(57)【要約】【課題】  イオン源のプラズマ生成部内におけるプラズマ密度分布が均一でない場合でも、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くする。【解決手段】  このイオン注入装置は、イオン源２の引出し電極１３をＹ方向において複数の引出し電極片３０に分割して構成している。かつ、プラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖd を各引出し電極片３０ごとに独立して制御することができる引出し電源４２と、イオンビーム８のＹ方向のビーム電流密度分布を測定するビームモニタ５６と、ビームモニタ５６からの測定データに基づいて引出し電源４２を制御して、上記電位差Ｖd をそれぞれ制御することによって、ビームモニタ５６で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御を行う制御装置６０とを備えている。【選択図】  図１
2008305666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの進行方向を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、プラズマを生成するプラズマ生成部と、当該プラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系であって最プラズマ側に配置されたプラズマ電極およびその下流側に配置されていてプラズマ電極との間の電位差によってプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極を有する引出し電極系とを備えるイオン源から、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームを引き出して、当該イオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置において、
前記引出し電極をＹ方向において複数の引出し電極片に分割して構成しており、
かつ、前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差を各引出し電極片ごとに独立して制御することができる引出し電源と、
前記イオンビームを受けて当該イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布を測定するビームモニタと、
前記ビームモニタからの測定データに基づいて前記引出し電源を制御して、前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御することによって、前記ビームモニタで測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御を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２】
前記制御装置は、前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記各引出し電極片に対応しているＹ方向の複数の測定領域の各測定領域ごとの平均電流密度と所定の設定電流密度との電流密度差をそれぞれ求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が全て所定の許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御する機能を有している請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
（ａ）前記ビームモニタからの測定データに基づいて、全測定電流密度の平均電流密度と所定の設定電流密度との電流密度差を求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が所定の許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差を一律に制御する粗調整を行う粗調整機能と、
（ｂ）前記粗調整後に、前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記各引出し電極片に対応しているＹ方向の複数の測定領域の各測定領域ごとの平均電流密度と前記設定電流密度との電流密度差をそれぞれ求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が全て前記許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御する本調整機能とを有している請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
（ａ）前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記各引出し電極片に対応しているＹ方向の複数の測定領域の内の一つの測定領域の平均電流密度と所定の設定電流密度との電流密度差を求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が所定の許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差を一律に制御する粗調整を行う粗調整機能と、
（ｂ）前記粗調整後に、前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記複数の測定領域の内の残りの各測定領域ごとの平均電流密度と前記設定電流密度との電流密度差をそれぞれ求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が全て前記許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記残りの各測定領域に対応する前記各引出し電極片とプラズマ電極との間の電位差をそれぞれ制御する本調整機能とを有している請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記ターゲットは、前記イオンビームの主面と交差する方向に機械的に走査されるものであり、
前記引出し電極の各分割部は、Ｘ方向に対して斜めに配置されている請求項１ないし４記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン源から、Ｘ方向の寸法よりも当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法が大きい、いわゆるリボン状（これはシート状または帯状とも呼ばれることがある。以下同様）のイオンビームを引き出して、当該イオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源から、Ｘ方向の寸法よりも当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法が大きい、いわゆるリボン状のイオンビームを引き出して、当該イオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置は、従来から種々提案されている。例えば、特許文献１参照。
【０００３】
イオン源は、プラズマを生成するプラズマ生成部と、当該プラズマ生成部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引出し電極系とを備えている。引出し電極系は、通常、複数枚の電極を有している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５５１１号公報（段落００２９−００３９、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のイオン注入装置では、そのイオン源の引出し電極系を構成する各電極は、それぞれ、Ｙ方向に長い１枚の電極であり、そのような構成の引出し電極系を用いて、Ｙ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを引き出している。
【０００６】
ここで、Ｙ方向に着目すると、イオン源のプラズマ生成部内で生成するプラズマ密度のＹ方向における分布は、必ずしも均一ではない。従って、上記のような構成の引出し電極系を有するイオン源からＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを引き出す場合、プラズマ生成部内におけるプラズマ密度分布の不均一性の影響を受けて、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性が良くないという課題がある。これは、ターゲットに対するＹ方向における注入均一性悪化の原因となる。
【０００７】
そこでこの発明は、イオン源のプラズマ生成部内におけるプラズマ密度分布が均一でない場合でも、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができるイオン注入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】
【０００８】
この発明に係るイオン注入装置は、イオンビームの進行方向を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、プラズマを生成するプラズマ生成部と、当該プラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系であって最プラズマ側に配置されたプラズマ電極およびその下流側に配置されていてプラズマ電極との間の電位差によってプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極を有する引出し電極系とを備えるイオン源から、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいイオンビームを引き出して、当該イオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置において、前記引出し電極をＹ方向において複数の引出し電極片に分割して構成しており、かつ、前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差を各引出し電極片ごとに独立して制御することができる引出し電源と、前記イオンビームを受けて当該イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布を測定するビームモニタと、前記ビームモニタからの測定データに基づいて前記引出し電源を制御して、前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御することによって、前記ビームモニタで測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御を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。
【０００９】
イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流密度は、プラズマ電極と引出し電極との間の電位差に大きく依存している。従って、この発明のように、イオン源の引出し電極をＹ方向において複数の引出し電極片に分割しておき、ビームモニタからの測定データに基づいて制御装置によって、プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御して、ビームモニタで測定するビーム電流密度分布を均一に近づけることによって、イオン源のプラズマ生成部内におけるプラズマ密度分布が均一でない場合でも、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
【００１０】
前記制御装置は、前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記各引出し電極片に対応しているＹ方向の複数の測定領域の各測定領域ごとの平均電流密度と所定の設定電流密度との電流密度差をそれぞれ求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が全て所定の許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御する機能を有していても良い。
【００１１】
前記制御装置は、（ａ）前記ビームモニタからの測定データに基づいて、全測定電流密度の平均電流密度と所定の設定電流密度との電流密度差を求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が所定の許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差を一律に制御する粗調整を行う粗調整機能と、（ｂ）前記粗調整後に、前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記各引出し電極片に対応しているＹ方向の複数の測定領域の各測定領域ごとの平均電流密度と前記設定電流密度との電流密度差をそれぞれ求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が全て前記許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差をそれぞれ制御する本調整機能とを有していても良い。
【００１２】
前記制御装置は、（ａ）前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記各引出し電極片に対応しているＹ方向の複数の測定領域の内の一つの測定領域の平均電流密度と所定の設定電流密度との電流密度差を求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が所定の許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記プラズマ電極と各引出し電極片との間の電位差を一律に制御する粗調整を行う粗調整機能と、（ｂ）前記粗調整後に、前記ビームモニタからの測定データに基づいて、前記複数の測定領域の内の残りの各測定領域ごとの平均電流密度と前記設定電流密度との電流密度差をそれぞれ求めて、当該電流密度差に応じて、当該電流密度差が全て前記許容範囲内に入るように、前記引出し電源を制御して前記残りの各測定領域に対応する前記各引出し電極片とプラズマ電極との間の電位差をそれぞれ制御する本調整機能とを有していても良い。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、イオン源の引出し電極を上記のように複数の引出し電極片に分割して構成しており、かつ上記のようなビームモニタおよび制御装置を備えているので、イオン源のプラズマ生成部内におけるプラズマ密度分布が均一でない場合でも、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、制御装置が上記のような制御機能を有しているので、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を、設定電流密度に近づけると共に許容範囲内に収めることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、制御装置が上記のような本調整機能に加えて上記のような粗調整機能を有していて、粗調整によってビーム電流密度分布全体を平均的に素早く設定電流密度に近づけることができるので、本調整での制御が容易になり、その結果、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を、より速やかに、設定電流密度に近づけると共に許容範囲内に収めることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、制御装置が上記のような本調整機能に加えて上記のような粗調整機能を有していて、粗調整によってビーム電流密度分布全体を代表値を用いて素早く設定電流密度に近づけることができるので、本調整での制御が容易になり、その結果、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を、より速やかに、設定電流密度に近づけると共に許容範囲内に収めることができる。しかも、本調整時は、粗調整時に用いた測定領域以外の測定領域についての制御を行えば良いので、そのぶん、制御内容が簡単になり、制御に要する時間を短縮することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、引出し電極の各分割部をＸ方向に対して斜めに配置しているので、仮に分割部の影響で分割部の下流においてビーム電流密度に乱れが生じたとしても、その乱れのパターンは、ターゲットの機械的走査によってターゲット上では平均化される。換言すれば、緩和または薄められる。従って、ターゲット上では上記乱れの影響を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略側面図である。この明細書および図面においては、イオンビーム８の進行方向をＺ方向とし、この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方向としている。例えば、Ｘ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は垂直方向である。また、イオンビーム８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。
【００１９】
このイオン注入装置は、イオン源２から、図２にも示すように、Ｘ方向の寸法ＷX よりもＹ方向の寸法ＷY が大きいリボン状のイオンビーム８を引き出して、当該イオンビーム８をターゲット５０に照射する構成をしている。イオン源２からターゲット５０およびビームモニタ５６までのイオンビーム８の輸送経路は、図示しない真空容器内にあって真空雰囲気に保たれる。
【００２０】
イオンビーム８は、リボン状と言ってもＸ方向の寸法ＷX が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム８のＸ方向の寸法ＷX は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度、Ｙ方向の寸法ＷY は、ターゲット５０の寸法にも依るが、３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。このイオンビーム８の大きい方の面、即ちＹＺ面に沿う面が主面８ａである。
【００２１】
ターゲット５０は、例えば、半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は円形でも良いし、四角形等でも良い。
【００２２】
ターゲット５０は、この実施形態では、ターゲット駆動装置５４の保持部５２に保持されて、ターゲット駆動装置５４によって、矢印Ｃに示すように、イオンビーム８の主面８ａと交差する方向に、例えばＸ方向に沿う方向に、機械的に走査（往復駆動）される。イオン源２から引き出すイオンビーム８のＹ方向の寸法ＷY はターゲット５０のＹ方向の寸法よりも大きく、これとターゲット５０の上記走査とによって、ターゲット５０の全面にイオンビーム８を入射させてイオン注入を行うことができる。
【００２３】
イオン源２は、例えばアーク放電、高周波放電等によってガス（蒸気の場合を含む）を電離させてプラズマ６を生成するプラズマ生成部４と、このプラズマ生成部４内のプラズマ６から電界の作用でイオンビーム８を引き出す引出し電極系１０とを備えている。
【００２４】
引出し電極系１０は、少なくともプラズマ電極１２および引出し電極１３を有している。より具体的にはこの実施形態では、図３も参照して、最プラズマ側から下流側にかけて配置されたプラズマ電極１２、引出し電極１３、抑制電極１４および接地電極１５を有している。この実施形態では、プラズマ電極１２はプラズマ生成部（より具体的にはそれを構成する容器）４と同電位にされている。図１に示す引出し電極系１０は、図３のＡ−Ａ視図に相当する。
【００２５】
各電極１２〜１５は、図３に示すように、相対応する位置に、イオンビーム８を引き出すためのイオン引出し孔１６〜１９をそれぞれ有している。各イオン引出し孔１６〜１９は、図３に示す例ではスリット状のものであるが、それに限らない。例えば、図１４、図１５に示すイオン引出し孔１７のように、一列または複数列に配置された多数の孔（例えば円孔）でも良い。
【００２６】
各イオン引出し孔１６〜１９をスリット状にする場合、それらを図３に示す例のように各電極１２〜１５のＹ方向の上端から下端まで設けても良いし、そのようにせずに上端付近および下端付近には設けないようにしても良い。図３に示す例の場合は、各電極１２〜１５のＸ方向の左右の電極片は、導体２１〜２４でそれぞれ電気的に導通させておく（導体２２については図４参照）。
【００２７】
プラズマ電極１２は、引き出すイオンビーム８のエネルギーを決めるための電極であり、直流の加速電源４０から接地電位を基準にして正の加速電圧Ｖa が印加される。引出し電極１３は、プラズマ電極１２のすぐ下流に配置されていてプラズマ電極１２との間の電位差Ｖd によってプラズマ６からイオンビーム８を引き出す電極であり、この例では直流の引出し電源４２からプラズマ電極１２の電位を基準にして負の引出し電圧Ｖe が印加される。即ち、プラズマ電極１２と引出し電極１３との間に、引出し電極１３を負極側にして引出し電源４２を接続している。抑制電極１４は、下流側からの逆流電子を抑制する電極であり、直流の抑制電源４４から接地電位を基準にして負の抑制電圧Ｖs が印加される。接地電極１５は、接地電位の位置を定める電極であり、電気的に接地されている。
【００２８】
そして、このイオン注入装置は、図４も参照して、引出し電極１３を、Ｙ方向において複数ｎ個の引出し電極片３０に分割して構成している。図示例では七つに分割しているので、ｎ＝７であるが、これに限られるものではない。Ｙ方向において隣り合う二つの引出し電極片３０間には分割部３２がそれぞれあり、ここでは電気的に分離されている。Ｘ方向にイオン引出し孔１７を挟んで並んでいる二つの引出し電極片３０が導体２２でそれぞれ電気的に導通されているのは前述したとおりであり、この二つは電気的には一つの電極片である。このことは図１４の例を参照すればより明らかである。
【００２９】
引出し電源４２は、この実施形態では、複数（引出し電極片３０と同数）あって各引出し電極片３０にそれぞれ接続されていて、各引出し電極片３０に印加する引出し電圧Ｖe をそれぞれ独立して制御することができる。それによって、プラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖd を、各引出し電極片３０ごとに独立して制御することができる。但し、複数の引出し電源４２は、必ずしも別個のものである必要はなく、それらを一つにまとめて、各引出し電極片３０に印加する引出し電圧Ｖe をそれぞれ独立して制御することのできる一つの引出し電源としても良い。
【００３０】
なお、このイオン注入装置は、上記のように引出し電極１３を複数の引出し電極片３０に分割し、各引出し電極片３０とプラズマ電極１２との間の電位差Ｖd を各引出し電極片３０ごとに独立して制御することができるようにしているので、上記電位差Ｖd および引出し電圧Ｖe は、各引出し電極片３０ごとに値が異なる場合がある。そこで、この電位差Ｖd 、引出し電圧Ｖe を各引出し電極片３０ごとに特に区別して説明する必要がある場合は、電位差Ｖdi、引出し電圧Ｖeiというように添字ｉを付すことにし、特に区別して説明する必要がない場合は添字ｉは付さない。ｉは１からｎの自然数である。ｎは、上述した引出し電極１３の分割数である。
【００３１】
この実施形態の引出し電極系１０の電位の一例を図５に示す。上記電位差Ｖd は、この実施形態では、各引出し電源４２から出力する引出し電圧Ｖe によってそのまま決定される。即ちＶd ＝Ｖe である。引出し電極１３の電位設定可能範囲Ｐs は、プラズマ電極１２の電位と抑制電極１４の電位との間である。即ち、引出し電極１３の電位は、接地電位より高く設定することも低く設定することも可能であるので、その電位設定可能範囲Ｐs は広い。
【００３２】
なお、上記引出し電源４２を引出し電極１３と接地電位部との間に接続して、引出し電極１３を正電位にすることは好ましくない。そのようにすると、イオンビーム８を引き出すときにイオンが引出し電極１３に当たると、引出し電源４２に逆電流が流れることになるからである。
【００３３】
引出し電極系１０から引き出されるイオンビーム８のエネルギーは、プラズマ電極１２と接地電極１５との電位差である加速電圧Ｖa で決まるため、各引出し電極片３０とプラズマ電極１２との間の電位差Ｖd が各引出し電極片３０ごとに異なっても、引き出されるイオンビーム８のエネルギーはどこも同じ（即ち均一）である。
【００３４】
再び図１を参照して、このイオン注入装置は、更に、イオンビーム８を受けて当該イオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビームモニタ５６を備えている。ビームモニタ５６は、この実施形態では、ターゲット５０にイオンビーム８を入射させてイオン注入を行う注入位置の近傍に設けられていて、当該注入位置に相当する位置におけるイオンビーム８のＹ方向のビーム電流密度分布を測定するものである。
【００３５】
ビームモニタ５６が図示例のように注入位置の下流側に設けられている場合は、測定時はターゲット５０および保持部５２を測定の邪魔にならない位置に移動させれば良い。ビームモニタ５６が注入位置の上流側に設けられている場合は、ターゲット５０へのイオン注入時には、ビームモニタ５６を注入の邪魔にならない位置に移動させれば良い。
【００３６】
ビームモニタ５６は、この例では、イオンビーム８のビーム電流密度を測定する多数の測定器（例えばファラデーカップ）をＹ方向に並設して成る多点ビームモニタであるが、一つまたは複数の測定器を移動機構によってＹ方向に移動させる構造のものでも良い。
【００３７】
このイオン注入装置は、更に、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて上記各引出し電源４２を制御して、各引出し電源４２から引き出す引出し電圧Ｖe をそれぞれ制御することによって、即ちプラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖd をそれぞれ制御することによって、ビームモニタ５６で計測するＹ方向のビーム電流密度分布を均一に近づける制御を行う機能を有している制御装置６０を備えている。この制御装置６０からの制御信号ラインはｎ本あり、制御装置６０からの制御信号は各引出し電源４２にそれぞれ与えられる（図４参照）。
【００３８】
イオン源２から引き出されるイオンビーム８のビーム電流密度は、プラズマ電極１２と引出し電極１３との間の電位差Ｖd に大きく依存している。より具体的には、上記ビーム電流密度は、公知のチャイルド・ラングミュアの式より、上記電位差Ｖd の３／２乗に比例する（このことは３／２乗の法則とも呼ばれる）。
【００３９】
従って、このイオン注入装置のように、イオン源２の引出し電極１３をＹ方向において複数の引出し電極片３０に分割しておき、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて制御装置６０によって、プラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖd をそれぞれ制御して、ビームモニタ５６で測定するビーム電流密度分布を均一に近づけることによって、イオン源２のプラズマ生成部４内におけるプラズマ密度分布が均一でない場合でも、イオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。より具体的には、ターゲット５０に対する注入位置付近でのイオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
【００４０】
制御装置６０が有している制御機能のより具体例を以下に説明する。
【００４１】
まず、ビームモニタ５６で測定するイオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布の一例を図６に示す。以下においては、ビームモニタ５６による測定領域を、各引出し電極片３０に対応しているＹ方向の複数の測定領域Ｍi に分けて考える。ｉ＝１からｎである（以下同様）。ｎは前述したように引出し電極１３の分割数である。例えば、図１、図６に示す例のように、七つの測定領域Ｍ1 〜Ｍ7 に分ける。
【００４２】
制御装置６０は、図６を参照して、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、各測定領域Ｍi ごとの平均電流密度Ｊi と所定の設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪi をそれぞれ求めて、当該電流密度差ΔＪi に応じて、当該電流密度差ΔＪi が全て所定の許容範囲ε内に入るように、引出し電源４２を制御してプラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖdiをそれぞれ制御する機能を有している。上記設定電流密度Ｊset および許容範囲εは、制御装置６０に設定される。許容範囲εは、例えば、設定電流密度Ｊset に対して±何％というような範囲のものである。
【００４３】
制御装置６０における上記制御内容をフローチャートで示すと図７に示すようになる。一番目の測定領域Ｍ1 から測定・制御を始めるとして、ｉ＝１とする（ステップ１００）。
【００４４】
次に、ｉ番目の測定領域Ｍi における電流密度差ΔＪi を次式に従って求める（ステップ１０１）。Ｊi は、ｉ番目の測定領域Ｍi における平均のビーム電流密度（平均電流密度）である。測定領域Ｍi 内の１点のビーム電流密度ではなく、当該測定領域Ｍi 内の複数点の平均のビーム電流密度を用いるのは、その方が、各引出し電極片３０との対応が取りやすいからである。
【００４５】
［数１］
ΔＪi ＝Ｊi −Ｊset 
【００４６】
次に、上記電流密度差ΔＪi が許容範囲ε内にあるか否かを判断する（ステップ１０２）。許容範囲ε内にあればステップ１０４に進み、許容範囲ε内になければステップ１０３に進む。
【００４７】
ステップ１０３では、電流密度差ΔＪi が許容範囲ε内に入る方向に、測定領域Ｍi に対応している引出し電極片３０に印加する引出し電圧Ｖeiを制御して、上記電位差Ｖdiを制御する。即ち、平均電流密度Ｊi が設定電流密度Ｊset よりも大きい場合は電位差Ｖdiを小さくし、平均電流密度Ｊi が設定電流密度Ｊset よりも小さい場合は電位差Ｖdiを大きくする制御を行う。より具体例を挙げると、制御前の電位差をＶdi、制御後の新たな電位差をＶdi′とすると、新たな電位差Ｖdi′を次式から求めてそれになるように制御する。次式は、前述したチャイルド・ラングミュアの式を応用したものである。後述する数４も同様である。
【００４８】
［数２］
Ｖdi′＝αＶdi（Ｊset ／Ｊi ）2/3 ＋β
【００４９】
αは、イオンビーム８中のイオン存在比に依存する補正係数である。βは、イオン源２からビームモニタ５６までの距離やレンズの有無等の、ビームラインの構造に依存する補正係数である。イオン源２の直近で測定する場合は、通常はα＝１、β＝０となる。後述する数４においても同様である。
【００５０】
ステップ１０３の後はステップ１０１に戻り、電流密度差ΔＪi が許容範囲ε内に入るまで、ステップ１０１〜１０３の制御を繰り返す。
【００５１】
ステップ１０４では、ｉがｎ（即ち最終番目）か否かを判断し、ｎでなければステップ１０５に進んでｉを１増やした後にステップ１０１に戻って、ｉがｎになるまで上記制御を繰り返す。
【００５２】
上記のような制御によって、全ての測定領域Ｍi の電流密度差ΔＪi を許容範囲ε内に入れることができる。即ち、全ての測定領域Ｍi の平均電流密度Ｊi を、設定電流密度Ｊset に対して許容範囲ε内に入れることができる。このようにして、イオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布を、設定電流密度Ｊset に近づけると共に許容範囲ε内に収めることができる。
【００５３】
制御装置６０を、（ａ）ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、全測定電流密度（即ち、ビームモニタ５６によって測定する全ての測定点の電流密度）の平均電流密度Ｊave と設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪave を求めて、当該電流密度差ΔＪave に応じて、当該電流密度差ΔＪave が許容範囲ε内に入るように、引出し電源４２を制御してプラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖd を一律に制御する粗調整を行う粗調整機能と、（ｂ）当該粗調整後に、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、各測定領域Ｍi ごとの平均電流密度Ｊi と設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪi をそれぞれ求めて、当該電流密度差ΔＪi に応じて、当該電流密度差ΔＪi が全て前記許容範囲ε内に入るように、引出し電源４２を制御してプラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖdiをそれぞれ制御する本調整機能とを有しているものにしても良い。
【００５４】
この場合の制御装置６０における制御内容をフローチャートで示すと図８に示すようになる。ステップ１１０〜１１２が粗調整、ステップ１１３〜１１８が本調整である。
【００５５】
粗調整では、まず、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、全測定電流密度の平均電流密度Ｊave と設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪave を次式に従って求める（ステップ１１０）。
【００５６】
［数３］
ΔＪave ＝Ｊave −Ｊset 
【００５７】
次に、上記電流密度差ΔＪave が許容範囲ε内にあるか否かを判断する（ステップ１１１）。許容範囲ε内にあれば本調整のステップ１１３に進み、許容範囲ε内になければステップ１１２に進む。
【００５８】
ステップ１１２では、電流密度差ΔＪave が許容範囲ε内に入る方向に、全ての引出し電極片３０に印加する引出し電圧Ｖe を一律に制御して、上記電位差Ｖd を一律に制御する。即ち、平均電流密度Ｊave が設定電流密度Ｊset よりも大きい場合は電位差Ｖd を一律に小さくし、平均電流密度Ｊave が設定電流密度Ｊset よりも小さい場合は電位差Ｖd を一律に大きくする制御を行う。より具体例を挙げると、一律制御前の電位差をＶd 、一律制御後の新たな電位差をＶd′とすると、新たな電位差Ｖd′を次式から求めてそれになるように制御する。
【００５９】
［数４］
Ｖd′＝αＶd（Ｊset ／Ｊave ）2/3 ＋β
【００６０】
ステップ１１２の後はステップ１１０に戻り、電流密度差ΔＪave が許容範囲ε内に入るまで、ステップ１１０〜１１２の制御を繰り返す。
【００６１】
本調整のステップ１１３〜１１８の制御内容は、それぞれ、図７に示したステップ１００〜１０５の制御内容と同じであるので、重複説明を省略する。
【００６２】
制御装置６０における制御機能を上記のように粗調整と本調整とに分けると、粗調整によってビーム電流密度分布全体を平均的に素早く設定電流密度Ｊset に近づけることができるので、本調整での制御が容易になり、その結果、イオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布を、より速やかに、設定電流密度Ｊset に近づけると共に許容範囲ε内に収めることができる。
【００６３】
制御装置６０を、（ａ）ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、上記複数の測定領域の内の任意の一つの測定領域Ｍr の平均電流密度Ｊr と設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪr を求めて、当該電流密度差ΔＪr に応じて、当該電流密度差ΔＪr が許容範囲ε内に入るように、引出し電源４２を制御してプラズマ電極１２と各引出し電極片３０との間の電位差Ｖd を一律に制御する粗調整を行う粗調整機能と、（ｂ）当該粗調整後に、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、上記複数の測定領域の内の残りの各測定領域Ｍi ごとの平均電流密度Ｊi と設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪi をそれぞれ求めて、当該電流密度差ΔＪi に応じて、当該電流密度差ΔＪi が全て許容範囲ε内に入るように、引出し電源４２を制御して前記残りの各測定領域Ｍi に対応する各引出し電極片３０とプラズマ電極１２との間の電位差Ｖdiをそれぞれ制御する本調整機能とを有しているものにしても良い。
【００６４】
この場合の制御装置６０における制御内容をフローチャートで示すと図９に示すようになる。ステップ１２０〜１２２が粗調整、ステップ１２３〜１２８が本調整である。
【００６５】
粗調整では、まず、ビームモニタ５６からの測定データＤＡに基づいて、複数の測定領域の内の任意の一つの測定領域Ｍr の平均電流密度Ｊr と設定電流密度Ｊset との電流密度差ΔＪr を次式に従って求める（ステップ１２０）。なお、図９では、一例として、上記任意の一つの測定領域Ｍr を、一番端の測定領域Ｍ1 とした場合、即ちｒ＝１の場合を示している。
【００６６】
［数５］
ΔＪr ＝Ｊr −Ｊset 
【００６７】
次に、上記電流密度差ΔＪr が許容範囲ε内にあるか否かを判断する（ステップ１２１）。許容範囲ε内にあれば本調整のステップ１２３に進み、許容範囲ε内になければステップ１２２に進む。
【００６８】
ステップ１２２では、電流密度差ΔＪr が許容範囲ε内に入る方向に、全ての引出し電極片３０に印加する引出し電圧Ｖe を一律に制御して、上記電位差Ｖd を一律に制御する。即ち、平均電流密度Ｊr が設定電流密度Ｊset よりも大きい場合は電位差Ｖd を一律に小さくし、平均電流密度Ｊr が設定電流密度Ｊset よりも小さい場合は電位差Ｖd を一律に大きくする制御を行う。より具体例を挙げると、一律制御前の電位差をＶd 、一律制御後の新たな電位差をＶd′とすると、新たな電位差Ｖd′を次式から求めてそれになるように制御する。
【００６９】
［数６］
Ｖd′＝αＶd（Ｊset ／Ｊr ）2/3 ＋β
【００７０】
ステップ１２２の後はステップ１１０に戻り、電流密度差ΔＪr が許容範囲ε内に入るまで、ステップ１２０〜１２２の制御を繰り返す。
【００７１】
本調整のステップ１２３〜１２８の制御内容は、それぞれ、図７に示したステップ１００〜１０５の制御内容とほぼ同じである。相違点を説明すると、ここでは、ｉの取り得る範囲は、１〜ｎの内の、代表とした上記ｒ以外の残り全てとする。例えば、ｒ＝１とした場合は、ｉは２〜ｎまでとする。
【００７２】
制御装置６０における制御機能を上記のような粗調整と本調整とに分けると、粗調整によってビーム電流密度分布全体を代表値（即ち測定領域Ｍi の平均電流密度Ｊr ）を用いて素早く設定電流密度Ｊset に近づけることができるので、本調整での制御が容易になり、その結果、イオンビーム８のＹ方向におけるビーム電流密度分布を、より速やかに、設定電流密度Ｊset に近づけると共に許容範囲ε内に収めることができる。しかも、本調整時は、粗調整時に用いた測定領域Ｍr 以外の測定領域についての制御を行えば良いので、そのぶん、制御内容が簡単になり、制御に要する時間を短縮することができる。
【００７３】
引出し電極系１０が上記抑制電極１４を有しておらず、上記引出し電極１３に抑制電極を兼ねさせている、即ち引出し電極１３が下流側からの逆流電子を抑制する働きもするようにしている例を図１０〜図１３に示す。このようにすると、引出し電極系１０を構成する電極が１枚少なくて済む。なお、図１０、図１２では、引出し電源４２は一つしか図示していないが、実際は、図４を参照して先に説明したとおりである。
【００７４】
図１０は、図１、図４に示した場合と同様に引出し電源４２を接続している例である。
【００７５】
この場合の引出し電極系１０の電位の一例を図１１に示す。上記電位差Ｖd は、この例でも、Ｖd ＝Ｖe である。但し、引出し電極１３の電位設定可能範囲Ｐs は、下流側からの逆流電子抑制のために負電位である必要があるために、図１、図５の場合よりも狭い。
【００７６】
図１２は、接地電位部と引出し電極１３（より具体的にはその各引出し電極片３０）との間に、引出し電極１３を負極側にして引出し電源４２を接続している例である。
【００７７】
この場合の引出し電極系１０の電位の一例を図１３に示す。上記電位差Ｖd は、この例では、Ｖd ＝Ｖa ＋Ｖe となる。引出し電極１３の電位設定可能範囲Ｐs は、図１０、図１１の場合と同じである。
【００７８】
ところで、ターゲット５０は、この実施形態では、前述したように、イオンビーム８の主面８ａと交差する方向に機械的に走査される。これをイオンビーム８の進行方向Ｚに平面的に見ると、例えば図１５に示すように、ターゲット５０はＸ方向に沿って走査される（矢印Ｃ参照）。引出し電極１３の各引出し電極片３０は、図４、図１４に示した例のようにＸ方向に沿って配置しておいても良いけれども、図１５に示す例のように、Ｘ方向に対して斜めに配置しておいても良い。
【００７９】
斜めに配置しておくと、仮に分割部３２の影響で分割部３２の下流においてビーム電流密度に乱れが生じたとしても、その乱れのパターンは、ターゲット５０上にそのまま転写されることはなく、ターゲット５０の機械的走査によってターゲット５０上では平均化される。換言すれば、緩和または薄められる。従って、ターゲット５０上では上記乱れの影響を小さく抑えることができる。その結果、ターゲット５０に対する注入均一性の乱れを小さく抑えることができる。イオン引出し孔１７が前述したスリット状の場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略側面図である。
【図２】図１に示すイオンビームを拡大して部分的に示す概略斜視図である。
【図３】図１に示す引出し電極系を拡大して示す概略斜視図であり、各電極の板厚は省略している。
【図４】図１に示す引出し電極、引出し電源および制御装置をより詳しく示す図である。
【図５】図１に示す引出し電極系の電位の一例を示す図である。
【図６】ビームモニタで測定されるビーム電流密度分布の一例を示す図である。
【図７】図１に示す制御装置における制御内容の一例を示すフローチャートである。
【図８】図１に示す制御装置における制御内容の他の例を示すフローチャートである。
【図９】図１に示す制御装置における制御内容の更に他の例を示すフローチャートである。
【図１０】引出し電極系周りの他の例を示す図である。
【図１１】図１０に示す引出し電極系の電位の一例を示す図である。
【図１２】引出し電極系周りの更に他の例を示す図である。
【図１３】図１２に示す引出し電極系の電位の一例を示す図である。
【図１４】引出し電極の他の例を示す正面図である。
【図１５】引出し電極の更に他の例をターゲットと共に示す正面図である。
【符号の説明】
【００８１】
２  イオン源
４  プラズマ生成部
６  プラズマ
８  イオンビーム
１０  引出し電極系
１２  プラズマ電極
１３  引出し電極
３０  引出し電極片
３２  分割部
４２  引出し電源
５０  ターゲット
５４  ターゲット駆動装置
５６  ビームモニタ
６０  制御装置
【図１】
2008305666.tif 000003
【図２】
2008305666.tif 000004
【図３】
2008305666.tif 000005
【図４】
2008305666.tif 000006
【図５】
2008305666.tif 000007
【図６】
2008305666.tif 000008
【図７】
2008305666.tif 000009
【図８】
2008305666.tif 000010
【図９】
2008305666.tif 000011
【図１０】
2008305666.tif 000012
【図１１】
2008305666.tif 000013
【図１２】
2008305666.tif 000014
【図１３】
2008305666.tif 000015
【図１４】
2008305666.tif 000016
【図１５】
2008305666.tif 000017