(57)【要約】【課題】イオン注入装置におけるビームエネルギー測定の較正精度を向上する。【解決手段】イオン注入装置１００は、引出電圧に応じた既知のエネルギーをもつ多価イオンを含む較正用イオンビームを出力可能なイオン源１０と、質量分析磁石２２ａと高エネルギー多段直線加速ユニット１４とを含む上流ビームライン１０２と、エネルギー分析磁石２４と、エネルギー分析磁石２４の下流で較正用イオンビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置２００と、既知のエネルギーとビームエネルギー測定装置２００によって測定された較正用イオンビームのエネルギーとの対応関係を表すエネルギー較正テーブルを作成する較正シーケンス部と、を備える。上流ビームライン圧力は、イオン注入処理の間第１圧力に調整され、エネルギー較正テーブルを作成する間、第１圧力より高い第２圧力に調整される。【選択図】図８
2018142434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引出電圧に応じた既知のエネルギーをもつ多価イオンを含む較正用イオンビームを出力可能なイオン源と、
前記イオン源の下流に設けられ、質量分析磁石と高周波線形加速器とを含む上流ビームラインと、
前記上流ビームラインの下流に設けられたエネルギー分析磁石と、
前記エネルギー分析磁石の下流で前記較正用イオンビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置と、
イオン注入処理の間第１圧力に上流ビームライン圧力を調整するよう前記上流ビームラインに接続された上流ビームライン圧力調整装置と、
前記既知のエネルギーと前記ビームエネルギー測定装置によって測定された前記較正用イオンビームのエネルギーとの対応関係を表すエネルギー較正テーブルを作成する較正シーケンス部と、を備え、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第１圧力より高い第２圧力に前記上流ビームライン圧力を調整するよう前記上流ビームライン圧力調整装置を制御することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記質量分析磁石の出口から前記高周波線形加速器の入口までのビームライン区間の圧力を調整するよう前記質量分析磁石または前記ビームライン区間に接続され、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第２圧力に前記ビームライン区間の圧力を調整するよう前記上流ビームライン圧力調整装置を制御することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記質量分析磁石に接続されたターボ分子ポンプを備え、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記ターボ分子ポンプを停止することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記質量分析磁石に接続されたターボ分子ポンプと、前記ターボ分子ポンプの吸気口に配置されたコンダクタンスバルブと、を備え、前記コンダクタンスバルブは、前記イオン注入処理の間第１コンダクタンスに設定され、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第１コンダクタンスより小さい第２コンダクタンスに前記コンダクタンスバルブを設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記上流ビームラインに接続されたガス供給装置を備え、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間ガスが前記上流ビームラインに供給されるように前記ガス供給装置を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記ガス供給装置は、希ガス、窒素、酸素、または、希ガス、窒素、酸素のうち少なくとも１つを含有する混合ガスを前記上流ビームラインに供給可能であることを特徴とする請求項５に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記ガス供給装置は、キセノンガス、クリプトンガス、または、キセノンガスまたはクリプトンガスを含有する混合ガスを前記上流ビームラインに供給可能であることを特徴とする請求項５または６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記イオン源は、ボロン、リン、ヒ素、アルゴン、キセノン、または窒素の多価イオンを生成可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記イオン源は、アルゴンまたはヒ素の多価イオンを生成可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間、前記高周波線形加速器が前記較正用イオンビームの高周波加速をすることなく前記較正用イオンビームを輸送するように前記高周波線形加速器を制御することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記エネルギー分析磁石の下流に設けられたビーム平行化器をさらに備え、
前記ビームエネルギー測定装置は、前記高周波線形加速器を用いて加速されたイオンビームのエネルギーを測定可能であり、
前記ビーム平行化器の下流でビーム平行度を測定する平行度測定部と、
目標ビームエネルギーに対するイオンビームのエネルギーずれ量を、前記目標ビームエネルギーを用いて定義される既知の関係に従って前記ビーム平行度から演算するエネルギー演算部と、を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記ビーム平行化器は、ビーム基準軌道上に焦点を有し、
前記ビーム平行化器は、前記ビーム基準軌道を含む平面において前記焦点から前記ビーム平行化器へとそれぞれ異なる入射角度に方向付けられた複数のビーム軌道が目標ビームエネルギーのもとで前記ビーム基準軌道と平行になるように、前記複数のビーム軌道をそれぞれ入射角度に応じて異なる偏向角度で偏向することを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波線形加速器を有するイオン注入装置が知られている。このようなイオン注入装置は通例、高エネルギーイオン注入に使用される。高周波線形加速器によって加速又は減速されたイオンビームは原理的に、あるエネルギー幅を有する。つまり高周波線形加速器を出るイオンビームは、所望のエネルギーを有するイオンだけではなく、それよりいくらか高い（又は低い）エネルギーを有するイオンも含む。イオン注入装置においてイオンビームのエネルギーを測定するために、ビームエネルギー測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このビームエネルギー測定装置は、高エネルギーイオン注入装置に適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７６７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に測定装置は較正を要する。これは、イオン注入装置におけるビームエネルギー測定装置についても同様である。ビームエネルギー測定装置を較正するために、既知のエネルギーをもつ較正用のイオンビームがその測定装置で測定される。測定されたエネルギーと既知のエネルギーとの対応関係が、実際のビームエネルギー測定において較正に用いられる。この対応関係を用いることで、未知のエネルギーをもつイオンビームの測定結果を補正することができる。測定装置が高エネルギーイオン注入装置に適用されている場合、較正のための測定は、低エネルギー領域だけではなく高エネルギー領域でも行うことが望まれる。
【０００５】
しかしながら、既知の「高」エネルギーをもつ較正用のイオンビームを作り出すことは容易でないという実情がある。例えば、高周波加速されたイオンビーム（ＲＦ（radio frequency）ビームとも呼ばれる）は、高エネルギーではあるが、上述のようにエネルギー幅を有する。そのため、高周波加速されたイオンビームは、そのエネルギーの大きさを厳密には特定し難い。これは、較正の精度を高めるうえで制約となる。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン注入装置におけるビームエネルギー測定の較正精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、イオン注入装置は、引出電圧に応じた既知のエネルギーをもつ多価イオンを含む較正用イオンビームを出力可能なイオン源と、前記イオン源の下流に設けられ、質量分析磁石と高周波線形加速器とを含む上流ビームラインと、前記上流ビームラインの下流に設けられたエネルギー分析磁石と、前記エネルギー分析磁石の下流で前記較正用イオンビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置と、イオン注入処理の間第１圧力に上流ビームライン圧力を調整するよう前記上流ビームラインに接続された上流ビームライン圧力調整装置と、前記既知のエネルギーと前記ビームエネルギー測定装置によって測定された前記較正用イオンビームのエネルギーとの対応関係を表すエネルギー較正テーブルを作成する較正シーケンス部と、を備える。前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第１圧力より高い第２圧力に前記上流ビームライン圧力を調整するよう前記上流ビームライン圧力調整装置を制御する。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、イオン注入装置におけるビームエネルギー測定の較正精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のある実施形態に係るイオン注入装置を概略的に示す上面図である。
【図２】図１に示すイオン注入装置の構成要素の配置を概略的に示す図である。
【図３】図１及び図２に示される高エネルギー多段直線加速ユニットのコントローラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示すビーム輸送ラインユニットの一部の概略構成を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ）は、ビーム平行度の測定を説明するための図である。
【図６】ビーム平行度の測定を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、ビーム平行度の測定を説明するための図である。
【図８】本発明のある実施形態に係るイオン注入装置の上流ビームラインを概略的に示す図である。
【図９】本発明のある実施形態に係るイオン注入装置の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１０】ある実施形態に係る較正シーケンスを例示するフローチャートである。
【図１１】ある実施形態に係る状態監視部の動作を例示するフローチャートである。
【図１２】ある実施形態に係るエネルギー較正テーブルを概念的に示す図である。
【図１３】比較例に係るエネルギー較正テーブルを例示する図である。
【図１４】他の実施形態に係るイオン注入装置の上流ビームラインを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置１００を概略的に示す上面図である。図２は、図１に示すイオン注入装置１００の構成要素の配置を概略的に示す図である。イオン注入装置１００は、いわゆる高エネルギーイオン注入装置に適する。高エネルギーイオン注入装置は、高周波線形加速方式のイオン加速器と高エネルギーイオン輸送用ビームラインを有するイオン注入装置である。高エネルギーイオン注入装置は、イオン源１０で発生したイオンを高エネルギーに加速し、そうして得られたイオンビームＢをビームラインに沿って被処理物（例えば基板またはウェハ４０）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
【００１３】
図１及び／または図２に示されるように、イオン注入装置１００は、イオンを生成して質量分離するイオンビーム生成ユニット１２と、イオンビーム生成ユニット１２から供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高エネルギー多段直線加速ユニット１４と、イオンビームＢの軌道をＵ字状に曲げるビーム偏向ユニット１６と、イオンビームＢをウェハ４０まで輸送するビーム輸送ラインユニット１８と、輸送されたイオンビームＢを均一に半導体ウェハに注入する基板処理供給ユニット２０とを備える。
【００１４】
イオンビーム生成ユニット１２は、図２に示されるように、イオン源１０と、引出電極１１と、質量分析装置２２と、を有する。イオンビーム生成ユニット１２では、イオン源１０から引出電極１１を通してビームが引き出されると同時に加速され、引出加速されたビームは質量分析装置２２により質量分析される。質量分析装置２２は、質量分析磁石２２ａと質量分析スリット２２ｂとを有する。質量分析スリット２２ｂは、質量分析装置２２の次の構成要素である高エネルギー多段直線加速ユニット１４の入り口部内に配置されている。なお、質量分析スリット２２ｂは、質量分析磁石２２ａの直後（すなわち、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の直前）に配置されてもよい。
【００１５】
高エネルギー多段直線加速ユニット１４の直線加速部ハウジング内の最前部に、イオンビームの総ビーム電流を計測するための第１ビーム計測器８０ａが配置されている。第１ビーム計測器８０ａは、駆動機構によりビームライン上に上下方向から出し入れ可能に構成されている。第１ビーム計測器８０ａは例えばファラデーカップである。このファラデーカップはインジェクターファラデーカップとも呼ばれる。インジェクターファラデーカップは、水平方向に長い長方形の枡状形状で、開口部をビームライン上流側に向けて構成されている。第１ビーム計測器８０ａは、イオン源１０及び／または質量分析磁石２２ａの調整時にイオンビームＢの総ビーム電流を計測するために使用される。また、第１ビーム計測器８０ａは、ビームライン下流に到達するイオンビームＢを必要に応じてビームライン上で完全に遮断するために用いられてもよい。
【００１６】
質量分析装置２２による質量分析の結果、注入に必要なイオン種だけが選別され、選別されたイオン種のイオンビームＢは、次の高エネルギー多段直線加速ユニット１４に導かれる。高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、通常の高エネルギーイオン注入に使用される第１線形加速器１５ａを備える。第１線形加速器１５ａは１以上の（例えば複数の）高周波共振器１４ａを備える。高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、第１線形加速器１５ａに加えて、第２線形加速器１５ｂを備えてもよい。第２線形加速器１５ｂは、超高エネルギーイオン注入のために第１線形加速器１５ａとともに使用される。第２線形加速器１５ｂは１以上の（例えば複数の）高周波共振器１４ａを備える。高エネルギー多段直線加速ユニット１４により加速されたイオンビームＢは、ビーム偏向ユニット１６により方向が変化させられる。
【００１７】
第１線形加速器１５ａは、複数の高周波共振器１４ａと複数の収束発散レンズ６４とを備える。高周波共振器１４ａは筒状の電極を備える。収束発散レンズ６４は、例えば電場レンズ（例えば静電四極電極（Ｑレンズ））である。収束発散レンズ６４は磁場レンズ（例えば四極電磁石）であってもよい。高周波共振器１４ａの筒状電極と収束発散レンズ６４（例えばＱレンズ）とは一列に交互に配列されており、それらの中心をイオンビームＢが通る。第２線形加速器１５ｂも第１線形加速器１５ａと同様に複数の高周波共振器１４ａと複数の収束発散レンズ６４とを備える。
【００１８】
収束発散レンズ６４は、加速の途中や加速後にイオンビームＢの収束発散を制御し、イオンビームＢを効率的に輸送するために設けられている。収束発散レンズ６４は、高周波線形加速器の内部あるいはその前後に、必要な数が配置される。横収束レンズ６４ａと縦収束レンズ６４ｂとが交互に配列される。すなわち、横収束レンズ６４ａが高周波共振器１４ａの筒状電極の前方（または後方）に配置され、縦収束レンズ６４ｂが高周波共振器１４ａの筒状電極の後方（または前方）に配置される。また、第２線形加速器１５ｂの終端の横収束レンズ６４ａの後方には追加の縦収束レンズ６４ｂが配置されている。高エネルギー多段直線加速ユニット１４を通過するイオンビームＢの収束及び発散が調整され、それにより後段のビーム偏向ユニット１６に最適な二次元ビームプロファイルのイオンビームＢが入射する。
【００１９】
高周波線形加速器においては高周波（ＲＦ）の加速パラメータとして、個々の高周波共振器１４ａの筒状電極に印加する電圧の振幅Ｖ［ｋＶ］、周波数ｆ［Ｈｚ］が考慮される。複数段の高周波加速を行う場合には、高周波共振器１４ａ相互の位相φ［ｄｅｇ］も加速パラメータに追加される。これらの振幅Ｖ、周波数ｆ、及び位相φは、高周波（ＲＦ）のパラメータである。周波数ｆは固定値が使用されてもよい。また、収束発散レンズ６４の運転パラメータ（収束発散パラメータともいう）も考慮される。収束発散パラメータは例えばＱレンズ電圧である。
【００２０】
高エネルギー多段直線加速ユニット１４を出た高エネルギーのイオンビームＢは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、高エネルギーのイオンビームＢの走査及び平行化を経てウェハ４０に所望の注入精度で照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析と、中心軌道補正、及びビーム収束発散の調整を実施しておくことが望まれる。
【００２１】
ビーム偏向ユニット１６は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、中心軌道補正、エネルギー分散の制御を行う。ビーム偏向ユニット１６は、少なくとも２つの高精度偏向電磁石と少なくとも１つのエネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリット、及び、少なくとも１つの横収束機器とを備える。複数の偏向電磁石は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析とイオン注入角度の精密な補正、及び、エネルギー分散の抑制とを行うよう構成されている。
【００２２】
ビーム偏向ユニット１６は、上流から順に、エネルギー分析磁石２４、エネルギー幅制限スリット２７、横収束四重極レンズ２６、エネルギー分析スリット２８、及びステアリング磁石３０を備える。エネルギー分析磁石２４は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の下流に配設されている。横収束四重極レンズ２６は、エネルギー分散を抑制する。ステアリング磁石３０は、ステアリング（軌道補正）を提供する。イオンビームＢは、ビーム偏向ユニット１６によって方向転換され、ウェハ４０の方向へ向かう。
【００２３】
エネルギー分析スリット２８の下流においてビーム電流量を計測する第２ビーム計測器８０ｂが設けられている。第２ビーム計測器８０ｂは、スキャナーハウジング内の最前部、すなわちビーム整形器３２の直前部に配置されている。第２ビーム計測器８０ｂは、駆動機構によりビームライン上に上下方向から出し入れ可能に構成されている。第２ビーム計測器８０ｂは例えばファラデーカップである。このファラデーカップはリゾルバーファラデーカップとも呼ばれる。リゾルバーファラデーカップは、水平方向に長い長方形の枡状形状で、開口部をビームライン上流側に向けて構成されている。第２ビーム計測器８０ｂは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４及び／またはビーム偏向ユニット１６の調整の際にイオンビームＢの総ビーム電流を計測するために使用される。また、第２ビーム計測器８０ｂは、ビームライン下流に到達するイオンビームＢを必要に応じてビームライン上で完全に遮断するために用いられてもよい。
【００２４】
エネルギー分析磁石２４は、ビーム偏向ユニット１６の複数の偏向電磁石のうち最上流側の１つである。エネルギー分析磁石２４は、エネルギーフィルター磁石（ＥＦＭ）と呼ばれることもある。ステアリング磁石３０は、ビーム偏向ユニット１６の複数の偏向電磁石のうち最下流側の１つである。
【００２５】
ビーム偏向ユニット１６の偏向電磁石を通過中のイオンには、遠心力とローレンツ力が働いており、それらが釣り合って、円弧状の軌跡が描かれる。この釣合いを式で表すとｍｖ＝ｑＢｒとなる。ｍはイオンの質量、ｖは速度、ｑはイオン価数、Ｂは偏向電磁石の磁束密度、ｒは軌跡の曲率半径である。この軌跡の曲率半径ｒが、偏向電磁石の磁極中心の曲率半径と一致したイオンのみが、偏向電磁石を通過できる。言い換えると、イオンの価数が同じ場合、一定の磁場Ｂがかかっている偏向電磁石を通過できるのは、特定の運動量ｍｖを持ったイオンのみである。エネルギー分析磁石２４は実際には、イオンの運動量を分析する装置である。同様に、ステアリング磁石３０や質量分析磁石２２ａも運動量フィルターである。
【００２６】
ビーム偏向ユニット１６は、複数の磁石を用いることで、イオンビームＢを１８０°偏向させることができる。これにより、ビームラインがＵ字状の高エネルギーイオン注入装置を簡易な構成で実現できる。エネルギー分析磁石２４およびステアリング磁石３０は、それぞれ偏向角度が９０度となるように構成されており、その結果、合計の偏向角度が１８０度となるように構成されている。なお、一つの磁石で行う偏向量は９０°に限られず、以下の組合せでもよい。
（１）偏向量が９０°の磁石が１つ＋偏向量が４５°の磁石が２つ
（２）偏向量が６０°の磁石が３つ
（３）偏向量が４５°の磁石が４つ
（４）偏向量が３０°の磁石が６つ
（５）偏向量が６０°の磁石が１つ＋偏向量が１２０°の磁石が１つ
（６）偏向量が３０°の磁石が１つ＋偏向量が１５０°の磁石が１つ
【００２７】
エネルギー分析磁石２４には高い磁場精度が必要であるので、精密な磁場測定を行う高精度な磁場測定器８６が取り付けられている。磁場測定器８６は、ＭＲＰ（磁気共鳴プローブ)とも呼ばれるＮＭＲ(核磁気共鳴)プローブとホールプローブとを適宜組み合わせたもので、ＭＲＰはホールプローブの較正に、ホールプローブは磁場一定のフィードバック制御にそれぞれ使用される。また、エネルギー分析磁石２４は、磁場の不均一性が０．０１％未満になるように、厳しい精度で製作されている。ステアリング磁石３０にも同様に磁場測定器８６が設けられている。なおステアリング磁石３０の磁場測定器８６には、ホールプローブのみ取り付けられていてもよい。さらに、エネルギー分析磁石２４及びステアリング磁石３０の各々には、電流設定精度と電流安定度とが１×１０−４以内の電源とその制御機器が接続されている。
【００２８】
ビーム輸送ラインユニット１８は、ビーム偏向ユニット１６から出たイオンビームＢを輸送するものであり、収束発散レンズ群から構成されるビーム整形器３２と、ビーム走査器３４と、ビーム平行化器３６と、静電式の最終エネルギーフィルター３８とを有する。最終エネルギーフィルター３８は最終エネルギー分離スリットを含む。ビーム輸送ラインユニット１８の長さは、イオンビーム生成ユニット１２と高エネルギー多段直線加速ユニット１４との合計長さに合わせて設計されている。ビーム輸送ラインユニット１８は、ビーム偏向ユニット１６により高エネルギー多段直線加速ユニット１４と連結されて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
【００２９】
ビーム輸送ラインユニット１８の下流側の終端には、基板処理供給ユニット２０が設けられている。基板処理供給ユニット２０は、注入処理においてイオンビームＢをウェハ４０に照射するための真空処理室２１を有する。真空処理室２１の中には、イオンビームＢのビーム電流、位置、注入角度、収束発散角、上下左右方向のイオン分布等を計測するビームモニター、イオンビームＢによるウェハ４０の帯電を防止する帯電防止装置、ウェハ４０を搬入搬出し適正な位置・角度に設置するウェハ搬送機構、イオン注入中にウェハ４０を保持するＥＳＣ（Electro Static Chuck）、注入中ビーム電流の変動に応じた速度でウェハ４０をビームスキャン方向と直角方向に動かすウェハスキャン機構が収納されている。
【００３０】
基板処理供給ユニット２０においては、第３ビーム計測器８０ｃがイオン注入位置の後方に設けられている。第３ビーム計測器８０ｃは、例えば、イオンビームＢの総ビーム電流を計測する固定式の横長ファラデーカップである。この横長ファラデーカップはチューニングファラデーとも呼ばれる。第３ビーム計測器８０ｃは、ウェハ領域においてイオンビームＢの走査範囲全体を計測できるビーム電流計測機能を有する。第３ビーム計測器８０ｃは、ビームラインの最下流において最終セットアップビームを計測するよう構成されている。
【００３１】
基板処理供給ユニット２０においては、図１に示されるように、真空処理室２１に隣接してウェハ搬送装置９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０は、中間搬送室、ロードロック室、及び大気搬送部を備える。ウェハ搬送装置９０は、カセットステーション９２に格納されたウェハ等の被処理物を真空処理室２１に搬送するように構成されている。ウェハは、カセットステーション９２から大気搬送部、ロードロック室、及び中間搬送室を介して真空処理室２１に搬入される。一方、イオン注入処理がなされたウェハは、中間搬送室、ロードロック室、及び大気搬送部を介してカセットステーション９２に搬出される。
【００３２】
このようにして、イオン注入装置１００のビームライン部は、対向する２本の長直線部を有する水平のＵ字状の折り返し型ビームラインに構成されている。上流の長直線部は、イオン源１０で生成したイオンビームＢを加速する複数のユニットから成る。下流の長直線部は、上流の長直線部に対し方向転換されたイオンビームＢを調整してウェハ４０に注入する複数のユニットから成る。２本の長直線部はほぼ同じ長さに構成されている。２本の長直線部の間に、メンテナンス作業のために十分な広さの作業スペースＲ１が設けられている。
【００３３】
このようにＵ字状にユニットを配置した高エネルギーイオン注入装置は、設置面積を抑えつつ良好な作業性が確保されている。また、高エネルギーイオン注入装置においては、個々のユニットや装置をモジュール構成とすることで、ビームライン基準位置に合わせて着脱、組み付けが可能となっている。
【００３４】
また、高エネルギー多段直線加速ユニット１４と、ビーム輸送ラインユニット１８とが折り返して配置されるため、高エネルギーイオン注入装置の全長を抑えることができる。従来装置ではこれらがほぼ直線状に配置されている。また、ビーム偏向ユニット１６を構成する複数の偏向電磁石の曲率半径は、装置幅を最小にするように最適化されている。これらによって、装置の設置面積を最小化するとともに、高エネルギー多段直線加速ユニット１４とビーム輸送ラインユニット１８との間に挟まれた作業スペースＲ１において、高エネルギー多段直線加速ユニット１４やビーム輸送ラインユニット１８の各装置に対する作業が可能となる。また、メンテナンス間隔が比較的短いイオン源１０と、基板の供給／取出が必要な基板処理供給ユニット２０とが隣接して配置されるため、作業者の移動が少なくてすむ。
【００３５】
図３は、図１及び図２に示されるイオン注入装置１００の制御装置５０の概略的な構成を示すブロック図である。制御装置５０は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４を制御するよう構成されている。制御装置５０には、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の制御のための構成要素として、オペレータが必要な条件を入力するための入力装置５２、入力された条件から各種パラメータを数値計算し、更に各構成要素を制御するための制御演算装置５４、高周波の電圧振幅を調整するための振幅制御装置５６、高周波の位相を調整するための位相制御装置５８、高周波の周波数を制御するための周波数制御装置６０、高周波共振器１４ａのための高周波電源６２、収束発散レンズ６４のための収束発散レンズ電源６６、加速パラメータ、収束発散パラメータ、及びその他の情報を表示するための表示装置６８、決定されたパラメータを記憶しておくためのパラメータ記憶装置７０が設けられている。
【００３６】
入力装置５２には、注入条件、及び／または、注入条件に基づくパラメータ計算のための初期条件が入力される。入力される条件には、例えば、入射条件としての引出電極１１の引出電圧、イオン質量、イオン価数と、出射条件としての最終エネルギーとがある。
【００３７】
高周波線形加速器の制御演算装置５４には、あらかじめ各種パラメータを数値計算するための数値計算コード（プログラム）が内蔵されている。制御演算装置５４は、内蔵している数値計算コードによって、入力された条件を基にイオンビームの加速並びに収束発散をシミュレーションし、最適な輸送効率が得られるよう加速パラメータ（電圧振幅、周波数、位相）を算出する。また、制御演算装置５４は、効率的にイオンビームを輸送するための収束発散レンズ６４の運転パラメータ（例えば、Ｑコイル電流、またはＱ電極電圧）も算出する。入力された条件及び計算された各種パラメータは、表示装置６８に表示される。高エネルギー多段直線加速ユニット１４の能力を超えた加速条件に対しては、解がないことを意味する表示が表示装置６８に表示される。加速パラメータ及び収束発散パラメータの算出方法の一例の詳細は例えば、参照によりその全体が本願明細書に援用される特許第３４４８７３１号公報に開示されている。
【００３８】
電圧振幅パラメータは、制御演算装置５４から振幅制御装置５６に送られ、振幅制御装置５６が、高周波電源６２の振幅を調整する。位相パラメータは、位相制御装置５８に送られ、位相制御装置５８が、高周波電源６２の位相を調整する。周波数パラメータは、周波数制御装置６０に送られる。周波数制御装置６０は、高周波電源６２の出力周波数を制御するとともに、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の高周波共振器１４ａの共振周波数を制御する。制御演算装置５４はまた、算出された収束発散パラメータにより、収束発散レンズ電源６６を制御する。
【００３９】
制御演算装置５４は、イオン注入装置１００のその他の構成要素（例えば、イオンビーム生成ユニット１２、ビーム偏向ユニット１６、ビーム輸送ラインユニット１８、及び、基板処理供給ユニット２０のうちいずれかに含まれる少なくとも１つの構成要素）を制御するよう構成されていてもよい。制御演算装置５４は、イオン注入装置１００の少なくとも１つの計測部（例えば、ビームエネルギー測定装置２００）の計測結果に基づいて、イオン注入装置１００の少なくとも１つの構成要素（例えば、高エネルギー多段直線加速ユニット１４）を制御してもよい。
【００４０】
図４は、ビーム輸送ラインユニット１８の一部の概略構成を示す平面図である。ビーム偏向ユニット１６（図１及び図２参照）によって必要なイオン種のみが分離されかつ必要なエネルギー値のイオンのみとなったビームは、ビーム整形器３２により所望の断面形状に整形される。図示されるように、ビーム整形器３２は、Ｑ（四重極）レンズ等（電場式若しくは磁場式）の収束／発散レンズ群により構成される。ビーム整形器３２は、例えば、横収束（縦発散）レンズＱＦ／横発散（縦収束）レンズＱＤ／横収束（縦発散）レンズＱＦからなるトリプレットＱレンズ群として構成される。ビーム整形器３２は、必要に応じて、横収束レンズＱＦ、横発散レンズＱＤをそれぞれ単独で、あるいは複数組み合わせて構成することができる。整形された断面形状を持つビームは、ビーム走査器３４により図４の紙面に平行な方向にスキャンされる。
【００４１】
ビーム走査器３４は、周期変動する電場により、イオンビームの進行方向と直交する水平方向にイオンビームを周期的に往復走査させる偏向走査装置（ビームスキャナーとも呼ばれる）である。
【００４２】
ビーム走査器３４は、ビーム進行方向に関して、イオンビームの通過域を挟むようにして対向配置された一対（２枚）の対向電極３４ａ、３４ｂ（二極式偏向走査電極）を備え、０．５Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の一定の周波数で正負に変動する三角波に近似する走査電圧が、２枚の対向電極３４ａ、３４ｂにそれぞれ逆符号で印加される。この走査電圧は、２枚の対向電極３４ａ、３４ｂのギャップ内において、そこを通過するビームを偏向させる変動する電場を生成する。そして、走査電圧の周期的な変動により、ギャップを通過するビームが水平方向にスキャンされる。
【００４３】
ビーム走査器３４の下流側には、イオンビームの通過域に開口を有するサプレッション電極７４が２つのグランド電極７８ａ、７８ｂの間に配置されている。上流側には、走査電極の前方にグランド電極７６ａを配置しているが、必要に応じて下流側と同じ構成のサプレッション電極を配置することができる。サプレッション電極は、正電極への電子の侵入を抑制する。
【００４４】
スキャンハウジング内において、ビーム走査器３４の下流側には、ビーム走査空間部３４ｃが長い区間において設けられ、ビーム走査角度が狭い場合でも十分なスキャン幅を得られるように構成されている。ビーム走査空間部３４ｃの下流にあるスキャンハウジングの後方には、偏向されたイオンビームを、ビーム走査偏向前のイオンビームの方向になるように調整する、つまり、設計上のビーム基準軌道（これを以下ではビームラインＬ１とも呼ぶことがある）に平行となるように曲げ戻すビーム平行化器３６が設けられている。
【００４５】
ビーム平行化器３６で発生する収差（ビーム平行化器の中心部と左右端部の焦点距離の差）は、ビーム走査器３４の偏向角の２乗に比例するので、ビーム走査空間部３４ｃを長くして偏向角を小さくすることは、ビーム平行化器３６の収差を抑えることに大きく寄与する。収差が大きいと、半導体ウェハにイオンビームを注入する際に、ウェハの中心部と左右端部とでビームサイズとビーム発散角が異なるため、製品の品質にバラツキが生じることがある。
【００４６】
また、このビーム走査空間部３４ｃの長さを調整することによって、ビーム輸送ラインユニットの長さを、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の長さに合わせることができる。
【００４７】
ビーム平行化器３６には、平行化レンズ８４が配置されている。図４に示すように、平行化レンズ８４は、略双曲線形状の複数の加速電極対と減速電極対で構成されている。各電極対は、放電が起きない程度の広さの加速・減速ギャップを介して向き合っており、加速減速ギャップには、イオンビームの加減速を引き起こす軸方向の成分と、基準軸からの距離に比例して強くなって、イオンビームに横方向の収束作用を及ぼす横成分とを併せ持つ電界が形成される。
【００４８】
加速ギャップを挟む電極対のうち下流側の電極と、減速ギャップの上流側の電極、及び、減速ギャップの下流側の電極と次の加速ギャップの上流側の電極とは、同一電位になるように、それぞれ一体の構造体を形成している。
【００４９】
平行化レンズ８４の上流側から最初の電極（入射電極）と最後の電極（出射電極）は、接地電位に保たれている。これによって、平行化レンズ８４通過前後で、ビームのエネルギーは変化しない。
【００５０】
中間の電極構造体において、加速ギャップの出口側電極と減速ギャップの入り口側電極には、可変式定電圧の負電源８８が、減速ギャップの出口側電極と加速ギャップの入り口側電極には、可変式定電圧の正電源が接続されている（ｎ段の時は負正負正負・・・）。これによって、イオンビームは加速・減速を繰り返しながら、ビームラインの基準軌道と平行な方向に段階的に向いていく。そして、最終的に偏向走査前のイオンビーム進行方向（ビームライン軌道方向）に平行な軌道に乗る。
【００５１】
図４に示されるように、ビーム平行化器３６は、設計上のビーム基準軌道（例えば、図４に示すビームラインＬ１）上に焦点Ｆを有する。ビーム平行化器３６に入射する複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃはそれぞれビーム基準軌道に対し異なる角度を有する。ビーム平行化器３６は、複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃのそれぞれを入射角度に応じて異なる偏向角度で偏向し、それにより複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃがビーム基準軌道と平行になるように、設計されている。ビーム平行化器３６は、所与のイオン注入条件（例えば目標ビームエネルギーを含む）に応じて予め定められた電気的入力（例えば電圧）を受けて作動する。
【００５２】
複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、ビーム基準軌道を含む一平面上にあり、この平面において焦点Ｆからビーム平行化器３６へとそれぞれ異なる入射角度に方向付けられている。複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃはビーム走査器３４によるスキャンの結果であるから、この平面は、ビーム走査器３４のスキャン平面（ｘｚ面）に相当する。これらビーム軌道のいずれか（図４においてはビーム軌道３７ｂ）がビーム基準軌道に一致していてもよい。ビーム基準軌道はビーム平行化器３６において偏向されずにビーム平行化器３６を直進する。
【００５３】
イオン注入装置１００は、ビーム平行化器３６の焦点Ｆがビーム走査器３４の走査原点に一致するよう構成されている。よって、走査原点においてビーム走査器３４によりスキャンされたビームは、電場平行化レンズ等を含むビーム平行化器３６により収束され、スキャン前のイオンビーム進行方向（ビームライン軌道方向）に平行な偏向角０度の軸（基準軸）に対して平行になる。このとき、スキャン領域は、基準軸に関して左右対称になる。
【００５４】
ビーム平行化器３６は上述のように、ビーム走査器３４から入射するイオンビームを平行化するよう構成されており、ビーム輸送方向に垂直な平面においてビーム輸送方向に垂直なｘ方向（水平方向）に沿って広がるビーム通過領域をビーム平行化器３６の下流に形成する。ビーム平行化器３６は、例えば、静電式のビーム平行化器である。
【００５５】
図２に示されるように、イオン注入装置１００には、ビームエネルギー測定装置２００が設けられている。ビームエネルギー測定装置２００は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４を用いて加速されたイオンビームのエネルギーを測定可能である。
【００５６】
ビームエネルギー測定装置２００は、平行度測定部２０２と、エネルギー演算部２０４と、を備える。平行度測定部２０２は、ビーム平行化器３６を通るイオンビームについてビーム平行化器３６の下流でイオンビームの平行度（以下、「ビーム平行度」または「平行度」ともいう）を測定するよう構成されている。平行度測定部２０２は、例えば、被処理物にイオン注入処理をするための真空処理室２１に設けられている。
【００５７】
ビーム平行度は、イオンビームにおけるビーム角度誤差を表す指標である。例えば、ビーム平行度として、ビーム平行化器３６を通る複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃにより定まる上記の平面においてビームラインＬ１に垂直な方向（ｘ方向）に関するビーム角度の誤差を表す指標を用いてもよい。ビーム平行度は、設計上のビーム基準軌道に対するイオンビームの全体的な角度誤差を表すというよりも、イオンビームの局所部分間の相対的な角度誤差を表す。
【００５８】
平行度測定部２０２は、例えば、複数のスリットを有するダイバージェンスマスクと、ビーム電流を測定するプロファイラカップと、を備える。ダイバージェンスマスクは、ビーム平行化器３６によって平行化されたスキャンビームをスリットを通じて制限する。プロファイラカップは、ダイバージェンスマスクから所定距離だけ離れて配置される。既存のイオン注入装置１００の真空処理室２１にはたいてい、プロファイラカップのようなビーム電流検出器が設けられている。そうした既存の検出器を流用することで、ビームエネルギー測定装置２００を低コストに構成することができる。
【００５９】
平行度測定部２０２は、スキャン方向（ｘ方向）に沿って位置の関数としてビーム電流を測定する。ビーム走査器３４及びビーム平行化器３６を通るイオンビームの中心がビームラインＬ１に一致する理想的な場合には、平行度測定部２０２は例えば、ビーム電流が最大になった位置と設計上電流が最大になると予想される位置の差と、ダイバージェンスマスクとビーム電流検出器との距離から平行度を算出してもよい。
【００６０】
エネルギー演算部２０４は、測定された平行度からイオンビームのエネルギーを演算するよう構成されている。エネルギー演算部２０４は、目標ビームエネルギーに対するイオンビームのエネルギーずれ量をビーム平行度に基づいて演算する。エネルギー演算部２０４は、上述の制御装置５０の一部であってもよいし、それとは別個に設けられていてもよい。エネルギー演算部２０４は、演算されたイオンビームのエネルギーの値を制御演算装置５４及び制御装置５０の他の構成要素に出力することができる。
【００６１】
ところで、ビーム平行化器３６はイオンビームの偏向または収束によりイオンビームを平行化するから、そうした平行化のために必要な偏向力または収束力はイオンビームのもつエネルギーに依存する。すなわち、エネルギーが大きいほど必要な偏向力または収束力も大きくなる。ビーム平行化器３６の偏向力または収束力は、ビーム平行化器３６への電気的入力（例えば、電場式の平行化レンズ８４の場合、電圧）に応じて変化する。
【００６２】
したがって、イオン注入装置１００においては、イオンビームの目標ビームエネルギーとそのイオンビームの平行化に必要なビーム平行化器３６への電気的入力とを関係づけるビーム平行化器３６の設定が予め定められている。所与のイオン注入条件（目標ビームエネルギーを含む）のもとで、この設定に従って定まる電気的入力がビーム平行化器３６に与えられ、ビーム平行化器３６は動作する。よって、ビーム平行化器３６に入射するイオンビームのエネルギーが目標ビームエネルギーに一致すれば、図５（ａ）に示されるように、ビーム平行化器３６はそのイオンビームを完全に平行化することができる。ビーム平行化器３６の焦点距離を図５（ａ）においてはＦ０と表記する。
【００６３】
しかし、もしイオンビームのエネルギーが目標ビームエネルギーと異なっていたとすると、その目標ビームエネルギーに応じた設定のもとではビーム平行化器３６によりイオンビームを完全に平行化することはできない。
【００６４】
例えば、イオンビームのエネルギーが目標ビームエネルギーより小さい場合には、ビーム平行化器３６によってイオンビームが過剰に収束または偏向され、ビーム平行度が完全平行からずれてしまう。これは、図５（ｂ）に示されるように、ビーム平行化器３６の焦点Ｆをビーム平行化器３６に近づけて焦点距離を小さくすることと等価である（Ｆ１＜Ｆ０）。また、イオンビームのエネルギーが目標ビームエネルギーより大きい場合にはビーム平行化器３６によるイオンビームの収束または偏向が不足し（ビームが発散し）、ビーム平行度は完全平行からずれてしまう。これは、図５（ｃ）に示されるように、ビーム平行化器３６の焦点Ｆをビーム平行化器３６から遠ざけて焦点距離を大きくすることと等価である（Ｆ２＞Ｆ０）。
【００６５】
このエネルギーずれと平行度ずれの関係は、平行化レンズ８４周辺の電場計算およびイオンビームの軌道計算によって求めることができる。エネルギーがα倍になったとき、焦点距離はβ倍になるとする。あるαの値について、ビーム走査器３４のスキャン範囲内のいくつかのスキャン角度それぞれに対応する平行化レンズ８４からの出射角を計算することができる。これらスキャン角度（つまり平行化レンズ８４への入射角）と平行化レンズ８４からの出射角とから、当該エネルギー比αに対応する焦点距離比βを求められる。多数のエネルギー比αの値それぞれについて対応する焦点距離比βを求めることにより、エネルギー比αと焦点距離比βとの関係が得られる。本発明者の解析によると、エネルギー比αと焦点距離比βとは直線関係を有しており、すなわち、α＝Ａ・β＋Ｂと表される（Ａ、Ｂは定数）。なお、この関係はスキャン角度に依存しない。焦点距離比βは平行度のずれに相当するから、平行度を測定することによりエネルギー比αを計算することができる。
【００６６】
例えば、目標ビームエネルギーＥ０のイオンビームを平行化レンズ８４に通すときの偏向角度（つまり入射角と出射角との差）をΦとするとき、実際に偏向された角度がΦ＋δΦであったとする。理想的な場合としてイオンビームの中心がビームラインＬ１に一致しているとすると、ビーム平行度として角度ずれδΦを用いることができる。角度ずれδΦはエネルギーずれδＥと比例する。つまり、δＥ＝Ｅ０×（δΦ／Φ）である。エネルギー演算部２０４は、こうした既知の関係に従って、測定されたビーム平行度（すなわち角度ずれδΦ）をエネルギーずれ量δＥへと換算する。
【００６７】
平行化レンズ８４は、目標エネルギーＥ０のイオンビームを平行化するための偏向角度Φを実現するように、予め精密に設計されている。また、平行度は注入処理において主要なパラメータの１つであり、そのため平行度測定部２０２は平行度（すなわちδΦ）を正確に測れるよう構成されている。目標エネルギーＥ０は、行われる注入処理の仕様として決定される。したがって、ビームエネルギー測定装置２００は、エネルギーのずれ量δＥを、つまりイオンビームのエネルギーＥ０＋δＥを、精度よく求めることができる。
【００６８】
ビーム平行度の測定に関し、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照して具体例を説明する。平行度測定部２０２は、イオンビームの複数のビーム部分について、ビーム基準軌道に垂直な方向（ｘ方向）に関するビーム角度を測定する。ビーム平行度δΦは、複数のビーム部分のうち第１ビーム部分２０６のビーム角度δΦ１と第２ビーム部分２０８のビーム角度δΦ２との差を用いて定義される。例えば、δΦ＝（δΦ１−δΦ２）／２と定義する。
【００６９】
第１ビーム部分２０６は、ｘ方向においてイオンビームの外縁部に位置し、第２ビーム部分２０８は、ｘ方向において第１ビーム部分２０６と反対側のイオンビームの外縁部に位置する。第２ビーム部分２０８はビームラインＬ１に関して第１ビーム部分２０６と対称である。測定点の間隔はｘ方向においてなるべく大きいことが望ましい。なぜなら、イオンビームがビーム平行化器３６において収束または発散する場合、測定点どうしが離れているほうが角度差が大きくなる。よって、測定の感度が向上される。
【００７０】
図５（ｂ）及び図５（ｃ）にはイオンビームの中心がビームラインＬ１に一致するがイオンビームのエネルギーが目標ビームエネルギーと異なる場合を図示している。図５（ｂ）に例示されるように、δΦ１＝−δΦ２＝ξであるとき、δΦ＝（ξ−（−ξ））／２＝ξである。また、図５（ｃ）に例示されるように、δΦ２＝−δΦ１＝ξであるとき、δΦ＝（−ξ−ξ）／２＝−ξである。こうして得られたビーム平行度δΦをエネルギーずれδＥに換算し、それを用いてイオンビームのエネルギーを求めることができる。
【００７１】
これに対して、図６には、イオンビームのエネルギーが目標ビームエネルギーに一致するがイオンビームの中心がビームラインＬ１から外れている場合を図示している。図６に例示されるように、δΦ１＝δΦ２＝ξであるとき、δΦ＝（ξ−ξ）／２＝０である。ビーム平行度δΦがゼロであるので、エネルギーずれδＥもゼロである。つまり、第１ビーム部分２０６及び第２ビーム部分２０８にエネルギーずれは無く、イオンビームのエネルギーは目標ビームエネルギーに一致する。
【００７２】
ビーム平行度δΦがゼロであるので、第１ビーム部分２０６と第２ビーム部分２０８とはビーム平行化器３６により平行化されている。しかし、図６からわかるように、ビーム平行化器３６の上流でイオンビームはビームラインＬ１からずれているので、ビーム平行化器３６の下流においても第１ビーム部分２０６と第２ビーム部分２０８とはそれぞれ設計上のビーム軌道から外れている（傾いている）。
【００７３】
ビーム平行度として、ある１つの測定点におけるビーム角度によって定義される量を用いることも可能である。しかし、その場合、図６に示されるようにイオンビームがビームラインＬ１からずれていたとすると、こうした軌道ずれに起因する誤差が測定ビーム角度に含まれることになる。その結果、不正確なビーム平行度が取得される。そうすると、そこから得られるエネルギーずれも不正確になる。
【００７４】
これに対して、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に例示するように、２つの測定点におけるビーム角度差によって定義される量をビーム平行度として用いると、上述の軌道ずれによる誤差を排除することができる。軌道ずれによる誤差はイオンビームの局所部分間で共通する。言い換えれば、ビーム平行化器３６の上流における軌道ずれによって、ビーム平行化器３６の下流ではどのビーム部分にも同じ角度ずれが生じる。そのため、測定ビーム角度の差をとることにより、一方の測定ビーム角度に含まれる誤差と他方の測定ビーム角度に含まれる誤差とを相殺することができる。こうして、ビーム部分間の相対的な角度ずれを正確に知ることができる。
【００７５】
ビーム角度の測定点は３つ以上であってもよい。平行度測定部２０２は、第１ビーム部分２０６、第２ビーム部分２０８、及び第３ビーム部分２１０を測定してもよい。図７（ａ）に例示するように、第１ビーム部分２０６及び第２ビーム部分２０８は上述のようにｘ方向において互いに反対側にあり、第３ビーム部分２１０はイオンビームの中心近傍にあってもよい。平行度測定部２０２による第１ビーム部分２０６、第２ビーム部分２０８、及び第３ビーム部分２１０のｘ方向測定位置をそれぞれ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３とする。
【００７６】
平行度測定部２０２は、測定された３つのビーム角度δΦ１、δΦ２、δΦ３に基づいて、ｘ方向位置に対するｘ方向ビーム角度の誤差分布を生成する。誤差分布は、公知の任意の方法（例えば最小二乗法）により求められる。誤差分布を図７（ｂ）に例示する。ビーム平行度は、この誤差分布におけるｘ方向位置の変化量δｘとそれに対応するｘ方向ビーム角度の変化量δΦとの比を用いて定義することができる。例えば、ビーム平行度は、比δΦ／δｘと定義してもよい。つまり、ビーム平行度は、ｘ方向の単位長さあたりの角度差であり、これは誤差分布の傾きである。
【００７７】
イオンビームに軌道ずれがあると、そのずれ量に応じて、測定された３つのビーム角度δΦ１、δΦ２、δΦ３が等しく増加または減少する。これは、図７（ｂ）に示す誤差分布の平行移動に相当する。つまり誤差分布の傾きは不変である。よって、比δΦ／δｘを用いてビーム平行度を定義することにより、ビーム平行度から軌道ずれによる誤差を排除することができる。
【００７８】
なお、このような誤差分布が、ビーム角度の測定点が２つである場合に生成されてもよい。この場合、２つのビーム部分のｘ方向測定位置と対応するｘ方向ビーム角度測定値から、比δΦ／δｘが演算されてもよい。
【００７９】
図２を参照して説明したように、イオン注入装置１００は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４、エネルギー分析磁石２４、及びエネルギー分析スリット２８を備える。高エネルギー多段直線加速ユニット１４による加速は原理的に、イオンビームにエネルギー分布を与える。イオン注入装置１００は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４が適正なパラメータで動作する場合に、エネルギー分布の中心がスリットの中心に一致するように設計されている。スリット通過後のビームエネルギーは目標ビームエネルギーとなる。
【００８０】
ところが、適正なパラメータと若干異なるパラメータで高エネルギー多段直線加速ユニット１４が動作する場合には、そのパラメータの違いによりイオンビームのエネルギーが若干増減する。そうすると、エネルギー分析磁石２４によるイオンビームの偏向角度が変わり、イオンビームのエネルギー分布の中心がエネルギー分析スリット２８の中心からずれる。ビーム中心がスリット中心からずれたとすると、それに応じてスリット通過後のビームエネルギーは目標ビームエネルギーからずれることになる。
【００８１】
そこで、測定されたイオンビームのエネルギーは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４を制御するために使用されてもよい。例えば、制御装置５０は、演算されたイオンビームのエネルギーに基づいて、イオンビームが目標エネルギーを有するように高エネルギー多段直線加速ユニット１４を制御してもよい。
【００８２】
この場合、制御装置５０は、少なくとも１つの高周波共振器１４ａにおける電圧振幅Ｖ［ｋＶ］を制御してもよい。電圧を制御することはイオンビームのエネルギーを直接操作することに相当する。好ましくは、少なくとも１つの高周波共振器１４ａは、最終段の高周波共振器を含む。こうして最終段の高周波共振器において電圧を制御することにより、イオンビームのエネルギーを容易に調整することができる。
【００８３】
あるいは、制御装置５０は、少なくとも１つの高周波共振器１４ａにおける高周波の位相φ［ｄｅｇ］を制御してもよい。位相を調整することにより、ビームが加速されるときに受け取るエネルギーの割合を変化させることができる。
【００８４】
このようにすれば、ビームエネルギーを精度よく調整することができる。よって、例えば、基板Ｗへの注入深さを精密に制御することができる。
【００８５】
ところで、ビームエネルギー測定装置２００を較正するためには、既知のエネルギーをもつ較正用イオンビームをビームエネルギー測定装置２００で測定する必要がある。ビームエネルギー測定装置２００が高エネルギーイオン注入装置に適用されている場合、ビームエネルギー測定装置２００の較正は、注入エネルギーの全範囲にわたり（つまり低エネルギーから高エネルギーまで）行うことが望まれる。
【００８６】
測定されたエネルギーと既知のエネルギーとの対応関係（以下では、エネルギー較正テーブルともいう）が、ビームエネルギー測定装置２００による実際のビームエネルギー測定において較正に用いられる。エネルギー較正テーブルを用いることで、未知のエネルギーをもつイオンビームの測定結果を補正することができる。
【００８７】
しかしながら、既知の「高」エネルギーをもつ較正用のイオンビームを作り出すことは容易でないという実情がある。例えば、高周波加速されたイオンビームは、高エネルギーではあるが、上述のように原理的にある程度のエネルギー幅をもつ。そのため、高周波加速されたイオンビームは、そのエネルギーの大きさをエネルギー幅に応じた分解能で特定できるにすぎず、厳密には特定し難い。これは、較正の精度を高めるうえで制約となる。より正確な較正のためには、較正用イオンビームはエネルギー幅をもつべきではない。よって、高周波加速されたイオンビームは、較正用イオンビームとして適格とは言い難い。
【００８８】
そこで、高周波加速がなされずに直流電圧で加速されたイオンビーム、いわゆる直流（direct current）ビーム（以下、ＤＣビームともいう）を較正用イオンビームとして使うことが考えられる。高周波加速が行われないから、イオンビームは引出電圧のみによって加速される。そのため、ＤＣビームのエネルギーは引出電圧に応じた大きさとなる（すなわち、ＤＣビームは既知のエネルギーをもつ）。ＤＣビームは、高周波加速されたイオンビームのようなエネルギー幅をもたず、換言すればエネルギー的に単色である。ＤＣビームのエネルギーの大きさは、高周波加速されたイオンビームに比べて、より厳密に特定することができる。よって、ＤＣビームは、較正用イオンビームに適する。
【００８９】
しかし、ＤＣビームがもちうるエネルギーの最大値は引出電圧の上限に制約される。典型的に引出電圧は大きくとも１００ｋＶ程度であるから、一価イオンのＤＣビームのエネルギー最大値は１００ｋｅＶ程度に留まる。較正用イオンビームの高エネルギー化には限界がある。最近の高エネルギーイオン注入装置は高周波加速によって例えば１ＭｅＶ以上の超高エネルギー領域でのイオン注入を可能とするが、較正用イオンビームのエネルギーはこうした超高エネルギーには及ばない。
【００９０】
このような実情のもと、既知の「高」エネルギーのイオンビームを実際に用いて較正することに代えて、低エネルギー領域での較正結果を高エネルギー領域まで外挿する方法をとることも考えられる。しかし、この方法は、外挿であるから、エネルギーが高くなるほど誤差が大きくなりうる。利用しやすい例えば１００ｋｅＶ以下の較正用イオンビームを用いて得られた低エネルギー領域での較正結果を、例えば１ＭｅＶ以上の超高エネルギー領域まで外挿したとすると、超高エネルギー領域での誤差が懸念される。
【００９１】
このような背景からＤＣビームの高エネルギー化が望まれる。これを指向して本発明者らは、イオン源１０において多価イオンのＤＣビームを生成することを提案している。イオン源１０で多価イオンを生成し引き出すと、引出電圧の価数倍のエネルギーを持ったビームとなる。例えば、二価のイオンを１００ｋＶの引出電圧で引き出せば、２００ｋｅＶのエネルギーをもつ多価イオンビームが得られる。四価のイオンを１００ｋＶの引出電圧で引き出せば、４００ｋｅＶのエネルギーをもつ多価イオンビームが得られる。
【００９２】
多価イオンビームの一部は、ビームラインを輸送される間に、ビームライン中の残留ガスとの相互作用などに伴って、電子を受け取る。その結果、多価イオンビームの一部は、もとの高エネルギーを保持したまま価数が減少し、最終的には、高エネルギーの一価イオンビームとなる。上記の例について言えば、二価のイオンビームから２００ｋｅＶの一価イオンビームを得られる。あるいは、四価のイオンビームから４００ｋｅＶの一価イオンビームを得られる。
【００９３】
平行化レンズ８４またはその他のビームライン構成要素による静電的な偏向作用は、イオンの価数あたりのエネルギーによって決まる。１００ｋｅＶの一価イオンと４００ｋｅＶの四価イオンとでは、どちらも価数あたりのエネルギーは等しく１００ｋｅＶであるから、静電的な偏向の度合い（例えば偏向角度）は同じである。イオンの価数が減少することで、価数あたりのエネルギーが大きくなる。４００ｋｅＶの一価イオンは、１００ｋｅＶの一価イオンの４倍のエネルギーを持つ。
【００９４】
よって、ビーム平行化器３６を利用したビームエネルギー測定装置２００にとって、価数を減少させることがイオンビームの高エネルギー化をもたらすことにあたる。このようにして高エネルギー化された較正用イオンビームを用いることによって、ビームエネルギー測定装置２００の較正の精度を向上することができる。
【００９５】
エネルギー較正テーブルの作成作業において多価イオンビームの価数減少を促進することは、作成作業の効率化、例えば作業時間の短縮につながる。価数減少を促進するには例えば、エネルギー較正テーブルを作成する間のビームライン圧力を、イオン注入処理でのビームライン圧力に比べて高くすればよい。そうすれば、残留ガスと多価イオンとの相互作用によって、多価イオンの価数減少を促進し、もとの高エネルギーを保持した一価イオンビームを効率的に生成することができる。
【００９６】
図８は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置１００の上流ビームライン１０２を概略的に示す。ここで、上流ビームライン１０２は、イオン注入装置１００のうちイオン源１０とビーム偏向ユニット１６の間の部分をいう。上流ビームライン１０２は、イオン源１０よりも下流に設けられ、質量分析装置２２（例えば質量分析磁石２２ａ）と高エネルギー多段直線加速ユニット１４とを含む。図８には、高エネルギー多段直線加速ユニット１４のいくつかの収束発散レンズ６４を示し、高周波共振器１４ａは図示しない。エネルギー分析磁石２４は、上流ビームライン１０２の下流に設けられている。ビームエネルギー測定装置２００は、エネルギー分析磁石２４の下流で較正用イオンビームのエネルギーを測定する。
【００９７】
イオン源１０は、引出電圧に応じた既知のエネルギーをもつ多価イオンを含む較正用イオンビームを出力可能である。イオン源１０は、ボロン、リン、ヒ素、アルゴン、キセノン、または窒素の多価イオンを生成可能である。三価または四価などより価数の大きい陽イオンを生成しやすい元素は、高エネルギーの較正用イオンビームを生成するのに有用である。また、電子捕獲断面積の大きい（すなわち、電子を受け取る能力が高い）イオン種は、価数が減少しやすいので有用である。このような観点から、アルゴンまたはヒ素は、とくに有用である。
【００９８】
上流ビームライン１０２は、質量分析磁石２２ａの出口から高エネルギー多段直線加速ユニット１４の入口までのビームライン区間を含む。このビームライン区間を以下では、連結真空容器１０４と称することがある。連結真空容器１０４は、質量分析磁石２２ａの出口を高エネルギー多段直線加速ユニット１４の入口に連結する。連結真空容器１０４は、例えば金属筐体からなる真空容器である。あるいは、ベローズを用いて質量分析装置２２が高エネルギー多段直線加速ユニット１４と連結されてもよく、その場合、連結真空容器１０４は、ベローズを含む。連結真空容器１０４内には、イオンビームに作用する電場機器または磁場機器は設けられていない。
【００９９】
上流ビームライン１０２に付属して、上流ビームライン圧力調整装置１０６が設けられている。上流ビームライン圧力調整装置１０６は、イオン注入装置１００の真空排気系の一部を構成する。上流ビームライン圧力調整装置１０６は、上流ビームライン１０２の圧力を調整するよう上流ビームライン１０２に接続されている。
【０１００】
上流ビームライン圧力調整装置１０６は、少なくとも１つの高真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプを含む。上流ビームライン１０２には３つのターボ分子ポンプが設置されている。
【０１０１】
第１ターボ分子ポンプ１０８ａは、質量分析装置２２に設置されている。第１ターボ分子ポンプ１０８ａは、質量分析磁石２２ａの出口から高エネルギー多段直線加速ユニット１４の入口までのビームライン区間の圧力を主として調整する。第１ターボ分子ポンプ１０８ａの吸気口は、図８に示される構成においては、連結真空容器１０４に接続されている。これに代えて、第１ターボ分子ポンプ１０８ａの吸気口は、質量分析磁石２２ａに接続されていてもよい。第１ターボ分子ポンプ１０８ａの排気口には第１ゲートバルブ１１０が設置されている。
【０１０２】
第２ターボ分子ポンプ１０８ｂ及び第３ターボ分子ポンプ１０８ｃは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４に設置されている。第２ターボ分子ポンプ１０８ｂが上流側に配置され、第３ターボ分子ポンプ１０８ｃが下流側に配置されている。よって、第２ターボ分子ポンプ１０８ｂは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の上流側（例えば、図１に示す第１線形加速器１５ａ）の圧力を調整する。第３ターボ分子ポンプ１０８ｃは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の下流側（例えば第２線形加速器１５ｂ）の圧力を調整する。
【０１０３】
第１ターボ分子ポンプ１０８ａ、第２ターボ分子ポンプ１０８ｂ、及び第３ターボ分子ポンプ１０８ｃそれぞれの排気口は、第２ゲートバルブ１１４を介してラフィングポンプ１１２に接続されている。第１ゲートバルブ１１０は、第１ターボ分子ポンプ１０８ａと第２ゲートバルブ１１４との間に配置されている。
【０１０４】
また、第４ターボ分子ポンプ１０８ｄがイオン源１０に設置されている。第４ターボ分子ポンプ１０８ｄの排気口は第３ゲートバルブ１１６を介してラフィングポンプ１１８に接続されている。第４ターボ分子ポンプ１０８ｄは、イオン源１０の圧力を調整する。イオン源１０には、イオンの原料ガスを供給するガス供給部１２０が流量調整部（例えばマスフローコントローラ）１２２を介して接続されている。
【０１０５】
上流ビームライン圧力調整装置１０６は、真空計１１９を備えてもよい。真空計１１９は、上流ビームライン１０２の任意の場所、例えば高エネルギー多段直線加速ユニット１４の入口またはその近傍に配置されている。真空計１１９は、上流ビームライン１０２の圧力、例えば連結真空容器１０４の圧力を測定する。
【０１０６】
図９は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置１００の制御装置５０の概略的な構成を示すブロック図である。制御装置５０は、較正シーケンス部１３０、エネルギー較正テーブル１３２、及び状態監視部１３４を備える。制御装置５０は、第１ターボ分子ポンプ１０８ａ、第１ゲートバルブ１１０など上流ビームライン圧力調整装置１０６の各構成要素を制御するよう構成されている。制御装置５０は、真空計１１９から測定された圧力を受信する。
【０１０７】
上流ビームライン圧力調整装置１０６は、制御装置５０による制御のもとで、上流ビームライン１０２の圧力を調整する。上流ビームライン圧力調整装置１０６は、イオン注入処理の間、上流ビームライン１０２の圧力を第１圧力に調整する。第１圧力は、イオン注入処理に用いられる注入用イオンビームの輸送に適する圧力であり、例えば１０−５Ｐａ〜１０−４Ｐａの範囲から選択される。イオン注入処理の間、第１ターボ分子ポンプ１０８ａ、第２ターボ分子ポンプ１０８ｂ、第３ターボ分子ポンプ１０８ｃ、及びラフィングポンプ１１２は運転され、第１ゲートバルブ１１０及び第２ゲートバルブ１１４は開かれる。
【０１０８】
較正シーケンス部１３０は、予め定められた較正シーケンスに従ってエネルギー較正テーブル１３２を作成する。エネルギー較正テーブル１３２は、較正用イオンビームの既知のエネルギーとビームエネルギー測定装置２００によって測定された較正用イオンビームのエネルギーとの対応関係を表す。
【０１０９】
較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、上流ビームライン１０２の圧力を第２圧力に調整するよう上流ビームライン圧力調整装置１０６を制御する。第２圧力は、第１圧力より高い。第２圧力は、較正用イオンビームの輸送を可能とする圧力範囲、例えば１０−４Ｐａ〜１０−２Ｐａの範囲から選択され、例えば約１０−３Ｐａであってもよい。このようにして、エネルギー較正テーブル１３２の作成中は、質量分析磁石２２ａとエネルギー分析磁石２４の間の領域でビームラインの圧力を高くすることができる。
【０１１０】
較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、少なくとも連結真空容器１０４の圧力を第２圧力に調整するよう上流ビームライン圧力調整装置１０６を制御する。較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、第１ターボ分子ポンプ１０８ａを停止し、第１ゲートバルブ１１０を閉じる。
【０１１１】
較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の圧力を第２圧力に調整するよう上流ビームライン圧力調整装置１０６を制御してもよい。（第１ターボ分子ポンプ１０８ａとともに、または、第１ターボ分子ポンプ１０８ａに代えて、）較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、第２ターボ分子ポンプ１０８ｂ及び第３ターボ分子ポンプ１０８ｃの少なくとも一方を停止してもよい。
【０１１２】
較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、高エネルギー多段直線加速ユニット１４が較正用イオンビームの高周波加速をすることなく較正用イオンビームを輸送するように高エネルギー多段直線加速ユニット１４を制御する。較正シーケンス部１３０は、高周波共振器１４ａを動作させずに収束発散レンズ６４のみを動作させる。このようにして、高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、ＤＣビームの輸送のために用いられる。
【０１１３】
図１０は、ある実施形態に係る較正シーケンスを例示するフローチャートである。較正シーケンスは、較正シーケンス部１３０によって実行される。まず、オペレータの入力によりイオン注入装置１００は較正モードに設定され、較正シーケンスが開始される（Ｓ１０）。イオン注入装置１００は、較正用イオンビームを出力する（Ｓ１２）。
【０１１４】
較正シーケンス部１３０は、イオン注入装置１００の各構成要素についての較正モード専用の運転パラメータ（以下、較正運転パラメータともいう）を備える。較正シーケンス部１３０は、較正シーケンスの開始とともに、各構成要素の運転パラメータを較正運転パラメータに切り替える。
【０１１５】
イオン源１０については、較正運転パラメータは、多価イオンを効率的に生成するよう定められている。こうして、引出電圧に応じた既知のエネルギーをもつ多価イオンを含む較正用イオンビームがイオン源１０から出力される。イオン源１０は、第１の価数の多価イオンを含む較正用イオンビームを出力することができる。質量分析装置２２については、較正運転パラメータは、その第１の価数の多価イオンを選別する磁場を生成するよう定められている。
【０１１６】
高エネルギー多段直線加速ユニット１４については、較正運転パラメータは、第２の価数の多価イオンを含む較正用イオンビームを効率的に輸送するよう定められている。第２の価数は、第１の価数より小さい。言い換えれば、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の較正運転パラメータは、多価イオンから価数減少した（例えば一価の）較正用イオンビームを効率的に輸送するよう定められている。なお、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の較正運転パラメータは、上述のように、高エネルギー多段直線加速ユニット１４が高周波加速を行わないように定められている。
【０１１７】
エネルギー分析磁石２４については、較正運転パラメータは、第２の価数の多価イオンを含む較正用イオンビームを選別する磁場を生成するよう定められている。これより下流に配置されたステアリング磁石３０及びその他のビームライン構成要素についても、較正運転パラメータは、第２の価数の多価イオンを含む較正用イオンビームがなるべく多く輸送されるよう定められている。
【０１１８】
続いて、較正シーケンス部１３０は、第１ターボ分子ポンプ１０８ａを停止し（Ｓ１４）、第１ゲートバルブ１１０を閉じる（Ｓ１６）。第２ターボ分子ポンプ１０８ｂ及び第３ターボ分子ポンプ１０８ｃの排気運転は継続されている。ラフィングポンプ１１２の運転も継続され、第２ゲートバルブ１１４は開いている。その結果、連結真空容器１０４の圧力は、第１圧力から第２圧力へと高まる。較正シーケンス部１３０は、真空計１１９による測定圧力を参照し、連結真空容器１０４の圧力が第２圧力に調整されたことを確認してもよい。
【０１１９】
次に、較正シーケンス部１３０は、較正用イオンビームが出力されていることを確認する（Ｓ１８）。較正シーケンス部１３０は、エネルギー分析磁石２４より下流に配置されたビーム電流検出器（例えば、第２ビーム計測器８０ｂ、第３ビーム計測器８０ｃ、またはビームエネルギー測定装置２００）を用いて、多価イオンから価数減少した（例えば一価の）較正用イオンビームが出力されていることを確認する。イオン注入装置１００の各構成要素が正常に動作していれば、エネルギー較正テーブル１３２の作成に十分なビーム電流をもつ較正用イオンビームが出力されているはずである。そうした較正用イオンビームが確認されない場合には装置の異常などが想定されるので、較正シーケンス部１３０は、較正シーケンスを中止してもよい。
【０１２０】
較正用イオンビームが出力されている場合、較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する（Ｓ２０）。較正シーケンス部１３０は、ビームエネルギー測定装置２００によって測定された較正用イオンビームのエネルギーを、（引出電圧に応じた値である）較正用イオンビームの既知のエネルギーに対応付ける。こうして、エネルギー較正テーブル１３２の１つの較正点が取得される。
【０１２１】
複数の較正点を取得するために、較正シーケンス部１３０は、複数種類の異なる較正用イオンビームを順次生成し、較正用イオンビームの種類ごとに較正点を取得してもよい。例えば、較正シーケンス部１３０は、複数種類の異なるイオンビーム生成条件（例えば、複数の異なる引出電圧、複数の異なる価数、複数の異なるイオン種）で較正用イオンビームを順次生成することができる。必要なすべての較正点が取得されれば、エネルギー較正テーブル１３２の作成は終了する。作成されたエネルギー較正テーブル１３２は、制御装置５０または付随する記憶装置（例えば、図３に示すパラメータ記憶装置７０）に保存される。
【０１２２】
エネルギー較正テーブル１３２の作成が終了すると、較正シーケンス部１３０は、第１ゲートバルブ１１０を開き（Ｓ２２）、第１ターボ分子ポンプ１０８ａを起動する（Ｓ２４）。その後、較正シーケンス部１３０は、較正モードを解除する（Ｓ２６）。こうして、較正シーケンスは終了する。
【０１２３】
なお、較正シーケンス部１３０は、較正モードを解除する前に、真空計１１９による測定圧力を参照し、上流ビームライン１０２の圧力が第１圧力に復帰したことを確認してもよい。較正モードを解除するとともに、較正シーケンス部１３０は、イオン注入装置１００の各構成要素について較正運転パラメータから元の運転パラメータ（すなわち較正シーケンスを開始する前の運転パラメータ）に切り替えてもよい。
【０１２４】
上記の構成によると、一例として、９０ｋＶの引出電源を用いて２７０ｋｅＶの一価の較正用イオンビームを作り出すことができる。まず、イオン源１０の運転パラメータが、イオン源１０において三価のヒ素イオンがなるべく多く生成されるように、適切に設定される。三価のヒ素イオンが９０ｋＶの引出電圧で引き出されると、２７０ｋｅＶの三価ヒ素イオンビームとなる。質量分析装置２２の質量分析磁石２２ａの磁場が、２７０ｋｅＶの三価ヒ素イオンビームを選別するように、適切に設定される。
【０１２５】
質量分析装置２２を出た２７０ｋｅＶの三価ヒ素イオンは、連結真空容器１０４において残留ガスと衝突して電子を受け取る。２７０ｋｅＶの三価ヒ素イオンが２個の電子を受け取ると、２７０ｋｅＶの一価ヒ素イオンに変わる。連結真空容器１０４及びそれより下流側のビームラインには、電子を受け取らず三価のままのヒ素イオンや、１個の電子を受け取った二価のイオンなど様々な状態の粒子が存在することになる。高エネルギー多段直線加速ユニット１４の収束発散レンズ６４の運転パラメータは、２７０ｋｅＶの一価ヒ素イオンがなるべく多く輸送されるように、適切に設定される。高エネルギー多段直線加速ユニット１４の高周波共振器１４ａは運転されないので、２７０ｋｅＶの一価ヒ素イオンは、ＤＣビームとしてエネルギーを保ったまま輸送される。
【０１２６】
エネルギー分析磁石２４の磁場は、２７０ｋｅＶの一価ヒ素イオンビームを選別するように、適切に設定される。これより下流に配置されたステアリング磁石３０及びその他のビームライン構成要素についても、２７０ｋｅＶの一価ヒ素イオンビームがなるべく多く輸送されるように、適切に設定される。このようにして、２７０ｋｅＶの一価ヒ素イオンビームをビームエネルギー測定装置２００へと到達させることができる。
【０１２７】
ここで、三価イオンに代えて、他の価数のイオンを用いれば、異なるエネルギーをもつ較正用イオンビームを生成することができる。とくに、四価イオンのように価数の大きいイオンを用いることにより、より高エネルギーの較正用イオンビームを生成し、より高エネルギー領域で較正点を取得することができる。このようにして高エネルギー領域での較正精度を向上することができる。上記の例では、四価イオンを用いることにより、３６０ｋｅＶの較正用イオンビームを生成できる。なお二価イオンを用いれば、１８０ｋｅＶの較正用イオンビームが生成される。引出電圧を変えることによっても、異なるエネルギーの較正用イオンビームを生成できる。
【０１２８】
図１１は、ある実施形態に係る状態監視部１３４の動作を例示するフローチャートである。状態監視部１３４は、イオン注入装置１００の各構成要素の動作状態を監視するよう構成されている。状態監視部１３４は、イオン注入装置１００のいずれかの構成要素に異常が発生した場合又は異常の可能性が想定される場合に、イオンビームを停止または遮断する等の安全上の措置をとるよう構成されている。
【０１２９】
図１１に例示される状態監視処理は、イオン注入装置１００の運転中に定期的に繰り返し実行される。処理が開始されると、図１１に示されるように、状態監視部１３４は、イオン注入装置１００の現在の運転モードが較正モードであるか否かを判定する（Ｓ３０）。現在の運転モードが較正モードである場合には（Ｓ３０のＹｅｓ）、状態監視部１３４は、今回の状態監視処理を終了する。
【０１３０】
現在の運転モードが較正モードではない場合（例えば、通常のイオン注入モードである場合）には（Ｓ３０のＮｏ）、状態監視部１３４は、第１ターボ分子ポンプ１０８ａが現在停止しているか否かを判定する（Ｓ３２）。状態監視部１３４は、少なくとも１つのターボ分子ポンプが現在停止しているか否かを判定してもよい。ターボ分子ポンプが現在停止していない場合（すなわちターボ分子ポンプが正常に運転している場合）には（Ｓ３２のＮｏ）、状態監視部１３４は、今回の状態監視処理を終了する。
【０１３１】
ターボ分子ポンプが現在停止している場合には（Ｓ３２のＹｅｓ）、状態監視部１３４は、イオンビームをシャットダウンする（Ｓ３４）。例えば、イオンビームを遮蔽する遮蔽板がビームラインに挿入される。あるいは、イオン源１０またはその他のビームライン構成要素が停止され、イオンビームがビームラインから消失される。このようなシャットダウンは、安全上の措置の１つとしてイオン注入装置１００に備えられている。
【０１３２】
典型的なイオン注入装置における状態監視処理は、現在の運転モードが較正モードであるか否かという判定を含まない。よって、イオン注入装置１００の現在の運転モードにかかわらず、ターボ分子ポンプが停止していれば自動的にイオンビームがシャットダウンされる。この場合、図１０に例示する較正シーケンスのように第１ターボ分子ポンプ１０８ａが停止されると、較正用イオンビームもシャットダウンされることとなり、エネルギー較正テーブル１３２の作成作業を続けることができない。
【０１３３】
しかし、本実施形態の状態監視処理によれば、現在の運転モードが較正モードである場合には、イオンビームはシャットダウンされない。較正用イオンビームの生成及び輸送が継続される。よって、エネルギー較正テーブル１３２を完成させることができる。
【０１３４】
図１２は、ある実施形態に係るエネルギー較正テーブル１３２を例示するグラフである。図１２は、ビームエネルギー測定装置２００によって測定されたエネルギー（縦軸）と真のエネルギー（横軸）との対応関係であるエネルギー較正テーブル１３２を概念的に示す。横軸に示す真のエネルギーは、引出電圧に応じて算出されるエネルギーである。多価イオンの価数減少を利用した高エネルギーのＤＣビームを用いて、複数の較正点（図示の例では５つの較正点）が測定されている。これらの較正点から、最小自乗法によるフィッティング計算など適切な手法により、所定のエネルギー範囲におけるエネルギー較正テーブル１３２が導出される。エネルギー較正テーブル１３２はたいてい較正直線として与えられる。測定エネルギーと真のエネルギーとはほぼ等しく、両者は比例定数がほぼ１に等しい比例関係をもつ。測定エネルギーに対応する真のエネルギーは、隣り合う２つの較正点の間では内挿され、最大の較正点より高エネルギー側では外挿により補間される。
【０１３５】
図１３は、比較例に係るエネルギー較正テーブルを例示する。このエネルギー較正テーブルは、単純引出のＤＣビーム（すなわち、上述のような多価イオンの価数減少を利用しないＤＣビーム）を用いて取得されたものである。よって、較正点のエネルギーがかなり低い。そのため、高エネルギー側の外挿領域が図１２に示されるエネルギー較正テーブル１３２と比べて広い。図１３に示される較正直線が、図１２に示されるエネルギー較正テーブル１３２と同じエネルギー範囲にわたり高エネルギー側まで延長されたとすると、高エネルギー領域での誤差が大きくなりうる。
【０１３６】
したがって、本実施形態によると、より高エネルギーの領域まで実際に較正点を取得することができるので、より正確なエネルギー較正テーブル１３２を作成することができる。イオン注入装置１００におけるビームエネルギー測定の較正精度を向上し、ビームエネルギー測定装置２００による測定精度が向上される。高周波加速されたイオンビームを含む注入用イオンビームのエネルギーを精度よく測定することができる。正確なビームエネルギー測定結果を用いて、イオン注入処理におけるビームエネルギーを精度よく調整することができ、例えば、基板Ｗへの注入深さを精密に制御することができる等、精確なイオン注入が可能となる。
【０１３７】
また、本実施形態によると、較正シーケンスの実行中の上流ビームライン１０２の圧力が、イオン注入処理中の上流ビームライン１０２の圧力に比べて、高くなるよう上流ビームライン圧力調整装置１０６を用いて調整される。これにより、多価イオンの価数変化（具体的には価数減少）が促進され、高エネルギーの較正用イオンビームを効率的に生成することができる。
【０１３８】
本実施形態の圧力調整及び多価イオンの価数変化は、質量分析装置２２とエネルギー分析磁石２４の間でなるべく上流の場所、例えば連結真空容器１０４で行うことが望ましい。なぜなら、高エネルギー多段直線加速ユニット１４、エネルギー分析磁石２４など、質量分析装置２２より下流側のビームライン構成要素はすべて、価数変化したイオンビームを効率的に輸送するように最適化された較正運転パラメータで運転されるからである。換言すれば、元の多価イオンは下流側のビームライン構成要素で輸送され難く、失われやすい。連結真空容器１０４で多価イオンに価数変化をさせることが、より多くの価数変化したイオンを生成するうえで効果的である。
【０１３９】
本実施形態では、このような圧力調整が第１ターボ分子ポンプ１０８ａのオンオフといった比較的簡単な操作により実現されている。こうした操作は、イオン注入装置自体を一度停止した後に再起動するといった煩雑な作業（従来は較正作業の開始または終了時に必要となり得た）に比べて、短時間で行うことができる。よって、較正作業に要する時間を短くすることができる。
【０１４０】
図１４は、他の実施形態に係るイオン注入装置１００の上流ビームライン１０２を概略的に示す図である。
【０１４１】
図１４に示されるように、第１ターボ分子ポンプ１０８ａ、第２ターボ分子ポンプ１０８ｂ、及び第３ターボ分子ポンプ１０８ｃそれぞれの吸気口にはコンダクタンスバルブ１４０が配置されている。コンダクタンスバルブ１４０は、イオン注入処理の間第１コンダクタンスに設定される。較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、第１コンダクタンスより小さい第２コンダクタンスにコンダクタンスバルブ１４０を設定する。このようにしても、上流ビームライン１０２における真空度を低下させ、多価イオンの価数変化を促進することができる。なお、コンダクタンスバルブ１４０は、第１ターボ分子ポンプ１０８ａのみに設けられてもよい。
【０１４２】
また、上流ビームライン圧力調整装置１０６は、上流ビームライン１０２に接続されたガス供給装置１４２を備えてもよい。ガス供給装置１４２は、例えば連結真空容器１０４にガスを供給するよう構成されているが、高エネルギー多段直線加速ユニット１４にガスを供給するよう構成されてもよい。ガス供給装置１４２は、ガスボトルなどのガス源１４４と、マスフローコントローラなどの流量調整部１４６とを備える。
【０１４３】
較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、上流ビームライン１０２、例えば連結真空容器１０４にガスが供給されるようにガス供給装置１４２を制御する。較正シーケンス部１３０は、エネルギー較正テーブル１３２を作成する間、上流ビームライン圧力を第２圧力に調整するようガス供給装置１４２を制御する。
【０１４４】
ガス供給装置１４２は、希ガス、窒素、酸素、または、希ガス、窒素、酸素のうち少なくとも１つを含有する混合ガスを上流ビームライン１０２に供給可能である。イオン源１０から供給される多価イオンに電子を与えやすくするためには、イオン化断面積の大きい（すなわち、電子を放出する能力が高い）ガス種が有用である。このような観点から、キセノンガス、クリプトンガス、または、キセノンガスまたはクリプトンガスを含有する混合ガスは、とくに有用である。このようにしても、上流ビームライン１０２における多価イオンの価数変化を促進することができる。
【０１４５】
なお、上流ビームライン圧力調整装置１０６は、コンダクタンスバルブ１４０とガス供給装置１４２の両方を備えてもよいし、これらの少なくとも一方を備えてもよい。また、コンダクタンスバルブ１４０とガス供給装置１４２の少なくとも一方が、図８を参照して説明した第１ターボ分子ポンプ１０８ａ及び第１ゲートバルブ１１０と併用されてもよい。
【０１４６】
以上、本発明を実施形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１４７】
上述の実施形態においては、イオン注入装置１００は、静電型のビーム平行化器３６を備えるが、本発明はこれに限られない。ある実施形態においては、イオン注入装置１００は、磁場型のビーム平行化器を備えてもよい。この場合、上記説明における電圧を磁場に置き換えることにより、同様にエネルギーを測定することが可能である。
【０１４８】
上述の実施形態に係る較正は、電場式または磁場式の偏向機器（例えば最終エネルギーフィルター３８）と組み合わせて使用されるエネルギー測定機器の較正にも適用することができる。ここで、電場式または磁場式の偏向機器は、質量分析装置２２及びエネルギー分析磁石２４よりも下流側に配置されている。エネルギー測定機器は、偏向機器によるイオンビームの偏向角度に基づきイオンビームのエネルギーを測定する。
【０１４９】
本発明の実施の形態は以下のように表現することもできる。
【０１５０】
１．引出電圧に応じた既知のエネルギーをもつ多価イオンを含む較正用イオンビームを出力可能なイオン源と、
前記イオン源の下流に設けられ、質量分析磁石と高周波線形加速器とを含む上流ビームラインと、
前記上流ビームラインの下流に設けられたエネルギー分析磁石と、
前記エネルギー分析磁石の下流で前記較正用イオンビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置と、
イオン注入処理の間第１圧力に上流ビームライン圧力を調整するよう前記上流ビームラインに接続された上流ビームライン圧力調整装置と、
前記既知のエネルギーと前記ビームエネルギー測定装置によって測定された前記較正用イオンビームのエネルギーとの対応関係を表すエネルギー較正テーブルを作成する較正シーケンス部と、を備え、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第１圧力より高い第２圧力に前記上流ビームライン圧力を調整するよう前記上流ビームライン圧力調整装置を制御することを特徴とするイオン注入装置。
【０１５１】
２．前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記質量分析磁石の出口から前記高周波線形加速器の入口までのビームライン区間の圧力を調整するよう前記質量分析磁石または前記ビームライン区間に接続され、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第２圧力に前記ビームライン区間の圧力を調整するよう前記上流ビームライン圧力調整装置を制御することを特徴とする実施形態１に記載のイオン注入装置。
【０１５２】
３．前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記質量分析磁石に接続されたターボ分子ポンプを備え、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記ターボ分子ポンプを停止することを特徴とする実施形態１または２に記載のイオン注入装置。
【０１５３】
４．前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記質量分析磁石に接続されたターボ分子ポンプと、前記ターボ分子ポンプの吸気口に配置されたコンダクタンスバルブと、を備え、前記コンダクタンスバルブは、前記イオン注入処理の間第１コンダクタンスに設定され、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間前記第１コンダクタンスより小さい第２コンダクタンスに前記コンダクタンスバルブを設定することを特徴とする実施形態１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１５４】
５．前記上流ビームライン圧力調整装置は、前記上流ビームラインに接続されたガス供給装置を備え、
前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間ガスが前記上流ビームラインに供給されるように前記ガス供給装置を制御することを特徴とする実施形態１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１５５】
６．前記ガス供給装置は、希ガス、窒素、酸素、または、希ガス、窒素、酸素のうち少なくとも１つを含有する混合ガスを前記上流ビームラインに供給可能であることを特徴とする実施形態５に記載のイオン注入装置。
【０１５６】
７．前記ガス供給装置は、キセノンガス、クリプトンガス、または、キセノンガスまたはクリプトンガスを含有する混合ガスを前記上流ビームラインに供給可能であることを特徴とする実施形態５または６に記載のイオン注入装置。
【０１５７】
８．前記イオン源は、ボロン、リン、ヒ素、アルゴン、キセノン、または窒素の多価イオンを生成可能であることを特徴とする実施形態１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１５８】
９．前記イオン源は、アルゴンまたはヒ素の多価イオンを生成可能であることを特徴とする実施形態１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１５９】
１０．前記較正シーケンス部は、前記エネルギー較正テーブルを作成する間、前記高周波線形加速器が前記較正用イオンビームの高周波加速をすることなく前記較正用イオンビームを輸送するように前記高周波線形加速器を制御することを特徴とする実施形態１から９のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１６０】
１１．前記エネルギー分析磁石の下流に設けられたビーム平行化器をさらに備え、
前記ビームエネルギー測定装置は、前記高周波線形加速器を用いて加速されたイオンビームのエネルギーを測定可能であり、
前記ビーム平行化器の下流でビーム平行度を測定する平行度測定部と、
目標ビームエネルギーに対するイオンビームのエネルギーずれ量を、前記目標ビームエネルギーを用いて定義される既知の関係に従って前記ビーム平行度から演算するエネルギー演算部と、を備えることを特徴とする実施形態１から１０のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１６１】
１２．前記ビーム平行化器は、ビーム基準軌道上に焦点を有し、
前記ビーム平行化器は、前記ビーム基準軌道を含む平面において前記焦点から前記ビーム平行化器へとそれぞれ異なる入射角度に方向付けられた複数のビーム軌道が目標ビームエネルギーのもとで前記ビーム基準軌道と平行になるように、前記複数のビーム軌道をそれぞれ入射角度に応じて異なる偏向角度で偏向することを特徴とする実施形態１１に記載のイオン注入装置。
【符号の説明】
【０１６２】
１０  イオン源、  １４  高エネルギー多段直線加速ユニット、  １４ａ  高周波共振器、  １６  ビーム偏向ユニット、  ２２  質量分析装置、  ２２ａ  質量分析磁石、  ２４  エネルギー分析磁石、  ３４  ビーム走査器、  ３６  ビーム平行化器、  ３７ａ，３７ｂ  ビーム軌道、  ５０  制御装置、  １００  イオン注入装置、  １０２  上流ビームライン、  １０４  連結真空容器、  １０６  上流ビームライン圧力調整装置、  １０８ａ  第１ターボ分子ポンプ、  １３０  較正シーケンス部、  １３２  エネルギー較正テーブル、  １４０  コンダクタンスバルブ、  １４２  ガス供給装置、  ２００  ビームエネルギー測定装置、  ２０２  平行度測定部、  ２０４  エネルギー演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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