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CN102800550B - 离子注入装置 - Google Patents

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CN102800550B CN201210067360.4A CN201210067360A CN102800550B CN 102800550 B CN102800550 B CN 102800550B CN 201210067360 A CN201210067360 A CN 201210067360A CN 102800550 B CN102800550 B CN 102800550B
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Abstract

本发明提供离子注入装置，其包括质量分离磁铁，即使在伴随基板尺寸的大型化，带状离子束的长度方向的尺寸增大的情况下，与以往的技术相比，该质量分离磁铁的耗电量小、磁极间的磁场分布均匀且尺寸小。离子注入装置包括：离子源，生成带状离子束；质量分离磁铁，具有一对磁极，该一对磁极隔着离子束的主平面相对设置，通过在磁极之间产生的磁场，使离子束的行进方向在离子束的长度方向上偏转；分析狭缝，使包含所希望的离子种类的离子束通过；处理室，配置有基板，通过分析狭缝后的离子束照射到该基板上。在磁极之间产生的磁场的方向倾斜地横穿通过质量分离磁铁内部的离子束的主平面。

Description

离子注入装置
技术领域
本发明涉及对带状离子束进行质量分离并对基板进行离子注入处理的离子注入装置。
背景技术
以往以来，使用对带状离子束进行质量分离并对基板进行离子注入处理的离子注入装置。在专利文献1中公开有所述离子注入装置的一个例子。
在专利文献1的离子注入装置中使用的质量分离磁铁包括一对磁极，该一对磁极以在带状(或称为片状)离子束的长度方向上夹持带状离子束的方式相对配置，所述带状离子束在一个方向上长，并且在与长度方向垂直的方向上具有厚度。在各磁极上卷绕有线圈，通过将电流供给到该线圈，在磁极之间产生磁场。利用该磁场，以在厚度方向上具有曲率的方式使带状离子束在行进方向上弯曲，并在位于质量分离磁铁的下游的分离狭缝(也称为“分析狭缝”)处使带状离子束在厚度方向上收敛，从而进行质量分离。
专利文献1：日本专利公开公报特开2008—243765号(第0021～0022段，图2)
这几年，带状离子束的长度方向的尺寸对应于基板尺寸的大型化而变长。在玻璃基板这样的大型基板的情况下，使用长度方向的尺寸为600mm～900mm程度、厚度方向的尺寸为30mm～100mm程度的离子束。另外，即使基板是如硅片那样的较小的半导体基板，将来作为标准的大型基板的直径尺寸也达到450mm，因此可以想到需要使用长度方向的尺寸为500mm程度、厚度方向的尺寸为20mm～50mm程度的离子束。
在记载在专利文献1中的质量分离磁铁中设置的一对磁极之间的距离被设定为比带状离子束的长度方向的尺寸更大。在对大型基板进行离子注入的情况下，所使用的离子束的长度方向的尺寸非常大，因此必须将磁极之间的距离扩大到比以往更大的程度。
通常，质量分离磁铁内的磁场被设计成沿进行质量分离的离子束的整个区域以所希望的强度成为均匀的磁场分布。为了使被质量分离的离子束的偏转量沿离子束的整个区域大体相等，从而以良好的精度进行质量分离，必须成为所述的均匀的磁场分布。
但是，在磁极之间的距离扩大了的情况下，在带状离子束的长度方向上磁场分布产生不均匀。磁极之间的距离越宽，在相对设置的磁极之间产生的磁力线在磁极的边缘部越弯曲。其结果，在相对设置的磁极之间的中央部的磁通密度相对地变疏，在磁极附近的磁通密度相对地变密。受到该影响，通过磁极之间的带状离子束的偏转量也产生差异。具体来说，通过磁极之间的中央部的带状离子束的偏转量小于通过磁极附近的带状离子束的偏转量，离子束的形状在长度方向上产生变形。由于构成专利文献1的质量分离磁铁的一对磁极在带状离子束的长度方向上相对设置，因此所述带状离子束的长度方向的偏转量呈现出较大的差异，难以进行精度良好的质量分离。
另一方面，针对在专利文献1中记载的质量分离磁铁，为了改善在磁极之间产生的不均匀的磁通密度分布，可以考虑以使在带状离子束的厚度方向上的磁极尺寸足够大并使带状离子束通过磁极的中央部附近的方式来构成质量分离磁铁，但是，在该情况下，质量分离磁铁的尺寸会变得非常大。
另外，伴随磁极之间的距离扩大，在该磁极之间产生的磁场的强度变弱。由于磁场的强度变弱，而另一方面在将离子束质量分离时所需要的偏转量未改变，所以必须增加流过卷绕于质量分离磁铁的各磁极上的线圈的电流量，使磁场强度增强。在该情况下，伴随电流量的增大，造成质量分离磁铁的耗电量变大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子注入装置，该离子注入装置包括质量分离磁铁，即使在伴随基板尺寸的大型化，带状离子束的长度方向的尺寸增大的情况下，与以往的技术相比，所述质量分离磁铁的磁极之间的磁场分布均匀、所述质量分离磁铁的尺寸小、且所述质量分离磁铁的耗电量也小。
即，本发明提供一种离子注入装置，其特征在于包括：离子源，生成在一个方向上长的带状离子束；质量分离磁铁，配置在所述离子源的下游，具有一对磁极，该一对磁极隔着所述离子束的主平面相对设置，所述离子束的主平面位于由所述离子束的长度方向和行进方向定义的平面内，通过在所述磁极之间产生的磁场，使所述离子束的行进方向在所述离子束的长度方向上偏转；分析狭缝，使通过所述质量分离磁铁后的离子束中的、包含所希望的离子种类的离子束通过；以及处理室，配置有基板，通过所述分析狭缝后的离子束照射到所述基板上，其中，在所述磁极之间产生的磁场的方向倾斜地横穿通过所述质量分离磁铁内部的所述离子束的主平面。
由于通过使带状离子束的行进方向在离子束的长度方向上偏转来进行质量分离，所以可以隔着离子束的主平面相对地配置质量分离磁铁的磁极。因此，与以在长度方向上夹持带状离子束的方式配置磁极的以往的结构相比，可以使磁极之间的距离成为很小的距离。其结果，可以提高在磁极之间产生的磁场分布的均匀性。另外，由于磁场分布的均匀性良好，所以可以无须为了减轻磁场分布的不均匀而增大磁极尺寸。因此，与通过以往的结构形成均匀的磁场分布的情况相比，可以使质量分离磁铁的尺寸变小。另外，由于磁极之间的距离小，所以在磁极之间产生的磁场的强度足够强。因此，无须为了对伴随磁极之间的距离的扩大导致磁场强度变弱的情况进行补偿，而如以往的质量分离磁铁那样，增大流过卷绕于磁极上的线圈的电流量，所以对应地可以减小质量分离磁铁的耗电量。
另外，以往在通过使带状离子束的行进方向在长度方向上偏转来进行质量分离的情况下，在长度方向上对包含所希望的离子种类的带状离子束和包含所希望的离子种类以外的离子种类的带状离子束进行分离。在该情况下，必须增大质量分离磁铁的尺寸，或者增强在该磁铁的内部产生的磁场，必须使包含所希望的离子种类的带状离子束和包含所希望的离子种类以外的离子种类的带状离子束的偏转量的差异非常大。与此相对，在本发明的离子注入装置中，在磁极之间产生的磁场的方向倾斜地横穿通过质量分离磁铁的内部的离子束的主平面，所以可以在与主平面垂直的带状离子束的厚度方向上进行包含所希望的离子种类和包含所希望的离子种类以外的离子种类的带状离子束的分离。因此，无须如前述的那样使质量分离磁铁大型化或增强磁场强度。
作为更具体的质量分离磁铁的结构，所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸。
另外，其特征在于，所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的。
此外，作为射入质量分离磁铁中的离子束，优选的是，由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向倾斜交叉。
此外，作为离子源和质量分离磁铁之间的束路径的结构，优选的是，由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
另一方面，还可以考虑下述结构。即，优选的是，由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述质量分离磁铁内配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
此外，优选的是，在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有偏转电磁铁，该偏转电磁使所述离子束的行进方向在所述离子束的长度方向上偏转。
为了通过质量分离磁铁射出在长度方向上大体平行的离子束，优选的是，配置在所述质量分离磁铁的出口侧的所述磁极的端部位于连接下述点的线上，所述点在所述质量分离磁铁的内部位于在所述离子束的长度方向上通过不同位置的多个离子束的轨道上，从所述点引出的所述多个离子束的轨道的各切线为相互平行。
另外，为了在通过质量分离磁铁之前和通过质量分离磁铁之后，在离子束的长度方向上使离子束的特性保持大体相同，优选的是，在所述质量分离磁铁的内部，在所述离子束的长度方向上通过不同位置的所述离子束的轨道的长度相同。
关于分析狭缝的配置，优选的是，所述分析狭缝配置在所述离子束的厚度方向的尺寸最小的位置。如果进行这样的配置，则能够以良好的精度对包含所希望的离子种类的离子束和包含所希望的离子种类以外的离子种类的离子束进行分离。
即使在伴随基板尺寸的大型化，带状离子束的长度方向的尺寸增大的情况下，与以往的技术相比，本发明的离子注入装置所使用的质量分离磁铁的磁极之间的磁场分布均匀、本发明的离子注入装置所使用的质量分离磁铁的尺寸小、且本发明的离子注入装置所使用的质量分离磁铁的耗电量小。
附图说明
图1表示在本发明中使用的带状离子束的立体图，图1的(A)表示长度方向大体平行的带状离子束，图1的(B)表示长度方向发散的带状离子束。
图2为表示本发明的一个离子注入装置的结构的俯视图，图2的(A)表示YZ平面的俯视图，图2的(B)表示XZ平面的俯视图。
图3表示图2中记载的沿C1-C1线、沿C2-C2线、沿C3-C3线的质量分离磁铁的截面的样子，图3的(A)表示沿C1-C1线的剖视图，图3的(B)表示沿C2-C2线的剖视图，图3的(C)表示沿C3-C3线的剖视图。
图4为本发明的质量分离方法的说明图，图4的(A)表示将通过质量分离磁铁内部的离子束分为磁场方向的成分和与磁场垂直的方向的成分的情况下的样子，图4的(B)表示通过质量分离磁铁内部的包含所希望的离子种类的离子束的轨道和包含所希望的离子种类以外的离子种类的离子束的轨道，图4的(C)表示在束路径上的各位置处各离子束在磁场方向上的位置，图4的(D)表示通过分析狭缝使包含不同的质量的离子种类的各个离子束分离的样子。
图5为通过质量分离磁铁内部的离子束的轨道的长度在离子束的长度方向上不同的情况下的质量分离方法的说明图，图5的(A)表示通过质量分离磁铁内部的包含所希望的离子种类的离子束的轨道和包含所希望的离子种类以外的离子种类的离子束的轨道，图5的(B)表示通过分析狭缝使包含不同的质量的离子种类的各个离子束分离的样子。
图6为设置于质量分离磁铁的出口侧的磁极端部的结构的说明图，图6的(A)为磁极端部的构成方法的说明图，图6的(B)表示基于图6的(A)构成的质量分离磁铁，图6的(C)表示使通过图6的(B)的质量分离磁铁内的离子束的入射方向和射出方向相反时的样子。
图7为设置于质量分离磁铁的出口侧的磁极端部的结构的说明图，图7的(A)为磁极端部的构成方法的说明图，图7的(B)表示基于图7的(A)构成的质量分离磁铁，图7的(C)表示使通过图7的(B)的质量分离磁铁的离子束的入射方向和射出方向相反时的样子，图7的(D)表示在图7的(B)的例子中，将质量分离磁铁绕点P2转动角度θ1配置时的样子。
图8为图2的(A)、图2的(B)中记载的离子注入装置的变形例，是具有使离子束的行进方向在离子束的厚度方向上偏转的静电偏转电极的离子注入装置的例子，图8的(A)为在离子源和质量分离磁铁之间的束路径上设置有一对静电偏转电极的离子注入装置的例子，图8的(B)为在质量分离磁铁内设置有一对静电偏转电极的离子注入装置的例子，图8的(C)为在图8的(A)的结构的基础上，还在分析狭缝的下游侧设置有一对静电偏转电极的离子注入装置的例子。
图9为图2的(A)、图2的(B)中记载的离子注入装置的变形例，是不但具有质量分离磁铁而且具有使离子束的行进方向在离子束的长度方向上偏转的电磁铁的离子注入装置的例子，图9的(A)表示YZ平面的俯视图，图9的(B)表示XZ平面的俯视图。
图10为本发明的离子注入装置的分析狭缝的配置位置的说明图，图10的(A)表示离子束在厚度方向上汇聚在焦点的样子，图10的(B)表示从另一平面观察图10的(A)时的样子。
附图标记说明
1…离子束
2…离子源
3…质量分离磁铁
4…分析狭缝
5…处理室
6…基板
7…磁轭
8…线圈
9…磁极
IM…离子注入装置
具体实施方式
在图1的(A)、图1的(B)中示出了在本发明中使用的离子束1的例子。这些离子束1表示切取了在后述的图2的(A)、图2的(B)中记载的离子源1和质量分离磁铁3之间的束路径上飞行的离子束1时的样子。离子束1由后述的离子源2生成，沿图示的Z轴方向(在本发明中也称为Z方向或离子束1的行进方向)行进，并射入后述的质量分离磁铁3。
在用与图1的(A)中记载的离子束1的行进方向垂直的平面切断图1的(A)中记载的离子束1时，图1的(A)中记载的离子束1沿X轴方向(在本发明中也称为X方向或离子束1的长度方向)具有宽度WX的长度，沿Y轴方向(在本发明中也称为Y方向或离子束1的厚度方向)具有比宽度WX足够窄的宽度WY的厚度。具有这样的长方形截面的离子束1一般被称为带状或片状离子束。另外，由于位于XZ平面内的带状离子束的面的宽度大于其它的面的宽度，所以在本发明中，将该位于XZ平面内的带状离子束的面称为主平面。
作为生成所述的离子束1的离子源的一个例子，公知的有桶式离子源。更具体地说，该桶式离子源包括长方体形的等离子体生成容器，该等离子体生成容器具有生成会切磁场(カスプ磁場)的多个永磁体；多个灯丝，沿容器的长度方向配置在等离子体生成容器内；开口部，形成在等离子体生成容器的一个侧面上；以及引出电极系统，由与所述开口部邻接配置的多个电极组构成。
在图1的(A)中记载的离子束1的长度方向的两端部沿Z方向相互平行。但是，离子束1的长度方向的两端部实际上未处于完全平行的状态，而处于大体平行的状态。这是由于离子束1受到空间电荷效应的影响，伴随在Z方向上行进而发散。如果是具有离子束1的能量及正电荷的离子束1，则发散的程度也因存在于束路径内的电子的比例而变化。另外，认为构成引出电极系统的多个电极组的配置误差也对离子束1的平行性产生影响。因此，难以使离子束1在长度方向上处于完全平行的状态。
考虑所述事项，在本发明中，将图1的(A)中例示的离子束1称为离子束1的长度方向大体平行的离子束1，或者在设计上称为离子束1的长度方向平行的离子束1。
与此相对，对于在图1的(B)中记载的离子束1而言，离子束1的长度方向沿Z方向发散(扩大)。图1的(B)中记载的长度方向的宽度WX1因离子束1在Z方向上行进，扩大为宽度WX2，由此可以容易地理解所述发散。
即使是这样的离子束1，仍可以与图1的(A)所示的离子束1相同，将其称为带状或片状离子束，可以用于本发明。另外，作为生成这样的离子束1的离子源的一个例子，公知的有伯纳斯式(バーナス型)离子源。更具体地说，该伯纳斯式离子源包括：长方体形的等离子体生成容器；灯丝，配置在所述等离子体生成容器内；开口部，形成在等离子体生成容器的一个侧面上；以及至少一个电极，与所述开口部邻接设置，具有狭缝状的开口。另外，即使是图1的(B)所示的离子束1的情况，与图1的(A)所示的离子束1相同，因空间电荷效应的影响会产生稍稍的发散。
在图2的(A)、图2的(B)中描绘了本发明的离子注入装置IM的一个例子。在图2的(A)和图2的(B)中描绘的平面不同。在这些图中，描绘了图1的(A)所示的离子束1，但是，代替与此，也可以使用图1的(B)所示的离子束1。
由离子源2生成的离子束1沿与在具有一对磁极9的质量分离磁铁3的内部产生的磁场B的方向倾斜交叉的方向行进。如图2的(B)所示，射入质量分离磁铁3中的离子束1的行进方向由于磁场B而在长度方向上偏转。
在由离子源2生成的离子束1中包含各种离子种类，调整质量分离磁铁3内的磁场B的强度，使得仅包含所希望的离子种类的离子束1通过配置在质量分离磁铁3的下游侧(Z方向一侧)的分析狭缝4。
通过分析狭缝4后的离子束1导入处理室5内。此时，离子束1的长度方向的尺寸被设定为大于相同方向上的基板6(例如玻璃基板、硅片等)的尺寸。另外，通过图中未示出的驱动机构沿箭头A的方向往复驱动配置在处理室5内的基板6，在基板6的整个面上进行离子注入处理。
在本发明中，如图2的(A)所示，射入质量分离磁铁3中的离子束1的行进方向与由质量分离磁铁3产生的磁场B的方向倾斜交叉。换言之，以倾斜地横穿通过质量分离磁铁3的离子束1的主平面(位于XZ平面内的面)的方式在质量分离磁铁3内产生磁场B。通过这样的结构，可以使离子束1的行进方向在离子束1的长度方向上偏转，并且在离子束1的厚度方向上通过分析狭缝4有选择地使包含所希望的离子种类的离子束1通过。
图3的(A)～图3的(C)表示用图2的(A)中记载的线段C1-C1～C3-C3切断质量分离磁铁3时的样子。如各图所示，质量分离磁铁3包括H形的磁轭7及一对磁极9，该一对磁极9从所述磁轭7突出，隔着离子束1的主平面相对设置。在离子束1的长度方向上，各磁极9的尺寸充分大于离子束1的尺寸。另外，在各磁极9上缠绕有线圈8，使用图中未示出的电源，调整流过线圈8的电流量及电流方向。由此，在磁极9之间生成朝向一个方向的磁场B。另外，在此，使磁轭形状为H形，但是不限于此，也可以使磁轭形状为其他的形状，例如，也可以使用C形的磁轭。
在该例子的情况下，在离子束1的长度方向(X方向)的各位置，通过质量分离磁铁3的内部的离子束1的轨道的长度大体相等。如果列举具体的例子，则在对通过图2的(B)的质量分离磁铁3的点P1和点P3的离子束1的轨道与通过点P2和点P4的离子束1的轨道的长度进行比较的情况下，它们大体相同。在此，例举了在质量分离磁铁1的两端部的轨道，但是，例如在质量分离磁铁3内，在离子束1的长度方向的中央部的轨道的长度也与在两端部的轨道的长度大体相等。
因此，如果着眼于通过质量分离磁铁3之后的、包含具有同一质量的离子种类的离子束，则沿着X方向在磁场B的方向上的位置大体相同。对此将参照图4的(D)在后面叙述。另外，图2的(B)中记载的X轴、Y轴、Z轴的各轴与通过离子源2和质量分离磁铁3之间的离子束1相对应，在离子束1通过其它位置的情况下，各轴的方向对应于位置酌情改变。关于各轴的方向在束路径上酌情改变这点，在后述的图4的(B)、图5的(A)、图8的(A)～图8的(C)、图9的(B)中也是相同的。
离子束1沿与磁场B的方向倾斜交叉的方向行进。因此，在图3的(A)～图3的(C)中，伴随离子束1在束路径上行进，在磁极9之间飞行的离子束1的位置从一个磁极9(图示的纸面右侧的磁极9)朝向另一磁极9(图示的纸面左侧的磁极9)变化。另外，构成质量分离磁铁3的磁极9之间的距离沿Z方向是一定的，通过在磁极9之间产生的磁场B使离子束1的行进方向在离子束1的长度方向上偏转。因此，通过质量分离磁铁3的内部的离子束1的行进方向大致朝向图3的纸面左上方变化。
图4的(A)～图4的(D)为通过图2的(A)和图2的(B)中记载的质量分离磁铁3和分析狭缝4对离子束1进行质量分离的说明图。射入质量分离磁铁3中的长度方向大体平行的离子束1朝向与在质量分离磁铁3内产生的磁场B的方向斜交的方向行进。如图4的(A)所示，可以将该离子束1分为与磁场B的方向平行的成分ZB和与磁场B的方向垂直的成分ZB⊥。
作为与磁场B的方向平行的成分的成分ZB不受磁场B的偏转作用。另一方面，作为与磁场B的方向垂直的成分的成分ZB⊥受到磁场B的偏转作用，如果离子束1的电荷为正，则产生朝向纸面的靠近自己一侧方向的洛仑兹力。因为该洛仑兹力，离子束1的行进方向在离子束1的长度方向上偏转。
图4的(B)表示在质量分离磁铁3的内部行进的离子束1的长度方向的两端部的轨道。射入质量分离磁铁3的离子束1包含所希望的离子种类、质量小于所希望的离子种类的离子种类以及质量大于所希望的离子种类的离子种类。在此，示出了包含各个离子种类的各离子束的轨道在质量分离磁铁3内分离的样子。
在图4的(B)中，实线为包含所希望的离子种类的离子束1的轨道IBd，虚线为包含质量大于所希望的离子种类的离子种类的离子束1的轨道IBh。另外，单点划线为包含质量小于所希望的离子种类的离子种类的离子束1的轨道IBI。
如果离子束1的能量相同，则离子束1在质量分离磁铁3中的偏转量(在此，离子束1的行进方向在离子束1的长度方向上弯曲的量)大体依赖于离子种类的质量。因此，如果是包含质量大的离子种类的离子束1，则其偏转量小，如果是包含质量小的离子种类的离子束1，则其偏转量大。如果偏转量不同，则如图4的(B)所示，通过质量分离磁铁3内部的包含各个离子种类的各离子束的轨道产生不同。另外，在图4的(B)中，在离子束1从质量分离磁铁3射出的位置，表示了X轴、Y轴、Z轴，但是，该X轴、Y轴、Z轴针对的是通过质量分离磁铁3后的包含所希望的离子种类的离子束1。
在图4的(C)中描绘了包含各离子种类的离子束1的轨道。在该图中，纵轴表示在磁场B方向上的位置，横轴表示在束路径上的位置。另外，该图的原点为质量分离磁铁3的入口(离子束1射入质量分离磁铁3的位置)，与图4的(B)相同，用实线表示包含所希望的离子种类的离子束的轨道，用单点划线表示包含质量小于所希望的离子种类的离子种类的离子束1的轨道，用虚线表示包含质量大于所希望的离子种类的离子种类的离子束1的轨道。另外，射入质量分离磁铁3中的离子束1位于磁极9之间。因此，在图4的(C)的原点处，在磁场B方向上的位置以离子束1射入的磁极9之间的位置为基准。在此的原点不意味着在磁场B方向上的位置为零，即，不意味着离子束1位于磁极9上。
如图4的(C)所示，如果在束路径上的相同位置，对在磁场B方向上的位置进行比较，则包含质量不同的离子种类的离子束1的轨道分别不同。对该不同进行说明，如参照图4的(B)可以确定的，包含质量小的离子种类的离子束在质量分离磁铁3内通过的距离(在质量分离磁铁3内的轨道IBl的长度)大于包含所希望的离子种类的离子束1在质量分离磁铁3内通过的距离(在质量分离磁铁3内的轨道IBd的长度)，包含质量大的离子种类的离子束在质量分离磁铁3内通过的距离(在质量分离磁铁3内的轨道IBh的长度)小于包含所希望的离子种类的离子束1在质量分离磁铁3内通过的距离(在质量分离磁铁3内的轨道IBd的长度)。
如前所述，离子束1沿与在质量分离磁铁3内产生的磁场B的方向斜交的方向行进。因此，对应于包含质量小的离子种类的离子束1在质量分离磁铁3内通过的距离长出来的部分，与包含其它的质量的离子种类的离子束1相比较，包含质量小的离子种类的离子束1在与磁场B的方向斜交的方向上行进的距离变长。相反，对应于包含质量大的离子种类的离子束1在质量分离磁铁3内通过的距离短出来的部分，与包含其它的质量的离子种类的离子束1相比较，包含质量大的离子种类的离子束1在与磁场B的方向斜交的方向上行进的距离变短。如图4的(A)所示，由于在磁场B中行进的离子束1包含磁场B方向的成分，所以离子束1在磁场B中行进的距离越长，在磁场B的方向上行进的距离也越长。因此，如图4的(C)所示，如果在束路径上的相同位置进行比较，则包含质量不同的离子种类的各离子束1在磁场B的方向上的位置产生差异。
在图4的(C)记载的分析狭缝4中，形成有沿着从纸面里侧朝外的方向的细长的狭缝。该狭缝的长边方向的尺寸(X方向的尺寸)大于离子束1的长度方向的尺寸。另外，将狭缝的短边方向的尺寸(Y方向的尺寸)设定成仅使包含所希望的离子种类的离子束1通过。具体来说，如图4的(C)所示，使质量小于所希望的离子种类的离子种类及质量大于所希望的离子种类的离子种类的离子束1与分析狭缝4碰撞，仅使包含所希望的离子种类的离子束1可以通过。另外，根据所处理的离子种类及质量分离时的分辨率，将短边方向的狭缝的尺寸设定为恰当的尺寸。这样来进行本发明的质量分离。
如参照图4的(C)可以确定的，在图4的(D)中虽然没有示出磁场B的方向，但磁场B的方向大体与Y方向一致。如参照图2的(B)说明过的，在离子束1的长度方向上，通过质量分离磁铁3的内部的离子束1的轨道大体相等。因此，如图4的(D)所示，在离子束1的长度方向上，包含所希望的离子种类的离子束1在磁场B的方向(由于该图是从Z方向观察的图，所以磁场B的方向大体是Y方向)上的位置大体相等。在此，虽然仅示出了离子束1的长度方向的两端部的轨道，但是对于通过其它位置(例如，长度方向的中央部)的离子束1的轨道在磁场B的方向上的位置也大体相同。
另一方面，在离子束1的长度方向上，通过质量分离磁铁3的内部的离子束1在各位置的轨道的长度也可以不同。在该情况下，如果以在离子束1的长度方向的两端部的轨道为例，则通过一端部的轨道与通过另一端部的轨道相比较，在磁场B方向上的位置变低或变高。如果在磁场B方向上的位置的差异变大，则存在有在离子束1的长度方向上，离子束1的特性产生不同的问题。但是，如果所述特性的不同是可以使在进行离子注入处理的基板6上制造的半导体器件的特性为大体均匀的程度，则离子束1在长度方向上的特性上的不同完全没有问题。因此，也可以以下述方式构成质量分离磁铁3，即，所述方式为：在允许的半导体器件的特性的偏差范围内，恰当地使离子束1在长度方向上的各位置的轨道的长度不同。
另外，为了对在质量分离磁铁3内产生的、离子束1在长度方向上的特性偏差进行修正，考虑在从离子源2到离子束1所照射的基板6之间，在离子束1的长度方向上使通过各位置的离子束1的轨道相对于磁场B的方向不产生差异。对此，例如只要边使基板6倾斜边对其进行驱动、或者恰当地设定各部件的配置，来对在磁场B方向上的轨道的差异进行修正即可。
在图5的(A)、图5的(B)中描绘了使通过质量分离磁铁3的内部的离子束1在长度方向上的各位置的轨道不同时的样子。除了轨道不同之处以外，基本结构与参照图4的(A)～图4的(D)说明过的情况相同，因此在此省略对重复的内容的详细说明。
图5的(A)表示在质量分离磁铁3的内部行进的离子束1的长度方向的两端部的轨道的长度不同的例子。具体来说，在此，P1-P3曲线(作为连接点P1和点P3的离子束的轨道的轨道IBd)的尺寸大于P2-P4曲线(作为连接点P2和点P4的离子束的轨道的轨道IBd)的尺寸。对于质量不同的其它的离子种类所形成的轨道(轨道IBh和轨道IBI)也相同，通过点P1的轨道的距离大于通过点P2的轨道的距离。
图5的(B)表示图5的(A)的通过质量分离磁铁3的内部后的、包含所希望的离子种类的各离子束1的轨道IBd通过分析狭缝4的样子。在图5的(A)中，通过点P1后的离子束1的轨道IBd、IBh、IBl表示在图5的(B)的纸面左侧，通过点P2后的离子束1的轨道IBd、IBh、IBl表示在图5的(B)的纸面右侧。如参照图5的(A)说明过的，通过点P1后的离子束1的轨道的距离长于通过点P2后的离子束1的轨道的距离。因此，如图5的(B)所示，在磁场B的方向(大致纸面的向上方向)上，通过各点后的离子束1的轨道的位置不同。另外，对于包含质量不同的离子种类的离子束1所形成的轨道，可以说也是同样的。
在离子束1的长度方向上，在磁场B的方向上的轨道的位置不同的情况下，包含所希望的离子种类的离子束1的轨道和包含质量不同的所希望的离子种类以外的离子种类的离子束1的轨道之间的关系也产生差异。具体来说，在图5的(B)中，在纸面右侧所示的、包含各离子种类的离子束1的轨道IBd、IBh、IBl之间的差异大于在纸面左侧所示的、包含各离子种类的离子束1的轨道IBd、IBh、IBl之间的差异。由于离子束1在长度方向上的性质的不同，所以离子束1在长度方向上的特性(例如，空间电荷效应造成的离子束1的扩展大、扩展小的特性)产生差异。但是，如前所述，如果控制在在基板6上制造的半导体器件的特性所能够允许的范围内，则即使是这样的结构也可以。
优选的是，离子束1在长度方向上以大体平行的状态向基板6照射。如果以长度方向发散或收敛的状态照射到基板6上，则由于离子束1在长度方向上对基板6的照射角度不一致，所以存在有在基板6上制造的半导体器件的特性产生不均匀的问题。因此，为了将在长度方向上大体平行的离子束1照射到基板6上，考虑使磁极9的端部形状为下述的形状。
图6的(A)、图6的(B)为磁极9的端部结构的说明图。如图6的(A)所示，考虑长度方向大体平行的离子束1射入半圆形的质量分离磁铁3中的情况。在该质量分离磁铁3的内部，磁场B垂直纸面从纸面里侧朝向外侧产生。另外，磁极9的形状由虚线所表示，为了方便，在此以质量分离磁铁3的入口侧端面和出口侧端面与磁极9的端面一致的方式进行了表示。但是，实际上，由于磁极9配置在质量分离磁铁3的内侧区域，所以各端面不一致。另外，由于通过平面进行了图示，所以看上去，离子束1沿与磁场B的方向垂直的方向行进，但是并不是这样。在该例子的情况下，也与前述的实施例的结构相同，相对于垂直于纸面从纸面里侧朝向外侧产生的磁场B的方向，离子束1沿与该磁场B的方向斜交的方向行进。
如该图所示，如果使在长度方向上大体平行的离子束1偏转为半圆形，则可以从质量分离磁铁3射出在长度方向上大体平行的离子束1。但是，在该情况下，质量分离磁铁3的尺寸必须比以往的质量分离磁铁更大。因此，这样的结构是不实用的。
因此，为了使质量分离磁铁3的尺寸较小，在本发明中，使磁极9的端部位于比在长度方向上的离子束1的轨道所汇聚的焦点位置F更靠向质量分离磁铁3的入口侧的位置。从质量分离磁铁3射出的离子束1的行进方向为从通过质量分离磁铁3的出口附近的离子束1的轨道上引出的切线的方向。因此，在本发明中，将磁极9的端部配置在比焦点位置F更靠向质量分离磁铁3的入口侧的位置，并且磁极9的端部的配置位置位于连接下述位置的线上，所述被连接的位置位于在离子束1的长度方向上通过两个以上位置的离子束1的轨道上，从所述被连接的位置引出的所述两个以上位置的离子束1的轨道的切线为大体平行。
具体来说，将从在离子束1的长度方向上通过图示的纸面左侧的离子束1的轨道上引出的切线设为切线L1，将从在离子束1的长度方向上通过图示的纸面右侧的离子束1的轨道上引出的切线设为切线L2。另外，将磁极9的端部设置在线U-U上，线U-U是连接位于两个切线大体平行的位置的点P3和点P4线。在此，以从在离子束1的长度方向上通过离子束1的两端部的轨道上引出的切线为例进行了说明，但是，显然，即使是从通过其它的位置的离子束1的轨道上引出的切线也可以。
根据参照图6的(A)说明过的磁极9的端部的构成方法制作成的质量分离磁铁3表示在图6的(B)中。如果如上所述地形成磁极9的端部形状，则不仅可以减小质量分离磁铁3的尺寸，而且还可以从质量分离磁铁3射出大体平行的离子束1。但是，在该情况下，相对于在射入质量分离磁铁3中时的离子束1的长度方向的尺寸为尺寸W1，在从质量分离磁铁3射出时的离子束1的长度方向的尺寸为小于尺寸W1的尺寸W2。因此，在基板6的尺寸大的情况下，必须使尺寸W1足够地大。
为了改善由于通过质量分离磁铁3造成离子束1的长度方向的尺寸缩小的情况，考虑图6的(C)所示的结构。在该例子中，通过质量分离磁铁3的离子束1的行进方向与图6的(B)的情况相反。另外，垂直于纸面从纸面外侧朝向里侧产生磁场B。如果采用这样的结构，则可以通过质量分离磁铁3扩大离子束1的长度方向的尺寸。另外，在该例子中也可以确定，如前述的那样，设置在质量分离磁铁3的出口侧的磁极9的端部配置在连接使从离子束1的轨道上引出的切线成为大体平行的点P1和点P2的线上。
在图7的(A)～图7的(D)中，由离子源2生成的离子束1假定为图1的(B)中记载的离子束1。与图6的(A)相同，图7的(A)表示通过半圆形的质量分离磁铁3的内部的离子束1的轨道。质量分离磁铁3及针对离子束1的轨道的切线等的观点与通过图6的(A)说明过的相同，所以在此省略对其的详细说明，而只进行简单地描述。
与图6的(A)的例子相同，将磁极9的端部配置在线U－U上，该线U－U为连接点P1和点P2的线，点P1和点P2是位于从通过质量分离磁铁3的内部的离子束1的轨道上引出的切线L1和切线L2成为相互大体平行的位置的点。
其结果是，制作成如图7的(B)所示的质量分离磁铁3，相对于入射时的离子束1的长度方向的尺寸为尺寸W3，在射出时可以扩大为具有大于尺寸W3的尺寸W4的离子束1。
与此相对，也可以如图7的(C)所示，使离子束1的行进方向与图7的(B)的例子相反，使离子束1的长度方向的尺寸变窄。其原因在于：如果基板6的尺寸小，则无须使离子束1的长度方向的宽度为那么大。另外，为了在短时间内对基板6进行离子注入处理，可以考虑增加离子束1的单位面积的束电流量。在该情况下，也可以使用图7的(C)所示的结构，使离子束1的长度方向的尺寸变窄，从而增加束电流量。当然，也可使用前面描述过的图6的(B)所示的结构，来增加束电流量。
如上所述，为了改变从质量分离磁铁3射出的离子束1的长度方向的尺寸，可以考虑将原本设置的离子源2更换为生成长度方向的尺寸不同的离子束1的另外的离子源2；或者使离子源2倾斜，使射入质量分离磁铁3中的离子束1的尺寸变窄或变大。同样，即使改变质量分离磁铁3的配置，也可以使从质量分离磁铁3射出的离子束1的长度方向的尺寸变窄或变大。
图7的(D)表示通过改变质量分离磁铁3的配置来扩大离子束1的长度方向的尺寸的例子。图7的(D)表示以点P2为中心使图7的(B)中记载的质量分离磁铁3旋转角度θ1时的结构。在该情况下，通过质量分离磁铁3的内部的离子束1的轨道不同于通过图7的(B)的例子表示的轨道。具体来说，通过纸面左侧的端部的离子束1的轨道与图7的(B)的例子相比较，向外侧扩大了角度θ2。由此，可以从质量分离磁铁3射出具有大于尺寸W4的尺寸W5的离子束1。
另外，在所述的图7的(D)的例子中，从质量分离磁铁3射出在长度方向上发散的离子束1，但是，只要发散的程度在某种程度以内，则即使这样的离子束1照射到基板6上，也没有问题。其原因在于：如果可以将在基板6上制造的半导体器件的特性控制在允许的范围内，则即使是在长度方向上发散的离子束1也没有问题。
代替图2的(A)、图2的(B)中举出的离子注入装置IM，也可以使用图8的(A)～图8的(C)的离子注入装置IM。
在图8的(A)的离子注入装置IM中，在离子源2和质量分离磁铁3之间，配置有一对静电偏转电极10。在图2的(A)的例子中，沿与在质量分离磁铁3的一对磁极9之间产生的磁场B的方向倾斜的方向，使离子束1从离子源2射出(行进)。与此相对，在图8的(A)的例子中，沿在质量分离磁铁3的一对磁极9之间产生的磁场B的方向垂直的方向，从离子源2射出离子束1。另外，通过静电偏转电极10，以与磁场B的方向倾斜的方式使离子束1的行进方向在离子束1的厚度方向上偏转。
在该例子中，离子束1为具有正电荷的离子束。另外，各静电偏转电极10在离子束1的长度方向上具有大于离子束1的尺寸，隔着离子束1的主平面相对配置。另外，在各静电偏转电极10上连接有图中未示出的电源，如图示的那样，在配置于纸面上侧的电极上施加负(－)的电压，在配置在纸面下侧的电极上施加正(+)的电压。采用这样的结构，可以使具有正电荷的离子束1朝向施加有负电压的纸面上侧的电极偏转。
电源的电压可以是固定的，但是，优选的是，电源的电压是可变的从而可以进行设定变更。在该情况下，即使离子源2及质量分离磁铁3等的配置产生了稍许的误差，也可以通过改变施加在静电偏转电极10上的电压的值，来对所述误差进行修正。
在图8的(A)中，静电偏转电极10配置在离子源2和质量分离磁铁3之间，但是，也可以如图8的(B)所示，将静电偏转电极10配置在质量分离磁铁3的内部。如果静电偏转电极10是由重金属制成的，则会受到离子束1的溅射而混入基板6，在该情况下，存在会引起半导体器件的制造不良的可能性。因此，可以考虑利用碳来制成静电偏转电极10，或者在基板6为硅片时，由硅制成静电偏转电极10。另外，在磁场B的内部配置一对静电偏转电极10的情况下，优选的是，在静电偏转电极10之间产生的电场E的方向与磁场B的方向平行。通过采用这样的结构，可以不对通过质量分离磁铁3的内部的离子束1产生E×B漂移(ドリフト)造成的偏转作用。
为了在离子束1的厚度方向使离子束1弯回来，可以考虑在质量分离磁铁3和处理室5之间配置第二静电偏转电极11，该例子表示在图8的(C)中。除了施加在隔着离子束1的主平面配置的电极上的电压的极性是相反的以外，静电偏转电极10和第二静电偏转电极11采用相同的结构。通过采用这样的结构，可以调整向基板6照射的离子束1在厚度方向上的照射角度。
另外，也可以使用图9的(A)、图9的(B)所示的离子注入装置IM。如图9的(A)所示，在该例子中，在离子源2和质量分离磁铁3之间配置有小的偏转电磁铁12。该点与图2的(A)、图2的(B)的例子不同。偏转电磁铁12具有隔着离子束1的主平面相对配置的一对磁极13，在磁极13之间产生的磁场B的方向与从离子源2射出的离子束1的行进方向垂直。
如图9的(B)所示，通过偏转电磁铁12，离子束1在长度方向上偏转。通过该偏转作用，可以在XZ平面内改变射入质量分离磁铁3中的离子束1的长度方向的尺寸，所以可以调整从质量分离磁铁3射出的离子束1的长度方向的尺寸。另外，还可以提高与离子源2及其它的离子光学部件的部件配置相关的裕度。另外，也可以在质量分离磁铁3和处理室5之间设置另一个偏转电磁铁12。如果这样，则可以对向基板6照射的离子束1的行进方向及在长度方向上的尺寸进行修正。
另外，由于可以不改变由质量分离磁铁3产生的磁场B的方向和离子束1的行进方向的相对的位置关系就可以，所以沿Z方向以使一个磁极9逐渐变短的方式改变从质量分离磁铁3的磁轭7向离子束1一侧突出的一对磁极9的尺寸(距磁轭7的距离)，并且以使另一个磁极9逐渐变长的方式改变从质量分离磁铁3的磁轭7向离子束1一侧突出的一对磁极9的尺寸(距磁轭7的距离)。此外，也可以使磁极9之间的尺寸固定，并在此基础上，根据磁极9的形状，以使离子束1的行进方向成为合适的方向的方式使离子源2倾斜，等等。
在到目前为止的实施例中，为了简化说明，省略了对在质量分离磁铁3的磁极9的端部产生的磁场(边缘场)的说明。如果考虑该边缘场，则如图10的(A)所示，分析狭缝4的配置位置位于离子束1的厚度方向的尺寸大体为最小的位置。
图10的(A)表示在考虑了在质量分离磁铁3的离子束1的入口侧和出口侧的磁极9的端部产生的边缘场Bf的情况下，离子束1的厚度方向的尺寸变化的样子。
如以往所公知的那样，在相对于与具有一对磁极的二级磁铁(ダイポールマグネット)的磁极端面垂直的方向，倾斜地射入离子束的情况下，由于边缘场Bf对离子束作用有使其收敛或发散的力。另外，虽然也与在二级磁铁的磁极之间产生的磁场的方向有关，但是，如果对照本发明考虑，则在此描述的与磁极端面垂直的方向和离子束的入射方向的关系是在与在磁极9之间产生的磁场B的方向垂直的平面中的关系。
根据具体例子进行说明。图10的(B)表示与图10的(A)中记载的离子注入装置IM的磁场B垂直的平面的样子。如该图10的(B)所示，相对于与离子束1射入的入口侧的磁极9的端面垂直的方向P⊥，离子束1以角度θ3射入。此时，由于磁场的朝向为垂直于纸面从纸面外侧朝向里侧，所以由于边缘场Bf，离子束1在厚度方向上收敛。
另一方面，相对于与离子束1射出的出口侧的磁极9的端面垂直的方向P⊥，离子束1水平地射出。因此，边缘场Bf不对离子束1施加收敛或发散作用。
如图10的(A)所示，在质量分离磁铁3的入口侧，边缘场Bf在厚度方向上施加收敛作用。另外，在质量分离磁铁3的出口侧，边缘场Bf不施加收敛或发散作用，所以离子束1在厚度方向上以收敛的状态行进，并在质量分离磁铁3的下游侧汇聚在焦点，通过配置在该位置的分析狭缝4，可以实现对包含不需要的离子种类的离子束的分离。
这样，如果将分析狭缝4配置在离子束1的厚度方向的焦点位置，则可以使分析狭缝4的短边方向的尺寸变窄。其结果是，可以提高对包含所希望的离子种类的离子束和包含所希望的离子种类以外的离子种类的离子束进行分离的分离精度。在此，虽然表示了在焦点位置配置分析狭缝4的例子，但是，显然，将分析狭缝4配置在焦点位置附近也可以期待实现相同的效果。因此，分析狭缝4无须正好配置在焦点位置，只要将分析狭缝4配置在大致焦点的位置即可。另外，也存在因离子束1的能量、空间电荷效应的影响，离子束1不汇聚在焦点的情况。如果考虑该情况，则可以考虑将分析狭缝4配置在离子束1的厚度方向的尺寸成为大体最小的位置。
在该例子中，如图10的(A)所示，射入质量分离磁铁3的入口侧的离子束1通过入口侧的磁极9之间的中央附近，所以从Y方向和与Y方向相反的方向，对离子束1施加朝向内侧的相等的力。另一方面，在离子束1通过靠近配置在Y方向一侧的磁极9的位置的情况下，在离子束1上仅作用有朝向与Y方向相反一侧的力。即使在该情况下，在离子束1的接近磁极9一侧(离子束1的纸面上侧部分)和远离磁极9一侧(离子束1的纸面下侧部分)，朝向与Y方向相反一侧作用的力的大小不同，所以离子束1在厚度方向上收敛。因此，在YZ平面内，离子束1通过磁极9之间的位置不限于图10的(A)所示的中央附近。
另外，在图10的(B)中，与质量分离磁铁3的出口侧的磁极9的端面垂直的方向P⊥和离子束1的行进方向IBZ为水平的关系，但是代替与此，该两者的关系也可以是倾斜的。
例如，以相对于与磁极9的端面相垂直的方向P⊥朝向纸面斜下方或斜上方具有角度的方式射出离子束1。如果这样，则由于在质量分离磁铁3的出口侧产生的边缘场Bf，离子束1在厚度方向会进一步收敛。其原因在于：在质量分离磁铁3的出口侧，如图10的(A)所示，离子束1靠近一个磁极9一侧。也可以象这样，以两阶段使离子束1在厚度方向上收敛。
此外，在图10的(B)中，使离子束1的行进方向IBZ相对于与磁极9的端面垂直的方向P⊥，从纸面下侧射入。这样，在质量分离磁铁3的入口侧，离子束1在厚度方向上发散。然后，如上所述的，在质量分离磁铁3的出口侧，离子束1相对于与磁极9的端面垂直的方向P⊥倾斜地射出。此时，通过使相对于与磁极9的端面垂直的方向的射出角度大于在入口侧的入射角度，可以期待在通过质量分离磁铁3的前后，使离子束1的厚度方向的尺寸在总体上减少。
除了所述的内容以外，显然，也可以在不脱离本发明宗旨的范围内，进行各种改进和变形。

Claims (20)

1.一种离子注入装置，其特征在于包括：
离子源，生成在一个方向上长的带状离子束；
质量分离磁铁，配置在所述离子源的下游，具有一对磁极，该一对磁极隔着所述离子束的主平面相对设置，所述离子束的主平面位于由所述离子束的长度方向和行进方向定义的平面内，通过在所述磁极之间产生的磁场，使所述离子束的行进方向在所述离子束的长度方向上偏转；
分析狭缝，使通过所述质量分离磁铁后的离子束中的、包含所希望的离子种类的离子束通过；以及
处理室，配置有基板，通过所述分析狭缝后的离子束照射到所述基板上，其中，
在所述磁极之间产生的磁场的方向倾斜地横穿通过所述质量分离磁铁内部的所述离子束的主平面。
2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸。
3.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的。
4.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的。
5.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向倾斜交叉。
6.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向倾斜交叉。
7.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向倾斜交叉。
8.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向倾斜交叉。
9.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
10.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
11.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
12.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
13.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述质量分离磁铁内配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
14.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述质量分离磁铁内配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
15.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述质量分离磁铁内配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
16.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述磁极在所述离子束的长度方向上的尺寸大于所述离子束的尺寸，
所述一对磁极之间的距离在所述质量分离磁铁的内部是固定的，
由所述离子源生成的所述离子束的行进方向与在所述质量分离磁铁内产生的磁场的方向垂直，并且在所述质量分离磁铁内配置有一对静电偏转电极，该一对静电偏转电极使所述离子束的行进方向在所述离子束的厚度方向上偏转，所述厚度方向与所述主平面垂直。
17.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，在所述离子源和所述质量分离磁铁之间的束路径上配置有偏转电磁铁，该偏转电磁使所述离子束的行进方向在所述离子束的长度方向上偏转。
18.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，配置在所述质量分离磁铁的出口侧的所述磁极的端部位于连接以下各点的线上，所述各点在所述质量分离磁铁的内部位于在所述离子束的长度方向上通过不同位置的多个离子束的轨道上，从所述各点引出的所述多个离子束的轨道的各切线为相互平行。
19.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，在所述质量分离磁铁的内部，在所述离子束的长度方向上通过不同位置的所述离子束的轨道的长度相同。
20.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，所述分析狭缝配置在所述离子束的厚度方向的尺寸最小的位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6278835B2 (ja) * 2014-05-26 2018-02-14 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH025346A (ja) * 1988-06-15 1990-01-10 Teru Barian Kk イオン注入装置およびイオンビームの調整方法
CN1700402A (zh) * 2004-05-14 2005-11-23 日新意旺机械股份公司 离子注入装置
JP2008235006A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Nissin Ion Equipment Co Ltd イオンビームの進行角修正方法およびイオン注入装置
CN101563750A (zh) * 2006-09-29 2009-10-21 瓦里安半导体设备公司 改善离子束传送的技术

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060066792A (ko) * 2004-12-14 2006-06-19 동부일렉트로닉스 주식회사 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법
JP5085887B2 (ja) * 2006-05-30 2012-11-28 株式会社Ｓｅｎ ビーム処理装置及びビーム処理方法
JP4218699B2 (ja) * 2006-06-09 2009-02-04 日新イオン機器株式会社 分析電磁石
JP4288288B2 (ja) * 2007-03-29 2009-07-01 三井造船株式会社 イオン注入装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH025346A (ja) * 1988-06-15 1990-01-10 Teru Barian Kk イオン注入装置およびイオンビームの調整方法
CN1700402A (zh) * 2004-05-14 2005-11-23 日新意旺机械股份公司 离子注入装置
CN101563750A (zh) * 2006-09-29 2009-10-21 瓦里安半导体设备公司 改善离子束传送的技术
JP2008235006A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Nissin Ion Equipment Co Ltd イオンビームの進行角修正方法およびイオン注入装置

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