JPH0793121B2 - 二次元磁気走査を用いたイオン照射装置および関連装置 - Google Patents
二次元磁気走査を用いたイオン照射装置および関連装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばイオン注入装
置のようなイオンビームを利用する装置に関し、より具
体的には、イオンを磁気的に二次元で走査してターゲッ
トに照射する装置およびそれに関連する装置に関する。
置のようなイオンビームを利用する装置に関し、より具
体的には、イオンを磁気的に二次元で走査してターゲッ
トに照射する装置およびそれに関連する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】シリコンウェーハのような半
導体の改質は、しばしばイオン注入によって行われる。
通常、イオン照射の均一性は、二次元における時変電界
（時間的に変化する電界）を用いて、イオンビームを、
ウェーハ表面を横切ってラスターパターン状に走査する
ように急速に偏向させることにより達成される。各次元
で互いに反対方向に作用する一対の偏向によって、ウェ
ーハに対する平行走査を行うことができる。このような
イオン注入装置においては、ビーム電流すなわちウェー
ハのスループットは、時変電界領域において存在しかつ
ビームの「ブローアップ（膨張）」の原因となる空間電
荷力によって極端に制限される。
導体の改質は、しばしばイオン注入によって行われる。
通常、イオン照射の均一性は、二次元における時変電界
（時間的に変化する電界）を用いて、イオンビームを、
ウェーハ表面を横切ってラスターパターン状に走査する
ように急速に偏向させることにより達成される。各次元
で互いに反対方向に作用する一対の偏向によって、ウェ
ーハに対する平行走査を行うことができる。このような
イオン注入装置においては、ビーム電流すなわちウェー
ハのスループットは、時変電界領域において存在しかつ
ビームの「ブローアップ（膨張）」の原因となる空間電
荷力によって極端に制限される。
【０００３】一般的な変形例においては、時変電界は、
ビームを一つの軸に沿って前後に偏向させるために用い
られ、その間にウェーハは垂直軸に沿って機械的に往復
動させられる。しかし、前述したように多くの場合、ビ
ーム電流とウェーハのスループットは、空間電荷力によ
って非常に制限される。更に、ウェーハの機械的な動き
は比較的緩やかであり、全体の照射量が少ない場合、ウ
ェーハのスループットは制限される。
ビームを一つの軸に沿って前後に偏向させるために用い
られ、その間にウェーハは垂直軸に沿って機械的に往復
動させられる。しかし、前述したように多くの場合、ビ
ーム電流とウェーハのスループットは、空間電荷力によ
って非常に制限される。更に、ウェーハの機械的な動き
は比較的緩やかであり、全体の照射量が少ない場合、ウ
ェーハのスループットは制限される。
【０００４】電子走査のために高周波域で用いられてい
る時変磁界（時間的に変化する磁界）を、原子および分
子イオンビームを走査するのに用いることが提案されて
いる。しかしながら、ウェーハの処理にしばしば用いら
れる重イオン、例えば一価のホウ素（Ｂ+ ）、リン（Ｐ
+ ）、ヒ素（Ａｓ+ ）およびアンチモン（Ｓｂ+ ）等に
対して必要とする走査場エネルギーは、磁界偏向の場合
は電界偏向に比べて１０００〜１００００倍にもなる。
る時変磁界（時間的に変化する磁界）を、原子および分
子イオンビームを走査するのに用いることが提案されて
いる。しかしながら、ウェーハの処理にしばしば用いら
れる重イオン、例えば一価のホウ素（Ｂ+ ）、リン（Ｐ
+ ）、ヒ素（Ａｓ+ ）およびアンチモン（Ｓｂ+ ）等に
対して必要とする走査場エネルギーは、磁界偏向の場合
は電界偏向に比べて１０００〜１００００倍にもなる。
【０００５】注入イオンよりも質量が１／１００００以
下である電子を高速で磁気走査するために開発された技
術を、イオン注入装置に適する構造を作るために拡張す
ることはできない。これまで、イオン注入装置に用いら
れていた磁気走査法は、ほんの数Ｈｚの走査周波数に限
定されていた。更にこれらの構造は、高速走査周波数で
の、即ち１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚあるいはそれ以上の
周波数での二次元ラスター走査を作るために適用できな
いし、拡張もできない。
下である電子を高速で磁気走査するために開発された技
術を、イオン注入装置に適する構造を作るために拡張す
ることはできない。これまで、イオン注入装置に用いら
れていた磁気走査法は、ほんの数Ｈｚの走査周波数に限
定されていた。更にこれらの構造は、高速走査周波数で
の、即ち１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚあるいはそれ以上の
周波数での二次元ラスター走査を作るために適用できな
いし、拡張もできない。
【０００６】そこでこの発明は、大電流のイオンビーム
を二次元的に高い走査周波数でかつエネルギーの広い範
囲に亘り走査することを可能にする装置を提供すること
を主たる目的とする。
を二次元的に高い走査周波数でかつエネルギーの広い範
囲に亘り走査することを可能にする装置を提供すること
を主たる目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のイオン照射装置は、イオンビームを基準
軸に対して磁気的に二次元で偏向させる磁気走査装置
と、この磁気走査装置からのイオンビームを磁気的に二
次元で前記基準軸と所定の関係を有する方向に向け直し
てターゲットに入射させる磁気イオンビーム輸送装置と
を備えることを特徴とする。
め、この発明のイオン照射装置は、イオンビームを基準
軸に対して磁気的に二次元で偏向させる磁気走査装置
と、この磁気走査装置からのイオンビームを磁気的に二
次元で前記基準軸と所定の関係を有する方向に向け直し
てターゲットに入射させる磁気イオンビーム輸送装置と
を備えることを特徴とする。
【０００８】一つの局面において、この発明は、後に更
に他の磁界（これは好ましくは静的なもの）が続く時変
磁界の組み合わせを作る整合された構造に関し、この構
造は、適切な配置により、大電流の重イオンビームを二
つの直交方向に高走査周波数でエネルギーの広い範囲に
亘り走査することを可能にする。
に他の磁界（これは好ましくは静的なもの）が続く時変
磁界の組み合わせを作る整合された構造に関し、この構
造は、適切な配置により、大電流の重イオンビームを二
つの直交方向に高走査周波数でエネルギーの広い範囲に
亘り走査することを可能にする。
【０００９】この発明により、イオン電流が１０μＡか
ら２０ｍＡ以上の範囲でエネルギーが例えば４００ｋｅ
Ｖから５ｋｅＶ以下の範囲という、イオンの非常に広い
範囲に亘って走査可能なイオン注入装置を構成すること
ができる。
ら２０ｍＡ以上の範囲でエネルギーが例えば４００ｋｅ
Ｖから５ｋｅＶ以下の範囲という、イオンの非常に広い
範囲に亘って走査可能なイオン注入装置を構成すること
ができる。
【００１０】一つの重要な局面において、この発明の特
徴は、低パービアンスから高パービアンスの原子または
分子イオンビームに対する二次元磁気走査装置にあり、
この装置の後ろには、ターゲット上で所望の入射条件に
なるようにビームを二次元で向け直す磁気イオンビーム
輸送装置が続く。
徴は、低パービアンスから高パービアンスの原子または
分子イオンビームに対する二次元磁気走査装置にあり、
この装置の後ろには、ターゲット上で所望の入射条件に
なるようにビームを二次元で向け直す磁気イオンビーム
輸送装置が続く。
【００１１】好ましくは、この局面は、軸方向に分離さ
れた一対の磁気偏向装置によって実施される。この磁気
偏向装置の一つは、第１の方向、例えばウェーハ面によ
り定義されるｘ−ｙ面でのｙ方向に走査するためのもの
であり、他の偏向装置はこのｙ走査装置に後に続いてい
てｘ方向に走査するためのものである。
れた一対の磁気偏向装置によって実施される。この磁気
偏向装置の一つは、第１の方向、例えばウェーハ面によ
り定義されるｘ−ｙ面でのｙ方向に走査するためのもの
であり、他の偏向装置はこのｙ走査装置に後に続いてい
てｘ方向に走査するためのものである。
【００１２】この走査装置を形成する磁石は、時変磁界
を発生する電磁石であり、ビームを二方向に偏向させる
のに必要とする電力を最小にするように配置および構成
されている。
を発生する電磁石であり、ビームを二方向に偏向させる
のに必要とする電力を最小にするように配置および構成
されている。
【００１３】好ましい実施例において、二つの走査器の
動作に必要な電力を最小限にしながら注入ターゲットの
高いスループットを達成するために、小さいギャップ長
を有し小さい偏向を要求されるｙ走査器は、約１０００
Ｈｚまたはこれ以上の高い走査周波数で動作させられ、
一方、大きいギャップ長を有し大きい偏向角を要求され
るｘ走査器は、約５０Ｈｚあるいはそれ以上の低い走査
周波数で動作させられる。
動作に必要な電力を最小限にしながら注入ターゲットの
高いスループットを達成するために、小さいギャップ長
を有し小さい偏向を要求されるｙ走査器は、約１０００
Ｈｚまたはこれ以上の高い走査周波数で動作させられ、
一方、大きいギャップ長を有し大きい偏向角を要求され
るｘ走査器は、約５０Ｈｚあるいはそれ以上の低い走査
周波数で動作させられる。
【００１４】好ましくは、各種実施例において、走査器
の後に続く磁気イオンビーム輸送／変換装置が、ターゲ
ットでのイオンビームの所望の関係を達成するために二
つの次元で作用する静磁界を作り出す。好ましくはこの
装置は、ウェーハで平行ビームを作り出すテレセントリ
ック輸送装置（ＴＴＳ）である。このテレセントリック
輸送装置は、ビーム経路に沿って所定の静磁界を与える
ことにより、走査されたビームを、全てのビーム線が実
質的に平行であるテレセントリックビームに変換する。
の後に続く磁気イオンビーム輸送／変換装置が、ターゲ
ットでのイオンビームの所望の関係を達成するために二
つの次元で作用する静磁界を作り出す。好ましくはこの
装置は、ウェーハで平行ビームを作り出すテレセントリ
ック輸送装置（ＴＴＳ）である。このテレセントリック
輸送装置は、ビーム経路に沿って所定の静磁界を与える
ことにより、走査されたビームを、全てのビーム線が実
質的に平行であるテレセントリックビームに変換する。
【００１５】ｘ走査器に続くイオンビーム輸送装置は、
二つの走査器によって与えられるビーム偏向に適合する
比較的大きい開口部を有している。更に、この装置は、
ウェーハでのビームスポットサイズおよび固有偏差を最
適化するように、焦点距離を予め設定できる調整可能な
レンズのように働く。磁気輸送装置のパラメータの適当
な設定により、ウェーハでのビームスポットサイズを、
小ビーム電流に対しては例えばオーバースキャンを最小
にしてビームを効率的に使用するために非常に小さくす
ることもできるし、あるいは、大ビーム電流に対して
は、大電流密度での小さい焦点スポットがウェーハ表面
を損傷するのでスポットサイズを大きくすることもでき
る。
二つの走査器によって与えられるビーム偏向に適合する
比較的大きい開口部を有している。更に、この装置は、
ウェーハでのビームスポットサイズおよび固有偏差を最
適化するように、焦点距離を予め設定できる調整可能な
レンズのように働く。磁気輸送装置のパラメータの適当
な設定により、ウェーハでのビームスポットサイズを、
小ビーム電流に対しては例えばオーバースキャンを最小
にしてビームを効率的に使用するために非常に小さくす
ることもできるし、あるいは、大ビーム電流に対して
は、大電流密度での小さい焦点スポットがウェーハ表面
を損傷するのでスポットサイズを大きくすることもでき
る。
【００１６】好ましくは、二つの別に配置された磁気走
査器を採用する走査装置においては、イオンビーム輸送
装置は少なくとも二つのイオン光学的輸送要素を含んで
いる。テレセントリックビームを規定するために、これ
らの組み合わされた要素の焦点は、走査器の中心に来る
ように選ばれる。
査器を採用する走査装置においては、イオンビーム輸送
装置は少なくとも二つのイオン光学的輸送要素を含んで
いる。テレセントリックビームを規定するために、これ
らの組み合わされた要素の焦点は、走査器の中心に来る
ように選ばれる。
【００１７】この発明の他の局面は、走査器および磁気
イオンビーム輸送装置の他の実施例にある。
イオンビーム輸送装置の他の実施例にある。
【００１８】他の局面において、この発明は、走査装置
に関連する磁界検出要素を採用する二次元磁気走査装
置、および、検出された磁界の値に基づいてこの走査装
置を二次元に亘り所定のイオンドーズプロファイルを作
るよう制御する閉ループ制御装置に関する。
に関連する磁界検出要素を採用する二次元磁気走査装
置、および、検出された磁界の値に基づいてこの走査装
置を二次元に亘り所定のイオンドーズプロファイルを作
るよう制御する閉ループ制御装置に関する。
【００１９】この発明の一つの特徴は、原子または分子
イオンでもってターゲットの表面を二次元で高速走査す
ることによって、ターゲットの表面に原子または分子イ
オンを照射する装置にある。この装置は、ターゲットを
ビームに対面させるエンドステーションと、原子または
分子イオンのビームを生成するイオン源および関連のビ
ーム形成装置と、基準軸に対してビームを二次元に偏向
させる磁気走査装置とを含んでいる。この走査装置は、
走査の各次元に対して、磁性材料から成るヨークおよび
磁極手段と、関連する励磁コイルとから成る個別の走査
電磁石手段を採用している。この装置はまた、走査装置
に続く磁気イオンビーム輸送装置を備えている。この輸
送装置は、走査装置からその二次元的な偏向の範囲に亘
ってビームを受けるよう配置されており、かつ次のよう
な特性の磁界条件をビーム経路に沿って課するよう構成
されている。即ちこの特性は、二次元的に偏向されたビ
ームを、その前記軸からの所望の瞬間的な二次元的変位
時に、二次元における軸と予め定められた所望の角度関
係を有する方向に向け直すよう選定された特性であり、
それによってターゲット上でビームの所望の走査を得る
ことができる。
イオンでもってターゲットの表面を二次元で高速走査す
ることによって、ターゲットの表面に原子または分子イ
オンを照射する装置にある。この装置は、ターゲットを
ビームに対面させるエンドステーションと、原子または
分子イオンのビームを生成するイオン源および関連のビ
ーム形成装置と、基準軸に対してビームを二次元に偏向
させる磁気走査装置とを含んでいる。この走査装置は、
走査の各次元に対して、磁性材料から成るヨークおよび
磁極手段と、関連する励磁コイルとから成る個別の走査
電磁石手段を採用している。この装置はまた、走査装置
に続く磁気イオンビーム輸送装置を備えている。この輸
送装置は、走査装置からその二次元的な偏向の範囲に亘
ってビームを受けるよう配置されており、かつ次のよう
な特性の磁界条件をビーム経路に沿って課するよう構成
されている。即ちこの特性は、二次元的に偏向されたビ
ームを、その前記軸からの所望の瞬間的な二次元的変位
時に、二次元における軸と予め定められた所望の角度関
係を有する方向に向け直すよう選定された特性であり、
それによってターゲット上でビームの所望の走査を得る
ことができる。
【００２０】好ましい実施例においては、磁気走査手段
は、走査の少なくとも一つの次元に対して、ビームを１
００Ｈｚより大きい周波数でターゲットの表面上を走査
するよう構成されており、磁気イオン輸送装置は、二次
元的に偏向されたビームを次元的に非結合の状態で向け
直す特性を有しており、かつ走査装置は、ビームを第１
の次元において走査する時変磁界を発生する第１の磁気
走査器を備えており、かつその下流側に同軸状に位置し
ていて、ビームを第２の次元で走査するものであって第
１の走査器とは磁気的に非結合の時変磁界を発生する第
２の磁気走査器を備えている。この走査器は、ビームを
各瞬間に各次元において、ターゲット上におけるビーム
の所望の瞬間的な変位によって規定される各角度で、か
つ互いに非結合の状態で、各基準軸から偏向させるよう
に働く。
は、走査の少なくとも一つの次元に対して、ビームを１
００Ｈｚより大きい周波数でターゲットの表面上を走査
するよう構成されており、磁気イオン輸送装置は、二次
元的に偏向されたビームを次元的に非結合の状態で向け
直す特性を有しており、かつ走査装置は、ビームを第１
の次元において走査する時変磁界を発生する第１の磁気
走査器を備えており、かつその下流側に同軸状に位置し
ていて、ビームを第２の次元で走査するものであって第
１の走査器とは磁気的に非結合の時変磁界を発生する第
２の磁気走査器を備えている。この走査器は、ビームを
各瞬間に各次元において、ターゲット上におけるビーム
の所望の瞬間的な変位によって規定される各角度で、か
つ互いに非結合の状態で、各基準軸から偏向させるよう
に働く。
【００２１】この発明の他の特徴は、低パービアンスか
ら高パービアンス、即ち、０．０２／Ｍ［ａｍｕ］1/2
（ｍＡ／ｋｅＶ3/2 、Ｍはイオンの質量）を越えるパー
ビアンスを含む広範囲のパービアンスでビームをターゲ
ットの表面上を急速に走査することにより、所望の均一
性で原子または分子イオンをターゲット上に照射する装
置にある。この装置は、ターゲットを支持するエンドス
テーションと、原子または分子イオンのビームを生成す
るイオン源と、ビームから不所望の質量あるいはエネル
ギーのイオンを除去する運動量分析器を含み原子または
分子イオンのビームを生成するビーム形成装置と、イオ
ンの所望の最終速度を確立する加速器とを備えている。
基準軸に対して二次元にビームを偏向させる磁気走査装
置が設けられている。この走査装置は、各次元において
ビームを続けて偏向させる時変磁界を発生する第１およ
び第２の磁気走査器を装置の軸に沿って第１および第２
の位置に備えている。この第１の走査器は、ビームを第
１の次元において急速に走査するよう構成されており、
かつビームが通過する磁気ギャップであって第２の走査
器の磁気ギャップ長よりも短い磁気ギャップ長を有して
おり、かつ第２の走査器よりも急速にビームを走査する
よう構成されている。この走査器は、各瞬間に各次元に
おいて、ターゲット上でのビームの所望の瞬間的な変位
によって規定される各角度で、かつ互いに非結合の状態
で、各基準軸からビームを偏向させるように働く。磁気
走査器のそれぞれは、磁性材料から成るヨークおよび磁
極手段と、関連する励磁コイルとを備えており、かつそ
れぞれは、コイルに時変電流を供給する制御回路および
電源を備えている。この走査器の後ろには、磁気イオン
ビーム輸送装置が続いている。この輸送装置は、走査器
の二次元的な偏向の範囲に亘って走査器からビームを受
けるよう配置されており、かつビーム経路に沿って次の
ような特性の磁界条件を課するよう構成されている。即
ちこの特性は、二次元的に偏向されたビームを、その軸
からの所望の瞬間的な二次元的変位時に、二つの方向に
おいて軸に対して所望の角度関係を有する方向に、次元
的に非結合の状態で向け直すよう選定されており、それ
によって有限のイオン分布サイズをしたビームスポット
をターゲット上で所望に走査することができる。この磁
気イオンビーム輸送装置は、ターゲットにおいて実質的
に一定のビームサイズのビームを生じるよう構成されて
おり、それによってイオンの進行方向は全走査範囲に亘
り所望の方向から約２°未満しかずれない。
ら高パービアンス、即ち、０．０２／Ｍ［ａｍｕ］1/2
（ｍＡ／ｋｅＶ3/2 、Ｍはイオンの質量）を越えるパー
ビアンスを含む広範囲のパービアンスでビームをターゲ
ットの表面上を急速に走査することにより、所望の均一
性で原子または分子イオンをターゲット上に照射する装
置にある。この装置は、ターゲットを支持するエンドス
テーションと、原子または分子イオンのビームを生成す
るイオン源と、ビームから不所望の質量あるいはエネル
ギーのイオンを除去する運動量分析器を含み原子または
分子イオンのビームを生成するビーム形成装置と、イオ
ンの所望の最終速度を確立する加速器とを備えている。
基準軸に対して二次元にビームを偏向させる磁気走査装
置が設けられている。この走査装置は、各次元において
ビームを続けて偏向させる時変磁界を発生する第１およ
び第２の磁気走査器を装置の軸に沿って第１および第２
の位置に備えている。この第１の走査器は、ビームを第
１の次元において急速に走査するよう構成されており、
かつビームが通過する磁気ギャップであって第２の走査
器の磁気ギャップ長よりも短い磁気ギャップ長を有して
おり、かつ第２の走査器よりも急速にビームを走査する
よう構成されている。この走査器は、各瞬間に各次元に
おいて、ターゲット上でのビームの所望の瞬間的な変位
によって規定される各角度で、かつ互いに非結合の状態
で、各基準軸からビームを偏向させるように働く。磁気
走査器のそれぞれは、磁性材料から成るヨークおよび磁
極手段と、関連する励磁コイルとを備えており、かつそ
れぞれは、コイルに時変電流を供給する制御回路および
電源を備えている。この走査器の後ろには、磁気イオン
ビーム輸送装置が続いている。この輸送装置は、走査器
の二次元的な偏向の範囲に亘って走査器からビームを受
けるよう配置されており、かつビーム経路に沿って次の
ような特性の磁界条件を課するよう構成されている。即
ちこの特性は、二次元的に偏向されたビームを、その軸
からの所望の瞬間的な二次元的変位時に、二つの方向に
おいて軸に対して所望の角度関係を有する方向に、次元
的に非結合の状態で向け直すよう選定されており、それ
によって有限のイオン分布サイズをしたビームスポット
をターゲット上で所望に走査することができる。この磁
気イオンビーム輸送装置は、ターゲットにおいて実質的
に一定のビームサイズのビームを生じるよう構成されて
おり、それによってイオンの進行方向は全走査範囲に亘
り所望の方向から約２°未満しかずれない。
【００２２】上記およびこれから述べる好ましい各種実
施例においては、第２の走査器は、ビームに影響を及ぼ
す光学的要素を介在させることなく、第１の走査器に近
接して配置されている。第１の走査器は、第２の走査器
の走査周波数より約１０倍でしかもその有理倍数でない
走査周波数で動作するよう構成されている。この実施例
の装置は、前記走査装置にリボン状のイオンビームを与
えるよう構成されており、このリボンの断面の短辺側
は、第１の走査器のギャップの厚さ方向に整列させられ
ている。また第２の走査器のギャップは、状態では軸方
向に放射状に広がっており、かつ方向では第１の走査器
によって作られる偏向ビームのエンベロープの広がりに
対応しており、一方、第２の走査器の磁極の（ギャップ
に垂直方向の）幅はこれに対応して軸方向において徐々
に増大している。
施例においては、第２の走査器は、ビームに影響を及ぼ
す光学的要素を介在させることなく、第１の走査器に近
接して配置されている。第１の走査器は、第２の走査器
の走査周波数より約１０倍でしかもその有理倍数でない
走査周波数で動作するよう構成されている。この実施例
の装置は、前記走査装置にリボン状のイオンビームを与
えるよう構成されており、このリボンの断面の短辺側
は、第１の走査器のギャップの厚さ方向に整列させられ
ている。また第２の走査器のギャップは、状態では軸方
向に放射状に広がっており、かつ方向では第１の走査器
によって作られる偏向ビームのエンベロープの広がりに
対応しており、一方、第２の走査器の磁極の（ギャップ
に垂直方向の）幅はこれに対応して軸方向において徐々
に増大している。
【００２３】この発明の装置の更に他の各種実施例にお
いては、走査器のコイルおよび関連の磁気回路は、ビー
ムを二つの次元において非結合の状態で偏向させる磁界
を発生するよう働き、かつビーム経路に沿ってほぼ同じ
ように近接して配置されている。好ましくは、この発明
の装置は、円形の鉄ヨークと、ヨークの軸の周りにあっ
て当該軸に向かって延びる複数の磁極と、この磁極に組
み合わされた互いに別のｘ次元偏向コイルおよびｙ次元
偏向コイルとを備えている。各偏向方向に対する磁極上
のコイルの巻数は、各偏向軸に対する磁極の角度位置に
従って変えるのが好ましい。また、各組のコイルを、各
次元における偏向のための各励磁電流で駆動されるよう
に直列に接続する手段が設けられる。
いては、走査器のコイルおよび関連の磁気回路は、ビー
ムを二つの次元において非結合の状態で偏向させる磁界
を発生するよう働き、かつビーム経路に沿ってほぼ同じ
ように近接して配置されている。好ましくは、この発明
の装置は、円形の鉄ヨークと、ヨークの軸の周りにあっ
て当該軸に向かって延びる複数の磁極と、この磁極に組
み合わされた互いに別のｘ次元偏向コイルおよびｙ次元
偏向コイルとを備えている。各偏向方向に対する磁極上
のコイルの巻数は、各偏向軸に対する磁極の角度位置に
従って変えるのが好ましい。また、各組のコイルを、各
次元における偏向のための各励磁電流で駆動されるよう
に直列に接続する手段が設けられる。
【００２４】この発明の装置の更に他の実施例において
は、ビーム形成装置はイオン源の共役イオン光学像を形
成し、かつ走査装置はその磁気ギャップを比較的小さく
保つためにこの光学像の領域に設置される。磁気走査装
置の磁極およびヨークの構造は、厚さが１ｍｍ未満の磁
性材料の絶縁された積層体から成る。好ましくは、この
積層体の厚さは約０．５ｍｍにするのが良い。イオンビ
ーム輸送装置は、二次元的に偏向されたビームに対し
て、当該ビームがターゲットに入射する最終的な位置お
よび角度がイオンビーム輸送装置に入るビームの角度方
向および変位の一次関数であるような線形変換を行うこ
とができる静磁界を確立するための電磁石装置である。
この磁気イオンビーム輸送装置は、好ましくは、各イオ
ンの角度方向が走査範囲に亘り所望の方向から約２°未
満しかずれないようなビームを作るのに十分な静磁界条
件をビーム経路に沿って課するよう構成されている。好
ましくはこの磁気的なイオン輸送装置は、ターゲット上
でのビームの角度を発散、平行および集束する値の範囲
に亘って調整するための調整可能なパラメータを有して
いる。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送装置は、前
記二次元における前記基準軸に平行なビームを作る静磁
界条件を与える。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送
装置は、ビーム経路に沿って、全走査範囲に亘りターゲ
ットでの実質的に一定のイオン分布スポットサイズを有
するビームを作る静磁界条件を課するよう構成されてい
る。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送装置は、ター
ゲットでのビームサイズを調整するための調整可能なパ
ラメータを有している。
は、ビーム形成装置はイオン源の共役イオン光学像を形
成し、かつ走査装置はその磁気ギャップを比較的小さく
保つためにこの光学像の領域に設置される。磁気走査装
置の磁極およびヨークの構造は、厚さが１ｍｍ未満の磁
性材料の絶縁された積層体から成る。好ましくは、この
積層体の厚さは約０．５ｍｍにするのが良い。イオンビ
ーム輸送装置は、二次元的に偏向されたビームに対し
て、当該ビームがターゲットに入射する最終的な位置お
よび角度がイオンビーム輸送装置に入るビームの角度方
向および変位の一次関数であるような線形変換を行うこ
とができる静磁界を確立するための電磁石装置である。
この磁気イオンビーム輸送装置は、好ましくは、各イオ
ンの角度方向が走査範囲に亘り所望の方向から約２°未
満しかずれないようなビームを作るのに十分な静磁界条
件をビーム経路に沿って課するよう構成されている。好
ましくはこの磁気的なイオン輸送装置は、ターゲット上
でのビームの角度を発散、平行および集束する値の範囲
に亘って調整するための調整可能なパラメータを有して
いる。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送装置は、前
記二次元における前記基準軸に平行なビームを作る静磁
界条件を与える。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送
装置は、ビーム経路に沿って、全走査範囲に亘りターゲ
ットでの実質的に一定のイオン分布スポットサイズを有
するビームを作る静磁界条件を課するよう構成されてい
る。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送装置は、ター
ゲットでのビームサイズを調整するための調整可能なパ
ラメータを有している。
【００２５】この発明の更に他の実施例においては、イ
オンビーム輸送装置は、前記各磁気走査器が互いに異な
った軸上位置であることについての適応を可能にするよ
うに構成されており、かつ偏向されたビームを所望の角
度関係および変位へ線形変換を行うよう構成された複数
の、軸方向に分離して配置された静磁界印加要素を備え
ている。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送装置は、
偏向の二つの次元で有効な静磁界を印加する第２の磁気
手段が後に続く少なくとも一つの静四重極磁界を印加す
る手段を備えている。好ましくは、この磁気イオンビー
ム輸送装置は、交替極性をした少なくとも三つの四重極
磁界を続けて印加する手段を備えている。好ましくはこ
の磁気イオンビーム輸送装置は、少なくとも三つの四重
極電磁石を直列に備えている。好ましくはこの磁気イオ
ンビーム輸送装置は、交替極性をしたそれぞれの四重極
磁界を発生するよう構成された少なくとも三つの異なる
セクションをその長さ方向に沿って有する偏向電磁石を
備えている。好ましくは、四重極磁界装置のｘおよびｙ
次元の対物点は、それぞれ、テレセントリック条件を満
たすような方法で、ｘおよびｙ次元磁気走査器において
生じる。好ましくはこのイオンビーム輸送装置は、後述
する表１に示したように実質的に配置される四重極電磁
石を備えている。好ましくはこの四重極磁界のパラメー
タは、ターゲットでのビームスポットサイズのイオン分
布スポットサイズを変化させるよう調整可能であり、従
ってこのビームスポットサイズは全走査範囲に亘り実質
的に一定のままである。好ましくは四重極装置のパラメ
ータは、走査範囲において所定の関係を維持しながら、
ターゲットでのビーム角度を発散、平行および集束関係
の全範囲で変化させるよう調整可能である。好ましくは
第２の磁気手段は、ソレノイド手段を備えている。好ま
しくはこのソレノイド手段は、反対極性をした隣接する
ソレノイドを備えている。
オンビーム輸送装置は、前記各磁気走査器が互いに異な
った軸上位置であることについての適応を可能にするよ
うに構成されており、かつ偏向されたビームを所望の角
度関係および変位へ線形変換を行うよう構成された複数
の、軸方向に分離して配置された静磁界印加要素を備え
ている。好ましくはこの磁気イオンビーム輸送装置は、
偏向の二つの次元で有効な静磁界を印加する第２の磁気
手段が後に続く少なくとも一つの静四重極磁界を印加す
る手段を備えている。好ましくは、この磁気イオンビー
ム輸送装置は、交替極性をした少なくとも三つの四重極
磁界を続けて印加する手段を備えている。好ましくはこ
の磁気イオンビーム輸送装置は、少なくとも三つの四重
極電磁石を直列に備えている。好ましくはこの磁気イオ
ンビーム輸送装置は、交替極性をしたそれぞれの四重極
磁界を発生するよう構成された少なくとも三つの異なる
セクションをその長さ方向に沿って有する偏向電磁石を
備えている。好ましくは、四重極磁界装置のｘおよびｙ
次元の対物点は、それぞれ、テレセントリック条件を満
たすような方法で、ｘおよびｙ次元磁気走査器において
生じる。好ましくはこのイオンビーム輸送装置は、後述
する表１に示したように実質的に配置される四重極電磁
石を備えている。好ましくはこの四重極磁界のパラメー
タは、ターゲットでのビームスポットサイズのイオン分
布スポットサイズを変化させるよう調整可能であり、従
ってこのビームスポットサイズは全走査範囲に亘り実質
的に一定のままである。好ましくは四重極装置のパラメ
ータは、走査範囲において所定の関係を維持しながら、
ターゲットでのビーム角度を発散、平行および集束関係
の全範囲で変化させるよう調整可能である。好ましくは
第２の磁気手段は、ソレノイド手段を備えている。好ま
しくはこのソレノイド手段は、反対極性をした隣接する
ソレノイドを備えている。
【００２６】他の各種実施例においては、イオンビーム
輸送装置はソレノイド装置を有している。好ましくはこ
のソレノイド装置は複数のソレノイドを有しており、こ
の各々のソレノイド中の電流を制御することによりビー
ム回転量を制御するように制御される。好ましくはこの
ソレノイド装置は、更に、所望の制御された量の回転を
与えるようにソレノイドの電流を互いに関連して調整す
る手段を備えている。好ましくはこのソレノイド装置
は、互いに逆方向に電流が流れる一対のソレノイドを備
えており、それによって第２のソレノイドが第１のソレ
ノイドによるビームの回転を補償する。ソレノイド中の
電流の大きさは、好ましくは、ビームの回転を阻止する
ように等しくされる。好ましくは走査装置は、異なる軸
位置に設置された第１および第２の走査器を備えてお
り、かつイオンビーム輸送装置は、更に、ソレノイド装
置によって与えられるｘおよびｙ次元線の仮想対象を重
ねる磁気装置を備えている。好ましくは第１および第２
の次元に対する走査器は、実質的に重ねられており、か
つイオンビーム輸送装置は単にソレノイド手段のみを備
えている。
輸送装置はソレノイド装置を有している。好ましくはこ
のソレノイド装置は複数のソレノイドを有しており、こ
の各々のソレノイド中の電流を制御することによりビー
ム回転量を制御するように制御される。好ましくはこの
ソレノイド装置は、更に、所望の制御された量の回転を
与えるようにソレノイドの電流を互いに関連して調整す
る手段を備えている。好ましくはこのソレノイド装置
は、互いに逆方向に電流が流れる一対のソレノイドを備
えており、それによって第２のソレノイドが第１のソレ
ノイドによるビームの回転を補償する。ソレノイド中の
電流の大きさは、好ましくは、ビームの回転を阻止する
ように等しくされる。好ましくは走査装置は、異なる軸
位置に設置された第１および第２の走査器を備えてお
り、かつイオンビーム輸送装置は、更に、ソレノイド装
置によって与えられるｘおよびｙ次元線の仮想対象を重
ねる磁気装置を備えている。好ましくは第１および第２
の次元に対する走査器は、実質的に重ねられており、か
つイオンビーム輸送装置は単にソレノイド手段のみを備
えている。
【００２７】他の各種実施例においては、磁界を印加す
る磁気イオンビーム輸送装置は、四重極電磁石が後に続
く偏向電磁石を備えている。磁界を印加する磁気イオン
ビーム輸送装置は、少なくとも一つのソレノイドが後に
続く偏向電磁石を備えている。走査装置は更に、走査装
置の磁気コイルを所望の実質的に三角波電流励磁波形で
励磁するよう構成された電力増幅器を備えている。好ま
しくはこの電力増幅器は、走査装置に印加される電流を
走査周期の半分の約８０％に亘り実質的に線形変換する
方形電圧波形を作るよう構成されている。
る磁気イオンビーム輸送装置は、四重極電磁石が後に続
く偏向電磁石を備えている。磁界を印加する磁気イオン
ビーム輸送装置は、少なくとも一つのソレノイドが後に
続く偏向電磁石を備えている。走査装置は更に、走査装
置の磁気コイルを所望の実質的に三角波電流励磁波形で
励磁するよう構成された電力増幅器を備えている。好ま
しくはこの電力増幅器は、走査装置に印加される電流を
走査周期の半分の約８０％に亘り実質的に線形変換する
方形電圧波形を作るよう構成されている。
【００２８】更に他の各種実施例においては、走査装置
は、ビームを一つの次元において約１０００Ｈｚ程度あ
るいはそれ以上の走査周波数で偏向させ、かつ他の次元
においてビームを約５０Ｈｚ程度あるいはそれ以上の走
査周波数で偏向させるよう構成されている。
は、ビームを一つの次元において約１０００Ｈｚ程度あ
るいはそれ以上の走査周波数で偏向させ、かつ他の次元
においてビームを約５０Ｈｚ程度あるいはそれ以上の走
査周波数で偏向させるよう構成されている。
【００２９】この発明の更に他の実施例においては、
０．０２／Ｍ［ａｍｕ］1/2 （ｍＡ／ｋｅＶ3/2 ）より
実質的に上および下のパービアンスを含む広いパービア
ンスの範囲に亘ってビームの走査を可能にするよう構成
されている。好ましくは、約２０ｍＡのヒ素ビームのよ
うな大ビーム電流を有するビームを１００ｋｅＶから約
５ｋｅＶまでという低エネルギーで走査することを可能
にしている。好ましくはこの発明の装置は、１０ないし
２０ｍＡの範囲の大ビーム電流を有するビームを約１０
０ないし４００ｋｅＶの高エネルギーで走査することを
可能にしている。好ましくはこの発明の装置は、ホウ
素、リン、ヒ素およびアンチモンのようなイオンをウェ
ーハに注入するイオン注入装置として動作する。好まし
くはこの発明の装置は、直径１２インチまでの領域の全
面を走査する。好ましくはこの発明の装置は、ターゲッ
ト上で約１０ないし８０ｍｍのビーム径を作る。好まし
くはこの発明の装置は、直径１２インチまでのウェーハ
の全面を複数回走査し、それによって１０秒未満でウェ
ーハ全面に亘り０．５％より良好な照射均一性が１０秒
未満で達成できるよう構成されている。
０．０２／Ｍ［ａｍｕ］1/2 （ｍＡ／ｋｅＶ3/2 ）より
実質的に上および下のパービアンスを含む広いパービア
ンスの範囲に亘ってビームの走査を可能にするよう構成
されている。好ましくは、約２０ｍＡのヒ素ビームのよ
うな大ビーム電流を有するビームを１００ｋｅＶから約
５ｋｅＶまでという低エネルギーで走査することを可能
にしている。好ましくはこの発明の装置は、１０ないし
２０ｍＡの範囲の大ビーム電流を有するビームを約１０
０ないし４００ｋｅＶの高エネルギーで走査することを
可能にしている。好ましくはこの発明の装置は、ホウ
素、リン、ヒ素およびアンチモンのようなイオンをウェ
ーハに注入するイオン注入装置として動作する。好まし
くはこの発明の装置は、直径１２インチまでの領域の全
面を走査する。好ましくはこの発明の装置は、ターゲッ
ト上で約１０ないし８０ｍｍのビーム径を作る。好まし
くはこの発明の装置は、直径１２インチまでのウェーハ
の全面を複数回走査し、それによって１０秒未満でウェ
ーハ全面に亘り０．５％より良好な照射均一性が１０秒
未満で達成できるよう構成されている。
【００３０】更に他の各種実施例においては、この発明
の装置は、走査装置の磁気走査器を駆動する電力増幅手
段を備えており、この電力増幅手段は固有電圧リップル
を発生するが、走査器の走査周波数はこの固有電圧リッ
プルの有理倍数にならないように選定されている。イオ
ンビーム輸送装置は、ラスター走査を行うよう構成され
た走査装置を備えている。この磁気イオンビーム輸送装
置は、回転ラスター走査を行うよう構成された走査装置
を備えている。イオンビーム輸送装置は、リサージュ運
動を行うよう構成された走査装置を備えている。
の装置は、走査装置の磁気走査器を駆動する電力増幅手
段を備えており、この電力増幅手段は固有電圧リップル
を発生するが、走査器の走査周波数はこの固有電圧リッ
プルの有理倍数にならないように選定されている。イオ
ンビーム輸送装置は、ラスター走査を行うよう構成され
た走査装置を備えている。この磁気イオンビーム輸送装
置は、回転ラスター走査を行うよう構成された走査装置
を備えている。イオンビーム輸送装置は、リサージュ運
動を行うよう構成された走査装置を備えている。
【００３１】他の実施例においては、この発明の装置
は、ダイナミックフィードバック制御装置を備えてい
る。このフィードバック制御装置は、走査装置の磁界を
検出しかつイオンビームの走査中にこのビームに作用す
る磁界を表す信号を発生する磁界検出手段と、走査装置
を制御して、磁界検出手段に応答して二次元のそれぞれ
における規定の磁界プロファイルを閉ループ的に作り出
すフィードバック制御装置とを備えている。
は、ダイナミックフィードバック制御装置を備えてい
る。このフィードバック制御装置は、走査装置の磁界を
検出しかつイオンビームの走査中にこのビームに作用す
る磁界を表す信号を発生する磁界検出手段と、走査装置
を制御して、磁界検出手段に応答して二次元のそれぞれ
における規定の磁界プロファイルを閉ループ的に作り出
すフィードバック制御装置とを備えている。
【００３２】各種実施例において、この発明の装置は、
走査装置のターゲットでのドーズ量を検出しかつイオン
ビームの走査中のドーズ量を表す信号を発生するイオン
ドーズ量検出手段と、走査装置を制御して、このドーズ
量検出手段に応答して二つの次元での規定のイオンドー
ズ量を閉ループ的に作り出すフィードバック制御装置と
を備えている。
走査装置のターゲットでのドーズ量を検出しかつイオン
ビームの走査中のドーズ量を表す信号を発生するイオン
ドーズ量検出手段と、走査装置を制御して、このドーズ
量検出手段に応答して二つの次元での規定のイオンドー
ズ量を閉ループ的に作り出すフィードバック制御装置と
を備えている。
【００３３】この発明の他の特徴は、ターゲットの表面
に原子または分子イオンをターゲット全体に亘り所望の
均一性で照射する装置であって、０．０２／Ｍ［ａｍ
ｕ］1/2 （ｍＡ／ｋｅＶ3/2 ）を越えるパービアンスを
含む広範囲のパービアンスでビームの急速走査を可能に
するよう構成された装置にある。この装置は、ターゲッ
トをビームに対面させるエンドステーションと、原子ま
たは分子イオンのビームを生成するイオン源および関連
のビーム形成装置と、ターゲットの全表面に亘りビーム
を二次元で走査することができる磁気走査装置とを備え
ている。またこの装置は、走査の各次元について、磁性
材料から成るヨークおよび磁極手段ならびに関連の励磁
コイルから成る個別の走査電磁石手段と、規定のイオン
ドーズプロファイルを作り出すために望ましい前記ビー
ムの位置を表す信号を発生する手段と、ダイナミック閉
ループフィードバック制御装置とを備えている。このフ
ィードバック装置は、走査装置の磁界を検出してビーム
の走査中にビームに作用する磁界を表す信号を発生する
磁界検出手段と、走査装置を制御して、この磁界検出手
段に応答して二つの次元における規定の磁界プロファイ
ルを閉ループ的に発生するフィードバック制御装置とを
備えている。
に原子または分子イオンをターゲット全体に亘り所望の
均一性で照射する装置であって、０．０２／Ｍ［ａｍ
ｕ］1/2 （ｍＡ／ｋｅＶ3/2 ）を越えるパービアンスを
含む広範囲のパービアンスでビームの急速走査を可能に
するよう構成された装置にある。この装置は、ターゲッ
トをビームに対面させるエンドステーションと、原子ま
たは分子イオンのビームを生成するイオン源および関連
のビーム形成装置と、ターゲットの全表面に亘りビーム
を二次元で走査することができる磁気走査装置とを備え
ている。またこの装置は、走査の各次元について、磁性
材料から成るヨークおよび磁極手段ならびに関連の励磁
コイルから成る個別の走査電磁石手段と、規定のイオン
ドーズプロファイルを作り出すために望ましい前記ビー
ムの位置を表す信号を発生する手段と、ダイナミック閉
ループフィードバック制御装置とを備えている。このフ
ィードバック装置は、走査装置の磁界を検出してビーム
の走査中にビームに作用する磁界を表す信号を発生する
磁界検出手段と、走査装置を制御して、この磁界検出手
段に応答して二つの次元における規定の磁界プロファイ
ルを閉ループ的に発生するフィードバック制御装置とを
備えている。
【００３４】この発明の他の特徴は、ターゲット表面に
原子または分子イオンをその全表面に亘り所望の均一性
で照射する装置であって、０．０２／Ｍ［ａｍｕ］1/2
（ｍＡ／ｋｅＶ3/2 ）を越えるパービアンスを含む広範
囲のパービアンスでビームの急速走査を可能にするよう
構成された装置にある。この装置は、ターゲットをビー
ムに対面させるエンドステーションと、原子または分子
イオンのビームを生成するイオン源および関連のビーム
形成装置と、ターゲットの全表面に亘り二次元における
ビームの走査を可能にする磁気走査装置とを備えてい
る。またこの装置は、走査の各次元について、磁性材料
から成るヨークおよび磁極手段ならびに関連の励磁コイ
ルから成る個別の走査電磁石手段と、ビームの所望の位
置を表す信号を発生して規定のイオンドーズプロファイ
ルを作り出す手段と、ダイナミック閉ループフィードバ
ック制御装置とを備えている。このフィードバック装置
は、走査装置のターゲットでのドーズ量を検出してビー
ムの走査中のドーズ量を表す信号を発生するイオンドー
ズ量検出手段と、走査装置を制御して、このドーズ量検
出手段に応答して二つの次元における規定のイオンドー
ズ量を閉ループ的に作り出すフィードバック制御装置と
を備えている。
原子または分子イオンをその全表面に亘り所望の均一性
で照射する装置であって、０．０２／Ｍ［ａｍｕ］1/2
（ｍＡ／ｋｅＶ3/2 ）を越えるパービアンスを含む広範
囲のパービアンスでビームの急速走査を可能にするよう
構成された装置にある。この装置は、ターゲットをビー
ムに対面させるエンドステーションと、原子または分子
イオンのビームを生成するイオン源および関連のビーム
形成装置と、ターゲットの全表面に亘り二次元における
ビームの走査を可能にする磁気走査装置とを備えてい
る。またこの装置は、走査の各次元について、磁性材料
から成るヨークおよび磁極手段ならびに関連の励磁コイ
ルから成る個別の走査電磁石手段と、ビームの所望の位
置を表す信号を発生して規定のイオンドーズプロファイ
ルを作り出す手段と、ダイナミック閉ループフィードバ
ック制御装置とを備えている。このフィードバック装置
は、走査装置のターゲットでのドーズ量を検出してビー
ムの走査中のドーズ量を表す信号を発生するイオンドー
ズ量検出手段と、走査装置を制御して、このドーズ量検
出手段に応答して二つの次元における規定のイオンドー
ズ量を閉ループ的に作り出すフィードバック制御装置と
を備えている。
【００３５】好ましい実施例においては、この磁界検出
手段は、磁気走査装置内にある誘導コイルを備えてお
り、および／または制御装置は、磁界検出手段からの信
号をフーリエ成分および／または位相べき級数に分解す
る手段を備えている。
手段は、磁気走査装置内にある誘導コイルを備えてお
り、および／または制御装置は、磁界検出手段からの信
号をフーリエ成分および／または位相べき級数に分解す
る手段を備えている。
【００３６】この発明の他の特徴は、原子または分子イ
オンのビームを基準軸に対して第１および第２の次元で
偏向させるよう構成された磁気走査装置にあり、この装
置は、装置の軸に沿って第１および第２の場所に配置さ
れていて各次元においてビームを続けて偏向させる時変
磁界を発生する第１および第２の磁気走査器を備えてい
る。各磁気走査器は、磁性材料から成るヨークおよび磁
極手段ならびに関連の励磁コイルを備えており、かつそ
れぞれは、コイルに時変電流を供給するそれぞれの検出
回路および電源を有している。第１の時変磁界磁気走査
器は、ビームが通過する磁気ギャップであって、この磁
気ギャップのギャップ長は第２の走査器の磁気ギャップ
のギャップ長よりも小さく、かつビームをその対応する
各次元で第２の走査器より速く走査するよう構成されて
おり、それによって第１の走査器に対して高い周波数で
課せられる電力要求が、当該走査器の小さなギャップ長
によって改善される。この走査器は、ビームを、各瞬間
に各次元において、イオンビームの所望の瞬間的な変位
によって規定される各角度で、かつ互いに非結合の状態
で、各基準軸から偏向させるように働く。
オンのビームを基準軸に対して第１および第２の次元で
偏向させるよう構成された磁気走査装置にあり、この装
置は、装置の軸に沿って第１および第２の場所に配置さ
れていて各次元においてビームを続けて偏向させる時変
磁界を発生する第１および第２の磁気走査器を備えてい
る。各磁気走査器は、磁性材料から成るヨークおよび磁
極手段ならびに関連の励磁コイルを備えており、かつそ
れぞれは、コイルに時変電流を供給するそれぞれの検出
回路および電源を有している。第１の時変磁界磁気走査
器は、ビームが通過する磁気ギャップであって、この磁
気ギャップのギャップ長は第２の走査器の磁気ギャップ
のギャップ長よりも小さく、かつビームをその対応する
各次元で第２の走査器より速く走査するよう構成されて
おり、それによって第１の走査器に対して高い周波数で
課せられる電力要求が、当該走査器の小さなギャップ長
によって改善される。この走査器は、ビームを、各瞬間
に各次元において、イオンビームの所望の瞬間的な変位
によって規定される各角度で、かつ互いに非結合の状態
で、各基準軸から偏向させるように働く。
【００３７】この発明の他の特徴は、原子または分子イ
オンのビームを基準軸に対して第１および第２の次元で
偏向させる磁気走査装置にある。この装置は、磁性材料
から成るヨークおよび磁極手段ならびに関連の励磁コイ
ルから成る第１および第２の時変磁界磁気走査電磁石手
段をそれぞれ採用している。その各々は、コイルに時変
電流を供給する偏向回路および電源をそれぞれ備えてい
る。この走査器のコイルおよび関連の磁気回路は、磁界
を発生してビームを二つの次元において非結合の状態で
偏向させるように働き、かつビーム経路に沿ってほぼ同
様に配置されている。
オンのビームを基準軸に対して第１および第２の次元で
偏向させる磁気走査装置にある。この装置は、磁性材料
から成るヨークおよび磁極手段ならびに関連の励磁コイ
ルから成る第１および第２の時変磁界磁気走査電磁石手
段をそれぞれ採用している。その各々は、コイルに時変
電流を供給する偏向回路および電源をそれぞれ備えてい
る。この走査器のコイルおよび関連の磁気回路は、磁界
を発生してビームを二つの次元において非結合の状態で
偏向させるように働き、かつビーム経路に沿ってほぼ同
様に配置されている。
【００３８】好ましい実施例においては、この発明の装
置は、走査装置の後に続くイオンビーム輸送装置を備え
ており、このイオンビーム輸送装置は、走査装置からそ
の二次元的な偏向の全範囲に亘ってビームを受けるよう
配置されており、かつ次のような特性の磁界条件をビー
ム経路に沿って課するよう構成されている。即ちこの特
性は、二次元的に偏向されたビームを、その軸からの所
望の瞬間的な二次元的変位時に、二つの次元における軸
と予め定められた所望の角度関係を有する方向に向け直
すよう選定された特性であり、それによってビームの所
望の走査を得ることができる。
置は、走査装置の後に続くイオンビーム輸送装置を備え
ており、このイオンビーム輸送装置は、走査装置からそ
の二次元的な偏向の全範囲に亘ってビームを受けるよう
配置されており、かつ次のような特性の磁界条件をビー
ム経路に沿って課するよう構成されている。即ちこの特
性は、二次元的に偏向されたビームを、その軸からの所
望の瞬間的な二次元的変位時に、二つの次元における軸
と予め定められた所望の角度関係を有する方向に向け直
すよう選定された特性であり、それによってビームの所
望の走査を得ることができる。
【００３９】この発明の他の特徴は、原子または分子イ
オンのビームを二次元で走査する装置にある。この装置
は、イオンビームを二つの次元において基準軸に対して
偏向させる走査装置と、この走査装置の後に続く磁気イ
オンビーム輸送装置とを備えている。この輸送装置は、
二次元的に偏向されたビームを、その軸からの所望の瞬
間的な二次元的変位時に、二つの方向において軸に対し
て所望の角度関係を有する方向に向け直すよう選定され
た特性の磁界条件をビーム経路に沿って課するよう構成
されていて、互いに軸方向に離して設置された複数の静
磁界印加要素を備えており、それによって有限のイオン
分布サイズをしたイオンビームスポットの所要の走査を
作り出すようにしている。好ましい実施例においては、
このビームは異なる軸位置に配置された第１および第２
の走査器を備える装置によって走査される。また、ビー
ム輸送装置は、その各次元における焦点面が、第１およ
び第２の走査器の中心位置の差に各次元において適合す
るよう構成されている。
オンのビームを二次元で走査する装置にある。この装置
は、イオンビームを二つの次元において基準軸に対して
偏向させる走査装置と、この走査装置の後に続く磁気イ
オンビーム輸送装置とを備えている。この輸送装置は、
二次元的に偏向されたビームを、その軸からの所望の瞬
間的な二次元的変位時に、二つの方向において軸に対し
て所望の角度関係を有する方向に向け直すよう選定され
た特性の磁界条件をビーム経路に沿って課するよう構成
されていて、互いに軸方向に離して設置された複数の静
磁界印加要素を備えており、それによって有限のイオン
分布サイズをしたイオンビームスポットの所要の走査を
作り出すようにしている。好ましい実施例においては、
このビームは異なる軸位置に配置された第１および第２
の走査器を備える装置によって走査される。また、ビー
ム輸送装置は、その各次元における焦点面が、第１およ
び第２の走査器の中心位置の差に各次元において適合す
るよう構成されている。
【００４０】この発明の前記種々の特徴には、上述した
ように、その他の好ましい各種実施例の特徴を含んでも
良いことが理解されよう。
ように、その他の好ましい各種実施例の特徴を含んでも
良いことが理解されよう。
【００４１】
【実施例】図１および図２を参照して、そこにはこの発
明に従っていて、かつイオンの二つの直交する時変磁気
偏向を利用する二次元イオンビーム走査装置の要素の概
略が示されている。この時変磁気偏向は、それぞれｙ走
査電磁石２６、ｘ走査電磁石２８および一連の三つの同
軸の磁気四重極電磁石５４、５６および５８によって作
られる。即ちこの実施例では、ｙ走査電磁石２６および
ｘ走査電磁石によって磁気走査装置２３０が構成されて
おり、三つの四重極電磁石５４、５６、５８によって磁
気イオンビーム輸送装置２４０が構成されている。ｘお
よびｙ方向に向けられておりかつイオンに作用する振動
性磁界が、ｙ走査電磁石２６により典型的に１０００Ｈ
ｚの周波数で、かつｘ走査電磁石２８により典型的に１
００Ｈｚの周波数で、それぞれ作られる。
明に従っていて、かつイオンの二つの直交する時変磁気
偏向を利用する二次元イオンビーム走査装置の要素の概
略が示されている。この時変磁気偏向は、それぞれｙ走
査電磁石２６、ｘ走査電磁石２８および一連の三つの同
軸の磁気四重極電磁石５４、５６および５８によって作
られる。即ちこの実施例では、ｙ走査電磁石２６および
ｘ走査電磁石によって磁気走査装置２３０が構成されて
おり、三つの四重極電磁石５４、５６、５８によって磁
気イオンビーム輸送装置２４０が構成されている。ｘお
よびｙ方向に向けられておりかつイオンに作用する振動
性磁界が、ｙ走査電磁石２６により典型的に１０００Ｈ
ｚの周波数で、かつｘ走査電磁石２８により典型的に１
００Ｈｚの周波数で、それぞれ作られる。
【００４２】ｘおよびｙ次元的に制限された状態である
ビーム３１の形でｚ軸３２にほぼ沿う経路を進む正イオ
ンは、走査装置に入射し、かつ対応する周波数で、まず
ｙ走査電磁石２６によってｙ−ｚ平面内で、次いでｘ走
査電磁石２８によってｘ−ｚ平面内で、振動性角偏向を
受ける。ある瞬間においては、ｘ走査電磁石２８から出
て来たばかりのイオンはビームの形状を維持しているけ
れども、今度は、ｙ走査電磁石２６およびｘ走査電磁石
２８によってイオンに加えられた角偏向の結果として、
ビームの長手軸３３はｚ軸３２に対してある角度を持た
される。第１の四重極電磁石５４に達すると、このイオ
ンビーム３１の中心は、ｘ走査電磁石２８を通過する時
にｘ方向に受ける角偏向に比例する距離だけ、およびｙ
走査電磁石２６を通過する時にｙ方向に受ける角偏向に
比例する距離だけ、ｚ軸３２から変位させられる。この
三つの四重極電磁石５４、５６および５８は、それぞ
れ、イオンビーム３１をｚ軸３２に対して更に向け直し
かつ位置変位させる静磁界を発生する。
ビーム３１の形でｚ軸３２にほぼ沿う経路を進む正イオ
ンは、走査装置に入射し、かつ対応する周波数で、まず
ｙ走査電磁石２６によってｙ−ｚ平面内で、次いでｘ走
査電磁石２８によってｘ−ｚ平面内で、振動性角偏向を
受ける。ある瞬間においては、ｘ走査電磁石２８から出
て来たばかりのイオンはビームの形状を維持しているけ
れども、今度は、ｙ走査電磁石２６およびｘ走査電磁石
２８によってイオンに加えられた角偏向の結果として、
ビームの長手軸３３はｚ軸３２に対してある角度を持た
される。第１の四重極電磁石５４に達すると、このイオ
ンビーム３１の中心は、ｘ走査電磁石２８を通過する時
にｘ方向に受ける角偏向に比例する距離だけ、およびｙ
走査電磁石２６を通過する時にｙ方向に受ける角偏向に
比例する距離だけ、ｚ軸３２から変位させられる。この
三つの四重極電磁石５４、５６および５８は、それぞ
れ、イオンビーム３１をｚ軸３２に対して更に向け直し
かつ位置変位させる静磁界を発生する。
【００４３】好ましい実施例の一つの重要な特徴におい
ては、この三つの四重極電磁石５４、５６および５８
は、偏向されたイオンビーム３１を向け直してターゲッ
ト（基板、例えばウェーハ）１０でのその長手軸３４
が、ｘ−ｙ平面でのビームの位置に拘わらず、ｚ軸３２
に平行になる（即ちこのイオンビーム３１がテレセント
リックになる）ように組み合わされている。しかしなが
ら、ターゲット１０でのイオンビーム３１の位置は、ｘ
走査器２８およびｙ走査器２６のそれぞれの周波数で、
ｘおよびｙ方向に急速に変化している。このイオンビー
ム３１の瞬間的なｘおよびｙの位置は、それぞれ、ｘ走
査電磁石２８およびｙ走査電磁石２６によってイオンに
与えられる角偏向に比例しており、かつビームサイズは
ビーム位置に拘わらずほぼ一定である。この二次元平行
走査法は、図１および図２中に実線または破線で描かれ
たビームエンベロープによって示されており、実線のビ
ームエンベロープ６０はある瞬間に走査装置に入射する
イオンによって描かれるものを表しており、破線のビー
ムエンベロープ６１は他の瞬間に入射するイオンによる
ものを示している。
ては、この三つの四重極電磁石５４、５６および５８
は、偏向されたイオンビーム３１を向け直してターゲッ
ト（基板、例えばウェーハ）１０でのその長手軸３４
が、ｘ−ｙ平面でのビームの位置に拘わらず、ｚ軸３２
に平行になる（即ちこのイオンビーム３１がテレセント
リックになる）ように組み合わされている。しかしなが
ら、ターゲット１０でのイオンビーム３１の位置は、ｘ
走査器２８およびｙ走査器２６のそれぞれの周波数で、
ｘおよびｙ方向に急速に変化している。このイオンビー
ム３１の瞬間的なｘおよびｙの位置は、それぞれ、ｘ走
査電磁石２８およびｙ走査電磁石２６によってイオンに
与えられる角偏向に比例しており、かつビームサイズは
ビーム位置に拘わらずほぼ一定である。この二次元平行
走査法は、図１および図２中に実線または破線で描かれ
たビームエンベロープによって示されており、実線のビ
ームエンベロープ６０はある瞬間に走査装置に入射する
イオンによって描かれるものを表しており、破線のビー
ムエンベロープ６１は他の瞬間に入射するイオンによる
ものを示している。
【００４４】なお、前記各走査電磁石２６、２８は、制
御回路２００によってその励磁がそれぞれ制御される。
また、各四重極電磁石５４、５６、５８は、電源２２０
によっそれぞれ励磁され、この電源２２０はコンピュー
タ２１０によって制御される。
御回路２００によってその励磁がそれぞれ制御される。
また、各四重極電磁石５４、５６、５８は、電源２２０
によっそれぞれ励磁され、この電源２２０はコンピュー
タ２１０によって制御される。
【００４５】好ましい実施例の更に他の重要な特徴は、
全ての走査器要素が、本質的に磁気的のみであるフィー
ルドを有しているということである。このように電界が
存在しないことにより、残留電子はビームエンベロープ
内に保持される。イオンビームは電気的に中性のままで
あり、反発する空間電荷力は存在せず、前述の平行走査
法はイオンビーム強度が増大しても制限なしに有効であ
る。
全ての走査器要素が、本質的に磁気的のみであるフィー
ルドを有しているということである。このように電界が
存在しないことにより、残留電子はビームエンベロープ
内に保持される。イオンビームは電気的に中性のままで
あり、反発する空間電荷力は存在せず、前述の平行走査
法はイオンビーム強度が増大しても制限なしに有効であ
る。
【００４６】これまでは、約０．００２／Ｍ1/2 より大
きいパービアンスＩ／Ｅ3/2 （Ｉはビーム電流（ｍ
Ａ）、Ｅはイオンエネルギー（ｋｅＶ））で重い（Ｍが
１〜１０００原子質量単位）イオンビームを急速に（１
ｋＨｚあるいはそれ以上で）走査することは不可能であ
った。これに関して、現存の電気的偏向法で実現されて
いる走査法と比較してこの発明の効用が非常に大きいこ
とが図３１に示されている。
きいパービアンスＩ／Ｅ3/2 （Ｉはビーム電流（ｍ
Ａ）、Ｅはイオンエネルギー（ｋｅＶ））で重い（Ｍが
１〜１０００原子質量単位）イオンビームを急速に（１
ｋＨｚあるいはそれ以上で）走査することは不可能であ
った。これに関して、現存の電気的偏向法で実現されて
いる走査法と比較してこの発明の効用が非常に大きいこ
とが図３１に示されている。
【００４７】この発明の重要性の一例は、ｘおよびｙ方
向にほぼ等しい大きさをしておりｚ軸３２に対して位置
が固定されたターゲット領域１０（図１）に、ホウ素
（Ｍ＝１１）、リン（Ｍ＝３１）、ヒ素（Ｍ＝７５）お
よびアンチモン（Ｍ＝１２１，１２３）のようなイオン
のビームを、約４００ｋｅＶから５ｋｅＶまでのエネル
ギーでかつ２０ｍＡあるいはそれ以上のビーム電流で、
均一にかつ急速に照射するという半導体イオン注入にお
ける要求に応えることができるということである。
向にほぼ等しい大きさをしておりｚ軸３２に対して位置
が固定されたターゲット領域１０（図１）に、ホウ素
（Ｍ＝１１）、リン（Ｍ＝３１）、ヒ素（Ｍ＝７５）お
よびアンチモン（Ｍ＝１２１，１２３）のようなイオン
のビームを、約４００ｋｅＶから５ｋｅＶまでのエネル
ギーでかつ２０ｍＡあるいはそれ以上のビーム電流で、
均一にかつ急速に照射するという半導体イオン注入にお
ける要求に応えることができるということである。
【００４８】図１および図２は更に、イオン注入装置の
好ましい実施例を示しており、この装置では、ホウ素、
リン、ヒ素あるいはアンチモンのようなほぼ所定のイオ
ン種の正帯電のイオンがイオン源２のプラズマ室３で生
成され、かつ通常方形あるいは円形をしたオリフィス
（アパーチャとも呼ばれる）５（またはオリフィス列）
から出てくる。このイオンは、プラズマ室３のオリフィ
ス５と一直線上に対応しているオリフィス７を有する引
出し電極４によって引き出される。この引出し電極４
は、電源１６によりプラズマ室３の電位より典型的には
５ないし８０ｋＶだけ負の電位に保持される。プラズマ
室のオリフィス５に対する引出し電極４の幾何学的形状
および位置は、イオン軌道の広がり角が典型的に２°未
満であるように良好に規定されたビームが引出し電極４
から出てくるように選定されている。イオンは、冷却さ
れた分析スリット２４および中性粒子フィルタ電磁石１
４と組み合わされた分析電磁石６によって、その電荷
（Ｑ）と質量（Ｍ）の比Ｑ／Ｍに従って純化される。
好ましい実施例を示しており、この装置では、ホウ素、
リン、ヒ素あるいはアンチモンのようなほぼ所定のイオ
ン種の正帯電のイオンがイオン源２のプラズマ室３で生
成され、かつ通常方形あるいは円形をしたオリフィス
（アパーチャとも呼ばれる）５（またはオリフィス列）
から出てくる。このイオンは、プラズマ室３のオリフィ
ス５と一直線上に対応しているオリフィス７を有する引
出し電極４によって引き出される。この引出し電極４
は、電源１６によりプラズマ室３の電位より典型的には
５ないし８０ｋＶだけ負の電位に保持される。プラズマ
室のオリフィス５に対する引出し電極４の幾何学的形状
および位置は、イオン軌道の広がり角が典型的に２°未
満であるように良好に規定されたビームが引出し電極４
から出てくるように選定されている。イオンは、冷却さ
れた分析スリット２４および中性粒子フィルタ電磁石１
４と組み合わされた分析電磁石６によって、その電荷
（Ｑ）と質量（Ｍ）の比Ｑ／Ｍに従って純化される。
【００４９】この好ましい実施例においては、狭い方の
寸法が第１の走査器２６のギャップの方向になっている
リボン状のビームが作られ、これによって当該ギャップ
が最小になるようにしている。
寸法が第１の走査器２６のギャップの方向になっている
リボン状のビームが作られ、これによって当該ギャップ
が最小になるようにしている。
【００５０】プラズマ室のオリフィス５と引出し電極４
との間にある抑制電極９は、引出し電極４よりも更に負
電位に保たれており、それによって逆流電子がイオン源
のプラズマ室３に到達してこれを損傷させることがない
ようにしている。この抑制電極９はまた、イオンビーム
３１が運動量分析器６に向かって進む際にそこから電子
が排出されるのを防ぐ働きをする。イオンビームエンベ
ロープ内に含まれている低エネルギー電子は、ビーム中
のイオン同士の電気的相互作用により生じる反発力（空
間電荷力）の大きさを減らすのに役立つ。
との間にある抑制電極９は、引出し電極４よりも更に負
電位に保たれており、それによって逆流電子がイオン源
のプラズマ室３に到達してこれを損傷させることがない
ようにしている。この抑制電極９はまた、イオンビーム
３１が運動量分析器６に向かって進む際にそこから電子
が排出されるのを防ぐ働きをする。イオンビームエンベ
ロープ内に含まれている低エネルギー電子は、ビーム中
のイオン同士の電気的相互作用により生じる反発力（空
間電荷力）の大きさを減らすのに役立つ。
【００５１】加速の第２段階は、電源１８によって異な
る電位に保たれている２以上の電極を有する後段加速器
８によって成される。その第１の電極１３は、引出し電
極４と同電位にある。ビーム中のイオンは、最後の電極
１５が第１の電極１３より更に負電位（典型的には０な
いし−４００ｋＶ）にある時に加速される。また、最終
のイオンエネルギーを非常に低くするためには、電源１
８の極性を逆転させても良く、その場合負の値の加速
（即ち減速）が後段加速器８によって行われる。この後
段加速器８は、その両端に電子抑制電極１９が設けられ
ており、それによってイオンと逆方向の電子の加速およ
びそれによってもたらされる電源１８の不必要な電流負
荷を防止することができる。また、電子は、後段加速器
８のいずれの側の領域でもビームエンベロープから排出
されず、これによりイオンビーム中の空間電荷力の発散
効果が小さくされる。イオンは、電源１６および１８の
出力電圧を組み合わせることにより、イオン電荷状態当
たり５ないし４００ｋｅＶの範囲で選択できるエネルギ
ーで後段加速器８から出てくる。
る電位に保たれている２以上の電極を有する後段加速器
８によって成される。その第１の電極１３は、引出し電
極４と同電位にある。ビーム中のイオンは、最後の電極
１５が第１の電極１３より更に負電位（典型的には０な
いし−４００ｋＶ）にある時に加速される。また、最終
のイオンエネルギーを非常に低くするためには、電源１
８の極性を逆転させても良く、その場合負の値の加速
（即ち減速）が後段加速器８によって行われる。この後
段加速器８は、その両端に電子抑制電極１９が設けられ
ており、それによってイオンと逆方向の電子の加速およ
びそれによってもたらされる電源１８の不必要な電流負
荷を防止することができる。また、電子は、後段加速器
８のいずれの側の領域でもビームエンベロープから排出
されず、これによりイオンビーム中の空間電荷力の発散
効果が小さくされる。イオンは、電源１６および１８の
出力電圧を組み合わせることにより、イオン電荷状態当
たり５ないし４００ｋｅＶの範囲で選択できるエネルギ
ーで後段加速器８から出てくる。
【００５２】運動量分析器６は、後段加速器８の前に配
置されており、それによってより低い磁気エネルギーで
動作させることを可能にしている。また、この位置に設
ければ、イオン源２からの不所望のイオン種が後段加速
器８に入るのを防ぐことができ、それによって電源１８
の電流およびパワーを最小にすることができる。後段加
速器８に続く中性粒子フィルタ１４は、偏向電磁石であ
り、運動量分析器６あるいは後段加速器８で作られる中
性粒子とイオンビームとを分離する。即ち中性粒子フィ
ルタ１４で偏向されずに通過する中性粒子は、イオンビ
ーム３１から分離される。従って、ほぼ純粋なイオン種
のビーム３１が走査電磁石２６、２８に入ることにな
る。冷却された分析スリット２４が、運動量分析器６の
正中面（ｚ−ｘ面）にあって引出し電極７のイオン光学
的共役像の場所にある点２２に配置されている。この共
役像点２２の位置は、運動量分析器６および後段加速器
８のイオン光学的性質に依存しており、共役像２２のｘ
寸法が約数ｍｍになるように選定される。従って、冷却
された分析スリット２４の幅も同様に小さくなるので、
不所望のイオン種および多数の中性粒子は、冷却された
分析スリット２４の本体によって遮断される。ビーム３
１は、イオン源２からターゲット１０へ真空容器１２お
よび２４中を輸送される。ターゲット１０は、やはり真
空状態にあるエンドステーション４７内に設けられてい
る。典型的には、公知の技術に従って連続処理およびウ
ェーハハンドリングを可能にする適当なウェーハ供給機
構および真空インターロック構造（図示省略）が採用さ
れる。
置されており、それによってより低い磁気エネルギーで
動作させることを可能にしている。また、この位置に設
ければ、イオン源２からの不所望のイオン種が後段加速
器８に入るのを防ぐことができ、それによって電源１８
の電流およびパワーを最小にすることができる。後段加
速器８に続く中性粒子フィルタ１４は、偏向電磁石であ
り、運動量分析器６あるいは後段加速器８で作られる中
性粒子とイオンビームとを分離する。即ち中性粒子フィ
ルタ１４で偏向されずに通過する中性粒子は、イオンビ
ーム３１から分離される。従って、ほぼ純粋なイオン種
のビーム３１が走査電磁石２６、２８に入ることにな
る。冷却された分析スリット２４が、運動量分析器６の
正中面（ｚ−ｘ面）にあって引出し電極７のイオン光学
的共役像の場所にある点２２に配置されている。この共
役像点２２の位置は、運動量分析器６および後段加速器
８のイオン光学的性質に依存しており、共役像２２のｘ
寸法が約数ｍｍになるように選定される。従って、冷却
された分析スリット２４の幅も同様に小さくなるので、
不所望のイオン種および多数の中性粒子は、冷却された
分析スリット２４の本体によって遮断される。ビーム３
１は、イオン源２からターゲット１０へ真空容器１２お
よび２４中を輸送される。ターゲット１０は、やはり真
空状態にあるエンドステーション４７内に設けられてい
る。典型的には、公知の技術に従って連続処理およびウ
ェーハハンドリングを可能にする適当なウェーハ供給機
構および真空インターロック構造（図示省略）が採用さ
れる。
【００５３】図１および図２に示す好ましい実施例の他
の局面では、磁気要素の全て（分析電磁石６、中性粒子
フィルタ１４、ｙおよびｘ走査器２６および２８、三つ
の四重極電磁石５４、５６および５８）は、その励磁コ
イル１１、１７、７８および４２の電流を調整すること
によりそれらの磁界の強さを整合して調整することがで
きる電磁石である。ローレンツ力（後に添付した表２の
文献１参照）によれば、磁気要素によって作られるラジ
アンで表した偏向角は、イオン経路に沿って積分した磁
界強度をイオンの磁気剛性Ｋで割ったものに等しく、こ
こで Ｋ＝（２ＭＥ／Ｑ2 ）1/2 ・・・（１） であり、Ｍ、ＥおよびＱは、それぞれ、イオンの質量、
エネルギーおよび電荷である。各磁気要素のコイル電流
をイオンの磁気剛性Ｋに比例して調整することにより、
特定のイオン種およびエネルギーに無関係に、イオンの
規定の幾何学的偏向が生じる。この特徴の重要性は、選
択された粒子種およびエネルギーの広範囲に亘って、二
次元平行走査装置をイオン注入において用いることがで
きるということである。
の局面では、磁気要素の全て（分析電磁石６、中性粒子
フィルタ１４、ｙおよびｘ走査器２６および２８、三つ
の四重極電磁石５４、５６および５８）は、その励磁コ
イル１１、１７、７８および４２の電流を調整すること
によりそれらの磁界の強さを整合して調整することがで
きる電磁石である。ローレンツ力（後に添付した表２の
文献１参照）によれば、磁気要素によって作られるラジ
アンで表した偏向角は、イオン経路に沿って積分した磁
界強度をイオンの磁気剛性Ｋで割ったものに等しく、こ
こで Ｋ＝（２ＭＥ／Ｑ2 ）1/2 ・・・（１） であり、Ｍ、ＥおよびＱは、それぞれ、イオンの質量、
エネルギーおよび電荷である。各磁気要素のコイル電流
をイオンの磁気剛性Ｋに比例して調整することにより、
特定のイオン種およびエネルギーに無関係に、イオンの
規定の幾何学的偏向が生じる。この特徴の重要性は、選
択された粒子種およびエネルギーの広範囲に亘って、二
次元平行走査装置をイオン注入において用いることがで
きるということである。
【００５４】図３には好ましい実施例における走査電磁
石の構造が示されており、ここでは一対のコイル７８を
流れる振動性電流７７によって励磁される磁気回路にお
いて振動性磁界８０が発生される。この一対のコイル７
８の各々は、高透磁率の薄い強磁性積層体７０から成
り、同様に高透磁率の薄い強磁性積層体から成るヨーク
７３によって互いに結合された磁極７１を取り囲んでい
る。二つの磁極７１の開口面８２は、イオンビームが通
過するギャップ７４によって分離されている。ギャップ
７４内では、力は、磁界の方向とイオンの速度ベクトル
の方向の双方に垂直な方向でイオンに作用する。適切に
定義された磁界Ｂが、次式のように、磁極幅７９の寸法
Ｗを磁極ギャップ７４の寸法Ｇの約３倍にすることによ
って作られる。 Ｗ≒３Ｇ ・・・（２）
石の構造が示されており、ここでは一対のコイル７８を
流れる振動性電流７７によって励磁される磁気回路にお
いて振動性磁界８０が発生される。この一対のコイル７
８の各々は、高透磁率の薄い強磁性積層体７０から成
り、同様に高透磁率の薄い強磁性積層体から成るヨーク
７３によって互いに結合された磁極７１を取り囲んでい
る。二つの磁極７１の開口面８２は、イオンビームが通
過するギャップ７４によって分離されている。ギャップ
７４内では、力は、磁界の方向とイオンの速度ベクトル
の方向の双方に垂直な方向でイオンに作用する。適切に
定義された磁界Ｂが、次式のように、磁極幅７９の寸法
Ｗを磁極ギャップ７４の寸法Ｇの約３倍にすることによ
って作られる。 Ｗ≒３Ｇ ・・・（２）
【００５５】好ましい実施例における走査電磁石の重要
な特徴は、磁気エネルギーを殆ど全て磁極ギャップ７４
の領域内に集中させることができる高透磁率の磁極７１
およびヨーク７３にあり、それによって励磁パワーを最
小にすることができる。このような構造では、磁気剛性
Ｋのイオンに対して振幅α、周波数ｆで正弦振動的な角
偏向を生じさせるのに必要な励磁パワーＰは、ＭＫＳ単
位で、次のように表される。 Ｐ＝７．５×１０6Ｋ2α2ｆＧ2／Ｌ ・・・（３） ここで、Ｌは走査場の有効長（第１の走査器２６では約
１５０ｍｍ、第２の走査器２８では３００ないし４００
ｍｍ）である。このことから、小さなギャップ寸法Ｇが
有利であることが分かる。
な特徴は、磁気エネルギーを殆ど全て磁極ギャップ７４
の領域内に集中させることができる高透磁率の磁極７１
およびヨーク７３にあり、それによって励磁パワーを最
小にすることができる。このような構造では、磁気剛性
Ｋのイオンに対して振幅α、周波数ｆで正弦振動的な角
偏向を生じさせるのに必要な励磁パワーＰは、ＭＫＳ単
位で、次のように表される。 Ｐ＝７．５×１０6Ｋ2α2ｆＧ2／Ｌ ・・・（３） ここで、Ｌは走査場の有効長（第１の走査器２６では約
１５０ｍｍ、第２の走査器２８では３００ないし４００
ｍｍ）である。このことから、小さなギャップ寸法Ｇが
有利であることが分かる。
【００５６】好ましい実施例の他の重要な局面は、走査
電磁石の相対的な順序および物理的な位置にある。図１
および図２を参照して、高い方の周波数のｙ走査電磁石
２６は、運動量分析器６の共役焦点および加速器８の近
傍の冷却された分析スリット２４のすぐ後に配置されて
いる。ここではリボン状ビームのｘ寸法は小さい。従っ
て、ｙ走査器２６のギャップ（これはｘ方向にある）は
それに対応して小さい（約１０ｍｍ）。ｘ走査器２８
は、ｙ走査器２６のすぐ後ろに配置されている。何故な
ら、そのギャップ（これはｙ方向にある）が、ｙ走査器
２６によって作られる振動性偏向の領域に適合するため
にかなり大きく（約５０ｍｍ）なければならないからで
ある。しかしながら、このｘ走査器２８は、低い周波数
で動作するので、それに必要とする励磁パワーは同様で
ある。ちなみに、高い周波数の走査器を第１の位置では
なく第２の位置に配置すれば、二つの走査器に対する全
動作パワーはほぼ振幅の程度だけ増大する。
電磁石の相対的な順序および物理的な位置にある。図１
および図２を参照して、高い方の周波数のｙ走査電磁石
２６は、運動量分析器６の共役焦点および加速器８の近
傍の冷却された分析スリット２４のすぐ後に配置されて
いる。ここではリボン状ビームのｘ寸法は小さい。従っ
て、ｙ走査器２６のギャップ（これはｘ方向にある）は
それに対応して小さい（約１０ｍｍ）。ｘ走査器２８
は、ｙ走査器２６のすぐ後ろに配置されている。何故な
ら、そのギャップ（これはｙ方向にある）が、ｙ走査器
２６によって作られる振動性偏向の領域に適合するため
にかなり大きく（約５０ｍｍ）なければならないからで
ある。しかしながら、このｘ走査器２８は、低い周波数
で動作するので、それに必要とする励磁パワーは同様で
ある。ちなみに、高い周波数の走査器を第１の位置では
なく第２の位置に配置すれば、二つの走査器に対する全
動作パワーはほぼ振幅の程度だけ増大する。
【００５７】好ましい実施例の更に他の重要な局面にお
いては、第２の走査器２８の動作パワーを、磁極７１を
図４および図５に示すように作ることにより減少させる
ことができる。その磁極ギャップ７４は、第１の走査器
２６によって作られるビーム７２の振動性偏向の範囲が
第２の走査器２８の入口から出口に向かって増大するの
と同程度に、その入口７５における寸法が出口７６にお
ける寸法より小さい。更に、入口での磁極幅Ｗ′は、式
（２）に従って、出口での幅Ｗよりも小さい（図４参
照）。好ましい実施例においては、この磁極ギャップ７
４は、ｚ軸３２に沿う距離と共に入口での寸法Ｇ′から
出口での寸法Ｇまで直線的に増大している。更に、磁極
幅もまた、ｚ軸３２に沿う距離と共に式（２）に従って
直線的に増大している。このような磁極プロファイルに
対しては、動作パワーは次式で与えられる。 Ｐ′＝Ｐ｛（１−β）／ｌｏｇe β｝2 ・・・（４） ここで、β＝Ｇ′／Ｇであり、Ｐは同じ長さを有し同じ
偏向を生じるけれども出口の磁極ギャップに等しい均一
のギャップを有するものの動作パワーである。この好ま
しい実施例においては、β＝０．５でありその場合Ｐ′
＝０．５２Ｐである。換言すれば、第２の走査電磁石２
８における磁極７１の形状を調整することにより、同等
の機能を果たすけれども形状を調整していない一定のギ
ャップを有する走査電磁石に比べて、動作パワーを殆ど
１／２に減少させることができる。
いては、第２の走査器２８の動作パワーを、磁極７１を
図４および図５に示すように作ることにより減少させる
ことができる。その磁極ギャップ７４は、第１の走査器
２６によって作られるビーム７２の振動性偏向の範囲が
第２の走査器２８の入口から出口に向かって増大するの
と同程度に、その入口７５における寸法が出口７６にお
ける寸法より小さい。更に、入口での磁極幅Ｗ′は、式
（２）に従って、出口での幅Ｗよりも小さい（図４参
照）。好ましい実施例においては、この磁極ギャップ７
４は、ｚ軸３２に沿う距離と共に入口での寸法Ｇ′から
出口での寸法Ｇまで直線的に増大している。更に、磁極
幅もまた、ｚ軸３２に沿う距離と共に式（２）に従って
直線的に増大している。このような磁極プロファイルに
対しては、動作パワーは次式で与えられる。 Ｐ′＝Ｐ｛（１−β）／ｌｏｇe β｝2 ・・・（４） ここで、β＝Ｇ′／Ｇであり、Ｐは同じ長さを有し同じ
偏向を生じるけれども出口の磁極ギャップに等しい均一
のギャップを有するものの動作パワーである。この好ま
しい実施例においては、β＝０．５でありその場合Ｐ′
＝０．５２Ｐである。換言すれば、第２の走査電磁石２
８における磁極７１の形状を調整することにより、同等
の機能を果たすけれども形状を調整していない一定のギ
ャップを有する走査電磁石に比べて、動作パワーを殆ど
１／２に減少させることができる。
【００５８】図６および図７は積層された電磁石の好ま
しい構造を更に示しており、ここでは積層体７０は絶縁
材料６９の層により互いに電気的に絶縁されている。時
変磁界によって積層体７０内に作られるうず電流６８
は、各積層体の境界内を流れ、磁極およびヨークの周囲
を回らないようにされている。このうず電流６８はコイ
ル電流とは反対に流れ、図７に示すように磁束８０を積
層体７０の表面領域に集中させる働きをする。磁界は、
表面からの距離と共にほぼ指数関数的に減少する。表皮
深さと呼ばれる深さδでは、磁界は表面での強度の１／
ｅ（ｅ≒２．７１８３）になる。磁束は磁極の表面８２
間で連続していなければならないので、ギャップ７４中
の磁界Ｂは、次式に示すように、積層体表面８１での磁
界ＢS より常に小さい。 Ｂ／ＢS ≒（δ／ｄ）・｛２［ｃｏｓｈ（ｄ／δ）−ｃｏｓ（ｄ／δ）］ ／［ｃｏｓｈ（ｄ／δ）＋ｃｏｓ（ｄ／δ）］｝1/2 ここでｄは積層厚みであり、δ＝１／（πμσｆ）1/2
であり、μは積層材料の透磁率であり、σはその導電率
であり、ｆは磁界Ｂの正弦周波数であり、単位はいずれ
もＭＫＳ単位である。
しい構造を更に示しており、ここでは積層体７０は絶縁
材料６９の層により互いに電気的に絶縁されている。時
変磁界によって積層体７０内に作られるうず電流６８
は、各積層体の境界内を流れ、磁極およびヨークの周囲
を回らないようにされている。このうず電流６８はコイ
ル電流とは反対に流れ、図７に示すように磁束８０を積
層体７０の表面領域に集中させる働きをする。磁界は、
表面からの距離と共にほぼ指数関数的に減少する。表皮
深さと呼ばれる深さδでは、磁界は表面での強度の１／
ｅ（ｅ≒２．７１８３）になる。磁束は磁極の表面８２
間で連続していなければならないので、ギャップ７４中
の磁界Ｂは、次式に示すように、積層体表面８１での磁
界ＢS より常に小さい。 Ｂ／ＢS ≒（δ／ｄ）・｛２［ｃｏｓｈ（ｄ／δ）−ｃｏｓ（ｄ／δ）］ ／［ｃｏｓｈ（ｄ／δ）＋ｃｏｓ（ｄ／δ）］｝1/2 ここでｄは積層厚みであり、δ＝１／（πμσｆ）1/2
であり、μは積層材料の透磁率であり、σはその導電率
であり、ｆは磁界Ｂの正弦周波数であり、単位はいずれ
もＭＫＳ単位である。
【００５９】図８はこの発明の更に重要な局面を示しお
り、ここでは積層厚ｄを十分に小さく、例えば１ｍｍ未
満、好ましくは約０．５ｍｍ以下にすることによって、
１０ｋＨｚまでの周波数において０．１テスラより大き
いギャップ磁界を実現することができる。図８中のカー
ブは、ｄ＝０．３６、０．５０および０．６４ｍｍ、σ
＝２．５×１０6 Ｓ／ｍおよびμ＝７０００μ0の値に
対して適用され、ここでμ0 ＝４π×１０-7は自由空間
の透磁率である。ヨーク積層体における磁界ＢS は、ヨ
ークの飽和を避けるために１テスラに制限されているけ
れども、十分なギャップ磁界が高い周波数においても得
られ、これにより基本周波数のみならず高調波をも含む
波形で２ｋＨｚまでの振動性磁界を発生させることがで
きる。フーリエ変換理論によれば、高調波成分を基本正
弦波周波数に加えることにより、任意の連続反復波形を
作ることができる。例えば、少量の奇数高調波を基本周
波数に加えることにより、図１０に示すような三角波形
を有する振動性磁界を作ることができる。このような波
形は、例えば、半導体のイオン注入において有利であ
る。何故なら、それによってビームを一定速度で前後に
走査し、ターゲット１０を均一に照射することができる
からである。
り、ここでは積層厚ｄを十分に小さく、例えば１ｍｍ未
満、好ましくは約０．５ｍｍ以下にすることによって、
１０ｋＨｚまでの周波数において０．１テスラより大き
いギャップ磁界を実現することができる。図８中のカー
ブは、ｄ＝０．３６、０．５０および０．６４ｍｍ、σ
＝２．５×１０6 Ｓ／ｍおよびμ＝７０００μ0の値に
対して適用され、ここでμ0 ＝４π×１０-7は自由空間
の透磁率である。ヨーク積層体における磁界ＢS は、ヨ
ークの飽和を避けるために１テスラに制限されているけ
れども、十分なギャップ磁界が高い周波数においても得
られ、これにより基本周波数のみならず高調波をも含む
波形で２ｋＨｚまでの振動性磁界を発生させることがで
きる。フーリエ変換理論によれば、高調波成分を基本正
弦波周波数に加えることにより、任意の連続反復波形を
作ることができる。例えば、少量の奇数高調波を基本周
波数に加えることにより、図１０に示すような三角波形
を有する振動性磁界を作ることができる。このような波
形は、例えば、半導体のイオン注入において有利であ
る。何故なら、それによってビームを一定速度で前後に
走査し、ターゲット１０を均一に照射することができる
からである。
【００６０】図９は、ヨークの磁界ＢS を１テスラおよ
び積層体の厚さを０．５ｍｍに制限することによって、
基本周波数の関数としての三角波振動性磁界６６の強度
が、同じ周波数の正弦波磁界６５のそれよりもほんの少
しだけ小さいことを示している。実際、２ｋＨｚまでの
走査周波数に対しては、ギャップ内において現在のフェ
ライトと同等の三角波磁界強度を達成することができ
る。このようなフェライトは一般的に高価な材料である
が、約０．３テスラで磁気的に飽和する電磁石を構成す
るのに使用することができる。図９中の実線のカーブ６
６を構成するのに使われている三角波形は、走査サイク
ルの８３％に相当する−７５°から７５°までの走査位
相角に亘り、最も一定の走査速度を与える大きさを有す
る２１次までの奇数高調波を含んでいる。
び積層体の厚さを０．５ｍｍに制限することによって、
基本周波数の関数としての三角波振動性磁界６６の強度
が、同じ周波数の正弦波磁界６５のそれよりもほんの少
しだけ小さいことを示している。実際、２ｋＨｚまでの
走査周波数に対しては、ギャップ内において現在のフェ
ライトと同等の三角波磁界強度を達成することができ
る。このようなフェライトは一般的に高価な材料である
が、約０．３テスラで磁気的に飽和する電磁石を構成す
るのに使用することができる。図９中の実線のカーブ６
６を構成するのに使われている三角波形は、走査サイク
ルの８３％に相当する−７５°から７５°までの走査位
相角に亘り、最も一定の走査速度を与える大きさを有す
る２１次までの奇数高調波を含んでいる。
【００６１】図１０は、三角波形を示しており、これ
は、高調波の数を２１に制限した結果として、振幅６４
の先端で真ののこぎり波からはずれている。図１１は、
この高調波域に対して、走査速度が走査サイクルの１５
０°（即ち走査時間の８３％）に亘り０．２％より良く
一定であることを示している。実際上は、走査の大きさ
は、走査速度が次の０を通過して符号を変える期間中
（１７％）、ビームがターゲット外周の外側にあるよう
に十分に大きくされる。高調波の数を２倍にすれば、走
査速度を上記と同様に一定にするのに、オーバースキャ
ン時間を約半分に（即ち１７％から９％に）減らすこと
ができる。この好ましい実施例の積層された走査電磁石
は、２１次より大きい高調波に適合することができる
が、現在商業的に利用できる典型的な電力増幅器では、
２０〜４０ｋＨｚの周波数範囲の高調波に制限されてい
る。
は、高調波の数を２１に制限した結果として、振幅６４
の先端で真ののこぎり波からはずれている。図１１は、
この高調波域に対して、走査速度が走査サイクルの１５
０°（即ち走査時間の８３％）に亘り０．２％より良く
一定であることを示している。実際上は、走査の大きさ
は、走査速度が次の０を通過して符号を変える期間中
（１７％）、ビームがターゲット外周の外側にあるよう
に十分に大きくされる。高調波の数を２倍にすれば、走
査速度を上記と同様に一定にするのに、オーバースキャ
ン時間を約半分に（即ち１７％から９％に）減らすこと
ができる。この好ましい実施例の積層された走査電磁石
は、２１次より大きい高調波に適合することができる
が、現在商業的に利用できる典型的な電力増幅器では、
２０〜４０ｋＨｚの周波数範囲の高調波に制限されてい
る。
【００６２】図１２は、磁気四重極電磁石５４、５６お
よび５８の基本構造を示すｘ−ｙ平面での断面図であ
る。四つの磁極４０が、図１および図２に示す構成に対
しては、ｚ軸３２と一致する対称軸３８の周りに対称に
配置されている。この磁極４０の軸４１は、ｘ軸および
ｙ軸に対して４５°に配置されている。各磁極４０はコ
イル４２で囲まれている。所定の四重極電磁石の全ての
コイルは、物理的形状および巻数に関して同一である
が、一連の磁極４０の先端に、磁気極性ＮＳＮＳを作る
ように電気的に励磁される。これらの磁極４０は、隣接
する磁極対間に磁束の戻りを生じさせるヨーク３６と同
様に、高透磁率の鋼合金で構成されている。イオンビー
ムは、四重極電磁石の中心領域でかつ真空容器４４の内
側を通過する。適切な形状の磁極片を用いれば（表２の
文献２参照）、前記中心領域における磁界は本質的に純
粋な四重極形状となり、次式で表される。 Ｂ＝＋（Ｂ0 ／ｒ0 ）・（ｙｉ＋ｘｊ） ・・・（５） ここでｉおよびｊはそれぞれｘおよびｙ方向の単位ベク
トルであり、Ｂ0 は対称軸３８から距離ｒ0 の所での磁
極先端での磁界の強さである。位置（ｘ，ｙ）における
正に帯電したイオンに作用するローレンツ力（表２の文
献１参照）は、次のように表される。 Ｆ＝Ｑｖ×Ｂ＝−（Ｂ0 ／ｒ0 ）・（ｘｉ−ｙｊ）・（２Ｑ2 Ｅ／Ｍ）1/2 ・・・（６） このローレンツ力は、Ｂ0 ＞０の場合、ｘ方向に集束、
ｙ方向に発散を生じさせ、かつｘ方向およびｙ方向にお
ける力の成分は、それぞれｚ軸３２からのイオンの変位
ｘおよびｙに線形的に依存している。まん中の四重極電
磁石５６は上記のような極性を有しており、一方その前
後の第１の四重極電磁石５４および第３の四重極電磁石
５８は反対の極性を有しており、それによって、図１お
よび図２中のビームエンベロープ６０および６１の挙動
によって示すように、ｘ方向の発散およびｙ方向の集束
を生じさせる。
よび５８の基本構造を示すｘ−ｙ平面での断面図であ
る。四つの磁極４０が、図１および図２に示す構成に対
しては、ｚ軸３２と一致する対称軸３８の周りに対称に
配置されている。この磁極４０の軸４１は、ｘ軸および
ｙ軸に対して４５°に配置されている。各磁極４０はコ
イル４２で囲まれている。所定の四重極電磁石の全ての
コイルは、物理的形状および巻数に関して同一である
が、一連の磁極４０の先端に、磁気極性ＮＳＮＳを作る
ように電気的に励磁される。これらの磁極４０は、隣接
する磁極対間に磁束の戻りを生じさせるヨーク３６と同
様に、高透磁率の鋼合金で構成されている。イオンビー
ムは、四重極電磁石の中心領域でかつ真空容器４４の内
側を通過する。適切な形状の磁極片を用いれば（表２の
文献２参照）、前記中心領域における磁界は本質的に純
粋な四重極形状となり、次式で表される。 Ｂ＝＋（Ｂ0 ／ｒ0 ）・（ｙｉ＋ｘｊ） ・・・（５） ここでｉおよびｊはそれぞれｘおよびｙ方向の単位ベク
トルであり、Ｂ0 は対称軸３８から距離ｒ0 の所での磁
極先端での磁界の強さである。位置（ｘ，ｙ）における
正に帯電したイオンに作用するローレンツ力（表２の文
献１参照）は、次のように表される。 Ｆ＝Ｑｖ×Ｂ＝−（Ｂ0 ／ｒ0 ）・（ｘｉ−ｙｊ）・（２Ｑ2 Ｅ／Ｍ）1/2 ・・・（６） このローレンツ力は、Ｂ0 ＞０の場合、ｘ方向に集束、
ｙ方向に発散を生じさせ、かつｘ方向およびｙ方向にお
ける力の成分は、それぞれｚ軸３２からのイオンの変位
ｘおよびｙに線形的に依存している。まん中の四重極電
磁石５６は上記のような極性を有しており、一方その前
後の第１の四重極電磁石５４および第３の四重極電磁石
５８は反対の極性を有しており、それによって、図１お
よび図２中のビームエンベロープ６０および６１の挙動
によって示すように、ｘ方向の発散およびｙ方向の集束
を生じさせる。
【００６３】イオンがターゲット１０に入射する時のｚ
軸３２に対する最終的な位置および角度は、二つの走査
器２６および２８において受ける角偏向および式（６）
に示したような三つの四重極電磁石５４、５６および５
８で受ける力の総合効果に依存している。詳述すると、
最初はｚ軸３２に沿って進み時間ｔにおいて第１の走査
器２６に入るイオンを考えてみる。このイオンによって
表される経路を、これ以降は「時間ｔにおける主線」と
呼ぶ。物理的には、この主線は、時間ｔにおける全イオ
ンビームのほぼ中心線である。第１の走査器２６におい
て作られるこの主線の角偏向α（ｔ）は、この走査器を
通過するイオン飛行時間で平均した振動性磁界の値に依
存している。同様のことが、第２の走査器２８で作られ
る角偏向β（ｔ）についても言える。殆どの場合、走査
器を通過するイオン飛行時間は、走査器の振動周期によ
り遙かに小さく、その場合、時間平均磁界は、一次につ
いては、イオンが走査器を通過する途中で受ける「瞬時
磁界」になる。とにかく、α（ｔ）およびβ（ｔ）は時
間の振動性関数であり、一般的に、異なる時間ｔにおけ
る主線は異なる角偏向を受ける。また、α（ｔ）および
β（ｔ）は、物理的に独立した振動性磁界によって作ら
れるので、互いに独立である。ビーム経路に沿う任意の
点において、主線の位置および方向は次の四つの座標で
特徴づけられる。ｘ ：ｚ軸３２に対するｘ位置。 ｘ′：ｚ軸３２とｚ−ｘ平面への主線投射との間の角
度。 ｙ ：ｚ軸３２に対するｙ位置。 ｙ′：ｚ軸３２とｙ−ｚ平面への主線投射との間の角
度。
軸３２に対する最終的な位置および角度は、二つの走査
器２６および２８において受ける角偏向および式（６）
に示したような三つの四重極電磁石５４、５６および５
８で受ける力の総合効果に依存している。詳述すると、
最初はｚ軸３２に沿って進み時間ｔにおいて第１の走査
器２６に入るイオンを考えてみる。このイオンによって
表される経路を、これ以降は「時間ｔにおける主線」と
呼ぶ。物理的には、この主線は、時間ｔにおける全イオ
ンビームのほぼ中心線である。第１の走査器２６におい
て作られるこの主線の角偏向α（ｔ）は、この走査器を
通過するイオン飛行時間で平均した振動性磁界の値に依
存している。同様のことが、第２の走査器２８で作られ
る角偏向β（ｔ）についても言える。殆どの場合、走査
器を通過するイオン飛行時間は、走査器の振動周期によ
り遙かに小さく、その場合、時間平均磁界は、一次につ
いては、イオンが走査器を通過する途中で受ける「瞬時
磁界」になる。とにかく、α（ｔ）およびβ（ｔ）は時
間の振動性関数であり、一般的に、異なる時間ｔにおけ
る主線は異なる角偏向を受ける。また、α（ｔ）および
β（ｔ）は、物理的に独立した振動性磁界によって作ら
れるので、互いに独立である。ビーム経路に沿う任意の
点において、主線の位置および方向は次の四つの座標で
特徴づけられる。ｘ ：ｚ軸３２に対するｘ位置。 ｘ′：ｚ軸３２とｚ−ｘ平面への主線投射との間の角
度。 ｙ ：ｚ軸３２に対するｙ位置。 ｙ′：ｚ軸３２とｙ−ｚ平面への主線投射との間の角
度。
【００６４】仮にｘ走査器２８およびｙ走査器２６の中
心が、第１の四重極電磁石５４の入口境界の前でそれぞ
れ距離ｐおよびｑの所にあれば、時間ｔにおける主線の
入口境界でのパラメータは、近軸光線近似で次のように
表される。 ｘi ＝ｐα（ｔ），ｘi ′＝α（ｔ），ｙi ＝ｑβ（ｔ）， ｙi ′＝β（ｔ） ・・・（７） 式（６）は、四重極電磁石において力成分Ｆx およびＦ
y がそれぞれｘおよびｙに線形に依存していることを示
している。従って、四重極電磁石の出口での主線のパラ
メータは、入口でのパラメータの同次形一次変換とな
る。更に、式（６）によれば、ｘ方向における力Ｆx は
粒子のｙ位置に依存せず、同様に、力Ｆy は粒子のｘ位
置に依存しない。その結果、粒子運動のｘ投射およびｙ
投射は、互いに非結合状態になる。従って、三つの四重
極電磁石５４、５６、５８、四重極電磁石間の無磁界ド
リフト空間およびターゲット１０までの最後の無磁界ド
リフト空間を通過するイオンの動きは、ｘ−ｙで非結合
の線形変換とみなすことができる。従って、ターゲット
での主線のパラメータは、次のような形で表すことがで
きる。 ｘ ＝Ｍ11ｘi ＋Ｍ12ｘi ′＝（Ｍ11ｐ＋Ｍ12）α（ｔ）・・・（８ａ） ｘ′＝Ｍ21ｘi ＋Ｍ22ｘi ′＝（Ｍ21ｐ＋Ｍ22）α（ｔ）・・・（８ｂ） ｙ ＝Ｍ33ｙi ＋Ｍ34ｙi ′＝（Ｍ33ｑ＋Ｍ34）β（ｔ）・・・（８ｃ） ｙ′＝Ｍ43ｙi ＋Ｍ44ｙi ′＝（Ｍ43ｑ＋Ｍ44）β（ｔ）・・・（８ｄ） 各係数Ｍrsは、三つの四重極電磁石５４、５６、５８の
磁極先端磁界Ｂ1 、Ｂ2 およびＢ3 の関数であり、次の
ように表される。 Ｍrs≡Ｍrs（Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ） ・・・（９）
心が、第１の四重極電磁石５４の入口境界の前でそれぞ
れ距離ｐおよびｑの所にあれば、時間ｔにおける主線の
入口境界でのパラメータは、近軸光線近似で次のように
表される。 ｘi ＝ｐα（ｔ），ｘi ′＝α（ｔ），ｙi ＝ｑβ（ｔ）， ｙi ′＝β（ｔ） ・・・（７） 式（６）は、四重極電磁石において力成分Ｆx およびＦ
y がそれぞれｘおよびｙに線形に依存していることを示
している。従って、四重極電磁石の出口での主線のパラ
メータは、入口でのパラメータの同次形一次変換とな
る。更に、式（６）によれば、ｘ方向における力Ｆx は
粒子のｙ位置に依存せず、同様に、力Ｆy は粒子のｘ位
置に依存しない。その結果、粒子運動のｘ投射およびｙ
投射は、互いに非結合状態になる。従って、三つの四重
極電磁石５４、５６、５８、四重極電磁石間の無磁界ド
リフト空間およびターゲット１０までの最後の無磁界ド
リフト空間を通過するイオンの動きは、ｘ−ｙで非結合
の線形変換とみなすことができる。従って、ターゲット
での主線のパラメータは、次のような形で表すことがで
きる。 ｘ ＝Ｍ11ｘi ＋Ｍ12ｘi ′＝（Ｍ11ｐ＋Ｍ12）α（ｔ）・・・（８ａ） ｘ′＝Ｍ21ｘi ＋Ｍ22ｘi ′＝（Ｍ21ｐ＋Ｍ22）α（ｔ）・・・（８ｂ） ｙ ＝Ｍ33ｙi ＋Ｍ34ｙi ′＝（Ｍ33ｑ＋Ｍ34）β（ｔ）・・・（８ｃ） ｙ′＝Ｍ43ｙi ＋Ｍ44ｙi ′＝（Ｍ43ｑ＋Ｍ44）β（ｔ）・・・（８ｄ） 各係数Ｍrsは、三つの四重極電磁石５４、５６、５８の
磁極先端磁界Ｂ1 、Ｂ2 およびＢ3 の関数であり、次の
ように表される。 Ｍrs≡Ｍrs（Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ） ・・・（９）
【００６５】正確な関数の形は、各四重極電磁石５４、
５６、５８の長さおよび磁極先端半径並びに四重極電磁
石間の距離に依存している。更に、Ｍ11、Ｍ12、Ｍ33お
よびＭ34の関数形は、最後の四重極電磁石５８からター
ゲット１０までの距離に依存している。リュービルの定
理によれば（表２の文献３参照）、ｘ、ｘ′、ｙ、ｙ′
位相空間における粒子密度は、四重極電磁石内を輸送中
保存されなければならない。即ち、ｘおよびｙ運動は非
結合であるから、ｘ、ｘ′およびｙ、ｙ′変換の行列式
はそれぞれ１に等しくなければならず、従って次のよう
になる。 Ｍ11Ｍ22−Ｍ12Ｍ21＝１，Ｍ33Ｍ44−Ｍ34Ｍ43＝１ ・・・（１０） この結果、８個の変換係数Ｍrsの内の６個のみが独立で
ある。これらの係数は時間に関して静的なものであるの
で、式（８ａ）〜（８ｄ）は、主線のターゲットパラメ
ータｘ、ｘ′およびｙ、ｙ′がα（ｔ）およびβ（ｔ）
と全く同様に時間的に急速に振動することを示してい
る。
５６、５８の長さおよび磁極先端半径並びに四重極電磁
石間の距離に依存している。更に、Ｍ11、Ｍ12、Ｍ33お
よびＭ34の関数形は、最後の四重極電磁石５８からター
ゲット１０までの距離に依存している。リュービルの定
理によれば（表２の文献３参照）、ｘ、ｘ′、ｙ、ｙ′
位相空間における粒子密度は、四重極電磁石内を輸送中
保存されなければならない。即ち、ｘおよびｙ運動は非
結合であるから、ｘ、ｘ′およびｙ、ｙ′変換の行列式
はそれぞれ１に等しくなければならず、従って次のよう
になる。 Ｍ11Ｍ22−Ｍ12Ｍ21＝１，Ｍ33Ｍ44−Ｍ34Ｍ43＝１ ・・・（１０） この結果、８個の変換係数Ｍrsの内の６個のみが独立で
ある。これらの係数は時間に関して静的なものであるの
で、式（８ａ）〜（８ｄ）は、主線のターゲットパラメ
ータｘ、ｘ′およびｙ、ｙ′がα（ｔ）およびβ（ｔ）
と全く同様に時間的に急速に振動することを示してい
る。
【００６６】図１４は、ビーム位置が急速に変化するに
も拘わらず、ターゲット１０上で不変のビームサイズδ
ｘ、δｙをもたらすこの発明の他の局面を示している。
主線と同時に第１の走査電磁石２６に入るけれども主線
から量δｘ0、δｙ0 だけ変位しておりかつｚ軸３２に
対して角度方向δｘ0 ′、δｙ0 ′を有する経路を描く
イオンは、下記のパラメータで第１の四重極電磁石５４
の入口に到達する。 ｘi ＝δｘ0 ＋ｐｘi ′ ・・・（１１ａ） ｘi ′＝α（ｔ）＋δｘ0 ′ ・・・（１１ｂ） ｙi ＝δｙ0 ＋ｑｙi ′ ・・・（１１ｃ） ｙi ′＝β（ｔ）＋δｙ0 ′ ・・・（１１ｄ） 四重極電磁石を通過することによる変換を式（８ａ）〜
（８ｄ）に従って行えば、隣接する主線から下記の量だ
け変位しているターゲット１０でのパラメータが得られ
る。 δｘ ＝Ｍ11δｘ0 ＋（Ｍ11ｐ＋Ｍ12）δｘ0 ′ ・・・（１２ａ） δｘ′＝Ｍ21δｘ0 ＋（Ｍ21ｐ＋Ｍ22）δｘ0 ′ ・・・（１２ｂ） δｙ ＝Ｍ33δｙ0 ＋（Ｍ33ｑ＋Ｍ34）δｙ0 ′ ・・・（１２ｃ） δｙ′＝Ｍ43δｙ0 ＋（Ｍ43ｑ＋Ｍ44）δｙ0 ′
・・・（１２ｄ）
も拘わらず、ターゲット１０上で不変のビームサイズδ
ｘ、δｙをもたらすこの発明の他の局面を示している。
主線と同時に第１の走査電磁石２６に入るけれども主線
から量δｘ0、δｙ0 だけ変位しておりかつｚ軸３２に
対して角度方向δｘ0 ′、δｙ0 ′を有する経路を描く
イオンは、下記のパラメータで第１の四重極電磁石５４
の入口に到達する。 ｘi ＝δｘ0 ＋ｐｘi ′ ・・・（１１ａ） ｘi ′＝α（ｔ）＋δｘ0 ′ ・・・（１１ｂ） ｙi ＝δｙ0 ＋ｑｙi ′ ・・・（１１ｃ） ｙi ′＝β（ｔ）＋δｙ0 ′ ・・・（１１ｄ） 四重極電磁石を通過することによる変換を式（８ａ）〜
（８ｄ）に従って行えば、隣接する主線から下記の量だ
け変位しているターゲット１０でのパラメータが得られ
る。 δｘ ＝Ｍ11δｘ0 ＋（Ｍ11ｐ＋Ｍ12）δｘ0 ′ ・・・（１２ａ） δｘ′＝Ｍ21δｘ0 ＋（Ｍ21ｐ＋Ｍ22）δｘ0 ′ ・・・（１２ｂ） δｙ ＝Ｍ33δｙ0 ＋（Ｍ33ｑ＋Ｍ34）δｙ0 ′ ・・・（１２ｃ） δｙ′＝Ｍ43δｙ0 ＋（Ｍ43ｑ＋Ｍ44）δｙ0 ′
・・・（１２ｄ）
【００６７】これらの変位はα（ｔ）およびβ（ｔ）か
ら独立であり、従って時間ｔから独立であるので、ビー
ムサイズは結果として一定になる。ターゲット１０に対
する照射強度の不均一性は、これはビームサイズが変わ
る場合には起こるけれども、このようにして回避され
る。このことは、例えば、高いドーズ均一性が要求され
る半導体イオン注入においては有利である。このビーム
サイズの不変性は、式（６）で示したように、四重極電
磁石の作用の直線性から直接来ているということを強調
することができる。四重極電磁石が正確な四極対称性を
有しているとすれば、単色ビーム（即ち運動量の広がり
を無視できるビーム）の通常の場合には、式（６）中の
第２項は存在しなくなる。適切な磁極形状（表２の文献
２参照）および端磁界の制御により、高次多極成分（例
えば１２および２０極）の影響を最小にすることができ
る。利用可能な四重極電磁石アパーチャの８０％におけ
る直線性から２％程度の離脱は、商業的な製造業者の仕
様に従って実際上容易に実現することができる（表２の
文献４参照）。
ら独立であり、従って時間ｔから独立であるので、ビー
ムサイズは結果として一定になる。ターゲット１０に対
する照射強度の不均一性は、これはビームサイズが変わ
る場合には起こるけれども、このようにして回避され
る。このことは、例えば、高いドーズ均一性が要求され
る半導体イオン注入においては有利である。このビーム
サイズの不変性は、式（６）で示したように、四重極電
磁石の作用の直線性から直接来ているということを強調
することができる。四重極電磁石が正確な四極対称性を
有しているとすれば、単色ビーム（即ち運動量の広がり
を無視できるビーム）の通常の場合には、式（６）中の
第２項は存在しなくなる。適切な磁極形状（表２の文献
２参照）および端磁界の制御により、高次多極成分（例
えば１２および２０極）の影響を最小にすることができ
る。利用可能な四重極電磁石アパーチャの８０％におけ
る直線性から２％程度の離脱は、商業的な製造業者の仕
様に従って実際上容易に実現することができる（表２の
文献４参照）。
【００６８】図１５および図１６はこの発明の更に他の
有利な局面を示しており、ここでは二つの走査器２６、
２８および三つの四重極電磁石５４、５６、５８が、主
線を、それらのターゲット１０上での急速に振動してい
る位置にも拘わらず、最後の四重極電磁石５８からｚ軸
３２に平行に出現させている。図１５は、五つの時間ｔ
1 ないしｔ5 で起こっている代表的な主線４５のｚ−ｘ
平面への投射を示している。図１６は同様に、他の五つ
の異なった時間ｔ1 ′ないしｔ5 ′で起こっている代表
的な主線４６のｙ−ｚ平面への投射を示している。三つ
の四重極電磁石５４、５６、５８のそれぞれにおける磁
界Ｂ1 、Ｂ2 およびＢ3 を、四重極変換係数が次式に従
ってｘおよびｙ走査器位置ｐおよびｑに関連するように
調節することができるので、平行走査モードが可能であ
る。 −Ｍ22／Ｍ21＝ｐ ・・・（１３ａ） −Ｍ44／Ｍ43＝ｑ ・・・（１３ｂ）
有利な局面を示しており、ここでは二つの走査器２６、
２８および三つの四重極電磁石５４、５６、５８が、主
線を、それらのターゲット１０上での急速に振動してい
る位置にも拘わらず、最後の四重極電磁石５８からｚ軸
３２に平行に出現させている。図１５は、五つの時間ｔ
1 ないしｔ5 で起こっている代表的な主線４５のｚ−ｘ
平面への投射を示している。図１６は同様に、他の五つ
の異なった時間ｔ1 ′ないしｔ5 ′で起こっている代表
的な主線４６のｙ−ｚ平面への投射を示している。三つ
の四重極電磁石５４、５６、５８のそれぞれにおける磁
界Ｂ1 、Ｂ2 およびＢ3 を、四重極変換係数が次式に従
ってｘおよびｙ走査器位置ｐおよびｑに関連するように
調節することができるので、平行走査モードが可能であ
る。 −Ｍ22／Ｍ21＝ｐ ・・・（１３ａ） −Ｍ44／Ｍ43＝ｑ ・・・（１３ｂ）
【００６９】これらの結果を式（８ｂ）および（８ｄ）
に代入することにより、平行走査に必要な次の二次元テ
レセントリック条件が得られる。 ｘ′＝ｙ′＝０ ・・・（１４） ８インチのシリコンウェーハ上を平行走査することがで
きる一組の四重極電磁石のデザインおよび運転パラメー
タの一例を後の表１に示す。
に代入することにより、平行走査に必要な次の二次元テ
レセントリック条件が得られる。 ｘ′＝ｙ′＝０ ・・・（１４） ８インチのシリコンウェーハ上を平行走査することがで
きる一組の四重極電磁石のデザインおよび運転パラメー
タの一例を後の表１に示す。
【００７０】図１７および図１８は、三つの四重極電磁
石５４、５６、５８の各々における磁界Ｂ1 、Ｂ2 およ
びＢ3 を、平行走査を達成するだけでなく、ターゲット
１０でのビームサイズおよび角広がりδｘ、δｘ′、δ
ｙ、δｙ′のある程度の制御および選択性を同時に提供
できるようにも調節することができるということを更に
示している。図１７は、表１に記載した構成で、第２の
四重極電磁石５６における磁界Ｂ2 の異なった値に対し
て、式（１３ａ）および（１３ｂ）のテレセントリック
条件を維持するための第１および第３の四重極電磁石５
４、５８における磁界Ｂ1 およびＢ3 を示している。こ
の磁界の値は、２００ｋｅＶのヒ素イオンビームに適用
される。他のイオン種およびエネルギーに対しては、四
重極磁界を式（１）で定義するようにイオンの磁気剛性
に比例して調整すれば良い。図１８は、冷却された分析
スリット２４でのイオンの変位δｘ0 、δｘ0 ′、δｙ
0 、δｙ0 ′の場合に対して、ターゲット１０での対応
するビームサイズおよび角広がりＸ、Ｘ′、Ｙ、Ｙ′
が、（１５）式で示す半サイズおよび半角広がりを持つ
ビームエンベロープに拘束され、かつ楕円エミッタンス
が（１６）式のようにされることを示している。 ｘ0 ＝ ３ｍｍ ｘ0 ′＝１５ｍｒａｄ ｙ0 ＝ ７ｍｍ ｙ0 ′＝ ７ｍｒａｄ ・・・（１５） ｛δｘ0 ／ｘ0 ｝2 ＋｛δｘ0 ′／ｘ0 ′｝2 ≦１ ｛δｙ0 ／ｙ0 ｝2 ＋｛δｙ0 ′／ｙ0 ′｝2 ≦１ ・・・（１６）
石５４、５６、５８の各々における磁界Ｂ1 、Ｂ2 およ
びＢ3 を、平行走査を達成するだけでなく、ターゲット
１０でのビームサイズおよび角広がりδｘ、δｘ′、δ
ｙ、δｙ′のある程度の制御および選択性を同時に提供
できるようにも調節することができるということを更に
示している。図１７は、表１に記載した構成で、第２の
四重極電磁石５６における磁界Ｂ2 の異なった値に対し
て、式（１３ａ）および（１３ｂ）のテレセントリック
条件を維持するための第１および第３の四重極電磁石５
４、５８における磁界Ｂ1 およびＢ3 を示している。こ
の磁界の値は、２００ｋｅＶのヒ素イオンビームに適用
される。他のイオン種およびエネルギーに対しては、四
重極磁界を式（１）で定義するようにイオンの磁気剛性
に比例して調整すれば良い。図１８は、冷却された分析
スリット２４でのイオンの変位δｘ0 、δｘ0 ′、δｙ
0 、δｙ0 ′の場合に対して、ターゲット１０での対応
するビームサイズおよび角広がりＸ、Ｘ′、Ｙ、Ｙ′
が、（１５）式で示す半サイズおよび半角広がりを持つ
ビームエンベロープに拘束され、かつ楕円エミッタンス
が（１６）式のようにされることを示している。 ｘ0 ＝ ３ｍｍ ｘ0 ′＝１５ｍｒａｄ ｙ0 ＝ ７ｍｍ ｙ0 ′＝ ７ｍｒａｄ ・・・（１５） ｛δｘ0 ／ｘ0 ｝2 ＋｛δｘ0 ′／ｘ0 ′｝2 ≦１ ｛δｙ0 ／ｙ0 ｝2 ＋｛δｙ0 ′／ｙ0 ′｝2 ≦１ ・・・（１６）
【００７１】ターゲット１０での最終のビームサイズお
よび角広がりは、初期ビームサイズを規定する式（１
５）のパラメータの他にエミッタンス形状（式（１
６））に依存している。即ち、これらのものは、イオン
源２のエミッタンスおよび運動量分析器６、後段加速器
８および中性粒子フィルタ１４のビーム変換特性に依存
している。一般的に、これらのものは、粒子種あるいは
エネルギーを変えたときに変化する。四重極電磁石の長
さ、間隔ならびに走査器の位置ｐおよびｑのような四重
極輸送装置の固定されたパラメータは、特定の初期ビー
ムに対してターゲット１０でのビームが最適になるよう
に選定されている。異なる初期ビームに対しては、三つ
の四重極電磁石５４、５６、５８の磁界は、ターゲット
１０でのビームサイズおよび角広がりを最適化するよう
に調整される。この好ましい実施例に記載しているよう
なターゲットでのビーム特性を制御する能力は、例え
ば、半導体イオン注入において有利である。ビームがウ
ェーハ表面を横切って走査される時、走査速度は走査端
で方向転換するが、その期間中、ビームは照射強度（あ
るいはドーズ均一性）の不均一性を避けるためにウェー
ハ外周の外側にある。ビームサイズが小さい場合には、
オーバースキャンに費やされる時間が少なくなり、従っ
て注入処理の効率が高くなる。一方、大電流イオンビー
ムの場合には、パワー密度が高いとウェーハ表面を損傷
するので、ビームサイズをあまり小さくしてはいけな
い。ビームサイズおよびビーム位置に関係なく、ウェー
ハ表面への入射角のｚ軸３２からの偏差は、チャネリン
グ効果を避けたり利用したりするためには、かつウェー
ハ表面での壁や溝に陰ができるのを避けるためには、典
型的には１０ｍｒａｄ（ミリラジアン）未満にすべきで
ある。
よび角広がりは、初期ビームサイズを規定する式（１
５）のパラメータの他にエミッタンス形状（式（１
６））に依存している。即ち、これらのものは、イオン
源２のエミッタンスおよび運動量分析器６、後段加速器
８および中性粒子フィルタ１４のビーム変換特性に依存
している。一般的に、これらのものは、粒子種あるいは
エネルギーを変えたときに変化する。四重極電磁石の長
さ、間隔ならびに走査器の位置ｐおよびｑのような四重
極輸送装置の固定されたパラメータは、特定の初期ビー
ムに対してターゲット１０でのビームが最適になるよう
に選定されている。異なる初期ビームに対しては、三つ
の四重極電磁石５４、５６、５８の磁界は、ターゲット
１０でのビームサイズおよび角広がりを最適化するよう
に調整される。この好ましい実施例に記載しているよう
なターゲットでのビーム特性を制御する能力は、例え
ば、半導体イオン注入において有利である。ビームがウ
ェーハ表面を横切って走査される時、走査速度は走査端
で方向転換するが、その期間中、ビームは照射強度（あ
るいはドーズ均一性）の不均一性を避けるためにウェー
ハ外周の外側にある。ビームサイズが小さい場合には、
オーバースキャンに費やされる時間が少なくなり、従っ
て注入処理の効率が高くなる。一方、大電流イオンビー
ムの場合には、パワー密度が高いとウェーハ表面を損傷
するので、ビームサイズをあまり小さくしてはいけな
い。ビームサイズおよびビーム位置に関係なく、ウェー
ハ表面への入射角のｚ軸３２からの偏差は、チャネリン
グ効果を避けたり利用したりするためには、かつウェー
ハ表面での壁や溝に陰ができるのを避けるためには、典
型的には１０ｍｒａｄ（ミリラジアン）未満にすべきで
ある。
【００７２】図１７および図１８は、表１に定義した四
重極電磁石の構成では、平行走査および式（１５）およ
び（１６）に定義された初期ビームに対しては、第２の
四重極電磁石５６の磁界Ｂ2 を０．３２５テスラ（２０
０ｋｅＶのヒ素の場合）に設定すると、ｚ軸３２からの
最大の角度偏差が｛Ｘ′2 ＋Ｙ′2 ｝1/2 ≒９ｍｒａｄ
になることを示している。ウェーハでのビーム形状は、
直径が２ｘ≒２ｙ≒２７ｍｍのほぼ円である。これは、
５あるいは１０ｍＡまでのビーム電流でウェーハに連続
的に注入を行うイオン注入装置においては、満足すべき
ものである。ウェーハ表面をｚ軸３２に対して適当に向
けることにより、ウェーハ表面での入射角を選定可能で
あることに注意すべきである。ここに記載している好ま
しい実施例では、低エネルギー（５ｋｅＶ）のイオンに
対してさえ、このような大ビーム電流でウェーハ上を急
速かつ平行に走査することができる。これは、走査およ
び変換要素が全て磁気的なものであり、そうでない場合
にビーム内での空間電荷力の結果として存在する電流制
限を排除することができるからである。
重極電磁石の構成では、平行走査および式（１５）およ
び（１６）に定義された初期ビームに対しては、第２の
四重極電磁石５６の磁界Ｂ2 を０．３２５テスラ（２０
０ｋｅＶのヒ素の場合）に設定すると、ｚ軸３２からの
最大の角度偏差が｛Ｘ′2 ＋Ｙ′2 ｝1/2 ≒９ｍｒａｄ
になることを示している。ウェーハでのビーム形状は、
直径が２ｘ≒２ｙ≒２７ｍｍのほぼ円である。これは、
５あるいは１０ｍＡまでのビーム電流でウェーハに連続
的に注入を行うイオン注入装置においては、満足すべき
ものである。ウェーハ表面をｚ軸３２に対して適当に向
けることにより、ウェーハ表面での入射角を選定可能で
あることに注意すべきである。ここに記載している好ま
しい実施例では、低エネルギー（５ｋｅＶ）のイオンに
対してさえ、このような大ビーム電流でウェーハ上を急
速かつ平行に走査することができる。これは、走査およ
び変換要素が全て磁気的なものであり、そうでない場合
にビーム内での空間電荷力の結果として存在する電流制
限を排除することができるからである。
【００７３】図１９および図２０は、ターゲットでのド
ーズ均一性に及ぼす有限のビームサイズの影響を示して
いる。点状ビームでは（これは高パワー密度の理由から
実用的でないが）、ドーズ均一性（図１９および図２０
中の破線のカーブ）は、有限数の高調波で走査電磁石に
おける三角波磁界波形を構成した場合、かなり高い周波
数で変動している。含有高調波が有限なのは、一般的
に、積層された走査電磁石の磁気的な周波数応答には関
係なく、商業的に利用可能な電源の有限の帯域幅の結果
として生じるものである。図１９および図２０中の実線
のカーブは、ウェーハ上でのビームスポットサイズを平
均化すれば、高い周波数の変動が劇的に減衰しているこ
とを示している。このビームスポットサイズは、この場
合、１５°の走査位相角の広がりに対応しており、これ
は妥当なパワー密度に対する典型的かつ実際的なビーム
サイズである。その結果、高次調波の有限の数によっ
て、１８０°の内の１７０°（９４％）に迫るという走
査サイクルの大部分に亘り、高い周波数の変動は別とし
て、一定速度の走査を作り出すことができる。半値幅１
５°の有限ビームサイズを平均化することにより、図１
９および図２０は、それぞれ２１次および４１次までの
高調波に対して、走査半サイクルの１４０°および１４
５°に亘り０．２％未満のドーズ変動を達成することが
できることを示している。１５°のビーム半値幅に対す
る均一なドーズ量の最大の範囲は、無限の周波数応答帯
域に対しても、１５０°である。従って、この好ましい
実施例においては、有限周波数帯域の結果として、二次
元走査に対するビーム利用の損失は、わずか７ないし１
３％（走査軸当たり３．５ないし６．５％）にしかなら
ない。
ーズ均一性に及ぼす有限のビームサイズの影響を示して
いる。点状ビームでは（これは高パワー密度の理由から
実用的でないが）、ドーズ均一性（図１９および図２０
中の破線のカーブ）は、有限数の高調波で走査電磁石に
おける三角波磁界波形を構成した場合、かなり高い周波
数で変動している。含有高調波が有限なのは、一般的
に、積層された走査電磁石の磁気的な周波数応答には関
係なく、商業的に利用可能な電源の有限の帯域幅の結果
として生じるものである。図１９および図２０中の実線
のカーブは、ウェーハ上でのビームスポットサイズを平
均化すれば、高い周波数の変動が劇的に減衰しているこ
とを示している。このビームスポットサイズは、この場
合、１５°の走査位相角の広がりに対応しており、これ
は妥当なパワー密度に対する典型的かつ実際的なビーム
サイズである。その結果、高次調波の有限の数によっ
て、１８０°の内の１７０°（９４％）に迫るという走
査サイクルの大部分に亘り、高い周波数の変動は別とし
て、一定速度の走査を作り出すことができる。半値幅１
５°の有限ビームサイズを平均化することにより、図１
９および図２０は、それぞれ２１次および４１次までの
高調波に対して、走査半サイクルの１４０°および１４
５°に亘り０．２％未満のドーズ変動を達成することが
できることを示している。１５°のビーム半値幅に対す
る均一なドーズ量の最大の範囲は、無限の周波数応答帯
域に対しても、１５０°である。従って、この好ましい
実施例においては、有限周波数帯域の結果として、二次
元走査に対するビーム利用の損失は、わずか７ないし１
３％（走査軸当たり３．５ないし６．５％）にしかなら
ない。
【００７４】好ましい実施例の他の動作モードにおいて
は、四重極磁界は次のように調整することができる。 −（Ｍ22−ｃx Ｍ12）／（Ｍ21−ｃx Ｍ11）＝ｐ ・・・（１７ａ） −（Ｍ44−ｃy Ｍ34）／（Ｍ43−ｃy Ｍ33）＝ｑ ・・・（１７ｂ） この場合、ターゲット１０でのビームの主線は、ｚ−ｘ
平面およびｙ−ｚ平面においてそれぞれ曲率ｃx および
ｃy を有する表面に垂直である。特に、ｃx ＝ｃy に選
定すれば、球面（凹か凸かはｃx の符号による）に対す
る垂直照射が可能になる。係数ｃの一方または他方を０
に設定すれば、円筒面に対する垂直照射が可能になる。
垂直またはほぼ垂直の照射での利点は、例えばころ軸受
および玉軸受の注入においてスパッタリングを最小にす
ることができることである。
は、四重極磁界は次のように調整することができる。 −（Ｍ22−ｃx Ｍ12）／（Ｍ21−ｃx Ｍ11）＝ｐ ・・・（１７ａ） −（Ｍ44−ｃy Ｍ34）／（Ｍ43−ｃy Ｍ33）＝ｑ ・・・（１７ｂ） この場合、ターゲット１０でのビームの主線は、ｚ−ｘ
平面およびｙ−ｚ平面においてそれぞれ曲率ｃx および
ｃy を有する表面に垂直である。特に、ｃx ＝ｃy に選
定すれば、球面（凹か凸かはｃx の符号による）に対す
る垂直照射が可能になる。係数ｃの一方または他方を０
に設定すれば、円筒面に対する垂直照射が可能になる。
垂直またはほぼ垂直の照射での利点は、例えばころ軸受
および玉軸受の注入においてスパッタリングを最小にす
ることができることである。
【００７５】図３２は、８個のアパーチャ２０１から成
るアレイの使用を示しており、このアパーチャ２０１
は、四重極電磁石５８の後ろに配置されており、対を成
すように配列されており、その一対が走査領域の各隅近
くに配置される。一対のアパーチャの軸２０２は、ｚ軸
３２に対して所定の方向を有している。走査サイクル期
間中のある瞬間に、イオンは、四重極電磁石５４、５６
および５８が当該瞬間におけるビームの主線２０４がア
パーチャ軸２０２と一致するように励磁される場合に限
り、一対のアパーチャ２０１を通過する。この場合、最
大電気信号２０６が図３２に示すファラデーカップ２０
８で検出され、図３３には一つのアパーチャ対から得ら
れる信号を示している。この最大電気信号は、式（１
７）に関連して先に説明した平行、集束または発散走査
のような特定の照射角に対応している。ファラデーカッ
プ２０８で計測される一つの電気信号の時間間隔Ｔ
1 は、ｙ方向（高速走査方向）のビーム幅に比例してお
り、一方、最初のパルスと最後のパルスとの間の時間間
隔Ｔ2 は、ｘ方向（低速走査方向）のビーム幅の大きさ
である。また、一対のアパーチャ２０１の内の一方を電
気信号がちょうど消えるまで距離δｘ（またはδｙ）の
間を動かすことにより、ビーム中での内的角度偏差ｘ′
＝δｘ／Ｌおよびｙ′＝δｙ／Ｌの大きさを得ることが
できる。ここでＬは一対のアパーチャ間の距離である。
原理的には、一対のアパーチャ２０１だけが必要であ
る。しかしながら、図３２に示すように四対を用いれ
ば、左右および上下方向の走査の対称性の確認を行うこ
とができる。
るアレイの使用を示しており、このアパーチャ２０１
は、四重極電磁石５８の後ろに配置されており、対を成
すように配列されており、その一対が走査領域の各隅近
くに配置される。一対のアパーチャの軸２０２は、ｚ軸
３２に対して所定の方向を有している。走査サイクル期
間中のある瞬間に、イオンは、四重極電磁石５４、５６
および５８が当該瞬間におけるビームの主線２０４がア
パーチャ軸２０２と一致するように励磁される場合に限
り、一対のアパーチャ２０１を通過する。この場合、最
大電気信号２０６が図３２に示すファラデーカップ２０
８で検出され、図３３には一つのアパーチャ対から得ら
れる信号を示している。この最大電気信号は、式（１
７）に関連して先に説明した平行、集束または発散走査
のような特定の照射角に対応している。ファラデーカッ
プ２０８で計測される一つの電気信号の時間間隔Ｔ
1 は、ｙ方向（高速走査方向）のビーム幅に比例してお
り、一方、最初のパルスと最後のパルスとの間の時間間
隔Ｔ2 は、ｘ方向（低速走査方向）のビーム幅の大きさ
である。また、一対のアパーチャ２０１の内の一方を電
気信号がちょうど消えるまで距離δｘ（またはδｙ）の
間を動かすことにより、ビーム中での内的角度偏差ｘ′
＝δｘ／Ｌおよびｙ′＝δｙ／Ｌの大きさを得ることが
できる。ここでＬは一対のアパーチャ間の距離である。
原理的には、一対のアパーチャ２０１だけが必要であ
る。しかしながら、図３２に示すように四対を用いれ
ば、左右および上下方向の走査の対称性の確認を行うこ
とができる。
【００７６】好ましい実施例においては、狭いギャップ
長を有する第１のｙ走査電磁石２６は、広いギャップ長
を有する第２のｘ走査電磁石２８より高い周波数で励磁
される。前述したように、この構成によって、走査電磁
石を励磁するための膨大なパワーを避けかつ最小にする
ことができる。好ましい実施例においては、ｙ走査器２
６は５００ないし１０００Ｈｚの周波数で動作させら
れ、ｘ走査器２８は５０ないし１００Ｈｚの周波数で動
作させられる。その結果、ビームはターゲット１０を横
切ってラスターパターン状に走査される。走査電磁石を
図１０に示す三角波振動磁界で励磁することによって、
一定走査速度を得ることができ、それによって図１１に
示すように、オーバースキャン領域を除く全ての領域で
均一な照射ドーズ量を得ることができる。ラスター走査
されたビームにおける不均一な強度プロファイルから生
じるドーズ量のパターン化された変化は、二つの走査電
磁石２６、２８の周波数比に無理数を選ぶことによっ
て、幾つかの（典型的には約１００回程度の）ｘ走査の
後にほぼ０に時間平均される。例えば、ｆy ＝２００π
Ｈｚ（≒６２８Ｈｚ）およびｆx ＝７９Ｈｚにすれば、
１０進法で、ｆy ／ｆx ＝７．９５３３９９１・・・が
得られる。
長を有する第１のｙ走査電磁石２６は、広いギャップ長
を有する第２のｘ走査電磁石２８より高い周波数で励磁
される。前述したように、この構成によって、走査電磁
石を励磁するための膨大なパワーを避けかつ最小にする
ことができる。好ましい実施例においては、ｙ走査器２
６は５００ないし１０００Ｈｚの周波数で動作させら
れ、ｘ走査器２８は５０ないし１００Ｈｚの周波数で動
作させられる。その結果、ビームはターゲット１０を横
切ってラスターパターン状に走査される。走査電磁石を
図１０に示す三角波振動磁界で励磁することによって、
一定走査速度を得ることができ、それによって図１１に
示すように、オーバースキャン領域を除く全ての領域で
均一な照射ドーズ量を得ることができる。ラスター走査
されたビームにおける不均一な強度プロファイルから生
じるドーズ量のパターン化された変化は、二つの走査電
磁石２６、２８の周波数比に無理数を選ぶことによっ
て、幾つかの（典型的には約１００回程度の）ｘ走査の
後にほぼ０に時間平均される。例えば、ｆy ＝２００π
Ｈｚ（≒６２８Ｈｚ）およびｆx ＝７９Ｈｚにすれば、
１０進法で、ｆy ／ｆx ＝７．９５３３９９１・・・が
得られる。
【００７７】図２１は、図１の走査電磁石２６および２
８における振動性磁界を励磁するのに使用される電子制
御回路を概略的に示す。各走査電磁石２６、２８に対し
て別々の回路およびピックアップコイルが使用される。
この回路はフィードバックループを備えており、それに
よって振動性磁界の振幅、位相および波形が次のように
制御される。即ち、この振動性磁界の振幅、位相および
波形によって、図１のイオンビーム３１は、ターゲット
１０を横切って前後に、ターゲット外周の外側に規定の
オーバースキャンを行いながら、規定の照射ドーズ量を
生み出すように走査される。
８における振動性磁界を励磁するのに使用される電子制
御回路を概略的に示す。各走査電磁石２６、２８に対し
て別々の回路およびピックアップコイルが使用される。
この回路はフィードバックループを備えており、それに
よって振動性磁界の振幅、位相および波形が次のように
制御される。即ち、この振動性磁界の振幅、位相および
波形によって、図１のイオンビーム３１は、ターゲット
１０を横切って前後に、ターゲット外周の外側に規定の
オーバースキャンを行いながら、規定の照射ドーズ量を
生み出すように走査される。
【００７８】図２１の制御回路２００は次のように機能
する。即ち、例えば走査電磁石２６のギャップ７４中に
置かれたピックアップコイル９０を通過する時変磁界に
よって発生される電圧信号は、信号調節器９２に供給さ
れ、次いで位相補償器９４に供給され、そしてこれから
得られた信号が基準波形信号９６から減算され、ターゲ
ットに与えられるドーズ量における誤差を反映する誤差
電圧が作られる。この誤差電圧は増幅器９８によって適
当なゲインＧＡで積分および増幅され、その結果の信号
は基準信号に加えられかつ電力増幅器１００の入力端子
に供給される。この電力増幅器１００は、走査電磁石２
６のコイル７８に電流Ｉを供給する。この基準信号９６
は、走査電磁石２６のコイルに印加される電圧に必要と
される所望の波形を表している。ピックアップコイル９
０は、それを通過する磁束鎖交数の変化率に比例する次
のような電圧信号を信号調節器９２に供給する。 Ｖc ＝ｎＡ・ｄＢ／ｄｔ ・・・（１８） ここで、Ａはピックアップコイル９０の面積であり、ｎ
はピックアップコイル９０の巻数である。
する。即ち、例えば走査電磁石２６のギャップ７４中に
置かれたピックアップコイル９０を通過する時変磁界に
よって発生される電圧信号は、信号調節器９２に供給さ
れ、次いで位相補償器９４に供給され、そしてこれから
得られた信号が基準波形信号９６から減算され、ターゲ
ットに与えられるドーズ量における誤差を反映する誤差
電圧が作られる。この誤差電圧は増幅器９８によって適
当なゲインＧＡで積分および増幅され、その結果の信号
は基準信号に加えられかつ電力増幅器１００の入力端子
に供給される。この電力増幅器１００は、走査電磁石２
６のコイル７８に電流Ｉを供給する。この基準信号９６
は、走査電磁石２６のコイルに印加される電圧に必要と
される所望の波形を表している。ピックアップコイル９
０は、それを通過する磁束鎖交数の変化率に比例する次
のような電圧信号を信号調節器９２に供給する。 Ｖc ＝ｎＡ・ｄＢ／ｄｔ ・・・（１８） ここで、Ａはピックアップコイル９０の面積であり、ｎ
はピックアップコイル９０の巻数である。
【００７９】図２１に示す電力増幅器１００は、それに
与えられる入力信号の電圧を増幅するので、電圧増幅器
として動作する。この増幅器が走査電磁石２６のコイル
７８に供給する電圧Ｖは、走査電磁石２６のコイル７８
に流れる電流Ｉと次のような関係がある。 Ｖ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔ＋ＩＲ ・・・（１９） ここでＲは、走査電磁石２６のコイル７８のオーム抵抗
に、積層体およびヨーク中のうず電流および磁気ヒステ
リシスによる走査電磁石２６の積層体中での電力損を表
す負荷抵抗を加えたものであり、Ｌは走査電磁石２６の
電気的インダクタンスである。
与えられる入力信号の電圧を増幅するので、電圧増幅器
として動作する。この増幅器が走査電磁石２６のコイル
７８に供給する電圧Ｖは、走査電磁石２６のコイル７８
に流れる電流Ｉと次のような関係がある。 Ｖ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔ＋ＩＲ ・・・（１９） ここでＲは、走査電磁石２６のコイル７８のオーム抵抗
に、積層体およびヨーク中のうず電流および磁気ヒステ
リシスによる走査電磁石２６の積層体中での電力損を表
す負荷抵抗を加えたものであり、Ｌは走査電磁石２６の
電気的インダクタンスである。
【００８０】走査電磁石２６のギャップ７４中の磁界
は、当該電磁石のヨーク構造の小さな磁気抵抗を当面無
視すれば、走査電磁石２６のコイル７８を流れる電流Ｉ
にほぼ比例している。従って、磁界の変化率は、コイル
を流れる電流の変化率に比例しており、次のようにな
る。 ｄＢ／ｄｔ≒（μ0 Ｎ／Ｇ）ｄＩ／ｄｔ ・・・（２０） ここで、Ｎはコイル７８の巻数であり、Ｇは電磁石のギ
ャップ７４である。式（１９）における誘導性の項が抵
抗性の項より非常に大であるので、コイル間の電圧Ｖは
次式のように表される。 Ｖ≒（ＧＬ／μ0 Ｎ）ｄＢ／ｄｔ ・・・（２１） 従って式（１８）を式（２１）に代入すれば次式が得ら
れる。 Ｖ≒ＧＬＶc ／（μ0 ＮＡｎ） ・・・（２２） 従って、均一なドーズ量を達成するために電力増幅器１
００によって磁気コイル７８に供給されなければならな
い電圧Ｖが、ピックアップコイル９０によって検出され
る電圧Ｖc に比例することになる。
は、当該電磁石のヨーク構造の小さな磁気抵抗を当面無
視すれば、走査電磁石２６のコイル７８を流れる電流Ｉ
にほぼ比例している。従って、磁界の変化率は、コイル
を流れる電流の変化率に比例しており、次のようにな
る。 ｄＢ／ｄｔ≒（μ0 Ｎ／Ｇ）ｄＩ／ｄｔ ・・・（２０） ここで、Ｎはコイル７８の巻数であり、Ｇは電磁石のギ
ャップ７４である。式（１９）における誘導性の項が抵
抗性の項より非常に大であるので、コイル間の電圧Ｖは
次式のように表される。 Ｖ≒（ＧＬ／μ0 Ｎ）ｄＢ／ｄｔ ・・・（２１） 従って式（１８）を式（２１）に代入すれば次式が得ら
れる。 Ｖ≒ＧＬＶc ／（μ0 ＮＡｎ） ・・・（２２） 従って、均一なドーズ量を達成するために電力増幅器１
００によって磁気コイル７８に供給されなければならな
い電圧Ｖが、ピックアップコイル９０によって検出され
る電圧Ｖc に比例することになる。
【００８１】この単純な関係は概略的なものに過ぎず、
電力増幅器１００に対して、コイル７８に供給しなけれ
ばならない電圧に正確に関係する信号を供給するために
は、前記信号調節器９２および位相補償器９４が必要で
ある。この信号調節器９２は、利得および信号の形状を
調節することによって、かつまた回路に伴う信号の歪み
を減衰させることによって、信号を調節する。位相補償
器９４は、遅延時間から生じる位相シフトが常に存在す
るために必要である。ヨーク材料の透磁率が有限である
ために生じる走査電磁石の電流と磁界との間の位相シフ
トもまた存在している。
電力増幅器１００に対して、コイル７８に供給しなけれ
ばならない電圧に正確に関係する信号を供給するために
は、前記信号調節器９２および位相補償器９４が必要で
ある。この信号調節器９２は、利得および信号の形状を
調節することによって、かつまた回路に伴う信号の歪み
を減衰させることによって、信号を調節する。位相補償
器９４は、遅延時間から生じる位相シフトが常に存在す
るために必要である。ヨーク材料の透磁率が有限である
ために生じる走査電磁石の電流と磁界との間の位相シフ
トもまた存在している。
【００８２】ピックアップコイル９０からの信号は、電
磁石２６における磁界の時間的変化率に比例している。
ターゲット１０を横切るビームの走査速度もまた、走査
電磁石２６における磁界の変化率に直接比例している。
実際、式（８ａ）〜（８ｄ）を微分すると、ｄｘ／ｄｔ
がｄα／ｄｔに比例し、従ってｄＢ／ｄｔに比例するこ
とが分かる。従って、ピックアップコイル９０からの信
号は、ターゲット１０を横切るビームの走査速度の大き
さを直接表している。単位時間当たりにターゲット１０
に供給されるドーズ量は、走査速度の逆数に比例し、従
ってピックアップコイル９０で計測される電圧信号Ｖc
の逆数に比例している。イオンに与えられる偏向は純粋
に磁界によって作られるので、電界（これは存在しな
い）によってこの条件が満たされることはなく、従って
この好ましい実施例の利点は、ドーズ均一性を図２１の
回路によって正確に制御することができるということで
ある。所望のドーズプロファイルからの偏差は、対応す
る電圧プロファイルからの偏差に対応しており、基準信
号９６を調節することにより連続的に補正することがで
きる。
磁石２６における磁界の時間的変化率に比例している。
ターゲット１０を横切るビームの走査速度もまた、走査
電磁石２６における磁界の変化率に直接比例している。
実際、式（８ａ）〜（８ｄ）を微分すると、ｄｘ／ｄｔ
がｄα／ｄｔに比例し、従ってｄＢ／ｄｔに比例するこ
とが分かる。従って、ピックアップコイル９０からの信
号は、ターゲット１０を横切るビームの走査速度の大き
さを直接表している。単位時間当たりにターゲット１０
に供給されるドーズ量は、走査速度の逆数に比例し、従
ってピックアップコイル９０で計測される電圧信号Ｖc
の逆数に比例している。イオンに与えられる偏向は純粋
に磁界によって作られるので、電界（これは存在しな
い）によってこの条件が満たされることはなく、従って
この好ましい実施例の利点は、ドーズ均一性を図２１の
回路によって正確に制御することができるということで
ある。所望のドーズプロファイルからの偏差は、対応す
る電圧プロファイルからの偏差に対応しており、基準信
号９６を調節することにより連続的に補正することがで
きる。
【００８３】前記電力増幅器１００を電圧増幅器ではな
く電流増幅器として動作させることもでき、その場合、
この電力増幅器１００はその入力電流に比例する電流を
走査電磁石２６に供給する。図２１中に示すような方形
波電圧基準信号９６の代わりに、図１０中に示す三角波
形を基準信号として用いても良い。信号調節器９２は、
式（１８）に従い、ピックアップコイル９０からの信号
を積分してこの基準信号と比較すべき波形を発生する。
静電偏向装置では、走査速度は、少なくとも原理的に
は、偏向電極に供給される電圧の変化率を計測すること
によってモニタすることができる。しかしながら、ビー
ム電流がより大きくなり空間電荷力がより大きくなるに
つれて、これらの偏向電極から計測される信号は、電極
間の電界がビームに対して発生させる走査速度には単純
には関連しなくなる。実際、ある電流で走査作用は殆ど
完全に低下する。高いパービアンス（Ｉ／Ｅ3/2 ）を有
するビームに対しては、ドーズ均一性を確実に制御する
図２１中に示したフィードバック装置に類するフィード
バック装置を用いることは不可能であろう。
く電流増幅器として動作させることもでき、その場合、
この電力増幅器１００はその入力電流に比例する電流を
走査電磁石２６に供給する。図２１中に示すような方形
波電圧基準信号９６の代わりに、図１０中に示す三角波
形を基準信号として用いても良い。信号調節器９２は、
式（１８）に従い、ピックアップコイル９０からの信号
を積分してこの基準信号と比較すべき波形を発生する。
静電偏向装置では、走査速度は、少なくとも原理的に
は、偏向電極に供給される電圧の変化率を計測すること
によってモニタすることができる。しかしながら、ビー
ム電流がより大きくなり空間電荷力がより大きくなるに
つれて、これらの偏向電極から計測される信号は、電極
間の電界がビームに対して発生させる走査速度には単純
には関連しなくなる。実際、ある電流で走査作用は殆ど
完全に低下する。高いパービアンス（Ｉ／Ｅ3/2 ）を有
するビームに対しては、ドーズ均一性を確実に制御する
図２１中に示したフィードバック装置に類するフィード
バック装置を用いることは不可能であろう。
【００８４】好ましい実施例では、図２１に示したよう
なフィードバックループを実現するのに最新の高速ディ
ジタル電子回路を利用している。ピックアップコイル９
０からのアナログ信号はディジタル化され、位相補償お
よび信号調節がディジタル的に行われる。同様に、基準
信号はディジタル的に合成される。ディジタル的に実行
することにおいては、フィードバックループを正確な数
学的方法で動作させることができるという利点を有して
おり、それによって純粋なアナログフィードバック回路
にしばしば存在する不安定性を回避することができる。
なフィードバックループを実現するのに最新の高速ディ
ジタル電子回路を利用している。ピックアップコイル９
０からのアナログ信号はディジタル化され、位相補償お
よび信号調節がディジタル的に行われる。同様に、基準
信号はディジタル的に合成される。ディジタル的に実行
することにおいては、フィードバックループを正確な数
学的方法で動作させることができるという利点を有して
おり、それによって純粋なアナログフィードバック回路
にしばしば存在する不安定性を回避することができる。
【００８５】実際問題としては、電力増幅器１００およ
び走査電磁石２６のいずれも有限の周波数応答を有して
いる。ある周波数より上の高調波成分は、電力増幅器１
００における周波数応答の制限によってコイル電流Ｉに
伝えられない他、電力増幅器１００および走査電磁石２
６の双方の周波数応答の制限によって磁界にも伝えられ
ない。しかしながら、図１９および図２０中に示すよう
に、フーリエ級数の周波数成分を約２０〜４０ｋＨｚよ
りも低い成分だけを含むように切り詰めることにより、
図１０中に示すように、わずかに丸味のあるのこぎり波
になるだけである。走査電磁石２６の周波数応答は先に
説明しており、図８および図９中に示している。商業的
に入手できる電力増幅器には、完全なのこぎり波形を発
生させるのを妨げる二つの制約がある。一つはその内的
な周波数帯域幅の能力であり、他の一つは、のこぎり波
形を発生させるには、図２１中の基準信号９６に示すよ
うなほぼ方形波形状の電圧を磁気コイルに供給しなけれ
ばならないということである。この方形波形状は、走査
の半周期の端で、電圧がその大きさを急激に反転させな
ければならないという特性を有している。商業的に入手
できる電力増幅器には、電圧を反転させることができる
割合である電圧スルーレートの制限がある。電圧が反転
している期間中は、ビームはターゲット上のオーバース
キャン位置にあり、従って正確な波形は重要ではない。
しかし、可能な限り高いスルーレートが望ましい。現時
点で入手可能な増幅器は、最大正電圧から最大負電圧ま
でで約４０マイクロ秒（μｓｅｃ）のスルーレートを有
しており、この時間は２ｋＨｚまでの走査周波数に対す
る約５００μｓｅｃの走査期間のわずかの部分である。
び走査電磁石２６のいずれも有限の周波数応答を有して
いる。ある周波数より上の高調波成分は、電力増幅器１
００における周波数応答の制限によってコイル電流Ｉに
伝えられない他、電力増幅器１００および走査電磁石２
６の双方の周波数応答の制限によって磁界にも伝えられ
ない。しかしながら、図１９および図２０中に示すよう
に、フーリエ級数の周波数成分を約２０〜４０ｋＨｚよ
りも低い成分だけを含むように切り詰めることにより、
図１０中に示すように、わずかに丸味のあるのこぎり波
になるだけである。走査電磁石２６の周波数応答は先に
説明しており、図８および図９中に示している。商業的
に入手できる電力増幅器には、完全なのこぎり波形を発
生させるのを妨げる二つの制約がある。一つはその内的
な周波数帯域幅の能力であり、他の一つは、のこぎり波
形を発生させるには、図２１中の基準信号９６に示すよ
うなほぼ方形波形状の電圧を磁気コイルに供給しなけれ
ばならないということである。この方形波形状は、走査
の半周期の端で、電圧がその大きさを急激に反転させな
ければならないという特性を有している。商業的に入手
できる電力増幅器には、電圧を反転させることができる
割合である電圧スルーレートの制限がある。電圧が反転
している期間中は、ビームはターゲット上のオーバース
キャン位置にあり、従って正確な波形は重要ではない。
しかし、可能な限り高いスルーレートが望ましい。現時
点で入手可能な増幅器は、最大正電圧から最大負電圧ま
でで約４０マイクロ秒（μｓｅｃ）のスルーレートを有
しており、この時間は２ｋＨｚまでの走査周波数に対す
る約５００μｓｅｃの走査期間のわずかの部分である。
【００８６】表２の文献５は、商業的に入手可能な電源
に言及している。この電源は、走査電磁石のような非常
に誘導性の負荷を、非常に高い効率および非常に小さい
内部電力損で励磁する能力を有している。しかしなが
ら、パルス幅変調は、電力増幅器からの電圧出力中に高
周波リップル、典型的には４０〜８０ｋＨｚで１〜３％
の大きさのリップルを生じさせる。この電源からコイル
に印加されるリップル電圧は、式（１９）および（２
０）に従ってドーズ均一性中にリップルを直接発生させ
る。しかし、ビームがターゲットで有限の大きさをして
おり、かつこのリップル周波数が走査周波数より非常に
大きい、典型的には殆ど二桁大きいため、ドーズ均一性
中のリップルは非常に減衰させられる。有限数の高調波
から生じるドーズ均一性での変動が図１９および図２０
中に示すように有限のビーム幅によって非常に減衰させ
られるのと同様のことが、電力増幅器における電圧リッ
プルから生じるリップル成分についても言える。実際、
３％程度のリップル電圧幅および１５°の走査位相角範
囲に対応する典型的なビーム幅の大きさに対して、ドー
ズ均一性におけるリップルの影響は０．１％より遙かに
小さい。仮にターゲットでのビームが四重極電磁石５
４、５６および５８によって点状に絞られれば（これは
イオン注入において採用されない条件であるけれど
も）、ウェーハ表面を横切る１回の走査で、電力増幅器
１００に関連するリップル、および電力増幅器１００の
帯域幅の制限の結果生じる波形中の高調波の数が限られ
ていることに関連する変動は、ドーズ均一性にはっきり
表れる。しかしそれでも、数走査サイクルの後には、リ
ップルは、そのリップル周波数が走査周波数の整数倍で
ないように走査周波数を予め選定することにより、大幅
に減衰する。
に言及している。この電源は、走査電磁石のような非常
に誘導性の負荷を、非常に高い効率および非常に小さい
内部電力損で励磁する能力を有している。しかしなが
ら、パルス幅変調は、電力増幅器からの電圧出力中に高
周波リップル、典型的には４０〜８０ｋＨｚで１〜３％
の大きさのリップルを生じさせる。この電源からコイル
に印加されるリップル電圧は、式（１９）および（２
０）に従ってドーズ均一性中にリップルを直接発生させ
る。しかし、ビームがターゲットで有限の大きさをして
おり、かつこのリップル周波数が走査周波数より非常に
大きい、典型的には殆ど二桁大きいため、ドーズ均一性
中のリップルは非常に減衰させられる。有限数の高調波
から生じるドーズ均一性での変動が図１９および図２０
中に示すように有限のビーム幅によって非常に減衰させ
られるのと同様のことが、電力増幅器における電圧リッ
プルから生じるリップル成分についても言える。実際、
３％程度のリップル電圧幅および１５°の走査位相角範
囲に対応する典型的なビーム幅の大きさに対して、ドー
ズ均一性におけるリップルの影響は０．１％より遙かに
小さい。仮にターゲットでのビームが四重極電磁石５
４、５６および５８によって点状に絞られれば（これは
イオン注入において採用されない条件であるけれど
も）、ウェーハ表面を横切る１回の走査で、電力増幅器
１００に関連するリップル、および電力増幅器１００の
帯域幅の制限の結果生じる波形中の高調波の数が限られ
ていることに関連する変動は、ドーズ均一性にはっきり
表れる。しかしそれでも、数走査サイクルの後には、リ
ップルは、そのリップル周波数が走査周波数の整数倍で
ないように走査周波数を予め選定することにより、大幅
に減衰する。
【００８７】他の実施例 図２２は二つの走査電磁石に対する代わりの実施例を示
しており、ここでは前述した二つの別個の走査電磁石
（一方がターゲットでのｘ方向のビームの振動性動作を
起こさせ、他方がターゲットでのｙ方向の振動性動作を
起こさせる）が、それらによって作られるターゲットで
のビームの二次元走査と同じ最終結果を達成する一つの
構造によって置き換えられている。
しており、ここでは前述した二つの別個の走査電磁石
（一方がターゲットでのｘ方向のビームの振動性動作を
起こさせ、他方がターゲットでのｙ方向の振動性動作を
起こさせる）が、それらによって作られるターゲットで
のビームの二次元走査と同じ最終結果を達成する一つの
構造によって置き換えられている。
【００８８】この例では、ヨーク１１２を介して磁気的
に接続された複数の磁極１１０がある。うず電流を減少
させるために、ヨーク１１２および磁極１１０のいずれ
もが強磁性の積層体１１４によって構成されている。コ
イル１１６（Ｂx のためのコイル１１６ｂおよびＢy の
ためのコイル１１６ａ）が各磁極１１０を取り巻いてお
り、これらのコイル１１６は、ヨーク１１２および磁極
１１０の構造によって囲まれた領域１１８内に振動性磁
界を発生させるように独立して励磁される。周囲に多数
の独立した磁極１１０が存在しているので、各コイル１
１６の励磁電流の位相および振幅を、ｚ軸３２に垂直で
あるがｘ−ｙ平面内で任意の方向を向いた横方向磁界１
２０を発生させるように調節することができる。ｘ−ｙ
平面内に等間隔の角度θ1 、θ2 、θn で配置された偶
数の磁極が存在すれば、かつ角度θr で磁極上に配置さ
れたコイル１１６ａの巻数がｃｏｓθr の絶対値に比例
していれば、そしてこのようなコイルの全てが直列に接
続されて励磁されると、振動性磁界はｙ方向に発生す
る。もし更に他の組のコイル１１６ｂが、角度θr の磁
極における巻数がｓｉｎθr の絶対値に比例するように
磁極上に配置されており、かつこれらのコイルが全て直
列に接続されていれば、ｘ方向における振動性磁界が発
生する。二組のコイル１１６ａ、１１６ｂを、種々の走
査パターンを発生させるように励磁することができる。
それを下に示す。
に接続された複数の磁極１１０がある。うず電流を減少
させるために、ヨーク１１２および磁極１１０のいずれ
もが強磁性の積層体１１４によって構成されている。コ
イル１１６（Ｂx のためのコイル１１６ｂおよびＢy の
ためのコイル１１６ａ）が各磁極１１０を取り巻いてお
り、これらのコイル１１６は、ヨーク１１２および磁極
１１０の構造によって囲まれた領域１１８内に振動性磁
界を発生させるように独立して励磁される。周囲に多数
の独立した磁極１１０が存在しているので、各コイル１
１６の励磁電流の位相および振幅を、ｚ軸３２に垂直で
あるがｘ−ｙ平面内で任意の方向を向いた横方向磁界１
２０を発生させるように調節することができる。ｘ−ｙ
平面内に等間隔の角度θ1 、θ2 、θn で配置された偶
数の磁極が存在すれば、かつ角度θr で磁極上に配置さ
れたコイル１１６ａの巻数がｃｏｓθr の絶対値に比例
していれば、そしてこのようなコイルの全てが直列に接
続されて励磁されると、振動性磁界はｙ方向に発生す
る。もし更に他の組のコイル１１６ｂが、角度θr の磁
極における巻数がｓｉｎθr の絶対値に比例するように
磁極上に配置されており、かつこれらのコイルが全て直
列に接続されていれば、ｘ方向における振動性磁界が発
生する。二組のコイル１１６ａ、１１６ｂを、種々の走
査パターンを発生させるように励磁することができる。
それを下に示す。
【００８９】ａ）仮に二組のコイル１１６ａ、１１６ｂ
の励磁電流が独立でありかつ全く異なった周波数であれ
ば、図２３のようにラスター走査が作られる。 ｂ）仮に二組のコイル１１６ａ、１１６ｂのそれぞれに
低い周波数の電流および高い周波数の電流が与えられ、
かつコンポーネント電流の振幅が時間と共にゆっくり変
調されれば、ターゲット１０でラスター走査が作られる
が、図２４に示すように方向角はｚ軸３２の周りをゆっ
くり回転する。 ｃ）仮に二組のコイル１１６ａ、１１６ｂの励磁電流の
周波数が同じで、それらの相対位相が０とは異なってい
れば、ターゲット１０でのビームは図２５に示すよう
に、リサージュ運動を行い、一般的にｚ軸３２を中心に
楕円経路１２６を描く。特別の場合として、それらの相
対位相が９０°であれば、正楕円あるいは円形の軌跡が
作られる。
の励磁電流が独立でありかつ全く異なった周波数であれ
ば、図２３のようにラスター走査が作られる。 ｂ）仮に二組のコイル１１６ａ、１１６ｂのそれぞれに
低い周波数の電流および高い周波数の電流が与えられ、
かつコンポーネント電流の振幅が時間と共にゆっくり変
調されれば、ターゲット１０でラスター走査が作られる
が、図２４に示すように方向角はｚ軸３２の周りをゆっ
くり回転する。 ｃ）仮に二組のコイル１１６ａ、１１６ｂの励磁電流の
周波数が同じで、それらの相対位相が０とは異なってい
れば、ターゲット１０でのビームは図２５に示すよう
に、リサージュ運動を行い、一般的にｚ軸３２を中心に
楕円経路１２６を描く。特別の場合として、それらの相
対位相が９０°であれば、正楕円あるいは円形の軌跡が
作られる。
【００９０】注入の間にターゲット１０をｚ軸３２の周
りに機械的に回転させれば、上記（ｂ）に記載したのと
同様の結果が得られる。ｘ−ｙ平面における走査の向き
を変えることは、図１および図２に示したような固定さ
れたｘ走査電磁石２６およびｙ走査電磁石２８では不可
能である。しかしながら、二つの走査電磁石が単一のユ
ニットに組まれているこの代案では、別々の走査電磁石
で得られるのと同様の、励磁電力を最小にするという可
能性は得られない。図２２に示すような走査器を使用す
る場合は、四重極電磁石５４、５６および５８の励磁
は、図１５および１６中の距離ｐおよびｑが等しくなる
ように調節しなければならない。
りに機械的に回転させれば、上記（ｂ）に記載したのと
同様の結果が得られる。ｘ−ｙ平面における走査の向き
を変えることは、図１および図２に示したような固定さ
れたｘ走査電磁石２６およびｙ走査電磁石２８では不可
能である。しかしながら、二つの走査電磁石が単一のユ
ニットに組まれているこの代案では、別々の走査電磁石
で得られるのと同様の、励磁電力を最小にするという可
能性は得られない。図２２に示すような走査器を使用す
る場合は、四重極電磁石５４、５６および５８の励磁
は、図１５および１６中の距離ｐおよびｑが等しくなる
ように調節しなければならない。
【００９１】図２６は、走査器磁極の領域からターゲッ
ト１０への変換を行うテレセントリック輸送装置として
働くことができる磁気ソレノイド１３１の利用を示して
いる。このソレノイド１３１は、ｚ軸３２に対称であっ
て磁気効率を改善する電流搬送コイル１３０、強磁性材
料から成り平面状の端片１３４を有する円筒ヨーク１３
２から構成されている。レンズとして働く磁界１３６
は、このソレノイドに入り走査電磁石の作用の結果とし
てｚ軸３２から変位されているビーム１３８に対して、
更に、ｚ軸３２からの変位および角度方向を与える。ま
た、このソレノイド１３１は前述した四重極電磁石のよ
うな線形装置であり、ビーム１３８がターゲット１０に
入射する最終的な位置および角度は、四重極電磁石の場
合と同様に、ビーム１３８の当該ソレノイドへの入射時
の角度方向および変位の一次関数である。このソレノイ
ド１３１の効果を表す方程式は、当該ソレノイドがｚ軸
３２に対して軸対称であるためＭ11がＭ33に等しく、Ｍ
22がＭ44に等しく、Ｍ12がＭ34に等しく、かつＭ21がＭ
43に等しくなるということを除けば、式（８ａ）〜（８
ｄ）のものと同様になる。このようなソレノイド１３１
は、一般的に、ｘ走査およびｙ走査に対する中心がｚ軸
３２上で同じ位置になるので、図２２に示した形の走査
器と共に使用される。ビーム１３８の集束を発生させる
のに加えて、このソレノイド１３１は、同時に、ｘおよ
びｙ運動の結合の結果として生じるビーム１３８のｚ軸
３２の周りの回転を発生させる。
ト１０への変換を行うテレセントリック輸送装置として
働くことができる磁気ソレノイド１３１の利用を示して
いる。このソレノイド１３１は、ｚ軸３２に対称であっ
て磁気効率を改善する電流搬送コイル１３０、強磁性材
料から成り平面状の端片１３４を有する円筒ヨーク１３
２から構成されている。レンズとして働く磁界１３６
は、このソレノイドに入り走査電磁石の作用の結果とし
てｚ軸３２から変位されているビーム１３８に対して、
更に、ｚ軸３２からの変位および角度方向を与える。ま
た、このソレノイド１３１は前述した四重極電磁石のよ
うな線形装置であり、ビーム１３８がターゲット１０に
入射する最終的な位置および角度は、四重極電磁石の場
合と同様に、ビーム１３８の当該ソレノイドへの入射時
の角度方向および変位の一次関数である。このソレノイ
ド１３１の効果を表す方程式は、当該ソレノイドがｚ軸
３２に対して軸対称であるためＭ11がＭ33に等しく、Ｍ
22がＭ44に等しく、Ｍ12がＭ34に等しく、かつＭ21がＭ
43に等しくなるということを除けば、式（８ａ）〜（８
ｄ）のものと同様になる。このようなソレノイド１３１
は、一般的に、ｘ走査およびｙ走査に対する中心がｚ軸
３２上で同じ位置になるので、図２２に示した形の走査
器と共に使用される。ビーム１３８の集束を発生させる
のに加えて、このソレノイド１３１は、同時に、ｘおよ
びｙ運動の結合の結果として生じるビーム１３８のｚ軸
３２の周りの回転を発生させる。
【００９２】この単一のソレノイド１３１を、同様の構
成をしていて二つのコイル中の励磁電流が互いに反対向
きである二つの軸方向に並べられたソレノイドで置き換
えれば、二つのソレノイドを通過した後の正味の回転は
０であるが、集束作用は維持され、かつ二つのソレノイ
ドの長さを組み合わせたのと同じ長さをした単一のソレ
ノイドの集束作用とほぼ同じになる。この二つのソレノ
イドは物理的に分離されている。第１のソレノイドの中
心での磁界は、第２のソレノイドの磁界とは逆方向であ
る。角回転はこの磁界の方向に依存しており、従って二
つのソレノイドにおいては大きさが等しく方向が反対で
ある。一方、集束作用は磁界の大きさのみに依存してお
り、方向には依存していない。
成をしていて二つのコイル中の励磁電流が互いに反対向
きである二つの軸方向に並べられたソレノイドで置き換
えれば、二つのソレノイドを通過した後の正味の回転は
０であるが、集束作用は維持され、かつ二つのソレノイ
ドの長さを組み合わせたのと同じ長さをした単一のソレ
ノイドの集束作用とほぼ同じになる。この二つのソレノ
イドは物理的に分離されている。第１のソレノイドの中
心での磁界は、第２のソレノイドの磁界とは逆方向であ
る。角回転はこの磁界の方向に依存しており、従って二
つのソレノイドにおいては大きさが等しく方向が反対で
ある。一方、集束作用は磁界の大きさのみに依存してお
り、方向には依存していない。
【００９３】図２７を参照して、好ましい実施例の更に
他の変形例において、一対のソレノイド１３１ａおよび
１３１ｂ（または図示しない単一のソレノイド）を、走
査電磁石の中心を図に示すようにｚ軸３２上での位置に
おいて分離することができるように、四重極一重項と組
み合わせることができる。この四重極電磁石Ｑおよびソ
レノイドＳの励磁は、図１および図２の三つの四重極電
磁石５４、５６および５８で達成されるものと同様の方
法によって、ターゲット１０で平行走査ビームが得られ
るように調節することができる。
他の変形例において、一対のソレノイド１３１ａおよび
１３１ｂ（または図示しない単一のソレノイド）を、走
査電磁石の中心を図に示すようにｚ軸３２上での位置に
おいて分離することができるように、四重極一重項と組
み合わせることができる。この四重極電磁石Ｑおよびソ
レノイドＳの励磁は、図１および図２の三つの四重極電
磁石５４、５６および５８で達成されるものと同様の方
法によって、ターゲット１０で平行走査ビームが得られ
るように調節することができる。
【００９４】図２８、図２９および図３０は好ましい実
施例の更に他の変形例を示しており、ここでは三つの四
重極電磁石５４、５６および５８が偏向電磁石１４０で
置き換えられている。偏向電磁石１４０は、二つの磁極
１４２および１４４を有しており、それぞれはコイル１
４６で囲まれている。二つの磁極１４２、１４４間のギ
ャップは、二重極項に重ねられた四重極項を有する磁界
が発生するように、磁極表面での位置と共に変化するよ
うにしても良い。このような電磁石は、これらの四重極
磁界が個々の四重極電磁石５４、５６および５８が行う
のと同一の機能を行うように働かせることができる。こ
の磁界中の二重極成分は、主線Ｐr を図２８に示すよう
に曲げる働きをする。この場合、出口ビーム軸１５０は
入射軸１５２とは異なる角度にある。仮にこの電磁石１
４０の第１の部分１４８および第３の部分１５４におけ
る磁極ギャップが半径外方向に増加し、一方電磁石の中
心部分１５６における磁極ギャップが半径外方向に減少
していれば、この電磁石１４０における四重極成分は図
１に示す個々の四重極電磁石５４、５６および５８と同
様の働きをする。
施例の更に他の変形例を示しており、ここでは三つの四
重極電磁石５４、５６および５８が偏向電磁石１４０で
置き換えられている。偏向電磁石１４０は、二つの磁極
１４２および１４４を有しており、それぞれはコイル１
４６で囲まれている。二つの磁極１４２、１４４間のギ
ャップは、二重極項に重ねられた四重極項を有する磁界
が発生するように、磁極表面での位置と共に変化するよ
うにしても良い。このような電磁石は、これらの四重極
磁界が個々の四重極電磁石５４、５６および５８が行う
のと同一の機能を行うように働かせることができる。こ
の磁界中の二重極成分は、主線Ｐr を図２８に示すよう
に曲げる働きをする。この場合、出口ビーム軸１５０は
入射軸１５２とは異なる角度にある。仮にこの電磁石１
４０の第１の部分１４８および第３の部分１５４におけ
る磁極ギャップが半径外方向に増加し、一方電磁石の中
心部分１５６における磁極ギャップが半径外方向に減少
していれば、この電磁石１４０における四重極成分は図
１に示す個々の四重極電磁石５４、５６および５８と同
様の働きをする。
【００９５】このような偏向電磁石１４０は、大きなタ
ーゲット１０が必要な場合には、非常に大きな構造にな
る。これは、その磁極ギャップが少なくともターゲット
１０と同じ大きさをしていなければならず、かつ磁極幅
が少なくとも磁極ギャップの３倍なければならないから
である。一方、この偏向電磁石装置１４０は、その入口
においてビーム中になお存在している不所望な粒子種が
ターゲット１０に到達するのを防ぐことができるという
利点を備えている。この偏向電磁石１４０は二重極磁界
成分を備えているので、それによって運動量分散を起こ
させ、かつターゲット１０に輸送されるビームを更に純
化して、不所望の粒子種によるコンタミネーションを少
なくすることができる。
ーゲット１０が必要な場合には、非常に大きな構造にな
る。これは、その磁極ギャップが少なくともターゲット
１０と同じ大きさをしていなければならず、かつ磁極幅
が少なくとも磁極ギャップの３倍なければならないから
である。一方、この偏向電磁石装置１４０は、その入口
においてビーム中になお存在している不所望な粒子種が
ターゲット１０に到達するのを防ぐことができるという
利点を備えている。この偏向電磁石１４０は二重極磁界
成分を備えているので、それによって運動量分散を起こ
させ、かつターゲット１０に輸送されるビームを更に純
化して、不所望の粒子種によるコンタミネーションを少
なくすることができる。
【００９６】磁気輸送装置の他の実施例は、四重極電磁
石またはソレノイドが後に続く偏向電磁石を備えており
（図示省略）、この偏向電磁石を、ターゲットでのビー
ムのスポットサイズおよびビームの軸に対する集束、平
行あるいは発散関係を調節可能にするのに使用すること
ができる。
石またはソレノイドが後に続く偏向電磁石を備えており
（図示省略）、この偏向電磁石を、ターゲットでのビー
ムのスポットサイズおよびビームの軸に対する集束、平
行あるいは発散関係を調節可能にするのに使用すること
ができる。
【００９７】好ましい実施例に対する前述した変形例の
他の組み合わせを、同一の最終結果を達成するのに使用
することができるのは明らかである。事実、三つの代わ
りに四つの四重極電磁石を使用することができ、これ
は、ターゲット１０でのビームサイズのより大きな独立
した制御が要求される場合に有利となり得る。
他の組み合わせを、同一の最終結果を達成するのに使用
することができるのは明らかである。事実、三つの代わ
りに四つの四重極電磁石を使用することができ、これ
は、ターゲット１０でのビームサイズのより大きな独立
した制御が要求される場合に有利となり得る。
【００９８】好ましい実施例の動作および作用の要約 直径１５０ｍｍのウェーハ上で均一なドーズ量を与える
ように、ｙ方向において１０００Ｈｚの周波数で、かつ
ｘ方向において３０π≒９４．２４７８Ｈｚの周波数で
ラスター走査される２００ｋｅＶの一価のヒ素イオンビ
ームの場合を考えてみる。
ように、ｙ方向において１０００Ｈｚの周波数で、かつ
ｘ方向において３０π≒９４．２４７８Ｈｚの周波数で
ラスター走査される２００ｋｅＶの一価のヒ素イオンビ
ームの場合を考えてみる。
【００９９】四重極電磁石５４、５６、５８は表１に示
すパラメータで設定される。このようにすれば、三つの
四重極電磁石５４、５６および５８が、三つの四重極の
組み合わせに対するｘおよびｙの対物点がｘ走査電磁石
２８およびｙ走査電磁石２６の中心にそれぞれ存在する
ように、即ち式（１３ａ）および（１３ｂ）で表したテ
レセントリック条件が満足されるように協働するので、
ウェーハ上でのビームの平行走査を作り出すことができ
る。一般的に、四重極磁界は、当該四重極磁界を計測す
るホール効果素子のような磁気プローブを用いることに
よって、かつ図３２に示すようなアパーチャ２０１を通
して伝達されるビームからの電気信号をモニタすること
によって、設定することができる。
すパラメータで設定される。このようにすれば、三つの
四重極電磁石５４、５６および５８が、三つの四重極の
組み合わせに対するｘおよびｙの対物点がｘ走査電磁石
２８およびｙ走査電磁石２６の中心にそれぞれ存在する
ように、即ち式（１３ａ）および（１３ｂ）で表したテ
レセントリック条件が満足されるように協働するので、
ウェーハ上でのビームの平行走査を作り出すことができ
る。一般的に、四重極磁界は、当該四重極磁界を計測す
るホール効果素子のような磁気プローブを用いることに
よって、かつ図３２に示すようなアパーチャ２０１を通
して伝達されるビームからの電気信号をモニタすること
によって、設定することができる。
【０１００】典型的なイオン源２、分析電磁石６、後段
加速器８および中性粒子フィルタ１４に対しては、イオ
ンビームのエミッタンスは式（１５）および（１６）で
与えられるようになる。この場合、ウェーハでのビーム
のサイズおよび角度のパラメータは、Ｂ2 ＝０．３２１
テスラ（四重極電磁石５６の磁極先端での磁界）につい
ては図１８中に示されているようになる。ウェーハにお
ける他のビームサイズを選定しても良く、その場合でも
三つの四重極電磁石５４、５６、５８における磁界を図
１７および図１８に示したデータに従って調和するよう
に調節することによって、平行走査条件を維持すること
ができる。
加速器８および中性粒子フィルタ１４に対しては、イオ
ンビームのエミッタンスは式（１５）および（１６）で
与えられるようになる。この場合、ウェーハでのビーム
のサイズおよび角度のパラメータは、Ｂ2 ＝０．３２１
テスラ（四重極電磁石５６の磁極先端での磁界）につい
ては図１８中に示されているようになる。ウェーハにお
ける他のビームサイズを選定しても良く、その場合でも
三つの四重極電磁石５４、５６、５８における磁界を図
１７および図１８に示したデータに従って調和するよう
に調節することによって、平行走査条件を維持すること
ができる。
【０１０１】ウェーハでのｘ方向およびｙ方向における
走査範囲は、式（８ａ）および（８ｂ）で与えられ、か
つ走査電磁石２８および２６で作られる偏向角αおよび
βにそれぞれ依存している。一例として、直径１５０ｍ
ｍのウェーハをオーバースキャンするのに十分な±９０
ｍｍの走査範囲に対して、式（１０）ならびに式（１３
ａ）および（１３ｂ）におけるテレセントリック条件を
活用すれば、次のようになる。 α＝−９０Ｍ21＝１１７ｍｒａｄ ・・・（２３ａ） β＝−９０Ｍ43＝ ４１ｍｒａｄ ・・・（２３ｂ） これらの偏向幅を作るためには、走査器は式（３）で与
えられる実効電力で、しかも均一なドーズ量を実現する
ためには正弦波形よりも三角波形で励磁されなければな
らない。これは式（３）における定数７．５を５．０で
置き換えたものに等しい。
走査範囲は、式（８ａ）および（８ｂ）で与えられ、か
つ走査電磁石２８および２６で作られる偏向角αおよび
βにそれぞれ依存している。一例として、直径１５０ｍ
ｍのウェーハをオーバースキャンするのに十分な±９０
ｍｍの走査範囲に対して、式（１０）ならびに式（１３
ａ）および（１３ｂ）におけるテレセントリック条件を
活用すれば、次のようになる。 α＝−９０Ｍ21＝１１７ｍｒａｄ ・・・（２３ａ） β＝−９０Ｍ43＝ ４１ｍｒａｄ ・・・（２３ｂ） これらの偏向幅を作るためには、走査器は式（３）で与
えられる実効電力で、しかも均一なドーズ量を実現する
ためには正弦波形よりも三角波形で励磁されなければな
らない。これは式（３）における定数７．５を５．０で
置き換えたものに等しい。
【０１０２】第１の走査電磁石２６について、１０００
Ｈｚで動作させ、ギャップが０．０２ｍ、長さが０．１
５ｍを仮定し、かつ２００ｋｅＶの一価のヒ素イオンに
ついて（１）式から計算した磁気剛性Ｋ＝０．５５７Ｔ
−ｍを用いると、実効電力は次のようになる。 Ｐ1 ＝６．９６ｋＶＡ ・・・（２４） 第２の走査電磁石２８について、９４．２４７８Ｈｚで
動作させ、入口ギャップが０．０３ｍ、出口ギャップが
０．０６ｍおよび長さが０．４ｍと仮定すると、実効電
力は次のようになる。 Ｐ2 ＝９．３８ｋＶＡ ・・・（２５）
Ｈｚで動作させ、ギャップが０．０２ｍ、長さが０．１
５ｍを仮定し、かつ２００ｋｅＶの一価のヒ素イオンに
ついて（１）式から計算した磁気剛性Ｋ＝０．５５７Ｔ
−ｍを用いると、実効電力は次のようになる。 Ｐ1 ＝６．９６ｋＶＡ ・・・（２４） 第２の走査電磁石２８について、９４．２４７８Ｈｚで
動作させ、入口ギャップが０．０３ｍ、出口ギャップが
０．０６ｍおよび長さが０．４ｍと仮定すると、実効電
力は次のようになる。 Ｐ2 ＝９．３８ｋＶＡ ・・・（２５）
【０１０３】これらの走査器の適切な励磁電力は、前述
したようなピックアップコイルおよび積分器を用いてピ
ーク磁界をモニタすることにより、実験的に設定するこ
とができる。仮に二つの走査器の実効長がそれぞれＬ1
およびＬ2 であれば、それぞれのピーク磁界は次のよう
な値に設定される。 Ｂ1 ＝（Ｋ／Ｌ1 ）ｓｉｎα＝０．１５Ｔ ・・・（２６ａ） Ｂ2 ＝（Ｋ／Ｌ2 ）ｓｉｎβ＝０．１６Ｔ ・・・（２６ｂ）
したようなピックアップコイルおよび積分器を用いてピ
ーク磁界をモニタすることにより、実験的に設定するこ
とができる。仮に二つの走査器の実効長がそれぞれＬ1
およびＬ2 であれば、それぞれのピーク磁界は次のよう
な値に設定される。 Ｂ1 ＝（Ｋ／Ｌ1 ）ｓｉｎα＝０．１５Ｔ ・・・（２６ａ） Ｂ2 ＝（Ｋ／Ｌ2 ）ｓｉｎβ＝０．１６Ｔ ・・・（２６ｂ）
【０１０４】他のイオン種および／またはエネルギーに
対しては、四重極電磁石および走査器の励磁磁界は、式
（１）で与えられる磁気剛性Ｋに比例して調節しなけれ
ばならない。
対しては、四重極電磁石および走査器の励磁磁界は、式
（１）で与えられる磁気剛性Ｋに比例して調節しなけれ
ばならない。
【０１０５】走査電磁石および四重極電磁石には電界が
存在しないので、空間電荷力も存在せず、イオンビーム
のパービアンス（Ｉ／Ｅ3/2 ）に対する制約も本質的に
存在しない。
存在しないので、空間電荷力も存在せず、イオンビーム
のパービアンス（Ｉ／Ｅ3/2 ）に対する制約も本質的に
存在しない。
【０１０６】多くの異なる実施例がこの発明の精神およ
び範囲内で可能であり、例えば、当面の任務、材料の利
用可能性およびコスト、更にはユーザの特定の設計嗜好
のような要因によって変わる。例えば、低いまたは中程
度のパービアンス範囲で運転する場合には、この発明に
よる輸送装置は静電走査器と組み合わせて使用しても良
い。
び範囲内で可能であり、例えば、当面の任務、材料の利
用可能性およびコスト、更にはユーザの特定の設計嗜好
のような要因によって変わる。例えば、低いまたは中程
度のパービアンス範囲で運転する場合には、この発明に
よる輸送装置は静電走査器と組み合わせて使用しても良
い。
【０１０７】
【発明の効果】請求項１の磁気走査装置によれば、次の
ような効果を奏する。 （１）上記のような第１および第２の走査電磁石ならび
にそれら用の電源を備えているので、イオンビームを基
準軸に対して磁気的に二次元で走査することができる。 （２）イオンビームを全て磁気的に走査するものであ
り、イオンビームの走査領域に電界が存在しないので、
イオンビーム内の残留電子はビームエンベロープ内に保
持されたままであり、この電子によって、イオンビーム
のイオン同士の空間電荷力による発散を抑制することが
できる。その結果、小電流から大電流までのイオンビー
ムをエネルギーの広い範囲に亘って走査することができ
る。換言すれば、低パービアンスから従来の静電偏向で
は不可能であった０．０２／Ｍ １／２ を超えるような高
パービアンスに至るまでの広範囲のパービアンスでイオ
ンビームを走査することができる。 （３）第１および第２の走査電磁石は、共に、薄板状の
磁性材料を互いに絶縁した状態で積層した積層構造のヨ
ークおよび磁極を用いており、これによって磁極内およ
びヨーク内に流れるうず電流を効果的に抑制することが
できるので、高い走査周波数においても、大きな振動性
磁界を磁極間のギャップ部に発生させることができる。
その結果、高い走査周波数で、例えば１００Ｈｚ〜１０
００Ｈｚあるいはそれ以上の周波数で、イオンビームを
走査することができる。 （４）上記（１）〜（３）に示した効果を総合すると、
大電流のイオンビームを二次元的に高い走査周波数でか
つエネルギーの広い範囲に亘って走査することができ
る。 （５）上流側にあって小さいギャップ長を有し小さい偏
向角を要求される第１の走査電磁石には電源から相対的
に高い周波数の励磁電流を供給し、下流側にあって大き
いギャップ長を有し大きい偏向角を要求される第２の走
査電磁石には電源から相対的に低い周波数の励磁電流を
供給するようにしているので、イオンビームを二次元の
所望領域で走査するのに要する励磁パワーを小さくする
ことができる。 （６）第１および第２の走査電磁石は、イオンビームの
輸送経路を真空に保つ真空容器内に収納されているの
で、両走査電磁石を真空容器外に配置する場合に比べ
て、少なくとも真空容器の厚さ分だけ、磁極間のギャッ
プ長を小さくすることができる。その結果、この理由か
らも、イオンビームを二次元の所望領域で走査するのに
要する励磁パワーを小さくすることができる。 請求項２
のビーム走査装置によれば、請求項１の発明の上記
（１）〜（６）に示した効果に加えて、更に次のような
効果を奏する。 （７）磁気走査装置によって二次元的に走査されたイオ
ンビームを、磁気イオンビーム輸送装置によって、二次
元において基準軸に対して実質的に平行な方向に向け直
してターゲットに入射させることができ、それによって
イオンビームを二次元において平行走査することができ
る。 （８）磁気イオンビーム輸送装置も、磁気的にイオンビ
ームを偏向させるものであり、イオンビームの偏向領域
に電界が存在しないので、この磁気イオンビーム輸送装
置においても、ビーム内の残留電子はビームエンベロー
プ内に保持されたままであり、それによってイオンビー
ムの空間電荷力による発散を抑制することができる。そ
の結果、小電流から大電流までのイオンビームをエネル
ギーの広い範囲に亘って平行化することができる。換言
すれば、低パービアンスから従来の静電偏向では不可能
であった０．０２／Ｍ １／２ を超えるような高パービア
ンスに至るまでの広い範囲のパービアンスでイオンビー
ムを平行化することができる。 （９）このような磁気イオンビーム輸送装置と上記のよ
うな磁気走査装置との組み合わせにより、イオンビーム
の走査手段および偏向手段の全てが磁気的なものとなる
ので、上記（１）〜（４）および（７）〜（８）に示し
た効果を総合した効果が得られる。即ち、大電流のイオ
ンビームを二次元的に高い走査周波数でかつエネルギー
の広い範囲に亘って平行走査することができる。 請求項
３のイオン照射装置によれば、請求項１の発明の上記
（１）〜（６）に示した効果および請求項２の発明の上
記（７）〜（９）に示した効果に加えて、更に次のよう
な効果を奏する。 （１０）磁気イオンビーム輸送装置に上記のような三つ
の四重極電磁石を用い ており、四重極電磁石はその各々
がイオンビームに対してレンズ作用をするので、そのよ
うなものを三つ組み合わせることによってイオンビーム
に対する制御性が高く、従って二次元においてイオンビ
ームを基準軸に対してより正確に平行化することができ
る。 （１１）四重極電磁石はその作用の直線性を実現するの
が容易であるため、磁気イオンビーム輸送装置にそのよ
うな四重極電磁石を上記のように三つ用いることによ
り、イオンビームを基準軸に対して平行化する際に、ビ
ームサイズが時間的に変化するのをより確実に防止する
ことができる。その結果、ターゲットに対するビーム照
射強度の均一性をより高めることができ、ターゲット処
理の均一性をより高めることができる。 （１２）磁気イオンビーム輸送装置に三つの四重極電磁
石を用いており、それらにおけるパラメータを調整する
ことにより、ターゲット上でのビームサイズを調整する
ことが可能である。従って、ターゲットの処理におい
て、ビームサイズが小さい方が良い場合および大きい方
が良い場合のいずれにも対応することができる。
ような効果を奏する。 （１）上記のような第１および第２の走査電磁石ならび
にそれら用の電源を備えているので、イオンビームを基
準軸に対して磁気的に二次元で走査することができる。 （２）イオンビームを全て磁気的に走査するものであ
り、イオンビームの走査領域に電界が存在しないので、
イオンビーム内の残留電子はビームエンベロープ内に保
持されたままであり、この電子によって、イオンビーム
のイオン同士の空間電荷力による発散を抑制することが
できる。その結果、小電流から大電流までのイオンビー
ムをエネルギーの広い範囲に亘って走査することができ
る。換言すれば、低パービアンスから従来の静電偏向で
は不可能であった０．０２／Ｍ １／２ を超えるような高
パービアンスに至るまでの広範囲のパービアンスでイオ
ンビームを走査することができる。 （３）第１および第２の走査電磁石は、共に、薄板状の
磁性材料を互いに絶縁した状態で積層した積層構造のヨ
ークおよび磁極を用いており、これによって磁極内およ
びヨーク内に流れるうず電流を効果的に抑制することが
できるので、高い走査周波数においても、大きな振動性
磁界を磁極間のギャップ部に発生させることができる。
その結果、高い走査周波数で、例えば１００Ｈｚ〜１０
００Ｈｚあるいはそれ以上の周波数で、イオンビームを
走査することができる。 （４）上記（１）〜（３）に示した効果を総合すると、
大電流のイオンビームを二次元的に高い走査周波数でか
つエネルギーの広い範囲に亘って走査することができ
る。 （５）上流側にあって小さいギャップ長を有し小さい偏
向角を要求される第１の走査電磁石には電源から相対的
に高い周波数の励磁電流を供給し、下流側にあって大き
いギャップ長を有し大きい偏向角を要求される第２の走
査電磁石には電源から相対的に低い周波数の励磁電流を
供給するようにしているので、イオンビームを二次元の
所望領域で走査するのに要する励磁パワーを小さくする
ことができる。 （６）第１および第２の走査電磁石は、イオンビームの
輸送経路を真空に保つ真空容器内に収納されているの
で、両走査電磁石を真空容器外に配置する場合に比べ
て、少なくとも真空容器の厚さ分だけ、磁極間のギャッ
プ長を小さくすることができる。その結果、この理由か
らも、イオンビームを二次元の所望領域で走査するのに
要する励磁パワーを小さくすることができる。 請求項２
のビーム走査装置によれば、請求項１の発明の上記
（１）〜（６）に示した効果に加えて、更に次のような
効果を奏する。 （７）磁気走査装置によって二次元的に走査されたイオ
ンビームを、磁気イオンビーム輸送装置によって、二次
元において基準軸に対して実質的に平行な方向に向け直
してターゲットに入射させることができ、それによって
イオンビームを二次元において平行走査することができ
る。 （８）磁気イオンビーム輸送装置も、磁気的にイオンビ
ームを偏向させるものであり、イオンビームの偏向領域
に電界が存在しないので、この磁気イオンビーム輸送装
置においても、ビーム内の残留電子はビームエンベロー
プ内に保持されたままであり、それによってイオンビー
ムの空間電荷力による発散を抑制することができる。そ
の結果、小電流から大電流までのイオンビームをエネル
ギーの広い範囲に亘って平行化することができる。換言
すれば、低パービアンスから従来の静電偏向では不可能
であった０．０２／Ｍ １／２ を超えるような高パービア
ンスに至るまでの広い範囲のパービアンスでイオンビー
ムを平行化することができる。 （９）このような磁気イオンビーム輸送装置と上記のよ
うな磁気走査装置との組み合わせにより、イオンビーム
の走査手段および偏向手段の全てが磁気的なものとなる
ので、上記（１）〜（４）および（７）〜（８）に示し
た効果を総合した効果が得られる。即ち、大電流のイオ
ンビームを二次元的に高い走査周波数でかつエネルギー
の広い範囲に亘って平行走査することができる。 請求項
３のイオン照射装置によれば、請求項１の発明の上記
（１）〜（６）に示した効果および請求項２の発明の上
記（７）〜（９）に示した効果に加えて、更に次のよう
な効果を奏する。 （１０）磁気イオンビーム輸送装置に上記のような三つ
の四重極電磁石を用い ており、四重極電磁石はその各々
がイオンビームに対してレンズ作用をするので、そのよ
うなものを三つ組み合わせることによってイオンビーム
に対する制御性が高く、従って二次元においてイオンビ
ームを基準軸に対してより正確に平行化することができ
る。 （１１）四重極電磁石はその作用の直線性を実現するの
が容易であるため、磁気イオンビーム輸送装置にそのよ
うな四重極電磁石を上記のように三つ用いることによ
り、イオンビームを基準軸に対して平行化する際に、ビ
ームサイズが時間的に変化するのをより確実に防止する
ことができる。その結果、ターゲットに対するビーム照
射強度の均一性をより高めることができ、ターゲット処
理の均一性をより高めることができる。 （１２）磁気イオンビーム輸送装置に三つの四重極電磁
石を用いており、それらにおけるパラメータを調整する
ことにより、ターゲット上でのビームサイズを調整する
ことが可能である。従って、ターゲットの処理におい
て、ビームサイズが小さい方が良い場合および大きい方
が良い場合のいずれにも対応することができる。
【０１０８】 表１（四重極電磁石パラメータ） ｚ軸３２に沿う位置（ｍ） 「ｘ」対物点から四重極電磁石５４の入口まで（ｐ） ０．２５ 「ｙ」対物点から四重極電磁石５４の入口まで（ｑ） ０．５５ 四重極電磁石５４の実効長 ０．３６ 四重極電磁石５４と５６との間隔 ０．１０ 四重極電磁石５６の実効長 ０．６０ 四重極電磁石５６と５８との間隔 ０．０７ 四重極電磁石５８の実効長 ０．３６ 四重極電磁石５８の出口からウェーハまで ０．２５ 「ｙ」対物点からウェーハまで ２．２９ ２００ｋｅＶのＡｓ+ のイオンに対する四重極電磁石５
４のパラメータ 開口部直径（ｍｍ） ２００ 幅（ｍｍ） ６９０ 磁極先端磁界（Ｔ） ０．１９８ 全コイル電力（ｋＷ） １．９ ２００ｋｅＶのＡｓ+ のイオンに対する四重極電磁石５
６のパラメータ 開口部直径（ｍｍ） ２８０ 幅（ｍｍ） １０００ 磁極先端磁界（Ｔ） ０．３２１ 全コイル電力（ｋＷ） ７．８ ２００ｋｅＶのＡｓ+ のイオンに対する四重極電磁石５
８のパラメータ 開口部直径（ｍｍ） ２４０ 幅（ｍｍ） ８２０ 磁極先端磁界（Ｔ） ０．２４３ 全コイル電力（ｋＷ） ３．１ 四重極電磁石５４の入口からターゲットまでの伝達マト
リクス要素 Ｍ11 ０．０４２ Ｍ12（ｍｍ／ｍｒａｄ） ０．７５６ Ｍ21（ｍｒａｄ／ｍｍ） −１．３０５ Ｍ22 ０．３２６ Ｍ33 ０．０８７ Ｍ34（ｍｍ／ｍｒａｄ） ２．１５３ Ｍ43（ｍｒａｄ／ｍｍ） −０．４５４ Ｍ44 ０．２５０
４のパラメータ 開口部直径（ｍｍ） ２００ 幅（ｍｍ） ６９０ 磁極先端磁界（Ｔ） ０．１９８ 全コイル電力（ｋＷ） １．９ ２００ｋｅＶのＡｓ+ のイオンに対する四重極電磁石５
６のパラメータ 開口部直径（ｍｍ） ２８０ 幅（ｍｍ） １０００ 磁極先端磁界（Ｔ） ０．３２１ 全コイル電力（ｋＷ） ７．８ ２００ｋｅＶのＡｓ+ のイオンに対する四重極電磁石５
８のパラメータ 開口部直径（ｍｍ） ２４０ 幅（ｍｍ） ８２０ 磁極先端磁界（Ｔ） ０．２４３ 全コイル電力（ｋＷ） ３．１ 四重極電磁石５４の入口からターゲットまでの伝達マト
リクス要素 Ｍ11 ０．０４２ Ｍ12（ｍｍ／ｍｒａｄ） ０．７５６ Ｍ21（ｍｒａｄ／ｍｍ） −１．３０５ Ｍ22 ０．３２６ Ｍ33 ０．０８７ Ｍ34（ｍｍ／ｍｒａｄ） ２．１５３ Ｍ43（ｍｒａｄ／ｍｍ） −０．４５４ Ｍ44 ０．２５０
【０１０９】表２（参考文献集） １．「電気力学の原理」、メルビィン シュワルツ （Principles of Electrodynamics, Mrlvin Schwartz
〔Dover Publications,Inc., NY 1987 〕pp.130-131.
） ２．「強力な集束レンズ」、アルバート セプチエ （"Strong Focusing Lenses", Albert Septier, 〔Adva
nces in Electronicsand Electron Physics XIV, Acade
micPress, 1961〕pp.85-203.） ３．「四重レンズ、二重レンズおよび三重レンズによる
集束」、イー・レジェンストリーフ （"Focusing with Quadrupoles, Doublets, and Triple
ts", E. Regenstreif〔Focusing of Charged Particles
I, ed.A. Septier,Academic Press 1967 〕pp.400-40
2. ） ４．ダンフィシク、ジュリンゲ、デンマーク （Danfysik, Jyllinge, Denmark.） ５．テクロン、エルクハート、インディアナ （Techron, Elkhart, Indiana;Copley Controls Corp.,
Newton, Massachussets. ）
〔Dover Publications,Inc., NY 1987 〕pp.130-131.
） ２．「強力な集束レンズ」、アルバート セプチエ （"Strong Focusing Lenses", Albert Septier, 〔Adva
nces in Electronicsand Electron Physics XIV, Acade
micPress, 1961〕pp.85-203.） ３．「四重レンズ、二重レンズおよび三重レンズによる
集束」、イー・レジェンストリーフ （"Focusing with Quadrupoles, Doublets, and Triple
ts", E. Regenstreif〔Focusing of Charged Particles
I, ed.A. Septier,Academic Press 1967 〕pp.400-40
2. ） ４．ダンフィシク、ジュリンゲ、デンマーク （Danfysik, Jyllinge, Denmark.） ５．テクロン、エルクハート、インディアナ （Techron, Elkhart, Indiana;Copley Controls Corp.,
Newton, Massachussets. ）
【図１】 三つ一組の四重極電磁石が後に続く二次元磁
気走査を採用するイオン注入装置の概略上面図であり、
この図において四重極電磁石はｚ軸に対して約４５°回
転させて示している。
気走査を採用するイオン注入装置の概略上面図であり、
この図において四重極電磁石はｚ軸に対して約４５°回
転させて示している。
【図２】 図１の四重極電磁石部分の部分側面図であ
り、この図において四重極電磁石はｚ軸に対して約４５
°回転させて示している。
り、この図において四重極電磁石はｚ軸に対して約４５
°回転させて示している。
【図３】 図１の装置に用いられている積層構造の走査
電磁石の概略斜視図である。
電磁石の概略斜視図である。
【図４】 図１の装置の第２の走査電磁石の特別に作ら
れた磁極の端面図である。
れた磁極の端面図である。
【図５】 図４の線３ｂ−３ｂに沿う断面図である。
【図６】 走査電磁石の好ましい積層構造の概略断面図
である。
である。
【図７】 積層体の表面領域における磁束の集中を示す
図である。
図である。
【図８】 走査電磁石に薄い積層体を用いることによ
り、１０ｋＨｚまでの周波数でかなりのギャップ磁界
（０．１テスラより大きい）が実現可能であることを示
すグラフである。
り、１０ｋＨｚまでの周波数でかなりのギャップ磁界
（０．１テスラより大きい）が実現可能であることを示
すグラフである。
【図９】 積層電磁石により作られる三角振動性磁界の
大きさが、同じ周波数の正弦波のものよりわずかだけ小
さいことを示すグラフである。
大きさが、同じ周波数の正弦波のものよりわずかだけ小
さいことを示すグラフである。
【図１０】 奇数次高調波を基本周波数に加えたことを
表している三角波振動性磁界の波形を示すグラフであ
る。
表している三角波振動性磁界の波形を示すグラフであ
る。
【図１１】 積層された走査電磁石によって達成される
走査速度を、走査の８０％より大きい範囲に亘り０．２
％よりも一定にできることを示す図である。
走査速度を、走査の８０％より大きい範囲に亘り０．２
％よりも一定にできることを示す図である。
【図１２】 図１の装置に採用している四重極電磁石の
断面図である。
断面図である。
【図１３】 図１２と同じ四重極電磁石の側面図であ
る。
る。
【図１４】 ターゲットでの全走査サイクルに亘るビー
ムサイズの一定性を示す図である。
ムサイズの一定性を示す図である。
【図１５】 離して設置されたｙ走査器およびｘ走査器
によって偏向され、かつ図１に示す三つの四重極電磁石
の磁界を受ける主線の異なる時間におけるｚ−ｘ平面へ
の投射を示す図である。
によって偏向され、かつ図１に示す三つの四重極電磁石
の磁界を受ける主線の異なる時間におけるｚ−ｘ平面へ
の投射を示す図である。
【図１６】 離して設置されたｙ走査器およびｘ走査器
によって偏向され、かつ図１に示す三つの四重極電磁石
の磁界を受ける主線の異なる時間におけるｙ−ｚ平面へ
の投射を示す図である。
によって偏向され、かつ図１に示す三つの四重極電磁石
の磁界を受ける主線の異なる時間におけるｙ−ｚ平面へ
の投射を示す図である。
【図１７】 第２の四重極電磁石の磁界を変化させた場
合の、テレセントリック条件を維持するために図１の第
１および第３の四重極電磁石に必要な磁界の典型的な例
を示す図である。
合の、テレセントリック条件を維持するために図１の第
１および第３の四重極電磁石に必要な磁界の典型的な例
を示す図である。
【図１８】 第２の四重極電磁石の磁界を変化させた場
合の、図１７の条件についてのビーム半サイズおよびビ
ーム半角の変化を示す図である。
合の、図１７の条件についてのビーム半サイズおよびビ
ーム半角の変化を示す図である。
【図１９】 ２１次までの高調波での相対照射ドーズ量
を示す図であり、有限ビームサイズがターゲットでのド
ーズ均一性に及ぼす平滑化効果を示している。
を示す図であり、有限ビームサイズがターゲットでのド
ーズ均一性に及ぼす平滑化効果を示している。
【図２０】 ４１次までの高調波での相対照射ドーズ量
を示す図であり、有限ビームサイズがターゲットでのド
ーズ均一性に及ぼす平滑化効果を示している。
を示す図であり、有限ビームサイズがターゲットでのド
ーズ均一性に及ぼす平滑化効果を示している。
【図２１】 図１の走査電磁石における振動性磁界を作
りかつ制御するのに使用される電子制御回路の概略図で
ある。
りかつ制御するのに使用される電子制御回路の概略図で
ある。
【図２２】 ｘ走査およびｙ走査に対する単一構造を採
用する代替実施例の走査装置の概略斜視図である。
用する代替実施例の走査装置の概略斜視図である。
【図２３】 図２２のコイル１１６ａおよび１１６ｂの
励磁によって達成することができる走査パターンの一例
を示す図である。
励磁によって達成することができる走査パターンの一例
を示す図である。
【図２４】 図２２のコイル１１６ａおよび１１６ｂの
励磁によって達成することができる走査パターンの他の
例を示す図である。
励磁によって達成することができる走査パターンの他の
例を示す図である。
【図２５】 図２２のコイル１１６ａおよび１１６ｂの
励磁によって達成することができる走査パターンの更に
他の例を示す図である。
励磁によって達成することができる走査パターンの更に
他の例を示す図である。
【図２６】 図２２の走査装置に対する磁気イオン輸送
装置として有用なソレノイドの断面図である。
装置として有用なソレノイドの断面図である。
【図２７】 四重極電磁石の後に続く一連の二つのソレ
ノイドを備えており、かつ例えば図１の装置においてそ
の三つの四重極電磁石の代わりとして有用である磁気イ
オンビーム輸送装置の断面図である。
ノイドを備えており、かつ例えば図１の装置においてそ
の三つの四重極電磁石の代わりとして有用である磁気イ
オンビーム輸送装置の断面図である。
【図２８】 図１の装置における一組の四重極電磁石の
代わりとして有用な磁気イオンビーム輸送装置として働
くように四重極磁界を作るよう構成された偏向電磁石の
ビーム軸に沿う断面図である。
代わりとして有用な磁気イオンビーム輸送装置として働
くように四重極磁界を作るよう構成された偏向電磁石の
ビーム軸に沿う断面図である。
【図２９】 図２８と同じ偏向電磁石の図２８の線１５
ｂ−１５ｂに沿う断面図である。
ｂ−１５ｂに沿う断面図である。
【図３０】 図２８と同じ偏向電磁石のビーム軸に沿う
端面図である。
端面図である。
【図３１】 この発明の装置によれば、大ビーム電流お
よび低ビームエネルギーのような条件下で均一ドーズレ
ートを達成するのに、低パービアンスから高パービアン
スの原子および分子イオンビームを採用することができ
ることを示すパービアンス対質量の図である。
よび低ビームエネルギーのような条件下で均一ドーズレ
ートを達成するのに、低パービアンスから高パービアン
スの原子および分子イオンビームを採用することができ
ることを示すパービアンス対質量の図である。
【図３２】 走査領域の隅近くで最後の四重極電磁石の
後ろに配置されているアパーチャの組の配列を示すもの
で、アパーチャの各組は、各対を通る典型的な軸が規定
の方向にあるように配置されている。
後ろに配置されているアパーチャの組の配列を示すもの
で、アパーチャの各組は、各対を通る典型的な軸が規定
の方向にあるように配置されている。
【図３３】 ビームが図３２のアパーチャをラスター状
に走査する時に、一対のアパーチャから得られる信号の
検出強度対時間を示す図である。
に走査する時に、一対のアパーチャから得られる信号の
検出強度対時間を示す図である。
２ イオン源 ６ 運動量分析器 ８ 後段加速器 １０ ターゲット １４ 中性粒子フィルタ ２４ 分析スリット ２６ 第１の走査電磁石 ２８ 第２の走査電磁石 ３１ イオンビーム ４７ エンドステーション ５４ 第１の四重極電磁石 ５６ 第２の四重極電磁石 ５８ 第３の四重極電磁石 １３１，１３１ａ，１３１ｂ ソレノイド １４０ 偏向電磁石 ２００ 制御回路 ２３０ 磁気走査装置 ２４０ 磁気イオンビーム輸送装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265
Claims (3)
- 【請求項１】 イオンビームを基準軸に対して磁気的に
二次元で走査する磁気走査装置であって、 イオンビームを第１の次元において磁気的に走査する第
１の走査電磁石と、その下流側に位置していてイオンビ
ームを第２の次元において磁気的に走査する第２の走査
電磁石と、第１の走査電磁石に三角波状で相対的に高い
周波数の励磁電流を供給し、第２の走査電磁石に三角波
状で相対的に低い周波数の励磁電流を供給する電源とを
備えており、 第１および第２の走査電磁石は、それぞれ、薄板状の磁
性材料を互いに絶縁した状態で積層して成るヨークおよ
び磁極と励磁コイルとを有しており、 第１の走査電磁石のギャップ長は第２の走査電磁石のギ
ャップ長よりも小さく、 かつ第１および第２の走査電磁石は、イオンビームの輸
送経路を真空に保つ真空容器内に収納されている、 ことを特徴とする磁気走査装置。 - 【請求項２】 イオンビームを基準軸に対して磁気的に
二次元で走査する磁気走査装置と、 この磁気走査装置からのイオンビームを磁気的に二次元
で偏向させることによって、当該イオンビームを二次元
において前記基準軸に対して実質的に平行な方向に向け
直してターゲットに入射させる磁気イオンビーム輸送装
置とを備えており、 前記磁気走査装置は、イオンビームを第１の次元におい
て磁気的に走査する第１の走査電磁石と、その下流側に
位置していてイオンビームを第２の次元において磁気的
に走査する第２の走査電磁石と、第１の走査電磁石に三
角波状で相対的に高い周波数の励磁電流を供給し、第２
の走査電磁石に三角波状で相対的に低い周波数の励磁電
流を供給する第１の電源とを有しており、 第１および第２の走査電磁石は、それぞれ、薄板状の磁
性材料を互いに絶縁した状態で積層して成るヨークおよ
び磁極と励磁コイルとを有しており、 第１の走査電磁石のギャップ長は第２の走査電磁石のギ
ャップ長よりも小さく 、 第１および第２の走査電磁石は、イオンビームの輸送経
路を真空に保つ真空容器内に収納されており、 かつ前記磁気イオンビーム輸送装置は、二次元的に偏向
されたイオンビームに対して、当該イオンビームのター
ゲットに入射する最終的な位置および角度が当該磁気イ
オンビーム輸送装置に入るイオンビームの前記基準軸か
らの変位および角度方向の一次関数であるような線形変
換を行う静磁界を形成する１以上の電磁石と、この電磁
石に直流の励磁電流を供給する第２の電源とを有してい
る、 ことを特徴とするビーム走査装置。 - 【請求項３】 イオンビームを生成するイオン源と、 このイオン源からのイオンビームを基準軸に対して磁気
的に二次元で走査する磁気走査装置と、 この磁気走査装置からのイオンビームを磁気的に二次元
で偏向させることによって、当該イオンビームを二次元
において前記基準軸に対して実質的に平行な方向に向け
直してターゲットに入射させる磁気イオンビーム輸送装
置とを備えており、 前記磁気走査装置は、イオンビームを第１の次元におい
て磁気的に走査する第１の走査電磁石と、その下流側に
位置していてイオンビームを第２の次元において磁気的
に走査する第２の走査電磁石と、第１の走査電磁石に三
角波状で相対的に高い周波数の励磁電流を供給し、第２
の走査電磁石に三角波状で相対的に低い周波数の励磁電
流を供給する第１の電源とを有しており、 第１および第２の走査電磁石は、それぞれ、薄板状の磁
性材料を互いに絶縁した状態で積層して成るヨークおよ
び磁極と励磁コイルとを有しており、 第１の走査電磁石のギャップ長は第２の走査電磁石のギ
ャップ長よりも小さく、 第１および第２の走査電磁石は、イオンビームの輸送経
路を真空に保つ真空容器内に収納されており、 かつ前記磁気イオンビーム輸送装置は、二次元的に偏向
されたイオンビームに対して、当該イオンビームのター
ゲットに入射する最終的な位置および角度が当 該磁気イ
オンビーム輸送装置に入るイオンビームの前記基準軸か
らの変位および角度方向の一次関数であるような線形変
換を行う静磁界を形成するものであって、前記基準軸方
向に直列に配置されていて交代極性をした三つの四重極
電磁石と、これらの四重極電磁石に直流の励磁電流をそ
れぞれ供給する第２の電源とを有している、 ことを特徴とするイオン照射装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/575,498 US5132544A (en) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | System for irradiating a surface with atomic and molecular ions using two dimensional magnetic scanning |
| US07/575498 | 1990-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04253149A JPH04253149A (ja) | 1992-09-08 |
| JPH0793121B2 true JPH0793121B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=24300559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3240385A Expired - Fee Related JPH0793121B2 (ja) | 1990-08-29 | 1991-08-26 | 二次元磁気走査を用いたイオン照射装置および関連装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5132544A (ja) |
| EP (1) | EP0473097B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0793121B2 (ja) |
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