イオン注入装置、イオン注入方法及びプログラム
【課題】イオン注入装置において、帯状イオンビームの一部分を帯状イオンビームの面内で小さく曲げて電流密度分布を精度よく調整する。
【解決手段】イオン注入装置は、イオンビームの電流密度分布を調整するために、帯状イオンビームのビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場を調整するレンズ要素４０と、計測した電流密度分布に応じてレンズ要素４０にて調整する単位レンズ要素の作る磁場又は電場の強度を設定する制御部８０と、を有する。レンズ要素４０の複数の単位レンズ要素のうち、調整しようとする位置に対応する単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布から求めるとともに、前記単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求める。
【解決手段】イオン注入装置は、イオンビームの電流密度分布を調整するために、帯状イオンビームのビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場を調整するレンズ要素４０と、計測した電流密度分布に応じてレンズ要素４０にて調整する単位レンズ要素の作る磁場又は電場の強度を設定する制御部８０と、を有する。レンズ要素４０の複数の単位レンズ要素のうち、調整しようとする位置に対応する単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布から求めるとともに、前記単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象基板に帯状イオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置及びイオン注入方法、さらには、帯状イオンビームの電流密度分布を調整する、コンピュータが実行可能なプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、液晶方式や有機ＬＥＤを用いた平面型表示装置に用いるガラス基板や半導体基板に対してイオン注入装置を用いてイオン注入を行う処理が盛んに行われている。特に、大型の基板に対して効率よく正確にイオン注入を行うには、基板の横幅に対して照射するイオンビームの横幅が広く、電流密度分布が所望の分布に制御された帯状イオンビームを用いることが求められている。
【０００３】
イオンビームの横幅を基板の横幅よりも広くした帯状のイオンビームを用いることにより、基板の横幅方向の領域を一度に処理することができ、このとき、基板を縦方向に移動させることにより、基板全体を一度にイオン注入することが可能となり、処理効率があがる。
一方、帯状イオンビームは、基板の横幅方向の同じ位置を縦方向に処理するので、この帯状イオンビームの電流密度分布が横幅方向で均一でない場合、基板上で不均一にイオン注入された部分が線状になって現れ、正確なイオン注入処理が行えない。このため、帯状イオンビームは、所望の電流密度分布になるように、正確に調整することが望まれている。
【０００４】
下記特許文献１には、イオンビームのビーム断面形状が、横断方向の長さ及び幅の次元をもつ形状を有する帯状イオンビームに対して、多極の磁場を作用させて帯状イオンビームの電流密度分布の不均一を抑制するイオン注入装置が記載されている。
【０００５】
同様に、下記特許文献２には、特許文献１と同様に、帯状イオンビームの電流密度分布を多極の磁場を作用させて、電流密度分布の調整を行うことが記載されている。このとき、電流密度分布の調整は、帯状イオンビームと目標とする分布とのずれに基づいて行うことが記載されている。
【０００６】
さらに、下記特許文献３には、以下のようなイオン注入装置が記載されている。すなわち、当該装置では、イオン源から、所望のイオン種を含み基板の短辺幅よりも幅の広いシート状のイオンビームを発生させ、質量分離マグネットにより、シート状のイオンビームをそのシート面に直交する方向に曲げて所望のイオン種を選別して導出し、その際、分離スリットを用いて、質量分離マグネットと協働して所望のイオン種を選別して通過させる。この後、分離スリットを通過したイオンビームの照射領域内で、基板を、イオンビームのシート面に実質的に直交する方向に往復駆動させて、イオン注入を行う。
【０００７】
【特許文献１】特許２８７８１１２号公報
【特許文献２】特許３７３０６６６号公報
【特許文献３】特開２００５−３２７７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１〜３において、いずれもイオンビームの調整、より具体的には、イオンビームの調整のために用いる磁場又は電場を、計測された電流密度分布からどのように設定するか、その設定方法は記載されていない。
計測された電流密度分布が目標とする分布に最も近似されるように、制御しようとする磁場や電場の強度を最適に設定するには、ニューラルネットワークや遺伝的アルゴリズムを用いた最適化手法を用いることができる。しかし、これらの方法では、計算処理に時間がかかり、処理内容も煩雑であり、さらに、電流密度分布の僅かな変化に対して最適な磁場や電場の強度が大きく変化するといったロバスト性の悪化が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、帯状イオンビームの電流密度分布を精度良く目標とする分布になるように効率よく調整することのできるイオン注入装置及びイオン注入方法及び帯状イオンビームの電流密度分布を調整する、コンピュータが実行可能なプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置であって、
イオンビームを生成するイオン源を備え、生成したイオンビームを帯状イオンビームに整形するビーム整形部と、前記帯状イオンビームを処理対象基板に照射する処理部と、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定するビーム調整部と、前記ビーム調整部により調整された前記帯状イオンビームの電流密度分布を計測する計測部と、この計測結果に応じて前記ビーム調整部にて調整する前記単位レンズ要素の作る磁場又は電場の調整強度を求め、求めた前記調整強度を、現在前記ビーム調整部に設定されている磁場または電場の強度に加えることにより、磁場または電場の強度を再設定する設定部とを備えるビーム制御部と、を有し、
前記設定部は、前記複数の単位レンズ要素のうち、前記計測された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測部で計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、前記求められた調整強度を用いて磁場又は電場の強度の再設定を行うことを特徴とするイオン注入装置を提供する。
【００１１】
その際、前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る電場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差が最も大きい位置であり、前記一定の比率は１以下であり、前記誤差が最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の電場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を電場の調整強度として求めることが好ましい。
【００１２】
あるいは、前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る磁場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差の分布の中で、誤差の勾配が最も大きい位置であり、前記一定の割合の比率は１以下であり、前記勾配の最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の磁場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を磁場の調整強度として求めることも同様に好ましい。
ここで、前記勾配は、電流密度分布の傾きの絶対値（大きさ）をいい、左右どちらに傾いているか、傾きの正負は考慮に入れない。
【００１３】
又、前記一定の比率は、０．３〜０．６であることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
イオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームの電流密度分布を計測するステップと、
前記複数の単位レンズ要素から、計測された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を定め、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応レンズに隣接する前記単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記設定された強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、求めた前記調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えることにより、磁場叉は電場の強度を再設定するステップと、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するステップと、を有することを特徴とするイオン注入方法を提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムを提供する。その際、前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有する。
プログラムは、前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有する。
【００１６】
さらに、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムを提供する。
その際、前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有する。
プログラムは、前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を用いて調整されたイオンビームの電流密度分布を前記演算手段にシミュレーションにて算出させる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標分布に略一致するまで、磁場叉は電場の強度の再設定と、前記シミュレーションとを前記演算手段に繰り返し行わせる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が前記目標分布に略一致するときの前記強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のイオン注入装置では、複数の単位レンズ要素のうち、電流密度分布の調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布から求めるとともに、この対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、対応単位レンズ要素で求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求める。このため、従来のニューラルネットワークや遺伝的アルゴリズム等の最適化手法を用いる場合に比べて、調整強度を求める時間が短く、簡単な処理内容であり、電流密度分布が精度良く目標とする分布になるように効率よく調整することができる。しかも、磁場又は電場の調整強度を、対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して一定比率で乗算して各磁場又は各電場の調整強度を求め、磁場または電場の強度を設定するので、ロバスト性もよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のイオン注入装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明のイオン注入装置の一実施形態であるイオン注入装置１０の平面図である。図２は、イオン注入装置１０の側面図である。
イオン注入装置１０は、イオンビームの上流側から順に、イオン源を備えるビーム整形部２０と、ビーム調整部であるレンズ要素及び質量分離マグネットを備えるビーム輸送部３０と、処理対象基板（以降、処理基板という）にイオン注入する処理部６０と、制御部８０と、を有する。ビーム整形部２０、ビーム輸送部３０及び処理部６０は、図示されない真空ハウジングに囲まれて、真空ポンプにより一定の真空度（１０-5〜１０-3Ｐａ）を維持するようになっている。
本発明では、イオン源から処理基板に向かって進むイオンビームの流れに基づいて、イオン源の側を上流側といい、処理基板の側を下流側という。
【００２０】
ビーム整形部２０は、小型のイオン源２２を有する。イオン源２２は、イオンビームを生成する部分で、バーナス型又はフリーマン型のプラズマ発生機が用いられ、小型のイオン源２２からイオンビームが発散するように引き出される。バーナス型イオン源では、金属チャンバー内にフィラメントと反射板を備え、その外側に磁石を備える。このイオン源２２の真空中の金属チャンバー内にイオン注入に用いる原子を含んだガスを供給し、フィラメントに電流を流して熱電子を放出して、金属チャンバーの両側に設けられた反射板間を往復させる。この状態で、金属チャンバーに所定のアーク電圧を印加することによりアーク放電を生じさせ、これにより金属チャンバー内に供給されたガスを電離させて、プラズマを生成する。この生成したプラズマを金属チャンバーの側壁に設けられた取り出し孔から、引き出し電極を用いてプラズマを引き出すことにより、金属チャンバーからイオンビーム２４が放射される。
【００２１】
本実施形態のイオン源２２は、小型のイオン源を用いて発散するイオンビームを生成する。本発明では、小型のイオン源の他に、大型のイオン源から略一定なビーム幅を有する略平行な帯状のイオンビームを生成するように構成してもよい。又、複数のイオン源によりイオンビームを生成してもよい。
【００２２】
生成されたイオンビーム２４は、イオンビームの端近傍の電流密度の低い領域からイオンビームの主領域となる電流密度の高い領域まで位置により電流密度は連続的に変化するので、本来その境界は明確ではない。しかし、本発明では、イオンビームの端近傍の電流密度が所定の値を超えた部分をイオンビームの端として、イオンビーム２４のラインを定めている。
イオン源２２から生成されるイオンビームは、図２に示すようにイオンビームの端２５ａ，２５ｂで発散する一方、図１に示すようにイオンビームの端２５ｃ，２５ｄでも発散するが、イオンビームの端２５ｃ，２５ｄでの発散の程度は低い。このようなイオンビームの発散の程度の違いは、イオン源２２の取り出し孔の形状及び引き出し電極の構成によって定めることができる。
こうして生成されるイオンビームの断面形状は、イオンビームの端２５ｃ，２５ｄ間の長さであるビーム厚さが、イオンビームの端２５ａ，２５ｂ間の長さであるビーム幅に比べて薄い形状、すなわち帯状を成す。このイオンビームのビーム幅は、処理基板の横幅よりも広いビーム幅を有するように整形される。
【００２３】
なお、イオンビームは、正の電荷を持つ粒子の流れであるため、図１に示すように、処理部７０に到達する帯状のイオンビームの端２５ｃ，２５ｄはイオンビームの電荷による斥力の作用により発散を示している。しかし、本発明においては、この様な発散するイオンビームであれ、収束するイオンビームであれ、本発明において適用可能である。
イオン源２２にて生成されたイオンビーム２４は、帯状となってビーム輸送部３０に進む。
【００２４】
ビーム輸送部３０は、質量分離マグネット３２、レンズ要素４０及び分離スリット５０を有する。ビーム輸送部３０は、イオンビーム２４のビーム厚さ方向（図１における端２５ｃ〜２５ｄ間の厚さ方向）の厚さを薄くしてイオンビームを収束させた後、イオンビーム２４を処理部６０の処理基板に照射させるように構成されている。
質量分離マグネット３２は、ヨーク３４で形成された角型の筒構造の内側に、図２に示すように、一対の磁極３６を向かい合わせに設け、磁極３６の周囲にコイル３８を巻いて構成される電磁石である。一対の磁極３６の作る磁場は同じ方向となるように直列にコイル３８は接続され、図示されない電源に接続されて電流が供給される。
イオンビーム２４は、図１に示すイオンビームの端２５ｃ，２５ｄの軌道からわかるように、僅かに拡散するイオンビーム２４となって質量マグネット３２に入射される。このイオンビーム２４は、一対の磁極３６の間を通過し、帯状のイオンビームの厚さ方向に曲率を持つようにイオンビーム２４の進行方向は曲げられ、後述する分離スリットの位置で収束するように整形される。
【００２５】
一対の磁極３６間の内側に向く面は、部分的に傾斜させ又その傾斜位置を変更して調整することにより、曲率の異なる円柱面の連続する面あるいはトーラス面等の複雑な連続曲面で構成されている。又磁極３６の一部を稼動するように構成し、イオンビーム２４に対する両側の磁極端面３７の成す角度は調整されている。なお、質量分離マグネット３２には、ヨーク３４からイオンビーム２４の側にコイル３４を越えて延びるフィールドクランプを設けてもよい。又、コイル３８の形状を調整して所望のイオンビーム形状となるように構成してもよい。
【００２６】
質量分離マグネット３２を通過したイオンビーム２４は、イオン源２２のプラズマ密度及び図示されない引き出し電極及び質量分離マグネット３２の磁場の影響下で、電流密度のばらつきが一定以下、例えば５％以下となるように、プラズマ密度及び引き出し電極の電圧及び質量分離マグネット３２の磁場が調整されている。このイオンビーム２４は、後述するレンズ要素４０によって電流密度のばらつきが１％程度にまで低減される。
ここで、イオンビームの電流密度とは、イオンビーム２４の厚さ方向、すなわち、イオンビームの端２５ｃ，２５ｄ間の方向に沿って電流密度を積分した積分値、すなわち合計した合計値である。電流密度のばらつきとは、電流密度のビーム幅方向（図２における端２５ａ〜２５ｂ間の長さ方向）の分布である電流密度分布が目標とする分布（例えば均一な分布）に対するずれ幅の標準偏差の程度をいい、より具体的には、ばらつき１％以下とは、ずれ幅の標準偏差の、平均電流密度の値に対する比が１％以下であることをいう。
なお、本発明では、電流密度分布は均一な分布の他に、不均一な所望の分布であってもよい。例えば、処理基板６２上にＣＶＤ法等により形成した薄膜の不均一や熱処理の不均一に合せて、意図的にイオン注入量を場所に応じて変えるために、電流密度分布を目標とする不均一な分布になるように調整する場合もある。
【００２７】
レンズ要素４０は、帯状のイオンビーム２４の一部分を、この帯状のイオンビーム２４の面内でビーム幅の方向に曲げて、イオンビーム２４のビーム幅方向における電流密度分布を調整するビーム調整部である。レンズ要素４０は、イオンビーム２４の厚さが、質量分離マグネット３２を通過するイオンビーム２４の厚さに比べて薄くなっている、イオンビームの収束位置５２近傍の領域に配置されており、この領域でイオンビーム２４の電流密度分布を調整する。なお、本実施形態では、レンズ要素４０は、イオンビームの収束位置５２近傍の領域に配置されているが、本発明では、必ずしも収束位置５２近傍の領域に配置される必要はない。
【００２８】
レンズ要素４０は、イオンビーム２４を挟んだ両側のヨーク４２に、電磁石４４が対を成し、かつ、この対がイオンビーム２４のビーム幅方向に列を成すことにより複数個の単位レンズ要素が設けられている。単位レンズ要素の各電磁石４４は、イオンビーム２４のビーム厚さ方向の中心面を中心として、両側の対称な位置に設けられている。すなわち、電磁石４４が作る磁場は、イオンビーム２４の中心面に対して対称な分布となっている。電磁石４４は、電磁軟鉄で作られた磁極４６と磁極４６の周りに巻きまわされたコイル４８とで構成され、対を成す電磁石４４の一方の電磁石４４の作る磁場が他方の電磁石４４に向くようにコイル４８の線は、一対の電磁石４４に対して直列に接続されている。このように、対向する対を成す電磁石４４がヨーク４２の上に、ビーム幅全体を横断するように複数組設けられて複数組の単位レンズ要素が構成されている。単位レンズ要素の個数は１０〜２０程度である。
【００２９】
なお、図１及び２に示すレンズ要素４０は一例であり、本発明では、これに限定するものではない。イオンビーム２４は、イオン源２２およびイオン源２２の図示されない引き出し電極、さらに質量分離マグネット３２により、所定の電流密度分布に近くなるようにある程度調整されているので、レンズ要素４０による調整も緩やかな調整でよい。このため、レンズ要素４０による磁場の生成も穏やかなものでよい。
又、レンズ要素４０は、磁場を用いてイオンビーム２４の調整を行う他に、後述するように電場を用いてイオンビーム２４の調整を行うこともできる。しかし、以下の点から、レンズ要素４０は磁場を用いたものが好ましい。すなわち、イオンビーム２４の周りを雲状に取り囲み低速で不揃いに運動する電子が、イオンビーム２４中の正の電荷同士の斥力によってイオンビーム２４自体が発散しようとする特性を抑制しているが、この電子に大きな影響を与えないようにするために、レンズ要素４０は磁場を用いることが好ましい。
【００３０】
レンズ要素４０の対を成す電磁石４４の間には、分離スリット５０が設けられている。分離スリット５０は、図２では示されていないが、イオンビーム２４の端２５ａ，２５ｂを横断するように細長い孔（スリット）が設けられた非磁性体部材で構成されている。質量分離マグネット３２にて曲げられたイオンビーム２４は、質量分離マグネット３２の下流側でビーム厚さ方向において収束位置５２で収束するが、この収束位置５２に分離スリット５０は設けられ、所定の質量と電荷を有するイオン粒子のみを通過させるようになっている。すなわち、分離スリット５０は、イオンビーム２４がビーム厚さ方向において収束する収束位置５２に設けられ、レンズ要素４０は、分離スリット５０と重なる位置に設けられている。
イオンビーム２４のうち、所定の質量及び電荷を持たないイオン粒子は、収束位置で収束しないため、分離スリット５０の壁面に衝突して下流側への移動が阻止される。このため、分離スリット５０は、イオン粒子の衝突による摩耗に対して耐性を有する素材を用いることが必要であり、例えば、グラファイトが好適に用いられる。イオン粒子の衝突は、垂直に対して傾斜角度を持って壁面に衝突すると摩耗が激しいことから、分離スリット５０は、イオン粒子が壁面に対して略垂直に衝突するような形状を備えることが好ましい。
【００３１】
分離スリット５０では、イオン粒子の衝突の際、分離スリット５の材料の一部分がイオン粒子の衝突エネルギーを受けて粒子として物理的に飛散し、又熱による気化によりガスとなって飛散する。このとき、ビーム輸送部３０は低圧の雰囲気となっているので、上記飛散は直線的に拡がる虞がある。このため、飛散した粒子やガス等の材料成分が下流側の処理基板に到達しないように、イオン粒子の衝突する部分が処理基板から見えないように分離スリット５０の形状を定める必要がある。例えば図１に示すように、分離スリット５０の上流側のイオン粒子が衝突する部分には、面積の広い衝突面を有する鍔５４を設け、この鍔５４により、飛散する材料成分が処理基板に到達することを阻止している。
【００３２】
分離スリット５０は、レンズ要素４０の作る磁場に影響を与えないように非磁性体であることが必要である。さらに、分離スリット５０はレンズ要素４０の位置に重なるように配置せず、分離スリット５０とレンズ要素４０とが隣接するように配置してもよい。
後述するように、レンズ要素４０の替わりに電場を用いてイオンビーム２４を調整するレンズ要素９０を用いる場合、電場に影響を与えない材料の選定が困難であること、及び分離スリット５０の表面に導電性の膜が堆積し電場に影響を与えることを考慮して、レンズ要素９０は、分離スリット５０と隣接するように配置することが好ましい。この場合、分離スリット５０は、イオンビーム２４の収束位置５２に配置する必要があるので、レンズ要素９０を分離スリット５０に対して隣接するように配置する。
【００３３】
さらに、分離スリット５０のイオンビーム２４の厚さ方向のスリットの開口幅は、固定されたものでもよいが、可変調整できるものが好ましい。処理基板に注入すべきイオンの量に応じて、又純度の高いイオンの注入の必要性の有無に応じてスリットの開口幅を調整することができ、これによりイオン粒子の分離性能を適切に調整できる。又、収束位置５２におけるイオンビーム２４の厚さを１０数ｍｍ程度に薄くする場合がある一方、イオンビーム２４の軌道は、イオンの種類、イオンビームのエネルギー及びイオン粒子の電荷により影響されて常に一定ではない。このため、スリットの開口幅は、情況に応じて調整できることが好ましい。
【００３４】
分離スリット５０にて不要なイオン粒子と分離され所定のイオン粒子のみで構成され、かつレンズ要素４０にて電流密度分布の調整されたイオンビーム２４は、ビーム厚さを拡げつつ処理部６０へ進む。
【００３５】
処理部６０は、処理基板６２を図１中の下側から上側に搬送しつつイオン注入を行う図示されない移動機構と、イオンビーム２４の電流密度分布を計測するファラディカップ６４とを有する。
処理基板６２は、半導体ウエハあるいはガラス基板が例示される。イオンビーム２４のビーム幅は、質量分離マグネット３２による調整により、図２に示すように処理基板６２の横幅に比べて広くなっている。
又、処理基板６２に照射されるイオンビーム２４は、図２に示すように下流側の処理基板６２に進むに従って位置が低下するように図中下側に傾斜している。これは、処理基板６２が図示されない基台によって、処理基板６２の背面から重力を生かして保持され、かつ、イオンビーム２４が処理基板６２に対して垂直に入射させるためである。処理基板６２を背面から保持するのは、イオンビームに曝される処理基板６２の前面にクランプ治具等の保持機構を設けることはできないからである。
処理基板６２がガラス板の場合、一辺が１ｍ四方の正方形形状で厚さが０．５ｍｍの板が多く、撓み易い。さらに、ガラス板の前面には微細な回路素子等のための加工が施されているので、微細な塵や粒子が付着することを避けるために、クランプ等によって処理面の側から接触することもできない。したがって、図２に示すように、処理基板６２を傾斜させ重力を利用して背面から保持することが好ましい。
【００３６】
処理基板６２の配置位置の下流側には、ファラディカップ６４が設けられている。ファラディカップ６４は、ビーム幅の方向にイオンビーム２４のビーム幅よりも広い範囲に複数個設けられている。各ファラディカップ６４のイオンビーム２４を受ける面のビーム厚さ方向の長さがイオンビーム２４のビーム厚さに比べて長くなっており、イオンビーム２４のビーム厚さ方向に沿った電流密度分布の合計値が一度に計測されるように構成されている。ビーム幅方向には、ファラディカップ６４が隣接して複数並んでおり、したがって、ビーム幅方向では、電流密度の合計値がファラディカップ６４の各位置毎に離散的に計測される。
【００３７】
ファラディカップ６４は、イオン粒子を受けるカップ部分と、図示されない２次電子捕捉機構とを有する。２次電子捕捉機構は、ファラディカップ６４内面にイオン粒子が衝突することにより発生した２次電子がファラディカップ６４の外へ漏れるのを防止する捕捉機構である。２次電子がファラディカップ６４の外に漏れると電流密度の計測に誤差を与えるからである。２次電子捕捉機構は、磁場を用いた捕捉機能のほか電場を用いた捕捉機能のいずれを用いてもよい。
【００３８】
ファラディカップ６４の個数は必要に応じて増やせばよく、計測精度を上げる場合、個数を増やせばよく、レンズ要素４０の単位レンズ要素の設置個数と無関係である。電流密度の数％のばらつきを精度良く計測するには、ファラディカップ６４の設置個数は１００個程度であることが好ましいが、２０〜４０個程度でも電流密度分布からイオンビーム２４の調整を精度良く行うことができる。
ファラディカップ６４は、図１，２に示されるように複数個並べる形態の他に、単一のファラディカップをイオンビーム２４のビーム幅方向に、端から端まで横断するように移動させて位置と電流密度を対として計測してもよい。この方法では、ファラディカップを１つ用いるだけで精度良く計測することができる。
本実施形態の処理部６０は、処理基板６２を上下方向に移動させてイオン注入を行うものであるが、本発明では、この他、処理基板を円弧状に運動させて、あるいは円盤上に載置して回転運動させてイオンビームを照射させる方式でもよい。円弧状の運動や回転運動の場合、回転半径が場所で異なるため、処理基板の各位置はイオンビームに対して移動する。したがって、均一なイオン注入を行うためには、処理基板の各位置の移動を考慮して、イオンビームの電流密度分布を調整する必要がある。
【００３９】
なお、図１，２に示すファラディカップ６４のそれぞれは、制御部８０中の計測器８２と接続され、各ファラディカップ６４で計測された電流密度の合計値は計測モジュール８２に送られる。
【００４０】
制御部８０は、プログラムを実行することにより、計測モジュール８２と制御モジュール８４を備えるコンピュータと、電源制御部８６とを備えている。制御部８０から出力される制御信号は、電源駆動部８８を介して、単位レンズ要素の各単位レンズ要素の電磁石４４に供給する電流となる。
計測モジュール８２と制御モジュール８４を形成するコンピュータは、メモリ８５と、計測モジュール８２及び制御モジュール８４の演算を実質的に行うＣＰＵ８６と、Ｉ／Ｏ８７を有する。
【００４１】
計測モジュール８２は、各ファラディカップ６４から送られたデータを用いて、電流密度分布を算出する部分である。例えば、図３（ａ）に示すような、不均一な電流密度分布が得られる。この不均一な電流密度分布は、図３（ａ）に示すように、ビーム幅方向のレンズ要素４０の作る磁場の範囲に対応して区分Ａ1〜Ａ11に区分けされている。ここで、区分Ａ4〜Ａ6が目標とする均一な分布から大きくずれている。
制御モジュール８４は、得られた電流密度分布に基づいて、レンズ要素４０の各単位レンズ要素の電磁石４４が作る磁場の強度を設定する部分である。計測モジュール８２にて得られた電流密度分布の目標からのずれ幅に対して、区分Ａ1〜Ａ11の中から調整の中心となる区分が取り出され、この区分に対応する単位レンズ要素（対応単位レンズ要素）の電磁石４４を中心として、磁場の調整強度を求め、これより磁場の強度を設定する。具体的な手順については、後述する。設定された強度の情報は、制御信号として電源駆動部８８に送られる。
電源駆動部８８は、送られた制御信号に基づいてレンズ要素４０の各電磁石４４に供給する電流値を求めて電流を供給する部分である。
【００４２】
このようなイオン注入装置１０におけるイオン注入方法について説明する。
まず、イオン源２２で生成されたイオンビーム２４は、質量分離マグネット３２においてビーム幅の拡がった帯状のイオンビーム２４が整形され、この後、分離スリット５０にて所定の質量及び電荷を有するイオン粒子からなるイオンビーム２４のみが通過して処理部６０に供給される。このとき、レンズ要素４０は予め設定された、あるいは初期設定された磁場の強度でイオンビーム２４が調整されている。処理部６０では、処理基板６２にてイオン注入が行われるが、イオン注入前にファラディカップ６４にてイオンビーム２４の電流密度が計測される（ステップＳ１０）。
【００４３】
計測された電流密度のデータは、計測モジュール８２に送られ、電流密度分布が求められる。この電流密度分布は、メモリ８５に記憶された後、制御モジュール８４から呼び出され、メモリ８５に予め記憶されている目標とする分布との誤差が求められ、ずれ幅の分布が算出される。このずれ幅の分布のうち、ずれ幅の最大勾配を有する位置（調整しようとする位置）が、図３（ａ）に示す、レンズ要素４０の各単位レンズ要素に対応した区分Ａ1〜Ａ11の中から基準位置として抽出される（ステップＳ２０）。図３（ａ）に示す分布の場合、区分Ａ4が基準位置とされる。
【００４４】
次に、定められた基準位置である区分Ａ4に対応する対応単位レンズ要素が作るべき磁場の調整強度Ｉaが求められる（ステップＳ３０）。具体的には、電流密度分布の区分Ａ4における上記最大勾配に応じて、この勾配を相殺するような電流密度を作る磁場の調整強度Ｉaが求められる。電磁石４４が発生する磁場に直交して移動するイオンビーム２４の正のイオン粒子は、磁場における磁界の向きのベクトル及びイオン粒子の移動方向のベクトルに直交する方向、すなわち、イオンビーム２４の幅方向に力を受けて曲がるので、電磁石４４が発生する磁場は、区分Ａ4の一方の側で電流密度が増大し、他方の側で電流密度が減少する勾配を持った分布を作る。すなわち、区分Ａ4に対応する対応単位レンズ要素の電磁石４４が作るべき磁場の調整強度Ｉaは、図３（ａ）中の電流密度の最大勾配を相殺するように求められ、図３（ｂ）に示すような電流密度分布の変化を生じさせる。
本実施形態では、磁場の調整強度Ｉaは、電流密度の最大勾配を相殺するように求められるが、本発明では、十分に小さい所定値、例えばイオンビームの目標とするエネルギーに応じて定められる値を用いることもできる。
【００４５】
次に、基準位置である区分Ａ4に対応する対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素の電磁石４４に対して、生成すべき磁場の調整強度Ｉbが求められる（ステップＳ４０）。隣接する単位レンズ要素の電磁石４４についても制御対象とするのは、上述したように、一方の側で電流密度が増大し、他方の側で電流密度は減少する分布を作るが、この分布の影響を受けて基準位置周りの領域の電流密度も変化するからである。このため、基準位置に隣接する単位レンズ要素の電磁石４４が生成すべき磁場の調整強度Ｉbが、上記磁場の調整強度Ｉaに一定の比率を乗じた値として求められる。この調整強度Ｉbの磁場は、図３（ｃ）に示すような、電流密度の変化を示し、この結果、区分Ａ4における調整強度Ｉaの磁場が、区分Ａ3，Ａ5の範囲に与える電流密度の影響を抑えることができる。
【００４６】
さらに、区分Ａ3，Ａ5における調整強度Ｉbの磁場に上記一定の比率を乗算した値を、区分Ａ2，Ａ6に対応する単位レンズ要素の電磁石４４の調整強度として求める。この磁場により、区分Ａ3，Ａ5における磁場が、区分Ａ2，Ａ6へ与える電流密度の影響を抑えることができる。
こうして、区分Ａ4に対応する位置を基準位置として、基準位置から離れて隣接する区分における磁場の調整強度が一定の比率を乗算した値として求められる。なお、上記一定の比率は、１以下であり、好ましくは０．３〜０．６の範囲内の一定値である。こうして求められた各調整強度が、現在設定されているレンズ要素４０の磁場の強度に加えられ、この加算結果が、調整しようとするイオンビーム２４に適用する磁場の強度として設定される。
【００４７】
設定された各単位レンズ要素における磁場の強度は、制御信号として電源駆動部８８に供給される。
電源駆動部８８では、制御信号に応じて、各電磁石４４に流すべき電流値を設定して、各電磁石４４に電流を流す。これにより、各電磁石４４に設定された強度の磁場が生成されてイオンビーム２４の電流密度分布が調整される（ステップＳ５０）。
さらに、電流密度の調整されたイオンビーム２４の電流密度がファラディカップ６４にて計測される（ステップＳ６０）。
この結果、制御モジュール８４において、計測された電流密度分布と目標とする分布との誤差が許容範囲内であり、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断された場合（ステップＳ７０でＹｅｓの場合）、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は終了する。一方、計測された電流密度分布が目標とする分布に一致しないと判断された場合（ステップＳ７０でＮｏの場合）、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は再度行われる。すなわち、ステップＳ２０に戻る。このようにして、ステップＳ７０にて、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断されるまで、ステップＳ２０〜ステップＳ６０が繰り返し行われる。このとき、一連の調整前に、磁場が電流密度分布にどの程度調整力を有するか、計測により確認しておくことが好ましい。
【００４８】
このように、本実施形態では、イオンビーム２４の電流密度の不均一性の調整を、単位レンズ要素の電磁石４４をそれぞれ別々に調整するのではなく、隣接する単位レンズ要素の電磁石の磁場の調整強度に一定の比率を乗じた値を磁場の調整強度として求め、この調整強度を現在設定されているレンズ要素４０の強度に加えて、磁場の強度を設定し、複数の単位レンズ要素を一体として調整するので、効率の良い調整が実現できる。しかも、各磁場の調整強度を、中心とする磁場の調整強度に対して一定比率で乗算して求めるので、ロバスト性もよい。
【００４９】
なお、本発明では、図４に示すフローに替えて、図５に示すフローに従って、イオンビームの電流密度分布の調整を行ってもよい。
すなわち、レンズ要素４０の初期強度の設定をすべて０に設定する（ステップＳ１１０）。次に、イオンビームの電流密度の分布を計測する（ステップＳ１２０）。この後、計測された電流密度分布が目標の分布と略一致するか否かを判断する（ステップＳ１２０）。計測された電流密度分布が目標の分布と略一致する場合、イオン注入装置１０の立ち上げの処理は終了し、イオン注入の処理に進む。一方、計測された電流密度分布が目標の分布と略一致しない場合、ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０は、図４に示すステップＳ２０〜Ｓ４０と同じ内容である。この後、調整強度が、レンズ要素４０に設定されている強度に加算され、この加算値が、レンズ要素４０に強度として再設定される。初期強度は０に設定されているので、１回目の再設定では、調整強度自体が強度として再設定される。こうして、ステップＳ１３０において肯定されるまで、ステップＳ１２０〜Ｓ１７０が繰り返される。
【００５０】
本実施形態のレンズ要素４０は、磁場を用いてイオンビーム２４の電流密度分布を調整するものであるが、電場を用いて電流密度分布を調整するものであってもよい。
図６（ａ）は、レンズ要素４０の替わりに用いるレンズ要素９０の平面図であり、図６（ｂ）は、レンズ要素９０の内部を説明する図である。
レンズ要素９０は、イオンビーム２４の収束位置５２の下流側に設けられている。
本実施形態では、レンズ要素９０は、上流側に位置する質量分離マグネット３２を通過するイオンビーム２４のビーム厚さに比べて薄くなっている、イオンビームの収束位置５２の近傍の領域で、イオンビームの電流密度分布が調整されるように設けられるが、本発明では、レンズ要素９０の位置も特に限定されない。
図６（ａ），（ｂ）に示す実施形態では、分離スリット５０の位置に隣接するようにレンズ要素９０が設けられている。
【００５１】
レンズ要素９０は、絶縁導入端子９３を介して真空ハウジング１１０の外側の端子９２と内側のサポート９４とが接続され、サポート９４の先端側に電極９１が設けられている。端子９２は、図１に示す制御部８０の電源駆動部８８と接続されている。
図６（ａ），（ｂ）からわかるように、電極９１、端子９２、絶縁端子９３、サポート９４の組が、イオンビーム２４の端２５ａから端２５ｂまで、ビーム幅方向に複数個並んでいる。この組に対応するように、同一構造をした電極９１、端子９２、絶縁端子９３、サポート９４の組がイオンビーム２４を挟んだ反対側の対称な位置に、ビーム幅方向に複数個並んでおり、複数組の単位レンズ要素が形成されている。
単位レンズ要素の個数は、上述のレンズ要素４０における単位レンズ要素の個数と同様に１０〜２０程度である。
【００５２】
レンズ要素９０の電極９１には、ＤＣ電圧の同極の同電圧が印加され、電極９１の間でイオンビーム２４のビーム厚さ方向の中心面に対して線対称な電場が作られる。例えば、電極９１に正の電圧が印加されることで、イオンビーム２４は、電場を避けるように電場の両側に曲がることを利用してイオンビームの電流密度を調整する。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、レンズ要素９０の上流側及び下流側には、真空ハウジング１１０からシールド電極９５ａ，９５ｂが立設している。シールド電極９５ａ，９５ｂは、電極９１を中心として対称な位置に設けられており、レンズ要素９０の作る電場が、レンズ要素９０の領域以外でイオンビーム２４に影響を与えないように、電場をシールドするものである。
【００５３】
分離スリット５０の下流側の端面５６の形状をシールド電極９５ａと同様の形状に加工して、真空ハウジング１１０の内面まで延ばすことにより、シールド電極９５ａと同様の機能を持たせることもできる。このとき、電極９１を中心として分離スリット５０の端面５６の位置と対称な位置にシールド電極９５ｂを設けることが好ましい。
【００５４】
このようなレンズ要素９０では、磁場を用いて電流密度分布を調整するレンズ要素４０と同様の方法により、イオンビーム２４の電流密度分布の調整が行われる。具体的な処理方法は、図４に示されているフローで行われる。
電場を用いて調整を行うレンズ要素９０では、電流密度分布の目標とする分布からのずれ幅を求め、このずれ幅の最大ずれ位置を有する区分が基準位置とされる。この基準位置のずれ幅に応じて、このずれ幅を相殺するような電流密度を作る電場の調整強度Ｉaを求める。一方、上述したレンズ要素４０の場合、基準位置は、ずれ幅の最大勾配位置を有する区分の位置を用い、基準位置の最大勾配に応じて、この最大勾配を相殺するような電流密度を作る磁場の調整強度Ｉaを求める。
電場を用いることにより、イオンビーム２４は電場を避けるように両側に曲がる。このため、電場によって作られるイオンビーム２４の電流密度は、電場が生成した位置で電流密度を低下するように大きく変化し、その両側で対称的に電流密度は増大するように変化する。
【００５５】
図３（ａ）に示される電流密度分布の場合、区分Ａ5で目標となる分布からのずれ幅が最大となるので、この区分Ａ5の最大ずれ幅を無くすように、電場の調整強度Ｉaを求める。これにより、図７（ａ）に示すような電流密度分布の変化を生じさせる。
さらに、調整強度Ｉaに一定の比率を乗算した値を区分Ａ4，Ａ6において作るべき電場の調整強度Ｉbとし、この調整強度Ｉbを現在レンズ要素に設定されている強度に加えて、レンズ要素の強度を設定する。
この電場は、図７（ｂ）に示すような電流密度変化を生じさせるので、区分Ａ5における電場が、隣接する区分Ａ4，Ａ6へ与える電流密度の影響を抑えることができる。
こうして、区分Ａ5に対応する対応単位レンズ要素の電場を基準位置として、基準位置から離れて隣接する区分における電場の調整強度として、基準位置における電場の調整強度に一定の比率を乗算した値を求める。なお、上記一定の比率は、１以下であり、好ましくは０．３〜０．６の範囲内の一定値である。
【００５６】
設定された各単位レンズ要素の電極９１における電場の強度は、制御信号として電源駆動部８８に供給される。
電源駆動部８８では、制御信号に応じて、各電極９１に印加すべき電圧値を設定して、各電極９１に電圧を印加する。これにより、各電極９１に設定された強度の電場が生成されてイオンビーム２４の電流密度分布が調整される。
さらに、ファラディカップ６４にて電流密度の調整されたイオンビーム２４の電流密度が計測される。
この結果、制御モジュール８４において計測された電流密度分布と目標の分布との誤差が許容範囲内であり、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断された場合、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は終了する。一方、計測された電流密度分布が目標とする分布に一致しないと判断された場合、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は再度行われる。このようにして、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断されるまで、電流密度分布の調整が繰り返し行われる。このとき、一連の調整前に、電場が電流密度分布にどの程度調整力を有するか、計測により確認しておくことが好ましい。
【００５７】
上記イオン注入方法における磁場又は電場の強度の設定は、制御部８０のコンピュータにて行われ、以下のプログラムを実行することにより実現される。
すなわち、プログラムは、各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビーム２４の計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータのＣＰＵ８６に算出させメモリ８５に記憶させる手順と、
複数の単位レンズ要素から、算出された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する単位レンズ要素の対応位置をＣＰＵ８６に設定させ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布からＣＰＵ８６に算出させるとともに、対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度としてＣＰＵ８６に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、ＣＰＵ８６に再設定させる手順と、
再設定された強度を複数のレンズ要素の電場又は磁場に適用してイオンビーム２４の電流密度分布を調整させる制御信号をＣＰＵ８６に作製させる手順と、を有する。
【００５８】
又、プログラムは、下記手順を有するものであってもよい。
すなわち、イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をＣＰＵ８６に算出させメモリ８５に記憶させる手順と、
複数の単位レンズ要素から、算出された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素をＣＰＵ８６に設定させ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布からＣＰＵ８６に算出させるとともに、対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度としてＣＰＵ８６に算出させ、これらの求めた調整強度を、現在各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、ＣＰＵ８６に再設定させる手順と、
再設定された強度を用いて調整されたイオンビームの電流密度分布をＣＰＵ８６にシミュレーションにて算出させる手順と、
シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標とする分布に略一致するまで、磁場叉は電場の強度の再設定と、シミュレーションを繰り返し行う手順と、
シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標とする分布に略一致するときの強度を複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用してイオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号をＣＰＵ８６に作成させる手順と、を有する。
【００５９】
このように、本発明では、イオンビーム２４の電流密度分布の計測結果に応じてレンズ要素４０又はレンズ要素９０の作る磁場又は電場の強度を設定し、その際、調整しようとする基準位置を定め、この基準位置に隣接する単位レンズ要素の磁場又は電場の調整強度に対して、基準位置における磁場又は電場の調整強度に一定の比率を乗算した値を、磁場又は電場の調整強度として求め、強度を設定するので、イオンビームの電流密度分布を目標とする分布に効率よく調整することができる。
【００６０】
以上、本発明のイオン注入装置、イオン注入方法及びプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明のイオン注入装置の一実施形態であるイオン注入装置の平面図である。
【図２】図１に示すイオン注入装置の側面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すイオン注入装置で得られるイオンビームの電流密度分布の一例を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、磁場を用いて調整するときのイオンビームの電流密度の変化を説明する図である。
【図４】本発明のイオン注入方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明のイオン注入方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、図1に示すイオン注入装置に用いるレンズ要素の替わりに用いる別の形態のレンズ要素の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すレンズ要素の内部を説明する図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、電場を用いて調整するときのイオンビームの電流密度の変化を説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ イオン注入装置
２０ ビーム整形部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ イオン源
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ イオンビーム
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 端
３０ ビーム輸送部
３２ 質量分離マグネット
３４ ヨーク
３６ 磁極
３７ 磁極端面
３８ コイル
４０，９０ レンズ要素
４２ ヨーク
４４ 電磁石
４６ 磁極
４８ コイル
４９，５２ 収束位置
５０ 分離スリット
５４ 鍔
６０ 処理部
６２ 処理基板
６４ ファラディカップ
８０ 制御部
８２ 計測モジュール
８４ 制御モジュール
８５ メモリ
８６ ＣＰＵ
８７ Ｉ／Ｏ
８８ 電源駆動部
９1 電極
９２ 端子
９３ 絶縁端子
９４ サポート
９５ａ，９５ｂ シールド電極
１１０ 真空ハウジング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象基板に帯状イオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置及びイオン注入方法、さらには、帯状イオンビームの電流密度分布を調整する、コンピュータが実行可能なプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、液晶方式や有機ＬＥＤを用いた平面型表示装置に用いるガラス基板や半導体基板に対してイオン注入装置を用いてイオン注入を行う処理が盛んに行われている。特に、大型の基板に対して効率よく正確にイオン注入を行うには、基板の横幅に対して照射するイオンビームの横幅が広く、電流密度分布が所望の分布に制御された帯状イオンビームを用いることが求められている。
【０００３】
イオンビームの横幅を基板の横幅よりも広くした帯状のイオンビームを用いることにより、基板の横幅方向の領域を一度に処理することができ、このとき、基板を縦方向に移動させることにより、基板全体を一度にイオン注入することが可能となり、処理効率があがる。
一方、帯状イオンビームは、基板の横幅方向の同じ位置を縦方向に処理するので、この帯状イオンビームの電流密度分布が横幅方向で均一でない場合、基板上で不均一にイオン注入された部分が線状になって現れ、正確なイオン注入処理が行えない。このため、帯状イオンビームは、所望の電流密度分布になるように、正確に調整することが望まれている。
【０００４】
下記特許文献１には、イオンビームのビーム断面形状が、横断方向の長さ及び幅の次元をもつ形状を有する帯状イオンビームに対して、多極の磁場を作用させて帯状イオンビームの電流密度分布の不均一を抑制するイオン注入装置が記載されている。
【０００５】
同様に、下記特許文献２には、特許文献１と同様に、帯状イオンビームの電流密度分布を多極の磁場を作用させて、電流密度分布の調整を行うことが記載されている。このとき、電流密度分布の調整は、帯状イオンビームと目標とする分布とのずれに基づいて行うことが記載されている。
【０００６】
さらに、下記特許文献３には、以下のようなイオン注入装置が記載されている。すなわち、当該装置では、イオン源から、所望のイオン種を含み基板の短辺幅よりも幅の広いシート状のイオンビームを発生させ、質量分離マグネットにより、シート状のイオンビームをそのシート面に直交する方向に曲げて所望のイオン種を選別して導出し、その際、分離スリットを用いて、質量分離マグネットと協働して所望のイオン種を選別して通過させる。この後、分離スリットを通過したイオンビームの照射領域内で、基板を、イオンビームのシート面に実質的に直交する方向に往復駆動させて、イオン注入を行う。
【０００７】
【特許文献１】特許２８７８１１２号公報
【特許文献２】特許３７３０６６６号公報
【特許文献３】特開２００５−３２７７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１〜３において、いずれもイオンビームの調整、より具体的には、イオンビームの調整のために用いる磁場又は電場を、計測された電流密度分布からどのように設定するか、その設定方法は記載されていない。
計測された電流密度分布が目標とする分布に最も近似されるように、制御しようとする磁場や電場の強度を最適に設定するには、ニューラルネットワークや遺伝的アルゴリズムを用いた最適化手法を用いることができる。しかし、これらの方法では、計算処理に時間がかかり、処理内容も煩雑であり、さらに、電流密度分布の僅かな変化に対して最適な磁場や電場の強度が大きく変化するといったロバスト性の悪化が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、帯状イオンビームの電流密度分布を精度良く目標とする分布になるように効率よく調整することのできるイオン注入装置及びイオン注入方法及び帯状イオンビームの電流密度分布を調整する、コンピュータが実行可能なプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置であって、
イオンビームを生成するイオン源を備え、生成したイオンビームを帯状イオンビームに整形するビーム整形部と、前記帯状イオンビームを処理対象基板に照射する処理部と、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定するビーム調整部と、前記ビーム調整部により調整された前記帯状イオンビームの電流密度分布を計測する計測部と、この計測結果に応じて前記ビーム調整部にて調整する前記単位レンズ要素の作る磁場又は電場の調整強度を求め、求めた前記調整強度を、現在前記ビーム調整部に設定されている磁場または電場の強度に加えることにより、磁場または電場の強度を再設定する設定部とを備えるビーム制御部と、を有し、
前記設定部は、前記複数の単位レンズ要素のうち、前記計測された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測部で計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、前記求められた調整強度を用いて磁場又は電場の強度の再設定を行うことを特徴とするイオン注入装置を提供する。
【００１１】
その際、前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る電場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差が最も大きい位置であり、前記一定の比率は１以下であり、前記誤差が最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の電場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を電場の調整強度として求めることが好ましい。
【００１２】
あるいは、前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る磁場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差の分布の中で、誤差の勾配が最も大きい位置であり、前記一定の割合の比率は１以下であり、前記勾配の最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の磁場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を磁場の調整強度として求めることも同様に好ましい。
ここで、前記勾配は、電流密度分布の傾きの絶対値（大きさ）をいい、左右どちらに傾いているか、傾きの正負は考慮に入れない。
【００１３】
又、前記一定の比率は、０．３〜０．６であることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
イオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームの電流密度分布を計測するステップと、
前記複数の単位レンズ要素から、計測された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を定め、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応レンズに隣接する前記単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記設定された強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、求めた前記調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えることにより、磁場叉は電場の強度を再設定するステップと、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するステップと、を有することを特徴とするイオン注入方法を提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムを提供する。その際、前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有する。
プログラムは、前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有する。
【００１６】
さらに、本発明は、処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムを提供する。
その際、前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有する。
プログラムは、前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を用いて調整されたイオンビームの電流密度分布を前記演算手段にシミュレーションにて算出させる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標分布に略一致するまで、磁場叉は電場の強度の再設定と、前記シミュレーションとを前記演算手段に繰り返し行わせる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が前記目標分布に略一致するときの前記強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のイオン注入装置では、複数の単位レンズ要素のうち、電流密度分布の調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布から求めるとともに、この対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、対応単位レンズ要素で求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求める。このため、従来のニューラルネットワークや遺伝的アルゴリズム等の最適化手法を用いる場合に比べて、調整強度を求める時間が短く、簡単な処理内容であり、電流密度分布が精度良く目標とする分布になるように効率よく調整することができる。しかも、磁場又は電場の調整強度を、対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して一定比率で乗算して各磁場又は各電場の調整強度を求め、磁場または電場の強度を設定するので、ロバスト性もよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のイオン注入装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明のイオン注入装置の一実施形態であるイオン注入装置１０の平面図である。図２は、イオン注入装置１０の側面図である。
イオン注入装置１０は、イオンビームの上流側から順に、イオン源を備えるビーム整形部２０と、ビーム調整部であるレンズ要素及び質量分離マグネットを備えるビーム輸送部３０と、処理対象基板（以降、処理基板という）にイオン注入する処理部６０と、制御部８０と、を有する。ビーム整形部２０、ビーム輸送部３０及び処理部６０は、図示されない真空ハウジングに囲まれて、真空ポンプにより一定の真空度（１０-5〜１０-3Ｐａ）を維持するようになっている。
本発明では、イオン源から処理基板に向かって進むイオンビームの流れに基づいて、イオン源の側を上流側といい、処理基板の側を下流側という。
【００２０】
ビーム整形部２０は、小型のイオン源２２を有する。イオン源２２は、イオンビームを生成する部分で、バーナス型又はフリーマン型のプラズマ発生機が用いられ、小型のイオン源２２からイオンビームが発散するように引き出される。バーナス型イオン源では、金属チャンバー内にフィラメントと反射板を備え、その外側に磁石を備える。このイオン源２２の真空中の金属チャンバー内にイオン注入に用いる原子を含んだガスを供給し、フィラメントに電流を流して熱電子を放出して、金属チャンバーの両側に設けられた反射板間を往復させる。この状態で、金属チャンバーに所定のアーク電圧を印加することによりアーク放電を生じさせ、これにより金属チャンバー内に供給されたガスを電離させて、プラズマを生成する。この生成したプラズマを金属チャンバーの側壁に設けられた取り出し孔から、引き出し電極を用いてプラズマを引き出すことにより、金属チャンバーからイオンビーム２４が放射される。
【００２１】
本実施形態のイオン源２２は、小型のイオン源を用いて発散するイオンビームを生成する。本発明では、小型のイオン源の他に、大型のイオン源から略一定なビーム幅を有する略平行な帯状のイオンビームを生成するように構成してもよい。又、複数のイオン源によりイオンビームを生成してもよい。
【００２２】
生成されたイオンビーム２４は、イオンビームの端近傍の電流密度の低い領域からイオンビームの主領域となる電流密度の高い領域まで位置により電流密度は連続的に変化するので、本来その境界は明確ではない。しかし、本発明では、イオンビームの端近傍の電流密度が所定の値を超えた部分をイオンビームの端として、イオンビーム２４のラインを定めている。
イオン源２２から生成されるイオンビームは、図２に示すようにイオンビームの端２５ａ，２５ｂで発散する一方、図１に示すようにイオンビームの端２５ｃ，２５ｄでも発散するが、イオンビームの端２５ｃ，２５ｄでの発散の程度は低い。このようなイオンビームの発散の程度の違いは、イオン源２２の取り出し孔の形状及び引き出し電極の構成によって定めることができる。
こうして生成されるイオンビームの断面形状は、イオンビームの端２５ｃ，２５ｄ間の長さであるビーム厚さが、イオンビームの端２５ａ，２５ｂ間の長さであるビーム幅に比べて薄い形状、すなわち帯状を成す。このイオンビームのビーム幅は、処理基板の横幅よりも広いビーム幅を有するように整形される。
【００２３】
なお、イオンビームは、正の電荷を持つ粒子の流れであるため、図１に示すように、処理部７０に到達する帯状のイオンビームの端２５ｃ，２５ｄはイオンビームの電荷による斥力の作用により発散を示している。しかし、本発明においては、この様な発散するイオンビームであれ、収束するイオンビームであれ、本発明において適用可能である。
イオン源２２にて生成されたイオンビーム２４は、帯状となってビーム輸送部３０に進む。
【００２４】
ビーム輸送部３０は、質量分離マグネット３２、レンズ要素４０及び分離スリット５０を有する。ビーム輸送部３０は、イオンビーム２４のビーム厚さ方向（図１における端２５ｃ〜２５ｄ間の厚さ方向）の厚さを薄くしてイオンビームを収束させた後、イオンビーム２４を処理部６０の処理基板に照射させるように構成されている。
質量分離マグネット３２は、ヨーク３４で形成された角型の筒構造の内側に、図２に示すように、一対の磁極３６を向かい合わせに設け、磁極３６の周囲にコイル３８を巻いて構成される電磁石である。一対の磁極３６の作る磁場は同じ方向となるように直列にコイル３８は接続され、図示されない電源に接続されて電流が供給される。
イオンビーム２４は、図１に示すイオンビームの端２５ｃ，２５ｄの軌道からわかるように、僅かに拡散するイオンビーム２４となって質量マグネット３２に入射される。このイオンビーム２４は、一対の磁極３６の間を通過し、帯状のイオンビームの厚さ方向に曲率を持つようにイオンビーム２４の進行方向は曲げられ、後述する分離スリットの位置で収束するように整形される。
【００２５】
一対の磁極３６間の内側に向く面は、部分的に傾斜させ又その傾斜位置を変更して調整することにより、曲率の異なる円柱面の連続する面あるいはトーラス面等の複雑な連続曲面で構成されている。又磁極３６の一部を稼動するように構成し、イオンビーム２４に対する両側の磁極端面３７の成す角度は調整されている。なお、質量分離マグネット３２には、ヨーク３４からイオンビーム２４の側にコイル３４を越えて延びるフィールドクランプを設けてもよい。又、コイル３８の形状を調整して所望のイオンビーム形状となるように構成してもよい。
【００２６】
質量分離マグネット３２を通過したイオンビーム２４は、イオン源２２のプラズマ密度及び図示されない引き出し電極及び質量分離マグネット３２の磁場の影響下で、電流密度のばらつきが一定以下、例えば５％以下となるように、プラズマ密度及び引き出し電極の電圧及び質量分離マグネット３２の磁場が調整されている。このイオンビーム２４は、後述するレンズ要素４０によって電流密度のばらつきが１％程度にまで低減される。
ここで、イオンビームの電流密度とは、イオンビーム２４の厚さ方向、すなわち、イオンビームの端２５ｃ，２５ｄ間の方向に沿って電流密度を積分した積分値、すなわち合計した合計値である。電流密度のばらつきとは、電流密度のビーム幅方向（図２における端２５ａ〜２５ｂ間の長さ方向）の分布である電流密度分布が目標とする分布（例えば均一な分布）に対するずれ幅の標準偏差の程度をいい、より具体的には、ばらつき１％以下とは、ずれ幅の標準偏差の、平均電流密度の値に対する比が１％以下であることをいう。
なお、本発明では、電流密度分布は均一な分布の他に、不均一な所望の分布であってもよい。例えば、処理基板６２上にＣＶＤ法等により形成した薄膜の不均一や熱処理の不均一に合せて、意図的にイオン注入量を場所に応じて変えるために、電流密度分布を目標とする不均一な分布になるように調整する場合もある。
【００２７】
レンズ要素４０は、帯状のイオンビーム２４の一部分を、この帯状のイオンビーム２４の面内でビーム幅の方向に曲げて、イオンビーム２４のビーム幅方向における電流密度分布を調整するビーム調整部である。レンズ要素４０は、イオンビーム２４の厚さが、質量分離マグネット３２を通過するイオンビーム２４の厚さに比べて薄くなっている、イオンビームの収束位置５２近傍の領域に配置されており、この領域でイオンビーム２４の電流密度分布を調整する。なお、本実施形態では、レンズ要素４０は、イオンビームの収束位置５２近傍の領域に配置されているが、本発明では、必ずしも収束位置５２近傍の領域に配置される必要はない。
【００２８】
レンズ要素４０は、イオンビーム２４を挟んだ両側のヨーク４２に、電磁石４４が対を成し、かつ、この対がイオンビーム２４のビーム幅方向に列を成すことにより複数個の単位レンズ要素が設けられている。単位レンズ要素の各電磁石４４は、イオンビーム２４のビーム厚さ方向の中心面を中心として、両側の対称な位置に設けられている。すなわち、電磁石４４が作る磁場は、イオンビーム２４の中心面に対して対称な分布となっている。電磁石４４は、電磁軟鉄で作られた磁極４６と磁極４６の周りに巻きまわされたコイル４８とで構成され、対を成す電磁石４４の一方の電磁石４４の作る磁場が他方の電磁石４４に向くようにコイル４８の線は、一対の電磁石４４に対して直列に接続されている。このように、対向する対を成す電磁石４４がヨーク４２の上に、ビーム幅全体を横断するように複数組設けられて複数組の単位レンズ要素が構成されている。単位レンズ要素の個数は１０〜２０程度である。
【００２９】
なお、図１及び２に示すレンズ要素４０は一例であり、本発明では、これに限定するものではない。イオンビーム２４は、イオン源２２およびイオン源２２の図示されない引き出し電極、さらに質量分離マグネット３２により、所定の電流密度分布に近くなるようにある程度調整されているので、レンズ要素４０による調整も緩やかな調整でよい。このため、レンズ要素４０による磁場の生成も穏やかなものでよい。
又、レンズ要素４０は、磁場を用いてイオンビーム２４の調整を行う他に、後述するように電場を用いてイオンビーム２４の調整を行うこともできる。しかし、以下の点から、レンズ要素４０は磁場を用いたものが好ましい。すなわち、イオンビーム２４の周りを雲状に取り囲み低速で不揃いに運動する電子が、イオンビーム２４中の正の電荷同士の斥力によってイオンビーム２４自体が発散しようとする特性を抑制しているが、この電子に大きな影響を与えないようにするために、レンズ要素４０は磁場を用いることが好ましい。
【００３０】
レンズ要素４０の対を成す電磁石４４の間には、分離スリット５０が設けられている。分離スリット５０は、図２では示されていないが、イオンビーム２４の端２５ａ，２５ｂを横断するように細長い孔（スリット）が設けられた非磁性体部材で構成されている。質量分離マグネット３２にて曲げられたイオンビーム２４は、質量分離マグネット３２の下流側でビーム厚さ方向において収束位置５２で収束するが、この収束位置５２に分離スリット５０は設けられ、所定の質量と電荷を有するイオン粒子のみを通過させるようになっている。すなわち、分離スリット５０は、イオンビーム２４がビーム厚さ方向において収束する収束位置５２に設けられ、レンズ要素４０は、分離スリット５０と重なる位置に設けられている。
イオンビーム２４のうち、所定の質量及び電荷を持たないイオン粒子は、収束位置で収束しないため、分離スリット５０の壁面に衝突して下流側への移動が阻止される。このため、分離スリット５０は、イオン粒子の衝突による摩耗に対して耐性を有する素材を用いることが必要であり、例えば、グラファイトが好適に用いられる。イオン粒子の衝突は、垂直に対して傾斜角度を持って壁面に衝突すると摩耗が激しいことから、分離スリット５０は、イオン粒子が壁面に対して略垂直に衝突するような形状を備えることが好ましい。
【００３１】
分離スリット５０では、イオン粒子の衝突の際、分離スリット５の材料の一部分がイオン粒子の衝突エネルギーを受けて粒子として物理的に飛散し、又熱による気化によりガスとなって飛散する。このとき、ビーム輸送部３０は低圧の雰囲気となっているので、上記飛散は直線的に拡がる虞がある。このため、飛散した粒子やガス等の材料成分が下流側の処理基板に到達しないように、イオン粒子の衝突する部分が処理基板から見えないように分離スリット５０の形状を定める必要がある。例えば図１に示すように、分離スリット５０の上流側のイオン粒子が衝突する部分には、面積の広い衝突面を有する鍔５４を設け、この鍔５４により、飛散する材料成分が処理基板に到達することを阻止している。
【００３２】
分離スリット５０は、レンズ要素４０の作る磁場に影響を与えないように非磁性体であることが必要である。さらに、分離スリット５０はレンズ要素４０の位置に重なるように配置せず、分離スリット５０とレンズ要素４０とが隣接するように配置してもよい。
後述するように、レンズ要素４０の替わりに電場を用いてイオンビーム２４を調整するレンズ要素９０を用いる場合、電場に影響を与えない材料の選定が困難であること、及び分離スリット５０の表面に導電性の膜が堆積し電場に影響を与えることを考慮して、レンズ要素９０は、分離スリット５０と隣接するように配置することが好ましい。この場合、分離スリット５０は、イオンビーム２４の収束位置５２に配置する必要があるので、レンズ要素９０を分離スリット５０に対して隣接するように配置する。
【００３３】
さらに、分離スリット５０のイオンビーム２４の厚さ方向のスリットの開口幅は、固定されたものでもよいが、可変調整できるものが好ましい。処理基板に注入すべきイオンの量に応じて、又純度の高いイオンの注入の必要性の有無に応じてスリットの開口幅を調整することができ、これによりイオン粒子の分離性能を適切に調整できる。又、収束位置５２におけるイオンビーム２４の厚さを１０数ｍｍ程度に薄くする場合がある一方、イオンビーム２４の軌道は、イオンの種類、イオンビームのエネルギー及びイオン粒子の電荷により影響されて常に一定ではない。このため、スリットの開口幅は、情況に応じて調整できることが好ましい。
【００３４】
分離スリット５０にて不要なイオン粒子と分離され所定のイオン粒子のみで構成され、かつレンズ要素４０にて電流密度分布の調整されたイオンビーム２４は、ビーム厚さを拡げつつ処理部６０へ進む。
【００３５】
処理部６０は、処理基板６２を図１中の下側から上側に搬送しつつイオン注入を行う図示されない移動機構と、イオンビーム２４の電流密度分布を計測するファラディカップ６４とを有する。
処理基板６２は、半導体ウエハあるいはガラス基板が例示される。イオンビーム２４のビーム幅は、質量分離マグネット３２による調整により、図２に示すように処理基板６２の横幅に比べて広くなっている。
又、処理基板６２に照射されるイオンビーム２４は、図２に示すように下流側の処理基板６２に進むに従って位置が低下するように図中下側に傾斜している。これは、処理基板６２が図示されない基台によって、処理基板６２の背面から重力を生かして保持され、かつ、イオンビーム２４が処理基板６２に対して垂直に入射させるためである。処理基板６２を背面から保持するのは、イオンビームに曝される処理基板６２の前面にクランプ治具等の保持機構を設けることはできないからである。
処理基板６２がガラス板の場合、一辺が１ｍ四方の正方形形状で厚さが０．５ｍｍの板が多く、撓み易い。さらに、ガラス板の前面には微細な回路素子等のための加工が施されているので、微細な塵や粒子が付着することを避けるために、クランプ等によって処理面の側から接触することもできない。したがって、図２に示すように、処理基板６２を傾斜させ重力を利用して背面から保持することが好ましい。
【００３６】
処理基板６２の配置位置の下流側には、ファラディカップ６４が設けられている。ファラディカップ６４は、ビーム幅の方向にイオンビーム２４のビーム幅よりも広い範囲に複数個設けられている。各ファラディカップ６４のイオンビーム２４を受ける面のビーム厚さ方向の長さがイオンビーム２４のビーム厚さに比べて長くなっており、イオンビーム２４のビーム厚さ方向に沿った電流密度分布の合計値が一度に計測されるように構成されている。ビーム幅方向には、ファラディカップ６４が隣接して複数並んでおり、したがって、ビーム幅方向では、電流密度の合計値がファラディカップ６４の各位置毎に離散的に計測される。
【００３７】
ファラディカップ６４は、イオン粒子を受けるカップ部分と、図示されない２次電子捕捉機構とを有する。２次電子捕捉機構は、ファラディカップ６４内面にイオン粒子が衝突することにより発生した２次電子がファラディカップ６４の外へ漏れるのを防止する捕捉機構である。２次電子がファラディカップ６４の外に漏れると電流密度の計測に誤差を与えるからである。２次電子捕捉機構は、磁場を用いた捕捉機能のほか電場を用いた捕捉機能のいずれを用いてもよい。
【００３８】
ファラディカップ６４の個数は必要に応じて増やせばよく、計測精度を上げる場合、個数を増やせばよく、レンズ要素４０の単位レンズ要素の設置個数と無関係である。電流密度の数％のばらつきを精度良く計測するには、ファラディカップ６４の設置個数は１００個程度であることが好ましいが、２０〜４０個程度でも電流密度分布からイオンビーム２４の調整を精度良く行うことができる。
ファラディカップ６４は、図１，２に示されるように複数個並べる形態の他に、単一のファラディカップをイオンビーム２４のビーム幅方向に、端から端まで横断するように移動させて位置と電流密度を対として計測してもよい。この方法では、ファラディカップを１つ用いるだけで精度良く計測することができる。
本実施形態の処理部６０は、処理基板６２を上下方向に移動させてイオン注入を行うものであるが、本発明では、この他、処理基板を円弧状に運動させて、あるいは円盤上に載置して回転運動させてイオンビームを照射させる方式でもよい。円弧状の運動や回転運動の場合、回転半径が場所で異なるため、処理基板の各位置はイオンビームに対して移動する。したがって、均一なイオン注入を行うためには、処理基板の各位置の移動を考慮して、イオンビームの電流密度分布を調整する必要がある。
【００３９】
なお、図１，２に示すファラディカップ６４のそれぞれは、制御部８０中の計測器８２と接続され、各ファラディカップ６４で計測された電流密度の合計値は計測モジュール８２に送られる。
【００４０】
制御部８０は、プログラムを実行することにより、計測モジュール８２と制御モジュール８４を備えるコンピュータと、電源制御部８６とを備えている。制御部８０から出力される制御信号は、電源駆動部８８を介して、単位レンズ要素の各単位レンズ要素の電磁石４４に供給する電流となる。
計測モジュール８２と制御モジュール８４を形成するコンピュータは、メモリ８５と、計測モジュール８２及び制御モジュール８４の演算を実質的に行うＣＰＵ８６と、Ｉ／Ｏ８７を有する。
【００４１】
計測モジュール８２は、各ファラディカップ６４から送られたデータを用いて、電流密度分布を算出する部分である。例えば、図３（ａ）に示すような、不均一な電流密度分布が得られる。この不均一な電流密度分布は、図３（ａ）に示すように、ビーム幅方向のレンズ要素４０の作る磁場の範囲に対応して区分Ａ1〜Ａ11に区分けされている。ここで、区分Ａ4〜Ａ6が目標とする均一な分布から大きくずれている。
制御モジュール８４は、得られた電流密度分布に基づいて、レンズ要素４０の各単位レンズ要素の電磁石４４が作る磁場の強度を設定する部分である。計測モジュール８２にて得られた電流密度分布の目標からのずれ幅に対して、区分Ａ1〜Ａ11の中から調整の中心となる区分が取り出され、この区分に対応する単位レンズ要素（対応単位レンズ要素）の電磁石４４を中心として、磁場の調整強度を求め、これより磁場の強度を設定する。具体的な手順については、後述する。設定された強度の情報は、制御信号として電源駆動部８８に送られる。
電源駆動部８８は、送られた制御信号に基づいてレンズ要素４０の各電磁石４４に供給する電流値を求めて電流を供給する部分である。
【００４２】
このようなイオン注入装置１０におけるイオン注入方法について説明する。
まず、イオン源２２で生成されたイオンビーム２４は、質量分離マグネット３２においてビーム幅の拡がった帯状のイオンビーム２４が整形され、この後、分離スリット５０にて所定の質量及び電荷を有するイオン粒子からなるイオンビーム２４のみが通過して処理部６０に供給される。このとき、レンズ要素４０は予め設定された、あるいは初期設定された磁場の強度でイオンビーム２４が調整されている。処理部６０では、処理基板６２にてイオン注入が行われるが、イオン注入前にファラディカップ６４にてイオンビーム２４の電流密度が計測される（ステップＳ１０）。
【００４３】
計測された電流密度のデータは、計測モジュール８２に送られ、電流密度分布が求められる。この電流密度分布は、メモリ８５に記憶された後、制御モジュール８４から呼び出され、メモリ８５に予め記憶されている目標とする分布との誤差が求められ、ずれ幅の分布が算出される。このずれ幅の分布のうち、ずれ幅の最大勾配を有する位置（調整しようとする位置）が、図３（ａ）に示す、レンズ要素４０の各単位レンズ要素に対応した区分Ａ1〜Ａ11の中から基準位置として抽出される（ステップＳ２０）。図３（ａ）に示す分布の場合、区分Ａ4が基準位置とされる。
【００４４】
次に、定められた基準位置である区分Ａ4に対応する対応単位レンズ要素が作るべき磁場の調整強度Ｉaが求められる（ステップＳ３０）。具体的には、電流密度分布の区分Ａ4における上記最大勾配に応じて、この勾配を相殺するような電流密度を作る磁場の調整強度Ｉaが求められる。電磁石４４が発生する磁場に直交して移動するイオンビーム２４の正のイオン粒子は、磁場における磁界の向きのベクトル及びイオン粒子の移動方向のベクトルに直交する方向、すなわち、イオンビーム２４の幅方向に力を受けて曲がるので、電磁石４４が発生する磁場は、区分Ａ4の一方の側で電流密度が増大し、他方の側で電流密度が減少する勾配を持った分布を作る。すなわち、区分Ａ4に対応する対応単位レンズ要素の電磁石４４が作るべき磁場の調整強度Ｉaは、図３（ａ）中の電流密度の最大勾配を相殺するように求められ、図３（ｂ）に示すような電流密度分布の変化を生じさせる。
本実施形態では、磁場の調整強度Ｉaは、電流密度の最大勾配を相殺するように求められるが、本発明では、十分に小さい所定値、例えばイオンビームの目標とするエネルギーに応じて定められる値を用いることもできる。
【００４５】
次に、基準位置である区分Ａ4に対応する対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素の電磁石４４に対して、生成すべき磁場の調整強度Ｉbが求められる（ステップＳ４０）。隣接する単位レンズ要素の電磁石４４についても制御対象とするのは、上述したように、一方の側で電流密度が増大し、他方の側で電流密度は減少する分布を作るが、この分布の影響を受けて基準位置周りの領域の電流密度も変化するからである。このため、基準位置に隣接する単位レンズ要素の電磁石４４が生成すべき磁場の調整強度Ｉbが、上記磁場の調整強度Ｉaに一定の比率を乗じた値として求められる。この調整強度Ｉbの磁場は、図３（ｃ）に示すような、電流密度の変化を示し、この結果、区分Ａ4における調整強度Ｉaの磁場が、区分Ａ3，Ａ5の範囲に与える電流密度の影響を抑えることができる。
【００４６】
さらに、区分Ａ3，Ａ5における調整強度Ｉbの磁場に上記一定の比率を乗算した値を、区分Ａ2，Ａ6に対応する単位レンズ要素の電磁石４４の調整強度として求める。この磁場により、区分Ａ3，Ａ5における磁場が、区分Ａ2，Ａ6へ与える電流密度の影響を抑えることができる。
こうして、区分Ａ4に対応する位置を基準位置として、基準位置から離れて隣接する区分における磁場の調整強度が一定の比率を乗算した値として求められる。なお、上記一定の比率は、１以下であり、好ましくは０．３〜０．６の範囲内の一定値である。こうして求められた各調整強度が、現在設定されているレンズ要素４０の磁場の強度に加えられ、この加算結果が、調整しようとするイオンビーム２４に適用する磁場の強度として設定される。
【００４７】
設定された各単位レンズ要素における磁場の強度は、制御信号として電源駆動部８８に供給される。
電源駆動部８８では、制御信号に応じて、各電磁石４４に流すべき電流値を設定して、各電磁石４４に電流を流す。これにより、各電磁石４４に設定された強度の磁場が生成されてイオンビーム２４の電流密度分布が調整される（ステップＳ５０）。
さらに、電流密度の調整されたイオンビーム２４の電流密度がファラディカップ６４にて計測される（ステップＳ６０）。
この結果、制御モジュール８４において、計測された電流密度分布と目標とする分布との誤差が許容範囲内であり、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断された場合（ステップＳ７０でＹｅｓの場合）、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は終了する。一方、計測された電流密度分布が目標とする分布に一致しないと判断された場合（ステップＳ７０でＮｏの場合）、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は再度行われる。すなわち、ステップＳ２０に戻る。このようにして、ステップＳ７０にて、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断されるまで、ステップＳ２０〜ステップＳ６０が繰り返し行われる。このとき、一連の調整前に、磁場が電流密度分布にどの程度調整力を有するか、計測により確認しておくことが好ましい。
【００４８】
このように、本実施形態では、イオンビーム２４の電流密度の不均一性の調整を、単位レンズ要素の電磁石４４をそれぞれ別々に調整するのではなく、隣接する単位レンズ要素の電磁石の磁場の調整強度に一定の比率を乗じた値を磁場の調整強度として求め、この調整強度を現在設定されているレンズ要素４０の強度に加えて、磁場の強度を設定し、複数の単位レンズ要素を一体として調整するので、効率の良い調整が実現できる。しかも、各磁場の調整強度を、中心とする磁場の調整強度に対して一定比率で乗算して求めるので、ロバスト性もよい。
【００４９】
なお、本発明では、図４に示すフローに替えて、図５に示すフローに従って、イオンビームの電流密度分布の調整を行ってもよい。
すなわち、レンズ要素４０の初期強度の設定をすべて０に設定する（ステップＳ１１０）。次に、イオンビームの電流密度の分布を計測する（ステップＳ１２０）。この後、計測された電流密度分布が目標の分布と略一致するか否かを判断する（ステップＳ１２０）。計測された電流密度分布が目標の分布と略一致する場合、イオン注入装置１０の立ち上げの処理は終了し、イオン注入の処理に進む。一方、計測された電流密度分布が目標の分布と略一致しない場合、ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０は、図４に示すステップＳ２０〜Ｓ４０と同じ内容である。この後、調整強度が、レンズ要素４０に設定されている強度に加算され、この加算値が、レンズ要素４０に強度として再設定される。初期強度は０に設定されているので、１回目の再設定では、調整強度自体が強度として再設定される。こうして、ステップＳ１３０において肯定されるまで、ステップＳ１２０〜Ｓ１７０が繰り返される。
【００５０】
本実施形態のレンズ要素４０は、磁場を用いてイオンビーム２４の電流密度分布を調整するものであるが、電場を用いて電流密度分布を調整するものであってもよい。
図６（ａ）は、レンズ要素４０の替わりに用いるレンズ要素９０の平面図であり、図６（ｂ）は、レンズ要素９０の内部を説明する図である。
レンズ要素９０は、イオンビーム２４の収束位置５２の下流側に設けられている。
本実施形態では、レンズ要素９０は、上流側に位置する質量分離マグネット３２を通過するイオンビーム２４のビーム厚さに比べて薄くなっている、イオンビームの収束位置５２の近傍の領域で、イオンビームの電流密度分布が調整されるように設けられるが、本発明では、レンズ要素９０の位置も特に限定されない。
図６（ａ），（ｂ）に示す実施形態では、分離スリット５０の位置に隣接するようにレンズ要素９０が設けられている。
【００５１】
レンズ要素９０は、絶縁導入端子９３を介して真空ハウジング１１０の外側の端子９２と内側のサポート９４とが接続され、サポート９４の先端側に電極９１が設けられている。端子９２は、図１に示す制御部８０の電源駆動部８８と接続されている。
図６（ａ），（ｂ）からわかるように、電極９１、端子９２、絶縁端子９３、サポート９４の組が、イオンビーム２４の端２５ａから端２５ｂまで、ビーム幅方向に複数個並んでいる。この組に対応するように、同一構造をした電極９１、端子９２、絶縁端子９３、サポート９４の組がイオンビーム２４を挟んだ反対側の対称な位置に、ビーム幅方向に複数個並んでおり、複数組の単位レンズ要素が形成されている。
単位レンズ要素の個数は、上述のレンズ要素４０における単位レンズ要素の個数と同様に１０〜２０程度である。
【００５２】
レンズ要素９０の電極９１には、ＤＣ電圧の同極の同電圧が印加され、電極９１の間でイオンビーム２４のビーム厚さ方向の中心面に対して線対称な電場が作られる。例えば、電極９１に正の電圧が印加されることで、イオンビーム２４は、電場を避けるように電場の両側に曲がることを利用してイオンビームの電流密度を調整する。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、レンズ要素９０の上流側及び下流側には、真空ハウジング１１０からシールド電極９５ａ，９５ｂが立設している。シールド電極９５ａ，９５ｂは、電極９１を中心として対称な位置に設けられており、レンズ要素９０の作る電場が、レンズ要素９０の領域以外でイオンビーム２４に影響を与えないように、電場をシールドするものである。
【００５３】
分離スリット５０の下流側の端面５６の形状をシールド電極９５ａと同様の形状に加工して、真空ハウジング１１０の内面まで延ばすことにより、シールド電極９５ａと同様の機能を持たせることもできる。このとき、電極９１を中心として分離スリット５０の端面５６の位置と対称な位置にシールド電極９５ｂを設けることが好ましい。
【００５４】
このようなレンズ要素９０では、磁場を用いて電流密度分布を調整するレンズ要素４０と同様の方法により、イオンビーム２４の電流密度分布の調整が行われる。具体的な処理方法は、図４に示されているフローで行われる。
電場を用いて調整を行うレンズ要素９０では、電流密度分布の目標とする分布からのずれ幅を求め、このずれ幅の最大ずれ位置を有する区分が基準位置とされる。この基準位置のずれ幅に応じて、このずれ幅を相殺するような電流密度を作る電場の調整強度Ｉaを求める。一方、上述したレンズ要素４０の場合、基準位置は、ずれ幅の最大勾配位置を有する区分の位置を用い、基準位置の最大勾配に応じて、この最大勾配を相殺するような電流密度を作る磁場の調整強度Ｉaを求める。
電場を用いることにより、イオンビーム２４は電場を避けるように両側に曲がる。このため、電場によって作られるイオンビーム２４の電流密度は、電場が生成した位置で電流密度を低下するように大きく変化し、その両側で対称的に電流密度は増大するように変化する。
【００５５】
図３（ａ）に示される電流密度分布の場合、区分Ａ5で目標となる分布からのずれ幅が最大となるので、この区分Ａ5の最大ずれ幅を無くすように、電場の調整強度Ｉaを求める。これにより、図７（ａ）に示すような電流密度分布の変化を生じさせる。
さらに、調整強度Ｉaに一定の比率を乗算した値を区分Ａ4，Ａ6において作るべき電場の調整強度Ｉbとし、この調整強度Ｉbを現在レンズ要素に設定されている強度に加えて、レンズ要素の強度を設定する。
この電場は、図７（ｂ）に示すような電流密度変化を生じさせるので、区分Ａ5における電場が、隣接する区分Ａ4，Ａ6へ与える電流密度の影響を抑えることができる。
こうして、区分Ａ5に対応する対応単位レンズ要素の電場を基準位置として、基準位置から離れて隣接する区分における電場の調整強度として、基準位置における電場の調整強度に一定の比率を乗算した値を求める。なお、上記一定の比率は、１以下であり、好ましくは０．３〜０．６の範囲内の一定値である。
【００５６】
設定された各単位レンズ要素の電極９１における電場の強度は、制御信号として電源駆動部８８に供給される。
電源駆動部８８では、制御信号に応じて、各電極９１に印加すべき電圧値を設定して、各電極９１に電圧を印加する。これにより、各電極９１に設定された強度の電場が生成されてイオンビーム２４の電流密度分布が調整される。
さらに、ファラディカップ６４にて電流密度の調整されたイオンビーム２４の電流密度が計測される。
この結果、制御モジュール８４において計測された電流密度分布と目標の分布との誤差が許容範囲内であり、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断された場合、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は終了する。一方、計測された電流密度分布が目標とする分布に一致しないと判断された場合、イオンビーム２４の電流密度分布の調整は再度行われる。このようにして、計測された電流密度分布が目標とする分布に略一致すると判断されるまで、電流密度分布の調整が繰り返し行われる。このとき、一連の調整前に、電場が電流密度分布にどの程度調整力を有するか、計測により確認しておくことが好ましい。
【００５７】
上記イオン注入方法における磁場又は電場の強度の設定は、制御部８０のコンピュータにて行われ、以下のプログラムを実行することにより実現される。
すなわち、プログラムは、各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビーム２４の計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータのＣＰＵ８６に算出させメモリ８５に記憶させる手順と、
複数の単位レンズ要素から、算出された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する単位レンズ要素の対応位置をＣＰＵ８６に設定させ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布からＣＰＵ８６に算出させるとともに、対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度としてＣＰＵ８６に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、ＣＰＵ８６に再設定させる手順と、
再設定された強度を複数のレンズ要素の電場又は磁場に適用してイオンビーム２４の電流密度分布を調整させる制御信号をＣＰＵ８６に作製させる手順と、を有する。
【００５８】
又、プログラムは、下記手順を有するものであってもよい。
すなわち、イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をＣＰＵ８６に算出させメモリ８５に記憶させる手順と、
複数の単位レンズ要素から、算出された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素をＣＰＵ８６に設定させ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、計測された電流密度分布からＣＰＵ８６に算出させるとともに、対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度としてＣＰＵ８６に算出させ、これらの求めた調整強度を、現在各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、ＣＰＵ８６に再設定させる手順と、
再設定された強度を用いて調整されたイオンビームの電流密度分布をＣＰＵ８６にシミュレーションにて算出させる手順と、
シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標とする分布に略一致するまで、磁場叉は電場の強度の再設定と、シミュレーションを繰り返し行う手順と、
シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標とする分布に略一致するときの強度を複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用してイオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号をＣＰＵ８６に作成させる手順と、を有する。
【００５９】
このように、本発明では、イオンビーム２４の電流密度分布の計測結果に応じてレンズ要素４０又はレンズ要素９０の作る磁場又は電場の強度を設定し、その際、調整しようとする基準位置を定め、この基準位置に隣接する単位レンズ要素の磁場又は電場の調整強度に対して、基準位置における磁場又は電場の調整強度に一定の比率を乗算した値を、磁場又は電場の調整強度として求め、強度を設定するので、イオンビームの電流密度分布を目標とする分布に効率よく調整することができる。
【００６０】
以上、本発明のイオン注入装置、イオン注入方法及びプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明のイオン注入装置の一実施形態であるイオン注入装置の平面図である。
【図２】図１に示すイオン注入装置の側面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すイオン注入装置で得られるイオンビームの電流密度分布の一例を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、磁場を用いて調整するときのイオンビームの電流密度の変化を説明する図である。
【図４】本発明のイオン注入方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明のイオン注入方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、図1に示すイオン注入装置に用いるレンズ要素の替わりに用いる別の形態のレンズ要素の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すレンズ要素の内部を説明する図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、電場を用いて調整するときのイオンビームの電流密度の変化を説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ イオン注入装置
２０ ビーム整形部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ イオン源
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ イオンビーム
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 端
３０ ビーム輸送部
３２ 質量分離マグネット
３４ ヨーク
３６ 磁極
３７ 磁極端面
３８ コイル
４０，９０ レンズ要素
４２ ヨーク
４４ 電磁石
４６ 磁極
４８ コイル
４９，５２ 収束位置
５０ 分離スリット
５４ 鍔
６０ 処理部
６２ 処理基板
６４ ファラディカップ
８０ 制御部
８２ 計測モジュール
８４ 制御モジュール
８５ メモリ
８６ ＣＰＵ
８７ Ｉ／Ｏ
８８ 電源駆動部
９1 電極
９２ 端子
９３ 絶縁端子
９４ サポート
９５ａ，９５ｂ シールド電極
１１０ 真空ハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置であって、
イオンビームを生成するイオン源を備え、生成したイオンビームを帯状イオンビームに整形するビーム整形部と、
前記帯状イオンビームを処理対象基板に照射する処理部と、
前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定するビーム調整部と、
前記ビーム調整部により調整された前記帯状イオンビームの電流密度分布を計測する計測部と、この計測結果に応じて前記ビーム調整部にて調整する前記単位レンズ要素の作る磁場又は電場の調整強度を求め、求めた前記調整強度を、現在前記ビーム調整部に設定されている磁場または電場の強度に加えることにより、磁場または電場の強度を再設定する設定部とを備えるビーム制御部と、を有し、
前記設定部は、前記複数の単位レンズ要素のうち、前記計測された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測部で計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、前記求められた調整強度を用いて磁場又は電場の強度の再設定を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る電場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差が最も大きい位置であり、前記一定の比率は１以下であり、
前記誤差が最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の電場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を電場の調整強度として求める請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る磁場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差の分布の中で、誤差の勾配が最も大きい位置であり、前記一定の割合の比率は１以下であり、
前記勾配の最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の磁場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を磁場の調整強度として求める請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記一定の比率は、０．３〜０．６である請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
イオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームの電流密度分布を計測するステップと、
前記複数の単位レンズ要素から、計測された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を定め、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応レンズに隣接する前記単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記設定された強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、求めた前記調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えることにより、磁場叉は電場の強度を再設定するステップと、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するステップと、を有することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有することを特徴とするプログラム。
【請求項７】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応単位レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を用いて調整されたイオンビームの電流密度分布を前記演算手段にシミュレーションにて算出させる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標分布に略一致するまで、磁場叉は電場の強度の再設定と、前記シミュレーションとを前記演算手段に繰り返し行わせる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が前記目標分布に略一致するときの前記強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有することを特徴とするプログラム。
【請求項１】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置であって、
イオンビームを生成するイオン源を備え、生成したイオンビームを帯状イオンビームに整形するビーム整形部と、
前記帯状イオンビームを処理対象基板に照射する処理部と、
前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定するビーム調整部と、
前記ビーム調整部により調整された前記帯状イオンビームの電流密度分布を計測する計測部と、この計測結果に応じて前記ビーム調整部にて調整する前記単位レンズ要素の作る磁場又は電場の調整強度を求め、求めた前記調整強度を、現在前記ビーム調整部に設定されている磁場または電場の強度に加えることにより、磁場または電場の強度を再設定する設定部とを備えるビーム制御部と、を有し、
前記設定部は、前記複数の単位レンズ要素のうち、前記計測された電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測部で計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記求められた調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、前記求められた調整強度を用いて磁場又は電場の強度の再設定を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る電場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差が最も大きい位置であり、前記一定の比率は１以下であり、
前記誤差が最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の電場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を電場の調整強度として求める請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記ビーム調整部は、前記単位レンズ要素の作る磁場を調整し、前記電流密度分布における調整しようとする位置は、計測された電流密度分布の中の所定の分布に対する誤差の分布の中で、誤差の勾配が最も大きい位置であり、前記一定の割合の比率は１以下であり、
前記勾配の最も大きい位置に対応する前記対応単位レンズ要素に隣接する単位レンズ要素に対して、設定された前記対応単位レンズ要素の磁場の調整強度に前記一定の比率を乗算した値を磁場の調整強度として求める請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記一定の比率は、０．３〜０．６である請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
イオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームの電流密度分布を計測するステップと、
前記複数の単位レンズ要素から、計測された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を定め、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から求めるとともに、前記対応レンズに隣接する前記単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記設定された強度に一定の比率を乗算して得られる値を磁場又は電場の調整強度として求め、求めた前記調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えることにより、磁場叉は電場の強度を再設定するステップと、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するステップと、を有することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有することを特徴とするプログラム。
【請求項７】
処理対象基板に、この処理対象基板の横幅よりも広いビーム幅を有する帯状イオンビームを照射してイオン注入をするイオン注入装置において、前記帯状イオンビームに磁場又は電場を作用させて前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記磁場又は電場の強度を設定するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
前記イオン注入装置は、前記帯状イオンビームの前記ビームの厚さ方向における電流密度の合計値を前記ビーム幅の方向の分布で表した前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整するために、前記帯状イオンビームの前記ビーム幅方向に沿って複数の単位レンズ要素を並べ、各単位レンズ要素が作る磁場又は電場の強度を調整し、設定する手段を有し、
前記各単位レンズ要素の磁場又は電場により調整されたイオンビームを処理対象基板に照射してイオンの注入を行う際、
イオンビームの計測された電流密度のデータから電流密度分布をコンピュータの演算手段に算出させコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記複数の単位レンズ要素から、算出された前記電流密度分布における調整しようとする位置に対応する対応単位レンズ要素を前記演算手段に定めさせ、この対応単位レンズ要素が作る磁場又は電場の調整強度を、前記計測された電流密度分布から前記演算手段に算出させるとともに、前記対応単位レンズに隣接する単位レンズ要素が作る磁場又は電場に対して、前記算出された調整強度に一定の比率を乗算して得られる値を前記磁場又は電場の調整強度として前記演算手段に算出させ、これらの算出した調整強度を、現在前記各単位レンズ要素に設定されている磁場叉は電場の強度に加えたものを、磁場叉は電場の強度として、前記演算手段に再設定させる手順と、
再設定された強度を用いて調整されたイオンビームの電流密度分布を前記演算手段にシミュレーションにて算出させる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が目標分布に略一致するまで、磁場叉は電場の強度の再設定と、前記シミュレーションとを前記演算手段に繰り返し行わせる手順と、
前記シミュレーションにより得られた電流密度分布が前記目標分布に略一致するときの前記強度を前記複数の単位レンズ要素の電場又は磁場に適用して前記帯状イオンビームの電流密度分布を調整させる制御信号を前記演算手段に作成させる手順と、を有することを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２４５８８０（Ｐ２００９−２４５８８０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９３６７７（Ｐ２００８−９３６７７）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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