(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段ビーム経路を通って入射するイオンビームを電場、磁場または電場及び磁場を作用させてｙ方向に偏向させ、ウェハに向けてｚ方向に延びる後段ビーム経路を通るようにビームを出射させるビーム偏向装置と、
前記ビーム偏向装置と前記ウェハの間にあって前記後段ビーム経路上に位置し、前記ウェハに向けて前記後段ビーム経路中を進行するビームを部分的に遮蔽するビームフィルタースリットであって、前記後段ビーム経路中のビームの中で前記ビームフィルタースリットを通過して前記ウェハに入射可能となる所定軌道を有するビーム成分を前記ウェハに向けて通過させるビームフィルタースリットと、
前記ビーム偏向装置と前記ビームフィルタースリットの間に位置し、前記ビーム偏向装置から出射されるビームの一部をビーム電流として計測するドーズカップと、
前記ビーム偏向装置と前記ドーズカップの間に位置し、前記ビーム偏向装置から出射して前記ドーズカップに向かうビームのうち前記所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分が前記ドーズカップの計測領域に入射することを防ぐ軌道制限機構と、
を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記軌道制限機構は、一以上の開口部を有するマスク部材を含む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】
前記開口部は、前記後段ビーム経路が延びる前記ｚ方向と直交する前記ｙ方向に並んで複数設けられることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記開口部は、前記ドーズカップの計測領域に対向する前記マスク部材のマスク領域に形成され、
前記マスク領域は、前記ｙ方向の開口率が１／３以上２／３以下であ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】
前記開口部は、前記ｙ方向および前記ｚ方向の双方と直交するｘ方向に細長いスリット形状を有することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記軌道制限機構は、一以上の第１開口部を有する第１マスク部材と、一以上の第２開口部を有する第２マスク部材とを含み、前記第１マスク部材および前記第２マスク部材は前記ｚ方向に対向して設けられており、前記第１開口部および前記第２開口部の双方を通過可能な軌道以外の軌道を有するビーム成分が前記ドーズカップの前記計測領域に入射すること防ぐことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記第２マスク部材は、前記第１開口部と対向する位置に設けられる前記第２開口部を有することを特徴とする請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記第１マスク部材は、前記ｙ方向に並んで設けられる複数の第１開口部を有し、
前記第２マスク部材は、前記複数の第１開口部に対応して前記ｙ方向に並んで設けられる複数の第２開口部を有し、前記第１マスク部材の下流側に設けられており、
前記複数の第１開口部および前記複数の第２開口部のそれぞれは、前記ｙ方向および前記ｚ方向の双方と直交するｘ方向に細長いスリット形状を有し、
前記複数の第１開口部は、前記ｙ方向の中央付近に設けられる第１中央開口部と、前記第１中央開口部から前記ｙ方向に離れて設けられる第１端部開口部とを含み、
前記複数の第２開口部は、前記ｙ方向の中央付近に設けられる第２中央開口部と、前記第２中央開口部から前記ｙ方向に離れて設けられる第２端部開口部とを含み、
前記第２マスク部材は、前記第２中央開口部が前記第１中央開口部と対向する箇所に設けられ、前記第２端部開口部が前記第１端部開口部と対向する箇所よりも前記第２中央開口部に近い位置に設けられることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記第２マスク部材は、前記第２中央開口部よりも前記第２端部開口部において、隣接する第２開口部の間隔が小さくなるように構成されることを特徴とする請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記第２マスク部材は、前記第２中央開口部よりも前記第２端部開口部において、ｙ方向の開口幅が小さくなるように構成されることを特徴とする請求項８または９に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記軌道制限機構は、前記第１マスク部材および前記第２マスク部材の間に設けられ、一以上の第３開口部を有する一以上の第３マスク部材を含み、前記第１開口部、前記第２開口部および前記第３開口部を通過可能な軌道以外の軌道を有するビーム成分が前記ドーズカップの前記計測領域に入射することを防ぐことを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記マスク部材は、前記ｙ方向の開口幅よりも、前記ｚ方向の厚さが大きい開口部を有することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記マスク部材は、前記開口部の内面に凹凸が形成されており、前記内面に入射するビームが前記ドーズカップに向かって反射されにくい構造を有す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】
前記ビーム偏向装置は、少なくとも一対の偏向用電極を有し、前記少なくとも一対の偏向用電極間に生じる電界の作用によって前記イオンビームを偏向させ、
前記イオンビームを構成するイオンの一部は、前記ビーム偏向装置への入射前または前記ビーム偏向装置の通過中に価数変化が生じることで前記ビーム偏向装置による前記ｙ方向の偏向量が変化し、さらにその一部は、前記ビーム偏向装置を通過した後に前記ビームフィルタースリットにより遮蔽され、
前記軌道制限機構は、前記ビーム偏向装置の通過中に価数変化が生じて前記所定軌道から逸脱し、前記ビームフィルタースリットにより遮蔽される軌道を有するビーム成分が前記ドーズカップの前記計測領域に入射することを防ぐことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
前記ビーム偏向装置に入射するイオンビームは、多価イオンで構成されることを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
前記ドーズカップは、前記ビームフィルタースリットよりも前記ビーム偏向装置の下流側出口に近い位置に設けら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】
前記ビーム偏向装置は、前記イオンビームを電界の作用によって偏向させる少なくとも一対の偏向用電極と、前記少なくとも一対の偏向用電極の下流側出口に設けられ、二つのグランド電極および前記二つのグランド電極の間に設けられるサプレッション電極を有するサプレッション電極装置と、を含み、
前記ドーズカップは、前記サプレッション電極装置の下流側近傍に設けられ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】
前記軌道制限機構は、前記二つのグランド電極の少なくとも一方に形成される開口部により実現されることを特徴とする請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
前記ビーム偏向装置は、前記ウェハが位置する有効注入領域と、前記有効注入領域の外に位置する端部領域と、を含む照射範囲にビームを出射させるように構成され、
前記ドーズカップは、前記有効注入領域に向かうビームを遮らないよう、前記端部領域に向かうビームが入射する位置に設けられることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項２０】
前記ビーム偏向装置の上流側に位置し、イオンビームを前記ｙ方向および前記ｚ方向の双方と直交するｘ方向に往復走査させるビーム走査器と、
前記ビーム走査器と前記ビーム偏向装置の間に位置し、前記往復走査されるイオンビームを平行化するビーム平行化装置と、をさらに備え、
前記ビーム走査器は、前記有効注入領域および前記端部領域とを含む照射範囲においてイオンビームが往復走査可能となるように構成されていることを特徴とする請求項１９に記載のイオン注入装置。
【請求項２１】
前記軌道制限機構が設けられた前記ドーズカップにより計測されるビーム電流値を用いて、前記ビームフィルタースリットを通過して前記ウェハに入射するビーム照射量を推定する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項２２】
前記ウェハが設けられる位置においてビーム電流を計測するプロファイラカップをさらに備え、
前記制御装置は、前記ドーズカップおよび前記プロファイラカップのそれぞれにおいて前記ウェハへのビーム照射前に計測されるビーム電流値の相関関係と、前記ドーズカップにおいて前記ウェハへのビーム照射中に計測されるビーム電流値とを用いて、前記ウェハに入射するビーム照射量を推定することを特徴とする請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項２３】
ウェハをｙ方向に往復運動させる往復運動装置、をさらに備え、
前記制御装置は、前記ウェハに入射するビーム照射量の推定値に基づいて、前記ウェハに照射されるビームの照射量および照射量分布が所望の値となるように、前記ウェハを往復運動させる速度を調整することを特徴とする請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項２４】
前記軌道制限機構は、前記ドーズカップへ向かうビームの一部を制限可能な第１位置と、前記ドーズカップへ向かうビームを制限しない第２位置との間で変位可能に構成されていることを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項２５】
前記軌道制限機構を第１軌道制限機構とし、前記ドーズカップを第１ドーズカップとした場合に、
前記ビーム偏向装置と前記ビームフィルタースリットの間に位置し、前記ビーム偏向装置との間に第２軌道制限機構が設けられる第２ドーズカップをさらに備え、
前記第１軌道制限機構に設けられる開口部および前記第２軌道制限機構に設けられる開口部は互いに前記ｙ方向にずれて配置されており、
前記第２軌道制限機構は、前記所定軌道を有するビーム成分のうち前記第１軌道制限機構の非開口部により遮られる軌道を有するビーム成分を通過させて前記第２ドーズカップへ入射させることを特徴とする請求項１から２４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項２６】
前記ビーム偏向装置と前記ビームフィルタースリットの間に位置し、前記ビーム偏向装置との間に前記軌道制限機構が設けられない第３ドーズカップをさらに備えることを特徴とする請求項１から２５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項２７】
イオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
前記イオン注入装置は、
前段ビーム経路を通って入射するイオンビームを電場、磁場または電場及び磁場を作用させてｙ方向に偏向させ、ウェハに向けてｚ方向に延びる後段ビーム経路を通るようにビームを出射させるビーム偏向装置と、
前記ビーム偏向装置と前記ウェハの間にあって前記後段ビーム経路上に位置し、前記ウ
ェハに向けて前記後段ビーム経路中を進行するビームを部分的に遮蔽するビームフィルタースリットであって、前記後段ビーム経路中のビームの中で前記ビームフィルタースリットを通過して前記ウェハに入射可能となる所定軌道を有するビーム成分を前記ウェハに向けて通過させるビームフィルタースリットと、
前記ビーム偏向装置と前記ビームフィルタースリットの間に位置し、前記ビーム偏向装置から出射されるビームの一部をビーム電流として計測するドーズカップと、を備え、
前記ビーム偏向装置と前記ドーズカップの間に位置し、前記ビーム偏向装置から出射して前記ドーズカップに向かうビームのうち前記所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分が前記ドーズカップの計測領域に入射することを防ぐ軌道制限機構を介して、前記ドーズカップに入射するビームを計測することを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置及びビーム計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、半導体ウェハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウェハにイオンを注入する工程（以下、「イオン注入工程」と称する場合がある）が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオンを生成し、生成したイオンを加速してイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームを真空処理室まで輸送し、処理室内のウェハにイオンビームを照射する機能を有する。
【０００３】
イオン注入装置は、例えば、イオン源、質量分析磁石装置、ビーム走査装置、ビーム平行化装置、角度エネルギーフィルタ装置、ウェハ処理室等が、ビームラインに沿って配置されており、半導体用基板であるウェハにイオンを注入するように構成されている。角度エネルギーフィルタ装置は、電場や磁場を作用させてイオンビームを偏向させ、所望のエネルギー値を有するイオンビームをウェハへ導く。また、ウェハへのイオン注入中においてイオンビーム電流値が計測できるように、角度エネルギーフィルタ装置の下流側にファラデーカップが設けられ、ウェハに注入されないビームの一部が測定される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
処理対象となるウェハの表面には、回路パターン作成のためのフォトレジスト層が形成されていることがあり、イオン注入によってフォトレジスト層を構成する物質が分解され、ガスを発生させることがある。発生したガスは、ウェハ処理室やビームラインの真空度を低下させるとともに、ウェハに向かうイオンビームと相互作用してビームを構成するイオンの価数を変化させることがある。イオンに価数変化が生じると、エネルギーフィルタ装置等が印加する電場や磁場とビームの相互作用の態様が変化し、設計上想定している軌道からビームが逸れてしまうことがある。ファラデーカップの配置によっては、ウェハへ向かう軌道から逸脱した軌道のビーム成分が計測対象となりうるため、イオン注入量の制御に影響を及ぼしうる。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、所定軌道を有するビーム成分を精度良く計測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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のイオン注入装置は、前段ビーム経路を通って入射するイオンビームを電場、磁場または電場及び磁場を作用させてｙ方向に偏向させ、ウェハに向けてｚ方向に延びる後段ビーム経路を通るようにビームを出射させるビーム偏向装置と、ビーム偏向装置とウェハの間にあって後段ビーム経路上に位置し、ウェハに向けて後段ビーム経路中を進行するビームを部分的に遮蔽し、後段ビーム経路中のビームの中で所定軌道を有するビーム成分をウェハに向けて通過させるビームフィルタースリットと、ビーム偏向装置とビームフィルタースリットの間に位置し、ビーム偏向装置から出射されるビームの一部をビーム電流として計測するドーズカップと、ビーム偏向装置とドーズカップの間に位置し、ビーム偏向装置から出射してドーズカップに向かうビームのうち所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分がドーズカップの計測領域に入射することを防ぐ軌道制限機構と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、イオン注入方法である。この方法は、イオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、イオン注入装置は、前段ビーム経路を通って入射するイオンビームを電場、磁場または電場及び磁場を作用させてｙ方向に偏向させ、ウェハに向けてｚ方向に延びる後段ビーム経路を通るようにビームを出射させるビーム偏向装置と、ビーム偏向装置とウェハの間にあって後段ビーム経路上に位置し、ウェハに向けて後段ビーム経路中を進行するビームを部分的に遮蔽し、後段ビーム経路中のビームの中で所定軌道を有するビーム成分をウェハに向けて通過させるビームフィルタースリットと、ビーム偏向装置とビームフィルタースリットの間に位置し、ビーム偏向装置から出射されるビームの一部をビーム電流として計測するドーズカップと、を備える。この方法は、ビーム偏向装置とドーズカップの間に位置し、ビーム偏向装置から出射してドーズカップに向かうビームのうち所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分がドーズカップの計測領域に入射することを防ぐ軌道制限機構を介して、ドーズカップに入射するビームを計測する。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、ビーム計測装置である。この装置は、イオンビームのビーム電流を計測可能とするファラデーカップと、ファラデーカップの入口に設けられ、所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分がファラデーカップの計測領域に入射することを防ぐ軌道制限機構と、を備える。軌道制限機構は、一以上の第１開口部を有する第１マスク部材と、一以上の第２開口部を有する第２マスク部材とを含み、第１マスク部材および第２マスク部材はビーム進行方向に対向して設けられており、第１開口部および第２開口部の双方を通過可能な軌道以外の軌道を有するビーム成分がファラデーカップの計測領域に入射すること防ぐ。
【００１０】
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】
【００１１】
本発明によれば、所定軌道を有するビーム成分を精度良く計測でき、ドーズ制御の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本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】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３】図３（ａ）は、最終エネルギーフィルターおよび基板処理供給ユニットの概略構成を示す上面図であり、図３（ｂ）は、最終エネルギーフィルターおよび基板処理供給ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図４】比較例に係るイオン注入装置においてドーズカップに入射可能なビームが有する軌道を模式的に示す図である。
【図５】本実施の形態に係るイオン注入装置においてドーズカップに入射可能なビームが有する軌道を模式的に示す図である。
【図６】図６（ａ）は、軌道制限機構の構成を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は、軌道制限機構の構成を模式的に示す正面図である。
【図７】軌道制限機構を通過できるビーム軌道を模式的に示す図である。
【図８】図８（ａ）は、上流側グランド電極に形成される第１開口部を示す正面図であり、図８（ｂ）は、下流側グランド電極に形成される第２開口部を示す正面図である。
【図９】変形例８に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、変形例１に係る第１マスク部材６１の構成を模式的に示す正面図であり、図１０（ｂ）は、変形例１に係る第２マスク部材６２の構成を模式的に示す正面図である。
【図１１】変形例１に係る軌道制限機構を通過できるビーム軌道を模式的に示す図である。
【図１２】軌道制限機構へ入射するビームのｙ方向の入射位置と、ビームフィルタースリットを通過できるビーム軌道のｙ方向の角度範囲との関係を模式的に示す図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、変形例２に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、変形例３に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す断面図であり、図１４（ｂ）は、変形例３に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す正面図である。
【図１５】変形例４に係る軌道制限機構の開口部の形状を模式的に示す断面図である。
【図１６】変形例５に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）は、変形例６に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す正面図である。
【図１８】変形例７に係るドーズカップの構成を模式的に示す断面図である。
【図１９】変形例８に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。図１には、イオン注入装置１００のビームライン部の構成要素のレイアウトが示されている。イオン注入装置１００のビームライン部は、イオン源１０と、被処理物のための処理室と、を備えており、イオン源１０から被処理物（例えば基板またはウェハ４０）に向けてイオンビームＢを輸送するよう構成されている。
【００１５】
本書においては説明の便宜上、ビーム進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に直交する方向をｘ方向と表す。また、ｚ方向及びｘ方向に直交する方向をｙ方向と表す。本実施の形態ではｘ方向は水平方向であり、ｙ方向は鉛直方向である。
【００１６】
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まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
【００１７】
図１に示すように、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直線加速ユニット１４と、高エネルギーイオンビームの軌道をＵ字状に曲げるビーム偏向ユニット１６と、高エネルギーイオンビームをウェハ４０まで輸送するビーム輸送ラインユニット１８と、輸送された高エネルギーイオンビーム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。
【００１８】
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を有している。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直線加速ユニット１４の入り口部内に配置している。
【００１９】
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、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。高エネルギー多段直線加速ユニット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を備えてもよい。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は、ビーム偏向ユニット１６により方向が変化させられる。
【００２０】
イオンビームを高加速する高周波（交流方式）の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、後段の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メカニカルに走査移動中の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、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必要となる。
【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、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、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）を提供するステアリング電磁石３０とを有する。エネルギー分析電磁石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。ステアリング電磁石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。なお、エネルギー分析電磁石２４は、エネルギーフィルター電磁石（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４０の方向へ向かう。
【００２３】
ビーム偏向ユニット１６の各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。ＥＦＭは、エネルギー分析電磁石と呼ばれているが、実際は、イオンの運動量を分析する装置である。ＢＭや、イオン生成ユニットの質量分析電磁石も、全て運動量フィルターである。
【００２４】
また、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。
【００２５】
上述のように、ビーム偏向ユニット１６は、イオン源で発生したイオンを加速してウェハまで輸送して打ち込むイオン注入装置において、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との間において、イオンビームの１８０°の偏向を複数の電磁石で行っている。エネルギー分析電磁石２４およびステアリング電磁石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
【００２６】
エネルギー分析電磁石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校正に、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、エネルギー分析電磁石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。ステアリング電磁石３０にも同様に、磁場測定器８６が設けられている。なおステアリング電磁石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、エネルギー分析電磁石２４及びステアリング電磁石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。
【００２７】
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（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直線加速ユニット１４との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、高エネルギー多段直線加速ユニット１４とビーム偏向ユニット１６により連結されて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
【００２８】
図２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１参照）によって必要なイオン種のみが分離され、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。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２の紙面に平行な方向に走査される。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。
【００２９】
ビーム走査器３４は、周期的に変化する偏向角度で走査原点Ｓにてイオンビームをｘ方向に偏向することによりイオンビームを走査するよう構成されている。走査原点Ｓは、ビーム走査器３４への入射ビーム軌道の延長線Ｌ１（３７ｂ）とビーム走査器３４からの出射ビーム軌道３７ａ、３７ｃの延長線との交点である。
【００３０】
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である。図２に示されるように、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）の走査電極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枚の走査電極３４ａ、３４ｂにそれぞれ逆符号で印加される。この走査電圧は、２枚の走査電極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走査される。
【００３１】
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。
【００３２】
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走査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、ビームラインＬ１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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
ビーム平行化器３６は、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、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。
【００３６】
ビーム平行化器３６には、電場式の平行化レンズ８４が配置されている。図２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。
【００３７】
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。
【００３８】
平行化レンズ８４を上流側から見たときの最初の電極である入射電極８４ａと最後の電極である出射電極８４ｇとは、接地電位に保たれている。これによって、平行化レンズ８４の通過前後で、ビームのエネルギーは変化しない。
【００３９】
平行化レンズ８４の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口側電極を構成する第１電極組体８４ｂ、８４ｄ、８４ｆには、可変式定電圧を印加するための平行化レンズ用負電源９１ａが接続される。また、減速ギャップの出口側電極と加速ギャップの入口側電極を構成する第２電極組体８４ｃ、８４ｅには、可変式定電圧を印加するための平行化レンズ用正電源９１ｂが接続されている。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。
【００４０】
図２に示されるように、ビーム平行化器３６は、基準軌道（例えば、図２に示すビームラインＬ１）上に焦点Ｆ０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が基準軌道と平行化されるように、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。
【００４１】
複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、基準軌道を含む一平面上にあり、この平面において焦点Ｆ０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。本実施の形態においては複数のビーム軌道３７ａ、３７ｂ、３７ｃはビーム走査器３４による走査の結果であるから、この平面は、ビーム走査器３４の走査面（ｘｚ面）に相当する。これらビーム軌道のいずれか（図２においてはビーム軌道３７ｂ）が基準軌道に一致していてもよい。図２に示す実施の形態においては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。
【００４２】
本実施の形態に係るイオン注入装置１００は、ビーム平行化器３６の焦点Ｆ０がビーム走査器３４の走査原点Ｓに一致するよう構成されている。よって、走査原点Ｓにおいてビーム走査器３４により走査されたビームは、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、走査前のイオンビーム進行方向（ビームライン軌道方向）に平行な偏向角０度の軸（基準軸）に対して平行になる。このとき、走査領域は、基準軸に関して左右対称になる。
【００４３】
このようにして、ビーム輸送ラインユニット１８は、高エネルギーのイオンビームのビーム走査およびビーム平行化を行う。平行化されたイオンビームは、最終エネルギーフィルター３８を通じて基板処理供給ユニット２０に供給される。平行化されたイオンビームは、メカニカルに走査移動中のウェハ４０に高精度に照射され、ウェハ４０にイオンが注入される。
【００４４】
図３（ａ）は、最終エネルギーフィルター３８および基板処理供給ユニット２０の概略構成を示す上面図であり、図３（ｂ）は、最終エネルギーフィルター３８および基板処理供給ユニット２０の概略構成を示す側面図である。ビーム平行化器３６から出たイオンビームは、角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）である最終エネルギーフィルター３８に送られる。最終エネルギーフィルター３８では、ウェハに注入する直前のイオンビームのエネルギーに関する最終的な分析が行われ、必要なエネルギー値のイオン種のみが選択されるとともに、中性化した価数のない中性粒子やイオン価数の異なるイオンの除去が行われる。
【００４５】
最終エネルギーフィルター３８は、イオンビームに電場、磁場または電場及び磁場を作用させ、その進行方向を偏向させるビーム偏向装置４２を含む。本実施の形態では、電界式のビーム偏向装置４２を用いる場合を示すが、ビーム偏向装置４２は、磁場式のものであってもよいし、電場と磁場の双方を組み合わせたものであってもよい。
【００４６】
ビーム偏向装置４２は、ビームライン軌道方向の上下方向に対向する少なくとも一対の平面若しくは曲面からなる板状の偏向電極であるＡＥＦ電極装置４４により構成される。ＡＥＦ電極装置４４は、ビームライン軌道方向の上下方向においてビーム偏向装置４２自身の偏向作用により下方に曲がっていくイオンビーム軌道に合わせて屈曲している。
【００４７】
図３（ｂ）に示すように、ＡＥＦ電極装置４４は、少なくとも一対のＡＥＦ電極対から構成され、イオンビームを上下方向より挟み込むように配置されている。少なくとも一対のＡＥＦ電極対のうち、上側のＡＥＦ電極４４ａには正電圧を印加するためのＡＥＦ電極用正電源９２ａが接続され、下側のＡＥＦ電極４４ｂには負電圧を印加するためのＡＥＦ電極用負電源９２ｂが接続されている。電界による偏向時には、ＡＥＦ電極４４ａ、４４ｂ間で発生する電界の作用によって、イオンビームを下方に約１０〜２０度の角度θで偏向させ、目的エネルギーのイオンビームのみが選択される。また、最終エネルギーフィルター３８においては選択された価数のイオンビームのみが設定した軌道角度θで下方に偏向される。このようにして選択されたイオン種により構成されるイオンビームが正確な角度で一様に被照射物であるウェハ４０に照射される。
【００４８】
実際に高エネルギービームを偏向する場合、上下方向に対向する少なくとも一対の板状のＡＥＦ電極装置４４は、図３（ｂ）に示すように、イオンビーム軌道に合わせて屈曲させるときに、偏向角と曲率半径に合わせて、前後にｎ分割（ｎは２以上の整数）し、それぞれの上部電極および下部電極が各々同電位に保たれた板状の電極とした方が、製作精度や経済性の点で優れている。例えば、ＡＥＦ電極装置４４は、図示されるように３分割される。なお、前後にｎ分割された板状の偏向電極は、上部電極および下部電極を各々同電位に保つ構成のほか、ｎ分割の上下に対をなす板状電極として、それぞれ別の電位設定とすることも可能である。
【００４９】
このような構造を取ることによって、電場式のエネルギーフィルターを高エネルギーのスキャンビーム輸送ラインに搭載することが可能になっている。電場によって、ビームスキャン面と直交する方向にビームを偏向するため、ビームスキャン方向の注入イオン密度分布（均一性）に影響を与えず、エネルギー分析を行うことができるようになっている。
【００５０】
さらに、最終エネルギーフィルター３８の搭載によって、本ビームラインには、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の高周波線形加速装置、ビーム偏向ユニット１６のエネルギー分析電磁石２４およびステアリング電磁石３０と合わせて、３種類のビームフィルターが搭載されることになる。前述のように、高エネルギー多段直線加速ユニット１４は速度（ｖ）フィルターであり、ビーム偏向ユニット１６は運動量（ｍｖ）フィルターであり、最終エネルギーフィルター３８はその名の通りエネルギー（ｍｖ２／２）フィルターである。このように、方式の異なる三重のフィルターをかけることにより、従来と比べてエネルギー純度が高いだけでなく、パーティクルやメタルコンタミネーションも少ない非常に純粋なイオンビームをウェハに供給できるようになっている。
【００５１】
なお、機能的には、エネルギー分析電磁石２４は高分解能で、高エネルギー多段直線加速ユニット１４をすり抜けたエネルギーコンタミネーションの除去やエネルギー幅の制限を行ってもよい。また、最終エネルギーフィルター３８は比較的低分解能で、エネルギー分析電磁石２４によるエネルギー分析後のビーム輸送ラインユニットで、主にレジストアウトガスによって価数が変化したイオンを除去する役割を担ってもよい。
【００５２】
ビーム偏向装置４２は、ＡＥＦ電極装置４４の上流側に設けられるグランド電極４５と、下流側に設けられるサプレッション電極装置４９を含む。サプレッション電極装置４９は、上流側グランド電極４６と、下流側グランド電極４８と、上流側グランド電極４６及び下流側グランド電極４８の間に設けられるサプレッション電極４７とを有する。サプレッション電極装置４９は、正電圧が印加される上側ＡＥＦ電極４４ａへの電子の侵入を抑制する。
【００５３】
なお、本明細書において、ビーム偏向装置４２に入射するイオンビームが通る経路を「前段ビーム経路」ともいい、ビーム偏向装置４２から出射するイオンビームが通る経路を「後段ビーム経路」ともいう。前段ビーム経路を通るイオンビームの進行方向と、後段ビーム経路を通るイオンビームの進行方向は、ＡＥＦ電極装置４４で発生する電界の作用によってｙ方向にずれており、その偏向角度θは約１０〜２０度である。
【００５４】
また、ビーム偏向装置４２に入射するイオンビームは、ｘ方向およびｙ方向に幅を有するスポット状のビームであり、様々な軌道を有する複数のイオンにより構成される。ビームを構成するイオンのそれぞれは、図３（ｂ）に示されるビーム軌道Ｚと概ね同様の軌道を有するが、ビーム軌道Ｚから逸脱した軌道を有することもある。本明細書では、ウェハ４０へ向かうビームのうち、特定の軌道を有するビームを区別するために、「ある軌道を有するビーム成分」ということがある。「ビーム成分」とは、ビームの一部を構成するイオンまたは注入粒子の集団を意味する。
【００５５】
最終エネルギーフィルター３８の最下流側には、サプレッション電極装置４９の左右端のそれぞれにドーズカップ５０（５０Ｌ、５０Ｒ）が設けられる。ドーズカップ５０は、ビーム電流の計測が可能なファラデーカップにより構成される。本実施の形態では、左右に設けられる左ドーズカップ５０Ｌおよび右ドーズカップ５０Ｒの双方を備える構成を示すが、変形例においては、ドーズカップ５０として左右のいずれか一方にファラデーカップを一つだけ設置してもよい。なお、本明細書において、左側に設置される左ドーズカップ５０Ｌを第１ドーズカップということがあり、右側に設置される右ドーズカップ５０Ｒを第２ドーズカップということがある。
【００５６】
ドーズカップ５０は、ウェハに対するイオン注入が有効になされる有効注入領域Ｒ２よりも外に位置する端部領域Ｒ３に配置される。ビーム走査器３４によって走査されるイオンビームは、有効注入領域Ｒ２および端部領域Ｒ３を含む照射範囲Ｘにわたってスキャンされている。そのため、ドーズカップ５０は、ウェハ４０のある有効注入領域Ｒ２に向かうイオンビームを遮ることなく、端部領域Ｒ３へ向かうイオンビームの一部を計測することができる。ドーズカップ５０により計測されたビーム電流値を用いることで、ウェハ４０に注入されるイオンの照射量を推定し、ウェハ４０へのイオン注入量を制御することができる。
【００５７】
ドーズカップ５０の入口には、ドーズカップ５０へ入射可能となるビームの軌道を制限する軌道制限機構６０（６０Ｌ、６０Ｒ）が設けられる。軌道制限機構６０は、後段ビーム経路上においてビーム偏向装置４２とドーズカップ５０の間の位置に設けられ、例えば、サプレッション電極装置４９の位置に設けられる。軌道制限機構６０は、サプレッション電極装置４９と別に設けられてもよいし、サプレッション電極装置４９と一体となって設けられてもよい。軌道制限機構６０がサプレッション電極装置４９に一体化される場合、軌道制限機構６０は、上流側グランド電極４６および下流側グランド電極４８の少なくとも一方に設けられる開口部によって構成されてもよい。
【００５８】
軌道制限機構６０は、ビーム偏向装置４２から出射してドーズカップ５０に向かうビームのうち、所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分がドーズカップ５０の計測領域に入射することを防ぐ。ここでいう「所定軌道」とは、最終エネルギーフィルター３８を通過した後、基板処理供給ユニット２０に設けられるビームフィルタースリット５２を通過してウェハ４０に入射可能となるビーム軌道である。軌道制限機構６０は、ウェハ４０に入射可能な所定軌道から逸脱した軌道、つまり、ウェハ４０に入射することのできない軌道を有するビーム成分がドーズカップ５０により計測されることを防ぐ。ウェハ４０に入射可能なビーム成分をドーズカップ５０に計測させることで、イオン照射量を精度良く推定できるようになる。なお、ウェハ４０に入射可能なビームの軌道や、所定軌道から逸脱した軌道については、別途詳述する。
【００５９】
最終エネルギーフィルター３８の下流側には、基板処理供給ユニット２０が設けられる。基板処理供給ユニット２０の注入処理室の中には、ビームフィルタースリット５２、プラズマシャワー５４、往復運動機構５６、プロファイラカップ５７、ビームモニタ５８が設けられる。往復運動機構５６には、イオン注入が施されるウェハ４０がセットされる。
【００６０】
ビームフィルタースリット５２は、ビームスキャン方向（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。ビームフィルタースリット５２は、ウェハに向けて後段ビーム経路中を進行するビームを部分的に遮蔽し、後段ビーム経路中のビームの中で所定軌道を有するビーム成分をウェハに向けて通過させる。これにより、所用以外のエネルギー値と価数を持つイオンビームの通過を制限し、ＡＥＦを通過した所用のエネルギー値と価数を持つイオンビームだけを分離する。したがって、ビームフィルタースリット５２は、最終エネルギーフィルター３８とともにウェハ４０に入射するイオンビームのエネルギー分析を行う。
【００６１】
プラズマシャワー５４は、イオンビームのビーム電流量に応じてイオンビームとウェハ４０の前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４０表面での正電荷のチャージアップを抑制する。往復運動機構５６は、イオン注入時にウェハ４０を保持し、注入中のビーム電流の変動に応じた速度でウェハ４０をビーム走査方向と直角方向（ｙ方向）に動かす。
【００６２】
プロファイラカップ５７は、イオン注入位置でのビーム電流の測定を行う。プロファイラカップ５７は、注入前のイオン注入位置でのイオンビーム密度を、ビームスキャン範囲において測定する。ビームプロファイル測定の結果、イオンビームの予想不均一性（ＰＮＵ；Predicted Non Uniformity）がプロセスの要求に満たない場合には、ビーム走査器３４の印加電圧の制御関数を補正し、プロセス条件を満たすように調整する。また、プロファイラカップ５７は、注入位置でのビーム形状、ビーム幅やビーム中心位置を測定したり、可動式のアパチャーと組み合わせることによりビームの注入角度やビーム発散角を確認したりできるよう構成されてもよい。
【００６３】
ビームモニタ５８は、スキャン範囲のイオンビームをウェハ領域において全て計測できるビーム電流計測機能を有する横長ファラデーカップであり、ビームラインの最下流に配置される。ビームモニタ５８は、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。ビームモニタ５８は、クロスコンタミネーションを低減するために、イオン種に応じて三角柱の３面を切り替えることができるトリプルサーフェス構造のファラデーカップの切り換え式底面を持つ構成であってもよい。また、ビームモニタ５８は、ビーム形状やビーム上下位置を測定して、注入位置での上下方向の注入角度やビーム発散角をモニターできるよう構成されてもよい。
【００６４】
図１に示すように、イオン注入装置１００は、イオン注入装置１００の全体又はその一部（例えばビームライン部の全体又はその一部）を制御するための制御装置８０を備える。制御装置８０は、最終エネルギーフィルター３８に設けられるドーズカップ５０や、基板処理供給ユニット２０に設けられるプロファイラカップ５７およびビームモニタ５８の測定結果に基づいて、注入処理中にウェハに入射するビーム照射量を推定し、ウェハへのドーズ量を制御する。
【００６５】
制御装置８０は、ウェハへのビーム照射前にドーズカップ５０およびプロファイラカップ５７にて計測されるビーム電流値を取得し、両者の相関関係をあらかじめ求める。制御装置８０は、ウェハへのビーム照射中にドーズカップ５０で計測されるビーム電流値を取得し、事前に求めておいた相関関係を用いてウェハ位置に入射するビーム照射量を算出する。ウェハ位置にプロファイラカップ５７を配置してしまうと、有効注入領域Ｒ２へ向かうビームを遮ってしまうことから、イオン注入処理中にウェハ位置でのビーム照射量を直接測定することは難しい。制御装置８０は、有効注入領域Ｒ２へ向かうビームを遮らない位置にあるドーズカップ５０が計測するビーム電流値を用いることで、ウェハへの注入処理に影響を与えることなく注入処理中にウェハに入射するビーム照射量を推定する。
【００６６】
制御装置８０は、推定したビーム照射量に基づいて往復運動機構５６によるウェハの往復運動の速度を調整し、ウェハに照射されるビームの照射量および照射量分布が所望の値となるように制御する。例えば、算出したビーム照射量が増加した場合には、ウェハの往復運動の速度を大きくし、ウェハのある地点に照射されるドーズ量が増えないようにする。一方、算出したビーム照射量が減少した場合には、ウェハの往復運動の速度を小さくし、ウェハのある地点に照射されるドーズ量が減らないようにする。制御装置８０は、このようにして、ウェハの全面にわたって所望のドーズ量およびドーズ量分布が実現されるように、イオン注入処理がなされる時間にわたってドーズ量の制御を行う。
【００６７】
制御装置８０は、ビーム照射量を推定する際に、注入処理中の真空度悪化による影響を補正する処理を行ってもよい。処理対象となるウェハの表面には、回路パターン作成のためのフォトレジスト層が形成されていることがあり、イオン注入によってフォトレジスト層を構成する物質が分解され、レジストアウトガスといわれるガスを発生させる。発生したガスは、ウェハ処理室やビームラインの真空度を低下させるとともに、ウェハに向かうイオンビームと相互作用してビームを構成するイオンの価数を変化させることがある。ドーズカップ５０は、イオンの電荷に基づく電流値を計測しているため、イオンに価数変化が生じると、電流値とイオンの個数との対応関係にずれが生じうる。例えば、１価のイオンが価数変化を起こして中性化すると、その中性粒子は、ドーズカップ５０により計測されなくなってしまう。そうすると、ドーズカップ５０に入射する実際のビーム量（ドーズ量に相当）と、計測される電流値から導出されるビーム量とにずれが生じてしまう。
【００６８】
そこで、制御装置８０は、真空度悪化によって導出されるビーム量がずれてしまう影響を補正する（以下、圧力補正ともいう）ために、所定の補正係数を用いてビーム量を補正してもよい。この補正係数の値は、ビームライン部に意図的かつ経常的に導入される導入気体の分圧値や、イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジストアウトガスの分圧値等の測定結果と、分圧値の測定と同時に行われるビーム電流測定の結果に基づいて制御装置８０が算出してもよい。
【００６９】
なお、本実施の形態では、レジストアウトガスに起因して、ドーズカップ５０に入射する実際のビーム量（ドーズ量に相当）と計測されるビーム電流値から導出されるビーム量との間にずれが生じる影響を抑えるために、ドーズカップ５０の位置をウェハ４０から遠ざけている。注入処理中のウェハ４０に入射するビーム照射量を推定するには、ウェハ４０の近傍にドーズカップ５０を配置してビームを計測する方が望ましいように思われる。しかしながら、ウェハ４０の近傍はレジストアウトガスの密度が高く、レジストアウトガスに起因するイオンの価数変化の影響が大きい。そこで、本実施の形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーズカップ５０をビームフィルタースリット５２よりも上流側に配置し、ビーム偏向装置４２とビームフィルタースリット５２の間であってビーム偏向装置４２の近傍に配置している。
【００７０】
その一方で、ドーズカップ５０をビーム偏向装置４２の下流側近傍に配置することにより、ウェハに入射しない軌道を有するビーム成分がドーズカップ５０に入射可能となりうる。ビーム偏向装置４２から出射して後段ビーム経路中を進行するビームは、その一部がビームフィルタースリット５２により遮蔽され、所定軌道を有するビーム成分のみがビームフィルタースリット５２を通過してウェハに入射する。仮に、ドーズカップがビームフィルタースリット５２よりも下流側に配置されていれば、ビームフィルタースリット５２により遮蔽されるビーム成分はドーズカップに入射せず、ウェハに向かうビーム成分のみが計測対象となる。しかしながら、ビームフィルタースリット５２よりも上流にドーズカップ５０が配置されると、ビームフィルタースリット５２により遮蔽される軌道を有するビーム成分、つまり、ウェハに入射しない軌道を有するビーム成分が計測対象に含まれる。そうすると、計測対象とすべきでないビーム成分をドーズカップ５０が計測してしまい、制御装置８０により推定されるビーム照射量の算出結果に影響を与えてしまう。このようなビーム照射量の推定に影響を及ぼすビーム成分について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００７１】
図４は、比較例に係るイオン注入装置においてドーズカップ５０に入射可能なビームが有する軌道を模式的に示す図である。本図は、図３（ｂ）に示したビーム偏向装置４２、ドーズカップ５０、ビームフィルタースリット５２、ウェハ４０の配置関係を模式的に示したものに相当するが、軌道制限機構６０が設けられていない点で実施の形態と相違する。本図では、所望のエネルギー及び価数を有するイオンが通る軌道である「基準軌道Ｚ」を太線で示しており、これは、図３（ｂ）に示したビーム軌道Ｚに対応する。基準軌道Ｚに沿って進行するイオンビームは、前段ビーム経路Ｐ１を通ってビーム偏向装置４２に入射し、ＡＥＦ電極装置４４による電界の作用を受けて偏向し、ウェハ４０へ向かう後段ビーム経路Ｐ２を通るようにビーム偏向装置４２から出射する。また本図では、基準軌道Ｚから逸脱したビーム軌道として、第１軌道Ｚ１、第２軌道Ｚ２、第３軌道Ｚ３を例示している。
【００７２】
第１軌道Ｚ１は、ビーム偏向装置４２に入射したビームがそのまま直進し、ＡＥＦ電極装置４４に衝突する軌道である。第１軌道Ｚ１は、例えば、ビーム偏向装置４２への入射前にイオンが価数変化し、イオンが中性化したことによってビーム偏向装置４２においてビーム進行方向が偏向されない軌道に相当する。第１軌道Ｚ１を通るビーム成分は、ビーム偏向装置４２から出射できないため、ウェハ４０に入射することはなく、また、ドーズカップ５０にも入射しない。したがって、第１軌道Ｚ１を通るビーム成分は、ドーズカップ５０での計測結果に影響も与えず、ウェハへの注入結果にも影響を与えない。
【００７３】
第２軌道Ｚ２は、基準軌道Ｚよりもビーム偏向装置４２による偏向量の小さい軌道であり、ビーム偏向装置４２から出射するもののビームフィルタースリット５２によって遮蔽されてしまうビーム成分が通る軌道である。第２軌道Ｚ２は、例えば、ビーム偏向装置４２の通過中にイオンの価数が変化したために、ビーム偏向装置４２の途中で基準軌道Ｚから逸脱する軌道に相当する。第２軌道Ｚ２を通るビーム成分は、ビームフィルタースリット５２に遮蔽されるためウェハ４０に入射しないが、ビーム偏向装置４２から出射するためドーズカップ５０に入射する。したがって、第２軌道Ｚ２を通るビーム成分をドーズカップ５０で計測してしまうと、ウェハ４０に入射するビーム照射量を算出する際のずれの原因となりうる。
【００７４】
第３軌道Ｚ３は、基準軌道Ｚよりもビーム偏向装置４２による偏向量が小さいが、ビームフィルタースリット５２によって遮蔽されず、ウェハ４０に入射可能なビーム成分が通る軌道である。第３軌道Ｚ３は、例えば、ビーム偏向装置４２の通過中にビーム偏向装置４２の出口付近でイオンの価数が変化したために、基準軌道Ｚから少しだけ逸脱した軌道に相当する。第３軌道Ｚ３を通るビーム成分は、ビームフィルタースリット５２に遮蔽されないためウェハ４０に入射可能であり、また、ドーズカップ５０に入射可能である。したがって、第３軌道Ｚ３を通るビーム成分は、上述した所定軌道を有するビーム成分であり、ドーズカップ５０での計測対象とすべきビーム成分である。
【００７５】
なお、図４に示している複数のビーム軌道は、後段ビーム経路Ｐ２の延びる方向をｚ方向、ビーム偏向装置４２によるビームの偏向方向をｙ方向とした場合に、ｙｚ平面内におけるビームの軌道を表すことを意図している。つまり、ｙｚ平面内のそれぞれの位置において、ビームの進行方向とｚ方向とがなすｙ方向の角度がどのような値であるかに注目することを意図しており、ビームスキャンに起因するビーム軌道のｘ方向の位置には注目していない。ウェハに入射するビームとドーズカップに入射するビームとはｘ方向において異なる軌道を通るが、図４に示すようにｘ軸方向に見たｙｚ平面内でのビーム軌道は、ウェハに入射するビームとドーズカップに入射するビームとで同等となる。例えば、基準軌道Ｚを有するビームとは、ビームスキャンの走査量に応じて有効注入領域Ｒ２に向かうビームと、端部領域Ｒ３に向かうビームの双方を含む概念である。したがって、基準軌道Ｚを有するビームのうち、有効注入領域Ｒ２に向かうビームは、ウェハ４０に入射し、端部領域Ｒ３に向かうビームの一部は、ドーズカップ５０に入射する。また、第２軌道Ｚ２を有するビームのうち、有効注入領域Ｒ２に向かうビームは、ビームフィルタースリット５２に遮蔽され、端部領域Ｒ３に向かうビームの一部は、ドーズカップ５０に入射する。
【００７６】
図５は、本実施の形態に係るイオン注入装置１００においてドーズカップに入射可能なビームが有する軌道を模式的に示す図である。本図では、第２軌道Ｚ２を有するビーム成分が軌道制限機構６０により規制され、ドーズカップ５０へ入射しない様子を示している。上述した図４に示す比較例では、ドーズカップ５０をビームフィルタースリット５２の前に配置すると、ビームフィルタースリット５２に遮蔽されてウェハ４０に入射しないものの、ドーズカップ５０の計測対象となってしまう軌道（例えば、第２軌道Ｚ２）を有するビーム成分が生じる。そこで、本実施の形態では、ドーズカップ５０の入口に軌道制限機構６０を設け、第２軌道Ｚ２のような軌道を有するビーム成分がドーズカップ５０の計測領域に入射することを防ぐ。これにより、ビームフィルタースリット５２の手前にドーズカップ５０を配置する場合であっても、ビームフィルタースリット５２を通過してウェハ４０に入射可能な軌道を有するビーム成分のみをドーズカップ５０の計測対象とすることができる。
【００７７】
図６（ａ）は、軌道制限機構６０の構成を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は、軌道制限機構６０の構成を模式的に示す正面図である。軌道制限機構６０は、複数の第１開口部６６を有する第１マスク部材６１と、複数の第２開口部６７を有する第２マスク部材６２を含む。第１マスク部材６１および第２マスク部材６２は、後段ビーム経路が延びるｚ方向に対向して設けられる。第１マスク部材６１および第２マスク部材６２は、ステンレスなどの金属材料やグラファイト（Ｃ）で構成され、ウェハが汚染される影響を抑えるためにグラファイトを用いることが望ましい。
【００７８】
第１開口部６６は、ｘ方向に細長いスリット形状を有し、ドーズカップ５０の計測領域Ｄに対向する箇所にｙ方向に並んで複数設けられる。同様に、第２開口部６７は、ｘ方向に細長いスリット形状を有し、ドーズカップ５０の計測領域Ｄに対向する箇所にｙ方向に並んで複数設けられる。なお、第１開口部６６および第２開口部６７は、細長いスリット形状に限られず、ｙ方向の開口幅を規制できる形状であれば、円形アパチャなどの他の形状を有してもよい。本図において、ｘ方向はビームスキャン方向であり、ｙ方向は後段ビーム経路Ｐ２が延びるｚ方向およびｘ方向の双方に直交する方向である。
【００７９】
複数の第１開口部６６は、例えば、同一の開口幅ｗ１、同一の間隔ｄ１で配置されており、複数の第２開口部６７も同様に、同一の開口幅ｗ２、同一の間隔ｄ２で配置される。また、複数の第２開口部６７のそれぞれは、複数の第１開口部６６のそれぞれと対向する位置に設けられる。本実施の形態では、第１開口部６６および第２開口部６７がそれぞれ５個ずつ設けられる場合を示しているが、第１開口部６６および第２開口部６７の数はこれに限られず、異なる数の開口部を設けてもよい。
【００８０】
軌道制限機構６０は、第１開口部６６および第２開口部６７の双方を通過可能な軌道を有するビーム成分をドーズカップ５０に入射させる一方、第１開口部６６および第２開口部６７のいずれかを通過できないビーム成分がドーズカップ５０に入射することを防ぐ。これにより、軌道制限機構６０は、ビーム偏向装置４２から出射した後、ウェハ４０に入射可能となる上述の所定軌道を有するビーム成分を通過させ、所定軌道以外のビーム成分の通過を防ぐ。軌道制限機構６０は、例えば、上述した基準軌道Ｚおよび第３軌道Ｚ３を有するビーム成分を通過させる一方で、第２軌道Ｚ２を有するビーム成分の通過を防ぐように構成される。軌道制限機構６０が制限する軌道は、第１マスク部材６１および第２マスク部材６２が対向する距離Ｌや、第１開口部６６および第２開口部６７の開口幅ｗ１、ｗ２や間隔ｄ１、ｄ２、対向する第１開口部６６および第２開口部６７のｙ方向の相対位置などにより調整される。
【００８１】
図７は、軌道制限機構６０を通過できるビーム軌道を模式的に示す図であり、後段ビーム経路上の第１マスク部材６１、第２マスク部材６２およびビームフィルタースリット５２の配置関係を示す図である。第１マスク部材６１、第２マスク部材６２およびビームフィルタースリット５２は、ｚ方向の位置がそれぞれｚ１、ｚ２、ｚ３となるように配置されており、第１マスク部材６１と第２マスク部材６２のｚ方向の距離はＬ２とされ、第１マスク部材６１とビームフィルタースリット５２のｚ方向の距離はＬ３とされる。また、第１マスク部材６１が設けられるｚ＝ｚ１の位置のｙ１軸上において、第１開口部６６ａ、６６ｂ、・・・、６６ｉ、・・・のｙ方向の座標が規定されている。同様に、第２マスク部材６２が設けられるｚ＝ｚ２の位置のｙ２軸上において、第２開口部６７ａ、６７ｂ、・・・、６７ｉ、・・・のｙ方向の座標が規定され、ビームフィルタースリット５２が設けられるｚ＝ｚ３の位置のｙ３軸上において、スリットの上端位置ｙ３１および下端位置ｙ３２の座標が規定されている。
【００８２】
本図では、対応する第１開口部および第２開口部の双方を通過となるビーム軌道の限界を模式的に示しており、例えば、上端に位置する第１開口部６６ａおよび第２開口部６７ａの双方を通過可能なビーム軌道として、上限ビーム軌道Ｚ４ａおよび下限ビーム軌道Ｚ５ａを示している。実線で示す上限ビーム軌道Ｚ４ａは、第１開口部６６ａの下端位置ｙ１２ａから第２開口部６７ａの上端位置ｙ２１ａに向かうビーム軌道であり、ｚ方向の基準軌道から＋ｙ方向に逸脱しているものの軌道制限機構６０をぎりぎり通過可能となる軌道である。ここで、ビームフィルタースリット５２を通過可能な軌道を有するビーム成分が軌道制限機構６０を通過できるようにするためには、上限ビーム軌道Ｚ４ａが、ビームフィルタースリット５２の上端位置ｙ３１と下端位置ｙ３２の間を通過できればよい。このような条件は、下記式（１）で表すことができる。
【００８３】
ｙ３１＜ｙ１２ａ＋（ｙ２１ａ−ｙ１２ａ）／Ｌ２×Ｌ３＜ｙ３２  ・・・（１）
【００８４】
同様にして、破線で示す下限ビーム軌道Ｚ５ａは、第１開口部６６ａの上端位置ｙ１１ａから第２開口部６７ａの下端位置ｙ２２ａに向かうビーム軌道であり、ｚ方向の基準軌道から−ｙ方向に逸脱しているものの軌道制限機構６０をぎりぎり通過可能となる軌道である。この下限ビーム軌道Ｚ５ａがビームフィルタースリット５２を通過できるための条件式は、下記式（２）で表すことができる。
【００８５】
ｙ３１＜ｙ１１ａ＋（ｙ２２ａ−ｙ１１ａ）／Ｌ２×Ｌ３＜ｙ３２  ・・・（２）
【００８６】
上記式（１）、（２）を一般化し、ｉ番目の第１開口部６６ｉとｉ番目の第２開口部６７ｉを通過可能な上限ビーム軌道Ｚ４ｉおよび下限ビーム軌道Ｚ５ｉに適用すると、その条件式は、下記式（３）、（４）となる。
【００８７】
ｙ３１＜ｙ１２ｉ＋（ｙ２１ｉ−ｙ１２ｉ）／Ｌ２×Ｌ３＜ｙ３２  ・・・（３）
ｙ３１＜ｙ１１ｉ＋（ｙ２２ｉ−ｙ１１ｉ）／Ｌ２×Ｌ３＜ｙ３２  ・・・（４）
【００８８】
したがって、軌道制限機構６０は、上記条件を満たすようにして、第１マスク部材６１および第２マスク部材６２が対向する距離Ｌ２や、第１開口部６６および第２開口部６７の開口幅や間隔、対向する第１開口部６６および第２開口部６７のｙ方向の相対位置を規定すればよい。これにより、ドーズカップ５０に向かうビームのうち所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分がドーズカップ５０の計測領域Ｄに入射することを防ぐことができる。
【００８９】
一方、ドーズカップ５０の入口に軌道制限機構６０を設けることで、ドーズカップ５０に入射するビーム量が減少し、計測精度が低下するおそれが生じる。そこで、第１マスク部材６１および第２マスク部材６２の開口部は、ドーズカップ５０に入射するビーム量が大きくなるように開口率を大きくすることが望ましい。ここでの開口率とは、図６（ｂ）に示すドーズカップ５０の計測領域Ｄに対向する領域（以下、マスク領域ともいう）における第１マスク部材６１および第２マスク部材６２の開口率をいう。本実施の形態に係る第１開口部６６および第２開口部６７はｘ方向に細長いスリット形状を有しているため、図６（ｂ）に示す第１開口部６６および第２開口部６７のｙ方向の開口幅ｗ１、ｗ２と間隔ｄ１、ｄ２の比率により軌道制限機構６０の開口率が決まる。例えば、図６（ｂ）に示す第１マスク部材６１のマスク領域における開口率は、ｗ１／（ｗ１＋ｄ１）であり、第２マスク部材６２のマスク領域における開口率は、ｗ２／（ｗ２＋ｄ２）である。
【００９０】
第１マスク部材６１および第２マスク部材６２の開口率はできるだけ大きいほうが望ましいが、開口率を大きくしすぎるとビーム軌道を適切に制限できなくなったり、第１マスク部材６１および第２マスク部材６２の構造的強度が低下したりするおそれが生じる。第１マスク部材６１および第２マスク部材６２の材料としてグラファイトを用いる場合、グラファイトの構造的強度や加工容易性などを考慮すると、開口率は１／３以上、２／３以下の値とすることが望ましい。このような開口率を設定することにより、所定軌道以外の軌道を有するビーム成分を制限するとともに、ドーズカップ５０に入射するビーム量を確保することができる。
【００９１】
つづいて、軌道制限機構６０をサプレッション電極装置４９に一体化させる場合の例を示す。図８（ａ）は、上流側グランド電極４６に形成される第１開口部６６を示す正面図であり、図８（ｂ）は、下流側グランド電極４８に形成される第２開口部６７を示す正面図である。本図は、上流側グランド電極４６または下流側グランド電極４８をビーム偏向装置４２のある上流側からビーム進行方向（ｚ方向）に向かって見た平面図である。
【００９２】
図８（ａ）に示すように、上流側グランド電極４６は、有効注入領域Ｒ２へ向かうビームを通過させるための電極開口４６ａと、電極開口４６ａの左右にそれぞれ設けられる複数の第１開口部６６（６６Ｌ、６６Ｒ）を含む。複数の第１開口部６６Ｌ、６６Ｒは、電極開口４６ａの左右の端部領域Ｒ３に位置する第１マスク領域６４（６４Ｌ、６４Ｒ）に設けられる。左側の第１開口部６６Ｌが設けられる第１左マスク領域６４Ｌは、左ドーズカップ５０Ｌの計測領域に対応する箇所であり、右側の第１開口部６６Ｒが設けられる第１右マスク領域６４Ｒは、右ドーズカップ５０Ｒの計測領域に対応する箇所である。このように、上流側グランド電極４６に第１開口部６６を形成することにより、上述した第１マスク部材６１と同等の機能を上流側グランド電極４６に持たせることができる。
【００９３】
図８（ｂ）に示す下流側グランド電極４８も同様である。下流側グランド電極４８は、主に有効注入領域Ｒ２へ向かうビームを通過させるための電極開口４８ａと、電極開口４８ａの左右にそれぞれ設けられる複数の第２開口部６７（６７Ｌ、６７Ｒ）を含む。複数の第２開口部６７Ｌ、６７Ｒは、電極開口４８ａの左右の端部領域Ｒ３に位置する第２マスク領域６５（６５Ｌ、６５Ｒ）に設けられる。左側の第２開口部６７Ｌが設けられる第２左マスク領域６５Ｌは、左ドーズカップ５０Ｌの計測領域に対応する箇所であり、右側の第２開口部６７Ｒが設けられる第２右マスク領域６５Ｒは、右ドーズカップ５０Ｒの計測領域に対応する箇所である。このように、下流側グランド電極４８に第２開口部６７を形成することにより、上述した第２マスク部材６２と同等の機能を下流側グランド電極４８に持たせることができる。
【００９４】
なお、上流側グランド電極４６と下流側グランド電極４８の間に設けられるサプレッション電極４７には、上流側グランド電極４６および下流側グランド電極４８の電極開口４６ａ、４８ａよりも少なくともｙ方向に幅が広く、第１マスク領域６４および第２マスク領域６５のｘ方向の両端位置よりもｘ方向に幅の広い電極開口が設けられる。したがって、上流側グランド電極４６の第１開口部６６を通過するビーム成分は、サプレッション電極４７の電極開口を通って下流側グランド電極４８の第２開口部６７へ向かう。
【００９５】
つづいて、本実施の形態に係るイオン注入装置１００が奏する効果について述べる。
【００９６】
イオン注入装置１００によれば、ウェハ４０から離れたドーズカップ５０を用いて注入中のビーム照射量を計測するため、ウェハ４０にて発生するレジストアウトガスの影響を低減することができる。また、ドーズカップ５０の手前に軌道制限機構６０を設けることで、ビームフィルタースリット５２に遮蔽されてウェハ４０に入射しない軌道を有するビーム成分を計測対象から除外できる。これにより、ウェハ４０に入射可能な所定軌道を有するビーム成分のみを計測対象とすることができ、ウェハに入射するビーム照射量を精度良く推定することができる。また、軌道制限機構６０を構成するマスク部材の開口率が大きいため、ドーズカップ５０に入射するビーム量の低下を抑えることができる。これにより、ウェハに入射するビーム照射量を精度良く推定することができる。
【００９７】
また、イオン注入装置１００によれば、ドーズカップ５０にて計測されるビーム電流値に対して圧力補正を施すため、ウェハに入射するビーム照射量をより精度良く推定することができる。軌道制限機構６０は、レジストアウトガスに起因する価数変化によってビーム軌道が変化し、ウェハ４０に入射しない軌道のビーム成分が計測されてしまう影響を防ぐのに対し、圧力補正処理は、ウェハ４０に入射する軌道のビームを計測する際に、イオンの価数変化によって注入量と電流値との対応関係がずれてしまう影響を防ぐものである。つまり、圧力補正処理は、軌道制限機構６０により防ごうとする影響とは異なる現象を対象としている。したがって、軌道制限機構６０と圧力補正処理を組み合わせることにより、ビーム照射量推定の精度をより高めることができる。
【００９８】
イオン注入装置１００によれば、特に、多価イオンで構成されるイオンビームをウェハ４０に照射する場合にビーム照射量を推定する精度を高めることができる。例えば、１価のイオンで構成されるイオンビームを用いる場合、価数変化が生じると１価のイオンから中性粒子または２価のイオンへと変換させるため、ビーム偏向装置４２による価数変化に起因した偏向量の違いが大きい。そのため、価数変化によってビーム軌道が大きく変化し、ビーム偏向装置４２のＡＥＦ電極装置４４に衝突するなどしてビーム偏向装置４２から出射できないビーム成分が多くなる。一方、３価や４価の多価イオンにおいて価数変化が生じ、２価や３価のイオンへと価数が減少したり、４価や５価のイオンへと価数が増加したりする場合には、価数変化に起因した偏向量の違いが相対的に小さい。そのため、価数変化によってビーム軌道がそれほど大きく変化しないため、ビーム偏向装置４２から出射した後、ビームフィルタースリット５２により遮蔽されるビーム成分が多くなる。軌道制限機構６０は、このような軌道を有するビーム成分を防ぐ役割を有するため、多価イオンで構成されるイオンビームを用いる場合に、特に有効であると言える。
【００９９】
以下、上述した実施の形態に係る軌道制限機構６０の変形例について示す。
【０１００】
（変形例１）
図９は、変形例１に係る軌道制限機構６０の構成を模式的に示す断面図である。上述の実施の形態では、マスク部材に複数設けられる開口部の開口幅ｗおよび間隔ｄが均一となるように配置される場合を示した。本変形例では、第１マスク部材６１および第２マスク部材６２において、開口部の開口幅および間隔が不均等となるように配置される。また、複数の開口部のうち、中央付近からｙ方向に離れた位置にある第１端部開口部６６ｅおよび第２端部開口部６７ｅが互いにｙ方向にずれた位置に配置される。
【０１０１】
図１０（ａ）は、変形例１に係る第１マスク部材６１の構成を模式的に示す正面図である。本変形例に係る第１マスク部材６１は、ｙ方向の中央付近に設けられる第１中央開口部６６ｃと、中央付近からｙ方向に離れた位置に設けられる第１端部開口部６６ｅと、第１中央開口部６６ｃおよび第１端部開口部６６ｅの間の位置に設けられる第１中間開口部６６ｄとを有する。
【０１０２】
第１端部開口部６６ｅのｙ方向の開口幅ｗ１ｅは、第１中央開口部６６ｃのｙ方向の開口幅ｗ１ｃよりも小さい。第１中間開口部６６ｄのｙ方向の開口幅ｗ１ｄは、第１中央開口部６６ｃの開口幅ｗ１ｃと等しいか、第１中央開口部６６ｃの開口幅ｗ１ｃと第１端部開口部６６ｅの開口幅ｗ１ｅの間の値（ｗ１ｅ＜ｗ１ｄ≦ｗ１ｃを満たす値）とされる。また、第１端部開口部６６ｅに隣接する第１開口部（第１中間開口部６６ｄ）との間隔ｄ１ｅは、第１中央開口部６６ｃに隣接する第１開口部（第１中間開口部６６ｄ）との間隔ｄ１ｄよりも小さい。
【０１０３】
図１０（ｂ）は、変形例１に係る第２マスク部材６２の構成を模式的に示す正面図である。本変形例に係る第２マスク部材６２は、第１マスク部材６１と同様に、ｙ方向の中央付近に設けられる第２中央開口部６７ｃと、中央付近からｙ方向に離れた位置に設けられる第２端部開口部６７ｅと、第２中央開口部６７ｃおよび第２端部開口部６７ｅの間の位置に設けられる第２中間開口部６７ｄとを有する。
【０１０４】
第２端部開口部６７ｅのｙ方向の開口幅ｗ２ｅは、第２中央開口部６７ｃのｙ方向の開口幅ｗ２ｃよりも小さい。第２中間開口部６７ｄのｙ方向の開口幅ｗ２ｄは、第２端部開口部６７ｅの開口幅ｗ２ｅと等しいか、第２中央開口部６７ｃの開口幅ｗ２ｃと第２端部開口部６７ｅの開口幅ｗ２ｅの間の値（ｗ２ｅ≦ｗ２ｄ＜ｗ２ｃを満たす値）とされる。また、第２端部開口部６７ｅに隣接する第２開口部（第２中間開口部６７ｄ）との間隔ｄ２ｅは、第２中央開口部６７ｃに隣接する第２開口部（第２中間開口部６７ｄ）との間隔ｄ２ｄよりも小さい。
【０１０５】
図９に示すように、第１中央開口部６６ｃと第２中央開口部６７ｃは、互いに対向する箇所に設けられ、ｙ方向の位置が同じとなるように配置される。一方、第１端部開口部６６ｅと第２端部開口部６７ｅは、ｙ方向の位置がずれて配置されており、第２端部開口部６７ｅは、第１端部開口部６６ｅに対向する箇所よりも第２中央開口部６７ｃに近い位置に配置される。同様に、第１中間開口部６６ｄと第２中間開口部６７ｄは、ｙ方向にずれて配置され、第２中間開口部６７ｄの方がｙ方向の中央付近に近い位置に設けられる。
【０１０６】
第１中央開口部６６ｃと第２中央開口部６７ｃは、開口幅ｗ１ｃ、ｗ２ｃが等しくなるように設けられる。同様に、第１端部開口部６６ｅと第２端部開口部６７ｅは、開口幅ｗ１ｅ、ｗ２ｅが等しくなるように設けられる。一方、第１中間開口部６６ｄと第２中間開口部６７ｄは、第２中間開口部６７ｄの開口幅ｗ２ｄが第１中間開口部６６ｄの開口幅ｗ１ｄよりも小さくなるように設けられる。
【０１０７】
このようにして、変形例１に係る軌道制限機構６０では、第１マスク部材６１および第２マスク部材６２のそれぞれに設けられる開口部の幅および間隔が不均等とされる。また、複数の開口部のうち、中央付近からｙ方向に離れた位置にある第１端部開口部６６ｅおよび第２端部開口部６７ｅが互いにｙ方向にずれた位置に配置される。
【０１０８】
図１１は、変形例１に係る軌道制限機構６０を通過できるビーム軌道を模式的に示す図であり、上述の図７に対応する図である。まず、第１中央開口部６６ｃおよび第２中央開口部６７ｃの双方を通過可能な軌道Ｚ４ｃ、Ｚ５ｃに着目すると、上限ビーム軌道Ｚ４ｃおよび下限ビーム軌道Ｚ５ｃは、ｚ方向の軸に対してｙ方向に対称となる。一方、第１端部開口部６６ｅおよび第２端部開口部６７ｅの双方を通過可能なＺ４ｅ、Ｚ５ｅに着目すると、上限ビーム軌道Ｚ４ｅおよび下限ビーム軌道Ｚ５ｅは、ｚ方向の軸に対してｙ方向に非対称となる。このように、本変形例に係る軌道制限機構６０は、ビームを構成するビーム成分がいずれの開口部に入射するかによって、いいかえれば、軌道制限機構６０へ入射するビーム成分のｙ方向の入射位置によって、通過可能とするビーム軌道のｙ方向の角度範囲を変えている。これは、軌道制限機構６０へ入射するビーム成分のｙ方向の入射位置によって、ビームフィルタースリット５２を通過可能な所定軌道を有するビーム成分となる条件としてのビーム軌道のｙ方向の角度範囲が異なることに起因する。
【０１０９】
図１２は、軌道制限機構６０へ入射するビームのｙ方向の入射位置と、ビームフィルタースリット５２を通過できるビーム軌道のｙ方向の角度範囲との関係を模式的に示す図である。本図は、第１中央開口部６６ｃの位置にビームが入射した後、ビームフィルタースリット５２を通過することができるビーム軌道Ｚ７ｃ、Ｚ８ｃと、第１端部開口部６６ｅの位置にビームが入射した後、ビームフィルタースリット５２を通過することができるビーム軌道Ｚ７ｅ、Ｚ８ｅとを示している。
【０１１０】
図示されるように、第１中央開口部６６ｃの位置を通る上限ビーム軌道Ｚ７ｃのｙ方向の角度θ１と、下限ビーム軌道Ｚ８ｃのｙ方向の角度θ２の大きさはほぼ同じとなる。その一方で、第１端部開口部６６ｅの位置を通る上限ビーム軌道Ｚ７ｅのｙ方向の角度θ３と、下限ビーム軌道Ｚ８ｅのｙ方向の角度θ４の大きさは非対称となり、上限ビーム軌道Ｚ７ｅと下限ビーム軌道Ｚ８ｅの間の角度範囲に含まれるビーム成分は、主に中央方向（−ｙ方向）に向かうビーム成分となる。つまり、ビームフィルタースリット５２を通過可能な所定軌道となるビーム軌道の角度範囲は、ｙ方向の入射位置に依存する。
【０１１１】
本変形例に係る軌道制限機構６０によれば、図１２に示すビーム軌道と対応するようにして、ｙ方向の入射位置に応じて通過可能となるビーム軌道の角度範囲を変えているため、ビームフィルタースリット５２を通過することのできるビーム成分のみをドーズカップ５０に入射させることができる。言いかえれば、ビームフィルタースリット５２により実現されるビーム制限機能と同等の機能を軌道制限機構６０に持たせることができる。これにより、ドーズカップ５０をビームフィルタースリット５２よりも上流に配置する場合であっても、ビームフィルタースリット５２の下流でビームを計測する場合と同等の条件でビームを計測することができる。これにより、注入処理中のビーム照射量を精度良く推定することができるようになる。
【０１１２】
（変形例２）
図１３（ａ）、（ｂ）は、変形例２に係る軌道制限機構６０の構成を模式的に示す断面図である。上述の実施の形態では、二枚のマスク部材を用いて軌道制限機構６０を構成する場合を示した。本変形例においては、三枚以上のマスク部材を用いて軌道制限機構６０を構成する点で上述の実施の形態と相違する。
【０１１３】
図１３（ａ）に示すように、変形例２に係る軌道制限機構６０は、第１マスク部材６１と第２マスク部材６２の間に設けられる第３マスク部材６３をさらに含む。第３マスク部材６３は、複数の第３開口部６８が設けられる。複数の第３開口部６８のそれぞれは、第１開口部６６および第２開口部６７に対応する位置に設けられる。本変形例において、軌道制限機構６０は、第１開口部６６、第２開口部６７および第３開口部６８の全てを通過可能な軌道を有するビーム成分を通過させ、それ以外の軌道を有するビーム成分を遮蔽する。
【０１１４】
変形例２においては、マスク部材の枚数を増やすことにより、二枚のマスク部材では防ぐことのできない軌道を遮蔽することができるようになる。例えば、第１開口部６６と、第１開口部６６に対向する第２開口部６７ａに隣接する第２開口部６７ｂとを通る軌道Ｚ６は、第１マスク部材６１と第２マスク部材６２のみでは防ぐことができない。このような軌道Ｚ６は、マスク部材の開口率を大きくすることで発生しうる。本変形例によれば、軌道制限機構６０の開口率を大きくする場合であっても、マスク部材の枚数を増やすことで所望のビーム軌道を遮蔽することができる。
【０１１５】
なお、マスク部材の枚数は四枚以上であってもよい。図１３（ｂ）に示すように、第１マスク部材６１と第２マスク部材６２の間に複数の第３マスク部材６３ａ、６３ｂを設けてもよい。第３マスク部材６３ａ、６３ｂのそれぞれには、第３開口部６８ａ、６８ｂを設けてもよい。
【０１１６】
また、本変形例を上述した変形例１に適用することとしてもよい。つまり、三枚以上のマスク部材を設ける場合に、対応する開口部同士は必ずしも対向する箇所にある必要はなく、制限すべきビーム軌道に応じてｙ方向にずらして配置してもよい。また、それぞれのマスク部材に設けられる開口部の開口幅や間隔も均一とする必要はなく、制限すべきビーム軌道に応じて不均等な配置としてもよい。
【０１１７】
（変形例３）
図１４（ａ）は、変形例３に係る軌道制限機構６０の構成を模式的に示す断面図であり、図１４（ｂ）は、変形例３に係る軌道制限機構６０の構成を模式的に示す正面図である。本変形例における軌道制限機構６０は、複数の開口部７１が設けられる１枚のマスク部材７０で構成される。マスク部材７０は、上述の実施の形態に係る第１マスク部材６１と第２マスク部材６２の間をつなげたようなｚ方向の厚さＬが大きい部材であり、開口部７１のｙ方向の幅ｗよりもｚ方向の厚さＬが大きくなるように構成される。本変形例に係る軌道制限機構６０も、上述の実施の形態と同様にドーズカップ５０に入射可能なビーム軌道を制限できる。
【０１１８】
図１４（ａ）では、マスク部材７０に設けられる開口部７１がｚ方向に延びる場合を示しているが、さらなる変形例では、ｚ方向に対してｙ方向に傾いた方向に延びる開口部を形成してもよい。また、上述した変形例１に係る軌道制限機構６０に対応するように、開口部が中央付近にあるか端部付近にあるか応じて、開口部が延びる方向の傾きに差をつけてもよい。
【０１１９】
（変形例４）
図１５は、変形例４に係る軌道制限機構６０の開口部７１の形状を模式的に示す断面図である。本変形例における軌道制限機構６０は、上述の変形例３と同様に、ｚ方向の厚さＬが大きいマスク部材７０で構成される。また本変形例では、開口部７１の内面７１ａに凹凸が形成されており、内面７１ａに入射するビーム成分がドーズカップ５０に向かって反射されにくい構造を有する。例えば、開口部７１の内面７１ａは、ノコギリ刃状に形成されており、所定軌道から逸脱した第２軌道Ｚ２が内面７１ａに入射すると、もとのビーム進行方向である＋ｚ方向とは反対の−ｚ方向に反射されるように形成される。これにより、ドーズカップ５０の計測対象から除外すべき軌道を有するビーム成分が内面７１ａに反射されてドーズカップ５０に到達してしまうことを防ぐ。これにより、軌道制限機構６０の軌道制限機能を高めることができる。
【０１２０】
（変形例５）
図１６は、変形例５に係る軌道制限機構６０の構成を模式的に示す断面図である。上述の実施の形態では、第１開口部６６および第２開口部６７が複数設けられる軌道制限機構６０を示した。本変形例においては、第１マスク部材６１が一つの第１開口部６６を有し、第２マスク部材６２が一つの第２開口部６７を有する点で上述の実施の形態と相違する。開口部の数が一つであっても、上述の軌道制限機構６０と同様に所定軌道以外の軌道を有するビーム成分がドーズカップ５０に入射することを防ぐことができる。
【０１２１】
（変形例６）
図１７（ａ）、（ｂ）は、変形例６に係る軌道制限機構の構成を模式的に示す正面図である。図１７（ａ）は、左ドーズカップ５０Ｌに設けられる第１軌道制限機構６０Ｌを示し、図１７（ｂ）は、右ドーズカップ５０Ｒに設けられる第２軌道制限機構６０Ｒを示す。上述の実施の形態では、左右のドーズカップ５０Ｌ、５０Ｒのそれぞれの手前に設ける軌道制限機構６０Ｌ、６０Ｒとして、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、左右の構成が同一の軌道制限機構６０を設ける場合を示した。本変形例においては、開口部の設けられる位置が左右で互いに異なる軌道制限機構６０Ｌ、６０Ｒを設ける。具体的には、第１軌道制限機構６０Ｌに設けられる開口部６６Ｌ、６７Ｌの位置と、第２軌道制限機構６０Ｒに設けられる開口部６６Ｒ、６７Ｒの位置とが互いにｙ方向にずれて配置される。いいかえれば、第２軌道制限機構６０Ｒに設けられる開口部６６Ｒ、６７Ｒは、第１軌道制限機構６０Ｌの非開口部が位置する箇所に設けられる。
【０１２２】
軌道制限機構６０を用いる場合、軌道制限機構６０の非開口部に向かうビーム成分は、仮に、上述した所定軌道を有するビーム成分であっても遮蔽されてしまう。そうすると、軌道制限機構６０の非開口部が位置する部分については、ビーム計測ができなくなってしまう。本変形例では、所定軌道を有するビーム成分のうち、第１軌道制限機構６０Ｌの非開口部に遮蔽される軌道を有するビーム成分が、第２軌道制限機構６０Ｒの開口部に入射するように構成されている。そのため、第１軌道制限機構６０Ｌにより規制されて左ドーズカップ５０Ｌで計測することのできないビーム成分を、第２軌道制限機構６０Ｒを介して右ドーズカップ５０Ｒにより計測することができる。いいかえれば、一方のドーズカップでは計測できない範囲のビーム計測を、他方のドーズカップが補完することできる。これにより、左右双方のドーズカップの組み合わせにより計測可能となる範囲を広くし、ビーム照射量推定の精度をより高めることができる。
【０１２３】
なお、変形例６のさらなる変形例として、第１軌道制限機構が設けられるドーズカップと、第２軌道制限機構が設けられるドーズカップとを隣接して配置させてもよい。例えば、左右の端部領域Ｒ３の一方に、第１軌道制限機構が設けられるドーズカップおよび第２軌道制限機構が設けられるドーズカップの双方を配置してもよい。また、左右の端部領域Ｒ３のそれぞれに、第１軌道制限機構が設けられるドーズカップおよび第２軌道制限機構が設けられるドーズカップの双方を配置してもよい。この場合、左右二つずつ、計四つの軌道制限機構およびドーズカップを設けてもよい。
【０１２４】
（変形例７）
図１８は、変形例７に係るサプレッション電極装置４９およびドーズカップ５０Ｌ、５０Ｒ、５０Ｓの構成を模式的に示す断面図である。本変形例では、軌道制限機構６０（６０Ｌ、６０Ｒ）が設けられるドーズカップ５０（５０Ｌ、５０Ｒ）に加えて、軌道制限機構６０が入口にない第３ドーズカップ５０Ｓをさらに設けている。
【０１２５】
第３ドーズカップ５０Ｓは、上述したドーズカップ５０と同様に、最終エネルギーフィルター３８の最下流側の端部領域Ｒ３に設けられ、左ドーズカップ５０Ｌや右ドーズカップ５０Ｒに隣接して設けられる。第３ドーズカップ５０Ｓは、サプレッション電極装置４９の電極開口４９ａが設けられる位置に配置されるため、第３ドーズカップ５０Ｓに入射するビームＢ２は、有効注入領域Ｒ２に向かうビームＢ１と同様に軌道制限機構６０による軌道制限を受けない。第３ドーズカップ５０Ｓを設けることにより、軌道制限機構６０により制限されるビームＢ３と、軌道制限機構６０による制限を受けないビームＢ２の双方を計測することができるようになる。
【０１２６】
軌道制限機構６０が設けられるドーズカップ５０Ｌ、５０Ｒと、軌道制限機構６０が設けられない第３ドーズカップ５０Ｓとは、イオン注入の条件などに応じて使い分けをしてもよい。例えば、１価のイオンビームを用いる場合には、価数変化が生じて軌道が逸れたビーム成分が第３ドーズカップ５０Ｓに到達しにくいため、第３ドーズカップ５０Ｓの計測結果を主に利用してもよい。一方、多価のイオンビームを用いる場合には、価数変化が生じて軌道が逸れたビーム成分が第３ドーズカップ５０Ｓに到達しやすいため、軌道制限機構６０が設けられるドーズカップ５０Ｌ、５０Ｒの計測結果を主に利用してもよい。なお、両者の計測結果を比較して、ドーズ量制御に利用してもよい。
【０１２７】
（変形例８）
図１９（ａ）、（ｂ）は、変形例８に係る軌道制限機構６０の構成を模式的に示す正面図である。本変形例では、軌道制限機構６０の位置が変位可能となるように構成されている。軌道制限機構６０は、図１９（ａ）に示すように、ドーズカップ５０へ向かうビームの一部を制限可能な第１位置と、図１９（ｂ）に示すように、ドーズカップ５０へ向かうビームを制限しない第２位置との間で変位可能となっている。軌道制限機構６０の位置を切り替えることで、軌道制限機構６０により制限されるビーム成分と、軌道制限機構６０による制限を受けないビーム成分の双方を一つのドーズカップ５０にて計測することができる。
【０１２８】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
【０１２９】
上述の実施の形態では、ドーズカップ５０の手前に軌道制限機構６０が設けられたイオン注入装置１００の例を示した。他の実施の形態は、ファラデーカップと、ファラデーカップの入口に設けられる軌道制限機構とを備えるビーム計測装置であってもよい。このビーム計測装置は、イオン注入装置１００に用いてもよいし、イオンビームなどの荷電粒子ビームを計測するために、イオン注入装置１００以外の用途で用いてもよい。
【０１３０】
このビーム計測装置は、イオンビームのビーム電流を計測可能なファラデーカップと、ファラデーカップの入口に設けられ、所定軌道から逸脱した軌道を有するビーム成分がファラデーカップの計測領域に入射することを防ぐ軌道制限機構とを備える。軌道制限機構は、上述した実施の形態および変形例において示した軌道制限機構６０を用いればよい。例えば、軌道制限機構は、一以上の第１開口部を有する第１マスク部材と、一以上の第２開口部を有する第２マスク部材とを含む。第１マスク部材および第２マスク部材はビーム進行方向に対向して設けられており、第１開口部および第２開口部の双方を通過可能な軌道以外の軌道を有するビーム成分がファラデーカップの計測領域に入射すること防ぐ。
【０１３１】
本実施の形態に係るビーム計測装置によれば、所定軌道以外の軌道を有するビーム成分がファラデーカップに入射することを防ぐことができるため、所定軌道を有するビーム成分を精度良く計測することができる。このビーム計測装置は、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すプロファイラカップ５７として用いることもできるし、ビームラインの上流に設けられるファラデーカップとして用いることもできる。その他、荷電粒子ビームについて所望の軌道を有するビーム成分のみを計測する場合に広く用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
Ｐ１…前段ビーム経路、Ｐ２…後段ビーム経路、Ｒ２…有効注入領域、Ｒ３…端部領域、４０…ウェハ、４２…ビーム偏向装置、４６…上流側グランド電極、４７…サプレッション電極、４８…下流側グランド電極、４９…サプレッション電極装置、５０…ドーズカップ、５２…ビームフィルタースリット、６０…軌道制限機構、６１…第１マスク部材、６２…第２マスク部材、６６…第１開口部、６６ｃ…第１中央開口部、６６ｅ…第１端部開口部、６７…第２開口部、６７ｃ…第２中央開口部、６７ｅ…第２端部開口部、８０…制御装置、１００…イオン注入装置。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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