(57)【要約】      （修正有）【課題】  被照射物に対するクリーンなイオン照射と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができるイオン照射装置を提供する。【解決手段】  イオン源２０から引き出され質量分離器３２を通したイオンビーム３０を、Ｘ方向において二つの偏向方向に偏向させる機能および両偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器８２と、それから導出されたイオンビームをそれぞれ曲げ戻して平行ビーム化する二つのビーム平行化器８６、８８と、ビーム平行化器８６から導出されたイオンビーム３０が導入され、被照射物２にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室９０と、被照射物２をＹ方向に機械的に駆動する駆動機構９４と、ビーム平行化器８８から導出されたイオンビーム３０が導入され、ビーム計測器９６を用いてイオンビームの計測のみを行う計測室９２とを備えている。【選択図】  図１
2006202546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを引き出すイオン源と、
前記イオン源から引き出されたイオンビームから特定のイオン種を選別して導出する質量分離器と、
前記質量分離器から導出されたイオンビームを、所定の方向であるＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器と、
前記ビーム走査器から前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器と、
前記ビーム走査器から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器と、
前記第１のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、被照射物が導入され、当該被照射物に前記イオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室と、
前記処理室内において前記被照射物をイオンビームの照射領域内で前記Ｘ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構と、
前記第２のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、当該イオンビームの計測を行うビーム計測器を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室とを備えていることを特徴とするイオン照射装置。  
【請求項２】
前記処理室を構成する真空容器と、前記計測室を構成する真空容器とを互いに実質的に同じ構造にしている請求項１記載のイオン照射装置。
【請求項３】
前記処理室内において照射状態にある被照射物とイオンビームとの位置関係と、前記計測室内におけるビーム計測器とイオンビームとの位置関係とを、互いに実質的に同じにしている請求項１または２記載のイオン照射装置。
【請求項４】
２対の磁極を有する電磁石を用い、その内の一方の対の磁極が前記第１のビーム平行化器を構成し、他方の対の磁極が前記第２のビーム平行化器を構成している請求項１ないし３のいずれかに記載のイオン照射装置。
【請求項５】
前記ビーム計測器は、前記イオンビームのビーム電流、断面寸法、位置および走査幅の内の少なくとも一つを計測するものである請求項１ないし４のいずれかに記載のイオン照射装置。
【請求項６】
前記ビーム計測器からの計測情報を用いて、前記処理室に入射するイオンビームの制御を行う制御器を更に備えている請求項１ないし５のいずれかに記載のイオン照射装置。
【請求項７】
前記イオン源と前記ビーム走査器との間において前記イオンビームの加速または減速を行う加減速器を更に備えている請求項１ないし６のいずれかに記載のイオン照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被照射物（例えば半導体基板。以下同様）にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行うイオン照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つの処理室（末端エンドステーション）を有していて一方の処理室で被注入物に対してイオン注入を行っている間に、他方の処理室で被注入物の入れ替えを行うことができるようにして、スループット（単位時間当たりの処理能力）を向上させたイオン注入装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
上記のような処理室を二つ有する従来のイオン注入装置においては、特許文献１には明示されていないけれども、一般的に、イオンビームの計測を行うビーム計測器も、二つの処理室内にそれぞれ設けられていた。即ち、二つの処理室は、どちらもイオン注入とビーム計測の両方を行うものであって同一の機能を有しており、そのような二つの処理室を従来はスループット向上のために設けていた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−４８０５２号公報（４頁右上欄１−１８行、５頁左上欄９行−同右上欄３行、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来のイオン注入装置では、各処理室内にビーム計測器を有しているので、被注入物へのイオン注入部分周辺の構造が複雑化し、それによって、被注入物に対するクリーンなイオン注入と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができないという課題がある。
【０００６】
即ち、上記のような従来のイオン注入装置では、処理室内においてイオンビームがビーム計測器に入射することによって、ビーム計測器からアウトガス等の汚染物質が発生し、これが被注入物に（より具体的にはその表面に）付着して被注入物を汚染するので、クリーンなイオン注入を行うことが難しい。
【０００７】
しかも、イオンビームの厳重なモニタのためにはビーム計測器も複雑化し、それによって汚染物質がより発生しやすくなるので、クリーンなイオン注入はできなくなる。ビーム計測器を簡素化すると、それらから発生する汚染物質は減るけれども、イオンビームの厳重なモニタができなくなる。
【０００８】
より具体例を挙げると、イオン注入は、例えば、被注入物である半導体基板の表面に半導体デバイスを形成することによく用いられるけれども、近年はこの半導体デバイスの微細化が進んでいるので、このような場合は特に、半導体基板の汚染は深刻な問題となる。微細な半導体デバイスほど、汚染物質によって欠陥を生じやすいからである。これによって例えば、半導体基板表面に形成される半導体デバイスの歩留まりが低下する。
【０００９】
また、上記半導体デバイスの微細化に伴って、イオン注入に使用するイオンビームのエネルギーが低エネルギー化（例えば５ｋｅＶ程度以下）しており、低エネルギーのイオンビームほどその空間電荷効果によって広がりやすいので、低エネルギーのイオンビームの場合は特に、処理室内においてイオンビームがビーム計測器を含む色々な所に当たって汚染物質を発生させやすい。
【００１０】
更に、低エネルギーのイオンビームはそれが持つ電荷の相互反発によって広がりやすいので、高精度のイオン注入を実現するためには特にイオンビームの厳重なモニタが必要であるけれども、そのためには複雑なビーム計測器が必要であり、そのようなビーム計測器を処理室内に設けると、当該ビーム計測器から汚染物質がより発生しやすくなる。
【００１１】
上記のような課題は、被注入物にイオン注入を行うイオン注入装置に限らず、より一般的には、被照射物にイオンビームを照射して（即ちイオン照射を行って）イオン注入等の処理を行うイオン照射装置においても存在している。そこでこの発明は、被照射物に対するクリーンなイオン照射と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができるイオン照射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】
【００１２】
この発明に係るイオン照射装置は、イオンビームを引き出すイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームから特定のイオン種を選別して導出する質量分離器と、前記質量分離器から導出されたイオンビームを、所定の方向であるＸ方向において第１および第２の偏向方向に偏向させる機能ならびに当該第１および第２の偏向方向のそれぞれにおいてイオンビームをＸ方向に走査する機能を有するビーム走査器と、前記ビーム走査器から前記第１の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器と、前記ビーム走査器から前記第２の偏向方向に導出された発散するイオンビームをＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器と、前記第１のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、被照射物が導入され、当該被照射物に前記イオンビームを照射してイオン注入等の処理を行う処理室と、前記処理室内において前記被照射物をイオンビームの照射領域内で前記Ｘ方向と交差するＹ方向に機械的に駆動する駆動機構と、前記第２のビーム平行化器から導出されたイオンビームが導入される部屋であって、当該イオンビームの計測を行うビーム計測器を有し、被照射物に対する処理を行うことなくイオンビームの計測のみを行う計測室とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
上記イオン照射装置によれば、処理室において被照射物にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行い、計測室においては被照射物に対する処理を行わずイオンビームの計測のみを行うよう構成して機能分化を図っているので、処理室における被照射物へのイオン照射部分周辺の構造を簡素化することができる。
【００１４】
その結果、処理室においてイオンビームがビーム計測器に入射することによって汚染物質が発生することを抑制して、被照射物に対してクリーンなイオン照射を行うことができる。
【００１５】
しかも、計測室においては、被照射物の汚染を心配することなくビーム計測器を設けることができるので、イオンビームの厳重なモニタを行うことができる。
【００１６】
前記処理室を構成する真空容器と、前記計測室を構成する真空容器とを互いに実質的に同じ構造にするのが好ましい。また、前記処理室内において照射状態にある被照射物とイオンビームとの位置関係と、前記計測室内におけるビーム計測器とイオンビームとの位置関係とを、互いに実質的に同じにするのが好ましい。
【００１７】
２対の磁極を有する電磁石を用いて、その内の一方の対の磁極が前記第１のビーム平行化器を構成し、他方の対の磁極が前記第２のビーム平行化器を構成するようにしても良い。
【００１８】
前記ビーム計測器は、前記イオンビームのビーム電流、断面寸法、位置および走査幅の内の少なくとも一つを計測するものであっても良い。
【００１９】
前記ビーム計測器からの計測情報を用いて、前記処理室に入射するイオンビームの制御を行う制御器を更に備えていても良い。また、前記イオン源と前記ビーム走査器との間において前記イオンビームの加速または減速を行う加減速器を更に備えていても良い。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、処理室において被照射物にイオンビームを照射してイオン注入等の処理を行い、計測室においては被照射物に対する処理を行わずイオンビームの計測のみを行うよう構成して機能分化を図っているので、被照射物に対するクリーンなイオン照射と、イオンビームの厳重なモニタとを両立させることができる。
【００２１】
請求項２、３に記載の発明によれば、上記構成を採用することによって、処理室におけるイオン照射と、計測室におけるイオンビーム計測との物理的な環境（条件）がより近くなるので、イオン照射に使用されるイオンビームの計測精度をより向上させることができる、という更なる効果を奏する。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、上記電磁石を採用することによって、イオン照射装置の構成の簡素化と共に、前記イオン照射と厳重なモニタの一致性の具体的実現を図ることができる、という更なる効果を奏する。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、上記ビーム計測器によって、必要に応じてイオンビームの多様な計測を行うことができる、という更なる効果を奏する。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、上記ビーム計測器からの計測情報を用いて、被照射物に対してより正確かつより安定したイオン照射を行うことができる、という更なる効果を奏する。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、上記加減速器によって、多様なエネルギーのイオンビームを得ることができる、という更なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す概略平面図である。なお、これ以降の図中には、各機器等の三次元空間における向きの例を示すために、一点で互いに直交する三軸、即ちＸ軸（例えば水平軸）、Ｙ軸（例えば垂直軸）およびＺ軸（例えば水平軸）を図示しており、必要に応じてこれらを参照して説明する。
【００２７】
このイオン照射装置は、イオンビーム３０を引き出すイオン源２０と、それから引き出されたイオンビーム３０から特定のイオン種を選別して導出する質量分離器３２とを備えている。なお、イオン源２０から後述する処理室９０および計測室９２までのイオンビーム３０が通る経路は、図示しない真空容器内にあり、真空雰囲気に保たれる。
【００２８】
イオン源２０は、アーク放電、高周波放電、マイクロ波放電等によってガスや蒸気を電離させてプラズマを生成するプラズマ生成部２２と、このプラズマ生成部２２から（より具体的にはその内部のプラズマから）電界の作用でイオンビーム３０を引き出す引出し電極系２６とを備えている。
【００２９】
質量分離器３２は、この例では、磁場４６によってＸ−Ｚ平面内でイオンビーム３０を曲げて特定のイオン種を選別して導出する質量分離電磁石である。
【００３０】
質量分離器３２の出口部の下流側付近に、この例のように、前記特定のイオン種を通しその他のイオン種を阻止する質量分離スリット５２を設けておくのが好ましい。そのようにすると、当該質量分離スリット５２と質量分離器３２とが協働して、イオンビーム３０の質量分離性能（質量分解能）をより向上させることができる。
【００３１】
また、イオン源２０と後述するビーム走査器８２との間に、例えばこの例のように質量分離スリット５２とビーム走査器８２との間に、イオンビーム３０の加速または減速を行う加減速器８０を設けておいても良い。そのようにすると、高エネルギー（例えば数十ｋｅＶ〜数百ｋｅＶ）から低エネルギー（例えば前述した５ｋｅＶ程度以下）まで、多様なエネルギーのイオンビーム３０を得ることができる。加減速器８０は、例えば、複数の電極を有していて静電界によってイオンビームを加速または減速する静電加減速管である。  
【００３２】
このイオン照射装置は、更に、質量分離器３２から導出され、かつこの例では質量分離スリット５２および加減速器８０を通したイオンビーム３０を、所定の方向であるＸ方向、より具体的には質量分離器３２におけるビーム偏向面（即ちＸ−Ｚ平面）内における一方向であるＸ方向において、第１の偏向方向（図１中に実線で示す左方向）および第２の偏向方向（図１中に二点鎖線で示す右方向）に偏向させる第１の機能、ならびに、各偏向方向のそれぞれにおいてイオンビーム３０をＸ方向に走査して扇状に広げる（発散させる）第２の機能を有するビーム走査器８２を備えている。
【００３３】
上記第１の機能によって、電磁界によって偏向されずに直進する中性粒子をイオンビーム３０から分離することができると共に、イオンビームを後述する処理室９０と計測室９２とに切り替えて入射させることができる。この第１の機能によるイオンビーム３０の上記偏向（切り替え）は、例えば、後述する一つの被照射物２を処理するごとに行っても良いし、複数の所定数（例えば１ロット）の被照射物２を処理するごとに行っても良い。
【００３４】
上記第２の機能によって、ビーム走査器８２に入射する一定断面形状（例えばＹ方向に細長い断面形状）のイオンビーム３０をＸ方向に走査して、広い領域に、より具体的には被照射物２のＸ方向の幅以上の領域に、イオンビーム３０を照射することができる。
【００３５】
上記ビーム走査器８２は、図示例のように、それに入射するイオンビーム３０をその入射軸８４に対して対称に偏向および走査するものの方が、機器構成の容易化やビーム計測精度の向上等の観点から好ましいけれども、それに限定されるものではない。
【００３６】
上記ビーム走査器８２は、ギャップをあけて相対向する磁極を有する電磁石と、当該電磁石において上記第１の機能用の直流の磁界成分および上記第２の機能用の交流の磁界成分を発生させる電源とで構成しても良い。この電源は、より具体的には、直流電流に交流電流を重畳させた電流を出力する電源である。
【００３７】
または、上記ビーム走査器８２は、間隔をあけて相対向する電極と、当該電極間において上記第１の機能用の直流の電界成分および上記第２の機能用の交流の電界成分を発生させる電源とで構成しても良い。この電源は、より具体的には、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を出力する電源である。
【００３８】
ビーム走査器８２の前記第１の偏向方向の下流側には、ビーム走査器８２から第１の偏向方向に導出された発散するイオンビーム３０をＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第１のビーム平行化器８６が設けられている。換言すれば、ビーム平行化器８６はビーム走査器８２と協働してイオンビーム３０のＸ方向における平行走査（パラレルスキャン）を行うものである。
【００３９】
上記ビーム平行化器８６は、例えば前記特許文献１に記載されたセクター磁石と同様の電磁石で構成しても良いし、例えば特開平４−２２９００号公報に記載されているような、走査電極対とは１８０度位相の異なる電圧が印加される電極対で構成しても良い。後述する第２のビーム平行化器８８も同様である。
【００４０】
ビーム走査器８２の前記第２の偏向方向の下流側には、ビーム走査器８２から第２の偏向方向に導出された発散するイオンビーム３０をＸ方向において曲げ戻して平行ビーム化する第２のビーム平行化器８８が設けられている。換言すれば、ビーム平行化器８８はビーム走査器８２と協働してイオンビーム３０のＸ方向における平行走査（パラレルスキャン）を行うものである。
【００４１】
上記第１および第２のビーム平行化器８６、８８を、図３に示す例のような一つの電磁石１１０を用いて構成しても良い。この電磁石１１０は、イオンビーム３０が通るギャップをあけて相対向する２対の磁極１１４、１１５を有する鉄芯１１２と、それを励磁するコイル１１８とを有している。磁極１１４間のギャップと、磁極１１５間のギャップには、互いに逆方向の磁界１１６、１１７が発生し、それによってイオンビーム３０は互いに逆向きに曲げられる。この一方の対の磁極１１４が上記第１のビーム平行化器８６を構成し、他方の対の磁極１１５が上記第２のビーム平行化器８８を構成している。このようにすることによって、イオン照射装置の構成の簡素化およびイオン照射とイオン計測の一致性を図ることができる。
【００４２】
また、上記ビーム走査器８２、第１および第２のビーム平行化器８６および８８を一つの電磁石で構成しても良い。
【００４３】
再び図１を参照して、ビーム平行化器８６の下流側には、ビーム平行化器８６から導出されたイオンビーム３０が導入される部屋であって、被照射物（例えば半導体基板）２が導入され、当該被照射物２にイオンビーム３０を照射してイオン照射を行う処理室９０が設けられている。
【００４４】
この処理室９０内には、被照射物２を保持するホルダ１４が設けられている。そしてこのイオン照射装置は、処理室９０内において、ホルダ１４に保持された被照射物２をイオンビーム３０の照射領域内でＸ方向と交差する方向（例えばＸ方向と実質的に直交するＹ方向）に機械的に往復駆動する駆動機構９４を有している。この駆動機構９４は、図１、図２の例では、一例として、処理室９０の下部または下方（紙面の裏側）に設けられている。被照射物２の上記駆動とイオンビーム３０の上記走査（即ちハイブリッドスキャン）によって、被照射物２の全面にイオンビーム３０を照射してイオン注入等の処理を行うことができる。
【００４５】
ビーム平行化器８８の下流側には、ビーム平行化器８８から導出されたイオンビーム３０が導入される部屋であって、イオンビーム３０の計測を行うビーム計測器９６を有し、被照射物に対するイオン照射を行うことなくイオンビーム３０の計測のみを行う計測室９２が設けられている。この計測室９２と処理室９０とは互いに別の（換言すれば、互いに区画された）部屋である。
【００４６】
ビーム計測器９６は、この例では、イオンビーム３０のビーム電流、断面寸法、位置および走査幅を計測するものであるが、これに限られるものではなく、これらの内の少なくとも一つを計測するものでも良い。このようなビーム計測器９６を設けることによって、必要に応じてイオンビーム３０の多様な計測を行うことができる。
【００４７】
上記イオン照射装置によれば、処理室９０において被照射物２にイオンビーム３０を照射してイオン注入等の処理を行い、計測室９２においては被照射物２に対する処理を行わずイオンビームの計測のみを行うよう構成して機能分化を図っているので、処理室９０における被照射物２へのイオン照射部分周辺の構造を簡素化することができる。
【００４８】
その結果、処理室９０においてイオンビーム３０がビーム計測器に入射することによって汚染物質が発生することを抑制して、被照射物２に対してクリーンなイオン照射処理を行うことができる。この効果は、例えば、前述したように被照射物２が半導体基板（例えばシリコン基板）であり、その表面に低エネルギーのイオンビーム３０を照射してイオン注入を行って、半導体基板の表面に微細な半導体デバイスを形成する場合に特に顕著になる。例えば、半導体基板表面に形成される半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
一方、計測室９２においては、被照射物２の汚染を心配することなくビーム計測器９６を設けることができるので、イオンビーム３０の厳重なモニタを行うことができる。即ち、イオンビーム３０の厳重なモニタを行うために、例えば複雑または多種のビーム計測器９６を計測室９２内に設けても、処理室９０と計測室９２とは別の部屋であって、計測室９２内で汚染物質が発生してもそれが処理室９０内の被照射物２を汚染することにはならないので、上記のようなビーム計測器９６を計測精度向上の立場から自由に設けることができる。
【００５０】
以上の結果、被照射物２に対するクリーンなイオン照射と、イオンビーム３０の厳重なモニタとを両立させることができる。
【００５１】
なお、図２に示す例のように、ビーム計測器９６の上流側近傍に、イオンビーム３０がビーム計測器９６に入射することによって発生する２次電子が計測系外へ漏れ出るのを抑制する２次電子抑制電極９８を設けておいても良い。それによって、ビーム計測器９６によるイオンビーム３０の上記計測をより正確なものにすることができる。この２次電子抑制電極９８および後述する２次電子抑制電極１００は、例えば筒状をしており、図示しない電源から負電圧がそれぞれ印加される。
【００５２】
また、処理室９０は、主として被照射物２に対するイオン照射処理を行うものではあるけれども、必要最小限度の計測器やそれに関連する機器を内部に設けておいても良い。例えば、図２に示す例のように、被照射物２へのイオン照射の際のイオンビーム３０のビーム電流を計測するビーム電流計測器１０２および当該ビーム電流計測器１０２等から発生する２次電子が計測系外へ漏れ出るのを抑制する２次電子抑制電極１００を設けておいても良い。このビーム電流計測器１０２からの計測情報に基づいて、制御装置１０４によって上記駆動機構９４を制御して、被照射物２の上記機械的な駆動の速度等を制御することができる。
【００５３】
また、ビーム計測器９６からの計測情報を用いて、例えばビーム走査器８２を制御すること等によって、処理室９０に入射するイオンビーム３０の制御を行って、被照射物２に対する照射制御を行う制御装置１０６を設けておいても良いが、これに限定されず、他の機器を制御することも妨げない。それによって、ビーム計測器９６の計測情報を用いて、被照射物２に対してより正確かつより安定したイオン照射を行うことができるようになる。
【００５４】
上記処理室９０を構成する真空容器９１と、計測室９２を構成する真空容器９３とを、互いに実質的に同じ構造にしておくのが好ましい。それによって、処理室９０におけるイオン照射と、計測室９２におけるイオンビーム計測との物理的な環境（条件）がより近くなるので、イオン照射に使用されるイオンビーム３０の計測精度をより向上させることができる。
【００５５】
また、処理室９０内において照射状態にある被照射物２とイオンビーム３０との位置関係と、計測室９２内におけるビーム計測器９６とイオンビーム３０との位置関係とを、互いに実質的に同じにしておくのが好ましい。例えば、処理室９０内において照射状態にある被照射物２の表面と、計測室９２内のビーム計測器９６の表面とを同一またはほぼ同一の平面９７（図１参照）上に位置させておくのが好ましい。この場合も、処理室９０におけるイオン照射と、計測室９２におけるイオンビーム計測との物理的な環境（条件）がより近くなるので、イオン照射に使用されるイオンビーム３０の計測精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】図１中の処理室および計測室周りをより詳しく示す平面図である。
【図３】第１および第２のビーム平行化器を構成する電磁石の一例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２  被照射物
２０  イオン源
３０  イオンビーム
３２  質量分離器
８０  加減速器
８２  ビーム走査器
８６  第１のビーム平行化器
８８  第２のビーム平行化器
９０  処理室
９２  計測室
９４  駆動機構
９６  ビーム計測器
１０６  制御装置
１１０  電磁石
【図１】
2006202546.tif 000003
【図２】
2006202546.tif 000004
【図３】
2006202546.tif 000005