direction across a gap through which the ion beam passes and are electrically connected to each other. Electrode
(G) The intermediate electrode of the trajectory control lens has convex surfaces curved in the Y direction on the upstream and downstream surfaces in the ion beam traveling direction,
(H) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens each have a concave surface along the convex surface on a surface facing the convex surface of the intermediate electrode,
(I) In addition, the entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode has a potential different from that of the entrance electrode and the exit electrode, and Y of the ion beam derived from the trajectory control lens An ion implantation apparatus characterized by being maintained at a potential that makes a desired orbital state in a direction .
Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームをX方向に曲げて運動量分析を行うものであって、下流側に所望運動量のイオンビームの焦点を形成する分析電磁石と、
前記分析電磁石からのイオンビームの焦点付近に設けられていて、前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットと、
前記イオン源と前記分析電磁石との間および前記分析電磁石と前記分析スリットとの間の少なくとも一方に設けられていて、静電界によって、前記イオンビームの焦点の位置を前記分析スリットの位置に合わせる補正を行う焦点補正レンズと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを静電界によってX方向に曲げ、かつ静電界によって当該イオンビームの加速または減速を行う加減速器と、
前記加減速器を通過したイオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を当該イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
前記分析電磁石と前記加減速器との間に設けられていて、静電界によって前記イオンビームをY方向に曲げるものであって、イオンビーム進行方向に互いに隙間をあけて並べられた入口電極、中間電極および出口電極を有する軌道制御レンズとを備えており、
(b)前記分析電磁石は、
前記イオンビームの通り道であるビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の一方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、第2内側コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる主磁界を発生させる第1内側コイルと、
前記ビーム経路を挟んでX方向において相対向しておりかつイオンビームのY方向の他方側のほぼ半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1内側コイルと互いに重ねて配置されていて、前記第1内側コイルと協働して、イオンビームをX方向に曲げる主磁界を発生させる第2内側コイルと、
前記第1内側コイルの外側にあってビーム経路を挟んでX方向において相対向している一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる1以上の第1外側コイルと、
前記第2内側コイルの外側にあってビーム経路を挟んでX方向において相対向している一組の本体部および両本体部のZ方向に沿う方向における端部同士間をビーム経路を避けて接続している一組の渡り部を有している鞍型のコイルであって、Y方向において前記第1外側コイルと重ねて配置されていて前記主磁界の補助または補正を行う副磁界を発生させる1以上の第2外側コイルと、
前記第1内側コイル、第2内側コイル、第1外側コイルおよび第2外側コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークとを備えており、
(c)前記ヨークを構成する上部ヨークを着脱可能にしており、
(d)かつ前記分析電磁石の前記第1内側コイルおよび第1外側コイルは、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、その外周面に積層絶縁体を形成し、その外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(e)前記分析電磁石の前記第2内側コイルおよび第2外側コイルは、積層絶縁体の外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、その外周面に積層絶縁体を形成し、その外周面に、主面がY方向に沿う絶縁シートおよび導体シートを互いに重ね合わせたものを複数回巻いて積層し、更にその外周面に積層絶縁体を形成した扇型筒状の積層コイルに、前記本体部および渡り部を残して切欠き部を設けた構成をしており、
(f)前記軌道制御レンズの入口電極、中間電極および出口電極は、それぞれ、前記イオンビームが通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している一対の電極を有しており、
(g)前記軌道制御レンズの中間電極は、イオンビーム進行方向の上流側および下流側の面に、Y方向において湾曲した凹表面をそれぞれ有しており、
(h)前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は、前記中間電極の凹表面に対向する面に当該凹表面にそれぞれ沿う凸表面をそれぞれ有しており、
(i)かつ前記軌道制御レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記軌道制御レンズから導出されるイオンビームのY方向における軌道状態を所望のものにする電位に保たれる、ことを特徴とするイオン注入装置。 (A) If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, An ion implantation apparatus that transports a ribbon-shaped ion beam having a large size and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
Analyzing the momentum by bending the ion beam from the ion source in the X direction; and an analyzing electromagnet for forming a focal point of the ion beam having a desired momentum on the downstream side;
An analysis slit that is provided near the focal point of the ion beam from the analysis electromagnet, and performs momentum analysis of the ion beam in cooperation with the analysis electromagnet;
Correction that is provided between at least one of the ion source and the analysis electromagnet and between the analysis electromagnet and the analysis slit, and adjusts the position of the focal point of the ion beam to the position of the analysis slit by an electrostatic field. A focus correction lens that performs
An accelerator / decelerator that bends the ion beam that has passed through the analysis slit in the X direction by an electrostatic field and accelerates or decelerates the ion beam by the electrostatic field;
A substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting the main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam that has passed through the accelerator is incident on the substrate ;
An inlet electrode provided between the analysis electromagnet and the accelerometer, which bends the ion beam in the Y direction by an electrostatic field and is arranged with a gap in the ion beam traveling direction; A trajectory control lens having an electrode and an exit electrode ,
(B) The analysis electromagnet
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path that is the path of the ion beam and that cover approximately half or more of one side of the Y direction of the ion beam, and along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that connect the end portions in the direction avoiding the beam path, and in cooperation with the second inner coil, the ion beam is moved in the X direction. A first inner coil that generates a main magnetic field to be bent;
A pair of main body portions that are opposed to each other in the X direction across the beam path and cover approximately half or more of the other side of the ion beam in the Y direction, and between the end portions in the direction along the Z direction of both main body portions A saddle-shaped coil having a pair of connecting portions that are connected to each other while avoiding the beam path, and is arranged so as to overlap with the first inner coil in the Y direction. In cooperation with the second inner coil for generating a main magnetic field that bends the ion beam in the X direction;
A pair of main body portions outside the first inner coil and facing each other in the X direction across the beam path and the ends of the two main body portions in the direction along the Z direction are connected to each other while avoiding the beam path. One or more first outer coils for generating a sub-magnetic field for assisting or correcting the main magnetic field, wherein the coil is a saddle-shaped coil having a pair of crossing portions
A pair of main body portions outside the second inner coil and facing each other in the X direction across the beam path, and the ends of the two main body portions in the direction along the Z direction are connected to each other while avoiding the beam path. A saddle-shaped coil having a pair of crossing portions that are arranged to overlap the first outer coil in the Y direction and generate a sub-magnetic field for assisting or correcting the main magnetic field One or more second outer coils;
A yoke that collectively surrounds the outside of the main body of the first inner coil, the second inner coil, the first outer coil, and the second outer coil;
(C) The upper yoke constituting the yoke is made removable.
( D ) And the first inner coil and the first outer coil of the analyzing electromagnet are wound multiple times on the outer peripheral surface of the laminated insulator with the main surface superposed on the insulating sheet and the conductor sheet along the Y direction. A laminated insulator is formed on the outer peripheral surface thereof, and the outer peripheral surface is laminated by winding a plurality of layers of an insulating sheet and a conductor sheet whose main surface is along the Y direction. In the fan-shaped cylindrical laminated coil in which the laminated insulator is formed, the cutout part is provided leaving the main body part and the transition part,
( E ) The second inner coil and the second outer coil of the analysis electromagnet are obtained by winding a plurality of turns on an outer peripheral surface of a laminated insulator, with an insulating sheet and a conductor sheet superposed on each other along the Y direction. Laminate and form a laminated insulator on the outer peripheral surface, and laminate the outer peripheral surface by winding a plurality of layers of an insulating sheet and a conductor sheet whose main surface is along the Y direction. the fan-shaped cylindrical stacked coil forming a laminated insulation, has a structure in which a cutout portion while leaving the body portion and connecting portions,
(F) A pair of the entrance electrode, the intermediate electrode, and the exit electrode of the trajectory control lens, which are arranged opposite to each other in the X direction across a gap through which the ion beam passes and are electrically connected to each other. Electrode
(G) The intermediate electrode of the trajectory control lens has concave surfaces curved in the Y direction on the upstream and downstream surfaces in the ion beam traveling direction,
(H) The entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens each have a convex surface along the concave surface on a surface facing the concave surface of the intermediate electrode,
(I) In addition, the entrance electrode and the exit electrode of the trajectory control lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode has a potential different from that of the entrance electrode and the exit electrode, and Y of the ion beam derived from the trajectory control lens An ion implantation apparatus characterized by being maintained at a potential that makes a desired orbital state in a direction .
前記焦点補正レンズの入口電極、中間電極および出口電極は、それぞれ、前記イオンビームが通過する隙間を挟んでX方向において相対向して配置されていて互いに電気的に導通している一対の電極を有しており、
かつ前記焦点補正レンズの入口電極および出口電極は互いに同電位に保たれ、中間電極は入口電極および出口電極とは異なる電位であって、前記イオンビームの焦点の位置を前記分析スリットの位置に合わせる電位に保たれる請求項1ないし5のいずれかに記載のイオン注入装置。 The focus correction lens has an entrance electrode, an intermediate electrode, and an exit electrode arranged with a gap in the ion beam traveling direction,
The entrance electrode, the intermediate electrode, and the exit electrode of the focus correction lens are each a pair of electrodes that are disposed opposite to each other in the X direction with a gap through which the ion beam passes and are electrically connected to each other. Have
In addition, the entrance electrode and the exit electrode of the focus correction lens are kept at the same potential, and the intermediate electrode is at a different potential from the entrance electrode and the exit electrode, and the focus position of the ion beam is adjusted to the position of the analysis slit. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the ion implantation apparatus is maintained at a potential.
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