JP5585788B2 - イオン注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、リボン状のイオンビームを質量分離し、基板へのイオン注入処理を施すイオン注入装置に関する。

従来から、リボン状のイオンビームを質量分離し、基板へのイオン注入処理を施すイオン注入装置が使用されており、その一例が、特許文献１に開示されている。

特許文献１のイオン注入装置で用いられる質量分離マグネットは、一方向に長く、長さ方向と直交する方向に厚みを有する帯状（リボン状、あるいはシート状とも呼ばれている）のイオンビームをその長さ方向から挟むようにして対向配置された一対の磁極を備えている。各磁極にはコイルが巻回されており、当該コイルに電流を供給することによって磁極間に磁場が発生される。この磁場を用いて、厚み方向に曲率を持つように帯状のイオンビームの進行方向を曲げて、質量分離マグネットの下流に位置する分離スリット（分析スリットとも言う）の位置で帯状のイオンビームをその厚み方向に収束させて質量分離を行っている。

特開２００８−２４３７６５号公報（段落００２１〜００２２、図２）

ここ数年、リボン状のイオンビームの長さ方向の寸法は、基板寸法の大型化に合わせて、長くなっている。ガラス基板のような大型基板である場合、長さ方向の寸法は600mm〜900mm程度で、厚み方向の寸法は30mm〜100mm程度のイオンビームが使用されている。また、基板がシリコンウェーハのように比較的小さな半導体基板であっても、将来、標準とされる大型の基板では直径寸法が450mmにもなるので、長さ方向の寸法が500mm程度で、厚み方向の寸法が20mm〜50mm程度のイオンビームが使用されるものと考えられている。

特許文献１に記載の質量分離マグネットに設けられた一対の磁極間の距離は、リボン状のイオンビームの長さ方向の寸法よりもさらに大きなものに設定されている。大型基板へのイオン注入を行う場合、取扱うイオンビームの長さ方向の寸法が非常に大きなものになるので、磁極間の距離をこれまで以上に広げる必要がある。

通常、質量分離マグネット内の磁場は、質量分離を行うイオンビームの全域に渡って所望する強度で均一な磁場分布となるように設計されている。このような均一な磁場分布は、質量分離されるイオンビームの偏向量をイオンビームの全域に渡ってほぼ等しい量にして、精度良く質量分離を行う為に必要とされている。

しかしながら、磁極間の距離が広がった場合、リボン状のイオンビームの長さ方向において、磁場分布に偏りが生じてしまう。磁極間の距離が広がるほど、対向配置された磁極間に発生する磁力線は、磁極の周端部で湾曲する。その結果、相対的に、対向配置された磁極間の中央部での磁束密度が疎となり、磁極近傍での磁束密度が密になる。この影響を受けて、磁極間を通過するリボン状のイオンビームの偏向量にも違いが生じる。具体的には、磁極間の中央部を通過するリボン状のイオンビームの偏向量は、磁極近傍を通過するリボン状のイオンビームの偏向量に比べて小さくなり、長さ方向においてイオンビームの形状に歪みが生じる。特許文献１の質量分離マグネットを構成する一対の磁極は、リボン状のイオンビームの長さ方向で対向配置されているので、前述したリボン状のイオンビームの長さ方向における偏向量の違いが大きく表れ、精度の良い質量分離を行うことが難しくなる。

一方で、特許文献１に記載の質量分離マグネットにおいて、磁極間で発生する不均一な磁束密度分布を改善する為に、リボン状のイオンビームの厚み方向における磁極寸法を十分に大きし、その中央部付近にリボン状のイオンビームを通過させるように質量分離マグネットを構成することが考えられるが、その場合、質量分離マグネットの寸法が非常に大きなものになってしまう。

また、磁極間の距離が広がるのにつれて、当該磁極間で発生させる磁場の強度が弱くなる。磁場の強度が弱くなる一方で、イオンビームを質量分離する際に必要とされる偏向量には変わりはないので、質量分離マグネットの各磁極に巻回されたコイルに流す電流量を増加させて、磁場強度を強めることが必要とされる。この場合、電流量の増加に伴って、質量分離マグネットの消費電力が大きくなってしまう。

そこで、本発明では、基板寸法の大型化に伴って、リボン状のイオンビームの長さ方向における寸法を長くした場合であっても、従来の構成に比べて、磁極間での磁場分布が均一で、寸法が小さく、しかも、消費電力が小さい質量分離マグネットを備えたイオン注入装置を提供することを期所の目的とする。

本発明に係るイオン注入装置は、一方向に長いリボン状のイオンビームを生成するイオン源と、前記イオン源の下流に配置され、前記イオンビームの長さ方向と進行方向で定義される平面内に位置する前記イオンビームの主面を介して対向配置された一対の磁極を有し、前記磁極間で発生される磁場によって、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの長さ方向に偏向させる質量分離マグネットと、前記質量分離マグネットを通過したイオンビームのうち、所望するイオン種を含むイオンビームを通過させる分析スリットと、
前記分析スリットを通過したイオンビームが照射される基板が配置された処理室とを有するイオン注入装置において、前記磁極間で発生される磁場の方向が、前記質量分離マグネット内を通過する前記イオンビームの主面を斜めに横切る方向であることを特徴としている。

リボン状のイオンビームの進行方向をイオンビームの長さ方向に偏向させて質量分離を行うので、質量分離マグネットの磁極をイオンビームの主面を介して対向配置させることができる。その為、リボン状のイオンビームをその長さ方向から挟むように磁極が配置された従来の構成に比べて、磁極間の距離をごくわずかな距離にすることができる。その結果、磁極間で発生する磁場分布の均一性を向上させることができる。また、磁場分布の均一性が良いので、磁場分布の偏りを軽減する為に、磁極寸法を大きくする必要がない。その為、従来の構成で均一な磁場分布を形成する場合に比べて、質量分離マグネットの寸法を小さなものにすることができる。さらに、磁極間の距離が小さいので、磁極間で発生する磁場の強度は十分に強くなる。その為、磁極間の距離の拡大に伴って磁場強度が弱くなることを補償する為に、従来の質量分離マグネットのように磁極に巻回されたコイルに流す電流量を増加させる必要がないので、その分、質量分離マグネットの消費電力を小さくすることができる。

また、従来、長さ方向にリボン状のイオンビームの進行方向を偏向させて、質量分離を行う場合、長さ方向で所望するイオン種を含むリボン状のイオンビームとそれ以外のイオン種を含むリボン状のイオンビームの分離を行っていた。その場合、質量分離マグネットの寸法を大きくするか、当該マグネット内部で発生される磁場を強くして、所望するイオン種を含むリボン状のイオンビームとそれ以外のイオン種を含むリボン状のイオンビームとの偏向量の差を非常に大きなものにしなければならなかった。これに対して、本発明のイオン注入装置では、磁極間で発生される磁場の方向が、質量分離マグネット内を通過するイオンビームの主面を斜めに横切る方向となるように構成しているので、主面に垂直なリボン状のイオンビームの厚み方向で所望するイオン種とそれ以外のイオン種を含むリボン状のイオンビームの分離を行うことが可能となる。その為、前述したような質量分離マグネットの大型化や磁場強度を強くするといった必要が生じない。

より具体的な質量分離マグネットの構成としては、前記磁極は、前記イオンビームの長さ方向において、前記イオンビームの寸法よりも大きい寸法を有している。

また、前記磁極間の距離は、前記質量分離マグネット内部で一定であることを特徴としている。

そして、質量分離マグネットへ入射するイオンビームとしては、前記イオン源で生成された前記イオンビームの進行方向が、前記質量分離マグネット内で発生される磁場の方向に対して、斜めに交差しているものであっても良い。

また、イオン源と質量分離マグネットとの間のビーム経路の構成としては、前記イオン源で生成された前記イオンビームの進行方向が、前記質量分離マグネット内で発生される磁場の方向に直交しているとともに、前記イオン源と前記質量分離マグネットとの間のビーム経路に、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの主面に垂直な厚み方向に偏向させる一対の静電偏向電極が配置されていても良い。

一方、次のような構成も考えられる。前記イオン源で生成された前記イオンビームの進行方向が、前記質量分離マグネット内で発生される磁場の方向に直交しているとともに、前記質量分離マグネット内に、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの主面に垂直な厚み方向に偏向させる一対の静電偏向電極が配置されていても良い。

さらには、前記イオン源と前記質量分離マグネットとの間のビーム経路に、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの長さ方向に偏向させる偏向電磁石が配置されていても良い。

質量分離マグネットより、長さ方向において略平行なイオンビームを射出させるには、 前記質量分離マグネット内で、前記イオンビームの長さ方向において異なる場所を通過
する複数のイオンビームの軌道上に引かれた各接線が互いに略平行となる点を結んだ線上に、前記質量分離マグネットの出口側に配置された前記磁極の端部が位置していることが望ましい。

また、質量分離マグネット内を通過する前と通過した後で、イオンビームの長さ方向において、イオンビームの特性をほぼ同一を保つには、前記質量分離マグネット内部で、前記イオンビームの長さ方向において異なる場所を通過する前記イオンビームの軌道の長さは、質量が同じイオン種に関して略同一であることが望まれる。

分析スリットの配置について、前記分析スリットは、前記イオンビームの厚み方向における寸法が略最小となる位置に配置されていることが望ましい。このような配置にしておくと、所望するイオン種を含むイオンビームとそれ以外のイオン種を含むイオンビームとの分離を精度良く行うことができる。

基板寸法の大型化に伴って、リボン状のイオンビームの長さ方向における寸法を長くした場合であっても、従来の構成に比べて、イオン注入装置で用いられる質量分離マグネットを、磁極間での磁場分布が均一で、寸法が小さく、しかも、消費電力が小さなものにすることができる。

本発明で用いられるリボン状のイオンビームの斜視図を表す。図１（Ａ）は長さ方向が略平行なリボン状のイオンビームを表し、図１（Ｂ）は長さ方向が発散するリボン状のイオンビームを表す。 本発明に係る一のイオン注入装置の構成を表す平面図であり、図２（Ａ）はＹＺ平面における平面図で、図２（Ｂ）はＸＺ平面における平面図を表す。 図２に記載のＣ１線、Ｃ２線、Ｃ３線による質量分離マグネットの断面の様子を表し、図３（Ａ）はＣ１線断面図を表し、図３（Ｂ）はＣ２線断面図を表す。そして、図３（Ｃ）はＣ３線断面図を表す。 本発明における質量分離の手法についての説明図であり、図４（Ａ）は質量分離マグネット内を通過するイオンビームを磁場の方向と磁場に垂直な方向の成分に分けた場合の様子を表し、図４（Ｂ）は質量分離マグネット内を通過する所望のイオン種を含むイオンビームの軌道とそれ以外のイオン種を含むイオンビームの軌道を表し、図４（Ｃ）はビーム経路上の各位置で、磁場の方向における各イオンビームの位置を表す。また、図４（Ｄ）は分析スリットで、異なる質量のイオン種を含む各々のイオンビームが分離される様子を表す。 イオンビームの長さ方向において、質量分離マグネット内を通過するイオンビームの軌道の長さが異なる場合での質量分離の手法についての説明図であり、図５（Ａ）は質量分離マグネット内を通過する所望のイオン種を含むイオンビームの軌道とそれ以外のイオン種を含むイオンビームの軌道を表し、図５（Ｂ）は分析スリットで、異なる質量のイオン種を含む各々のイオンビームが分離される様子を表す。 質量分離マグネットの出口側に設けられた磁極端部の構成に関する説明図である。図６（Ａ）は磁極端部の構成方法に係る説明図で、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に基づいて構成された質量分離マグネットを表し、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）の質量分離マグネット内を通過するイオンビームの入射方向と出射方向を反対にした時の様子を表す。 質量分離マグネットの出口側に設けられる磁極端部の構成に関する説明図である。図７（Ａ）は磁極端部の構成方法に係る説明図で、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に基づいて構成された質量分離マグネットを表し、図７（Ｃ）は図７（Ｂ）の質量分離マグネットを通過するイオンビームの入射方向と出射方向を反対にした時の様子を表す。そして、図７（Ｄ）は、図７（Ｂ）の例で、質量分離マグネットを点Ｐ２周りに角度θ１回転させて配置した時の様子を表す。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）に記載のイオン注入装置の変形例であり、イオンビームの進行方向をイオンビームの厚み方向に偏向させる静電偏向電極を有したイオン装置の例である。図８（Ａ）はイオン源と質量分離マグネットとの間のビーム経路に一対の静電偏向電極を設けたイオン注入装置の例で、図８（Ｂ）は質量分離マグネット内に一対の静電偏向電極を設けたイオン注入装置の例で、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の構成に加えて、分析スリットの下流側にも一対の静電偏向電極を設けたイオン注入装置の例である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）に記載のイオン注入装置の変形例であり、質量分離マグネットの他にイオンビームの進行方向をイオンビームの長さ方向に偏向させる電磁石を有したイオン注入装置の例である。図９（Ａ）はＹＺ平面における平面図で、図９（Ｂ）はＸＺ平面における平面図を表す。 本発明のイオン注入装置における分析スリットの配置位置についての説明図である。図１０（Ａ）は厚み方向でイオンビームが焦点を結ぶ様子を表し、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）を別の平面から見たときの様子を表す。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）には、本発明で用いられるイオンビーム１の例が描かれている。これらのイオンビーム１は、後述する図２（Ａ）、（Ｂ）に記載のイオン源１と質量分離マグネット３との間のビーム経路を飛行するイオンビーム１を切り取ったときの様子を表したものである。イオンビーム１は、後述するイオン源２で生成され、図示されるＺ軸の方向（本発明では、Ｚ方向、あるいはイオンビーム１の進行方向とも呼ぶ）に沿って進行し、後述する質量分離マグネット３に入射する。

図１（Ａ）に記載のイオンビーム１は、その進行方向に垂直な平面で切断したとき、Ｘ軸の方向（本発明では、Ｘ方向、あるいはイオンビーム１の長さ方向とも呼ぶ）に幅ＷＸの長さを有し、Ｙ軸の方向（本発明では、Ｙ方向、あるいはイオンビーム１の厚み方向とも呼ぶ）に幅ＷＸよりも十分に狭い幅ＷＹの厚みを有している。このような長方形状の断面を有するイオンビーム１は、一般に、リボン状あるいはシート状のイオンビームと呼ばれている。また、ＸＺ平面内に位置するリボン状のイオンビームの面は、他の面に比べて、幅が広いことから、本発明ではこの面を主面と呼んでいる。

このようなイオンビーム１を生成するイオン源の一例としては、バケット型のイオン源が知られている。より具体的には、カスプ磁場を生成する複数の永久磁石を備えた長方形状のプラズマ生成容器と、プラズマ生成容器内に容器の長さ方向に沿って配置された複数のフィラメントと、プラズマ生成容器の一側面に形成された開口部と、当該開口部に隣接して配置された複数枚の電極群から構成される引出電極系を備えている。

図１（Ａ）に記載のイオンビーム１は、長さ方向の両端部がＺ方向に沿って互いに平行である。しかしながら、実際には完全に平行な状態にはならず、略平行な状態となる。なぜなら、イオンビーム１は空間電荷効果の影響を受けて、Ｚ方向に進むにつれて発散する。発散の程度は、イオンビーム１のエネルギーや正の電荷を有するイオンビーム１であればビーム経路内に存在している電子の割合によっても変化する。また、引出電極系を構成する複数枚の電極群の配置誤差がイオンビーム１の平行性に影響を及ぼす場合も考えられる。その為、長さ方向においてイオンビーム１を完全に平行な状態にすることは難しい。

上記した事項を考慮して、本発明では、図１（Ａ）に例示されたイオンビーム１を、イオンビーム１の長さ方向が略平行なイオンビーム１、あるいは、設計上、イオンビーム１の長さ方向が平行なイオンビーム１と呼んでいる。

これに対して、図１（Ｂ）に記載のイオンビーム１では、イオンビーム１の長さ方向がＺ方向に沿って発散（拡大）している。この発散については、図１（Ｂ）に記載の長さ方向における幅ＷＸ１がＺ方向にイオンビーム１が進むことで、幅ＷＸ２に拡大されていることから容易に理解できるであろう。

このようなイオンビーム１であっても、図１（Ａ）に描かれているイオンビーム１と同じく、リボン状あるいはシート状のイオンビームと呼ばれていて、本発明に適用することができる。なお、このようなイオンビーム１を生成するイオン源の一例としては、バーナス型のイオン源が知られている。より具体的には、直方体形状のプラズマ生成容器と、当該プラズマ生成容器内に配置されたフィラメントと、プラズマ生成容器の一側面に形成された開口部と、当該開口部に隣接配置され、スリット状の開口を有する少なくとも１枚の電極を備えている。なお、図１（Ｂ）に示したイオンビーム１の場合も、図１（Ａ）に示されるイオンビーム１と同じく、空間電荷効果の影響により若干の発散が発生する。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）には、本発明に係るイオン注入装置ＩＭの一例が描かれている。図２（Ａ）と図２（Ｂ）では、描かれている平面が異なっている。これらの図には、前述した図１（Ａ）に記載のイオンビーム１が描かれているが、これに代えて図１（Ｂ）に記載のイオンビーム１を用いても良い。

イオン源２で生成されたイオンビーム１は、一対の磁極９を備えた質量分離マグネット３内で発生する磁場Ｂの方向に対して斜めに交差する方向に進行する。質量分離マグネット３に入射したイオンビーム１は、磁場Ｂによって、図２（Ｂ）に描かれているようにその進行方向が長さ方向に偏向される。

イオン源２で生成されたイオンビーム１には様々なイオン種が含まれており、所望するイオン種を含むイオンビーム１のみが、質量分離マグネット３の下流側（Ｚ方向側）に配置された分析スリット４を通過するように、質量分離マグネット３内の磁場Ｂの強度が調整される。

分析スリット４を通過したイオンビーム１は、処理室５内に導入される。この際、イオンビーム１の長さ方向における寸法は、同方向における基板６（例えば、ガラス基板やシリコンウェーハ等）の寸法よりも長くなるように設定されている。そして、処理室５内に配置された基板６は、矢印Ａの方向に沿って図示されない駆動機構により往復駆動されて、基板６の全面にイオン注入処理が施される。

本発明では、図２（Ａ）に描かれているように、質量分離マグネット３に入射するイオンビーム１の進行方向が、質量分離マグネット３で発生する磁場Ｂの方向に対して斜めに交差している。換言すると、質量分離マグネット３を通過するイオンビーム１の主面（ＸＺ平面内に位置する面）を斜めに横切るように質量分離マグネット３内で磁場Ｂが発生していると言える。このような構成にすることで、イオンビーム１の進行方向をイオンビーム１の長さ方向に偏向させるとともに、イオンビーム１の厚み方向において、分析スリット４で所望するイオン種を含むイオンビーム１を選択的に通過させることを可能にしている。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）には、図２（Ａ）に記載の線分Ｃ１〜Ｃ３によって、質量分離マグネット３を切断した時の様子が描かれている。各図に示されているように、質量分離マグネット３は、Ｈ状のヨーク７と当該ヨーク７より突出し、イオンビーム１の主面を介して対向配置された一対の磁極９を有している。イオンビーム１の長さ方向において、各
磁極９の寸法は、イオンビーム１の寸法よりも十分に長い。そして、各磁極９には、コイル８が巻回されており、図示されない電源を用いてコイル８に流す電流量や電流の向きが調整される。これにより、磁極９間で一方向に向けて磁場Ｂが生成されている。なお、ここではヨーク形状をＨ状としたが、これに限らず、別の形状にしても良い。例えば、Ｃ状のヨークを用いても構わない。

この例の場合、イオンビーム１の長さ方向（Ｘ方向）の各場所において、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の軌道の長さはおおよそ等しい。具体例を挙げると、図２（Ｂ）の質量分離マグネット３の点Ｐ１と点Ｐ３を通過するイオンビーム１の軌道と、点Ｐ２と点Ｐ４を通過するイオンビーム１の軌道の長さを比較すると、おおよそ同じになる。ここでは、イオンビーム１の両端部での軌道を例として挙げたが、例えば、質量分離マグネット３内で、イオンビーム１の長さ方向における中央部での軌道の長さも両端部での軌道の長さとほぼ等しくなる。

その為、質量分離マグネット３を通過した後の同一の質量を有するイオン種を含むイオンビームに着目すると、Ｘ方向に渡って、磁場Ｂの方向における位置がほぼ同一になる。これについては、図４（Ｄ）を用いて後述する。また、図２（Ｂ）に記載のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は、イオン源２と質量分離マグネット３との間を通過するイオンビーム１に対応しており、その他の場所をイオンビーム１が通過する場合、各軸の方向は、場所に応じて適宜変更される。この各軸の方向がビーム経路で適宜変更される点については、後述する図４（Ｂ）、図５（Ａ）、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）、図９（Ｂ）についても同じことが言える。

イオンビーム１は磁場Ｂの方向に対して斜めに交差する方向に進行する。その為、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）において、イオンビーム１がビーム経路を進行するのに従って、磁極９間を飛行するイオンビーム１の位置は、一方の磁極９（図示される紙面右側の磁極９）から他方の磁極９（図示される紙面左側の磁極９）に向けて変化している。また、質量分離マグネット３を構成する磁極９間の距離は、Ｚ方向に沿って一定であり、磁極９間で発生する磁場Ｂによって、イオンビーム１の進行方向はイオンビーム１の長さ方向に偏向される。その為、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の進行方向は概略して図３の紙面左上方向に向けて変化している。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、図２（Ａ）と図２（Ｂ）に記載の質量分離マグネット３と分析スリット４によるイオンビーム１の質量分離についての説明図である。質量分離マグネット３に入射した長さ方向が略平行なイオンビーム１は、質量分離マグネット３内で発生する磁場Ｂの方向と斜交する向きに進行する。このイオンビーム１は、図４（Ａ）に記載されるように磁場Ｂの方向に平行な成分（Ｚ_Ｂ）と磁場Ｂの方向に垂直な成分（Ｚ_Ｂ⊥）とに分けることができる。

磁場Ｂの方向に平行な成分であるＺ_Ｂは、磁場Ｂによる偏向作用を受けない。一方、磁場Ｂの方向に垂直な成分であるＺ_Ｂ⊥は磁場による偏向作用を受け、イオンビーム１の電荷が正であれば、紙面手前方向に向けてローレンツ力が発生する。このローレンツ力によってイオンビーム１の進行方向はイオンビーム１の長さ方向に偏向される。

図４（Ｂ）には、質量分離マグネット３内を進行するイオンビーム１の長さ方向における両端部での軌道が描かれている。質量分離マグネット３に入射するイオンビーム１には所望するイオン種、それよりも質量の軽いイオン種、そして、それよりも質量の重いイオン種が含まれている。ここでは、それぞれのイオン種を含む各イオンビームの軌道が質量分離マグネット３内で分離される様子が描かれている。

図４（Ｂ）において、実線は所望するイオン種を含むイオンビーム１の軌道（ＩＢｄ）であり、破線は所望するイオン種よりも質量の重いイオン種を含むイオンビーム１の軌道（ＩＢｈ）である。そして、一点鎖線は所望するイオン種よりも質量の軽いイオン種を含むイオンビーム１の軌道（ＩＢｌ）である。

イオンビーム１のエネルギーが同じであれば、質量分離マグネット３でのイオンビーム１の偏向量（ここでは、イオンビーム１の長さ方向に、イオンビーム１の進行方向が曲げられる量）は、おおよそイオン種の質量に依存する。その為、質量が重いイオン種を含むイオンビーム１であればその偏向量は小さく、質量が軽いイオン種を含むイオンビーム１であればその偏向量は大きい。偏向量が異なると、図４（Ｂ）に描かれているように質量分離マグネット３内を通過するそれぞれのイオン種を含む各イオンビームの軌道に違いが生じる。なお、図４（Ｂ）には、イオンビーム１が質量分離マグネット３から射出される場所に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸が描かれているが、これは質量分離マグネット３を通過した後の所望するイオン種を含むイオンビーム１に対するものである。

図４（Ｃ）には各イオン種を含むイオンビーム１ごとの軌道が描かれている。この図において、縦軸は磁場Ｂの方向での位置を表し、横軸はビーム経路上での位置を表す。また、この図の原点は質量分離マグネット３の入口（イオンビーム１が質量分離マグネット３に入射する場所）であり、図４（Ｂ）と同様に、所望するイオン種を含むイオンビームの軌道を実線で表し、所望するイオン種よりも質量の軽いイオン種を含むイオンビーム１の軌道を一点鎖線で表し、所望するイオン種よりも質量の重いイオン種を含むイオンビーム１の軌道を破線で表している。なお、質量分離マグネット３に入射するイオンビーム１は磁極９間に位置している。その為、図４（Ｃ）の原点において、磁場Ｂの方向での位置については、イオンビーム１が入射した磁極９間での位置を基準にしている。ここでの原点は、磁場Ｂの方向での位置がゼロ、つまり、磁極９上にイオンビーム１が位置しているという意味ではない。

図４（Ｃ）に描かれているように、ビーム経路上の同じ位置で磁場Ｂの方向での位置を比較すると、質量の異なるイオン種を含む各イオンビーム１の軌道は、それぞれ異なっている。この違いについて説明する。図４（Ｂ）を参照するとわかるように、質量の軽いイオン種を含むイオンビームの質量分離マグネット３内を通過する距離（質量分離マグネット３内でのＩＢｌの長さ）は所望のイオン種を含むイオンビーム１の質量分離マグネット３内を通過する距離（質量分離マグネット３内でのＩＢｄの長さ）に比べて長く、質量の重いイオン種を含むイオンビーム１の質量分離マグネット３内を通過する距離（質量分離マグネット３内でのＩＢｈの長さ）は所望のイオン種を含むイオンビーム１の質量分離マグネット３内を通過する距離（質量分離マグネット３内でのＩＢｄの長さ）に比べて短くなる。

前述したように、イオンビーム１は質量分離マグネット３内で発生する磁場Ｂの方向と斜交する方向に進む。その為、質量の軽いイオン種を含むイオンビーム１は、質量分離マグネット３内を通過する距離が長い分、他の質量のイオン種を含むイオンビーム１と比べて、磁場Ｂの方向と斜交する方向に進む距離は長くなる。反対に、質量の重いイオン種を含むイオンビーム１は、質量分離マグネット３内を通過する距離が短い分、他の質量のイオン種を含むイオンビーム１と比べて、磁場Ｂの方向と斜交する方向に進む距離は短くなる。図４（Ａ）で述べたように、磁場Ｂ中を進むイオンビーム１は磁場Ｂの方向の成分を含んでいるので、イオンビーム１が磁場Ｂ中を進む距離が長くなるほど、磁場Ｂの方向に進む距離も長くなる。その為、図４（Ｃ）に描かれているように、ビーム経路上の同じ場所で比較すると、質量の異なるイオン種を含む各イオンビーム１の磁場Ｂの方向における位置に違いが生じることになる。

図４（Ｃ）に記載の分析スリット４には、紙面奥から手前方向に沿って細長いスリットが形成されている。このスリットの長手方向の寸法（Ｘ方向の寸法）は、イオンビーム１の長さ方向の寸法よりも大きい。そして、スリットの短手方向の寸法（Ｙ方向の寸法）を所望するイオン種を含むイオンビーム１のみが通過するように設定しておく。具体的には、図４（Ｃ）に描かれているように、所望するイオン種よりも質量の軽いイオン種や質量の重いイオン種を含むイオンビーム１が分析スリット４に衝突し、所望するイオン種を含むイオンビーム１のみが通過できるように構成されている。なお、この短手方向におけるスリットの寸法は、取り扱うイオン種の種類や質量分離する際の分解能によって、適当な寸法に設定されている。このようにして、本発明での質量分離が行われる。

図４（Ｃ）を参酌するとわかるように、図４（Ｄ）において、磁場Ｂの方向は図示されていないが、おおよそＹ方向に一致している。図２（Ｂ）で説明したように、イオンビーム１の長さ方向において、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の軌道はおおよそ等しい。その為、図４（Ｄ）に描かれているように、イオンビーム１の長さ方向において、所望するイオン種を含むイオンビーム１の磁場Ｂの方向（この図はＺ方向から見ているので、磁場Ｂの方向はおおよそＹ方向となる）における位置はおおよそ等しくなる。ここでは、イオンビーム１の長さ方向における両端部の軌道しか図示されていないが、その他の場所（例えば、長さ方向における中央部）を通過するイオンビーム１の軌道についても磁場Ｂの方向における位置はほぼ同じになる。

一方で、イオンビーム１の長さ方向において、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の各場所における軌道の長さが異なっていても良い。その場合、イオンビーム１の長さ方向における両端部での軌道を例に取ると、一端部を通過する軌道が他端部を通過する軌道に比べて、磁場Ｂの方向での位置が低く、もしくは、高くなってしまう。磁場Ｂの方向での位置の差が大きくなってしまうと、イオンビーム１の長さ方向において、イオンビーム１の特性に違いが生じることが懸念される。ただし、イオン注入処理された基板６上に製造される半導体デバイスの特性がほぼ均一となるような程度のものであれば、イオンビーム１の長さ方向における特性上の違いは、全く問題にならない。その為、半導体デバイスの特性のバラツキが許容される範囲内で、適宜、イオンビーム１の長さ方向における各場所での軌道の長さが異なるように、質量分離マグネット３を構成しておいても構わない。

また、質量分離マグネット３内で生じたイオンビーム１の長さ方向における特性のバラツキを補正する為に、イオン源２からイオンビーム１が照射される基板６までの間で、イオンビーム１の長さ方向において各場所を通過するイオンビーム１の軌道が、磁場Ｂの方向に対して差が生じないようにしておくことが考えられる。これについては、例えば、基板６を傾けながら駆動させたり、各部材の配置を適当なものに設定したりして、磁場Ｂの方向における軌道の差を補正するようにしておけば良い。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）には、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の長さ方向における各場所での軌道を異ならせた時の様子が描かれている。軌道が異なる点を除いて、基本的な構成は図４（Ａ）〜図４（Ｄ）で説明したものと同じである為、ここでは重複する内容についての詳細な説明は省略する。

図５（Ａ）には、質量分離マグネット３内を進行するイオンビーム１の長さ方向における両端部での軌道の長さが異なる例が示されている。具体的には、ここでは、Ｐ１-Ｐ３曲線（点Ｐ１と点Ｐ３を結ぶイオンビームの軌道であるＩＢｄ）の寸法は、Ｐ２-Ｐ４曲線（点Ｐ２と点Ｐ４を結ぶイオンビームの軌道であるＩＢｄ）の寸法よりも長い。質量の異なる他のイオン種が描く軌道（ＩＢｈとＩＢｌ）についても同様であり、点Ｐ１を通過する軌道は、点Ｐ２を通過する軌道よりも距離が長い。

図５（Ｂ）には、図５（Ａ）の質量分離マグネット３内を通過した所望のイオン種を含む各イオンビーム１の軌道（ＩＢｄ）が分析スリット４を通過する様子が描かれている。図５（Ａ）で点Ｐ１を通過したイオンビーム１の軌道（ＩＢｄ、ＩＢｈ、ＩＢｌ）は、図５（Ｂ）の紙面左側に描かれており、点Ｐ２を通過したイオンビーム１の軌道（ＩＢｄ、ＩＢｈ、ＩＢｌ）は、図５（Ｂ）の紙面右側に描かれている。図５（Ａ）で説明したように、点Ｐ１を通過したイオンビーム１の軌道は、点Ｐ２を通過したイオンビーム１の軌道よりも距離が長くなる。その為、図５（Ｂ）に描かれているように、磁場Ｂの方向（おおよそ紙面の上方向）において、各点を通過したイオンビーム１の軌道の位置が異なっている。また、質量の異なるイオン種を含むイオンビーム１が描く軌道についても同様のことが言える。

イオンビーム１の長さ方向において、磁場Ｂの方向での軌道の位置が異なった場合、所望するイオン種を含むイオンビーム１の軌道と質量の異なるそれ以外のイオン種を含むイオンビーム１の軌道との間の関係においても違いが生じる。具体的には、図５（Ｂ）において、紙面右側に描かれた各イオン種を含むイオンビーム１の軌道（ＩＢｄ、ＩＢｈ、ＩＢｌ）間の開きが、紙面左側に描かれた各イオン種を含むイオンビーム１の軌道（ＩＢｄ、ＩＢｈ、ＩＢｌ）間の開きよりも大きくなる。このようなイオンビーム１の長さ方向における性質の違いから、イオンビーム１の長さ方向における特性（例えば、空間電荷効果によるイオンビーム１の広がりが大きい、小さいといったもの）に違いが発生する。しかしながら、前述したように、基板６上に製造される半導体デバイスの特性が許容できる範囲内に収まるのであれば、このような構成であっても構わない。

長さ方向において、イオンビーム１は略平行な状態で基板６に照射されることが望まれる。長さ方向が発散や収束した状態で基板６に照射されると、長さ方向において、基板６へのイオンビーム１の照射角度が一様とならない為に、基板６上に製造される半導体デバイスの特性にムラができてしまう恐れがある。その為、長さ方向で略平行なイオンビーム１を基板６に照射させる為に、磁極９の端部形状を次のようにして構成しておくことが考えられる。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、磁極９の端部構成についての説明図である。図６（Ａ）に示すように、長さ方向が略平行なイオンビーム１が半円形の質量分離マグネット３に入射する場合を考える。この質量分離マグネット３内では、磁場Ｂが紙面奥から手前に向けて発生している。また、磁極９の形状は破線で描かれていて、便宜上、ここでは質量分離マグネット３の入口側端面と出口側端面が磁極９の端面と一致するように描かれている。ただし、実際には、質量分離マグネット３の内側領域に磁極９が配置されることになるので、各端面が一致するということにはならない。なお、平面で図示している為、イオンビーム１は磁場Ｂの方向に対して垂直となる方向に進行しているように見えるが、そうではない。この例の場合も、前述した実施例の構成と同じく、紙面奥から手前に向けて発生している磁場Ｂの方向に対して、イオンビーム１は斜めに斜交する方向に進行している。

この図に記載されているように長さ方向で略平行なイオンビーム１を半円状に偏向させると、質量分離マグネット３から長さ方向で略平行なイオンビーム１を射出させることができる。しかしながら、この場合、質量分離マグネット３の寸法を、従来の質量分離マグネットよりも、更に大きなものにしなければならない。その為、このような構成は実用的ではない。

よって、質量分離マグネット３の寸法を小さなものにする為に、本発明では長さ方向におけるイオンビーム１の軌道が収束する焦点位置Ｆよりも質量分離マグネット３の入口側に磁極９の端部が位置するように構成している。質量分離マグネット３から射出されるイオンビーム１の進行方向は、質量分離マグネット３の出口近傍を通過するイオンビーム１の軌道上に引かれた接線の方向となる。その為、本発明では、焦点位置Ｆよりも質量分離マグネット３の入口側の場所で、かつ、イオンビーム１の長さ方向において、２箇所以上の場所を通過するイオンビーム１の軌道上に引かれた接線がおおよそ平行となる場所を結んだ線上に磁極９の端部が配置されるように構成されている。

具体的に説明すると、イオンビーム１の長さ方向において図示される紙面左側を通過するイオンビーム１の軌道上に引かれた接線をＬ１とし、イオンビーム１の長さ方向において図示される紙面右側を通過するイオンビーム１の軌道上に引かれた接線をＬ２とする。そして、両接線がおおよそ平行となる位置である点Ｐ３と点Ｐ４とを結ぶ線Ｕ-Ｕ上に磁極９の端部を配置する。ここでは、イオンビーム１の長さ方向において、その両端部を通過する軌道上に引かれた接線を例に挙げて説明したが、もちろん、その他の場所を通過するイオンビーム１の軌道上に引かれた接線であっても構わない。

図６（Ａ）で説明した磁極９の端部の構成手法に基づいて作成された質量分離マグネット３が、図６（Ｂ）に描かれている。このようにして磁極９の端部形状を構成すると、質量分離マグネット３の寸法を小さくするだけでなく、質量分離マグネット３から略平行なイオンビーム１を射出させることも可能となる。ただし、この場合、イオンビーム１の長さ方向における寸法は、質量分離マグネット３に入射される際にＷ１であったのに対して、質量分離マグネット３から射出される際には、Ｗ１よりも小さいＷ２となる。その為、基板６の寸法が大きい場合、Ｗ１を十分に大きなものにしておかなければならない。

質量分離マグネット３を通過することで、イオンビーム１の長さ方向における寸法が縮小されることを改善する為に、図６（Ｃ）に示す構成が考えられる。この例では、質量分離マグネット３を通過するイオンビーム１の進行方向を図６（Ｂ）のものと逆にしている。また、磁場Ｂは紙面手前から奥に向けて発生している。このような構成にしておくと、質量分離マグネット３でイオンビーム１の長さ方向における寸法を拡大させることができる。なお、この例においても前述したように、質量分離マグネット３の出口側に設けられた磁極９の端部は、イオンビーム１の軌道上に引かれた接線が略平行になる点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ線上に配置されていることがわかる。

図７（Ａ）〜図７（Ｄ）ではイオン源２で生成されるイオンビーム１は、図１（Ｂ）に記載のイオンビーム１を想定している。図６（Ａ）と同様に、図７（Ａ）には半円形の質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の軌道が描かれている。質量分離マグネット３やイオンビーム１の軌道に対する接線等の考え方は、図６（Ａ）で説明したものと同じである為、ここではその詳細な説明を省略し、簡単に述べるにとどめる。

図６（Ａ）の例と同様に、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の軌道上に引かれた接線Ｌ１と接線Ｌ２が互いに略平行となる位置である点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ線Ｕ-Ｕ上に磁極９端部が配置されるように構成する。

その結果、図７（Ｂ）に示すような質量分離マグネット３が作成され、入射時のイオンビーム１の長さ方向における寸法がＷ３であるのに対して、射出時にはそれよりも大きなＷ４の寸法を有するイオンビーム１に拡大させることができる。

反対に、図７（Ｃ）に示すようにイオンビーム１の進行方向を図７（Ｂ）の例と逆向きにして、イオンビーム１の長さ方向における寸法を狭めるようにしておいても構わない。これは、基板６の寸法が小さければ、イオンビーム１の長さ方向における幅をそれほど大きなものにしておく必要はないからである。また、基板６へのイオン注入処理を短時間で行うようにする為に、イオンビーム１の単位面積あたりのビーム電流量を増加させておくことが考えられる。この場合、図７（Ｃ）に示される構成を用いて、イオンビーム１の長さ方向の寸法を狭めて、ビーム電流量を増加させても良い。もちろん、先に説明した図６（Ｂ）に示した構成を用いて、ビーム電流量を増加させても良い。

上記したように、質量分離マグネット３から射出されるイオンビーム１の長さ方向における寸法を変更させるには、元々、備え付けられているイオン源２を長さ方向における寸法が異なるイオンビーム１を生成する別のイオン源２に交換したり、イオン源２を傾けて質量分離マグネット３に入射するイオンビーム１の寸法を狭めたり、あるいは広げたりすることが考えられる。同様に、質量分離マグネット３の配置を変更しても、質量分離マグネット３から射出されるイオンビーム１の長さ方向における寸法を狭めたり、あるいは広げたりすることができる。

図７（Ｄ）には、質量分離マグネット３の配置を変更させることで、イオンビーム１の長さ方向における寸法を拡大する例が描かれている。図７（Ｄ）には、図７（Ｂ）に記載の質量分離マグネット３を点Ｐ２を中心にして、角度θ１回転させた時の構成が描かれている。この場合、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１の軌道が、図７（Ｂ）の例で示したものと異なってくる。具体的には、紙面左側の端部を通過するイオンビーム１の軌道は、図７（Ｂ）の例に比べて、角度θ２だけ外側に広がることになる。その為、Ｗ４よりも大きいＷ５の寸法を有するイオンビーム１を質量分離マグネット３から射出させることが可能となる。

なお、上記した図７（Ｄ）の例では、質量分離マグネット３から長さ方向で発散するイオンビーム１が射出されることになるが、発散の程度がある程度のものであれば、このようなイオンビーム１が基板６に照射されても問題にはならない。なぜなら、基板６上に製造される半導体デバイスの特性が許容される範囲内に収まるのであれば、長さ方向で発散するイオンビーム１であっても問題にはならないからである。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に挙げたイオン注入装置ＩＭに代えて、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）のイオン注入装置ＩＭを用いても良い。

図８（Ａ）のイオン注入装置ＩＭには、イオン源２と質量分離マグネット３との間に、一対の静電偏向電極１０が配置されている。図２（Ａ）の例では、質量分離マグネット３の一対の磁極９間で発生される磁場Ｂの方向に対して、斜めとなる方向にイオン源２からイオンビーム１を射出（進行）させていた。これに対して、図８（Ａ）の例では、質量分離マグネット３の一対の磁極９間で発生される磁場Ｂの方向と直交する方向に、イオン源２よりイオンビーム１を射出させている。そして、静電偏向電極１０によって、磁場Ｂの方向に対して斜めになるようにイオンビーム１の進行方向をイオンビーム１の厚み方向に偏向させている。

この例において、イオンビーム１は正の電荷を有するイオンビームである。また、各静電偏向電極１０は、イオンビーム１の長さ方向において、イオンビーム１よりも長い寸法を有しており、イオンビーム１の主面を介して対向配置されている。そして、各静電偏向電極１０には図示されない電源が接続されており、図示されるように、紙面上側に配置された電極には負（−）の電圧が印加され、紙面下側に配置された電極には正（＋）の電圧が印加されている。このような構成を用いることで、正の電荷を有するイオンビーム１を負電圧が印加された紙面上側の電極へ向けて偏向させることができる。

電源の電圧は固定であってもいいが、可変に設定変更ができるようにしておく方が望ましい。その場合、イオン源２や質量分離マグネット３等の配置に多少の誤差が生じたとしても、静電偏向電極１０に印加する電圧の値を変更させることで、その誤差を補正することができる。

図８（Ａ）では、静電偏向電極１０をイオン源２と質量分離マグネット３の間に配置していたが、図８（Ｂ）に示されるように、質量分離マグネット３内に配置しても良い。静電偏向電極１０が重金属で構成されていれば、それがイオンビーム１によってスパッタリングされて基板６に混入した場合、半導体デバイスの製造不良を引き起こす可能性がある。その為、静電偏向電極１０をカーボンで構成することや基板６がシリコンウェーハであれば、シリコンで構成することが考えられる。また、磁場Ｂ内に一対の静電偏向電極１０を配置する場合、静電偏向電極１０間で発生される電界Ｅの方向は、磁場Ｂの方向に平行となるようにしておくことが望ましい。このような構成を用いることで、質量分離マグネット３内を通過するイオンビーム１に対して、Ｅ×Ｂドリフトによる偏向作用を生じなくさせることができる。

イオンビーム１の厚み方向において、イオンビーム１を曲げ戻すには、質量分離マグネット３と処理室５との間に、第二の静電偏向電極１１を配置しておくことが考えられる。この例が図８（Ｃ）に描かれている。静電偏向電極１０と第二の静電偏向電極１１とは、イオンビーム１の主面を介して配置された電極に印加される電圧の極性が逆であることを除いて、同じ構成が採用されている。このような構成を用いることで、基板６に照射されるイオンビーム１の厚み方向における照射角度を調整することが可能となる。

さらに、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に描かれているイオン注入装置ＩＭを用いても良い。図９（Ａ）に描かれているように、この例では、イオン源２と質量分離マグネット３との間に、小さな偏向電磁石１２が配置されている。この点が、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の例と異なる。偏向電磁石１２は、イオンビーム１の主面を介して対向配置された一対の磁極１３を有しており、磁極１３間で発生される磁場Ｂの方向は、イオン源２より射出されたイオンビーム１の進行方向と直交している。

図９（Ｂ）に示されているように、偏向電磁石１２によって、イオンビーム１は長さ方向に向けて偏向される。この偏向作用によって、ＸＺ平面内で、質量分離マグネット３に入射するイオンビーム１の長さ方向の寸法を変更させることができるので、質量分離マグネット３から射出されるイオンビーム１の長さ方向における寸法を調整することが可能となる。また、イオン源２やその他イオン光学要素の部材配置に関する裕度を向上させることもできる。なお、この偏向電磁石１２を質量分離マグネット３と処理室５の間に、もう１つ設けておいても良い。そうすると、基板６に照射されるイオンビーム１の進行方向や長さ方向における寸法を補正することができる。

また、質量分離マグネット３で発生する磁場Ｂの方向とイオンビーム１の進行方向との相対的な位置関係が変更されなければ良いので、質量分離マグネット３のヨーク７からイオンビーム１側へ突出する一対の磁極９の寸法（ヨーク７からの距離）を、Ｚ方向に沿って、一方の磁極９で徐々に短くなるように変化させておき、他方の磁極９で徐々に長くなるように変化させておく。そして、磁極９間の寸法は一定となるようにしておく。その上で、磁極９の形状に合わせて、イオンビーム１の進行方向が適切なものとなるようにイオン源２を傾ける等しておいても良い。

これまでの実施例では、説明を簡略化させる為に、質量分離マグネット３の磁極９の端部で発生する磁場（フリンジフィールド）についての説明を省略していた。このフリンジフィールドを考慮すると、分析スリット４の配置は、図１０（Ａ）に示されるように、イオンビーム１の厚み方向における寸法が略最小となる位置になる。

図１０（Ａ）には、質量分離マグネット３のイオンビーム１の入口側と出口側の磁極９の端部で発生するフリンジフィールド（Ｂｆ）を考慮した場合に、イオンビーム１の厚み方向の寸法が変化する様子が描かれている。

従来から知られているように、一対の磁極を有するダイポールマグネットの磁極端面に垂直な方向に対して、イオンビームを斜めに入射した場合、フリンジフィールド（Ｂｆ）によってイオンビームには収束もしくは発散の力が働く。なお、ダイポールマグネットの磁極間で発生する磁場の方向によるが、本発明に照らして考えると、ここで述べた磁極端面に垂直な方向とイオンビームの入射方向の関係は、磁極９間で発生する磁場Ｂの方向に垂直な平面での関係である。

具体例に基づいて、説明を行う。図１０（Ａ）に記載のイオン注入装置ＩＭの磁場Ｂに垂直な平面での様子が、図１０（Ｂ）に描かれている。この図１０（Ｂ）に示されているように、イオンビーム１が入射する入口側の磁極９の端面に垂直な方向（Ｐ⊥）に対して、イオンビーム１は角度θ３をもって入射する。この際、磁場の向きは紙面手前から奥になるので、フリンジフィールド（Ｂｆ）によって、イオンビーム１は厚み方向に収束される。

一方で、イオンビーム１が射出される出口側の磁極９の端面に垂直な方向（Ｐ⊥）に対して、イオンビーム１は水平に出射されている。その為、ここではフリンジフィールド（Ｂｆ）によるイオンビーム１への収束、発散作用は働かない。

図１０（Ａ）に描かれているように、質量分離マグネット３の入口側で、フリンジフィールド（Ｂｆ）によって、厚み方向に収束作用が働く。そして、質量分離マグネット３の出口側では、フリンジフィールド（Ｂｆ）による収束、発散作用は働かないので、イオンビーム１は厚み方向で収束されたまま進行し、質量分離マグネット３の下流側で焦点を結び、この場所に配置された分析スリット４によって、不要なイオン種を含むイオンビームの分離がなされる。

このように、分析スリット４は、イオンビーム１の厚み方向における焦点位置に配置しておくと、分析スリット４の短手方向の寸法を狭めることができる。その結果、所望するイオン種を含むイオンビームとそれ以外のイオン種を含むイオンビームとの分離精度を高めることが可能となる。ここでは、焦点位置に分析スリット４を配置する例を示したが、もちろん、焦点位置付近に配置されていれば同等の効果を奏することが期待できる。その為、分析スリット４の配置は、必ずしも、ちょうど焦点位置に配置しなければならないといったものではなく、略焦点位置に配置しておけばいい。また、イオンビーム１のエネルギーや空間電荷効果の影響によっては、焦点を結ばない場合も考えられる。このようなことを考慮すると、分析スリット４の配置としては、イオンビーム１の厚み方向での寸法が略最小となる位置に配置することが考えられる。

この例では、図１０（Ａ）に示されているように、質量分離マグネット３の入口側に入射されるイオンビーム１は、入口側の磁極９間の中央付近を通過しているので、Ｙ方向とＹ方向と反対の方向から、イオンビーム１に内向きの力が等しく働いている。一方、イオンビーム１がＹ方向側に配置された磁極９に寄った位置を通過する場合、イオンビーム１にはＹ方向反対側に向けた力のみが作用する。この場合であっても、イオンビーム１の磁極９に近い側（イオンビーム１の紙面上側部分）と遠い側（イオンビーム１の紙面下側部分）とでは、Ｙ方向反対側に向けて作用する力の大きさが異なるので、イオンビーム１は厚み方向で収束することになる。その為、ＹＺ平面内で、イオンビーム１が磁極９間を通過する位置は、図１０（Ａ）に示される中央付近に限定されない。

また、図１０（Ｂ）では、質量分離マグネット３の出口側での磁極９の端面に垂直となる方向（Ｐ⊥）とイオンビーム１の進行方向（ＩＢ_Ｚ）とが水平な関係となっているが、これに代えて、両者の関係を斜めになるようにしておいても良い。

例えば、磁極９の端面に垂直な方向（Ｐ⊥）に対して、紙面斜め下方向あるいは上方向に向けて角度を有するようにイオンビーム１を射出させるように構成しておく。そうすると、質量分離マグネット３の出口側で発生するフリンジフィールド（Ｂｆ）によって、イオンビーム１は厚み方向でさらに収束することになる。これは、質量分離マグネット３の出口側で図１０（Ａ）に示すようにイオンビーム１は片方の磁極９側に寄っているからである。このようにして、２段階でイオンビーム１を厚み方向で収束させるようにしておいても良い。

さらに、図１０（Ｂ）で、イオンビーム１の進行方向（ＩＢ_Ｚ）を磁極９の端面に垂直な方向（Ｐ⊥）に対して、紙面下側から入射するようにしておく。そうすると、質量分離マグネット３の入口側でイオンビーム１は厚み方向で発散する。その後、前述したように質量分離マグネット３の出口側で、イオンビーム１を磁極９の端面に垂直な方向（Ｐ⊥）に対して斜めに射出させる。その際、磁極９の端面に垂直な方向に対する射出角度を入口側での入射角度よりも大きくしておくことで、質量分離マグネット３を通過する前後で、イオンビーム１の厚み方向の寸法を総合的に小さくすることが期待できる。

前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。

１・・・イオンビーム
２・・・イオン源
３・・・質量分離マグネット
４・・・分析スリット
５・・・処理室
６・・・基板
７・・・ヨーク
８・・・コイル
９・・・磁極
ＩＭ・・・イオン注入装置

Claims (10)

1. 一方向に長いリボン状のイオンビームを生成するイオン源と、
   前記イオン源の下流に配置され、前記イオンビームの長さ方向と進行方向で定義される
   平面内に位置する前記イオンビームの主面を介して対向配置された一対の磁極を有し、前
   記磁極間で発生される磁場によって、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの長さ方向に偏向させる質量分離マグネットと、
   前記質量分離マグネットを通過したイオンビームのうち、所望するイオン種を含むイオ
   ンビームを通過させる分析スリットと、
   前記分析スリットを通過したイオンビームが照射される基板が配置された処理室とを有
   するイオン注入装置において、
   前記磁極間で発生される磁場の方向が、前記質量分離マグネット内を通過する前記イオ
   ンビームの主面を斜めに横切る方向であることを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記磁極は、前記イオンビームの長さ方向において、前記イオンビームの寸法よりも大
   きい寸法を有していることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記一対の磁極間の距離は、前記質量分離マグネット内部で一定であることを特徴とする請求項１または２記載のイオン注入装置。
4. 前記イオン源で生成された前記イオンビームの進行方向が、前記質量分離マグネット内
   で発生される磁場の方向に対して、斜めに交差していることを特徴とする請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
5. 前記イオン源で生成された前記イオンビームの進行方向が、前記質量分離マグネット内
   で発生される磁場の方向に直交しているとともに、前記イオン源と前記質量分離マグネッ
   トとの間のビーム経路に、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの主面に垂直な厚み方向に偏向させる一対の静電偏向電極が配置されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のイオン
   注入装置。
6. 前記イオン源で生成された前記イオンビームの進行方向が、前記質量分離マグネット内
   で発生される磁場の方向に直交しているとともに、前記質量分離マグネット内に、前記イ
   オンビームの進行方向を前記イオンビームの主面に垂直な厚み方向に偏向させる一対の静電偏向電極が配置されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のイオン注入装置。
7. 前記イオン源と前記質量分離マグネットとの間のビーム経路に、前記イオンビームの進行方向を前記イオンビームの長さ方向に偏向させる偏向電磁石が配置されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のイオン注入装置。
8. 前記質量分離マグネット内で、前記イオンビームの長さ方向において異なる場所を通過
   する複数のイオンビームの軌道上に引かれた各接線が互いに略平行となる点を結んだ線上
   に、前記質量分離マグネットの出口側に配置された前記磁極の端部が位置していることを
   特徴としている請求項１、２、３、４、５、６または７記載のイオン注入装置。
9. 前記質量分離マグネット内部で、前記イオンビームの長さ方向において異なる場所を通過する前記イオンビームの軌道の長さは、質量が同じイオン種に関して略同一であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載のイオン注入装置。
10. 前記分析スリットは、前記イオンビームの厚み方向における寸法が略最小となる位置に
    配置されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の
    イオン注入装置。
    
    

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