イオン注入装置およびビーム軌道補正方法
【課題】イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができるようにする。
【解決手段】イオン源１０ａの引出し用電極を第１、第２引出し用電極２２ａ、２２ｂに分けて構成しておき、かつ両電極間に電位差を形成する直流電源５２ａ、５２ｂと、イオンビーム２を撮影してその画像データを出力するカメラ８０と、分析スリット４０を通過したイオンビーム２のビーム電流Ｉ2を測定する後段ビーム測定器７０とを設けておき、Ｉ2が最大になるように分析電磁石電流Ｉ3を調整し、次に、カメラからの画像データに基づいて分析スリットに入射するビーム軌道の設計値からの偏差角度を求め、それが小さくなるように両引出し用電極間の電位差を調整する。調整を繰り返して偏差角度を許容範囲内に入れる。
【解決手段】イオン源１０ａの引出し用電極を第１、第２引出し用電極２２ａ、２２ｂに分けて構成しておき、かつ両電極間に電位差を形成する直流電源５２ａ、５２ｂと、イオンビーム２を撮影してその画像データを出力するカメラ８０と、分析スリット４０を通過したイオンビーム２のビーム電流Ｉ2を測定する後段ビーム測定器７０とを設けておき、Ｉ2が最大になるように分析電磁石電流Ｉ3を調整し、次に、カメラからの画像データに基づいて分析スリットに入射するビーム軌道の設計値からの偏差角度を求め、それが小さくなるように両引出し用電極間の電位差を調整する。調整を繰り返して偏差角度を許容範囲内に入れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン源から引き出したリボン状（これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームを分析電磁石および分析スリットを用いて運動量分析（例えば質量分析。以下同様）した後にターゲットに入射させる構成のイオン注入装置、および、分析スリットに入射するイオンビームの偏差角度を小さくするようにイオンビームの軌道を補正するビーム軌道補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオン注入装置の従来例を図１８に示す。
【０００３】
イオンビーム２の設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、このイオン注入装置は、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビーム２を引き出すイオン源１０と、このイオン源１０からのイオンビーム２を磁界ＢによってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石３０と、この分析電磁石３０よりも下流側に設けられていて分析電磁石３０と協働してイオンビーム２の運動量分析を行う分析スリット４０とを備えていて、分析スリット４０を通過したイオンビーム２をターゲット６に入射させる構成をしている。なお、この出願においては、イオンビーム２を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。
【０００４】
上記のようなＹ方向の寸法ＷY がＸ方向の寸法ＷX よりも大きいリボン状のイオンビーム２の一例を図１９に示す。但し、この図１９、図３、図５および図１６以外の図においては、図示を簡素化して見やすくする等のために、ＸＺ平面内におけるイオンビーム２は線で表している。
【０００５】
イオン源１０は、内部でプラズマ１４を生成するプラズマ生成容器１２と、このプラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す引出し電極系２０と、プラズマ生成容器１２内にＹ方向に沿う磁界１８を印加する磁石１６とを有している。
【０００６】
引出し電極系２０は、図１８では、図示の簡略化のために１枚の電極で図示しているが、イオンビーム引出し方向に複数の電極を有している場合が多い。各電極は、例えば、Ｙ方向に伸びたスリット状の開口を有している。
【０００７】
磁石１６は、図１８等では図示を簡略化しているが、プラズマ生成容器１２をＹ方向において上下から挟む磁極を有している。磁石１６は、例えば電磁石であるが、永久磁石でも良い。磁界１８の向きは、図示例では紙面の裏から表向きであるが、図示とは逆向きでも良い。
【０００８】
磁界１８は、例えば特許文献１にも記載されているように、当該磁界１８によってプラズマ生成容器１２内の電子を閉じ込めて当該電子がプラズマ生成容器１２の壁面に衝突するのを防止して、プラズマ生成容器１２内に導入された原料ガスの電離効率を高めてプラズマ密度を高める働きをする。
【０００９】
分析電磁石３０には、それを励磁する分析電磁石電流Ｉ3 が直流の分析電磁石電源３２から供給される。磁界Ｂは、図示例では紙面の裏から表向きである。分析スリット４０は、Ｙ方向に伸びるスリット状の開口４２を有している。
【００１０】
分析スリット４０を通過したイオンビーム２は、ホルダ８に保持されたターゲット（例えば半導体基板）６に照射されてイオン注入が行われる。例えば、ホルダ８およびターゲット６を、図示しないターゲット駆動装置によって、図１８中に矢印Ａで示すように、リボン状のイオンビーム２の主面３（図１９参照）に交差する方向に機械的に駆動（走査）することによって、ターゲット６の全面にイオン注入を行うことができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２７８４５号公報（段落０１１４−０１１５、図１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、イオン源１０のＹ方向に沿う磁界１８は、プラズマ生成容器１２内におけるプラズマ密度を高めること等に有効であるけれども、この磁界１８は通常は引出し電極系２０まで及び、この磁界１８の影響によって、イオン源１０（より具体的にはその引出し電極系２０）から引き出されるイオンビーム２が曲げられてイオンビーム２の出射方向が変化するという課題がある。
【００１３】
これを図２０を参照して説明すると、プラズマ生成容器１２から引き出されるイオンビーム２に磁界１８が作用すると、イオンビーム２にはローレンツ力Ｆが働くので、実際のイオンビーム２は、例えば図示例のように、設計上のビーム軌道４からずれた方向に出射することになる。
【００１４】
イオン源１０の下流側（イオンビーム２の進行方向の下流側。以下同様）に設けられた分析電磁石３０、分析スリット４０等のビーム光学系要素は、通常、イオン源１０から出射するイオンビーム２が設計上のビーム軌道を通るものとして設計製作されているので、大本であるイオン源１０から出射するイオンビーム２の方向が上記のようにずれると、イオンビーム２をターゲット６まで効率良く輸送することが困難になり、イオンビーム２の輸送効率が低下する等の不都合が生じる。
【００１５】
これに対しては、イオン源１０の向きを可変にして上記ビーム軌道のずれを補正するという考えがあるけれども、イオン源１０はその大部分が真空雰囲気中に配置されているので、イオン源の可動機構は例えばベローズ等を有していて真空を保持することができるものでなければならず、そのような可動機構は構造が複雑になる。従って、イオン源の向きを可変にするというのは現実的ではない。
【００１６】
そこでこの発明は、イオン源の向きを可変にしなくても、イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向に沿う磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができる方法または装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係るビーム軌道補正方法の一つは、イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しておき、かつ、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器とを設けておき、前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整工程と、前記前段ビーム測定器を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を測定し、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定工程と、前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を用いて調整する電位差調整工程とを、前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことを特徴としている。
【００１８】
上記ビーム軌道補正方法によれば、イオン源の引出し電極系を構成する第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームを電位の低い電極側へ偏向させて、イオン源から出射するイオンビームの方向を変化させることができる。従って、イオン源の向きを可変にしなくて済む。
【００１９】
しかも、上記分析電磁石電流調整工程と、偏差角度測定工程と、電位差調整工程とを、偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことによって、イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向に沿う磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができる。
【００２０】
上記前段ビーム測定器の代りに、分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラを設けておき、偏差角度測定工程において、当該カメラからの画像データを処理して、分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求めるようにしても良い。
【００２１】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整しても良い。
【００２２】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しており、更に、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器と、（ａ）前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように、前記分析電磁石電源を制御して前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）前記前段ビーム測定器からの測定情報を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を求め、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を制御して調整する電位差調整制御とを、前記偏差角度測定制御で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している制御装置とを備えていることを特徴としている。
【００２３】
上記前段ビーム測定器の代りに、分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラを設けておき、偏差角度測定制御において、当該カメラからの画像データを処理して、分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求めるようにしても良い。
【００２４】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、前記制御装置は、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整するものでも良い。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１〜６に記載の発明によれば、イオン源の向きを可変にしなくても、イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向に沿う磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができる。
【００２６】
その結果、ターゲットへのイオンビームの輸送効率を高めることができる。また、ターゲットに入射するイオンビームの入射角度が設計値からずれるのを抑制することができる。
【００２７】
更に、イオン源の引出し電極系を構成する引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成し、これらをビーム軌道の制御に用いるので、引出し電極系とは別のビーム軌道補正用の電極をビームラインに設けずに済む。その結果、ビームラインが長くなるのを防止することができるので、この観点からもイオンビームの輸送効率を高めることができる。
【００２８】
更に、請求項２、５に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、偏差角度の測定にカメラを用いる場合は、カメラは固定しておけば良く、測定の際にカメラをビーム経路上に出し入れする必要はないので、移動機構が不要であり、従って前段ビーム測定器を用いる場合に比べて、構成が簡素になる。しかも、カメラはイオンビームを受ける（即ちカメラにイオンビームを入射させる）必要がないので、イオンビームを受ける前段ビーム測定器を用いる場合と違って、ターゲット表面を汚染する原因になるパーティクル（汚染物質）を発生させる心配がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、この発明に係るビーム軌道補正方法を実施するイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。図２は、図１中のイオン源およびそれ用の電源のより詳細例を示す図である。図３は、図１および図２中の引出し用電極の概略を、イオンビーム進行方向に見て示す正面図である。図１８に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００３０】
このイオン注入装置は、前述した分析電磁石３０、分析電磁石電源３２、分析スリット４０、ホルダ８等の他に、従来のイオン源１０に代るイオン源１０ａと、このイオン源１０ａ用の直流電源５２ａ、５２ｂと、分析スリット４０からその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビーム２を撮影してその画像データＤ1 を出力するカメラ８０と、分析スリット４０を通過したイオンビーム２を受けてそのビーム電流Ｉ2 を測定する後段ビーム測定器７０と、後述する制御を行う制御装置９０とを備えている。
【００３１】
イオン源１０ａは、内部に原料ガス（蒸気の場合を含む）が導入されそれを電離させて内部でプラズマ１４を生成するプラズマ生成容器１２と、このプラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す引出し電極系２０ａと、プラズマ生成容器１２内にＹ方向に沿う磁界１８を印加する磁石１６とを有している。この磁石１６については前述したとおりである。
【００３２】
引出し電極系２０ａは、イオンビーム２の引出し方向（即ちＺ方向）に複数の電極を有している。具体的にはこの例では、図２に示すように、最プラズマ側（最もプラズマ１４に近い側。以下同様）から下流側に向けて配列されていて、それぞれ概ね板状をしているプラズマ電極２１、引出し用電極２２および接地電極２３を有している。プラズマ電極２１および接地電極２３は、それぞれ１枚の電極であり、例えば、Ｙ方向に伸びていて前述したリボン状のイオンビーム２が通るスリット状の開口をそれぞれ有している。
【００３３】
引出し用電極２２は、この実施形態では、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すための電極であって、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極であり、この引出し用電極２２を、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む二つの電極、即ち第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成している。第１引出し用電極２２ａおよび第２引出し用電極２２ｂは、それぞれ概ね板状の電極であり、両電極２２ａ、２２ｂ間には、例えば図３に示すように、前述したリボン状のイオンビーム２が通る隙間２２ｃが形成されている。
【００３４】
なお、図１、図７〜図１５においては、図示を簡略化するために、引出し電極系２０ａを構成する電極は、上記第１引出し用電極２２ａおよび第２引出し用電極２２ｂのみを図示している。
【００３５】
イオン源１０ａ用の電源の例を図２を参照して説明する。
【００３６】
この例では、プラズマ生成容器１２とプラズマ電極２１とは、互いに電気的に接続されていて、互いに同電位である。
【００３７】
接地電極２３と大地電位部との間には、前者を正極側にして、直流で電圧可変の加速電源５４が接続されている。その出力電圧をＶ4 とする。この電圧Ｖ4 によって、イオン源１０ａから引き出されたイオンビーム２を所望のエネルギーまで加速することができる。従ってこの電圧Ｖ4 は、加速電圧とも呼ばれる。上記から分かるように、接地電極２３は、この例では接地されている訳ではないが、通常は接地電極と呼ばれている。
【００３８】
接地電極２３とプラズマ生成容器１２（およびプラズマ電極２１）との間には、後者を正極側にして、直流で電圧可変の引出し電源５３が接続されている。その出力電圧をＶ3 とする。この電圧Ｖ3 は、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す働きをし、イオン源１０ａ（具体的にはその引出し電極系２０ａ）から引き出すときのイオンビーム２のエネルギーはこの電圧Ｖ3 によって決まる。従ってこの電圧Ｖ3 は、引出し電圧とも呼ばれる。この電圧Ｖ3 は、通常は１０ｋＶ程度以上であり、より具体例を挙げると１５〜３５ｋＶ程度である。
【００３９】
接地電極２３と第１引出し用電極２２ａおよび第２引出し用電極２２ｂとの間には、後者２２ａ、２２ｂを負極側にして、電圧可変の第１直流電源５２ａおよび第２直流電源５２ｂがそれぞれ接続されている。各直流電源５２ａ、５２ｂの出力電圧をそれぞれＶ1 、Ｖ2 とする。この直流電源５２ａ、５２ｂによって、接地電極２３よりも両電極２２ａ、２２ｂを負電位にして、下流側からの逆流電子を抑制することができる。引出し用電極２２は、上記イオンビーム引出し作用に着目して引出し電極と呼ばれる場合もあるし、上記逆流電子抑制作用に着目して抑制電極と呼ばれる場合もある。各電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、例えば、１〜５ｋＶ程度である。
【００４０】
プラズマ生成容器１２およびプラズマ電極２１の電位を基準にした電位で言うと、第１引出し用電極２２ａ、第２引出し用電極２２ｂおよび接地電極２３の電位Ｐ1 、Ｐ2 およびＰ3 は、次式でそれぞれ表すことができる。プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すためには、電位Ｐ1 およびＰ2 は、共に、絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる。
【００４１】
［数１］
Ｐ1 ＝−（Ｖ3 ＋Ｖ1 ）
Ｐ2 ＝−（Ｖ3 ＋Ｖ2 ）
Ｐ3 ＝−Ｖ3
【００４２】
両直流電源５２ａ、５２ｂの出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 の値を互いに異ならせることによって、第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間に電位差ΔＰを形成することができる。従ってこの実施形態では、両直流電源５２ａ、５２ｂが、電位差ΔＰを形成する電圧可変の直流電源を構成している。この電位差ΔＰは次式で表すことができる。
【００４３】
［数２］
ΔＰ＝Ｐ1 −Ｐ2
＝Ｖ2 −Ｖ1
【００４４】
引出し電極系２０ａのイオンビーム引出し方向の電極の数は、上記例では三つ（３段）であるが、それに限られるものではない。例えば、二つ（２段）でも良いし、四つ（４段）以上でも良い。いずれにしても、この出願では、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すための電極であって、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極（図２の例では引出し用電極２２）に着目している。プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極に着目するのは、そのような電位の電極は、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す作用を十分に奏することができるからである。この電極は、他の名称、例えば前述したように引出し電極、抑制電極等と呼ばれる場合があるけれども、この出願では引出し用電極と呼んでいる。そしてこの引出し用電極を、従来と違って、上記のように第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成しているのが、本願発明の一つの特徴である。
【００４５】
上記最プラズマ側の電極に着目する理由は次のとおりである。例えば図４に示す例のように、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極が電極２４と電極２６の二つあり、両電極２４、２６を、それぞれ、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む第１電極２４ａと第２電極２４ｂ、および、第１電極２６ａと第２電極２６ｂに分けて構成したとする。また、プラズマ生成容器１２から引き出されるイオンビーム２の設計上のビーム軌道４は、電極２４、２６に垂直、即ちＺ軸に平行であるとする。
【００４６】
この場合、電極２４を構成する第１電極２４ａと第２電極２４ｂとの間に電位差を形成することにより、その電位差によって、イオンビーム２を偏向させることができる。電極２６についても同様である。その場合、イオンビーム２を同じ目標点２８に向けて偏向させる場合を考えると、図４からも分かるように、電極２４による偏向角度φ1 の方が電極２６による偏向角度φ2 よりも小さくて済む。目標点２８からの距離が大きいからである。
【００４７】
従って、電極２４で偏向させる方が、電極２６で偏向させるよりも、第１電極（２４ａ、２６ａ）と第２電極（２４ｂ、２６ｂ）との間の電位差が小さくて済む。換言すれば、電極２４で偏向させる方が、小さな電位差で大きな偏向が可能になるので制御性が良い。また、前述したローレンツ力Ｆによって曲げられた場所にできるだけ近い所でイオンビーム２を曲げ戻す方が、曲げ戻しの制御も容易である。このような理由から、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すための電極であって、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最も上流側、即ち最プラズマ側の電極を、イオンビーム２の軌道補正に用いるのが好ましく、この出願ではそのような最プラズマ側の電極を引出し用電極と呼んでビーム軌道補正に用いることにしている。
【００４８】
即ち、引出し電極系２０ａを構成する第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 と第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 との間の電位差ΔＰによって、イオンビーム２を電位の低い電極側へ偏向させて、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の方向を変化させることができる。例えば、図２を参照して、Ｐ2 ＜Ｐ1 とすることによってイオンビーム２を図中の左側へ、Ｐ2 ＞Ｐ1 とすることによって図中の右側へ、それぞれ偏向させることができる。従って、イオン源の向きを可変にしなくて済む。
【００４９】
図２中のイオンビーム２の軌道は、実際にシミュレーションを行った結果に基づいて図示している。このシミュレーション結果について以下に説明する。なお、イオンビーム２は、特にその軌道を区別する必要がある場合は、イオンビーム２ａ、２ｂ、２ｃと表すことにする。他の図においても同様である。
【００５０】
このシミュレーションでは、イオン源１０ａの磁石１６（図１参照）によってプラズマ生成容器１２内に２５０×１０-4［Ｔ］の磁界１８を発生させた状態で、プラズマ生成容器１２内にＢ+ をイオンとするプラズマ１４を生成した。プラズマ生成容器１２およびプラズマ電極２１の電位を基準にして言うと（以下の電位Ｐ1 、Ｐ2 も同様）、接地電極２３の電位Ｐ3 を−２５ｋＶにした。
【００５１】
イオンビーム２ａは、第１引出し用電極２２ａ、第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ1 、Ｐ2 を共に−２７ｋＶにしてＢ+ イオンビームを引き出した場合のものであり、イオンビーム２ｂは、第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 を−２７ｋＶ、第２引出し用電極２２ｂの電位を−２８．５ｋＶ（即ちＰ2 ＜Ｐ1 であり、その電位差ΔＰは１．５ｋＶ）にしてＢ+ イオンビームを引き出した場合である。
【００５２】
前述したように、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から引き出されるイオンビーム２には磁界１８によってローレンツ力Ｆが作用するので、第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂ間に電位差がない場合のイオンビーム２ａの軌道は、ローレンツ力Ｆによる偏向がないものとしている設計上のビーム軌道４に対して、約４度の角度を持っている。一方、上記のように第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間に１．５ｋＶの電位差ΔＰを付けた場合のイオンビーム２ｂの軌道は、電位の低い第２引出し用電極２２ｂ側に偏向されて、設計上のビーム軌道４にほぼ一致している。
【００５３】
この発明に係るビーム軌道補正方法は、上記のように第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間に電位差ΔＰを形成することによって、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の方向を変化させることができることを利用するものである。これを以下に詳述する。
【００５４】
図５も参照して、上記後段ビーム測定器７０は分析スリット４０の下流側近傍で、分析スリット４０を通過したイオンビーム２を受けてそのビーム電流Ｉ2 を測定するものであり、例えば矢印Ｃで示すように、測定の際にはイオンビーム２の経路に入れられ、ターゲット６（図１参照）へのイオン注入時はイオンビーム２の経路から外される。後段ビーム測定器７０は、例えばファラデーカップである。
【００５５】
上記カメラ８０は、分析スリット４０からその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビーム２を撮影してその画像データＤ1 を出力するものである。分析スリット４０は、この例では、開口４２をＸ方向に隔てた２枚の板であり、開口４２は分析スリット４０のＹ方向における上から下まで通じているので、開口４２を分析スリット４０のＹ方向における上方または下方から見ることができる。
【００５６】
カメラ８０は、分析スリット４０のＹ方向における上方または下方に設けられていて、このカメラ８０の視界８２は、分析スリット４０の開口４２からそのある程度上流側までの領域をカバーしている。このカメラ８０は、イオンビーム２の経路に入れてイオンビーム２を受ける必要はないので、イオンビーム２の経路外に固定しておけば良い。
【００５７】
特開２００６−１９６４００号公報にも記載されているように、イオンビーム２はその経路中に存在する残留ガスと衝突することによって発光する。より正確に言えば、イオンビーム２がその経路中に存在する残留ガスと衝突することによってイオンビーム２を中心にビームプラズマが生成されてそれが発光する。この発光強度は、イオンビーム２のビーム電流密度と残留ガス圧とに依存している。
【００５８】
従って、カメラ８０からの画像データＤ1 を処理することによって、分析スリット４０（より具体的にはその開口４２）に入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道４からの偏差角度θを求めることができる。
【００５９】
より具体的には、イオンビーム２の進行方向Ｚの２箇所においてイオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ1 、ｘ2 を測定することができる。両中心位置ｘ1 、ｘ2 間のビーム軌道４に沿う方向の距離Ｌ1 は予め分かっているので、次式またはそれと数学的に等価の式によって偏差角度θを算出することができる。なお、中心位置ｘ1 、ｘ2 を求める場合、イオンビーム２の発光のピーク位置で測定しても良いし、重心位置で測定しても良いが、２箇所における測定方法は同じにするのが好ましい。
【００６０】
［数３］
θ＝ｔａｎ-1｛（ｘ1 −ｘ2 ）／Ｌ1 ｝
【００６１】
なお、中心位置ｘ1 のＺ方向における位置は、この例では分析スリット４０の板厚の中心にしているが、必ずしもそのようにしなくても良く、例えば、分析スリット４０の上流側の表面あるいはそれよりも更に上流側、または、分析スリット４０の下流側の表面あるいはそれよりも更に下流側にしても良い。要は、カメラ８０の視界８２に入っていれば良い。中心位置ｘ2 のＺ方向における位置についても、要はカメラ８０の視界８２に入っていれば良い。
【００６２】
上記のようなカメラ８０、後段ビーム測定器７０等を用いて行うビーム軌道補正方法の実施形態を図６のフローチャート、更には図７〜図１４を参照して説明する。この内、図７〜図１０は、偏差角度θが設計上のビーム軌道４よりも内側の角度である場合の例であり、図１１〜図１４は、偏差角度θが外側の角度である場合の例である。
【００６３】
この出願では、図１を参照して、ＸＺ平面内において、イオン源１０ａから分析電磁石３０内の円弧軌道を経由して分析スリット４０に至るイオンビーム２の設計上のビーム軌道４に対して、それよりも前記円弧の中心５寄りを内側、その反対側を外側と呼んでいる。従って、第１引出し用電極２２ａは内側、第２引出し用電極２２ｂは外側に位置している。また、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２は、設計上のビーム軌道４を通る場合をイオンビーム２ｂ、内側を通る場合をイオンビーム２ａ、外側を通る場合をイオンビーム２ｃとしている。
【００６４】
まず、後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、分析電磁石電流Ｉ3 を調整して分析電磁石３０における磁界Ｂの強さを調整する（ステップ１００）。これが分析電磁石電流調整工程である。
【００６５】
例えば、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２が図７に示すイオンビーム２ａのように内側にずれており、かつ分析スリット４０に入射するイオンビーム２が外側にずれている場合は、分析電磁石電流Ｉ3 を大きくして磁界Ｂを強くして、分析電磁石３０におけるイオンビーム２の偏向を強くして、イオンビーム２が分析スリット４０の開口４２の中心に入射するようにする。その状態の例を図８に示す。イオン源１０ａから出射するイオンビーム２が図１１に示すイオンビーム２ｃのように外側にずれており、かつ分析スリット４０に入射するイオンビーム２が外側にずれている場合も、分析電磁石電流Ｉ3 を大きくして磁界Ｂを強くして、分析スリット３０におけるイオンビーム２の偏向を強くして、イオンビーム２が分析スリット４０の開口４２の中心に入射するようにする。その状態の例を図１２に示す。
【００６６】
次に、カメラ８０でイオンビーム２を撮影し（ステップ１０１）、更にカメラ８０からの画像データＤ1 を処理して上記偏差角度θを算出する（ステップ１０２）。これらの方法の詳細は前述したとおりである。偏差角度θを算出する式は上記数３に示したとおりである。これが偏差角度測定工程である。
【００６７】
例えば、図８に示す状態では、偏差角度θは設計上のビーム軌道４よりも内側の角度であり、図１２に示す状態では外側の角度である。偏差角度θの正負の符号は、この実施形態では、内側の角度の場合が−（マイナス）、外側の角度の場合が＋（プラス）になる。
【００６８】
次に、上記偏差角度測定工程で測定した偏差角度θが所定の許容範囲ε以内にあるか否かを判断して（ステップ１０３）、許容範囲以内になければステップ１０４に進んで、引出し電極系２０ａを出る際に第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間の電位差ΔＰによってイオンビーム２が偏差角度θを小さくする方向に曲げられるように、当該電位差ΔＰを直流電源５２ａ、５２ｂを用いて調整する（ステップ１０４）。これが電位差調整工程である。
【００６９】
上記所定の許容範囲εは、例えば、±０．５度〜±１．０度程度であるが、これに限られるものではない。
【００７０】
例えば、図８に示す例のように、偏差角度θが許容範囲ε以内になく（即ち｜θ｜＞｜ε｜。以下同様）かつ内側の角度である場合には、第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 よりも第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 が高くなるように（即ちＰ2 ＜Ｐ1 になるように）、電位差ΔＰを調整する。具体的には、上記数２からも分かるように、第２直流電源５２ｂの出力電圧Ｖ2 と第１直流電源５２ａの出力電圧Ｖ1 との差を調整する。これによって、前述したようにイオン源１０ａから出射するイオンビーム２は外側に偏向されるので、例えば図９に示す状態になる。
【００７１】
反対に図１２に示す例のように、偏差角度θが許容範囲ε以内になく、かつ外側の角度である場合には、第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 よりも第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 が高くなるように（即ちＰ2 ＞Ｐ1 になるように）、電位差ΔＰを調整する。具体的には、上記数２からも分かるように、第２直流電源５２ｂの出力電圧Ｖ2 と第１直流電源５２ａの出力電圧Ｖ1 との差を調整する。これによって、前述したようにイオン源１０ａから出射するイオンビーム２は内側に偏向されるので、例えば図１３に示す状態になる。
【００７２】
上記偏差角度θの向きと、調整後の電位Ｐ1 、Ｐ2 との関係を表１にまとめて示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
なお、上記電位差調整工程における電位差ΔＰの調整は、（ａ）予めシミュレーション等によって、偏差角度θを１度補正するのに適した電位差ΔＰ1 ［Ｖ／度］を求めておいて、次の数４に従って電位差ΔＰを調整しても良いし、（ｂ）適当な電圧刻み、例えば１００Ｖ刻みで調整しても良い。上記電位差ΔＰ1 は、例えば５５０Ｖ／度である。（ａ）の方法の方が、適切な電位差ΔＰをより早く実現することができる。
【００７５】
［数４］
ΔＰ＝ΔＰ1 ×θ［Ｖ］
【００７６】
そして、上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程を、偏差角度測定器で測定した偏差角度θが上記許容範囲ε以内に入るまで１回ずつ以上行う。
【００７７】
例えば、図９、図１３に示す例の場合は、後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、分析電磁石電流Ｉ3 を小さくして磁界Ｂを弱くして、分析電磁石３０におけるイオンビーム２の偏向を弱くする。その結果、それぞれ図１０、図１４に示す状態になり、偏差角度θが許容範囲ε以内に入る。
【００７８】
以上のようにこのビーム軌道補正方法によれば、イオン源１０ａの向きを可変にしなくても、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の軌道がイオン源１０ａにおけるＹ方向に沿う磁界１８の影響を受けて設計上のビーム軌道４からずれたとしても、分析スリット４０に入射するイオンビーム２の軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道４に近づけることができる。
【００７９】
その結果、ターゲット６へのイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。また、ターゲット６に入射するイオンビーム２の入射角度が設計値からずれるのを抑制することができる。
【００８０】
更に、イオン源１０ａの引出し電極系２０ａを構成する引出し用電極２２を、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成し、これらをビーム軌道の制御に用いるので、引出し電極系２０ａとは別のビーム軌道補正用の電極をビームラインに設けずに済む。その結果、ビームラインが長くなるのを防止することができるので、この観点からもイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。
【００８１】
図１に示すイオン注入装置は、前述したように制御装置９０を備えている。この制御装置９０には、上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 、カメラ８０からの画像データＤ1 および各種の設定情報が与えられる。設定情報は、例えば、上記許容範囲ε、設計上のビーム軌道４の位置、上記距離Ｌ1 （図５参照）である。そして制御装置９０は、与えられた上記情報に基づいて、上記第１直流電源５２ａ、第２直流電源５２ｂおよび分析電磁石電源３２を制御する機能を有している。
【００８２】
より具体的には、制御装置９０は、この実施形態では、図６のフローチャートを参照して説明した上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の制御を行う機能を有している。
【００８３】
即ち、制御装置９０は、（ａ）上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、上記分析電磁石電源３２を制御して上記分析電磁石電流Ｉ3 を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）上記カメラ８０からの画像データＤ1 を処理して、上記分析スリット４０に入射するイオンビーム２の実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道４からの偏差角度θを求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが所定の許容範囲ε以内にあるか否かを判断して、許容範囲ε以内になければ、上記引出し電極系２０ａを出る際に上記第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間の電位差ΔＰによってイオンビーム２が上記偏差角度θを小さくする方向に曲げられるように、当該電位差ΔＰを上記直流電源５２ａ、５２ｂを制御して調整する電位差調整制御とを、上記偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが前記許容範囲ε以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している。
【００８４】
制御装置９０は、この実施形態では、上記偏差角度θが設計上のビーム軌道４よりも外側の角度である場合には、上記電位差調整制御において、上記第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 よりも第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 が高くなるように上記電位差ΔＰを調整し、上記偏差角度θが設計上のビーム軌道４よりも内側の角度である場合には、上記電位差調整制御において、上記第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 よりも第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 が高くなるように上記電位差ΔＰを調整する。図１５に示す制御装置９０も、より具体的にはこれと同様の制御を行う。
【００８５】
従って、上述した分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の測定および調整を、制御装置９０を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。
【００８６】
次に、ビーム軌道補正方法およびイオン注入装置の他の実施形態を、図１５〜図１７を参照して説明する。図１〜図１４に示した先の実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該実施形態との相違点を主体に説明する。
【００８７】
この実施形態のイオン注入装置は、図１５、図１６に示すように、上記カメラ８０に代えて、分析電磁石３０と分析スリット４０との間においてイオンビーム２を受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器６０を備えている。
【００８８】
前段ビーム測定器６０は、この実施形態では、図１６に示すように、イオンビーム２のＸ方向における幅よりも十分に小さい幅の開口６４を有するマスク６２と、このマスク６２の下流側近傍に絶縁物６６を介して配置されたファラデーカップ６８とを備えている。開口６４、ファラデーカップ６８のＹ方向における長さは、イオンビーム２のビーム電流密度Ｉ1 を測定することができる長さであれば良く、特定の長さに限定されない。この前段ビーム測定器６０によってイオンビーム２を受けてそのビーム電流密度Ｉ1 を測定することができる。
【００８９】
しかもこの実施形態では、図示しない駆動機構によって、前段ビーム測定器６０を、矢印Ｅで示すように、イオンビーム２の経路を横切ってＸ方向に一次元で動かすことができるようにしている。この可動式の前段ビーム測定器６０を用いて、イオンビーム２のＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定して、例えばそのピーク位置から、イオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ3 を測定することができる。
【００９０】
分析スリット４０の開口４２のＸ方向における中心位置ｘ1 は予め分かっている。また、前段ビーム測定器６０と分析スリット４０間の距離Ｌ2 も予め分かっている。距離Ｌ2 は、より具体的には図６の例では、マスク６２の前面と分析スリット４０の板厚の中心との間の距離としているが、必ずしもこれに限定されるものではない。要は、上記二つの中心位置ｘ1 、ｘ3 を規定した位置間のビーム軌道４に沿う方向の距離であれば良い。そして、次式またはそれと数学的に等価の式に従って、上記偏差角度θを算出することができる。
【００９１】
［数５］
θ＝ｔａｎ-1｛（ｘ1 −ｘ3 ）／Ｌ2 ｝
【００９２】
上記前段ビーム測定器６０および前述した後段ビーム測定器７０等を用いて行うビーム軌道補正方法の実施形態を図１７のフローチャートに示す。前述した図７〜図１４は、この実施形態の場合にもそのまま適用することができる。
【００９３】
図１７のフローチャートと図６のフローチャートとの相違点はステップ１０５、１０６であるので、これについて説明する。
【００９４】
図６のフローチャートと同じ内容の分析電磁石電流調整工程（ステップ１００）に次いで、前段ビーム測定器６０でイオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ3 を測定し（ステップ１０５）、更に上記数５に従って偏差角度θを算出する（ステップ１０６）。これらの方法の詳細は上述のとおりである。これが偏差角度測定工程である。
【００９５】
ステップ１０３、１０４の電位差調整工程は図６のフローチャートと同じ内容である。更に、偏差角度測定工程で測定した偏差角度θが前記許容範囲ε以内に入るまで、上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程を１回ずつ以上行うことも、図６のフローチャートの場合と同じである。
【００９６】
従って、この実施形態のビーム軌道補正方法の場合も、先の実施形態のビーム軌道補正方法の場合と同様の効果を奏することができる。即ち、イオン源１０ａの向きを可変にしなくても、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の軌道がイオン源１０ａにおけるＹ方向に沿う磁界１８の影響を受けて設計上のビーム軌道４からずれたとしても、分析スリット４０に入射するイオンビーム２の軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道４に近づけることができる。
【００９７】
その結果、ターゲット６へのイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。また、ターゲット６に入射するイオンビーム２の入射角度が設計値からずれるのを抑制することができる。
【００９８】
更に、イオン源１０ａの引出し電極系２０ａを構成する引出し用電極２２を、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成し、これらをビーム軌道の制御に用いるので、引出し電極系２０ａとは別のビーム軌道補正用の電極をビームラインに設けずに済む。その結果、ビームラインが長くなるのを防止することができるので、この観点からもイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。
【００９９】
なお、上記のようなＸ方向可動式の前段ビーム測定器６０の代りに、Ｘ方向に複数の測定点を有する多点式の前段ビーム測定器を設けて、この前段ビーム測定器によってイオンビーム２を受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定して、例えばそのピーク位置から、イオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ3 を測定するようにしても良い。この多点式の前段ビーム測定器も、測定時にはイオンビーム２の経路に入れられ、ターゲット６へのイオン注入時にはイオンビーム２の経路から外される。
【０１００】
また、上記のようなＸ方向可動式の前段ビーム測定器６０または多点式の前段ビーム測定器を用いる実施形態と、カメラ８０を用いる先の実施形態とを比べれば、カメラ８０を用いる場合は、カメラ８０は固定しておけば良く、測定の際にカメラ８０をビーム経路上に出し入れする必要はないので、移動機構が不要であり、従って上記いずれの前段ビーム測定器を用いる場合に比べても、構成が簡素になる。しかも、カメラ８０はイオンビーム２を受ける（即ちカメラ８０にイオンビーム２を入射させる）必要がないので、イオンビーム２を受ける前段ビーム測定器を用いる場合と違って、ターゲット６の表面を汚染する原因になるパーティクル（汚染物質）を発生させる心配がない。
【０１０１】
図１５に示すイオン注入装置を構成する制御装置９０には、上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 、前段ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度Ｉ1 および各種の設定情報が与えられる。設定情報は、例えば、上記許容範囲ε、設計上のビーム軌道４の位置、上記中心ｘ1 、上記距離Ｌ2 （図１６参照）である。そして制御装置９０は、与えられた上記情報に基づいて、上記第１直流電源５２ａ、第２直流電源５２ｂおよび分析電磁石電源３２を制御する機能を有している。
【０１０２】
より具体的には、制御装置９０は、この実施形態では、図１７のフローチャートを参照して説明した上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の制御を行う機能を有している。
【０１０３】
即ち、制御装置９０は、（ａ）上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、上記分析電磁石電源３２を制御して上記分析電磁石電流Ｉ3 を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）上記前段ビーム測定器６０（または多点式の前段ビーム測定器）からの測定情報（例えば上記ビーム電流密度Ｉ1 ）を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置ｘ3 を求め、かつ当該中心位置ｘ3 および上記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離Ｌ2 を用いて、上記分析スリット４０に入射するイオンビーム２の実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道４からの偏差角度θを求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが所定の許容範囲ε以内にあるか否かを判断して、許容範囲ε以内になければ、上記引出し電極系２０ａを出る際に上記第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間の電位差ΔＰによってイオンビーム２が上記偏差角度θを小さくする方向に曲げられるように、当該電位差ΔＰを上記直流電源５２ａ、５２ｂを制御して調整する電位差調整制御とを、上記偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが上記許容範囲ε以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している。
【０１０４】
従って、上述した分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の測定および調整を、制御装置９０を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】この発明に係るビーム軌道補正方法を実施するイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】図１中のイオン源およびそれ用の電源のより詳細例を示す図である。
【図３】図１および図２中の引出し用電極の概略を、イオンビーム進行方向に見て示す正面図である。
【図４】引出し電極系を構成する分割電極の位置によるビーム偏向効果の差を説明するための概略平面図である。
【図５】図１中の分析スリット周りの詳細例を示す平面図である。
【図６】この発明に係るビーム軌道補正方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図８】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図９】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１０】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１１】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１２】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１３】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１４】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１５】この発明に係るビーム軌道補正方法を実施するイオン注入装置の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図１６】図１５中の分析スリット周りの詳細例を示す平面図である。
【図１７】この発明に係るビーム軌道補正方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図１８】従来のイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図１９】リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。
【図２０】Ｙ方向に沿う磁界によって、イオン源から引き出されるイオンビームの出射角度が変化した状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
２、２ａ〜２ｃ イオンビーム
４ 設計上のビーム軌道
６ ターゲット
１０ａ イオン源
１２ プラズマ生成容器
１４ プラズマ
１６ 磁石
１８ 磁界
２０ａ 引出し電極系
２１ プラズマ電極
２２ 引出し用電極
２２ａ 第１引出し用電極
２２ｂ 第２引出し用電極
２３ 接地電極
３０ 分析電磁石
３２ 分析電磁石電源
４０ 分析スリット
５２ａ 第１直流電源
５２ｂ 第２直流電源
６０ 前段ビーム測定器
７０ 後段ビーム測定器
８０ カメラ
９０ 制御装置
θ 偏差角度
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン源から引き出したリボン状（これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームを分析電磁石および分析スリットを用いて運動量分析（例えば質量分析。以下同様）した後にターゲットに入射させる構成のイオン注入装置、および、分析スリットに入射するイオンビームの偏差角度を小さくするようにイオンビームの軌道を補正するビーム軌道補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオン注入装置の従来例を図１８に示す。
【０００３】
イオンビーム２の設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、このイオン注入装置は、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビーム２を引き出すイオン源１０と、このイオン源１０からのイオンビーム２を磁界ＢによってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石３０と、この分析電磁石３０よりも下流側に設けられていて分析電磁石３０と協働してイオンビーム２の運動量分析を行う分析スリット４０とを備えていて、分析スリット４０を通過したイオンビーム２をターゲット６に入射させる構成をしている。なお、この出願においては、イオンビーム２を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。
【０００４】
上記のようなＹ方向の寸法ＷY がＸ方向の寸法ＷX よりも大きいリボン状のイオンビーム２の一例を図１９に示す。但し、この図１９、図３、図５および図１６以外の図においては、図示を簡素化して見やすくする等のために、ＸＺ平面内におけるイオンビーム２は線で表している。
【０００５】
イオン源１０は、内部でプラズマ１４を生成するプラズマ生成容器１２と、このプラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す引出し電極系２０と、プラズマ生成容器１２内にＹ方向に沿う磁界１８を印加する磁石１６とを有している。
【０００６】
引出し電極系２０は、図１８では、図示の簡略化のために１枚の電極で図示しているが、イオンビーム引出し方向に複数の電極を有している場合が多い。各電極は、例えば、Ｙ方向に伸びたスリット状の開口を有している。
【０００７】
磁石１６は、図１８等では図示を簡略化しているが、プラズマ生成容器１２をＹ方向において上下から挟む磁極を有している。磁石１６は、例えば電磁石であるが、永久磁石でも良い。磁界１８の向きは、図示例では紙面の裏から表向きであるが、図示とは逆向きでも良い。
【０００８】
磁界１８は、例えば特許文献１にも記載されているように、当該磁界１８によってプラズマ生成容器１２内の電子を閉じ込めて当該電子がプラズマ生成容器１２の壁面に衝突するのを防止して、プラズマ生成容器１２内に導入された原料ガスの電離効率を高めてプラズマ密度を高める働きをする。
【０００９】
分析電磁石３０には、それを励磁する分析電磁石電流Ｉ3 が直流の分析電磁石電源３２から供給される。磁界Ｂは、図示例では紙面の裏から表向きである。分析スリット４０は、Ｙ方向に伸びるスリット状の開口４２を有している。
【００１０】
分析スリット４０を通過したイオンビーム２は、ホルダ８に保持されたターゲット（例えば半導体基板）６に照射されてイオン注入が行われる。例えば、ホルダ８およびターゲット６を、図示しないターゲット駆動装置によって、図１８中に矢印Ａで示すように、リボン状のイオンビーム２の主面３（図１９参照）に交差する方向に機械的に駆動（走査）することによって、ターゲット６の全面にイオン注入を行うことができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２７８４５号公報（段落０１１４−０１１５、図１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、イオン源１０のＹ方向に沿う磁界１８は、プラズマ生成容器１２内におけるプラズマ密度を高めること等に有効であるけれども、この磁界１８は通常は引出し電極系２０まで及び、この磁界１８の影響によって、イオン源１０（より具体的にはその引出し電極系２０）から引き出されるイオンビーム２が曲げられてイオンビーム２の出射方向が変化するという課題がある。
【００１３】
これを図２０を参照して説明すると、プラズマ生成容器１２から引き出されるイオンビーム２に磁界１８が作用すると、イオンビーム２にはローレンツ力Ｆが働くので、実際のイオンビーム２は、例えば図示例のように、設計上のビーム軌道４からずれた方向に出射することになる。
【００１４】
イオン源１０の下流側（イオンビーム２の進行方向の下流側。以下同様）に設けられた分析電磁石３０、分析スリット４０等のビーム光学系要素は、通常、イオン源１０から出射するイオンビーム２が設計上のビーム軌道を通るものとして設計製作されているので、大本であるイオン源１０から出射するイオンビーム２の方向が上記のようにずれると、イオンビーム２をターゲット６まで効率良く輸送することが困難になり、イオンビーム２の輸送効率が低下する等の不都合が生じる。
【００１５】
これに対しては、イオン源１０の向きを可変にして上記ビーム軌道のずれを補正するという考えがあるけれども、イオン源１０はその大部分が真空雰囲気中に配置されているので、イオン源の可動機構は例えばベローズ等を有していて真空を保持することができるものでなければならず、そのような可動機構は構造が複雑になる。従って、イオン源の向きを可変にするというのは現実的ではない。
【００１６】
そこでこの発明は、イオン源の向きを可変にしなくても、イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向に沿う磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができる方法または装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係るビーム軌道補正方法の一つは、イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しておき、かつ、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器とを設けておき、前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整工程と、前記前段ビーム測定器を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を測定し、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定工程と、前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を用いて調整する電位差調整工程とを、前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことを特徴としている。
【００１８】
上記ビーム軌道補正方法によれば、イオン源の引出し電極系を構成する第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームを電位の低い電極側へ偏向させて、イオン源から出射するイオンビームの方向を変化させることができる。従って、イオン源の向きを可変にしなくて済む。
【００１９】
しかも、上記分析電磁石電流調整工程と、偏差角度測定工程と、電位差調整工程とを、偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことによって、イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向に沿う磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができる。
【００２０】
上記前段ビーム測定器の代りに、分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラを設けておき、偏差角度測定工程において、当該カメラからの画像データを処理して、分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求めるようにしても良い。
【００２１】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整しても良い。
【００２２】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しており、更に、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器と、（ａ）前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように、前記分析電磁石電源を制御して前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）前記前段ビーム測定器からの測定情報を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を求め、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を制御して調整する電位差調整制御とを、前記偏差角度測定制御で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している制御装置とを備えていることを特徴としている。
【００２３】
上記前段ビーム測定器の代りに、分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラを設けておき、偏差角度測定制御において、当該カメラからの画像データを処理して、分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求めるようにしても良い。
【００２４】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、前記制御装置は、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整するものでも良い。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１〜６に記載の発明によれば、イオン源の向きを可変にしなくても、イオン源から出射するイオンビームの軌道がイオン源におけるＹ方向に沿う磁界の影響を受けて設計上のビーム軌道からずれたとしても、分析スリットに入射するイオンビームの軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道に近づけることができる。
【００２６】
その結果、ターゲットへのイオンビームの輸送効率を高めることができる。また、ターゲットに入射するイオンビームの入射角度が設計値からずれるのを抑制することができる。
【００２７】
更に、イオン源の引出し電極系を構成する引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成し、これらをビーム軌道の制御に用いるので、引出し電極系とは別のビーム軌道補正用の電極をビームラインに設けずに済む。その結果、ビームラインが長くなるのを防止することができるので、この観点からもイオンビームの輸送効率を高めることができる。
【００２８】
更に、請求項２、５に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、偏差角度の測定にカメラを用いる場合は、カメラは固定しておけば良く、測定の際にカメラをビーム経路上に出し入れする必要はないので、移動機構が不要であり、従って前段ビーム測定器を用いる場合に比べて、構成が簡素になる。しかも、カメラはイオンビームを受ける（即ちカメラにイオンビームを入射させる）必要がないので、イオンビームを受ける前段ビーム測定器を用いる場合と違って、ターゲット表面を汚染する原因になるパーティクル（汚染物質）を発生させる心配がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、この発明に係るビーム軌道補正方法を実施するイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。図２は、図１中のイオン源およびそれ用の電源のより詳細例を示す図である。図３は、図１および図２中の引出し用電極の概略を、イオンビーム進行方向に見て示す正面図である。図１８に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００３０】
このイオン注入装置は、前述した分析電磁石３０、分析電磁石電源３２、分析スリット４０、ホルダ８等の他に、従来のイオン源１０に代るイオン源１０ａと、このイオン源１０ａ用の直流電源５２ａ、５２ｂと、分析スリット４０からその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビーム２を撮影してその画像データＤ1 を出力するカメラ８０と、分析スリット４０を通過したイオンビーム２を受けてそのビーム電流Ｉ2 を測定する後段ビーム測定器７０と、後述する制御を行う制御装置９０とを備えている。
【００３１】
イオン源１０ａは、内部に原料ガス（蒸気の場合を含む）が導入されそれを電離させて内部でプラズマ１４を生成するプラズマ生成容器１２と、このプラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す引出し電極系２０ａと、プラズマ生成容器１２内にＹ方向に沿う磁界１８を印加する磁石１６とを有している。この磁石１６については前述したとおりである。
【００３２】
引出し電極系２０ａは、イオンビーム２の引出し方向（即ちＺ方向）に複数の電極を有している。具体的にはこの例では、図２に示すように、最プラズマ側（最もプラズマ１４に近い側。以下同様）から下流側に向けて配列されていて、それぞれ概ね板状をしているプラズマ電極２１、引出し用電極２２および接地電極２３を有している。プラズマ電極２１および接地電極２３は、それぞれ１枚の電極であり、例えば、Ｙ方向に伸びていて前述したリボン状のイオンビーム２が通るスリット状の開口をそれぞれ有している。
【００３３】
引出し用電極２２は、この実施形態では、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すための電極であって、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極であり、この引出し用電極２２を、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む二つの電極、即ち第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成している。第１引出し用電極２２ａおよび第２引出し用電極２２ｂは、それぞれ概ね板状の電極であり、両電極２２ａ、２２ｂ間には、例えば図３に示すように、前述したリボン状のイオンビーム２が通る隙間２２ｃが形成されている。
【００３４】
なお、図１、図７〜図１５においては、図示を簡略化するために、引出し電極系２０ａを構成する電極は、上記第１引出し用電極２２ａおよび第２引出し用電極２２ｂのみを図示している。
【００３５】
イオン源１０ａ用の電源の例を図２を参照して説明する。
【００３６】
この例では、プラズマ生成容器１２とプラズマ電極２１とは、互いに電気的に接続されていて、互いに同電位である。
【００３７】
接地電極２３と大地電位部との間には、前者を正極側にして、直流で電圧可変の加速電源５４が接続されている。その出力電圧をＶ4 とする。この電圧Ｖ4 によって、イオン源１０ａから引き出されたイオンビーム２を所望のエネルギーまで加速することができる。従ってこの電圧Ｖ4 は、加速電圧とも呼ばれる。上記から分かるように、接地電極２３は、この例では接地されている訳ではないが、通常は接地電極と呼ばれている。
【００３８】
接地電極２３とプラズマ生成容器１２（およびプラズマ電極２１）との間には、後者を正極側にして、直流で電圧可変の引出し電源５３が接続されている。その出力電圧をＶ3 とする。この電圧Ｖ3 は、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す働きをし、イオン源１０ａ（具体的にはその引出し電極系２０ａ）から引き出すときのイオンビーム２のエネルギーはこの電圧Ｖ3 によって決まる。従ってこの電圧Ｖ3 は、引出し電圧とも呼ばれる。この電圧Ｖ3 は、通常は１０ｋＶ程度以上であり、より具体例を挙げると１５〜３５ｋＶ程度である。
【００３９】
接地電極２３と第１引出し用電極２２ａおよび第２引出し用電極２２ｂとの間には、後者２２ａ、２２ｂを負極側にして、電圧可変の第１直流電源５２ａおよび第２直流電源５２ｂがそれぞれ接続されている。各直流電源５２ａ、５２ｂの出力電圧をそれぞれＶ1 、Ｖ2 とする。この直流電源５２ａ、５２ｂによって、接地電極２３よりも両電極２２ａ、２２ｂを負電位にして、下流側からの逆流電子を抑制することができる。引出し用電極２２は、上記イオンビーム引出し作用に着目して引出し電極と呼ばれる場合もあるし、上記逆流電子抑制作用に着目して抑制電極と呼ばれる場合もある。各電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、例えば、１〜５ｋＶ程度である。
【００４０】
プラズマ生成容器１２およびプラズマ電極２１の電位を基準にした電位で言うと、第１引出し用電極２２ａ、第２引出し用電極２２ｂおよび接地電極２３の電位Ｐ1 、Ｐ2 およびＰ3 は、次式でそれぞれ表すことができる。プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すためには、電位Ｐ1 およびＰ2 は、共に、絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる。
【００４１】
［数１］
Ｐ1 ＝−（Ｖ3 ＋Ｖ1 ）
Ｐ2 ＝−（Ｖ3 ＋Ｖ2 ）
Ｐ3 ＝−Ｖ3
【００４２】
両直流電源５２ａ、５２ｂの出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 の値を互いに異ならせることによって、第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間に電位差ΔＰを形成することができる。従ってこの実施形態では、両直流電源５２ａ、５２ｂが、電位差ΔＰを形成する電圧可変の直流電源を構成している。この電位差ΔＰは次式で表すことができる。
【００４３】
［数２］
ΔＰ＝Ｐ1 −Ｐ2
＝Ｖ2 −Ｖ1
【００４４】
引出し電極系２０ａのイオンビーム引出し方向の電極の数は、上記例では三つ（３段）であるが、それに限られるものではない。例えば、二つ（２段）でも良いし、四つ（４段）以上でも良い。いずれにしても、この出願では、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すための電極であって、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極（図２の例では引出し用電極２２）に着目している。プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極に着目するのは、そのような電位の電極は、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２を引き出す作用を十分に奏することができるからである。この電極は、他の名称、例えば前述したように引出し電極、抑制電極等と呼ばれる場合があるけれども、この出願では引出し用電極と呼んでいる。そしてこの引出し用電極を、従来と違って、上記のように第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成しているのが、本願発明の一つの特徴である。
【００４５】
上記最プラズマ側の電極に着目する理由は次のとおりである。例えば図４に示す例のように、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極が電極２４と電極２６の二つあり、両電極２４、２６を、それぞれ、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む第１電極２４ａと第２電極２４ｂ、および、第１電極２６ａと第２電極２６ｂに分けて構成したとする。また、プラズマ生成容器１２から引き出されるイオンビーム２の設計上のビーム軌道４は、電極２４、２６に垂直、即ちＺ軸に平行であるとする。
【００４６】
この場合、電極２４を構成する第１電極２４ａと第２電極２４ｂとの間に電位差を形成することにより、その電位差によって、イオンビーム２を偏向させることができる。電極２６についても同様である。その場合、イオンビーム２を同じ目標点２８に向けて偏向させる場合を考えると、図４からも分かるように、電極２４による偏向角度φ1 の方が電極２６による偏向角度φ2 よりも小さくて済む。目標点２８からの距離が大きいからである。
【００４７】
従って、電極２４で偏向させる方が、電極２６で偏向させるよりも、第１電極（２４ａ、２６ａ）と第２電極（２４ｂ、２６ｂ）との間の電位差が小さくて済む。換言すれば、電極２４で偏向させる方が、小さな電位差で大きな偏向が可能になるので制御性が良い。また、前述したローレンツ力Ｆによって曲げられた場所にできるだけ近い所でイオンビーム２を曲げ戻す方が、曲げ戻しの制御も容易である。このような理由から、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４からイオンビーム２を引き出すための電極であって、プラズマ生成容器１２の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最も上流側、即ち最プラズマ側の電極を、イオンビーム２の軌道補正に用いるのが好ましく、この出願ではそのような最プラズマ側の電極を引出し用電極と呼んでビーム軌道補正に用いることにしている。
【００４８】
即ち、引出し電極系２０ａを構成する第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 と第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 との間の電位差ΔＰによって、イオンビーム２を電位の低い電極側へ偏向させて、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の方向を変化させることができる。例えば、図２を参照して、Ｐ2 ＜Ｐ1 とすることによってイオンビーム２を図中の左側へ、Ｐ2 ＞Ｐ1 とすることによって図中の右側へ、それぞれ偏向させることができる。従って、イオン源の向きを可変にしなくて済む。
【００４９】
図２中のイオンビーム２の軌道は、実際にシミュレーションを行った結果に基づいて図示している。このシミュレーション結果について以下に説明する。なお、イオンビーム２は、特にその軌道を区別する必要がある場合は、イオンビーム２ａ、２ｂ、２ｃと表すことにする。他の図においても同様である。
【００５０】
このシミュレーションでは、イオン源１０ａの磁石１６（図１参照）によってプラズマ生成容器１２内に２５０×１０-4［Ｔ］の磁界１８を発生させた状態で、プラズマ生成容器１２内にＢ+ をイオンとするプラズマ１４を生成した。プラズマ生成容器１２およびプラズマ電極２１の電位を基準にして言うと（以下の電位Ｐ1 、Ｐ2 も同様）、接地電極２３の電位Ｐ3 を−２５ｋＶにした。
【００５１】
イオンビーム２ａは、第１引出し用電極２２ａ、第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ1 、Ｐ2 を共に−２７ｋＶにしてＢ+ イオンビームを引き出した場合のものであり、イオンビーム２ｂは、第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 を−２７ｋＶ、第２引出し用電極２２ｂの電位を−２８．５ｋＶ（即ちＰ2 ＜Ｐ1 であり、その電位差ΔＰは１．５ｋＶ）にしてＢ+ イオンビームを引き出した場合である。
【００５２】
前述したように、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１４から引き出されるイオンビーム２には磁界１８によってローレンツ力Ｆが作用するので、第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂ間に電位差がない場合のイオンビーム２ａの軌道は、ローレンツ力Ｆによる偏向がないものとしている設計上のビーム軌道４に対して、約４度の角度を持っている。一方、上記のように第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間に１．５ｋＶの電位差ΔＰを付けた場合のイオンビーム２ｂの軌道は、電位の低い第２引出し用電極２２ｂ側に偏向されて、設計上のビーム軌道４にほぼ一致している。
【００５３】
この発明に係るビーム軌道補正方法は、上記のように第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間に電位差ΔＰを形成することによって、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の方向を変化させることができることを利用するものである。これを以下に詳述する。
【００５４】
図５も参照して、上記後段ビーム測定器７０は分析スリット４０の下流側近傍で、分析スリット４０を通過したイオンビーム２を受けてそのビーム電流Ｉ2 を測定するものであり、例えば矢印Ｃで示すように、測定の際にはイオンビーム２の経路に入れられ、ターゲット６（図１参照）へのイオン注入時はイオンビーム２の経路から外される。後段ビーム測定器７０は、例えばファラデーカップである。
【００５５】
上記カメラ８０は、分析スリット４０からその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビーム２を撮影してその画像データＤ1 を出力するものである。分析スリット４０は、この例では、開口４２をＸ方向に隔てた２枚の板であり、開口４２は分析スリット４０のＹ方向における上から下まで通じているので、開口４２を分析スリット４０のＹ方向における上方または下方から見ることができる。
【００５６】
カメラ８０は、分析スリット４０のＹ方向における上方または下方に設けられていて、このカメラ８０の視界８２は、分析スリット４０の開口４２からそのある程度上流側までの領域をカバーしている。このカメラ８０は、イオンビーム２の経路に入れてイオンビーム２を受ける必要はないので、イオンビーム２の経路外に固定しておけば良い。
【００５７】
特開２００６−１９６４００号公報にも記載されているように、イオンビーム２はその経路中に存在する残留ガスと衝突することによって発光する。より正確に言えば、イオンビーム２がその経路中に存在する残留ガスと衝突することによってイオンビーム２を中心にビームプラズマが生成されてそれが発光する。この発光強度は、イオンビーム２のビーム電流密度と残留ガス圧とに依存している。
【００５８】
従って、カメラ８０からの画像データＤ1 を処理することによって、分析スリット４０（より具体的にはその開口４２）に入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道４からの偏差角度θを求めることができる。
【００５９】
より具体的には、イオンビーム２の進行方向Ｚの２箇所においてイオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ1 、ｘ2 を測定することができる。両中心位置ｘ1 、ｘ2 間のビーム軌道４に沿う方向の距離Ｌ1 は予め分かっているので、次式またはそれと数学的に等価の式によって偏差角度θを算出することができる。なお、中心位置ｘ1 、ｘ2 を求める場合、イオンビーム２の発光のピーク位置で測定しても良いし、重心位置で測定しても良いが、２箇所における測定方法は同じにするのが好ましい。
【００６０】
［数３］
θ＝ｔａｎ-1｛（ｘ1 −ｘ2 ）／Ｌ1 ｝
【００６１】
なお、中心位置ｘ1 のＺ方向における位置は、この例では分析スリット４０の板厚の中心にしているが、必ずしもそのようにしなくても良く、例えば、分析スリット４０の上流側の表面あるいはそれよりも更に上流側、または、分析スリット４０の下流側の表面あるいはそれよりも更に下流側にしても良い。要は、カメラ８０の視界８２に入っていれば良い。中心位置ｘ2 のＺ方向における位置についても、要はカメラ８０の視界８２に入っていれば良い。
【００６２】
上記のようなカメラ８０、後段ビーム測定器７０等を用いて行うビーム軌道補正方法の実施形態を図６のフローチャート、更には図７〜図１４を参照して説明する。この内、図７〜図１０は、偏差角度θが設計上のビーム軌道４よりも内側の角度である場合の例であり、図１１〜図１４は、偏差角度θが外側の角度である場合の例である。
【００６３】
この出願では、図１を参照して、ＸＺ平面内において、イオン源１０ａから分析電磁石３０内の円弧軌道を経由して分析スリット４０に至るイオンビーム２の設計上のビーム軌道４に対して、それよりも前記円弧の中心５寄りを内側、その反対側を外側と呼んでいる。従って、第１引出し用電極２２ａは内側、第２引出し用電極２２ｂは外側に位置している。また、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２は、設計上のビーム軌道４を通る場合をイオンビーム２ｂ、内側を通る場合をイオンビーム２ａ、外側を通る場合をイオンビーム２ｃとしている。
【００６４】
まず、後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、分析電磁石電流Ｉ3 を調整して分析電磁石３０における磁界Ｂの強さを調整する（ステップ１００）。これが分析電磁石電流調整工程である。
【００６５】
例えば、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２が図７に示すイオンビーム２ａのように内側にずれており、かつ分析スリット４０に入射するイオンビーム２が外側にずれている場合は、分析電磁石電流Ｉ3 を大きくして磁界Ｂを強くして、分析電磁石３０におけるイオンビーム２の偏向を強くして、イオンビーム２が分析スリット４０の開口４２の中心に入射するようにする。その状態の例を図８に示す。イオン源１０ａから出射するイオンビーム２が図１１に示すイオンビーム２ｃのように外側にずれており、かつ分析スリット４０に入射するイオンビーム２が外側にずれている場合も、分析電磁石電流Ｉ3 を大きくして磁界Ｂを強くして、分析スリット３０におけるイオンビーム２の偏向を強くして、イオンビーム２が分析スリット４０の開口４２の中心に入射するようにする。その状態の例を図１２に示す。
【００６６】
次に、カメラ８０でイオンビーム２を撮影し（ステップ１０１）、更にカメラ８０からの画像データＤ1 を処理して上記偏差角度θを算出する（ステップ１０２）。これらの方法の詳細は前述したとおりである。偏差角度θを算出する式は上記数３に示したとおりである。これが偏差角度測定工程である。
【００６７】
例えば、図８に示す状態では、偏差角度θは設計上のビーム軌道４よりも内側の角度であり、図１２に示す状態では外側の角度である。偏差角度θの正負の符号は、この実施形態では、内側の角度の場合が−（マイナス）、外側の角度の場合が＋（プラス）になる。
【００６８】
次に、上記偏差角度測定工程で測定した偏差角度θが所定の許容範囲ε以内にあるか否かを判断して（ステップ１０３）、許容範囲以内になければステップ１０４に進んで、引出し電極系２０ａを出る際に第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間の電位差ΔＰによってイオンビーム２が偏差角度θを小さくする方向に曲げられるように、当該電位差ΔＰを直流電源５２ａ、５２ｂを用いて調整する（ステップ１０４）。これが電位差調整工程である。
【００６９】
上記所定の許容範囲εは、例えば、±０．５度〜±１．０度程度であるが、これに限られるものではない。
【００７０】
例えば、図８に示す例のように、偏差角度θが許容範囲ε以内になく（即ち｜θ｜＞｜ε｜。以下同様）かつ内側の角度である場合には、第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 よりも第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 が高くなるように（即ちＰ2 ＜Ｐ1 になるように）、電位差ΔＰを調整する。具体的には、上記数２からも分かるように、第２直流電源５２ｂの出力電圧Ｖ2 と第１直流電源５２ａの出力電圧Ｖ1 との差を調整する。これによって、前述したようにイオン源１０ａから出射するイオンビーム２は外側に偏向されるので、例えば図９に示す状態になる。
【００７１】
反対に図１２に示す例のように、偏差角度θが許容範囲ε以内になく、かつ外側の角度である場合には、第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 よりも第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 が高くなるように（即ちＰ2 ＞Ｐ1 になるように）、電位差ΔＰを調整する。具体的には、上記数２からも分かるように、第２直流電源５２ｂの出力電圧Ｖ2 と第１直流電源５２ａの出力電圧Ｖ1 との差を調整する。これによって、前述したようにイオン源１０ａから出射するイオンビーム２は内側に偏向されるので、例えば図１３に示す状態になる。
【００７２】
上記偏差角度θの向きと、調整後の電位Ｐ1 、Ｐ2 との関係を表１にまとめて示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
なお、上記電位差調整工程における電位差ΔＰの調整は、（ａ）予めシミュレーション等によって、偏差角度θを１度補正するのに適した電位差ΔＰ1 ［Ｖ／度］を求めておいて、次の数４に従って電位差ΔＰを調整しても良いし、（ｂ）適当な電圧刻み、例えば１００Ｖ刻みで調整しても良い。上記電位差ΔＰ1 は、例えば５５０Ｖ／度である。（ａ）の方法の方が、適切な電位差ΔＰをより早く実現することができる。
【００７５】
［数４］
ΔＰ＝ΔＰ1 ×θ［Ｖ］
【００７６】
そして、上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程を、偏差角度測定器で測定した偏差角度θが上記許容範囲ε以内に入るまで１回ずつ以上行う。
【００７７】
例えば、図９、図１３に示す例の場合は、後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、分析電磁石電流Ｉ3 を小さくして磁界Ｂを弱くして、分析電磁石３０におけるイオンビーム２の偏向を弱くする。その結果、それぞれ図１０、図１４に示す状態になり、偏差角度θが許容範囲ε以内に入る。
【００７８】
以上のようにこのビーム軌道補正方法によれば、イオン源１０ａの向きを可変にしなくても、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の軌道がイオン源１０ａにおけるＹ方向に沿う磁界１８の影響を受けて設計上のビーム軌道４からずれたとしても、分析スリット４０に入射するイオンビーム２の軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道４に近づけることができる。
【００７９】
その結果、ターゲット６へのイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。また、ターゲット６に入射するイオンビーム２の入射角度が設計値からずれるのを抑制することができる。
【００８０】
更に、イオン源１０ａの引出し電極系２０ａを構成する引出し用電極２２を、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成し、これらをビーム軌道の制御に用いるので、引出し電極系２０ａとは別のビーム軌道補正用の電極をビームラインに設けずに済む。その結果、ビームラインが長くなるのを防止することができるので、この観点からもイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。
【００８１】
図１に示すイオン注入装置は、前述したように制御装置９０を備えている。この制御装置９０には、上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 、カメラ８０からの画像データＤ1 および各種の設定情報が与えられる。設定情報は、例えば、上記許容範囲ε、設計上のビーム軌道４の位置、上記距離Ｌ1 （図５参照）である。そして制御装置９０は、与えられた上記情報に基づいて、上記第１直流電源５２ａ、第２直流電源５２ｂおよび分析電磁石電源３２を制御する機能を有している。
【００８２】
より具体的には、制御装置９０は、この実施形態では、図６のフローチャートを参照して説明した上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の制御を行う機能を有している。
【００８３】
即ち、制御装置９０は、（ａ）上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、上記分析電磁石電源３２を制御して上記分析電磁石電流Ｉ3 を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）上記カメラ８０からの画像データＤ1 を処理して、上記分析スリット４０に入射するイオンビーム２の実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道４からの偏差角度θを求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが所定の許容範囲ε以内にあるか否かを判断して、許容範囲ε以内になければ、上記引出し電極系２０ａを出る際に上記第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間の電位差ΔＰによってイオンビーム２が上記偏差角度θを小さくする方向に曲げられるように、当該電位差ΔＰを上記直流電源５２ａ、５２ｂを制御して調整する電位差調整制御とを、上記偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが前記許容範囲ε以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している。
【００８４】
制御装置９０は、この実施形態では、上記偏差角度θが設計上のビーム軌道４よりも外側の角度である場合には、上記電位差調整制御において、上記第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 よりも第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 が高くなるように上記電位差ΔＰを調整し、上記偏差角度θが設計上のビーム軌道４よりも内側の角度である場合には、上記電位差調整制御において、上記第２引出し用電極２２ｂの電位Ｐ2 よりも第１引出し用電極２２ａの電位Ｐ1 が高くなるように上記電位差ΔＰを調整する。図１５に示す制御装置９０も、より具体的にはこれと同様の制御を行う。
【００８５】
従って、上述した分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の測定および調整を、制御装置９０を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。
【００８６】
次に、ビーム軌道補正方法およびイオン注入装置の他の実施形態を、図１５〜図１７を参照して説明する。図１〜図１４に示した先の実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該実施形態との相違点を主体に説明する。
【００８７】
この実施形態のイオン注入装置は、図１５、図１６に示すように、上記カメラ８０に代えて、分析電磁石３０と分析スリット４０との間においてイオンビーム２を受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器６０を備えている。
【００８８】
前段ビーム測定器６０は、この実施形態では、図１６に示すように、イオンビーム２のＸ方向における幅よりも十分に小さい幅の開口６４を有するマスク６２と、このマスク６２の下流側近傍に絶縁物６６を介して配置されたファラデーカップ６８とを備えている。開口６４、ファラデーカップ６８のＹ方向における長さは、イオンビーム２のビーム電流密度Ｉ1 を測定することができる長さであれば良く、特定の長さに限定されない。この前段ビーム測定器６０によってイオンビーム２を受けてそのビーム電流密度Ｉ1 を測定することができる。
【００８９】
しかもこの実施形態では、図示しない駆動機構によって、前段ビーム測定器６０を、矢印Ｅで示すように、イオンビーム２の経路を横切ってＸ方向に一次元で動かすことができるようにしている。この可動式の前段ビーム測定器６０を用いて、イオンビーム２のＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定して、例えばそのピーク位置から、イオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ3 を測定することができる。
【００９０】
分析スリット４０の開口４２のＸ方向における中心位置ｘ1 は予め分かっている。また、前段ビーム測定器６０と分析スリット４０間の距離Ｌ2 も予め分かっている。距離Ｌ2 は、より具体的には図６の例では、マスク６２の前面と分析スリット４０の板厚の中心との間の距離としているが、必ずしもこれに限定されるものではない。要は、上記二つの中心位置ｘ1 、ｘ3 を規定した位置間のビーム軌道４に沿う方向の距離であれば良い。そして、次式またはそれと数学的に等価の式に従って、上記偏差角度θを算出することができる。
【００９１】
［数５］
θ＝ｔａｎ-1｛（ｘ1 −ｘ3 ）／Ｌ2 ｝
【００９２】
上記前段ビーム測定器６０および前述した後段ビーム測定器７０等を用いて行うビーム軌道補正方法の実施形態を図１７のフローチャートに示す。前述した図７〜図１４は、この実施形態の場合にもそのまま適用することができる。
【００９３】
図１７のフローチャートと図６のフローチャートとの相違点はステップ１０５、１０６であるので、これについて説明する。
【００９４】
図６のフローチャートと同じ内容の分析電磁石電流調整工程（ステップ１００）に次いで、前段ビーム測定器６０でイオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ3 を測定し（ステップ１０５）、更に上記数５に従って偏差角度θを算出する（ステップ１０６）。これらの方法の詳細は上述のとおりである。これが偏差角度測定工程である。
【００９５】
ステップ１０３、１０４の電位差調整工程は図６のフローチャートと同じ内容である。更に、偏差角度測定工程で測定した偏差角度θが前記許容範囲ε以内に入るまで、上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程を１回ずつ以上行うことも、図６のフローチャートの場合と同じである。
【００９６】
従って、この実施形態のビーム軌道補正方法の場合も、先の実施形態のビーム軌道補正方法の場合と同様の効果を奏することができる。即ち、イオン源１０ａの向きを可変にしなくても、イオン源１０ａから出射するイオンビーム２の軌道がイオン源１０ａにおけるＹ方向に沿う磁界１８の影響を受けて設計上のビーム軌道４からずれたとしても、分析スリット４０に入射するイオンビーム２の軌道を補正して、当該ビーム軌道を設計上のビーム軌道４に近づけることができる。
【００９７】
その結果、ターゲット６へのイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。また、ターゲット６に入射するイオンビーム２の入射角度が設計値からずれるのを抑制することができる。
【００９８】
更に、イオン源１０ａの引出し電極系２０ａを構成する引出し用電極２２を、イオンビーム２の経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとに分けて構成し、これらをビーム軌道の制御に用いるので、引出し電極系２０ａとは別のビーム軌道補正用の電極をビームラインに設けずに済む。その結果、ビームラインが長くなるのを防止することができるので、この観点からもイオンビーム２の輸送効率を高めることができる。
【００９９】
なお、上記のようなＸ方向可動式の前段ビーム測定器６０の代りに、Ｘ方向に複数の測定点を有する多点式の前段ビーム測定器を設けて、この前段ビーム測定器によってイオンビーム２を受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定して、例えばそのピーク位置から、イオンビーム２のＸ方向における中心位置ｘ3 を測定するようにしても良い。この多点式の前段ビーム測定器も、測定時にはイオンビーム２の経路に入れられ、ターゲット６へのイオン注入時にはイオンビーム２の経路から外される。
【０１００】
また、上記のようなＸ方向可動式の前段ビーム測定器６０または多点式の前段ビーム測定器を用いる実施形態と、カメラ８０を用いる先の実施形態とを比べれば、カメラ８０を用いる場合は、カメラ８０は固定しておけば良く、測定の際にカメラ８０をビーム経路上に出し入れする必要はないので、移動機構が不要であり、従って上記いずれの前段ビーム測定器を用いる場合に比べても、構成が簡素になる。しかも、カメラ８０はイオンビーム２を受ける（即ちカメラ８０にイオンビーム２を入射させる）必要がないので、イオンビーム２を受ける前段ビーム測定器を用いる場合と違って、ターゲット６の表面を汚染する原因になるパーティクル（汚染物質）を発生させる心配がない。
【０１０１】
図１５に示すイオン注入装置を構成する制御装置９０には、上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 、前段ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度Ｉ1 および各種の設定情報が与えられる。設定情報は、例えば、上記許容範囲ε、設計上のビーム軌道４の位置、上記中心ｘ1 、上記距離Ｌ2 （図１６参照）である。そして制御装置９０は、与えられた上記情報に基づいて、上記第１直流電源５２ａ、第２直流電源５２ｂおよび分析電磁石電源３２を制御する機能を有している。
【０１０２】
より具体的には、制御装置９０は、この実施形態では、図１７のフローチャートを参照して説明した上記分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の制御を行う機能を有している。
【０１０３】
即ち、制御装置９０は、（ａ）上記後段ビーム測定器７０で測定するビーム電流Ｉ2 が最大になるように、上記分析電磁石電源３２を制御して上記分析電磁石電流Ｉ3 を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）上記前段ビーム測定器６０（または多点式の前段ビーム測定器）からの測定情報（例えば上記ビーム電流密度Ｉ1 ）を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置ｘ3 を求め、かつ当該中心位置ｘ3 および上記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離Ｌ2 を用いて、上記分析スリット４０に入射するイオンビーム２の実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道４からの偏差角度θを求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが所定の許容範囲ε以内にあるか否かを判断して、許容範囲ε以内になければ、上記引出し電極系２０ａを出る際に上記第１引出し用電極２２ａと第２引出し用電極２２ｂとの間の電位差ΔＰによってイオンビーム２が上記偏差角度θを小さくする方向に曲げられるように、当該電位差ΔＰを上記直流電源５２ａ、５２ｂを制御して調整する電位差調整制御とを、上記偏差角度測定制御で測定した偏差角度θが上記許容範囲ε以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している。
【０１０４】
従って、上述した分析電磁石電流調整工程、偏差角度測定工程および電位差調整工程と実質的に同じ内容の測定および調整を、制御装置９０を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】この発明に係るビーム軌道補正方法を実施するイオン注入装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】図１中のイオン源およびそれ用の電源のより詳細例を示す図である。
【図３】図１および図２中の引出し用電極の概略を、イオンビーム進行方向に見て示す正面図である。
【図４】引出し電極系を構成する分割電極の位置によるビーム偏向効果の差を説明するための概略平面図である。
【図５】図１中の分析スリット周りの詳細例を示す平面図である。
【図６】この発明に係るビーム軌道補正方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図８】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図９】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１０】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１１】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１２】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１３】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１４】偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合のビーム軌道補正方法の工程の例を示す概略図である。
【図１５】この発明に係るビーム軌道補正方法を実施するイオン注入装置の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図１６】図１５中の分析スリット周りの詳細例を示す平面図である。
【図１７】この発明に係るビーム軌道補正方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図１８】従来のイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図１９】リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。
【図２０】Ｙ方向に沿う磁界によって、イオン源から引き出されるイオンビームの出射角度が変化した状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
２、２ａ〜２ｃ イオンビーム
４ 設計上のビーム軌道
６ ターゲット
１０ａ イオン源
１２ プラズマ生成容器
１４ プラズマ
１６ 磁石
１８ 磁界
２０ａ 引出し電極系
２１ プラズマ電極
２２ 引出し用電極
２２ａ 第１引出し用電極
２２ｂ 第２引出し用電極
２３ 接地電極
３０ 分析電磁石
３２ 分析電磁石電源
４０ 分析スリット
５２ａ 第１直流電源
５２ｂ 第２直流電源
６０ 前段ビーム測定器
７０ 後段ビーム測定器
８０ カメラ
９０ 制御装置
θ 偏差角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しておき、
かつ、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器とを設けておき、
前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整工程と、
前記前段ビーム測定器を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を測定し、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定工程と、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を用いて調整する電位差調整工程とを、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことを特徴とするビーム軌道補正方法。
【請求項２】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しておき、
かつ、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器とを設けておき、
前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整工程と、
前記カメラからの画像データを処理して、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定工程と、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を用いて調整する電位差調整工程とを、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことを特徴とするビーム軌道補正方法。
【請求項３】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、
前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整する請求項１または２記載のビーム軌道補正方法。
【請求項４】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しており、
更に、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器と、
（ａ）前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように、前記分析電磁石電源を制御して前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）前記前段ビーム測定器からの測定情報を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を求め、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を制御して調整する電位差調整制御とを、前記偏差角度測定制御で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しており、
更に、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器と、
（ａ）前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように、前記分析電磁石電源を制御して前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）前記カメラからの画像データを処理して、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を制御して調整する電位差調整制御とを、前記偏差角度測定制御で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項６】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、
前記制御装置は、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整するものである請求項４または５記載のイオン注入装置。
【請求項１】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しておき、
かつ、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器とを設けておき、
前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整工程と、
前記前段ビーム測定器を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を測定し、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定工程と、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を用いて調整する電位差調整工程とを、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことを特徴とするビーム軌道補正方法。
【請求項２】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しておき、
かつ、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器とを設けておき、
前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整工程と、
前記カメラからの画像データを処理して、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定工程と、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を用いて調整する電位差調整工程とを、
前記偏差角度測定工程で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行うことを特徴とするビーム軌道補正方法。
【請求項３】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、
前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整工程において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整する請求項１または２記載のビーム軌道補正方法。
【請求項４】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しており、
更に、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析電磁石と分析スリットとの間においてイオンビームを受けてそのＸ方向におけるビーム電流密度分布を測定する前段ビーム測定器と、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器と、
（ａ）前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように、前記分析電磁石電源を制御して前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）前記前段ビーム測定器からの測定情報を用いてイオンビームのＸ方向における中心位置を求め、かつ当該中心位置および前記前段ビーム測定器と分析スリット間の距離を用いて、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を制御して調整する電位差調整制御とを、前記偏差角度測定制御で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】
イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する平面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出すイオン源であって、内部でプラズマを生成するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すものであってイオンビーム引出し方向に複数の電極を有している引出し電極系と、前記プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界を印加する磁石とを有しているイオン源と、
前記イオン源からのイオンビームを磁界によってＸＺ平面内で曲げて運動量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石にそれを励磁する分析電磁石電流を供給する直流の分析電磁石電源と、
前記分析電磁石よりも下流側に設けられていて前記分析電磁石と協働してイオンビームの運動量分析を行う分析スリットとを備えていて、
前記分析スリットを通過したイオンビームをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系を構成していて前記プラズマ生成容器内のプラズマからイオンビームを引き出すための電極であって、前記プラズマ生成容器の電位に対して絶対値が１０ｋＶ以上の負の電位にされる電極の内の最プラズマ側の電極である引出し用電極を、イオンビームの経路をＸ方向において挟む第１引出し用電極と第２引出し用電極とに分けて構成しており、
更に、前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間に電位差を形成することができる電圧可変の直流電源と、
前記分析スリットからその上流側にかけての領域におけるＸＺ平面内でのイオンビームを撮影してその画像データを出力するカメラと、
前記分析スリットを通過したイオンビームを受けてそのビーム電流を測定する後段ビーム測定器と、
（ａ）前記後段ビーム測定器で測定するビーム電流が最大になるように、前記分析電磁石電源を制御して前記分析電磁石電流を調整する分析電磁石電流調整制御と、（ｂ）前記カメラからの画像データを処理して、前記分析スリットに入射するイオンビームの実際のビーム軌道の、ＸＺ平面内における設計上のビーム軌道からの偏差角度を求める偏差角度測定制御と、（ｃ）当該偏差角度測定制御で測定した偏差角度が所定の許容範囲以内にあるか否かを判断して、許容範囲以内になければ、前記引出し電極系を出る際に前記第１引出し用電極と第２引出し用電極との間の電位差によってイオンビームが前記偏差角度を小さくする方向に曲げられるように、当該電位差を前記直流電源を制御して調整する電位差調整制御とを、前記偏差角度測定制御で測定した偏差角度が前記許容範囲以内に入るまで１回ずつ以上行う機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項６】
ＸＺ平面内において、前記イオン源から前記分析電磁石内の円弧軌道を経由して前記分析スリットに至るイオンビームの設計上のビーム軌道に対して、それよりも前記円弧の中心寄りを内側、その反対側を外側と呼ぶと、前記第１引出し用電極は内側、第２引出し用電極は外側に位置しており、
前記制御装置は、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも外側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第１引出し用電極よりも第２引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整し、前記偏差角度が設計上のビーム軌道よりも内側の角度である場合には、前記電位差調整制御において、前記第２引出し用電極よりも第１引出し用電極の電位が高くなるように前記電位差を調整するものである請求項４または５記載のイオン注入装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２９５４７５（Ｐ２００９−２９５４７５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４９１６２（Ｐ２００８−１４９１６２）
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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