イオン注入装置、イオンビーム計測装置、及びイオンビームの計測方法
【課題】新たなイオンビーム計測を提供する。
【解決手段】イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４との間に相互作用を生じる測定ビーム１２を発するための測定ビーム源２０と、測定ビーム源２０から発せられイオンビーム１４に照射された測定ビーム１２を検出するための測定ビーム検出器２２と、を備える。イオンビーム計測装置１０は、例えばイオン注入装置に適用することができる。イオンビーム計測装置１０は、イオンビームに関連する出力をイオン注入装置の制御システムに提供するビームモニタであってもよい。
【解決手段】イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４との間に相互作用を生じる測定ビーム１２を発するための測定ビーム源２０と、測定ビーム源２０から発せられイオンビーム１４に照射された測定ビーム１２を検出するための測定ビーム検出器２２と、を備える。イオンビーム計測装置１０は、例えばイオン注入装置に適用することができる。イオンビーム計測装置１０は、イオンビームに関連する出力をイオン注入装置の制御システムに提供するビームモニタであってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム計測装置、イオンビームの計測方法、及びそれらを適用しうるイオンビームの照射装置例えばイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理物例えば半導体基板に注入すべきイオン種を含むイオンビームをその被処理物に照射してイオン注入をするためのイオン注入装置が知られている。イオン注入装置には一般に、イオンビームの照射を直接受けてビーム計測をするための計測器、例えばファラデーカップが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６２７４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１９４２号公報
【特許文献３】特開平７−１５３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたイオンビームの入射を直に受ける方式のいわば接触式のビーム計測は、計測中に計測器がビームを占有することになるから、計測中は被処理物にイオンビームを照射することはできない。同様に、被処理物にイオンビームを照射しているときに計測をすることもできない。そのため、被処理物への照射処理のスループットを高めることとイオンビームの高頻度の計測によるビーム品質の保証とがトレードオフの関係となってしまう。また、被照射物への照射という本来の目的以外に計測のためにイオン材料が余分に消費されてしまう。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームを対象に照射しながら計測することを可能とする、いわば非接触式の計測を提供すること、あるいはそうした計測を適用したイオンビーム照射装置例えばイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、イオン注入装置である。この装置は、被処理物へのイオンビームによるイオン注入処理を制御するための制御システムと、前記イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを前記イオンビームに照射し、前記イオンビームに照射された前記測定ビームを検出することにより、前記イオンビームに関連する出力を前記制御システムに提供するビームモニタと、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、イオンビーム計測装置である。この装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、前記測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、イオンビームの計測方法である。この方法は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームをイオンビームに照射することと、イオンビームに照射された測定ビームを検出することと、を含む。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非接触式のイオンビーム計測が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の一構成例を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第１変形例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第２変形例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第３変形例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第４変形例を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第４変形例を示す図である。
【図７】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第５変形例を示す図である。
【図８】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第５変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図１０】第２実施形態に係るイオン注入装置の処理室を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係るビームモニタの一変形例を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る走査シーケンスの一実施例を説明するための図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置に関連する光学素子のための保護装置の一例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置に関連する光学素子のための保護装置の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測装置１０の一構成例を模式的に示す図である。イオンビームの入射を直接受ける検出面をもつ接触式の計測器とは異なり、イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム１２をイオンビーム１４に照射することにより非接触式のイオンビーム計測を提供する。言い換えれば、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４の作用した測定ビーム１２を検出することにより間接的にイオンビーム１４を計測する。イオンビーム１４自体の照射を受ける検出器は、イオンビーム計測装置１０の必須の構成要素ではない。その測定原理を図１を参照して説明する。
【００１３】
イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４を照射するためのイオンビーム照射システム（例えばイオン注入装置や粒子線治療装置）に、イオンビーム１４を計測するためのサブシステムとして組み込まれて構成されていてもよい。または、イオンビーム計測装置１０は、独立型のいわゆるスタンドアローン型の計測装置として構成されてもよい。
【００１４】
図１並びに以下で参照する各図において説明の便宜上、イオンビーム１４の進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。後述するようにイオンビーム１４を被処理物１６に対し走査する場合には走査方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定義する。イオンビーム１４を走査したときにイオンビーム１４の中心軸の描く軌跡によって、イオンビーム１４の走査面（例えばｙｚ面）が定義される。イオンビーム１４は実際にはある大きさのビーム断面をもつから、その大きさの範囲で上下（例えばｘ方向）に走査面から離れた位置にもイオンビームは照射される。それを考慮に入れると、走査によるイオンビーム１４の通過領域は走査面の上下に広がる立体的な領域であると言える。
【００１５】
イオンビーム１４は被処理物１６への照射のために処理室１８へと導かれる。一実施例においては、イオンビーム１４は被処理物１６に連続的に照射される。すなわち、イオンビーム１４は、図示しないイオンビーム生成部により所望の目標プロファイル（例えば目標ビーム電流）に従って所望の照射期間連続して生成され被処理物１６に照射される。他の一実施例においては、イオンビーム１４は、パルスイオンビームであってもよい。
【００１６】
イオンビーム計測装置１０がイオン注入装置に適用される一実施例においては、被処理物１６は半導体基板（例えばシリコンウェーハ）であり、ｘｙ面内でイオンビーム１４に対し移動可能にまたは静止状態に支持されて処理室１８に収容されている。イオンビーム処理のために処理室１８は所望の真空状態に保たれており、そのための真空排気装置（例えばクライオポンプまたはその他の真空ポンプ（図示せず））が付設されている。処理室１８は例えば真空チャンバまたはプロセスチャンバ等とも呼ばれる。イオン注入装置の場合には処理室１８はエンドステーションと呼ばれ、被処理物１６はターゲットと呼ばれることもある。
【００１７】
なお処理室１８に必ずしも被処理物１６が収容されていなくてもよく、処理室１８は被処理物１６に入射すべきイオンビーム１４に測定ビーム１２を照射するための照射室または計測室として構成されていてもよい。その場合、イオンビーム１４の経路に沿って処理室１８の下流に被処理物１６が配され、処理室１８に進入したイオンビーム１４は測定ビーム１２を経由して処理室１８を出射し、被処理物１６へと入射してもよい。
【００１８】
イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム１２を発するための測定ビーム源２０を備える。測定ビーム１２は、イオンビーム１４との間に相互作用を生じる波長または波長域をもつ電磁波である。イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用は、イオンビーム１４による測定ビーム１２の吸収、回折、散乱、反射、及び透過のうち少なくともいずれかを含む。なお、イオンビーム計測装置１０で使用される測定のための電磁波は、必ずしもビーム即ち指向性をもつ放射でなくてもよく、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４との間に相互作用を生じる波長または波長域をもつ電磁波を放射する放射源を備えてもよい。
【００１９】
一実施例においては、イオンビーム１４によって測定ビーム１２に生じる相互作用を大きくするために、測定ビーム１２のビームスポット（すなわち測定ビーム１２の進行方向に垂直な面によるビーム断面）のうちイオンビーム１４に照射される領域の割合を大きくする。好ましくは測定ビーム１２のスポット径をイオンビーム１４の寸法より小さくすることにより、測定ビーム１２のビームスポットの全体がイオンビーム１４に照射されるようにする。この場合、測定ビーム１２のイオンビーム１４への照射位置３４において測定ビーム１２はイオンビーム１４に包含される。
【００２０】
一方、測定ビーム１２のビームスポットが小径である場合には、イオンビーム１４の照射位置精度によっては（例えば図１におけるｘ方向に）照射位置がずれてイオンビーム１４が測定ビーム１２から外れることも想定される。よって、一実施例においては逆に、測定ビーム１２のスポット径をイオンビーム１４の寸法より大きくすることにより、測定ビーム１２のイオンビーム１４への照射位置３４においてイオンビーム１４が測定ビーム１２に包含されるようにしてもよい。このようにすれば、イオンビーム１４の照射位置にいくらかの位置ずれが仮に生じても、イオンビーム１４と測定ビーム１２との交差状態（即ちビーム計測）を継続させやすくなる。
【００２１】
イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム１２を検出するための測定ビーム検出器２２を備える。測定ビーム検出器２２は、測定ビーム源２０から発せられイオンビーム１４に照射された測定ビーム１２を検出するために設けられている。測定ビーム検出器２２は、その検出面に測定ビーム１２の入射を受けて検出信号Ｓ１を出力するよう構成されている。一実施例においては、測定ビーム検出器２２は、測定ビーム１２を受光または受信するための受光面または受信機を備える。測定ビーム検出器２２は、受光または受信した測定ビーム１２の例えば強度に関連する検出信号Ｓ１を生成する。
【００２２】
一実施例においては、測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とは、測定ビーム１２が測定ビーム源２０から発せられイオンビーム１４に交差して測定ビーム検出器２２に入射するよう配置されている。例えば、測定ビーム１２が測定ビーム源２０からイオンビーム１４を通過して測定ビーム検出器２２へと直線的なビーム経路をとるように、測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とは、イオンビーム１４の入射経路を挟んで互いに向き合って配置されてもよい。あるいは後述するように、イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム源２０から測定ビーム検出器２２へと測定ビーム１２を伝達するためのビーム光学系２４を備えてもよい。
【００２３】
図示されるように測定ビーム１２はイオンビーム１４に直交して照射されてもよいし、あるいは斜めに交差するように照射されてもよい。直交照射の場合にはイオンビーム１４の進行方向に比較的コンパクトにイオンビーム計測装置１０を配置することが可能となる点で好ましく、斜め照射の場合には測定ビーム１２のイオンビーム１４への交差長さを大きくすることができるという点で好ましい。
【００２４】
一実施例においては、イオンビーム１４のビームスポットよりも広範囲に、例えば被処理物１６の表面全域または所望のイオンビーム照射領域にイオンビーム１４を照射するために、イオンビーム１４は少なくとも一方向に走査されてもよい。イオンビーム１４の走査のために、イオンビーム走査制御部（図示せず）が設けられていてもよい。例えば図１に矢印２８で示されるように、イオンビーム１４はｙ方向に往復移動されてもよい。なおイオンビーム１４を走査するとともに、またはそれに代えて、被処理物１６がイオンビーム１４に対し移動されてもよい。
【００２５】
イオンビーム１４が走査される一実施例においては、測定ビーム１２は、イオンビーム１４の走査方向（図１においてはｙ方向）とイオンビーム１４の進行方向（ｚ方向）とにより定まる走査面（ｙｚ面）に沿ってイオンビーム１４に照射されることが好ましい。測定ビーム１２の照射方向が正確に走査面に沿うことは必ずしも要求されない。通常は、測定ビーム１２の経路は、走査によるイオンビーム１４の通過領域を横断するように定められれば十分である。このようにすれば、イオンビーム１４がいずれの走査位置にあるときにも（つまり走査範囲全体にわたって）イオンビーム１４に測定ビーム１２を照射することができる。すなわち、イオンビーム１４の走査移動中に継続してイオンビーム１４を計測することができる。
【００２６】
イオンビーム計測装置１０は、検出信号Ｓ１を含む入力信号に基づき計測結果を与えるための演算処理ユニット２６を備えてもよい。演算処理ユニット２６は、測定ビーム検出器２２とは別体に測定ビーム検出器２２から検出信号Ｓ１を受信可能に設けられていてもよく、例えば公知のパソコン等の演算装置であってもよい。あるいは演算処理ユニット２６は、測定ビーム検出器２２に一体に搭載されていてもよい。
【００２７】
演算処理ユニット２６は例えば、検出信号Ｓ１に基づきイオンビーム量（例えばビーム電流または注入ドーズ量）の絶対値を演算してもよい。演算処理ユニット２６は、検出信号Ｓ１に基づきイオンビーム量の基準に対する相対変化量を演算してもよい。演算処理ユニット２６は例えば、予め記憶されているイオンビーム量と検出信号Ｓ１との関係を表すマップを参照することによりイオンビーム量を求めてもよい。演算処理ユニット２６は、検出信号Ｓ１またはそこから演算して得た値が予め定められている許容範囲に含まれるか否かを判定してもよい。許容範囲外にあると判定された場合には、演算処理ユニット２６は、その判定結果を記憶するか、または警告を出力してもよい。
【００２８】
好ましい一実施例においては、測定ビーム源２０はレーザ光源であり、測定ビーム検出器２２はそのレーザ光を検出可能である検出器（例えばフォトダイオード）である。この場合、イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用は、イオンビーム１４による測定ビーム１２の吸収、回折、反射、または散乱である。イオンビーム１４への照射位置において測定ビーム１２が吸収、回折、反射、または散乱されることにより、イオンビーム１４は強度が低下する。イオンビーム１４を通過した測定ビーム１２の強度は、測定ビーム源２０から出た直後に比べて低下する。測定ビーム検出器２２は受光した測定ビーム１２の強度に応じた検出信号Ｓ１を出力する。この測定ビーム１２の強度低下はイオンビーム１４のイオン密度に相関する。よって、測定ビーム１２を検出することによりイオンビーム１４の非接触計測が可能となる。物理的な検出素子でイオンビーム１４を受光することなく、イオンビーム１４を計測することができる。
【００２９】
より好ましい一実施例においては、測定ビーム源２０として使用されるレーザ光源は、イオンビーム１４に含まれるイオン種の吸収波長に一致する波長またはその吸収波長を含む波長域をもつレーザ光を発するレーザ光源である。言い換えれば、波長に応じて定まるレーザ光の光エネルギーがイオンビーム１４のイオン種の吸収エネルギーに等しくなるようにレーザ光源が選択される。このとき、イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用はイオンビーム１４による測定ビーム１２の吸収が支配的である。このようにすれば、イオンビーム１４への照射前後で測定ビーム１２の強度差を比較的大きくすることが可能であり、イオンビーム計測装置１０の測定精度を高めることができる。
【００３０】
なお、レーザ光の波長はイオンビーム１４のイオン種の吸収波長に必ずしも厳密に一致していなくてもよく、実際上ある程度のずれは許容される。イオンビーム計測装置１０をイオン注入装置に適用する場合における典型的なイオンビーム１４に吸収エネルギーを与えるためには、測定ビーム源２０として例えば原子吸光分析法などで用いられている光源が望ましい。
【００３１】
また、イオンビーム１４による測定ビーム１２の回折、反射、または散乱による測定ビーム１２の強度変化を測定する態様においては、イオンビーム１４の好ましい波長は特定波長または特定の狭帯域には必ずしも制限されない。この場合、測定ビーム１２は任意に選択された波長または波長域を有してもよい。
【００３２】
一実施例においては、基準となる参照信号Ｓ２を生成するために、イオンビーム１４には照射されない参照ビーム３０を付加することが好ましい。そのために、イオンビーム計測装置１０は、参照ビーム３０を発するための参照ビーム源と、参照ビーム３０を検出するための参照ビーム検出器と、をさらに備えてもよい。参照ビーム源及び参照ビーム検出器はそれぞれ、測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２と同様の構成を備えてもよい。
【００３３】
参照ビーム３０は測定ビーム１２と同一源すなわち測定ビーム源２０から放射されてもよい。ビーム源（例えばレーザ光源）から放射されるビームは、仕様の上では均一強度の放射が可能とされていても実際上は時間的にいくらか変動し得る。例えばごく短時間においてビーム強度は揺らぎ得るし、あるいは長期的にもビーム強度は変化し得る。そのため、測定ビーム１２と同一源から放射されイオンビーム１４を経由しない参照ビーム３０と測定ビーム１２を対照することにより、そうしたビーム強度の揺らぎまたは経時的変化による計測への影響を軽減または補償することができる。
【００３４】
図１に示す一実施例においては、ビーム光学系２４は、測定ビーム源２０から放射された測定ビーム１２から参照ビーム３０を分割するためのビームスプリッタ３２を備える。ビームスプリッタ３２は、測定ビーム１２の経路において測定ビーム源２０と測定ビーム１２のイオンビーム照射位置３４との間に設けられており、例えば測定ビーム源２０の出射ビームを直接受けるよう測定ビーム源２０に対向して配置されている。測定ビーム源２０の出射ビームのうち一部が測定ビーム１２としてビームスプリッタ３２で反射（または透過）され、残りが参照ビーム３０としてビームスプリッタ３２で透過（または反射）される。
【００３５】
ビームスプリッタ３２は例えばハーフミラーであり、その場合測定ビーム１２と参照ビーム３０とは等しい強度をもつ。図示の例では、測定ビーム源２０からｙ方向に出射されたビームの半分がそのままｙ方向に参照ビーム３０としてハーフミラーを直進し、残りの半分が測定ビーム１２としてハーフミラーにてｚ方向に折り曲げられる。もしくはイオンビーム１４が照射される前に測定ビーム１２と参照ビーム３０とで信号が等しくなるように測定ビーム検出器２２または演算処理ユニット２６で校正を行う。
【００３６】
ビーム光学系２４は、入射ビームを９０度折り曲げて反射するための第１折り曲げミラー３６を含む。第１折り曲げミラー３６は、ビームスプリッタ３２でｚ方向に折り曲げられた測定ビーム１２を再びｙ方向へと反射するようビームスプリッタ３２に対向して配置されている。第１折り曲げミラー３６で反射された測定ビーム１２は、被処理物１６のイオンビーム照射側を直進しイオンビーム１４を経由して測定ビーム検出器２２に入射する。
【００３７】
ビーム光学系２４は、入射ビームを９０度折り曲げて反射するための第２折り曲げミラー３８及び第３折り曲げミラー４０を更に含む。参照ビーム３０はイオンビーム１４を迂回するために被処理物１６のイオンビーム非照射側を進む。第２折り曲げミラー３８は、ビームスプリッタ３２をｙ方向に直進した参照ビーム３０をｚ方向へと反射するようビームスプリッタ３２に対向して配置されている。第３折り曲げミラー４０は、第２折り曲げミラー３８でｚ方向に折り曲げられた参照ビーム３０を再びｙ方向へと反射するよう第２折り曲げミラー３８に対向して配置されている。第３折り曲げミラー４０で反射された参照ビーム３０は、測定ビーム検出器２２に入射する。
【００３８】
このようにしてビーム光学系２４は被処理物１６を囲む概ね矩形のビーム経路を提供し、その矩形の対角線上に測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２が配置されている。処理室１８には気体分子がその真空度に応じた密度で存在する。測定ビーム１２はこうした気体分子によっても影響を受け、例えば強度が低下する。ビーム光学系２４により、測定ビーム１２と参照ビーム３０とはビーム源から実質的に等しい距離のビーム経路を経て検出器に到達する。そのため、参照ビーム３０を基準として用いることにより、真空中に存在するガスの計測への影響を軽減または補償することができる。
【００３９】
なお、測定ビーム１２及び参照ビーム３０の経路長さを合わせるための図示のビーム光学系２４の構成は例示にすぎないことは明らかであり、種々の構成が可能である。測定ビーム１２へのガスの影響が十分に小さいと評価することができる場合には、測定ビーム１２及び参照ビーム３０の経路長さは異なっていてもよい。また、十分に均一な強度でビームを放射可能であるビーム源を採用することができる場合には、参照ビーム源は測定ビーム源２０とは別個のビーム源であってもよい。
【００４０】
参照ビーム検出器は、参照ビーム３０の入射を受けて参照ビーム３０の例えば強度に関連する参照信号Ｓ２を出力するよう構成されている。図示の例においては参照ビーム検出器は測定ビーム検出器２２に組み込まれている。測定ビーム検出器２２は、少なくとも２つの入出力系統を備えており、そのうち１つにより測定ビーム１２を受け付けて検出信号Ｓ１を出力し、他の１つにより参照ビーム３０を受け付けて参照信号Ｓ２を出力する。他の一実施例においては、測定ビーム源２０はビームの例えば強度検出機能を有しているか、または測定ビーム源２０はビーム検出器を内部または近傍に備えていてもよく、測定ビーム源２０またはビーム検出器はその検出信号を参照信号Ｓ２として出力してもよい。
【００４１】
演算処理ユニット２６は、参照信号Ｓ２を受信可能に参照ビーム検出器に接続されており、検出信号Ｓ１と参照信号Ｓ２とに基づいてイオンビーム量を演算してもよい。演算処理ユニット２６は、検出信号Ｓ１を参照信号Ｓ２と対照することによりイオンビーム量に変動が生じたか否かを判定してもよい。演算処理ユニット２６は例えば、検出信号Ｓ１と参照信号Ｓ２との差、または検出信号Ｓ１と参照信号Ｓ２との比を演算してもよい。こうして得られた信号差Ｓ１−Ｓ２または信号比Ｓ１／Ｓ２はイオンビーム量についての相対的な指標を提供する。演算処理ユニット２６は、予め定められている許容範囲に演算結果が含まれるか否かを判定してもよい。許容範囲外にあると判定された場合には、演算処理ユニット２６は、警告を出力してもよい。
【００４２】
イオンビーム１４が走査される一実施例においては、演算処理ユニット２６は、イオンビーム１４の走査のためのイオンビーム走査制御部（図示せず）からイオンビーム１４の走査位置を表す走査位置情報の入力を受けるよう構成されていてもよい。演算処理ユニット２６は、ある時点におけるイオンビーム走査位置情報とその時点の検出信号Ｓ１とを関連付けることにより、検出信号Ｓ１の得られたイオンビーム走査位置を特定してもよい。このようにすれば、イオンビーム１４に変動が生じた走査位置を求めることができる。
【００４３】
イオンビーム計測装置１０の動作を説明する。測定ビーム源２０から放射された測定ビーム１２はビーム光学系２４によりイオンビーム照射位置３４へと案内される。イオンビーム１４に照射された測定ビーム１２は測定ビーム検出器２２に入射する。測定ビーム検出器２２は測定ビーム１２の入射を受けて検出信号Ｓ１を生成し演算処理ユニット２６に出力する。
【００４４】
測定ビーム１２は主としてイオンビーム１４の作用により強度が低下する。また測定ビーム１２の強度は測定ビーム源２０のビーム放射の安定性及び処理室１８におけるガスの存在などの計測系に付随する要因にも影響を受ける。イオンビーム照射位置３４に十分な強さのイオンビーム１４が存在する場合には、こうした付随的要因に起因するビーム強度低下を上回る強度低下を表す検出信号Ｓ１を得ることができる。付随的要因によるイオンビーム強度低下を超えるしきい値を実験的にまたは経験的に予め定めることができる。よって、そのしきい値と検出信号Ｓ１とを対照することにより、ビーム強度低下の有無を判定することができる。イオンビーム１４の強度が明らかに低下するのは例えば、イオンビーム１４が偶発的に点滅または消滅した場合である。よって、少なくともイオンビーム１４の偶発的な点滅または消滅を捉えることができる。
【００４５】
参照ビーム３０もまた測定ビーム源２０から放射され、測定ビーム１２と実質的に等距離の光路を経て測定ビーム検出器２２に入射する。測定ビーム検出器２２は参照ビーム３０の入射を受けて参照信号Ｓ２を生成し演算処理ユニット２６に出力する。参照ビーム３０は上記の付随的要因の影響を、測定ビーム１２と同様に受けていると評価することができる。そのため、参照信号Ｓ２を用いることにより検出信号Ｓ１から付随的要因の影響を除去することが可能となる。
【００４６】
このようにして、第１実施形態に係るイオンビーム計測装置１０によれば、イオンビーム１４に相互作用を生じる測定用の放射（例えば電磁波、または光）を使用して、イオンビーム１４を被処理物１６に照射しながら非接触に計測することができる。一実施例においては、測定用の放射は、測定ビームである。一実施例においては測定用の放射は、電磁波のビームである。
【００４７】
ところで、パルスイオンビームについては例えばパルスによって生じるイオンビーム周囲での磁場変化からイオンビームを非接触に検知するという別の手法も考えられる。しかし、連続的に放射されるイオンビームについては磁場が定常化し得るから、そうした検知は必ずしも適さない。イオンビーム計測装置１０による計測は、パルスイオンビームに限らず連続的なイオンビーム１４にも適用できるという点で特に好ましい。
【００４８】
図２は、イオンビーム計測装置１０に係る第１変形例を示す図である。図１に示す例においては参照ビーム３０を被処理物１６のイオンビーム非照射側に迂回させたのに対し、図２には、測定ビーム１２及び参照ビーム３０の経路を被処理物１６のイオンビーム照射側にとる構成例を示す。なお図１はｙｚ面を示すのに対し、図２はｘｙ面を示していることに留意されたい。
【００４９】
図２には、被処理物１６へのイオンビーム照射エリア４２が示されている。イオンビーム照射エリア４２は例えばイオンビーム１４（図１参照）の走査範囲を示す。またはイオンビーム照射エリア４２は、長手方向（図２においてはｙ方向）に延びるビーム断面をもつリボン状イオンビーム（または長尺ビームとも呼ばれる）であってもよい。被処理物１６は例えば円形の基板であり、その輪郭を破線で図示する。被処理物１６は円形基板には限られず、その他の形状例えば矩形の基板であってもよいし、必ずしも板状の部材でなくてもよく任意の三次元形状のイオンビーム照射対象であってもよい。
【００５０】
なお、以下ではリボンビームとの対比のために通常のイオンビーム１４をスポットビームと呼ぶこともあるが、これはリボンビームとの比較においてビーム断面がスポット状であることを意味するにすぎず、イオンビーム１４が特定のビーム断面形状を有することを限定するものではない。
【００５１】
この変形例においては、イオンビーム照射エリア４２及びイオンビーム進行方向であるｚ方向により定まるイオンビーム面において測定ビーム１２がイオンビームに照射される。イオンビーム面は、スポットビームのビーム径に応じた厚さをもつビーム照射領域である。その一方、参照ビーム３０は被処理物１６のイオンビーム照射側においてそのイオンビーム面の面外を迂回する。図示されるように、測定ビーム源２０から発せられた測定ビーム１２は、ビーム光学系２４のビームスプリッタ及びイオンビーム照射エリア４２を経由して測定ビーム検出器２２へと直線的に入射する。また、測定ビーム源２０から発せられビーム光学系２４のビームスプリッタにて分岐された参照ビーム３０は、ビーム光学系２４のミラーで反射されて測定ビーム検出器２２へと入射する。このようにしても、参照ビーム３０を測定ビーム１２と同一源から供給するとともに、測定ビーム１２と参照ビーム３０とを実質的に等しい距離を経て検出器に到達させることができる。
【００５２】
また、図示されるように、イオンビーム照射エリア４２の長手方向の寸法を被処理物１６の当該方向の幅に収めることも可能である。例えば典型的なイオン注入装置においては被処理物１６の片側または両側に接触式検出器（例えばファラデーカップ）が設けられており、この接触式検出器にイオンビームを照射することが事実上必須とされている。そのため、イオンビームの照射エリアは被処理物１６の幅よりも長くする必要がある。ところが、本発明の一実施例によればそうした制約を受けずにイオンビーム照射エリア４２を被処理物１６の照射されるべき領域に合わせて小さくすることができる。こうして、本発明の一実施例によればスループットの向上及びイオン材料の消費量低減が実現される。
【００５３】
図３は、イオンビーム計測装置１０に係る第２変形例を示す図である。既述の実施例においては測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とがイオンビーム１４の入射経路を挟んで互いに向き合って配置されているが、本発明の実施例はこれに限られない。測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とはイオンビーム１４に関して同じ側に例えば隣接して配置されていてもよい。また、測定ビーム１２のイオンビーム１４への照射位置は１箇所には限られず、複数箇所であってもよい。
【００５４】
図３に示されるように、ビーム光学系２４は入射ビームを入射方向と逆向きに反射するための折り返しミラーを備える。測定ビーム源２０から出た測定ビーム１２はイオンビーム１４を通過してビーム光学系２４の折り返しミラーに入射する。折り返しミラーでの反射により測定ビーム１２は逆方向へと向けられて、再度イオンビーム１４を通過する。こうして測定ビーム１２は測定ビーム検出器２２に入射する。同様にして測定ビーム１２の経路を蛇行させることにより、測定ビーム１２のイオンビーム１４との交差回数をさらに増やすことができる。測定ビーム１２のイオンビーム１４との交差回数を増やすことにより、測定ビーム１２がイオンビーム１４から受ける作用を強くすることができる。
【００５５】
なお上述のように参照ビームを適用することは本発明においては必須ではないが、この第２変形例に参照ビームを加える場合には、例えば上述の第１変形例と同様にイオンビーム面（例えばｙｚ面）の面外に参照ビームの経路を定めてもよい。参照ビームの経路は例えば、イオンビーム面からｘ方向に距離Δｘ離れた平行面内を測定ビーム１２と同様に蛇行する経路とすることができる。測定ビーム１２から参照ビームを隔てるために、距離Δｘは例えばイオンビーム径に相当する距離であることが好ましい。
【００５６】
図４は、イオンビーム計測装置１０に係る第３変形例を示す図である。測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２の少なくとも一方は、照射室または処理室１８の外部に設けられていてもよい。外部に設けられている測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２の少なくとも一方は、測定ビーム１２を伝達するための導光部材４４により照射室または処理室１８に接続されていてもよい。同様に、参照ビーム源及び参照ビーム検出器の少なくとも一方は、参照ビーム３０を伝達するための導光部材４４を介して照射室または処理室１８の外部に設けられていてもよい。導光部材４４は例えば、照射室または処理室１８の壁面またはその近傍に設けられている受光部（例えば窓部）と、受光部で受光したビームを検出器に導くための光ファイバと、を備えてもよい。
【００５７】
図４に示される実施例においては、測定ビーム検出器２２及び参照ビーム検出器４６が処理室１８の外部に設けられている。測定ビーム検出器２２と参照ビーム検出器４６とは別個の検出器とされていてもよい。こうしてビーム検出器を処理室１８の外部に配置し、イオンビーム１４から離すことにより、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２に生じ得るノイズの低減が期待される。なお参照ビーム３０は例えば図２に示す第１変形例と同様にイオンビーム面の面外に迂回しており、これを模式的に破線で示す。
【００５８】
また、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４の入射を受けてイオンビームを計測する接触式の計測器、例えばイオンビーム１４のビーム電流を表すビーム電流信号Ｓ３を出力するファラデーカップ４８を備えてもよい。ファラデーカップ４８は例えば、被処理物１６の片側または両側に配置される。ファラデーカップ４８の出力するビーム電流信号Ｓ３は例えば、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２と同様に演算処理ユニット２６に入力されてもよい。そのために、イオンビーム１４はファラデーカップ４８の検出面へと走査されてもよい。接触式の計測器（例えばファラデーカップ４８）は、本明細書に記載する他の実施例にも適用してもよい。
【００５９】
演算処理ユニット２６はビーム電流信号Ｓ３を用いて、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２に基づく計測結果を校正してもよい。校正処理は例えば、あるビーム電流範囲にわたってビーム電流信号Ｓ３と検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２とを予め関連付けることを含んでもよい。演算処理ユニット２６はその関係を使用して、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２からイオンビーム１４のビーム電流を求めてもよい。なおこの場合、ビーム電流信号Ｓ３を用いて校正処理をすることができるから、参照ビーム３０及び参照信号Ｓ２は省略されてもよい。
【００６０】
図５及び図６は、イオンビーム計測装置１０に係る第４変形例を示す図である。イオンビーム１４がプラズマ状態にあるときイオンビーム１４はその電子密度に応じた固有のプラズマ周波数をもつ。このときイオンビーム１４は、電離層による電波反射と同様の現象により、照射される電磁波を吸収、屈折、反射、または透過する。例えば照射される電磁波の周波数がイオンビーム１４のプラズマ周波数より小さい場合にはその電磁波の少なくとも一部がイオンビーム１４により反射され、逆に電磁波の周波数がイオンビーム１４のプラズマ周波数より大きい場合にはその電磁波の少なくとも一部がイオンビーム１４を透過することができる。
【００６１】
よって、測定ビーム源２０は、イオンビーム１４のプラズマ周波数に応じて反射または透過する指向性をもつ電磁波を発する電磁波源、例えばミリ波源またはマイクロ波源であってもよい。測定ビーム検出器２２は、測定ビーム源２０の放射する電磁波を受信するための受信機であってもよい。こうした受信機は、図５及び図６に示されるように、測定ビーム１２がイオンビーム１４に反射して到達する位置及び透過して到達する位置の少なくとも一方に配置される。なお、測定ビーム源２０としての発信源と測定ビーム検出器２２としての受信機との間に適切な光学系または中継器が設けられていてもよい。既述の実施例と同様に参照ビーム系が付加されてもよい。
【００６２】
図５は測定ビーム１２がイオンビーム１４を透過する状態を示し、図６は測定ビーム１２がイオンビーム１４に反射される状態を示す。この場合、イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用は主として、イオンビーム１４による測定ビーム１２の反射、または透過である。測定ビーム１２の周波数は、イオンビーム１４の所望の電流密度に相当するプラズマ周波数に設定される。このビーム電流密度は例えば、被処理物１６への照射のために有効と許容される範囲から選択され、例えばそうした許容範囲の下限値とされる。測定ビーム１２の周波数は例えば１０ＭＨｚ乃至１０ＧＨｚの範囲から選択される。測定ビーム１２のイオンビーム１４への入射角度は、イオンビーム１４により測定ビーム１２の全反射が生じるよう定めることが好ましい。
【００６３】
図５に示すように、測定ビーム源２０から放射された測定ビーム１２は、イオンビーム１４に例えば斜めに入射する。イオンビーム１４の電流密度に相当するプラズマ周波数が測定ビーム１２の周波数よりも小さい場合には、図示されるように、測定ビーム１２は測定ビーム検出器２２に到達する。測定ビーム検出器２２は測定ビーム１２の受信強度に応じた検出信号Ｓ１を出力する。
【００６４】
また、図６に示すように、イオンビーム１４の電流密度に相当するプラズマ周波数が測定ビーム１２の周波数よりも大きい場合には、測定ビーム１２はイオンビーム１４により反射される。測定ビーム１２の少なくとも一部またはすべてが測定ビーム検出器２２には到達しない。よって、測定ビーム検出器２２の出力する検出信号Ｓ１は図５の状態に比べて大きく低下する。こうして、有効な強度をもつイオンビーム１４が照射されているか否かを検出信号Ｓ１に基づいて検知することができる。なお、図６に破線で示されるように、測定ビーム検出器２２は反射されたイオンビーム１４を受ける位置に配置されていてもよい。
【００６５】
イオンビーム計測装置１０は、プラズマシャワー５０を備えてもよい。プラズマシャワー５０は、イオンビーム１４のビームラインにおいて測定ビーム１２のイオンビーム照射位置３４よりも上流に設けられていてもよい。プラズマシャワー５０は、イオンビーム１４のイオンによる電場を中和するために低エネルギー電子をイオンビーム１４に供給する公知の構成要素である。プラズマシャワー５０を設けることによりイオンビーム１４がプラズマ状態にあることを保証することが可能となる。
【００６６】
図７及び図８は、イオンビーム計測装置１０に係る第５変形例を示す図である。イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４のビームラインに沿って複数の測定ビーム検出器を備えてもよい。言い換えれば、測定ビーム源２０はイオンビーム１４の進行方向に沿って複数の位置に測定ビームを照射してもよい。そのためにイオンビーム計測装置１０は、複数の測定ビーム源２０を備えてもよい。イオンビーム計測装置１０は、複数の測定ビーム検出器の検出結果からイオンビーム１４の輸送効率を計測してもよい。測定ビーム検出器は既述の実施例に関連して述べた測定ビーム検出器２２であってもよい（例えば図１参照）。
【００６７】
図７に示す一実施例においては、単一の測定ビーム源２０から放射された共通のビームがビーム光学系２４により、参照ビーム３０、第１測定ビーム５２、及び第２測定ビーム５４に分割される。参照ビーム３０はイオンビーム１４を迂回し、第１測定ビーム５２及び第２測定ビーム５４はイオンビーム１４に照射される。第１測定ビーム５２は第２測定ビーム５４よりも下流側でイオンビーム１４に照射される。
【００６８】
イオンビーム１４に照射された第１測定ビーム５２、第２測定ビーム５４はそれぞれ、第１ビーム検出器５６、第２ビーム検出器５８により検出される。参照ビーム３０は参照ビーム検出器４６により検出される。第１ビーム検出器５６、第２ビーム検出器５８はそれぞれ第１検出信号Ｓ１−１、第２検出信号Ｓ１−２を出力する。参照ビーム検出器４６は参照信号Ｓ２を出力する。第１検出信号Ｓ１−１、第２検出信号Ｓ１−２、及び参照信号Ｓ２は演算処理ユニット２６に入力される。演算処理ユニット２６は入力信号に基づいて計測結果を演算し、必要に応じて出力する。
【００６９】
図８に示す一実施例においては、測定ビーム及び参照ビームの組がイオンビーム１４のビームライン６０に沿って複数設けられている。イオンビーム計測装置１０は、第１測定ビーム５２及び第１参照ビーム６２を与えるための第１ビーム源６６と、第１測定ビーム５２及び第１参照ビーム６２を受け取るための第１ビーム検出器５６と、を備える。また、イオンビーム計測装置１０は、第２測定ビーム５４及び第２参照ビーム６４を与えるための第２ビーム源６８と、第２測定ビーム５４及び第２参照ビーム６４を受け取るための第２ビーム検出器５８と、を備える。
【００７０】
第１ビーム検出器５６は第１検出信号Ｓ１−１及び第１参照信号Ｓ２−１を出力し、第２ビーム検出器５８は第２検出信号Ｓ１−２及び第２参照信号Ｓ２−２を出力する。これらの出力信号は演算処理ユニット２６に入力され、演算処理ユニット２６は入力信号に基づいて計測結果を演算し、必要に応じて出力する。
【００７１】
図９は、本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置１００の全体構成を概略的に示す図である。図９にはイオン注入装置１００の有する代表的な構成要素を示す。また、図１０は、第２実施形態に係るイオン注入装置１００の処理室１１２を示す図である。図１０には、ビームラインアセンブリ１１０からビーム入射方向に処理室１１２を見たときの概略構成を示す。
【００７２】
イオン注入装置１００は、元素をイオン化してイオンビーム１０２を生成し基板（例えば半導体基板）１０４へと照射することにより、基板１０４にその元素を注入するイオン注入処理を行うための装置である。図１と同様に説明の便宜上、イオンビーム１０２の基板１０４への入射方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。ｚ方向は、ビームラインにおけるイオンビーム１０２の大局的な進行方向を指すものとする。また、後述するようにイオンビーム１０２を基板１０４に対し走査する場合には走査方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定義する。一実施例においてはｙｚ面は水平面であり、ｘ方向は鉛直方向である。
【００７３】
イオン注入装置１００は、第１実施形態に係るイオンビーム計測装置１０と共通の測定原理を使用してビームモニタ出力を与えるための非接触式のビームモニタ１０６を備える。よって、ビームモニタ１０６は、第１実施形態及びその変形例に係る各種のイオンビーム計測装置１０のうちいずれかであってもよい。
【００７４】
イオン注入装置１００は、イオン源１０８、ビームラインアセンブリ１１０、及び処理室１１２を備える。イオン源１０８は、注入する元素をイオン化するよう構成されている。ビームラインアセンブリ１１０は、イオン源１０８にてイオン化されたイオンのうち基板１０４に注入すべきイオンを質量によって選別するための質量分析器１１４と、イオンビーム１０２を輸送し、加速し、整形し、または走査するためのビーム輸送系１１６と、を備える。質量分析器１１４の下流側には所定の質量のイオンからなるイオンビーム１０２をビーム輸送系１１６へと通過させるための質量分析スリット１１８が設けられている。
【００７５】
また、ビーム輸送系１１６は、イオンビーム１０２を少なくとも一方向（例えばｙ方向）に走査するためのビームスキャナ１２０を備える。ビームスキャナ１２０によるイオンビーム１０２のｙ方向の走査可能範囲を矢印１３８で図示する。
【００７６】
処理室１１２は、イオンビーム１０２をモニタするためのビームモニタ１０６を備える。ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２に測定ビーム１３０を作用させ、測定ビーム１３０を検出することによりイオンビーム１０２をモニタする。ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２に関連するモニタ出力を制御システム１２８に提供する。ビームモニタ出力は検出信号Ｓ１を含む。ビームモニタ１０６は、参照ビーム１３２に基づく参照信号Ｓ２を制御システム１２８に提供してもよい。ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２に測定ビーム１３０を照射するための測定ビーム源１３４と、イオンビーム１０２に照射された測定ビーム１３０を検出するための測定ビーム検出器１３６と、を含む。
【００７７】
ビームモニタ１０６は、ビームラインアセンブリ１１０に設けられていてもよい。イオン注入装置１００はビームラインに沿って複数のビームモニタ１０６を備えてもよい。
【００７８】
処理室１１２は、接触式のイオンビーム検出器（例えばファラデーカップ）１２２を備えてもよい。イオンビーム検出器１２２はビーム電流信号Ｓ３を制御システム１２８に出力してもよい。こうした接触式の検出器を設けることは必須ではない。イオンビーム検出器１２２は、イオンビーム走査方向に基板１０４に隣接する位置に配置することが好ましい。イオンビーム検出器１２２は、基板１０４の片側（図示の場合）または両側に配置してもよい。イオンビーム検出器１２２は、計測の必要に応じてビームラインに出し入れされる進退可能な検出器であってもよい。
【００７９】
また、イオン注入装置１００のイオンビーム計測系は、ビームモニタ１０６及びイオンビーム検出器１２２に加えて、任意の計測器をさらに備えてもよい。なお、イオン注入装置１００は、制御システム１２８からの制御指令に応じて、またはビームモニタ１０６を含むイオンビーム計測系の計測結果に基づいて、イオンビーム１０２をビームラインの中途で遮断するためのビームシャッタ（図示せず）を備えてもよい。
【００８０】
また、処理室１１２は、基板１０４を支持するための基板支持部１２４を備える。基板１０４は基板支持部１２４に支持されて処理室１１２に収容されている。基板支持部１２４は、基板１０４をイオンビーム１０２に対し移動させるためのいわゆるメカニカルスキャン系として構成され、基板１０４を保持するためのテーブルまたはプラテンと、そのテーブルまたはプラテンを移動するための駆動機構と、を含む。メカニカルスキャン系は例えば、イオンビーム進行方向（ｚ方向）及び走査方向（ｙ方向）に垂直な方向（ｘ方向）の走査範囲に基板１０４を往復移動させるよう構成されている。こうした一方向のビームスキャンとその垂直方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせるスキャン方式はハイブリッドスキャンと呼ばれることもある。
【００８１】
図１０に示されるように、基板１０４には断面がスポット状のイオンビーム１０２が照射される。上述のようにイオンビーム１０２はｙ方向に走査され、基板１０４はｘ方向に機械的に走査される。イオンビーム１０２の走査範囲１３８において基板１０４の両側にイオンビーム検出器１２２が設けられている。イオンビーム検出器１２２は、基板１０４の周縁部外方に走査されたイオンビーム１０２に計測が制限される。これに対して、ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２が基板１０４の中心部にあるときにもイオンビーム１０２を計測することができるという点で有利である。
【００８２】
図９及び図１０に示されるように、ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２の走査方向とイオンビーム１０２の進行方向とにより定まる走査面に沿って測定ビーム１３０をイオンビーム１０２に照射する。測定ビーム１３０の照射方向が正確に走査面に沿うことは必ずしも要求されない。測定ビーム１３０の経路はイオンビーム１０２の走査範囲１３８を横断するように定められていればよい。図示されるように、測定ビーム源１３４から発せられた測定ビーム１３０は、測定ビーム検出器１３６へと直線的に入射する。このようにして、イオンビーム１０２の走査位置にかかわらず連続的にイオンビーム１０２をモニタすることができる。
【００８３】
一方、参照ビーム１３２は、ビーム光学系１３５によりイオンビーム１０２の走査面外へと測定ビーム１３０から分岐されて走査面と平行な面を進み、イオンビーム１０２を経由せずに測定ビーム検出器１３６へと入射する。イオンビーム１０２の走査範囲１３８の手前で参照ビーム１３２を測定ビーム１３０から分岐させるために、ビーム光学系１３５はイオンビーム走査方向において、測定ビーム源１３４とイオンビーム走査範囲１３８の末端であるイオンビーム検出器１２２との間に設けられている。
【００８４】
なおイオン注入装置１００はハイブリッドスキャン方式には限られない。イオン注入装置１００は例えば、一軸方向にビーム断面が延びるいわゆるリボンビームとその直交方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせる走査方式を採用してもよい。あるいは、イオン注入装置１００は、スポットビームに対しビーム進行方向に垂直面内で２次元にメカニカルスキャンを行う方式を採用してもよい。いずれの走査方式であってもビームモニタ１０６は適用可能である。
【００８５】
図１１は、第２実施形態に係るビームモニタ１０６の一変形例を示す図である。ビームモニタ１０６は、複数の測定ビーム源１３４と複数の測定ビーム検出器１３６とを備えてもよい。複数の測定ビーム源１３４はイオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って配列されている。イオンビーム照射エリア１３９は例えばリボン状のイオンビームのビーム断面に相当する領域である。複数の測定ビーム検出器１３６は、イオンビーム照射エリア１３９を挟んで複数の測定ビーム源１３４に対向してイオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って配列されている。複数の測定ビーム検出器１３６の各々は、対応する測定ビーム源１３４からの測定ビーム１３０を受ける位置に配列されている。これにより、イオンビーム照射エリア１３９に交差する複数の測定ビーム１３０がイオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って配列されている。
【００８６】
ビームモニタ１０６は、イオンビーム照射エリア１３９の複数の位置に測定ビーム１３０を照射する。それら複数の照射位置は、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に並んでいる。各照射位置へは、複数の測定ビーム源１３４のそれぞれから測定ビーム１３０が照射される。ビームモニタ１０６は、それら複数位置に照射された測定ビーム１３０を複数の測定ビーム検出器１３６により検出する。複数の測定ビーム検出器１３６はそれぞれ検出信号Ｓ１を制御システム１２８に出力する。このようにして、イオンビーム照射エリア１３９におけるイオンビームの長手方向分布を得ることができる。
【００８７】
複数の測定ビーム１３０は、図示の例ではスポット状の測定ビームであるがこれに限られず、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向の長さに相当する幅を持つリボン状または長尺の測定ビームであってもよい。それに対応して、互いに分離された複数の測定ビーム検出器１３６に代えて、リボン状または長尺の測定ビームを包含する検出領域をもつ一次元検出器アレイを設けてもよい。
【００８８】
また、計測対象はリボン状のイオンビームには限られず、イオンビーム照射エリア１３９を走査するスポットビームの計測のために図１１に示すビームモニタ１０６の構成を採用してもよい。複数の測定ビーム源１３４及び複数の測定ビーム検出器１３６は、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って可動式である測定ビーム源１３４及び測定ビーム検出器１３６であってもよい。この場合、可動式の測定ビーム源１３４及び測定ビーム検出器１３６は、測定ビーム１３０とスポットビームとの交差を継続するようにスポットビームの走査に同期して移動されてもよい。
【００８９】
図１１に示すビームモニタ１０６は、図９及び図１０に示すビームモニタ１０６に代えて、図９に示すイオン注入装置１００に設けられてもよい。あるいは、図１０及び図１１に示す構成を組み合わせて得られるビームモニタ１０６がイオン注入装置１００に設けられてもよい。すなわち、ビームモニタ１０６は、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って設けられている複数の測定ビーム源１３４と複数の測定ビーム検出器１３６とを備え、さらに、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿うビーム経路をもつ測定ビーム系を備えてもよい。
【００９０】
図９及び図１０に示すイオン注入装置１００はいわゆる枚葉式に構成されている。すなわち、イオン注入装置１００は、基板支持部１２４に一度に一枚の基板１０４が保持され、一枚ずつイオン注入処理が行われる形式である。なお必ずしも一枚ずつの処理に限られるわけではなく、基板支持部１２４は２枚以上を同時に保持して少なくとも一方向にメカニカルスキャンを提供するよう構成されていてもよい。また、イオン注入装置１００は、多数の基板を回転可能なテーブルに載置して回転させながらイオン注入を多数の基板に同時に行ういわゆるバッチ式に構成されていてもよい。
【００９１】
図９に示されるように、イオン注入装置１００は、イオン源１０８、ビームラインアセンブリ１１０、及び処理室１１２をイオン注入処理のための所望の真空環境に保つための真空排気系１２６を備える。真空排気系１２６は例えば、クライオポンプ等の高真空ポンプと、高真空ポンプの作動圧力まで粗引きをするための粗引きポンプとを備える。
【００９２】
また、イオン注入装置１００は、例えばイオン源１０８、質量分析器１１４、ビーム輸送系１１６、基板支持部１２４、及び真空排気系１２６を制御してイオン注入処理を実行するための制御システム１２８を備える。制御システム１２８は、検出信号Ｓ１、参照信号Ｓ２、及びビーム電流信号Ｓ３を含むビーム計測系からの入力信号、メモリに保存されている各種データ、及び操作者からの入力指令等に従って、イオン注入装置１００を統括的に制御する。制御システム１２８は、ビームモニタ１０６のための専用の制御装置であってもよい。
【００９３】
制御システム１２８は例えば、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ等を含む任意のハードウエアと、各種演算または制御を実行するためのプログラム等のソフトウエアと、を含んで構成される。制御システム１２８は、操作者からの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段や、他の装置との通信をするための通信手段、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含んでもよい。
【００９４】
制御システム１２８は、ビームスキャンを制御するためのビームスキャン制御部１４０と、メカニカルスキャンを制御するためのメカニカルスキャン制御部１４２と、イオンビームモニタ演算部１４４と、を含んでもよい。ビームスキャン制御部１４０、メカニカルスキャン制御部１４２、及びイオンビームモニタ演算部１４４の少なくとも１つの要素（例えばイオンビームモニタ演算部１４４）が他の要素とは別個の制御部を構成していてもよい。ビームスキャン制御部１４０、メカニカルスキャン制御部１４２、及びイオンビームモニタ演算部１４４は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩ等のハードウエア、またはメモリにロードされたプログラム等のソフトウエアによって実現される機能ブロックを示す。これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００９５】
イオンビームモニタ演算部１４４は、検出信号Ｓ１、参照信号Ｓ２、及びビーム電流信号Ｓ３を含むビーム計測系からの入力信号に基づいて、ビームモニタ出力を演算する。ビームモニタ出力は例えば、イオンビーム１０２のビーム電流、または基板１０４に注入されるドーズ量である。制御システム１２８は、イオンビームモニタ演算部１４４によるビームモニタ出力を保存する。あるいは、制御システム１２８は必要に応じて、ビームモニタ出力を使用してもよいし、外部に出力してもよい。
【００９６】
制御システム１２８は、ビームモニタ出力に基づいて、基板１０４へのイオン注入処理中にイオンビーム１０２に変動が生じたか否かを判定してもよい。当該判定結果に基づいて、制御システム１２８は、当該基板１０４へのイオン注入処理について警告を出力してもよい。あるいは、制御システム１２８は、ビームモニタ出力に基づいて、イオンビーム１０２のビーム電流または基板１０４に注入されるドーズ量に変動が生じたビーム照射位置を特定してもよい。
【００９７】
イオン注入処理は、処理室１１２へと入射するイオンビーム１０２の進行方向に垂直な面内の方向のイオンビーム１０２と基板１０４との相対移動を含む。この相対移動は上述のように、イオンビーム１０２及び基板１０４の少なくとも一方の走査を含む。よって、制御システム１２８は例えば、ビームスキャン制御部１４０とメカニカルスキャン制御部１４２とを協調して動作させることにより、所与の走査シーケンスに従ってイオンビーム１０２のビームスキャンと基板１０４のメカニカルスキャンとを制御する。こうしてイオンビーム断面よりも一般には広いイオンビーム照射領域にわたってイオンビーム１０２を照射することができる。
【００９８】
ここで、走査シーケンスとは基板１０４上の表面全域またはその一部であるイオンビーム照射領域をイオンビーム１０２により走査するための手順をいう。走査シーケンスは、制御システム１２８に操作者により直接入力されて与えられてもよいし、所与のイオン注入処理を実現するよう制御システム１２８により設定されてもよい。
【００９９】
図１２は、第２実施形態に係る走査シーケンス１５０の一実施例を説明するための図である。この走査シーケンス１５０は、以下に詳述するように、本来的には基板１０４の外側にイオンビーム１０２を照射する必要のない枚葉式のイオン注入装置１００に好適な走査法を表す。例えばハイブリッドスキャン方式の場合、走査シーケンス１５０のうち一方向（例えばｘ方向）の走査はイオンビーム１０２に対する基板１０４の移動により行われ、他の一方向（例えばｙ方向）の走査はイオンビーム１０２のビームスキャンにより行われる。
【０１００】
走査シーケンス１５０は、走査開始位置１５２から開始され、走査終了位置１５４で終了する。走査開始位置１５２から走査終了位置１５４まで走査シーケンス１５０が制御システム１２８により実行されることにより、基板１０４上のイオン注入領域（例えば基板１０４の全域、または、基板１０４の周縁部を除く領域）の全体またはその一部へのイオンビーム照射が完了する。一実施例においては、制御システム１２８は、基板１０４上のイオン注入領域の輪郭または境界の内側をイオンビーム照射領域が占めるように設定された例えば蛇行状の走査シーケンス１５０を実行してもよい。走査シーケンス１５０の実行中、イオンビーム１０２はビームモニタ１０６により継続してまたは間欠的にモニタされることが好ましい。
【０１０１】
走査シーケンス１５０は典型的には、第１方向への少なくとも１回の走査移動とその垂直方向である第２方向への少なくとも１回の走査移動とを含む。通常は図示されるように、走査シーケンス１５０は、第１方向への複数回の走査移動と第２方向への複数回の走査移動とを含み、第１方向への走査移動と第２方向への走査移動とを交互に含む。その結果として、走査開始位置１５２から走査終了位置１５４へと蛇行状の走査経路となる。ハイブリッドスキャンの場合、第１方向のビームスキャンと第２方向のメカニカルスキャンとが交互に繰り返されることになる。
【０１０２】
一実施例においては、制御システム１２８は、イオンビーム１０２のビームスキャンによる走査範囲を基板１０４のメカニカルスキャン中に変更してもよい。すなわち、あるビームスキャンによる走査範囲と、それに続くメカニカルスキャンを経た次回のビームスキャンによる走査範囲と、を異ならせてもよい。各回のビームスキャンの走査範囲は例えば、基板１０４上のイオン注入領域の走査方向の幅に基づいて設定されてもよい。このようにして決められた走査シーケンス１５０の一例が図１２に示されている。また、制御の簡単のために、ビームスキャンの走査範囲は、基板１０４上のイオン注入領域の走査方向の最大幅（例えば円形基板の場合、直径）に基づいて固定値に設定されてもよい。
【０１０３】
図１２には比較のために、典型的なイオン注入処理におけるイオンビームの照射領域１６０を示す。照射領域１６０は矩形領域となる。図示されるように、基板１０４に比べて（すなわち走査シーケンス１５０の占める領域に比べて）、かなり広い範囲にわたってイオンビームが照射されることがわかる。基板１０４の外側は、イオン注入という本来の目的からすればイオンビームを照射する必要のない区域である。典型的な構成においてこうした区域にも照射されるのは、毎回のビームスキャンでファラデーカップによりビーム電流を計測するために、ビームスキャン長さがファラデーカップの配置に制約され固定されているからである。
【０１０４】
よって、第２実施形態に係る走査シーケンス１５０によれば、必ずしもイオン注入を要しない領域を最小化することができる。好ましくは、イオンビームの照射領域をイオン注入領域に一致させることができる。走査シーケンス１５０の総走査距離を短くすることができるので、イオン注入処理のスループットを改善することができる。イオン注入不要領域への照射が最小化され、イオン材料の消費も抑制される。
【０１０５】
走査シーケンス１５０は、イオンビーム検出器１２２をイオンビーム１０２が経由する第１走査と、イオンビーム検出器１２２を経由せずにイオンビーム１０２が基板１０４を走査する第２走査と、を含んでもよい。図１２においては第１走査の例を破線で示し、第２走査の例を実線で示す。第１走査はビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方、またはそれら両方を含んでもよい。第２走査もまた上述のように、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方、またはそれら両方を含んでもよい。
【０１０６】
そのために、走査シーケンス１５０は例えば、イオンビーム検出器１２２を走査範囲に含む相対的に長距離のビームスキャン１５６と、イオンビーム検出器１２２を走査範囲に含まない相対的に短距離のビームスキャン１５８と、を含んでもよい。長いビームスキャン１５６は、基板１０４上のイオン注入領域とイオンビーム検出器１２２とを走査範囲に含むよう走査距離が定められ、短いビームスキャン１５８は、基板１０４上のイオン注入領域のみを走査範囲に含むよう走査距離が定められてもよい。走査シーケンス１５０は、長いビームスキャン１５６を少なくとも１回含むようにしてもよい。このようにすれば、ビームモニタ１０６とイオンビーム検出器１２２とを併用してイオンビーム１０２を監視しながらイオン注入処理を行うことができる。
【０１０７】
なお、他の一実施例においては、走査シーケンス１５０と同様にして、制御システム１２８は、リボン状のイオンビームのビーム幅を、基板に照射される位置に応じて変化させてもよい。
【０１０８】
更なる一実施例においては、制御システム１２８は、イオンビーム１０２と基板１０４との相対位置情報とビームモニタ１０６の出力とに基づいてイオンビーム１０２の強度に変動が生じた位置を特定してもよい。制御システム１２８は、ある時点におけるビームスキャン位置情報とその時点のビームモニタ出力とを関連付けることにより、そのビームモニタ出力が得られたビームスキャン位置を特定してもよい。制御システム１２８は、ある時点におけるメカニカルスキャン位置情報とその時点のビームモニタ出力とを関連付けることにより、そのビームモニタ出力が得られたメカニカルスキャン位置を特定してもよい。こうして得られたビームスキャン位置情報とメカニカルスキャン位置情報とを総合することにより、制御システム１２８は、ビームモニタ出力に対応する基板１０４上のイオンビーム照射位置を特定してもよい。このようにすれば、イオンビーム１０２に変動が生じたイオンビーム照射位置を求めることができる。
【０１０９】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１１０】
イオンビーム計測装置１０に関連する光学素子は、例えばイオンビームに含まれるイオンや、イオンビームが照射された物質からのアウトガス等の汚染粒子によって汚染され得る。汚染により光学素子の例えば透過率または反射率等の光学特性が劣化して、計測に影響を与えることもあり得る。
【０１１１】
そこで、イオンビーム計測装置１０は、光学素子を汚染から保護するための保護手段を備えてもよい。保護手段は、汚染粒子に電気的な斥力を作用させ、保護されるべき光学素子への汚染粒子の接近を妨げるよう構成されていてもよい。また、保護手段は、汚染粒子に電気的な引力を作用させることにより汚染粒子を吸着するよう構成されていてもよい。保護手段は、保護されるべき光学素子の近傍に配設された物理的な障壁を含んでもよい。
【０１１２】
図１３は、一実施形態に係るイオンビーム計測装置１０に関連する光学素子のための保護装置７０の一例を示す図である。ここでは、保護されるべき光学素子の例として第１折り曲げミラー３６を挙げる。保護装置７０は、第１折り曲げミラー３６に電位を与えるためのバイアス電源７２を備える。第１折り曲げミラー３６に与えられる電位は、第１折り曲げミラー３６の周囲の汚染粒子に電気的な斥力を作用させるよう設定される。例えば、第１折り曲げミラー３６への陽イオンの接近を妨げるために、バイアス電源７２は第１折り曲げミラー３６に正の電位を与える。こうして、第１折り曲げミラー３６に与えられた電位と共通の電荷をもつ汚染粒子の接近が妨げられ、第１折り曲げミラー３６への汚染粒子の付着が抑制される。ミラー表面の反射率の低下を抑えることができる。
【０１１３】
保護装置７０は、第１折り曲げミラー３６を囲む筒状部材７４を備える。筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６を経由する測定ビーム１２の経路に沿って設けられている。第１折り曲げミラー３６は測定ビーム１２を垂直に曲げる光学素子であるため、筒状部材７４も同様に垂直な折り曲げ部分を有する管路として形成されている。その折り曲げ部分に第１折り曲げミラー３６が収容されている。このようにして、筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６の近傍領域を画定する。筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６の近傍に配設された汚染粒子に対する物理的な障壁であるとみなすこともできる。
【０１１４】
筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６への測定ビーム１２の入射のための入口部分７６と、第１折り曲げミラー３６からの測定ビーム１２の出射のための出口部分７８と、を備える。入口部分７６及び出口部分７８は、測定ビーム１２に対する透過性を有するよう構成される。例えば、入口部分７６及び出口部分７８は、物理的に開放されていてもよいし、測定ビーム１２に対し透過性を有する透明部材によって閉じられていてもよい。以下では説明の便宜上、入口部分７６及び出口部分７８を透過部分７６と総称することがある。筒状部材７４は、少なくとも１つの透過部分７６を備える。
【０１１５】
保護装置７０は、筒状部材７４の内部への汚染粒子の進入を妨げるための保護部材８０と、保護部材８０に電位を与えるためのバイアス電源８２と、を備える。保護部材８０は、透過部分７６（例えば、入口部分７６、出口部分７８、又は入口部分７６及び出口部分７８の両方）に設けられている。保護部材８０は、透過部分７６において測定ビーム１２に交わる断面の少なくとも一部を占有する。保護部材８０を支持するための支持部材として筒状部材７４が設けられている。
【０１１６】
保護部材８０は例えば、透過部分７６に設けられた金網である。代案として、保護部材８０は、透明導電膜を備える透明部材であってもよい。保護部材８０の金網または透明導電膜にバイアス電源８２は電位を与えるよう接続されている。
【０１１７】
バイアス電源８２により保護部材８０に与えられる電位は、汚染粒子に電気的な引力を作用させるよう設定される。例えば、保護部材８０へと陽イオンを引きつけるために、バイアス電源８２は保護部材８０に負の電位を与える。こうして、保護部材８０に与えられた電位とは反対の電荷をもつ汚染粒子が保護部材８０に吸着され、筒状部材７４への汚染粒子の進入及び第１折り曲げミラー３６への汚染粒子の付着が抑制される。
【０１１８】
代案として、バイアス電源８２により保護部材８０に与えられる電位は、保護部材８０に向けて接近する汚染粒子に電気的な斥力を作用させるよう設定されてもよい。例えば、保護部材８０への陽イオンの接近を妨げるために、バイアス電源８２は保護部材８０に正の電位を与える。こうして、保護部材８０に与えられた電位と共通の電荷をもつ汚染粒子の保護部材８０への接近が妨げられ、筒状部材７４への汚染粒子の進入及び第１折り曲げミラー３６への汚染粒子の付着が抑制される。
【０１１９】
図１４は、一実施形態に係るイオンビーム計測装置１０に関連する光学素子のための保護装置７０の他の一例を示す図である。保護されるべき光学素子の例として、図１３に示す例と同様に、第１折り曲げミラー３６を挙げる。保護装置７０は、筒状部材７４の中に少なくとも１つの保護部材８０を備える。
【０１２０】
保護部材８０は、第１折り曲げミラー３６の近傍に設けられた金属板である。保護部材８０は、測定ビーム１２の経路から外れた場所に設けられている。図示の例では２つの保護部材８０が設けられており、１つの保護部材８０が入口部分７６から第１折り曲げミラー３６に向けて延在しており、もう１つの保護部材８０が出口部分７８から第１折り曲げミラー３６に向けて延在している。
【０１２１】
バイアス電源８２により保護部材８０に与えられる電位は、汚染粒子に電気的な引力を作用させるよう設定される。例えば、保護部材８０へと陽イオンを引きつけるために、バイアス電源８２は保護部材８０に負の電位を与える。こうして、保護部材８０に与えられた電位とは反対の電荷をもつ汚染粒子が保護部材８０に吸着される。保護部材８０によって、筒状部材７４に進入した汚染粒子の第１折り曲げミラー３６への付着が抑制される。
【０１２２】
保護装置７０は、電気的に中性の汚染粒子をイオン化するためのイオン化機構８４を備えてもよい。イオン化機構８４は例えば、ガスをイオン化するための、フィラメントを有する公知のイオン化機構である。イオン化機構８４は、筒状部材７４の入口部分７６または出口部分７８に近接して設けられている。電気的に中性の汚染粒子をイオン化機構８４によりイオン化することにより、そうした中性の汚染粒子にも保護部材８０の電気的な引力または斥力を作用させることができる。
【０１２３】
保護装置７０が、バイアス電源７２、筒状部材７４、及び保護部材８０を備えることにより、第１折り曲げミラー３６を汚染から良好に保護することができる。一方、保護装置７０の構成をより簡素にすることが望まれる場合には、保護装置７０は、バイアス電源７２、筒状部材７４、及び保護部材８０のうちいずれかを備えなくてもよい。例えば、保護装置７０がバイアス電源７２を備える場合には、保護装置７０は、筒状部材７４及び保護部材８０を必ずしも備えなくてもよい。また、保護装置７０が筒状部材７４を備える場合には、保護装置７０は、バイアス電源７２または保護部材８０のいずれかを必ずしも備えなくてもよい。
【０１２４】
保護装置７０によって保護されるべき光学素子は、図１３及び図１４に例示した第１折り曲げミラー３６には限られない。保護装置７０は、同様にして、測定ビーム１２または参照ビーム３０のための任意の光学素子を保護してもよい。保護されるべき光学素子は、測定ビーム１２をイオンビーム１４に照射するための照射室１８に設けられている任意の光学素子であってもよい。あるいは、イオンビーム１４の経路の近傍に設けられている任意の光学素子であってもよい。
【０１２５】
よって、保護装置７０は例えば、ビームスプリッタ３２、第１折り曲げミラー３６、第２折り曲げミラー３８、第３折り曲げミラー４０の少なくとも１つを保護してもよい。測定ビーム１２または参照ビーム３０のための光学系がレンズを含む場合には、保護装置７０は当該レンズを保護してもよい。また、保護装置７０は、照射室１８の壁面に設けられている窓部を保護してもよい。窓部は、測定ビーム１２または参照ビーム３０を照射室１８の外部から内部へと入射させるための窓であってもよいし、測定ビーム１２または参照ビーム３０を照射室１８の内部から外部へと出射させるための窓であってもよい。窓部は、外部から照射室１８の内部を観察するための窓であってもよい。
【０１２６】
本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置を備える粒子線治療装置が提供されてもよい。この粒子線治療装置は、イオンビームの照射を受ける被照射体を収容するための治療室、または、被照射体をイオンビームに対し支持するための支持台を備えてもよい。粒子線治療装置は、被照射体へのイオンビームの照射処理を制御するための制御システムを備えてもよい。照射処理は、被照射体に対するイオンビームの照射を（または照射位置を）制御することを含んでもよい。粒子線治療装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームをイオンビームに照射し、イオンビームに照射された測定ビームを検出することにより、イオンビームに関連する出力を制御システムに提供するビームモニタを備えてもよい。一実施例においては粒子線治療装置は陽子線治療装置であり、イオンビームは陽子線ビームであってもよい。
【０１２７】
また、本発明の一実施形態に係る粒子線治療装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備えるイオンビーム計測装置を備えてもよい。上述のイオンビーム計測装置１０及びイオン注入装置１００に関連して述べた各種の実施例及び変形例は、粒子線治療装置のためのイオンビーム計測装置、及び粒子線治療装置に適用してもよい。その場合、「被処理物」は「被照射体」と読み替えればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ イオンビーム計測装置、 １２ 測定ビーム、 １４ イオンビーム、 ２０ 測定ビーム源、 ２２ 測定ビーム検出器、 ２４ ビーム光学系、 ７０ 保護装置、 １００ イオン注入装置、 １０２ イオンビーム、 １０４ 基板、 １０６ ビームモニタ、 １１２ 処理室、 １２２ イオンビーム検出器、 １２８ 制御システム、 １３０ 測定ビーム、 １３４ 測定ビーム源、 １５０ 走査シーケンス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム計測装置、イオンビームの計測方法、及びそれらを適用しうるイオンビームの照射装置例えばイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理物例えば半導体基板に注入すべきイオン種を含むイオンビームをその被処理物に照射してイオン注入をするためのイオン注入装置が知られている。イオン注入装置には一般に、イオンビームの照射を直接受けてビーム計測をするための計測器、例えばファラデーカップが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６２７４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１９４２号公報
【特許文献３】特開平７−１５３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたイオンビームの入射を直に受ける方式のいわば接触式のビーム計測は、計測中に計測器がビームを占有することになるから、計測中は被処理物にイオンビームを照射することはできない。同様に、被処理物にイオンビームを照射しているときに計測をすることもできない。そのため、被処理物への照射処理のスループットを高めることとイオンビームの高頻度の計測によるビーム品質の保証とがトレードオフの関係となってしまう。また、被照射物への照射という本来の目的以外に計測のためにイオン材料が余分に消費されてしまう。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームを対象に照射しながら計測することを可能とする、いわば非接触式の計測を提供すること、あるいはそうした計測を適用したイオンビーム照射装置例えばイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、イオン注入装置である。この装置は、被処理物へのイオンビームによるイオン注入処理を制御するための制御システムと、前記イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを前記イオンビームに照射し、前記イオンビームに照射された前記測定ビームを検出することにより、前記イオンビームに関連する出力を前記制御システムに提供するビームモニタと、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、イオンビーム計測装置である。この装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、前記測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、イオンビームの計測方法である。この方法は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームをイオンビームに照射することと、イオンビームに照射された測定ビームを検出することと、を含む。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非接触式のイオンビーム計測が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の一構成例を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第１変形例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第２変形例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第３変形例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第４変形例を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第４変形例を示す図である。
【図７】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第５変形例を示す図である。
【図８】第１実施形態に係るイオンビーム計測装置の第５変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図１０】第２実施形態に係るイオン注入装置の処理室を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係るビームモニタの一変形例を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る走査シーケンスの一実施例を説明するための図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置に関連する光学素子のための保護装置の一例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置に関連する光学素子のための保護装置の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測装置１０の一構成例を模式的に示す図である。イオンビームの入射を直接受ける検出面をもつ接触式の計測器とは異なり、イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム１２をイオンビーム１４に照射することにより非接触式のイオンビーム計測を提供する。言い換えれば、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４の作用した測定ビーム１２を検出することにより間接的にイオンビーム１４を計測する。イオンビーム１４自体の照射を受ける検出器は、イオンビーム計測装置１０の必須の構成要素ではない。その測定原理を図１を参照して説明する。
【００１３】
イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４を照射するためのイオンビーム照射システム（例えばイオン注入装置や粒子線治療装置）に、イオンビーム１４を計測するためのサブシステムとして組み込まれて構成されていてもよい。または、イオンビーム計測装置１０は、独立型のいわゆるスタンドアローン型の計測装置として構成されてもよい。
【００１４】
図１並びに以下で参照する各図において説明の便宜上、イオンビーム１４の進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。後述するようにイオンビーム１４を被処理物１６に対し走査する場合には走査方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定義する。イオンビーム１４を走査したときにイオンビーム１４の中心軸の描く軌跡によって、イオンビーム１４の走査面（例えばｙｚ面）が定義される。イオンビーム１４は実際にはある大きさのビーム断面をもつから、その大きさの範囲で上下（例えばｘ方向）に走査面から離れた位置にもイオンビームは照射される。それを考慮に入れると、走査によるイオンビーム１４の通過領域は走査面の上下に広がる立体的な領域であると言える。
【００１５】
イオンビーム１４は被処理物１６への照射のために処理室１８へと導かれる。一実施例においては、イオンビーム１４は被処理物１６に連続的に照射される。すなわち、イオンビーム１４は、図示しないイオンビーム生成部により所望の目標プロファイル（例えば目標ビーム電流）に従って所望の照射期間連続して生成され被処理物１６に照射される。他の一実施例においては、イオンビーム１４は、パルスイオンビームであってもよい。
【００１６】
イオンビーム計測装置１０がイオン注入装置に適用される一実施例においては、被処理物１６は半導体基板（例えばシリコンウェーハ）であり、ｘｙ面内でイオンビーム１４に対し移動可能にまたは静止状態に支持されて処理室１８に収容されている。イオンビーム処理のために処理室１８は所望の真空状態に保たれており、そのための真空排気装置（例えばクライオポンプまたはその他の真空ポンプ（図示せず））が付設されている。処理室１８は例えば真空チャンバまたはプロセスチャンバ等とも呼ばれる。イオン注入装置の場合には処理室１８はエンドステーションと呼ばれ、被処理物１６はターゲットと呼ばれることもある。
【００１７】
なお処理室１８に必ずしも被処理物１６が収容されていなくてもよく、処理室１８は被処理物１６に入射すべきイオンビーム１４に測定ビーム１２を照射するための照射室または計測室として構成されていてもよい。その場合、イオンビーム１４の経路に沿って処理室１８の下流に被処理物１６が配され、処理室１８に進入したイオンビーム１４は測定ビーム１２を経由して処理室１８を出射し、被処理物１６へと入射してもよい。
【００１８】
イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム１２を発するための測定ビーム源２０を備える。測定ビーム１２は、イオンビーム１４との間に相互作用を生じる波長または波長域をもつ電磁波である。イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用は、イオンビーム１４による測定ビーム１２の吸収、回折、散乱、反射、及び透過のうち少なくともいずれかを含む。なお、イオンビーム計測装置１０で使用される測定のための電磁波は、必ずしもビーム即ち指向性をもつ放射でなくてもよく、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４との間に相互作用を生じる波長または波長域をもつ電磁波を放射する放射源を備えてもよい。
【００１９】
一実施例においては、イオンビーム１４によって測定ビーム１２に生じる相互作用を大きくするために、測定ビーム１２のビームスポット（すなわち測定ビーム１２の進行方向に垂直な面によるビーム断面）のうちイオンビーム１４に照射される領域の割合を大きくする。好ましくは測定ビーム１２のスポット径をイオンビーム１４の寸法より小さくすることにより、測定ビーム１２のビームスポットの全体がイオンビーム１４に照射されるようにする。この場合、測定ビーム１２のイオンビーム１４への照射位置３４において測定ビーム１２はイオンビーム１４に包含される。
【００２０】
一方、測定ビーム１２のビームスポットが小径である場合には、イオンビーム１４の照射位置精度によっては（例えば図１におけるｘ方向に）照射位置がずれてイオンビーム１４が測定ビーム１２から外れることも想定される。よって、一実施例においては逆に、測定ビーム１２のスポット径をイオンビーム１４の寸法より大きくすることにより、測定ビーム１２のイオンビーム１４への照射位置３４においてイオンビーム１４が測定ビーム１２に包含されるようにしてもよい。このようにすれば、イオンビーム１４の照射位置にいくらかの位置ずれが仮に生じても、イオンビーム１４と測定ビーム１２との交差状態（即ちビーム計測）を継続させやすくなる。
【００２１】
イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム１２を検出するための測定ビーム検出器２２を備える。測定ビーム検出器２２は、測定ビーム源２０から発せられイオンビーム１４に照射された測定ビーム１２を検出するために設けられている。測定ビーム検出器２２は、その検出面に測定ビーム１２の入射を受けて検出信号Ｓ１を出力するよう構成されている。一実施例においては、測定ビーム検出器２２は、測定ビーム１２を受光または受信するための受光面または受信機を備える。測定ビーム検出器２２は、受光または受信した測定ビーム１２の例えば強度に関連する検出信号Ｓ１を生成する。
【００２２】
一実施例においては、測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とは、測定ビーム１２が測定ビーム源２０から発せられイオンビーム１４に交差して測定ビーム検出器２２に入射するよう配置されている。例えば、測定ビーム１２が測定ビーム源２０からイオンビーム１４を通過して測定ビーム検出器２２へと直線的なビーム経路をとるように、測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とは、イオンビーム１４の入射経路を挟んで互いに向き合って配置されてもよい。あるいは後述するように、イオンビーム計測装置１０は、測定ビーム源２０から測定ビーム検出器２２へと測定ビーム１２を伝達するためのビーム光学系２４を備えてもよい。
【００２３】
図示されるように測定ビーム１２はイオンビーム１４に直交して照射されてもよいし、あるいは斜めに交差するように照射されてもよい。直交照射の場合にはイオンビーム１４の進行方向に比較的コンパクトにイオンビーム計測装置１０を配置することが可能となる点で好ましく、斜め照射の場合には測定ビーム１２のイオンビーム１４への交差長さを大きくすることができるという点で好ましい。
【００２４】
一実施例においては、イオンビーム１４のビームスポットよりも広範囲に、例えば被処理物１６の表面全域または所望のイオンビーム照射領域にイオンビーム１４を照射するために、イオンビーム１４は少なくとも一方向に走査されてもよい。イオンビーム１４の走査のために、イオンビーム走査制御部（図示せず）が設けられていてもよい。例えば図１に矢印２８で示されるように、イオンビーム１４はｙ方向に往復移動されてもよい。なおイオンビーム１４を走査するとともに、またはそれに代えて、被処理物１６がイオンビーム１４に対し移動されてもよい。
【００２５】
イオンビーム１４が走査される一実施例においては、測定ビーム１２は、イオンビーム１４の走査方向（図１においてはｙ方向）とイオンビーム１４の進行方向（ｚ方向）とにより定まる走査面（ｙｚ面）に沿ってイオンビーム１４に照射されることが好ましい。測定ビーム１２の照射方向が正確に走査面に沿うことは必ずしも要求されない。通常は、測定ビーム１２の経路は、走査によるイオンビーム１４の通過領域を横断するように定められれば十分である。このようにすれば、イオンビーム１４がいずれの走査位置にあるときにも（つまり走査範囲全体にわたって）イオンビーム１４に測定ビーム１２を照射することができる。すなわち、イオンビーム１４の走査移動中に継続してイオンビーム１４を計測することができる。
【００２６】
イオンビーム計測装置１０は、検出信号Ｓ１を含む入力信号に基づき計測結果を与えるための演算処理ユニット２６を備えてもよい。演算処理ユニット２６は、測定ビーム検出器２２とは別体に測定ビーム検出器２２から検出信号Ｓ１を受信可能に設けられていてもよく、例えば公知のパソコン等の演算装置であってもよい。あるいは演算処理ユニット２６は、測定ビーム検出器２２に一体に搭載されていてもよい。
【００２７】
演算処理ユニット２６は例えば、検出信号Ｓ１に基づきイオンビーム量（例えばビーム電流または注入ドーズ量）の絶対値を演算してもよい。演算処理ユニット２６は、検出信号Ｓ１に基づきイオンビーム量の基準に対する相対変化量を演算してもよい。演算処理ユニット２６は例えば、予め記憶されているイオンビーム量と検出信号Ｓ１との関係を表すマップを参照することによりイオンビーム量を求めてもよい。演算処理ユニット２６は、検出信号Ｓ１またはそこから演算して得た値が予め定められている許容範囲に含まれるか否かを判定してもよい。許容範囲外にあると判定された場合には、演算処理ユニット２６は、その判定結果を記憶するか、または警告を出力してもよい。
【００２８】
好ましい一実施例においては、測定ビーム源２０はレーザ光源であり、測定ビーム検出器２２はそのレーザ光を検出可能である検出器（例えばフォトダイオード）である。この場合、イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用は、イオンビーム１４による測定ビーム１２の吸収、回折、反射、または散乱である。イオンビーム１４への照射位置において測定ビーム１２が吸収、回折、反射、または散乱されることにより、イオンビーム１４は強度が低下する。イオンビーム１４を通過した測定ビーム１２の強度は、測定ビーム源２０から出た直後に比べて低下する。測定ビーム検出器２２は受光した測定ビーム１２の強度に応じた検出信号Ｓ１を出力する。この測定ビーム１２の強度低下はイオンビーム１４のイオン密度に相関する。よって、測定ビーム１２を検出することによりイオンビーム１４の非接触計測が可能となる。物理的な検出素子でイオンビーム１４を受光することなく、イオンビーム１４を計測することができる。
【００２９】
より好ましい一実施例においては、測定ビーム源２０として使用されるレーザ光源は、イオンビーム１４に含まれるイオン種の吸収波長に一致する波長またはその吸収波長を含む波長域をもつレーザ光を発するレーザ光源である。言い換えれば、波長に応じて定まるレーザ光の光エネルギーがイオンビーム１４のイオン種の吸収エネルギーに等しくなるようにレーザ光源が選択される。このとき、イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用はイオンビーム１４による測定ビーム１２の吸収が支配的である。このようにすれば、イオンビーム１４への照射前後で測定ビーム１２の強度差を比較的大きくすることが可能であり、イオンビーム計測装置１０の測定精度を高めることができる。
【００３０】
なお、レーザ光の波長はイオンビーム１４のイオン種の吸収波長に必ずしも厳密に一致していなくてもよく、実際上ある程度のずれは許容される。イオンビーム計測装置１０をイオン注入装置に適用する場合における典型的なイオンビーム１４に吸収エネルギーを与えるためには、測定ビーム源２０として例えば原子吸光分析法などで用いられている光源が望ましい。
【００３１】
また、イオンビーム１４による測定ビーム１２の回折、反射、または散乱による測定ビーム１２の強度変化を測定する態様においては、イオンビーム１４の好ましい波長は特定波長または特定の狭帯域には必ずしも制限されない。この場合、測定ビーム１２は任意に選択された波長または波長域を有してもよい。
【００３２】
一実施例においては、基準となる参照信号Ｓ２を生成するために、イオンビーム１４には照射されない参照ビーム３０を付加することが好ましい。そのために、イオンビーム計測装置１０は、参照ビーム３０を発するための参照ビーム源と、参照ビーム３０を検出するための参照ビーム検出器と、をさらに備えてもよい。参照ビーム源及び参照ビーム検出器はそれぞれ、測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２と同様の構成を備えてもよい。
【００３３】
参照ビーム３０は測定ビーム１２と同一源すなわち測定ビーム源２０から放射されてもよい。ビーム源（例えばレーザ光源）から放射されるビームは、仕様の上では均一強度の放射が可能とされていても実際上は時間的にいくらか変動し得る。例えばごく短時間においてビーム強度は揺らぎ得るし、あるいは長期的にもビーム強度は変化し得る。そのため、測定ビーム１２と同一源から放射されイオンビーム１４を経由しない参照ビーム３０と測定ビーム１２を対照することにより、そうしたビーム強度の揺らぎまたは経時的変化による計測への影響を軽減または補償することができる。
【００３４】
図１に示す一実施例においては、ビーム光学系２４は、測定ビーム源２０から放射された測定ビーム１２から参照ビーム３０を分割するためのビームスプリッタ３２を備える。ビームスプリッタ３２は、測定ビーム１２の経路において測定ビーム源２０と測定ビーム１２のイオンビーム照射位置３４との間に設けられており、例えば測定ビーム源２０の出射ビームを直接受けるよう測定ビーム源２０に対向して配置されている。測定ビーム源２０の出射ビームのうち一部が測定ビーム１２としてビームスプリッタ３２で反射（または透過）され、残りが参照ビーム３０としてビームスプリッタ３２で透過（または反射）される。
【００３５】
ビームスプリッタ３２は例えばハーフミラーであり、その場合測定ビーム１２と参照ビーム３０とは等しい強度をもつ。図示の例では、測定ビーム源２０からｙ方向に出射されたビームの半分がそのままｙ方向に参照ビーム３０としてハーフミラーを直進し、残りの半分が測定ビーム１２としてハーフミラーにてｚ方向に折り曲げられる。もしくはイオンビーム１４が照射される前に測定ビーム１２と参照ビーム３０とで信号が等しくなるように測定ビーム検出器２２または演算処理ユニット２６で校正を行う。
【００３６】
ビーム光学系２４は、入射ビームを９０度折り曲げて反射するための第１折り曲げミラー３６を含む。第１折り曲げミラー３６は、ビームスプリッタ３２でｚ方向に折り曲げられた測定ビーム１２を再びｙ方向へと反射するようビームスプリッタ３２に対向して配置されている。第１折り曲げミラー３６で反射された測定ビーム１２は、被処理物１６のイオンビーム照射側を直進しイオンビーム１４を経由して測定ビーム検出器２２に入射する。
【００３７】
ビーム光学系２４は、入射ビームを９０度折り曲げて反射するための第２折り曲げミラー３８及び第３折り曲げミラー４０を更に含む。参照ビーム３０はイオンビーム１４を迂回するために被処理物１６のイオンビーム非照射側を進む。第２折り曲げミラー３８は、ビームスプリッタ３２をｙ方向に直進した参照ビーム３０をｚ方向へと反射するようビームスプリッタ３２に対向して配置されている。第３折り曲げミラー４０は、第２折り曲げミラー３８でｚ方向に折り曲げられた参照ビーム３０を再びｙ方向へと反射するよう第２折り曲げミラー３８に対向して配置されている。第３折り曲げミラー４０で反射された参照ビーム３０は、測定ビーム検出器２２に入射する。
【００３８】
このようにしてビーム光学系２４は被処理物１６を囲む概ね矩形のビーム経路を提供し、その矩形の対角線上に測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２が配置されている。処理室１８には気体分子がその真空度に応じた密度で存在する。測定ビーム１２はこうした気体分子によっても影響を受け、例えば強度が低下する。ビーム光学系２４により、測定ビーム１２と参照ビーム３０とはビーム源から実質的に等しい距離のビーム経路を経て検出器に到達する。そのため、参照ビーム３０を基準として用いることにより、真空中に存在するガスの計測への影響を軽減または補償することができる。
【００３９】
なお、測定ビーム１２及び参照ビーム３０の経路長さを合わせるための図示のビーム光学系２４の構成は例示にすぎないことは明らかであり、種々の構成が可能である。測定ビーム１２へのガスの影響が十分に小さいと評価することができる場合には、測定ビーム１２及び参照ビーム３０の経路長さは異なっていてもよい。また、十分に均一な強度でビームを放射可能であるビーム源を採用することができる場合には、参照ビーム源は測定ビーム源２０とは別個のビーム源であってもよい。
【００４０】
参照ビーム検出器は、参照ビーム３０の入射を受けて参照ビーム３０の例えば強度に関連する参照信号Ｓ２を出力するよう構成されている。図示の例においては参照ビーム検出器は測定ビーム検出器２２に組み込まれている。測定ビーム検出器２２は、少なくとも２つの入出力系統を備えており、そのうち１つにより測定ビーム１２を受け付けて検出信号Ｓ１を出力し、他の１つにより参照ビーム３０を受け付けて参照信号Ｓ２を出力する。他の一実施例においては、測定ビーム源２０はビームの例えば強度検出機能を有しているか、または測定ビーム源２０はビーム検出器を内部または近傍に備えていてもよく、測定ビーム源２０またはビーム検出器はその検出信号を参照信号Ｓ２として出力してもよい。
【００４１】
演算処理ユニット２６は、参照信号Ｓ２を受信可能に参照ビーム検出器に接続されており、検出信号Ｓ１と参照信号Ｓ２とに基づいてイオンビーム量を演算してもよい。演算処理ユニット２６は、検出信号Ｓ１を参照信号Ｓ２と対照することによりイオンビーム量に変動が生じたか否かを判定してもよい。演算処理ユニット２６は例えば、検出信号Ｓ１と参照信号Ｓ２との差、または検出信号Ｓ１と参照信号Ｓ２との比を演算してもよい。こうして得られた信号差Ｓ１−Ｓ２または信号比Ｓ１／Ｓ２はイオンビーム量についての相対的な指標を提供する。演算処理ユニット２６は、予め定められている許容範囲に演算結果が含まれるか否かを判定してもよい。許容範囲外にあると判定された場合には、演算処理ユニット２６は、警告を出力してもよい。
【００４２】
イオンビーム１４が走査される一実施例においては、演算処理ユニット２６は、イオンビーム１４の走査のためのイオンビーム走査制御部（図示せず）からイオンビーム１４の走査位置を表す走査位置情報の入力を受けるよう構成されていてもよい。演算処理ユニット２６は、ある時点におけるイオンビーム走査位置情報とその時点の検出信号Ｓ１とを関連付けることにより、検出信号Ｓ１の得られたイオンビーム走査位置を特定してもよい。このようにすれば、イオンビーム１４に変動が生じた走査位置を求めることができる。
【００４３】
イオンビーム計測装置１０の動作を説明する。測定ビーム源２０から放射された測定ビーム１２はビーム光学系２４によりイオンビーム照射位置３４へと案内される。イオンビーム１４に照射された測定ビーム１２は測定ビーム検出器２２に入射する。測定ビーム検出器２２は測定ビーム１２の入射を受けて検出信号Ｓ１を生成し演算処理ユニット２６に出力する。
【００４４】
測定ビーム１２は主としてイオンビーム１４の作用により強度が低下する。また測定ビーム１２の強度は測定ビーム源２０のビーム放射の安定性及び処理室１８におけるガスの存在などの計測系に付随する要因にも影響を受ける。イオンビーム照射位置３４に十分な強さのイオンビーム１４が存在する場合には、こうした付随的要因に起因するビーム強度低下を上回る強度低下を表す検出信号Ｓ１を得ることができる。付随的要因によるイオンビーム強度低下を超えるしきい値を実験的にまたは経験的に予め定めることができる。よって、そのしきい値と検出信号Ｓ１とを対照することにより、ビーム強度低下の有無を判定することができる。イオンビーム１４の強度が明らかに低下するのは例えば、イオンビーム１４が偶発的に点滅または消滅した場合である。よって、少なくともイオンビーム１４の偶発的な点滅または消滅を捉えることができる。
【００４５】
参照ビーム３０もまた測定ビーム源２０から放射され、測定ビーム１２と実質的に等距離の光路を経て測定ビーム検出器２２に入射する。測定ビーム検出器２２は参照ビーム３０の入射を受けて参照信号Ｓ２を生成し演算処理ユニット２６に出力する。参照ビーム３０は上記の付随的要因の影響を、測定ビーム１２と同様に受けていると評価することができる。そのため、参照信号Ｓ２を用いることにより検出信号Ｓ１から付随的要因の影響を除去することが可能となる。
【００４６】
このようにして、第１実施形態に係るイオンビーム計測装置１０によれば、イオンビーム１４に相互作用を生じる測定用の放射（例えば電磁波、または光）を使用して、イオンビーム１４を被処理物１６に照射しながら非接触に計測することができる。一実施例においては、測定用の放射は、測定ビームである。一実施例においては測定用の放射は、電磁波のビームである。
【００４７】
ところで、パルスイオンビームについては例えばパルスによって生じるイオンビーム周囲での磁場変化からイオンビームを非接触に検知するという別の手法も考えられる。しかし、連続的に放射されるイオンビームについては磁場が定常化し得るから、そうした検知は必ずしも適さない。イオンビーム計測装置１０による計測は、パルスイオンビームに限らず連続的なイオンビーム１４にも適用できるという点で特に好ましい。
【００４８】
図２は、イオンビーム計測装置１０に係る第１変形例を示す図である。図１に示す例においては参照ビーム３０を被処理物１６のイオンビーム非照射側に迂回させたのに対し、図２には、測定ビーム１２及び参照ビーム３０の経路を被処理物１６のイオンビーム照射側にとる構成例を示す。なお図１はｙｚ面を示すのに対し、図２はｘｙ面を示していることに留意されたい。
【００４９】
図２には、被処理物１６へのイオンビーム照射エリア４２が示されている。イオンビーム照射エリア４２は例えばイオンビーム１４（図１参照）の走査範囲を示す。またはイオンビーム照射エリア４２は、長手方向（図２においてはｙ方向）に延びるビーム断面をもつリボン状イオンビーム（または長尺ビームとも呼ばれる）であってもよい。被処理物１６は例えば円形の基板であり、その輪郭を破線で図示する。被処理物１６は円形基板には限られず、その他の形状例えば矩形の基板であってもよいし、必ずしも板状の部材でなくてもよく任意の三次元形状のイオンビーム照射対象であってもよい。
【００５０】
なお、以下ではリボンビームとの対比のために通常のイオンビーム１４をスポットビームと呼ぶこともあるが、これはリボンビームとの比較においてビーム断面がスポット状であることを意味するにすぎず、イオンビーム１４が特定のビーム断面形状を有することを限定するものではない。
【００５１】
この変形例においては、イオンビーム照射エリア４２及びイオンビーム進行方向であるｚ方向により定まるイオンビーム面において測定ビーム１２がイオンビームに照射される。イオンビーム面は、スポットビームのビーム径に応じた厚さをもつビーム照射領域である。その一方、参照ビーム３０は被処理物１６のイオンビーム照射側においてそのイオンビーム面の面外を迂回する。図示されるように、測定ビーム源２０から発せられた測定ビーム１２は、ビーム光学系２４のビームスプリッタ及びイオンビーム照射エリア４２を経由して測定ビーム検出器２２へと直線的に入射する。また、測定ビーム源２０から発せられビーム光学系２４のビームスプリッタにて分岐された参照ビーム３０は、ビーム光学系２４のミラーで反射されて測定ビーム検出器２２へと入射する。このようにしても、参照ビーム３０を測定ビーム１２と同一源から供給するとともに、測定ビーム１２と参照ビーム３０とを実質的に等しい距離を経て検出器に到達させることができる。
【００５２】
また、図示されるように、イオンビーム照射エリア４２の長手方向の寸法を被処理物１６の当該方向の幅に収めることも可能である。例えば典型的なイオン注入装置においては被処理物１６の片側または両側に接触式検出器（例えばファラデーカップ）が設けられており、この接触式検出器にイオンビームを照射することが事実上必須とされている。そのため、イオンビームの照射エリアは被処理物１６の幅よりも長くする必要がある。ところが、本発明の一実施例によればそうした制約を受けずにイオンビーム照射エリア４２を被処理物１６の照射されるべき領域に合わせて小さくすることができる。こうして、本発明の一実施例によればスループットの向上及びイオン材料の消費量低減が実現される。
【００５３】
図３は、イオンビーム計測装置１０に係る第２変形例を示す図である。既述の実施例においては測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とがイオンビーム１４の入射経路を挟んで互いに向き合って配置されているが、本発明の実施例はこれに限られない。測定ビーム源２０と測定ビーム検出器２２とはイオンビーム１４に関して同じ側に例えば隣接して配置されていてもよい。また、測定ビーム１２のイオンビーム１４への照射位置は１箇所には限られず、複数箇所であってもよい。
【００５４】
図３に示されるように、ビーム光学系２４は入射ビームを入射方向と逆向きに反射するための折り返しミラーを備える。測定ビーム源２０から出た測定ビーム１２はイオンビーム１４を通過してビーム光学系２４の折り返しミラーに入射する。折り返しミラーでの反射により測定ビーム１２は逆方向へと向けられて、再度イオンビーム１４を通過する。こうして測定ビーム１２は測定ビーム検出器２２に入射する。同様にして測定ビーム１２の経路を蛇行させることにより、測定ビーム１２のイオンビーム１４との交差回数をさらに増やすことができる。測定ビーム１２のイオンビーム１４との交差回数を増やすことにより、測定ビーム１２がイオンビーム１４から受ける作用を強くすることができる。
【００５５】
なお上述のように参照ビームを適用することは本発明においては必須ではないが、この第２変形例に参照ビームを加える場合には、例えば上述の第１変形例と同様にイオンビーム面（例えばｙｚ面）の面外に参照ビームの経路を定めてもよい。参照ビームの経路は例えば、イオンビーム面からｘ方向に距離Δｘ離れた平行面内を測定ビーム１２と同様に蛇行する経路とすることができる。測定ビーム１２から参照ビームを隔てるために、距離Δｘは例えばイオンビーム径に相当する距離であることが好ましい。
【００５６】
図４は、イオンビーム計測装置１０に係る第３変形例を示す図である。測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２の少なくとも一方は、照射室または処理室１８の外部に設けられていてもよい。外部に設けられている測定ビーム源２０及び測定ビーム検出器２２の少なくとも一方は、測定ビーム１２を伝達するための導光部材４４により照射室または処理室１８に接続されていてもよい。同様に、参照ビーム源及び参照ビーム検出器の少なくとも一方は、参照ビーム３０を伝達するための導光部材４４を介して照射室または処理室１８の外部に設けられていてもよい。導光部材４４は例えば、照射室または処理室１８の壁面またはその近傍に設けられている受光部（例えば窓部）と、受光部で受光したビームを検出器に導くための光ファイバと、を備えてもよい。
【００５７】
図４に示される実施例においては、測定ビーム検出器２２及び参照ビーム検出器４６が処理室１８の外部に設けられている。測定ビーム検出器２２と参照ビーム検出器４６とは別個の検出器とされていてもよい。こうしてビーム検出器を処理室１８の外部に配置し、イオンビーム１４から離すことにより、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２に生じ得るノイズの低減が期待される。なお参照ビーム３０は例えば図２に示す第１変形例と同様にイオンビーム面の面外に迂回しており、これを模式的に破線で示す。
【００５８】
また、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４の入射を受けてイオンビームを計測する接触式の計測器、例えばイオンビーム１４のビーム電流を表すビーム電流信号Ｓ３を出力するファラデーカップ４８を備えてもよい。ファラデーカップ４８は例えば、被処理物１６の片側または両側に配置される。ファラデーカップ４８の出力するビーム電流信号Ｓ３は例えば、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２と同様に演算処理ユニット２６に入力されてもよい。そのために、イオンビーム１４はファラデーカップ４８の検出面へと走査されてもよい。接触式の計測器（例えばファラデーカップ４８）は、本明細書に記載する他の実施例にも適用してもよい。
【００５９】
演算処理ユニット２６はビーム電流信号Ｓ３を用いて、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２に基づく計測結果を校正してもよい。校正処理は例えば、あるビーム電流範囲にわたってビーム電流信号Ｓ３と検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２とを予め関連付けることを含んでもよい。演算処理ユニット２６はその関係を使用して、検出信号Ｓ１及び参照信号Ｓ２からイオンビーム１４のビーム電流を求めてもよい。なおこの場合、ビーム電流信号Ｓ３を用いて校正処理をすることができるから、参照ビーム３０及び参照信号Ｓ２は省略されてもよい。
【００６０】
図５及び図６は、イオンビーム計測装置１０に係る第４変形例を示す図である。イオンビーム１４がプラズマ状態にあるときイオンビーム１４はその電子密度に応じた固有のプラズマ周波数をもつ。このときイオンビーム１４は、電離層による電波反射と同様の現象により、照射される電磁波を吸収、屈折、反射、または透過する。例えば照射される電磁波の周波数がイオンビーム１４のプラズマ周波数より小さい場合にはその電磁波の少なくとも一部がイオンビーム１４により反射され、逆に電磁波の周波数がイオンビーム１４のプラズマ周波数より大きい場合にはその電磁波の少なくとも一部がイオンビーム１４を透過することができる。
【００６１】
よって、測定ビーム源２０は、イオンビーム１４のプラズマ周波数に応じて反射または透過する指向性をもつ電磁波を発する電磁波源、例えばミリ波源またはマイクロ波源であってもよい。測定ビーム検出器２２は、測定ビーム源２０の放射する電磁波を受信するための受信機であってもよい。こうした受信機は、図５及び図６に示されるように、測定ビーム１２がイオンビーム１４に反射して到達する位置及び透過して到達する位置の少なくとも一方に配置される。なお、測定ビーム源２０としての発信源と測定ビーム検出器２２としての受信機との間に適切な光学系または中継器が設けられていてもよい。既述の実施例と同様に参照ビーム系が付加されてもよい。
【００６２】
図５は測定ビーム１２がイオンビーム１４を透過する状態を示し、図６は測定ビーム１２がイオンビーム１４に反射される状態を示す。この場合、イオンビーム１４と測定ビーム１２との相互作用は主として、イオンビーム１４による測定ビーム１２の反射、または透過である。測定ビーム１２の周波数は、イオンビーム１４の所望の電流密度に相当するプラズマ周波数に設定される。このビーム電流密度は例えば、被処理物１６への照射のために有効と許容される範囲から選択され、例えばそうした許容範囲の下限値とされる。測定ビーム１２の周波数は例えば１０ＭＨｚ乃至１０ＧＨｚの範囲から選択される。測定ビーム１２のイオンビーム１４への入射角度は、イオンビーム１４により測定ビーム１２の全反射が生じるよう定めることが好ましい。
【００６３】
図５に示すように、測定ビーム源２０から放射された測定ビーム１２は、イオンビーム１４に例えば斜めに入射する。イオンビーム１４の電流密度に相当するプラズマ周波数が測定ビーム１２の周波数よりも小さい場合には、図示されるように、測定ビーム１２は測定ビーム検出器２２に到達する。測定ビーム検出器２２は測定ビーム１２の受信強度に応じた検出信号Ｓ１を出力する。
【００６４】
また、図６に示すように、イオンビーム１４の電流密度に相当するプラズマ周波数が測定ビーム１２の周波数よりも大きい場合には、測定ビーム１２はイオンビーム１４により反射される。測定ビーム１２の少なくとも一部またはすべてが測定ビーム検出器２２には到達しない。よって、測定ビーム検出器２２の出力する検出信号Ｓ１は図５の状態に比べて大きく低下する。こうして、有効な強度をもつイオンビーム１４が照射されているか否かを検出信号Ｓ１に基づいて検知することができる。なお、図６に破線で示されるように、測定ビーム検出器２２は反射されたイオンビーム１４を受ける位置に配置されていてもよい。
【００６５】
イオンビーム計測装置１０は、プラズマシャワー５０を備えてもよい。プラズマシャワー５０は、イオンビーム１４のビームラインにおいて測定ビーム１２のイオンビーム照射位置３４よりも上流に設けられていてもよい。プラズマシャワー５０は、イオンビーム１４のイオンによる電場を中和するために低エネルギー電子をイオンビーム１４に供給する公知の構成要素である。プラズマシャワー５０を設けることによりイオンビーム１４がプラズマ状態にあることを保証することが可能となる。
【００６６】
図７及び図８は、イオンビーム計測装置１０に係る第５変形例を示す図である。イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１４のビームラインに沿って複数の測定ビーム検出器を備えてもよい。言い換えれば、測定ビーム源２０はイオンビーム１４の進行方向に沿って複数の位置に測定ビームを照射してもよい。そのためにイオンビーム計測装置１０は、複数の測定ビーム源２０を備えてもよい。イオンビーム計測装置１０は、複数の測定ビーム検出器の検出結果からイオンビーム１４の輸送効率を計測してもよい。測定ビーム検出器は既述の実施例に関連して述べた測定ビーム検出器２２であってもよい（例えば図１参照）。
【００６７】
図７に示す一実施例においては、単一の測定ビーム源２０から放射された共通のビームがビーム光学系２４により、参照ビーム３０、第１測定ビーム５２、及び第２測定ビーム５４に分割される。参照ビーム３０はイオンビーム１４を迂回し、第１測定ビーム５２及び第２測定ビーム５４はイオンビーム１４に照射される。第１測定ビーム５２は第２測定ビーム５４よりも下流側でイオンビーム１４に照射される。
【００６８】
イオンビーム１４に照射された第１測定ビーム５２、第２測定ビーム５４はそれぞれ、第１ビーム検出器５６、第２ビーム検出器５８により検出される。参照ビーム３０は参照ビーム検出器４６により検出される。第１ビーム検出器５６、第２ビーム検出器５８はそれぞれ第１検出信号Ｓ１−１、第２検出信号Ｓ１−２を出力する。参照ビーム検出器４６は参照信号Ｓ２を出力する。第１検出信号Ｓ１−１、第２検出信号Ｓ１−２、及び参照信号Ｓ２は演算処理ユニット２６に入力される。演算処理ユニット２６は入力信号に基づいて計測結果を演算し、必要に応じて出力する。
【００６９】
図８に示す一実施例においては、測定ビーム及び参照ビームの組がイオンビーム１４のビームライン６０に沿って複数設けられている。イオンビーム計測装置１０は、第１測定ビーム５２及び第１参照ビーム６２を与えるための第１ビーム源６６と、第１測定ビーム５２及び第１参照ビーム６２を受け取るための第１ビーム検出器５６と、を備える。また、イオンビーム計測装置１０は、第２測定ビーム５４及び第２参照ビーム６４を与えるための第２ビーム源６８と、第２測定ビーム５４及び第２参照ビーム６４を受け取るための第２ビーム検出器５８と、を備える。
【００７０】
第１ビーム検出器５６は第１検出信号Ｓ１−１及び第１参照信号Ｓ２−１を出力し、第２ビーム検出器５８は第２検出信号Ｓ１−２及び第２参照信号Ｓ２−２を出力する。これらの出力信号は演算処理ユニット２６に入力され、演算処理ユニット２６は入力信号に基づいて計測結果を演算し、必要に応じて出力する。
【００７１】
図９は、本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置１００の全体構成を概略的に示す図である。図９にはイオン注入装置１００の有する代表的な構成要素を示す。また、図１０は、第２実施形態に係るイオン注入装置１００の処理室１１２を示す図である。図１０には、ビームラインアセンブリ１１０からビーム入射方向に処理室１１２を見たときの概略構成を示す。
【００７２】
イオン注入装置１００は、元素をイオン化してイオンビーム１０２を生成し基板（例えば半導体基板）１０４へと照射することにより、基板１０４にその元素を注入するイオン注入処理を行うための装置である。図１と同様に説明の便宜上、イオンビーム１０２の基板１０４への入射方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。ｚ方向は、ビームラインにおけるイオンビーム１０２の大局的な進行方向を指すものとする。また、後述するようにイオンビーム１０２を基板１０４に対し走査する場合には走査方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定義する。一実施例においてはｙｚ面は水平面であり、ｘ方向は鉛直方向である。
【００７３】
イオン注入装置１００は、第１実施形態に係るイオンビーム計測装置１０と共通の測定原理を使用してビームモニタ出力を与えるための非接触式のビームモニタ１０６を備える。よって、ビームモニタ１０６は、第１実施形態及びその変形例に係る各種のイオンビーム計測装置１０のうちいずれかであってもよい。
【００７４】
イオン注入装置１００は、イオン源１０８、ビームラインアセンブリ１１０、及び処理室１１２を備える。イオン源１０８は、注入する元素をイオン化するよう構成されている。ビームラインアセンブリ１１０は、イオン源１０８にてイオン化されたイオンのうち基板１０４に注入すべきイオンを質量によって選別するための質量分析器１１４と、イオンビーム１０２を輸送し、加速し、整形し、または走査するためのビーム輸送系１１６と、を備える。質量分析器１１４の下流側には所定の質量のイオンからなるイオンビーム１０２をビーム輸送系１１６へと通過させるための質量分析スリット１１８が設けられている。
【００７５】
また、ビーム輸送系１１６は、イオンビーム１０２を少なくとも一方向（例えばｙ方向）に走査するためのビームスキャナ１２０を備える。ビームスキャナ１２０によるイオンビーム１０２のｙ方向の走査可能範囲を矢印１３８で図示する。
【００７６】
処理室１１２は、イオンビーム１０２をモニタするためのビームモニタ１０６を備える。ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２に測定ビーム１３０を作用させ、測定ビーム１３０を検出することによりイオンビーム１０２をモニタする。ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２に関連するモニタ出力を制御システム１２８に提供する。ビームモニタ出力は検出信号Ｓ１を含む。ビームモニタ１０６は、参照ビーム１３２に基づく参照信号Ｓ２を制御システム１２８に提供してもよい。ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２に測定ビーム１３０を照射するための測定ビーム源１３４と、イオンビーム１０２に照射された測定ビーム１３０を検出するための測定ビーム検出器１３６と、を含む。
【００７７】
ビームモニタ１０６は、ビームラインアセンブリ１１０に設けられていてもよい。イオン注入装置１００はビームラインに沿って複数のビームモニタ１０６を備えてもよい。
【００７８】
処理室１１２は、接触式のイオンビーム検出器（例えばファラデーカップ）１２２を備えてもよい。イオンビーム検出器１２２はビーム電流信号Ｓ３を制御システム１２８に出力してもよい。こうした接触式の検出器を設けることは必須ではない。イオンビーム検出器１２２は、イオンビーム走査方向に基板１０４に隣接する位置に配置することが好ましい。イオンビーム検出器１２２は、基板１０４の片側（図示の場合）または両側に配置してもよい。イオンビーム検出器１２２は、計測の必要に応じてビームラインに出し入れされる進退可能な検出器であってもよい。
【００７９】
また、イオン注入装置１００のイオンビーム計測系は、ビームモニタ１０６及びイオンビーム検出器１２２に加えて、任意の計測器をさらに備えてもよい。なお、イオン注入装置１００は、制御システム１２８からの制御指令に応じて、またはビームモニタ１０６を含むイオンビーム計測系の計測結果に基づいて、イオンビーム１０２をビームラインの中途で遮断するためのビームシャッタ（図示せず）を備えてもよい。
【００８０】
また、処理室１１２は、基板１０４を支持するための基板支持部１２４を備える。基板１０４は基板支持部１２４に支持されて処理室１１２に収容されている。基板支持部１２４は、基板１０４をイオンビーム１０２に対し移動させるためのいわゆるメカニカルスキャン系として構成され、基板１０４を保持するためのテーブルまたはプラテンと、そのテーブルまたはプラテンを移動するための駆動機構と、を含む。メカニカルスキャン系は例えば、イオンビーム進行方向（ｚ方向）及び走査方向（ｙ方向）に垂直な方向（ｘ方向）の走査範囲に基板１０４を往復移動させるよう構成されている。こうした一方向のビームスキャンとその垂直方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせるスキャン方式はハイブリッドスキャンと呼ばれることもある。
【００８１】
図１０に示されるように、基板１０４には断面がスポット状のイオンビーム１０２が照射される。上述のようにイオンビーム１０２はｙ方向に走査され、基板１０４はｘ方向に機械的に走査される。イオンビーム１０２の走査範囲１３８において基板１０４の両側にイオンビーム検出器１２２が設けられている。イオンビーム検出器１２２は、基板１０４の周縁部外方に走査されたイオンビーム１０２に計測が制限される。これに対して、ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２が基板１０４の中心部にあるときにもイオンビーム１０２を計測することができるという点で有利である。
【００８２】
図９及び図１０に示されるように、ビームモニタ１０６は、イオンビーム１０２の走査方向とイオンビーム１０２の進行方向とにより定まる走査面に沿って測定ビーム１３０をイオンビーム１０２に照射する。測定ビーム１３０の照射方向が正確に走査面に沿うことは必ずしも要求されない。測定ビーム１３０の経路はイオンビーム１０２の走査範囲１３８を横断するように定められていればよい。図示されるように、測定ビーム源１３４から発せられた測定ビーム１３０は、測定ビーム検出器１３６へと直線的に入射する。このようにして、イオンビーム１０２の走査位置にかかわらず連続的にイオンビーム１０２をモニタすることができる。
【００８３】
一方、参照ビーム１３２は、ビーム光学系１３５によりイオンビーム１０２の走査面外へと測定ビーム１３０から分岐されて走査面と平行な面を進み、イオンビーム１０２を経由せずに測定ビーム検出器１３６へと入射する。イオンビーム１０２の走査範囲１３８の手前で参照ビーム１３２を測定ビーム１３０から分岐させるために、ビーム光学系１３５はイオンビーム走査方向において、測定ビーム源１３４とイオンビーム走査範囲１３８の末端であるイオンビーム検出器１２２との間に設けられている。
【００８４】
なおイオン注入装置１００はハイブリッドスキャン方式には限られない。イオン注入装置１００は例えば、一軸方向にビーム断面が延びるいわゆるリボンビームとその直交方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせる走査方式を採用してもよい。あるいは、イオン注入装置１００は、スポットビームに対しビーム進行方向に垂直面内で２次元にメカニカルスキャンを行う方式を採用してもよい。いずれの走査方式であってもビームモニタ１０６は適用可能である。
【００８５】
図１１は、第２実施形態に係るビームモニタ１０６の一変形例を示す図である。ビームモニタ１０６は、複数の測定ビーム源１３４と複数の測定ビーム検出器１３６とを備えてもよい。複数の測定ビーム源１３４はイオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って配列されている。イオンビーム照射エリア１３９は例えばリボン状のイオンビームのビーム断面に相当する領域である。複数の測定ビーム検出器１３６は、イオンビーム照射エリア１３９を挟んで複数の測定ビーム源１３４に対向してイオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って配列されている。複数の測定ビーム検出器１３６の各々は、対応する測定ビーム源１３４からの測定ビーム１３０を受ける位置に配列されている。これにより、イオンビーム照射エリア１３９に交差する複数の測定ビーム１３０がイオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って配列されている。
【００８６】
ビームモニタ１０６は、イオンビーム照射エリア１３９の複数の位置に測定ビーム１３０を照射する。それら複数の照射位置は、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に並んでいる。各照射位置へは、複数の測定ビーム源１３４のそれぞれから測定ビーム１３０が照射される。ビームモニタ１０６は、それら複数位置に照射された測定ビーム１３０を複数の測定ビーム検出器１３６により検出する。複数の測定ビーム検出器１３６はそれぞれ検出信号Ｓ１を制御システム１２８に出力する。このようにして、イオンビーム照射エリア１３９におけるイオンビームの長手方向分布を得ることができる。
【００８７】
複数の測定ビーム１３０は、図示の例ではスポット状の測定ビームであるがこれに限られず、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向の長さに相当する幅を持つリボン状または長尺の測定ビームであってもよい。それに対応して、互いに分離された複数の測定ビーム検出器１３６に代えて、リボン状または長尺の測定ビームを包含する検出領域をもつ一次元検出器アレイを設けてもよい。
【００８８】
また、計測対象はリボン状のイオンビームには限られず、イオンビーム照射エリア１３９を走査するスポットビームの計測のために図１１に示すビームモニタ１０６の構成を採用してもよい。複数の測定ビーム源１３４及び複数の測定ビーム検出器１３６は、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って可動式である測定ビーム源１３４及び測定ビーム検出器１３６であってもよい。この場合、可動式の測定ビーム源１３４及び測定ビーム検出器１３６は、測定ビーム１３０とスポットビームとの交差を継続するようにスポットビームの走査に同期して移動されてもよい。
【００８９】
図１１に示すビームモニタ１０６は、図９及び図１０に示すビームモニタ１０６に代えて、図９に示すイオン注入装置１００に設けられてもよい。あるいは、図１０及び図１１に示す構成を組み合わせて得られるビームモニタ１０６がイオン注入装置１００に設けられてもよい。すなわち、ビームモニタ１０６は、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿って設けられている複数の測定ビーム源１３４と複数の測定ビーム検出器１３６とを備え、さらに、イオンビーム照射エリア１３９の長手方向に沿うビーム経路をもつ測定ビーム系を備えてもよい。
【００９０】
図９及び図１０に示すイオン注入装置１００はいわゆる枚葉式に構成されている。すなわち、イオン注入装置１００は、基板支持部１２４に一度に一枚の基板１０４が保持され、一枚ずつイオン注入処理が行われる形式である。なお必ずしも一枚ずつの処理に限られるわけではなく、基板支持部１２４は２枚以上を同時に保持して少なくとも一方向にメカニカルスキャンを提供するよう構成されていてもよい。また、イオン注入装置１００は、多数の基板を回転可能なテーブルに載置して回転させながらイオン注入を多数の基板に同時に行ういわゆるバッチ式に構成されていてもよい。
【００９１】
図９に示されるように、イオン注入装置１００は、イオン源１０８、ビームラインアセンブリ１１０、及び処理室１１２をイオン注入処理のための所望の真空環境に保つための真空排気系１２６を備える。真空排気系１２６は例えば、クライオポンプ等の高真空ポンプと、高真空ポンプの作動圧力まで粗引きをするための粗引きポンプとを備える。
【００９２】
また、イオン注入装置１００は、例えばイオン源１０８、質量分析器１１４、ビーム輸送系１１６、基板支持部１２４、及び真空排気系１２６を制御してイオン注入処理を実行するための制御システム１２８を備える。制御システム１２８は、検出信号Ｓ１、参照信号Ｓ２、及びビーム電流信号Ｓ３を含むビーム計測系からの入力信号、メモリに保存されている各種データ、及び操作者からの入力指令等に従って、イオン注入装置１００を統括的に制御する。制御システム１２８は、ビームモニタ１０６のための専用の制御装置であってもよい。
【００９３】
制御システム１２８は例えば、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ等を含む任意のハードウエアと、各種演算または制御を実行するためのプログラム等のソフトウエアと、を含んで構成される。制御システム１２８は、操作者からの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段や、他の装置との通信をするための通信手段、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含んでもよい。
【００９４】
制御システム１２８は、ビームスキャンを制御するためのビームスキャン制御部１４０と、メカニカルスキャンを制御するためのメカニカルスキャン制御部１４２と、イオンビームモニタ演算部１４４と、を含んでもよい。ビームスキャン制御部１４０、メカニカルスキャン制御部１４２、及びイオンビームモニタ演算部１４４の少なくとも１つの要素（例えばイオンビームモニタ演算部１４４）が他の要素とは別個の制御部を構成していてもよい。ビームスキャン制御部１４０、メカニカルスキャン制御部１４２、及びイオンビームモニタ演算部１４４は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩ等のハードウエア、またはメモリにロードされたプログラム等のソフトウエアによって実現される機能ブロックを示す。これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００９５】
イオンビームモニタ演算部１４４は、検出信号Ｓ１、参照信号Ｓ２、及びビーム電流信号Ｓ３を含むビーム計測系からの入力信号に基づいて、ビームモニタ出力を演算する。ビームモニタ出力は例えば、イオンビーム１０２のビーム電流、または基板１０４に注入されるドーズ量である。制御システム１２８は、イオンビームモニタ演算部１４４によるビームモニタ出力を保存する。あるいは、制御システム１２８は必要に応じて、ビームモニタ出力を使用してもよいし、外部に出力してもよい。
【００９６】
制御システム１２８は、ビームモニタ出力に基づいて、基板１０４へのイオン注入処理中にイオンビーム１０２に変動が生じたか否かを判定してもよい。当該判定結果に基づいて、制御システム１２８は、当該基板１０４へのイオン注入処理について警告を出力してもよい。あるいは、制御システム１２８は、ビームモニタ出力に基づいて、イオンビーム１０２のビーム電流または基板１０４に注入されるドーズ量に変動が生じたビーム照射位置を特定してもよい。
【００９７】
イオン注入処理は、処理室１１２へと入射するイオンビーム１０２の進行方向に垂直な面内の方向のイオンビーム１０２と基板１０４との相対移動を含む。この相対移動は上述のように、イオンビーム１０２及び基板１０４の少なくとも一方の走査を含む。よって、制御システム１２８は例えば、ビームスキャン制御部１４０とメカニカルスキャン制御部１４２とを協調して動作させることにより、所与の走査シーケンスに従ってイオンビーム１０２のビームスキャンと基板１０４のメカニカルスキャンとを制御する。こうしてイオンビーム断面よりも一般には広いイオンビーム照射領域にわたってイオンビーム１０２を照射することができる。
【００９８】
ここで、走査シーケンスとは基板１０４上の表面全域またはその一部であるイオンビーム照射領域をイオンビーム１０２により走査するための手順をいう。走査シーケンスは、制御システム１２８に操作者により直接入力されて与えられてもよいし、所与のイオン注入処理を実現するよう制御システム１２８により設定されてもよい。
【００９９】
図１２は、第２実施形態に係る走査シーケンス１５０の一実施例を説明するための図である。この走査シーケンス１５０は、以下に詳述するように、本来的には基板１０４の外側にイオンビーム１０２を照射する必要のない枚葉式のイオン注入装置１００に好適な走査法を表す。例えばハイブリッドスキャン方式の場合、走査シーケンス１５０のうち一方向（例えばｘ方向）の走査はイオンビーム１０２に対する基板１０４の移動により行われ、他の一方向（例えばｙ方向）の走査はイオンビーム１０２のビームスキャンにより行われる。
【０１００】
走査シーケンス１５０は、走査開始位置１５２から開始され、走査終了位置１５４で終了する。走査開始位置１５２から走査終了位置１５４まで走査シーケンス１５０が制御システム１２８により実行されることにより、基板１０４上のイオン注入領域（例えば基板１０４の全域、または、基板１０４の周縁部を除く領域）の全体またはその一部へのイオンビーム照射が完了する。一実施例においては、制御システム１２８は、基板１０４上のイオン注入領域の輪郭または境界の内側をイオンビーム照射領域が占めるように設定された例えば蛇行状の走査シーケンス１５０を実行してもよい。走査シーケンス１５０の実行中、イオンビーム１０２はビームモニタ１０６により継続してまたは間欠的にモニタされることが好ましい。
【０１０１】
走査シーケンス１５０は典型的には、第１方向への少なくとも１回の走査移動とその垂直方向である第２方向への少なくとも１回の走査移動とを含む。通常は図示されるように、走査シーケンス１５０は、第１方向への複数回の走査移動と第２方向への複数回の走査移動とを含み、第１方向への走査移動と第２方向への走査移動とを交互に含む。その結果として、走査開始位置１５２から走査終了位置１５４へと蛇行状の走査経路となる。ハイブリッドスキャンの場合、第１方向のビームスキャンと第２方向のメカニカルスキャンとが交互に繰り返されることになる。
【０１０２】
一実施例においては、制御システム１２８は、イオンビーム１０２のビームスキャンによる走査範囲を基板１０４のメカニカルスキャン中に変更してもよい。すなわち、あるビームスキャンによる走査範囲と、それに続くメカニカルスキャンを経た次回のビームスキャンによる走査範囲と、を異ならせてもよい。各回のビームスキャンの走査範囲は例えば、基板１０４上のイオン注入領域の走査方向の幅に基づいて設定されてもよい。このようにして決められた走査シーケンス１５０の一例が図１２に示されている。また、制御の簡単のために、ビームスキャンの走査範囲は、基板１０４上のイオン注入領域の走査方向の最大幅（例えば円形基板の場合、直径）に基づいて固定値に設定されてもよい。
【０１０３】
図１２には比較のために、典型的なイオン注入処理におけるイオンビームの照射領域１６０を示す。照射領域１６０は矩形領域となる。図示されるように、基板１０４に比べて（すなわち走査シーケンス１５０の占める領域に比べて）、かなり広い範囲にわたってイオンビームが照射されることがわかる。基板１０４の外側は、イオン注入という本来の目的からすればイオンビームを照射する必要のない区域である。典型的な構成においてこうした区域にも照射されるのは、毎回のビームスキャンでファラデーカップによりビーム電流を計測するために、ビームスキャン長さがファラデーカップの配置に制約され固定されているからである。
【０１０４】
よって、第２実施形態に係る走査シーケンス１５０によれば、必ずしもイオン注入を要しない領域を最小化することができる。好ましくは、イオンビームの照射領域をイオン注入領域に一致させることができる。走査シーケンス１５０の総走査距離を短くすることができるので、イオン注入処理のスループットを改善することができる。イオン注入不要領域への照射が最小化され、イオン材料の消費も抑制される。
【０１０５】
走査シーケンス１５０は、イオンビーム検出器１２２をイオンビーム１０２が経由する第１走査と、イオンビーム検出器１２２を経由せずにイオンビーム１０２が基板１０４を走査する第２走査と、を含んでもよい。図１２においては第１走査の例を破線で示し、第２走査の例を実線で示す。第１走査はビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方、またはそれら両方を含んでもよい。第２走査もまた上述のように、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方、またはそれら両方を含んでもよい。
【０１０６】
そのために、走査シーケンス１５０は例えば、イオンビーム検出器１２２を走査範囲に含む相対的に長距離のビームスキャン１５６と、イオンビーム検出器１２２を走査範囲に含まない相対的に短距離のビームスキャン１５８と、を含んでもよい。長いビームスキャン１５６は、基板１０４上のイオン注入領域とイオンビーム検出器１２２とを走査範囲に含むよう走査距離が定められ、短いビームスキャン１５８は、基板１０４上のイオン注入領域のみを走査範囲に含むよう走査距離が定められてもよい。走査シーケンス１５０は、長いビームスキャン１５６を少なくとも１回含むようにしてもよい。このようにすれば、ビームモニタ１０６とイオンビーム検出器１２２とを併用してイオンビーム１０２を監視しながらイオン注入処理を行うことができる。
【０１０７】
なお、他の一実施例においては、走査シーケンス１５０と同様にして、制御システム１２８は、リボン状のイオンビームのビーム幅を、基板に照射される位置に応じて変化させてもよい。
【０１０８】
更なる一実施例においては、制御システム１２８は、イオンビーム１０２と基板１０４との相対位置情報とビームモニタ１０６の出力とに基づいてイオンビーム１０２の強度に変動が生じた位置を特定してもよい。制御システム１２８は、ある時点におけるビームスキャン位置情報とその時点のビームモニタ出力とを関連付けることにより、そのビームモニタ出力が得られたビームスキャン位置を特定してもよい。制御システム１２８は、ある時点におけるメカニカルスキャン位置情報とその時点のビームモニタ出力とを関連付けることにより、そのビームモニタ出力が得られたメカニカルスキャン位置を特定してもよい。こうして得られたビームスキャン位置情報とメカニカルスキャン位置情報とを総合することにより、制御システム１２８は、ビームモニタ出力に対応する基板１０４上のイオンビーム照射位置を特定してもよい。このようにすれば、イオンビーム１０２に変動が生じたイオンビーム照射位置を求めることができる。
【０１０９】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１１０】
イオンビーム計測装置１０に関連する光学素子は、例えばイオンビームに含まれるイオンや、イオンビームが照射された物質からのアウトガス等の汚染粒子によって汚染され得る。汚染により光学素子の例えば透過率または反射率等の光学特性が劣化して、計測に影響を与えることもあり得る。
【０１１１】
そこで、イオンビーム計測装置１０は、光学素子を汚染から保護するための保護手段を備えてもよい。保護手段は、汚染粒子に電気的な斥力を作用させ、保護されるべき光学素子への汚染粒子の接近を妨げるよう構成されていてもよい。また、保護手段は、汚染粒子に電気的な引力を作用させることにより汚染粒子を吸着するよう構成されていてもよい。保護手段は、保護されるべき光学素子の近傍に配設された物理的な障壁を含んでもよい。
【０１１２】
図１３は、一実施形態に係るイオンビーム計測装置１０に関連する光学素子のための保護装置７０の一例を示す図である。ここでは、保護されるべき光学素子の例として第１折り曲げミラー３６を挙げる。保護装置７０は、第１折り曲げミラー３６に電位を与えるためのバイアス電源７２を備える。第１折り曲げミラー３６に与えられる電位は、第１折り曲げミラー３６の周囲の汚染粒子に電気的な斥力を作用させるよう設定される。例えば、第１折り曲げミラー３６への陽イオンの接近を妨げるために、バイアス電源７２は第１折り曲げミラー３６に正の電位を与える。こうして、第１折り曲げミラー３６に与えられた電位と共通の電荷をもつ汚染粒子の接近が妨げられ、第１折り曲げミラー３６への汚染粒子の付着が抑制される。ミラー表面の反射率の低下を抑えることができる。
【０１１３】
保護装置７０は、第１折り曲げミラー３６を囲む筒状部材７４を備える。筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６を経由する測定ビーム１２の経路に沿って設けられている。第１折り曲げミラー３６は測定ビーム１２を垂直に曲げる光学素子であるため、筒状部材７４も同様に垂直な折り曲げ部分を有する管路として形成されている。その折り曲げ部分に第１折り曲げミラー３６が収容されている。このようにして、筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６の近傍領域を画定する。筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６の近傍に配設された汚染粒子に対する物理的な障壁であるとみなすこともできる。
【０１１４】
筒状部材７４は、第１折り曲げミラー３６への測定ビーム１２の入射のための入口部分７６と、第１折り曲げミラー３６からの測定ビーム１２の出射のための出口部分７８と、を備える。入口部分７６及び出口部分７８は、測定ビーム１２に対する透過性を有するよう構成される。例えば、入口部分７６及び出口部分７８は、物理的に開放されていてもよいし、測定ビーム１２に対し透過性を有する透明部材によって閉じられていてもよい。以下では説明の便宜上、入口部分７６及び出口部分７８を透過部分７６と総称することがある。筒状部材７４は、少なくとも１つの透過部分７６を備える。
【０１１５】
保護装置７０は、筒状部材７４の内部への汚染粒子の進入を妨げるための保護部材８０と、保護部材８０に電位を与えるためのバイアス電源８２と、を備える。保護部材８０は、透過部分７６（例えば、入口部分７６、出口部分７８、又は入口部分７６及び出口部分７８の両方）に設けられている。保護部材８０は、透過部分７６において測定ビーム１２に交わる断面の少なくとも一部を占有する。保護部材８０を支持するための支持部材として筒状部材７４が設けられている。
【０１１６】
保護部材８０は例えば、透過部分７６に設けられた金網である。代案として、保護部材８０は、透明導電膜を備える透明部材であってもよい。保護部材８０の金網または透明導電膜にバイアス電源８２は電位を与えるよう接続されている。
【０１１７】
バイアス電源８２により保護部材８０に与えられる電位は、汚染粒子に電気的な引力を作用させるよう設定される。例えば、保護部材８０へと陽イオンを引きつけるために、バイアス電源８２は保護部材８０に負の電位を与える。こうして、保護部材８０に与えられた電位とは反対の電荷をもつ汚染粒子が保護部材８０に吸着され、筒状部材７４への汚染粒子の進入及び第１折り曲げミラー３６への汚染粒子の付着が抑制される。
【０１１８】
代案として、バイアス電源８２により保護部材８０に与えられる電位は、保護部材８０に向けて接近する汚染粒子に電気的な斥力を作用させるよう設定されてもよい。例えば、保護部材８０への陽イオンの接近を妨げるために、バイアス電源８２は保護部材８０に正の電位を与える。こうして、保護部材８０に与えられた電位と共通の電荷をもつ汚染粒子の保護部材８０への接近が妨げられ、筒状部材７４への汚染粒子の進入及び第１折り曲げミラー３６への汚染粒子の付着が抑制される。
【０１１９】
図１４は、一実施形態に係るイオンビーム計測装置１０に関連する光学素子のための保護装置７０の他の一例を示す図である。保護されるべき光学素子の例として、図１３に示す例と同様に、第１折り曲げミラー３６を挙げる。保護装置７０は、筒状部材７４の中に少なくとも１つの保護部材８０を備える。
【０１２０】
保護部材８０は、第１折り曲げミラー３６の近傍に設けられた金属板である。保護部材８０は、測定ビーム１２の経路から外れた場所に設けられている。図示の例では２つの保護部材８０が設けられており、１つの保護部材８０が入口部分７６から第１折り曲げミラー３６に向けて延在しており、もう１つの保護部材８０が出口部分７８から第１折り曲げミラー３６に向けて延在している。
【０１２１】
バイアス電源８２により保護部材８０に与えられる電位は、汚染粒子に電気的な引力を作用させるよう設定される。例えば、保護部材８０へと陽イオンを引きつけるために、バイアス電源８２は保護部材８０に負の電位を与える。こうして、保護部材８０に与えられた電位とは反対の電荷をもつ汚染粒子が保護部材８０に吸着される。保護部材８０によって、筒状部材７４に進入した汚染粒子の第１折り曲げミラー３６への付着が抑制される。
【０１２２】
保護装置７０は、電気的に中性の汚染粒子をイオン化するためのイオン化機構８４を備えてもよい。イオン化機構８４は例えば、ガスをイオン化するための、フィラメントを有する公知のイオン化機構である。イオン化機構８４は、筒状部材７４の入口部分７６または出口部分７８に近接して設けられている。電気的に中性の汚染粒子をイオン化機構８４によりイオン化することにより、そうした中性の汚染粒子にも保護部材８０の電気的な引力または斥力を作用させることができる。
【０１２３】
保護装置７０が、バイアス電源７２、筒状部材７４、及び保護部材８０を備えることにより、第１折り曲げミラー３６を汚染から良好に保護することができる。一方、保護装置７０の構成をより簡素にすることが望まれる場合には、保護装置７０は、バイアス電源７２、筒状部材７４、及び保護部材８０のうちいずれかを備えなくてもよい。例えば、保護装置７０がバイアス電源７２を備える場合には、保護装置７０は、筒状部材７４及び保護部材８０を必ずしも備えなくてもよい。また、保護装置７０が筒状部材７４を備える場合には、保護装置７０は、バイアス電源７２または保護部材８０のいずれかを必ずしも備えなくてもよい。
【０１２４】
保護装置７０によって保護されるべき光学素子は、図１３及び図１４に例示した第１折り曲げミラー３６には限られない。保護装置７０は、同様にして、測定ビーム１２または参照ビーム３０のための任意の光学素子を保護してもよい。保護されるべき光学素子は、測定ビーム１２をイオンビーム１４に照射するための照射室１８に設けられている任意の光学素子であってもよい。あるいは、イオンビーム１４の経路の近傍に設けられている任意の光学素子であってもよい。
【０１２５】
よって、保護装置７０は例えば、ビームスプリッタ３２、第１折り曲げミラー３６、第２折り曲げミラー３８、第３折り曲げミラー４０の少なくとも１つを保護してもよい。測定ビーム１２または参照ビーム３０のための光学系がレンズを含む場合には、保護装置７０は当該レンズを保護してもよい。また、保護装置７０は、照射室１８の壁面に設けられている窓部を保護してもよい。窓部は、測定ビーム１２または参照ビーム３０を照射室１８の外部から内部へと入射させるための窓であってもよいし、測定ビーム１２または参照ビーム３０を照射室１８の内部から外部へと出射させるための窓であってもよい。窓部は、外部から照射室１８の内部を観察するための窓であってもよい。
【０１２６】
本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置を備える粒子線治療装置が提供されてもよい。この粒子線治療装置は、イオンビームの照射を受ける被照射体を収容するための治療室、または、被照射体をイオンビームに対し支持するための支持台を備えてもよい。粒子線治療装置は、被照射体へのイオンビームの照射処理を制御するための制御システムを備えてもよい。照射処理は、被照射体に対するイオンビームの照射を（または照射位置を）制御することを含んでもよい。粒子線治療装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームをイオンビームに照射し、イオンビームに照射された測定ビームを検出することにより、イオンビームに関連する出力を制御システムに提供するビームモニタを備えてもよい。一実施例においては粒子線治療装置は陽子線治療装置であり、イオンビームは陽子線ビームであってもよい。
【０１２７】
また、本発明の一実施形態に係る粒子線治療装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備えるイオンビーム計測装置を備えてもよい。上述のイオンビーム計測装置１０及びイオン注入装置１００に関連して述べた各種の実施例及び変形例は、粒子線治療装置のためのイオンビーム計測装置、及び粒子線治療装置に適用してもよい。その場合、「被処理物」は「被照射体」と読み替えればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１０ イオンビーム計測装置、 １２ 測定ビーム、 １４ イオンビーム、 ２０ 測定ビーム源、 ２２ 測定ビーム検出器、 ２４ ビーム光学系、 ７０ 保護装置、 １００ イオン注入装置、 １０２ イオンビーム、 １０４ 基板、 １０６ ビームモニタ、 １１２ 処理室、 １２２ イオンビーム検出器、 １２８ 制御システム、 １３０ 測定ビーム、 １３４ 測定ビーム源、 １５０ 走査シーケンス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物へのイオンビームによるイオン注入処理を制御するための制御システムと、
前記イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを前記イオンビームに照射し、前記イオンビームに照射された前記測定ビームを検出することにより、前記イオンビームに関連する出力を前記制御システムに提供するビームモニタと、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記ビームモニタは、走査による前記イオンビームの通過領域を前記測定ビームが横断するように前記測定ビームを前記イオンビームに照射することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビームの入射を受けて前記イオンビームを計測するためのイオンビーム検出器をさらに備え、
前記制御システムは、前記イオンビーム検出器を前記イオンビームが経由する第１走査と、前記イオンビーム検出器を経由せずに前記イオンビームが被処理物を走査する第２走査と、を含む走査シーケンスを実行することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記制御システムは、前記イオンビームの走査範囲の変更を前記被処理物の機械的走査中に許容することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記制御システムは、前記イオンビームと前記被処理物との相対位置情報と前記ビームモニタの出力とに基づいて前記イオンビームに変動が生じた位置を特定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記イオンビームは、長手方向に延びる断面形状をもつイオンビームであり、
前記ビームモニタは、前記イオンビームの前記長手方向の複数位置に前記測定ビームを照射し、該複数位置に照射された前記測定ビームを検出することにより、前記イオンビームの前記長手方向分布を前記制御システムに提供することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、
前記測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備えることを特徴とするイオンビーム計測装置。
【請求項８】
イオンビームと測定ビームとの相互作用は、イオンビームによる測定ビームの吸収、回折、散乱、反射、及び透過のうち少なくともいずれかを含み、
前記測定ビーム検出器は、イオンビームに照射された測定ビームの強度に関連する検出信号を出力することを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項９】
前記測定ビーム源は、イオンビームに含まれるイオン種の吸収波長に一致する波長または当該吸収波長を含む波長域をもつレーザ光を発するレーザ光源を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１０】
前記測定ビーム源から発せられイオンビームには照射されない参照ビームを、前記測定ビーム源と測定ビームのイオンビーム照射位置との間において測定ビームから分割するためのビーム光学系と、
参照ビームを検出するための参照ビーム検出器と、をさらに備えることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１１】
前記測定ビーム検出器は、測定ビームをイオンビームに照射するための照射室の外部に設けられており、該照射室と前記測定ビーム検出器とが測定ビームを伝達するための導光部材により接続されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１２】
前記測定ビーム源は、イオンビームのプラズマ周波数に応じて反射または透過する指向性をもつ電磁波を発する電磁波源を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１３】
測定ビームをイオンビームに照射するための照射室に設けられた前記測定ビームのための光学素子を汚染から保護するための保護手段をさらに備えることを特徴とする請求項７から１２のいずれかに記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１４】
請求項７から１３のいずれかに記載のイオンビーム計測装置を備えることを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項１５】
イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを前記イオンビームに照射することと、
前記イオンビームに照射された前記測定ビームを検出することと、を含むことを特徴とするイオンビームの計測方法。
【請求項１】
被処理物へのイオンビームによるイオン注入処理を制御するための制御システムと、
前記イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを前記イオンビームに照射し、前記イオンビームに照射された前記測定ビームを検出することにより、前記イオンビームに関連する出力を前記制御システムに提供するビームモニタと、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記ビームモニタは、走査による前記イオンビームの通過領域を前記測定ビームが横断するように前記測定ビームを前記イオンビームに照射することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビームの入射を受けて前記イオンビームを計測するためのイオンビーム検出器をさらに備え、
前記制御システムは、前記イオンビーム検出器を前記イオンビームが経由する第１走査と、前記イオンビーム検出器を経由せずに前記イオンビームが被処理物を走査する第２走査と、を含む走査シーケンスを実行することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記制御システムは、前記イオンビームの走査範囲の変更を前記被処理物の機械的走査中に許容することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記制御システムは、前記イオンビームと前記被処理物との相対位置情報と前記ビームモニタの出力とに基づいて前記イオンビームに変動が生じた位置を特定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記イオンビームは、長手方向に延びる断面形状をもつイオンビームであり、
前記ビームモニタは、前記イオンビームの前記長手方向の複数位置に前記測定ビームを照射し、該複数位置に照射された前記測定ビームを検出することにより、前記イオンビームの前記長手方向分布を前記制御システムに提供することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、
前記測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備えることを特徴とするイオンビーム計測装置。
【請求項８】
イオンビームと測定ビームとの相互作用は、イオンビームによる測定ビームの吸収、回折、散乱、反射、及び透過のうち少なくともいずれかを含み、
前記測定ビーム検出器は、イオンビームに照射された測定ビームの強度に関連する検出信号を出力することを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項９】
前記測定ビーム源は、イオンビームに含まれるイオン種の吸収波長に一致する波長または当該吸収波長を含む波長域をもつレーザ光を発するレーザ光源を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１０】
前記測定ビーム源から発せられイオンビームには照射されない参照ビームを、前記測定ビーム源と測定ビームのイオンビーム照射位置との間において測定ビームから分割するためのビーム光学系と、
参照ビームを検出するための参照ビーム検出器と、をさらに備えることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１１】
前記測定ビーム検出器は、測定ビームをイオンビームに照射するための照射室の外部に設けられており、該照射室と前記測定ビーム検出器とが測定ビームを伝達するための導光部材により接続されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１２】
前記測定ビーム源は、イオンビームのプラズマ周波数に応じて反射または透過する指向性をもつ電磁波を発する電磁波源を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１３】
測定ビームをイオンビームに照射するための照射室に設けられた前記測定ビームのための光学素子を汚染から保護するための保護手段をさらに備えることを特徴とする請求項７から１２のいずれかに記載のイオンビーム計測装置。
【請求項１４】
請求項７から１３のいずれかに記載のイオンビーム計測装置を備えることを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項１５】
イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを前記イオンビームに照射することと、
前記イオンビームに照射された前記測定ビームを検出することと、を含むことを特徴とするイオンビームの計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−８６５９（Ｐ２０１３−８６５９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９１８９（Ｐ２０１２−９１８９）
【出願日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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