JP5085887B2

JP5085887B2 - ビーム処理装置及びビーム処理方法

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Inventors: 光国月原; 光昭椛澤
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Description

本発明は光や電子、イオン等のビーム（粒子ビーム）を被処理物に照射して処理するためのビーム処理装置に関する。

図９を参照して、ビーム処理装置のうち、イオン注入装置、特にビームスキャン方式のイオン注入装置の一例について説明する（例えば、特許文献１参照）。

図９において、イオン源３０１で発生されたイオンは、図示しない引出電極によりビーム３０２として引き出される。引き出されたビーム３０２は、質量分析磁石装置３０３により質量分析されて必要なイオン種のみが選択される。必要なイオン種のみから成るビーム３０２は、ビーム整形装置３０４により断面形状が整形される。ビーム整形装置３０４は、Ｑ（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）−磁極レンズもしくは静電電極レンズ等により構成される。整形された断面形状を持つビームは、偏向走査装置３０５により図９（ａ）の面に平行な方向に振られる。以下では、この方向をスキャン方向あるいは横方向と呼ぶことがあり、この方向に直交する方向を上下方向あるいは縦方向と呼ぶことがある。

振られたビームは、Ｐ（Ｐａｒａｌｌｅｌ）−レンズ３０６により再平行化され、偏向角０度の軸に平行にされる。図９（ａ）では、偏向走査装置３０５によるビームのスキャン範囲を黒の太い線と破線とで示している。Ｐ−レンズ３０６からのビームは、１つ以上の加速／減速電極３０７を経由して角度エネルギーフィルター３０８に送られる。角度エネルギーフィルター３０８では、ビームのエネルギーに関する分析が行われ、必要なエネルギーのイオン種のみが選択される。図９（ｂ）に示されるように、角度エネルギーフィルター３０８においては選択されたイオン種のみがやや下方に偏向される。このようにして選択されたイオン種のみから成るビームがプラズマ電子フラッドシステム３０９を経由してウエハ３１０に照射される。ウエハ３１０に照射されなかったビームは、ビームストッパ３１１に入射してエネルギーが消費される。通常、イオン源３０１からウエハ３１０が収容されている真空処理室までの間の構成がビームラインと呼ばれる。

このタイプのイオン注入装置では、イオン源３０１から引き出されたビームは、質量分析後、偏向走査装置３０５により横方向に数百Ｈｚ〜数キロＨｚのスキャン周波数で振られ、Ｐ−レンズ３０６で平行化される。ビームの縦断面形状は円形であり、その直径サイズはウエハ３１０のサイズより遥かに小さいが、ビームスキャン範囲はウエハ３１０より大きくなっている。上下方向、つまり縦方向については、ウエハ３１０を動かすメカニカルスキャンが行われる。ビームは再平行化後、加速／減速電極３０７により加速または減速され、５ｋｅＶ〜２６０ｋｅＶの広いエネルギー範囲をカバーするようになっている。加速／減速後に電場または磁場による角度エネルギーフィルター３０８によってエネルギー分析を行うことで、ウエハ３１０に純粋なビームを注入できるようになっている。なお、図示していないが、角度エネルギーフィルター３０８の下流側には、エネルギースリットが配置される。

特開２００３−２８８８５７号公報

ところで、この種のビームスキャン方式のイオン注入装置では、ウエハへのイオン注入の均一性を確保するために、ビームの縦断面形状をスキャン方向、つまり横方向に長い長円形状、あるいは楕円形状にすることが要求されることがある。この場合の縦断面形状のサイズは、縦方向のビーム幅に関してはウエハの直径より小さいが、横方向のビーム幅に関してはウエハの直径より十分に大きい。

本発明の課題は、縦断面が長円形、円形、楕円形の粒子ビームを、縦断面が横方向に長い長円形状、楕円形状の粒子ビームとなるように整形して、偏向走査装置に入射させることができるようにすることにある。

本発明の他の課題は、被処理物のどの照射位置でも粒子ビームの縦断面形状が均一になるようにすることにある。

本発明は、ビーム発生源から引き出された粒子ビームを、質量分析磁石装置、質量分析スリット、偏向走査装置の順に通過させ、被処理物に照射させるビーム処理装置において、前記質量分析磁石装置と前記偏向走査装置との間であって前記質量分析磁石装置を通過した粒子ビームが横方向に最も集束する位置に前記質量分析スリットを設け、第１の直流四極電磁石を前記質量分析スリットの直前の上流側に、第２の直流四極電磁石を前記偏向走査装置の直前の上流側にそれぞれ設け、前記第１の直流四極電磁石は、前記質量分析磁石装置を通過することにより縦方向のビーム幅が大きく、横方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、これにより、前記質量分析スリットを通過した粒子ビームは縦方向についてビーム幅が集束し横方向についてはビーム幅が発散する縦断面形状となり、前記第２の直流四極電磁石は、前記質量分析スリットを通過して横方向のビーム幅が大きく、縦方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、更に縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることにより、該第２の直流四極電磁石の位置で粒子ビームは再度、縦方向のビーム幅が最も集束され、これにより、縦断面が横方向に長い長円形又は楕円形の粒子ビームを前記偏向走査装置に送ることを特徴とする。

本ビーム処理装置においては、前記質量分析スリットの上流側及び下流側のそれぞれに前記第１の直流四極電磁石及び前記第２の直流四極電磁石を複数設け、粒子ビームを複数回にわたって、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることが望ましい。

本ビーム処理装置においては、前記第１の直流四極電磁石及び前記第２の直流四極電磁石をそれぞれ独立して制御するようにしても良い。

本ビーム処理装置においては、前記質量分析磁石装置を通過したビーム断面が長円形又は楕円形の粒子ビームが横方向に最も集束する位置に前記質量分析スリットを設け、前記質量分析磁石装置を通過させた粒子ビームを一度、前記第１の直流四極電磁石により、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、前記質量分析スリットを通過させた粒子ビームを再度、前記第２の直流四極電磁石により、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、ビーム断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状となるように整形することが望ましい。

上記のビーム処理装置において、前記偏向走査装置がビーム軌道を間にして対向し合うように一対の走査電極を配置してなる静電偏向型である場合、該一対の走査電極の区間に、該一対の走査電極の対向方向と直交する方向であってかつビーム進行方向に沿う一対の電場補正電極をビーム軌道を間にして対向し合うように配置し、該一対の電場補正電極に常に補正電圧を印加することにより、往復走査するイオンビーム又は荷電粒子ビームに対しその往復走査の正逆電位の切り替え時に補正電場を作用させるよう構成しても良い。

本発明によれば更に、ビーム発生源から引き出された粒子ビームを、質量分析磁石装置、質量分析スリット、偏向走査装置、ビーム平行化装置、加速／減速電極装置の順に通過させ、被処理物に照射させるビーム処理方法において、前記質量分析磁石装置を通過することにより縦方向のビーム幅が大きく、横方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、前記質量分析スリットの直前の上流側において、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、これにより、前記質量分析スリットを通過した粒子ビームは縦方向についてビーム幅が集束し横方向についてはビーム幅が発散する縦断面形状となり、前記質量分析スリットを通過して横方向のビーム幅が大きく、縦方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、前記偏向走査装置の直前の上流側において、更に縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることにより、粒子ビームを再度、縦方向のビーム幅を最も集束させ、これにより、縦断面が横方向に長い長円形又は楕円形の粒子ビームを前記偏向走査装置に送ることを特徴とするビーム処理方法が提供される。

本ビーム処理方法においては、前記質量分析磁石装置を通過したビーム断面が長円形又は楕円形の粒子ビームが横方向に最も集束する位置に前記質量分析スリットが配置され、前記質量分析磁石装置を通過させた粒子ビームを一度、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、前記質量分析スリットを通過させた粒子ビームを再度、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、ビーム断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状となるように整形し、前記偏向走査装置により、前記ビーム断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状の粒子ビームを横方向に振らせることが望ましい。

本発明のビーム処理装置によれば、以下の効果が得られる。

１．偏向走査装置に、断面において縦方向に強く集束した、横方向に長い長円形状又は楕円形状ビームを入射でき、被処理物のビーム照射位置におけるビームの縦発散を最小限にできる。

２．質量分析磁石装置と偏向走査装置との間の距離を変更しても、所望のビーム整形が可能である。

３．ビームの不要なカット、不要な発散を防ぐことができるので、低エネルギービームでもビームを増大させることができる。

図１は、本発明をビームスキャン方式によるビーム処理装置のうち、特に枚葉式イオン注入装置に適用した場合の実施形態の主要構成を示す平面断面図（図ａ）及び側面断面図（図ｂ）である。

図１において、このイオン注入装置は、イオンビーム発生源１１、引出電極１２、質量分析磁石装置１３、第１の直流四極電磁石１４、質量分析スリット１５、第２の直流四極電磁石１６、偏向走査装置１７、ビーム平行化装置１８、加速／減速電極装置１９をこれらの記載順に配置して成る。質量分析磁石装置１３、偏向走査装置１７、ビーム平行化装置（Ｐ−レンズ）１８、及び加速／減速電極装置１９は、それぞれ図９で説明したものと同じ機能を有する。そして、図１では図示を省略しているが、図９で説明したように、加速／減速電極装置１９の下流側には更に、角度エネルギーフィルターが配置され、これを通過したイオンビームが真空処理室に配置されたウエハに照射される。

本実施形態は、以下の構成に特徴を有する。

１．質量分析スリット１５が、質量分析磁石装置１３と偏向走査装置１７との間に配置される。

２．特に、質量分析スリット１５は、質量分析磁石装置１３を通過したイオンビームが横方向に最も集束する位置に設けられる。

３．第１の直流四極電磁石１４は縦方向集束及び横方向発散用の電磁石装置であり、質量分析磁石装置１３と質量分析スリット１５との間に配置される。

４．第１の直流四極電磁石１４は、質量分析スリット１５の上流側の最適箇所、具体的には質量分析スリット１５の上流側の直前の箇所に設けられるのが好ましい。

５．第２の直流四極電磁石１６は縦方向集束及び横方向発散用の電磁石であり、質量分析スリット１５と偏向走査装置１７との間に配置される。

６．第２の直流四極電磁石１６は、質量分析スリット１５の下流側の最適箇所、具体的には偏向走査装置１７の上流側の直前の箇所に設けられるのが好ましい。

７．第１の直流四極電磁石１４、第２の直流四極電磁石１６はそれぞれ独立して制御することが好ましいが、この限りでは無い。

次に、本構成によるイオン注入装置の動作について説明する。

イオンビーム発生源１１で発生されたイオンは、引出電極１２によりイオンビームとして引き出され、質量分析磁石装置１３に出射される。引出電極１２に設けられている引出スリットの作用によりイオンビームは縦方向に集束し、横方向に発散するイオンビームとして出射される。

質量分析磁石装置１３では入射したイオンビームに対する質量分析が行われて必要なイオン種のみが選択される。上述した引出電極１２の作用により、入射したイオンビームは質量分析磁石装置１３の中心位置で縦方向のビーム幅が最も集束するとともに横方向のビーム幅が最も発散する。しかし、質量分析磁石装置１３は、いわば凸レンズとしても作用するので、質量分析磁石装置１３の中心位置を通過したイオンビームは、縦方向についてビーム幅が発散し横方向についてはビーム幅が集束するようにされる。

第１の直流四極電磁石１４は、質量分析磁石装置１３を通過したイオンビームのビーム幅を縦方向に集束させるとともに横方向に発散させるように作用する。つまり、図２に一点鎖線で示すように第１の直流四極電磁石１４には縦方向のビーム幅が大きく（縦方向に発散）、横方向のビーム幅が小さい（横方向に集束）縦断面形状を持つイオンビームが入射するが、このイオンビームのビーム幅を、実線で示すように縦方向に集束させるとともに横方向に発散させるように作用する。このような作用はフレミングの左手の法則に基づいている。例えば、イオンビームが図面の裏側から表側に向けて向かうものとすると、これが電流の向きとなり、イオンビームの周囲の磁場との作用により、磁場の向きに応じた力が集束または発散に寄与する。第１の直流四極電磁石１４が質量分析スリット１５より上流側の直前の箇所にあると、より横幅の広いイオンビームを質量分析スリット１５を通過させることができる。また、縦方向の発散を抑えることもでき、縦方向についてより多くのイオンビームを通過させることができる。つまり、不要なカット、不要な発散を防ぐことができる。

質量分析スリット１５を通過したイオンビームは、縦方向についてビーム幅が集束し横方向についてはビーム幅が発散する傾向となる。

第２の直流四極電磁石１６は、質量分析スリット１５を通過したイオンビームのビーム幅を縦方向に集束させるとともに横方向に発散させるように作用する。つまり、図３に一点鎖線で示すように第２の直流四極電磁石１６には横方向のビーム幅が比較的大きく（横方向に発散）、縦方向のビーム幅が小さい（縦方向に集束）縦断面形状を持つイオンビームが入射するが、このイオンビームのビーム幅を、実線で示すように更に縦方向に集束させるとともに横方向に発散させるように作用する。その結果、第２の直流四極電磁石１６の位置でイオンビームは再度、縦方向のビーム幅を最も集束させる。これにより、縦方向に強く集束し、横方向に発散したイオンビーム、つまり縦断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状のイオンビームが偏向走査装置１７に送られる。

図１には、理解を容易にするために、質量分析磁石装置１３の中心位置、第１、第２の直流四極電磁石１４、１６におけるイオンビームの縦断面形状を各参照番号の近くに示している。

偏向走査装置１７は、上記のようにして得られた、縦断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状のイオンビームを横方向に往復させて振らせる。

振られたビームは、ビーム平行化装置１８により再平行化され、偏向角０度の軸に平行にされる。ビーム平行化装置１８からのイオンビームは、１つ以上の電極から成る加速／減速電極装置１９を経由して図示しない角度エネルギーフィルターに送られる。角度エネルギーフィルターでは、イオンビームのエネルギーに関する分析が行われ、必要なエネルギーのイオン種のみが選択される。

図９で説明したように、角度エネルギーフィルターにおいては選択されたイオン種のみがやや下方に偏向される。このようにして選択されたイオン種のみから成るイオンビームがウエハに照射される。ウエハに照射されなかったイオンビームは、ビームストッパに入射してエネルギーが消費される。本イオン注入装置においても、ウエハは上下方向、つまり縦方向についてメカニカルスキャンが行われる。

本実施形態によるイオン注入装置によれば、以下の効果が得られる。

１．偏向走査装置１７に、縦断面において縦方向に強く集束した、横方向に長い長円形状又は楕円形状のイオンビームを入射でき、イオン注入位置におけるイオンビームの縦発散を最小限にしてイオン注入の均一性を向上させることができる。

２．質量分析磁石装置１３と偏向走査装置１７との間の距離を変更しても、所望のビーム整形が可能である。

３．第１、第２の直流四極電磁石１４、１６を、それぞれ複数個配置することにより、質量分析磁石装置１３と偏向走査装置１７との間で、イオンビームを複数回にわたって、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることができる。

４．不要なカット、不要な発散を防ぐことで低エネルギービームの増大化に寄与することができる。

ところで、イオンビームの縦断面形状は、イオン注入の均一性を向上させるためには、図１に示す偏向走査装置１７の下流側のどの走査位置、つまりウエハに対するどの照射位置でも均一であることが望ましい。これを実現するために改良されたイオン注入装置について以下に説明する。

図４〜図８を参照して、上記実施形態に改良を加えた他の実施形態について説明する。他の実施形態は、偏向走査装置が静電偏向型の場合に適用される。静電偏向型の偏向走査装置は、ビーム軌道を間にして対向し合うように２つの走査電極を配置して構成される。

イオンビームを静電偏向により振らせると、図５（ａ）に示すように、偏向走査装置の下流側においては、走査端部でのイオンビームの縦断面形状が走査中心部でのイオンビームの縦断面形状に比べて大きくなるという傾向がある。走査端部というのはイオンビームによる往復走査範囲において走査電極に近い方の端部であり、走査中心部というのは往復走査範囲における中心軸に沿う部分である。

上記の傾向が生じるのは、イオンビーム内に含まれるイオンと、イオンビームに絡みつく電子の質量が大きく異なるからである。また、ビーム電流密度が大きくなるほどイオン同士の反発力が大きくなるからである。

図４は、本発明の他の実施形態による偏向走査装置２０の基本構成を斜視図で示す。偏向走査装置２０は、ビームを間にして対向するように配置された一対の走査電極２１Ａ、２１Ｂと、一対の走査電極２１Ａ、２１Ｂの上流側近傍、下流側近傍にそれぞれ、前後に走査電極２１Ａ、２１Ｂを挟むようにして設けられた電子サプレッション電極２５、２６と、電子サプレッション電極２５、２６に接続されるとともに、一対の走査電極２１Ａ、２１Ｂの対向電極面によって挟まれる空間内に設けられたゼロ電場効果抑制用の電場補正電極２７、２８とを備える。つまり、ここでは電場補正電極２７、２８は電子サプレッション電極２５、２６と同じ負電位にされる。なお、電子サプレッション電極２５、２６はそれぞれ、ビームの通過域に横長の開口２５−１、２６−１を有し、−１〜−２ｋＶ程度の直流電圧が印加される。

なお、図４の配置形態は一例にすぎず、走査電極２１Ａ、２１Ｂの配置形態は、水平方向に並べて配置する形態に限定されるものではない。例えば、走査電極２１Ａ、２１Ｂは鉛直方向に並べて配置されても良い。また、上流側、下流側の電子サプレッション電極２５、２６は同じ形状である必要は無い。

走査電極２１Ａ、２１Ｂはビーム進行軸（往復走査範囲における中心軸）に関して対称な形状を有し、ビーム進行軸側の面（対向電極面）がビーム進行軸に関して対称になるように配置される。走査電極２１Ａ、２１Ｂの対向電極面には略円弧形の溝２１Ａ−１、２１Ｂ−１がz軸方向に延びるように形成されている。

図６、図７は、本実施形態における偏向走査装置２０によるゼロ電場効果抑制作用を説明するための図である。図６は、偏向走査装置２０を横断面図で示し、電場補正電極は図示を省略している。また、走査電極２１Ａ、２１Ｂが下流側に向けて八の字状に広がる形状となっているが、これは走査角度範囲を拡大するための形態である。更に、下流側の電子サプレッション電極２６に隣接してグランド電極２９が配置されている。勿論、グランド電極２９は接地される。一方、図７は偏向走査装置を下流側から見た図であり、説明を簡単にするために、走査電極２１Ａ、２１Ｂを平行平板形状で示している。これは、本発明で使用される偏向走査装置が、一対の走査電極が図７のような平行平板形状のもの、一対の走査電極が図６のように電極間隔が下流側に向かうにつれて大きくなる、いわゆる八の字状のもの、更には図４に示すように一対の走査電極の対向電極面にビーム進行軸方向（ｚ軸方向）に延びる溝が形成されているもののいずれにも適用可能であることを意味する。しかし、図４に示す走査電極の形態が最も好ましく、その理由については後述する。

図６（ａ）においては、偏向走査装置２０を通過する正の電荷をもつイオンは、負の電圧を持つ左側の走査電極２１Ａに引き寄せられる。一方、ビームに巻きついた電子は、正の電圧を持つ右側の走査電極２１Ｂに引き付けられる。これを、図７では走査電極２１Ａ寄りのビーム断面形状（楕円形状）で示している。これにより偏向走査装置２０を通過するビームは電子が失われ、正の電荷をもつイオン同士は空間電荷効果により反発するため、ビームは発散する傾向にある。電子はイオンよりも質量が軽いため、イオンよりも偏向角が大きい。

図６（ｃ）においても、図６（ａ）と同じ理由で偏向走査装置２０を通過するイオンビームは発散する傾向にある。図７では走査電極２１Ｂ寄りのビーム断面形状（楕円形状）にてビームに巻きついた電子が正の電圧を持つ左側の走査電極２１Ａに引き付けられることを示している。
一方、図６（ｂ）は、交流走査電源に接続された一対の走査電極２１Ａ、２１Ｂに印加される電圧がちょうど０の瞬間におけるビームの状態を示す。図７では、これを走査電極２１Ａ、２１Ｂ間の中間部に位置したビーム断面形状（楕円形状）にて示しており、ビームに巻きついた電子は走査電極２１Ａ、２１Ｂに引き付けられることは無いが、電場補正電極２７、２８からの負の電場の作用によりビーム内に残存せずにランダムな方向に飛散する。これにより、イオンビームが残存電子によって集束する傾向が抑制される。

電場補正電極２７、２８の上記の作用により、図５（ｂ）に示すように、偏向走査装置２０の下流側における走査端部、走査中心部のいずれにおいてもビーム縦断面形状は変化せず、均一となる。

次に、図８を参照して、走査電極２１Ａ、２１Ｂにおける溝２１Ａ−１、２１Ｂ−１の意義について説明する。このような溝は偏向走査装置２０の通過前後でビームの上下方向の集束・発散を小さく抑えるように寄与する。

偏向走査装置２０内部で、上流側／下流側のどちらの電子サプレッション電極にも近くない場所では、走査電極２１Ａ、２１Ｂの作る電場が支配的になる。

偏向電場の上下成分は、走査電極２１Ａ、２１Ｂの溝２１Ａ−１、２１Ｂ−１の形状によって決まる。

左側の走査電極に正＋Ｖ、右側の走査電極に負−Ｖの電圧がかかっている場合、溝の有無とその形状により、電場の分布は図８（ａ），（ｂ）のようになる。

図８（ａ）の平行平板による走査電極２１Ａ、２１Ｂでは、ｙ軸方向の電場が、電子サプレッション電極の開口部の電場と同じ方向性をもっており、ｙ軸方向へのビームの集束・発散を増幅させる。

図８（ｂ）の走査電極２１Ａ、２１Ｂには適度な溝２１Ａ−１、２１Ｂ−１が形成されており、図８（ｃ）に矢印で示すように、サプレッション電極２５、２６から離れたｙ軸方向の電場が、サプレッション電極の開口部２５−１、２６−１近傍のｙ軸方向の電場を打ち消すような方向性を持つ。この上下方向の電場は、サプレッション電極の開口部近傍の電場と比べると非常に弱いが、作用する距離範囲が長いので、偏向走査装置２０全体では集束も発散もほぼ同程度の作用となる。

図８（ｂ）による走査電極２１Ａ、２１Ｂでは、サプレッション電極の開口部近傍と、サプレッション電極に近くない走査電極２１Ａ、２１Ｂの対向電極面間での上下方向の電場の作用がほぼ同じ大きさで打ち消し合うように、走査電極２１Ａ、２１Ｂの溝２１Ａ−１、２１Ｂ−１の形状、寸法を決めることにより、偏向走査装置２０通過前後でビームの上下方向の集束・発散を小さく抑えることができる。

以上、本発明を２つの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、以下のような形態も可能である。

１．第１の直流四極電磁石１４を省略し、第２の直流四極電磁石１６に代えて、第２の直流四極電磁石１６よりも強力で大型の直流四極電磁石を偏向走査装置１７の上流側の直前に配置する。

２．質量分析磁石装置１３と質量分析スリット１５との間及び質量分析スリット１５と偏向走査装置１７との間に、それぞれ第１の直流四極電磁石及び第２の直流四極電磁石を２つ以上配置する。

３．ビーム断面が横方向に長い長円形状、楕円形状となるように整形する他の集束手段(例えば、レンズ電極)を用いる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるイオン注入装置の主要部の構成を示した平面断面図（図ａ）及び側面断面図（図ｂ）である。図２は、図１に示された第１の直流四極電磁石の作用を説明するための断面図である。図３は、図１に示された第２の直流四極電磁石の作用を説明するための断面図である。図４は、本発明の他の実施形態において使用される偏向走査装置の概略構成を示す斜視図である。図５は従来の偏向走査装置（図ａ）と本発明の他の実施形態における偏向走査装置（図ｂ）とを比較説明するための図で、ビーム縦断面形状を装置の下流側から示した図である。図６は本発明の他の実施形態における偏向走査装置の作用を説明するための図である。図７は本発明の他の実施形態による偏向走査装置における電場補正電極の作用を説明するための図である。図８はビーム偏向走査装置の走査電極に溝を設ける場合（図ｂ）と、溝を設けない場合（図ａ）とについてその作用を説明するための図である。図９は、従来のビームスキャン方式のイオン注入装置の概略構成を説明するための平面断面図（図ａ）及び側面断面図（図ｂ）である。

符号の説明

１１イオンビーム発生源
１２引出電極
１３質量分析磁石装置
１４第１の直流四極電磁石
１５質量分析スリット
１６第２の直流四極電磁石
１７、２０偏向走査装置
１９加速／減速電極装置

Claims

ビーム発生源から引き出された粒子ビームを、質量分析磁石装置、質量分析スリット、偏向走査装置の順に通過させ、被処理物に照射させるビーム処理装置において、
前記質量分析磁石装置と前記偏向走査装置との間であって前記質量分析磁石装置を通過した粒子ビームが横方向に最も集束する位置に前記質量分析スリットを設け、
第１の直流四極電磁石を前記質量分析スリットの直前の上流側に、第２の直流四極電磁石を前記偏向走査装置の直前の上流側にそれぞれ設け、
前記第１の直流四極電磁石は、前記質量分析磁石装置を通過することにより縦方向のビーム幅が大きく、横方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、これにより、前記質量分析スリットを通過した粒子ビームは縦方向についてビーム幅が集束し横方向についてはビーム幅が発散する縦断面形状となり、
前記第２の直流四極電磁石は、前記質量分析スリットを通過して横方向のビーム幅が大きく、縦方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、更に縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることにより、該第２の直流四極電磁石の位置で粒子ビームは再度、縦方向のビーム幅が最も集束され、これにより、縦断面が横方向に長い長円形又は楕円形の粒子ビームを前記偏向走査装置に送ることを特徴とするビーム処理装置。
前記質量分析スリットの上流側及び下流側のそれぞれに前記第１の直流四極電磁石及び前記第２の直流四極電磁石を複数設け、粒子ビームを複数回にわたって、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
前記第１の直流四極電磁石及び前記第２の直流四極電磁石をそれぞれ独立して制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のビーム処理装置。
前記質量分析磁石装置を通過したビーム断面が長円形又は楕円形の粒子ビームが横方向に最も集束する位置に前記質量分析スリットを設け、
前記質量分析磁石装置を通過させた粒子ビームを一度、前記第１の直流四極電磁石により、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、
前記質量分析スリットを通過させた粒子ビームを再度、前記第２の直流四極電磁石により、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、ビーム断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状となるように整形することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のビーム処理装置。
前記偏向走査装置はビーム軌道を間にして対向し合うように一対の走査電極を配置してなる静電偏向型であり、
該一対の走査電極の区間に、該一対の走査電極の対向方向と直交する方向であってかつビーム進行方向に沿う一対の電場補正電極をビーム軌道を間にして対向し合うように配置し、
該一対の電場補正電極に常に補正電圧を印加することにより、往復走査するイオンビーム又は荷電粒子ビームに対しその往復走査の正逆電位の切り替え時に補正電場を作用させるよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のビーム処理装置。
ビーム発生源から引き出された粒子ビームを、質量分析磁石装置、質量分析スリット、偏向走査装置、ビーム平行化装置、加速／減速電極装置の順に通過させ、被処理物に照射させるビーム処理方法において、
前記質量分析磁石装置を通過することにより縦方向のビーム幅が大きく、横方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、前記質量分析スリットの直前の上流側において、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、これにより、前記質量分析スリットを通過した粒子ビームは縦方向についてビーム幅が集束し横方向についてはビーム幅が発散する縦断面形状となり、
前記質量分析スリットを通過して横方向のビーム幅が大きく、縦方向のビーム幅の小さい縦断面形状となった粒子ビームを、前記偏向走査装置の直前の上流側において、更に縦方向に集束させるとともに横方向に発散させることにより、粒子ビームを再度、縦方向のビーム幅を最も集束させ、これにより、縦断面が横方向に長い長円形又は楕円形の粒子ビームを前記偏向走査装置に送ることを特徴とするビーム処理方法。
前記質量分析磁石装置を通過したビーム断面が長円形又は楕円形の粒子ビームが横方向に最も集束する位置に前記質量分析スリットが配置され、
前記質量分析磁石装置を通過させた粒子ビームを一度、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、
前記質量分析スリットを通過させた粒子ビームを再度、縦方向に集束させるとともに横方向に発散させ、ビーム断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状となるように整形し、
前記偏向走査装置により、前記ビーム断面が横方向に長い長円形状又は楕円形状の粒子ビームを横方向に振らせることを特徴とする請求項６に記載のビーム処理方法。