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特許5655881リボン状イオンビームのためのイオンビーム偏向マグネットおよびそれを備えるイオンビーム照射装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5655881
(24)【登録日】2014年12月5日
(45)【発行日】2015年1月21日
(54)【発明の名称】リボン状イオンビームのためのイオンビーム偏向マグネットおよびそれを備えるイオンビーム照射装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/317 20060101AFI20141225BHJP
【ＦＩ】
H01J37/317 Z
【請求項の数】10
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2013-46847(P2013-46847)
(22)【出願日】2013年3月8日
(65)【公開番号】特開2013-214512(P2013-214512A)
(43)【公開日】2013年10月17日
【審査請求日】2014年2月27日
(31)【優先権主張番号】13/438,424
(32)【優先日】2012年4月3日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】302054866
【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社
(72)【発明者】
【氏名】ヒルトン フランク グラビッシュ
(72)【発明者】
【氏名】土肥 正二郎
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン トーマス キング
【審査官】
佐藤 仁美
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−０２７８４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０８４６７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０９７９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−０５９３９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ３７／３０−３７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオンビーム入口、イオンビーム出口およびイオンビームのためのイオンビーム偏向マグネットを貫いている曲がった経路を有しているイオンビーム偏向マグネットであって、前記曲がった経路は、前記イオンビーム入口および前記イオンビーム出口間の経路長を有しており、前記曲がった経路は、イオンビーム偏向面において単調に曲がっており、かつ曲がった中心ビーム軸を有しており、更に当該イオンビーム偏向マグネットは、前記イオンビーム偏向面に垂直な方向に長寸法を有する断面形状を持っているリボン状イオンビームに適応しかつそれを前記曲がった経路に沿って曲げるように構成されており、
当該イオンビーム偏向マグネットは、強磁性体のヨークおよび電気巻線を備えており、
前記強磁性体のヨークは、前記曲がった経路を前記経路長に沿って囲んでいて、前記曲がった中心ビーム軸に垂直なそれぞれの平面において、前記経路長伝いに断面内側輪郭を画定しており、当該断面内側輪郭は、原点を前記中心ビーム軸に有し、ｘ軸が前記イオンビーム偏向面内で伸びており、かつｙ軸が当該イオンビーム偏向面に垂直である直交座標（ｘ，ｙ）において画定されており、
前記電気巻線は、前記強磁性体のヨークと関連づけられていて、前記強磁性体のヨーク内に、前記曲がった経路を横切っていて、所定の質量対電荷比を有するイオンから成るリボン状イオンビームを前記曲がった経路に沿って曲げる偏向磁界を発生させるように構成されており、
前記断面内側輪郭は、次の四つの式によって定義される線上にそれぞれ位置する四つの斜めの辺を含む複数の辺を有しており、
（１）ａ1 ｘ＋ｂ1 ｙ＝ａ1 ｂ1
（２）ａ2 ｘ−ｂ1 ｙ＝ａ2 ｂ1
（３）ａ3 ｘ＋ｂ2 ｙ＝−ａ3 ｂ2
（４）ａ4 ｘ−ｂ2 ｙ＝−ａ4 ｂ2
前記ａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 、ｂ1 およびｂ2 は正数であり、
前記式（１）および（４）によって定義される線上に位置する二つの前記斜めの辺の各々は、それぞれの前記線上でｙ＝ｙ’まで伸びており、かつ前記式（２）および（３）によって定義される線上に位置する二つの前記斜めの辺の各々は、それぞれの前記線上でｙ＝−ｙ”まで伸びており、ここでｙ’およびｙ”は共に正であり、ｙ’はａ1 およびａ4 の内の小さい方と等しいか又はそれよりも小さく、かつｙ”はａ2 およびａ3 の内の小さい方と等しいか又はそれよりも小さい、イオンビーム偏向マグネット。
当該イオンビーム偏向マグネットは、強磁性体のヨークおよび電気巻線を備えており、
前記強磁性体のヨークは、前記曲がった経路を前記経路長に沿って囲んでいて、前記曲がった中心ビーム軸に垂直なそれぞれの平面において、前記経路長伝いに断面内側輪郭を画定しており、当該断面内側輪郭は、原点を前記中心ビーム軸に有し、ｘ軸が前記イオンビーム偏向面内で伸びており、かつｙ軸が当該イオンビーム偏向面に垂直である直交座標（ｘ，ｙ）において画定されており、
前記電気巻線は、前記強磁性体のヨークと関連づけられていて、前記強磁性体のヨーク内に、前記曲がった経路を横切っていて、所定の質量対電荷比を有するイオンから成るリボン状イオンビームを前記曲がった経路に沿って曲げる偏向磁界を発生させるように構成されており、
前記断面内側輪郭は、次の四つの式によって定義される線上にそれぞれ位置する四つの斜めの辺を含む複数の辺を有しており、
（１）ａ1 ｘ＋ｂ1 ｙ＝ａ1 ｂ1
（２）ａ2 ｘ−ｂ1 ｙ＝ａ2 ｂ1
（３）ａ3 ｘ＋ｂ2 ｙ＝−ａ3 ｂ2
（４）ａ4 ｘ−ｂ2 ｙ＝−ａ4 ｂ2
前記ａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 、ｂ1 およびｂ2 は正数であり、
前記式（１）および（４）によって定義される線上に位置する二つの前記斜めの辺の各々は、それぞれの前記線上でｙ＝ｙ’まで伸びており、かつ前記式（２）および（３）によって定義される線上に位置する二つの前記斜めの辺の各々は、それぞれの前記線上でｙ＝−ｙ”まで伸びており、ここでｙ’およびｙ”は共に正であり、ｙ’はａ1 およびａ4 の内の小さい方と等しいか又はそれよりも小さく、かつｙ”はａ2 およびａ3 の内の小さい方と等しいか又はそれよりも小さい、イオンビーム偏向マグネット。
【請求項2】
前記正数ａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 、ｂ1 およびｂ2 の関係は、ｂ2 ／ａ4 ＝ｔａｎθ1 、ｂ1 ／ａ1 ＝ｔａｎθ2 、ｂ2 ／ａ3 ＝ｔａｎθ3 およびｂ1 ／ａ2 ＝ｔａｎθ4 であつ、かつ前記角度θ1 、θ2 、θ3 およびθ4 の各々は、２０°以上かつ６０°以下である、請求項１記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項3】
前記ｔａｎθ1 、ｔａｎθ2 、ｔａｎθ3 およびｔａｎθ4 の関係は、ｔａｎθ1 ／ｔａｎθ3 ＝ｔａｎθ2 ／ｔａｎθ4 である、請求項２記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項4】
前記断面内側輪郭は、前記四つの斜めの辺に加えて頂部および底部を有しており、かつ当該頂部および底部はｘ軸に平行である、請求項１記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項5】
前記頂部および底部は長さｃ1 およびｃ2 をそれぞれ有しており、当該長さｃ1 およびｃ2 の各々は（ｂ1 ＋ｂ2 ）／２以下である、請求項４記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項6】
前記強磁性体のヨークは、前記断面内側輪郭の前記四つの斜めの辺にそれぞれ対応する四つの斜めの内面を有しており、前記電気巻線は、当該イオンビーム偏向マグネットの前記入口および前記出口の間において、前記斜めの内面に隣接して前記曲がった中心ビーム軸に平行に伸びている複数の軸方向導体要素を有しており、これらの軸方向導体要素は、前記断面内側輪郭の四つの斜めの辺の各々に沿って、単位距離ごとに均一な数の導体を提供するように構成されている、請求項１記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項7】
前記強磁性体のヨークの前記断面内側輪郭の四つの斜めの辺の各々は、｜ｘ｜が最大であり｜ｙ｜が最小であるそれぞれの上下方向中央部端と、｜ｘ｜が最小であり｜ｙ｜が最大であるそれぞれの頂部端との間で伸びており、
かつ前記強磁性体のヨークは、それぞれの前記斜めの内面に垂直な断面厚さを有しており、当該断面厚さは、前記斜めの辺の前記上下方向中央部端での最大値から前記斜めの辺の前記頂部端での最小値へと減少している、請求項６記載のイオンビーム偏向マグネット。
かつ前記強磁性体のヨークは、それぞれの前記斜めの内面に垂直な断面厚さを有しており、当該断面厚さは、前記斜めの辺の前記上下方向中央部端での最大値から前記斜めの辺の前記頂部端での最小値へと減少している、請求項６記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項8】
前記電気巻線は、少なくとも一対の鞍型コイルユニットを備えている、請求項６記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項9】
前記強磁性体のヨークの内側に取り付けられていて、前記曲がった経路に近接して伸びており、かつ前記曲がった経路に沿う位置において整形磁界を発生させるように励磁され、それによって前記偏向磁界によってもたらされる前記リボン状イオンビームの断面形状の歪みを減少させる働きをする複数のトリムコイルを更に備えている、請求項１記載のイオンビーム偏向マグネット。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか一項に記載のイオンビーム偏向マグネットを備えていて、当該イオンビーム偏向マグネットを通って出て来たリボン状イオンビームを基板に照射して当該基板に処理を施すように構成されているイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、イオンビーム偏向マグネットに関し、特に、当該偏向マグネットの偏向面に垂直な方向に長寸法を有する断面形状を持っているリボン状イオンビームに適応しかつそのビーム経路を曲げるように構成された偏向マグネットに関する。更に、当該イオンビーム偏向マグネットを備えているイオン注入装置等のイオンビーム照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
イオンビームの経路を曲げるのに用いられる偏向マグネットは、様々な応用分野において知られており、特にイオン注入の分野において知られている。イオン注入における偏向マグネットの一つの用途は、イオン源からの種々のイオンから成るイオンビームを濾過して、所望の質量対電荷比ｍ／ｑ（ｍは質量、ｑは電荷）を有するイオンを（実質的に当該イオンのみを）含む濾過されたイオンビームを作り出すことである。この分野において良く理解されているように、所定のエネルギーを有するイオンを含むイオンビームが、実質的に均一でありかつビーム方向を横切っている磁界の領域を通過するとき、当該イオンビーム中のイオンは、個々のイオンの質量対電荷比ｍ／ｑに依存する曲率半径を有する曲がった経路を取る。このようにして、イオンビーム中の異なった質量対電荷比ｍ／ｑのイオンは、偏向面において空間的に分離されたものになり、それによって、当該イオンビームが質量分析スリットを通過することで当該イオンビームから不所望のイオンを除去することができる。
【0003】
所要の領域にそれを横切る均一な磁界を発生させる質量分析マグネットは、イオン注入の分野において良く知られている。そのような質量分析マグネットにおいては、当該マグネットの偏向面は上記均一磁界の方向に垂直な平面である。
【0004】
特にイオン注入の分野においては、長寸法および短寸法を有する断面形状を持っているリボン状イオンビームを発生させることも知られている。この出願において、リボン状イオンビームの断面形状の長寸法は、縦横の内の大きい方の寸法のことであり、長手方向寸法または幅と呼ぶこともできる。短寸法は、縦横の内の小さい方の寸法のことであり、短手方向寸法または厚さと呼ぶこともできる。例えば、リボン状イオンビームの断面形状を単純化して長方形と見た場合、長寸法はその長辺の寸法であり、短寸法はその短辺の寸法である。
【0005】
リボン状イオンビームは、イオン注入において注入されるべき基板の全面に均一な注入量を提供するために用いられる場合がある。これは、リボンビームと基板との間の相対的な走査を、当該リボンビームの長寸法と直交する単一方向において行うことによって実現することができる。この目的のためには、注入位置におけるリボンビームの長寸法は、基板を完全に横切って伸びているべきである。半導体デバイスの製造のための既知の半導体基板は、３００ｍｍまでの直径を有する半導体ウェーハを含んでいる。
【0006】
イオン注入はまた、例えばＬＣＤディスプレイ（液晶ディスプレイ）を含むフラットパネルディスプレイの製造に用いられる。表示装置のためのフラットパネルの製造においては、イオン注入されるべきパネルは８００ｍｍ以上の横断寸法を有している場合がある。仮にそのようなパネルにリボンビームによってイオン注入を行う場合、当該リボンビームの長寸法は、注入されるべきパネルの寸法を超えている必要がある。リボンビームを用いてイオン注入を行うときは、当該リボンビームがその長寸法の範囲に亘って優れた均一性を有していることが重要であり、それによって、基板を当該リボンビームの長寸法を横切るように走査することで基板に均一にイオン注入することができる。このことは、リボンビームが、イオン源から直接引き出され、そして所望の基板にイオン注入を行うための注入ステーションへと輸送される、という構成のイオン注入装置を製造することにつながる。
【0007】
典型的には、当該リボンビームは、質量分析マグネットを通され、それによって、イオン源から引き出されたイオンから成るイオンビームから、イオン注入に必要な所望の質量のイオンを（実質的に当該イオンのみを）選別することができる。
【0008】
リボンビームの場合、リボンビームの長寸法方向と平行に磁界が向けられている分析マグネットを通過させることが知られている。これは、所望のイオンが、リボンビームの長寸法と同じ長寸法を持つ質量分析スリットを通過するように、リボンビームを一様に曲げるためである。リボンビームの長寸法の全域に亘って適切で均一な磁界を発生させるためには、当該リボンビームの長寸法に適応するのに十分な磁極間隔が分析マグネットに必要になる。その結果、仮に、磁極の全ギャップ長に亘って、かつ所望の分解能を達成するためにイオンビームを曲げるのに必要な経路長に亘って、所要の磁場均一性を得るとすれば、分析マグネットは非常に巨大なものになる可能性がある。適切な分析マグネットを構成することの困難性は、分析されるリボンビームの長寸法の増大と共に増大する。
【0009】
以上においては、リボンビームの長寸法に垂直な偏向面においてリボンビームを曲げることを、当該イオンビームの質量分析に関連づけて論じたけれども、イオンビーム偏向マグネットは、ビーム指向性制御やビーム走査を含む他の目的に用いることもできる。
【0010】
上記のようなリボン状イオンビームのための従来のイオンビーム偏向マグネットを備えているイオン注入装置の一例が、特許文献１およびそれに対応する特許文献２に記載されている。また、いわゆる窓枠マグネットと呼ばれる従来のイオンビーム偏向マグネットが、特許文献３に記載されている。これらについては、後の本発明の実施形態の説明の所で更に説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２００５−３２７７１３号公報
【特許文献2】米国特許第７，０７８，７１４号
【特許文献3】米国特許第７，１１２，７８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
偏向マグネットの偏向面に垂直な方向に長寸法を有する断面形状を持っているリボン状イオンビームに適応しかつそれを曲げるように構成されている改良された偏向マグネットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この発明によれば、イオンビーム偏向マグネットは、イオンビーム入口、イオンビーム出口およびイオンビームのための偏向マグネットを貫いている曲がった経路を有している。当該曲がった経路は、前記入口および出口間の経路長を有しており、かつ、曲がった中心ビーム軸を持つようにイオンビーム偏向面において単調に曲がっている。当該偏向マグネットは、前記イオンビーム偏向面に垂直な方向に長寸法を有する断面形状を持っているリボン状イオンビームに適応しかつそれを前記曲がったビーム経路に沿って曲げるように構成されている。この偏向マグネットは、前記曲がったビーム経路を前記経路長に沿って囲む強磁性体のヨークを備えている。この強磁性体のヨークは、前記曲がった中心ビーム軸に垂直なそれぞれの平面において、前記経路長伝いに断面内側輪郭を有している。この断面内側輪郭は、原点を前記中心ビーム軸に有し、ｘ軸が前記イオンビーム偏向面内で伸びており、かつｙ軸が当該偏向面に垂直である直交座標（デカルト座標またはカーテシアン座標とも呼ばれる）（ｘ，ｙ）において画定されている。
【0014】
この偏向マグネットは、前記強磁性体のヨークと関連づけられた電気巻線を更に備えている。当該電気巻線は、前記ヨーク内に、前記曲がった経路を横切って偏向磁界を発生させるように構成されており、それによって、所望の質量対電荷比ｍ／ｑを有するイオンから成るリボン状イオンビームを前記曲がった経路に沿って曲げる。
【0015】
この発明の一つの局面によれば、前記断面内側輪郭は、次の四つの式によって定義される線上にそれぞれ位置する四つの斜めの辺を含む複数の辺を有している。（１）ａ1 ｘ＋ｂ1 ｙ＝ａ1 ｂ1
（２）ａ2 ｘ−ｂ1 ｙ＝ａ2 ｂ1
（３）ａ3 ｘ＋ｂ2 ｙ＝−ａ3 ｂ2
（４）ａ4 ｘ−ｂ2 ｙ＝−ａ4 ｂ2
【0016】
ここで、ａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 、ｂ1 およびｂ2 は正数である。前記式（１）および（４）によって定義される線上に位置する二つの前記斜めの辺の各々は、それぞれの前記線上で少なくともｙ＝ｙ’まで伸びており、かつ前記式（２）および（３）によって定義される線上に位置する二つの前記斜めの辺の各々は、それぞれの前記線上で少なくともｙ＝−ｙ”まで伸びており、ここでｙ’およびｙ”は共に正である。
【0017】
以下に、この発明の実施形態を次の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】この発明を実施するイオンビーム偏向マグネットを備えているイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図7】この発明を実施するヨーク構造の様々な形態を示す概略図である。
【図8】この発明を実施するヨーク構造の様々な形態を示す概略図である。
【図9】この発明を実施するヨーク構造の様々な形態を示す概略図である。
【図10】この発明を実施するヨーク構造の様々な形態を示す概略図である。
【図11】この発明を実施する偏向マグネットの斜視図である。
【図14】付加的な四重極コイル構造を有する偏向マグネットの実施形態を更に示す概略図である。
【図16】この発明を実施するイオンビーム偏向マグネットのための入口マニフォールドの斜視図であり、ステアリングコイル組立体および四重極集束コイルを組み込んでいる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
この発明を実施するイオンビーム偏向マグネットは、イオン注入の分野において、特に、フラットパネルディスプレイ装置の製造のための比較的大きいフラットパネルへのイオン注入の分野において用いても良い。図１は、この発明を実施するイオンビーム偏向マグネットを組み込んでいるイオン注入装置の主要な構成要素の幾つかを示す概略図である。
【0020】
図１において、注入されるべきイオンがイオン源１０から引き出され、イオンビーム１１を形成し、それがイオンビーム偏向マグネット１３の入口１２に入る。イオン注入の分野における当業者は、イオン源１０に適している種々のイオン源に精通しているはずである。この分野に用いる典型的なイオン源においては、イオン注入に必要とする原子または分子のイオン種を含む原料がイオン源チャンバーに導入される。当該チャンバーに、例えば電気放電によってエネルギーが付与され、所望のイオン種を含むプラズマが当該チャンバー内に形成される。イオン流が、前記チャンバーの前面板の開口を通して、適度にバイアスされた引出し電極によって作られる電界によって、引き出される。引き出されたイオンは、図１中のイオンビーム１１を形成する。イオン源中のプラズマを形成するためには、電気放電の代わりに、マイクロ波エネルギーのような他のエネルギー源を用いても良い。
【0021】
図１において、イオンビーム偏向マグネット１３は、質量分析マグネットを構成している。通常、入口１２において偏向マグネット１３に入るイオンビーム１１中のイオンは、所定のエネルギーを有しており、それはイオン源１０内のプラズマと偏向マグネット構造との間の電位差に対応している。偏向マグネット１３は、イオンビーム１１のための当該偏向マグネットを貫いている曲がった経路を定めるビーム通路１４を有しており、それはビーム入口１２からビーム出口１５へと伸びている。ビーム通路１４によって定められる曲がった経路は、イオンビーム偏向面において単調に曲がっており、このイオンビーム偏向面は図１における紙面である。ビーム通路１４はまた、曲がった中心ビーム軸を定めており、それは図１１中に鎖線１６で示されている。
【0022】
このイオンビーム偏向マグネット１３は、その磁界の方向が偏向面に垂直に向けられていて、ビーム通路１４の全域に実質的に均一な磁界を発生するように構成されている。その結果、入口１２においてイオンビーム偏向マグネット１３に入射するイオンビーム１１中のイオンは、ビーム通路１４に沿う曲がった経路に沿って進む。当該曲がった経路は、イオンビーム１１中のイオンの質量対電荷比ｍ／ｑ（ｍは質量、ｑは電荷）に対応する曲率半径を有している。それ故に、イオン源からのイオンビーム１１中のイオンであって、同じ電荷数（典型的には１）を有している複数のイオンに対して、イオンビーム偏向マグネット１３は、イオンビームが出口１５において偏向マグネット１３を離れるときに、偏向面内において異なった質量のイオン間に空間的な分離を生じさせる効果を奏する。イオンビーム１１中の上記イオンであってイオン注入に必要なイオン種に対応する質量対電荷比ｍ／ｑを有しているイオンは、ビーム通路１４によって定められた曲がった経路に沿って進む。当該曲がった経路は、曲がった中心ビーム軸１６に実質的に平行である。
【0023】
偏向マグネット１３の出口１５の下流には、当該偏向マグネットから出て来る中心ビーム軸に整列させて、質量分析スリット１７が配置されており、それによって、所望の質量対電荷比ｍ／ｑを有するイオンのみのビームが選別され、当該スリット１７を通して処理室１８へと通過する。処理室１８内では、イオン注入に必要なイオンから成る質量分離されたイオンビーム１９が、処理されるべき基板２０に向けられて当該基板２０に照射される。これによって、基板２０に、例えばイオン注入等の処理を施すことができる。
【0024】
図１等に示す装置は、イオンビーム偏向マグネット１３を通って出て来たリボン状イオンビーム１９を基板２０に照射して当該基板２０に処理を施す構成であるので、イオンビーム照射装置と呼ぶこともできる。基板２０に施す処理の一つとしてのイオン注入に着目すれば、当該イオンビーム照射装置はイオン注入装置と呼ぶことができる。
【0025】
基板２０は、例えば、ウェーハ等の半導体基板、フラットパネルディスプレイのフラットパネル、その他の基板である。
【0026】
図２は、処理室１８内における基板２０を、質量分離されたイオンビーム１９に沿って見た図である。この図２に示すように、イオンビーム１９は、長寸法Ｌを有する断面形状を持っている。このリボン状イオンビーム１９の長寸法Ｌは、偏向マグネット１３の偏向面に垂直である。従って、図１においてはイオンビーム１９の短寸法のみが表されている。
【0027】
基板２０の全表面に亘って注入イオンの均一なドーズ量（注入量）を実現するためには、基板２０に入射するイオンビーム１９が、イオンビーム断面の長寸法Ｌの範囲に亘って、イオンの均一な強度分布を有している必要がある。イオンビーム断面の長寸法Ｌは、図２中に示されているように、注入すべき基板２０の対応する寸法を完全に横切って伸びるのに十分なものとする。更に、基板２０をリボンビーム１９を通り抜けて矢印２１の方向に前後に輸送するために、機構（図１および図２においては図示の簡略化のために示されていない）が処理室１８内に設けられており、それによって、基板２０の全面がイオンビーム１９に曝される。
【0028】
この装置においては、イオンビーム１１は、イオン源１０から、図１の紙面に垂直な方向に長寸法を有しているリボン状ビームとして引き出される。従って、イオンビーム偏向マグネット１３は、当該偏向マグネットの偏向面に垂直な方向に長寸法を有する断面形状を持っているリボン状イオンビーム１１に適応しかつそれを前記曲がった経路１６に沿って曲げるように構成されている。イオンビーム偏向マグネット１３のビーム通路１４を通って輸送されるリボン状ビーム１１の断面形状が寸法ｈの長寸法を有している場合、ビーム通路１４は、当該長寸法に適応するために、当該偏向マグネットを入口１２から出口１５へ貫いている曲がったビーム経路１６の長さの全域に亘って、前記偏向面に垂直な方向に十分な寸法を有していなければならない。
【0029】
偏向面内で前記曲がったビーム経路１６に沿ってイオンビーム１１を曲げるためには、当該偏向マグネット１３を通過するリボン状イオンビーム１１の長寸法ｈに適応するように十分に離れて配置されている磁極間に、偏向面に垂直な磁界を発生させる必要がある。当該磁界の磁束密度は、リボン状イオンビーム１１の長寸法ｈの全域に亘って磁極間で実質的に均一でなければならず、それによって、リボンビームの長寸法の範囲に亘る全ての位置における所望のイオンは同一の偏向力を受ける。更に、曲がった経路１６に沿って進行する所望のイオンから成るリボン状イオンビーム１１の短寸法に適応するために、磁極間の磁束密度は、ビーム通路１４に沿う全ての位置において、曲がったビーム経路１６を横切る方向の十分な距離に亘って実質的に均一でなければならない。
【0030】
図３および図４は、この発明を実施する偏向マグネットの設計および構造を示している。図３は、イオンビーム偏向マグネット１３の部分図であって、当該偏向マグネット１３の曲がった中心ビーム軸１６に垂直な断面を示しており、図１中の線III −III に沿う断面を示している。図４は、図３に示すｘ、ｙ座標の平面において切断した偏向マグネットの概略断面図であり、座標ｚに沿う方向に見て示している。
【0031】
図３および図４に示すように、イオンビーム偏向マグネット１３は、強磁性体のヨーク２５を備えている。このヨーク２５は、偏向マグネットの入口と出口の間の経路長に沿って曲がった中心ビーム軸１６を有している曲がったビーム経路を囲んでいる。ヨーク２５は、当該ヨーク２５の内面によって定められる断面内側輪郭を有している。この断面内側輪郭は、曲がった中心ビーム軸１６に垂直なそれぞれの平面において、偏向マグネット１３を貫いている前記曲がった経路の経路長伝いに（即ち当該経路長に沿って実質的にその端から端まで）実質的に一様である。そのような断面内側輪郭の一つが、図４に示されており、かつ図３および図４に示す直交座標（デカルト座標またはカーテシアン座標とも呼ばれる）（ｘ，ｙ）において画定されている。これらの座標は、原点を中心ビーム軸１６に有しており、当該中心ビーム軸１６は前記断面のそれぞれの平面と交差している。前記座標のｘ軸は、中心ビーム軸１６の曲率面に対応しているイオンビーム偏向面内で伸びている。前記座標（ｘ，ｙ）のｙ軸は、当該偏向面に垂直である。
【0032】
このイオンビーム偏向マグネット１３は、更に、強磁性体のヨーク２５と関連づけられた電気巻線（コイル）２６および２７を備えている。当該電気巻線２６および２７は、ヨーク２５内に、前記曲がった経路１６を横切って偏向磁界を発生させるように配置されており、それによって、所望の質量対電荷比ｍ／ｑを有するイオンから成るリボン状イオンビーム１１を前記曲がった経路に沿って曲げる。これらの電気巻線２６および２７の設計および配置の更なる詳細事項は以下に述べる。
【0033】
図４に見られるように、この実施形態におけるヨーク２５の断面内側輪郭は、ｘ軸およびｙ軸に関して対称である。この断面内側輪郭は、四つの斜めの辺２８、２９、３０および３１を含む六つの辺を有している。この例において、上記斜めの辺２８〜３１は全てｙ軸に対して同一の角度θを形成している。斜めの辺２８および２９は、中心ビーム軸１６の湾曲に対してヨークの半径方向の内側にあり、斜めの辺３０および３１は、ヨークの半径方向の外側にある。図４に示す例においては、角度θは４５°であり、従って斜めの辺２８と２９とは、および斜めの辺３０と３１とは、互いに直角である。
【0034】
ヨーク２５の前記斜めの辺は、斜めの線と呼ぶこともできる。またこの斜めの辺が中心ビーム軸１６に沿う方向に連続して連なって、斜めの面（斜めの内面）を形成している。これについては後で更に説明する。
【0035】
巻線２６は、ヨーク２５の、斜めの辺２８および３１に対応する内面に沿って伸びている導体を有している。巻線２６の導体は、中心ビーム軸１６に実質的に平行になるように前記内面の内側で伸びている。同様に、巻線２７は、ヨーク２５の斜めの辺２９および３０に対応する内面の内側で伸びている導体を有している。また、巻線２７の導体は、中心ビーム軸１６に実質的に平行に伸びている。
【0036】
巻線２６および２７の導体は、四つの斜めの辺２８、２９、３０および３１の各々に沿って、単位距離ごとに均一な数の前記導体を提供するように、均一に配置されている。その結果、各導体に同一の電流が流れると、斜めの辺２８、２９、３０および３１に沿って単位長ごとに均一な電流配分が得られる。
【0037】
図４に示すように、巻線２６中の、斜めの辺２８に沿って配置された導体中を流れる電流の方向は、斜めの辺３１に沿って配置された導体中の電流方向と反対である。同様に、巻線２７中の、斜めの辺２９に沿う導体中の電流の方向は、斜めの辺３０に沿って配置された導体中の電流方向と反対である。図４に示す例においては、斜めの辺２８および２９に沿う導体中の電流の方向は紙面に入っており、斜めの辺３０および３１に沿う導体中の電流の方向は紙面から出ている。
【0038】
強磁性体のヨーク２５の断面内側輪郭は、四つの斜めの辺２８、２９、３０および３１に加えて、頂部３２および底部３３を有している。当該頂部３２および底部３３は、ｘ軸に平行である。即ち、頂部３２および底部３３は、この実施形態ではそれぞれ、辺（頂部辺および底部辺）を形成している。図５および図６に示す実施形態における頂部３２および底部３３、図７〜図１０に示す実施形態における頂部４５および底部４６についても同様である。
【0039】
後で説明するように、上述したような電気巻線２６および２７との組み合わせによって、図４に示す強磁性体のヨーク２５の構造は、ｙ軸に平行に向けられた磁界Ｈを発生させる。当該磁界Ｈは、ヨーク２５の内容積の全体に実質的に均一な磁束密度Ｂを有している。その結果、当該ビーム偏向マグネット１３は、図４中に符号３５で示すような断面形状を有していて、当該偏向マグネット内の磁界に沿う長寸法を有しているリボン状イオンビームに適応することができる。
【0040】
先行技術における従来のイオンビーム偏向マグネットは、リボンビームの長寸法に適応するのに十分な磁極ギャップによって隔てられている一対の磁極を有している場合がある。当該磁極は、リボンビームの長寸法に沿うギャップの全域に実質的に均一な磁束密度を発生させ、かつ、リボンビームの短寸法に適応するために中心ビーム軸の両側に十分な距離に亘って、実質的に均一な磁束密度を発生させるのに十分な寸法を有している必要がある。従来の偏向マグネットは、磁極に物理的に結合されている鉄製コアを囲む励磁コイルと、二つの磁極間を結合する外部ヨークとを備えている場合がある。このような一般的な種類の内の一つの特別な形態のイオンビーム偏向マグネットが、米国特許第７，０７８，７１４号（前記特許文献２）に開示されている。当該特許は、その譲受人に譲渡されており、当該特許の開示内容は、その全部がここに参照組み込みされている。
【0041】
ところが、そのような従来のマグネット設計は、８００ｍｍ以下の長寸法を有するリボンビームに適応するために８００ｍｍ程度の磁極ギャップに対しては十分であるかも知れないけれども、そのような従来の設計をより大きなリボンビームのためにスケールアップすることは重大な実際上の問題を生じさせる。その結果、磁極ギャップを２倍以下でスケールアップするときでも、従来の偏向マグネットの磁極、ヨークおよびコイル構造の質量は３倍以上に増大させなければならない場合がある。それに比べて、図３および図４に示したような偏向マグネットの構造は、上記磁極、ヨークおよびコイルの組み合わせ構造の場合のような不釣り合いな質量増大を伴うことなく、上記のようなスケールアップを可能にすることができる。
【0042】
従来技術のイオンビーム偏向マグネットの更に既知の問題は、当該偏向マグネットの入口および出口における端部磁界によって生み出される収差（これは、簡単に言えば、イオンビームの焦点をぼやかす現象を言う）である。図３および図４に示す構造においては、巻線２６および２７の内の、斜めの辺２８、２９、３０および３１の上端および下端（そこで頂部３２および底部３３に接続されている）に近い導体のみが、当該偏向マグネット内の曲がった経路に沿って曲げられるリボンビームに近接している。その結果、端部磁界によって惹き起こされる収差は、主としてリボンビームの上端部および下端部に限定される。
【0043】
従来技術において知られている他のビーム偏向マグネットの構造は、ホワイト他の米国特許第７，１１２，７８９号（前記特許文献３）に記載されている、いわゆる窓枠マグネットである。この構造においては、励磁巻線の導体は、リボンビームに近接して当該リボンビームの実質的に全幅に亘って位置しており、それによって、リボンビーム全体が、当該マグネットの入口および出口における端部磁界からの収差を受ける場合がある。
【0044】
図４を参照して、図示された偏向マグネット１３の磁気特性は、次のアンペアの法則から導くことができる。
【0045】
【数1】
【0046】
簡単に言えば、上記式は、閉じた経路ｓに沿う磁界Ｈs の線積分は、当該経路によって閉じ込められる総電流ｉに等しいということを述べている。
【0047】
図４を参照して、一つの閉じた経路ｓがＡ→Ｂ→Ｃ→Ａで示されている。それゆえに、アンペアの法則によれば次式となる。
【0048】
【数2】
【0049】
数２において、磁界Ｈは、次式に従って、磁束密度Ｂおよびそれぞれの材料の透磁率μによって表されている。
【0050】
［数３］Ｈ＝（１／μ）Ｂ
【0051】
数２を参照して、その第１項は、偏向マグネット１３の動作ギャップにおける磁界の線積分であり、ここでは透磁率はμ0 である。第２項は、強磁性体のヨーク２５における磁界の線積分であり、ここでは透磁率はμs である。低炭素鋼のような強磁性体のヨーク２５に対しては、μs ≫μ0 であり、従って第２項は第１項よりも遥かに小さい。従って数２は次のように単純化することができる。
【0052】
【数4】
【0053】
上に説明したように、偏向マグネット１３の電気巻線２６および２７は、ヨーク２５の内側輪郭の斜めの辺２８、２９、３０および３１の各々に沿って単位距離ごとに一定数の導体を含んでいる。これらの導体に同一の電流が流されることを仮定すると、この配置は、ヨーク断面の斜めの辺に沿って単位長さごとに一定の電流ｊアンペアを提供することが分る。
【0054】
図４を参照して、この構造はｘ軸に関して対称であり、頂部３２と底部３３との間の間隔またはギャップが２Ｇであれば、次式となる。
【0055】
［数５］ｊ＝Ｉｃｏｓθ／Ｇ
【0056】
ここで、ヨーク内側輪郭の斜めの辺３１に隣接する導体中を流れる総電流がＩ、ヨーク内側輪郭の斜めの辺２８に隣接する導体中を流れる総電流が−Ｉである。従って数４は次式となる。
【0057】
【数6】
【0058】
図４におけるヨークの構造はｘ軸に関して対称であるので、Ｂy（ｘ，ｙ）はまた対称であり、それによって、数６に対する唯一の可能な解は、ｊを数５のｊで置き換えると、次式となる。
【0059】
［数７］Ｂy（ｘ，ｙ）＝２μ0Ｉ／Ｇ
【0060】
このことは、Ｂy は、ｘおよびｙに対して独立であり、かつそれゆえに、ヨーク２５内における偏向マグネットの動作ギャップ全域において一定であることを示している。
【0061】
磁束密度成分Ｂx を考えると、ｘ方向において動作ギャップを横切る線積分を含む閉じた積分経路は、正味ゼロの電流を囲むことになる。これは、ヨーク内側輪郭の斜めの辺３１に隣接する導体からの寄与は、当該ヨーク内側輪郭の斜めの辺２８に隣接する導体からの寄与によって妨げられるからである。
【0062】
結果として、ｘ軸に沿っての数６に等価の式は次式となる。
【0063】
【数8】
【0064】
これの唯一の可能な解は次式である。
【0065】
［数９］Ｂx（ｘ，ｙ）＝０
【0066】
数７および数９の組み合わせによって次のことがもたらされる。即ち、図４中に示すヨーク２５に囲まれた空間における磁束密度は、当該空間の全域において均一であり、かつｙ方向を有している。
【0067】
上記のことが角度θの値とは無関係に真実である、ということもまた論証されている。それゆえに、ヨーク内側輪郭はｙ軸に関して対称である必要がないことも分り、それによって、ヨーク内側輪郭の斜めの辺３０および３１のｙ軸に対する角度は、斜めの辺２８および２９のｙ軸に対する角度と異なっていても良い。このことが図５に図示されており、ここでは斜めの辺３０および３１とｙ軸との間の角度がθ1 として示されており、斜めの辺２８および２９とｙ軸との間の角度がθ2 で示されている。しかしながら、巻線２６および２８は、斜めの辺２８および２９に隣接する導体に沿って流れる総電流−Ｉが斜めの辺３０および３１に隣接する導体に沿って流れる総電流Ｉと同一となるように配置しなければならない。
【0068】
また、ヨーク２５の構造は、ｘ軸に関して対称である必要はない。このことは図６に示されており、ここでは斜めの辺３０とｙ軸との間の角度θ3 は斜めの辺３１とｙ軸との間の角度θ1 と異なっており、更に、斜めの辺２９とｙ軸との間の角度θ4 は斜めの辺２８とｙ軸との間の角度θ2 と異なっている。しかし、ヨーク断面の内容積の全体を通して磁束密度Ｂ（ｘ，ｙ）が均一でありかつｙ方向に向けられるためには、斜めの辺２９および３０に隣接する導体（図６中のｘ軸の下側）によって与えられる電流の大きさは、斜めの辺２８および３１に隣接する導体（図６中のｘ軸の上側）によって与えられる単位長さごとの電流の大きさによって作られる磁界と同一の磁界Ｂy をｘ軸（ｙ＝０）に沿う位置において与えるように調整されるべきである。
【0069】
また、ヨーク２５によって囲まれている容積内において磁場の均一性を維持するためには、斜めの辺３１が斜めの辺３０と交差するのと同一のｙ位置において、斜めの辺２８が斜めの辺２９と交差しなければならない。図６において、上記斜めの辺の二つの交点は共にｘ軸（ｙ＝０）上にある。
【0070】
各斜めの辺２８、３１に隣接する導体によって与えられる総電流がＩa であり、各斜めの辺２９、３０に隣接する導体によって与えられる総電流がＩb であるとすると、ヨーク２５内において次式であれば均一磁場が得られる。
【0071】
［数１０］Ｉb ／Ｉa ＝Ｇb ／Ｇa
【0072】
ここで、Ｇa は、ｘ軸からヨーク内側輪郭の頂部３２までのギャップ間隔であり、Ｇb は、ｘ軸からヨーク内側輪郭の底部３３までのギャップ間隔である。
【0073】
イオンビーム偏向マグネット１３は、図６に示すように、ｘ軸およびｙ軸両方に関して非対称であるヨーク内側輪郭によって均一なギャップ磁場を発生させるように構成することができるけれども、この非対称性は当該偏向マグネットの入口および出口における非対称な端部磁界をもたらす結果となる。それによって、偏向マグネット１３の出口から出て来るリボン状イオンビーム中のイオンの分布において不所望な非対称の収差を生じさせる場合がある。ｘ軸に関して対称なヨーク構造は、偏向マグネットの入口および出口における端部磁界と関連づけられる上記のような非対称の収差を減少させることができる。ｙ軸に関して非対称であるヨーク断面内側輪郭に適している巻線を製造することはより困難な場合があり、従って、図４に示すように、対称なヨーク断面内側輪郭は二重に好ましいと言うことができる。
【0074】
それでも、図６に示す例のように、ヨーク２５の断面内側輪郭がｘ軸およびｙ軸の両者に関して非対称である強磁性体のヨーク構造を有しているイオンビーム偏向マグネットを製作することは確かに可能である。そのようなヨークの断面内側輪郭の幾何学構造は図７中により詳しく示している。この断面内側輪郭は、四つの斜めの辺４０、４１、４２および４３並びに頂部４５および底部４６を有するものとして図７中に示されており、図示のように閉じた六角形の形状を画定している。図７に示すように、直交座標（ｘ，ｙ）上で、前記四つの斜めの辺４０、４１、４２および４３はそれぞれ次の四つの式によって定義される線上にそれぞれ位置する。ここで、ａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 、ｂ1 およびｂ2 は正数である。（１）ａ1 ｘ＋ｂ1 ｙ＝ａ1 ｂ1
（２）ａ2 ｘ−ｂ1 ｙ＝ａ2 ｂ1
（３）ａ3 ｘ＋ｂ2 ｙ＝−ａ3 ｂ2
（４）ａ4 ｘ−ｂ2 ｙ＝−ａ4 ｂ2
【0075】
図７に示すように、ヨーク内側輪郭の頂部４５は、位置ｙ＝ｙ’においてｘ軸に平行な線上にあり、底部４６は位置ｙ＝−ｙ”においてｘ軸に平行な線上にある。従って、斜めの辺４０および４３は、上記式（１）および（４）によって定義される線上に位置していて、その各々の線上で位置ｙ＝ｙ’まで伸びている。同様に、斜めの辺４１および４２は、上記式（２）および（３）で定義される線上に位置していて、その各々の線上で位置ｙ＝−ｙ”まで伸びている。ｙ’およびｙ”は共に正である。ｙ’はａ1 およびａ4 の内の小さい方よりも小さく、その結果、ヨーク内側輪郭の頂部４５はｙ軸を完全に横切って伸びている。同様に、ｙ”はａ2 およびａ3 の内の小さい方よりも小さく、その結果、ヨーク内側輪郭の底部４６もまたｙ軸を完全に横切って伸びている。
【0076】
ヨーク内側輪郭の頂部４５と底部４６との間において、ｙ軸に沿う長寸法ｈを有するリボン状イオンビームに適応するためには、ｙ’＋ｙ”はｈよりも大きくなければならない。このイオンビーム偏向マグネット１３は、前記強磁性体のヨーク２５と関連づけられた電気巻線を更に備えている。当該電気巻線は、前記ヨーク内に、前記曲がった経路を横切る偏向磁界を発生させるように配置されており、それによって、所望の質量対電荷比ｍ／ｑを有するイオンから成るリボン状イオンビームを前記曲がった経路に沿って曲げる。
【0077】
強磁性体のヨーク２５（図３、図４、図５および図６参照）は、当該ヨークの前述した一様な断面内側輪郭の四つの斜めの辺にそれぞれ対応している四つの斜めの内面を有している。電気巻線２６および２７は、当該偏向マグネットの入口および出口の間において、前記曲がった中心ビーム軸に平行に、当該ヨークの斜めの内面に隣接して伸びている複数の軸方向導体要素を有している。これらの軸方向導体要素のブロックは図３中に符号５０および５１で概略的に図示されている。この導体要素５０および５１は、前記断面内側輪郭の四つの斜めの辺の各々に沿って、単位距離ごとに均一な数の前記導体を提供するように配置されている。
【0078】
再び図７を参照して、断面内側輪郭の斜めの辺４０および４３に沿って配置された導体中の総電流は、ｘ軸の上側でＩ’である。斜めの辺４３に隣接する導体中を流れる当該電流Ｉ’は、斜めの辺４０に沿う導体中を流れる総電流−Ｉ’と反対方向である。同様に、斜めの辺４２に沿って一様に配分されて流れる電流の総電流は、ｘ軸の下側においてＩ”であり、斜めの辺４１に沿って均一に配分されて流れる電流の総電流は、ｘ軸の下側において−Ｉ”である。
【0079】
強磁性体のヨーク２５の内側輪郭によって画定された内部空間の全体に所要の均一な磁界Ｈを与えるためには、Ｉ’／Ｉ”＝ｙ’／ｙ”とする。
【0081】
一般的に、角度θ1 、θ2 、θ3 およびθ4 の各々は、２０°以上かつ６０°以下であっても良い。約２０°未満の角度では、斜めの辺を有するヨーク内側輪郭の利点は大幅に減り、約６０°より大きい角度では、ヨーク構造は、付加的な利点を殆ど有することなくより重くなる。
【0082】
図７に示す配置において、頂部４５は、図示された断面内側輪郭における平面において寸法（長さ）ｃ1 を有している。当該断面内側輪郭の底部４６は、対応する寸法（長さ）ｃ2 を有している。好ましい実施形態においては、寸法ｃ1 およびｃ2 の各々は、（ｂ1 ＋ｂ2 ）／２以下である。より好ましい実施形態においては、寸法ｃ1 およびｃ2 の各々は、（ｂ1 ＋ｂ2 ）／４以下である。
【0083】
寸法ｃ1 および／またはｃ2 が（ｂ1 ＋ｂ2 ）／２を超えると、この発明の利点は大きく減少する。
【0084】
図８を参照して、この図は図７の例を十分に非対称にした特殊な例を示しており、ここではｔａｎθ1 ／ｔａｎθ3 ＝ｔａｎθ2 ／ｔａｎθ4 である。この制限はまた、ａ1 ・ａ3 ＝ａ2 ・ａ4 の形で表現しても良い。この制限によって、ヨーク内側輪郭の頂部４５および底部４６は、図７の非対称の例に比べて、ｙ軸に対して実質的に対称性良く配置されているということができる。その結果、有限の厚さのリボン状ビームのために、十分な空間および磁場の均一性を、より容易に提供することができる。
【0085】
図９を参照して、図示されているヨーク内側輪郭はｘ軸に関して対称であり、ここで角度θ4 は角度θ2 と等しく、かつ角度θ3 は角度θ1 と等しい。その結果、ａ2 ＝ａ4 およびａ3 ＝ａ1 である。頂部４５の位置と底部４６の位置とが対称であり、それによってｙ”＝ｙ’である。従って、寸法ｃ1 は寸法ｃ2 と等しい（図９では、両者を同一の符号ｃで単純化している）。ｙ’＝ｙ”であるので、斜めの辺４０および４１に沿って配分された総電流は−Ｉ’に等しく、斜めの辺４２および４３の各々に沿って配分された総電流はＩ’に等しい。
【0086】
図１０は、図４に対応していて完全に対称な配置を示しており、ここでは角度θ1 ＝θ2 ＝θ3 ＝θ4 （図１０では、これら全てを符号θで単純化している）。図１０はまた、θ＝４５°である実施形態を示している。
【0087】
再び図４を参照して、ヨーク２５は、図示された断面内側輪郭の斜めの辺２８、２９、３０および３１に対応している四つの斜めの面を備えている。ヨーク２５の一様な断面内側輪郭の四つの斜めの辺の各々は、｜ｘ｜が最大であり｜ｙ｜が最小であるそれぞれの上下方向中央部端と、｜ｘ｜が最小であり｜ｙ｜が最大であるそれぞれの頂部端との間で伸びている。図４から分るように、ヨーク２５は、それぞれの斜めの内面に垂直な断面厚さを有しており、当該断面厚さは、前記斜めの辺の前記上下方向中央部端での最大値から前記斜めの辺の前記頂部端での最小値へと減少している。この厚さの変化は直線的であっても良い。強磁性体のヨーク２５の厚さが、斜めの辺２８、２９、３０および３１の上下方向中央部端に向かって増大していることは、ヨーク内で当該偏向マグネットの上下方向中央部領域（ここではｙ＝０である）に向けて増大している内部磁束を発生させる効果を奏する。斜めの辺の頂部端（ここではヨークによって発生させる磁束はより少ない）に向けてヨーク２５の厚さを減少させることによって、偏向マグネット１３の全体の重量を減少させることができる。
【0088】
図４に示す実施形態は、ｘ軸およびｙ軸の両者に関して対称である。図５および図６に示すような非対称のヨーク構造の場合においても、ヨーク２５の厚さは、当該ヨークの内側輪郭の斜めの辺の頂部に向けて次第に小さくしても良い。
【0089】
図１１および図１２は、イオンビーム偏向マグネットの実施形態をより詳細に示す。当該図示された実施形態は、図４の対称構造に対応しており、ここでは強磁性体のヨーク２５は、ｙ軸に対して４５°の斜めの辺を有する内側輪郭を有している。
【0090】
図１１および図１２において、前記強磁性体のヨーク２５は、この例では、前記曲がったビーム経路に沿う方向に互いに隣接して配置された六つのセグメント６０で構成されており、それらは、当該分析マグネットを通過するイオンビームのための所要の曲がった経路に適応するように互いにぴったり合わさっている。ヨーク２５はまた、斜めの内側セグメント６０を、対応する外側セグメント６２と連結する六つの天板６１を有している。天板６１は、図４に示したヨーク内側輪郭の頂部３２に対応している内面を形成している。図１１に示すように、天板６１は、分析マグネットの所要の曲率に適応させるために、環状のセグメントとして形成されている。天板６１と同様の底板が、対応する下側の斜めのセグメントを互いに連結するように設けられており、それによって、図４中に図示されたヨーク内側輪郭の底部３３に対応するヨーク面を形成している。
【0091】
天板６１（および図１１および図１２中において図示されていない底板）は、当該偏向マグネットを通過するリボンビームの上端部および下端部に対する収差をより良く制御できる特別な形状をしている。天板６１に設けられた切り抜き６３は、収差を打ち消すために、リボンビーム３５（図４参照）の上端部付近に作られる磁界を修正する効果を奏する。同様の切り抜きは、当該偏向マグネットの前記底板にも設けられているけれども、図１１では図に表れていない。
【0092】
この実施形態では、前記巻線２６および２７（図４参照）は、図１１中に符号６５、７５、６６、７６、６７、７７および６８、７８で示されている鞍型コイルユニットによって提供されている。各鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８は、図４の巻線２６の一部分を形成している。各鞍型コイルユニット７５、７６、７７および７８は、図４の巻線２７の一部分を形成している。従って、鞍型コイルユニット６５と７５とは対を成している。同様に、鞍型コイルユニット６６と７６、鞍型コイルユニット６７と７７、および鞍型コイルユニット６８と７８は、それぞれ対を成している。
【0093】
各鞍型コイルユニットは、前記曲がったビーム経路の内側にある斜めのヨーク内面の内の第１の内面に平行な第１の軸方向列において互いに並んで配置されている第１の複数の軸方向導体要素を備えている。鞍型コイルユニット６５の場合、前記並んで配置された第１の複数の軸方向導体要素は図１１中で符号６５ａで示されている。同様に、鞍型コイルユニット６６、６７および６８の第１の軸方向導体要素は、それぞれ符号６６ａ、６７ａおよび６８ａで示されている。下側コイルユニット２７（図４参照）に対応している鞍型コイルユニット７５、７６、７７および７８は、対応する第１の複数の軸方向導体要素を有している。上述した各々の複数の導体要素中の軸方向導体要素は、均一に配置されており、それによって、ヨーク２５の一様な断面内側輪郭の斜めの辺に沿って単位距離ごとに均一な数の導体要素を提供している。
【0094】
各鞍型コイルユニットは、前記曲がったビーム経路の外側にある斜めのヨーク内面の内の第２の内面に平行な第２の軸方向列において互いに並んで配置されている第２の複数の軸方向導体要素を備えている。この各鞍型コイルユニットのための当該第２の複数の軸方向導体要素は、ヨークのｙ軸の他方側にある鞍型コイルユニットを流れる電流の戻り経路を提供する。上記外側は、曲がったビーム経路に対してヨークの半径方向の外側のことである。各鞍型コイルユニットはまた、偏向マグネットの入口の近傍にあって、前記第１および第２の軸方向列の軸方向導体要素間を接続している接続導体要素６５ｂ、６６ｂ、６７ｂおよび６８ｂを有している。同様に、各鞍型コイルユニットはまた、偏向マグネットの出口の近傍にあって、前記第１および第２の軸方向列の軸方向導体要素間を接続している接続導体要素６５ｃ、６６ｃ、６７ｃおよび６８ｃを有している。
【0095】
前記鞍型コイルユニットの場合、第１の複数の接続導体要素６５ｂ、６６ｂ、６７ｂおよび６８ｂは、当該偏向マグネットの入口での中心ビーム軸に垂直なそれぞれの第１の半径方向面内に位置する第１の半径方向列において互いに並んで配置されている。同様に、第２の複数の接続導体要素６５ｃ、６６ｃ、６７ｃおよび６８ｃは、当該偏向マグネットの出口での中心ビーム軸に垂直なそれぞれの第２の半径方向面内に位置する第２の半径方向列において互いに並んで配置されている。
【0096】
前記各鞍型コイルユニットを考える場合に図１１および図１２から分るように、第１および第２の軸方向列６５ａ、６６ａ、６７ａおよび６８ａのそれぞれの内の各軸方向導体要素は、第１および第２の斜めのヨーク内面の内のそれぞれ隣接するものと垂直に外側に９０°曲がっていて、接続導体要素６５ｃ〜６８ｃまたは接続導体要素６５ｂ〜６８ｂの内の対応するそれぞれのものに接続されている。
【0097】
この実施形態においては、電気巻線２６および２７（図４参照）は、鞍型コイルユニット６５と７５との対（つい）、鞍型コイルユニット６６と７６との対、鞍型コイルユニット６７と７７との対および鞍型コイルユニット６８と７８との対から成る複数対の鞍型コイルユニットを備えている。対を成す鞍型コイルユニットのそれぞれの列の軸方向導体は、各斜めのヨーク内面のそれぞれの部分の内側で伸びている。従って、四つの上側の鞍型コイルユニットによって提供される軸方向導体要素の列６５ａ、６６ａ、６７ａおよび６８ａは、互いに隣接しており、それらが協力して、ヨーク２５の上側の斜めの内面に平行に伸びている完全な上側の巻線２６を形成している。
【0098】
図１１から分るように、上側の鞍型コイルユニットの半径方向列６５ｃ、６６ｃ、６７ｃおよび６８ｃは、一つのものが他のものの内側に入れ子状にきっちり収まるように配置されており、従って外側に収まっている鞍型コイルユニット６５の軸方向導体要素の列６５ａは、隣の鞍型コイルユニット６６の軸方向列６６ａよりも長い。同様に、軸方向列６６ａは鞍型コイルユニット６７の軸方向列６７ａよりも長い。同様に、軸方向列６７ａは鞍型コイルユニット６８の最上部の軸方向列６８ａよりも長い。このような構造は、下側の鞍型コイルユニット７５、７６、７７および７８にも採用されている。
【0099】
これまでに述べて来たイオンビーム偏向マグネットの巻線の上記構造には、数々の利点がある。第１に、偏向マグネットのための巻線構造の全体が複数の部品に分割されるので、製造および組立をかなり容易にすることができる。また、各鞍型コイルユニットのための接続導体の半径方向列６５ｂ〜６８ｂおよび６５ｃ〜６８ｃは互いにきっちり収まっているので、半径方向列の全体の半径方向寸法を小さくすることができ、かつ必要とされる導体の全体の長さもまた小さくすることができる。前述したように、上記きっちり収まる構造は、偏向マグネットの上下方向中央部に近い軸方向導体列（例えば６５ａおよび６６ａ）を偏向マグネットの入口および出口においてヨーク構造の端を超えて伸ばす必要があるけれども、これらの比較的長い軸方向導体によって惹き起こされて大きくなる端部磁界は、図４に示すｙ軸の近くに位置しているイオンビームから十分に離れたものとなり、それによって、これらの伸ばされた軸方向導体６５ａおよび６６ａによってもたらされる収差は最小になる。
【0100】
各鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８を形成するのに用いる導体の巻き数は、各鞍型コイルユニットにおける導体長の全体的な相違を最小化するために調節しても良い。例えば、最も外側に収まるコイルユニット６５と最も内側に収まるコイルユニット６８との間で鞍型コイルユニットの巻き数を徐々に増大させても良い。その結果、軸方向導体列６５ａ、６６ａ、６７ａおよび６８ａ中の導体間隔は巻線全体に亘って均一であるので、各導体要素列の幅もまた導体列６５ａから導体列６８ａへと増大する。各鞍型コイルユニットの全体的な導体長を実質的に同一に保つことによって、各鞍型コイルユニットにおける電力損失を実質的に均一に保つことができる。各鞍型コイルユニットの導体要素は、水冷の管状の要素である。
【0101】
各鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８の巻線は、所要の電流で駆動（励磁）するために、一つの励磁電源に直列に接続しても良い。しかしながら、鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８（または少なくともその内の幾つか）を、別々の励磁電源から独立して駆動（励磁）することもまた好ましい。通常、偏向マグネット内に所望の均一な偏向磁界を発生させるためには、下側の鞍型コイル７５〜７８中の電流は、上側の鞍型コイル６５〜６８中の電流と一致しているべきである。
【0102】
図１２を参照して、前述した偏向マグネット１３に対応する部分には同一の参照符号を付している。この図１２は、図４のヨーク内側輪郭の斜めの辺２９に対応する内側の斜めの面を提供する六つの下側のヨークセグメントを示している。これらのヨークセグメントは、図１２中に参照符号７０で特定している。図１２において、リボンビーム３５が偏向マグネットの入口１２から入り、出口１５から出ているのが示されている。
【0103】
図１１は、偏向マグネットの入口にある入口マニフォールド８０および偏向マグネットの出口にある出口マニフォールド８１を示している。入口マニフォールド８０はアクセスカバー８４を有しており、それはこの図では開いた状態で示されている。入口マニフォールド８０は、偏向マグネット内において前記曲がった経路に沿って伸びている真空ビームガイド９０（図１３参照）につながっており、当該真空ビームガイドは偏向マグネットの出口で出口マニフォールド８１とつながっている。このようにして、リボンビームに対して、偏向マグネットを貫く真空の経路を提供することができ、一方、ヨークおよび巻線は大気中にある。
【0104】
入口マニフォールド８０および出口マニフォールド８１は、それぞれ、磁界クランプ８２および８３を備えている。磁界クランプ８２および８３は、それぞれ、ビーム経路から横方向に伸びている強磁性体の板から成り、偏向マグネットによって発生された磁界を阻止して、当該磁界が入口マニフォールド８０の上流側へ広がるのを妨げ、かつ出口マニフォールド８１の下流側へ広がるのを妨げるためのものである。磁界クランプ８２および８３は、それぞれのマニフォールド８０および８１の内側に伸びていて、偏向マグネットに入りかつ出るイオンビームのためのビーム開口を提供している。磁界クランプ８２の一部は、入口マニフォールド８０のアクセスカバー８４の内面上で折り返して図示されている。完全な磁界クランプ８２および８３は、図１２中に概略的に図示されている。
【0105】
図１３は、図１１に対応しているイオンビーム偏向マグネットの更なる図であるが、ここでは入口マニフォールドを除去し、かつヨークの前記セグメント６０および６２の上側の三つのセグメントも除去している。更に、鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８は、内部構造を明らかにするために、偏向マグネットの中央から出口まで切断している。
【0106】
図１３においてはヨークの天板もまた除去しており、それによって、偏向マグネットの入口１２から出口１５へと伸びている内側の真空ビームガイド９０を明らかにしている。この真空ビームガイド９０は、長方形の断面を有していて、ヨークの天板６１とそれに対応する底板との間で垂直に伸びている。この真空ビームガイド（ガイド管）９０は、リボンビームに適応する寸法を有しており、リボンビームに対して所要の真空容器を提供している。この真空ビームガイド９０は、偏向マグネットの入口で入口マニフォールド８０（図１１参照）とつながっており、偏向マグネットの出口で出口マニフォールド８１とつながっている。
【0107】
側部トリムコイル９１および９２は、真空ビームガイド９０の半径方向に内側の面に取り付けられており、真空ビームガイド９０の入口から出口までの実質的に全長に亘って伸びている。上記と対応するトリムコイルが、ビームガイド９０の半径方向に外側の面に取り付けられている。図から分るように、これらのトリムコイルは、強磁性体のヨーク（２５）の内側に取り付けられていて、偏向マグネットを通過するイオンビームの曲がった経路に近接して伸びている。このトリムコイルは、曲がったビーム経路に沿う位置においてトリム（整形）磁界を発生させるように励磁可能であり、それによって、偏向磁界の収差によってもたらされるリボン状イオンビームの断面形状の歪みを減少させる効果を奏する。
【0108】
偏向マグネットの入口および出口における端部磁界によってもたらされる収差は、偏向マグネットを出るリボン状イオンビームの断面形状を歪める効果を有する場合がある。これは、リボンビームが通過して不所望のイオン種を当該ビームから除去するための質量分析スリットと組み合わせた偏向マグネットの分解能を低下させる効果を有する。トリムコイル９１および９２は、このリボンビームの断面形状の歪みを修正するために励磁することができる。トリムコイル９１および９２は、偏向マグネットの入口および出口の端部磁界によってもたらされる歪み（収差）を修正するために、真空ビームガイド９０内に六重磁界を発生させるように励磁しても良い。
【0109】
図１３に示すように、上側のトリムコイル９１は、ビーム経路に平行に伸びている上側導体要素９１ａおよび下側導体要素９１ｂを有している。同様に、下側のトリムコイル９２は、ビーム経路に沿って平行に伸びている上側導体要素９２ａおよび下側導体要素９２ｂを有している。トリムコイル９１および９２は、偏向マグネットの、図４中のｘ軸に対応している中央面の互いに反対側に対称に配置されている。
【0110】
図４には、トリムコイル９１および９２の上側および下側の導体要素９１ａ、９１ｂおよび９２ａ、９２ｂ中を流れる電流の組み合わせが一例として示されている。真空ビームガイド９０の半径方向外側に位置するトリムコイルは、同様に励磁されて、図４中に符号９３ａ、９３ｂおよび９４ａ、９４ｂで示すような電流を提供する。図４に示されているようなトリムコイル中の電流の効果は、イオンビーム中のイオンのリボンビーム中心（ｙの値が小さい部分）方向への曲率を増大させ、かつ、イオンビーム中のイオンのリボンビーム端（ｙの値が正および負に大きい部分）方向への曲率を減少させることである。
【0111】
収差を減少させて偏向マグネットから出て来るリボンビームの形状を最適化するために、前記トリムコイルに他の電流配置を適用しても良い。
【0112】
トリムコイル９１および９２に加えて、偏向マグネットの主磁界を形成する鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８の内の異なったものの中を流れる電流の相対的な電流値を調節することによって収差を修正することもできる。鞍型コイルユニットの巻線中の相対的な電流値を調節することによって、偏向マグネットの入口および出口において端部磁界によって惹き起こされる収差を補償するために、偏向マグネット内の名目上は均一な磁界をうまく歪ませることができる。リボン状イオンビームを曲げるために望ましい均一な磁界を発生させる強磁性体のヨークと関連づけられている巻線についてこの明細書中で言及している事項は、不所望な収差を修正するために前記磁界を歪ませる可能性があるという背景において理解されるべきである。
【0113】
一つの実施形態においては、偏向マグネットは、ヨーク内の真空ビームガイド９０の上面と下面との間の磁極ギャップとして最大で１５００ｍｍの磁極ギャップを有している。当該偏向マグネットによって提供される全体の偏向角度は約７０°である。所望のイオンビームを、偏向マグネットを貫いている曲がったビーム経路に沿って曲げるのに必要な磁界は、当該イオンビームの磁気剛性率から計算することができる。そのような構造によって、リボン状イオンビームを曲げ、質量分離し、最大で約１３５０ｍｍのリボン幅（長寸法）で質量分析スリットから出現させることができる。当該リボンビームが平行化されることを想定すると、このことは、イオン注入される基板に照射されるリボンビームの最大の長寸法Ｌが約１３５０ｍｍであることを意味している。従って、当該リボンビームによって均一にイオン注入され得る基板の最大寸法は、１３５０ｍｍ以下となる。
【0114】
図１４から図１７は、上述したイオンビーム偏向マグネットから出て来るリボンビームの最大の長寸法よりも若干大きい長寸法を有している基板上にリボンビームのフットプリントを与えることに適応させたイオンビーム偏向マグネットの変形例を示している。この寸法増大は、偏向マグネットに入るリボンビームをその長寸法（ｙ寸法）に沿って若干圧縮し、そして当該偏向マグネットから出て来るリボンビームをその長寸法（ｙ寸法）に沿って若干発散させるように構成することによって実現することができる。リボンビームのｙ方向における上記発散の結果として、イオン注入される基板上のリボンビームのフットプリントはより大きな長寸法を持つことができるようになり、それによって、より大きな基板にイオン注入を行うことができる。
【0115】
図１４および図１５は、イオンビーム偏向マグネットの図１２に対応する図であるけれども、四つの互いに入れ子状にきっちり収まった鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８を完全に見せるために、当該偏向マグネットの上下方向中央部（または中央面）の上のヨーク構造を除去した状態で示している。更に、図１４および図１５において、内部の真空ビームガイド９０の中央面の上の上側半分も除去している。また、入口マニフォールド８０の中央面の上側半分も、磁界クランプ８２および８３の中央面の上側半分と共に除去している。更に、出口マニフォールド８１は、上記構造を明確にするために完全に除去している。
【0116】
入口マニフォールド８０は図１６においてより詳しく図示されており、図１７は当該入口マニフォールド８０内に含まれているコイル構造を図示している。まず図１６および図１７を参照して、入口マニフォールド８０は一対のステアリングコイル９５および９６を含んでいる。この入口マニフォールド８０内のステアリングコイル９５および９６は、入口マニフォールド８０を通過して偏向マグネット内に入るリボン状ビームの反対側に互いに位置するように、互いに平行な面内に配置されている細長い巻線である。
【0117】
動作において、ステアリングコイル９５および９６は、リボンビームの主面に対して横向きに、概ね垂直に、磁界を発生させるために、図示しない励磁電源からの同一方向の電流によって励磁される。当該ステアリングコイル９５、９６は、それゆえに、リボンビームの所望量の垂直偏向（ｙ方向において）を提供することに利用することができる。このリボンビームの垂直ステアリングは、概ねリボンビームの主面内におけるものであるけれども、イオン注入装置の処理室１８内のイオン注入される基板上のリボンビームのフットプリントの正確な位置を制御するために有用である。このようにして、ステアリングコイル９５および９６は、イオン源のイオン源開口と第１引出し電極間で生じることがある熱膨張および位置合わせ不良（これらはイオンビームの初期軌道を左右する）による問題を補償するのに必要な場合に用いることができる。ステアリングコイル９５および９６によって発生される磁界は、本質的には双極子である。
【0118】
入口マニフォールド８０はまた、四重極コイル組立体９７、９８、９９および１００（図１７中に最もよく表れている）を含む四重極巻線を含んでいる。各四重極コイル組立体は、リボンビームの一端部に位置している内側巻線９７ａと、それよりも若干大きくてリボンビームの中心線の方へ更に伸びている外側巻線９７ｂとを備えている。四重極コイル組立体９７および９８は、図示しない励磁電源からの同一方向に流れる電流によって励磁され、リボンビームの上端部を横切って横向きに磁界を形成する。当該磁界は、イオンビームの中心線に向けて下向きに、リボンビームの上端部付近のイオンビーム中のイオンを制御することができる偏向を提供する働きをする。同様に、四重極コイル組立体９９および１００は、図示しない励磁電源からの四重極コイル組立体９７および９８を励磁する電流とは反対極性の電流で励磁され、リボンビームの下端部付近を横切る磁界を発生させる。当該磁界は、イオンビーム中のイオンを当該イオンビームの中心線に向けて上向きに偏向させる。各四重極コイル組立体の内側巻線および外側巻線は、横向きの磁界の所望の変化量を提供するために、同一方向に励磁される。
【0119】
四重極コイル組立体９７、９８、９９および１００によって、偏向マグネットに入るリボンビームの長寸法を若干小さくするように、リボンビームの上端部および下端部を当該リボンビームの中心線に向けて制御可能に曲げる（集束させる）ことができる。
【0120】
再び図１４を参照して、図示のように、第１および第２の四重極コイル組立体１１０および１１１が、鞍型コイルユニット６５、６６、６７および６８に重なるように設けられている。第１の四重極コイル組立体１１０は、図４中に示したようなヨーク内側輪郭の斜めの辺２８、２９、３０および３１に対応しているヨークの四つの斜めの内面の各々に沿って並べられた、それぞれ実質的に平らな環状の巻線１１０ａ、１１０ｂを備えている。図１４においては、四重極コイル組立体１１０を形成する四つの巻線の内の二つ（１１０ａおよび１１０ｂ）のみが見えている。これに対応する巻線もまた、当該偏向マグネットのヨークの下側の斜めの内面に対して設けられている。
【0121】
上述したイオンビーム偏向マグネットの実施形態においては、ヨークによって形成される各斜めの面は、ｘ軸に対してそれぞれ４５°である。このｘ軸は、この実施形態では水平線に相当する。四重極コイル組立体１１０の巻線間を通っている真空ビームガイド９０内の部分に四重極磁界を発生させるためには、四重極コイル組立体１１０の巻線は、リボンビームの上側部分において上方偏向、およびリボンビームの下側部分において下方偏向を発生させる実質的に横向きの磁界を発生させる極性で励磁される。四重極コイル組立体１１０の隣り合う巻線（例えば１１０ａおよび１１０ｂ）は互いに９０°であるので（ヨークの辺が垂直に対して４５°だからである）、その結果として、当該コイル構造は真空ビームガイド９０内に所要の四重極磁界を発生させることができる。
【0122】
当業者によく知られているように、四重極磁界は、当該磁界を通過するイオンをビーム方向に垂直な一方向において集束させ、ビーム方向に垂直な方向で前記一方向とは直角の方向において発散させる効果を有している。四重極コイル組立体１１０は、図示しない励磁電源によって、ｙ方向（これはリボンビームの長寸法方向である）において発散を提供し、ｘ方向（これはリボンビームの短寸法方向である）において集束を提供するように励磁される。リボンビームはｘ方向（これは当該リボンビームの厚さに対応している）において比較的短い距離伸びているので、ｘ方向の集束は、ｙ方向の発散に比べて大きさが小さいけれども、リボンビームの厚さを小さくすることに役立ち、質量分析スリット１７における質量分解能の向上を可能にする。
【0123】
第２の四重極コイル組立体１１１は、第１のコイル組立体１１０と同一の構造を有しており、図示しない励磁電源によって同一の極性で励磁され、それによってイオンビームの更なるｙ方向の発散を提供する。
【0124】
四重極コイル組立体１１０および１１１の結果として、偏向マグネットを出て行くリボンビームは、ｙ方向（これはリボンビームの主面にある）における制御された量の発散を有することができる。実際には、四重極コイル組立体１１０および１１１は、ｙ方向において５°までのビーム発散を提供するように励磁されても良い。その結果、イオン注入される基板上のリボンビームのフットプリントを、偏向マグネットの真空ビームガイド９０を通すことができるリボンビーム幅よりも大きくすることができる。入口四重極コイル組立体９７〜１００と共に四重極コイル構造１１０および１１１がないときは、最大寸法が約１５００ｍｍを有する真空ビームガイド９０を備えている偏向マグネットは、約１３５０ｍｍの平行化されたリボンビームを提供することができる。図１４〜図１７に関連して説明した四重極コイル組立体を有している場合は、偏向マグネットから取り出した発散リボンビームは、イオン注入される基板上に少なくとも１５００ｍｍのイオンビームのフットプリントを提供することができる。その結果、このイオン注入装置は、１５００ｍｍの寸法を有する基板にイオン注入を行うことに用いることができる。
【0125】
図１４において、第１の四重極コイル組立体１１０は、イオンビーム偏向マグネットのビーム進行方向長さの中ほどに、より具体的には入口と出口との間の中間付近に位置している。第２の四重極コイル組立体１１１は、第１のコイル組立体１１０に隣接して当該偏向マグネットの出口側に設けられている。図１５は、代わりの配置を示しており、ここでは第２の四重極コイル組立体１１１は、中央に位置するコイル組立体１１０に隣接していて当該偏向マグネットの入口側に設けられている。
【0126】
図１４および図１５の両方の配置において、前記二つの四重極コイル組立体１１０および１１１は、協働して動作するように図示しない励磁電源によって励磁され、四重極磁界の拡張された領域を提供し、リボンビームのｙ方向における発散を提供する。二つの四重極コイル組立体１１０および１１１を、図１５中に示すように、偏向マグネットの入口付近に位置させることによって、基板へのイオン注入位置でのイオンビーム中のイオンの最大発散角を幾分小さくすることかできる。
【0127】
上述した実施形態において、偏向マグネットのヨーク構造の複数の斜めの面は、当該偏向マグネットの実質的に中央面（ここではｙ＝０）に向けて伸びており、それによって中央面の下方の隣接する斜めの面と共に尾根を実質的に形成している。図１０を参照して、上に述べたことは、図１０に示すように、斜めの辺４０と４１とがｘ軸上のｘ＝ｂで合わさり、更にまた斜めの辺４２と４３とがｘ軸（ｙ＝０）上のｘ＝−ｂで合わさる、ということと等価である。
【0128】
他の実施形態においては、上記斜めの辺４０および４１（図１０参照）は、共に、ｘ＝ｘ’＜ｂの点で終り、垂直線５５（これはｙ軸に平行である）によって結ばれている。同様に、斜めの辺４２および４３は、ｘ＝−ｘ’＞−ｂの点で終り、垂直線５６によって結ばれている。その結果、ヨークは、斜めの辺４０、４１、４２および４３の先端部を切り取った残りの長さに相当する四つの斜めの内面を有しており、頂部面および底部面は前記と同様に、図１０の断面内側輪郭の頂部４５および底部４６に相当しており、また垂直側面は垂直線５５および５６に相当している。
【0129】
上記のような構造において、巻線は、ヨークの斜めの内面に近接するビーム経路に平行な導体を有しているべきであり、それによって前述した実施形態と同様に、斜めの辺４０、４１、４２および４３に沿って単位距離ごとに同一の均一な電流を提供することができる。しかしながら、ビーム経路に平行な巻線は、垂直線５５および５６に相当する側面にも隣接して設けなければならない。ヨークの垂直側面に隣接するこれらの巻線は、垂直側面５５および５６の外側における、換言すればｘ’よりも大きくかつ−ｘ’よりも小さいｘの値における斜めの面上の位置で、前述した実施形態における斜めの面に隣接する導体によって運ばれるのと同一の総電流を流すべきである。そのようにすることによって、ヨーク構造の側面５５および５６での斜めの面４０、４１、４２および４３の切り取りは、ヨークの内部空間内に形成される磁界に何の影響も及ぼさないことが分る。
【0130】
上述したこの発明およびその実施形態の説明では、強磁性体のヨークは、偏向マグネットを貫いているイオンビーム経路長に沿ってずっと一様な断面内側輪郭を有しているものとして記載している。実際上は、当該強磁性体のヨークは、図１１および図１２中に示すセグメント６０および７０のような複数のセグメントで構成しても良い。これらのセグメントは、全体としては、当該偏向マグネットのイオンビーム経路長に沿って所要の曲がった輪郭を提供するように形作られているけれども、各セグメントは実質的に平坦な内面を有していても良い。従って、ヨークの断面内側輪郭は、当該偏向マグネットを貫いているイオンビーム経路長の端から端まで正確に一様である必要はない。このような状況において、「一様」と言うのは、断面内側輪郭における上記のような小さな変化（違い）を含むものとして理解されるべきである。
【0131】
以上の詳細な説明は、この発明が採り得る多くの形態の内の幾らかだけを記載したものである。それゆえに、当該詳細な説明は、例示のためになされたものであり、制限のためになされたものではない。この発明の範囲を画定するために意図されているものは、全ての均等物を含めて、以下の特許請求の範囲だけである。
【符号の説明】
【0132】
１０ イオン源１１ リボン状イオンビーム
１２ 入口
１３ イオンビーム偏向マグネット
１４ ビーム通路
１５ 出口
１６ 中心ビーム軸
１７ 質量分析スリット
１８ 処理室
１９ 質量分離されたイオンビーム
２０ 基板
２５ 強磁性体のヨーク
２６、２７ 電気巻線
２８、２９、３０、３１ 斜めの辺
３２ 頂部
３３ 底部
３５ リボンビーム
４０、４１、４２、４３ 斜めの辺
４５ 頂部
４６ 底部
５０、５１ 導体要素
６０ ヨークのセグメント
６１ 天板
６２ 外側セグメント
６３ 切り抜き
６５、６６、６７、６８、７５、７６、７７、７８ 鞍型コイルユニット
６５ａ、６６ａ、６７ａ、６８ａ 軸方向導体要素
６５ｂ、６６ｂ、６７ｂ、６８ｂ 第１の接続導体要素
６５ｃ、６６ｃ、６７ｃ、６８ｃ 第２の接続導体要素
７０ ヨークのセグメント
８０ 入口マニフォールド
８１ 出口マニフォールド
８２、８３ 磁界クランプ
８４ アクセスカバー
９０ 真空ビームガイド
９１、９２ 側部トリムコイル
９１ａ、９２ａ 上側導体要素
９１ｂ、９２ｂ 下側導体要素
９５、９６ ステアリングコイル
９７、９８、９９、１００ 四重極コイル組立体
９７ａ 内側巻線
９７ｂ 外側巻線
１１０、１１１ 四重極コイル組立体
１１０ａ、１１０ｂ 巻線