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(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】
(24)【登録日】2022-06-22
(45)【発行日】2022-06-30
(54)【発明の名称】イオン源及びイオン注入機
(51)【国際特許分類】
H01J 27/02 20060101AFI20220623BHJP
H01J 37/08 20060101ALI20220623BHJP
H01J 37/317 20060101ALI20220623BHJP
【ＦＩ】
H01J27/02
H01J37/08
H01J37/317 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019504018
(86)(22)【出願日】2017-10-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-12-26
(86)【国際出願番号】 IB2017001495
(87)【国際公開番号】W WO2018087594
(87)【国際公開日】2018-05-17
【審査請求日】2020-09-15
(31)【優先権主張番号】62/420,889
(32)【優先日】2016-11-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(74)【代理人】
【識別番号】100129702
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 喜永
(72)【発明者】
【氏名】ハフト サミ ケー
(72)【発明者】
【氏名】サッコ ジョージ
【審査官】牧 隆志
(56)【参考文献】
【文献】特開平０１－０９５４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０９８００３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０５９７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３３７６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５４０５３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１９５０７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－１４８１０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２３９５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８３０４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－２６３７４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－９７９５８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ２７／００ － ２７／２６
Ｈ０１Ｊ ３７／００ － ３７／３６
Ｈ０５Ｈ １／００ － １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスを供給するガス源と、貫通する長手軸を規定するとともに、側壁に沿った射出口を有するイオン化チャンバであって、複数のイオンを生成するプラズマを前記ガスから形成するように構成されたイオン化チャンバと、
前記イオン化チャンバの前記射出口に設けられて、前記イオン化チャンバからイオンビームを引き出す複数の引き出し電極とを具備し、
前記複数の引き出し電極の並び方向に沿って前記イオン化チャンバから前記イオンビームが引き出されるように構成されており、
前記複数の引き出し電極はそれぞれ、複数のスリットを形成するとともに、前記イオン化チャンバからの前記イオンビームの電流の増大又は前記イオンビームの引き出し角度の制御の少なくとも何れかを可能とする間欠的に設けられた棒状部材群を備えており、
間欠的に設けられた前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材は、前記イオン化チャンバの前記長手軸に平行な長尺状をなすものであり、
最も前記イオン化チャンバの近くに位置している前記引き出し電極が備える前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の長手方向に直交する断面である横断面の形状が、別の前記引き出し電極が備える前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記長手方向に直交する断面である横断面の形状と同じであり、
前記複数の引き出し電極が備える前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記横断面の形状が、正方形であり、
最も前記イオン化チャンバの近くに位置している前記引き出し電極が備える前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記横断面の形状が、別の前記引き出し電極が備える前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記横断面の形状に対して４５度傾いており、
前記別の引き出し電極が備える前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記横断面の形状が、前記イオン化チャンバから引き出される前記イオンビームの引き出し方向に平行な辺を有する正方形である、イオン源。
【請求項2】
前記複数の引き出し電極のうちの少なくとも１つの引き出し電極に間欠的に設けられた前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記長手方向における一端部は、固定されており、間欠的に設けられた前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の前記長手方向における他端部は、摺動可能である、請求項１記載のイオン源。
【請求項3】
前記複数の引き出し電極のうち、最も前記イオン化チャンバの近くに位置するプラズマ電極と最も前記イオン化チャンバから遠くに位置する接地電極との間に設けられたプラー電極又は抑制電極が、内側に前記イオン源が設けられた真空チャンバに接続された導電性棒状部材に物理的に接触するように構成されており、前記導電性棒状部材が、前記プラー電極又は前記抑制電極の電圧を設定するように構成されている、請求項１記載のイオン源。
【請求項4】
前記導電性棒状部材の第１端部が、前記プラー電極又は前記抑制電極と物理的に接触するとともに、前記導電性棒状部材の第２端部が、前記導電性棒状部材を介して前記プラー電極又は前記抑制電極に力を与える弾性部材と連動している、請求項３記載のイオン源。
【請求項5】
請求項１記載のイオン源を備え、
前記イオンビームは、第１端部と第２端部との間で曲線軌道を規定するチャンバを備えた分析マグネットに導入され、
前記イオン源が、前記第１端部に近接するように、前記分析マグネットの外部に配置されている、イオン注入機。
【請求項6】
前記分析マグネットが、前記第２端部に近接するように前記チャンバ内に配置された質量分析スリットを備えている、請求項５記載のイオン注入機。
【請求項7】
前記分析マグネットが、少なくとも一部が前記チャンバの外側に設けられた磁気集束レンズを具備し、前記磁気集束レンズが、前記質量分析スリットを前記イオンビームが通過した後に、当該イオンビームを非分散型平面で集束、発散、又は蛇行させるように構成されている、請求項６記載のイオン注入機。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１６年１１月１１日に出願された、米国仮特許出願第６２／４２０，８８９号に基づく優先権及び利益を主張するもので、本出願の譲受人に譲渡されており、その全内容は、参照により本願明細書に組み込まれている。
【0002】
本発明は、概してイオン源に関するものであり、より詳細には、低エネルギーで高ドーズ量のイオンビームの生成に用いられるイオン源に関するものである。
【背景技術】
【0003】
イオン注入は、半導体デバイスの製造における根幹技術であり、現在はトランジスタのｐｎ接合の製造を含む多くのプロセスに用いられており、特にメモリやロジックチップ等のＣＭＯＳデバイスの製造に用いられている。トランジスタを製造するために必要なドーパント元素を含み正電荷を帯びたイオンをシリコン基板中に生成することで、イオン注入機は、トランジスタ構造に導かれるエネルギー（すなわち、注入深さ）とイオン電流（すなわち、ドース量）との両方を選択的に制御することができる。
【0004】
図１は、従来の先行技術であるイオン注入機１００を示している。稼動時には、イオン源１１０内で生成されたプラズマイオンが、静電光学系（不図示）によって引き出され得、数ｋｅＶから約１００ｋｅＶまでのエネルギー幅のある高エネルギーのイオンビーム１１２が生成される。イオンビーム１１２は、イオン源１１０の下流且つ外側に設けられた質量分析マグネット１２０によって輸送及び集束される。質量分析マグネット１２０は、質量電荷比に応じてイオン種を空間的に分離又は分散するように構成されている。ひとたび空間的に分離されると、イオンビーム１１２は、質量分析マグネット１２０の下流且つ外側にある質量分析器（ＭＲＡ）又は質量分析スリット（ＭＲＳ）１２２によって遮蔽される。ＭＲＳ１２２は、細長い穴を具備し、この穴で遮断されなかったイオンのみが、注入機の下流に導かれ、イオンビーム１１２は、加速器１２４によって所望のエネルギーまで加速され、最終的に被処理物１２６に衝突して、選択されたイオンによる注入が行われる。被処理物１２６は、ターゲットチャンバ１２８内に配置され得る。従来のイオン注入機１００の短所は、サイズ（すなわち、設置面積）が比較的大きいことであり、従って稼動させるには相当の大きさの設備が必要となる。さらに、イオン注入機１００は、実際のスループットにおいて、１ｋｅＶ Ｅｌ ６のような高ドーズ量の注入をなし得ない。仮に、今日のイオン注入システムが、理論上この高ドース量を実現できたとしても、これらのシステムには純種及び純エネルギーが必要であり、実現するのは非現実的である。従って、改良されたイオン注入機には、よりコンパクトな設計で、比較的低いエネルギー且つ比較的高いドーズ量のイオンビームプロファイルを生成できるようにする必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、一実施形態において、質量分析マグネットの内側に設けられて配置されたイオン源を有する改良されたイオン注入機を提供するものであり、そのイオン源の内部では質量分析マグネットの磁場がプラズマの生成に用いられている。一実施形態において、質量分析スリットも、質量分析マグネットの内側に設けられている。さらに本発明は、大電流のリボンビームを生成可能であり、且つ、イオンビームの引き出し角度を制御可能な改良されたイオン源を提供するものである。従って、本発明の機構は、従来のイオン注入機（例えば、図１のイオン注入機１００）と比べて、より大きいビーム電流を輸送することが可能な短尺化されたイオンビームを生成することを可能とするものである。
【0006】
一態様において、イオン注入機が提供される。前記イオン注入機は、イオンビームを生成するように構成されたイオン源と、内側に磁場を有するチャンバを定めた分析マグネットとを具備している。前記チャンバは、当該チャンバの第１端部及び第２端部の間に曲線軌道を設けてある。前記イオン源は、前記第１端部に隣接するように、分析マグネットのチャンバ内に配置されている。前記分析マグネットは、前記イオンビーム中の１つ又は複数のイオン種を空間的に分離させるように、前記イオン源からの前記イオンビームを前記チャンバ内において前記曲線軌道に沿って曲げるように構成されており、前記イオン源は、前記分析マグネットの磁場に曝されている。
【0007】
一実施形態において、前記イオン注入機の前記イオン源は、前記分析マグネットの前記チャンバ内に設けられて、前記イオン源から前記イオンビームを引き出すための１つ又は複数の引き出し電極を備えている。少なくとも１つの前記引き出し電極は、当該少なくとも１つの引き出し電極内に複数のスリットを形成する間欠的に設けられた棒状部材群を備えている。
【0008】
一実施形態において、前記質量分析マグネットの前記チャンバは、頂壁、底壁、及び複数の側壁を備えている。前記頂壁、前記底壁、及び前記側壁は、それぞれ前記第１端部及び前記第２端部の間を延在し、協同して前記曲線軌道を定めている。前記チャンバの前記頂壁、前記底壁、及び前記側壁の少なくとも１つは、前記質量分析マグネットの内側に配置される前記イオン源を受け取るように構成されたポートを備え得る。
【0009】
別の態様において、イオン源が提供される。前記イオン源は、ガスを供給するガス源と、貫通する長手軸を規定するとともに、側壁に沿った射出口を有するイオン化チャンバを具備する。前記イオン化チャンバは、前記ガスからプラズマ形成するように構成されている。前記イオン化チャンバは、複数のイオンを生成する。また、前記イオン源は、前記イオン化チャンバの前記射出口に設けられて、前記イオン化チャンバから前記複数のイオンを前記イオンビーム状に引き出す１つ又は複数の引き出し電極を具備している。少なくとも１つの前記引き出し電極は、当該少なくとも１つの引き出し電極に複数のスリットを形成するとともに、前記イオン化チャンバからの前記イオンビームの電流の増大又は前記イオンビームの引き出し角度の制御の少なくとも何れかを可能とする間欠的に設けられた棒状部材群を備えている。間欠的に設けられた前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材は、前記イオン化チャンバの前記長手軸に平行である。
【0010】
一実施形態において、前記イオン源の前記イオンビームは、第１端部及び第２端部の間で前記曲線軌道を規定するチャンバを備えた分析マグネットに導かれる。前記イオン源は、前記第１端部に隣接するように、前記分析マグネットの外側に配置され得る。一実施形態において、磁気集束レンズが、前記第２端部に隣接するように、前記分析マグネットの前記チャンバの外側に配置される。一実施形態では、第２の磁気集束レンズが、前記第１端部に隣接するように、前記分析マグネットの前記チャンバの外側に配置される。一実施形態において、質量分析スリットが、前記第１の磁気集束レンズ及び前記第２の磁気集束レンズの間に配置される。
【0011】
上述のいずれかの態様は、以下の１つ又は複数の特徴を備え得る。一実施形態において、前記少なくとも１つの引き出し電極用に間欠的に設けられた棒状部材群それぞれの棒状部材の一端部は、固定されており、間欠的に設けられた前記棒状部材群それぞれの棒状部材の他端部は、摺動可能となり得る。一実施形態において、前記棒状部材それぞれの横断面は、正方形である。一実施形態において、前記１つ又は複数の引き出し電極にプラズマ電極が含まれる。前記プラズマ電極用に間欠的に設けられた前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の横断面は、別の引き出し電極用に間欠的に設けられた前記棒状部材群のそれぞれの棒状部材の横断面に対して、ある角度をなした状態である。前記角度は４５度であり得る。
【0012】
一実施形態において、前記１つ又は複数の引き出し電極の少なくとも１つが、内側に前記イオン源が設けられる真空チャンバに接続された導電性弾性部材と物理的に接触するように構成されており、前記導電性弾性部材が、前記少なくとも１つの電極の電圧を設定するように構成されている。前記少なくとも１つの電極は、抑制電極又はプラー電極の少なくとも１つであり得る。
【0013】
一実施形態において、前記１つ又は複数の引き出し電極の少なくとも１つが、前記分析マグネットの前記チャンバに接続された導電性棒状部材に物理的に接触するように構成されている。前記導電性棒状部材が、前記少なくとも１つの電極の電圧を設定するように構成されている。前記少なくとも１つの引き出し電極は、抑制電極又はプラ―電極の少なくとも１つであり得る。一実施形態において、前記導電性棒状部材の第１端部が、前記少なくとも１つの電極と物理的に接触するとともに、前記導電性棒状部材の第２端部が、前記導電性棒状部材を介して前記少なくとも１つの電極に力を与えることで、前記少なくとも１つの電極の位置を調整するように構成された弾性部材と連動している。
【0014】
一実施形態において、イオン注入機は、前記第２端部に隣接するように、前記分析マグネットの前記チャンバ内に配置された質量分析スリットをさらに具備している。一実施形態では、前記イオン注入機は、その一部が前記分析マグネットの前記チャンバの外側に設けられた磁気集束レンズをさらに具備している。前記磁気集束レンズは、前記質量分析スリットを前記イオンビームが通過した後に、当該イオンビームを非分散型平面で集束、発散、又は蛇行させるように構成されている。
【0015】
一実施形態において、前記磁気集束レンズは、一対の上側磁気コイルを有する上側領域と、一対の下側磁気コイルを有する下側領域とを備えている。一実施形態において、前記分析マグネットの前記チャンバは、曲線状のビーム中心軸を定めており、前記曲線状のビーム中心軸に直交する前記チャンバの幅が、前記第１端部の幅の方が前記第２端部の幅よりも長くなるように、前記曲線状のビーム中心軸に沿って変化する。前記磁気集束レンズは、より狭い方の前記第２端部に近接している。一実施形態において、前記一対の上側磁気コイル又は前記一対の下側磁気コイルに印加される電流又は磁場の少なくとも一方の向きが、前記集束、前記発散、又は前記蛇行としての機能を発揮するように調整可能である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の他の目的及び利点は、例だけでなく、本発明の原理を例示している添付図面を併せ読むことにより、以下の詳細の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0017】
上述の技術の利点は、更なる利点とともに、添付の図面と合わせて次の説明を参照することでより深く理解され得る。図面は、必ずしも寸法通りではないが、その代わりに概して技術の原理を例示することに重点がおかれている。
【発明を実施するための形態】
【0018】
図２ａ及び図２ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る代表的なイオン注入機２００の一部の斜視図及び上面図である。図示されているように、このイオン注入機２００は、その内側が磁場に曝されたチャンバ２０４を画定する分析マグネット２０２を具備している。分析マグネット２０２のチャンバ２０４は、第１端部２０６及び第２端部２０８間に、曲線状のビーム中心軸２２０に沿った曲線状のビーム軌道を規定するものである。例えば、分析マグネット２０２のチャンバ２０４は、曲線軌道を規定する第１端部２０６及び第２端部２０８の間に伸びる底壁、頂壁、そして複数の側壁を具備し得る。第１端部２０６は、分析マグネット２０２の入口近傍に位置し、イオンビームの進行方向におけるチャンバ２０４の上流端部に相当する。第２端部２０８は、分析マグネット２０２の出口近傍に位置し、イオンビームの進行方向におけるチャンバ２０４の下流端部に相当する。一実施形態では、曲線軌道の角度２０３は、約４０度である。一実施形態では、チャンバ２０４において曲線状のビーム中心軸２２０と直交する幅は、第１端部２０６の幅が第２端部２０８の幅よりも長くなるように、曲線状のビーム中心軸２２０に沿って変化する。
【0019】
図２ｂに示されている形態では、イオン源２１０は、第１端部２０６に隣接するように、分析マグネット２０２のチャンバ２０４内に配置されており、イオン源２１０は、イオンビームを生成するように構成されている。具体的には、イオン源２１０の引き出し機構３２０は、イオン源２１０のイオン化チャンバ３０２からイオンビームを引き出し、分析マグネットチャンバ２０４を通過するように進行させる。別の実施形態では、イオン源２１０は、第１端部２０６に隣接するように、分析マグネット２０２の外側に配置される。分析マグネット２０２は、イオンビーム中の１つ又は複数のイオン種を空間的に分離するように、イオン源２１０（チャンバ２０４の内側又は外側のいずれかに位置する）からのイオンビームを、曲線軌道の第１端部２０６から第２端部２０８に沿って曲げるように構成されている。
概して、イオン源２１０又は質量分析スリット（ＭＲＳ）２１２の少なくともいずれか一方は、分析マグネット２０２のチャンバ２０４内に配置される。
概して、イオン源２１０又は質量分析スリット（ＭＲＳ）２１２の少なくともいずれか一方は、分析マグネット２０２のチャンバ２０４内に配置される。
【0020】
イオン源２１０が分析マグネットチャンバ２０４内にある図２ｂの実施形態では、イオン源２１０は、分析マグネット２０２の磁場に実質的に曝されており、そのイオン源２１０の磁場は、分析マグネット２０２の磁場と共通している。この共通の磁場は、イオンビームがイオン源２１０から射出した時に、そのイオンビームを曲線軌道に沿って曲げるだけでなく、イオン源２１０内にプラズマを生成するためのイオン源２１０の外部磁場としても用いられる。例えば、この共通の磁場は、（例えば、イオン源２１０の電子銃によって）イオン源２１０から放出されたイオン化電子を捕捉し得る。このようにして捕捉された電子のライフタイムは延び、電子がドーパントガス分子に衝突する可能性が高まり、イオン源２１０によってプラズマが生成される効率が向上する。概して、分析マグネット２０２のチャンバ２０４内の磁場は、実質的に均一となり得、及び／又は、実質的に垂直方向（すなわち図２ａ中に符号づけられているｙ軸に沿った方向）を向き得る。この磁場の強度は、約５００ガウス（Ｇ）から約６００Ｇであり得る。一実施形態では、磁場の強度は調整し得る。例えば、チャンバ２０４の１つ又は複数の箇所は、磁気の強度を下げるようにスチールシールドで遮蔽され得る。
【0021】
イオン源２１０は、分析マグネット２０２を通過して、例えば半導体ウエハにイオンビームを注入するイオン注入機チャンバ（不図示）に輸送されるイオンビームを生成するように構成され得る。一実施形態では、イオン源２１０は、概して、米国特許出願第８，９９４，２７２号に記載されているイオン源と実質的に類似しており、それは本出願の譲受人に譲渡され、その全内容は、参照により本願明細書に組み込まれている。図３は、本発明に係る一実施形態において、図２ａ及び図２ｂのイオン注入機２００におけるイオン源２１０の代表的な構成図を示すものである。図示されているように、イオン源２１０は、イオン化チャンバ３０２の長辺に沿って長手軸３１８を規定するイオン化チャンバ３０２を具備している。具体的には、イオン化チャンバ３０２は、長尺状をなし得、長手軸３１８が、イオン化チャンバ３０２の長辺方向に伸びている。イオン源２１０は、複数のガス導入部３１０と複数の流量制御装置（ＭＦＣ）３１２とを備えるガス供給システムを具備し得るものであり、これらのガス導入部３１０及び流量制御装置３１２は、ガス源３１４からガス化された材料をイオン化チャンバ３０２に導入するとともに、その導入量を制御するように構成されている。イオン化チャンバ３０２の両側に設けられた一対の電子銃３０４により生成された電子ビームの電子衝撃によってガス分子がイオン化され、イオン化チャンバ３０２内には初期プラズマが生成される。一実施形態では、電子銃３０４は、イオン化チャンバ３０２に更なるイオンを導入し得る。イオン化チャンバ３０２内のイオンは、引き出し口（不図示）を介して引き出され、引き出し機構３２０を用いて高エネルギーのイオンビーム３１６を形成し得る。長手軸３１８は、イオンビーム３１６の進行方向に対してほぼ垂直であり得る。
【0022】
概して、イオン化チャンバ３０２は、縦方向３１８の方が、それと交差するＸ軸に沿った横方向よりも長い矩形状である。イオン化チャンバ３０２として、その他の形状もあり、例えば円筒形などがそれにあたる。イオン化チャンバ３０２の縦方向３１８に沿った長さは約４５０ｍｍであり得る。各電子銃３０４が長手の両端部に位置しているのに対し、引き出し口（不図示）は、イオン化チャンバ３０２の長手方向に沿って位置し得る。引き出し口は、イオン化チャンバ３０２の端から端まで延在し得るものであり、その長さは、例えば約４５０ｍｍである。
【0023】
図４ａ及び図４ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態において、図２ａ及び図２ｂのイオン源２１０の引き出し機構３２０の代表的な構成の上面図と側面図である。引き出し機構３２０は、イオン源２１０が分析マグネットチャンバ２０４内に配置されている場合には、分析マグネットチャンバ２０４内に位置し得、接地電極４０２、抑制電極４０４、プラー電極４０６、及びプラズマ電極４０８などの１つ又は複数の引き出し電極を具備している。これらの引き出し電極は、絶縁材料によって互いに一定の間隔（例えば５ｍｍ間隔で離れて）を保ち得、イオンビームの進行方向（すなわちｚ軸）に沿って実質的に平行に配置され得る。図示されているように、プラズマ電極４０８は、イオン化チャンバ３０２の最も近くに位置しており、その後段にプラー電極４０６、抑制電極４０４、及び接地電極４０２が配置されている。各電極は、実質的に矩形状であり、その長辺がイオン化チャンバ３０２の長手軸３１８に（すなわち、符号づけられているｙ軸に沿って）平行である。各電極の長さ（すなわち、ｙ軸に沿った長さ）は、イオン化チャンバ３０２の長寸法と実質的に同じであり得る。
【0024】
イオン化チャンバ３０２からイオンを引き出し、注入されたイオンのエネルギーを決定するべく、イオン源２１０は、電力供給源（不図示）によって、例えば１ｋＶから８０ｋＶの間の比較的高い正の電源電圧に保持されている。一実施形態では、プラズマ電極４０８は、イオン化チャンバ３０２と電気的に接続されていて、イオン化チャンバ３０２の電位と同程度になるようにプラズマ電極４０８へバイアス電圧が印加され得る。そのバイアス電圧は、プラズマ電位、イオンの滞留時間、及び／又はプラズマ内のイオン種の相対拡散特性など、イオン化チャンバ３０２内で生成されるプラズマの特性に作用を及ぼすように設定されている。１つ又は複数のさらなる付加電極が、イオンビームの引き出し効率の向上や集束性の改善に用いられている。引き出し電極は、異なる電位に保持され得る。一実施形態では、ターミナルを接地よりも低く浮かせることが望ましい場合を除いて接地される接地電極は、ある種のイオン注入システムのようにターミナル電位に保持され得る。抑制電極４０４は、正の荷電イオンビームを生成する場合、プラス側にバイアスされたイオン源２１０に引きつけられ得る不必要な電子をはねのける又は抑制するために、接地電極４０２に対して約５ｋＶ程度マイナス側にバイアスされる。プラ―電極４０６は、接地電極４０２に対して、例えば約２０ｋＶ程度プラス側にバイアスされる。プラズマ電極４０８は、接地電極４０２に対して、例えば約２０ｋＶから２５ｋＶ程度プラス側にバイアスされる。概して、これらの電極は、個別の注入プロセスにおいて所望するイオンビームを生成するように、幅広いレンジの電圧で操作されて性能が最適化され得る。
【0025】
図４ｂに示されているように、各引き出し電極は、中央に凹状の矩形開口部４１２が形成された矩形状のフレーム４１０を具備している。複数（例えば２つ）の棒状部材４１４が、一定の間隔で凹状の矩形開口部４１２内に間欠的に設けられており、これらの棒状部材４１４は、イオンビームが通過する複数のスリット４１６（例えば２つの棒状部材に対して３つのスリットなど）を形成している。これらの棒状部材４１４はそれぞれ、実質的に各電極の長手に沿って延在しており、これによりイオン化チャンバ３０２の長手軸３１８に対して実質的に平行である。各スリット４１６も同様に、実質的に各電極の長手に沿って延在しており、イオン化チャンバ３０２の長手軸３１８に対して実質的に平行である。従って、イオン源２１０の引き出し機構３２０は、ｚ軸に沿って進行する複数の長尺状のビームセグメントを生成するように構成されており、それらのビームセグメントはｙ軸に沿って平行である。引き出し電極のこれらの棒状部材４１４及びスリット４１６は、引き出されるイオンの電流レベルを維持しながら、引き出されるイオンビームの角度の制御性を高めている。具体的には、仮に大型の引き出し口が、イオン化チャンバ３０２から引き出すことのできるイオンの量を増大させることができたとしても（すなわち、生成されたイオンビームが大電流であったとしても）、大型の引き出し口は、イオンビーム引き出し角度の制御の点において困難を伴う。引き出し電極の棒状部材４１４及びスリット４１６は、イオンビームを生成する電流とイオンビーム引き出しの角度の制御性との両方を最適化することにより、これら２つの条件を両立している。
【0026】
一実施形態では、フレーム４１０の矩形開口部４１２内における棒状部材４１４とスリット４１６との位置及びサイズは、それぞれの電極において互いに実質的に同じである。代表的な構成としては、矩形開口部４１２のｘ軸に沿った幅（Ｗ）は、約１３ｍｍであり、矩形開口部４１２のｙ軸に沿った長さ（Ｌ）は、約４５ｍｍである。一実施形態では、各棒状部材４１４は、グラファイト及び／又はタングステンからなる。
【0027】
図４ｂに示されているように、１つの引き出し電極に着目すると、各棒状部材４１４の両端部４１８は、電極のフレーム４１０に取り付けられている。棒状部材４１４の一端部４１８は、フレーム４１０に固定され得、他端部４１８は、フレーム４１０に沿って摺動可能である。例えば、棒状部材４１４の摺動可能な端部４１８は、フレーム４１０に取り付けられるとともに、（例えばフレーム４１０の長手方向に沿って）伸縮し得る。
【0028】
図５は、本発明の一実施形態において、図４ａ及び図４ｂの引き出し電極の電極フレーム４１０であり、棒状部材４１４の一端部４１８ａがガタなくはめこまれ、棒状部材４１４の他端部４１８ｂが摺動可能に係合するように構成されものを示している。上述したように、電極フレーム４１０は、中央に位置する開口部４１２を有し、その開口部４１２の内側に棒状部材４１４が配置される。棒状部材４１４は、電極フレーム４１０の長手方向に沿って縦長に延在するように設けられている。棒状部材４１４の第１端部４１８ａは、電極フレーム４１０の開口溝５０２に若干の隙間をあけて収まるように設けられていて、その開口溝５０２の幅Ａは、第１端部４１８ａがフレーム４１０の長手に沿って縦方向に摺動できるように（例えば伸長または収縮）、棒状部材４１４の幅よりも広くなっている。棒状部材４１４の他端部４１８ｂは、電極フレーム４１０の閉塞溝５０４にガタなく収まるように設けられていて、第２溝５０４の幅Ｂは、棒状部材の幅とほぼ同じか、又は少しだけ広い。従って、開口溝５０２の幅Ａは、棒状部材４１４の第１端部４１８ａが自在に摺動できるように、閉口溝の幅Ｂよりも広くなっている。この設計はメリットがある。なぜならば、イオン源の稼働中にイオン源２１０から生成される大量の熱によって棒状部材４１４が伸長する傾向にあるためである。別の実施形態では、棒状部材４１４が両端部４１８ａ、４１８ｂがガタなく収まるように、溝５０２及び５０４の両方が閉塞している。図５の引き出し電極の実施形態では、に棒状部材４１４が１つだけ例示されているが、例えば２つ又は４つ以上のさらなる棒状部材４１４が、電極フレーム４１０内に間欠的に配置され得る。
【0029】
一実施形態では、棒状部材４１４の断面図は、矩形（例えば正方形）であり、この場合、溝５０２、５０４の断面図もまた矩形（例えば正方形）である。これは棒状部材４１４をフレーム４１０に収容するとともに固定するためである。一実施形態では、棒状部材４１４の断面図は、上辺と下辺がわずかに異なる台形であり、この場合、溝５０２、５０４の断面図も同様に台形である。これは棒状部材４１４をフレーム４１０に収容するとともに固定するためである。具体的には、溝５０２、５０４の横断面における台形の長辺は、フレーム４１０内に位置するのに対して、溝５０２、５０４の横断面における台形の短辺は、フレーム４１０の表面に位置している。この形状によって棒状部材４１４がフレーム４１０から落下するのを防ぎ、棒状部材４１４をフレーム内に収めることができる。棒状部材４１４及び溝５０２、５０４は、円形断面などの他の断面形状もあり得る。
【0030】
一実施形態では、プラズマ電極４０８用に間欠的に設けられた棒状部材群のそれぞれの棒状部材４１４の横断面は、図４ａに示されているように、別の引き出し電極用のそれぞれの棒状部材の横断面に対してある角度をなした状態である。その角度は、約４５度であり得る。プラズマ電極４０８用の棒状部材４１４が回転角度は、電極の強度、ビーム電流、引き出されたイオンビームの質を含む様々なファクターをバランスさせつつ最適化するよう設定されている。
【0031】
別の態様では、イオン源２１０は、幾通りもの多様な方法で分析マグネット２０２内に取り付けられ得る。図６ａ－ｃは、本発明の一実施形態において、図２ａ及び図２ｂのイオン注入機２００であり、イオン源２１０を分析マグネット２０２の底壁、頂壁、及び側壁それぞれから受け取って取り外すように構成されたものを示している。図６ａに示されるように、イオン源２１０は、分析マグネット２０２の底壁に設けられた底部ポート６０４を介して当該イオン源２１０を分析マグネット２０２に取り付けたり、又は、分析マグネット２０２から取り外したりするリフター６０２に載置されている。底部ポート６０４は、分析マグネット２０２の入側端部２０６に近接配置されている。作業時には、リフター６０２は、ｙ軸に沿って垂直に移動し、底部ポート６０４を介してイオン源２１０を分析マグネットに取り付けたり、分析マグネット２０２から取り外したりするように構成されている。この底部での取り付け及び取り外し構成は、分析マグネット２０２のターボポンプ６０６内に薄片が落下するのを防ぐ上で利点となっている。
【0032】
別の方法として、図６ｂに示されるように、イオン源２１０は、分析マグネット２０２の上壁に設けられている頂部ポート６１２を介して当該イオン源２１０を分析マグネット２０２に取り付けたり、又は、分析マグネット２０２から取り外したりする巻き上げクレーン６１０を介して、天井６０８に取り付けられている。頂部ポート６１２は、分析マグネット２０２の入側端部２０６に近接配置されている。具体的には、天井６０８に固定された巻き上げクレーン６１０は、ｙ軸に沿って垂直に移動し、頂部ポート６１２を介してイオン源２１０を分析マグネット２０２に取り付けたり、又は、分析マグネット２０２から取り外したりするように構成されている。一実施形態では、巻き上げクレーン６１０がハンドリフター６０２からイオン源２１０を持ち上げて分析マグネット２０２に取り付ける前に、図６ａのリフター６０２に類似しているリフター６２０が、イオン源２１０を巻き上げクレーン６１０に対して整列して配置させるために用いられる。
【0033】
別の方法として、図６ｃに示されているように、イオン源２１０は、分析マグネット２０２の側壁に設けられた側部ポート６１６を介してイオン源２１０を分析マグネット２０２に取り付けたり、又は、分析マグネット２０２から取り外したりする格納式取り付けフランジ６１４に取り付けられている。側部ポート６１６は、例えば、分析マグネット２０２の第１端部／入側端部２０６が設けられている側壁に設けられている。作業時には、取り付けフランジ６１４は、ｚ軸（すなわち、イオンビームの進行方向）に沿って水平に移動して、側部ポート６１６を介してイオン源２１０を分析マグネット２０２に取り付けたり、又は、分析マグネット２０２から取り外したりするように構成されている。一実施形態では、取り付けフランジ６１４及び側部ポート６１６は、実質的に矩形状である。取り付けフランジ６１４は、イオン源２１０をチャンバ２０４に取り付けた後、その分析マグネットチャンバ２０４の一部となり得る。例えば、チャンバ２０４の内部にイオン源２１０が設けられると、取り付けフランジ６１４は、分析マグネットチャンバ２０４の側方から取り付けられて、側部ポート６１６を密封する。概して、イオン源２１０は、分析マグネット２０２の側方から取り付けられるので、このような配置は、分析マグネットチャンバ２０４の上面や底面の外側を取り囲むように巻き付けられた磁気コイルに干渉しない。故に、図６ｃに示されているように、分析マグネット２０２の入側２０６と出側２０８は、それぞれ従来のサドル形状の磁気コイル６１８ａ、６１８ｂで覆われ得る。反対に、図６ａ及び図６ｂの分析マグネットの構成においては、出側２０８の磁気コイルのみが従来のサドル形状である。
【0034】
一実施形態において、分析マグネット２０２へのイオン源２１０の取り付けは、図６ａ－ｃの上方、下方、又は側方の取り付け構成の何れかの態様に自動化され得る。例えば、イオン源２１０の配置や、イオン源を移送するための装備（例えばリフター６０２、天井６０８、巻き上げクレーン６１０、取り付けフランジ６１４など）の配置に関する位置データは、取り付けの工程を自動制御すべく、コンピューター数値制御装置（ＣＮＣ）によってプログラム化されるとともに、トラッキングされ得る。移送装置の手動操作によっても、イオン源２１０を分析マグネット２０２に取り付けることができる。
【0035】
別の態様では、イオン源２１０がチャンバ２０４の内側に配置されたまま、分析マグネット２０２のチャンバ２０４の外側に、イオン源２１０の引き出し機構３２０における１つ又は複数の電極をバイアスする１つ又は複数の電圧バイアス部材が設けられている。図７は、本発明の一実施形態において、図２ａ及び図２ｂにおけるイオン注入機２００の分析マグネット２０２の内側に配置されたイオン源２１０の引き出し電極をバイアスするための代表的なバイアス部材７００を示している。一実施形態では、このバイアス部材７００は、図６ｃに示されている分析マグネット２０２の側方取り付け構成に適用される。すなわち、このバイアス部材７００は、イオン源２１０が側部ポート６１６を介して分析マグネット２０２に取り付けられる場合に用いられ得る。バイアス部材７００は、分析マグネットチャンバ２０４の内側に設けられている弾性導電性部材７０２（例えば、導電性のばね）を具備している。弾性導電性部材７０２の一端部は、抑制電極４０４やプラー電極４０６などの引き出し電極のフレーム４１０に物理的に接触するように構成されている。弾性導電性部材７０２の他端部は、分析マグネットチャンバ２０４の側壁７０８を貫通して取り付けられた電圧フィードスルー部材７０４に接続されている。電圧フィードスルー部材７０４は、弾性導電性部材７０２を介して接続されている分析マグネットチャンバ２０４内の引き出し電極(すなわち、抑制電極４０４やプラー電極４０６)に所望量の電圧を供給するように、オペレータによって壁７０８の外側から調整可能なものである。
【0036】
一実施形態において、弾性導電性部材７０２がｘ軸に沿って延在する場合、弾性導電性部材７０２に接続するように構成された引き出し電極のフレーム４１０は、弾性導電性部材７０２の接続を容易にすべく、ｘ軸に沿った幅（ｗ）が他の電極フレームの幅に比べて広い。具体的には、引き出し機構３２０の電極が、配置方向（すなわち、ｚ軸）に沿って重なっているので、対象の電極をｘ方向に伸ばすことで、その対象の電極のみと弾性導電性部材７０２とを物理的に確実に接触させることができる。しかしながら、仮に弾性導電性部材７０２が、分析マグネットチャンバ２０４の頂壁又は底壁に設けられるとともに、ｙ軸に沿って伸びており、イオン源２１０が、例えば図６ａ及び図６ｂの取り付配置に示されているように、ｙ軸に沿って取り付けられる場合には、対象の電極の長さを伸ばす必要はない。
【0037】
一実施形態では、２つのバイアス部材が、抑制電極４０４及びプラー電極４０６を同時にバイアスするために用いられる。従って、一方の弾性導電性部材７０２が抑制電極４０４に接続され得るとともに、他方の弾性導電性部材（不図示）がプラー電極４０６に接続され得る。これらの弾性導電性部材は、分析マグネットチャンバ２０４の同じ側に配置される必要はない。例えば、図示されているように、バイアス部材７００用の弾性導電性部材７０２が右側壁７０８に配置され得るのに対して、他のバイアス部材（不図示）用の弾性導電性部材は、チャンバ２０４の左側壁に配置され得るし、チャンバ２０４の頂壁或いは底壁にも配置され得る。
【0038】
図８は、本発明の一実施形態において、図２ａ及び図２ｂのイオン注入機２００の分析マグネット２０２の内側に配置されているイオン源２１０の引き出し電極をバイアスするための別の代表的なバイアス部材８００を示している。一実施形態では、バイアス部材８００は、図６ｃに示されている分析マグネット２０２の側方取り付け構成に適用される。すなわち、このバイアス部材８００は、イオン源２１０がｚ軸方向に側部ポート６１６を介して分析マグネット２０２の内側に配置される場合に用いられ得る。バイアス部材８００は、分析マグネットチャンバ２０４の内側に設けられた導電性棒状部材８０２（例えば、ステンレス鋼製）を具備している。導電性棒状部材８０２は、チャンバ２０４内の抑制電極４０４やプラー電極４０６などの引き出し電極のフレーム４１０に物理的に接触するように構成された近傍端部８０６ａを有している。導電性棒状部材８０２の遠方端部８０６ｂは、分析マグネットチャンバ２０４の第１端部／入側端部２０６における側壁を貫通して（例えば、側部ポート６１６を覆うフランジ６１４を貫通して）取り付けられた電圧フィードスルー部材８０４に接続されている。すなわち、導電性棒状部材８０２は、分析マグネット２０２のｚ軸に沿って延在する。電圧フィードスルー部材８０４は、導電性棒状部材８０２を介して接続されている分析マグネットチャンバ２０４内の引き出し電極(すなわち、抑制電極４０４やプラ―電極４０６)に所望量の電圧を供給するように、オペレータによって分析マグネットチャンバ２０４の外側から調整可能なものである。一実施形態では、導電性棒状部材８０２は、当該棒状部材８０２の両端部８０６ａ及び８０６ｂのみが電気的に露出するように、絶縁材によって覆われている（例えば、アルミニウムガイドチューブ内に設けられている）。
【0039】
一実施形態では、導電性棒状部材８０２は、他の電極それぞれに設けられた孔を通過して対象の電極まで延びている。例えば、図８に示されるように、プラー電極４０６に物理的に接触するように、導電性棒状部材８０２は、プラズマ電極４０８のフレーム４１０に形成された孔８１０を通過している。導電性棒状部材８０２は、絶縁ガイドチューブ８０８に覆われているため、この導電性棒状部材８０２は、孔８１０を通過するうえでプラズマ電極４０８とは絶縁され、プラー電極４０６にのみ導通している。
【0040】
一実施形態では、弾性体（例えば、ばね）８１２が、分析マグネットチャンバ２０４内に設けられている。弾性体８１２がｚ軸方向に力を導電性棒状部材８０２へ与えるように、弾性体８１２は、チャンバ２０４内に設けられた導電性棒状部材８０２の遠方端部８０６ｂと物理的な接触を保っている。この力は、導電性棒状部材８０２が確実に物理的な接触を保つように、導電性棒状部材８０２を引き出し電極方向に対して押している。具体的には、対象の引き出し電極と導電性棒状部材８０２との間の物理的な接触は、例えば引き出し機構３２０をイオン化チャンバ３０２へ組み込んだ後に、非接触となり得る。もしこのようなことが起こると、導電性棒状部材８０２を介して引き出し機構３２０の引き出し電極に電圧を印加するのは不可能となるであろう。従って、弾性体８１２は、電極の電圧設定のために良好な電気的接続を保つべく、導電性棒状部材８０２と対象の引き出し電極との適切な位置を担保するものである。具体的には、弾性体８１２は、オペレータが引き出し機構３２０をイオン源チャンバ３４０に組み込んだ際に、対象の電極と導電性棒状部材８０２との接触が自動的に保たれることを物理的に担保するものである。
【0041】
概して、これらの電圧バイアス部材７００、８００は、イオン源チャンバ３４０内に配置されたイオン源２１０のメンテナンスを容易にしている。例えば、図７のバイアス部材７００の弾性導電性部材７０２や、図８のバイアス部材８００の導電性棒状部材８０２を用いたイオン源２１０の確かな接続を確立し、その接続をイオン源チャンバ３４０及び／又は分析マグネットチャンバ２０４の外側から調整可能としたり、設置時に自動調整可能としたりすることで、オペレータは、メンテナンスのためにイオン源チャンバ３４０の中に入る必要がなくなる。具体的には、プラー電極４０６又は抑制電極４０４の少なくとも一方を電圧バイアス部材７００又は８００に接続することで、各電極の電圧は、イオン源チャンバ３４０の中に入ることなく設定され得る。従って、イオン源チャンバ３４０は、従来のイオン源のチャンバと比べて小型化され得る。
【0042】
図２ａ及び図２ｂを引き続き参照すると、一実施形態では、分析マグネット２０２は、第２端部／出側端部２０８に隣接するように、分析マグネットチャンバ２０４内に配置された質量分析スリット（ＭＲＳ）２１２を備えている。ＭＲＳ２１２は、図示されているように、分析マグネットチャンバ２０４内におけるイオン源２１０の下流に設けられている。ＭＲＳ２１２が分析マグネット２０２内に位置することの利点の１つは、イオン源２１０から被処理物（不図示）へのビーム経路が、図１のイオン注入機１００などのＭＲＳ１２２が分析マグネット１２０の外側に配置されている従来のイオン注入機に比べて、短くなることである。
【0043】
一実施形態では、分析マグネット２０２は、少なくともその一部が分析マグネットチャンバ２０４の外側に配置されるとともに、第１端部／入側端部２０６より狭くなり得る第２端部／出側端部２０８に近接して配置された１つ又は複数の集束レンズ２１４を具備している。例えば、１つ又は複数の集束レンズ２１４は、全体が第２端部２０８の外側に配置され得る。具体的には、集束レンズ２１４の少なくとも一部は、分析マグネット２０４の外側におけるＭＲＳ２１２の下流に配置され、ＭＲＳ２１２からのイオンビームを集束、発散、又は蛇行させる非分散型平面をなす。概して、分散型平面は、分析マグネットによってイオンビームが偏向される平面として規定されている。
【0044】
図９は、本発明の一実施形態において、図２ａ及び図２ｂのイオン注入機２００の集束レンズ２１４の代表的な構成を示している。集束レンズ２１４は、一対の磁気コイル９０４、９０６を有する上側磁気コイル対９０２を備えた上側領域を具備し、それら一対の磁気コイル９０４、９０６は、ｘ方向において互いに対向するとともに、イオンビームのｙ方向における上側半分を実質的に覆っている。集束レンズ２１４は、一対の磁気コイル９１０、９１２を有する下側磁気コイル対９０８を備えた下側領域をも具備している。これら一対の磁気コイル９１０、９１２は、ｘ方向において互いに対向するとともに、イオンビームのｙ方向における下側半分を実質的に覆っている。上側の磁気コイル９０４、９０６は、直列接続されるとともに、ＤＣ電源（不図示）によって励磁されており、図９に示すように、ｘ方向に沿った磁場Ｂ１を形成している。下側の磁気コイル９１０、９１２は、直列されるとともに、ＤＣ電源（不図示）によって励磁されており、図９に示すように、ｘ方向に沿ってはいるが磁場Ｂ１とは反対向きの磁場Ｂ２を形成している。別の実施形態では、上側磁気コイル対及び下側磁気コイル対９０２、９０８の両方を励磁させるために、同じ電源が使用される。集束レンズ２１４内において、磁場Ｂ１、Ｂ２は、互いに反対向きであり、それぞれ上側磁気コイル対９０２の間隙９１４及び下側磁気コイル対９０８の間隙９１６に生じる。イオンビームは、間隙９１４、９１６内においてｚ方向に進む。一実施形態では、分析マグネット２０２の磁場に影響を及ぼすことがないように、上側磁気コイル対及び下側磁気コイル対９０２、９０８には、鉄製のヨークは用いられていない。
【0045】
一実施形態では、上側磁気コイル対９０２及び／又は下側磁気コイル対９０８の物理的及び／又は電気的なパラメータが、ｙ方向においてイオンビームを集束、発散、又は蛇行させるために独立して調整される。例えば、上側磁気コイル対９０２（Ｌｉ）の長さ及び下側磁気コイル対９０８（Ｌ２）の長さや、コイル対９０２、９０８に印加される電流の大きさ及び／又は向きは、ｙ方向においてイオンビームを集束、発散、又は蛇行させるように独立して調整され得る。一実施形態では、コイル対９０２又は９０８の電流の向き及び／又は巻回方向が、結果として生じる磁場Ｂ１、Ｂ２の向きを決めて、イオンビームの偏向方向（すなわち、ビーム中心軸２２０から発散又はビーム中心軸２２０に収束）を決める。一実施形態では、イル対９０２、９０８に印加される電流量が、発散又は収束する角度を決めている。
【0046】
図１０は、本発明の一実施形態において、出射イオンビームが入射イオンビームに対してｙ方向に集束するように、入射イオンビームをｙ方向に集束するための集束レンズ２１４の構成を示している。一実施形態では、上側及び下側の磁気コイル対９０２、９０８に印加される電流は、おおよそ同じ大きさであり、その電流によって、イオンビームは、集束レンズ２１４を通過することで、ビーム中心軸２２０に向かってｙ方向に対称的に曲げられる。一実施形態では、上側磁気コイル対９０２による集束角度（角度Ａ）と、下側磁気コイル対９０８による収束角度（角度Ｂ）は、実質的に同じである。一実施形態では、入射イオンビーム及び射出イオンビームのビーム中心軸２２０は同じままである。入射イオンビームを集束させるレンズ２１４の操作は、イオンビームの進行角度を制御することとなり、例えば、発散している入射イオンビームを平行な出射ビームに変えるために用いることができる。
【0047】
図１１は、本発明の一実施形態において、出射イオンビームが入射イオンビームに対してｙ方向に発散するように、入射イオンビームを発散させる集束レンズ２１４の構成を示している。図１１の発散例では、磁場Ｂ１、Ｂ２の向きが図１０の集束例の磁場の向きと逆になるように、ＤＣ電源を逆に接続することによって、コイル９０４、９０６、９１０、９１２に流れる電流の向きが、上述の図１０の集束例の電流の向きと逆となり得る。しかしながら、図１１の磁場Ｂ１、Ｂ２の方向はお互いに逆のままである。このように、図１０の集束構成の磁場の向きとは磁場Ｂ１、Ｂ２の向きを逆にすることは、イオンビームが、集束レンズ２１４を通過することで、ビーム中心軸２２０からｙ方向に（内側に曲がるのではなく）外側に離れるように発散することになる。一実施形態では、上側磁気コイル対９０２による発散角度（角度Ａ）と、下側磁気コイル対９０８による発散角度（角度Ｂ）は、上側及び下側のコイル対９０２、９０８に印加される電流が同じであれば実質的に同じである。一実施形態では、入射イオンビーム及び出射イオンビームのイオン中心軸２２０は同じままである。入射イオンビームを発散させるレンズ２１４の操作は、イオンビームの進行角度を制御することとなり、例えば、集束する入射イオンビームを平行な出射ビームに変えるために用いることができる。
【0048】
図１２a及び図１２ｂは、本発明の一実施形態において、入射イオンビームをｙ方向に蛇行させるための集束レンズ２１４の構成を示しており、この構成は、イオンビームの伝搬角度を調整（すなわち、イオンビームの集束や発散）しながらイオンビームのビーム中心軸を同時にシフトさせる。概して、大きさ及び向きが異なるコイル電流を、上側磁気コイル対９０２及び下側磁気コイル対９０２に印加することができ、これにより、出射イオンビームは、（ｉ）イオンビームが集束レンズ２１４を通過することで、ｙ方向に非対象に集束／収束して内側に曲がる、又は、イオンビームが集束レンズ２１４を通過することで、ｙ方向に非対象に分散／発散して外側に曲がる。さらに、印加されるコイル電流の違いによって、上側磁気コイル対９０２による収束角度又は発散角度（角度Ａ）は、下側磁気コイル対９０８による収束角度又は発散角度（角度Ｂ）と異なり、これにより、出射イオンビームのビーム中心軸９２０は、入射イオンビームの中心軸２２０に対してｙ方向にシフトする。
【0049】
図１２ａに示されるように、出射イオンビームは、磁場Ｂ１、Ｂ２の向きが図１０の磁場の向きと同じであるため、入射イオンビームに比べて収束する。加えて、上側及び下側の磁気コイル対９０２、９０８に印加される電流の大きさが異なるため、上側磁気コイル対９０２による収束角度（角度Ａ）は、下側磁気コイル対９０８による収束角度（角度Ａ）よりも大きくなり、これにより出射ビームのビーム中心軸９２０が、入射イオンビームの中心軸２２０に比べてｙ方向において下方にシフトする。図１２ｂに示されるように、出射イオンビームは、Ｂ１、Ｂ２の磁場の向きが図１１の磁場の向きと同じであるため、入射イオンビームに比べて発散する。加えて、上側及び下側の磁気コイル対９０２、９０８に印加される電流の大きさが異なるため、上側磁気コイル対９０２による発散角度（角度Ａ）は、下側磁気コイル対９０８による発散角度（角度Ｂ）よりも大きくなり、これにより出射ビームのビーム中心軸９２０が、入射イオンビームの中心軸２２０に比べてｙ方向において上方にシフトする。具体的には、図１２ｂの例では、ＤＣ電源を逆に接続することで、コイル９０４、９０６、９１０、９１２に流れる電流の向きを、図１２ａの例における電流の流れる向きとは逆にすることができ、これによりイオンビームを発散する状態から集束する状態に変える。しかしながら、図１２ｂの磁場Ｂ１、Ｂ２の向きは互いに逆向きのままである。
【0050】
他の実施形態では、上側及び／又は下側の磁気コイル対９０２、９０８のコイル電流の大きさを適切に調整することで、角度Ａを、角度Ｂ以下に設定することができ、これによって同様に、入射ビームのビーム中心軸２２０に対して出射ビームのビーム中心軸９２０がシフトする（すなわち、１２ａの例における上方及び１２ｂの例における下方）。図１０－１２ｂの例では、集束レンズ２１４に入射するときにｙ方向に平行な入射イオンビームを示したものの、他の実施形態では、入射イオンビームは、平行である必要はない。例えば、入射イオンビームを発散又は集束させることができ、集束レンズ２１４は、入射イオンビームを適切に集束又は発散させて、平行な出射イオンビームを生成し得る。一実施形態では、イオンビームプロファイルを所望の形状に調整するべく、集束レンズ２１４のコイル電流をフィードバックして調整するために、集束レンズ２１４の下流におけるビームプロファイルがモニタされる。
【0051】
図２ａ及び図２ｂを引き続き参照すると、一実施形態において、イオン注入機２００は、分析マグネット２０２のチャンバ２０４の外部であって下流に配置されて、チャンバの第２端部２０８に隣接するビーム減速エネルギーフィルタ２２２を具備している。ビーム減速エネルギーフィルタ２２２は、概して、例えばイオンビームのエネルギーを高エネルギーレベル（例えば約２５ｋｅＶ）から低エネルギーレベル（例えば約３ｋｅＶ）に減少させるなど、分析マグネットチャンバ２０４からのイオンビームのエネルギーを変えるように構成されている。加えて、ビーム減速エネルギーフィルタ２２２は、イオンビームを偏向させ得、そうすることによってイオンビームから中性粒子を分離させる。エネルギーフィルタ２２２は、イオンビームを曲げることができ、これによりイオンビームから中性粒子を分離させる。
【0052】
別の態様では、図１３は、本発明の一実施形態において、他の代表的なイオン注入機３００の構成を示しており、イオン源１３１０は、分析マグネット１３０２の外部に配置されている。概して、イオン注入機３００は、イオン源１３１０が分析マグネット１３０２の外部に配置されている点を除いて、図２ａ及び２ｂのイオン注入機２００と実質的に同じである。具体的には、イオン源１３１０は、分析マグネット３０２の上流に配置されて分析マグネット１３０２の第１端部１３０６に近接しており、該イオン源１３１０は、被処理物（不図示）を処理及び移送するために、引き出されたイオビームを分析マグネット１３０２に供給する。図示されているように、イオン源１３１０の内部に磁場を生成するべく、イオン源１３１０は、真空のイオン源チャンバ１３１１の内部に設けられるとともに、ソースマグネット（不図示）に囲まれている。
【0053】
イオン源１３１０は、図３－５、７及び８を参照しながら上述したイオン源２１０と実質的に同じであり得る。例えば、イオン源１３１０は、引き出し機構３２０を具備し、当該引き出し機構３２０の１つ又は複数の引き出し電極には、１つ又は複数のバイアス部材７００、８００が接続され得る。イオン源１３１０は、分析マグネット１３０２内に配置されていないので、バイアス部材７００のフィードスルー７０４及び／又はバイアス部材８００の電圧フィードスルー８０４（弾性部材８１２を含む）は、上述した分析マグネット２０２の壁への取り付けと同様の方法で、イオン源チャンバ１３１１に取り付けられ得る。従って、バイアス部材７００の弾性導電性部材７０２は、イオン源チャンバ１３１１に接続され、バイアス部材８００の導電性棒状部材８０２もまたイオン源チャンバ１３１１に接続される。
【0054】
分析マグネット１３０２は、イオン源が内部にあること以外は、分析マグネット２０２と実質的に同じ構成要素を具備し得る。一実施形態では、分析マグネット１３０２は、ＭＲＳ２１２と構造、機能、及び配置がほとんど同じＭＲＳ１３１２を具備する。イオン注入機３００も、一組の集束レンズ１３１４（少なくともその一部が、分析マグネット１３０２の外部に設けられて第２端部１３０８に近接する）を具備し得、その一組の集束レンズ１３１４は、図９－１２ｂを参照しながら上述した集束レンズ２１４と構造、機能、及び配置がほとんど同じである。一実施形態では、イオン注入機３００は、分析マグネット１３０２の外部でその第１端部１３０６に設けられたもう一組の１つ又は複数の集束レンズ１３２４を具備しており、その第２の組の集束レンズ１３２４は、構造及び機能が集束レンズ１３１４と実質的に同じである。ＭＲＳ１３１２は、一組の集束レンズ１３１４及び一組の集束レンズ１３２４の間に配置され得る。一実施形態では、イオン注入機３００もまた、ビーム減速エネルギーフィルタ２２２とほとんど同じ構造、機能、及び配置のビーム減速エネルギーフィルタ１３２２を具備している。
【0055】
本発明のイオン注入機２００、３００にはさまざまな利点がある。分析マグネット内にイオン源またはＭＲＳの少なくとも１つを配置することで、イオンビームの経路の長さは、図１のイオン注入機１００のような従来のイオン注入機と比べて短くなる。加えて、分析マグネット２０２内にイオン源２１０を有するイオン注入機２００においては、そのイオン注入機２００のイオンビームは、分析マグネット２０２による強磁場のおかげで、輸送中により安定する。従って、イオン注入機２００、３００によって生成されるイオンビームの電流レベルは、従来の注入機に比べて（例えば約３０％）高い。
【0056】
当業者は、本発明が、その中心または主要な特徴から逸脱することなく、その他の様々な形態で実施されることが可能であることを理解するであろう。前述の実施形態は、発明の範囲を限定するものではなく、あらゆる点において例として提示したものであるとみなされる。故に、発明の範囲は、前述の記載ではなく、むしろ添付の請求項に示されている。従って、請求項における意味やその均等の範囲等の一切の変形は、請求項に含まれるものである。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12a】
【図12b】
【図13】
