离子注入装置的制作方法
本申请主张基于2014年6月23日申请的日本专利申请第2014-128519号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种离子注入装置，更详细而言涉及一种离子注入装置及离子注入方法。
背景技术：
在一种离子注入装置中连接有离子源及其电源，以使具有较小射束电流量的离子束从离子源引出(例如，参考专利文献1)。该装置中能够改变离子源和电源的连接，以使具有较大射束电流量的离子束从离子源引出。
另一种离子注入装置具有离子源、加速管及连接它们的电源的电路，以使以较高的离子能量向靶注入离子(例如参考专利文献2)。该电气电路上设有用于切换连接的选择开关，以便在离子能量较低时也能够注入离子。
专利文献1：日本特开昭62-122045号公报
专利文献2：日本特开平1-149960号公报
如上所述尝试稍微扩大离子注入装置的运转范围。但就超过现有类型的运转范围的扩张而言，几乎没有可行性建议。
离子注入装置通常被分为高电流离子注入装置、中电流离子注入装置及高能量离子注入装置这3个类型。实际应用中所需的设计上的要件按类型有所不同，因此一种类型的装置与另一种类型的装置，例如关于射束线，可具有大不相同的结构。因此，认为在离子注入装置的用途(例如半导体制造工艺)上，类型不同的装置不具有互换性。即，在一种特定离子注入处理中选择使用特定类型的装置。由此，为了进行各种离子注入处理，可能需要具备多种离子注入装置。
技术实现要素：
本发明的一种方式所例示的目的之一为提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法，例如，以1台离子注入装置实现高电流离子注入装置及中电流离子注入装置这两台装置的作用的离子注入装置及离子注入方法。
根据本发明的一种方式，提供一种离子注入装置，其中，该离子注入装置具备：透镜电极单元，其具备用于使离子束平行的多个电极；及真空单元，其构成为将所述透镜电极单元容纳于真空环境中，所述真空单元具备：第1真空容器，其具备第1导电性容器壁；第2真空容器，其具备第2导电性容器壁；及绝缘性容器壁，将所述第1真空容器连接于所述第2真空容器，以使所述第1真空容器与所述第2真空容器彼此连通，且使所述第1导电性容器壁与所述第2导电性容器壁绝缘，所述离子注入装置还具备绝缘部件，其使所述多个电极中的至少1个电极与所述第1导电性容器壁及所述第2导电性容器壁中的至少一方绝缘，所述绝缘部件与所述透镜电极单元一起容纳于所述真空环境。
另外，在方法、装置、系统、程序等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件和表现形式，作为本发明的方式同样有效。
发明效果
根据本发明能够提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法。
附图说明
图1为针对几种典型的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
图2为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
图3为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
图4为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
图5(a)为表示本发明的一种实施方式所述涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图，图5(b)表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的侧视图。
图6为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。
图7为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。
图8(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图8(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。
图9(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图9(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。
图10为表示本发明的实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
图11为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
图12为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
图13为用于说明使用典型的离子注入装置的图。
图14为用于说明使用本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
图15为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的基本结构的图。
图16为用于说明本发明的一实施方式所涉及的透镜形状设计的一例的图。
图17为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的第2能量设定下的动作的图。
图18为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的第1能量设定下的动作的图。
图19为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的基本结构的图。
图20为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的动作的图。
图21为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的基本结构的图。
图22(a)为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的射束平行化部的外观的图，图22(b)为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的概略俯视图，图22(c)为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的概略侧面剖视图。
图23(a)至图23(d)分别为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的概略俯视图，图23(e)为一种示例性射束平行化部的概略俯视图。
图24为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的侧面剖视图。
图25为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的立体图。
图26为用于说明从真空单元拆卸本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的透镜电极单元的工作的图。
图27为本发明的一种实施方式所涉及的透镜电极单元的立体图。
图28(a)为本发明的一种实施方式所涉及的透镜电极单元的一部分的俯视图，图28(b)为构成本发明的一种实施方式所涉及的透镜电极单元的电极的排列的剖视图。
图中：100-离子注入装置，200-离子注入装置，215-离子束，216-终端，700-离子注入装置，704-射束平行化部，706-加速透镜，708-减速透镜，710-加速间隙，712-减速间隙，800-射束平行化部，802-透镜电极单元，804-真空单元，806-第1真空容器，808-第2真空容器，810-绝缘性容器壁，812-射束传输方向，814-第1导电性容器壁，816-第2导电性容器壁，822-第1出射开口，828-绝缘部件，900-射束平行化部，902-透镜电极单元，903-透镜电极排列，903a-上部电极排列，903b-下部电极排列，904-真空单元，906-第1真空容器，908-第2真空容器，910-绝缘性容器壁，912-射束传输方向，914-第1导电性容器壁，916-第2导电性容器壁，918-基准轨道，922-第1出射开口，928-绝缘部件，932-加速用入口电极，934-加速用出口电极，936-减速用入口电极，938-减速用出口电极，940-加速间隙，942-减速间隙，944-中间电极部件，946-导电性连结部件，948-支承部件，950-导电部件，952-真空馈通配线，956-新增部件，958-空间部，960-盖部，962-引导部，964-可拆卸壁部，966-射束收集部，968-射束监控孔隙。
具体实施方式
以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，在附图说明中，对于相同的要件附加相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述结构为示例，并不对本发明的范围做任何限定。例如，以下，作为进行离子注入的物体以半导体晶片为例进行说明，但也可以是其他物质或部件。
首先，对达到后述本申请发明的实施方式的过程进行说明。离子注入装置根据应构筑在加工物内的所需的特性，能够选择所注入的离子种类，并设定其能量及剂量。通常，离子注入装置根据所注入的离子的能量及剂量范围被分为几个类型。代表性的类型有高剂量高电流离子注入装置(以下称为HC)、中剂量中电流离子注入装置(以下称为MC)、及高能量离子注入装置(以下称为HE)。
图1为示意地表示典型序列式高剂量高电流离子注入装置(HC)、序列式中剂量中电流离子注入装置(MC)、序列式高能量离子注入装置(HE)的能量范围及剂量范围。图1中横轴表示剂量，纵轴表示能量。其中，所谓剂量是指每单位面积(例如cm2)中注入离子(原子)的个数，通过离子电流的时间积分获得的所注入的物质的总量。通过离子注入给予的离子电流通常以mA或μA表示。剂量有时也被称为注入量或剂量。图1中，分别以符号A、B、C表示HC、MC、HE的能量及剂量范围。这些均在每次注入时不同注入条件(也称为制法)所需的注入条件的集合范围内，并表示考虑实际所能允许的生产率而与注入条件(制法)相匹配的实际合理的装置结构类型。图示各范围表示能够由各类型的装置处理的注入条件(制法)范围。剂量表示估计实际处理时间时的粗略值。
HC用于0.1～100keV左右的较低能量范围且1×1014～1×1017atoms/cm2左右的高剂量范围的离子注入。MC用于3～500keV左右的中等能量范围且1×1011～1×1014atoms/cm2左右的中等程度的剂量范围的离子注入。HE用于100keV～5MeV左右的较高能量范围且1×1010～1×1013atoms/cm2左右的低剂量范围的离子注入。由此，由HC、MC、HE分担对于能量范围达到5位数左右，对于剂量范围达到7位数左右的更广泛的注入条件的范围。但是，这些能量范围或剂量范围为典型性例子，并不严谨。并且，注入条件的给予方式并不限于剂量及能量，而很多样。注入条件可以根据射束电流值(射束的剖面的分布中以电流表示面积积分射束量的值)、吞吐量、注入均匀性等来设定。
一种用于进行离子注入处理的注入条件包含能量及剂量的特定值，因此在图1中能够以一个个点来表示。例如，注入条件a具有一种高能量及一种低剂量的值。注入条件a处于MC的运转范围且HE的运转范围，因此能够利用MC或HE进行处理。注入条件b为中等程度的能量/剂量，能够以HC、MC、HE中的任一种进行处理。注入条件c为中等程度的能量/剂量，能够以HC或MC进行处理。注入条件d为低能量/高剂量，只能以HC进行处理。
离子注入装置在半导体设备的生产中是必不可少的机器，其性能和生产率的提高对于设备制造商而言具有重要意义。设备制造商从这些多个离子注入装置类型中选择能够实现所要制造的设备所需的注入特性的装置。此时，设备制造商考虑最佳的制造效率的实现、装置的总成本等各种情况，来决定各类型的装置的数量。
考虑一下如下情形，即一种类型的装置以较高的运行率使用，另一类型的装置的处理能力比较有富余。此时，严格来讲每个类型的注入特性都不同，因此若为了获得所需的设备不能以后述装置代替前述装置来使用，则前述装置的故障会在生产工序上遇到难关，由此有损于整体生产率。通过事先估测故障率并基于此决定台数结构，某种程度上能够避免这种问题。
要制造的设备随着需求的变化或技术的改进而变化，由于所需装置的台数结构变化而产生装置缺损或闲置装置，使得装置的运用效率下降。通过预测未来产品的发展趋势并反映到台数结构，在某种程度上能够避免这种问题。
即使能够用另一类型的装置代替，装置的故障或制造设备的变化也能够给设备制造商带来制造效率低下或浪费投资的后果。例如，至今为止，主要以中电流离子注入装置进行处理的制造工艺，有时因改变制造设备而以高电流离子注入装置进行处理。如此一来，高电流离子注入装置的处理能力变得不够，而中电流离子注入装置的处理能力变得多余。若变更后的状态在以后的长时间内不会变化则有希望通过采取购买新型高电流离子注入装置及出售所拥有的中电流离子注入装置的措施，能够改善装置的运用效率。然而，频繁地改变工艺或难以预测这种改变时，会给生产造成影响。
实际上，无法直接用另一类型的离子注入装置代用为了制造一种设备而以一种类型的离子注入装置来进行的工艺。这是因为需要配合离子注入装置上的设备特性来进行工作。即，在新的离子注入装置中以相同的离子种类、能量、剂量执行工艺而获得的设备特性会大大背离由以前的离子注入装置所获得的设备特性。由于除离子种类、能量、剂量以外的诸多条件，例如，射束电流密度(即剂量率)、注入角度、注入区域的重涂方法等也影响设备特性。通常，类型不同时装置结构也不同，因此即使统一离子种类、能量及剂量，也无法使影响设备特性的其他条件自动一致。这些诸多条件有赖于注入方式。注入方式例如有，射束与加工物之间的相对移动方式(例如，扫描射束、带状束、二维晶片扫描等)或，以后叙述的批量式和序列式类别等。
此外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置为批量式，中剂量中电流离子注入装置为序列式，大致分为这两类，这就拉大了装置之间的差距。批量式大多为一次性对多个晶片进行处理的方式，这些晶片例如配置在圆周上。序列式为逐一处理晶片的方式，也被称为单晶片式。另外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置有时会采用序列式。
另外，对于批量式高剂量高电流离子注入装置的射束线，根据基于高剂量高电流射束特性的射束线设计上的要求，典型地制作成比序列式的中剂量中电流离子注入装置更短。这是为了在高剂量高电流射束线设计中，抑制因低能量/高射束电流条件下的离子束的发散引起的射束损失。尤其是为了通过包括形成射束的离子相互排斥的带电粒子，来减少向径向外侧扩大的趋势，即所谓的射束放大。与高剂量高电流离子注入装置为序列式时相比，这种设计上的必要性在为批量式时更为显著。
之所以将序列式的中剂量中电流离子注入装置的射束线制作地相对较长，是为了离子束的加速及射束成型。在序列式中剂量中电流离子注入装置中，颇具运动量的离子进行高速移动。这些离子穿过一个或几个追加到射束线的加速用间隙，由此运动量得到增加。此外，在修改颇具运动量的粒子的轨道时，为了充分施加聚焦力，必须相对加长聚焦部。
高能量离子注入装置中采用线性加速方式或串联加速方式，因此与高剂量高电流离子注入装置或中剂量中电流离子注入装置的加速方式具有本质上的区别。这种本质上的差异在高能量离子注入装置为序列式或批量式时均相同。
如此，离子注入装置HC、MC、HE因类型的不同其射束线的形式或注入方式也不同，并作为各自完全不同的装置被人们所知。类型相异的装置间的结构上的差异被认为是不可避免的。如HC、MC、HE一样，在不同形式的装置之间对设备特性所造成的影响进行考虑的工艺互换性未得到保证。
因此，期待具有比现有类型的装置更广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。尤其期待不改变注入装置的形式，就能够以现有的至少包括2个类型的广泛的能量及剂量进行注入的离子注入装置。
并且，近年来所有注入装置均采用序列式逐渐成为主流。因此，期待具有序列式机构且具有广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。
此外，与HE采用本质上不同的加速方式相比，HC和MC在具备以直流电压使离子束加速或减速的射束线这一点上相通。因此，HC和MC的射束线有可能通用。因此，期待能够以1台机实现HC和MC这两台机的作用的离子注入装置。
能够在这种广泛的范围内运转的装置有利于改善设备制造商的生产率或运用效率。
另外，中剂量中电流离子注入装置(MC)与高剂量高电流离子注入装置(HC)相比能够在高能量范围且低剂量范围运转，因此在本申请中有时被称为低电流离子注入装置。同样，针对中剂量中电流离子注入装置(MC)，有时将能量及剂量分别称为高能量及低剂量。或者针对高剂量高电流离子注入装置(HC)，有时将能量及剂量分别称为低能量及高剂量。但是在本申请中这种表达方式并不是仅对中剂量中电流离子注入装置(MC)的能量范围及剂量范围作出限定，可根据上下文如字面意思表示“一种较高(或较低)能量(或剂量)的范围”。
图2为示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置100的图。离子注入装置100构成为根据所给的离子注入条件对被处理物W的表面进行离子注入处理。离子注入条件例如包括应注入到被处理物W的离子种类、离子的剂量及离子的能量。被处理物W例如为基板，例如为晶片。因此，以下说明中为方便起见有时将被处理物W称为基板W，但这不是将注入处理的对象限定在特定物体上。
离子注入装置100具备离子源102、射束线装置104、及注入处理室106。并且，离子注入装置100还具备向离子源102、射束线装置104及注入处理室106提供所需的真空环境的真空排气系统(未图示)。
离子源102构成为生成应注入到基板W的离子。离子源102向射束线装置104供给通过射束的电流调整用要件的一例即引出电极单元118从离子源102加速引出的离子束B1。以下，有时将称为初始离子束B1。
射束线装置104构成为从离子源102向注入处理室106输送离子。射束线装置104提供用于输送离子束的射束线。射束线是离子束的通道，也被称为射束轨道的路径。射束线装置104对初始离子束B1进行包括例如偏转、加速、减速、整形、扫描等在内的操作，由此形成离子束B2。以下，有时将称为注入离子束B2。射束线装置104具备为这种射束操作而排列的多个射束线构成要件。由此，射束线装置104向注入处理室106供给注入离子束B2。
注入离子束B2在垂直于射束线装置104的射束输送方向(或沿射束轨道方向)的面内具有射束照射区域105。射束照射区域105通常具有包含基板W的宽度的宽度。例如当射束线装置104具备扫描斑点状的离子束的射束扫描装置时，射束照射区域105为沿着垂直于射束输送方向的长边方向而遍及扫描范围延伸的细长照射区域。并且，当射束线装置104具备带状束发生器时，射束照射区域105也同样为沿着垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。但是，该细长照射区域为该带状束的剖面。细长照射区域在长边方向上比基板W的宽度(基板W为圆形时为直径)长。
注入处理室106具备保持基板W以使基板W接收注入离子束B2的物体保持部107。物体保持部107构成为能够向与射束线装置104的射束输送方向及射束照射区域105的长边方向垂直的方向移动基板W。即，物体保持部107提供基板W的机械扫描。在本申请中，机械扫描与机械式扫描意思相同。另外，其中。“垂直方向”并非如本领域技术人员所理解的那样，被严格地仅限定为正交。“垂直方向”例如可包括在稍微朝上下方向倾斜地向基板W注入时的这种倾斜角度。
注入处理室106作为序列式的注入处理室构成。因此物体保持部107典型地保持1片基板W。但是，物体保持部107也可以构成为如批量式那样具备保持多个(例如小型)基板的支承台，通过直线往复移动该支承台来进行该多个基板的机械扫描。另一实施方式中，注入处理室106也可以作为批量式的注入处理室构成。此时，例如物体保持部107可具备将多个基板W保持为在圆周上可旋转的旋转圆盘。旋转圆盘构成为提供机械扫描。
图3中示出射束照射区域105和与其相关的机械扫描的一例。离子注入装置100构成为，能够实施以并用斑点状的离子束B2的一维射束扫描SB和基板W的一维机械扫描SM的混合式扫描方式进行的离子注入。在物体保持部107的侧面设有射束计量仪130(例如法拉第杯)，以在射束照射区域105重叠，其计量结果可提供到控制部116。
以此，射束线装置104构成为将具有射束照射区域105的注入离子束B2供给到注入处理室106。射束照射区域105被形成为协同基板W的机械扫描遍及整个基板W而照射注入离子束B2。因此，通过基板W和离子束的相对移动能够向基板W注入离子。
在另一实施方式中，离子注入装置100被构成为，能够实施并用带状离子束B2和基板W的一维机械扫描的带状束+晶片扫描方式进行的离子注入。带状束在均匀保持其横宽的同时进行扩展，基板W以与带状束交叉的方式被扫描。另外，在另一实施方式中，离子注入装置100也可以构成为，能够实施以在固定斑点状的离子束
另外，离子注入装置100并不限定在用于遍及基板W上的广泛区域进行离子注入的特定注入方式。也可以是不使用机械扫描的注入方式。例如，离子注入装置100可以构成为，能够实施以在基板W上二维扫描斑点状射束B2的二维射束扫描方式进行的离子注入。或者，可以构成为，能够实施以利用二维扩展的离子束B2的大尺寸射束方式进行的离子注入。该大尺寸射束在保持均匀性的同时扩展射束尺寸以达到基板尺寸以上，能够一次性处理整个基板。
对于详细内容后续再进行说明，离子注入装置100能够在高剂量注入用的第1射束线设定S1或低剂量注入用的第2射束线设定S2下运转。因此，射束线装置104在运转过程中具有第1射束线设定S1或第2射束线设定S2。这2个设定被定为，在共同的注入方式下生成用于不同的离子注入条件的离子束。因此，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下成为离子束B1、B2的基准的射束中心轨道相同。针对射束照射区域105，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下也相同。
成为基准的射束中心轨道是指，在扫描射束的方式中，不扫描射束时的射束轨道。并且，为带状束时，成为基准的射束中心轨道相当于射束剖面的几何中心的轨迹。
然而，能够将射束线装置104划分为离子源102侧的射束线上游部分和注入处理室106侧的射束线下游部分。在射束线上游部分例如设有具备质谱分析磁铁和质谱分析狭缝的质谱分析装置108。质谱分析装置108通过对初始离子束B1进行质谱分析而向射束线下游部分仅供给所需的离子种类。在射束线下游部分例如设有决定注入离子束B2的射束照射区域105的射束照射区域决定部110。
射束照射区域决定部110构成为，通过向入射的离子束(例如初始离子束B1)施加电场或磁场(或这两者)，出射具有射束照射区域105的离子束(例如注入离子束B2)。在一种实施方式中，射束照射区域决定部110具备射束扫描装置和射束平行化装置。对于这些射束线构成要件的示例，参考图5后续进行说明。
另外，上述上游部分及下游部分的划分只不过是为了便于说明射束线装置104中构成要件的相对位置关系而谈及，望能理解。因此，例如射束线下游部分的一种构成要件也可以配置在比注入处理室106更靠近离子源102的地方。相反时也同样如此。因此，在一种实施方式中，射束照射区域决定部110可以具备带状束发生器和射束平行化装置，带状束发生器也可以具备质谱分析装置108。
射束线装置104具备能量调整系统112和射束电流调整系统114。能量调整系统112构成为调整向基板W注入的能量。射束电流调整系统114构成为，为了在广泛的范围内改变向基板W注入的剂量，能够在较大范围内调整射束电流。射束电流调整系统114被设成(与其说是以质)以量调整离子束的射束电流。一种实施方式中，为了调整射束电流能够利用离子源102的调整，此时，可以看做射束电流调整系统114具备离子源102。对于能量调整系统112及射束电流调整系统114的详细内容以后进行叙述。
并且，离子注入装置100具备控制部116，该控制部用于控制整个或一部分(例如整个或一部分射束线装置104)离子注入装置100。控制部116构成为，从包含第1射束线设定S1和第2射束线设定S2的多个射束线设定中选择任意一个，在所选射束线设定下运转射束线装置104。具体而言，控制部116根据所选择的射束线设定来设定能量调整系统112及射束电流调整系统114，并控制能量调整系统112及射束电流调整系统114。另外，控制部116可以是用于控制能量调整系统112及射束电流调整系统114的专用控制装置。
控制部116构成为，在包含第1射束线设定S1和第2射束线设定S2的多个射束线设定当中，选择与所给离子注入条件相符的任一种射束线设定。第1射束线设定S1适合输送用于向基板W进行高剂量注入的高电流射束。因此，控制部116例如在注入到基板W的所需离子剂量大致在1×1014～1×1017atoms/cm2的范围时，选择第1射束线设定S1。并且，第2射束线设定S2适合输送用于向基板W进行低剂量注入的低电流射束。因此，控制部116例如在注入到基板W的所需离子剂量大致在1×1011～1×1014atoms/cm2的范围时，选择第2射束线设定S2。对于这些射束线设定的详细内容，后续再叙。
能量调整系统112具备沿射束线装置104配设的多个能量调整要件。这些多个能量调整要件配置在分别固定于射束线装置104上的位置。如图2所示，能量调整系统112例如具备3个调整要件，具体而言为上游调整要件118、中间调整要件120及下游调整要件122。这些调整要件分别具备以用于使初始离子束B1和/或注入离子束B2加速或减速的电场产生作用的方式构成的一个或多个电极。
上游调整要件118设在射束线装置104的上游部分例如最上游部。上游调整要件118例如具备用于从离子源102向射束线装置104引出初始离子束B1的引出电极系统。中间调整要件120设在射束线装置104的中间部分，例如具备静电式射束平行化装置。下游调整要件122设在射束线装置104的下游部分，例如具备加速柱/减速柱。下游调整要件122也可以具备配置在加速器/减速器的下游的角能量过滤器(AEF)。
并且，能量调整系统112具备用于上述能量调整要件的电源系统。对于此，参考图6及图7后续再叙。另外，可以在射束线装置104上的任意位置设置任意个这些多个能量调整要件，不限于图示的配置。并且，能量调整系统112也可以只具备1个能量调整要件。
射束电流调整系统114设在射束线装置104的上游部分，具备用于调整初始离子束B1的射束电流的射束电流调整要件124。射束电流调整要件124构成为，当初始离子束B1通过射束电流调整要件124时切断初始离子束B1的至少一部分。在一种实施方式中，射束电流调整系统114可具备沿射束线装置104配设的多个射束电流调整要件124。并且，射束电流调整系统114也可以设在射束线装置104的下游部分。
射束电流调整要件124具备可动部分，该可动部分用于调整与射束线装置104的射束输送方向垂直的离子束剖面的通过区域。通过该可动部分射束电流调整要件124构成具有限制初始离子束B1的一部分的宽度可变狭缝或形状可变开口的射束限制装置。并且，射束电流调整系统114具备连续或间断地调整射束电流调整要件124的可动部分的驱动装置。
射束电流调整要件124可以在具有可动部分的同时或代替该可动部分，具备各自具有多个不同面积和/或形状的射束通过区域的多个调整部件(例如调整孔径)。射束电流调整要件124构成为，能够切换多个调整部件中配置在射束轨道上的调整部件。以此，射束电流调整要件124可以构成为阶段性地调整射束电流。
如图所示，射束电流调整要件124是不同于能量调整系统112的多个能量调整要件的另一射束线构成要件。通过分别设置射束电流调整要件和能量调整要件，能够个别进行射束电流的调整和能量调整。由此，能够提高每个射束线设定中的射束电流范围及能量范围的设定的自由度。
第1射束线设定S1包括用于能量调整系统112的第1能量设定和用于射束电流调整系统114的第1射束电流设定。第2射束线设定S2包括用于能量调整系统112的第2能量设定和用于射束电流调整系统114的第2射束电流设定。第1射束线设定S1指向低能量且高剂量的离子注入，第2射束线设定S2指向高能量且低剂量的离子注入。
因此，第1能量设定被定为与第2能量设定相比更适合输送低能量束。并且被定为第2射束电流设定下的离子束的射束电流小于第1射束电流设定下的离子束的射束电流。通过组合注入离子束B2的射束电流的调整和照射时间的调整能够将所需剂量注入到基板W。
第1能量设定包含决定能量调整系统112和其电源系统之间的连接的第1电源连接设定。第2能量设定包含决定能量调整系统112和其电源系统之间的连接的第2电源连接设定。第1电源连接设定被定为中间调整要件120和/或下游调整要件122产生用于支援射束输送的电场。例如构成为，射束平行化装置及加速柱/减速柱整体在第1能量设定下使注入离子束B2减速，并在第2能量设定下使注入离子束B2加速。通过这些电源连接设定，决定能量调整系统112的各调整要件的电压调整范围。在该调整范围内，能够调整与各调整要件相对应的电源的电压，以向注入离子束B2供给所需的注入能量。
第1射束电流设定包含决定射束电流调整要件124的离子束通过区域的第1开口设定。第2射束电流设定包含决定射束电流调整要件124的离子束通过区域的第2开口设定。被定为第2开口设定下的离子束通过区域小于第1开口设定下的离子束通过区域。这些开口设定例如规定射束电流调整要件124的可动部分的移动范围。或者，开口设定也可以规定应被使用的调整部件。如此，在通过开口设定规定的调整范围内，能够在射束电流调整要件124上设定与所需射束电流相对应的离子束通过区域。能够在所实施的离子注入处理容许的处理时间内调整离子束通过区域，以向基板W注入所希望的剂量。
因此，射束线装置104在第1射束线设定S1下具有第1能量调整范围，在第2射束线设定S2下具有第2能量调整范围。为了能够在广泛的范围内进行调整，第1能量调整范围具有与第2能量调整范围重叠的部分。即，两个调整范围至少在各自的端部彼此重合。重叠部分可以是直线型，此时两个调整范围相切。另一实施方式中，第1能量调整范围可从第2能量调整范围分离。
同样，射束线装置104在第1射束线设定S1下具有第1剂量调整范围，在第2射束线设定S2下具有第2剂量调整范围。第1剂量调整范围与第2剂量调整范围具有重复部分。即，两个调整范围至少在各自的端部彼此重叠。重复部分可以是直线型，此时两个调整范围相切。另一实施方式中，第1剂量调整范围可从第2剂量调整范围分离。
这样，射束线装置104在第1射束线设定S1下以第1运转模式运转。在以下说明中，有时将第1运转模式称为低能量模式(或高剂量模式)。并且，射束线装置104在第2射束线设定S2下以第2运转模式运转。在以下说明中，有时将第2运转模式称为高能量模式(或低剂量模式)。也能够将第1射束线设定S1称为适合输送用于向被处理物W进行高剂量注入的低能量/高电流射束的第1注入设定结构。也能够将第2射束线设定S2称为适合输送用于向被处理物W进行低剂量注入的高能量/低电流射束的第2注入设定结构。
离子注入装置100的操作人员能够在执行一种离子注入处理之前根据其处理的注入条件切换射束线设定。因此，能够以1台离子注入装置对从低能量(或高剂量)到高能量(或低剂量)的广泛范围进行处理。
并且，离子注入装置100以相同的注入方式，与注入条件的广泛范围相对应。即，离子注入装置100以实际相同的射束线装置104对广泛的范围进行处理。此外，离子注入装置100具有成为最近主流的一种序列式结构。因此，虽然会在后续进行详细说明，离子注入装置100适合用作现有的离子注入装置(例如HC和/或MC)的通用构件。
能够看做，射束线装置104具备控制离子束的射束控制装置、调整离子束的射束调整装置及对离子束进行整形的射束整形装置。射束线装置104通过射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置供给具有在注入处理室106中超过被处理物W的宽度的射束照射区域105的离子束。在离子注入装置100中，可以在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下具有射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置相同的硬件结构。此时，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2中，射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置可以以相同的布局配置。由此，离子注入装置100可以在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下具有相同的设置占地面积(所谓占用面积)。
成为基准的射束中心轨道为，在扫描射束的方式中不扫描射束时的射束剖面的几何中心的轨迹即射束的轨道。并且，为静止射束即带状束时，尽管下游部分的注入离子束B2中射束剖面形状改变，成为基准的射束中心轨道仍相当于射束剖面的几何中心的轨迹。
射束控制装置可以具备控制部116。射束调整装置可具备射束照射区域决定部110。射束调整装置可具备能量过滤器或偏转要件。射束整形装置可以具备后述第1XY聚光透镜206、第2XY聚光透镜208及Y聚光透镜210。
能够看做，射束线装置104的上游部分中初始离子束B1采用单一的射束轨道，而在下游部分注入离子束B2采用基于在扫描射束的方式中以使成为基准的射束中心轨道向中心平行的扫描射束的多个射束轨道。但是，为带状束时，射束宽度因单一射束轨道的射束剖面形状发生变化而扩大进而成为照射区域，因此作为射束轨道仍然是单一的。根据这种观点，也能够将射束照射区域105称为离子束轨道区域。因此，离子注入装置100在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下，具有注入离子束B2相同的离子束轨道区域。
图4是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。该离子注入方法适用于离子注入装置100中。通过控制部116执行该方法。如图4所示，该方法具备射束线设定选择步骤(S10)和离子注入步骤(S20)。
控制部116在多个射束线设定中选择与所给离子注入条件相符的任一个射束线设定(S10)。多个射束线设定，如上所述包含适合输送用于向被处理物进行高剂量注入的高电流射束的第1射束线设定S1和适合输送用于向被处理物进行低剂量注入的低电流射束的第2射束线设定S2。例如，当注入到基板W的所需离子剂量超过阈值时，控制部116选择第1射束线设定S1，当所需的离子剂量低于其阈值时，控制部选择第2射束线设定S2。另外，如后述，多个射束线设定(或注入设定结构)可以包括第3射束线设定(或第3注入设定结构)和/或第4射束线设定(或第4注入设定结构)。
第1射束线设定S1被选择时，控制部116利用第1能量设定来设定能量调整系统112。由此，能量调整系统112和其电源系统按照第1电源连接设定连接。并且，控制部116利用第1射束电流设定来设定射束电流调整系统114。由此，按照第1开口设定来设定离子束通过区域(或其调整范围)。与此相同，当第2射束线设定S2被选择时，控制部116利用第2能量设定来设定能量调整系统112，利用第2射束电流设定设定射束电流调整系统114。
该选择处理可以包括，在与所选射束线设定相应的调整范围内调整射束线装置104的处理。在该调整处理中，在射束线装置104的各调整要件所对应的调整范围内进行调整，以生成所需注入条件的离子束。例如，控制部116决定与能量调整系统112的各调整要件相对应的电源的电压，以便能够获得所需的注入能量。并且，控制部116决定射束电流调整要件124的离子束通过区域，以便能够获得所需的注入剂量。
以此，控制部116在所选射束线设定下运转离子注入装置100(S20)。生成具有射束照射区域105的注入离子束B2，并供给到基板W。注入离子束B2协同基板W的机械扫描(或射束独自)照射整个基板W。其结果，离子以所需的离子注入条件的能量和剂量注入到基板W上。
用于设备生产的序列式高剂量高电流离子注入装置中，以目前情况来看，采用混合式扫描方式、二维机械扫描方式及带状束+晶片扫描方式。然而，二维机械扫描方式因机械扫描的机械性驱动机构的负荷，其扫描速度的高速化受到限制，因此，存在无法充分抑制注入不均之类的问题。并且，带状束+晶片扫描方式，在横向扩大射束尺寸时容易产生均匀性的下降。因此，尤其在低剂量条件(低射束电流条件)下，均匀性及射束角度的同一性上存在问题。但是，获得的注入结果在容许范围内时，可以以二维机械扫描方式或带状束+晶片扫描方式构成本发明的离子注入装置。
另一方面，混合式扫描方式通过高精度地调整射束扫描速度，能够在射束扫描方向上实现良好的均匀性。并且，通过使射束扫描为充分高速，能够充分抑制晶片扫描方向的注入不均。因此，认为混合式扫描方式最适合广范围的剂量条件。
图5(a)是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置200的基本结构的俯视图，图5(b)是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置200的基本结构的侧视图。离子注入装置200是一种对图2所示的离子注入装置100应用混合式扫描方式时的实施例。并且，离子注入装置200与图2所示的离子注入装置100同样为序列式装置。
如图所示，离子注入装置200具备多个射束线构成要件。离子注入装置200的射束线上游部分从上游侧依次具备离子源201、质谱分析磁铁202、射束收集器203，鉴别孔隙204、电流抑制机构205、第1XY聚光透镜206、射束电流测量仪207及第2XY聚光透镜208。在离子源201与质谱分析磁铁202之间设有用于从离子源201引出离子的引出电极218(参考图6及图7)。
在射束线上游部分和下游部分之间设有扫描仪209。射束线下游部分从上游侧依次具备Y聚光透镜210、射束平行化机构211、AD(加速/减速)柱212及能量过滤器213。在射束线下游部分的最下游部配置有晶片214。自离子源201到射束平行化机构211为止的射束线构成要件被收容在终端216。
电流抑制机构205为上述射束电流调整系统114的一例。电流抑制机构205为切换低剂量模式和高剂量模式而设。电流抑制机构205作为一例具备CVA(Continuously Variable Aperture)。CVA为能够通过驱动机构调整开口尺寸的孔径。因此，电流抑制机构205构成为，在低剂量模式中以比较小的开口尺寸调整范围动作，在高剂量模式中以比较大的开口尺寸调整范围开动。一种实施方式中构成为，与电流抑制机构205一同或代替此，具有不同开口宽度的多个鉴别孔隙204，在低剂量模式和高剂量模式下以不同的设定动作。
电流抑制机构205具有通过限制到达下游的离子束量来协助低射束电流条件下的射束调整的作用。电流抑制机构205设在射束线上游部分(即，自从离子源201引出离子之后到扫描仪209的上游侧为止之间)。因此，能够扩大射束电流的调整范围。另外，电流抑制机构205可以设置在射束线下游部分。
射束电流测量仪207例如为可动式旗标法拉第。
由第1XY聚光透镜206、第2XY聚光透镜208及Y聚光透镜210构成用于调整纵横方向的射束形状(XY面内的射束剖面)的射束整形装置。如此，射束整形装置具备在质谱分析磁铁202和射束平行化机构211之间沿射束线配设的多个透镜。射束整形装置通过这些透镜的汇聚/发散效果，能够以广泛的能量/射束电流的条件将离子束适当地输送至下游。即，在低能量/低射束电流、低能量/高射束电流、高能量/低射束电流及高能量/高射束电流中的任一条件下，均能够将离子束适当地输送至晶片214。
第1XY会聚透镜206例如为Q透镜，第2XY会聚透镜208例如为XY方向单透镜，Y会聚透镜210例如为Y方向但透镜Q透镜。第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210可以分别为单一的透镜，也可以是透镜组。以此，射束整形装置被设计成，能够从射束势较大且射束自散焦称为问题的低能量/高射束电流的条件，至射束势较小且射束的剖面形状控制成为问题的高能量/低射束电流的条件，适当控制离子束。
能量过滤器213例如为具备偏转电极、偏转电磁铁或同时具备这两者的AEF(Angular Energy Filter)。
在离子源201生成的离子通过引出电场(未图示)被加速。被加速的离子通过质谱分析磁铁202而偏转。以此，只有具有规定能量和质量电荷比的离子通过鉴别孔隙204。接着，离子经由电流抑制机构(CVA)205、第1XY聚光透镜206及第2XY聚光透镜208被引到扫描仪209。
扫描仪209通过施加周期性的电场或磁场(或这两者)沿横向(可以是纵向或斜向)往复扫描离子束。通过扫描仪209离子束被调整为能够在晶片214上均匀地横向注入。通过扫描仪209扫描的离子束215通过利用施加电场或磁场(或这两者)的射束平行化机构211对齐行进方向。之后，离子束215通过施加电场以AD柱212加速或减速至规定的能量。出自AD柱212的离子束215达到最终的注入能量(低能量模式下调整为高于注入能量的能量，并且使其在能量过滤器内减速的同时使其偏转)。AD柱212的下游的能量过滤器213通过施加基于偏转电极或偏转电磁铁的电场或磁场(或这两者)、使离子束215向晶片214侧偏转。由此，具有除目标能量以外的能量的污染成分被排除。如此被净化的离子束215被注入到晶片214。
另外，在质谱分析磁铁202和鉴别孔隙204之间配置有射束收集器203。射束收集器203根据需要施加电场，由此使离子束偏转。由此，射束收集器203能够高速控制离子束到达下游。
接着，参考图6及图7所示的高电压电源系统230的结构系统图，对图5所示的离子注入装置200中低能量模式及高能量模式进行说明。在图6中示出低能量模式的电源切换状态，图7中示出高能量模式的电源切换状态。在图6及图7中示出，图5所示的射束线构成要件中与离子束的能量调整相关的主要要件。在图6及图7中以箭头表示离子束215。
如图6及图7所示，射束平行化机构211(参考图5)具备双重P透镜220。该双重P透镜220具有沿着离子的移动方向分开配置的第1电压间隙221及第2电压间隙222。第1电压间隙221位于上游，第2电压间隙222位于下游。
第1电压间隙221形成在一组电极223与电极224之间。在配置于这些电极223、224的下游的另一组电极225与电极226之间，形成有第2电压间隙222。第1电压间隙221及形成该第1电压间隙的电极223、224具有朝向上游侧的凸形形状。相反，第2电压间隙222及形成该第2电压间隙的电极225、226具有朝向下游侧的凸形形状。另外，以下为便于说明，有时将这些电极分别称为第1P透镜上游电极223、第1P透镜下游电极224、第2P透镜上游电极225、第2P透镜下游电极226。
双重P透镜220通过组合施加于第1电压间隙221及第2电压间隙222的电场，对入射离子束进行平行化来出射，并且调整离子束的能量。即，双重P透镜220通过第1电压间隙221及第2电压间隙222的电场使离子束加速或减速。
并且，离子注入装置200具备高电压电源系统230，该高电压电源系统具备用于射束线构成要件的电源。高电压电源系统230具备第1电源部231、第2电源部232、第3电源部233、第4电源部234及第5电源部235。如图所示，高电压电源系统230具备用于将第1电源部231至第5电源部235连接到离子注入装置200的连接电路。
第1电源部231具备第1电源241和第1开关251。第1电源241设在离子源201和第1开关251之间，是向离子源201供给正电压的直流电源。第1开关251在低能量模式下将第1电源241连接到地面217(参考图6)，在高能量模式下将第1电源241连接到终端216(参考图7)。因此，第1电源241在低能量模式下以接地电位作为基准向离子源201供给电压VHV。这就相当于直接供给离子的总能量。另一方面，在高能量模式下，第1电源241以终端电位作为基准向离子源201供给电压VHV。
第2电源部232具备第2电源242和第2开关252。第2电源242设在终端216和地面217之间，是通过第2开关252的切换向终端216供给正负电压中的任一个电压的直流电源。第2开关252在低能量模式下将第2电源242的负极连接到终端216(参考图6)，在高能量模式下将第2电源242的正极连接到终端216(参考图7)。因此，第2电源242在低能量模式下以接地电位作为基准向终端216供给电压VT(VT＜0)。另一方面，在高能量模式下，第2电源242以接地电位作为基准向终端216供给电压VT(VT＞0)。第2电源242的电压VT大于第1电源241的电压VHV。
因此，引出电极218的引出电压VEXT在低能量模式下为VEXT＝VHV-VT，在高能量模式下为VEXT＝VHV。将离子的电荷设为q时，最终能量在低能量模式下成为qVHV，在高能量模式下成为q(VHV+VT)。
第3电源部233具备第3电源243和第3开关253。第3电源243设在终端216和双重P透镜220之间。第3电源243具备第1P透镜电源243-1和第2P透镜电源243-2。第1P透镜电源243-1为以终端电位作为基准向第1P透镜下游电极224及第2P透镜上游电极225供给电压VAP的直流电源。第2P透镜电源243-2为以终端电位作为基准，经第3开关253向连接端供给电压VDP的直流电流。第3开关253设在终端216和双重P透镜220之间，以便通过切换将第1P透镜电源243-1及第2P透镜电源243-2中的任一电源与第2P透镜下游电极226连接。另外，第1P透镜上游电极223与终端216连接。
第3开关253在低能量模式下将第2P透镜电源243-2与第2P透镜下游电极226连接(参考图6)，在高能量模式下将第1P透镜电源243-1与第2P透镜下游电极226连接(参考图7)。因此，第3电源243在低能量模式下以终端电位作为基准向第2P透镜下游电极226供给电压VDP。另一方面，在高能量模式下第3电源243以终端电位作为基准向第2P透镜下游电极226供给电压VAP。
第4电源部234具备第4电源244和第4开关254。第4电源244设在第4开关254和地面217之间，是用于向AD柱212的出口(即下游侧末端)供给负电压的直流电源。第4开关254在低能量模式下将第4电源244连接到AD柱212的出口(参考图6)，在高能量模式下将AD柱212的出口连接到地面217(参考图7)。因此，第4电源244在低能量模式下以接地电位为基准向AD柱212的出口供给电压Vad。另一方面，在高能量模式下不使用第4电源244。
第5电源部235具备第5电源245和第5开关255。第5电源245设在第5开关255和地面217之间。第5电源245为能量过滤器(AEF)213而设。第5开关255为切换能量过滤器213的运转模式而设。能量过滤器213在低能量模式下以所谓的偏置模式运转，在高能量模式下以正常模式运转。偏置模式是指将正电极和负电极的平均值作为负电位的AEF的运转模式。通过偏置模式的射束汇聚效果能够防止因AEF下的射束的发散而导致的射束损失。另一方面，正常模式是指将正电极和负电极的平均值作为接地电位的AEF的运转模式。
对晶片214供给接地电位。
图8(a)表示在低能量模式下施加在离子注入装置200的各部的电压的一例，图8(b)表示在低能量模式下施加在离子注入装置200的各部的能量的一例。图9(a)表示在高能量模式下施加在离子注入装置200的各部的电压的一例，图9(b)表示在高能量模式下施加在离子注入装置200的各部的能量的一例。图8(a)及图9(a)的纵轴表示电压，图8(b)及图9(b)的纵轴表示能量。各图的横轴以符号a至符号g表示离子注入装置200的位置。符号a表示离子源201，符号b表示终端216，符号c表示加速P透镜(第1P透镜下游电极224)，符号d表示减速P透镜(第2P透镜下游电极226)，符号e表示AD柱212的出口，符号f表示能量过滤器213，符号g表示晶片214。
双重P透镜220根据注入条件的要求具有以加速P透镜c个体或以减速P透镜d个体使用的结构，或同时使用加速P透镜c及减速P透镜d的结构。在使用加速P透镜c及减速P透镜d这两者的结构中，双重P透镜220能够设为如下结构，即使用加速作用和减速作用这两者来改变加速和减速的作用分配。此时，双重P透镜220能够以如下方式构成，即射束通过入射到双重P透镜220的射束能量和从双重P透镜220出射的射束能量之差被加速或被减速。或者，双重P透镜220能够构成为，入射射束能量和出射射束能量之差为零，而不使射束加速或减速。
作为一例，双重P透镜220如图所示构成为，在低能量模式下，通过减速P透镜d使离子束减速，并且根据需要从零至少许范围内通过加速P透镜c使离子束加速，作为整体使离子束减速。另一方面，在高能量模式下双重P透镜220构成为通过加速P透镜c使离子束加速。另外，在高能量模式下双重P透镜220也可构成为，只要整体使离子束加速，则可根据需要在零至少许范围内通过减速P透镜d使离子束减速。
高电压电源系统230如此构成，由此通过切换电源能够改变施加在射束线上的几个区域的电压。并且，能够改变一种区域中的电压施加路径。利用这些能够在相同的射束线上切换低能量模式和高能量模式。
在低能量模式下，将接地电位作为基准直接施加离子源201的电位VHV。由此，能够向源极部施加高精度的电压，并能够提高能量的设定精度而以低能量注入离子。并且，通过将终端电压VT、P透镜电压VDP及AD柱出口电压Vad设定为负，能够以较高能量将离子输送至AD柱出口。因此能够提高离子束的输送效率并获得高电流。
并且，在低能量模式下通过采用减速P透镜，来促进高能量状态下的离子束的输送。这有助于使低能量模式与高能量模式在同一射束线上共处。此外，在低能量模式下，调整射束线的收敛/发散要件，以使射束的自发散最小化。这也有助于使低能量模式与高能量模式在相同的射束线上共处。
在高能量模式下，离子源201的电位为加速引出电压VHV和终端电压VT之和。由此，能够向源极部施加高电压，能够以高能量使离子加速。
图10为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。该方法例如可通过用于离子注入装置的射束控制装置执行。如图10所示，首先，选择注入制法(S100)。控制装置读取该制法条件(S102)，选择与制法条件相应的射束线设定(S104)。在所选射束线设定下进行离子束的调整工作。调整工作包括提取及调整射束(S106)、确认所获射束(S108)。以此结束用于离子注入的准备工作。接着，搬入晶片(S110)，执行离子注入(S112)，搬出晶片(S114)。可以重复进行步骤S110至步骤S114，直至处理完所需的片数。
图11示意地表示通过离子注入装置200实现的能量及剂量范围D。与图1相同，图11也表示对于实际所允许的生产率所能处理的能量和剂量的范围。为了比较，将图1所示的HC、MC、HE的能量及剂量的范围A、B、C一并示于图11。
如图11所示，可知离子注入装置200包含现有装置HC及MC的运转范围中的任一个。因此，离子注入装置200为超过现有构架的新型装置。该新型离子注入装置在保持相同的射束线和注入方式的同时，能够以1台装置实现现有两种类型的HC、MC的作用。因此能够将该装置称为HCMC。
因此，根据本实施方式，能够提供以单一装置构成序列式高剂量高电流离子注入装置和序列式中剂量中电流离子注入装置的装置HCMC。利用HCMC以低能量条件和高能量条件改变电压施加方法，再利用CVA将射束电流从高电流改变为低电流，由此，能够以广泛的能量条件和剂量条件实施注入。
另外，HCMC式离子注入装置也可以不包含所有的现有HC、MC的注入条件范围。考虑到装置的制造成本和注入性能的权衡关系，认为可以提供具有比如图11所示的范围D更窄的范围E(参考图12)的装置。即使在这种情况下，只要充分弥补设备制造商所需要的离子注入条件，就能够提供实用性优异的离子注入装置。
对于在设备制造工序中通过HCMC实现的装置运用效率的提高进行说明。作为一例，如图13所示，假定有一家设备制造商为了处理制造工艺X而使用了6台HC和4台MC(即该设备制造商仅拥有现有装置HC、MC)。之后，该设备制造商根据制造设备的变化将工艺X改为工艺Y，结果变成需要8台HC和2台MC。如此一来，该制造商要增设2台HC，为此需要增加投资和准备期间。与此同时，使2台MC处于非运行状态，该制造商所拥有的这些装置无用武之地。如以上所述，通常HC和MC的注入方式不同，因此难以将非运行的MC重新转用为所需HC。
相对于此，如图14所示，考虑设备制造商为了处理工艺X而使用6台HC、2台MC、2台HCMC时的情形。此时，即使伴随制造设备的变化将工艺X改为工艺Y，HCMC为与HC和MC的工艺通用机，因此作为HC能够运行HCMC。因此，无需增设装置或闲置装置。
如此，设备制造商拥有几台HCMC装置具有很大优点。因为通过HCMC装置能够吸收HC和MC的工艺变更。并且，一部分装置因故障或维修而无法使用时能够将HCMC装置作为HC或MC使用，因此，通过拥有HCMC装置，能够大幅改善整体装置的运行率。
另外，最后考虑将所有装置设为HCMC时的情况。但是大多数情况下，因考虑到HCMC和HC(或MC)的价格差异或灵活运用实际所拥有的HC或MC，有可能仅将一部分装置设为HCMC会更实际一点。
并且，为了一种离子注入处理，以不同的注入方式向晶片注入离子的另一种装置代替现有的一种形式的离子注入装置时，有时难以配合注入特性。这是因为为了该离子注入处理，即使以这两种离子注入装置使能量及剂量一致，射束发散角度或射束密度也不会相同。但是，HCMC装置在同一射束线上(相同射束线轨道)能够处理高剂量高电流离子注入条件和中剂量中电流注入条件。这样HCMC装置分开使用高剂量高电流离子注入条件和中剂量中电流离子注入条件。因此，有望充分抑制并配合伴随装置的代用而产生的注入特性的变化。
HCMC装置不仅是HC和MC的通用装置，也能够处理位于现有HC装置或MC装置的运转范围外侧的注入条件。如图11所示，HCMC装置为还能够重新处理高能量/高剂量注入(范围D的右上区域F)及低能量/低剂量(范围D的左下区域G)的装置。因此，离子注入装置可以在一种实施方式中，在上述第1射束线设定S1及第2射束线设定S2基础之上或代替它们，具备用于高能量/高剂量注入的第3射束线设定和/或用于低能量/低剂量注入的第4射束线设定。
如以上说明，在本实施方式中，调整序列式高剂量高电流离子注入装置和中剂量中电流离子注入装置的射束线并使它们通用化。另外，构筑有切换射束线结构的构造。以此，能够在同一射束线上(相同离子束轨道和相同注入方式)进行遍及广泛的能量/射束电流区域的注入处理。
以上根据实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式，能够进行各种设计变更，可以有各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围的事实是被本领域技术人员所认同的。
代替上述结构或与上述结构一同，基于射束电流调整系统的射束电流的量的调整可以有各种结构。例如，具备将射束电流调整系统配设在射束线上的宽度可变孔隙时，该宽度可变孔隙的位置是任意的。因此，宽度可变孔隙可位于离子源和质谱分析磁铁之间、质谱分析磁铁和质谱分析狭缝之间、质谱分析狭缝和射束整形装置之间、射束整形装置和射束控制装置之间、射束控制装置和射束调整装置之间、射束调整装置的各要件之间和/或射束调整装置和被处理物之间。宽度可变孔隙可以是质谱分析狭缝。
射束电流的调整能够以如下方式构成，即通过在固定宽度孔隙的前后配置发散/收敛透镜系统，来调整通过孔隙的离子束的量。固定宽度孔隙可以是质谱分析狭缝。
射束电流的调整可以利用能量狭缝开口宽度可变狭缝装置(和/或射束线终端开口宽度可变狭缝装置)进行。射束电流的调整可以利用分析器磁铁(质谱分析磁铁)和/或转向磁铁(轨道修正磁铁)进行。可根据机械式扫描的速度可变范围扩大(例如从超低速到超高速)和/或机械式扫描的次数变化调整剂量。
射束电流的调整可通过离子源的调整(例如，气体量、电弧电流)进行。射束电流的调整可通过离子源的更换进行。此时，可以选择性地使用MC用离子源和HC用离子源。射束电流的调整可通过离子源的引出电极的间隙调整来进行。射束电流的调整可通过在离子源的正下方设置CVA而进行。
射束电流的调整可通过带状束的上下宽度的变更进行。剂量的调整可通过二维机械扫描时的扫描速度的变更进行。
射束线装置具备多个射束线构成要件，该构成要件以仅在第1射束线设定或第2射束线设定中的任一设定下运转的方式构成，由此，离子注入装置可以作为高电流离子注入装置或中电流离子注入装置构成。即，将HCMC装置作为平台，例如更换一部分的射束线构成要件，或改变电源结构，由此能够从序列式高剂量/中剂量通用离子注入装置发明出序列式高剂量离子注入专用装置或序列式中剂量离子注入专用装置。预计能够以比通用装置更低廉的价格制造出各个专用装置，因此能够致力于设备制造商减低制造成本。
在MC中，通过利用二价离子或三价离子等多价离子，能过以更高能量注入。但是，一般离子源(热电子发射型离子源)中多价离子的生成效率与一价离子的生成效率相比相当低。因此，事实上很难在这种高能量范围内进行实用性剂量注入。作为离子源若采用RF离子源那样的多价离子增强源，则能够获取四价、五价的离子。因此能够以更高能量的条件获取更多的离子束。
因此，作为离子源采用RF离子源那样的多价离子增强源，由此能够将HCMC装置作为序列式高能量离子注入装置(HE)运用。由此，能够以HCMC装置处理，迄今为止只能以序列式高能量/低剂量离子注入装置处理的注入条件的一部分(能够将图8所示的MC的范围扩展成包含范围C的至少一部分)。
以下例举几个本发明的方式。
一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备：
离子源，生成离子并作为离子束引出；
注入处理室，用于向被处理物注入所述离子；及
射束线装置，提供用于从所述离子源向所述注入处理室输送所述离子束的射束线，
所述射束线装置供给具有在所述注入处理室中超过所述被处理物的宽度的射束照射区域的所述离子束，
所述注入处理室具备机械式扫描装置，该机械式扫描装置对所述射束照射区域机械式地扫描所述被处理物，
所述射束线装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任一个结构下动作，所述多个注入设定结构包含：第1注入设定结构，适合输送用于向所述被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束；及第2注入设定结构，适合输送用于向所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束，
所述射束线装置构成为，在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下，所述射束线中成为基准的射束中心轨道从所述离子源至所述注入处理室为止相同。
一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备：
离子源，生成离子并作为离子束引出；
注入处理室，用于向被处理物注入所述离子；及
射束线装置，提供用于从所述离子源向所述注入处理室输送所述离子束的射束线，其中，
所述离子注入装置构成为协同所述被处理物的机械扫描对所述被处理物照射所述离子束，
所述射束线装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任一个结构下动作，所述多个注入设定结构包括第1注入设定结构及第2注入设定结构，其中，第1注入设定结构适合输送用于向所述被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束，第2注入设定结构适合输送用于向所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束，
所述射束线装置在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下构成为，所述射束线中成为基准的射束中心轨道自所述离子源至所述注入处理室相同。
所述射束线装置可在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下采取相同的注入方式。所述射束照射区域可以在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下相同。
所述射束线装置可具备调整所述离子束的射束调整装置和对所述离子束进行整形的射束整形装置。所述射束线装置可以在所述第1注入设定结构和第2注入设定结构下，以相同的布局配置所述射束调整装置及所述射束整形装置。所述离子注入装置在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下可以具有相同的设置占地面积。
所述射束线装置可以具备用于调整所述离子束的射束电流的总量的射束电流调整系统。所述第1注入设定结构包含用于所述射束电流调整系统的第1射束电流设定，所述第2注入设定结构包含用于所述射束电流调整系统的第2射束电流设定，并被定为所述第2射束电流设定下的所述离子束的射束电流小于所述第1射束电流设定下的所述离子束的射束电流。
所述射束电流调整系统可以构成为，在通过有关调整要件时切断所述离子束的至少一部分。所述射束电流调整系统可以具备配设在所述射束线上的宽度可变孔隙。所述射束电流调整系统可以具备射束线终端开口宽度可变狭缝装置。所述离子源可以构成为调整所述离子束的射束电流的总量。所述离子源具备用于引出所述离子束的引出电极，通过调整所述引出电极的开口来调整所述离子束的射束电流的总量。
所述射束线装置可以具备用于调整注入到所述被处理物的所述离子的注入能量的能量调整系统。所述第1注入设定结构包含用于所述能量调整系统的第1能量设定，所述第2注入设定结构包含用于所述能量调整系统的第2能量设定，所述第1能量设定与所述第2能量设定相比更适于低能量射束的输送。
所述能量调整系统可以具备用于使所述离子束平行的射束平行化装置。所述射束平行化装置可以构成为，在所述第1注入设定结构下使所述离子束减速，或使其减速及加速，并在所述第2注入设定结构下使所述离子束加速，或使其加速及减速。所述射束平行化装置可以构成为，具备使所述离子束加速的加速透镜和使所述离子束减速的减速透镜，能够改变加速与减速的分配，所述射束平行化装置也可以构成为在所述第1注入设定结构下主要使所述离子束减速，并在所述第2注入设定结构下主要使所述离子束加速。
所述射束线装置具备用于调整所述离子束的射束电流总量的射束电流调整系统和用于调整向所述被处理物注入所述离子的能量的能量调整系统，可以分别或同时调整所述射束电流的总量和所述注入能量。所述射束电流调整系统和所述能量调整系统可以是个别的射束线构成要件。
所述离子注入装置可以具备控制部，该控制部构成为，手动或自动选择包含所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构的多个注入设定结构中适合所给离子注入条件的任一个注入设定结构。
当注入到所述被处理物中的所需的离子剂量大概在1×1014～1×1017atoms/cm2范围时，所述控制部可以选择所述第1注入设定结构，当注入到所述被处理物中的所需的离子剂量大概在1×1011～1×1014atoms/cm2范围时，所述控制部可以选择所述第2注入设定结构。
所述射束线装置在所述第1注入设定结构下具有第1能量调整范围，在所述第2注入设定结构下具有第2能量调整范围，所述第1能量调整范围和所述第2能量调整范围可以具有部分重叠的范围。
所述射束线装置在所述第1注入设定结构下具有第1剂量调整范围，在所述第2注入设定结构下具有第2剂量调整范围，所述第1剂量调整范围和所述第2剂量调整范围可以具有部分重叠的范围。
所述射束线装置可以具备射束扫描装置，该射束扫描装置扫描所述离子束以形成向垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向与所述输送方向及所述长边方向垂直的方向提供所述被处理物的机械扫描。
所述射束线装置可以具备带状束发生器，其生成具有向垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域的带状束。所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向与所述射束输送方向及所述长边方向垂直的方向提供所述被处理物的机械扫描。
所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向在垂直于射束输送方向的面内相互正交的2个方向提供所述被处理物的机械扫描。
所述射束线装置可以以如下方式构成，即在构成为能够从仅在所述第1注入设定结构或所述第2注入设定结构下被运转的多个射束线构成要件中选择，由此所述离子注入装置构成为高电流离子注入专用装置或中电流离子注入专用装置。
一种实施方式所涉及的离子注入方法，其具备如下工序：
关于射束线装置，在包含适合输送用于向被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束的第1注入设定结构和适合输送用于向所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束的第2注入设定结构的多个注入设定结构中选择符合所给离子注入条件的任一种注入设定结构；
在所选注入设定结构下使用所述射束线装置，沿着射束线中成为基准的射束中心轨道自离子源至注入处理室输送离子束；及
协同所述被处理物的机械扫描向所述被处理物照射所述离子束，
所述成为基准的射束中心轨道在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下相同。
所述输送工序还可以具备通过调整所述离子束的射束电流的总量来调整注入到所述被处理物的剂量的工序。在所述第1注入设定结构下可以以第1剂量调整范围调整所述注入剂量，在所述第2注入设定结构下可以以包括小于所述第1剂量调整范围的剂量范围在内的第2剂量调整范围调整所述注入剂量。
所述输送工序还可以具备调整注入到所述被处理物的能量的工序。在所述第1注入设定结构下可以以第1能量调整范围调整所述注入能量，在所述第2注入设定结构下可以以包括高于所述第1能量调整范围的能量范围在内的第2能量调整范围调整所述注入能量。
1.一种实施方式所涉及的离子注入装置通过切换以减速为主体的电源的连接和以加速为主体的电源的连接，具有相同射束轨道和相同注入方式，并具有广泛的能量范围。
2.一种实施方式所涉及的离子注入装置，在可获得高电流的射束线上具备在射束线上游部切断一部分射束的机器，由此具有相同的射束轨道和相同的注入方式，并具有广泛的射束电流范围。
3.一种实施方式所涉及的离子注入装置通过同时具备上述实施方式1及上述实施方式2的特性，可以具有相同射束轨道和相同注入方式，并且一并具有广泛的能量范围和广泛的射束电流范围。
一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以是组合射束扫描和机械性晶片扫描的装置。一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以为组合带状束和机械性晶片扫描的装置。一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以组合二维机械性晶片扫描的装置。
4.一实施方式所涉及的离子注入装置或离子注入方法，通过在同一射束线(相同离子束轨道和相同注入方式)上并列构成高剂量高电流离子注入射束线要件和中剂量中电流离子注入射束线要件，由此选择/切换自如地构成高剂量高电流离子注入和中剂量中电流离子注入，并覆盖从低能量到高能量的极其广泛的能量范围和从低剂量到高剂量的极其广泛的剂量范围。
5.上述实施方式4中，在同一射束线上可以分别构成高剂量用和中剂量用通用的各射束线要件和分别被切换成高剂量用/中剂量用的各射束线要件。
6.上述实施方式4或5中，以在广泛的范围内调整射束电流量为目的，可以设置在射束线上游部物理切断一部分射束的射束限制装置(上下或左右的宽度可变狭缝或四边形或圆形的可变开口)。
7.上述实施方式4至6的任一项中，可以设置切换控制器的控制装置，该装置构成为，根据注入到被处理物的所需的离子剂量，选择高剂量高电流离子注入和中剂量中电流离子注入。
8.上述实施方式7中，切换控制器构成为，当注入到被处理物的所需的离子剂量大概在1×1011～1×1014atoms/cm2的中剂量中电流范围时，使射束线在中剂量加速(引出)/加速(P透镜)/减速(AD柱)模式下作动，并且，当注入到被处理物的所需的离子剂量大概在1×1014～1×1017atoms/cm2的高剂量高电流范围时，也可以使射束线在高剂量加速(引出)/减速(P透镜)/减速(AD柱)模式下作动。
9.上述实施方式4至8的任一项中，使用加速模式来注入比较高能量的离子的装置和使用减速模式来注入比较低能量的离子的装置可以具有彼此重叠的能量范围。
10.上述实施方式4至8的任一项中，使用加速模式注入比较高剂量的离子的装置和使用减速模式注入比较低剂量的离子的装置可以具有彼此重叠的剂量范围。
11.在上述实施方式4至6的任一项中，通过限制射束线构成要件，能够轻松地将结构改变成高剂量高电流离子注入专用装置或中剂量中电流离子注入专用装置。
12.上述实施方式4至11的任一项中，射束线结构可以组合射束扫描和机械基板扫描。
13.上述实施方式4至11的任一项中，射束线的结构可以组合具有基板(或晶片或被处理物)宽度以上的宽度的带状的射束扫描和机械基板扫描。
14.上述实施方式4至11的任一项中，射束线结构可以具备二维方向的机械基板扫描。
图15为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置700的基本结构的图。离子注入装置700具备射束扫描部702及射束平行化部704。射束扫描部702沿射束输送方向设于射束平行化部704的上游侧。图15中用箭头M表示射束输送方向。以下，为便于说明有时将射束输送方向标为y方向，与射束输送方向垂直的扫描方向标为x方向。
射束扫描部702以某一扫描角度范围703在焦点位置P扫描从上游侧入射的离子束。扫描角度范围703向上述的“成为基准的射束中心轨道”(以下简单称为“基准轨道”)的两侧相等扩展。图15中用单点划线表示基准轨道701。离子束通常在焦点位置P上从基准轨道701偏转。另外，为不扫描的离子束时，呈以射束的会聚位置(例如，质谱分析狭缝)为起点从基准轨道701发散的状态。扫描角度范围703被定为，取最大偏转角度的离子束(图15中用虚线箭头表示)向射束平行化部704的x方向端部入射。
所扫描的离子束从射束扫描部702出射。该离子束相对于基准轨道701具有角度。射束平行化部704以使所扫描的离子束与基准轨道701平行的方式进行偏转。如上所述，如此被平行化的离子束具有向扫描方向(x方向)延长的细长照射区域。
该实施方式所述涉及的离子注入装置700的基本结构与以上所述的各实施方式中的离子注入装置100(参考图2)或离子注入装置200(参考图5)相同。因此，射束扫描部702及射束平行化部704可以分别为离子注入装置100的射束线装置104的构成要件。如上所述，射束扫描部702可以是扫描斑点状的离子束的射束扫描装置，射束平行化部704可以是静电式射束平行化装置。并且，射束扫描部702及射束平行化部704也可以是离子注入装置200的扫描仪209及射束平行化机构211。
射束平行化部704具备双重P透镜。该双重P透镜具备加速透镜706及沿射束输送方向与加速透镜706相邻配置的减速透镜708。加速透镜706及减速透镜708在射束输送方向上从上游侧依次排列。以下，有时将加速透镜及减速透镜分别标为加速P透镜及减速P透镜。
加速透镜706及减速透镜708分别具有从基准轨道701向x方向上下对称地弯曲成弓形的部分。加速透镜706的弓形部分朝上游侧凸起。加速透镜706的弓形部分从基准轨道701向加速透镜706的x方向上端及朝射束输送方向下游弯曲，且从基准轨道701向加速透镜706的x方向下端及朝射束输送方向的下游弯曲。减速透镜708的弓形部分朝下游侧凸起。减速透镜708的弓形部分从基准轨道701向减速透镜708的x方向上端及朝射束输送方向上游弯曲，且从基准轨道701向减速透镜708的x方向下端及朝射束输送方向的上游弯曲。这些弓形部分大致与基准轨道701垂直相交。
加速透镜706的弯曲比以从基准轨道701到加速透镜706的x方向上端(或下端)为止的x方向长度作为半径的半圆更平缓。因此，加速透镜706的y方向长度比从基准轨道701到加速透镜706的x方向上端(或下端)为止的x方向长度短。同样，减速透镜708的弯曲比以从基准轨道701到减速透镜708的x方向上端(或下端)为止的x方向长度作为半径的半圆更平缓。因此，减速透镜708的y方向长度比从基准轨道701到减速透镜708的x方向上端(或下端)为止的x方向长度短。
如图所示，减速透镜708的曲线比加速透镜706的曲线平缓。因此，减速透镜708的射束输送方向(y方向)的长度比加速透镜706的射束输送方向的长度短。
如后述，本实施方式中设定有单独使用双重P透镜中的任一P透镜的运转模式。该P透镜的形状被设计成在单独运转模式下对离子束进行平行化。根据本实施方式，设为双重P透镜中的1个P透镜的曲线比另一P透镜的弯曲平缓，由此与将两个P透镜设计成相同曲线时相比，能够缩短双重P透镜的射束输送方向的长度(y方向的宽度)。由此，能够减少在离子束通过双重P透镜期间有可能因空间电荷效果产生的离子束的发散。
加速透镜706具备弯曲成弓形的加速间隙710。减速透镜708具备弯曲成弓形的减速间隙712。加速间隙710朝上游侧凸起，减速间隙712朝下游侧凸起。加速间隙710的凸起部及减速间隙712的凸起部均位于基准轨道701的上。如图所示，减速间隙712的曲线比加速间隙710的曲线更平缓。
为形成加速间隙710，加速透镜706具备一对加速用电极即加速用入口电极714及加速用出口电极716。加速用入口电极714及加速用出口电极716分别为使离子束通过而在x方向上具有细长开口的电极部件。加速用入口电极714与加速用出口电极716彼此相隔配置，以便能够向它们分别施加不同的电位。如此一来，加速间隙710被划定在加速用入口电极714的后方与加速用出口电极716的前方之间。加速用入口电极714的后方及加速用出口电极716的前方相当于上述弓形部分。
当向加速用出口电极716施加与加速用入口电极714相比更低的电位时，加速间隙710中会生成使离子束加速的电场。该加速电场不仅具有使离子束加速的成分还具有使离子束偏转的成分。加速透镜706以通过该偏转成分使离子束的行进方向接近与基准轨道701平行的方向的方式构成。
并且，为了形成减速间隙712，减速透镜708具备一对减速用电极即减速用入口电极718及减速用出口电极720。减速用入口电极718及减速用出口电极720分别是为了使离子束通过而在x方向上具有细长开口的电极部件。减速用入口电极718与减速用出口电极720彼此相隔配置，以便能够向它们分别施加不同的电位。如此一来，减速间隙712被划定在减速用入口电极718的后方与减速用出口电极720前方之间。减速用入口电极718的后方及减速用出口电极720的前方相当于上述弓形部分。
减速用入口电极718的后方及减速用出口电极720的前方的曲线比加速用入口电极714的后方及加速用出口电极716的前方的曲线平缓。因此，减速用入口电极718的后方的x方向中央部与x方向端部之间的y方向距离比加速用入口电极714的后方的x方向中央部与x方向端部之间的y方向距离短。同样，减速用出口电极720的前方的x方向中央部与x方向端部之间的y方向距离比加速用出口电极716的前方的x方向中央部与x方向端部之间的y方向距离短。
当向减速用出口电极720施加与减速用入口电极718相比更高的电位时，减速间隙712中会生成使离子束减速的电场。该减速电场不仅具有使离子束减速的成分还具有使离子束偏转的成分。减速透镜708通过该偏转成分以使离子束的行进方向接近与基准轨道701平行的方向的方式构成。
加速用出口电极716与减速用入口电极718以被施加相同电位的方式被电性连接。本实施方式中，加速用出口电极716与减速用入口电极718被形成为一体的电极部件。以下，有时将该一体电极部件称为中间电极部件717。如图所示，射束扫描方向(x方向)上的加速用出口电极716的两端部与射束扫描方向上的减速用入口电极718的两端部可以彼此相连。在另一实施方式中，加速用出口电极716与减速用入口电极718也可以分体形成。
如上所述，根据所给离子注入条件从多个能量设定中选择用于某一特定离子注入处理中的能量设定。多个能量设定包括适合低能量离子束的输送的第1能量设定及适合高能量离子束的输送的第2能量设定。以下，如同上述实施方式，有时将第1能量设定称为低能量模式，将第2能量设定称为高能量模式。
离子注入装置700具备射束输送部722及以向射束输送部722施加电位的方式构成的高电压电源系统724。射束输送部722为射束平行化部704的电位基准。
高电压电源系统724具备第3电源部726，以向第3电源部726施加基准电位的方式构成。高电压电源系统724被构成为，在第2能量设定下向第3电源部726施加第2基准电位，且在第1能量设定下向第3电源部726施加第1基准电位。第1基准电位不同于第2基准电位。第2基准电位例如相对于接地电位为正电位。第1基准电位例如相对于接地电位为负电位。第3电源部726以将射束输送部722作为电位基准向射束平行化部704的至少1个电极施加电位的方式构成。
另外，在另一实施方式中，第2基准电位相对于接地电位可以是负电位。并且，第1基准电位相对于接地电位可以是正电位。根据例如注入能量等所给注入条件适当分别决定第1基准电位及第2基准电位。
对于第3电源部726以外的部分，高电压电源系统724可以具备与上述高电压电源系统230(参考图6及图7)相同的结构。因此，高电压电源系统724可以具备第1电源部231、第2电源部232等。
与上述第3电源部233(参考图6及图7)相同，第3电源部726以在多个能量设定中的任意设定下使射束平行化部704动作的方式构成。第3电源部726被构成为，在第2能量设定下至少在加速透镜706上产生电位差，在第1能量设定下至少在减速透镜708上产生电位差。
射束输送部722可以是射束线装置104(参考图2)，或者可以具备图5中所例示的各种射束线构成要件中的1个或多个。射束输送部722可以具备终端216(参考图6及图7)，此时，第3电源部726也可以构成为，将终端216作为电位基准向射束平行化部704的至少1个电极施加电位。
第3电源部726具备用于加速透镜706及减速透镜708的通用电源728。通用电源728为可变直流电源，且设于射束平行化部704与射束输送部722之间。以下，有时将相对于基准电位V0由通用电源728所施加的电压标为V(＜0)。
通用电源728以向加速用出口电极716及减速用入口电极718施加相对于基准电位(即射束输送部722)为负电位的电位V的方式构成。通用电源728的负极连接于中间电极部件717。通用电源728的正极连接于基准电位。加速用入口电极714也连接于基准电位。
并且，第3电源部726具备开关730。开关730被构成为，能够对从通用电源728断开减速用出口电极720的第1状态与将减速用出口电极720连接到通用电源728的第2状态进行切换。图15中示出第2状态。第1状态中开关730将减速用出口电极720连接到基准电位。第2状态中开关730在通用电源728的负极连接减速用出口电极720。
开关730在第2能量设定下被切换成第2状态，第1能量设定下被切换成第1状态。因此，开关730在第2能量设定下将减速用出口电极720连接到通用电源728，以向减速用出口电极720施加负电位V。开关730在第1能量设定下将减速用出口电极720连接到基准电位。如上所述，可通过控制部116(参考图2)执行这种第3电源部726的切换处理。
如此一来，在第2能量设定下，在加速用入口电极714上施加有基准电位V0，在加速用出口电极716上施加有电位V0+V，在减速用入口电极718上施加有电位V0+V，在减速用出口电极720上施加有电位V0+V。因此，加速透镜706通过电压V动作，而减速透镜708不进行动作。
另一方面，在第1能量设定下，对加速用入口电极714施加有基准电位V0，对加速用出口电极716施加有电位V0+V，对减速用入口电极718施加有电位V0+V，对减速用出口电极720施加有基准电位V0。因此，加速透镜706通过电压V动作，减速透镜708通过电压-V动作。
详细内容后续再述，第3电源部726以在第2能量设定下对加速透镜706施加第2加速电压VAP的方式构成。第2加速电压VAP根据第2能量设定下向加速透镜706入射离子束的能量TAi而设定。并且，如上所述，第3电源部726在第2能量设定下以不在减速透镜708上产生电位差的方式构成。
另一方面，第3电源部726被构成为，在第1能量设定下，向加速透镜706施加第1加速电压VAP’。第1加速电压VAP’根据第1能量设定下向加速透镜706入射离子束的能量TAi而设定。
并且，第3电源部726被构成为，在第1能量设定下向减速透镜708施加第1减速电压VDP。通过上述第3电源部726的结构，第1减速电压VDP与第1加速电压VAP’的符号不同但大小相等(即VDP＝VAP’)。此时，射束平行化部704作为整体既不使离子束加速也不使其减速。即，在第1能量设定下入射到射束平行化部704的离子束的能量与从射束平行化部704出射的离子束的能量相等。
本实施方式中，射束平行化部704的透镜形状设计分两个阶段。在第1阶段设计加速透镜706的形状。此时，不考虑减速透镜708的形状。因此，忽略减速透镜708的形状而独立决定加速透镜706的形状。在第2阶段设计减速透镜708的形状。因此，使用在第1阶段决定的加速透镜706的形状。因此，减速透镜708的形状依赖于加速透镜706的形状而决定。
第1阶段中，加速透镜706的形状以规定的加减速比RA对从焦点位置P向加速透镜706入射的离子束进行平行化的方式而定。能够利用加速透镜706的基本关系式进行这种加速透镜706的设计。设计一例将参考图16进行后述。
其中，加速透镜706加速时的加减速比RA被定义为，相对于加速透镜706中出射能量TAo的入射能量TAi之比(即RA＝TAo/TAi)。若利用此定义，则加速透镜706的电位差VAP表示为，VAP＝(TAi/q)×(RA-1)。q表示离子的电荷。
向具有所设计的形状的加速透镜706施加电位差VAP，由此在焦点位置P所扫描的离子束通过加速透镜706被平行化。射束平行化部704能够单独以加速透镜706对从射束扫描部702入射的离子束进行平行化。如此一来，射束平行化部704在加速单独模式下进行动作。
在第2阶段中，减速透镜708的形状以对从加速透镜706出射的离子束进行平行化的方式而定。在此所使用的离子束为从焦点位置P入射到加速透镜706，且以小于规定的加减速比RA的加减速比RA’为了平行化而预偏转的离子束(平行化途中的离子束)。将较小的加减速比RA’设为加速透镜706相当于减弱加速透镜706的偏转力。因此在该较小加减速比RA’下，从焦点位置P入射到加速透镜706且从加速透镜706出射的离子束在平行化途中，没有完全被平行化。
减速透镜708的形状被确定为，补充加速透镜706中的因为了这种平行化而预偏转引起的不足。即减速透镜708的形状被确定为，以加减速比RD对从加速透镜706出射的没有完全被平行化的预偏转状态的离子束进行平行化。其中，减速透镜708的加减速比RD被定义为减速透镜708中的出射能量TDo与入射能量TDi之比(RD＝TDo/TDi)。
其中，向减速透镜708入射的能量TDi等于从加速透镜706出射的能量TAo。并且，本实施方式中，通过上述第3电源部726的结构，向加速透镜706入射的能量TAi等于从减速透镜708出射的能量TDo。因此，减速透镜708的加减速比RD等于加速透镜706的加减速比RA’的倒数(RD＝1/RA’)。
能够利用加速透镜706的基本关系式及减速透镜708的基本关系式进行减速透镜708的设计。向减速透镜708入射离子束的角度等于从加速透镜706出射离子束的角度，因此加速透镜706的基本关系式与减速透镜708的基本关系式彼此相关。设计一例将参考图16进行后述。
加速透镜706的电位差VAP’及减速透镜708的电位差VDP分别表示为：
VAP’＝(TAi/q)×(RA’-1)
VDP＝(TDi/q)×(RD-1)＝(TDi/q)×(1/RA’-1)
通过向具有所设计的形状的加速透镜706及减速透镜708分别施加电位差VAP’及电位差VDP，在焦点位置P所扫描的离子束通过合并加速透镜706及减速透镜708被平行化。射束平行化部704能够通过协同加速透镜706与减速透镜708来对从射束扫描部702入射的离子束进行平行化。如此一来，射束平行化部704在加速减速模式下进行动作。
图16为用于说明本发明的一实施方式所涉及的形状设计的一例的图。加速P透镜706及减速P透镜708以基准轨道701相互对称，因此图16示出自基准轨道701的下半部分。
图16中所记载的符号表示以下内容。
TAi：加速P透镜入射能量
TAo：加速P透镜出射能量
TDi：减速P透镜入射能量
TDo：减速P透镜出射能量
θAi：加速P透镜入射角度
θAo：加速P透镜出射角度
θDi：减速P透镜入射角度
θDo：减速P透镜出射角度
φAE：与加速P透镜电场的y轴所成的角
φDE：与减速P透镜电场的y轴所成的角
EA：加速P透镜电场
ED：减速P透镜电场
加速P透镜706侧的基本关系式为式(1)。
[式1]
减速P透镜708侧的基本关系式为式(2)。
[式2]
加速单独模式中θAo＝0，因此，式(1)变成以下式(1’)。
[式3]
因此，在透镜形状设计的第1阶段利用式(1’)以加减速比RA时相对于入射角θAi的射束作成角度φAE的电场EA的方式设计加速P透镜706的形状。
加速减速模式中，θDi＝θAo、θDo＝0、RD＝1/RA’，因此式(2)变成下式(2’)。
[式4]
式(1)中将RA替换为RA’，获得式(1)与式(2’)之积，则变成式(3)。
[式5]
根据式(3)为，
[式6]
根据式(4)为，
[式7]
将式(5)代入式(2’)获得下式(6)
[式8]
因此，在透镜形状设计的第2阶段中利用式(6)以加减速比RA’时相对于入射角θAi的射束作成角度φDE的电场ED的方式设计减速P透镜708的形状。另外，其中，加速P透镜706的加减速比RA’为，RA’＜RA。
到此为止，以在射束输送方向上从上游依次排列加速透镜706及减速透镜708的情形为例对透镜形状设计进行了说明。然而，透镜的排列也可以颠倒过来。本设计手法也能适用于在射束输送方向上从上游依次排列减速透镜、加速透镜的情形。此时，首先设计减速透镜。减速透镜的形状被确定为，使在射束扫描部的焦点位置P从基准轨道701偏转并入射到减速透镜的离子束以规定的加减速比平行。即仅以减速透镜进行平行化时使用规定的加减速比。另外，为不扫描的离子束时，以将射束的会聚位置(例如质谱分析狭缝)作为起点从基准轨道701发散的状态入射到减速透镜。接着，设计加速透镜。加速透镜的形状被确定为，使从减速透镜出射的预偏转的离子束平行。当利用减速透镜及加速透镜这两者进行平行化时，从减速透镜出射的离子束从焦点位置P入射到减速透镜，并为了以大于上述规定加减速比的加减速比进行平行化而成为预偏转的离子束(平行化途中的离子束)。为减速透镜时，与加速透镜相反，加减速比越大，偏转力变得越弱。
图17为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置700的第2能量设定(高能量模式、加速单独模式)中的动作的图。如图17所示，离子束从射束线的上游入射到射束扫描部702，在焦点位置P向扫描角度范围703扫描。离子束如此向基准轨道701两侧相等扩展，入射到射束平行化部704。
第2能量设定下向射束输送部722施加正电位VO。根据入射到射束平行化部704的能量TAi设定通用电源728的施加电压VAP(＜0)(VAP＝(TAi/q)×(RA-1))。因此，向加速用入口电极714施加基准电位VO，向加速用出口电极716施加电位VO+VAP，在加速间隙710生成加速电压VAP。如图所示开关730采取第2状态，因此减速用入口电极718与减速用出口电极720的电位变成相同电位VO+VAP，减速间隙712上不产生电位差。如此一来，第2能量设定下只有加速透镜706以电压VAP进行动作。
加速透镜706的形状被设计成以加减速比RA对从焦点位置P入射到加速间隙710的离子束进行平行化。因此，射束平行化部704能够单独以加速透镜706对射束扫描部702入射的离子束进行平行化。如此被平行化的离子束具有沿扫描方向(x方向)延伸的细长照射区域。
图18为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置700的第1能量设定(低能量模式、加速减速模式)中的动作的图。本实施方式中，射束扫描部702被构成为，在第1能量设定及第2能量设定下以相同的扫描角度范围703扫描离子束。因此，离子束从射束线的上游入射到射束扫描部702，在焦点位置P向扫描角度范围703扫描。所扫描的离子束入射到射束平行化部704。
第1能量设定下对射束输送部722施加负电位VO’(＜0)。根据入射到射束平行化部704的能量TAi设定通用电源728的施加电压VAP’(＜0)(VAP’＝(TAi/q)×(RA’-1))。因此，向加速用入口电极714施加基准电位VO’，向加速用出口电极716施加电位VO’+VAP’在加速间隙710上生成加速电压VAP’。
加减速比RA’被设定为加速透镜706对离子束不完全进行平行化。从加速透镜706出射的离子束，以入射到加速透镜706的原来的离子束与被完全被平行化的离子束的中间的角度朝向减速透镜708。
在第1能量设定下开关730采取第1状态。因此，向减速用入口电极718施加电位VO’+VAP’，向减速用出口电极720施加基准电位VO’，在减速间隙712上生成减速电压-VAP’。如此一来，在第1能量设定下，加速透镜706以电压VAP’进行动作，减速透镜708以电压-VAP’进行动作。
减速透镜708的形状被设计成补充加速透镜706中的偏转不足，因此，从加速透镜706出射的离子束通过减速透镜708被平行化。另外，若将减速透镜708考虑成单体，则变成减速透镜708以规定的加减速比RD对从虚拟焦点位置P’入射的离子束进行平行化。与焦点位置P相比虚拟焦点位置P’位于上游(参考图18)。
如此一来，射束平行化部704能够通过协同加速透镜706与减速透镜708对从射束扫描部702入射的离子束进行平行化。如此被平行化的离子束具有向扫描方向(x方向)延伸的细长照射区域。
如以上说明，根据本实施方式能够以类似1台通用电源728及开关730的比较简单的结构实现两种平行化透镜的切换(即在单独通过加速透镜进行平行化与通过组合加速透镜和减速透镜进行平行化之间的切换)。并且，在1台射束平行化部704中，能够根据离子注入条件(例如注入能量)选择这两种平行化透镜。
而与在加速单独模式中离子束被加速透镜706平行化相比，在加速减速模式中，离子束通过减速透镜708最终被平行化。减速透镜708被配置于加速透镜706的下游，因此加速减速模式中离子束的扫描方向(x方向)的宽度与加速单独模式相比稍微变长。即，在加速减速模式中离子束在加速透镜706与减速透镜708之间稍微向x方向扩展。
因此，射束扫描部702可以以如下方式构成，即在加速单独模式与加速减速模式中以不同的扫描角度范围扫描离子束，以便从射束平行化部704出射的离子束的宽度在加速单独模式与加速减速模式中相等。同样，射束扫描部702也可以以如下方式构成，即在第1能量设定与第2能量设定下以不同的扫描角度范围扫描离子束，以便从射束平行化部704出射的离子束的宽度在第1能量设定与第2能量设定下相等。例如，射束扫描部702也可以以将加速减速模式(或第1能量设定)中的扫描角度范围设得比加速单独模式(或第2能量设定)窄的方式构成。这样就能够在两个运转模式下合并离子束的宽度。
上述实施方式中，第3电源部726具备1台通用电源728。然而，第3电源部726也可以具备2台电源。第3电源部726可以具备在加速透镜706产生电位差的第1电源732及在减速透镜708产生电位差的第2电源734。
图19为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置700的基本结构的图。在第3电源部726的结构方面，图19所示离子注入装置700不同于图15所示的离子注入装置700。
第3电源部726具备用于加速透镜706及减速透镜708的第1电源732。第1电源732被构成为，向加速用出口电极716及减速用入口电极718施加相对于基准电位(即射束输送部722)为负电位的电位。第1电源732的正极连接于基准电位，第1电源732的负极连接于加速用出口电极716及减速用入口电极718。第1电源732可以是上述通用电源728。加速用入口电极714连接于基准电位。
并且，第3电源部726具备用于减速透镜708的第2电源734。第2电源734以向减速用出口电极720施加相对于基准电位为正电位的电位的方式构成。在第2电源734的正极与减速用出口电极720之间设有开关730。第2电源734的负极连接于基准电位。
开关730以能够对将减速用出口电极720连接于第2电源734的第1状态与将减速用出口电极720连接于第1电源732的第2状态进行切换的方式构成。图19中示出第2状态。开关730在第2能量设定下被切换成第2状态，在第1能量设定下被切换为第1状态。
第3电源部726在开关730与基准电位之间具备电阻器736。电阻器736并排设置于第2电源734。电阻器736提供从减速用出口电极720到基准电位的射束电流的返回路径。即电阻器736为了使向减速用出口电极720照射离子束时可蓄积在减速用出口电极720的电荷逃出而设。电阻器736为迂回第2电源734的电流路径。
与第1电源732无关，第3电源部726可以单独具备第2电源734，因此能够分别调整第1电源732及第2电源734的电压。由此，与加速透镜706的加速作用相比更能够加大减速透镜708的减速作用。如此，能够以与入射到加速透镜706的能量相比更加减小从减速透镜708出射的能量的方式使两个P透镜动作。因此，加速减速模式中射束平行化部704总体上能够使离子束减速。
并且，根据该实施方式能够实现三种平行化透镜之间的切换。射束平行化部704不仅可以是上述加速单独模式及加速减速模式，也可以是如图20所示的减速单独模式。在减速单独模式下，开关730与加速减速模式一样被切换成第2电源734，第1电源732的施加电压被设定为零。由此，在加速透镜706上不产生电位差，只有减速透镜708通过第2电源734的施加电压进行动作。
图21为表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置700的基本结构的图。图21所示的离子注入装置700在第3电源部726的结构上，不同于图15及图19所示的离子注入装置700。
图21的第3电源部726与图19的第3电源部726同样具备第1电源732及第2电源734。第1电源732两者相同。然而，图21的第2电源734以与图19的第2电源734为反向的方式连接。并且，图21的第3电源726不具有开关730。因此第2电源734的负极直接连接于减速用出口电极720。
第3电源726以通过调整向第1电源732及第2电源734分别施加的电压来切换加速单独模式及加速减速模式的方式构成。加速单独模式中，第1电源732及第2电源734生成相同的施加电压。由此，在减速透镜708上不产生电位差，只有加速透镜706通过第1电源732的施加电压进行动作。加速减速模式下，第2电源734的施加电压被设定为零。由此，加速透镜706通过第1电源732的施加电压进行动作，且减速透镜708通过第2电源734的施加电压进行动作。
在某一实施方式中，射束平行化部704可以具备在电极之间形成弯曲成弓形的第1间隙的第1电极对、及在电极之间形成弯曲成弓形的第2间隙的第2电极对。第1电极对可以配置在第2电极对的上游。第2间隙的曲线可以比第1间隙的曲线平缓。如上所述，可以由第1电极对构成加速透镜706，由第2电极对构成减速透镜708。
或者，在另一实施方式中，也可以由第1电极对构成减速透镜，由第2电极对构成加速透镜。此时，射束平行化部704能够提供减速单独模式(单独通过减速透镜进行平行化)及减速加速模式(通过组合减速透镜和加速透镜进行平行化)。
在上述实施方式中，离子注入装置700具备射束扫描部702与射束平行化部704。然而，在另一实施方式中，离子注入装置700可以具备带状束发生器来替代射束扫描部702。带状束发生器可以被构成为，通过将离子束发散成扇形来生成扇形带状束。射束平行化部704可以构成为使扇形带状束平行化。
图22(a)为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的射束平行化部800的外观的图。图22(b)为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部800的概略俯视图。图22(c)为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部800的概略侧面剖视图。
射束平行化部800能够被用作任意离子注入装置用射束平行化装置。例如，射束平行化部800可用作上述离子注入装置200的射束平行化机构211或离子注入装置700的射束平行化部704。
射束平行化部800具备透镜电极单元802及真空单元804。真空单元804构成为将透镜电极单元802容纳于真空环境中。图22(b)中，为了便于理解真空单元804中透镜电极单元802的配置，以虚线图示出透镜电极单元802。
透镜电极单元802为在射束平行化部800中提供平行化透镜的重要部分，并具备使离子束平行的多个电极。透镜电极单元802可以具备加速透镜部及配设于加速透镜部的下游的减速透镜部。或者减速透镜部可以配设于加速透镜部的上游。如以上说明，加速透镜部具备形成弯曲成弓形的加速间隙的多个加速电极。减速透镜部具备形成弯曲成弓形的减速间隙的多个减速电极。
如上所述，在一种特定离子注入处理中所使用的能量设定根据所给离子注入条件，从多个能量设定中选择。离子注入装置的电源部(例如，第3电源部726)在多个能量设定中的任意模式下使透镜电极单元802动作。多个能量设定包括适于低能量离子束的传输的第1能量设定(低能量模式)与适于高能量离子束的传输的第2能量设定(高能量模式)。电源部构成为，第2能量设定下至少在加速间隙产生电位差，第1能量设定下至少在减速间隙产生电位差。
真空单元804具备第1真空容器806与第2真空容器808。并且，真空单元804具备连接第1真空容器806与第2真空容器808的绝缘性容器壁810。沿着如图22(c)所示的射束传输方向812自上游侧依次配置有第1真空容器806、绝缘性容器壁810及第2真空容器808。第1真空容器806与绝缘性容器壁810彼此相邻而固定，绝缘性容器壁810与第2真空容器808彼此相邻而固定。
绝缘性容器壁810构成为，将第1真空容器806及第2真空容器808气密地连通。第1真空容器806与第2真空容器808通过绝缘性容器壁810彼此连通。真空单元804中附设有真空排气系统(未图示)，而得以向真空单元804的内部提供真空环境并维持真空环境。
第1真空容器806包围透镜电极单元802的至少一部分。并且，绝缘性容器壁810包围透镜电极单元802的至少一部分。更具体而言，如图22(b)及图22(c)所示，透镜电极单元802的前部(即上游侧部分)被第1真空容器806所包围，透镜电极单元802的后部(即下游侧部分)被绝缘性容器壁810所包围。如此，透镜电极单元802配置于第1真空容器806与绝缘性容器壁810的交界处。
第1真空容器806及绝缘性容器壁810作为整体构成透镜电极单元802用的平行化透镜真空容器。平行化透镜真空容器在离子注入装置中，例如构成终端216(参考图5(a)及图5(b))的一部分。并且，第2真空容器808例如可以构成用于收容配置于射束平行化部800的下游的射束线构成要件(例如能量过滤器213)的真空容器的至少一部分。第2真空容器808可以构成被处理物用处理室(例如图2所示的注入处理室106)的至少一部分。
如图22(c)所示，第1真空容器806及第2真空容器808分别具备包围离子束的基准轨道818的第1导电性容器壁814及第2导电性容器壁816。因此，透镜电极单元802的前部被第1导电性容器壁814所包围。
第1导电性容器壁814上形成有第1入射开口820及第1出射开口822。第1导电性容器壁814例如具有长方体形的箱型或筒型结构，第1入射开口820及第1出射开口822分别形成于箱型结构的相对置的一面及另一面，或形成于筒型结构的一端与另一端。第2导电性容器壁816上形成有第2入射开口824及第2出射开口826。第2导电性容器壁816与第1导电性容器壁814同样可以具有例如长方体形的箱型或筒型结构。第1导电性容器壁814及第2导电性容器壁816例如由金属形成。
绝缘性容器壁810以包围第1出射开口822的方式连续设置于第1导电性容器壁814，且以包围第2入射开口824的方式连续设置于第2导电性容器壁816。绝缘性容器壁810具有箱型或筒型结构，该结构的尺寸等于或大于第1出射开口822及第2入射开口824的尺寸。绝缘性容器壁810也可以是具有这种大口径的绝缘衬套。以此，绝缘性容器壁810将第1真空容器806连接于第2真空容器808，以使第1导电性容器壁814与第2导电性容器壁816绝缘。
离子束从第1入射开口820进入第1真空容器806，从第1出射开口822进入绝缘性容器壁810，而且从第2入射开口824进入第2真空容器808。此外，离子束经由第2出射开口826朝向射束线的下游。
射束平行化部800具备至少1个绝缘部件828，其使透镜电极单元802的多个电极中的至少1个电极与第1导电性容器壁814及第2导电性容器壁816中的至少一方绝缘。射束平行化部800可以具备多个绝缘部件828，并通过这些绝缘部件828使透镜电极单元802的所有电极分别与第1导电性容器壁814及第2导电性容器壁816绝缘。1个或多个绝缘部件828与透镜电极单元802一起容纳于由真空单元804提供的真空环境中。
如图22(c)所示，绝缘部件828例如设置于第1导电性容器壁814与透镜电极单元802之间。因此，绝缘部件828使透镜电极单元802的至少1个电极与第1导电性容器壁814绝缘。并且，结构上透镜电极单元802通过绝缘部件828被第1导电性容器壁814所支承。以此，透镜电极单元802以通过绝缘性容器壁810与第2真空容器808绝缘的方式设置于第1真空容器806。
离子注入处理中构成为，第1真空容器806及第2真空容器808分别具有第1电位及第2电位。由于第1真空容器806与第2真空容器808彼此绝缘，因此能够使第1电位不同于第2电位。另一方面，也可以将第1电位与第2电位设为相同。通过使第1真空容器806与第2真空容器808电绝缘，能够自由控制这两个真空容器的电位。
第1真空容器806构成为，终端电位作为第1电位赋予到第1导电性容器壁814。终端电位为透镜电极单元802用基准电位。第2真空容器808构成为，与终端电位不同的电位作为第2电位赋予到第2导电性容器壁816。第2电位可以与离子注入装置中的被处理物的电位相同。
第2电位可以高于第1电位(例如，终端电位)。这种电位设定可在出射离子束相比入射到射束平行化部800的入射离子束减速的减速模式(例如，低能量模式)下使用。相反，第2电位可以低于第1电位。这种电位设定可在出射离子束相比入射到射束平行化部800的入射离子束加速的加速模式(例如，高能量模式)下使用。并且，某一电位设定中，第2电位可以等于第1电位。该电位设定可在入射到射束平行化部800的入射离子束与出射离子束具有相等能量的所谓的漂移模式下使用。
如上所述，透镜电极单元802的至少1个电极与第1导电性容器壁814及第2导电性容器壁816分别绝缘。透镜电极单元802的所有电极可以分别与第1导电性容器壁814及第2导电性容器壁816绝缘。因此，透镜电极单元802的至少1个电极(例如，所有电极)上能够个别施加与第1电位及第2电位不同的电位。
另外，透镜电极单元802的至少1个电极上可以施加与第1电位(或第2电位)相等的电位。此时，该电极可以与第1导电性容器壁814(或第2导电性容器壁816，本段中下同)导通。或者，可以构成为能够选择该电极与第1导电性容器壁814之间的绝缘或导通(例如，可以设有能够使绝缘部短路的切换电路，所述绝缘部将电路电极与第1导电性容器壁814连接成绝缘状态)。
图23(a)至图23(d)分别为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部的概略俯视图。图23(e)为一种例示性射束平行化部的概略俯视图。图23(a)至图23(e)所示射束平行化部与图22(b)所示射束平行化部800相比，透镜电极单元的配置不同。图23(a)至图23(e)中，与图22(b)相同，以虚线表示透镜电极单元。
图23(a)所示的透镜电极单元802a与图22(b)所示透镜电极单元802相比配置于下游侧。透镜电极单元802a的前部被绝缘性容器壁810所包围，后部被第2真空容器808所包围。
图23(b)所示的透镜电极单元802b与图22(b)所示透镜电极单元802相比，延长了射束传输方向的长度。透镜电极单元802b的前部被第1真空容器806所包围；中间部被绝缘性容器壁810所包围；后部被第2真空容器808所包围。另外，射束传输方向的绝缘性容器壁810的长度较短时也相同，透镜电极单元802b的前部被第1真空容器806所包围；中间部被绝缘性容器壁810所包围；后部被第2真空容器808所包围。
图23(c)所示的透镜电极单元802c与图22(b)所示透镜电极单元802相比，配置于上游侧。透镜电极单元802c整体被第1真空容器806所包围。并且，图23(d)所示的透镜电极单元802d与图22(b)及图23(a)所示透镜电极单元802、802a相比，配置于下游侧。透镜电极单元802d整体被第2真空容器808所包围。
图23(a)至图23(d)所示的透镜电极单元802a至802d具备多级透镜(例如，至少1个加速透镜及至少1个减速透镜)。并且，透镜电极单元802a至802d具备与图22(b)及图22(c)所示的透镜电极单元802相同的绝缘结构。
另一方面，图23(e)所示的透镜电极单元802e具备使透镜电极单元802e与真空单元804导通并与其连结的连结部830、831。透镜电极单元802e的前部被第1真空容器806所包围；中间部被绝缘性容器壁810所包围；后部被第2真空容器808所包围。透镜电极单元802e由单级透镜(即一对透镜电极)构成。上游侧透镜电极通过上游侧连结部830安装于第1真空容器806；下游侧透镜电极通过下游侧连结部831安装于第2真空容器808。上游侧及下游侧的连结部830、831分别容纳于第1真空容器806及第2真空容器808。
一种实施方式中，透镜电极单元802可固定地设置在真空单元804的指定位置。透镜电极单元802例如可在图22及图23(a)至图23(d)所示的任意位置上固定于真空单元804。
一种实施方式中，可以将透镜电极单元802设置成能够在真空单元804中移动。透镜电极单元802例如可以以在图22及图23(a)至图23(d)所示的任意位置与其他任意位置之间移动的方式设置于真空单元804。
透镜电极单元802可以以如下方式设置于真空单元804，即能够在透镜电极单元802的一部分被绝缘性容器壁810所包围的使用位置与透镜电极单元802的整体容纳于第1真空容器806及第2真空容器808中的一方的退避位置之间移动。例如，透镜电极单元802可以以如下方式设置于真空单元804，即能够在透镜电极单元802的后部被绝缘性容器壁810所包围的使用位置(参考图22(b))与透镜电极单元802整体容纳于第1真空容器806的退避位置之间(参考图23(c))移动。
其中，使用位置是为了进行离子注入处理而应配置透镜电极单元802的位置。退避位置为不进行离子注入处理时(例如，包括维修离子注入装置期间)可配置透镜电极单元802的位置。射束平行化部800可以构成为，透镜电极单元802处于退避位置时，可从真空单元804拆卸透镜电极单元802。此时，退避位置也被称为拆卸位置。
图24为本发明的一种实施方式所涉及的射束平行化部900的侧面剖视图。图24中示出，透镜电极单元902处于使用位置时的射束平行化部900。图25为图24所示的射束平行化部900的立体图。图25中为了便于理解射束平行化部900的内部结构，以半透明形式图示出射束平行化部900的真空单元904。
图26为用于说明从真空单元904拆卸图24所示的射束平行化部900的透镜电极单元902的工作的图。图27为图26所示的透镜电极单元902的立体图。图28(a)为表示图26所示的透镜电极单元902的一部分的俯视图，图28(b)为表示构成透镜电极单元902的电极的排列的剖视图。
如图24所示，射束平行化部900中，与参考图22(a)至图22(c)说明的射束平行化部800相同，透镜电极单元902容纳于真空单元904。透镜电极单元902的前部被第1真空容器906所包围；透镜电极单元902的后部被绝缘性容器壁910所包围。第1真空容器906的第1导电性容器壁914上形成有第1入射开口920及第1出射开口922，第2真空容器908的第2导电性容器壁916上形成有第2入射开口924及第2出射开口926。以下说明中，适当省略射束平行化部900与射束平行化部800中相同的部位的说明，以免赘述。
透镜电极单元902具备由用于使离子束平行的多个电极构成的透镜电极排列903。与参考图15至图21说明的射束平行化部704相同，透镜电极排列903自上游侧依次具备加速用入口电极932、加速用出口电极934、减速用入口电极936及减速用出口电极938(参考图28(a)及图28(b))。
加速用入口电极932与加速用出口电极934之间形成有弯曲成弓形的加速间隙940。减速用入口电极936与减速用出口电极938之间形成有弯曲成弓形的减速间隙942。以此，透镜电极单元902具备：加速透镜部，其具备加速用入口电极932及加速用出口电极934；及减速透镜部，其具备减速用入口电极936及减速用出口电极938。
加速用出口电极934与减速用入口电极936形成为一体的电极部件。加速用出口电极934与减速用入口电极936的两端电连接，这两个电极上施加有相同的电位。以下，有时将该一体电极部件称为中间电极部件944。因此，透镜电极排列903由下列部件构成，即由加速用入口电极932构成的上游电极部件、中间电极部件944及由减速用出口电极938构成的下游电极部件。另外，可以独立形成加速用出口电极934和减速用入口电极936。
透镜电极排列903被分割为，隔着离子束的基准轨道918而对置的上部电极排列903a与下部电极排列903b。因此，构成透镜电极排列903的电极分别被分割为上部电极片与下部电极片。上部电极片及下部电极片分别为弯曲成弓形的棒状体。棒状体的剖面形状例如为大致四边形。
这种电极片与具有单片凸透镜或凹透镜的形状的电极体相比，能够以少量的材料形成。结果，能够使透镜电极单元902变轻，因此有益于提高组装和维修等工作效率。并且在费用方面也具有优点。
如图27所示，各电极的上部电极片与下部电极片经由导电性连结部件946连结。导电性连结部件946为配设于上部电极片及下部电极片的各自左右端的棒状部件。导电性连结部件946的上端固定有上部电极片，导电性连结部件946的下端固定有下部电极片。因此，构成1个电极的上部电极片及下部电极片上施加有相同的电位。
另外，可以构成为，连结上部电极排列903a与下部电极排列903b的连结部能够调整上部电极排列903a与下部电极排列903b之间的相对位置。此时，相对于下侧电极位置，能够独立调整上侧电极位置，因此能够高精度地设定相对于基准轨道918的上下方向的电极间隔。
并且，透镜电极单元902具备支承部件948，该支承部件以将构成透镜电极排列903的各电极配置于其指定位置的状态，将各电极支承于第1导电性容器壁914。支承部件948配设于透镜电极排列903的下部电极排列903b与第1导电性容器壁914的下壁部之间。支承部件948例如为矩形形状的平板，例如由金属形成。
支承部件948配置于透镜电极单元902的下侧，因此也能够被称为基板。而支承部件948的配置不限于此。支承部件948可以构成为，配设于第1导电性容器壁914的上壁部或侧壁部与透镜电极排列903之间，并将透镜电极排列903支承于第1导电性容器壁914的上壁部或侧壁部。并且，每个支承部件948可以被分割成支承1个或多个电极的多个部件。
支承部件948与透镜电极排列903之间设有多个绝缘部件928。构成透镜电极排列903的电极中的至少1个电极经由所对应的绝缘部件928安装于支承部件948。由此，该电极与支承部件948绝缘。
例如，中间电极部件944经由中间电极部件944用绝缘部件928a而被安装于支承部件948。绝缘部件928a分别设置于中间电极部件944的左右端(和/或中央部)。同样，减速用出口电极938经由该电极用绝缘部件928b安装于支承部件948。绝缘部件928b分别设置于减速用出口电极938的左右端(和/或中央部)。
射束平行化部900具备用于从第1真空容器906的外部向透镜电极单元902供电的真空馈通配线952。真空馈通配线952通过第1导电性容器壁914与透镜电极排列903的至少1个电极连接。中间电极部件944及减速用出口电极938分别具备与真空馈通配线952连接的端子部954。
因此，中间电极部件944上通过真空馈通配线952施加有可能与支承部件948的电位不同的期望电位。对于减速用出口电极938而言也相同。
另一方面，加速用入口电极932经由导电部件950安装于支承部件948。导电部件950分别设置于加速用入口电极932的左右端(和/或中央部)。因此，加速用入口电极932上施加有与第1导电性容器壁914相同的电位。而加速用入口电极932，也可以经由绝缘部件928而被安装于支承部件948。此时，可以通过新增真空馈通配线952来对加速用入口电极932施加可能与支承部件948的电位不同的期望电位。
另外，真空馈通配线952设置于第1导电性容器壁914的上壁部，但并不限于此。真空馈通配线952也可以设置成，通过第1导电性容器壁914的侧壁部或下壁部而向透镜电极单元902供电。
当透镜电极单元902(例如如图23(a)所示的实施方式)配置于下游侧时，射束平行化部900可以具备用于从第2真空容器908的外部向透镜电极单元902供电的真空馈通配线952。真空馈通配线952可以通过第2导电性容器壁916与透镜电极排列903的至少1个电极连接。
透镜电极单元902具备相对于离子束的基准轨道918与支承部件948对称配置的新增部件。该新增部件956具有与支承部件948实际相同的形状，且由实际相同的材料形成。与不设置该新增部件956时相比，通过设置该新增部件来减轻因透镜电极排列903生成的电场的应变。
支承部件948配置于透镜电极单元902的下侧，因此新增部件956配置于透镜电极单元902的上侧。新增部件956配设于透镜电极排列903与第1导电性容器壁914的上壁部之间，利用绝缘部件928及导电部件950而被安装于上部电极排列903a并被支承。但与支承部件948不同，新增部件956没有被安装于第1导电性容器壁914的上壁部。新增部件956与第1导电性容器壁914的上壁部相隔对置。
如图28(a)及图28(b)所示，中间电极部件944的中央形成有空间部958。空间部958设置于加速用出口电极934与减速用入口电极936之间，透镜电极单元902的内侧区域通过空间部958与透镜电极单元902的外侧区域连通。透镜电极单元902的内侧区域为透镜电极排列903的上部电极排列903a与下部电极排列903b之间的离子束所通过的区域。外侧区域为真空单元904的第1导电性容器壁914与透镜电极单元902(例如，支承部件948或新增部件956)之间的区域。
空间部958有益于改善透镜电极排列903中的真空电导率。通过通过空间部958的真空排气，容易使离子束所通过的透镜电极单元902的内侧区域保持所希望的高真空度。
空间部958相对于离子束的基准轨道918在上下方向上开放。与此同时，空间部958沿着与基准轨道918正交的射束扫描方向(图28(a)所示的上下方向)以横切透镜电极单元902的内侧区域的方式横向开放。能够借此扩大空间体积，进一步改善真空电导率。
随着空间部958的扩大，包围空间部958的电极部件在射束行进方向上变薄。电极部件上可能有偏离原来的射束轨道的离子碰撞。若有离子附着，则导致电极部件污染。并且，若因离子碰撞时的冲击而使电极材料释放到射束传输空间，则被释放的电极材料会到达晶片，并有可能污染晶片。若电极部件较薄，则会减少离子所碰撞的面积，因此这种电极表面及晶片受污染的问题得以减轻。
透镜电极单元902在空间部958中的远离透镜电极单元902的内侧区域一侧具备覆盖空间部958盖部960。盖部960允许通过空间部958对内侧区域实施真空排气。盖部960例如为金属板或金属丝网状部件。盖部960构成中间电极部件944的一部分。通过设置盖部960，无需改善空间部958所影响的真空电导率，即可将第1真空容器906的电位对空间部958及射束传输空间的电场造成的影响降到极低。另外，也可以在其他电极同样设置盖部。并且，也可在支承部件948和/或新增部件956的与空间部958对应的部位形成用于促进真空排气的开口。
透镜电极单元902以如下方式设置于真空单元904，即能够在透镜电极单元902的后部被绝缘性容器壁910所包围的使用位置与透镜电极单元902整体容纳于第1真空容器906的拆卸位置之间移动。第1真空容器906具备在使用位置与拆卸位置之间引导支承部件948的引导部962及支承引导部962的可拆卸壁部964。透镜电极单元902构成为，当透镜电极单元902位于拆卸位置时，可从第1真空容器906与引导部962及可拆卸壁部964一体拆卸。
引导部962例如具备沿着射束传输方向912延伸的至少1根(例如2根)导轨。射束传输方向912在图24中为从左到右的方向。该导轨固定于可拆卸壁部964。支承部件948构成为可沿着导轨移动。
为进行维修等而从真空单元904拆卸透镜电极单元902时，透镜电极单元902沿着引导部962从使用位置向拆卸位置移动。此时，打开形成于第1真空容器906的开口部965，工作人员可通过该开口部965用手将透镜电极单元902从使用位置引出到拆卸位置。或者，透镜电极单元902可以构成为，能够在使用位置与拆卸位置之间自由行走。图26及图27中示出，透镜电极单元902与引导部962及可拆卸壁部964一体从第1真空容器906拆卸的状态。
另外，可拆卸壁部964设置于第1导电性容器壁914的下壁部，但并不限于此。可拆卸壁部964也可以设置于第1导电性容器壁914的侧壁部或上壁部。
当透镜电极单元902(例如如图23(a)所示的实施方式)配置于下游侧时，透镜电极单元902可以以如下方式设置于真空单元904，即能够在透镜电极单元902的前部被绝缘性容器壁910所包围的使用位置与透镜电极单元902整体容纳于第2真空容器908中的拆卸位置之间移动。此时，引导部962及可拆卸壁部964设置于第2真空容器908，透镜电极单元902可以构成为，能够从第2真空容器908与引导部962及可拆卸壁部964一体拆卸。
如图25所示，第1真空容器906在离子束入口侧具备射束收集部966。射束收集部966在与射束扫描方向平行的方向上配置于离子束的一侧或两侧。射束收集部966例如为相当于第1入射开口920的两侧的第1导电性容器壁914部分。
透镜电极单元902具备用于测定射束轴和/或射束的扩展度的射束监控孔隙968。射束监控孔隙968配设于透镜电极单元902的上游侧。
射束监控孔隙968作为独立的电流检测器，以相对于离子束上下对称的方式配置。射束监控孔隙968配置于透镜电极排列903的最上游，即配置于加速用入口电极932的上游。上侧射束监控孔隙968安装于新增部件956，下侧射束监控孔隙968安装于支承部件948。上下配置的各部件由具有导电性的材料，例如石墨形成。各部件例如为矩形形状的板材。
上下配置的各部件与周围的射束线构成物电绝缘，且构成为能够将与每个部件碰撞的离子束的电荷作为独立电流而检测。以由上部检测器检测的电流Iupper及由下部检测器检测的电流Ilower均尽量小，且Iupper与Ilower的值成为近似值的方式控制上游侧的射束参数来调整射束，由此能够适当调整射束监控孔隙968的设置位置上的射束轴与射束形状(射束的扩展度)。例如能够判定射束位于上下方向的中心附近或射束足够集中等，并进行调整。
一种典型的平行化透镜的结构中，多个透镜电极分别通过包围每个透镜电极的大口径绝缘衬套而被周边结构所绝缘支承。设置多个大口径绝缘衬套会导致装置变大。另一方面，如以上说明，根据本发明的一种实施方式，加速透镜部及减速透镜部作为1个组装体构成透镜电极单元902。为了绝缘支承透镜电极单元902的真空单元904而采用小型绝缘部件928。因此，本发明的一种实施方式中，无需设置多个大口径绝缘衬套，出于这种原因，具有能够使高电压绝缘结构乃至射束平行化部及离子注入装置紧凑的优点。
并且，根据本发明的一种实施方式，能够实现下列优点中的至少1个。
1.结构简单，成本也低。
2.节省材料并减轻材料重量。
3.通过改善真空电导率来确保高真空度。
4.高电压绝缘结构及高电压放电对策结构简单。
5.抑制及防止因电极表面的离子束被照射面积小而引起的污染。
6.提高组装及分解透镜电极与电极盖体的工作效率。
7.容易调整电极间的相对位置。
8.防止基于电极盖体的透镜电极的漏电及电场应变。
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