JPH11507762A - 重畳する静磁界および時間変動磁界を生成するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 イオン注入システム（２）においてイオン・ビーム（２２）を走査するため、および２つの磁極（１６，１８）によって定める作用ギャップ（１１）内に、重畳した静磁界（２３）および高い周波数の時間変動磁界（３０）を生成するために、磁気システム（１０）を用いる。磁極（１６，１８）には、電気絶縁材料で形成し、高い周波数によって誘発されるあらゆる渦電流を、磁極（１６，１８）内の局部的経路において限られた値に制限する。ＡＣコイル（３２，３３）は磁極（１６，１８）と関連して、作用ギャップ（１１）内に時間変動磁界を生成する。中実材料で磁気構造を形成し、ヨーク（１２）と、磁極（１６，１８）にそれぞれ結合した２つのコア（１４，１５）とを備える。ＤＣコイル（２８，２９）はコア（１４，１５）と関連して、作用ギャップ（１１）内に静磁界を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】 重畳する静磁界および時間変動磁界を生成する システムおよび方法 発明の背景 本発明は、例えば、元素の原子や分子の重イオン・ビームを走査するイオン注 入装置や、静磁界に高い周波数の振動磁界またはパルス状磁界を重畳しなければ ならない磁気共鳴撮像システムにおいて有用な、重畳する静磁界および時間変動 磁界(time-varying magnetic field)を生成するシステムおよび方法に関するも のである。 表面をイオン・ビームで均一に照射する必要のある工業的および科学的用途は 多数ある。例えば、シリコン・ウエハのような半導体の改質(modification)は多 くの場合イオン注入装置で行い、特定の種およびエネルギのイオンまたは分子の ビームを、表面に均一に照射する。ウエハまたは基板の物理的なサイズ（例えば 、直径約５インチ以上）が照射ビームの断面積（例えば、直径約２インチ以下） より大きいので、必要とする均一な照射を得るには、通常、ウエハ全体にわたっ てビームを走査するか、ビームを通過するようにウエハを走査するか、あるいは これらの技法の組み合わせによって行う。 基板上におけるビーム走査速度が高いと、照射の均一性がイオン・ビーム・フ ラックスの変化に対し一層イミューンとなり、低いドーズ・レベルでウエハのス ループット向上が可能となり、ドーズ量の多い用途では、局部的な表面の荷電(c harging)、熱パルス発生(thermal pulsing)、およびスパッタリングや照射によ る損傷のような粒子によって誘発される現象が大幅に減少するという理由により 、とりわけ有利である。 機械的な往復運動のみに基づく走査技法では、速度が非常に限定される。アー ク上でウエハがビームを通過するように移動させると、走査速度が大幅に上昇す るが、ビームの効率的な利用を図るには、回転カルーセル上に多くのウエハまた は基板を同時に装着する必要がある。 よく行われている改造に、時間変動電界を用いてビームをある方向の前後に走 査し、ウエハを別の方向に往復運動させるものがある。この混成型注入装置では 、ビーム電流したがってウエハを処理可能な速度は、時間変動偏向電界(time-va rying electric deflection filed)の領域内で作用する空間電荷力(space-charg e force)によって厳しく制限される。これらの力は、ビーム内のイオンを外側に 発散させることにより、管理不可能に大きなビーム・エンベロープが発生する。 このような空間電荷による制限は、時間変動電界を用いて２方向にビームを走査 する注入装置においても生じる。 空間電荷ブローアップ(space-charge blow-up)とは、ビームの横断速度がビー ム軸に沿った距離と共に上昇する割合である。これは、質量正規化ビーム・パー ビアンス(mass normalized beam perveance)に比例する。 ここで、Ｉはビーム電流、Ｍはイオン質量、およびＥはイオン・エネルギである 。(The physics and Technology of Ion Sources，Ed．IanG．Brown，John Wile y & Sons，New York 1989)。イオン・ビーム注入装置において見られる典型的な イ ［ｋｅＶ］^-3/2のパービアンスに制限するようになる。したがって、８０ｋｅＶ の てイオン・ビームを走査することは、エネルギが１０ｋｅＶ程度に低くても、ビ ーム電流が数ミリアンペアより大きいことが好ましい、効率的な商用イオン注入 装置には実施不可能である。 注入装置においてイオン・ビームを走査するための高い周波数の時間変動磁界 を生成する走査磁石が、米国特許第５，３１１，０２８号に記載されており、こ の中では、比較的薄い電気的絶縁材料で分離した、透磁率が高い積層体で形成し たヨークを有する走査磁石を用いて、１，０００Ｈｚまでの周波数で、高パービ アンスの重イオン・ビームを走査することができる。 多くの磁気共鳴撮像装置では、スピン歳差(spin precession)のための均一静 磁界を、中実コア電磁石によって生成するようにしている。電磁石の作用ギャッ プ内および周囲に配置した所定のコイルを付勢することによって高い周波数の傾 斜磁界を静磁界上に重ね合わせる場合、極の表面および／またはシールド外囲器 に誘発される渦電流およびスクリーン電流が傾斜磁界を歪ませると共に、付勢傾 斜電力増幅器に出力電力の高いものが必要となる。 イオン注入や磁気共鳴撮像以外にも、時間変動磁界を生成し静磁界上に重畳す る構造を有することが望ましい状況が他にもある。精度高くしかも低電力で時間 変動磁界を生成する際の困難さのため、このような構造の性能は制限されている 。 発明の概要 一態様において、本発明は、静的成分および高い周波数の時間変動成分を有す る磁界を生成する装置を特徴とし、間にギャップを定める２つの磁極であって、 高い周波数によって誘発されるあらゆる渦電流を、前記極内の局部的経路におい て限られた値に制限するための電気絶縁材料で形成した前記の磁極と、前記磁極 と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、ヨークと各々 前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって、中実材料で形 成し、高い磁気飽和レベルを有する前記の磁気構造と、前記磁気構造の前記コア と関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコイルと、から成るものであ る。 前記ａｃコイルおよびｄｃコイル用の各付勢電気回路は独立して動作し、ギャ ップ内の時間変動磁界成分および静磁界成分を独立して制御する。磁束の静的成 分は、極キャップ、中実コア、および中実戻りヨークの横断面全体を通過し、磁 気リラクタンスは、在来のｄｃ電磁石におけると同様、非常に小さい。一方、ギ ャップの中央領域内の磁束のフーリエ振動成分は、コイルの内側領域を通過し、 積層状またはフェライトの極キャップおよびコイル境界外側のギャップ領域で形 成する低リラクタンス経路を通じて戻ることにより、主として、ａｃコイルとリ ンクする。本発明の重要な態様は、中実コアおよび戻りヨークの使用であり、こ れらによって振動磁束成分に対する磁気リラクタンスが高くなり、コアおよびヨ ークの外表面上の表皮厚層のみにこれらを閉じこめる。全振動磁束の小さな割合 部分のみがコアを通過し、ｄｃ付勢コイルに小さな電圧のみを誘発し、単純なｄ ｃ電源によってこれらのコイルを励起可能とし、振動磁束結合が高い場合に発生 し得る誘導電圧を克服するのに十分な周波数応答／電圧能力を有する電源は、用 いなくて済む。 別の態様では、上述の本発明の装置は、時間変動振動電流によって前記ａｃコ イルを付勢して、実質的に高次の高調波を伴う２０Ｈｚのオーダーまたはそれ以 上の基本周波数で、時間と共に方向が交替する磁界を前記ギャップ内に生成する ａｃ電流源を含む。 実施例は、１つ以上の以下の特徴を含む。 実施例によっては、前記極は、電気絶縁層によって分離した複数の高透磁率材 料の積層体で形成することが好ましく、前記積層体は、前記生成した磁界の高い 周波数の時間変動成分に、リラクタンスの低い透磁性経路を与える。実施例によ っては、前記極は、電気絶縁材料によって分離した異なった組の高透磁率材料の 積層体から成るものとすることが好ましく、前記異なった組は互いに交差状に配 置し、前記組の内の１つの組における任意の所与の積層体を通過する磁束が、前 記組の内の別の組における多数の積層体内に分配するようにする。前記積層体の 各々は、好ましくは、約０．２ないし１ミリメートルの範囲の厚さを有する。前 記絶縁層は、前記積層体よりも実質的に薄いことが好ましい。前記積層体は鉄合 金の積層体であることが好ましい。前記ヨークおよびコアは中実の鉄で形成する ことが好ましい。 他の実施例では、前記極をフェライト材料で形成する。例えば、シリコンで形 成したライナを設けて、フェライト材料をイオン・ビームからシールドすること が好ましい。 イオン・ビームを走査するための好適実施例には、イオン・ビームを前記ギャ ップに導入するイオン・ビーム源を備えることが好ましいものもある。好ましく は、エンド・ステーションを配置し、前記走査イオン・ビームを受けるために選 択した表面を有する半導体基板を、前記走査イオン・ビームの経路内に位置付け るようにする。一実施例では、真空ハウジングが前記イオン源から前記磁気シス テム周囲を通り前記エンド・ステーションまで達し、これによって、前記ビーム が前記イオン源から前記エンド・ステーションまで真空下で進行する際に、前記 ビームを直接前記極に露出させるようにする。好ましくは、速度分離器を前記イ オン・ビームの経路内に配置し、前記イオン・ビームが前記選択した表面を照射 する前に、前記イオン・ビームから単一荷電イオンを除去することにより、前記 ビームに残っている多重荷電イオンから、一層高い最終イオン・エネルギを得る ことができるようにする。前記積層状極をイオン・ビームからシールドするライ ナを備えることが好ましい。一実施例では、前記イオン・ビームは、第１ビーム 経路に沿って前記ギャップに入り、前記ビームが前記ギャップを通過し、そして 前記走査磁界の影響の結果として前記第１ビーム経路の一方側に偏向された後に 、前記イオン・ビームを受けるように、ｄｃ扇形磁石を位置付ける。 別の態様では、本発明は、選択した表面上においてイオン・ビームを走査する 方法を特徴とし、前述の装置に対応する走査磁石を用意するステップと、第１ビ ーム経路に沿って、前記ギャップにイオン・ビームを通すステップと、前記ａｃ コイルおよびｄｃコイルにおいて付勢波形を発生し、前記ギャップ内に時間の関 数として大きさが変動する実質的に単極の走査磁界を生成し、前記選択した表面 上における前記イオン・ビームの走査を行うステップと、から成るものである。 好適実施例の中には、前記ビームが前記ギャップを通過し、前記第１ビーム経 路の一方側に偏向した後に、前記第１ビーム経路から離れるように前記イオン・ ビームを更に偏向し、前記ビームが前記第１ビーム経路の方向に対してかなりの 角度で進行するようにし、前記ビームが前記選択した表面を照射する前に、前記 ビーム内に存在し得る中性粒子のかなりの割合部分を、前記ビームから除去する ものもある。 イオン走査の用途に関して、本発明は、磁気イオン・ビーム走査において発生 し得るものでありそしてこれまで観察したことがある予期せぬプラズマ状態にも 対処するものである。その効果は、イオン・ビームを走査するために用いる走査 磁界がゼロを通過する際またはゼロに近づく際に、ビーム放出における突然の変 化として現れる（即ち、イオン角度対位置のグラフ上に表示した場合に、イオン 全てによって占有される区域）。本発明は、必要な電力の削減を図り、重畳式の 静磁界および時間変動磁界を生成する技法を提供する。一実施例では、本発明は 、 イオン注入装置で達成可能な放射均一性、精度、および再現性の向上を可能にす る。時間変動走査磁界と関連する誘導電界が、走査磁界の大きさの相対的な変化 にしたがって、イオン・ビーム内の中性化電子を誘導的に加速または減速する。 走査磁界の大きさが小さくなるに連れて、ビーム内の中性化電子は、ビームの横 断面に相当する面積またはそれよりも大きい面積に拡大する。これに対して、走 査磁界の大きさが例えば約５０ガウス以上に増大すると、中性化電子は、典型的 にビームの横断面積よりも狭い面積に圧縮される。本発明者は、上述の誘導電界 の結果発生する電子密度の急激な再分配によってプラズマ効果が生じ、この効果 によりイオン・ビームの放出が観察したように変動する、と確信する。本発明は 、ギャップ内の磁界の大きさを十分なレベルに維持することにより、選択した表 面上でイオン・ビームを走査している間に、イオン・ビームの横方向横断面のサ イズが変動するのを防止する磁気回路を提供する。したがって、ここに記述する 新規な磁気システムは、ビーム・サイズの変化または変動を大幅に減少し、高速 、高精度、および向上した再現性で、走査の繰り返しを可能とするように、イオ ン・ビームを均一に走査することができる。 別の態様では、本発明は、静的成分および高い周波数の時間変動成分を有する 磁界を生成する装置を特徴とし、間にギャップを定める２つの磁極であって、該 極は、電気絶縁材料によって分離した異なった組の高透磁率材料の積層体から成 り、前記異なった組は互いに交差状に配置し、前記異なった組の内の１つの組に おける任意の所与の積層体を通過する磁束が、前記組の内の別の１つの組におけ る多数の積層体内に分配するようにした前記の極と、前記磁極と関連し前記ギャ ップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、ヨークと各々前記２つの磁極に結 合した２つのコアとを含む磁気構造であって、中実材料で形成し、高い磁気飽和 レベルを有する前記の磁気構造と、前記磁気構造の前記コアと関連し前記ギャッ プ内に静磁界を生成するｄｃコイルと、から成るものである。 更に別の態様では、本発明は、静的成分および高い周波数の時間変動成分を有 する磁界を生成する装置を特徴とし、間にギャップを定める２つの磁極であって 、高透磁率フェライト材料で構成した前記の極と、一対の導電体であって、各々 前記ギャップの対向側に位置付けてあり、前記導電体は、前記ギャップの領域の 実 質的部分にわたって傾斜磁界を生成するように構成しかつ配置した前記導電体と 、前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、ヨ ークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって、中 実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する前記の磁気構造と、前記磁気構造 の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコイルと、から成 るものである。 実施例は、１つ以上の以下の特徴を含むことができる。好ましくは、１対の導 電体を含み、各導体を前記ギャップの対向側に位置付け、これらの導体が前記ギ ャップの領域の実質的部分にわたって傾斜磁界を生成するように構成しかつ配置 する。また、好ましくは、第２の導電体対も含み、これら第２の導電体対の各々 は、前記ギャップの対向側に位置付けてあり、前記第２対の導電体は、前記ギャ ップの領域の実質的部分にわたって第２傾斜磁界を生成するように構成しかつ配 置してあり、前記第１傾斜磁界は前記第２傾斜磁界と交差する。好ましくは、前 記第１の導体対の前記導体は、前記極面に平行な平面内の第１方向に延び、前記 第２の導電体対の前記導体は、前記第２の導体対に平行な平面内において前記第 １方向に対して直交する方向に延びる。 実施例は、１つ以上の以下の利点を含むことができる。本発明のイオン・ビー ム磁気スキャナは、スキャナ内の磁界が小さくなり過ぎるのを防止することによ り、走査の間の大幅なビーム・サイズの変化や変動、およびこれに伴うターゲッ ト上の照射ドーズの不均一性を生じないようにする。したがって、イオン・ビー ムは、ターゲットにおける時間についての書き込み速度および位置の高い精度お よび再現性で、繰り返し走査することが可能である。本発明は、低電力損失およ び低ａｃ無効電力で、磁界の生成を可能とし、電源および電力増幅器のコスト削 減を図る。本発明の磁気構造には、空間電荷ブロー・アップの原因となる、ビー ムに露出する大きな絶縁表面はない。更に、本発明は高真空における動作も可能 にする。本発明の磁気構造は、イオン注入装置またはあらゆる走査イオン・ビー ム・システムへの内蔵が容易であり、しかも実用的である。また、本発明は、磁 気共鳴撮像技法のあるものにおいては、その改善を可能にする。 他の特徴および利点は、以下の説明および請求の範囲から明らかとなる。 図面の簡単な説明 第１図は、重畳する静磁界および時間変動磁界を生成する磁気システムの概略 透視図である。 第２図は、第１図の磁気システムをｘｙ面から見た概略横断面図である。 第３図は、第１図の磁気システムをｚｘ面から見た概略横断面図である。 第４図は、三角形状波形について、ａｃコイルを通過する電流の変動を時間と 共に概略的に示す。 第５図は、交差状積層体を有する極の概略透視図である。 第６図は、重畳静磁界がある場合に走査したイオン・ビームの概略図である。 第７図は、輪郭規定したａｃコイルの概略横断面図である。 第８図は、磁石の極表面上に配置したシリコン・ライナの透視図である。 第９図は、ウエハ表面における酸素イオン・ビーム電流の変動を、スキャナの 磁界の大きさの関数として表したグラフである。 第１０図は、電子のジャイロ半径を、磁界強度および電子エネルギの関数とし て表したグラフである。 第１１図は、振動磁界を時間の関数として表し、誘導静電界が電子を加速また は減速する期間を示すグラフである。 第１２図は、時間と共に磁界の振幅が減少するに連れて、誘導性減速が、どの ように、イオン・ビーム内の電子の軌道を外側に向かって渦巻き状に進ませるの かを示す概略図である。 第１２Ａ図は、時間と共に磁界の振幅が増大するに連れて、誘導性加速が、ど のように、イオン・ビーム内の電子の軌道を、内側に向かって渦巻き状に進ませ るのかを示す概略図である。 第１３図は、シリコン・ウエハの表面全体にイオン・ビームを磁気的に走査す るイオン・ビーム・システムの概略横断面図である。 第１３Ａ図は、第１３図のイオン・ビーム・システムの速度分離器の概略透視 図である。 第１３Ｂ図は、走査するイオン・ビームをウエハ表面に向かわせる、第１３図 のイオン・ビーム・システムのコリメータ磁石の概略透視図である。 第１４図は、シリコン・ウエハの表面全体にイオン・ビームを磁気的に走査す るイオン・ビーム・システムの概略横断面図である。 第１５図は、磁気共鳴撮像システムにおいて用いるための、ａｃ傾斜コイルを 含む磁気システムの概略透視図である。 好適実施例の説明 第１図、第２図、および第３図を参照すると、作用ギャップ１１内に重畳する 静（ｄｃ）磁界２３および振動（ａｃ）時間変動磁界３０を生成する磁気システ ム１０は、中実で透磁率が高い鉄で構成した戻りヨーク(return yoke)１２およ びコア１４，１５、ならびに電気絶縁材料の非常に薄い層を挟み込んだ、薄く透 磁率が高い鉄の積層体で構成された極片１６，１８を含む。この磁気構造は、第 １図に規定した作用ギャップの中央面（即ち、ｙｚ面）に対して対称である。積 層面はｘｙ面に平行であり、作用ギャップに面する極の表面１９，２０は、ｙｚ 面にほぼ平行である。極１６，１８、隣接するコア１４，１５、および隣接する ヨーク１２は、鉄製コアの周囲に配置してある１対のｄｃコイル２８，２９にｄ ｃ電流２５を通すことによって生成するｄｃ磁界２３に、低リラクタンスの戻り フラックス経路２４を与える。極片１６，１８は、上述の積層構造を具体化する ものであり、渦電流を減少させると共に、ａｃ磁界の振動フーリエ成分に、低リ ラクタンス・フラックス戻り経路２１を与える。ａｃ磁界は、作用ギャップ１１ の内側に配置してある１対のａｃコイル３２，３３に、ａｃ電流３１を通すこと によって生成する。ａｃ磁界のフラックスは、ａｃコイルの境界内側においては 一方向に、ａｃコイルの境界外側の周辺領域においてその逆方向に確立される。 第１図を参照すると、１対のａｃコイルおよび１対のｄｃコイルは、それぞれ ａｃ電源１３およびｄｃ電源１７による電流を用いて、独立して付勢するように している。コア１４，１５および戻りヨーク１２の中実構造は、時間変動磁界に 高磁気リラクタンス経路を提供し、振動フラックス成分を、コアおよびヨークの 外表面上の表皮厚層(skin-depth layer)のみに閉じ込める。その結果、全振動磁 束の内の小さな割合部分のみがコアを通過することになる。この構造を用いると 、ｄｃコイルにはａｃカップリングが殆どなく、高い誘導ａｃ電圧に耐える必要 がないので、ｄｃ電源の資金コスト(capital cost)を減らすことになる。このデ カ ップリングは、更に、ａｃ電源およびｄｃ電源を独立して動作させることを可能 にする（作用ギャップ１１内のａｃ磁界振幅およびｄｃ磁界振幅は、独立して選 択可能である）。即ち、第１図に示す実施例は、任意の大きさのａｃ磁界を、大 きなｄｃ磁界に効率的に重畳することを可能にする。この場合、ａｃ電源の資金 コストも減少する。何故なら、電流出力は、ａｃおよびｄｃ磁界の組み合わせに よる振幅ではなく、ａｃ磁界の振幅を生成するのに十分であればよいからである 。 第１図、第２図、および第３図に示す実施例では、ａｃコイル境界外側の周辺 領域内にある極区域は、振動フラックスを戻すのに十分である。振動磁界Ｂ_oを 発生するために必要なａｃコイルのアンペア・ターン(amp-turns)Ｊは、 となり、ここで、μ_oは真空の透磁率、Ｇは磁石の作用ギャップのｘ寸法、Ａ_iは ａｃコイル境界内側の有効面積、Ａ_oはａｃコイル境界外側の周辺領域の戻りフ ラックスのための有効面積である。Ａ_oがＡ_iに対して増大するに連れて、アンペ ア・ターンＪは減少し、実際には、Ａ_o→∞に対応する最小値よりも２５ないし ５０％高ければよい。 既に述べた極片１６，１８の積層構造は、時間変動磁界の振動成分に低リラク タンス戻り経路を与えるための効率的かつ実用的な方法であり、作用ギャップ内 に均一なａｃ磁界を生成し、しかも電力レベルの低下、および渦電流による抵抗 性損失レベルの低下も可能にする。このような構造では、ａｃ磁界の波形の時間 的変動は、１キロヘルツ以上までは基本周波数を有し、高次フーリエ高調波の重 畳により、第４図に示すもののように、重イオン・ビームを走査するのに適した 三角波形を生成することができる。 好適実施例では、各極は、厚さが約０．０２ないし０．１ミリメートルの電気 絶縁材料で分離した、厚さが、例えば、０．２および１．０ミリメートルの商業 的に入手可能な範囲の積層体である、透磁率が高く薄い強磁性積層体２０で構成 する。積層構造のこれ以上の詳細は、H．F．Glavishの米国特許第５，３１１， ０２８号、ならびにH．F．GlavishおよびM．A．GuerraのNucl ．Instr.& Methods ,B74（1933）397に記載されている。これら双方は、この言及により本願に含め るものとする。また、これらの文献は、大きな渦電流を回避するために透磁率が 高いフェライト材料を使用することも記載している。 第１図に示す実施例の極１６，１８内の積層体は、ｘｙ面に平行な面内にあり 、第１図の特定のａｃコイル構成によって発生するようにした磁界のために、ｘ ｙ面における低リラクタンス戻り経路を与える。用途によっては、追加のａｃコ イル（第１５図）または輪郭規定ａｃコイル(contoured ac coil)（第７図）と してもよい。このような実施例では、極を横切る磁束の効率的な再分配を行うた めに、作用ギャップ１１の中央対称面（ｙｚ面）に直交する他の面内に、低リラ クタンス・フラックス戻り経路があることが好ましい。これを達成するには、第 ５図に示すような交差積層体で極片を構成する。１組の積層体３５がｘｙ面に平 行な面を有し、他方の組３６がｚｘ面に平行な面を有することによって、ｙｚ面 に直交するあらゆる面において、低リラクタンス経路に沿ってフラックスを再分 配することが可能となる。この特性および交差積層体に関する更なる詳細は、先 に引用した文献に記載されている。イオン・ビーム走査への応用 第４図に示したような三角波形を用いてａｃコイル３２，３３を付勢すること により、第１図に示す磁気システムを用いて、ｚ軸に沿って作用ギャップ１１に 入る重イオン・ビーム２２を±ｙ方向に一方側から他方側に走査することができ る。 第６図を参照すると、ｄｃ電流を用いてｄｃコイル２８，２９（第１図）を付 勢することにより、ｄｃ磁界を重畳してビーム２２を更に偏向させ、ｄｃコイル を付勢するｄｃ電流の極性にしたがって、専ら＋ｙ方向よりも−ｙ方向に、ある いはこの逆に、一方側から他方側にビームを走査する。ｄｃ偏向を重畳した状態 でイオン・ビームを走査するための振動磁界を発生するために必要な無効電力は 、第７図に示すように、得られたビームの軌道３７の周囲のａｃコイルの輸郭を 規 定することによって（３８）コイル面積を減らすようにする。このような輪郭規 定したコイル形状によって、コイル境界の内側に生成されるフラックスと、コイ ル境界の外側に得られる、１組の平行な積層体を用いて１つの極によって与えら れるフラックス経路との間に、不均一な対応が生じる。したがって、第５図に示 したような交差積層極を用いて、振動磁束のための低リラクタンス戻り経路を与 える。 好ましくは、イオン・ビーム２２は、典型的に１０^-5ミリバールより高い真空 において作用ギャップ１１を通過させ、背景の気体分子との相互作用によるイオ ンの損失や分散を回避するようにする。第１図に示す実施例では、ヨーク本体１ ２は、イオン・ビーム２２を作用ギャップ１１に通過させるために、気密真空外 囲器(gas-tight vacuum envelope)を形成する。積層間の絶縁材料の縁部におけ る無視できる程小さな領域を除いて、ビームに対向する極の面は、電気的に導通 しており、接地電位に保持し、ビーム付近に電界を発生するのを回避する。同じ 理由のために、コイルの絶縁表面およびコイル間の電気リードは、電気的に接地 してあるシールド２６，２７によって、ビームから隠してある。 他の実施例では、真空外囲器は、スキャナ磁石の極面間の作用ギャップ内に配 置してある。しかしながら、これは作用ギャップ１１の磁界の体積や電力要件の 増大を招き、その上真空壁の材料は、ビーム付近に一定の電位を規定する導電体 が好ましくなる。真空外囲器の壁に大きな渦電流を誘発するのを避けるためには 、真空壁は、半導体材料、または磁極と同様の積層構造で作ることが好ましい。 このような積層体は、強磁性体でないことが好ましい。 上述のように、大きな渦電流を避けるためには、積層体の代わりにフェライト 材料を使用するとよい。フェライト材料は電気的絶縁体であるので、フェライト 材料で形成した極片およびその他の構造は、例えば、シリコン・シールドを用い て、あるいは渦電流効果を根絶するように構成した導電性ワイヤのメッシュまた は格子を用いて、イオン・ビームからシールドしなければならない。第８図を参 照すると、薄いシリコン・ライナ１３１を用いて、イオン・ビーム１３２を極表 面１３０からシールドしている。ビーム内のイオンは、イオン・ビーム・システ ム内の表面に衝突する傾向があり、イオン・システム内に粒子を放出する可能性 がある。ライナはシリコンで作ってあるので、ライナから汚染が生じるとしても 、少なくとも、例えば、シリコン・ウエハ基板とは適合性があり、照射したウエ ハから形成する素子の品質を低下させることはない。また、シリコンは導電体で あるので、ビームの近隣において一定の電位を維持し、またシリコンの導電率は 十分に低くてシリコンを走査磁石に使用することができ、しかも渦電流効果は容 認できる程度に小さい。また、シリコン・ライナは折り曲げ磁石(bending magne t)３６にも用いて、スパッタリングによるウエハの汚染を回避することができる 。このようなシリコン・ライナは、ここに記述する実施例のいずれにも使用可能 であり、積層極をシールドすることにより、誘導渦電流の効果を低減させる。 イオン・ビーム走査の用途では、磁気システム１０（図１）を用いて、観察さ れたプラズマ効果に対処することができる。これを用いないと、プラズマ効果は 、選択した表面上でイオン・ビームを走査している間に、イオン・ビームの横断 面のサイズ変動が発生する原因となる。パービアンスが高い重イオン・ビームを 磁気的に走査すると、走査磁界がゼロを通過する場合または約５０ないし２００ ガウス未満になる場合、スキャナの後に、かなりの変動がビームの横方向サイズ に発生することを発見した。これらの変動は、補正せずに放置しておくと、下流 側の基板上において照射の均一性を低下させる可能性がある。本発明は、スキャ ナのａｃコイル２８，２９を付勢し、振動走査磁界に重畳するｄｃ磁界を生成す ることによって、表面照射の均一性に著しい改善を達成した。その結果得られた 重畳磁界は、選択面上でビームを走査している間に、イオン・ビームの横断面の サイズが大きく変動するのを防止するには十分な最小の大きさを有する。 硼素、窒素、酸素、隣、砒素、またはアンチモンの元素から得られるような重 イオンは、イオン源（例えば、The Physics and Technology of Ion Sources，E d.Ian G．Brown，John Wiley & Sons，New York 1989を参照）によって発生し、 ビームに形成する。イオン源は、式１に定めたようなパービアンスが非常に高い イオン・ビームを生成し、可調節電圧源を用いて、荷電状態当たり約８０ｋｅＶ までの可調節のエネルギに、イオン・ビームを加速する。イオン・ビームの付勢 によって発生する電子は、イオン・ビーム内にトラップする、即ち、閉じ込める ようにする。こうして、イオン・ビームは、外部電界および絶縁表面がない場合 に は、ほぼ電気的に中性となる。このような状態の下では、イオン・ビームは、反 発する空間電荷力の作用によるビームの発散を呈することなく、イオン注入装置 内の高真空領域において輸送することができる。 数電子ボルト・エネルギの電子は、典型的に、イオン・ビーム内のイオンの真 空システム内の残留気体分子との原子的相互作用によって発生する（例えば、A. J.T．Holmes，Beam Transport of the Physics and Technology of Ion Sources ,Ed．Ian G．Brown，John Wiley & Sons，New York 1989を参照）。イオン・ビ ームの付近では、このような電子は、ビームのイオンに伴う正電荷の小さな割合 部分を除いて全てを中性化する際に重要な役割を果たす。場合によっては、中性 化電子は、ホット・フィラメント(hot filament)またはプラズマ・ガン(plasma gun)から直接発生するが、これは、通常、典型的なイオン注入装置に見られる磁 石および磁界自由領域(field free region)を通過する、典型的な高パービアン スの重イオン・ビームの輸送のためには、必要ではない。イオン注入装置に用い る約１０^-6ｔｏｒｒの真空では、１ミリ秒の何分の一か以内で十分な数の電子が ビームによって発生し、ビームの電荷中性(charge-neutrality)を維持する。 これまで、有害な時間依存性のある空間電荷効果は、ビームの横断位置が変化 する速度に対して電子の発生速度が非常に速いので、イオン注入装置に用いるイ オン・ビームの磁気走査にはないと考えられていた。実際には、当業者には、ス キャナの磁界は、空間電荷効果に対しては疑似安定と一般的に見なされている。 しかしながら、ギャップ内の磁界の大きさがゼロを通過する際またはゼロに接 近する際に、ビーム放出における突然の変化として現れるプラズマ効果を我々は 発見した。我々の実験データの一例を第９図に示す。これは、ゼロ磁界付近で、 ７％の突然の変動が生じた様子を生き生きと示している。ここに示すデータは、 位相範囲φ＝−７０°ないしφ＝６０°において、ｆ＝１５０Ｈｚの走査周波数 を用いて得たものであり、ここでφ＝３６０ｆｔである。振動磁界（ガウス単位 ）は、以下の式にしたがって、位相と共に変動した。 第９図に示すゼロ磁界付近における変動は、単に１回の走査掃引に対するもの であるが、連続的な走査掃引においても、正確にそれ自体を再現する。第９図に 示すデータにおける測定ビーム電流は、電流測定装置の前に位置する制限孔のた めに、走査方向を横断する方向においてビームの位相−空間放出に生ずる変化に 感応する。上述の効果を実質的に排除しない場合、あるいは付勢波形の適切な補 正によって実質的に補償した場合、１％以上の照射照度非均一性が結果的に生ず る可能性がある。 磁界Ｂの存在の下では、ビームの中性化電子は、ローレンツ力を受け、次の角 周波数で、磁界線の周囲を回転する。 ここで、｜Ｂ｜は磁界の大きさ、ｍは電子の質量、ｅは電子の電荷である。Ｂに 垂直な面に発射すると、電子は次の半径の円を描く。 ここで、ｖ_tは磁界Ｂの方向を横断する電子速度成分である。この軌道運動に伴 うエネルギは、 となる。 周波数（〜１キロヘルツ以下）よりも格段に高いので、電子軌道運動は、ほんの 小さな変化が半径ｒに発生するには、電子はＢの周囲に多くの回転(revolution) を行うことになるという意味において、断熱的(adiabatic)である。第１０図を 参照する。電子ジャイロ半径を、電子エネルギおよび磁界の関数としてグラフに 示す。数十ガウス未満の磁界では、ジャイロ半径は、ビーム寸法に相当し得る点 まで拡大する。しかしながら、この現象だけが、イオン・ビーム電流において観 察される時間依存性変動に関係するとは思えない。何故なら、かなりの磁界がな い と、電子運動は、主に、粒子の電荷に関係した力によって決定されるからである 。更に、既に述べたように、ビームの中性化は、変動が発生する時間間隔（〜１ ミリ秒）に対して、非常に短い時間に発生する。 先に観察した現象を一層深く考慮するために、古典的な電磁現象を記述するMa xwellの方程式によれば、走査磁界Ｂの時間変化との関連があり、電界Ｅは で与えられ、このような電界は、第１１図に示すように、Ｂの振幅が増大中かま たは減少中かにしたがって、電子を誘導的に加速または減速するにちがいないこ とがわかった。実際、回転当たりの軌道エネルギの変化は、次の式で表される。 次に、半径が１回の回転の間本質的に一定であるという断熱条件(adiabaticcond ition)を用いると、式７、８、および９から次の式が得られる。 これらの式の最初のものは、電子回転エネルギは磁界強度に比例して変化するこ とを示す。２番目の式は、角運動量の保存を表し、電子軌道の区域πｒ²は、磁 界強度の振幅および電子エネルギとは逆に変化することを示す。誘導性の電界か ら発生するこれらの効果は重要である。例えば、電界が５ガウスから５０ガウス に増加すると、電子密度は１／１０に圧縮される。また、電子エネルギは、１０ 倍に増大し、そして磁界の存在下では、電子はビーム付近の領域に束縛される。 磁界の大きさの増加中に発生した新しい電子も、誘導性加速の結果発生する圧縮 を受ける。この誘導性加速の期間では、電子の空間的分配は、ビーム内のイオン 電荷の系の作用よりはむしろ、磁界の作用によって支配される。磁界が５０ガウ スを越えて強くなると、圧縮が引き続き発生するが、電子の旋回半径は既にビー ムの典型的な横方向寸法よりも実質的に小さいので、その効果はさほど劇的では ない。 磁界の振幅がゼロに向かって減少する場合、電子軌道は、式１０にしたがって 拡大する。磁界強度が約５０ガウス未満になった場合、以前に圧縮した電気軌道 内の電子は急激に減速し、ビームの横断面相当またはそれ以上の面積に拡大する 。新しく発生した電子は既に低いエネルギを有し、誘導性電界によりさほど大き な影響は受けない。加速および減速の期間を第１１図に示す。 時間経過に伴ってスキャナ内で発生する一連の事象を第１２図および第１２Ａ 図に概略的に示す。第１２図を参照すると、磁界１２３がゼロに近づくに連れて 、誘導性減速のために電子軌道が外方へ渦巻き状に進むエンベロープ１２１を描 き、これによって、イオン・ビーム１２４の領域内の電子密度が減少する。磁界 がゼロを通過した後は、これは逆方向を有し、電子軌道１２０の回転方向は、第 １２Ａ図に示すように逆転する。このときに磁界１２２はその振幅が増大しつつ あるので、誘導性加速によって、電子軌道は断熱的に内方に渦巻き状に進むよう になり、これによってイオン・ビーム１２４の領域内における電子密度が高くな る。磁界がゼロを通過したことによって発生した電子密度の急速な変化により、 イオン・ビームの位相−空間放出において観察される変動に、納得がいく説明が できる。 磁気的に走査したパービアンスが高い正の重イオン・ビームについては、実験 的な観察のみを行った。しかしながら、電子は、負イオン・ビームによって非常 に高速に生成され、負および正電位のプラズマ期間双方における全体的なビーム 中性化現象の一部をなすので、同様の変動が発生し、本発明は、パービアンスが 高い負のイオン・ビームの走査にも重要な用途を有することが予期される。 第１３図ないし第１３Ｂ図を参照すると、重イオンを走査する好適なシステム は、第１図の磁気システムを含む。重イオンは、イオン・ビーム４６を生成する イオン源４４から得られる。イオン・ビーム４６は、電子を発生しその中にトラ ップして、外部電界および絶縁表面がない場合には、ほぼ電気的に中性となる。 イオン・ビーム４６は、イオン運動量の電荷に対する比（Ｍｖ／ｑ）にしたがっ て、真空の下では、扇形磁石４８に向かう弾道浮動(ballistic drift)を受け、 分解スリット５０を通過した後は、運動量純化(momentum purified)される。尚 、式１において既に定義したように、ｖはイオン速度、ｑはイオン電荷、Ｍはイ オン質量である。 ここに記述する磁気イオン・ビーム走査システムは、イオン源から二重または 三重に荷電されたイオン（例えば、ｐ＋＋またはｐ＋＋＋）を抽出することによ って、一層高い最終イオン・エネルギを得る。多重に荷電したイオンを用いる場 合、扇型磁石だけでは、必ずしもビームを適切に純化するとは限らない。例えば 、単一荷電イオンｐ＋は、以下のように、分子イオンの解離によって形成するこ とができる。 浮動領域では、イオン源４４と扇形磁石４８との間において、これら単一荷電 イオンは、イオン源から直接抽出した二重荷電イオンｐ＋＋の半分の速度を有す る。運動量対電荷比(momentum-to-charge ratio)は、このために、２つのタイプ のイオンについて同一となり、これらは分解スリットでは扇形磁石によって分離 されない。 この問題を克服するために、第１３Ａ図に示すように、速度分離器１００を、 扇形磁石と分解スリットとの間に配置する（例えば、C.A．Coombes et al.,Phys .Rev .，vol．112，p.1303(1958)を参照のこと。この文献は、この言及により本 願に含めるものとする）。極片１０６は、ビームを受ける作用ギャップ１０２を 定bめ、そしてｘ方向に磁界を生成する。電極１０４が、ｙ方向に電界を生成す る。電界および磁界の強度ＥおよびＢは、それぞれ、以下のように設定する。 ここで、ｖは選択すべき二重荷電イオンの速度、Ｖはイオン源の抽出電圧、Ｓｗ は分解スリット５０の幅、ａは速度分離器の作用ギャップの有効長、そしてｂは 速度分離器の出口から分解スリットまでの浮動距離である。式１２は、電界強度 が、分解スリットにおいて単一荷電イオン１０８を排除するのに十分であること を保証し、式１３は、二重荷電イオンに作用する磁力および電気力が相殺し、イ オン１１０が偏向されることなく分離器を通過できるようにすることを保証する 。 分解スリット５０から現れるビーム５３は、第１図ないし第３図の磁気システ ム１０に対応するスキャナ磁石５４に入る。スキャナ磁石は、第５図に示したよ うな交差積層形極、および第７図に示したような輪郭規定ａｃコイルを有するこ とができる。 第１３Ｂ図に示すように、スキャナ磁石から現れる走査後のビーム９０は、扇 形コリメータ磁石８０による平行化を受けるが、これは、入口８４極縁および出 口８６極縁を有する作用ギャップ８８において実質的に静的で均一な磁界を生成 する。極縁は特別な輪郭を施して、エンド・ステーション６７内のウエハ６５に おいて平行に走査されるビーム６２を形成する。ウエハ６５は、チャック６６上 に装着し、走査平面に直交する方向において、ビームを通過するようウエハを機 械的に往復運動させる。スキャナのａｃコイル５５に印加する時間変動波形、お よびチャックの機械的運動は、ウエハの均一な照射照度を生成するように設定す る。スキャナ内のｄｃ磁界は、以前に述べたビーム・サイズの変動を無くするよ うに設定する。扇形コリメータ磁石８０は、走査サイクルの間ビームがウエハに 対して異なる時点において取る異なる経路に関して、スキャナ磁石５４と協同す る。入口極縁８４および出口極縁８６の輪郭は４次多項式であり、その係数は、 走査位置には無関係に、ビームがウエハに衝突している間、以下のイオンの光学 的な輸送条件および合焦条件を同時に達成するように選択する。 １．±０．２°以上の精度で、先に述べた平行走査を維持する。 ２．ビームの規定した最大角度発散の変動範囲（典型的に約０．５°ないし１ ．５°）を実質的に±０．５°の制限内に維持する。 ３．規定した横方向ビーム・サイズ（典型的に３０ないし５０ｍｍ）を実質的 に±５ｍｍの制限内に維持する。 ４．ビームの十分な偏向を生成しえ（例えば、少なくとも約３０°、好ましく は約４５°以上）、ビームが扇形コリメータ磁石に入る前に真空システム内の残 留気体分子と相互作用するビームのイオンが形成した後の、ウエハに衝突する中 性粒子３９の数を減少させる。 一般に、入口極縁および出口極縁が二次曲率(second order curvature)に制限 された極縁輪郭を有する従来の扇形磁石は、上述の要件全てを同時に達成するこ とはできない(例えば、Focusing of Charged Particles，vol.II,Ed.A.Septier, Academic Press，New York 1967において発表されたH.A．Enge，"Deflecting Ma gnets"を参照）。二次曲率の制限は、コリメータの偏向が約３０°より大きくな った場合、より好ましくは４５°より大きくなった場合、強調する。 扇形コリメータの入口極縁および出口極縁上の四次の輪郭は、そのような大き な角度の偏向の達成を可能とし、その結果、ウエハは中性粒子から良好に分離し 、しかも上述のイオンの光学的な輸送および合焦の制約を実現可能とする。本実 施例では、扇形コリメータ磁石８０の作用ギャップ８８は、走査したビーム９０ を適切に受け取るように配置してある。即ち、作用ギャップ８８は、その焦点面 が走査頂点５７と一致するように、方位および位置を決定してある。また、ビー ムは、専ら真空ポンプ７６によって外囲器７４内に維持した高真空内で、ソース ４からウエハ６５に輸送するようにしてある。 その他の実施例も請求の範囲内にある。例えば、別の好適実施例では、第１３ 図に示すように、走査ビームを通過して往復運動する単一のウエハではなく、第 １４図に示すように、数枚のウエハを回転カルーセル６９に装着することができ る。この実施例は、イオン・ビーム電流が非常に高い場合に好適である。何故な ら、高いビーム・パワーが、注入の間数枚のウエハに分配されるからである。磁気共鳴撮像への応用 第１５図に示すように、磁気システム１００は、作用ギャップ１０１内のｚ方 向の均一な静磁界Ｂに重畳する、時間変動磁界傾斜∂Ｂ／∂ｘ，∂Ｂ／∂ｙ，∂ Ｂ／∂ｚを、それぞれ、ｘ，ｙ，ｚ方向に生成する。静磁界はｄｃ電流搬送コイ ル１０６、および透磁率の高い鉄の交差積層状極１０８，１１０、中実の鉄コア １０４および中実のヨーク戻り部１０２の低リラクタンス経路によって発生する 。時間変動磁界傾斜∂Ｂ／∂ｘは、傾斜コイル１１２内の振動電流Ｉ１によって 発 生し、他の傾斜磁界成分∂Ｂ／∂ｙ，∂Ｂ／∂ｚは、導電性シート１１６および １１８内の振動電流シート(oscillatory current sheet)Ｉ₂およびＩ₃によって 生成する。シート１１６および１１８は、電気絶縁材料によって、互いに電気的 に絶縁してある。結果的に得られる磁界Ｂ_r（ｘ，ｙ，ｚ）の時間依存空間変動 は、 で与えられ、時間と共に変動する空間位置において、所与の周波数のスピン共鳴 が得られ、これによって、画像情報を得ることができる。極内の交差状積層体は 、磁界の時間変動成分に、低リラクタンス戻り経路を提供し、中実のコアおよび ヨークは静磁界に戻り経路を与える。この構造によって、傾斜コイルのための電 源は、主静磁界を生成する主ｄｃ電源とは独立して動作させることが可能となる 。交差積層極は、対向する極面間の作用ギャップ１０１内に時間変動磁界成分を 集中させるには効率的な構造であり、極を積層体ではなく中実の鉄で形成した場 合に発生する、渦電流や電力損失に伴う誤差や難題を減少させるものである。 別の実施例では、極片は透磁率の高いフェライト材料で構成する。 更にその他の実施例も、請求の範囲内である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．静的成分および高い周波数の時間変動成分を有する磁界を生成する装置であ って、 間にギャップを定める２つの磁極であって、高い周波数によって誘発されるあ らゆる渦電流を、前記極内の局部的経路において限られた値に制限するための電 気絶縁材料で形成した、前記の磁極と、 前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、 ヨークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって 、中実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する、前記の磁気構造と、 前記磁気構造の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコ イルと、 から成ること、を特徴とする磁界生成装置。 ２．選択した表面上でイオン・ビームを走査するため少なくとも２０Ｈｚの基本 周波数において変調された磁界を生成する装置であって、 間にギャップを定める２つの磁極であって、高い周波数によって誘発されるあ らゆる渦電流を、前記極内の局部的経路において限られた値に制限するための電 気絶縁材料で形成した、前記の磁極と、 前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、 ヨークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって 、中実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する、前記の磁気構造と、 前記磁気構造の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコ イルと、 時間変動振動電流によって前記ａｃコイルを付勢して、実質的に高次の高調波 を伴う２０Ｈｚのオーダーまたはそれ以上の基本周波数で時間と共に方向が交替 する磁界を、前記ギャップ内に生成するａｃ電流源と、 静電流によって前記ｄｃコイルを付勢し、前記ギャップに静磁界を生成するｄ ｃ電流源と、 から成る磁界生成装置。 ３．請求項１または２記載の装置において、前記極は、電気絶縁層によって分離 した複数の高透磁率材料の積層体で形成し、前記積層体は、前記生成した磁界の 高い周波数の時間変動成分に、リラクタンスの低い透磁経路を与えること、を特 徴とする装置。 ４．請求項１または２記載の装置において、前記極は、電気絶縁材料によって分 離した異なった組の高透磁率材料の積層体から成り、前記異なった組は互いに交 差状に配置して、前記組の内の１つの組における任意の所与の積層体を通過する 磁束が、前記組の内の別の組における多数の積層体内に分配するようにしたこと 、を特徴とする装置。 ５．請求項３記載の装置において、前記積層体の各々は、約０．２ないし１ミリ メートルの範囲の厚さを有すること、を特徴とする装置。 ６．請求項３記載の装置において、前記絶縁層は、前記積層体よりも実質的に薄 いこと、を特徴とする装置。 ７．請求項３記載の装置において、前記積層体は鉄合金の積層体であること、を 特徴とする装置。 ８．請求項１または２記載の装置において、前記ヨークおよびコアは中実の鉄で 形成すること、を特徴とする装置。 ９．請求項１記載の装置であって、更に、振動電流によって前記ａｃコイルを付 勢して、実質的に高次の高調波を伴う２０Ｈｚのオーダーまたはそれ以上の基本 周波数で時間と共に方向が交替する磁界を、生成するａｃ電流源を備えているこ と、を特徴とする装置。 １０．請求項２記載の装置であって、更に、前記イオン・ビームを前記ギャップ に導入するイオン・ビーム源を備えていること、を特徴とする装置。 １１．請求項１０記載の装置であって、更に、前記走査されたイオン・ビームを 受けるために選択した表面を有する半導体基板を、前記走査されたイオン・ビー ムの経路内に位置付けるように配置したエンド・ステーションを備えていること 、を特徴とする装置。 １２．請求項１０記載の装置であって、更に、前記イオン源から前記磁気システ ム周囲を通り前記エンド・ステーションまで達する真空ハウジングを備えており 、 これによって、前記ビームが前記イオン源から前記エンド・ステーションまで真 空下で移動する際に、前記ビームを直接前記極に露出させること、を特徴とする 装置。 １３．請求項１０記載の装置であって、更に、前記イオン・ビームの経路内に配 置してあり、前記イオン・ビームが前記選択した表面を照射する前に、前記イオ ン・ビームから単一荷電イオンを除去することにより、前記ビームに残っている 多重荷電イオンから、一層高い最終イオン・エネルギを得ることができるように する速度分離器を備えていること、を特徴とする装置。 １４．請求項３記載の装置であって、更に、前記積層状極をイオン・ビームから シールドするライナを備えていること、を特徴とする装置。 １５．請求項１または２記載の装置において、前記極は、フェライト材料で形成 すること、を特徴とする装置。 １６．請求項１５記載の装置であって、更に、前記フェライト材料を前記イオン ・ビームからシールドするライナを備えていること、を特徴とする装置。 １７．請求項１４記載の装置において、前記ライナはシリコンで構成すること、 を特徴とする装置。 １８．請求項１０記載の装置において、前記イオン・ビームは第１ビーム経路に 沿って前記ギャップに入り、前記システムは、更に、前記ビームが前記ギャップ を通過しそして前記走査磁界の影響の結果として前記第１ビーム経路の一方側に 偏向された後に、前記イオン・ビームを受け取るように位置付けたｄｃ扇形磁石 を備えていること、を特徴とする装置。 １９．静的成分および高い周波数の時間変動成分を有する磁界を生成する装置で あって、 間にギャップを定める２つの磁極であって、該極は、電気絶縁層によって分離 した複数の高透磁率材料の積層体で形成してあり、前記積層体が、前記生成した 磁界の高い周波数の時間変動成分に、低リラクタンス透磁性経路を与える、前記 の極と、 前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、 ヨークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって 、 中実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する、前記の磁気構造と、 前記磁気構造の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコ イルと、 から成る磁界生成装置。 ２０．静的成分および高い周波数の時間変動成分を有する磁界を生成する装置で あって、 間にギャップを定める２つの磁極であって、該極は、電気絶縁材料によって分 離した異なった組の高透磁率材料の積層体から成り、前記異なった組は互いに交 差状に配置し、前記組の内の１つの組における任意の所与の積層体を通過する磁 束が、前記組の内の別の組における多数の積層体内に分配するようにした、前記 の極と、 前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、 ヨークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって 、中実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する、前記の磁気構造と、 前記磁気構造の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコ イルと、 から成る磁界生成装置。 ２１．請求項２０記載の装置であって、更に、一対の導電体を備えており、該導 電体の各々は、前記ギャップの互いに対向する側に位置付けてあり、前記導体は 、前記ギャップの領域の実質的部分にわたって傾斜磁界を生成するように構成し かつ配置したこと、を特徴とする装置。 ２２．請求項２１記載の装置であって、更に、第２の導電体対を備えており、該 第２の導電体対の各々は、前記ギャップの互いに対向する側に位置付けてあり、 前記第２対の導電体は、前記ギャップの領域の実質的部分にわたって第２の傾斜 磁界を生成するように構成しかつ配置してあり、前記第１傾斜磁界は前記第２傾 斜磁界と交差すること、を特徴とする装置。 ２３．請求項２２記載の装置において、前記第１の導体対の前記導体は、前記極 面に平行な平面内における第１方向に延び、前記第２の導電体対の前記導体は、 前記第２の導体対に平行な平面内において前記第１方向に対して直交する方向に 延びること、を特徴とする装置。 ２４．静的成分および高い周波数の時間変動成分を有する磁界を生成する装置で あって、 間にギャップを定める２つの磁極であって、高透磁率のフェライト材料で構成 した、前記の極と、 一対の導電体であって、各々前記ギャップの互いに対向した側に位置付けてあ り、前記導体は、前記ギャップの領域の実質的部分にわたって傾斜磁界を生成す るように構成しかつ配置した前記の導電体と、 前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、 ヨークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって 、中実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する、前記の磁気構造と、 前記磁気構造の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコ イルと、 から成る磁界生成装置。 ２５．請求項２４記載の装置であって、更に、第２の導電体対を備えており、該 第２の導電体対の各々は、前記ギャップの互いに対向する側に位置付けてあり、 前記第２対の導電体は、前記ギャップの領域の実質的部分にわたって第２傾斜磁 界を生成するように構成しかつ配置してあり、前記第１傾斜磁界は前記第２傾斜 磁界と交差すること、を特徴とする装置。 ２６．請求項２５記載の装置において、前記第１の導体対の前記導体は、前記極 面に平行な平面内における第１方向に延び、前記第２の導電体対の前記導体は、 前記第２の導体対に平行な平面内において前記第１方向に対して直交する方向に 延びること、を特徴とする装置。 ２７．選択した表面上においてイオン・ビームを走査する方法であって、 間にギャップを定める２つの磁極であって、高い周波数によって誘発されるあ らゆる渦電流を、前記極内の局部的経路において限られた値に制限するための電 気絶縁材料で形成した、前記の磁極と、 前記磁極と関連し、前記ギャップに時間変動磁界を生成するａｃコイルと、 ヨークと各々前記２つの磁極に結合した２つのコアとを含む磁気構造であって 、 中実材料で形成し、高い磁気飽和レベルを有する、前記の磁気構造と、 前記磁気構造の前記コアと関連し、前記ギャップ内に静磁界を生成するｄｃコ イルと、 から成る走査磁石を用意するステップと、 第１ビーム経路に沿って、前記ギャップにイオン・ビームを通すステップと、 前記ａｃコイルおよびｄｃコイルにおいて、付勢波形を発生し、前記ギャップ 内に、時間の関数として大きさが変動する、実質的に単極の走査磁界を生成し、 前記選択した表面上における前記イオン・ビームの走査を行うステップと、 から成るイオン・ビーム走査方法。 ２８．請求項２７記載の方法であって、更に、前記ビームが前記ギャップを通過 し、前記第１ビーム経路の一方側に偏向された後に、前記第１ビーム経路から離 れるように前記イオン・ビームを更に偏向することにより、前記ビームが前記第 １ビーム経路の方向に対して大きな角度で進行するようにし、前記ビームが前記 選択した表面を照射する前に、前記ビーム内に存在し得る中性粒子の大きな割合 部分を、前記ビームから除去するステップ、を含むこと、を特徴とする方法。