JP4468959B2 - イオン注入装置 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン注入装置に係り、特に、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備え、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも大きな走査角を得ることが可能なイオンビーム走査機構を備えたイオン注入装置の改良に関する。
イオン源からのイオンを所望のエネルギーに加速し、半導体ウェーハ等の基板表面に注入する種々のタイプのイオン注入装置が実用に供されている（特許文献１参照）。
以下、従来のイオン注入装置の一例について、図１１を用いて説明する。
図１１は、従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
イオン注入装置１００の主要構成は、図１１に示すように、イオン源１１０、質量分離器１２０、質量分離スリット１３０、加速管１４０、四重極レンズ１５０、走査器１６０、平行化装置１７０である。
なお、同図中１８０は、図示しないエンドステーションに配置されたイオンを注入するターゲットとなる基板である。
また、Ｂはイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
イオン源１１０は、原子や分子から電子を剥ぎ取ってイオンを生成する装置である。
質量分離器１２０は、イオンや電子等の荷電粒子が磁場又は電場中で偏向される性質を利用して、磁場、或いは、電場、又は、その双方を発生して、基板１８０に注入したいイオン種を特定するための装置である。
加速管１４０は、質量分離スリット１３０を通過した所望のイオン種を加速又は減速する装置であるが、図１１に示すように、通常は軸対象で、複数の電極対を等間隔に並べ、それらの電極対に等しい高電圧を印加して、静電界の作用により、イオンビームＢを所望の注入エネルギーに加速又は減速する。
走査器１６０は、イオンビームＢの進行方向と直交する方向に一様な外部電界を発生させ、この電界の極性や強度を変化させることにより、イオンの偏向角度を制御し、図１１に示すように、基板１８０の注入面の所望の位置にイオンＢを走査し、均一に注入する。
なお、図１１では、簡略化のため水平方向にイオンビームＢを偏向する走査器１６０の１対の電極を示したが、この走査器１６０は、垂直方向に偏向させるものでも良い。
平行化装置１７０は、荷電粒子であるイオンＢが磁場中で偏向される性質を利用して、イオンビームＢを構成する各イオンの経路の違いによって、ビームの広がりを抑えて、ビームＢを基板１８０に平行に入射させる電磁石である。
なお、図示は省略したが、高真空に保持されたチャンバーが、イオン源１１０から基板１８０まで配設され、イオンビームＢは、このチャンバー内をイオン源１１０から基板１８０まで進行する。
以上の構成において、次に、従来のイオン注入装置１００の基本動作を図１１を用いて説明する。
従来のイオン注入装置１００では、基板１８０のイオンＢの注入全面に渡って、一様な密度で所定のイオン種を所定のエネルギーでイオン注入を行うために、イオン源１１０から、例えば、３０ｋｅＶ程度のエネルギーで引き出されたイオンビームＢは、質量分離器１２０で偏向され、質量分離スリット１３０で所定のイオン種のみが選別される。
選別されたイオンビームＢは加速管１４０で、１０〜５００ｋｅＶ程度のエネルギーに加速又は減速され、上記した水平方向若しくは垂直方向にイオンビームＢを走査する２対の電極を有する静電タイプの走査器１６０で、例えば１ｋＨｚ程度の周期の外部電界を印加し、基板１８０の走査面に走査される。
なお、上記では、外部電界によりイオンビームＢをスキャンする静電タイプの走査器１６０を取り上げたが、走査器１６０には静電タイプの代わりに磁気タイプのものが用いられる場合がある。
また、図１１に示すように、イオンビームＢの基板１８０上でのビームスポット形状を調整するために、加速管１４０と走査器１６０との間に四重極レンズ１５０等の調整装置を設置する場合が多い。
イオンＢが固体中に入り込む深さは、イオンＢのエネルギーで正確に制御できるので、例えば、イオン注入装置１００の立ち上げ時等で、イオンビームＢのドーズ量の分布をモニタリングすると、基板１８０の走査面にイオンビームＢを走査することにより、所望のイオン種の均一なイオン注入処理が容易に行える。
次に、第２の従来のイオン注入装置のイオンビームの走査機構について簡単に説明する。
第２の従来のイオン注入装置の走査機構は、特許文献２の図３に示されているが、渦電流による磁場の減少を避けるために、積層構造からなる走査電磁石を設け、この走査電磁石に流す励磁電流を５００Ｈｚ程度の高速で変調させることにより、イオンビームを走査していることに特徴を有している。
次に、第３の従来のイオン注入装置のイオンビームの走査機構について簡単に説明する。
第３の従来のイオン注入装置の走査機構は、特許文献３の図１に示されているが、ビームライン上に、イオンビームを中心軌道である基準軸に対して所定の面内で偏向させるための偏向電磁石を設け、イオンビームが通過するチャンバーのうちで偏向電磁石を設けている偏向チャンバー部分を電気的に独立させ、この偏向チャンバーの電位を変調することによりイオンビームを走査していることに特徴を備えている。
特開平８−２１３３３９号 特開平４−２５３１４９号 特開昭５３−１０２６７７号 S.Ogata et al. Proceedings of Int. Conf. on Ion Implatation Technology, IEEE 98EX144(1999)403-
ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、イオン注入装置に関して、基板に注入されるイオンの注入効率の関係からスループットの向上が求められてる。
また、イオン注入装置においてスループットを上げるためには、ビーム電流を増加することが必須である。
一方、ビーム電流を制限している大きな要因の一つは、空間電荷効果によるビームの発散である。
ここで、空間電荷について補足説明する。
イオンビームは、同じ電荷を持った粒子群が設計された走査方向に進行する一つの系である。
従って、イオンビームの中の各イオンにはそれぞれクーロン斥力が作用し、その正確な運動を定量的に解析するには、各粒子間の作用するクーロン力を考慮しなければならないが、イオンの数が膨大になると、それぞれのクーロン力を総て計算するのは不可能になる。
そこで、イオンビームを連続的に空間電荷が分布している系と考えれば、空間電荷により生じる電界を解析することによりイオンビームの運動を定量的に計算できるようになる。
一般に、静電場がない領域では、イオンビームは、イオンビーム自身の持つ正電位により、残留ガスとの衝突で発生した電子や、内壁との衝突から発生した二次電子がイオンビームの中に捕捉され、イオンビームの空間電荷が中和される。
しかし、静電場がある領域では、この空間電荷の中和が促されないため、空間電荷によるイオンビームの発散が顕著になる。
従って、第１の従来のイオン注入装置の平行平板型走査器の内部では、空間電荷効果によるイオンビームの発散が顕著であり、これによりイオンビーム電流が制限されてしまうというという問題がある。
また、第２の従来のイオン注入装置のように、イオンビームを電磁石で走査する場合は、走査器内部における空間電荷効果によるビームの発散は避けられるが、電磁石の電流を変調しているために、走査波形の細かい調整は困難であるという問題がある。
更に、第３の従来のイオン注入装置では、偏向電磁石を用いているため、空間電荷効果によるビームの発散は避けられ、また、走査波形の細かい調整は可能ではある。
しかし、以下のような問題を備えている。
第３の従来例のイオン注入装置の問題点について、数式を用いて説明する。
第３の従来例のイオン注入装置の走査機構の構造でのイオンビームの走査角は非特許文献１に記載されているように、次式（１）で表される。
Figure 0004468959
ここで、δθは走査機構の走査角、χは基準軸の偏向角、Ｖは変調電圧、φは入射するイオンビームの静電ポテンシャル、βは斜め入射角であり、変調電圧Ｖの絶対値がイオンビームの静電ポテンシャルφよりも十分に小さいと仮定している。
変調電圧Ｖは、２０ｋＶ程度が上限であり、斜め出射角βも光学的特性から４５°程度が上限である。
このため、静電ポテンシャルφが２００ｋＶの場合、走査角δθは３°程度が上限である。
このように、第３の従来のイオン注入装置では、大きな静電ポテンシャルφのイオンビームの場合、大きな走査角δθが得られないという問題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決し、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、細かな走査波形の制御が可能で、かつ、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも１０°程度の大きな走査角を得ることが可能なイオンビームの走査機構を備えたイオン注入装置を提供することを目的とする。
また、イオンビームを基準軸に対する角度を一定に保ったまま、平行に走査する走査機構を備えたイオン注入装置を提供することも目的とする。
本発明のイオン注入装置は、請求項１に記載のものでは、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、前記第２のチャンバーは、前記第１のチャンバーに対しては第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては第２のギャップを介して配置され、前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第１又は第２の２つのギャップのうち、いずれか一方が前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って斜交すると共に、前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
請求項２に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１〜第ｎ〜第Ｎ＋２のチャンバーを配置し、前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１のチャンバーに対しては第ｎ−１のギャップを介して、また、前記第ｎ＋１のチャンバーに対しては第ｎのギャップを介して配置され、前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１及び第ｎのギャップを介して、前記第ｎ−１及び第ｎ＋１のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第ｎ−１又は第ｎの２つのギャップのうち、いずれか一方が前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って斜交すると共に、前記第ｎのチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
但し、Ｎは自然数とし、ｎは、２からＮ＋１まで、１ずつ変動する自然数とする。
請求項３に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、前記第２のチャンバーは、前記第１のチャンバーに対しては第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては第２のギャップを介して配置され、前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第１及び第２の２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って逆方向に斜交すると共に、前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
請求項４に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１〜第ｎ〜第Ｎ＋２のチャンバーを配置し、前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１のチャンバーに対しては第ｎ−１のギャップを介して、また、前記第ｎ＋１のチャンバーに対しては第ｎのギャップを介して配置され、前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１及び第ｎのギャップを介して、前記第ｎ−１及び第ｎ＋１のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第ｎ−１及び第ｎの２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って逆方向に斜交すると共に、
前記第ｎのチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
但し、Ｎは自然数とし、ｎは、２からＮ＋１まで、１ずつ変動する自然数とする。
請求項５に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、前記第２のチャンバーは、前記第１のチャンバーに対しては第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては第２のギャップを介して配置され、前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第１及び第２の２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って同方向に斜交すると共に、前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
請求項６に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１〜第ｎ〜第Ｎ＋２のチャンバーを配置し、前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１のチャンバーに対しては第ｎ−１のギャップを介して、また、前記第ｎ＋１のチャンバーに対しては第ｎのギャップを介して配置され、前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１及び第ｎのギャップを介して、前記第ｎ−１及び第ｎ＋１のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第ｎ−１及び第ｎの２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って同方向に斜交すると共に、前記第ｎのチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
但し、Ｎは自然数とし、ｎは、２からＮ＋１まで、１ずつ変動する自然数とする。
請求項７に記載のイオン注入装置は、前記第ｎ＋１のチャンバーに印加する電位の走査波形は、前記第ｎのチャンバーに印加する電位の走査波形とは、位相がπだけ異なる構成とした。
但し、この場合、Ｎは、２以上の自然数とする。
請求項８に記載のイオン注入装置は、前記チャンバー分割型のイオンビーム走査機構を構成する少なくとも一つのチャンバーに、前記イオンビームが走査される面に磁束が直交するように永久磁石を配置した構成とした。
請求項９に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、前記イオン注入装置のビームライン上に前記イオンビームを偏向するための偏向電磁石を配置し、この偏向電磁石近傍のビームライン上に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、前記第２のチャンバーは、前記偏向電磁石の磁極間隙に配置され、かつ、前記第１のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの入射口近傍に形成された第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの出射口近傍に形成された第２のギャップを介して配置され、前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記偏向電磁石の入射口近傍の前記第１のギャップは、前記イオンビームの基準軸に対して、前記偏向電磁石の偏向角とは逆方向に斜交し、かつ、前記偏向電磁石の出射口側近傍の前記第２のギャップは、前記イオンビームの基準軸に対して、前記偏向電磁石の偏向角と同方向に斜交し、前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
請求項１０に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、前記イオン注入装置のビームライン上に前記イオンビームを偏向するための偏向電磁石を配置し、この偏向電磁石近傍のビームライン上に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、前記第２のチャンバーは、前記偏向電磁石の磁極間隙に配置され、かつ、前記第１のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの入射口近傍に形成された第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの出射口近傍に形成された第２のギャップを介して配置され、前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記偏向電磁石の出射口近傍の前記第２のギャップは、前記イオンビームの基準軸に対して、前記偏向電磁石の偏向角とは逆方向に斜交し、前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えた構成とした。
請求項１１に記載のイオン注入装置は、前記各ギャップを形成するチェンバーの各端面のそれぞれに、電極を取り付けるように構成した。
請求項１２に記載のイオン注入装置は、前記各ギャップがイオンビームの基準軸と斜交する角度を４５°程度とした。
本発明のイオン注入装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、細かな走査波形の制御が可能で、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも大きな走査角を得ることが可能である。
（２）請求項２に記載したように構成すると、請求項１と同様の効果があるほかに、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも、請求項１よりもＮ倍大きな走査角を得ることが可能である。
（３）請求項３に記載したように構成すると、請求項１と同様の効果があるほかに、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも、請求項１よりも２倍大きな走査角を得ることが可能である。
（４）請求項４に記載したように構成すると、請求項３と同様の効果があるほかに、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも、請求項３よりもＮ倍大きな走査角を得ることが可能である。
（５）請求項５に記載したように構成すると、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、第２のチャンバーの電位を変調することにより、イオンビームの平行度を保ちながらある面内で走査することができる。
（６）請求項６に記載したように構成すると、請求項５と同様の効果があるほかに、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも、請求項５よりもＮ倍大きく基準軸より変位することが可能である。
（７）請求項７に記載したように構成すると、チャンバーを多数分割した場合、イオンビームの走査角を最大限に大きくすることが可能になる。
（８）請求項８に記載したように構成すると、チャンバーの内部から電子が流失するのを防ぎ、チャンバー内でのイオンビームの空間電荷効果による発散を抑えることができる。
（９）請求項９に記載したように構成すると、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、細かな走査波形の制御が可能で、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも３倍程度の大きな走査角を得ることが可能である。
（１０）請求項１０に記載したように構成すると、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、細かな走査波形の制御が可能で、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも基準軸に平行で、かつ、基準軸から離れて出射させることが可能になる。
（１１）請求項１１に記載したように構成すると、チャンバー間のギャップで、安定した電場を形成できる。
（１２）請求項１２に記載したように構成すると、イオンビームの走査角度を最大限引き出すのに有効である。
以下、本発明のイオン注入装置の第１及び第２の基本原理と、第１乃至第７の各実施の形態について、図１乃至図１０を用い、図１１を参照して、順次、説明する。
先ず、本発明のイオン注入装置の各実施の形態の説明の前に、各実施の形態に共通する本発明の基本的な第１、第２の原理を図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の基本原理を説明するため、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構の構成を示す平面図である。
図２は、本発明の第２の基本原理を説明するため、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構の構成を示す平面図である。
なお、後述する第１乃至第７の各実施の形態のイオン注入装置の構成は、図１１に示すイオン注入装置１００において、走査器１６０の代わりにチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えるようにしたものであり、それ以外の構成は同一のものであるので、以下、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構を中心に説明し、それ以外の構成については改めて説明しない。
先ず、本発明のイオンビーム走査機構の第１の原理について図１を用いて説明する。
図１には、本発明の第１の基本原理を説明するためのイオンビーム走査機構１０Ａの全体構成が示されている。
このイオンビーム走査機構１０Ａの基本構成は、先ず、イオン注入装置において、イオンビームＢを通過させるチャンバーの所望の箇所に第１、第２、第３のチャンバー１２Ａ、１４Ａ、１６Ａを配置し、第２のチャンバー１４Ａは、第１のチャンバー１２Ａに対しては第１のギャップ２０Ａを介して、また、第３のチャンバー１６Ａに対しては第２のギャップ２２Ａを介して配置される。
次に、第２のチャンバー１４Ａは、第１及び第２のギャップ２０Ａ、２２Ａを形成する各チャンバー１２Ａ、１４Ａ、１６Ａの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ａ、２８Ａを介して、第１のチャンバー１２Ａ及び第３のチャンバー１６Ａに対して電気的に絶縁されている。
ここで、第１の電極対２６Ａは、第１のチャンバー１２Ａの端面に取り付けられた電極３０Ａと、これに第１のギャップ２０Ａを介して対向し、第２のチャンバー１４Ａの端面に取り付けられた電極３２Ａから構成される。
同様に、第２の電極対２８Ａは、第２のチャンバー１４Ａの端面に取り付けられた電極３４Ａと、これに第２のギャップ２２Ａを介して対向し、第３のチャンバー１６Ａの端面に取り付けられた電極３６Ａから構成される。
なお、後述するように、各電極３０Ａ、３２Ａ、３４Ａ、３６Ａは、イオンビームＢが通過できる矩形の開口を有している（図３参照）。
また、第１及び第２の２つギャップ２０Ａ、２２Ａに取り付けられた２対の電極対２６Ａ、２８Ａは、イオンビームＢの基準軸Ｊに所定の角度を持って逆方向に斜交する。
ここで、イオンビームＢの基準軸Ｊとは、イオンビームＢが進行する中心軌道であり、基板１８０の中心に注入されるように設計された設計軌道である。
また、逆方向に斜交するとは、図１に示すように、第１及び第２の２つの電極対２６Ａ、２８Ａが基準軸Ｊと為す角で、鈍角と鋭角の位置関係が逆方向であることを意味するものとする。
また、図１に示すように、第１、第３のチャンバー１２Ａ、１６Ａは、接地電位とし、第２のチャンバー１４Ａには、電源４０Ａにより所定の電位が印加されている。
以上の構成で、本発明のイオン注入装置に用いられるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ａの基本原理を説明する。
図１に示すように、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ａでは、基準軸Ｊに対して、逆方向に斜交する２対の電極対２６Ａ、２８Ａを介して電位の異なるチャンバー１２Ａ、１４Ａ、１６Ａが配置されている。
ここで、基準軸Ｊに沿って入射するイオンビームＢの静電ポテンシャルをφ、第１及び第３のチャンバー１２Ａ、１６Ａが接地電位、第２のチャンバー１４Ａの電位を−Ｖ、第１の電極対２６Ａが基準軸Ｊとなす角度をθ＋π／２とする。
この場合、電極３０Ａ、３２Ａ間での電場は、基準軸Ｊに対して角度θを持っているため、ここを通過するイオンＢは基準軸Ｊに対して斜めの力積を受ける。
この結果、ここを通過するイオンビームＢの偏向角δθは、第２のチャンバー１４Ａの電位Ｖの絶対値が、イオンビームＢの静電ポテンシャルφより十分に小さければ、次式（２）で表される。
Figure 0004468959
同様に、第２の電極対２８Ａが、基準軸Ｊと為す角をπ／２−θとすると、電極３４Ａ、３６Ａ間での電場は、基準軸Ｊに対して角度π−θを持っているため、ここを通過するイオンＢは再び基準軸Ｊに対して斜めの力積を受ける。
この結果、第２の電極対２８Ａを通過するイオンビームＢは、更に、δθだけ偏向される。
第１、第３のチャンバー１２Ａ、１６Ａは接地電位であるため、２対の電極対２６Ａ、２８Ａを通過した後のイオンビームＢは、静電ポテンシャルは入射前と同じくφであるが、基準軸Ｊとなす角は、２δθとなっている。
例えば、静電ポテンシャルφ＝２００ｋＶ、印加電圧Ｖ＝２０ｋＶ、基準軸Ｊと為す角度θ＝４５°とすると、偏向角は５．５°となる。
また、このイオンビーム走査機構１０Ａでは、イオンビームＢが通過する際に、静電場が存在するのは第１の電極対２６Ａの電極３０Ａ、３２Ａ間、及び、第２の電極対２８Ａの電極３４Ａ、３６Ａ間だけであり、空間電荷効果によるビームＢの発散は極めて小さい。
従って、本発明の第１の基本原理を備えたチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ａは、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも大きな走査角を得ることが可能である。
次に、本発明のイオンビーム走査機構の第２の原理について図２を用いて説明する。
図２には、本発明の第２の基本原理を説明するためのイオンビーム走査機構１０Ｂの全体構成が示されている。
このイオンビーム走査機構１０Ｂの基本構成は、上記第１の基本原理での説明で示したものと同様に、イオンビームＢを通過させるチャンバーの所望の箇所に第１、第２、第３のチャンバー１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂを配置し、第２のチャンバー１４Ｂは、第１のチャンバー１２Ｂに対しては第１のギャップ２０Ｂを介して、また、第３のチャンバー１６Ｂに対しては第２のギャップ２２Ｂを介して配置される。
次に、第２のチャンバー１４Ｂは、第１及び第２のギャップ２０Ｂ、２２Ｂを形成する各チャンバー１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｂ、２８Ｂを介して、第１のチャンバー１２Ｂ及び第３のチャンバー１６Ｂに対して電気的に絶縁されている。
ここで、第１の電極対２６Ｂは、電極３０Ｂ、３２Ｂ、第２の電極対２８Ｂは、電極３４Ｂ、３６Ｂから構成される。
また、第１及び第２の２つのギャップ２０Ｂ、２２Ｂに取り付けられた２対の電極対２６Ｂ、２８Ｂは、イオンビームＢの基準軸Ｊに所定の角度を持って同方向に斜交する。
ここで、同方向に斜交するとは、図２に示すように、第１及び第２の２つの電極対２６Ｂ、２８Ｂが、基準軸Ｊと為す鈍角及び鋭角の位置関係が同方向であることを意味するものとする。
また、図２に示すように、第１、第３のチャンバー１２Ｂ、１６Ｂは、接地電位とし、第２のチャンバー１４Ｂには、電源４０Ｂにより所定の電位が印加されている。
この構成のものは、図２に示すように、第１、第２の電極対２６Ｂ、２８Ｂが、同じ角度π／２＋θで、それぞれ平行に基準軸Ｊに斜交し、第１の電極対２６Ｂから第２の電極対２８Ｂまでの距離をＬとすると、この領域を通過した後のイオンビームＢは、基準軸Ｊと平行で、かつＬ×δθだけ基準軸Ｊから移動している。
従って、このような第２の基本原理で示したイオンビームの走査機構１０Ｂでは、第２のチャンバー１４Ｂの電位を変調することにより、イオンビームＢの平行度を保ちながらある面内で走査することもできる。
第１の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第１の実施の形態について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は、本発明の第１の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｃの構成を示す外観斜視図である。
また、図４は、本発明の第１の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｃの基本構成及び基本動作を説明する平面図である。
なお、以下、第１乃至第６の実施の形態の説明では、イオンビームの基準軸のみを図示し、実際のイオンビームの軌道の図示は省略している。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｃの基本構成は、図３及び図４に示すように、イオンビームを通過させるチャンバーの所望の箇所に第１、第２、第３のチャンバー１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃを配置し、第２のチャンバー１４Ｃは、第１のチャンバー１２Ｃに対しては第１のギャップ２０Ｃを介して、また、第３のチャンバー１６Ｃに対しては第２のギャップ２２Ｃを介して配置される。
次に、第２のチャンバー１４Ｃは、第１及び第２のギャップ２０Ｃ、２２Ｃを形成する各チャンバー１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｃ、２８Ｃを介して、第１のチャンバー１２Ｃ及び第３のチャンバー１６Ｃに対して電気的に絶縁されている。
ここで、第１の電極対２６Ｃは、電極３０Ｃ、３２Ｃ、第２の電極対２８Ｃは、電極３４Ｃ、３６Ｃから構成される。
なお、図３に示すように、各電極３０Ｃ、３２Ｃ、３４Ｃ、３６Ｃは、イオンビームが通過できる矩形の開口を有しており、以下、各実施の形態では同様であるので、特に、コメントはしない。
また、第１又は第２の２つのギャップ２０Ｃ、２２Ｃに取り付けられた２対の電極対２６Ｃ、２８Ｃのいずれか一方は、イオンビームの基準軸Ｊに所定の角度π／２＋θを持って斜交する。
なお、図３及び図４には、第１の電極対２６Ｃが、基準軸Ｊに対して斜交しているものが示されている。
また、第１、第３のチャンバー１２Ｃ、１６Ｃは、接地電位とし、第２のチャンバー１４Ｃには、所望の走査波形の電位を印加する走査電源４０Ｃが接続されている。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｃでは、第１の電極対２６Ｃは、基準軸Ｊに対してπ／２＋θの角度を持たせているので、走査電源４０Ｃで、第２のチャンバー１４Ｃに所望の三角波の電位を印加することにより、イオンビームは基準軸Ｊに対して電位に比例した角度で走査される。
従って、本発明の第１の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｃは、空間電荷効果によるイオンビームの発散を抑え、また、細かな走査波形の制御が可能で、大きな静電ポテンシャルのイオンビームでも大きな走査角を得ることが可能である。
第２の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第２の実施の形態について、図５を用いて説明する。
図５は、本発明の第２の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｄの構成を示す平面図である。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｄの基本構成は、図５に示すように、イオンビームを通過させるチャンバーの所望の箇所に第１、第２、第３のチャンバー１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄを配置し、第２のチャンバー１４Ｄは、第１のチャンバー１２Ｄに対しては第１のギャップ２０Ｄを介して、また、第３のチャンバー１６Ｄに対しては第２のギャップ２２Ｄを介して配置される。
次に、第２のチャンバー１４Ｄは、第１及び第２のギャップ２０Ｄ、２２Ｄを形成する各チャンバー１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｂ、２８Ｄを介して、第１のチャンバー１２Ｄ及び第３のチャンバー１６Ｄに対して電気的に絶縁されている。
ここで、第１の電極対２６Ｄは、電極３０Ｄ、３２Ｄ、第２の電極対２８Ｄは、電極３４Ｄ、３６Ｄから構成される。
また、第１及び第２の２つのギャップ２０Ｄ、２２Ｄに取り付けられた２対の電極対２６Ｄ、２８Ｄは、イオンビームの基準軸Ｊに所定の角度を持って逆方向に斜交する。
また、第１、第３のチャンバー１２Ｄ、１６Ｄは、接地電位とし、第２のチャンバー１４Ｄには、所望の走査波形の電位を印加する走査電源４０Ｄが接続されている。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｄでは、第１の電極対２６Ｄが基準軸Ｊとなす角度をπ／２＋θ、第２の電極対２８Ｄが基準軸Ｊとなす角度をπ／２−θとし、電気的に絶縁された第２のチャンバー１４Ｄの電位を走査電源４０Ｄにより与えることにより、イオンビームは、上述した第１の実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｃの２倍の角度で走査される。
即ち、本実施の形態によれば、第１の実施の形態のものと同様の効果があるほかに、イオンビームの走査角度を更に増大することができる。
第３の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第３の実施の形態について、図６を用いて説明する。
図６は、本発明の第３の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｅの基本構成及び基本動作を説明する平面図である。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｅの基本構成は、図６に示すように、イオンビームＢを通過させるチャンバーの所望の箇所に第１、第２、第３、第４のチャンバー１２Ｅ、１４Ｅ、１６Ｅ、１８Ｅを配置し、第２のチャンバー１４Ｅは、第１のチャンバー１２Ｅに対しては第１のギャップ２０Ｅを介して、また、第３のチャンバー１６Ｅに対しては第２のギャップ２２Ｅを介して配置される。
また、第３のチャンバー１６Ｅは、第２のチャンバー１４Ｅに対しては第２のギャップ２２Ｅを介して、また、第４のチャンバー１８Ｅに対しては第３のギャップ２４Ｅを介して配置される。
次に、第２のチャンバー１４Ｅは、第１及び第２のギャップ２０Ｅ、２２Ｅを形成する各チャンバー１２Ｅ、１４Ｅ、１６Ｅの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｅ、２８Ｅを介して、第１のチャンバー１２Ｅ及び第３のチャンバー１６Ｅに対して電気的に絶縁されている。
また、第３のチャンバー１６Ｅは、第２及び第３のギャップ２２Ｅ、２４Ｅを形成する各チャンバー１４Ｅ、１６Ｅ、１８Ｅの端面にそれぞれ取り付けられた第２、第３の２対の電極対２８Ｅ、２９Ｅを介して、第２のチャンバー１４Ｅ及び第４のチャンバー１８Ｅに対して電気的に絶縁されている。
ここで、第１の電極対２６Ｅは、電極３０Ｅ、３２Ｅ、第２の電極対２８Ｅは、電極３４Ｅ、３６Ｅ、第３の電極対２９Ｅは、電極３７Ｅ、３８Ｅから構成される。
また、第１乃至第３の３つのギャップ２０Ｅ、２２Ｅ、２４Ｅに取り付けられた３対の電極対２６Ｅ、２８Ｅ、２９Ｅは、イオンビームの基準軸Ｊに所定の角度を持ってそれぞれ逆方向に斜交する。
また、第１、第４のチャンバー１２Ｅ、１８Ｅは、接地電位とし、第２、第３のチャンバー１４Ｅ、１６Ｅには、所望の走査波形の電位を印加する走査電源４０Ｅ、４２Ｅがそれぞれ接続されている。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｅでは、第１の電極対２６Ｅが基準軸Ｊとなす角度をπ／２＋θ、第２の電極対２８Ｅが基準軸Ｊとなす角度をπ／２−θ、第３の電極対２９Ｅが基準軸Ｊとなす角度をπ／２＋θとする。
電気的に絶縁された第２、第３のチャンバー１４Ｅ、１６Ｅの電位はそれぞれ走査電源４０Ｅ、４２Ｅにより与えるが、このとき、走査電源４０Ｅ、４２Ｅに位相がπだけ異なる走査波形の三角波を印加することにより、イオンビームは、上述した第２の実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｄの２倍の角度で走査される。
同様の手法により、更に、走査電源により、電位を変調されるチャンバーを３台以上並べても良い。
この場合、奇数番目のチャンバーと偶数番目のチャンバーには、それぞれ位相がπだけ異なる三角波を印加することが望ましい。
電位を変調されるチャンバーがＮ個とすると、イオンビームは第２の実施の形態のイオンビーム走査機構１０ＤのＮ倍の角度で走査される。
第４の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第４の実施の形態について、図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第４の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｆの構成を示す平面図である。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｆの基本構成は、図７に示すように、イオンビームを通過させるチャンバーの所望の箇所に第１、第２、第３のチャンバー１２Ｆ、１４Ｆ、１６Ｆを配置し、第２のチャンバー１４Ｆは、第１のチャンバー１２Ｆに対しては第１のギャップ２０Ｆを介して、また、第３のチャンバー１６Ｆに対しては第２のギャップ２２Ｆを介して配置される。
次に、第２のチャンバー１４Ｆは、第１及び第２のギャップ２０Ｆ、２２Ｆを形成する各チャンバー１２Ｆ、１４Ｆ、１６Ｆの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｆ、２８Ｆを介して、第１のチャンバー１２Ｆ及び第３のチャンバー１６Ｆに対して電気的に絶縁されている。
ここで、第１の電極対２６Ｆは、電極３０Ｆ、３２Ｆ、第２の電極対２８Ｆは、電極３４Ｆ、３６Ｆから構成される。
また、第１及び第２の２つのギャップ２０Ｆ、２２Ｆに取り付けられた２対の電極対２６Ｆ、２８Ｆは、イオンビームの基準軸Ｊに所定の角度π／２＋θを持って同方向に斜交する。
また、第１、第３のチャンバー１２Ｆ、１６Ｆは、接地電位とし、第２のチャンバー１４Ｆには、所望の走査波形の電位を印加する走査電源４０Ｆが接続されている。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｆでは、第１及び第２の電極対２６Ｆ、２８Ｆが基準軸Ｊとなす角度をπ／２＋θと平行とし、第２のチャンバー１４Ｆに走査電源４０Ｆで所望の走査波形の三角波を印加することにより、図２に示した第２の基本原理により、イオンビームが基準軸Ｊとなす角度を一定に保ったまま、基準軸Ｊから変移して走査される。
第５の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第５の実施の形態について、図８を用いて説明する。
図８は、本発明の第５の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０の構成を示す縦断側面図である。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０の基本構成は、図８に示すように、上記第１乃至第４のイオンビーム走査機構１０Ｃ〜Ｆにおいて、このイオンビーム走査機構１０Ｃ〜Ｆを構成する各チャンバー１２、１４、１６のギャップ２０、２２の近傍に、磁束がイオンビームＢの走査される面に直交するように、永久磁石５０を設置して構成される。
この磁場により、各チャンバー１２、１４、１６の内部から電子が流失するのを防ぎ、各チャンバー１２、１４、１６内でのイオンビームの空間電荷効果による発散を抑えることができる。
なお、イオンビームもこの永久磁石５０が作る磁場により若干偏向されるので、永久磁石５０の向きが、図８に示したように、ＮＳ極を交互に偶数対配置するのが望ましい。
第６の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第６の実施の形態について、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の第６の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｇの構成を示す平面図である。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｇの基本構成は、図９に示すように、イオン注入装置のビームライン上にイオンビームを偏向するための偏向電磁石６０を配置し、この偏向電磁石６０近傍に、上流から順に、イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバー１２Ｇ、１４Ｇ、１６Ｇが配置される。
第２のチャンバー１４Ｇは、偏向電磁石６０の磁極間隙に配置され、この第２のチャンバー１４Ｇは、第１のチャンバー１２Ｇに対しては、偏向電磁石６０の入射側近傍に形成された第１のギャップ２０Ｇを介して、また、第３のチャンバー１６Ｇに対しては、偏向電磁石６０の出射側近傍に形成された第２のギャップ２２Ｇを介して配置される。
また、第２のチャンバー１４Ｇは、第１及び第２のギャップ２０Ｇ、２２Ｇを形成する各チャンバー１２Ｇ、１４Ｇ、１６Ｇの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｇ、２８Ｇを介して、第１及び第３のチャンバー１２Ｇ、１６Ｇに対して電気的に絶縁される。
ここで、第１の電極対２６Ｇは、電極３０Ｇ、３２Ｇ、第２の電極対２８Ｇは、電極３４Ｇ、３６Ｇから構成される。
また、偏向電磁石６０の入射口近傍の第１のギャップ２０Ｇに取り付けられた第１の電極対２６Ｇは、イオンビームの基準軸Ｊに対して、偏向電磁石６０の偏向角χとは所定の角度π／２＋θで持って逆方向に斜交する。
更に、偏向電磁石６０の出射口近傍の第２のギャップ２２Ｇに取り付けられた第２の電極対２８Ｇは、イオンビームの基準軸Ｊに対して、偏向電磁石６０の偏向角χとは所定の角度π／２−θで持って同方向に斜交する。
ここで、図９の矢印で示すように、偏向角χの向きを負の向きとした場合に、同じくθが正の向きにすれば、第１の電極対２６Ｇは偏向角χと逆方向に斜交し、第２の電極対２８Ｇは偏向角χと同方向に斜交することになる。
また、第２のチャンバー１４Ｇには、所望の走査波形の電位を印加する走査電源４０Ｇが接続されてている。
以上の構成で、第２のチャンバー１４Ｇに、走査電源４０Ｇで所望の走査波形の三角波を印加することにより、イオンビームが偏向面内で走査される。
偏向電磁石６０の斜め出射角を、図９に示すようにβとすると、イオンビームの偏向角δθは次式（３）で与えられる。
Figure 0004468959
式（１）と比較して明らかなように、第１、第２の電極対２６Ｇ、２８Ｇの斜交角度θを４５°程度にした場合、従来の構造に比べて、走査電圧Ｖと入射するイオンの静電ポテンシャルφとの比が同じでも、イオンビームの偏向角δθを約３倍とすることが可能であることが分かる。
第７の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の第７の実施の形態について、図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の第７の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構１０Ｈの構成を示す平面図である。
本実施の形態のイオンビーム走査機構１０Ｈの基本構成は、図１０に示すように、イオン注入装置のビームライン上にイオンビームＢを偏向するための偏向電磁石６０を配置し、この偏向電磁石６０近傍に、上流から順に、イオンビームＢを通過させる第１、第２、第３のチャンバー１２Ｈ、１４Ｈ、１６Ｈを配置する。
第２のチャンバー１４Ｈは、偏向電磁石６０の磁極間隙に配置され、この第２のチャンバー１４Ｈは、第１のチャンバー１２Ｈに対しては、偏向電磁石６０のイオンビームＢの入射口近傍に形成された第１のギャップ２０Ｈを介して、また、第３のチャンバー１６Ｈに対しては、偏向電磁石６０のイオンビームＢの出射口近傍に形成された第２のギャップ２２Ｈを介して配置される。
また、第２のチャンバー１４Ｈは、第１及び第２のギャップ２０Ｈ、２２Ｈを形成する各チャンバー１２Ｈ、１４Ｈ、１６Ｈの端面にそれぞれ取り付けられた第１、第２の２対の電極対２６Ｈ、２８Ｈを介して、第１及び第３のチャンバー１２Ｈ、１６Ｈに対して電気的に絶縁される。
ここで、第１の電極対２６Ｈは、電極３０Ｈ、３２Ｈ、第２の電極対２８Ｈは、電極３４Ｈ、３６Ｈから構成される。
また、偏向電磁石６０の出射口近傍の第２のギャップ２２Ｇに取り付けられた第２の電極対２８Ｇは、イオンビームＢの基準軸Ｊに対して、偏向電磁石６０の偏向角χとは所定の角度π／２−θで持って逆方向に斜交する。
また、第２のチャンバー１４Ｈには、所望の走査波形の電位を印加する走査電源４０Ｈが接続されてている。
図１０に示すように、偏向電磁石６０の内部におけるイオンビームＢの基準軸Ｊの旋回半径をＲとする。
なお、図１０では、偏向電磁石６０の偏向角χ、並びに、第２の電極対２８Ｈの傾斜角θが負の場合を示している。
また、偏向電磁石６０の斜め出射角を、図９と同様に、βとし、簡単のため、石６０の入り口側の第１の電極対２６Ｈは、基準軸Ｊに対して直交しているとする。
このとき、偏向電磁石６０の出射口側の第２の電極対２８Ｈを通過した後のイオンビームＢの偏向角δθは次式（４）で、基準軸ＪからのずれＸは、式（５）で与えられる。
Figure 0004468959
Figure 0004468959
ここで、式（４）のカギ括弧内の中がゼロとなるように偏向電磁石６０の斜め出射角β、偏向電磁石６０の偏向角度χ、第２の電極２８Ｈの傾斜角度θを選べば、偏向電磁石６０の出射口側の第２の電極対２８Ｈを通過した後のイオンビームＢは、図１０の軌道に示すように、走査電圧Ｖに依存せずに、基準軸Ｊに平行で、かつ、走査電圧Ｖに比例した距離で、基準軸Ｊから離れて出射する。
例えば、偏向角度χ＝９０°、傾斜角度θ＝４５°、斜め出射角β＝０°とすると、上記の条件は満たされる。
本発明のイオン注入装置の走査器は、上記各実施の形態には限定されず、種々の変更が可能である。
先ず、上記実施の形態としては、主として、チャンバーを３配置したもので説明したが、一般に、多数配置し、走査電源を接続したチャンバーを多数段配置したものも本願発明に含まれるのは勿論のことである。
また、上記各実施の形態では、チャンバーのギャップ端面に電極を取り付けた例で説明したが、チャンバーに電極を取り付けないものも本発明に含まれる。
更に、図１１に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、イオンビームを走査して基板にイオンを注入する装置全般に本発明が適用できのはいうまでもない。
本発明の第１の基本原理を説明するため、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構の構成を示す平面図である。 本発明の第２の基本原理を説明するため、チャンバー分割型のイオンビーム走査機構の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の構成を示す外観斜視図である。 本発明の第１の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 本発明の第２の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 本発明の第３の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 本発明の第４の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 本発明の第５の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 本発明の第６の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 本発明の第７の実施の形態のイオン注入装置に用いるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構の基本構成及び基本動作を説明する平面図である。 従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
符号の説明
１０、１０Ａ〜１０Ｈ：イオンビーム走査機構
１２、１２Ａ〜１２Ｈ：第１のチャンバー
１４、１４Ａ〜１４Ｈ：第２のチャンバー
１６、１６Ａ〜１６Ｈ：第３のチャンバー
１８Ｅ：第４のチャンバー
２０Ａ〜２０Ｈ：第１のギャップ
２２Ａ〜２２Ｈ：第２のギャップ
２４Ｅ：第３のギャップ
２６Ａ〜２６Ｈ：第１の電極対
２８Ａ〜２８Ｈ：第２の電極対
２９Ｅ：第３の電極対
３０Ａ〜３０Ｈ：電極
３２Ａ〜３２Ｈ：電極
３４Ａ〜３４Ｈ：電極
３６Ａ〜３６Ｈ：電極
３７Ｅ、３８Ｅ：電極
１００：イオン注入装置
Ｂ：イオンビーム
Ｊ：基準軸

Claims (12)

  1. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、
    前記第２のチャンバーは、前記第１のチャンバーに対しては第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては第２のギャップを介して配置され、
    前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第１又は第２の２つのギャップのうち、いずれか一方が前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って斜交すると共に、
    前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
  2. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１〜第ｎ〜第Ｎ＋２のチャンバーを配置し、
    前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１のチャンバーに対しては第ｎ−１のギャップを介して、また、前記第ｎ＋１のチャンバーに対しては第ｎのギャップを介して配置され、
    前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１及び第ｎのギャップを介して、前記第ｎ−１及び第ｎ＋１のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第ｎ−１又は第ｎの２つのギャップのうち、いずれか一方が前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って斜交すると共に、
    前記第ｎのチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
    但し、Ｎは自然数とし、ｎは、２からＮ＋１まで、１ずつ変動する自然数とする。
  3. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、
    前記第２のチャンバーは、前記第１のチャンバーに対しては第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては第２のギャップを介して配置され、
    前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第１及び第２の２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って逆方向に斜交すると共に、
    前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
  4. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１〜第ｎ〜第Ｎ＋２のチャンバーを配置し、
    前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１のチャンバーに対しては第ｎ−１のギャップを介して、また、前記第ｎ＋１のチャンバーに対しては第ｎのギャップを介して配置され、
    前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１及び第ｎのギャップを介して、前記第ｎ−１及び第ｎ＋１のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第ｎ−１及び第ｎの２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って逆方向に斜交すると共に、
    前記第ｎのチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
    但し、Ｎは自然数とし、ｎは、２からＮ＋１まで、１ずつ変動する自然数とする。
  5. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、
    前記第２のチャンバーは、前記第１のチャンバーに対しては第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては第２のギャップを介して配置され、
    前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第１及び第２の２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って同方向に斜交すると共に、
    前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
  6. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    このイオン注入装置のビームライン上の所定箇所に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１〜第ｎ〜第Ｎ＋２のチャンバーを配置し、
    前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１のチャンバーに対しては第ｎ−１のギャップを介して、また、前記第ｎ＋１のチャンバーに対しては第ｎのギャップを介して配置され、
    前記第ｎのチャンバーは、前記第ｎ−１及び第ｎのギャップを介して、前記第ｎ−１及び第ｎ＋１のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記第ｎ−１及び第ｎの２つのギャップは、前記イオンビームの基準軸に所定の角度を持って同方向に斜交すると共に、
    前記第ｎのチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
    但し、Ｎは自然数とし、ｎは、２からＮ＋１まで、１ずつ変動する自然数とする。
  7. 前記第ｎ＋１のチャンバーに印加する電位の走査波形は、前記第ｎのチャンバーに印加する電位の走査波形とは、位相がπだけ異なることを特徴とする請求項２又は４に記載のイオン注入装置。
    但し、この場合、請求項２又は４に記載のＮは、２以上の自然数とする。
  8. 前記チャンバー分割型のイオンビーム走査機構を構成する少なくとも一つのチャンバーに、前記イオンビームが走査される面に磁束が直交するように永久磁石を配置したことを特徴とする１乃至７のいずれかに記載のイオン注入装置。
  9. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    前記イオン注入装置のビームライン上に前記イオンビームを偏向するための偏向電磁石を配置し、
    この偏向電磁石近傍のビームライン上に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、
    前記第２のチャンバーは、前記偏向電磁石の磁極間隙に配置され、かつ、前記第１のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの入射口近傍に形成された第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの出射口近傍に形成された第２のギャップを介して配置され、
    前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記偏向電磁石の入射口近傍の前記第１のギャップは、前記イオンビームの基準軸に対して、前記偏向電磁石の偏向角とは逆方向に斜交し、かつ、前記偏向電磁石の出射口側近傍の前記第２のギャップは、前記イオンビームの基準軸に対して、前記偏向電磁石の偏向角と同方向に斜交し、
    前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
  10. イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、基板の注入面にイオンビームを走査して注入するイオン注入装置において、
    前記イオン注入装置のビームライン上に前記イオンビームを偏向するための偏向電磁石を配置し、
    この偏向電磁石近傍のビームライン上に、上流より順に、前記イオンビームを通過させる第１、第２、第３のチャンバーを配置し、
    前記第２のチャンバーは、前記偏向電磁石の磁極間隙に配置され、かつ、前記第１のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの入射口近傍に形成された第１のギャップを介して、また、前記第３のチャンバーに対しては前記偏向電磁石の前記イオンビームの出射口近傍に形成された第２のギャップを介して配置され、
    前記第２のチャンバーは、前記第１及び第２のギャップを介して、前記第１及び第３のチャンバーに対して電気的に絶縁され、かつ、前記偏向電磁石の出射口近傍の前記第２のギャップは、前記イオンビームの基準軸に対して、前記偏向電磁石の偏向角とは逆方向に斜交し、
    前記第２のチャンバーには所望の走査波形の電位を印加する走査電源が接続されてなるチャンバー分割型のイオンビーム走査機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
  11. 前記各ギャップを形成するチェンバーの各端面のそれぞれに、電極を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のイオン注入装置。
  12. 前記各ギャップがイオンビームの基準軸と斜交する角度を４５°程度としたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のイオン注入装置。
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