JP4582065B2

JP4582065B2 - 分析電磁石、その制御方法およびイオン注入装置

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Publication number: JP4582065B2
Application number: JP2006202023A
Authority: JP
Inventors: 茂久田村; 維江趙; 浩平田中
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: JP2008027845A

Description

この発明は、例えばイオン注入装置に用いられて、リボン状のイオンビームを磁界によって曲げて当該イオンビームの運動量分析（例えば質量分析）を行う分析電磁石、その制御方法、当該分析電磁石を備える分析電磁石装置、および、当該分析電磁石または分析電磁石装置を備えるイオン注入装置に関する。

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、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が、例えば特許文献１に記載されている。

そのようなイオン注入装置においては、例えば、分析電磁石から出射するイオンビームの形態（形状および姿勢。以下同様）を入射時と比べてできるだけ乱さないことが重要である。また、基板に入射するイオンビームの長手方向（後述するＹ方向）のビーム電流密度分布の均一性を良くすることが重要である。

リボン状のイオンビームの運動量分析に使用することができる可能性のある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。

それを図２６を参照して説明すると、この分析電磁石２０は、縦長のリボン状のイオンビーム２を挟むように設けられた縦長の縦ヨーク４と、この縦ヨーク４をつなぐ上下ヨーク６と、この上下ヨーク６にビーム軌道に対向して設けられた一対の磁極（ポール）８と、縦ヨーク４の内側でかつイオンビーム２のビーム軌道に沿って垂直方向に分割して配置された複数のコイル１０とを備えている。更に、磁極８にはコイル１２が設けられている。各コイル１０、１２は、扇型レーストラック型の形状をしている。なお、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、イオンビーム２は、Ｘ方向（ここでは横方向）の寸法よりもＹ方向（ここでは縦方向）の寸法が大きいものである。その進行方向はＺ方向である。

特開２００５−３２７７１３号公報（段落００１０、図１−図４）特開２００４−１５２５５７号公報（段落００２２、図２１）

上記分析電磁石２０によれば、縦方向（Ｙ方向）の磁場均一度を高めることができるとされているけれども（段落００２２）、詳しく検討したところ、次のような課題のあることが分かった。

即ち、イオンビーム２のＹ方向の片側寸法よりもＹ方向寸法の小さい複数のコイル１０、１２を多段に配置しているだけであって、主としてイオンビーム２をＸ方向に曲げる磁界であってしかもＹ方向において均一性の高い主磁界をどのコイルで発生させるのかという役割が定まっていないので、Ｙ方向における磁束密度分布を均一化するのが難しい。コイル電流の制御も難しい。

磁極８に巻いたコイル１２で主磁界を発生させるとすると、コイル１２のＹ方向寸法が上記のように小さいこともあって、上下の磁極８間で主磁界はＸ方向に広がりやすい。また、そのように広がりやすく、しかも強い主磁界を、他のコイル１０による磁界で補正するのは難しい。コイル１２以外のコイル１０で主磁界を発生させる場合も同様である。

また、イオンビーム２の通り道であるビーム経路のすぐ近くに、上記のようにＹ方向寸法の小さい複数のコイル１０、１２を多段に設けていると、Ｙ方向における磁束密度の脈動（リップル）も大きくなりやすいので、この観点からもＹ方向における磁束密度分布を均一化するのが難しい。

ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布の均一性が低下すると、イオンビーム２が受けるＸ方向のローレンツ力Ｆ_Xが、Ｙ方向の位置によって異なることになるので、分析電磁石２０から出射するときのイオンビーム２の形態が、入射時のものから異なってしまう。即ち、出射時のイオンビーム２の形態が乱れてしまう。例えば、出射時にイオンビーム２が傾いたり、弓形に歪んだりする。

分析電磁石２０から出射するイオンビーム２の形態が上記のように乱れると、種々の問題を惹き起こす。例えば、イオンビーム２の一部が、本来当たるはずのないビーム経路上の構造物に当たるようになり、イオンビーム２の輸送効率が低下する。また、基板にイオン注入を行う場合に、注入の均一性も悪化する。

また、分析電磁石の下流側には、通常、分析スリットが設けられているので、イオンビーム２の形態が上記のように乱れると、分析スリットを通過する所望イオン種のビーム量が減り、分析スリットでカットされる部分が生じるためイオンビーム２の均一性も悪化する。また、所望イオン種と運動量の近い不所望イオン種の形態も同様に乱れるので、本来は分析スリットを通過できないものが通過するようになり、分解能が低下する。

そこでこの発明は、リボン状のイオンビームを曲げる分析電磁石であって、出射時のイオンビームの形態の乱れを小さく抑えることができる分析電磁石を提供することを主たる目的としている。

また、当該分析電磁石の制御方法、当該分析電磁石を備える分析電磁石装置、および、当該分析電磁石または分析電磁石装置を備えるイオン注入装置を提供することを他の目的としている。

この発明に係る分析電磁石は、互いに直交する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が入射され、当該イオンビームの通り道であるビーム経路にＹ方向に沿う磁界を発生させて、当該イオンビームをＸ方向に曲げる分析電磁石であって、
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方向の一方側の半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部の端部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主コイルと協働して、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主コイルと、
前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向すると共にイオンビームのＹ方向の他方側の半分以上をカバーしており、かつ前記第１主コイルの本体部とＹ方向において互いに重ねて配置されている一組の本体部および両本体部の端部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、前記第１主コイルと協働して、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主コイルと、
前記第１主コイルの外側にあって前記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端部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、前記主磁界の補正を行う副磁界を発生させる１以上の第１副コイルと、
前記第２主コイルの外側にあって前記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端部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、前記主磁界の補正を行う副磁界を発生させる１以上の第２副コイルと、
前記第１主コイル、第２主コイル、第１副コイルおよび第２副コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークと、
前記ビーム経路を挟んでＹ方向において相対向するように、前記ヨークから内側に突出している一組の磁極とを備えている。

この分析電磁石によれば、上記のようにＹ方向に長くかつＹ方向において互いに重ねて配置されている本体部をそれぞれ有する第１主コイルと第２主コイルとが協働して主磁界を発生させるので、Ｙ方向における磁束密度分布の均一性の高い主磁界を発生させることができる。また、Ｙ方向寸法の小さいコイルを多段に重ねている場合に比べて、Ｙ方向における磁束密度の脈動も小さくすることができる。しかも、第１副コイルおよび第２副コイルによって、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。上記のような主磁界および副磁界によって、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小さく抑えることができる。

この発明に係る分析電磁石の制御方法の一つは、前記分析電磁石から出射する前記イオンビームのＸ，Ｙ方向の２次元の形態を測定して、当該形態が所望のものになるように、前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を制御するものである。

この発明に係る分析電磁石の制御方法の他のものは、前記分析電磁石内の前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を測定して、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布が所望のものになるように、前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を制御するものである。

この発明に係る分析電磁石装置の一つは、前記分析電磁石と、前記分析電磁石の第１主コイルおよび第２主コイルに互いに同じ大きさの電流を流す１以上の主コイル電源と、前記分析電磁石の各第１副コイルおよび各第２副コイルに電流をそれぞれ流す電源であって、各第１副コイルおよび各第２副コイルに流す電流をそれぞれ独立して制御することができる１以上の副コイル電源と、前記分析電磁石から出射する前記イオンビームのＸ，Ｙ方向の２次元の形態を測定する第１ビーム測定器と、前記第１ビーム測定器による測定情報に基づいて、前記副コイル電源を制御して、前記分析電磁石から出射するイオンビームの内で、前記Ｙ方向に平行な所定の中心軸よりも曲率半径の内側に曲がり過ぎている部分に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイル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前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、前記分析電磁石から出射するイオンビームの形態を前記中心軸に平行なものに近づける制御を行う磁石制御装置とを備えている。

この発明に係る分析電磁石装置の他のものは、前記分析電磁石と、前記分析電磁石の第１主コイルおよび第２主コイルに互いに同じ大きさの電流を流す１以上の主コイル電源と、前記分析電磁石の各第１副コイルおよび各第２副コイルに電流をそれぞれ流す電源であって、各第１副コイルおよび各第２副コイルに流す電流をそれぞれ独立して制御することができる１以上の副コイル電源と、前記分析電磁石内の前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を測定する磁場測定器と、前記磁場測定器による測定情報に基づいて、前記副コイル電源を制御して、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布の内で、相対的に磁束密度が大きい領域に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を減らすことと、相対的に磁束密度が小さい領域に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を均一化する制御を行う磁石制御装置とを備えている。

この発明に係るイオン注入装置は、基板にイオンビームを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曲げる前記分析電磁石または前記分析電磁石装置と、前記分析電磁石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、前記基板を前記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を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、上記のような第１主コイル、第２主コイル、第１副コイルおよび第２副コイルを備えていて、リボン状の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ので、出射時のイオンビームの形態の乱れを小さく抑えることができる。また、第１副コイルおよび第２副コイルによって発生させる副磁界は、第１主コイルおよび第２主コイルによって発生させる主磁界に比べて弱いもので良いので、制御も容易である。これらの効果は、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。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、複数の第１副コイルおよび複数の第２副コイルを備えていて、それらによって、ビーム経路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。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、分析電磁石から出射するリボン状のイオンビームの２次元の形態を測定して当該形態が所望のものになるように第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を制御するので、分析電磁石から出射するイオンビームの形態をより確実に所望のものに近づけることができる。しかも、第１副コイルおよび第２副コイルによって発生させる副磁界は、第１主コイルおよび第２主コイルによって発生させる主磁界に比べて弱いもので良く、かつビーム形態の制御の際に主磁界は敢えて制御しなくても良いので、制御も容易である。これらの効果は、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。

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、分析電磁石から出射するイオンビームの形態をＹ方向の所定の中心軸に平行なものに近づけることによって、出射するイオンビームの形態を、傾きがなくかつ真っ直ぐなものに近づけることができる。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。

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、分析電磁石内のビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を測定してビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布が所望のものになるように第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を制御するので、分析電磁石から出射するイオンビームの形態を所望のものに近づけることができる。しかも、第１副コイルおよび第２副コイルによって発生させる副磁界は、第１主コイルおよび第２主コイルによって発生させる主磁界に比べて弱いもので良く、かつビーム形態の制御の際に主磁界は敢えて制御しなくても良いので、制御も容易である。これらの効果は、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。

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、ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を均一化することによって、分析電磁石から出射するイオンビームの形態を、傾きがなくかつ真っ直ぐなものに近づけることができる。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。

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、上記のような第１ビーム測定器および磁石制御装置を備えているので、分析電磁石から出射するイオンビームの形態を傾きがなくかつ真っ直ぐなものに近づける制御を、省力化して行うことができる。

請求項８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のような磁場測定器および磁石制御装置を備えているので、分析電磁石から出射するイオンビームの形態を傾きがなくかつ真っ直ぐなものに近づける制御を、省力化して行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のような分析電磁石または分析電磁石装置を備えていて、分析電磁石から出射するイオンビームの形態の乱れを小さく抑えることができるので、分析電磁石から出射したイオンビームの輸送効率の低下を防いで基板の処理効率（スループット）を高めることができると共に、基板に対するイオン注入の均一性を高めることができる。また、分析電磁石の下流側に分析スリットやマスク等が設けられていても、所望イオン種のイオンビームを効率良く通過させることができるので、所望イオン種のビーム量の減少、均一性の低下、分解能の低下等を防止することができる。

しかも、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。

これらの効果は、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。

請求項１０に記載の発明によれば、上記のような分析スリットを更に備えているので、イオンビームの運動量分析性能（分解能）が向上する、という更なる効果を奏する。

請求項１１に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のようなビーム均一化器を備えているので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化して、基板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、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。

請求項１２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、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。

請求項１３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のようなプラズマ密度分布制御手段、第２ビーム測定器およびプラズマ密度分布制御手段を制御する均一化制御装置を備えているので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化して、基板に対するイオン注入の均一性を高める制御を省力化して行うことができると共に、基板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、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。

請求項１４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のような第２ビーム測定器およびビーム均一化器を制御する均一化制御装置を備えているので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化して、基板に対するイオン注入の均一性を高める制御を省力化して行うことができる。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。

請求項１５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、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。

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。

請求項１６、１７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームの経路上の任意の点から基板の表面までの距離を実質的に一定に保ちつつ、ホルダに保持された基板を、基板表面に対するイオンビームの入射角度を任意の角度に保った状態で走査することが可能となるので、当該基板に照射されるイオンビームの照射領域の面積が、常に実質的に一定となる。従って、基板に照射されるイオンビームのビーム電流密度が、基板の表面内において不均一になることを抑制することができる。その結果、基板の表面内におけるイオン注入の均一性をより向上させることができる。

（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。以下の図において、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。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。

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。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。

このイオン注入装置は、更に、上記注入位置のイオンビーム５０のＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化するビーム均一化器３００、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分析スリット２９０、イオンビーム５０の偏向および加減速を行う加減速器４００、Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定する第２ビーム測定器７０、この第２ビーム測定器７０からの測定情報Ｄ₂に基づいて後述するような均一化制御を行う均一化制御装置８０等を備えている。ビーム均一化器３００、分析スリット２９０および加減速器４００は、分析電磁石２００と上記注入位置との間に、例えば上記および図１に示すような順で設けられている。イオン源１００から基板６０までのイオンビーム５０の経路は真空雰囲気に保たれる。

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Ｗ_XよりもＹ方向の寸法Ｗ_Yが大きいリボン状をしている。イオンビーム５０は、リボン状と言ってもＸ方向の寸法Ｗ_X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Ｗ_Xは３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度、Ｙ方向の寸法Ｗ_Y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。

イオン源１００は、図３に示す例のように、Ｙ方向の寸法Ｗ_Yが基板６０のＹ方向の寸法Ｔ_Y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Ｔ_Yが３００ｍｍ〜４００ｍｍであれば、寸法Ｗ_Yは４００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。

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。

分析スリット２９０は、この例のように、分析電磁石２００から出射したイオンビーム５０のＸ方向における焦点５６付近に設けておくのが、運動量分析の分解能を高める上から好ましい。

（２）分析電磁石２００、分析電磁石装置２６０について
分析電磁石２００の一実施形態を図４、図５等に示す。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Ｆ_X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は、図６も参照して、第１主コイル２０６と、第２主コイル２１２と、１以上の（この実施形態では三つの）第１副コイル２１８と、１以上の（この実施形態では三つの）第２副コイル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。

なお、以下において、複数の第１副コイル２１８および複数の第２副コイル２２４をそれぞれ区別する必要がある場合は、図５、図８等に示すように、Ｙ方向の上側から順に第１副コイル２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃおよび第２副コイル２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃとする。

第１主コイル２０６は、図７も参照して、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の端部（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）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主コイル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。鞍型と呼んでいるのは、当該第１主コイル２０６を全体として見れば、鞍の縁の形状に似た形をしているからである。他のコイル２１２、２１８および２２４も同様である。

この第１主コイル２０６は、図７では１本の線で模式的に示しているけれども、例えば、導体を図７に示すようなループ状に複数回巻いて、その両端に一組の端子２４２を接続した構造をしている。即ちこの第１主コイル２０６は、１回巻き（シングルターン）のコイルではなく、複数回（通常は多数回）巻き（マルチターン）のコイルである。他のコイルも同様である。このコイルに流れる電流を電流Ｉ_Mで示す。これによって所要の起磁力を確保して、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。導体は、例えば、中に冷媒が流される中空導体（ホローコンダクター）であるが、それ以外でも良い。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から上側に離して設けている。この第１主コイル２０６は、全体として見ればループ状のコイルである。他のコイル２１２、２１８および２２４も同様である。

第２主コイル２１２は、ビーム経路２０２を挟んでＸ方向において相対向すると共にイオンビーム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）をカバーしており、かつ第１主コイル２０６の本体部２０８とＹ方向において互いに重ねて配置されている一組の本体部２１４と、両本体部２１４の端部間をビーム経路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、第１主コイル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主コイル２１２は、第１主コイル２０６と同方向の磁力線２０４を発生させる。

この第２主コイル２１２も、第１主コイル２０６と同様の寸法、構造をしている。導体の巻回数も通常は第１主コイル２０６と同数にする。但し、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。図６において、第２主コイル２１２の本体部２１４は図に表れていない。

各第１副コイル２１８は、それぞれ、第１主コイル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、前記主磁界の補正を行う副磁界を発生させるものである。前記主磁界の補助を行うと共に補正を行う副磁界を発生させるものでも良い（これは、例えば、段落００６８に記載の（ｂ）の制御の仕方に相当している）。後述する第２副コイル２２４について同様である。

各第１副コイル２１８は、それぞれ、第１主コイル２０６とほぼ同様の構造をしている。但し、本体部２２０のＹ方向の寸法は、第１主コイル２０６の本体部２０８の寸法よりも小さい。また、導体の巻回数も通常は第１主コイル２０６よりも少ない。各第１副コイル２１８は、例えば、その本体部２２０のＹ方向の寸法および導体の巻回数を互いに同じにしている。

各第１副コイル２１８は、第１主コイル２０６および第２主コイル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。その制御方法の例は後述する。後述する各第２副コイル２２４においても同様である。この各第１副コイル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副コイル２１８は、上記主磁界の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副コイル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正する作用を奏する。後述する各第２副コイル２２４においても同様である。

各第２副コイル２２４は、それぞれ、第２主コイル２１２とほぼ同様の構造をしている。但し、本体部２２６のＹ方向の寸法は、第２主コイル２１２の本体部２１４の寸法よりも小さい。また、導体の巻回数も通常は第２主コイル２１２よりも少ない。各第２副コイル２２４は、例えば、その本体部２２６のＹ方向の寸法および導体の巻回数を互いに同じにしている。

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。

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。

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。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間のギャップ長は、イオンビーム５０のＹ方向の寸法Ｗ_Yよりもある程度（例えば１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度）大きい。このような一組の磁極２３２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。

この分析電磁石２００によれば、上記のようにＹ方向に長くかつＹ方向において互いに重ねて配置されている本体部２０８、２１４をそれぞれ有する第１主コイル２０６と第２主コイル２１２とが協働して主磁界を発生させるので、従来の分析電磁石２０のようにＹ方向寸法の小さい複数のコイル１０、１２を単に多段に配置したものと違って、Ｙ方向における磁束密度分布の均一性の高い主磁界を発生することができる。また、Ｙ方向寸法の小さいコイルを多段に重ねている場合に比べて、Ｙ方向における磁束密度の脈動も小さくすることができる。即ち、第１主コイル２０６および第２主コイル２１２は、両者を合わせて考えると、断面形状がＹ方向に長い筒状をしているので、両コイル２０６、２１２だけでも、Ｙ方向における磁束密度分布に脈動が少なく、かつ同分布の均一性が高い主磁界を発生させることができる。

しかも、第１副コイル２１８および第２副コイル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。即ち、この副磁界によって、上記のように元々均一性の高い主磁界を補正して、Ｙ方向における磁束密度分布の均一性を更に高めることができる。この副磁界は、主磁界に比べて弱いもので良いので、制御も容易である。

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Ｗ_Yが大きい場合により顕著になる。後述する他の効果の場合も同様である。

第１副コイル２１８および第２副コイル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、この実施形態のように複数の第１副コイル２１８および複数の第２副コイル２２４を備えている方が好ましい。その場合はこれらの副コイル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。

その場合、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４の数は、少ないと主磁界の補正が粗くなり、多いと同補正がきめ細かくなるが、あまり多いと渡り部２２２、２２８の配置が難しくなると共に各コイル用の電源の数も多く必要になるので、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４の数は、２〜４が良いがそれ以上でも良い。主コイルの外側に副コイルを設けた二重のコイル配置であるため、主コイルによってある程度の磁束密度分布の均一性が確保できれば、全てのコイルを多段に設けた構成に比べて、副コイルとしてより小さなコイルの配置が可能となる。また、より多くのコイルを配置することも可能となる。

副磁界によって主磁界を制御する仕方としては、例えば、（ａ）第１主コイル２０６および第２主コイル２１２によって必要強度の主磁界を発生させて、そして第１副コイル２１８および第２副コイル２２４による副磁界の増減および方向反転によって上記主磁界を補正する場合と、（ｂ）第１主コイル２０６および第２主コイル２１２による主磁界と、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４による副磁界とを合わせて必要強度の磁界を発生させ、そして副磁界の増減のみ（方向反転は行わない）によって主磁界を補正する場合とが採り得る。上記（ａ）の場合は、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流の方向を反転させる必要があり、これらのコイル用にバイポーラ電源（両極性電源）が必要になるのに対して、上記（ｂ）の場合は、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流は初期値から増減させるだけであって方向を反転させる必要はないので、バイポーラ電源は必要ない。従って、上記（ｂ）の方が電源構成が簡単になる等の観点から好ましい。

上記（ｂ）の方法を実施することができる電源構成の一例を図８に示す。この例では、第１主コイル２０６および第２主コイル２１２に直流の主コイル電源２５０がそれぞれ接続されており、この各主コイル電源２５０から第１主コイル２０６および第２主コイル２１２に、互いに実質的に同じ大きさの電流Ｉ_Mを流すことができる。なお、上記二つの主コイル電源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コイル電源としても良い。

更にこの例では、各第１副コイル２１８（２１８ａ〜２１８ｃ）および各第２副コイル２２４（２２４ａ〜２２４ｃ）に直流の副コイル電源２５２がそれぞれ接続されており、この各副コイル電源２５２から各第１副コイル２１８および各第２副コイル２２４に電流Ｉ_Sを流すことができ、しかも各第１副コイル２１８および各第２副コイル２２４に流す電流Ｉ_Sをそれぞれ独立して制御することができる。なお、上記複数の副コイル電源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副コイル２１８および各第２副コイル２２４に流す電流Ｉ_Sをそれぞれ独立して制御することができる一つの副コイル電源としても良い。

上記（ｂ）に示した制御の仕方を実施する場合は、各第１副コイル２１８および各第２副コイル２２４に流す電流Ｉ_Sは、その初期値（換言すれば中心値）をＩ_S0、最大増減値を±ΔＩ_Sとすると、次式の関係を満たすように制御するのが好ましい。

［数１］
Ｉ_S＝（Ｉ_S0±ΔＩ_S）≧０

次に、上記分析電磁石２００の制御方法の例を、具体的には各第１副コイル２１８および各第２副コイル２２４に流す電流の制御方法の例を説明する。

例えば図１に示す第１ビーム測定器２５４を分析電磁石２００から出射するイオンビーム５０の経路に移動させて、この第１ビーム測定器２５４を用いて、分析電磁石２００から出射するリボン状のイオンビーム５０のＸ，Ｙ方向の２次元の形態（形状および姿勢）を測定する。そして、当該形態が所望のものになるように、各第１副コイル２１８および各第２副コイル２２４に流す電流を制御する。第１ビーム測定器２５４は、例えば、複数ｎ₁個のファラデーカップを２次元に配置したものであり、ｎ₁個の測定情報から成る測定情報Ｄ₁を出力する。

この制御方法によれば、分析電磁石２００から出射するリボン状のイオンビーム５０の２次元の形態を測定して当該形態が所望のものになるように第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を制御するので、分析電磁石２００から出射するイオンビーム５０の形態をより確実に所望のものに近づけることができる。しかも、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４によって発生させる副磁界は、第１主コイル２０６および第２主コイル２１２によって発生させる主磁界に比べて弱いもので良く、かつビーム形態の制御の際に主磁界は敢えて制御しなくても良いので、制御も容易である。

制御方法のより具体例を挙げると、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９〜図１５に示す中心軸２６２ｙ）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副コイル２１８および第２副コイル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副コイル２１８および第２副コイル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近づけることができる。

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９〜図１５にそれぞれ示す。図９〜図１５において、Ｘ方向に実質的に平行な所定の中心軸を２６２ｘ、Ｙ方向に実質的に平行な所定の中心軸を２６２ｙ、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。図９〜図１５の説明においては、複数の第１副コイル２１８および複数の第２副コイル２２４をそれぞれ区別する必要があるので、前述したように、Ｙ方向の上側から順に第１副コイル２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃおよび第２副コイル２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃとする（図５、図８参照）。

上記各形態の場合に、各第１副コイル２１８ａ〜２１８ｃおよび各第２副コイル２２４ａ〜２２４ｃに流す電流をどのように制御するのかの更に具体的な例を表１にまとめて示し、かつ以下にその説明をする。

図９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副コイル２１８ａ〜２１８ｃおよび各第２副コイル２２４ａ〜２２４ｃに流している電流（電流Ｉ_S。以下同様）の値を維持する（即ち、現状維持）。

図１０に示す形態の場合は、イオンビーム５０がその進行方向Ｚに見て右に傾いているので、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、下側ほど内側への曲がりが不足しているので、第１副コイル２１８ａに流す電流を大きく減らし、第１副コイル２１８ｂに流す電流を少し減らし、第１副コイル２１８ｃおよび第２副コイル２２４ａに流す電流は現状維持し、第２副コイル２２４ｂに流す電流を少し増やし、第２副コイル２２４ｃに流す電流を大きく増やす。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２６２ｙに平行なものに近づけることができる。即ち、図９に示す形態に近づけることができる。

図１１に示す形態の場合は、イオンビーム５０がその進行方向Ｚに見て左に傾いていて、図１０の場合と逆であるので、第１副コイル２１８ａ、２１８ｂ、第２副コイル２２４ｂ、２２４ｃに流す電流の増減を図１０の場合と逆にする。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の中心軌道５４の位置を維持しつつ、その形態を中心軸２６２ｙに平行なものに近づけることができる。即ち、図９に示す形態に近づけることができる。

図１２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副コイル２１８ａに流す電流を大きく減らし、第１副コイル２１８ｂに流す電流を少し減らし、第１副コイル２１８ｃおよび第２副コイル２２４ａに流す電流は現状維持し、第２副コイル２２４ｂに流す電流を少し減らし、第２副コイル２２４ｃ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２６２ｙに平行なものに近づけることができる。即ち、図９に示す形態に近づけることができる。

図１３に示す形態の場合は、イオンビーム５０がその進行方向Ｚに見て逆く字状に近い円弧状に歪んで（曲がって）いて、図１２の場合と逆であるので、第１副コイル２１８ａ、２１８ｂ、第２副コイル２２４ｂ、２２４ｃに流す電流の増減を図１２の場合と逆にする。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の中心軌道５４の位置を維持しつつ、その形態を中心軸２６２ｙに平行なものに近づけることができる。即ち、図９に示す形態に近づけることができる。

図１４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むと共に中心軌道５４が曲率半径Ｒの外側にずれているので、即ちＹ方向の上下端付近が曲率半径Ｒの内側に少し曲がり過ぎており、かつ中央付近の曲がりが少し不足しているので、第１副コイル２１８ａに流す電流を少し減らし、第１副コイル２１８ｂに流す電流は現状維持し、第１副コイル２１８ｃおよび第２副コイル２２４ａに流す電流を少し増やし、第２副コイル２２４ｂに流す電流を現状維持し、第２副コイル２２４ｃに流す電流を少し減らす。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の位置を正すと共に、その形態を中心軸２６２ｙに平行なものに近づけることができる。即ち、図９に示す形態に近づけることができる。

図１５に示す形態の場合は、イオンビーム５０がその進行方向Ｚに見て逆く字状に近い円弧状に歪むと共に中心軌道５４が曲率半径Ｒの内側にずれていて、図１４の場合と逆であるので、第１副コイル２１８ａ、２１８ｃ、第２副コイル２２４ａ、２２４ｃに流す電流の増減を図１４の場合と逆にする。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の中心軌道５４の位置を正すと共に、その形態を中心軸２６２ｙに平行なものに近づけることができる。即ち、図９に示す形態に近づけることができる。

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を、図１４の形態の場合を例に説明する。

分析電磁石２００の下流側には、通常、図１に示した分析スリット２９０が設けられている。この分析スリット２９０の一例を図１６に示す。分析スリット２９０のスリット２９２は直線であるので、図１４に示したようにイオンビーム５０が歪むと、分析スリット２９０によってカットされる部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃ（ハッチングを付した部分）が生じ、分析スリット２９０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２９２のＸ方向の幅Ｓ_Xを広げると、分解能が低下する。

また、所望のイオン種（例えば¹¹Ｂ⁺）と運動量の近い不所望のイオン種（例えば¹⁰Ｂ⁺）の軌道も同様に弓形に歪むので、本来はスリット２９２を通過できないものが通過するようになり、この観点からも分解能が低下する。

分析スリット２９０における上記のような問題以外にも、上記のように歪んだ形状のイオンビーム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。

上記と同様の問題は、図１０〜図１３、図１５に示す形態の場合にも生じる。このような問題の発生を、上記分析電磁石２００またはその制御方法等によって防止することができる。

第１ビーム測定器２５４からの測定情報Ｄ₁に基づいて、例えば図８に示した各副コイル電源２５２を制御して、上述したような制御を行う磁石制御装置２５６（図１参照）を備えていても良い。この磁石制御装置２５６は、複数ｎ₂個（ｎ₂は副コイル電源２５２の数と同数）の制御信号Ｓ₁を出力してそれを各副コイル電源２５２にそれぞれ与えて各副コイル電源２５２をそれぞれ制御する。例えば、各副コイル電源２５２を制御して、分析電磁石２００から出射するイオンビーム５０の内で、前記中心軸２６２ｙ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副コイル２１８および第２副コイル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副コイル２１８および第２副コイル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の形態を前記中心軸２６２ｙに平行なものに近づける制御を行う。

図１中に示した分析電磁石装置２６０は、このような磁石制御装置２５６、上記分析電磁石２００、主コイル電源２５０、副コイル電源２５２および第１ビーム測定器２５４を備えている。この分析電磁石装置２６０によれば、上記のような第１ビーム測定器２５４および磁石制御装置２５６を備えているので、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近づける制御を、省力化して行うことができる。

上述したように分析電磁石２００から出射するイオンビーム５０のＸ，Ｙ方向の２次元の形態を測定して、当該形態が所望のものになるように、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を制御する代わりに、またはそれと共に、分析電磁石２００内のビーム経路２０２またはその近傍におけるＹ方向の磁束密度分布を測定して、ビーム経路２０２におけるＹ方向の磁束密度分布が所望のものになるように、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を制御しても良い。このような制御方法によっても、分析電磁石２００から出射するイオンビーム５０の形態を所望のものに近づけることができる。

また、分析電磁石２００内のビーム経路２０２におけるＹ方向の磁束密度分布の内で、相対的に磁束密度が大きい領域に対応する第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を減らすことと、相対的に磁束密度が小さい領域に対応する第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、ビーム経路２０２におけるＹ方向の磁束密度分布を均一化するようにしても良い。このような制御方法によっても、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近づけることができる。

分析電磁石２００内のビーム経路２０２におけるＹ方向の磁束密度分布は、例えば、イオンビーム５０を通していないときに、一つまたは複数の磁場測定器を、ビーム経路２０２を通るようにＹ方向に移動させて行っても良い。磁場測定器は、その場所での磁束密度を測定するものであり、例えば磁束計（ガウスメータ）、ホール素子等である。次に述べる磁場測定器２５８も同様である。

または、図１７に示す例のように、分析電磁石２００内の真空容器２３６の側面に（例えば当該側面の内側に、より好ましくは外側に）Ｙ方向に沿って、複数個の磁場測定器２５８を並べておき、これによって、ビーム経路２０２またはその近傍におけるＹ方向の磁束密度分布を測定しても良い。この測定は、イオンビーム５０を通しているときにも行うことができる。磁場測定器２５８をＹ方向に並べる数は、例えば、第１副コイル２１８および第２副コイル２２４の合計数と同数程度あるいはそれ以上にすれば良い。

この磁場測定器２５８は、厳密に言うと、ビーム経路２０２から少し離れているので、ビーム経路２０２そのもののＹ方向における磁束密度分布を測定するものではないけれども、これには対処方法がある。例えば、上述した移動式の他の磁場測定器で測定したビーム経路２０２のＹ方向における磁束密度分布と、この磁場測定器２５８で測定したＹ方向における磁束密度分布との相関関係を表す補正係数を予め求めておいて、磁場測定器２５８による測定結果にこの補正係数を掛けることによって、磁場測定器２５８を用いてビーム経路２０２のＹ方向における磁束密度分布を測定することができる。

更に、上記磁石制御装置２５６の代わりに、またはそれと共に、磁場測定器２５８による測定情報に基づいて、上記副コイル電源２５２を制御して、ビーム経路２０２におけるＹ方向の磁束密度分布の内で、相対的に磁束密度が大きい領域に対応する第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を減らすことと、相対的に磁束密度が小さい領域に対応する第１副コイル２１８および第２副コイル２２４に流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、ビーム経路２０２におけるＹ方向の磁束密度分布を均一化する制御を行う磁石制御装置を備えていても良い。

図１中に示した分析電磁石装置２６０は、このような磁石制御装置、上記分析電磁石２００、主コイル電源２５０、副コイル電源２５２および磁場測定器２５８を備えているものでも良い。この分析電磁石装置２６０によれば、上記のような磁場測定器２５８および磁石制御装置を備えているので、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近づける制御を、省力化して行うことができる。

（３）イオン源１００、第２ビーム測定器７０、均一化制御装置８０について
図１中に示したイオン源１００は、その内部でのＹ方向におけるプラズマ密度分布を制御するプラズマ密度分布制御手段を有しているものが好ましい。そのような制御手段を有しているイオン源１００の一例を図１８に示す。

このイオン源１００は、アノードを兼ねていて内部でプラズマ１０８を生成するための容器であって、Ｙ方向に伸びたイオン引出し口１０６を有するプラズマ生成容器１０２を備えている。イオン引出し口１０６は、例えば、イオン引出しスリットである。プラズマ生成容器１０２は、例えば、直方体の箱状をしている。このプラズマ生成容器１０２内には、ガス導入口１０４から、プラズマ１０８生成用の原料ガス（蒸気の場合を含む）が導入される。

プラズマ生成容器１０２内であってイオン引出し口１０６に対向する側には、プラズマ生成容器１０２内へ熱電子を放出する複数のフィラメントカソード１１４が、Ｙ方向に沿って並設されている。フィラメントカソード１１４の数は、図１８に示す３個に限られるものではなく、プラズマ密度分布制御の精密度やイオンビーム５０のＹ方向の寸法Ｗ_Y等に応じて決めれば良い。このフィラメントカソード１１４は、プラズマ生成容器１０２内におけるプラズマ１０８の生成および当該プラズマ１０８の密度分布の制御に用いられる。この制御は、例えば、プラズマ１０８のＹ方向における密度分布を均一化することである。例えばこの複数のフィラメントカソード１１４が、更に言えばそれ用の電源１１６と共に、プラズマ密度分布制御手段を構成している。

各フィラメントカソード１１４には、フィラメント電流Ｉ_Fをそれぞれ供給して各フィラメントカソード１１４を加熱する出力可変のフィラメント電源１１６がそれぞれ接続されている。各フィラメント電源１１６は、図示例のように直流電源でも良いし、交流電源でも良い。

各フィラメントカソード１１４とプラズマ生成容器１０２との間には、フィラメントカソード１１４から放出された熱電子を加速して、プラズマ生成容器１０２内に導入された原料ガスを電離させると共にプラズマ生成容器１０２内でアーク放電を生じさせて、プラズマ１０８を生成する直流のアーク電源１１８が、フィラメントカソード１１４を負極側にして接続されている。アーク電源１１８は、この実施形態のように複数のフィラメントカソード１１４に共通のものでも良いし、各フィラメントカソード１１４とプラズマ生成容器１０２との間に個別に設けても良い。

各フィラメント電源１１６の出力を個別に制御（増減）することによって、即ち各フィラメントカソード１１４に流すフィラメント電流Ｉ_Fを個別に増減させることによって、プラズマ１０８の濃淡を制御してプラズマ１０８のＹ方向における密度分布を制御することができる。アーク電源１１８を各フィラメントカソード１１４に対して個別に設けている場合は、各アーク電源１１８の出力を個別に増減させることによっても、プラズマ１０８のＹ方向における密度分布を制御することができる。

イオン引出し口１０６の出口付近には、プラズマ生成容器１０２内のプラズマ１０８からリボン状のイオンビーム５０を引き出す引出し電極系１１０が設けられている。引出し電極系１１０は、図示例のような１枚の電極に限られるものではない。引出し電極系１１０は、Ｙ方向に伸びたスリット状の開口１１２を有している。

図１に示した第２ビーム測定器７０は、上記注入位置の下流側近傍（図１の例の場合）または上流側近傍において、イオンビーム５０を受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するものである。

第２ビーム測定器７０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。この第２ビーム測定器７０から上記ビーム電流密度分布を表す測定情報Ｄ₂が出力され、それが均一化制御装置８０に供給される。この測定情報Ｄ₂は、複数ｎ₃個（ｎ₃はファラデーカップの数と同数）の測定情報から成る。

均一化制御装置８０は、上記測定情報Ｄ₂に基づいて、イオン源１００のプラズマ密度分布制御手段を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応するイオン源内領域におけるプラズマ密度を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応するイオン源内領域におけるプラズマ密度を増大させることの少なくとも一方を行って、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ことができる。

より具体的には、均一化制御装置８０は、複数ｎ₄個（ｎ₄はフィラメントカソード１１４の数と同数）の制御信号Ｓ₂をイオン源１００のフィラメント電源１１６に与えて各フィラメント電源１１６をそれぞれ制御して、ビーム電流密度が相対的に小さい位置に対応するフィラメントカソード１１４に流すフィラメント電流Ｉ_Fを相対的に大きくすることと、ビーム電流密度が相対的に大きい位置に対応するフィラメントカソード１１４に流すフィラメント電流Ｉ_Fを相対的に小さくすることの少なくとも一方を行って、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ことができる。

図１に示すイオン注入装置は、イオン源１００内の上記のようなプラズマ密度分布制御手段、第２ビーム測定器７０および均一化制御装置８０を備えているので、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して、基板６０に対するイオン注入の均一性を高める制御を省力化して行うことができると共に、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、処理対象の基板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。即ち、出射するイオンビーム５０の形態の乱れが少ない分析電磁石２００を備えていることと相俟って、Ｙ方向の寸法の大きい（例えば直径が３００ｍｍ〜４００ｍｍ程度の）大型の基板６０に対しても、均一性の良いイオン注入を行うことができる。これは、後述するビーム均一化器３００を設けた場合にも当てはまる。

均一化制御装置８０に、上記のような制御機能の代わりに、他の制御内容によってイオンビーム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機能を持たせても良い。例えば、特開２０００−３１５４７３号公報に記載されているような、ビーム電流の平均値を設定値に近づける制御ルーチンおよびビーム電流を均一化する制御ルーチンを行うことによって、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機能を持たせても良い。

図１８に示すイオン源１００を改良した図１９に示すようなイオン源１００を用いても良い。両者の相違点を主体に説明すると、図１９に示すイオン源１００においては、プラズマ生成容器１０２の外側に、プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界１２２を発生させる磁石１２０が設けられている。磁石１２０は、例えば、Ｙ方向においてプラズマ生成容器１０２を挟む両側に磁極を有する電磁石であるが、永久磁石でも良い。磁界１２２の向きは図示とは逆向きでも良い。

磁界１２２は、それによってプラズマ生成容器１０２内の電子を閉じ込めて当該電子がプラズマ生成容器１０２の壁面に衝突するのを防止して、原料ガスの電離効率を高めてプラズマ密度を高める働きをする。上記のような磁石１２２の代わりに、プラズマ生成容器１０２内にＹ方向に沿うカスプ磁界を発生させる磁石を設けても良い。

プラズマ生成容器１０２のＹ方向の両側には、プラズマ生成容器１０２内へ熱電子を放出する傍熱型カソード１２４がそれぞれ配置されている。即ち、傍熱型カソード１２４はこの例では２個設けられている。この傍熱型カソード１２４は、プラズマ生成容器１０２内におけるプラズマ１０８の生成および当該プラズマ１０８全体の密度の制御に用いられる。この制御は、具体的には、プラズマ１０８全体の密度を増減させることである。

各傍熱型カソード１２４は、加熱されることによって熱電子を放出するカソード部材１２６と、このカソード部材１２６を加熱するフィラメント１２８とを有している。このカソード部材１２６の厚さを大きくすることは容易である。なお、プラズマ生成容器１０２に対してカソード部材１２６およびフィラメント１２８を配置するより具体的な構造は、図１９では簡略化して示しているが、例えば特許第３７５８６６７号公報等に記載されているような公知の構造を採用すれば良い。

各フィラメント１２８には、それを加熱するフィラメント電源１３０がそれぞれ接続されている。各フィラメント電源１３０は、図示例のように直流電源でも良いし、交流電源でも良い。

各フィラメント１２８とカソード部材１２６との間には、フィラメント１２８から放出された熱電子をカソード部材１２６に向けて加速して、当該熱電子の衝撃を利用してカソード部材１２６を加熱する直流のボンバード電源１３２が、カソード部材１２６を正極側にしてそれぞれ接続されている。

各カソード部材１２６とプラズマ生成容器１０２との間には、カソード部材１２６から放出された熱電子を加速して、プラズマ生成容器１０２内に導入された原料ガスを電離させると共にプラズマ生成容器１０２内でアーク放電を生じさせて、プラズマ１０８を生成する直流のアーク電源１３４が、カソード部材１２６を負極側にしてそれぞれ接続されている。

各電源１３０、１３２、１３４の出力の内の一つ以上を増減させることによって、プラズマ１０８全体の密度を増減させることができる。

この図１９に示したイオン源１００においては、傍熱型カソード１２４を用いてプラズマ１０８全体の密度を増減させることができる。例えば、アーク電源１３４の出力電圧は、目的とするイオン種の電離電圧以上（例えば２０Ｖ〜２００Ｖ程度）の比較的高い電圧で運転する。そして、例えば、ボンバード電源１３２の出力電圧を制御（増減）して、プラズマ１０８全体の密度を増減させる。

これによって、フィラメントカソード１１４を用いてプラズマ１０８全体の密度を増大させる必要がなくなるので、フィラメントカソード１１４にアーク電源１１８から印加する電圧や各フィラメントカソード１１４に流すフィラメント電流Ｉ_Fを小さくして、各フィラメントカソード１１４の消耗を抑えることができる。例えば、アーク電源１１８の出力電圧は、アーク電源１３４の出力電圧よりも低い電圧（例えば１０Ｖ〜６０Ｖ程度）で運転することができる。

しかも、図１８に示したイオン源１００の場合と同様に、複数のフィラメントカソード１１４を用いて、プラズマ１０８の濃淡を制御してプラズマ１０８のＹ方向における密度分布を制御することができる。

その結果、Ｙ方向の寸法Ｗ_Yが大きく、ビーム電流も大きく、かつＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性の良いイオンビーム５０を発生させることができる。しかも、各フィラメントカソード１１４の消耗を抑えてその寿命を長くすることができると共に、傍熱型カソード１２４も、それが本来有する特性として、そのカソード部材１２６の厚さを大きくして寿命を長くすることができるので、カソードの寿命を長くすることができる。

図１９に示すイオン源１００のようにプラズマ生成容器１０２のＹ方向の両側に傍熱型カソード１２４を配置する代わりに、Ｙ方向の一方側に傍熱型カソード１２４を配置し、その反対側に、即ちＹ方向の他方側に、傍熱型カソード１２４に対向させてプラズマ生成容器１０２内の電子（主として傍熱型カソード１２４およびフィラメントカソード１１４からの熱電子）を反射させる（追い返す）働きをする反射電極を配置しても良い。このような反射電極を設けると、電子は、磁界１２２の方向を軸として磁界１２２中で旋回しながら傍熱型カソード１２４（より具体的にはそのカソード部材１２６）と反射電極との間を往復運動するようになり、その結果当該電子と原料ガス分子との衝突確率が高くなって原料ガスの電離効率が高まるので、プラズマ１０８の生成効率が高まる。従って、傍熱型カソード１２４を片側に設けても、両側に設けた場合に近い効果を奏することができる。

（４）ビーム均一化器３００について
図１中に示したビーム均一化器３００は、イオンビーム５０のＹ方向における複数箇所の軌道を電界または磁界によって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。

このビーム均一化器３００は、上記加減速器４００が設けられている場合は、分析電磁石２００と加減速器４００との間に配置するのが好ましい。また、分析電磁石２００と分析スリット２９０との間には比較的大きな距離（スペース）が存在している場合が多いので、その場合は、図１に示す例のように、分析電磁石２００と分析スリット２９０との間に配置するのが好ましい。

このようなビーム均一化器３００を備えていると、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して、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。均一化制御装置８０を用いて均一化制御を行う場合や、ビーム均一化器３００のより具体例として後述する電界レンズ３００ａ、磁界レンズ３００ｂ、電磁制御体３００ｃを用いる場合も同様である。

上記第２ビーム測定器７０からの測定情報Ｄ₂に基づいて、例えば均一化制御装置８０によって、ビーム均一化器３００を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に到達するイオンビーム５０を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に到達するイオンビーム５０を増大させることの少なくとも一方を行って、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ようにしても良い。そのようにすると、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して、基板６０に対するイオン注入の均一性を高める制御を省力化して行うことができる。

なお、ビーム均一化器３００を制御する均一化制御装置と、前述したイオン源１００内のプラズマ密度分布制御手段を制御する均一化制御装置とは、それぞれ別の制御装置でも良いし、一つの均一化制御装置８０内に両方の制御機能を持たせていても良い。

次に、ビーム均一化器３００のより具体例およびその制御の例について説明する。

ビーム均一化器３００として、図２０に示すような電界レンズ３００ａを設けても良い。この電界レンズ３００ａ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３０２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３０２は、図示例では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３０２間は、図２０に示すように、電気的に並列接続されている。なお、図２０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。

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電界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電界レンズ電源３０４を設けている。即ち、電極対の数だけ電界レンズ電源３０４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、一つの電界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。

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３０２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。

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Ｅ_Yを生じさせて（図２０中の電界Ｅ_Yはその一例を示す）、この電界Ｅ_Y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。

従って、上記電界レンズ３００ａによって、イオンビーム５０の任意の領域にあるイオンをＹ方向に曲げて、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調整してその均一性をより高めることができる。

均一化制御装置８０によって、第２ビーム測定器７０からの測定情報Ｄ₂に基づいて、複数ｎ₅個（ｎ₅は電極対の数と同数）の制御信号Ｓ₃を各電界レンズ電源３０４に与えて各電界レンズ電源３０４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うにしても良い。より具体的には、均一化制御装置８０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電界レンズ３００ａ中の領域にその隣から電界Ｅ_Y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Ｅ_Y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。

ビーム均一化器３００として、図２１に示すような磁界レンズ３００ｂを設けても良い。この磁界レンズ３００ｂは、イオンビーム５０をＸ方向において挟んで相対向する磁極３０６の対（磁極対）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）磁極対および各磁極対をそれぞれ励磁する複数の励磁コイル３０８を有している。

各磁極３０６の背後は、ヨーク３１０で磁気的に接続されている。各磁極３０６の先端のイオンビーム５０の経路は、非磁性材から成る真空容器３１２で囲まれている。

各磁極対用の励磁コイル３０８に直流電流をそれぞれ流す複数の磁界レンズ電源３１４を設けている。即ち、磁極対の数だけ磁界レンズ電源３１４を設けている。この各電源３１４は、少なくともその出力電流の大きさが可変である。更に各電源３１４は、両極性電源にして、出力電流の方向を反転可能にしておくのが好ましい。

図２１では配線を簡略化して示しているけれども、対を成す二つの磁極３０６にそれぞれ巻かれた励磁コイル３０８は、互いに同一方向に磁界Ｂを発生させるように互いに直列接続されて磁界レンズ電源３１４に接続されている。

各段の磁極対の励磁コイル３０８に流す直流電流を調整して、各段の磁極対で発生させる磁界Ｂを調整して、イオンビーム５０に対してＹ方向に働くローレンツ力Ｆ_Y（図２１中の磁界Ｂおよびローレンツ力Ｆ_Yはその一例を示す）を調整して、イオンビーム５０中のイオンをＹ方向に曲げることができる。

従って、上記磁界レンズ３００ｂによって、イオンビーム５０の任意の領域にあるイオンをＹ方向に曲げて、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調整してその均一性をより高めることができる。

均一化制御装置８０によって、第２ビーム測定器７０からの測定情報Ｄ₂に基づいて、複数ｎ₆個（ｎ₆は磁極対の数と同数）の制御信号Ｓ₄を各磁界レンズ電源３１４に与えて各磁界レンズ電源３１４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うにしても良い。より具体的には、均一化制御装置８０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磁界レンズ３００ｂ中の領域にその隣から向かうローレンツ力Ｆ_Yが増大するように、前記低電流密度領域に対応する領域付近の前記磁極対の励磁コイル３０８に流す電流を調整し、逆の場合は逆にして（即ち、ローレンツ力Ｆ_Yが減少する、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。

（５）加減速器４００について
図１中に示した加減速器４００は、静電界によって、イオンビーム５０をＸ方向に偏向させ、かつ当該イオンビーム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２９０と上記注入位置、換言すれば分析スリット２９０と基板駆動装置５００との間に設けている。

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、エネルギー分析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。

加減速器４００のより具体例を図２２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（より具体的にはそられの隙間４１４や開口４１６の）中心軌道を通るように設定すれば良い。

上記各電極および各電極体に与える各電位の例を表２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。

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。

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。

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２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。

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２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。

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。

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２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。

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。

（６）基板駆動装置５００について
図１中に示す基板駆動装置５００のより具体例を図２３〜図２５に示す。

この基板駆動装置５００においては、基板６０を保持するホルダ５０２を支持する支持体５０８が、円板状のターンテーブル５１２に支持されている。このとき、ターンテーブル５１２の中心Ｏ₂は、ホルダ５０２の基板保持面５０４の中心Ｏ₁を通過しかつＹ方向に実質的に平行な仮想の中心軸５６０上にある（図２３参照）。なお、図示されている基板６０は、便宜上、ホルダ５０２とほぼ同じ厚みとしているが、実際には、基板６０は非常に薄いので、中心軸５６０は、実質的に基板６０の表面６２を通過していると言える。このターンテーブル５１２は、中心軸５６０を中心に回転する。

また、必須の構成ではないが、この基板駆動装置５００では、オリフラ角制御モータ５１０が支持体５０８に内蔵されている。これにより、イオンビーム５０に対してホルダ５０２ひいては基板６０を１回走査する毎にオリフラ角を変えて注入を行うステップ注入等を実施できる。オリフラ角とは、基板６０に形成されたオリエンテーションフラット（または切り欠き）が、所定方向に対して成す角度を言う。

更に、この基板駆動装置５００は、可逆転式の入射角度設定用モータ５１４および可逆走式のＸ方向用リニアモータ５２０を備えている。

入射角度設定用モータ５１４は、ターンテーブル５１２に連結されている入射角度設定用回転子５１６と、この入射角度設定用回転子５１６に対向し、かつ後述するＸ方向用走行子５２８に固定されている入射角度設定用固定子５１８とを有している。

入射角度設定用回転子５１６は、ターンテーブル５１２の外周部の一部に設けられており、Ｙ方向方向に見た場合における形状が、ターンテーブル５１２の外周面に沿って円弧状に形成されている。

入射角度設定用モータ５１４が中心軸５６０を中心にターンテーブル５１２を回転させると、支持体５０８を介してターンテーブル５１２に支持されたホルダ５０２は、中心軸５６０を中心に回転させられる。このようにして、ホルダ５０２の基板保持面５０４ひいては基板６０の表面６２に対するイオンビーム５０の入射角度θを設定可能となっている。入射角度θは、基板６０の表面に立てた垂線５６２とイオンビーム５０の中心軌道５４との成す角度である。

Ｘ方向用リニアモータ５２０は、Ｘ方向用固定子５２２と、このＸ方向用固定子５２２に対向するＸ方向用走行子５２８とを有している。

Ｘ方向用固定子５２２は、Ｘ方向に沿う方向に長い固定板５２４と、この固定板５２４に固定されていて、Ｘ方向に沿う方向に長いガイドレール５２６とを有している。

Ｘ方向用走行子５２８は、入射角度設定用モータ５１４を支持しており、ガイドレール５２６に沿って直線的に往復移動する。

従って、Ｘ方向用走行子５２８がＸ方向に沿う方向に往復移動すると、ホルダ５０２および入射角度設定用モータ５１４が、これに伴ってＸ方向に直線的に往復移動する。

更に、この基板駆動装置５００は、可逆走式のＺ方向用リニアモータ５３０を備えている。

このＺ方向用リニアモータ５３０は、Ｚ方向用固定子５３２と、このＺ方向用固定子５３２に対向するＺ方向用走行子５３８とを有している。ただし、Ｘ方向用固定子５２２とＺ方向用走行子５３８とを、より具体的には、固定板５２４とＺ方向用走行子５３８とを一つの部材とすることによって、これらの機能を兼用させるようにしても良い。

Ｚ方向用固定子５３２は、Ｚ方向に沿う方向に長い固定板５３４と、この固定板５３４に固定されていて、Ｚ方向に沿う方向に長いガイドレール５３６とを有している。

なお、固定板５３４は、図２３に示すように、この実施形態では真空容器５７０の底面に固定して支持されているが、例えば、固定板５３４を固定するための架台等を真空容器５７０内に設けても良い。

Ｚ方向用走行子５３８は、Ｘ方向用リニアモータ５２０、より具体的には固定板５２４を支持しており、ガイドレール５３６に沿ってＺ方向およびその逆方向に直線的に往復移動する。

従って、Ｚ方向用走行子５３８がＺ方向およびその逆方向に往復直線移動すると、ホルダ５０２、入射角度設定用モータ５１４およびＸ方向用リニアモータ５２０が、これに伴ってＺ方向およびその逆方向に往復直線移動する。

なお、入射角度設定用モータ５１４、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０は、真空状態に保密される真空容器５７０内に配置されている。

図２４に示すように、真空容器５７０の外側には、モータ制御装置５４０が設けられている。このモータ制御装置５４０は、真空容器５７０の壁面を貫通するフィールドスルー５６４を介して、入射角度設定用モータ５１４を制御すると共に、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０を互いに同期して動作させる制御（同期制御）を行うよう、これらと電気的に接続されている。

モータ制御装置５４０は、それに所望の入射角度θが設定されると、ホルダ５０２の基板保持面５０４に対するイオンビーム５０の入射角度が当該設定された入射角度θとなるように、入射角度設定用モータ５１４によってターンテーブル５１２を回転させる。その後、ホルダ５０２に保持された基板６０に対してイオンビーム５０が照射される。これによって、基板６０にイオン注入が行われる。

次に、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０が、モータ制御装置５４０によって同期制御される動作を図２５を参照しつつ説明する。

Ｘ方向用リニアモータ５２０をＸ方向に直線移動させる距離を±Δｘとし、Ｚ方向用リニアモータ５３０をＺ方向またはその逆方向に直線移動させる距離を±Δｚとしたとき、モータ制御装置５４０は、数２の関係式またはそれと数学的に等価の関係を満たすように、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０を同期制御する。

［数２］
±Δｚ＝±Δｘｔａｎθ ［複号同順］

ここで、Δｚは、イオンビーム５０の進行方向Ｚを正、それと反対方向を負としている。Δｘは、イオンビーム５０の進行方向に見て左方向（図２５の上方向）を正、右方向（図２５の下方向）を負としている。

Ｘ方向用リニアモータ５２０をＸ方向に直線移動させる距離およびＺ方向用リニアモータ５３０をＺ方向またはそれと逆方向に直線移動させる距離についてより具体的に言えば、それぞれ、Ｘ方向用走行子５２８をＸ方向用固定子５２２に対してＸ方向に直線移動させる距離およびＺ方向用走行子５３８をＺ方向用固定子５３２に対してＺ方向またはそれと逆方向に直線移動させる距離である。

モータ制御装置５４０が、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０を上記のように同期制御すると（即ち、両者５２０、５３０を同期して動作させると）、ホルダ５０２は、任意の入射角度θを一定に保った状態で、イオンビーム５０の主面５２（図２、図３参照）に交差する方向でありかつ当該ホルダ５０２の基板保持面５０４に実質的に平行な方向（図１、図２５中に矢印Ｃで示す方向）に、直線的に往復移動（走査）させられる。

従って、ホルダ５０２ひいては基板６０を、任意の入射角度θで走査しても、イオンビーム５０の経路上の任意の点（例えば、ある基準位置５５２）から基板６０の表面６２までの距離Ｌ₁は実質的に一定となる。その結果、イオンビーム５０がＸ方向に幅や発散角αを持っていても、基板６０の表面６２に照射されるイオンビーム５０の照射領域の面積が常に実質的に一定となるので、基板６０の表面６２に照射されるイオンビーム５０のビーム電流密度が基板６０の表面内において不均一になることを抑制することができる。その結果、基板６０の表面６２内におけるイオン注入の均一性をより向上させることができる。この効果は、イオンビーム５０のＸ方向の発散角αが大きい場合や、入射角度θが大きい場合により顕著になる。

更に、ホルダ５０２を、Ｘ方向ならびにＺ方向およびその逆方向に移動させることができると共に中心軸５６０を中心として回転させることができるので、基板６０の搬送時における自由度が向上する。即ち、基板６０を、搬送しやすい位置まで移動させることが可能となる。

また、ボールネジ等を用いることによって、ホルダ５０２を上記と同様に走査する装置も考えられるが、それに比べてこの基板駆動装置５００のように、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０を用いる方が、精度を確保しつつ構造を簡素化できる。また、ネジ部からのパーティクル（汚染粒子）の発生を防止することができる。

しかも、ホルダ５０２の基板保持面５０４の中心Ｏ₁およびターンテーブル５１２の中心Ｏ₂のいずれも中心軸５６０上にあるので、中心軸５６０を中心としてターンテーブル５１２を回転させるのみで入射角度θを設定できる。即ち、Ｘ方向用リニアモータ５２０またはＺ方向用リニアモータ５３０を動作させる必要がないので、制御が簡単になると共に、構造の簡素化および低コスト化を図ることができる。

ただし、ターンテーブル５１２の中心Ｏ₂が中心軸５６０とずれている場合であっても、上記作用効果を奏することができる。即ち、ターンテーブル５１２の中心Ｏ₂が中心軸５６０とずれているとき、ターンテーブル５１２を回転させると、Ｘ方向およびＺ方向に沿う方向におけるホルダ５０２の位置が変わることとなるが、これは、Ｘ方向用リニアモータ５２０およびＺ方向用リニアモータ５３０によって補正可能だからである。

なお、上述の実施形態では、入射角度設定用モータ５１４をＸ方向用リニアモータ５２０が支持し、このＸ方向用リニアモータ５２０をＺ方向用リニアモータ５３０が支持しているが、これに限られない。

例えば、Ｘ方向用リニアモータ５２０とＺ方向用リニアモータ５３０とを入れ替えて、入射角度設定用モータ５１４をＺ方向用リニアモータ５３０が支持し、このＺ方向用リニアモータ５３０をＸ方向用リニアモータ５２０が支持していても良い。このとき、Ｚ方向用リニアモータ５３０は、ホルダ５０２ならびに入射角度設定用モータ５１４をＺ方向およびその逆方向に移動させることとなる。Ｘ方向用リニアモータ５２０は、真空容器５７０に固定されていて、ホルダ５０２、入射角度設定用モータ５１４およびＺ方向用リニアモータ５３０を、Ｘ方向に移動させることとなる。

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。リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。イオンビームと基板のＹ方向における寸法の関係の例を示す図である。分析電磁石の一実施形態を示す平面図である。図４の線Ａ−Ａに沿う縦断面図である。図４に示した分析電磁石のコイルを示す斜視図である。第１主コイルを線で模式的に示す斜視図である。図４に示した分析電磁石のコイル用の電源構成の一例を示す回路図である。分析電磁石から出射した直後の、正常な形態を有するイオンビームの例を示す図である。分析電磁石から出射した直後の、傾いた形態を有するイオンビームの一例を示す図である。分析電磁石から出射した直後の、傾いた形態を有するイオンビームの他の例を示す図である。分析電磁石から出射した直後の、歪んだ形態を有するイオンビームの一例を示す図である。分析電磁石から出射した直後の、歪んだ形態を有するイオンビームの他の例を示す図である。分析電磁石から出射した直後の、歪んだ形態を有するイオンビームの更に他の例を示す図である。分析電磁石から出射した直後の、歪んだ形態を有するイオンビームの更に他の例を示す図である。図１４に示す形態のイオンビームが分析スリットに入射する状態の一例を示す図である。磁場測定器を設けた分析電磁石の実施形態を示す縦断面図であり、図５に対応している。イオン源の一例を示す断面図である。イオン源の他の例を示す断面図である。ビーム平行化器の一例である電界レンズおよびその電源の一例を示す図である。ビーム平行化器の他の例である磁界レンズおよびその電源の一例を示す図である。加減速器の一例を示す横断面図である。基板駆動装置の一例を示す側面図である。図２３に示す基板駆動装置の平面図である。Ｘ方向用リニアモータおよびＺ方向用リニアモータの動作の一例を示す平面図である。従来の分析電磁石の一例を示す縦断面図であり、全体の１／４を示している。

符号の説明

５０イオンビーム
６０基板
７０第２ビーム測定器
８０均一化制御装置
１００イオン源
１１４フィラメントカソード
１１６フィラメント電源
２００分析電磁石
２０６第１主コイル
２０８本体部
２１０渡り部
２１２第２主コイル
２１４本体部
２１６渡り部
２１８、２１８ａ〜２１８ｃ第１副コイル
２２０本体部
２２２渡り部
２２４、２２４ａ〜２２４ｃ第２副コイル
２２６本体部
２２８渡り部
２３０ヨーク
２３２磁極
２５０主コイル電源
２５２副コイル電源
２５４第１ビーム測定器
２５６磁石制御装置
２５８磁場測定器
２６０分析電磁石装置
２９０分析スリット
３００ビーム均一化器
３００ａ電界レンズ
３０４電界レンズ電源
３００ｂ磁界レンズ
３１４磁界レンズ電源
４００加減速器
４０２、４０４、４０６電極
５００基板駆動装置
５０２ホルダ
５０４基板保持面
５１４入射角度設定用モータ
５２０Ｘ方向用リニアモータ
５３０Ｚ方向用リニアモータ
５４０モータ制御装置

Claims

互いに直交する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が入射され、当該イオンビームの通り道であるビーム経路にＹ方向に沿う磁界を発生させて、当該イオンビームをＸ方向に曲げる分析電磁石であって、
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方向の一方側の半分以上をカバーする一組の本体部および両本体部の端部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主コイルと協働して、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主コイルと、
前記ビーム経路を挟んでＸ方向において相対向すると共にイオンビームのＹ方向の他方側の半分以上をカバーしており、かつ前記第１主コイルの本体部とＹ方向において互いに重ねて配置されている一組の本体部および両本体部の端部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、前記第１主コイルと協働して、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主コイルと、
前記第１主コイルの外側にあって前記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端部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、前記主磁界の補正を行う副磁界を発生させる１以上の第１副コイルと、
前記第２主コイルの外側にあって前記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端部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、前記主磁界の補正を行う副磁界を発生させる１以上の第２副コイルと、
前記第１主コイル、第２主コイル、第１副コイルおよび第２副コイルの本体部の外側を一括して囲んでいるヨークと、
前記ビーム経路を挟んでＹ方向において相対向するように、前記ヨークから内側に突出している一組の磁極とを備えている分析電磁石。
前記第１副コイルを複数備えていて、各第１副コイルの本体部はＹ方向においてそれぞれ重ねて配置されており、かつ前記第２副コイルを複数備えていて、各第２副コイルの本体部はＹ方向においてそれぞれ重ねて配置されている請求項１記載の分析電磁石。
請求項１または２記載の分析電磁石から出射する前記イオンビームのＸ，Ｙ方向の２次元の形態を測定して、当該形態が所望のものになるように、前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を制御する、分析電磁石の制御方法。
前記分析電磁石から出射するイオンビームの内で、前記Ｙ方向に平行な所定の中心軸よりも曲率半径の内側に曲がり過ぎている部分に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイル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前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、前記分析電磁石から出射するイオンビームの形態を前記中心軸に平行なものに近づける請求項３記載の分析電磁石の制御方法。
請求項１または２記載の分析電磁石内の前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を測定して、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布が所望のものになるように、前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を制御する、分析電磁石の制御方法。
前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布の内で、相対的に磁束密度が大きい領域に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を減らすことと、相対的に磁束密度が小さい領域に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を均一化する請求項５記載の分析電磁石の制御方法。
請求項１または２記載の分析電磁石と、
前記分析電磁石の第１主コイルおよび第２主コイルに互いに同じ大きさの電流を流す１以上の主コイル電源と、
前記分析電磁石の各第１副コイルおよび各第２副コイルに電流をそれぞれ流す電源であって、各第１副コイルおよび各第２副コイルに流す電流をそれぞれ独立して制御することができる１以上の副コイル電源と、
前記分析電磁石から出射する前記イオンビームのＸ，Ｙ方向の２次元の形態を測定する第１ビーム測定器と、
前記第１ビーム測定器による測定情報に基づいて、前記副コイル電源を制御して、前記分析電磁石から出射するイオンビームの内で、前記Ｙ方向に平行な所定の中心軸よりも曲率半径の内側に曲がり過ぎている部分に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイル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前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、前記分析電磁石から出射するイオンビームの形態を前記中心軸に平行なものに近づける制御を行う磁石制御装置とを備えている分析電磁石装置。
請求項１または２記載の分析電磁石と、
前記分析電磁石の第１主コイルおよび第２主コイルに互いに同じ大きさの電流を流す１以上の主コイル電源と、
前記分析電磁石の各第１副コイルおよび各第２副コイルに電流をそれぞれ流す電源であって、各第１副コイルおよび各第２副コイルに流す電流をそれぞれ独立して制御することができる１以上の副コイル電源と、
前記分析電磁石内の前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を測定する磁場測定器と、
前記磁場測定器による測定情報に基づいて、前記副コイル電源を制御して、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布の内で、相対的に磁束密度が大きい領域に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を減らすことと、相対的に磁束密度が小さい領域に対応する前記第１副コイルおよび第２副コイルに流す電流を増やすことの少なくとも一方を行って、前記ビーム経路におけるＹ方向の磁束密度分布を均一化する制御を行う磁石制御装置とを備えている分析電磁石装置。
基板にイオンビームを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曲げる請求項１もしくは２記載の分析電磁石または請求項７もしくは８記載の分析電磁石装置と、
前記分析電磁石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、前記基板を前記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を備えているイオン注入装置。
前記分析電磁石と前記注入位置との間に設けられていて、前記分析電磁石と協働して、前記イオンビームの運動量分析を行う分析スリットを更に備えている請求項９記載のイオン注入装置。
前記分析電磁石と前記注入位置との間に設けられていて、前記イオンビームのＹ方向における複数箇所の軌道を電界または磁界によってＹ方向に曲げて、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化するビーム均一化器を更に備えている請求項９または１０記載のイオン注入装置。
前記分析電磁石と前記注入位置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Ｘ方向に偏向させ、かつ当該イオンビームの加速または減速を行う加減速器を更に備えている請求項９、１０または１１記載のイオン注入装置。
前記イオン源は、その内部でのＹ方向におけるプラズマ密度分布を制御するプラズマ密度分布制御手段を有しており、
このイオン注入装置は、更に、前記注入位置の上流側または下流側において、前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定する第２ビーム測定器と、
前記第２ビーム測定器による測定情報に基づいて、前記プラズマ密度分布制御手段を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応するイオン源内領域におけるプラズマ密度を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応するイオン源内領域におけるプラズマ密度を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置での前記イオンビームの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均一化制御装置を備えている請求項９、１０、１１または１２記載のイオン注入装置。
前記注入位置の上流側または下流側において、前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定する第２ビーム測定器と、
前記第２ビーム測定器による測定情報に基づいて、前記ビーム均一化器を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に到達するイオンビームを減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に到達するイオンビームを増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置での前記イオンビームの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均一化制御装置とを更に備えている請求項１１記載のイオン注入装置。
前記加減速器は、前記イオンビームの進行方向に、上流側から第１の電極、第２の電極および第３の電極の順で配列された第１ないし第３の電極を有していて、第１の電極と第２の電極との間および第２の電極と第３の電極との間で前記イオンビームを２段階に分けて加速または減速するものであって、しかも第２の電極を、前記イオンビームの経路を挟んでＸ方向において相対向していて互いに異なる電位が与えられて前記イオンビームをＸ方向に偏向させる二つの電極体に分けて構成すると共に、第３の電極を、前記偏向後の特定エネルギーを有するイオンビームの軌道に沿って配置している請求項１２記載のイオン注入装置。
前記基板駆動装置は、
基板保持面に前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダを支持していて、当該ホルダを、Ｙ方向に平行な中心軸を中心に回転させることによって、前記基板保持面に対する前記イオンビームの入射角度を設定可能な入射角度設定用モータと、
前記入射角度設定用モータを支持していて、前記ホルダおよび当該入射角度設定用モータをＸ方向に往復直線移動させるＸ方向用リニアモータと、
前記Ｘ方向用リニアモータを支持していて、前記ホルダ、前記入射角度設定用モータおよび当該Ｘ方向用リニアモータを、前記イオンビームの進行方向であるＺ方向およびその逆方向に往復直線移動させるＺ方向用リニアモータと、
前記Ｘ方向用リニアモータおよび前記Ｚ方向用リニアモータを互いに同期して動作するように制御して、前記ホルダを、前記イオンビームの主面に交差する方向でありかつ前記基板保持面に平行に直線的に往復移動させるモータ制御装置とを備えている請求項９から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
前記基板駆動装置は、
基板保持面に前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダを支持していて、当該ホルダを、Ｙ方向に平行な中心軸を中心に回転させることによって、前記基板保持面に対する前記イオンビームの入射角度を設定可能な入射角度設定用モータと、
前記入射角度設定用モータを支持していて、前記ホルダおよび当該入射角度設定用モータを、前記イオンビームの進行方向であるＺ方向およびその逆方向に往復直線移動させるＺ方向用リニアモータと、
前記Ｚ方向用リニアモータを支持していて、前記ホルダ、前記入射角度設定用モータおよび当該Ｚ方向用リニアモータをＸ方向に往復直線移動させるＸ方向用リニアモータと、
前記Ｚ方向用リニアモータおよび前記Ｘ方向用リニアモータを互いに同期して動作するように制御して、前記ホルダを、前記イオンビームの主面に交差する方向でありかつ前記基板保持面に平行に直線的に往復移動させるモータ制御装置とを備えている請求項９から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。