專利名稱：離子注入機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子注入機，其中通過組合地采用帶狀離子束到襯底 上的入射與襯底在與離子束的主表面相交的方向上的移動，在襯底上
執(zhí)行離子注入。
背景技術(shù)：
在這種離子注入機中，為了提高離子注入在襯底上的均勻化，提 高在帶狀(也叫做片狀或條狀，下同)離子束的縱向(在說明書中，Y 方向)上的離子束電流密度分布的均勻化是重要的。
專利文獻2中公開了一種技術(shù)，其中被一維掃描的電子束被入射 到離子源的等離子容器中，并且氣體通過電子束被離子化以產(chǎn)生等離 子，從而提高從離子源所引出的離子束的離子束電流密度分布。JP-A-2000-315473 (段落0012至0015，圖1) [專利文獻2]JP-A-2005-38689 (段落0006至0008，圖l)
在專利文獻1所公開的技術(shù)中，甚至當在離子束的縱向上排列有 多個燈絲時，在燈絲之間也會不可避免出現(xiàn)間隔，并且因此不可避免 地降低等離子密度和離子束電流密度。因此，對離子束電流密度分布 的均勻化的提高存在限制。
在專利文獻2所公開的技術(shù)中，甚至當從離子源所引出的離子束 的均勻化可以提高時，也有這種情況，即在離子束前進期間均勻化被 破壞。因此，無法保證在注入位置處離子束電流密度分布的均勻化是 優(yōu)異的
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的示例性實施例提供了一種離子注入機，在其中可以提高 在襯底上的注入位置處離子束電流密度分布在縱向(Y方向)上的均 勻化。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在本發(fā)明的第一離子注入機中，離子束
的前進方向被設(shè)置為z方向，在基本上垂直于z方向的平面上基本上
相互垂直的兩個方向分別被設(shè)置為X和Y方向，并且其中Y方向的尺 寸大于X方向的尺寸的帶狀離子束被傳輸以照射襯底，從而執(zhí)行離子 注入。離子注入機包括
離子源，其具有一或多個燈絲，用于在氣體被導(dǎo)入的等離子容器 中生成電弧放電，并且生成帶狀離子束，其Y方向上的尺寸大于襯底
的Y方向上的尺寸；
襯底驅(qū)動設(shè)備，在其中使離子束入射到襯底上的注入位置處，在
與離子束的主表面相交的方向上移動襯底；
一或多個電子束源，生成電子束，發(fā)射電子束到離子源的等離子
容器中以離子化氣體，從而產(chǎn)生等離子，并且在等離子容器中在Y方 向上掃描電子束；
一或多個電子束電源，為電子束源提供用于控制電子束的生成量 的引出電壓，以及用于掃描的掃描電壓；
離子束監(jiān)控器，在注入位置或該位置附近，在Y方向上的多個監(jiān) 控點測量離子束的Y方向離子束電流密度分布；以及
控制設(shè)備，在根據(jù)離子束監(jiān)控器的測量數(shù)據(jù)來控制電子束電源以 將由電子束源所生成的電子束的量保持在基本上恒定的值的同時，通 過執(zhí)行下述至少一個相對增加在離子源中的對應(yīng)于其中由離子束監(jiān) 控器所測量的離子束電流密度相對較大的監(jiān)控點的位置中的電子束的 掃描速度；以及相對降低在離子源中的對應(yīng)于其中由離子束監(jiān)控器所 測量的離子束電流密度相對較小的監(jiān)控點的位置中的電子束的掃描速 度，該控制設(shè)備具有均勻化由離子束監(jiān)控器所測量的Y方向離子束電 流密度分布的功能。
在第一離子注入機中，由離子束監(jiān)控器測量在注入位置或該位置
附近的離子束的Y方向離子束電流密度分布。然后，該控制設(shè)備根據(jù) 離子束監(jiān)控器的測量數(shù)據(jù)來控制電子束電源，并且控制在離子源的等 離子容器中的電子束的掃描速度以控制由電子束所產(chǎn)生的等離子的密 度。具體地說，當將由電子束源所生成的電子束的量保持在基本上恒
定的值的同時，通過執(zhí)行下述至少一個相對增加在離子源中的對應(yīng)
于其中由離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較大的監(jiān)控點的
位置處的電子束的掃描速度；以及相對降低在離子源中的對應(yīng)于其中 由離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較小的監(jiān)控點的位置處 的電子束的掃描速度，從而執(zhí)行對由離子束監(jiān)控器所測量的Y方向離 子束電流密度分布的均勻化的控制。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以提高在注入位 置處離子束電流密度分布在Y方向上的均勻化。
在說明書中，"基本上所有監(jiān)控點"意味著優(yōu)選情況下為所有監(jiān) 控點，但是可以排除幾個不重要的監(jiān)控點。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在本發(fā)明的第二離子注入機中，離子束
的前進方向被設(shè)置為z方向，在基本上垂直于z方向的平面上基本上
相互垂直的兩個方向分別被設(shè)置為X和Y方向，并且其中Y方向的尺 寸大于X方向的尺寸的帶狀離子束被傳輸以照射襯底，從而執(zhí)行離子 注入。離子注入機包括離子源，具有一或多個燈絲，用于在氣體被 導(dǎo)入的等離子容器中生成電弧放電，并且生成帶狀離子束，其Y方向 上的尺寸大于襯底的Y方向上的尺寸；襯底驅(qū)動設(shè)備，在其中使離子
束入射到襯底上的注入位置處，在與離子束的主表面相交的方向上移 動襯底； 一或多個電子束源，生成電子束，并且發(fā)射電子束到離子源 的等離子容器中以離子化氣體，從而產(chǎn)生等離子，并且在等離子容器 中在Y方向上掃描電子束； 一或多個電子束電源，為電子束源提供用 于控制電子束的生成量的引出電壓以及用于掃描的掃描電壓；離子束 監(jiān)控器，在注入位置或該位置附近，在Y方向上的多個監(jiān)控點測量離 子束的Y方向離子束電流密度分布；以及控制設(shè)備，在根據(jù)離子束監(jiān) 控器的測量數(shù)據(jù)來控制電子束電源以將由電子束源所生成的電子束的 掃描速度保持在基本上恒定的值的同時，通過執(zhí)行下述至少一個相
對降低在離子源中的對應(yīng)于其中由離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流
密度相對較大的監(jiān)控點的位置處的電子束的掃描速度；以及相對增加 在離子源中的對應(yīng)于其中由離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相 對較小的監(jiān)控點的位置處的電子束的掃描速度，該控制設(shè)備具有均勻 化由離子束監(jiān)控器所測量的Y方向離子束電流密度分布的功能。
在第二離子注入機中，由離子束監(jiān)控器測量在注入位置或該位置 附近的離子束的Y方向離子束電流密度分布。然后，該控制設(shè)備根據(jù) 離子束監(jiān)控器的測量數(shù)據(jù)來控制電子束電源，并且控制來自電子束源 的電子束的生成量，從而控制由等離子容器中的電子束所產(chǎn)生的等離 子的密度。具體地說，當將由電子束源所生成的電子束的Y方向掃描
速度保持在基本上恒定的值的同時，通過執(zhí)行下述至少一個相對減
小在離子源中的對應(yīng)于其中由離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度
相對較大的監(jiān)控點的位置處的電子束的生成量；以及相對增加在離子 源中的對應(yīng)于其中由離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較小 的監(jiān)控點的位置處的電子束的生成量，從而執(zhí)行對由離子束監(jiān)控器所 測量的Y方向離子束電流密度分布的均勻化的控制。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可 以提高在注入位置處離子束電流密度分布在Y方向上的均勻化。
根據(jù)本發(fā)明第五和第六方面，(a)控制設(shè)備可以具有如下功能 將作為由電子束電源提供給電子束源的引出電壓的原本的引出信號提 供給電子束電源；計算由離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子 束電流密度的均值； 一致地控制流經(jīng)離子源的燈絲的燈絲電流以便所 計算的均值基本上等于事先預(yù)定的離子束電流密度；計算作為在由離 子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密度和預(yù)設(shè)的離子束 電流密度之間差值的Y方向分布誤差；確定其中所計算的誤差大于預(yù) 定可允許誤差的監(jiān)控點，以及在監(jiān)控點處的誤差符號；確定對應(yīng)于確 定的監(jiān)控點的掃描電壓；根據(jù)確定的誤差符號，在對應(yīng)于其中所測量 的離子束電流密度較大的監(jiān)控點的掃描電壓下，與誤差程度成比例地 減小引出電壓，并且在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較小的監(jiān) 控點的掃描電壓下，與誤差程度成比例地增大引出電壓，從而修整引 出信號的波形，以便在離子束撞擊的基本上所有監(jiān)控點處誤差等于或 小于可允許誤差；并且存儲所修整的引出信號數(shù)據(jù)以及燈絲電流數(shù)據(jù)， 以及(b)電子束電源可以具有放大器，放大由控制設(shè)備所提供的掃描 信號以產(chǎn)生掃描電壓。
離子注入機可以進一步包括分析電磁石，位于離子源和注入位置 之間，并且在X方向上彎曲來自離子源的離子束以分析動量。
離子注入機可以進一步包括加速/減速設(shè)備，位于分析電磁石和注
入位置之間，通過靜電場在x方向上彎曲離子束，并且加速或減速離子束。
如第一至第六方面所述的本發(fā)明具有上述結(jié)構(gòu)。因此，可以提高 在襯底上的注入位置處離子束電流密度分布在Y方向上的均勻化。結(jié) 果，可以提高在襯底上的離子注入的均勻化。
而且，將使用燈絲進行等離子產(chǎn)生來和通過使用電子束源來控制 等離子密度分布控制而得到的離子束電流密度分布均勻化相結(jié)合使 用。因此，通過使用具有較大電流和較高均勻化的離子束來照射襯底， 可以容易地執(zhí)行離子注入。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，離子注入機進一步包括 分析電磁石，位于離子源和注入位置之間，并且在X方向上彎曲 來自離子源的離子束以分析動量， 分析電磁石包括
線圈，具有 一套主體部分，在橫跨離子束所穿過的射束路徑的 X方向上彼此相對；以及至少一套連接部分，在Z方向上相互連接主 體部分的末端部分，同時避開射束路徑。該線圈生成在X方向上彎曲 離子束的磁場；以及
軛，整個地包圍線圈的主體部分的外側(cè)，
在線圈的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊層線圈中設(shè)置凹口部分，同時 保留主體部分和連接部分。構(gòu)造該疊層線圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片 的迭片堆疊起來，其中主表面在迭片絕緣體的外圍表面上沿著Y方向 延伸，同時纏繞迭片多匝；以及在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，離子注入機可以進一步包括 分析電磁石，位于離子源和注入位置之間，并且在X方向上彎曲 來自離子源的離子束以分析動量， 分析電磁石包括
第一線圈，它是一種馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫跨 離子束所穿過的射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋 離子束的一側(cè)的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相 互連接主體部分的末端部分，同時避開射束路徑。第一線圈與第二線
圈合作以生成在X方向上彎曲離子束的磁場；
第二線圈，它是一種馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫跨 射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋離子束的另一側(cè) 的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相互連接主體部 分的末端部分，同時避開射束路徑。第二線圈與第一線圈在Y方向上 重疊放置，并且與第一線圈合作以生成在X方向上彎曲離子束的磁場； 以及
軛，整個地包圍第一線圈和第二線圈的主體部分的外側(cè)， 在第一和第二線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊層線圈中 設(shè)置凹口部分，同時保留主體部分和連接部分。構(gòu)造疊層線圈包括 將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主表面在迭片絕緣體的外圍 表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；以及在堆棧的外圍表面 上形成迭片絕緣體。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，離子注入機可以進一步包括 分析電磁石，位于離子源和注入位置之間，并且在X方向上彎曲 來自離子源的離子束以分析動量， 分析電磁石包括
內(nèi)線圈，具有 一套主體部分，在橫跨離子束所穿過的射束路徑 的X方向上彼此相對；以及連接部分，在Z方向上相互連接主體部分 的末端部分，同時避開射束路徑。內(nèi)線圈生成在X方向上彎曲離子束 的主磁場；
一或多個第一外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于第一內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相對； 以及一套連接部分，在Z方向上相互連接主體部分的末端部分，同時 避開射束路徑。第一外線圈生成用于輔助或校正主磁場的次磁場；
一或多個第二外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相對；以及 一套連接部分，在Z方向上相互連接主體部分的末端部分，同時避開 射束路徑。第二外線圈與第一外線圈在Y方向上重疊放置，并且生成
用于輔助或校正主磁場的次磁場；以及
軛，整個地包圍內(nèi)線圈以及第一和第二外線圈的主體部分的外側(cè)， 在內(nèi)線圈、第一和第二外線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形 疊層線圈中設(shè)置凹口部分，同時保留主體部分和連接部分。構(gòu)造疊層 線圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主表面在迭片絕
緣體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；在堆桟的外 圍表面上形成迭片絕緣體；將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中 主表面在堆棧的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；以 及在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，離子注入機可以進一步包括 分析電磁石，位于離子源和注入位置之間，并且在X方向上彎曲 來自離子源的離子束以分析動量， 分析電磁石包括
第一內(nèi)線圈，它是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫跨離 子束所穿過的射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋離 子束的一側(cè)的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相互 連接主體部分的末端部分，同時避開射束路徑。第一線圈與第二內(nèi)線 圈合作以生成在X方向上彎曲離子束的主磁場；
第二內(nèi)線圈，它是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫跨射 束路徑的X方向上彼此相對，并且覆蓋Y方向上的離子束的另一側(cè)的 大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相互連接主體部分
的末端部分，同時避開射束路徑。第二內(nèi)線圈與第一內(nèi)線圈在Y方向
上重疊放置，并且與第一內(nèi)線圈合作以生成在x方向上彎曲離子束的
主磁場；
一或多個第一外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于第一內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相對； 以及一套連接部分，在Z方向上相互連接主體部分的末端部分，同時 避開射束路徑。第一外線圈生成用于輔助或校正主磁場的次磁場；
一或多個第二外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，
位于第二內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相對； 以及一套連接部分，在Z方向上相互連接主體部分的末端部分，同時 避開射束路徑。第二外線圈與第一外線圈在Y方向上重疊放置，并且 生成用于輔助或校正主磁場的次磁場；以及
軛，整個地包圍第一和第二內(nèi)線圈以及第一和第二外線圈的主體 部分的外側(cè)，
在第一內(nèi)線圈和第一外線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊 層線圈中設(shè)置凹口部分，同時保留主體部分和連接部分。構(gòu)造疊層線 圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主表面在迭片絕緣 體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；在堆棧的外圍 表面上形成迭片絕緣體；將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主 表面在堆棧的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；以及 在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體，并且
在第二內(nèi)線圈和第二外線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊 層線圈中設(shè)置凹口部分，同時保留主體部分和連接部分。構(gòu)造疊層線 圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主表面在迭片絕緣 體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；在堆棧的外圍 表面上形成迭片絕緣體；將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主 表面在堆棧的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；以及 在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，分析電磁石可以進一步包括 一套磁 極，從軛向內(nèi)部突出，以便在橫跨射束路徑的Y方向上彼此相對。
根據(jù)第七至第十一方面所述的本發(fā)明包括上述分析電磁石，并且 因此獲得下述進一步效果。
在分析電磁石的每一個線圈的結(jié)構(gòu)中，在如上所述的扇形圓柱形 疊層線圈中設(shè)置凹口部分，同時保留主體部分和連接部分，并且因此
該連接部分所處的狀態(tài)為，其中這些部分在從主體部分的末端部分開
始在Y方向上基本平行的延伸。甚至在其中主體部分的Y方向上的尺 寸增加的情況下，通過相應(yīng)增加連接部分的Y方向上的尺寸來處理這 種情況。結(jié)果，連接部分在束入射和發(fā)射的方向上的突出距離沒有增 加。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以減少在束入射和發(fā)射的方向上線圈的連接部分 從軛突出的距離。
因此，可以減少分析電磁石的尺寸，并且可以減少用于安裝分析 電磁石所需的面積。另外，可以減少分析電磁石的重量。而且，減少 了通過線圈的連接部分所生成的磁場干擾離子束形態(tài)的可能性。
由于可以減少每一個線圈的連接部分的突出距離，還可以縮短連 接部分的長度，并且因此可以減少連接部分中浪費的功率消耗。而且， 在每一個線圈的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)體片被堆疊起來，其間插入了絕緣片。因 此，與其中被覆導(dǎo)體被纏繞多次的多匝線圈相比，導(dǎo)體的占空系數(shù)較 高，并且功率損耗相應(yīng)較低。因此，可以減少功率消耗。
結(jié)果，隨著分析電磁石的微型化，可以減小離子注入機的尺寸， 并且因此可以減少用于安裝分析電磁石所需的面積。另外，可以減少 離子注入機的重量。而且，隨著分析電磁石的功率消耗的減小，可以 減少離子注入機的功率消耗。
如第八方面所述的本發(fā)明可以得到下述進一步的效果。也就是說， 由于分析電磁石包括第一和第二線圈，因此可以容易地處理具有較大Y 方向尺寸的離子束。
如第九方面所述的本發(fā)明可以得到下述進一步效果。也就是說， 由于分析電磁石除了包括內(nèi)線圈以外還包括第一和第二外線圈，因此 可以在離子束的射束路徑上生成其中在Y方向上的磁通密度分布均勻 化較高的磁場。結(jié)果，可以將對發(fā)射的離子束形態(tài)的干擾抑制到更低 的水平。該效果在其中離子束具有較大Y方向尺寸的情況下更為顯著。
如第十方面所述的本發(fā)明可以得到下述進一步效果。也就是說， 由于分析電磁石除了包括第一和第二內(nèi)線圈以外還包括第一和第二外 線圈，因此可以容易地處理具有較大Y方向尺寸的離子束，并且還可 以在離子束的射束路徑上生成其中在Y方向上的磁通密度分布的均勻 化較高的磁場。結(jié)果，可以將對發(fā)射的離子束形態(tài)的干擾抑制到更低 的水平。該效果在其中離子束具有較大Y方向尺寸的情況下更為顯著。
如第十一方面所述的本發(fā)明可以得到下述進一步效果。也就是說， 由于分析電磁石進一步包括磁極，因此磁場可以容易地集中在磁極之 間的縫隙中，并且因此可以容易地在射束路徑上生成具有較高磁通密 度的磁場。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，離子注入機可以進一步包括 加速/減速設(shè)備，位于分析電磁石和注入位置之間，通過靜電場在
X方向上彎曲離子束，并且加速或減速離子束，其中分析電磁石在X
方向上彎曲來自所述離子源的離子束以分析動量，
所述加速/減速設(shè)備包括第一至第三電極，它們在離子束前進方向
上從上游側(cè)開始按照所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極的
順序排列，并且在所述第一和第二電極，以及所述第二和第三電極之
間的兩個階段中加速或減速離子束，
所述第二電極由在橫跨離子射束路徑的X方向上彼此相對的兩個 電極元件所構(gòu)成，并且這兩個電極元件被施加不同的電勢以便在X方 向上偏轉(zhuǎn)離子束，所述第三電極沿著偏轉(zhuǎn)之后具有特定能量的離子束 的軌道放置。
第十二方面所述的本發(fā)明包括上述加速/減速設(shè)備，并且因此獲得 下述進一步效果。
也就是說，在加速/減速設(shè)備中，離子束可以被第二電極的部分所 偏轉(zhuǎn)，該電極由兩個電極元件分開地構(gòu)成，從而實現(xiàn)能量分離的效果。 第三電極的存在能夠有效得到具有特定能量的離子束，并且第三電極 可以有效阻擋除了離子束以外的離子和中性粒子。因此，可以更加有 效地抑制能量污染。特別是，根據(jù)經(jīng)驗可以知道，在減速模式下，可 以通過在第一和第二電極之間的離子減速中進行電荷轉(zhuǎn)換而容易地生 成中性粒子。不過，甚至當生成許多中性粒子時，它們直接前進并且 撞擊到第三電極上從而被阻擋。因此，可以在加速/減速設(shè)備中有效地 消除中性粒子。
進而，可以在兩個階段加速離子束，并且，離子束可以在后一個 階段中的加速之前被偏轉(zhuǎn)。因此，有助于偏轉(zhuǎn)。而且，由多余離子的 碰撞所生成的電子被第二電極所彎折，從而防止電子到達第一電極。
因此，可以降低由電子的碰撞而生成的x射線的能量。
通過下面的詳細描述、附圖和權(quán)利要求，其他特征和優(yōu)勢可以更 為明顯。


圖l為示意性平面圖，示出了本發(fā)明的離子注入機的實施例。 圖2為示意性透視圖，部分地示出了帶狀離子束的例子。
圖3示出了離子束與襯底在Y方向上的尺寸關(guān)系的例子。 圖4為示意性截面圖，示出了如圖l所示的離子源的結(jié)構(gòu)例子。 圖5為示意性平面圖，示出了在圖4所示的離子源中燈絲和電子
束源的排列的例子，電子束的掃描軌跡(scan locus)，等。 圖6為示意性平面圖，示出了燈絲排列的另一個例子。 圖7為圖1所示的電子束源和電子束電源的結(jié)構(gòu)例子。 圖8為視圖，示出了從圖1所示的離子源到離子束監(jiān)控器的系統(tǒng)
的簡化版本。
圖9為示意性前視圖，示出了圖l所示的離子束監(jiān)控器的例子。 圖IO為流程圖，示出了通過使用圖1所示的控制設(shè)備來進行Y方
向離子束電流密度分布均勻化的控制的內(nèi)容的例子。
圖11為流程圖，示出了圖IO所示的燈絲電流控制子例程的例子。 圖12為流程圖，示出了圖IO所示的電子束掃描速度控制子例程
的例子。
圖13為示意圖，示出了在執(zhí)行了如圖IO所示的燈絲條件粗略設(shè) 置之后，離子束電流密度分布的例子。
圖14A至14D為示意圖，示出了通過執(zhí)行如圖IO所示的燈絲電 流控制和電子束掃描速度控制來對Y方向離子束電流密度分布進行均 勻化的過程。
圖15示出了如圖l所示的電子束源和電子束電源的結(jié)構(gòu)的另一個 例子。
圖16為流程圖，示出了通過使用圖1所示的控制設(shè)備來對Y方向 電子束電流密度分布的均勻化進行控制的內(nèi)容的另一個具體例子。
圖17為流程圖，示出了圖16中所示的電子束量控制子例程的例子。
圖18為示意性截面圖，示出了相對于離子源的等離子容器放置電 子束源的方式的另一個例子。
圖19為平面圖，示出了如圖l所示的分析電磁石的例子。
圖20為沿著圖19的線A-A看的截面圖。
圖21為透視圖，示出了圖19所示的分析電磁石，其中忽略了真 空容器。
圖22為透視圖，示出了圖19所示的分析電磁石。
圖23為透視圖，示出了圖22所示的第一和第二內(nèi)線圈。
圖24為示意圖，放大性地示出了沿著圖22的線D-D來看的第一
內(nèi)線圈和外線圈的截面。
圖25為截面圖，分解性地示出了圖24所示的第一內(nèi)線圈和最上
部的第一外線圈。
圖26為示意性平面圖，示出了圖25所示的纏繞導(dǎo)體片的方式。
圖27為透視圖，示出了如圖23所示的第一內(nèi)線圈。
圖28示出了如圖19所示的用于分析電磁石的線圈的電源結(jié)構(gòu)的例子。
圖29為透視圖，示出了作為圖22所示的第一和第二內(nèi)線圈的原 物的疊層線圈的例子。
圖30分解性地示出了沿著圖29的線F-F的內(nèi)線圈和外線圈的截面。
圖31為平面圖，示出了通過使用心軸來纏繞預(yù)浸料坯片的方式的 例子。
圖32為平面圖，示出了使用心軸來纏繞絕緣片和導(dǎo)體片的方式的 例子。
圖33為平面圖，示出了通過使用心軸來纏繞的疊層線圈的例子。 圖34為截面圖，示出了將冷卻板附著到第一和第二內(nèi)線圈的例子。
圖35示出了在從分析電磁石發(fā)射之后立即具有正常形態(tài)的離子 束的例子。
圖36示出了在從分析電磁石發(fā)射之后立即具有扭曲形態(tài)的離子 束的例子。
圖37為透視圖，示出了分析電磁石的線圈的另一個例子。 圖38分解性地示出了沿著圖37的線J-J的線圈截面。 圖39為截面圖，示出了分析電磁石的另一個例子，并且對應(yīng)于圖20。
圖40為截面圖，示出了分析電磁石的再一個例子，并且對應(yīng)于圖20。
圖41為截面圖，示出了分析電磁石的再一個例子，并且對應(yīng)于圖20。
圖42為橫截面圖，示出了如圖l所示的加速/減速設(shè)備的例子。 圖43為透視圖，示出了現(xiàn)有分析電磁石的例子，其中通過兩點虛 線來表示軛，以有助于對線圈形狀的理解。
具體實施方式

(1)關(guān)于整個離子注入機
圖1為示意性平面圖，示出了本發(fā)明的離子注入機的實施例。在 說明書和附圖中，離子束50的傳輸方向總是被設(shè)置為Z方向，并且在 與Z方向基本垂直的平面上相互基本垂直的兩個方向被分別設(shè)置為X 和Y方向。例如，X和Z方向為水平方向，以及Y方向為垂直方向。 Y方向為常數(shù)方向，而X方向不是絕對方向，而是根據(jù)路徑上的離子 束50的位置而變化(例如參見圖1)。在說明書中，將其中組成離子 束50的離子為正離子的情況作為例子進行描述。
離子注入機為采用帶狀離子束50照射襯底60以執(zhí)行離子注入的
儀器，并且包括離子源100,用于生成帶狀離子束50;分析電磁石
200，用于在X方向上彎曲來自離子源100的離子束50以分析動量(例 如動量分析，下同)，并且在下游側(cè)上形成具有期望動量的離子束50 的焦點56 (在X方向上的焦點，下同)；以及襯底驅(qū)動設(shè)備500，在 其中使穿過分析電磁石200的離子束50入射在襯底60上的注入位置 上，在與離子束50的主表面52 (見圖2和3)相交的方向上移動(見 箭頭C)襯底60。例如，移動為往返的線性移動。襯底驅(qū)動設(shè)備500
具有用于支撐襯底60的支架502。
離子束50從離子源100到襯底60的路徑在圖中未示出并且保持 為真空的真空容器中。
在說明書中，"主表面"并不是指帶狀或片狀元件(例如下面要 描述的離子束50和絕緣片266、 267以及導(dǎo)體片268、 269)的端面， 而是指元件的較大的表面。術(shù)語"下游側(cè)"或"上游側(cè)"指的是在離 子束50的傳輸方向Z上的下游側(cè)或上游側(cè)。由離子源100生成的離子 束50和源于分析電磁石200的離子束50在內(nèi)容上彼此不同。也就是 說，前者為動量分析之前的離子束，而后者為動量分析之后的離子束。 離子束之間的差別是明顯的。因此，在說明書中，離子束彼此不區(qū)分， 并且兩者都用離子束50來表示。
由離子源100生成并且被傳輸?shù)揭r底60的離子束50具有帶狀形 狀，其中如圖2所示，例如Y方向上的尺寸Wy大于X方向上的尺寸 Wx，也就是Wy〉Wx。雖然離子束50具有帶狀形狀，但是這并不意味 著X方向上的尺寸Wx像紙或布一樣薄。例如，離子束50在X方向上 的尺寸Wx約為30 80mrn，并且盡管取決于襯底60的尺寸，在Y方向 上的尺寸Wy約為300 500rnm。其中離子束50較大的平面也就是沿著 YZ平面的平面為主表面52。
離子源100生成帶狀離子束50，其中與圖3所示的例子中的一樣， Y方向上的尺寸Wy大于襯底60在Y方向上的尺寸Ty。例如，當尺寸 Ty為300~400mm時，尺寸Wy約為400 500mm。由于這種尺寸關(guān)系和 襯底60的上述移動，可以用離子束50照射襯底60的整個表面，以執(zhí)
例如，襯底60為半導(dǎo)體襯底、玻璃襯底或者其他襯底。襯底的平 面圖形狀為圓形或矩形。
在從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的焦點56的附近，放置 了裂縫70，用于與分析電磁石200合作以分析離子束50的動量。分析 縫70具有基本平行于Y方向進行延伸的裂縫72。分析縫70置于離子 束50的焦點56的附近的原因在于離子束50的傳輸效率和動量分析的 分辨率都提高了。
可以根據(jù)需要來放置后面將要描述的分析電磁石200、分析縫70 和加速/減速設(shè)備400。
正如后面要詳細描述的，多個電子束源Gn位于離子源100 (具體 地說，構(gòu)成離子源的等離子容器118)中。為每一個電子束源Gn提供 來自相應(yīng)的電子束電源114的用于控制電子束的生成量的引出電壓和 用于在Y方向上進行掃描的掃描電壓。在該實施例中，電子束源Gn 和電子束電源114的數(shù)目分別為2。這些數(shù)目并不限于該值。這些數(shù)目 每一個也可以是l，或除了2的復(fù)數(shù)。也就是說，這兩個數(shù)目都是一或 多個中的任意一個。
放置離子束監(jiān)控器80，用于測量位于注入位置或注入位置附近以 及在Y方向上的多個監(jiān)控點的離子束50的Y方向離子束電流密度分 布，其中注入位置為其中使離子束50入射到襯底60上的位置。表示
射束電流密度分布的測量數(shù)據(jù)Dl從離子束監(jiān)控器80輸出，并且然后 被提供給控制設(shè)備90。
例如在如圖l所示的例子中，離子束監(jiān)控器80可以被放置在注入 位置后側(cè)(換句話說，下游側(cè))的附近?？蛇x情況下，監(jiān)控器可以放 置在注入位置前側(cè)(換句話說，上游側(cè))，或者可以構(gòu)造為是可移動 到該注入位置的。需要將離子束監(jiān)控器80、襯底60和支架502放置為 不互相干涉。在測量期間，在其中離子束監(jiān)控器80被放置在注入位置 的后側(cè)附近的情況下，襯底60和支架502可以被移動到不會發(fā)生干涉 測量的位置。在測量期間，在其中離子束監(jiān)控器80被放置在注入位置 的前側(cè)附近的情況下，離子束監(jiān)控器80可以被移動到不會發(fā)生干涉注 入的位置。
離子注入機進一步包括控制設(shè)備90，根據(jù)由離子束監(jiān)控器80所 提供的測量數(shù)據(jù)D1來控制電子束電源114。在該實施例中，控制設(shè)備 90還可以控制燈絲電流If，這在后面會描述。
(2)關(guān)于離子源IOO、電子束源Gn等及其控制 如圖4所示，在離子源IOO的結(jié)構(gòu)中，用于產(chǎn)生等離子的氣體(包 括蒸汽的情況)120經(jīng)由氣體導(dǎo)入端口 119被導(dǎo)入， 一或多個(在該實 施例中為三個)燈絲122位于等離子容器118中，它具有例如長方體 形狀，在燈絲122和還起到陽極作用的等離子容器118之間生成電弧 放電，氣體120被離子化以生成等離子124，并且上述帶狀離子束50 通過引出電極系統(tǒng)126從等離子124中被引出。
氣體120是包含有期望元素(例如，諸如B、 P和As等摻雜劑)
的氣體。氣體的具體例子是包含有諸如BF3、 PH3、 AsHg或B2H6的源 氣體的氣體。
根據(jù)需要，氣體導(dǎo)入端口 119可以位于排列在Y方向上的多個位 置中。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，容易在等離子容器118中使氣體濃度分布均勻化， 從而加速等離子密度分布的均勻化。
引出電極系統(tǒng)126具有一或多個(在所示的例子中為三個)電極。 電極具有分別位于相應(yīng)位置上的離子引出孔128。引出電極系統(tǒng)126(具 體地說，是系統(tǒng)的電極)的離子引出孔128的形狀和排列等是根據(jù)所 引出的離子束50的截面形狀來充分確定的。正如在圖5所示的例子中， 離子引出孔128可以是排列在Y方向上的多個(許多個)小孔，或在 Y方向上延伸的裂縫。根據(jù)在離子束50的X方向上的尺寸Wx,由多 個這種離子引出孔128所組成的多(例如，兩或三)行可以排列在X 方向上。
燈絲122的個數(shù)是一或多個中的任意數(shù)。為了生成具有較大Y方 向尺寸WY和高度均勻化的離子束50，優(yōu)選情況下在Y方向上排列多 個燈絲122。
正如圖4和圖5所示的例子中，燈絲122可以具有U形形狀，或 者正如圖6中所示的那樣，燈絲122具有沿著Y方向延伸的線性形狀。 燈絲可以具有其他形狀。
U形形狀的燈絲122可以具有如圖4所示的在YZ平面上向回彎
折的形狀，或者如圖5所示的在XZ平面上向回彎折的形狀。
如圖4所示，每一個燈絲122接收來自電壓可變燈絲電源134的 燈絲電流If，并且被加熱以發(fā)射熱電子。用于生成電弧放電的DC電弧 電源136被連接在每一個燈絲122的一端和等離子容器118之間。在 該實施例中，燈絲電源134可以改變(增加或減少)燈絲電流If以響 應(yīng)由控制設(shè)備90所提供的燈絲電流控制信號Sf。
在該例中，為每一個燈絲122放置一個燈絲電源134。不過，不 需要分離地放置多個燈絲電源134。燈絲電源可以集成到一個單元中， 或者被構(gòu)造為可以使燈絲電流If單獨流經(jīng)各個燈絲122的一個燈絲電 源。在該例中，電弧電源136為所有燈絲122所共享?？蛇x情況下， 可以為每一個燈絲122放置一個電弧電源。在共享電源的情況下，可 以簡化該結(jié)構(gòu)。
用于形成其用于產(chǎn)生和保持等離子124的多極磁場(多頭磁場) 的磁體可以位于等離子容器118的外圍。具有這種結(jié)構(gòu)的離子源也被 稱為桶式離子源(或多極磁場類型的離子源)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，每一個電子束源Gn生成電子束138，并且將電子束 發(fā)射到離子源100的等離子容器118中，以便氣體120被電子束138 離子化以產(chǎn)生等離子124。而且，在離子源100中(具體地說，在等離 子容器118中)，電子束138可以在Y方向上被一維掃描。掃描焦點 的例子如圖5和圖6所示。簡單地說，電子束源Gn用于校正由燈絲 122所產(chǎn)生的等離子124的密度分布。該實施例具有兩個電子束源Gn。 不過，電子束源的個數(shù)并不限于2。該個數(shù)可以是1,或除了 2的復(fù)數(shù)。 也就是說，該數(shù)目是一或多個中的任意一個。
在圖7所示的例子中，每一個電子束電源114具有燈絲電源150， 加熱燈絲140;引出電源152，施加DC引出電壓Ve，用于控制燈絲 140和引出電極142之間的電子束138的量；能量控制電源154，在燈 絲140和陽極144之間施加DC陽極電壓Va;以及放大器156，施加 掃描電壓Vy，用于在一對掃描電極146之間進行Y方向掃描。在該實 施例中，燈絲電源150是DC電源?？蛇x情況下，燈絲電源可以是AC 電源。
例如，控制設(shè)備90具有提供作為掃描電壓Vy的原本的掃描信號 Sy的功能，并且放大器156放大(電壓放大)由控制設(shè)備90所提供的 掃描信號Sy以產(chǎn)生(輸出)掃描電壓Vy。在該例中，掃描電壓Vy在 相對陽極144的電勢的土方向上擺動。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，電子束電源114 可以將用于控制電子束138的量的引出電壓Ve和用于Y方向掃描的掃 描電壓Vy等提供給相應(yīng)的電子束源Gn。
簡短地說，從每一個電子束源Gn所引出的電子束138的能量是根 據(jù)陽極電壓Va的電平來決定的，并且成為Va[eV]。電子束138的能量
被設(shè)置到其中在等離子容器118中可以通過電子碰撞使氣體120離子 化的電平。例如，當氣體120是上述類型的氣體，則能量可以設(shè)置在 大約500eV至3keV之間，具體地說大約lkeV。
在排列在Y方向的多個監(jiān)控點上，離子束監(jiān)控器80測量離子束 50的Y方向離子束電流密度分布。正如在例如圖9所示的例子中，離 子束監(jiān)控器80具有多個(許多)排列在Y方向上的射束電流測量設(shè)備 (例如，法拉第杯(Faraday cups) ) 82。多個射束電流測量設(shè)備82 的排列長度可以比離子束50的Y方向上的尺寸Wy稍微大一點。根據(jù) 該結(jié)構(gòu)，可以測量出在Y方向上的整個離子束50。射束電流測量設(shè)備 82分別對應(yīng)于監(jiān)控點。圖9是示意圖。射束電流測量設(shè)備82的數(shù)目、 形狀和排列等并不限于圖9中所示的這些。
例如，每一個射束電流測量設(shè)備82可以形成為在X方向上延伸的 矩形形狀，而不是如圖9中例子所示的圓形形狀。在這種情況下，每 一個射束電流測量設(shè)備82的結(jié)構(gòu)可以使得X方向尺寸大于入射到該設(shè) 備上的離子束50的X方向尺寸Wx，從而使該設(shè)備能夠接收到在X方 向上的整個離子束50。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以消除離子束50的X方向離 子束電流密度分布帶來的影響。換句話說，在X方向上，可以測量平 均離子束電流密度。如上所述，襯底60沿著X軸進行移動(不限于平 行于X方向的移動)。因此，當如上構(gòu)造射束電流測量設(shè)備82時，在 更類似于在襯底60上的實際離子注入的狀態(tài)下，可以測量離子束50 的離子束電流密度分布。
離子束監(jiān)控器80可以構(gòu)造的使得通過移動裝置來在Y方向上移動 一個射束電流測量設(shè)備82。
(A)電子束的掃描速度控制 在這種情況下，使用圖7所示的電源來作為電子束電源114。在 該例中，從引出電源152輸出的引出電壓Ve被設(shè)置為常數(shù)，并且由電 子束源Gn所生成的電子束的數(shù)量被設(shè)置為常數(shù)。優(yōu)選情況下，從能量
控制電源154輸出的陽極電壓Va也被設(shè)置為常數(shù)。在該實施例中，這 些值被設(shè)置為常數(shù)。圖10至12示出了在這種情況中通過使用控制設(shè) 備90所執(zhí)行的控制的流程圖。
在控制之前，在位于離子束監(jiān)控器80上的監(jiān)控點Py、在監(jiān)控點 Py處共享離子束電流密度的增加/減少的電子束源Gn、以及被提供給 電子束源Gn的掃描電壓Vy之間的對應(yīng)關(guān)系被事先檢査，并且被存儲 在控制設(shè)備90中。在其中只有一個電子束源Gn被使用的情況下，電 子束源Gn被唯一確定，并且因此不需要檢査和存儲電子束源Gn。進 而，電子束源Gn并不需要被包括在下述對應(yīng)關(guān)系中。
當注意力集中到位于離子束監(jiān)控器80上的任意監(jiān)控點Py時，這 些對應(yīng)關(guān)系示出了電子束源Gn增加/減少監(jiān)控點Py上的離子束電流密 度以及被提供給電子束源Gn的掃描電壓Vy的值，并且可以用下述表 達式1來表示對應(yīng)關(guān)系。下標i、 j和k表示具體的位置并且是整數(shù)。 例如，通過檢査在電壓下離子束電流密度被增加或減少的位置處的電 子束源Gn、掃描電壓Vy和監(jiān)控點Py，可以確定對應(yīng)關(guān)系。對應(yīng)關(guān)系 由離子注入機的結(jié)構(gòu)所唯一確定。因此，當一旦確定下來，除非對離 子注入機的結(jié)構(gòu)進行了修改，否則它們不會被改變。表示對應(yīng)關(guān)系的 數(shù)據(jù)可以存儲在控制設(shè)備90 (具體地說，存儲設(shè)備)中。
Pyi<~~KGnj, Vyk)
下面參考圖10等來描述接下來的程序。在控制設(shè)備90中設(shè)置了 撞擊到襯底60上的離子束50的期望離子束電流密度Iset，以及密度的
可允許誤差e (步驟900)。所設(shè)置的離子束電流密度Iset被稱為預(yù)設(shè) 離子束電流密度。可允許誤差s表示實際離子束電流密度、具體地說就 是由離子束監(jiān)控器80所測量的離子束電流密度Imon被允許偏離預(yù)設(shè) 離子束電流密度Iset的程度。
接下來，粗略設(shè)置了燈絲條件(步驟901)。這意味著，在等離 子124的產(chǎn)生中，在沒有使用電子束源Gn而僅使用燈絲122的情況下 從離子源100中引出了離子束50，并且以手工方式粗略設(shè)置了由離子 束監(jiān)控器80測量的離子束電流密度Imon。具體地說，調(diào)整了燈絲電源 134,并且粗略設(shè)置了流經(jīng)離子源100的燈絲122的燈絲電流If。此時， 可以額外執(zhí)行由電弧電源136所提供的對電弧電流的調(diào)節(jié)。通常情況 下，這種粗略設(shè)置僅需被執(zhí)行一次，除非離子源100或離子注入機的 結(jié)構(gòu)被改變。
當更加精細的執(zhí)行燈絲條件的粗略設(shè)置時，接下來的控制(例如， 步驟905之后的控制)就可以完成得更快。這也適用于圖16的例子的
情況。 '
例如，優(yōu)選情況下，執(zhí)行粗略設(shè)置，以便在所有監(jiān)控點Py，所測 量的離子束電流密度Imon與預(yù)定離子束電流密度Iset相似，并且可以 將其分布均勻化到一定程度。圖13和14A示出了其中執(zhí)行這種設(shè)置的 示意性例子。圖13示出了其中所測量的離子束電流密度Imon被設(shè)置 得略微小于預(yù)設(shè)離子束電流密度Iset的例子，并且圖14A示出了其中 前者被設(shè)置為略微大于后者的例子。可以使用這些設(shè)置的任何一個。
粗略的說，如圖13所示，所測量的離子束電流密度Imon的峰值
位置大約對應(yīng)于燈絲122的位置。在該圖中，AGi表示由一個電子束源 Gn所影響的區(qū)域，并且AG2表示由另一個電子束源Gn所影響的區(qū)域。 不過，該圖只是示意性圖。
接下來，控制設(shè)備90將具有初始波形的掃描信號Sy提供給電子 束電源114(具體地說，它們的放大器156)，以便輸出具有相同波形 的掃描電壓Vy (步驟902)。例如，初始波形為三角形波形。頻率為 例如10kHz。頻率并不限于該值。
電子束源Gn生成電子束138，由初始波形在Y方向上被掃描。通 過使用它和燈絲122，在離子源100中產(chǎn)生等離子124，并且引出離子 束50(步驟903)。離子束監(jiān)控器80接收到離子束50，且測量離子束 電流密度Imon (步驟904)。該例子如圖13和14A所示。接下來，描 述圖14A的例子。
進而，控制設(shè)備90執(zhí)行諸如計算等下述處理。根據(jù)由離子束監(jiān)控 器80所提供的測量數(shù)據(jù)Dp計算出了在由離子束監(jiān)控器80所測量的 Y方向分布中的離子束電流密度Imon的均值lave (步驟905)。這是 確定值。
接下來，將均值Iave與預(yù)設(shè)離子束電流密度Iset進行比較，并且 確定這兩個值是否基本上相等(步驟905)。如果二者基本上相等，則 過程進展到步驟908，并且如果不相等，則過程進行到步驟907。術(shù)語 "基本上相等"意味著該值是相等的，或者在預(yù)定的小誤差范圍內(nèi)。 該術(shù)語可以理解為"近似相等"。
步驟907為燈絲電流控制子例程。圖ll示出了子例程的內(nèi)容。在 子例程中，首先判斷均值Iave是否大于預(yù)設(shè)離子束電流密度Iset(步驟 920)。如果大于，則過程進展到步驟921，并且如果不大于，則過程 進行到步驟922。
在步驟921中，燈絲電源134由從控制設(shè)備90供應(yīng)的燈絲電流控 制信號Sf進行控制，并且按照預(yù)定量一致地降低流經(jīng)離子源100的所 有燈絲122的燈絲電流If (換句話說相等的或相同的量，下同)。在步 驟922中，與上述情況相反，按照預(yù)定量一致的增加流經(jīng)所有燈絲122 的燈絲電流If。例如，預(yù)定量約為在結(jié)束燈絲條件的粗略設(shè)置時的燈絲 電流江的1% 2%。當預(yù)定量較大時，控制被快速地執(zhí)行，但是不能一 致控制的可能性較高。相比之下，當預(yù)定量較小時，控制較慢，但是 消除了該可能性。因此，可以通過同時考慮這兩種情況來確定預(yù)定量。
不過，包括有燈絲電流控制子例程(步驟907)和下面要描述的 電子束掃描速度控制子例程(步驟910)的步驟900-911的控制不是在 襯底60上的離子束注入過程中實時執(zhí)行的，而是在襯底60的注入過 程之前的適當時間上或者間斷執(zhí)行的?？刂扑俣炔皇菃栴}。因此，可 以執(zhí)行其中的重點不在于速度，而是在于穩(wěn)定性和確定性的控制。例
如，控制可能需要以分鐘為單位的時間。這還適用于如圖16和17所 示的控制。
在步驟907中的燈絲電流控制子例程之后，過程返回到步驟905， 并且重復(fù)上述控制，直到步驟906中的判斷為YES。這使得均值lave 基本等于預(yù)設(shè)離子束電流密度Iset。圖14B示出了該狀態(tài)的示意性例 子。然后，過程進展到步驟908。
在步驟908中，作為所測量的Y方向分布中的離子束電流密度 Imon和預(yù)設(shè)離子束電流密度Iset之差的Y方向分布上的誤差I(lǐng)err是根 據(jù)例如以下表達式來計算的。 [表達式2] Ierr=Imon-Iset
接下來，判斷在離子束50所碰撞的所有監(jiān)控點Py上，誤差的大 小(絕對值)llerrl是否等于或小于可允許誤差s (步驟909)。如果甚 至存在其中誤差大小不是等于或小于可允許誤差的一個點，則過程進 展到步驟910。如果不存在這樣的點，則過程進展到步驟911。
優(yōu)選情況下，與在實施例中的一樣，在離子束50所撞擊的所有監(jiān) 控點Py上執(zhí)行判斷。不過，可以省略在幾個不重要的監(jiān)控點Py上的 判斷。不需要在離子束50沒有撞擊到的監(jiān)控點Py上執(zhí)行判斷。也就 是說，在離子束50所撞擊到的基本所有監(jiān)控點Py上都可以執(zhí)行判斷。
步驟910為離子束掃描速度控制子例程。圖12示出了子例程的內(nèi) 容。在該子例程中，首先確定(換句話說為識別，下同)其中誤差大 小IIerrl大于可允許誤差s的監(jiān)控點Py，并且確定其中誤差較大的監(jiān)控點 Py上的誤差I(lǐng)err的符號(步驟930)。從上述表達式2中看出，在該 例中，其中所測量的離子束電流密度Imon大于預(yù)設(shè)離子束電流密度Iset 的情況為正，以及其中前者小于后者的情況為負。另外參考圖14B。在 控制的初始狀態(tài)中，如上所述被確定的監(jiān)控點Py的個數(shù)通常較大，并
且隨著步驟卯5 908的控制的進展，變得越來越小。
接下來，確定與所確定的監(jiān)控點Py相對應(yīng)的電子束源Gn和監(jiān)控 點的掃描電壓Vy (步驟931)。這可以通過使用上述對應(yīng)關(guān)系(參見 表達式1及其描述)來執(zhí)行。不過，在其中只使用一個電子束源Gn的 情況下，電子束源Gn是唯一確定的，因此沒有必要確定電子束源Gn。
接下來，修整掃描信號Sy的波形，以便在誤差I(lǐng)err為對應(yīng)于正監(jiān) 控點Py的掃描電壓Vy的時刻的電子束138的掃描速度與誤差大小IIerrl 成比例增大，并且在誤差I(lǐng)err為對應(yīng)于負監(jiān)控點Py的掃描電壓Vy的 時刻的電子束138的掃描速度與誤差大小IIerrl成比例減小(步驟932)。 結(jié)果，掃描信號Sy的波形從初始的三角形波形變成略微扭曲的波形。 簡短地說，得到了在其中掃描速度增大或減小了的位置上的傾斜從初 始波形或三角形波形被增大或減小的波形。
當電子束138的掃描速度增大時，在其中速度增大的位置中由于 電子束138所引起的等離子124的產(chǎn)生減小了 (變薄)，并且從中引 出的離子束50的射束電流密度減小了。當電子束138的掃描速度增大 時，在其中速度減小的位置中由于電子束138所引起的等離子124的 產(chǎn)生增加了 (變厚)，并且從中引出的離子束50的射束電流密度增大 了。
電子束138的掃描速度的增加指的是增加了掃描信號Sy的時間變 化率dSy/dt，并由此增加了掃描電壓Vy的時間變化率dVy/dt，并且掃 描速度的減小意味著減小了時間變化率dSy/dt，并由此減小了 dVy/dt。
在其中電子束138的掃描速度與誤差大小IIerrl成比例增大或減小 的情況中，可以充分確定比例常數(shù)。當增大比例常數(shù)時，控制被快速 地執(zhí)行，但是不能一致控制的可能性較高。相比之下，當比例常數(shù)減 小時，控制較慢，但是消除了可能性。因此，可以通過同時考慮這兩 種情況來確定比例常數(shù)。
因此，在步驟910的電子束掃描速度控制子例程之后，過程返回 到步驟905。重復(fù)上述控制，直到步驟909中的判斷為YES。結(jié)果，在 離子束50所撞擊到的所有(或基本上所有)監(jiān)控點Py中，誤差大小IIerrl 等于或者小于可允許誤差s，并且均值lave基本等于預(yù)設(shè)離子束電流密 度Iset (見步驟906)。圖14D示出了這種情況的示意性例子。
如果步驟909中的判斷為YES，則經(jīng)過波形修整的掃描信號Sy 的數(shù)據(jù)、燈絲電流If的數(shù)據(jù)以及如果需要還有其它數(shù)據(jù)被存儲到控制 設(shè)備90 (確切地說為存儲設(shè)備)中(步驟911)。結(jié)果，結(jié)束了通過 使用控制設(shè)備90進行的均勻化Y方向離子束電流密度分布的控制。
在結(jié)束了均勻化控制之后，如果需要，通過使用所存儲的數(shù)據(jù)從 離子源100引出離子束50，并且在襯底60上執(zhí)行離子注入。
如上所述，根據(jù)離子注入機，可以改善在襯底60的注入位置中在 Y方向上的離子束電流密度分布的均勻化。結(jié)果，可以提高襯底60上 的離子注入的均勻化。
而且，組合使用使用燈絲122的等離子產(chǎn)生以及由使用電子束源 Gn來控制等離子密度分布控制所引起的離子束電流密度分布的均勻 化。因此，通過使用具有較大電流和較高均勻化的離子束50來照射襯 底60，可以容易地執(zhí)行離子注入。這還適用于下一個實施例。
(B)電子束的數(shù)量控制 下面主要參照圖15至17來描述這種情況的例子。在這些圖形中， 與上述(A)的控制相同和相對應(yīng)的部分用相同的附圖標記表示。在以 下描述中，重點放在與上述(A)的控制的不同之處上。
在這種情況下，使用如圖15所示的電源作為電子束電源114。電 子束電源114具有放大器162以代替DC引出電源152，用于施加引出 電壓Ve來控制燈絲140和引出電極142之間的電子束138的生成量。 在例子的情況中，控制設(shè)備90具有提供作為引出電壓Ve的原本的引 出信號Se的功能。放大器162放大(電壓放大)從控制設(shè)備90提供
的引出信號Se，以產(chǎn)生(輸出)引出電壓Ve。電子束電源具有掃描電 源166以代替放大器156，用于只輸出三角形的掃描電壓Vy。
圖16和17示出了在這種情況下通過使用控制設(shè)備90所執(zhí)行的控 制的流程。在圖16中，如圖10所示的步驟902用步驟912所取代， 并且步驟910被步驟913所取代。燈絲電流控制子例程(步驟907)的 內(nèi)容與如圖ll所示的相同，并且因此參考了該圖。
在步驟912中，控制設(shè)備90將具有初始波形的掃描信號Sy供應(yīng) 給電子束電源114 (確切地說為其放大器162)，以輸出具有相同波形 的引出電壓Ve。例如，初始波形為具有常數(shù)電壓的DC電壓。
步驟913為電子束數(shù)量控制子例程。圖17示出了子例程的內(nèi)容。 步驟930和931與如圖12所示的相同，因此省略了重復(fù)描述。
在步驟931之后的步驟934中，修整引出信號Se的波形，以便在 誤差I(lǐng)err為對應(yīng)于正監(jiān)控點Py的掃描電壓Vy的時刻的引出電壓Ve 的減小與誤差大小IIerrl成比例，并且在誤差I(lǐng)err為對應(yīng)于負監(jiān)控點Py 的掃描電壓Vy的時刻的引出電壓Ve的增加與誤差大小IIerrl成比例。
結(jié)果，引出信號Se的波形從初始常數(shù)值變成略微扭曲的波形。簡短地
說，得到了在其中電子束數(shù)量從其初始的常數(shù)值被增加或降低的位置 處的電壓值。
當引出信號Se和引出電壓Ve增大時，增加了在信號被增強的位 置上的電子束數(shù)量，增加了 (變厚)由于該位置上的電子束138所引 起的等離子124的產(chǎn)生，并且增加了從中引出的離子束50的射束電流 密度。當引出信號Se和引出電壓Ve減小時，減小了在信號被減弱的 位置上的電子束數(shù)量，減小了 (變薄)由于該位置上的電子束138所 引起的等離子124的產(chǎn)生，并且減小了從中引出的離子束50的射束電 流密度。
在其中引出電壓Ve與誤差大小IIerrl成比例增大或減小的情況中， 比例常數(shù)可以得到充分確定。當比例常數(shù)增大時，控制被快速執(zhí)行， 但是不能一致控制的可能性較高。相比之下，當比例常數(shù)減小時，控 制較慢，但是消除了可能性。因此，可以通過同時考慮這兩種情況來 確定比例常數(shù)。
然后，通過使用上述經(jīng)過波形修整的引出信號Se，從電子束源Gn 生成電子束138 (步驟935)。結(jié)果，誤差I(lǐng)err減小，并且其中誤差大 于可允許誤差s的監(jiān)控點的個數(shù)也減少了。在這種情況下，可能產(chǎn)生 其中由于波形修整而改變了所測量的離子束電流密度Imon的均值lave 的情況。這種情況的示意性例子與如圖14C所示的相同。
因此，在步驟913的電子束掃描速度控制子例程之后，過程返回 到步驟905。重復(fù)上述控制，直到步驟909中的判斷為YES。結(jié)果，在
離子束50所撞擊到的所有(或接近所有)監(jiān)控點Py中，誤差大小IIerrl 等于或者小于可允許誤差s，并且均值lave基本等于預(yù)設(shè)離子束電流密 度Iset(見步驟906)。這種情況的示意性例子與如圖14D所示的相同。
如果步驟909中的判斷為YES，則經(jīng)過波形修整的引出信號Se 的數(shù)據(jù)、燈絲電流If的數(shù)據(jù)以及如果需要還有其它數(shù)據(jù)被存儲到控制 設(shè)備90 (確切地說為存儲設(shè)備)中(步驟911)。結(jié)果，結(jié)束了通過 使用控制設(shè)備90進行的均勻化Y方向離子束電流密度分布的控制。
另外根據(jù)本實施例，可以改善在襯底60的注入位置中在Y方向上 的離子束電流密度分布的均勻化。結(jié)果，可以提高襯底60上的離子注 入的均勻化。
可選情況下，與如圖18所示的例子一樣，電子束源Gn可以被裝 在從等離子容器118的內(nèi)部單獨排空的圓柱體172中，并且可以使電 子束源Gn受到如箭頭Q所示的差異排空。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以提高電子 束源Gn的真空程度，并因此可以防止電子束源Gn的性能被導(dǎo)入進等 離子容器118的氣體120 (見圖4)降低。
與如圖18所示的例子一樣，網(wǎng)格電極174可以置于圓柱體172的 正面附近。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，等離子124可以通過網(wǎng)格電極174來保護。 因此，可以防止等離子124進入電子束源Gn而降低電子束源Gn的性
不考慮圓柱體172或者網(wǎng)格電極174的放置，離子束源Gn可以置
于等離子容器118的附近但是不在等離子容器118的外表上，并且電 子束138從源被發(fā)射到等離子容器118中。
如上所述，燈絲122和離子束源Gn等的個數(shù)并不限于上述實施例， 并且可以根據(jù)所需的離子束50的Y方向尺寸WY等來進行充分選擇。 排列燈絲122和離子束源Gn的方式并不限于上述實施例，并且可以根 據(jù)所需的離子束50的Y方向尺寸—Wy等來進行充分確定。
(3)關(guān)于分析電磁石 下面描述分析電磁石200。 描述現(xiàn)有分析電磁石。
在描述之前，為了進行比較，下面來 (3-1)現(xiàn)有分析電磁石 例如，專利文獻3公開了一種分析電磁石的例子，用于對帶狀離 子束進行動量分析。
專利文獻3: JP-A-2004-152557 (段落0006和0022，圖1和圖22)
下面參考圖43來描述在專利文獻3中所公開的現(xiàn)有分析電磁石。 在圖中，為了有助于理解線圈12、 18的形狀，用兩點虛線表示軛36。 離子束2的前進方向被設(shè)為Z方向，并且在基本上垂直于Z方向的平 面上基本上相互垂直的兩個方向分別被設(shè)置為X和Y方向。然后，在 Y方向上延伸的帶狀離子束2入射在分析電磁石40的入口 24上，并 且從出口 26中射出。
在分析電磁石40的結(jié)構(gòu)中，諸如專利文獻3的圖1所示的上部和 下部或兩個線圈12、 18與對應(yīng)于參考的圖21所示的軛的軛36組合起 來。
線圈12是馬鞍形線圈(參考專利文獻3，被稱為香蕉形線圈)， 并且具有 一套主體部分(參考專利文獻3，被稱為線圈主部分)14， 跨過離子束2的路徑(射束路徑)彼此相對；以及一套連接部分(參
考專利文獻3，被稱為端起部分)16，傾斜地升起以避開射束路徑，并 且在Z方向上相互連接主體部分14的末端部分。在入口 24和出口 26 中連接部分16傾斜升起，這樣防止了離子束2撞擊到這些部分并且保 證了射束通過區(qū)域。
另外，線圈18是與線圈12具有類似結(jié)構(gòu)的馬鞍形線圈(不過， 它具有與線圈12平面對稱的形狀)，并且具有一套主體部分20和一 套連接部分22。
線圈12、 18的每一個都是多匝線圈，其中外表面覆有絕緣體的導(dǎo) 體(被覆導(dǎo)體)被纏繞多次，并且通過其中將扇形平面圖形狀的線圈 在兩端附近進行彎曲以形成連接部分16、 22的方法來產(chǎn)生。通常使用 其中冷卻介質(zhì)(例如，冷卻水)可以流動的空心導(dǎo)體作為導(dǎo)體。在該 說明書中，"絕緣"表示電氣絕緣。
軛36整個地包圍在線圈12、 18的主體部分14、 20的外側(cè)。
分析電磁石40具有下述問題。
(A)在入口 24和出口 26中，在射束入射和發(fā)射方向上連接部分 16、 22從軛36突出的突出距離L1較大。這主要由下述原因所引起。
(a) 為了讓在Y方向上被延長的帶狀離子束2盡可能均勻地被偏 轉(zhuǎn)，必須設(shè)置線圈12、 18的主體部分14、 20，以便通過增加Y方向 的尺寸a來將其垂直地延長(比圖43所示的例子更加垂直地延長)。 如上所述，在線圈12、 18中，對扇形線圈施加一個彎曲處理，以形成 連接部分16、 22。因此，尺寸a基本上直接在突出距離I^中反映出。 因此，隨著尺寸a的增加，突出距離Li也隨著增加。
(b) 在線圈12、 18中，連接部分16、 22是通過如上所述對扇形 線圈施加彎曲過程來形成的。由于對彎曲過程的限制，不可避免地在 主體部分14、 20和連接部分16、 22之間的交界附近形成相對較大的 彎曲部分30、 32。彎曲部分30、 32的存在使得軛36的末端部分和連 接部分16、 22的末端部分之間的距離L2增加。由于距離L2包括在突 出距離Li中，因此突出距離"增加。由于對彎曲過程的限制，隨著尺 寸a的增加，彎曲部分30、 32的曲率半徑一定也增加，因此距離L2 以及因此突出距離L,被進一步延長。
突出距離I^可以由下述表達式來表示。 Ll = a + L2
(c)連接部分16、 22被傾斜地升起。因此，這也造成突出距離 Li的增加。
如上所述，當連接部分16、 22從軛36的突出距離L1較大時，則 分析電磁石40相應(yīng)地增大，并且用于安裝分析電磁石40所需的面積 也增加。因此，離子注入機也增大了，并且用于安裝離子注入機所需 的面積也增加了。進而，分析電磁石40的重量增加了。而且，位于軛 36外部的由連接部分16、 22所生成的磁場(該磁場也叫做邊緣場)干 擾離子束2的形態(tài)(指形狀和姿態(tài)，下同)的可能性增加了。
(B)線圈12、 18的功率消耗較大。這主要是由下述原因造成的。
(a) 連接部分16、 22沒有生成用于偏轉(zhuǎn)離子束2的磁場。如上 所述，連接部分16、 22的突出距離Li較大。因此，連接部分16、 22 的長度相應(yīng)地增加，并且在連接部分16、 22中功率消耗大得浪費。這 造成線圈12、 18的功率消耗增加。
(b) 如上所述，線圈12、 18為被覆導(dǎo)體的多匝線圈。因此，難 以增加線圈12、 18的截面中的導(dǎo)體面積的比例(也就是，導(dǎo)體的占空 系數(shù))。因此，功率損耗相應(yīng)較大，并且功率消耗增加。在其中被覆 導(dǎo)體為空心導(dǎo)體的情況下，導(dǎo)體的占空系數(shù)進一步減小，因此功率損 耗進一步增大。因此，功率消耗進一步增加。
如上所述，當線圈12、 18的功率消耗較大時，分析電磁石40的 功率消耗較大，并且因此離子注入機的功率消耗也較大。
現(xiàn)有分析電磁石40的上述問題可以通過下面要描述的分析電磁 石200來解決。下面來依次描述分析電磁石200的整個結(jié)構(gòu)、線圈結(jié) 構(gòu)的細節(jié)、產(chǎn)生線圈的方法以及分析電磁石200的特征、控制方法和 其他例子等。
(3-2)分析電磁石200的整個結(jié)構(gòu) 分析電磁石200的例子如圖19至21等所示。圖21示出了分析電 磁石，其中省略了真空容器236。分析電磁石200的構(gòu)造使得帶狀離子 束50撞擊在電磁石上，在離子束50所穿過的射束路徑202中生成了 沿著Y方向的磁場，并且離子束50在X方向上被彎曲，以執(zhí)行動量分 析。磁場用圖20中的磁力線204等來概略表示。當離子束50撞擊在 分析電磁石200上時，傳輸中的離子束50受到磁場的從傳輸方向Z上 看向右導(dǎo)向的Lorentz力Fx，從而向右偏轉(zhuǎn)。結(jié)果，動量分析得到執(zhí)行。 離子束50的中心軌道54用圖19中的單點連線來表示，并且其曲率半 徑用R表示。分析電磁石200使得離子束50偏轉(zhuǎn)的角度(偏轉(zhuǎn)角度) 用ot表示o
例如，曲率半徑R為300-1500mm，并且偏轉(zhuǎn)角度a為60~90度。 圖19示例性地示出了其中偏轉(zhuǎn)角度oc為90度的情況。
另外參照圖22，分析電磁石200包括第一內(nèi)線圈206、第二內(nèi)線 圈212、 一個或多個(在本實施例中為3個)第一外線圈218、 一個或 多個(在本實施例中為3個)第二外線圈224、軛230和一套磁極232。
射束路徑202被由非磁性材料制成并且保持真空的真空容器236所包 圍。真空容器236還被稱為分析器管。
第一和第二內(nèi)線圈206、 212被摘出并在圖23中示出。參照圖形 更容易理解這些線圈。
在該例子中，線圈206、 212、 218、 224的形狀為在Y方向上基本 平面對稱，其對稱平面234 (見圖20等)穿過射束路徑202在Y方向 上的中心，并且平行于XZ平面。下面要描述的線圈320 (見圖37和 39等)、第一線圈326和第二線圈328 (見圖40)是以相似的方式進 行構(gòu)造的。當采用這些平面對稱結(jié)構(gòu)時，在射束路徑202中可以容易 地生成在Y方向上具有高對稱性的磁場。這有助于抑制對離子束50在 從分析電磁石200中發(fā)射出時的形態(tài)干擾。
之后，由于如上所述，第二外線圈相對于第一外線圈218是平面 對稱的，因此當如圖20、 24、 28等所示多個第一外線圈218和多個第 二外線圈224相互區(qū)別時，第一外線圈218被表示為從Y方向上的上 側(cè)開始的第一外線圈218a、 218b、 218c，第二外線圈224被表示為從 Y方向上的下側(cè)開始的第二外線圈224a、 224b、 224c。
線圈206在附圖中被標以下劃線，它意味著這個附圖標記表示諸 如線圈等整個組件。
主要參照圖23和27，第一外線圈206為馬鞍形線圈，它具有 一套主體部分208，在橫跨射束路徑202的X方向上彼此相對，并且
在Y方向上覆蓋離子束50的一側(cè)(在本實施例中為上側(cè))的約一半或 更多(換句話說基本上一半或更多)；以及一套連接部分210，在Z方 向上相互連接主體部分208的末端部分(換句話說，位于分析電磁石 200的入口 238的側(cè)面上的末端部分和位于出口 240的側(cè)面上的末端部 分，這還可應(yīng)用到其他線圈)，同時避開射束路徑202。第一內(nèi)線圈與 第二內(nèi)線圈212合作，以生成在X方向上彎曲離子束50的主磁場。主 磁場為主要通過其以基本上預(yù)定曲率半徑R彎曲離子束50的磁場。
由于當從整體上看時，線圈具有馬鞍形狀，所以第一內(nèi)線圈206 被稱為馬鞍形線圈。這同樣適用于其他線圈212、 218、 224和下面將 要描述的線圈326和328。
為了防止離子束50撞擊在連接部分210上并且減少由該部分所生 成的磁場在離子束50上所施加的影響，連接部分與在Y方向上朝著上 側(cè)的射束路徑202隔開。出于與上述相同的目的，其他線圈的連接部 分與在Y方向上朝著上側(cè)或下側(cè)的射束路徑202隔開。
主要參照圖23，第二內(nèi)線圈212為馬鞍形線圈，它具有 一套主 體部分214，在橫跨射束路徑202的X方向上相互對立，并且在Y方 向上覆蓋離子束50的另一側(cè)(在本實施例中為下側(cè))的約一半或更多 (換句話說基本上為一半或更多)；以及一套連接部分216，在Z方向 上相互連接主體部分214的末端部分，同時避開射束路徑202。第二內(nèi) 線圈與第一內(nèi)線圈206在Y方向上重疊放置，并且與第一內(nèi)線圈206 合作以生成在X方向上彎曲離子束50的主磁場。也就是說，第二內(nèi)線 圈212生成與第一內(nèi)線圈206所生成的磁力線的方向相同的磁力線 204。
第二內(nèi)線圈212與第一內(nèi)線圈206具有類似的尺寸和結(jié)構(gòu)。通常， 導(dǎo)體(確切地說為導(dǎo)體片268，參見圖25等)的匝數(shù)等于第一內(nèi)線圈 206的匝數(shù)。不過，如上所述，第二內(nèi)線圈具有相對于第一內(nèi)線圈206 關(guān)于對稱平面234的平面對稱形狀。連接部分216相對于橫跨射束路 徑202的連接部分210置于Y方向上的相對側(cè)(也就是下側(cè))。
雖然如圖23中的線表示，在第一內(nèi)線圈206和第二內(nèi)線圈212之 間形成了微小(例如約20mm)縫隙242。在該縫隙中，可以放置總共 兩個冷卻板312 (參見圖34)，如后所述，或者，在第一內(nèi)線圈206 的側(cè)面上放置一個冷卻板，并且在第二內(nèi)線圈212的側(cè)面上放置一個 冷卻板。
主要參照圖22，第一外線圈218的每一個都為馬鞍形線圈，它具 有 一套主體部分220，位于第一內(nèi)線圈206的外部，并且在橫跨射束 路徑202的X方向上彼此相對；以及一套連接部分222，在Z方向上 相互連接主體部分220的末端部分，同時避開射束路徑202。第一內(nèi)線 圈生成用于輔助或校正主磁場的次磁場。第一外線圈218在Y方向上 的放置是相互重疊的。
確切地說，每一個第一外線圈218的主體部分220和連接部分222 的側(cè)向部分(與如圖27所示的側(cè)向部分284相對應(yīng)的部分)在Y方向 上的放置是相互重疊的。雖然嚴格地說，很難說連接部分222的垂直 部分(與如圖27所示的垂直部分282相對應(yīng))如上所述的重疊放置， 但是可以說從整體來看，第一外線圈218在Y方向上的放置是相互重 疊的。第二外線圈224是以類似方式構(gòu)造的。
第一外線圈218具有與第一內(nèi)線圈206基本相似的結(jié)構(gòu)。不過，Y 方向上的尺寸要小于第一內(nèi)線圈206的Y方向上的尺寸，并且另外導(dǎo) 體的匝數(shù)通常小于第一內(nèi)線圈206的匝數(shù)。第一外線圈218具有與導(dǎo) 體(確切地說為導(dǎo)體片269，參見圖25等)相同的匝數(shù)。在本實施例 中，第一外線圈218具有不同的Y-方向尺寸。可選情況下，它們具有 相同的Y-方向尺寸。第二外線圈224是以類似方式構(gòu)造的。
例如，第一和第二內(nèi)線圈206、 212中的主體部分和連接部分的 Y-方向尺寸約為230mm，在第一和第二外線圈218a、 224a中的尺寸約 為50mm，在第一和第二外線圈218b、 224b中的尺寸約為60mm，并 且在第一和第二外線圈218c、 224c中的尺寸約為100mm。
雖然如圖22中的線表示，在第一外線圈218之間、在第二外線圈 224之間以及在最下面的第一外線圈218 (218c)和最上面的第二外線 圈224 (224c)之間分別形成了微小的縫隙244、 246、 248 (另外參見 圖24)。在這些縫隙中，可以放置下面要描述的冷卻板312 (參見圖 34)。例如，縫隙244、 246的尺寸約為10mm，并且縫隙248的尺寸 與縫隙242的尺寸相對應(yīng)或者約為20mm?？p隙244、 246置于沿著各 個外線圈218和224的整個周邊上。
第一外線圈218可以生成與由第一和第二內(nèi)線圈206、 212所生成 的磁場的方向相同或相反的磁場。可選情況下，磁場的方向可以通過 控制進行反向。第二外線圈224是以類似方式構(gòu)造的。由第一外線圈 218的主體部分220所生成的磁力線(磁場)的一部分朝著射束路徑 202擴散(換句話說為泄漏)，以便影響主磁場。因此，第一外線圈 218可以生成用于輔助或校正主磁場的次磁場。在這種情況下，第一外
線圈218的每一個在線圈的內(nèi)側(cè)的附近區(qū)域中施加輔助或校正磁場的 影響。第二外線圈224是以類似方式構(gòu)造的。
主要參照圖22，第二外線圈224的每一個都為馬鞍形線圈，它具 有 一套主體部分226，位于第二內(nèi)線圈212的外部，并且在橫跨射束 路徑202的X方向上彼此相對；以及一套連接部分228，在Z方向上 相互連接主體部分226的末端部分，同時避開射束路徑202。第二內(nèi)線 圈生成用于輔助或校正主磁場的次磁場。第二外線圈224在Y方向上 的放置是相互重疊的，并且在Y方向上與第一外線圈218是相互重疊 的。
第二外線圈224具有與第二內(nèi)線圈212基本相似的結(jié)構(gòu)。不過，Y 方向上的尺寸要小于第二內(nèi)線圈212的Y方向上的尺寸，并且另外導(dǎo) 體的匝數(shù)通常小于第二內(nèi)線圈212的匝數(shù)。導(dǎo)體(確切地說為導(dǎo)體片) 的匝數(shù)和第二外線圈224的Y-方向尺寸為如上所述。
下面來描述每一個導(dǎo)體的匝數(shù)的例子。第一和第二內(nèi)線圈206、 212的匝數(shù)約為IIO匝，并且第一和第二外線圈218、 224的匝數(shù)約為 85膽。
線圈的主體部分208、 214、 220、 226的每一個都幾乎整個位于軛 230中，并因此可以說，該部分就是在射束路徑202中生成期望磁場(主 磁場或次磁場)的部分。下面要描述的線圈320的主體部分322是以 類似方式構(gòu)造的。
可以說，線圈的連接部分210、 216、 222、 228為在Z方向上相互 電氣連接相應(yīng)的一套主體部分的末端部分的部分，并且與主體部分合 作以形成環(huán)狀導(dǎo)電路徑。下面要描述的線圈的連接部分324、 325是以 類似方式構(gòu)造的。
圖20為沿著圖19的線A-A的縱向截面圖，并且因此示出了線圈 206、 212、 218、 224的主體部分208、 214、 220和226。另外，下面 要描述的圖39至41示出了線圈的主體部分。
軛230由鐵磁材料制成，并且整個地圍繞線圈206、 212、 218、 224的主體部分208、 214、 220和226的外側(cè)。由此構(gòu)造的軛230另外 產(chǎn)生了可以減少泄露到外部的磁場的效果。軛230具有通常所說的扇 形平面圖形狀，如圖19所示。軛230的截面形狀(沿著XY平面的截 面)為矩形框架形狀。由此構(gòu)造的軛230也被稱為窗框型軛。
在本實施例中，組成軛230的上軛231是可分離的。下面來描述 使用上軛231的方式。
一套磁極232由鐵磁材料制成，并且從軛230向內(nèi)突出例如15mm， 以在橫跨射束路徑202的Y方向上彼此相對。每一個磁極232的平面 圖形狀為弓形形狀，沿著如圖19所示的離子束50的中心軌道54進行 延伸。該形狀也被稱為扇形形狀。磁極232之間的縫隙長度G略大于 (例如100 150mrn)離子束50在Y方向上的尺寸WY。磁極232不是 必需的。不過，當放置了磁極時，磁力線204可以容易地集中在磁極 232之間的縫隙中，并因此有助于在射束路徑202中生成具有高磁通密 度的磁場。
例如，磁極232之間的縫隙長度G的尺寸等于或大于曲率半徑R 的1/2。當曲率半徑R為800mm時，確切地說縫隙長度G為例如500mm。 通常，縫隙長度G要大于磁極232的寬度W(j。也就是說，G2We。根 據(jù)這種尺寸關(guān)系，可以防止磁極232和軛230被不必要地放大。
在圖20至22中，縫隙看起來存在于第一內(nèi)外線圈206、 218之間 以及第二內(nèi)外線圈212、 224之間。在本實施例中，如圖24和25所示 的疊層絕緣體262被插在縫隙中。
(3-3)線圈的結(jié)構(gòu)等 接下來詳細描述線圈的結(jié)構(gòu)等。圖24為示意圖，放大性地示出了 沿著圖22的線D-D的第一內(nèi)外線圈的截面，并且圖25為截面圖，分 解性地示出了如圖24所示的第一內(nèi)線圈和最上面的第一外線圈。
在第一內(nèi)外線圈206、 218的結(jié)構(gòu)中，凹口部分272 275 (見圖22) 置于扇形圓柱形疊層線圈290中(見圖29),同時保留主體部分208、 220和連接部分210、 220。在扇形圓柱形疊層線圈中，其中主表面266a 沿著Y方向延伸的絕緣片266和其中主表面268a沿著Y方向延伸的導(dǎo) 體片268的迭片結(jié)構(gòu)(一套264)被堆疊起來，其中在第一迭片絕緣體 261的外圍表面上被纏繞幾匝(在與Y方向相交的箭頭270的方向上 進行堆疊，下同)，第二迭片絕緣體262形成于迭片結(jié)構(gòu)的外圍表面 上，其中主表面267a沿著Y方向延伸的絕緣片267和其中主表面269a 沿著Y方向延伸的導(dǎo)體片269的迭片結(jié)構(gòu)(一套265)被堆疊起來， 其中在絕緣體的外圍表面上被纏繞幾匝，并且第三迭片絕緣體263形 成于迭片結(jié)構(gòu)的外部上。
軛230被安裝到位于曲率半徑R的外方向和內(nèi)方向中的兩個凹口 部分272、 273中。也就是說，它們的形狀對應(yīng)于軛230的形狀。下面 要描述的線圈320的凹口部分276~279是以類似方式構(gòu)造的。位于離 子束50的傳輸方向Z的側(cè)面上的兩個凹口部分274、 275分別形成了 入口 238和出口 240的上半部分。
第二迭片絕緣體262可以被看作是構(gòu)成了第一內(nèi)線圈206 (圖25 示出了這種情況)，或者可以被看作是構(gòu)成了第一外線圈218，或者可 以被看作是由線圈206、 218進行共享。
圖30示出了如圖29所示的堆棧線圈290的截面結(jié)構(gòu)。如圖30所 示，堆棧線圈是由具有與圖25相同的截面結(jié)構(gòu)的內(nèi)外線圈292、 294 構(gòu)成的。另外在這種情況下，第二迭片絕緣體262可以被看作是構(gòu)成 了內(nèi)線圈292 (圖30示出了這種情況)，或者可以被看作是構(gòu)成了外 線圈294，或者可以被看作是由線圈292、 294進行共享。
在疊層線圈290中，分別對應(yīng)于凹口部分272-275的部分 272a 275a被開槽，并且通過切削處理等進行去除，以形成凹口部分 272 275。然后，內(nèi)線圈292被構(gòu)造成第一內(nèi)線圈206，并且外線圈294 被構(gòu)造成第一外線圈218。
進而，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，為了將第一外線圈218分成三個部 分(三個步驟)，通過切削處理等將縫隙244置于疊層線圈290的外 線圈294中。
疊層線圈290的疊層絕緣體261、 262、 263的每一個都是通過在 預(yù)浸料坯片上繞多匝來形成的。圖16中的預(yù)浸料坯片300為預(yù)浸料坯 片。預(yù)浸料坯片為其中具有絕緣和抗熱屬性的支撐元件被注入了代被 處理成半硬狀態(tài)的絕緣樹脂的薄片。
支撐元件是通過例如玻璃纖維或碳纖維制成的。樹脂是通過例如 環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺樹脂組成的。通過使用這種預(yù)浸料坯片而形成的 疊層絕緣體261 263可以被稱為纖維增強塑料(FRP)。根據(jù)結(jié)構(gòu)元件 所需的強度可以來充分地選擇疊層絕緣體261~263的厚度。
絕緣片266、267的每一個為通過例如Nomex(注冊商標)、Lumilar (注冊商標)、Kapton (注冊商標)或另一種絕緣片構(gòu)成的薄片。根據(jù) 所需絕緣強度等可以來充分地選擇絕緣片266、 267的厚度。例如，厚 度約為75pm，或者可以小于該值。
導(dǎo)體片268、 269的每一個都是通過例如銅片或鋁片構(gòu)成的。根據(jù) 待流經(jīng)的電流可以來充分地選擇其厚度。例如，在銅片的情況下，厚 度約為0.4mm，并且在鋁片的情況下，厚度約為0.5mm。根據(jù)所需的 線圈Y方向尺寸可以充分地選擇其在與Y方向相對應(yīng)的方向上的寬度， 并且例如為230mm (例如，在下面要描述的處理之前的寬度約為234mm)。另外可以根據(jù)該值來設(shè)置疊層絕緣體261~263和絕緣片266、 267的寬度。
絕緣片266和導(dǎo)體片268的重疊方式與如下所述的圖25中的方式 相反。導(dǎo)體片268可以置于第一內(nèi)線圈206的內(nèi)部(圖25的左側(cè)，也 就是在疊層絕緣體261的側(cè)面上)，并且絕緣片266可以與其外部重 疊地放置。按照需要，絕緣片266可以與導(dǎo)體片268的兩側(cè)分別重疊 地放置。第一外線圈218的絕緣片267和導(dǎo)體片269是以類似方式構(gòu) 造的。
如平面圖所示，在第一內(nèi)線圈206的導(dǎo)體片268的結(jié)構(gòu)中，如圖 26所示在扇狀形狀中被纏繞多匝，并且端子340被連接到薄片的末端。 不過，匝數(shù)并不限于所描述的個數(shù)。當電流IM流經(jīng)導(dǎo)體片268時，可 以生成用于形成主磁場的磁力線204。另外，相同的電流IM和磁力線 204如圖27所示。
另外如平面圖所示，第一外線圈218的導(dǎo)體片269具有與圖26類 似的結(jié)構(gòu)。
第二內(nèi)外線圈212、 224是以與第一內(nèi)外線圈206、 218類似的方 式進行構(gòu)造的。不過，如上所述，線圈具有相對于第一內(nèi)外線圈206、 218關(guān)于對稱平面234的平面對稱結(jié)構(gòu)。
按照需要，用于執(zhí)行線圈加固的元件等可以進一步置于外部疊層 絕緣體263的外圍上(在如圖38所示的線圈的情況下為迭片絕緣體262)。
下面以第一內(nèi)線圈206為例子，參照圖27來更為詳細地描述線圈 的連接部分的結(jié)構(gòu)例子。
第一內(nèi)線圈206的連接部分210的每一個都具有兩個垂直部分 282，在Z方向上基本垂直連接到主體部分208的末端部分，并且基本 平行于Y方向進行延伸；以及側(cè)向部分284，基本垂直連接到垂直部 分282，并且基本平行于XZ平面進行延伸。也就是說，垂直部分282 通過側(cè)向部分284進行相互連接。因此，第一內(nèi)線圈206具有側(cè)向 導(dǎo)電路徑286，基本垂直于Y方向；以及垂直導(dǎo)電路徑288，基本平行 于Y方向。也就是說，第一內(nèi)線圈206的導(dǎo)電路徑的大部分都是通過 導(dǎo)電路徑286和288中除了邊緣部分之外的組合構(gòu)造而成的。導(dǎo)電路 徑286和288的所有位置上的電流密度被設(shè)置為彼此相同。
其他線圈212、 218、 224的連接部分216、 222、 228是以與連接 部分210類似的方式構(gòu)造的。因此，其他線圈212、 218、 224的每一 個具有基本垂直于Y方向的側(cè)向?qū)щ娐窂揭约盎酒叫杏赮方向的垂 直導(dǎo)電路徑。也就是說，線圈的導(dǎo)電路徑的大部分都是通過側(cè)向?qū)щ?路徑和垂直導(dǎo)電路徑中除了邊緣部分之外的組合構(gòu)造而成的。側(cè)向和 垂直導(dǎo)電路徑的所有位置上的電流密度被設(shè)置為彼此相同。下面要描 述的線圈320是以類似方式構(gòu)造的。
線圈的連接部分優(yōu)選情況下以如上所述方式構(gòu)造。根據(jù)該結(jié)構(gòu)， 在射束入射和發(fā)射方向上連接部分從分析電磁石200的突出距離可以 確定被縮短了。下面將詳細描述該突出距離。
用于線圈的電源的結(jié)構(gòu)例子如圖28所示。在例子中，DC主電源 250被分別連接到第一和第二內(nèi)線圈206、 212。主電源250可以將在 電平上基本相同的電流lM分別供應(yīng)到第一和第二內(nèi)線圈206、 212。這 兩個主電源250不需要單獨放置，并且可以被構(gòu)造成單個組合主電源。
(3-4)產(chǎn)生線圈的方法等 接下來以第一內(nèi)外線圈206、 218為例子來描述產(chǎn)生線圈的方法的 例子。
首先，產(chǎn)生如圖29所示的扇形圓柱疊層線圈290。該產(chǎn)生是根據(jù) 以下方式來執(zhí)行的。
首先，如圖16所示，具有以與如圖29所示的疊層線圈290的弓 形部分291相反的方式向外突出的弓形部分297的心軸296是繞著軸 298以如箭頭299所示的恒定方向旋轉(zhuǎn)的，從而如上所述的預(yù)浸料坯片 300被纏繞了多匝。結(jié)果，形成了如圖30和32所示的疊層絕緣體261。
接下來，與圖16的情況相類似的方式，預(yù)浸料坯片300在絕緣片 266和導(dǎo)體片268的迭片結(jié)構(gòu)的外圍表面被纏繞多匝，從而形成了如圖 30所示的疊層絕緣體262。
接下來，以與圖32的情況相類似的方式，相互重疊的絕緣片267 和導(dǎo)體片269在疊層絕緣體262的外圍平面上被纏繞多匝，從而形成 了如圖30所示的絕緣片267和導(dǎo)體片269的迭片結(jié)構(gòu)。
接下來，以與圖16的情況相類似的方式，預(yù)浸料坯片300在絕緣 片267和導(dǎo)體片269的迭片結(jié)構(gòu)的外圍表面被纏繞多匝，從而形成了 如圖30所示的疊層絕緣體263。
在上述步驟之后，去除心軸296，然后就得到了通過內(nèi)線圈292 和外線圈294構(gòu)成的疊層線圈290a，但是其中弓形部分291a以與弓形 部分291相反的方式進行突出或者突向外部。
當在導(dǎo)體片268的纏繞開始和結(jié)束部分中放置鉛板時，通過使用 鉛板可以將導(dǎo)體片268連接到端子340 (見圖26)。導(dǎo)體片269是以 類似方式構(gòu)造的。
優(yōu)選情況下，在纏繞處理之前，將諸如金屬粉(發(fā)射物)等拋光 粉吹到導(dǎo)體片268、 269的前側(cè)和后側(cè)的主表面268a、 269a (也就是應(yīng) 用了噴砂清理處理)，以使表面變粗糙。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以增加表面 面積，并且可以增強相對于絕緣片266、 267等的緊密接觸。甚至當在 導(dǎo)體片268、 269的每一個的至少一個主表面上應(yīng)用噴砂清理處理時， 也可以得到該效果。不過，優(yōu)選情況下在兩個主表面上都應(yīng)用該處理。 這也適用于絕緣片266、 267。
類似地，優(yōu)選情況下將噴砂清理處理應(yīng)用到絕緣片266、 267的前 側(cè)和后側(cè)的主表面266a、 267a,以使表面變粗糙。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以 增加表面面積，并且可以進一步增強相對于導(dǎo)體片268、 269等的緊密 接觸。
接下來，在疊層線圈290a的外圍纏繞熱收縮帶(圖中未示出)， 然后按照如圖33中的箭頭302來按壓弓形部分291a,以執(zhí)行形成弓形 部分291的成型處理。對所得到的產(chǎn)品進行熱固化。結(jié)果，得到了用 于形成如圖26所示的疊層線圈290的疊層線圈290b。纏繞熱收縮帶提 高了結(jié)構(gòu)的強度。代替熱收縮帶，可以纏繞以類似于上述預(yù)浸料坯片 的方式而構(gòu)造的預(yù)浸料坯帶。
接下來，疊層線圈290b通過樹脂進行真空浸漬，然后在加壓條件 下進行熱固化。簡單地說，這意味著執(zhí)行了樹脂成型處理。結(jié)果，得 到了如圖29所示的疊層線圈290。樹脂成型處理可以增加疊層線圈290 的層之間的粘合強度，以增加線圈的強度和電絕緣屬性。
接下來，對疊層線圈290在軸方向(換句話說為高度方向)上的 兩個端面進行切削處理，以形成平面。之后，對與凹口部分相對應(yīng)的 部分272a 275a進行切削處理，以形成凹口部分272~275。
在其中外線圈294被構(gòu)造成多個第一外線圈218的情況下，在外 線圈294中對應(yīng)于縫隙244的部分上應(yīng)用開槽處理，從而形成了縫隙 244。
接下來，其上應(yīng)用了切削和開槽處理的疊層線圈290c被沉浸在用 于蝕刻導(dǎo)體片268、 269的材料(如上所述為銅或鋁)的蝕刻溶液中， 從而執(zhí)行蝕刻處理。結(jié)果，去除了在切削和開槽處理期間在被處理表 面上所產(chǎn)生的導(dǎo)體片268、 269的毛刺等，以防止在導(dǎo)體片268、 269 的層之間發(fā)生短路(層間短路)，并且導(dǎo)體片268、 269的端面相比于 絕緣片266、 267的端面進一步充分地凹進，以增加導(dǎo)體片268、 269 中的層絕緣的爬電距離，從而可以增強絕緣性能。
在其上已經(jīng)應(yīng)用了上述蝕刻處理的整個疊層線圈290d上纏繞熱 收縮帶，然后進行熱固化。結(jié)果，可以得到扇形圓柱形疊層線圈，其 中如圖19至25等所示的第一內(nèi)外線圈206、 218相互集成。纏繞熱收 縮帶增強了結(jié)構(gòu)的強度。在其中線圈具有下面要描述的強制冷卻結(jié)構(gòu) 的情況下，在纏繞熱收縮帶之前可以根據(jù)以下方式來附著冷卻板312。 代替熱收縮帶，可以纏繞以類似于上述預(yù)浸料坯片的方式而構(gòu)造的預(yù) 浸料坯帶。
如圖34所示，具有冷卻通道314的冷卻板312經(jīng)由絕緣體316被
分別加壓接觸和附著到第一內(nèi)外線圈的上下端面306、 307和縫隙244。 優(yōu)選情況下，冷卻板312不僅置于線圈206、 218的主體部分208、 220 在Y方向上的上下端面中，而且置于連接部分210、 222在Y方向上的 上下端面中。也就是說，優(yōu)選情況下板子置于盡可能寬的區(qū)域中。例 如，冷卻水流經(jīng)冷卻通道314。在例子中，絕緣體316纏繞在冷卻板 312周圍。不過，纏繞絕緣體不是必需的。
線圈206、 218可以通過冷卻板312經(jīng)由其端面進行強制冷卻。這 種冷卻結(jié)構(gòu)也被稱為末端冷卻系統(tǒng)。
在上述情況下，優(yōu)選情況下在冷卻板312和絕緣體316之間以及 絕緣體316和線圈206、 218的端面之間插入(例如應(yīng)用)具有高熱傳 導(dǎo)性的熱擴散化合物(例如硅脂)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以盡可能遠地減 少空處，并且因此可以提高熱傳導(dǎo)性能和冷卻性能。
縫隙244的每一個都可以被構(gòu)造成楔形，其中越朝向線圈218的 內(nèi)側(cè)(圖34的左側(cè))，寬度越窄。另外待被附著到縫隙的冷卻板312 可以被構(gòu)造成類似的楔形，以便冷卻板312被加壓插入縫隙中。根據(jù) 該結(jié)構(gòu)，在線圈218的端面和冷卻板312之間所形成的縫隙可以制得 很小，以便可以改善緊密接觸。因此，可以進一步改善冷卻性能。
在其中如上所述放置冷卻板312的情況下，可以將熱收縮帶或預(yù) 浸料坯帶纏繞在處于如圖34所示的狀態(tài)中的整個線圈周圍，然后對其 進行熱固化。另外還可以執(zhí)行冷卻板312的固定和緊密接觸。
最后，如果需要，另外在其中放置了冷卻板312和其中不放置冷 卻板這兩種情況下，包括有第一內(nèi)外線圈206、 218的整個線圈可以通 過樹脂進行成型。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以進一步提高線圈的抗?jié)裥?、絕緣 性和機械強度等。在這種情況下，優(yōu)選情況下可以用樹脂來混合 5 30wt.n/。的填充物(填充劑)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以提高樹脂的抗裂性 能等。
另外，以類似于上述的方式，可以產(chǎn)生第二內(nèi)外線圈212、 224作 為其中線圈212、 224被集成的線圈。下面要描述的線圈，也就是如圖 37至39所示的線圈320、如圖40所示的第一和第二線圈326、 328以 及如圖41所示的內(nèi)線圈330和第一和第二外線圈218、 224都是以類 似于上述的方式產(chǎn)生的。內(nèi)外線圈可以集成在一起進行產(chǎn)生。
通過使用線圈206、 218、 212、 224，如圖19和20所示的分析電 磁石200等可以例如根據(jù)以下程序來進行組裝。也就是說，在軛230 的上軛231保持為待被去除的同時，將其中第二內(nèi)線圈212與第二外 線圈224被集成的元件從上側(cè)插入到軛230中，然后從上側(cè)插入真空 容器236,并且然后從上側(cè)插入其中第一內(nèi)線圈206與第一外線圈218 被集成的元件。最后，附著上軛231。
(3-5)分析電磁石200的特征等 在分析電磁石200中，第一內(nèi)外線圈206、 218具有其中凹口部分 272~275置于扇形圓柱形疊層線圈290中同時保留主體部分208、 220 和連接部分210、 222的結(jié)構(gòu)，并且因此連接部分210、 222處于其中 這些部分從主體部分208、 220的末端部分在Y方向上基本平行地延伸 的狀態(tài)。因此，甚至在其中增加了主體部分208、 220在Y方向上的尺 寸的情況下，通過相應(yīng)地增加連接部分210、 222在Y方向上的尺寸來 處理這種情況。結(jié)果，連接部分210、 222在射束入射和發(fā)射方向上的 突出距離沒有增加。
將參照圖23以第一內(nèi)線圈206為例子描述上面的內(nèi)容。在其中增 加了主體部分208在Y方向上的尺寸a的情況下，通過相應(yīng)地增加連 接部分210在Y方向上的尺寸c來處理這種情況。確切地說，尺寸a 和c基本是相等的。因此，甚至當增加了尺寸a時，連接部分210在離 子束50的入射和發(fā)射方向上的突出距離L3 (見圖19)沒有得到增加。 突出距離Ls是由軛230的端面與連接部分210的端面之間的距離L5 和連接部分210的厚度b確定的。也就是說，突出距離L3可以通過以 下表達式來表示。另外從第一內(nèi)線圈206的結(jié)構(gòu)描述來看，主體部分 208也具有厚度b。 [表達式4] L3=b+ L5
不像用于表示現(xiàn)有分析電磁石40的突出距離L,的上述表達式3， 上面的表達式4不包括在Y方向上的尺寸a。這是非常不同于現(xiàn)有分析 電磁石40的特征。
而且，另外距離Ls可以做得比現(xiàn)有分析電磁石40的距離L2更小。 這是由于以下原因引起的。不像現(xiàn)有線圈12，連接部分210不是通過 彎曲處理傾斜地升高連接部分16而形成的，而是通過如上所述將凹口 部分272 275放置在扇形圓柱形疊層線圈290中形成的，并且連接部 分210在Y方向上基本平行地進行延伸。而且，可以使主體部分208 和連接部分210之間的邊緣部分254處于其中通過切削處理等變得不
太圓或者接近垂直的狀態(tài)中。
由于上述原因，可以減小在射束入射和發(fā)射方向上連接部分210 從軛230的突出距離L3。
第二內(nèi)外線圈212、 224是以類似方式構(gòu)造的。
當在Y方向上的尺寸a被設(shè)置為相同值或者250mm時，現(xiàn)有分析 電磁石40的突出距離Li約為300mm,并且相比之下，分析電磁石200 的突出距離L3約為110mm。
由于如上所述的相同原因，甚至在其中內(nèi)線圈206、 212和外線圈 218、 224成雙地置于分析電磁石200的情況下，可以減小在射束入射 和發(fā)射方向上外線圈218從軛230的突出距離L4。在現(xiàn)有分析電磁石 40中，如果線圈成雙地置于內(nèi)側(cè)和外側(cè)，則極大地增加了連接部分的 突出距離。
由于上述原因，分析電磁石200可以微型化，并且因此可以減小 用于安裝分析電磁石200所需的面積。另外可以減小分析電磁石200 的重量。而且，減小了由線圈206、 218、 212、 224的連接部分所生成 的磁場干擾離子束50的形態(tài)的可能性。
由于可以減小線圈206、 218、 212、 224的連接部分的突出距離， 另外可以縮短連接部分的長度，并因此可以減小連接部分中所浪費的
功率消耗。
而且，在線圈206、 218、 212、 224的結(jié)構(gòu)中，如上所述，導(dǎo)體片 268、 269是通過在其間插入絕緣片266、 267來堆疊的。因此，與其中 被覆導(dǎo)體被纏繞多次的多匝線圈相比，導(dǎo)體的占空系數(shù)較高，并且功 率損耗相應(yīng)地較低。結(jié)果，可以減少功率消耗。
例如，下面來考慮其中每一個線圈在Y方向上的尺寸a被設(shè)置為 250mm的情況。甚至在其中導(dǎo)體不是空心的情況下(不是空心導(dǎo)體)， 在現(xiàn)有技術(shù)中的被覆導(dǎo)體的多匝線圈的導(dǎo)體占空系數(shù)約為60 70%，并 且在空心導(dǎo)體的情況下進一步減小。相比之下，線圈206、 218、 212、 224的導(dǎo)體的占空系數(shù)可以被設(shè)置為約84~85%。
結(jié)果，在分析電磁石200中，可以以小于現(xiàn)有分析電磁石40的功 率消耗生成所需強度的磁場。以相同的功率消耗，可以生成比現(xiàn)有分 析電磁石40所生成的磁場更強的磁場。在后一種情況下，可以減小離 子束偏轉(zhuǎn)的曲率半徑R，以便分析電磁石200可以進一步微型化。
在其中每一個線圈在Y方向上的尺寸a被設(shè)置為250mm并且以與 現(xiàn)有分析電磁石40相同的方式來通過兩個線圈206、 212 (沒有使用線 圈218、 224)生成了 0.2tesla的磁場的情況下，現(xiàn)有分析電磁石40的 功率消耗約為67kW，并且相比之下分析電磁石200的功率消耗僅約為 24kW。
如圖1所示的離子注入機包括具有上述特征的分析電磁石200。 因此，根據(jù)分析電磁石200的微型化，整個離子注入機可以被微型化，
并因此可以減小用于安裝離子注入機所需的面積。另外可以減小離子
注入機的重量。而且，根據(jù)分析電磁石200的功率消耗的減小，可以 減小整個離子注入機的功率消耗。
進而，由于分析電磁石200包括上述第一和第二內(nèi)線圈206、 212， 因此與其中在上側(cè)和下側(cè)的每一個中都使用一個線圈的情況相比，可 以容易地處理具有較大Y-方向尺寸Wy的寓子束50。
而且，第一和第二外線圈218、 224可以生成用于輔助或校正主磁 場的次磁場。由于次磁場，主磁場可以得到校正，并且可以增強Y方 向上的磁通密度分布的均勻化。由外線圈218、 224所生成的次磁場可 以比主磁場更弱，并且因此可以容易地進行控制。
上述主磁場和次磁場使得在射束路徑202中生成其中在Y方向上 的磁通密度分布的均勻化較高的磁場。結(jié)果，離子束50在從分析電磁 石200發(fā)射時的形態(tài)干擾(彎曲和傾斜等，下同)可以被抑制到更低 的水平。該效果在其中離子束50的Y-方向尺寸WY較大的情況下更為 明顯。
甚至當使用了一個第一外線圈218和一個第二外線圈224時，可 以得到校正主磁場的效果。不過，優(yōu)選情況下，與在例子中的一樣， 放置了多個第一外線圈218和多個第二外線圈224。在這種情況下，通 過這些外線圈218、 224可以更為精細地校正在射束路徑202中生成的 磁場在Y方向上的磁通密度分布。因此，可以生成其中在Y方向上的 均勻化更高的磁場。結(jié)果，離子束50在發(fā)射時的形態(tài)干擾可以被抑制
到更低的水平。
(3-6)控制分析電磁石200的方法 下面來描述控制分析電磁石200的方法的例子?？梢钥刂屏鹘?jīng)第 一和第二外線圈218、 224的電流，以便從分析電磁石200發(fā)射出的離 子束50的形態(tài)接近入射的離子束50的形態(tài)。
確切地說，通過至少執(zhí)行下述的一個降低流經(jīng)與在從分析電磁
石200發(fā)射的離子束50中相對于中心軸朝向曲率半徑為R的內(nèi)側(cè)進行 了過度彎曲的部分相對應(yīng)的第一和第二外線圈218、 224的電流；以及 增加流經(jīng)與向內(nèi)側(cè)彎曲不足的部分相對應(yīng)的第一和第二外線圈218、 224的電流，使得從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的形態(tài)接近其 平行于與Y方向基本平行的預(yù)定中心軸(如圖35和36所示的中心軸 318)的形態(tài)。這使得從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的形態(tài)不 是傾斜的，而是直的，并且接近入射時的形態(tài)。
圖35和36分別示出了從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的形 態(tài)的例子。在圖中，基本平行于X方向的預(yù)定中心軸是由318表示的， 對稱平面由234表示，離子束50的中心軌道是由54表示，并且曲率 半徑用R表示。
在如圖35所示的情況下，從離子束50的傳輸方向Z看，離子束 50的形態(tài)沒有受到干擾，并因此流經(jīng)第一外線圈218a 218c和第二外 線圈224a 224c的電流值可以得到保持。
在如圖36所示的形態(tài)情況下，從傳輸方向Z看，離子束50被扭 曲(彎曲)成類似于L形的弓形，或者也就是當進一步朝著Y方向上 的上側(cè)前進時，更加過度地彎曲向曲率半徑為R的內(nèi)側(cè)，并且當進一 步朝著下側(cè)前進時，更加過度地彎曲向內(nèi)側(cè)。因此，流經(jīng)第一外線圈 218a的電流大大減小，流經(jīng)第一外線圈218b的電流略微減小，流經(jīng)第 一外線圈218c和第二外線圈224c的電流被保持為當前值，流經(jīng)第二外 線圈224b的電流略微減小，并且流經(jīng)第二外線圈224a的電流大大減小。 結(jié)果，在保持從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的中心軌道54的 位置的同時，離子束的形態(tài)可以接近平行于中心軸318。也就是說，形 態(tài)可以接近于如圖35所示的情況。
另外在其中從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的形態(tài)被干擾的 情形不同于如圖36所示的情況下，通過如上所述的相同方法來執(zhí)行校 正，并且形態(tài)可以接近如圖35所示的形態(tài)。
在其中從分析電磁石200發(fā)射出的離子束50的形態(tài)被干擾的情況 下，主要產(chǎn)生了以下問題。根據(jù)控制方法，可以防止這些問題出現(xiàn)。
通常，如圖l所示的分析縫70置于分析電磁石200的下游側(cè)中。 分析縫70的裂縫72是線性的。當離子束50的形態(tài)被干擾時，由此產(chǎn) 生了由分析縫70所切割的部分，并且穿過分析縫70的期望離子種類 的離子束50的量減小了。由于產(chǎn)生了切割部分，因此削弱了離子束50 的均勻化。當增加裂縫72的X-方向?qū)挾纫苑乐拱l(fā)生這種切割時，分辨 率就降低了。
除了上述討論的分析縫70的問題之外，問題在于當通過使用其中
形態(tài)被干擾的離子束50來在襯底60上執(zhí)行離子注入時，削弱了注入 的均勻化。
(3-7)分析電磁石200的其他例子 接下來描述分析電磁石200的其他例子。與如圖19至22等所示 的上述例子相同或相對應(yīng)的部分用相同的附圖標記表示，并且省略了 重復(fù)描述。在以下描述中，重點放在與上述例子的不同上。
另外參照圖37，如圖39所示的分析電磁石200包括線圈320，具 有 一套主體部分322，在橫跨射束路徑202的X方向上彼此相對； 以及兩套連接部分324、 325,在Z方向上相互連接主體部分322的末 端部分，同時避開射束路徑202,用于生成在X方向上彎曲離子束50 的磁場。位于圖37中的上側(cè)的兩個連接部分324為一套連接部分，并 且位于下側(cè)的兩個連接部分325為另一套連接部分。
從示出了線圈320的截面結(jié)構(gòu)的圖38中看，線圈具有與第一內(nèi)線 圈206 (見圖25)和疊層線圈290的內(nèi)線圈292 (見圖30)相同的截 面結(jié)構(gòu)。也就是說，在線圈320的結(jié)構(gòu)中，凹口部分276 281置于具 有與內(nèi)線圈292相同結(jié)構(gòu)的扇形圓柱形疊層線圈中，同時保留主體部 分322和連接部分324、 325。另外，線圈320可以通過如上所述的相 同產(chǎn)生方法來產(chǎn)生。
線圈320被構(gòu)造成其中上述第一和第二內(nèi)線圈206、212(見圖23) 被垂直相互集成在一起的一個線圈。
凹口部分276、 277的形狀類似于上述的凹口部分272、 273。凹 口部分278、 279具有相對于凹口部分276、 277關(guān)于對稱平面(見圖 39)的平面對稱形狀。確切地說，凹口部分280、 281為通孔，并且分 別形成了入口 238和出口 240，并且離子束50可以穿過凹口部分。更 為確切地說，離子束50可以經(jīng)由真空容器236穿過其中。
通過在Z方向上經(jīng)由凹口部分280、 281插入真空容器236，使得 真空容器236穿過線圈320。在這種情況下，當凸緣等置于真空容器 236上并且形成障礙時， 一次拆除凸緣等。分析電磁石200可以通過類 似方法進行組裝。
連接部分324是通過與第一內(nèi)線圈206的連接部分210相類似的 方式進行構(gòu)造的。連接部分325具有相對于各自的連接部分324關(guān)于 對稱平面234的平面對稱形狀。
主體部分322的Y-方向尺寸ai基本等于連接部分324的Y-方向 尺寸q和連接部分325的Y-方向尺寸d的總和(也就是2d)。
另外在例子的分析電磁石200中，線圈320被構(gòu)造成其中上述第 一和第二內(nèi)線圈206、 212被相互集成在一起的一個線圈。因此，由于 與上述相同的原因，線圈320的連接部分324、 325從軛230的突出距 離減小了，從而得到了諸如分析電磁石200可以被微型化以及功率消 耗可以減小等效果。
如圖40所示的分析電磁石200包括第一和第二線圈326、 328，
相互合作以生成在X方向上彎曲離子束50的磁場。線圈326、 328分 別是以與第一和第二內(nèi)線圈206、 212 (見圖23)相類似的方式進行構(gòu) 造的。因此，通過如上相同的產(chǎn)生方法也可以產(chǎn)生第一和第二線圈326、 328。
由于分析電磁石200包括第一和第二線圈326、 328，因此可以容 易地處理具有較大Y-方向尺寸WY的離子束50。
如圖26所示的分析電磁石200包括內(nèi)線圈330，以與線圈320 相類似的方式進行構(gòu)造，用于生成在X方向上彎曲離子束50的主磁場； 以及第一和第二外線圈218、 224，以上述方式進行構(gòu)造，位于內(nèi)線圈 330的外部，用于生成輔助或校正主磁場的次磁場。也就是說，代替如 圖20等所示的第一和第二內(nèi)線圈206、 212，分析電磁石200包括內(nèi)線 圈330。因此，通過如上相同的產(chǎn)生方法也可以產(chǎn)生內(nèi)線圈330以及第 一和第二外線圈218、 224。
下面來描述其中產(chǎn)生這些線圈的情況中的特征項。通過使用其中 軸向尺寸(高度)被設(shè)置為期望尺寸的疊層線圈290 (見圖29)，類 似于圖37的凹口部分276 281的凹口部分通過切割處理等置于內(nèi)外線 圈292、 294中。在外線圈294中，通過切割處理等放置了類似于如圖
22所示的縫隙248的縫隙，從而形成了第一和第二外線圈218、 224。 以類似于圖22的情況的方式，第一和第二外線圈218、 224的每一個 都是通過多個線圈構(gòu)成的。
在如圖26所示的例子中，第一外線圈218的個數(shù)為2。不過，個 數(shù)并不限于此。個數(shù)為一個或多個的任意數(shù)。第二外線圈224是以類 似方式構(gòu)造的。
另外例子的分析電磁石200包括內(nèi)線圈330以及以上述方式構(gòu)造 的第一和第二外線圈218、 224。因此，由于與上述相同的原因，線圈 的連接部分從軛230的突出距離減小了，從而得到了諸如分析電磁石 200可以被微型化以及功率消耗可以被減小等效果。
除了內(nèi)線圈330之外，分析電磁石200還包括以上述方式構(gòu)造的 第一和第二外線圈218、 224。因此，在離子束50的射束路徑202中可 以生成其中在Y方向上的磁通密度分布均勻化很高的磁場。結(jié)果，在 發(fā)射時離子束50的形態(tài)干擾可以被抑制到更低的水平。在其中目標離 子束50的Y-方向尺寸Wy較大的情況下，該效果更為顯著。
由于放置了多個第一外線圈218和多個第二外線圈224，因此通 過這些外線圈218、 224可以更為精細地校正在射束路徑202上所生成 的磁場在Y方向上的磁通密度分布。因此，可以生成其中Y方向上的 均勻化較高的磁場。結(jié)果，在發(fā)射時離子束50的形態(tài)干擾可以被抑制 到更低的水平。
另外在其中如圖1所示的離子注入機包括每一個例子的分析電磁
石200的情況下，根據(jù)分析電磁石200的微型化，整個離子注入機可 以微型化，因此也可以減小用于安裝離子注入機所需的面積。另外也 可以減小分析電磁石200的重量。而且，根據(jù)分析電磁石200的功率 消耗減小，可以減小整個離子注入機的功率消耗。
(4)關(guān)于加速/減速設(shè)備400 如圖1所示的加速/減速設(shè)備400通過靜電場在X方向上對穿過分 析縫70的離子束50進行偏轉(zhuǎn)，并且通過靜電場對離子束50進行加速 或者減速。優(yōu)選情況下，加速/減速設(shè)備400盡可能遠地置于下游側(cè)上， 以有效產(chǎn)生抑制下面要描述的能量污染的效果。在如圖1所示的例子 中，設(shè)備置于分析縫70與注入位置之間，也就是分析縫70和襯底驅(qū) 動設(shè)備500之間。
圖42示出了加速/減速設(shè)備400的更為具體的例子。加速/減速設(shè) 備400具有第一至第三電極402、 404、 406，在離子束傳輸方向上從上 游側(cè)開始按照第一電極402、第二電極404和第三電極406的順序排列。
在該例子中，每一個電極具有在Y方向上延伸并且離子束50穿過其中 的開口412、 416。在該例子中，電極402是由一個電極構(gòu)成的。可選 情況下，電極可以由其間在X方向上插入了離子束50的路徑并且處于 相同電勢上的兩個電極構(gòu)成。這同樣可以應(yīng)用到電極406。電極404具 有在Y方向上延伸并且離子束50穿過其中的縫隙414。
相對于接地電勢的電勢VI被施加到第一電極402。通常，電勢 Vl為正的(加速模式)或者負的(減速模式)高電勢。
在其中將電勢施加到電極402、 404、 406或者下面將要描述的電 極元件404a、 404b的情況下，當電勢不同于OV時，從對應(yīng)于電極的 電壓施加裝置(例如圖中沒有示出的DC電源、用于分壓來自DC電源 的電壓的分壓電阻器等，同下)供應(yīng)電勢。當電勢為OV時，對應(yīng)的電 極接地。
通常，第二電極404被設(shè)置為處于第一和第三電極402、 406之間 的電平上的電勢。在我們熟知的靜電場加速電子管的情況下，第二電 極404由單個電極構(gòu)成。在該例子中，第二電極是由在橫跨離子束50 的路徑的X方向上彼此相對的兩個電極元件404a、 404b分開構(gòu)成的。 進而，分別將彼此不同的電勢V2a、 V2b (V2a^V2b)施加到電極元件 404a、 404b，以便離子束50在X方向上被偏轉(zhuǎn)。確切地說，對于位于 其中離子束50待被偏轉(zhuǎn)的側(cè)面上的電極元件404b，施加了低于對電極 (counter electrode) 404a的電勢V2a的電勢V2b，或者設(shè)置V2a〈V2b。 用于施加這些電勢的裝置如上所述。
離子束50所流經(jīng)的縫隙414置于組成電極404的兩個電極元件
404a、 404b之間。優(yōu)選情況下，與該例子中一樣，縫隙414在離子束 50的偏轉(zhuǎn)方向上彎曲。確切地說，優(yōu)選情況下縫隙沿著在偏轉(zhuǎn)之后具 有特定能量或者確切地說具有期望能量的離子418的軌道進行彎曲。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以有效得到由具有期望能量的離子418組成的離子束 50。
通常為0V的電勢V3被施加到第三電極406。也就是說，第三電 極接地。
優(yōu)選情況下，通過電極404，位于第二電極404的下游側(cè)上的第 三電極406沿著在偏轉(zhuǎn)之后具有特定能量或者確切地說具有期望能量 的離子418的軌道進行放置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以有效得到具有期望能 量的離子418，并且可以通過電極406有效地阻隔具有不同于該能量的 離子420、 422和中性粒子424。因此，可以更加有效地抑制能量污染。
設(shè)置被施加到用于組成電極404的電極元件404a、 404b的電勢 V2a、 V2b之差，以便具有期望(目標)能量的離子418穿過加速/減速 設(shè)備400的中心軌道，確切地說包括有隨后的具有偏轉(zhuǎn)功能的第二電 極404的電極404、406的中心軌道(確切地說為狹縫414和開口 416)。
表格1集中示出了電極和被施加到電極的電勢的例子。例子1和 2為其中通過加速/減速設(shè)備400來加速離子束50的加速模式，例子3 為其中離子束50被減速的減速模式。在例子1的情況下，可以實現(xiàn) 30keV的加速能量，并且在例子2的情況下，可以實現(xiàn)130keV的加速 能量。在例子3的情況下，可以實現(xiàn)8keV的加速能量。在任何情況下， 作為組成第二電極404的一個電極的電極元件404b的電勢V2b被設(shè)置
為低于對電極404a的電勢V2a。
電勢V1 (kV)電勢V2a (kV)電勢V2b (kV)電勢V3 (kV)
例子1300-480
例子2130100520
例子3-80-10
根據(jù)加速/減速設(shè)備400，通過由兩個電極元件404a、 404b所構(gòu)成 并且施加了不同電勢V2a、 V2b的第二電極404可以對離子束50進行 偏轉(zhuǎn)。此時，偏轉(zhuǎn)量取決于偏轉(zhuǎn)中的離子束50的能量，因此具有期望 能量的離子418可以與具有其他能量的離子420、422相分離。離子420 為具有低于期望能量的能量的離子，并且它們的偏轉(zhuǎn)量要大于離子418 的偏轉(zhuǎn)量。離子422為具有高于期望能量的能量的離子，并且它們的 偏轉(zhuǎn)量要小于離子418的偏轉(zhuǎn)量。中性粒子424筆直前進，沒有任何 偏轉(zhuǎn)，因此可以分離出來。也就是說，加速/減速設(shè)備400具有能量分 離功能，因此可以有選擇地得到由具有期望能量的離子418所組成的 離子束50，并且可以抑制能量污染。在例子中，不同于具有期望能量 的離子418的離子420、422以及中性粒子424撞擊在位于第二電極404 的下游側(cè)上的電極406，從而被阻隔和去除。
而且，除了上述能量分離功能之外，加速/減速設(shè)備400還具有對 離子束50進行加速或減速的原始功能。這些功能可以通過單個加速/ 減速設(shè)備400來實現(xiàn)，因此不必單獨放置能量分離器。因此，與其中 能量分離器單獨放置的情況相比，可以縮短離子束50的傳輸路徑。因 此，可以提高離子束50的傳輸效率。
進而，離子束50可以在兩個階段中進行加速，也就是在電極402 和404之間以及在電極404和406之間。表格1中的例子2示出了這 種情況的例子。在下一階段中的加速之前(也就是在能量較低時的期 間)，離子束50可以通過電極404進行偏轉(zhuǎn)。與在充分加速之后執(zhí)行 偏轉(zhuǎn)的情況相比，離子束50可以容易地進行偏轉(zhuǎn)。確切地說，被施加 在用于組成電極404的兩個電極元件404a、 404b上的電勢V2a和V2b 之差可以很小。結(jié)果，它具有諸如有助于電極404附近的電氣絕緣等 優(yōu)點。
不同于具有期望能量的離子418的離子和中性粒子可以通過位于 電極404的下游側(cè)上的電極406進行阻隔和去除。因此，可以更為有 效地抑制能量污染。特別地，我們憑經(jīng)驗知道，在減速模式(見表格l 中的例子3)中，通過電極402和404之間的離子束50的減速中的電 荷轉(zhuǎn)換很容易生成中性粒子424。不過，甚至當生成了許多中性粒子 424時，它們筆直前進，并且撞擊在電極406上以被阻隔。因此，在加 速/減速設(shè)備400中可以有效消除中性粒子424。
通常，在加速模式中，從其上碰撞了能量不同于期望能量的離子 的電極的位置發(fā)射電子并且將其加速到更高的電勢側(cè)，并且從其上碰 撞了加速電子的電極的部分生成與這種加速電子相對應(yīng)的高能量X-射 線。我們熟知的靜電場加速電子管不具有偏轉(zhuǎn)功能。因此，加速電子 在不彎曲的情況下可以到達更高的電勢電極(與電極404相對應(yīng)的電 極)，并且通過與更高電勢電極的電勢相對應(yīng)的較大能量進行加速， 以撞擊更高電勢電極，以便從其中生成高能量X-射線。
相比之下，與在加速/減速設(shè)備400中的一樣，第二電極404是通
過兩個電極元件404a、 404b構(gòu)成的，并且將不同電勢施加到電極元件， 從而為電極提供偏轉(zhuǎn)功能。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從其上碰撞了具有多余能量 的離子的位置所發(fā)射的電子被電極404所彎曲，從而不能到達更高電 勢的電極402。確切地說，電子朝向用于組成電極404的兩個電極元件 404a、 404b中具有較高電勢的電極元件404a進行彎曲，然后撞擊在電 極元件404a上。此時，電子的加速能量為與電極元件404a的電勢相對 應(yīng)的能量，并且低于在其中電子碰撞在更高電勢的電極402上的情況 中的能量。例如，在表格1的例子1的情況中，碰撞電子的能量約為0 eV，并且基本不生成X-射線。在例子2的情況中，能量約為100keV, 并且低于在其中電子碰撞在電極402上的情況中的約130keV。因此， 在任何情況下，所生成的X-射線的能量可以低于我們所熟知的靜電場 加速電子管中的能量。
如果需要，另一電極可以進一步置于電極402的上游側(cè)或者電極 406的下游側(cè)上。例如，用于對離子束50進行加速或減速的高電勢電 極可以置于電極402的上游側(cè)。用于抑制反向電子的負電勢電極可以 置于電極406的下游側(cè)上。
權(quán)利要求
1.一種離子注入機，其中離子束的前進方向被設(shè)置為Z方向，在基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的兩個方向分別被設(shè)置為X和Y方向，并且傳輸其中Y方向的尺寸大于X方向的尺寸的帶狀離子束以照射襯底，從而執(zhí)行離子注入，所述離子注入機包括離子源，其具有一或多個燈絲，用于在氣體被導(dǎo)入的等離子容器中生成電弧放電，并且其生成Y方向尺寸大于襯底的Y方向尺寸的帶狀離子束；襯底驅(qū)動設(shè)備，在其中使離子束入射到襯底上的注入位置處，在與離子束的主表面相交的方向上移動襯底；一或多個電子束源，生成電子束，發(fā)射電子束到所述離子源的所述等離子容器中以離子化氣體，從而產(chǎn)生等離子，并且在所述等離子容器中在Y方向上掃描電子束；一或多個電子束電源，其為所述電子束源提供用于控制電子束的生成量的引出電壓，以及用于掃描的掃描電壓；離子束監(jiān)控器，在注入位置或該位置附近，在Y方向上的多個監(jiān)控點上測量離子束的Y方向離子束電流密度分布；以及控制設(shè)備，在根據(jù)所述離子束監(jiān)控器的測量數(shù)據(jù)來控制所述電子束電源以便將由所述電子束源所生成的電子束的量保持在基本恒定的值的同時，通過執(zhí)行下述至少一個相對增加在所述離子源中的對應(yīng)于其中由所述離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較大的監(jiān)控點的位置中的電子束的掃描速度，以及相對降低在所述離子源中的對應(yīng)于其中由所述離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較小的監(jiān)控點的位置中的電子束的描速度，該控制設(shè)備具有使由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向離子束電流密度分布均勻的功能。
2. 如權(quán)利要求l所述的離子注入機，其中(a) 所述電子束源和所述電子束電源的數(shù)目都是1，(b) 所述控制設(shè)備具有如下功能將作為由所述電子束電源提供給所述電子束源的掃描電壓的原本 的掃描信號提供給所述電子束電源；計算由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密 度的均值；一致地控制流經(jīng)所述離子源的所述燈絲的燈絲電流以便所計算的 均值基本上等于事先預(yù)定的離子束電流密度；計算作為由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密度和預(yù)設(shè)的離子束電流密度之間差值的Y方向分布誤差；確定其中所計算的誤差大于預(yù)定可允許誤差的監(jiān)控點，以及在監(jiān)控點處的誤差符號；確定對應(yīng)于確定的監(jiān)控點的掃描電壓；根據(jù)確定的誤差符號，在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較 大的監(jiān)控點的掃描電壓下，與誤差程度成比例地增加電子束的掃描速 度，并且在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較小的監(jiān)控點的掃描 電壓下，與誤差程度成比例地減小電子束的掃描速度，從而修整掃描 信號的波形，以便在離子束撞擊的基本上所有監(jiān)控點處，誤差等于或 小于可允許誤差；并且存儲所修整的掃描信號數(shù)據(jù)以及燈絲電流數(shù)據(jù)，以及 (C)所述電子束電源具有放大器，放大由所述控制設(shè)備所提供的 掃描信號以產(chǎn)生掃描電壓。
3.如權(quán)利要求l所述的離子注入機，其中(a) 所述電子束源和所述電子束電源的數(shù)目都是多個，(b) 所述控制設(shè)備具有如下功能 將作為由所述電子束電源提供給所述電子束源的掃描電壓的原本的掃描信號提供給所述電子束電源；計算由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密 度的均值；一致地控制流經(jīng)所述離子源的所述燈絲的燈絲電流以便所計算的 均值基本上等于事先預(yù)定的離子束電流密度；計算作為由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電 流密度和預(yù)設(shè)的離子束電流密度之間差值的Y方向分布誤差；確定其中所計算的誤差大于預(yù)定可允許誤差的監(jiān)控點，以及在監(jiān) 控點處的誤差符號；確定對應(yīng)于確定的監(jiān)控點的電子束源，以及掃描電壓；根據(jù)確定的誤差符號，在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較 大的監(jiān)控點的掃描電壓下，與誤差程度成比例地增加電子束的掃描速 度，并且在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較小的監(jiān)控點的掃描 電壓下，與誤差程度成比例地減小電子束的掃描速度，從而修整掃描 信號的波形，以便在離子束撞擊的基本上所有監(jiān)控點處，誤差等于或 小于可允許誤差；并且存儲所修整的掃描信號數(shù)據(jù)以及燈絲電流數(shù)據(jù)，以及 (C)所述電子束電源的每一個具有放大器，放大由所述控制設(shè)備 所提供的掃描信號以產(chǎn)生掃描電壓。
4. 一種離子注入機，其中離子束的前進方向被設(shè)置為Z方向，在 基本上垂直于Z方向的平面上基本上相互垂直的兩個方向分別被設(shè)置 為X和Y方向，并且傳輸其中Y方向的尺寸大于X方向的尺寸的帶狀 離子束以照射襯底，從而執(zhí)行離子注入，所述離子注入機包括離子源，具有一或多個燈絲，用于在氣體被導(dǎo)入的等離子容器中 生成電弧放電，并且生成帶狀離子束，其Y方向尺寸大于襯底的Y方 向尺寸；襯底驅(qū)動設(shè)備，在其中使離子束入射到襯底上的注入位置處，在 與離子束的主表面相交的方向上移動襯底；一或多個電子束源，生成電子束，并且發(fā)射電子束到所述離子源 的所述等離子容器中以離子化氣體，從而產(chǎn)生等離子，并且在所述等 離子容器中在Y方向上掃描電子束；一或多個電子束電源，為所述電子束源提供用于控制電子束的生 成量的引出電壓，以及用于掃描的掃描電壓；離子束監(jiān)控器，在注入位置或該位置附近，在Y方向上的多個監(jiān)控點測量離子束的Y方向離子束電流密度分布；以及控制設(shè)備，在根據(jù)所述離子束監(jiān)控器的測量數(shù)據(jù)來控制所述電子 束電源以將由所述電子束源所生成的電子束的掃描速度保持在基本上 恒定的值的同時，通過執(zhí)行下述至少一個相對減小在所述離子源中 的對應(yīng)于由其中所述離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較大 的監(jiān)控點的位置中的電子束的生成量，以及相對增加在所述離子源中 的在對應(yīng)于其中由所述離子束監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較 小的監(jiān)控點的位置中的電子束的生成量，該控制設(shè)備具有均勻化由所 述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向離子束電流密度分布的功能。
5.如權(quán)利要求4所述的離子注入機，其中(a) 所述電子束源和所述電子束電源的數(shù)目都是1，(b) 所述控制設(shè)備具有如下功能將作為由所述電子束電源提供給所述電子束源的引出電壓的原本的引出信號提供給所述電子束電源；計算由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密 度的均值；一致地控制流經(jīng)所述離子源的所述燈絲的燈絲電流以便所計算的 均值基本上等于事先預(yù)定的離子束電流密度；計算作為由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密度和預(yù)設(shè)的離子束電流密度之間差值的Y方向分布誤差；確定其中所計算的誤差大于預(yù)定可允許誤差的監(jiān)控點，以及在監(jiān)控點處的誤差符號；確定對應(yīng)于確定的監(jiān)控點的掃描電壓；根據(jù)確定的誤差符號，在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較 大的監(jiān)控點的掃描電壓下，與誤差程度成比例地減小引出電壓，并且 在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較大的監(jiān)控點的掃描電壓下， 與誤差程度成比例地增大引出電壓，從而修整引出信號的波形，以便在離子束撞擊的基本上所有監(jiān)控點處，誤差等于或小于可允許誤差；并且存儲所修整的引出信號數(shù)據(jù)以及燈絲電流數(shù)據(jù)，以及 (C)所述電子束電源具有放大器，放大由所述控制設(shè)備所提供的 引出信號以產(chǎn)生引出電壓。
6. 如權(quán)利要求4所述的離子注入機，其中(a) 所述電子束源和所述電子束電源的數(shù)目都是多個，(b) 所述控制設(shè)備具有如下功能-將作為由所述電子束電源提供給所述電子束源的引出電壓的原本的引出信號提供給所述電子束電源；計算由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電流密 度的均值；一致地控制流經(jīng)所述離子源的所述燈絲的燈絲電流以便所計算的 均值基本上等于事先預(yù)定的離子束電流密度；計算作為由所述離子束監(jiān)控器所測量的Y方向分布上的離子束電 流密度和預(yù)設(shè)的離子束電流密度之間差值的Y方向分布誤差；確定其中所計算的誤差大于預(yù)定可允許誤差的監(jiān)控點，以及在監(jiān) 控點處的誤差符號；確定對應(yīng)于確定的監(jiān)控點的電子束源，以及掃描電壓；根據(jù)確定的誤差符號，在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較 大的監(jiān)控點的掃描電壓下，與誤差程度成比例地減小引出電壓，并且 在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度較小的監(jiān)控點的掃描電壓下， 與誤差程度成比例地增大引出電壓，從而修整引出信號的波形，以便在離子束撞擊的基本上所有監(jiān)控點處，誤差等于或小于可允許誤差； 并且存儲所修整的引出信號的數(shù)據(jù)以及燈絲電流數(shù)據(jù)，以及 (C)所述電子束電源的每一個具有放大器，放大由所述控制設(shè)備 所提供的引出信號以產(chǎn)生引出電壓。
7. 如權(quán)利要求1或4所述的離子注入機，進一步包括 加速/減速設(shè)備，位于分析電磁石和注入位置之間，通過靜電場在X方向上彎曲離子束，并且加速或減速離子束，其中分析電磁石在X 方向上彎曲來自所述離子源的離子束以分析動量，所述加速/減速設(shè)備包括第一至第三電極，它們在離子束前進方向 上從上游側(cè)開始按照所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極的 順序排列，并且在所述第一和第二電極，以及所述第二和第三電極之 間的兩個階段中加速或減速離子束，所述第二電極是由在橫跨離子束路徑的x方向上彼此相對的兩個電極元件所構(gòu)成的，并且這兩個電極元件被施加不同的電勢以便在X方向上偏轉(zhuǎn)離子束，所述第三電極沿著偏轉(zhuǎn)之后具有特定能量的離子 束的軌道放置。
8. 如權(quán)利要求l-6的任一項所述的離子注入機，進一步包括分析電磁石，位于所述離子源和注入位置之間，并且在x方向上彎曲來自所述離子源的離子束以分析動量，所述分析電磁石包括線圈，具有 一套主體部分，在橫跨離子束所穿過的射束路徑的 X方向上彼此相對；以及至少一套連接部分，在Z方向上相互連接主 體部分的末端部分，同時避開所述射束路徑，所述線圈生成在X方向 上彎曲離子束的磁場；以及軛，整個地包圍所述線圈的所述主體部分的外側(cè)， 在所述線圈的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊層線圈中設(shè)置凹口部分，同時保留所述主體部分和所述連接部分，構(gòu)造所述疊層線圈包括將 絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主表面在迭片絕緣體的外圍表 面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；以及在堆棧的外圍表面上 形成迭片絕緣體。
9. 如權(quán)利要求1 6的任一項所述的離子注入機，進一步包括 分析電磁石，位于所述離子源和注入位置之間，并且在X方向上彎曲來自所述離子源的離子束以分析動量， 所述分析電磁石包括第一線圈，它是一種馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫跨 離子束所穿過的射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋 離子束的一側(cè)的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相 互連接所述主體部分的末端部分，同時避開所述射束路徑，所述第一 線圈與第二線圈合作以生成在X方向上彎曲離子束的磁場；所述第二線圈，它是一種馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在 橫跨射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋離子束的另 一側(cè)的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相互連接所 述主體部分的末端部分，同時避開所述射束路徑，所述第二線圈與所 述第一線圈在Y方向上重疊放置，并且與所述第一線圈合作以生成在 X方向上彎曲離子束的磁場；以及軛，整個地包圍所述第一和第二線圈的所述主體部分的外側(cè)，在所述第一和第二線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊層線 圈中設(shè)置凹口部分，同時保留所述主體部分和所述連接部分，構(gòu)造所 述疊層線圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主表面在 迭片絕緣體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝；以及 在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體。
10.如權(quán)利要求1 6的任一項所述的離子注入機，進一步包括-分析電磁石，位于所述離子源和注入位置之間，并且在X方向上 彎曲來自所述離子源的離子束以分析動量， 所述分析電磁石包括內(nèi)線圈，具有 一套主體部分，在橫跨離子束所穿過的射束路徑 的X方向上彼此相對；以及連接部分，在Z方向上相互連接所述主體 部分的末端部分，同時避開所述射束路徑，所述內(nèi)線圈生成在X方向 上彎曲離子束的主磁場；一或多個第一外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于所述內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相對； 以及一套連接部分，在Z方向上相互連接所述主體部分的末端部分， 同時避開所述射束路徑，所述第一外線圈生成用于輔助或校正主磁場的次磁場；一或多個第二外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于所述內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相對； 以及一套連接部分，在Z方向上相互連接所述主體部分的末端部分， 同時避開所述射束路徑，所述第二外線圈與所述第一外線圈在Y方向 上重疊放置，并且生成用于輔助或校正主磁場的次磁場；以及軛，整個地包圍所述內(nèi)線圈以及第一和第二外線圈的所述主體部 分的外側(cè)，在所述內(nèi)線圈以及所述第一和第二外線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在 扇形圓柱形疊層線圈中設(shè)置凹口部分，同時保留所述主體部分和所述 連接部分，構(gòu)造所述疊層線圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起 來，其中主表面在迭片絕緣體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏 繞迭片多匝；在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體；將絕緣片和導(dǎo)體 片的迭片堆疊起來，其中主表面在堆棧的外圍表面上沿著Y方向延伸， 同時纏繞迭片多匝；以及在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體。
11.如權(quán)利要求1 6的任一項所述的離子注入機，進一步包括 分析電磁石，位于所述離子源和注入位置之間，并且在X方向上 彎曲來自所述離子源的離子束以分析動量， 所述分析電磁石包括第一內(nèi)線圈，它是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫跨離 子束所穿過的射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋離 子束的一側(cè)的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相互 連接所述主體部分的末端部分，同時避開所述射束路徑，所述第一線 圈與第二內(nèi)線圈合作以生成在X方向上彎曲離子束的主磁場；所述第二內(nèi)線圈，它是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分，在橫 跨射束路徑的X方向上彼此相對，并且在Y方向上覆蓋離子束的另一 側(cè)的大約一半或更多；以及一套連接部分，在Z方向上相互連接所述 主體部分的末端部分，同時避開所述射束路徑，所述第二內(nèi)線圈與所 述第一內(nèi)線圈在Y方向上重疊放置，并且與所述第一內(nèi)線圈合作以生成在X方向上彎曲離子束的主磁場；一或多個第一外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于所述第一內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相 對；以及一套連接部分，在Z方向上相互連接所述主體部分的末端部 分，同時避開所述射束路徑，所述第一外線圈生成用于輔助或校正主 磁場的次磁場；一或多個第二外線圈，它們是馬鞍形線圈，具有 一套主體部分， 位于所述第二內(nèi)線圈的外部，并且在橫跨射束路徑的X方向上彼此相 對；以及一套連接部分，在Z方向上相互連接所述主體部分的末端部 分，同時避開所述射束路徑，所述第二外線圈與所述第一外線圈在Y 方向上重疊放置，并且生成用于輔助或校正主磁場的次磁場；以及軛，整個地包圍所述第一和第二內(nèi)線圈以及所述第一和第二外線 圈的所述主體部分的外側(cè)，在所述第一內(nèi)線圈和所述第一外線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形 圓柱形疊層線圏中設(shè)置凹口部分，同時保留主體部分和所述連接部分， 構(gòu)造所述疊層線圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其中主 表面在迭片絕緣體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片多匝； 在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體；將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊 起來，其中主表面在堆棧的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭 片多匝；以及在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體，并且在所述第二內(nèi)線圈和所述第二外線圈的每一個的結(jié)構(gòu)中，在扇形圓柱形疊層線圈中設(shè)置凹口部，同時保留所述主體部分和所述連接部 分，構(gòu)造所述疊層線圈包括將絕緣片和導(dǎo)體片的迭片堆疊起來，其 中主表面在迭片絕緣體的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時纏繞迭片 多匝；在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體；將絕緣片和導(dǎo)體片的迭 片堆疊起來，其中主表面在堆棧的外圍表面上沿著Y方向延伸，同時 纏繞迭片多匝；以及在堆棧的外圍表面上形成迭片絕緣體。
12.如權(quán)利要求8所述的離子注入機，其中所述分析電磁石進一 步包括 一套磁極，其從所述軛向內(nèi)部突出，以便在橫跨射束路徑的Y方向上彼此相對。
13. 如權(quán)利要求9所述的離子注入機，其中所述分析電磁石進一步包括 一套磁極，其從所述軛向內(nèi)部突出，以便在橫跨射束路徑的Y 方向上彼此相對。
14. 如權(quán)利要求IO所述的離子注入機，其中所述分析電磁石進一步包括 一套磁極，其從所述軛向內(nèi)部突出，以便在橫跨射束路徑的Y 方向上彼此相對。
15. 如權(quán)利要求ll所述的離子注入機，其中所述分析電磁石進一步包括 一套磁極，其從所述軛向內(nèi)部突出，以便在橫跨射束路徑的Y 方向上彼此相對。
全文摘要
一種離子注入機，具有生成離子束的離子源；電子束源，發(fā)射電子束以便在離子源中在Y方向上被掃描；用于這些源的電源；離子束監(jiān)控器，在注入位置附近，測量離子束的Y方向離子束電流密度分布；以及控制設(shè)備。控制設(shè)備在根據(jù)監(jiān)控器的測量數(shù)據(jù)來控制電源的同時，通過增加在對應(yīng)于其中由監(jiān)控器所測量的離子束電流密度相對較大的監(jiān)控點的位置處的電子束的掃描速度，以及降低在對應(yīng)于其中所測量的離子束電流密度相對較小的監(jiān)控點的位置處的電子束的掃描速度，具有均勻化由監(jiān)控器所測量的Y方向離子束電流密度分布的功能。
文檔編號H01J37/317GK101174534SQ20071016799
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者山下貴敏, 藤田秀樹 申請人:日新意旺機械股份有限公司