(57)【要約】【課題】イオンビームの二次元の角度情報を高速に取得する。【解決手段】イオン注入装置は、イオンビームの第１方向の角度情報を測定する第１角度測定器５１と、イオンビームの第２方向の角度情報を測定する第２角度測定器５２と、イオンビームに対する第１角度測定器５１および第２角度測定器５２の相対位置を所定の相対移動方向に変化させる相対移動機構と、第１角度測定器５１にて測定される第１方向の角度情報と、第２角度測定器５２にて測定される第２方向の角度情報とに基づいて、ビーム進行方向および相対移動方向の双方に直交する第３方向の角度情報を算出する制御装置と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハに照射されるイオンビームを輸送するビームライン装置と、
前記イオンビームの角度情報のうち、ビーム進行方向と直交する第１方向の角度情報を測定する第１角度測定器と、
前記イオンビームの角度情報のうち、前記ビーム進行方向と直交し、かつ、前記第１方向と交差する第２方向の角度情報を測定する第２角度測定器と、
前記イオンビームに対する前記第１角度測定器および前記第２角度測定器の相対位置を前記ビーム進行方向と直交し、かつ、前記第１方向および前記第２方向の双方と直交しない所定の相対移動方向に変化させる相対移動機構と、
前記イオンビームに対する相対位置を変化させながら前記第１角度測定器にて測定される前記第１方向の角度情報と、前記イオンビームに対する相対位置を変化させながら前記第２角度測定器にて測定される前記第２方向の角度情報とに基づいて、前記ビーム進行方向および前記相対移動方向の双方に直交する第３方向の角度情報を算出する制御装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記第１角度測定器は、前記第１方向がスリット幅方向と一致する第１スリットと、前記第１スリットを通過するビーム成分の前記第１方向の角度分布を測定するための第１電荷検出部と、を有し、
前記第２角度測定器は、前記第２方向がスリット幅方向と一致する第２スリットと、前記第２スリットを通過するビーム成分の前記第２方向の角度分布を測定するための第２電荷検出部と、を有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】
前記第１角度測定器および前記第２角度測定器を含む一体的なビーム測定機構を備え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】
前記相対移動機構は、前記ビーム測定機構を前記相対移動方向に移動させることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記相対移動機構は、前記イオンビームを前記相対移動方向に偏向させるビーム偏向装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記ビーム偏向装置は、前記ウェハへのビーム照射時に前記イオンビームを往復走査させるためのビーム走査器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】
前記制御装置は、前記第１方向の角度情報および前記第２方向の角度情報からベクトル演算により前記第３方向の角度情報を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記第１方向の角度情報および前記第２方向の角度情報に基づいて、前記イオンビームの二次元角度分布情報を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記第１方向の角度情報および前記第２方向の角度情報に基づいて、前記ウェハへのビーム照射時に前記イオンビームを往復走査させるビーム走査方向の角度情報と、前記ウェハへのビーム照射時に前記ウェハを往復運動させる往復運動方向の角度情報を算出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記第１角度測定器および前記第２角度測定器は、前記イオンビームの前記第３方向のビーム幅全体を測定対象とするよう構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記第１角度測定器および前記第２角度測定器の少なくとも一方は、前記第３方向の測定対象範囲にわたって連続的に延びる単一スリットを有することを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第１角度測定器および前記第２角度測定器の少なくとも一方は、前記第３方向に並んで配置される複数の角度測定部に分割されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記複数の角度測定部のそれぞれは、前記第３方向に隣接する二つの角度測定部の測定対象範囲が前記第３方向に重ならないように配置されることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記複数の角度測定部は、前記イオンビームの前記第３方向のビーム幅全体にわたって配置されることを特徴とする請求項１２または１３に記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、前記複数の角度測定部のそれぞれで測定される部分的な角度情報を統合して前記第１方向の角度情報および前記第２方向の角度情報の少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
前記第１角度測定器および前記第２角度測定器は、前記第１方向と前記第２方向が互いに斜めに交差するように構成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１７】
前記第１方向と前記第２方向の間の角度が４５度以上８５度以下であることを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入装置。
【請求項１８】
前記相対移動方向は、前記第１方向と平行であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
イオンビームの角度情報を測定する測定装置であって、
前記イオンビームの角度情報のうち、ビーム進行方向と直交する第１方向の角度情報を測定する第１角度測定器と、
前記イオンビームの角度情報のうち、前記ビーム進行方向と直交し、かつ、前記第１方向と交差する第２方向の角度情報を測定する第２角度測定器と、
前記イオンビームに対する前記第１角度測定器の相対位置を前記ビーム進行方向と直交し、かつ、前記第１方向および前記第２方向の双方と直交しない所定の相対移動方向に変化させながら前記第１角度測定器にて測定される前記第１方向の角度情報と、前記イオンビームに対する前記第２角度測定器の相対位置を前記相対移動方向に変化させながら前記第２角度測定器にて測定される前記第２方向の角度情報とに基づいて、前記ビーム進行方向および前記相対移動方向の双方に直交する第３方向の角度情報を算出する制御部と、を備えることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体の結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを注入する工程（イオン注入工程ともいう）が標準的に実施されている。ウェハに照射されるイオンビームの角度に応じてイオンビームとウェハとの相互作用の態様が変化し、イオン注入の処理結果に影響を与えることが知られており、イオン注入前にイオンビームの角度分布が測定される。例えば、スリットを通過したビームの電流値をスリット幅方向に並べられた複数の電極で測定することにより、スリット幅方向の角度分布を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオンビームの角度情報を適切に把握するためには、ビーム断面内の特定位置の角度分布だけではなく、ビーム束全体にわたって角度分布を得ることが好ましい。しかしながら、ビーム束全体にわたって角度分布を測定するためには、ビームを横切る方向にスリットを移動させながらビーム断面内の複数の位置で角度を測定する必要があり、測定完了までに時間がかかる。二次元の角度情報を得るためには、例えば、水平方向と垂直方向のそれぞれの方向にスリットを移動させながら角度情報を測定する必要があり、より多くの測定時間を要する。半導体製造工程のスループット向上のためには、より短い時間でビームの角度分布を取得できることが好ましい。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームの二次元の角度情報を高速に取得する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様のイオン注入装置は、ウェハに照射されるイオンビームを輸送するビームライン装置と、イオンビームの角度情報のうち、ビーム進行方向と直交する第１方向の角度情報を測定する第１角度測定器と、イオンビームの角度情報のうち、ビーム進行方向と直交し、かつ、第１方向と交差する第２方向の角度情報を測定する第２角度測定器と、イオンビームに対する第１角度測定器および第２角度測定器の相対位置をビーム進行方向と直交し、かつ、第１方向および第２方向の双方と直交しない所定の相対移動方向に変化させる相対移動機構と、イオンビームに対する相対位置を変化させながら第１角度測定器にて測定される第１方向の角度情報と、イオンビームに対する相対位置を変化させながら第２角度測定器にて測定される第２方向の角度情報とに基づいて、ビーム進行方向および相対移動方向の双方に直交する第３方向の角度情報を算出する制御装置と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、イオンビームの角度情報を測定する測定装置である。この装置は、イオンビームの角度情報のうち、ビーム進行方向と直交する第１方向の角度情報を測定する第１角度測定器と、イオンビームの角度情報のうち、ビーム進行方向と直交し、かつ、第１方向と交差する第２方向の角度情報を測定する第２角度測定器と、イオンビームに対する第１角度測定器の所定の相対位置をビーム進行方向と直交し、かつ、第１方向および第２方向の双方と直交しない相対移動方向に変化させながら第１角度測定器にて測定される第１方向の角度情報と、イオンビームに対する第２角度測定器の相対位置を相対移動方向に変化させながら第２角度測定器にて測定される第２方向の角度情報とに基づいて、ビーム進行方向および相対移動方向の双方に直交する第３方向の角度情報を算出する制御部と、を備える。
【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、イオンビームの二次元の角度情報を高速に取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の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】基板搬送処理ユニットの構成を詳細に示す側面図である。
【図３】ビーム測定機構の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】第１角度測定器の内部構成を模式的に示す断面図である。
【図５】イオンビームの二次元角度分布と、異なる方向に対して測定または算出される一次元の角度分布とを模式的に示す図である。
【図６】変形例に係るビーム測定機構の構成を模式的に示す平面図である。
【図７】別の変形例に係るビーム測定機構の構成を模式的に示す平面図である。
【図８】別の実施の形態に係る基板搬送処理ユニットの構成を詳細に示す側面図である。
【図９】図９（ａ）および（ｂ）は、マスクプレートおよび電荷検出部の構成を示す平面図である。
【図１０】変形例に係るビーム測定機構の構成を模式的に示す平面図である。
【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。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明のある実施の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。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である。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り、イオン源１０で発生したイオンを加速し、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Ｗ）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
【００１３】
高エネルギーイオン注入装置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、イオンビームを加速して高エネルギーイオンビームにする高エネルギー多段線形加速ユニット１４と、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、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と、分析された高エネルギーイオンビームをウェハＷまで輸送するビーム輸送ラインユニット１８と、輸送された高エネルギーイオンビームを半導体ウェハに注入する基板搬送処理ユニット２０とを備える。
【００１４】
イオンビーム生成ユニット１２は、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、質量分析スリット２２ｂを有する。質量分析スリット２２ｂは、質量分析磁石２２ａの直後に配置する場合もあるが、実施例では、その次の構成である高エネルギー多段線形加速ユニット１４の入り口部内に配置される。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は、次の高エネルギー多段線形加速ユニット１４に導かれる。
【００１５】
高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置、すなわち、一つ以上の高周波共振器を挟む加速ギャップを備えている。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高周波（ＲＦ）電場の作用により、イオンを加速することができる。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高エネルギーイオン注入用の基本的な複数段の高周波共振器を備える第１線形加速器１５ａを備える。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、超高エネルギーイオン注入用の追加の複数段の高周波共振器を備える第２線形加速器１５ｂを追加的に備えてもよい。高エネルギー多段線形加速ユニット１４により、さらに加速されたイオンビームは、ビーム偏向ユニット１６により方向が変化させられる。
【００１６】
イオンビームを高エネルギーまで加速する高周波方式の高エネルギー多段線形加速ユニット１４を出た高エネルギーイオンビームは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、高エネルギー多段線形加速ユニット１４の下流で高エネルギーのイオンビームをビーム走査およびビーム平行化させてウェハに照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析と、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必要となる。
【００１７】
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、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、少なくとも二つの高精度偏向電磁石と、少なくとも一つのエネルギー幅制限スリットと、少なくとも一つのエネルギー分析スリットと、少なくとも一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と、エネルギー分散の抑制とを行うよう構成されている。
【００１８】
ビーム偏向ユニット１６は、エネルギー分析電磁石２４と、エネルギー分散を抑制する横収束四重極レンズ２６と、エネルギー分析スリット２８と、ステアリング（軌道補正）を提供する偏向電磁石３０とを有する。なお、エネルギー分析電磁石２４は、エネルギーフィルタ電磁石（ＥＦＭ）と呼ばれることもある。高エネルギーイオンビームは、ビーム偏向ユニット１６によって方向転換され、ウェハＷの方向へ向かう。
【００１９】
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を輸送するビームライン装置であり、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、最終エネルギーフィルタ３８（最終エネルギー分離スリットを含む）とを有する。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線形加速ユニット１４とを合計した長さに合わせて設計されており、ビーム偏向ユニット１６で結ばれて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
【００２０】
ビーム輸送ラインユニット１８の下流側の終端には、基板搬送処理ユニット２０が設けられる。基板搬送処理ユニット２０には、イオン注入中のウェハＷを保持し、ウェハＷをビーム走査方向と直角方向に動かすプラテン駆動装置４０が設けられる。また、基板搬送処理ユニット２０には、イオンビームＢのビーム電流および角度分布を測定するための測定装置５０が設けられる。測定装置５０は、第１角度測定器５１および第２角度測定器５２を含むビーム測定機構５４と、移動機構５６と、制御部５８とを備える。ビーム測定機構５４は、例えば、矢印Ｘで示される方向に移動してイオン注入中にウェハＷが配置される「注入位置」に挿入可能となるよう構成され、注入位置におけるイオンビームの角度分布を測定する。測定装置５０の詳細は別途後述する。
【００２１】
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、イオンビーム生成ユニット１２で生成されたイオンビームＢを加速する複数のユニットで構成される。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Ｗに注入する複数のユニットで構成される。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は、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。
【００２２】
図２は、基板搬送処理ユニット２０の構成を詳細に示す側面図であり、最終エネルギーフィルタ３８から下流側の構成を示す。イオンビームＢは、最終エネルギーフィルタ３８の角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）電極６４にて下方に偏向されて基板搬送処理ユニット２０に入射する。基板搬送処理ユニット２０は、イオン注入工程が実行される注入処理室６０と、ウェハＷを搬送するための搬送機構が設けられる基板搬送部６２とを含む。注入処理室６０および基板搬送部６２は、基板搬送口６１を介してつながる。
【００２３】
注入処理室６０は、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置４０を備える。プラテン駆動装置４０は、ウェハ保持装置４２と、往復運動機構４４と、ツイスト角調整機構４６と、チルト角調整機構４８とを含む。ウェハ保持装置４２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。往復運動機構４４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持装置４２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置４２に保持されるウェハＷをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印Ｙ１によりウェハＷの往復運動を例示する。
【００２４】
ツイスト角調整機構４６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構４６は、ウェハ保持装置４２と往復運動機構４４の間に設けられ、ウェハ保持装置４２とともに往復運動される。
【００２５】
チルト角調整機構４８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームＢの進行方向（ｚ方向）とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構４８は、往復運動機構４４と注入処理室６０の壁面の間に設けられており、往復運動機構４４を含むプラテン駆動装置４０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
【００２６】
注入処理室６０には、イオンビームＢの軌道に沿って上流側から下流側に向けて、エネルギースリット６６、プラズマシャワー装置６８、ビームダンパ６３が設けられている。注入処理室６０には、イオン注入中にウェハＷが配置される注入位置に挿入可能となるビーム測定機構５４が設けられる。図面において、注入位置に挿入されたときのビーム測定機構５４の位置を破線で示している。
【００２７】
エネルギースリット６６は、ＡＥＦ電極６４の下流側に設けられ、ＡＥＦ電極６４とともにウェハＷに入射するイオンビームＢのエネルギー分析をする。エネルギースリット６６は、ビーム走査方向（ｘ方向）に横長のスリットで構成されるエネルギー制限スリット（ＥＤＳ；Energy Defining Slit）である。エネルギースリット６６は、所望のエネルギー値またはエネルギー範囲のイオンビームＢをウェハＷに向けて通過させ、それ以外のイオンビームを遮蔽する。
【００２８】
プラズマシャワー装置６８は、エネルギースリット６６の下流側に位置する。プラズマシャワー装置６８は、イオンビームＢのビーム電流量に応じてイオンビームおよびウェハ処理面に低エネルギー電子を供給し、イオン注入で生じるウェハ処理面の正電荷のチャージアップを抑制する。プラズマシャワー装置６８は、例えば、イオンビームＢが通過するシャワーチューブと、シャワーチューブ内に電子を供給するプラズマ発生装置とを含む。
【００２９】
ビームダンパ６３は、ビーム軌道の最下流に設けられ、例えば、基板搬送口６１の下方に取り付けられる。したがって、ビーム軌道上にウェハＷやビーム測定機構５４が存在しない場合、イオンビームＢはビームダンパ６３に入射する。ビームダンパ６３には、上述のビーム測定機構５４とは別のビーム測定装置が設けられてもよい。
【００３０】
ビーム測定機構５４は、ウェハＷの表面（ウェハ処理面）におけるイオンビームＢのビーム電流や角度情報を測定する。ビーム測定機構５４は、可動式となっており、注入時にはウェハ位置から待避され、ウェハＷが注入位置にないときにウェハ位置に挿入される。ビーム測定機構５４は、例えば、図１に示す移動機構５６によりｘ方向に移動可能となるよう構成される。
【００３１】
図３は、ビーム測定機構５４の構成を模式的に示す平面図であり、ビーム進行方向（ｚ方向）に見たときの第１角度測定器５１および第２角度測定器５２の配置構成を示す。第１角度測定器５１は、第１方向（例えば、矢印Ａ１で示される方向）の角度情報を測定するよう構成され、第２角度測定器５２は、第２方向（例えば、矢印Ａ２で示される方向）の角度情報を測定するよう構成される。ここで「第１方向」は、ビーム進行方向（ｚ方向）と直交する方向の一つであり、図示する例ではイオンビームＢの走査方向（ｘ方向）である。また「第２方向」は、ビーム進行方向と直交し、かつ、第１方向と交差する方向の一つであり、図示する例では第１方向に対して角度θで斜めに交差する方向である。「第２方向」は、ビーム進行方向および所定の相対移動方向と直交する第３方向（例えばｙ方向）とは異なる方向となるように設定される。ここで、所定の相対移動方向とは、イオンビームＢに対してビーム測定機構５４の相対位置を変化する方向であり、詳細は別途後述する。図示する例において、第１方向と第２方向のなす角度θは４５°である。
【００３２】
第１角度測定器５１は、スリット幅方向が第１方向と一致する第１スリット７０と、第１スリット７０を通過するビーム成分の第１方向の角度分布を測定するための第１電荷検出部７４（図４参照）とを有する。第１スリット７０は、第１端部７１から第２端部７２までｙ方向に連続的に延在し、第１端部７１から第２端部７２までにわたる測定範囲Ｃに入射するイオンビームＢを測定対象とする。測定範囲Ｃのｙ方向の長さは、例えば、イオンビームＢのｙ方向のビーム径よりも大きく設定され、イオンビームＢのｙ方向のビーム幅全体が測定対象となるように設定される。
【００３３】
図４は、第１角度測定器５１の内部構成を模式的に示す断面図であり、図３のＤ−Ｄ線断面に対応する。第１角度測定器５１は、第１スリット７０からビーム進行方向（ｚ方向）に離れた位置に設けられる第１電荷検出部７４を有する。第１電荷検出部７４は、第１スリット７０のスリット幅方向（つまり、第１方向またはｘ方向）に並んで配置される複数の第１電極７６を含む。複数の第１電極７６は、例えば、隣接する電極のピッチｐが第１スリット７０のスリット幅ｗと同じとなるように構成される。第１角度測定器５１は、複数の第１電極７６のそれぞれで検出される電流量に基づいて、入射するイオンビームＢの角度δを測定する。第１角度測定器５１の角度分解能は、例えば、１°以下となるように構成され、好ましくは０．５°以下、より好ましくは０．１°程度となるように構成される。
【００３４】
図３に戻り、第２角度測定器５２は、複数の角度測定部５２ａ，５２ｂ，５２ｃにより構成される。複数の角度測定部５２ａ〜５２ｃのそれぞれは、スリット幅方向が第２方向と一致する第２スリット８０ａ，８０ｂ，８０ｃ（総称して第２スリット８０ともいう）と、第２スリット８０ａ〜８０ｃのそれぞれを通過するビーム成分の第２方向の角度分布を測定するための第２電荷検出部（不図示）とを有する。複数の角度測定部５２ａ〜５２ｃのそれぞれは、図４に示す第１角度測定器５１と同様に構成される。角度測定部５２ａ〜５２ｃのそれぞれの第２電荷検出部は、第２スリット８０からビーム進行方向（ｚ方向）に離れた位置に設けられ、第２スリット８０のスリット幅方向（つまり、第２方向）に並んで配置される複数の第２電極を含む。各角度測定部５２ａ〜５２ｃの角度分解能は、例えば、１°以下となるように構成され、好ましくは０．５°以下、より好ましくは０．１°程度となるように構成される。
【００３５】
複数の角度測定部５２ａ〜５２ｃは、第３方向（例えばｙ方向）に並んで配置される。複数の角度測定部５２ａ〜５２ｃは、それぞれの測定範囲Ｃ１〜Ｃ３がｙ方向に連続して並ぶように配置され、かつ、それぞれの測定範囲Ｃ１〜Ｃ３がｙ方向に重ならないように配置される。これにより、第２角度測定器５２は、全体の測定範囲Ｃにわたってｙ方向に連続した単一スリットを有する角度測定器と同等の測定を実現する。斜め方向に延びる第２スリット８０を有する第２角度測定器５２を複数に分割することで、単一の連続的に延びる第２スリットを設ける場合よりも第２角度測定器５２が占めるｘ方向のサイズを小さくでき、ビーム測定機構５４を小型化できる。
【００３６】
図示する構成において、第２角度測定器５２は、三つの角度測定部５２ａ〜５２ｃに分割される。第２角度測定器５２は、ｙ方向に順に並べられる上側角度測定部５２ａ、中央角度測定部５２ｂ、下側角度測定部５２ｃを含む。上側角度測定部５２ａの第２スリット８０ａの第１端部８１ａは、第１スリット７０の第１端部７１とｙ方向の位置が一致している。上側角度測定部５２ａの第２スリット８０ａの第２端部８２ａは、中央角度測定部５２ｂの第２スリット８０ｂの第１端部８１ｂとｙ方向の位置が一致している。同様に、中央角度測定部５２ｂの第２スリット８０ｂの第２端部８２ｂは、下側角度測定部５２ｃの第２スリット８０ｃの第１端部８１ｃとｙ方向の位置が一致している。また、下側角度測定部５２ｃの第２スリット８０ｃの第２端部８２ｃは、第１スリット７０の第２端部７２とｙ方向の位置が一致している。このような配置関係とすることにより、第１角度測定器５１と第２角度測定器５２の測定範囲Ｃを一致させるとともに、複数の角度測定部５２ａ〜５２ｃの測定範囲Ｃ１〜Ｃ３をｙ方向に重複なく連続させることができる。図３では、第２角度測定器５２の複数の角度測定部５２ａ〜５２ｃの第２スリット８０ａ〜８０ｃのｘ方向の位置を互いに一致させているが、第２スリット８０ａ〜８０ｃの位置は互いにｘ方向にずれていてもよい。
【００３７】
なお、第２角度測定器５２の分割数は３に限られず、分割数が２であってもよいし、４以上であってもよい（例えば、後述の図６）。また、第２角度測定器５２を分割しなくてもよく、全体の測定範囲Ｃにわたって連続的に延びる単一の第２スリット８０を有する第２角度測定器５２を用いてもよい（例えば、後述の図７）。また、第１角度測定器５１をｙ方向に分割される複数の角度測定部で構成してもよい。
【００３８】
ビーム測定機構５４は、イオンビームＢに対するビーム測定機構５４の相対位置を所定の相対移動方向に変化させながらビームの角度情報を測定する。これにより、ビーム測定機構５４は、所定の相対移動方向の全体にわたってイオンビームＢを測定する。ビーム測定機構５４の相対移動方向は、上述の第１方向および第２方向の双方と直交しない方向であり、例えば、上述の第１方向（例えばｘ方向）と一致する方向である。したがって、ビーム測定機構５４の相対移動方向は、第１スリット７０および第２スリット８０が延びる方向と一致しない方向であるということもできる。
【００３９】
イオンビームＢに対するビーム測定機構５４の相対移動は、複数の方法で実現できる。例えば、イオンビームＢが静止したままビーム測定機構５４を所定の相対移動方向に移動させてもよい。この場合、図１の移動機構５６を相対移動機構として使用し、ビーム測定機構５４の位置を第１方向に移動させてもよい。一方で、ビーム測定機構５４が静止したままイオンビームＢを所定の相対移動方向に偏向させてもよい。この場合、図１のビーム走査器３４などのビーム偏向装置を相対移動機構として使用し、イオンビームＢを第１方向に走査させてもよい。その他、イオンビームＢをｘ方向に走査させながらビーム測定機構５４をｘ方向に移動させることにより、イオンビームＢに対するビーム測定機構５４の相対移動を実現してもよい。
【００４０】
第１角度測定器５１は、イオンビームＢに対して第１方向（例えば、ｘ方向）に相対移動しながらイオンビームＢの第１方向の角度分布を測定する。第１角度測定器５１は、イオンビームＢの第１方向のビーム幅よりも大きい範囲にわたって相対移動することにより、イオンビームＢのｘ方向およびｙ方向の双方のビーム幅全体にわたって第１方向の角度分布を測定する。同様に、第２角度測定器５２は、イオンビームＢに対して第１方向（例えば、ｘ方向）に相対移動しながらイオンビームＢの第２方向の角度分布を測定する。第２角度測定器５２は、イオンビームＢの第１方向のビーム幅と第２スリット８０のｘ方向の範囲とを足した距離よりも大きい範囲にわたって相対移動することにより、イオンビームＢのｘ方向およびｙ方向の双方のビーム幅全体にわたって第２方向の角度分布を測定する。
【００４１】
制御部５８は、第１角度測定器５１にて測定される第１方向の角度情報と、第２角度測定器５２にて測定される第２方向の角度情報とに基づいて、ビーム進行方向および相対移動方向の双方に直交する第３方向（例えばｙ方向）の角度情報を算出する。制御部５８は、例えば、イオンビームＢの第１方向の角度分布および第２方向の角度分布を用いて、イオンビームＢの第３方向の角度分布を算出する。制御部５８は、イオンビームＢの二次元角度分布を算出してもよく、例えば、ｘ方向およびｙ方向の二次元の角度分布を算出してもよい。以下、制御部５８による角度分布の算出方法について説明する。
【００４２】
図５は、イオンビームＢの二次元角度分布９０と、測定または算出される一次元の角度分布９１，９２，９３とを模式的に示す図である。図５の中央に模式的に示されるように、イオンビームＢはｘ方向およびｙ方向に広がる二次元角度分布９０を有しうる。図５において、ｘ方向の角度成分をｘ’と表記し、ｙ方向の角度成分をｙ’と表記している。イオンビームＢの二次元角度分布９０は、典型的には二次元の正規分布（ガウス分布）であり、その分布形状はｘ方向およびｙ方向の標準偏差σの大きさで特定できる。ｘ方向およびｙ方向の標準偏差σｘ’，σｙ’の大きさは、二次元角度分布９０の円形または楕円形の等高線のｘ方向およびｙ方向の軸の長さに対応する。例えば、二次元角度分布９０の標準偏差に対応する等高線Ｅは、ｘ’およびｙ’の二次元座標上で（ｘ’／σｘ’）２＋（ｙ’／σｙ’）２＝１と表すことができる。なお、本実施の形態において、二次元角度分布９０は、直接的に測定されるものではなく、二次元の正規分布を仮定することにより、第１方向（ｘ方向）の角度分布９１および第２方向（ｔ方向）の角度分布９２から算出される。
【００４３】
図５の下方に示されるｘ方向の角度分布９１は、二次元角度分布９０をｙ方向に積分してｘ軸上に投影したものであり、第１角度測定器５１により測定可能な第１方向の角度分布に対応する。ｘ方向の角度分布９１は、ｙ方向の角度情報を含まないが、二次元角度分布９０のｘ方向の角度情報を含む。したがって、ｘ方向の角度分布９１に基づいて二次元角度分布９０におけるｘ方向の角度情報（例えば、ｘ方向の標準偏差σｘ’）を算出できる。例えば、第１角度測定器５１にて測定された第１方向の角度分布の測定値に対して正規分布をフィッティングすることで、ｘ方向の角度分布に関するパラメータ（例えば、ｘ方向の標準偏差σｘ’）を求めることができる。
【００４４】
図５の右上に示される角度分布９２は、ｘ方向に対して角度θで斜めに交差する第２方向（ｔ方向）の角度分布であり、二次元角度分布９０をｔ軸上に投影したものである。ｔ方向の角度分布９２は、第２角度測定器５２により測定可能な第２方向の角度分布に対応する。ｔ方向の角度分布９２からは、二次元角度分布９０におけるｔ方向の角度情報（例えば、ｔ方向の標準偏差σｔ’）を算出できる。例えば、第２角度測定器５２にて測定された第２方向の角度分布の測定値に対して正規分布をフィッティングすることで、ｔ方向の角度分布に関するパラメータ（例えば、ｔ方向の標準偏差σｔ’）を求めることができる。
【００４５】
このようにして算出したｘ方向およびｔ方向の角度情報を用いることで、ｙ方向の角度情報を算出または推定できる。ｔ方向の角度情報は、ｘ方向およびｙ方向の角度情報をベクトル的に合成したものに対応するため、ｔ方向の角度情報からｘ方向の角度情報を除外することで、ｙ方向の角度情報を求めることができる。例えば、ｘ方向およびｔ方向の標準偏差σｘ’，σｔ’に基づいて、二次元角度分布９０のｙ方向の標準偏差σｙ’を推定できる。例えば、ｘ方向およびｙ方向の角度成分が互いに独立であると仮定した場合、ｘ方向、ｙ方向およびｔ方向の標準偏差σｘ’，σｙ’，σｔ’について、以下の式（１）が成立する。
【数１】
2019169407.tif 000003
上記の式（１）は、例えば、イオンビームＢを構成する個別のイオン粒子の進行方向をベクトルとして解釈し、ｘ方向およびｙ方向の角度成分が互いに独立であるという仮定の下で、イオン粒子のｔ方向の角度成分をベクトル演算により求めることで導出できる。
【００４６】
したがって、既知の標準偏差σｘ’、σｔ’に対応する未知のｙ方向の標準偏差σｙ’は、以下の式（２）を用いて得ることができる。
【数２】
2019169407.tif 000004
式（２）を用いることにより、図５の左側に示されるｙ方向の角度分布９３を求めることができる。また、図５の中央に示される二次元角度分布９０を求めることもできる。
【００４７】
なお、ｘ方向およびｔ方向の角度分布９１，９２からｙ方向の角度分布９３または二次元角度分布９０を算出する具体的な方法は上記に限られず、他の手法を用いることができる。例えば、ｘ方向およびｙ方向の角度成分が互いに独立であると仮定し、ｘ方向、ｔ方向およびｙ方向の角度分布９１〜９３の分布形状が互いに整合するように最適化計算を実行することにより、ｙ方向の角度分布９３を算出してもよい。この場合、二次元角度分布９０が二次元正規分布であるという制約条件とは異なる条件に基づいて、ｙ方向の角度分布９３を算出してもよい。例えば、ｔ方向の角度分布９２とｙ方向の角度分布９３の相関を示すベクトル関数をあらかじめ求めておき、そのベクトル関数を用いてｙ方向の角度分布９３を算出してもよい。
【００４８】
ｘ方向およびｔ方向の角度分布に基づいてｙ方向の角度分布を算出する場合、ｘ方向とｔ方向のなす角度θは任意であるが、角度θが大きい（９０°に近い）ほどｙ方向の角度分布の算出精度を高めることができる。具体的には、ｘ方向とｔ方向のなす角度θは、３０°以上であることが好ましく、４５°以上または６０°以上であることがより好ましい。その一方で、角度θを９０°に近づけすぎると、第２角度測定器５２のｘ方向の長さが非常に大きくなり、第２角度測定器５２を用いてｙ方向のビーム幅全体にわたってイオンビームＢを測定することが困難となる。したがって、角度θは８５°以下であることが好ましく、８０°以下または７５°以下であることがより好ましい。
【００４９】
本実施の形態によれば、イオンビームＢに対してビーム測定機構５４を一方向に相対移動させるだけで、イオンビームＢのｘ方向およびｙ方向の双方の角度情報を求めることができる。一般に、所定のビーム幅を有するイオンビームＢの全体の角度分布を測定する場合、スリットをスリット幅方向にビーム幅全体にわたって相対移動させる必要がある。二次元の角度情報を得るためには、ｘ方向の角度測定器をｘ方向に相対移動させ、ｙ方向の角度測定器をｙ方向に相対移動させなければならず、互いに直交する二方向の相対移動を要する。一方、本実施の形態によれば、ｘ方向に対して斜めに交差するｔ方向の角度測定器を用いることにより、ｘ方向に相対移動させるだけで、ｘ方向およびｔ方向の角度測定器の双方がビーム幅全体を測定できる。さらに、測定した二方向の角度情報から直接的に測定していないｙ方向の角度情報を算出することができる。したがって、本実施の形態によれば、互いに直交する二方向の角度情報を取得するために要する測定時間を短縮化でき、二次元の角度情報を高速に取得できる。さらに、ビーム走査器３４によるイオンビームＢのｘ方向の走査により相対移動を実現することで、相対移動に要する時間を極めて短く（例えば１秒以下、数ミリ秒程度に）できる。
【００５０】
図６は、変形例に係るビーム測定機構５４の構成を模式的に示す平面図である。本変形例では、第１方向（Ａ１方向）および第２方向（Ａ２方向）のなす角度θが６０°であり、第２角度測定器５２が四つの角度測定部５２ａ〜５２ｄに分割されている。四つの角度測定部５２ａ〜５２ｄは、それぞれの測定範囲Ｃ１〜Ｃ４がｙ方向に連続して並ぶように配置され、かつ、それぞれの測定範囲Ｃ１〜Ｃ４がｙ方向に重ならないように配置される。本変形例によれば、上述の実施の形態よりもｙ方向の角度情報を高精度で算出できる。
【００５１】
図７は、別の変形例に係るビーム測定機構５４の構成を模式的に示す図である。本変形例では、第２角度測定器５２が複数の角度測定部に分割されておらず、第１角度測定器５１の測定範囲Ｃの全体にわたって第２角度測定器５２の第２スリット８０が連続的に延びるように構成される。より具体的には、第２スリット８０の第１端部８１は、第１スリット７０の第１端部７１とｙ方向の位置が一致し、第２スリット８０の第２端部８２は、第１スリット７０の第２端部７２とｙ方向の位置が一致する。本変形例では、ビーム測定機構５４のｘ方向のサイズが大きくなるものの、上述の実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【００５２】
図７の変形例では、第１角度測定器５１および第２角度測定器５２が設けられていない領域に追加のビーム測定部５３が配置されてもよい。追加のビーム測定部５３は、例えば、イオンビームＢのビーム電流を測定するためのファラデーカップや、イオンビームＢのビームプロファイルを測定するためのプロファイラなどであってもよい。ビーム測定機構５４に角度測定とは異なる用途の追加のビーム測定部５３を設けることで、角度情報の測定と同時にイオンビームＢの他の特性を測定できる。
【００５３】
図８は、別の実施の形態に係る基板搬送処理ユニット２０の構成を詳細に示す側面図である。本実施の形態では、上述の実施の形態に係るビーム測定機構５４の代わりに、マスクプレート１５２および電荷検出部１５４が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。
【００５４】
測定装置１５０は、マスクプレート１５２と、電荷検出部１５４と、移動機構１５６と、制御部１５８とを備える。マスクプレート１５２は、スリット幅方向が第１方向と一致する第１スリットと、スリット幅方向が第２方向と一致する第２スリットとを有する。電荷検出部１５４は、第１方向の角度分布を測定するための第１電荷検出部と、第２方向の角度分布を測定するための第２電荷検出部とを有する。マスクプレート１５２の第１スリットを通過するビームの一部は、電荷検出部１５４の第１電荷検出部にて検出され、第１方向の角度分布が測定される。マスクプレート１５２の第２スリットを通過するビームの一部は、電荷検出部１５４の第２電荷検出部にて検出され、第２方向の角度分布が測定される。したがって、本実施の形態では、マスクプレート１５２および電荷検出部１５４の組み合わせが第１角度測定器および第２角度測定器として機能する。
【００５５】
マスクプレート１５２は、ウェハＷの注入位置よりも上流側に配置され、例えば、エネルギースリット６６よりも上流側に配置される。一方、電荷検出部１５４は、ウェハＷの注入位置よりも下流側に配置され、例えば、ビーム軌道の最下流側となるビームダンパの位置に設けられる。マスクプレート１５２から電荷検出部１５４までのビーム進行方向（ｚ方向）の距離を大きくすることで、測定装置１５０の角度分解能を高めることができる。
【００５６】
マスクプレート１５２は、移動機構１５６に取り付けられ、ｙ方向に可動となるよう構成される。移動機構１５６は、マスクプレート１５２をｙ方向に移動させるよう構成される。マスクプレート１５２は、測定時にビーム軌道上に配置され、注入時にはビーム軌道から退避される。移動機構１５６は、マスクプレート１５２をｘ方向に移動させるよう構成されてもよく、測定時にイオンビームＢに対するマスクプレート１５２のｘ方向の相対移動を実現してもよい。
【００５７】
図９（ａ）および（ｂ）は、マスクプレート１５２および電荷検出部１５４の構成を示す平面図である。図９（ａ）に示されるように、マスクプレート１５２は、スリット幅方向が第１方向と一致する第１スリット１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ（総称して第１スリット１７０ともいう）と、スリット幅方向が第２方向と一致する第２スリット１８０ａ，１８０ｂ（総称して第２スリット１８０ともいう）とを有する。図示する例において、第１スリット１７０ａ〜１７０ｃは、マスクプレート１５２の左方、中央、右方の三箇所に設けられ、第２スリット１８０ａ，１８０ｂは、マスクプレート１５２の左方および右方の二箇所に設けられる。第１スリット１７０および第２スリット１８０は、所定の測定範囲Ｃにわたってｙ方向に連続的に設けられ、ｙ方向のスリットの長さが互いに一致するように設けられる。
【００５８】
図９（ｂ）に示されるように、電荷検出部１５４は、第１方向の角度分布を測定する第１電荷検出部１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃと、第２方向の角度分布を測定する第２電荷検出部１８４ａ，１８４ｂとを有する。第１電荷検出部１７４ａ〜１７４ｃは、それぞれ第１方向に並んで配置される複数の第１電極１７６ａ，１７６ｂ，１７６ｃを有する。第１電荷検出部１７４ａ〜１７４ｃは、対応する第１スリット１７０ａ〜１７０ｃとビーム進行方向（ｚ方向）に対向する位置に設けられる。第２電荷検出部１８４ａ，１８４ｂは、それぞれ第２方向に並んで配置される複数の第２電極１８６ａ，１８６ｂを有する。第２電荷検出部１８４ａ，１８４ｂは、対応する第２スリット１８０ａ，１８０ｂとビーム進行方向（ｚ方向）に対向する位置に設けられる。電荷検出部１５４は、ｘ方向に移動可能なプロファイラとして構成されてもよい。例えば、移動機構１５６によりマスクプレート１５２のｘ方向の相対移動を実現する場合、マスクプレート１５２のｘ方向の移動と同期して電荷検出部１５４もｘ方向に移動させるように構成されてもよい。
【００５９】
制御部１５８は、第１電荷検出部１７４ａ〜１７４ｃにて測定されるビームの第１方向の角度情報と、第２電荷検出部１８４ａ，１８４ｂにて測定されるビームの第２方向の角度情報とに基づいて、イオンビームＢの第３方向の角度情報を算出する。制御部１５８は、イオンビームＢの二次元角度分布を算出してもよい。本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、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。
【００６１】
上述の実施の形態では、第１方向がｘ方向であり、第２方向がｘ方向に対して斜めに交差する方向であり、第３方向がｙ方向であり、相対移動方向がｘ方向である場合を中心に説明した。これらの方向について設定される具体的な方向はこれに限られるものではない。本実施の形態は、イオンビームとビーム測定機構の相対移動方向と直交する方向の角度情報を算出するために、相対移動方向と直交しない任意の第１方向および第２方向の角度情報を用いることを特徴とする。したがって、第１方向がｘ方向でなくてもよく、例えば、第１方向がｘ方向に斜めに交差する方向であってもよい。この場合、第２方向が第１方向とは異なるｘ方向に斜めに交差する方向であってもよい。また、第３方向がｙ方向でなくてもよく、ビーム進行方向と直交する方向であって、第１方向および第２方向とは異なる任意の方向であってもよい。
【００６２】
図１０は、変形例に係るビーム測定機構５４の構成を模式的に示す平面図である。本変形例では、第１角度測定器５１の角度情報の測定方向である第１方向Ａ１および第２角度測定器５２の角度情報の測定方向である第２方向Ａ２の双方がｘ方向に対して斜めとなるように構成される。図示する例において、ｘ方向に対する第１方向Ａ１の角度θ１が１０°であり、ｘ方向に対する第２方向Ａ２の角度θ２が４５°である。このように第１方向および第２方向の双方を相対移動方向（ｘ方向）に対して異なる角度で傾斜させることにより、上述の実施の形態と同様、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれの角度情報を算出できる。なお、相対移動方向に対する第１方向の角度θ１および第２方向の角度θ２の値の組み合わせは任意であり、例えば、１０°、１５°、２５°、３０°、４５°、６０°、７５°および８０°のいずれかから選択することができる。また、第１方向の角度θ１と第２方向の角度θ２の大きさの絶対値が互いに異なるようにしてもよいし、双方の大きさの絶対値を同じとする一方で傾斜方向（回転方向）が互いに反対となるようにしてもよい。例えば、第１方向の角度θ１と第２方向の角度θ２の値の組み合わせ（θ１，θ２）として、（＋３０°，−３０°）、（＋４５°，−４５°）、（＋６０°，−６０°）のいずれかを選択してもよい。また、第１方向Ａ１と第２方向Ａ２のなす角度は、９０°であってもよいし、９０°とは異なる角度であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０…イオン注入装置、３４…ビーム走査器、５０…測定装置、５１…第１角度測定器、５２…第２角度測定器、５４…ビーム測定機構、５６…移動機構、５８…制御部、７０…第１スリット、７４…第１電荷検出部、８０…第２スリット、Ｗ…ウェハ。
【図１】
2019169407.tif 000005
【図２】
2019169407.tif 000006
【図３】
2019169407.tif 000007
【図４】
2019169407.tif 000008
【図５】
2019169407.tif 000009
【図６】
2019169407.tif 000010
【図７】
2019169407.tif 000011
【図８】
2019169407.tif 000012
【図９】
2019169407.tif 000013
【図１０】
2019169407.tif 000014