(57)【要約】【課題】  Ｘ方向に平行走査されるイオンビームのＸ方向のビーム幅を、更には発散角を、簡単にかつ精度良く測定する。【解決手段】  Ｘ方向において互いに離間して配置された二つのビーム計測器３６、３８を横切るようにイオンビーム４を走査して、各ビーム計測器３６、３８におけるビーム電流の流入開始時点Ｔa 、Ｔc 、流入終了時点Ｔb 、Ｔd をそれぞれ求め、これらの時点と、各ビーム計測器のビーム入射孔３７、３９のＸ方向の幅Ｗd1、Ｗd2と、両ビーム入射孔のＸ方向の中心間距離Ｌd とに基づいて、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを求める。また、このビーム幅Ｄを用いてイオンビーム４の適切な走査距離を設定し、その状態でのイオンビーム４のビーム幅を求める。また、当該ビーム幅をイオンビーム４の進行方向Ｚの前後２箇所で求めて、イオンビーム４の発散角を測定する。【選択図】  図４
2008257931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ方向に実質的に平行走査されるイオンビームを基板に照射する構成のイオン注入装置におけるイオンビームについての測定方法であって、
（ａ）イオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第１および第２のビーム計測器を用いて、
（ｂ）両ビーム計測器を横切るようにイオンビームを走査して、各ビーム計測器に流入するビーム電流の時間的変化をモニタすることにより、各ビーム計測器におけるビーム電流の流入開始時点および流入終了時点をそれぞれ求め、
（ｃ）これらの時点の内の少なくとも三つの時点と、各ビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の中心間距離とに基づいて、前記イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を求めることを特徴とするビーム幅測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のビーム幅測定方法に従って、前記第１および第２のビーム計測器を往復して横切るようにイオンビームを往復走査して、イオンビームのＸ方向の前記予備的なビーム幅をビーム走査の往路および復路の両方において求め、かつ当該求めた両方のビーム幅を相加平均したものを前記イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅とすることを特徴とするビーム幅測定方法。
【請求項３】
（ａ）イオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第３および第４のビーム計測器を用いて、両ビーム計測器を横切るようにイオンビームを走査して、各ビーム計測器に流入するビーム電流の時間的変化をモニタし、
（ｂ）請求項１または２記載のビーム幅測定方法に従って求めたイオンビームの前記予備的なビーム幅と、前記第３および第４のビーム計測器のそれぞれのビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のＸ方向の中心間距離とに基づいて、第３のビーム計測器にビーム電流が流入開始する位置でのイオンビームと、第４のビーム計測器においてビーム電流が流入終了する位置でのイオンビームとの間のＸ方向の距離である第１の走査距離を求め、
（ｃ）当該第１の走査距離よりも大きい第２の走査距離に前記イオンビームのＸ方向の走査距離を設定することを特徴とするビーム走査距離設定方法。
【請求項４】
前記第３のビーム計測器は前記第１のビーム計測器と同じものであり、前記第４のビーム計測器は前記第２のビーム計測器と同じものである請求項３記載のビーム走査距離設定方法。
【請求項５】
（ａ）請求項３または４記載のビーム走査距離設定方法に従って設定された前記第２の走査距離内に位置していてイオンビームを受けてそのビーム電流を計測する第５のビーム計測器を横切るようにイオンビームを所定の走査周期で、かつ前記第２の走査距離で走査して、
（ｂ）当該走査周期と第２の走査距離とから定まるイオンビームの走査速度と、第５のビーム計測器におけるビーム電流の流入開始時点と流入終了時点との間の時間差と、第５のビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の幅とに基づいて、第５のビーム計測器の位置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅を求めることを特徴とするビーム幅測定方法。
【請求項６】
前記第５のビーム計測器をＸ方向に複数個配置しておいて、請求項５記載のビーム幅測定方法に従って、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＸ方向の複数位置において測定することを特徴とするビーム幅測定方法。
【請求項７】
（ａ）前記第５のビーム計測器として、前記イオンビームの進行方向の前後２箇所に互いに離間して配置されていてイオンビームを受けてそのビーム電流を計測する前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いて、
（ｂ）互いにＸ方向に関して実質的に同じ位置において、請求項５記載のビーム幅測定方法に従って、前記前後２箇所でのイオンビームのＸ方向のビーム幅をそれぞれ求め、
（ｃ）かつ両ビーム幅の差と前記離間の距離とに基づいて、前記イオンビームのＸ方向の発散角を測定することを特徴とする発散角測定方法。
【請求項８】
前記前段ビーム計測器および後段ビーム計測器をそれぞれＸ方向に複数個ずつ配置しておいて、請求項７記載の発散角測定方法に従って、前記イオンビームのＸ方向の発散角をＸ方向の複数位置において測定することを特徴とする発散角測定方法。
【請求項９】
イオンビームをＸ方向に走査するビーム走査手段と、当該ビーム走査手段と協働してイオンビームをＸ方向に実質的に平行走査するビーム平行化手段とを備えていて、Ｘ方向に実質的に平行走査されるイオンビームを基板に照射する構成のイオン注入装置であって、
（ａ）イオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第１および第２のビーム計測器と、
（ｂ）前記ビーム走査手段を制御して、両ビーム計測器を横切るようにイオンビームを走査して、各ビーム計測器に流入するビーム電流の時間的変化をモニタすることにより、各ビーム計測器におけるビーム電流の流入開始時点および流入終了時点をそれぞれ求め、これらの時点の内の少なくとも三つの時点と、各ビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の中心間距離とに基づいて、前記イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を求める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１０】
前記制御装置は、前記ビーム走査手段を制御して、前記第１および第２のビーム計測器を往復して横切るようにイオンビームを往復走査して、イオンビームのＸ方向の前記予備的なビーム幅をビーム走査の往路および復路の両方において求め、かつ当該求めた両方のビーム幅を相加平均したものを前記イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅とする機能を更に有している請求項８記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
（ａ）イオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第３および第４のビーム計測器を備えており、
（ｂ）前記制御装置は、
（ｂ１）前記ビーム走査手段を制御して、前記第３および第４のビーム計測器を横切るようにイオンビームを走査して、イオンビームの前記予備的なビーム幅と、前記第３および第４のビーム計測器のそれぞれのビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のＸ方向の中心間距離とに基づいて、第３のビーム計測器にビーム電流が流入開始する位置でのイオンビームと、第４のビーム計測器においてビーム電流が流入終了する位置でのイオンビームとの間のＸ方向の距離である第１の走査距離を求める機能と、
（ｂ２）前記ビーム走査手段を制御して、前記第１の走査距離よりも大きい第２の走査距離に前記イオンビームのＸ方向の走査距離を設定する機能を更に有している請求項９または１１記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第３のビーム計測器は前記第１のビーム計測器と同じものであり、前記第４のビーム計測器は前記第２のビーム計測器と同じものである請求項１１記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
（ａ）前記第２の走査距離内に位置していてイオンビームを受けてそのビーム電流を計測する第５のビーム計測器を更に備えており、
（ｂ）前記制御装置は、前記ビーム走査手段を制御して、前記第５のビーム計測器を横切るようにイオンビームを所定の走査周期で、かつ前記第２の走査距離で走査して、当該走査周期と第２の走査距離とから定まるイオンビームの走査速度と、第５のビーム計測器におけるビーム電流の流入開始時点と流入終了時点との間の時間差と、第５のビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の幅とに基づいて、第５のビーム計測器の位置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅を求める機能を更に有している請求項１１または１２記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
（ａ）Ｘ方向に複数個配置された前記第５のビーム計測器を備えており、
（ｂ）前記制御装置は、当該複数個の第５のビーム計測器を用いて、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＸ方向の複数位置において測定する機能を更に有している請求項１３記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
（ａ）前記第５のビーム計測器として、前記イオンビームの進行方向の前後２箇所に互いに離間して配置されていてイオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向に関して互いに実質的に同じ位置に設けられた前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を備えており、
（ｂ）前記制御装置は、当該前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いて、前記前後２箇所でのイオンビームのＸ方向のビーム幅をそれぞれ求め、かつ両ビーム幅の差と前記離間の距離とに基づいて、前記イオンビームのＸ方向の発散角を測定する機能を更に有している請求項１３記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
（ａ）Ｘ方向に複数個ずつ配置された前記前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を備えており、
（ｂ）前記制御装置は、これらの前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いて、前記イオンビームのＸ方向の発散角をＸ方向の複数位置において測定する機能を更に有している請求項１５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、Ｘ方向（例えば水平方向。以下同様）に実質的に平行走査されるイオンビームを基板（例えば半導体基板。以下同様）に照射する構成のイオン注入装置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅の測定方法、発散角の測定方法、ビーム走査距離の設定方法、および、これらの方法を実施することができるイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｘ方向に平行走査されるイオンビームの進行方向の相対的に上流側および下流側に設けられた二つの多点ビームモニタを用いて、イオンビームの平行度を測定する平行度測定方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２９６９７８８号公報（第８欄、第１図、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の平行度測定方法は、イオンビームの重心を上流側および下流側において測定することによって、イオンビームのＸ方向（走査方向）における重心の軌道を測定する方法であって、イオンビームの寸法（ビーム幅）や発散角を測定する方法については、特許文献１には記載されていない。
【０００５】
なお、イオンビームと言う場合、一般的に、（ａ）走査の元になる断面の相対的に小さいイオンビームを指す場合と、（ｂ）走査されて広がって断面の相対的に大きいイオンビーム全体を指す場合の両方があるが、この明細書においてビーム幅、発散角等に着目しているのは、前者（ａ）のイオンビームについてのものである。このイオンビームを、後者（ｂ）のイオンビームと区別するために、スポット状のイオンビームと呼んでいる文献もある。
【０００６】
イオンビームは、その空間電荷効果によって発散する性質を有している。これは、イオンビームが大電流かつ低エネルギーになるほど大きくなる。このイオンビームのビーム幅および発散角にはＸ方向のものとＹ方向（Ｘ方向と実質的に直交する方向。例えば垂直方向。以下同様）のものとがあるけれども、この明細書ではＸ方向のものに着目している。
【０００７】
このイオンビームのＸ方向のビーム幅やＸ方向の発散角が、基板に対するイオン注入特性等に影響することが最近分かってきた。特に、基板が大型化すると共に、その表面に形成されるデバイス（例えば半導体デバイス。以下同様）が微細化するほど、影響が大きくなる。
【０００８】
例えば、イオンビームをＸ方向に平行走査することと、基板をＹ方向に沿って機械的に走査することとを併用して、基板の全面にイオン注入を行う場合、どのようなビーム幅のイオンビームを用いるかによって、基板全面のイオンビームによる言わば塗りつぶし方に影響するので、上記ビーム幅が注入均一性に影響する。この影響は、基板が大型化するほど大きくなる。
【０００９】
また、イオンビームの発散角が大きいと、基板の表面に形成されるデバイス上に、イオンビームが入射しない陰の部分が生じるので、デバイスの特性を悪化させる。デバイスが微細化するほど、この発散角による陰発生の問題は深刻になる。
【００１０】
上記課題に対処するためには、まずは、イオンビームのＸ方向のビーム幅および発散角を知る必要がある。
【００１１】
その一方法として、イオンビームの上記ビーム幅および発散角を、シミュレーションによって求めることが考えられるけれども、現実には、イオンビームの空間電荷効果を精度良く評価できる実用的な計算モデルは無いので、特に低エネルギー大電流のイオンビームについては正しいシミュレーションは困難であるので、精度の良いシミュレーション結果を得ることは困難である、という課題がある。
【００１２】
そこでこの発明は、Ｘ方向に実質的に平行走査されるイオンビームのＸ方向のビーム幅を、簡単にかつ精度良く測定することができるビーム幅測定方法およびイオン注入装置を提供することを一つの目的としている。
【００１３】
また、同イオンビームのＸ方向の走査距離を、ビーム幅に応じて、適切なものに設定することができるビーム走査距離設定方法およびイオン注入装置を提供することを他の目的としている。
【００１４】
また、同イオンビームのＸ方向の発散角を、簡単にかつ精度良く測定することができる発散角測定方法およびイオン注入装置を提供することを更に他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係る第１のビーム幅測定方法は、Ｘ方向に実質的に平行走査されるイオンビームを基板に照射する構成のイオン注入装置におけるイオンビームについての測定方法であって、（ａ）イオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第１および第２のビーム計測器を用いて、（ｂ）両ビーム計測器を横切るようにイオンビームを走査して、各ビーム計測器に流入するビーム電流の時間的変化をモニタすることにより、各ビーム計測器におけるビーム電流の流入開始時点および流入終了時点をそれぞれ求め、（ｃ）これらの時点の内の少なくとも三つの時点と、各ビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の中心間距離とに基づいて、前記イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を求めることを特徴としている。
【００１６】
この第１のビーム幅測定方法によれば、イオンビームの走査と第１および第２のビーム計測器とを用いることによって、イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を、簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００１７】
前記第１のビーム幅測定方法に従って、前記予備的なビーム幅をビーム走査の往路および復路の両方において求め、かつ当該求めた両方のビーム幅を相加平均して前記イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅としても良い（この場合を第２のビーム幅測定方法と呼ぶ）。
【００１８】
この発明に係る第１のビーム走査距離設定方法は、（ａ）イオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第３および第４のビーム計測器を用いて、両ビーム計測器を横切るようにイオンビームを走査して、各ビーム計測器に流入するビーム電流の時間的変化をモニタし、（ｂ）前記第１または第２のビーム幅測定方法に従って求めたイオンビームの前記予備的なビーム幅と、前記第３および第４のビーム計測器のそれぞれのビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のＸ方向の中心間距離とに基づいて、第３のビーム計測器にビーム電流が流入開始する位置でのイオンビームと、第４のビーム計測器においてビーム電流が流入終了する位置でのイオンビームとの間のＸ方向の距離である第１の走査距離を求め、（ｃ）当該第１の走査距離よりも大きい第２の走査距離に前記イオンビームのＸ方向の走査距離を設定することを特徴としている。
【００１９】
この第１のビーム走査距離設定方法によれば、イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を用いて求めた第１の走査距離に基づいて、それよりも大きい第２の走査距離にイオンビームのＸ方向の走査距離を設定するので、イオンビームのＸ方向の走査距離を、最適な走査距離に設定することが容易になる。
【００２０】
前記第３のビーム計測器は前記第１のビーム計測器と、前記第４のビーム計測器は前記第２のビーム計測器と、それぞれ同じものであっても良い（この場合を第２のビーム走査距離設定方法と呼ぶ）。
【００２１】
この発明に係る第３のビーム幅測定方法は、（ａ）前記第１または第２のビーム走査距離設定方法に従って設定された前記第２の走査距離内に位置していてイオンビームを受けてそのビーム電流を計測する第５のビーム計測器を横切るようにイオンビームを所定の走査周期で、かつ前記第２の走査距離で走査して、（ｂ）当該走査周期と第２の走査距離とから定まるイオンビームの走査速度と、第５のビーム計測器におけるビーム電流の流入開始時点と流入終了時点との間の時間差と、第５のビーム計測器のビーム入射孔のＸ方向の幅とに基づいて、第５のビーム計測器の位置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅を求めることを特徴としている。
【００２２】
この第３のビーム幅測定方法によれば、イオンビームの走査周期と第２の走査距離とから定まるイオンビームの走査速度を用いることによって、イオンビームの第２の走査距離内の所望位置の第５のビーム計測器の位置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅を簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００２３】
前記第５のビーム計測器をＸ方向に複数個配置しておいて、前記第３のビーム幅測定方法に従って、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＸ方向の複数位置において測定しても良い。
【００２４】
この発明に係る第１の発散角測定方法は、（ａ）前記第５のビーム計測器として、前記イオンビームの進行方向の前後２箇所に互いに離間して配置されていてイオンビームを受けてそのビーム電流を計測する前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いて、（ｂ）互いにＸ方向に関して実質的に同じ位置において、前記第３のビーム幅測定方法に従って、前記前後２箇所でのイオンビームのＸ方向のビーム幅をそれぞれ求め、（ｃ）かつ両ビーム幅の差と前記離間の距離とに基づいて、前記イオンビームのＸ方向の発散角を測定することを特徴としている。
【００２５】
この第１の発散角測定方法によれば、イオンビームの進行方向の２箇所で、しかもＸ方向に関して実質的に同じ位置において、イオンビームのＸ方向のビーム幅を求め、それらを用いて発散角を求めるので、第２の走査距離内の所定位置におけるイオンビームのＸ方向の発散角を簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００２６】
前記前段ビーム計測器および後段ビーム計測器をそれぞれＸ方向に複数個ずつ配置しておいて、前記第１の発散角測定方法に従って、前記イオンビームのＸ方向の発散角をＸ方向の複数位置において測定しても良い。
【００２７】
この発明に係るイオン注入装置は、イオンビームをＸ方向に走査するビーム走査手段と、当該ビーム走査手段と協働してイオンビームをＸ方向に実質的に平行走査するビーム平行化手段とを備えていて、Ｘ方向に実質的に平行走査されるイオンビームを基板に照射する構成のイオン注入装置であって、上記各方法で用いているものに相当するビーム計測器と、上記各方法の内容に相当する演算制御を行う機能を有している制御装置とを備えている。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１、９に記載の発明によれば、イオンビームの走査と第１および第２のビーム計測器とを用いることによって、イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を、簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００２９】
請求項２、１０に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、予備的なビーム幅を走査の往路および復路の両方において求め、かつ求めた両方のビーム幅を相加平均してイオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅とするので、当該ビーム幅の測定精度をより高めることができる。
【００３０】
請求項３、１１に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を用いて求めた第１の走査距離に基づいて、それよりも大きい第２の走査距離にイオンビームのＸ方向の走査距離を設定するので、イオンビームのＸ方向の走査距離を、最適な走査距離に設定することが容易になる。
【００３１】
請求項４、１２に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームのＸ方向の予備的なビーム幅を求めるときと同じビーム計測器を用いて第１の走査距離を求めることができるので、第１の走査距離を求めるときと同じ位置で測定した予備的なビーム幅を用いることができる。従って、第１の走査距離をより正確に求めることができ、ひいては第２の走査距離をより正確に設定することができる。しかも、測定に必要なビーム計測器の数を減らすことができる。
【００３２】
請求項５、１３に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームの走査周期と第２の走査距離とから定まるイオンビームの走査速度を用いることによって、イオンビームの第２の走査距離内の所望位置の第５のビーム計測器の位置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅を簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００３３】
請求項６、１４に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＸ方向の複数位置において測定することができる。従って例えば、ビーム幅のＸ方向における分布を測定することができる。
【００３４】
請求項７、１５に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームの進行方向の２箇所で、しかもＸ方向に関して実質的に同じ位置において、イオンビームのＸ方向のビーム幅を求め、それらを用いて発散角を求めるので、第２の走査距離内の所定位置におけるイオンビームのＸ方向の発散角を簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００３５】
請求項８、１６に記載の発明によれば、次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビームのＸ方向の発散角をＸ方向の複数位置において測定することができる。従って例えば、発散角のＸ方向における分布を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（１）イオン注入装置全体の構成
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平面図である。この明細書および図面においては、イオンビーム４の設計上の進行方向を常にＺ方向としており、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方向が前記Ｘ方向およびＹ方向である。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。「設計上の進行方向」というのは、換言すれば、所定の進行方向、即ち本来進むべき進行方向のことである。
【００３７】
このイオン注入装置は、イオンビーム４を射出する（引き出す）イオン源２と、このイオン源２からのイオンビームが入射され当該イオンビーム４から所望質量のイオンビーム４を分離して取り出す質量分離器６と、この質量分離器６からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４を加速または減速する加減速器８と、この加減速器８からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４から所望エネルギーのイオンビーム４を分離して取り出すエネルギー分離器１０と、このエネルギー分離器１０からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４をＸ方向に走査するビーム走査器１２と、このビーム走査器１２からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４を曲げてビーム走査器１２と協働してイオンビーム４をＸ方向に平行走査するビーム平行化器１４と、このビーム平行化器１４からのイオンビーム４の照射領域内で基板１６をＹ方向に沿う方向に機械的に往復走査（往復駆動）する基板駆動装置２０とを備えている。
【００３８】
質量分離器６は、例えば、磁界によってイオンビーム４の質量分離を行う質量分離電磁石である。加減速器８は、例えば、複数枚の電極を有していて静電界によってイオンビーム４の加減速を行う加減速管である。エネルギー分離器１０は、例えば、磁界によってイオンビーム４のエネルギー分離を行うエネルギー分離電磁石である。ビーム走査器１２は、例えば、磁界によってイオンビーム４の走査を行う走査電磁石である。ビーム平行化器１４は、例えば、磁界によってイオンビーム４の平行化を行うビーム平行化電磁石である。基板駆動装置２０は、基板１６を保持するホルダ１８を有している。
【００３９】
ビーム走査器１２およびそれにビーム走査用の電力を供給する走査電源１３が前記ビーム走査手段を構成しており、ビーム平行化器１４が前記ビーム平行化手段を構成している。
【００４０】
上記構成によって、所望の質量および所望のエネルギーのイオンビーム４をＸ方向に平行走査しながら基板１６に照射すると共に、このイオンビーム４に対して基板１６をＹ方向に沿う方向に機械的に往復走査して、基板１６の全面にイオンビーム４を照射してイオン注入を行うことができる。このように、イオンビーム４の電気的または磁気的な走査と基板１６の機械的な走査とを併用する方式は、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる。
【００４１】
イオンビーム４の断面形状は、図４、図５等では一例として円形で図示しているが、それに限られるものではない。例えば、長円形、楕円形、四角形等でも良い。イオンビーム４は、図２、図３では図示の簡略化のために太線で示しているけれども、実際は上記のような断面形状をしている。
【００４２】
図２、図３に示すように、基板１６の近傍におけるイオンビーム４の進行方向Ｚの相対的に上流側および下流側に、より具体的にはこの例では、基板１６の位置を挟んだ上流側および下流側に、互いに距離（離間の距離）Ｌを隔てて、前段ファラデー装置３０および後段ビームモニタ５０が設けられている。但し、前段ファラデー装置３０および後段ビームモニタ５０は、必ずしもこの例のように基板１６を挟んでいなくても良い。
【００４３】
前段ファラデー装置３０は、この例では、イオンビーム４を基板１６に入射させるときにイオンビーム４を通過させる開口３３およびイオンビーム４を後段ビームモニタ５０に入射させるときにイオンビーム４を通過させる開口３４を有するマスク板３２と、イオンビーム４を受けてそのビーム電流をそれぞれ計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第１のビーム計測器３６および第２のビーム計測器３８と、Ｘ方向に所定の間隔で並設されていてイオンビーム４を受けてそのビーム電流をそれぞれ計測する複数ｍ個のビーム計測器４２を有する前段ビームモニタ４０とを備えている。
【００４４】
ビーム計測器３６および３８は、この実施形態では、開口３３のＸ方向の両外側近傍に設けられている。開口３３およびビーム計測器３６、３８と、開口３４と、前段ビームモニタ４０とは、Ｙ方向に３段に配置されている。
【００４５】
ビーム計測器３６および３８は、Ｚ方向に関して互いに実質的に同じ位置に配置されている。その位置（例えば入口の位置）をＺf とする。前段ビームモニタ４０を構成する各ビーム計測器４２も、Ｚ方向に関してそれぞれ同じ位置に配置されている。その位置（例えば入口の位置）は、この例ではビーム計測器３６および３８と同じ位置Ｚf である。
【００４６】
後段ビームモニタ５０は、Ｘ方向に所定の間隔で並設されていてイオンビーム４を受けてそのビーム電流をそれぞれ計測する複数ｎ個のビーム計測器５２を有している。各ビーム計測器５２は、Ｚ方向に関してそれぞれ同じ位置に配置されている。その位置（例えば入口の位置）をＺb とする。この位置Ｚb と前記位置Ｚf 間のＺ方向における距離が、前記離間の距離Ｌである。
【００４７】
上記ｍ、ｎは、それぞれ、２以上の整数である。例えば、１０〜２０程度である。
【００４８】
各ビーム計測器３６、３８、４２、５２は、実際はイオンビーム進行方向Ｚに奥行を有しているが（例えば図７参照）、図２、図３では図示の簡略化のために奥行を省略している。各ビーム計測器３６、３８、４２、５２は、イオンビーム４を受け入れるビーム入射孔３７、３９、４３、５３をそれぞれ有している（図４、図５も参照）。各ビーム計測器３６、３８、４２、５２は、例えばファラデーカップである。
【００４９】
前段ファラデー装置３０は、前段ファラデー駆動装置２６によって、軸２８を介して、矢印Ａに示すようにＹ方向に少なくとも３段階に昇降させられる。例えば、前段ビームモニタ４０にイオンビーム４を入射させて測定を行うときは、図２に示すように、前段ファラデー装置３０は上部位置に位置させられる。後段ビームモニタ５０にイオンビーム４を入射させて測定を行うときは、図３に示すように、前段ファラデー装置３０は中間位置に位置させられる。なお、後段ビームモニタ５０にイオンビーム４を入射させるときは、基板１６は基板駆動装置２０によってイオンビーム４の経路外へ退避させておく。基板１６にイオンビーム４を入射させてイオン注入を行うとき、および、ビーム計測器３６、３８にイオンビーム４を入射させて測定を行うときは、前段ファラデー装置３０は図３よりも更に下の下部位置に位置させられる。
【００５０】
このイオン注入装置は、更に、制御装置６０を備えている。この制御装置６０には、ビーム計測器３６、３８でそれぞれ計測したビーム電流情報、前段ビームモニタ４０を構成する各ビーム計測器４２でそれぞれ計測したｍ個のビーム電流情報、後段ビームモニタ５０を構成する各ビーム計測器５２でそれぞれ計測したｎ個のビーム電流情報等が取り込まれる。この制御装置６０は、（ａ）上記基板駆動装置２０を制御して基板１６を上記のように機械的に駆動する制御を行う機能、（ｂ）上記前段ファラデー駆動装置２６を制御して前段ファラデー装置３０を上記のように３段階に昇降させる制御を行う機能、（ｃ）更には、後述する各種の演算や制御を行う機能を有している。
【００５１】
（２）イオンビームの予備的なビーム幅Ｄの測定
次に、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを求めるビーム幅測定方法およびイオン注入装置について説明する。「予備的な」と言っているのは、ここで予め求めたビーム幅Ｄを、後述するイオンビーム４の走査距離Ｌb1、Ｌb2、ビーム幅Ｗb を求めたり設定したりすること等に用いることができるからである。
【００５２】
この測定には、例えば、上記第１および第２のビーム計測器３６および３８を用いる。図４を参照して、上記ビーム計測器３６、３８のビーム入射孔３７、３９のＸ方向の幅をそれぞれＷd1、Ｗd2、Ｘ方向の中心間距離をＬd とする。
【００５３】
両ビーム計測器３６、３８を横切るようにイオンビーム４を走査する。この場合、イオンビーム４は、両ビーム計測器３６、３８のビーム入射孔３７、３９を確実に通り過ぎるように走査するものとする。
【００５４】
また、この実施形態では、測定時のイオンビーム４を次のように取り扱っている。これは、実際のイオン注入装置におけるものに近いものであり、合理的なものである。即ち、（ａ）イオンビーム４の走査速度は、場所に依らずに実質的に一定とする。「実質的に一定」というのは、完全に一定ではなくても、若干の（例えば数％程度の）速度のばらつきは許容する意味である。但し、この走査速度の具体的な値は、この段階では分かる必要はない。（ｂ）イオンビーム４のＸ方向のビーム幅は、仮にＸ方向の位置によって変化することがあるとしても、急激には変化しないものと考える。即ち、近接する位置でのビーム幅は一定とみなすことができる。そこでここでは、ビーム入射孔３７付近でのビーム幅をＤ1 、ビーム入射孔３９付近でのビーム幅をＤ2 としている。
【００５５】
イオンビーム４の上記実質的に一定の走査速度は、例えば、（ａ）上記ビーム走査器１２に走査電源１３から周期および振幅が一定の三角波（これを基本三角波と呼ぶ）の走査電流または走査電圧を供給することによって実現することができる。また、（ｂ）上記特許文献１に記載の方法に従って、基本三角波を波形整形した後の波形の走査電流または走査電圧を走査電源１３からビーム走査器１２に供給することによっても実現することができる。後者（ｂ）の方が、より一定の走査速度を実現することができる。上記（ａ）の基本三角波を用いる場合は、場合によっては上記（ｂ）の走査波形を用いる場合に比べて測定誤差が若干（例えば数％程度）大きくなる可能性がある。従ってより正確な測定を行うためには、上記（ｂ）の走査波形を用いても良い。
【００５６】
そして、上記のように両ビーム計測器３６、３８を横切るようにイオンビーム４を実質的に一定の走査速度で走査して、各ビーム計測器３６、３８に流入するビーム電流の時間的変化をモニタすることにより、各ビーム計測器３６、３８におけるビーム電流の流入開始時点および流入終了時点をそれぞれ求め、これらの時点の内の少なくとも三つの時点と、各ビーム計測器３６、３８のビーム入射孔３７、３９のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のビーム入射孔３７、３９のＸ方向の中心間距離とに基づいて、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅を求める。
【００５７】
より具体例を挙げると、両ビーム計測器３６、３８を横切るようにイオンビーム４を走査して、ビーム走査の片道において、例えば図４Ｂに示す往路において、初めにイオンビーム４が横切る方のビーム計測器３６にビーム電流が流入し始める流入開始時点Ｔa 、流入し終わる流入終了時点Ｔb 、次にイオンビーム４が横切る方のビーム計測器３８にビーム電流が流入し始める流入開始時点Ｔc および流入し終わる流入終了時点Ｔd を測定する。
【００５８】
流入開始時点Ｔa 、Ｔc は、例えば、流入するビーム電流が０を超えた時点でも良いけれども、ノイズの影響を避けるためには、所定のしきい値を超えた時点にしても良い。例えば、流入するビーム電流のピーク値の数％をしきい値とする。あるいは、複数のしきい値を場合に応じて切り換えるようにしても良い。
【００５９】
流入終了時点Ｔb 、Ｔd も、例えば、流入するビーム電流が０になった時点でも良いけれども、ノイズの影響を避けるためには、所定のしきい値を下回った時点にしても良い。例えば、流入するビーム電流のピーク値の数％をしきい値とする。あるいは、複数のしきい値を場合に応じて切り換えるようにしても良い。
【００６０】
後述する時点Ｔe 、Ｔf （図５参照）の測定についても、上記と同様である。
【００６１】
前述したように、イオンビーム４の走査速度は実質的に一定であるので、それをｖとすると、次式が成立する。
【００６２】
［数１］
ｖ＝（Ｌd ＋Ｗd1／２＋Ｗd2／２＋Ｄ1 ／２＋Ｄ2 ／２）／（Ｔd −Ｔa ）＝（Ｌd −Ｗd1／２−Ｗd2／２−Ｄ1 ／２−Ｄ2 ／２）／（Ｔc −Ｔb ）
【００６３】
ここで、式を簡単にするために、次式とおく。このＤは、Ｄ1 とＤ2 の平均（相加平均。以下同様）のビーム幅を、Ｗd はＷd1とＷd2の平均の幅を、それぞれ表している。また実際に、ビーム入射孔３７の幅Ｗd1とビーム入射孔３９の幅Ｗd2とを、互いに等しい幅Ｗd としても良い。以下に述べる他の測定方法等においても同様である。
【００６４】
［数２］
Ｄ＝（Ｄ1 ＋Ｄ2 ）／２
Ｗd ＝（Ｗd1＋Ｗd2）／２
【００６５】
これを数１に代入すると、次式が得られる。
【００６６】
［数３］
ｖ＝（Ｌd ＋Ｗd ＋Ｄ）／（Ｔd −Ｔa ）＝（Ｌd −Ｗd −Ｄ）／（Ｔc −Ｔb ）
【００６７】
これをビーム幅Ｄについて整理すると次式となるので、次式（またはそれと数学的に等価の式。他の式についても同様）に基づいて、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを求める。
【００６８】
［数４］
Ｄ＝Ｌd ｛（Ｔd −Ｔc ＋Ｔb −Ｔa ）／（Ｔd ＋Ｔc −Ｔb −Ｔa ）｝−Ｗd 
【００６９】
上記数１〜数４によるビーム幅Ｄの求め方は、四つの時点Ｔa 、Ｔb 、Ｔc 、Ｔd に着目して、時点Ｔd とＴa 間における走査速度と、時点Ｔc とＴb 間における走査速度とが互いに等しいとした場合の例であるが、それ以外の方法によってビーム幅Ｄを求めても良い。
【００７０】
例えば、三つの時点Ｔa 、Ｔc 、Ｔd に着目して、時点Ｔc とＴa 間の走査速度と、時点Ｔd とＴa 間の走査速度とが互いに等しいとして、ビーム幅Ｄを求めても良い。この場合、式を簡単にするために、上記数２に示したような、ビーム入射孔３７および３９の平均の幅Ｗd と、イオンビーム４の平均のビーム幅Ｄを用いると、次式からビーム幅Ｄを求めることができる。同様の考えで、他の三つの時点に着目してビーム幅Ｄを求めても良い。
【００７１】
［数５］
Ｄ＝Ｌd （Ｔd −Ｔa ）／（Ｔc −Ｔa ）−Ｌd −Ｗd 
【００７２】
このビーム幅測定方法によれば、イオンビーム４の走査と第１および第２のビーム計測器３６、３８とを用いることによって、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを、簡単にかつ精度良く測定することができる。
【００７３】
制御装置６０（図２参照）は、この実施形態では、上記ビーム幅測定方法の内容に相当する演算制御を行う機能を有している。即ち、制御装置６０は、ビーム走査手段を構成する走査電源１３（図１参照）を制御して、ビーム計測器３６、３８を横切るようにイオンビーム４を実質的に一定の走査速度で走査して、各ビーム計測器３６、３８に流入するビーム電流の時間的変化をモニタすることにより、各ビーム計測器３６、３８におけるビーム電流の流入開始時点および流入終了時点をそれぞれ求め、これらの時点の内の少なくとも三つの時点と、各ビーム計測器のビーム入射孔３７、３９のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のビーム入射孔３７、３９のＸ方向の中心間距離とに基づいて、上記イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを求める機能を有している。
【００７４】
この場合、ビーム電流以外の必要な情報は、例えば上記幅Ｗd1、Ｗd2、中心間距離Ｌd は、制御装置６０に与えて（例えば設定して。以下同様）、制御装置６０内に記憶しておけば良い（後述する他の実施形態においても同様）。
【００７５】
従って、このような制御装置６０を備えているこの実施形態のイオン注入装置によれば、上記ビーム幅測定方法と同様の効果を奏することができると共に、測定の省力化を図ることができる。
【００７６】
なお、ビーム走査の復路においても、往路の場合と同様にして、上記数４、数５等に基づいて、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを求めることができる。
【００７７】
従って、ビーム計測器３６および３８を往復して横切るようにイオンビーム４を往復走査して、ビーム幅Ｄをビーム走査の往路および復路の両方において求めても良い。往路における上記時点Ｔa 〜Ｔd をＴ1 〜Ｔ4 、ビーム幅をＤa とし、復路における上記時点Ｔa 〜Ｔd をＴ5 〜Ｔ8 、ビーム幅をＤb とすると、例えば上記数４から、両ビーム幅Ｄa 、Ｄb は次式で表すことができるので、それを求める。
【００７８】
［数６］
Ｄa ＝Ｌd ｛（Ｔ4 −Ｔ3 ＋Ｔ2 −Ｔ1 ）／（Ｔ4 ＋Ｔ3 −Ｔ2 −Ｔ1 ）｝−Ｗd 
【００７９】
［数７］
Ｄb ＝Ｌd ｛（Ｔ8 −Ｔ7 ＋Ｔ6 −Ｔ5 ）／（Ｔ8 ＋Ｔ7 −Ｔ6 −Ｔ5 ）｝−Ｗd 
【００８０】
そして、両ビーム幅Ｄa 、Ｄb を次式のように平均して、イオンビーム４の予備的なビーム幅Ｄとしても良い。
【００８１】
［数８］
Ｄ＝（Ｄa ＋Ｄb ）／２
【００８２】
このビーム幅測定方法は、予備的なビーム幅を走査の往路および復路の両方において求め、かつ求めた両方のビーム幅を平均してイオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄとするので、当該ビーム幅Ｄの測定精度をより高めることができる。
【００８３】
制御装置６０は、この実施形態では、このビーム幅測定方法の内容に相当する演算制御を行う機能を更に有している。即ち、制御装置６０は、走査電源１３を制御して、ビーム計測器３６、３８を往復して横切るようにイオンビーム４を往復走査して、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅をビーム走査の往路および復路の両方において求め、かつ当該求めた両方のビーム幅を平均したものをイオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄとする機能を更に有している。
【００８４】
従って、このような制御装置６０を備えているこの実施形態のイオン注入装置によれば、上記ビーム幅測定方法と同様の効果を奏することができると共に、測定の省力化を図ることができる。
【００８５】
なお、上記第１および第２のビーム計測器３６、３８は、図１１に示す例のように、上記ビーム入射孔３７、３９を有するマスク板４６と、その後方（イオンビーム４の進行方向Ｚ側）近傍に設けられた共通のビーム計測器４８とで構成しても良い。この場合、一方のビーム入射孔３７とその後方部のビーム計測器４８とが第１のビーム計測器３６を構成しており、他方のビーム入射孔３９とその後方部のビーム計測器４８とが第２のビーム計測器３８を構成しているとみることができる。ビーム計測器４８は、例えばファラデーカップである。マスク板４６は上記マスク板３２と同じものでも良い。このような構成によっても、図４に示したのと同様のビーム電流波形を計測することができる。
【００８６】
後述する第３および第４のビーム計測器、前段ビームモニタ４０を構成する複数のビーム計測器４２、後段ビームモニタ５０を構成する複数のビーム計測器５２も、上記のような構成を採用しても良い。
【００８７】
また、上記第１および第２のビーム計測器３６、３８として、例えば、上記前段ビームモニタ４０を構成する複数のビーム計測器４２の内の二つを用いても良い。
【００８８】
（３）イオンビームの第２の走査距離Ｌb2の設定
イオンビーム４の上記ビーム幅Ｄが分かると、それに基づいて、当該ビーム幅Ｄに依存しているイオンビーム４のＸ方向の第１の走査距離（図４中の走査距離Ｌb1参照）を求めることができ、更に当該第１の走査距離に基づいて、イオンビーム４のＸ方向の第２の走査距離（図５、図１０中の走査距離Ｌb2参照）を設定することができる。それを行うビーム走査距離設定方法およびイオン注入装置について以下に説明する。
【００８９】
この場合は、（ａ）イオンビーム４を受けてそのビーム電流を計測するものであってＸ方向において互いに離間して配置された第３および第４のビーム計測器を用いて、両ビーム計測器を横切るようにイオンビーム４を実質的に一定の走査速度で走査して、各ビーム計測器に流入するビーム電流の時間的変化をモニタし、（ｂ）上記ビーム幅測定方法に従って求めたイオンビームの予備的なビーム幅Ｄと、上記第３および第４のビーム計測器のそれぞれのビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器のＸ方向の中心間距離とに基づいて、第３のビーム計測器にビーム電流が流入開始する位置でのイオンビームと、第４のビーム計測器においてビーム電流が流入終了する位置でのイオンビームとの間のＸ方向の距離である第１の走査距離を求め、（ｃ）当該第１の走査距離よりも大きい第２の走査距離にイオンビーム４のＸ方向の走査距離を設定する。
【００９０】
この第３のビーム計測器は上記第１のビーム計測器３６と、第４のビーム計測器は上記第２のビーム計測器３８と、それぞれ別のものであっても良いし、それぞれ同じものであっても良い。同じものである場合の例を主体にして、ビーム走査距離設定方法のより具体例を以下に説明する。
【００９１】
図４を参照して、まず、上記走査幅設定方法の場合と同様にイオンビーム４を実質的に一定の走査速度で走査して、上記ビーム幅Ｄと、ビーム計測器３６、３８のビーム入射孔３７、３９の幅Ｗd1、Ｗd2と、両ビーム計測器３６、３８（より具体的にはそのビーム入射孔３７、３９）のＸ方向の中心間距離Ｌd とに基づいて、ビーム計測器３６にビーム電流が流入開始する位置（即ち流入開始時点Ｔa ）でのイオンビーム４と、ビーム計測器３８においてビーム電流が流入終了する位置（即ち流入終了時点Ｔd ）との間のＸ方向の距離である第１の走査距離Ｌb1を次式に基づいて求める。
【００９２】
［数９］
Ｌb1＝Ｌd ＋Ｗd1／２＋Ｗd2／２＋Ｄ
【００９３】
この場合も、数２の場合と同様の考えで、Ｗd ＝（Ｗd1＋Ｗd2）／２とおけば、次式が得られる。
【００９４】
［数１０］
Ｌb1＝Ｌd ＋Ｗd ＋Ｄ
【００９５】
上記第１の走査距離Ｌb1は、言わば、イオンビーム４が両ビーム計測器３６、３８を横切ることができる最小の走査距離である。この走査距離Ｌb1を以下においてそのまま用いるよりも、以下の各種測定や基板１６への均一なイオン注入を行うためには、この走査距離Ｌb1に基づいて、次のようにして、第２の走査距離Ｌb2を設定するのが好ましい。
【００９６】
両ビーム計測器３６、３８と基板１６とのＸ方向における位置関係について考えると、両ビーム計測器３６、３８は、例えば、図８に示す例のように、基板１６のＸ方向における両外側に近接配置されている。
【００９７】
この場合、イオンビーム４を上記数１０で求めた走査距離Ｌb1で走査すると、例えば図９に示す例のように、何らかの原因でイオンビーム４のビーム幅Ｄが、上記測定によって求めたビーム幅Ｄ（図８参照）から変わった場合に、両ビーム計測器３６、３８において、ビーム電流の流入開始時点および流入終了時点の一方を正しく計測することができなくなる。従ってこの場合は、ビーム計測器３６、３８を用いて、イオンビーム４のＸ方向のビーム幅を正しく測定することができなくなる。
【００９８】
また、基板１６の面内に均一なイオン注入を実施するためには、通常は余裕を持たせて、基板１６に対して均一な注入が行えるように、基板１６よりも大きくイオンビーム４を走査する（即ちオーバースキャンする）必要があり、この場合も、何らかの原因でビーム幅Ｄが変わった場合には、オーバースキャンを確実に行うことができなくなる場合が起こり得る。
【００９９】
そこで、例えば図１０に示すように、上記第１の走査距離Ｌb1に基づいて、それよりも大きい第２の走査距離Ｌb2にイオンビーム４の走査距離を設定する。これによって、上記課題を解決することが可能になる。両走査距離Ｌb1、Ｌb2の関係は、例えば次式で表すことができる。ｋ1 は定数である。
【０１００】
［数１１］
Ｌb2＝ｋ1Ｌb1
【０１０１】
上記定数ｋ1 は、上記位置のビーム計測器３６、３８を用いる場合は、１より大きい値である。この定数ｋ1 が小さ過ぎると、上記課題を解決することができない場合が起こり、大き過ぎるとイオンビーム４の無駄な走査が多くなる。この定数ｋ1 は、各イオン注入装置に固有の値であり、上記位置のビーム計測器３６、３８を用いる場合は、例えば１．１〜１．３の範囲内が好ましいことが経験によって分かっている。従ってその範囲内に定数ｋ1 の値を設定する。具体的には、ビーム走査器１２によるイオンビーム４のＸ方向の走査距離をｋ1 倍すれば良い。そのためには、例えば、走査電源１３からビーム走査器１２に供給する走査電流または走査電圧の大きさをｋ1 倍すれば良い。
【０１０２】
上記数１１の代わりに、次式に従って第２の走査距離Ｌb2を設定しても良い。ｋ2 は定数である。この定数ｋ2 は、上記位置のビーム計測器３６、３８を用いる場合は、０よりも大きい値である。この定数ｋ2 の好ましい範囲も、経験等によって定めることができる。
【０１０３】
［数１２］
Ｌb2＝Ｌb1＋ｋ2Ｄ  
【０１０４】
もっとも、ビーム計測器３６、３８の位置は、図８を参照して説明した上記位置以外の位置であっても良く、その場合は、その位置に応じて、上記定数ｋ1 、ｋ2 の値を変えれば良い。
【０１０５】
このビーム走査距離設定方法によれば、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを用いて求めた第１の走査距離Ｌb1に基づいて、それよりも大きい第２の走査距離Ｌb2にイオンビーム４のＸ方向の走査距離を設定するので、イオンビーム４のＸ方向の走査距離を、第１および第２のビーム計測器３６、３８を確実に含む所定の距離に設定することが容易になる。
【０１０６】
しかも、イオンビーム４のＸ方向の予備的なビーム幅Ｄを求めるときと同じビーム計測器３６、３８を用いて第１の走査距離Ｌb1を求めることができるので、第１の走査距離Ｌb1を求めるときと同じ位置で測定した予備的なビーム幅Ｄを用いることができる。従って、第１の走査距離Ｌb1をより正確に求めることができ、ひいては第２の走査距離Ｌb2をより正確に設定することができる。しかも、測定に必要なビーム計測器の数を減らすことができる。
【０１０７】
制御装置６０は、この実施形態では、上記ビーム走査距離設定方法の内容に相当する演算制御を行う機能を更に有している。即ち、制御装置６０は、（ａ）ビーム走査手段を構成する走査電源１３を制御して、第１および第２のビーム計測器３６、３８を横切るようにイオンビーム４を実質的に一定の走査速度で走査して、イオンビーム４の予備的なビーム幅Ｄと、ビーム計測器３６、３８のそれぞれのビーム入射孔のＸ方向の幅と、両ビーム計測器３６、３８のＸ方向の中心間距離とに基づいて、上記第１の走査距離Ｌb1を求める機能と、（ｂ）走査電源１３を制御して、第１の走査距離Ｌb1よりも大きい上記第２の走査距離Ｌb2にイオンビーム４のＸ方向の走査距離を設定する機能を更に有している。
【０１０８】
この場合、ビーム電流以外の必要な情報の内で、上述したもの以外に更に必要になる情報は、例えば上記定数ｋ1 またはｋ2 は、制御装置６０に与えて、制御装置６０内に記憶しておけば良い。
【０１０９】
従って、このような制御装置６０を備えているこの実施形態のイオン注入装置によれば、上記ビーム走査距離設定方法と同様の効果を奏することができると共に、測定の省力化を図ることができる。
【０１１０】
なお、前述したように、第１および第２のビーム計測器３６、３８とは別の第３および第４のビーム計測器を用いて、上記第１の走査距離Ｌb1を測定し、更に第２の走査距離Ｌb2を設定するようにしても良い。例えば、第３および第４のビーム計測器として、上記前段ビームモニタ４０を構成する複数のビーム計測器４２の内の二つを用いても良い。
【０１１１】
また、イオンビーム４の走査周期Ｔscは、上記ビーム幅Ｄの測定時と、走査距離Ｌb1の測定時および走査距離Ｌb2の設定時と、後述するビーム幅Ｗb の測定時と、発散角αの測定時とで、必ずしも同一である必要はないが、それぞれ同一にしておく方が測定が簡単であり実際的であるので、この実施形態では同一にしている。
【０１１２】
（４）イオンビームのビーム幅Ｗb の測定
次に、上記第２の走査距離Ｌb2内の所望位置におけるイオンビーム４のビーム幅Ｗb を求めるビーム幅測定方法およびイオン注入装置について説明する。このビーム幅Ｗb は、前述したように基板１６に対して均一なイオン注入を行う上で重要である。
【０１１３】
この場合は、図５に示す例のように、上記第２の走査距離Ｌb2内に位置していてイオンビーム４を受けてそのビーム電流を計測する第５のビーム計測器５６を横切るように、イオンビーム４を実質的に一定の走査速度、所定の走査周期Ｔsc、および、上記走査距離Ｌb2で走査する。
【０１１４】
この第５のビーム計測器５６は、例えば、前段ビームモニタ４０を構成する複数のビーム計測器４２の内の所望のビーム計測器４２でも良いし、後段ビームモニタ５０を構成する複数のビーム計測器５２の内の所望のビーム計測器５２でも良い。上記第１ないし第４のビーム計測器の内の所望のビーム計測器でも良い。このビーム計測器５６のビーム入射孔５７のＸ方向の幅をＷf とする。
【０１１５】
そして、上記走査周期Ｔscと第２の走査距離Ｌb2とから定まるイオンビーム４の走査速度と、ビーム計測器５６におけるビーム電流の流入開始時点Ｔe と流入終了時点Ｔf との間の時間差と、ビーム計測器５６のビーム入射孔４３のＸ方向の幅Ｗf とに基づいて、ビーム計測器５６の位置におけるイオンビーム４のＸ方向のビーム幅Ｗb を求める。
【０１１６】
より具体例を挙げると、上記時点Ｔe および時点Ｔf を測定して、数１４に基づいて上記ビーム幅Ｗb を求める。即ち、イオンビーム４の走査速度はＬb2／（Ｔsc／２）で表されるので、数１３が成立し、それを変形すると数１４が得られ、これに基づいてビーム幅Ｗb を求める。
【０１１７】
［数１３］
Ｌb2／（Ｔsc／２）＝（Ｗb ＋Ｗf ）／（Ｔf −Ｔe ）
【０１１８】
［数１４］
Ｗb ＝Ｌb2｛２（Ｔf −Ｔe ）／Ｔsc｝−Ｗf 
【０１１９】
このビーム幅測定方法によれば、イオンビームの走査周期Ｔscと第２の走査距離Ｌb2とから定まるイオンビームの走査速度を用いることによって、二つの時点Ｔe 、Ｔf 以外は既知数となるから、第２の走査距離Ｌb2内の所望位置のビーム計測器５６の位置におけるイオンビームのＸ方向のビーム幅Ｗb を簡単にかつ精度良く測定することができる。
【０１２０】
また、イオンビーム４の走査速度を一定値として扱うので、様々なビーム計測器５６の位置におけるビーム幅Ｗb の相対値比較が簡単になり、Ｘ方向におけるビーム幅Ｗb の変化の様子を知ることが容易になる。
【０１２１】
上記ビーム計測器５６をＸ方向に複数個配置しておいて、上記ビーム幅測定方法に従って、イオンビーム４のビーム幅Ｗb をＸ方向の複数位置において測定しても良い。それによって、ビーム幅Ｗb のＸ方向における分布を測定することができる。例えば、第５のビーム計測器５６として、前段ビームモニタ４０を構成する複数個のビーム計測器４２を用いることによって、前段ファラデー装置３０の位置でのビーム幅Ｗb のＸ方向における分布を測定することができる。また、上記第５のビーム計測器５６として、後段ビームモニタ５０を構成する複数個のビーム計測器５２を用いることによって、後段ビームモニタ５０の位置でのビーム幅Ｗb のＸ方向における分布を測定することができる。
【０１２２】
なお、イオンビーム４は前述したように平行走査されるので、前段ファラデー装置３０の位置での走査距離Ｌb2を、後段ビームモニタ５０の位置での走査距離Ｌb2として使用しても実用上差し支えはない。例えば、イオンビーム４の平行度を大きめに見て０．５度、上記離間の距離Ｌを７３６ｍｍ、走査距離Ｌb2を４００ｍｍとすれば、前段ファラデー装置３０の位置での走査距離Ｌb2と後段ビームモニタ５０の位置での走査距離Ｌb2との差は約１２ｍｍとなり、誤差は約３％になる。これは実用上許容し得るものである。
【０１２３】
従って、上記第５のビーム計測器５６として、後段ビームモニタ５０を構成する複数のビーム計測器５２の内の所望のビーム計測器５２を用いて、そのＸ方向の幅をＷf とすると、上記数１４に基づいて、当該ビーム計測器５２の位置におけるビーム幅Ｗb を測定することができる。
【０１２４】
前段ビームモニタ４０を構成するビーム計測器４２のＸ方向の幅Ｗf と、後段ビームモニタ５０を構成するビーム計測器５２のＸ方向の幅Ｗf とは、必ずしも互いに同じである必要はない。従って、両者を区別する場合は、前者の幅をＷff、後者の幅をＷfbとする。もっとも、両者の幅Ｗff、Ｗfbを互いに同じ幅Ｗf にする方が、測定の精度と信頼性が高くなるので好ましい。
【０１２５】
制御装置６０は、この実施形態では、上記ビーム幅測定方法の内容に相当する演算制御を行う機能を更に有している。即ち、制御装置６０は、ビーム走査手段を構成する走査電源１３を制御して、上記第５のビーム計測器５６を横切るようにイオンビーム４を上記走査周期Ｔscで、かつ上記第２の走査距離Ｌb2で走査して、当該走査周期Ｔscと走査距離Ｌb2とから定まるイオンビーム４の走査速度と、ビーム計測器５６におけるビーム電流の流入開始時点と流入終了時点との間の時間差と、ビーム計測器５６のビーム入射孔５７のＸ方向の幅Ｗf とに基づいて、ビーム計測器５６の位置におけるイオンビーム４のＸ方向のビーム幅Ｗb を求める機能を更に有している。更に、複数個の第５のビーム計測器５６を用いて、イオンビーム４のビーム幅Ｗb をＸ方向の複数位置において測定する機能をも有している。
【０１２６】
この場合、ビーム電流以外の必要な情報は、例えば上記走査周期Ｔsc、幅Ｗf は、制御装置６０に与えて、制御装置６０内に記憶しておけば良い。第２の走査距離Ｌb2は、先の演算によって求めたものを制御装置６０内に記憶しておけば良い。
【０１２７】
従って、このような制御装置６０を備えているこの実施形態のイオン注入装置によれば、上記ビーム幅測定方法と同様の効果を奏することができると共に、測定の省力化を図ることができる。
【０１２８】
（５）イオンビームの発散角αの測定
次に、イオンビーム４のＸ方向の発散角αを測定する発散角測定方法およびイオン注入装置について説明する。
【０１２９】
この場合は、上記第５のビーム計測器５６として、イオンビーム４の進行方向Ｚの前後２箇所に互いに離間して配置された前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いる。そして、互いにＸ方向に関して実質的に同じ位置において、上記（４）項で説明したビーム幅測定方法に従って、上記前後２箇所でのイオンビームのＸ方向のビーム幅Ｗb をそれぞれ求め、かつ両ビーム幅の差と上記離間の距離Ｌとに基づいて、イオンビーム４のＸ方向の発散角αを測定する。
【０１３０】
より具体例を挙げると、例えば、上記前段ビームモニタ４０を構成するビーム計測器４２を前段ビーム計測器として用い、後段ビームモニタ５０を構成するビーム計測器５２を後段ビーム計測器として用いることができる。以下においてはその場合を例に説明する。前段ビームモニタ４０を構成する各ビーム計測器４２のビーム入射孔４３（図２参照）のＸ方向の幅をＷff、後段ビームモニタ５０を構成する各ビーム計測器５２のビーム入射孔５３（図２参照）のＸ方向の幅をＷfbとする。
【０１３１】
上記ビーム計測器４２および５２を用いて、互いにＸ方向に関して実質的に同じ位置において、換言すればＸ方向における相対応する位置において、上記（４）項で説明したビーム幅測定方法に従って、図６に示すように、ビーム計測器４２の位置Ｚf におけるイオンビーム４のビーム幅Ｗbfおよびビーム計測器５２の位置Ｚb におけるイオンビーム４のビーム幅Ｗbbをそれぞれ求める。これは、上記数１４中のＷf に上記幅Ｗff、Ｗfbをそれぞれ代入することによって求めることができる。
【０１３２】
Ｘ方向に関して実質的に同じ位置というのは、典型的には、図６を参照して、ビーム幅Ｗbfを求めるのに使用するビーム計測器４２のＸ方向の中心位置Ｘf と、ビーム幅Ｗbbを求めるのに使用するビーム計測器５２のＸ方向の中心位置Ｘb とが、Ｘ方向において互いに実質的に同じ位置である組み合わせのビーム計測器４２および５２を用いることである。
【０１３３】
そして、次式に基づいて、イオンビーム４のＸ方向における発散角αを求める。Ｌは、前述したように、二つの位置Ｚf 、Ｚb 間の離間の距離である。
【０１３４】
［数１５］
α＝ｔａｎ-1｛（Ｗbb−Ｗbf）／２Ｌ｝
【０１３５】
この発散角測定方法によれば、イオンビーム４の進行方向Ｚの上流側および下流側の２箇所で、しかもＸ方向に関して実質的に同じ位置においてビーム幅Ｗbf、Ｗbbを求め、それらを用いて発散角αを求めるので、第２の走査距離Ｌb2内の所定位置におけるイオンビーム４のＸ方向の発散角αを簡単にかつ精度良く測定することができる。
【０１３６】
また、前段ビームモニタ４０を構成する複数個のビーム計測器４２と、後段ビームモニタ５０を構成する複数個のビーム計測器５２とを用いることによって、イオンビーム４の発散角αをＸ方向の複数位置において測定することもできる。それによって、発散角αのＸ方向における分布を測定することができる。
【０１３７】
なお、図７に示す例のように、前段ビームモニタ４０を構成するビーム計測器４２の位置と、後段ビームモニタ５０を構成するビーム計測器５２の位置とが、互いにＸ方向においてずれている場合は、例えば次のようにして発散角αを測定すれば良い。この図７の例では、前段ビームモニタ４０を構成するビーム計測器４２の内の二つのビーム計測器４２（例えば８番目および９番目のビーム計測器４２。それらのビーム入射孔４３のＸ方向の中心位置をＸf8、Ｘf9とする）の中間に、後段ビームモニタ５０を構成するビーム計測器５２の内の一つのビーム計測器５２（例えば６番目のビーム計測器５２。そのビーム入射孔５３のＸ方向の中心位置をＸb6とする）が位置している。
【０１３８】
この場合は、上記二つのビーム計測器４２を用いて、両者の位置におけるビーム幅Ｗbfを上記ビーム幅測定方法でそれぞれ測定し、その平均値を前段（上流側）の位置Ｚf でのビーム幅Ｗbfとする。後段（下流側）の位置Ｚb でのビーム幅Ｗbbは、上記ビーム計測器５２を用いて上記ビーム幅測定方法で測定した値をそのまま用いる。前段において上記のようにビーム幅Ｗbfの平均値を求めると、当該平均値は、両中心位置Ｘf8、Ｘf9の中間の位置、即ちＸ方向に関して中心位置Ｘb6と実質的に同じ位置におけるビーム幅であると見なしても差し支えない。従って、前段の上記平均値のビーム幅Ｗbfと後段の上記ビーム幅Ｗbbとは、互いにＸ方向に関して実質的に同じ位置におけるビーム幅であると言うことができるので、両者を用いて、上記発散角測定方法で発散角αを測定することができる。
【０１３９】
上記例とは反対に、後段ビームモニタ５０内の二つのビーム計測器５２を用いて測定した平均値のビーム幅Ｗbbと、当該二つのビーム計測器５２の中間位置に対応する位置の前段のビーム計測器４２を用いて測定したビーム幅Ｗbfとを用いて、発散角αを測定しても良い。
【０１４０】
また、厳密さをより追求するならば、上記のように平均値を用いる代わりに、最小自乗法等による近似値を用いても良い。
【０１４１】
制御装置６０は、この実施形態では、上記発散角測定方法の内容に相当する演算制御を行う機能を更に有している。即ち、制御装置６０は、上記前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いて、上記前後２箇所でのイオンビーム４のＸ方向のビーム幅Ｗb をそれぞれ求め、かつ両ビーム幅の差と上記離間の距離Ｌとに基づいて、上記イオンビームのＸ方向の発散角αを測定する機能を更に有している。更に、Ｘ方向に複数個ずつ配置された前段ビーム計測器および後段ビーム計測器を用いて、イオンビーム４の発散角αをＸ方向の複数位置において測定する機能をも有している。
【０１４２】
この場合、ビーム電流以外の必要な情報の内で、上述したもの以外に更に必要になる情報は、例えば上記距離Ｌは、制御装置６０に与えて、制御装置６０内に記憶しておけば良い。
【０１４３】
従って、このような制御装置６０を備えているこの実施形態のイオン注入装置によれば、上記発散角測定方法と同様の効果を奏することができると共に、測定の省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【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平面図である。
【図２】前段ファラデー装置および後段ビームモニタ周りの一つの状態ならびに制御装置を示す図である。
【図３】前段ファラデー装置および後段ビームモニタ周りの他の状態を示す図である。
【図４】第１および第２のビーム計測器とそれを横切るイオンビームの関係（Ａ）、ビーム走査の往路で計測されるビーム電流波形（Ｂ）、および、ビーム走査の復路で計測されるビーム電流波形（Ｃ）の例を示す概略図である。
【図５】第５のビーム計測器とそれを横切るイオンビームの関係（Ａ）、および、ビーム走査の往路で計測されるビーム電流波形（Ｂ）の例を示す概略図である。
【図６】イオンビームのＸ方向における発散角を説明する図である。
【図７】前段ビームモニタを構成するビーム計測器と、後段ビームモニタを構成するビーム計測器とが、Ｘ方向においてずれている例を示す概略図である。
【図８】第１および第２のビーム計測器、基板およびそれらを横切るイオンビームの関係の一例を示す正面図である。
【図９】第１および第２のビーム計測器、基板およびそれらを横切るイオンビームの関係の他の例を示す正面図である。
【図１０】第１の走査距離と第２の走査距離との関係の一例を示す正面図である。
【図１１】マスク板と共通のビーム計測器とを用いて複数のビーム計測器を構成する場合の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４５】
４  イオンビーム
１２  ビーム走査器
１３  走査電源
１４  ビーム平行化器
１６  基板
３０  前段ファラデー装置
３６  ビーム計測器
３８  ビーム計測器
４０  前段ビームモニタ
４２  ビーム計測器
５０  後段ビームモニタ
５２  ビーム計測器
５６  ビーム計測器
６０  制御装置
Ｄ、Ｄ1 、Ｄ2   予備的なビーム幅
Ｌb1、Ｌb2  走査距離
Ｗb 、Ｗbf、Ｗbb  ビーム幅
α  発散角
【図１】
2008257931.tif 000003
【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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