(57)【要約】【課題】  イオンビームの走査方向と垂直なｙ方向の角度偏差、発散角およびビームサイズの内の少なくとも一つを簡単な構成によって計測することができるイオンビーム計測方法を提供する。【解決手段】  前段シャッター駆動装置３６によって前段ビーム制限シャッター３２をｙ方向に駆動しつつ、当該シャッター３２の一辺３４の外側を通過して前段多点ファラデー２４に入射するイオンビーム４のビーム電流の変化を計測して、前段ビーム制限シャッター３２の位置でのイオンビーム４のｙ方向のビーム電流密度分布を計測する。かつ、後段シャッター駆動装置４６によって後段ビーム制限シャッター４２をｙ方向に駆動しつつ、当該シャッター４２の一辺４４の外側を通過して後段多点ファラデー２８に入射するイオンビーム４のビーム電流の変化を計測して、後段ビーム制限シャッター４２の位置でのイオンビーム４のｙ方向のビーム電流密度分布を計測する。そしてこの計測結果を用いて、イオンビーム４のｙ方向の角度偏差、発散角およびビームサイズの内の少なくとも一つを計測する。【選択図】  図７
2005195417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する装置であって、当該イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器が前記ｘ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーをターゲットの上流側および下流側にそれぞれ有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、
この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、
前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、
この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを設けておき、
前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測工程と、
この前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向の中心位置ｙcfを求める前段中心位置算出工程と、
前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測工程と、
この後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向の中心位置ｙcbを求める後段中心位置算出工程と、
前記前段中心位置算出工程で求めた前記中心位置ｙcf、前記後段中心位置算出工程で求めた前記中心位置ｙcbおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における角度偏差θy を求める角度偏差算出工程とを行うことを特徴とするイオンビーム計測方法。
θy ＝ｔａｎ-1｛（ｙcb−ｙcf）／Ｌ｝
【請求項２】
イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する装置であって、当該イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器が前記ｘ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーをターゲットの上流側および下流側にそれぞれ有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、
この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、
前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、
この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを設けておき、
前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測工程と、
この前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出工程と、
前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測工程と、
この後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出工程と、
前記前段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄybおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における発散角αmax を求める発散角算出工程とを行うことを特徴とするイオンビーム計測方法。
αmax ＝ｔａｎ-1｛（ｄyb−ｄyf）／２Ｌ｝
【請求項３】
イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する装置であって、当該イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器が前記ｘ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーをターゲットの上流側および下流側にそれぞれ有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、
この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、
前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、
この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを設けておき、
前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測工程と、
この前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出工程と、
前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測工程と、
この後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出工程と、
前記前段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyb、前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ、前記前段ビーム制限シャッターと前記ターゲットとの間の距離Ｌ1 および前記ターゲットと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ2 を用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記ターゲット上でのイオンビームの前記ｙ方向におけるビームサイズｄytを求めるビームサイズ算出工程とを行うことを特徴とするイオンビーム計測方法。
ｄyt＝（Ｌ2 ／Ｌ）ｄyf＋（Ｌ1 ／Ｌ）ｄyb、（但しＬ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
【請求項４】
前記前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出工程と、
前記後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出工程と、
前記前段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄybおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における発散角αmax を求める発散角算出工程とを更に行うことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム計測方法。
αmax ＝ｔａｎ-1｛（ｄyb−ｄyf）／２Ｌ｝
【請求項５】
前記前段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyb、前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ、前記前段ビーム制限シャッターと前記ターゲットとの間の距離Ｌ1 および前記ターゲットと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ2 を用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記ターゲット上でのイオンビームの前記ｙ方向におけるビームサイズｄytを求めるビームサイズ算出工程とを更に行うことを特徴とする請求項４に記載のイオンビーム計測方法。
ｄyt＝（Ｌ2 ／Ｌ）ｄyf＋（Ｌ1 ／Ｌ）ｄyb、（但しＬ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
【請求項６】
イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する装置であって、当該イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器が前記ｘ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーをターゲットの上流側および下流側にそれぞれ有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、
この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、
前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、
この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを備えており、
更に、（ａ）前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測処理と、（ｂ）この前段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向の中心位置ｙcfを求める前段中心位置算出処理と、（ｃ）前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測処理と、（ｄ）この後段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向の中心位置ｙcbを求める後段中心位置算出処理と、（ｅ）前記前段中心位置算出処理で求めた前記中心位置ｙcf、前記後段中心位置算出処理で求めた前記中心位置ｙcbおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における角度偏差θy を求める角度偏差算出処理とを行う制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
θy ＝ｔａｎ-1｛（ｙcb−ｙcf）／Ｌ｝
【請求項７】
イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する装置であって、当該イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器が前記ｘ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーをターゲットの上流側および下流側にそれぞれ有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、
この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、
前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、
この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを備えており、
更に、（ａ）前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測処理と、（ｂ）この前段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出処理と、（ｃ）前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測処理と、（ｄ）この後段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出処理と、（ｅ）前記前段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄybおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における発散角αmax を求める発散角算出処理とを行う制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
αmax ＝ｔａｎ-1｛（ｄyb−ｄyf）／２Ｌ｝
【請求項８】
イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する装置であって、当該イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器が前記ｘ方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーをターゲットの上流側および下流側にそれぞれ有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、
この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、
前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、
この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを備えており、
更に、（ａ）前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測処理と、（ｂ）この前段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出処理と、（ｃ）前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測処理と、（ｄ）この後段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出処理と、（ｅ）前記前段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄyb、前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ、前記前段ビーム制限シャッターと前記ターゲットとの間の距離Ｌ1 および前記ターゲットと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ2 を用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記ターゲット上でのイオンビームの前記ｙ方向におけるビームサイズｄytを求めるビームサイズ算出処理とを行う制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
ｄyt＝（Ｌ2 ／Ｌ）ｄyf＋（Ｌ1 ／Ｌ）ｄyb、（但しＬ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
【請求項９】
前記制御装置が、更に、（ａ）前記前段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出処理と、（ｂ）前記後段ビーム電流密度分布計測処理で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出処理と、（ｃ）前記前段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄybおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における発散角αmax を求める発散角算出処理とを行うことを特徴とする請求項６に記載のイオン注入装置。
αmax ＝ｔａｎ-1｛（ｄyb−ｄyf）／２Ｌ｝
【請求項１０】
前記制御装置が、更に、前記前段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出処理で求めた前記ビームサイズｄyb、前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ、前記前段ビーム制限シャッターと前記ターゲットとの間の距離Ｌ1 および前記ターゲットと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ2 を用いて、次式またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記ターゲット上でのイオンビームの前記ｙ方向におけるビームサイズｄytを求めるビームサイズ算出処理を行うことを特徴とする請求項９に記載のイオン注入装置。
ｄyt＝（Ｌ2 ／Ｌ）ｄyf＋（Ｌ1 ／Ｌ）ｄyb、（但しＬ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオンビームをｘ方向に平行走査してターゲットに照射する方式のイオン注入装置において、前記ｘ方向と直交するｙ方向のイオンビームの角度偏差、発散角およびビームサイズを計測するイオンビーム計測方法ならびに当該計測方法を制御装置を用いて行うことができるイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入技術は、昨今の半導体製造プロセス等においては、重要な位置を占めている。
【０００３】
ターゲット、例えば半導体基板へのイオン注入においては、半導体基板の結晶軸に対する注入角（入射角）によって、注入深さ方向に特異な注入特性を示すことが知られており、これを防ぐ、またはこれを積極的に利用するような条件でのイオン注入処理を可能にすることが、通常、イオン注入技術に求められている。
【０００４】
チャネリングと呼ばれる上記現象は、イオンの入射角が０度付近において特に入射角依存性が高いので、入射角が０度付近においてより高精度の入射角制御が要求されるけれども、その他の入射角においても、通常、高精度の入射角制御が要求される。
【０００５】
このような要求にある程度応えることのできるイオン注入装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されているイオン注入装置と同様のイオン注入装置を図１に示す。
【０００６】
このイオン注入装置は、イオンビーム４を射出するイオン源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（例えば水平方向）に走査する走査器１２と、この走査器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を曲げ戻して後述するｚ軸に平行になるように平行化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の照射領域内でターゲット（例えば半導体基板）１６を前記ｘ方向と直交するｙ方向（例えば垂直方向）に機械的に往復走査（往復駆動）する、または実質的にｙ方向に機械的に往復走査（往復駆動）するターゲット駆動装置２０（図７も参照）とを備えている。
【０００７】
ここで、前記ｘ方向（換言すればｘ軸）およびｙ方向（換言すればｙ軸）と直交する方向であって、ターゲット１６に入射するイオンビーム４の設計上の軌道方向に前記ｚ軸を取っている。
【０００８】
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。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または電界によってイオンビーム４の走査を行う走査電極である。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。ターゲット駆動装置２０は、例えば、図７も参照して、ターゲット１６を保持するホルダ１８を有しており、このホルダ１８に保持されたターゲット１６を、矢印２２に示すように前記ｙ方向または実質的にｙ方向に往復走査する。
【０００９】
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ターゲット１６に照射すると共に、このイオンビーム４に対して所定の角度で保持したターゲット１６をｙ方向に機械的に往復走査して、ターゲット１６の全面に均一にイオンビーム４を照射して均一に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の電磁的な走査とターゲット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。
【００１０】
この場合、イオンビーム４のビームライン上の各機器は、例えば質量分離器６、エネルギー分離器１０、走査器１２およびビーム平行化器１４は、理想的には、ｘ方向にのみ一次元でイオンビームを偏向し、ｙ方向にはイオンビーム４を偏向しないように設計されている。従って、イオンビーム４のｘ方向の平行度を精度良く制御することによって、ターゲット１６の表面には一定の入射角でイオンビーム４が照射されることになる。
【００１１】
ここで、ターゲット１６に対するイオンビーム４の入射角とは、ターゲット１６とイオンビーム４との相対的な角度のことであり、具体的には、ターゲット１６の表面に立てた垂線とイオンビーム４との成す角をいう。この入射角には、より詳しく言えば、図１０Ａに示す例のようなｘ方向の（即ちｘ−ｚ平面内における）入射角φx と、図１０Ｂに示す例のようなｙ方向の（即ちｙ−ｚ平面内における）入射角φy とがある。１７は前記垂線である。例えば、図７に示すターゲット１６は、図１０Ｂの例と同様に、ｙ方向の入射角φy が０度よりも大きくなるように保持されている場合の例である。
【００１２】
イオンビーム４のｘ方向の平行度とは、図２に示す例のように、走査かつ平行化されたイオンビーム４がｘ−ｚ平面内において実際に辿る軌道と前記ｚ軸方向との成す角θx をいう。従って、例えば、走査かつ平行化されたイオンビーム４がｚ軸に完全に平行な軌道を辿る理想的な場合はθx ＝０°である。また、このｘ方向の平行度θx と前記ｘ方向の入射角φx とは大いに関係している。
【００１３】
また、図３に示す例のように、走査かつ平行化されたイオンビーム４がｙ−ｚ平面内において実際に辿る軌道とｚ軸方向との成す角をθy とし、これをこの明細書ではイオンビーム４のｙ方向の角度偏差と呼ぶ。従って、例えば、走査かつ平行化されたイオンビーム４がｚ軸に完全に平行な軌道を辿る理想的な場合はθy ＝０°である。また、このｙ方向の角度偏差θy と前記ｙ方向の入射角φy とは大いに関係している。
【００１４】
一般的に、荷電粒子ビーム、ここではイオンビーム４を特徴づける量として、全ビーム電流の他に、（ａ）ビーム電流密度分布を持ったイオンビーム４の中心が辿る中心軌道、（ｂ）中心軌道に垂直な面内におけるビーム電流密度分布の広がりを示すビームサイズ、（ｃ）イオンビーム４の中心軌道方向に対する各構成イオンの運動方向のずれを表す発散角、等がある。これらのより具体的な定義については、図４〜図６を参照して後述する。  
【００１５】
イオンビーム４をターゲット１６に照射してイオン注入を行う場合、イオンビーム４の入射角として最も重要な要素が、上記（ａ）の中心軌道のターゲット１６への入射角である。この入射角を所望の値に設定することにより、イオンビーム４を構成する大部分のイオンが平均として所望の入射角でターゲット１６に入射することになる。但し、実際には、イオンビーム４を構成する各イオンがそれぞれ発散角を有しているので、各イオンの入射角は、上記中心軌道の入射角の周りに幾らかの幅をもって存在することになる。
【００１６】
従って、イオンビーム４のより高精度の入射角制御が要求される場合、まずは、イオンビーム４の中心軌道の入射角の高精度な制御を可能にすることが重要であり、次いで、高精度の発散角制御が可能であることが望ましい、と言える。
【００１７】
このような要求に一部応えることができる技術として、特許文献２には、イオンビームのビーム電流を計測する複数の検出器がイオンビームの走査方向（例えば前記ｘ方向）にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを、ターゲットの上流側および下流側にそれぞれ設けておき、両多点ファラデーにおいて、走査中のイオンビームが同一時刻においてビーム走査方向のどの位置にあるかを測定し、その結果から、両多点ファラデーの間の空間におけるイオンビームのビーム走査方向の平行度（即ち、前記ｘ方向の平行度θx ）を測定する技術が記載されている。
【００１８】
図７に記載している前段多点ファラデー２４が前記前段多点ファラデーに相当し、後段多点ファラデー２８が前記後段多点ファラデーに相当する。両多点ファラデー２４、２８は、それぞれ、前記複数の検出器（例えばファラデーカップ。図示省略）を有している。各検出器の前方には、図７の例では、スリット状の入口２６、３０がそれぞれ設けられている。
【００１９】
このような前段多点ファラデー２４および後段多点ファラデー２８を用いて、特許文献２に記載された前記技術に従って、イオンビーム４のｘ方向の平行度θx を測定することができる。更に、その測定情報に基づいて、特許文献２に記載された技術に従って、ビーム平行化器１４の駆動電流または駆動電圧を制御することによって、イオンビーム４のｘ方向の平行度θx の高精度な制御も可能である。それによって、ｘ−ｚ平面内におけるイオンビーム４の中心軌道をｚ軸方向に精度良く揃えて、イオンビーム４のｘ方向の入射角φx を精度良く制御することができる。
【００２０】
【特許文献１】特許第３３５８３３６号公報（段落０００２、０００３、図１）
【特許文献２】特許第２９６９７８８号公報（第６欄−第１１欄、図１−図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
例えば半導体デバイスの更なる高性能化、高微細化等に伴い、より具体例を挙げれば急峻な注入境界を持つイオン注入等を実現することができるように、イオン注入技術には、更なる高精度の入射角制御を可能にすることが求められる傾向にある。そのためには、従来は問題にされていなかった、イオンビームの走査方向（ｘ方向）に垂直なｙ方向のイオンビーム４の入射角をも精度良く制御することが重要である。
【００２２】
特に、半導体製造プロセスの微細化に伴って、イオン注入深さを浅くするために、低エネルギーのイオンビーム４を輸送してターゲット１６に照射することが今後ますます重要になるけれども、イオンビーム４のエネルギーが低くなると、イオンビーム４を構成するイオン同士の電気的な反発（これを空間電荷効果という）によって、イオンビーム４が強く発散角を持つ傾向になる。
【００２３】
それゆえに、高精度の入射角制御を行うには、まずは、イオンビーム４の走査方向と垂直なｙ方向の角度偏差θy および発散角の一方、好ましくは両方を計測してそれを監視することが重要である。
【００２４】
また、例えば前述したようなハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の場合、通常、イオンビーム４のｘ方向の走査に比べてターゲット１６のｙ方向の走査が低速度であるが、生産性を向上するためにｙ方向の走査速度を高速にしてゆくと、ターゲット１６に対する注入の均一性は、イオンビーム４のｙ方向の分布幅（ビームサイズ）によって影響を受ける可能性が高い。特に、イオンビーム４のｙ方向のビームサイズが極端に小さくなると、注入の均一性を低下させるので、高い注入均一性を確保するためには、ターゲット１６上でのイオンビーム４のｙ方向のビームサイズを計測して当該ビームサイズを監視することも望ましいことである。
【００２５】
しかしながら、上記イオンビーム４のｙ方向の角度偏差θy 、発散角、ビームサイズを計測するために、イオンビーム４のｘ方向の平行度等を計測するために従来から設けられている前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーとは全く別個のファラデー計測系を新たに設けると、（ａ）計測系が増えて構造が複雑になりコストも大幅に上昇すると共に、（ｂ）計測時に、イオンビーム４のビームラインに対して、ｘ方向の計測系とｙ方向の計測系とを入れ換える作業を行わなければならず、この入れ換え作業に要する時間が余分な時間となり、生産性を低下させることになる。
【００２６】
そこでこの発明は、イオンビームの走査方向と垂直なｙ方向の角度偏差、発散角およびビームサイズの内の少なくとも一つを、好ましくは前の二つを、より好ましくは三つを、簡単な構成によって計測することができるイオンビーム計測方法を提供することを一つの目的としている。
【００２７】
また、上記イオンビーム計測方法を、制御装置を用いて行うことができるイオン注入装置を提供することを他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
この発明に係るイオンビーム計測方法およびイオン注入装置では、前記前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを用いる。更に、前記前段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する前段ビーム制限シャッターと、この前段ビーム制限シャッターを前記ｘ方向と直交するｙ方向に駆動する前段シャッター駆動装置と、前記後段多点ファラデーの上流側近傍に設けられていて前記イオンビームを遮ることができるものであって前記ｘ方向に平行な一辺を有する後段ビーム制限シャッターと、この後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動する後段シャッター駆動装置とを設けておく。
【００２９】
そして、この発明に係る第１のイオンビーム計測方法では、前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測工程と、この前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向の中心位置ｙcfを求める前段中心位置算出工程と、前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測工程と、この後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向の中心位置ｙcbを求める後段中心位置算出工程と、前記前段中心位置算出工程で求めた前記中心位置ｙcf、前記後段中心位置算出工程で求めた前記中心位置ｙcbおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次の数１またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における角度偏差θy を求める角度偏差算出工程とを行う。
【００３０】
［数１］
θy ＝ｔａｎ-1｛（ｙcb−ｙcf）／Ｌ｝
【００３１】
この発明に係る第２のイオンビーム計測方法では、前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測工程と、この前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出工程と、前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測工程と、この後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出工程と、前記前段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄybおよび前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌを用いて、次の数２またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記イオンビームの前記ｙ方向における発散角αmax を求める発散角算出工程とを行う。
【００３２】
［数２］
αmax ＝ｔａｎ-1｛（ｄyb−ｄyf）／２Ｌ｝
【００３３】
この発明に係る第３のイオンビーム計測方法では、前記前段シャッター駆動装置によって前記前段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該前段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記前段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める前段ビーム電流密度分布計測工程と、この前段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記前段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄyfを求める前段ビームサイズ算出工程と、前記後段シャッター駆動装置によって前記後段ビーム制限シャッターを前記ｙ方向に駆動しつつ、当該後段ビーム制限シャッターの前記一辺の外側を通過して前記後段多点ファラデーに入射するイオンビームのビーム電流の変化を計測して、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビーム電流密度分布を求める後段ビーム電流密度分布計測工程と、この後段ビーム電流密度分布計測工程で求めたビーム電流密度分布から、前記後段ビーム制限シャッターの位置での前記イオンビームの前記ｙ方向のビームサイズｄybを求める後段ビームサイズ算出工程と、前記前段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyf、前記後段ビームサイズ算出工程で求めた前記ビームサイズｄyb、前記前段ビーム制限シャッターと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ、前記前段ビーム制限シャッターと前記ターゲットとの間の距離Ｌ1 および前記ターゲットと前記後段ビーム制限シャッターとの間の距離Ｌ2 を用いて、次の数３またはそれと数学的に等価な式に基づいて、前記ターゲット上でのイオンビームの前記ｙ方向におけるビームサイズｄytを求めるビームサイズ算出工程とを行う。
【００３４】
［数３］
ｄyt＝（Ｌ2 ／Ｌ）ｄyf＋（Ｌ1 ／Ｌ）ｄyb、（但しＬ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
【００３５】
また、前記前段ビーム電流密度分布計測工程、前記前段中心位置算出工程、前記後段ビーム電流密度分布計測工程、前記後段中心位置算出工程、前記角度偏差算出工程、前記前段ビームサイズ算出工程、前記後段ビームサイズ算出工程および前記発散角算出工程を行っても良い。
【００３６】
更に、前記前段ビーム電流密度分布計測工程、前記前段中心位置算出工程、前記後段ビーム電流密度分布計測工程、前記後段中心位置算出工程、前記角度偏差算出工程、前記前段ビームサイズ算出工程、前記後段ビームサイズ算出工程、前記発散角算出工程および前記ビームサイズ算出工程を行っても良い。
【００３７】
この発明に係るイオン注入装置は、前記工程に相当する処理の内の所定のものを行う制御装置を備えている。
【発明の効果】
【００３８】
請求項１または６に記載の発明によれば、イオンビームの走査方向と垂直なｙ方向の角度偏差θy を計測することができる。しかもこの計測を、イオンビームの走査方向の平行度等を計測するために設けられている前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを利用して行うので、新たにファラデー計測系を設ける必要がない。従って、簡素な構成によって上記計測を行うことができる。また、ビームラインに対して、ｘ方向の計測系とｙ方向の計測系とを入れ換える作業が不要であるので、その分、余分な時間が減り、生産性が向上する。
【００３９】
請求項２または７に記載の発明によれば、イオンビームの走査方向と垂直なｙ方向の発散角αmax を計測することができる。しかもこの計測を、イオンビームの走査方向の平行度等を計測するために設けられている前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを利用して行うので、新たにファラデー計測系を設ける必要がない。従って、簡素な構成によって上記計測を行うことができる。また、ビームラインに対して、ｘ方向の計測系とｙ方向の計測系とを入れ換える作業が不要であるので、その分、余分な時間が減り、生産性が向上する。
【００４０】
請求項３または８に記載の発明によれば、ターゲット上でのイオンビームのｙ方向におけるビームサイズｄytを計測することができる。しかもこの計測を、イオンビームの走査方向の平行度等を計測するために設けられている前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを利用して行うので、新たにファラデー計測系を設ける必要がない。従って、簡素な構成によって上記計測を行うことができる。また、ビームラインに対して、ｘ方向の計測系とｙ方向の計測系とを入れ換える作業が不要であるので、その分、余分な時間が減り、生産性が向上する。
【００４１】
請求項４または９に記載の発明によれば、前記ｙ方向の角度偏差θy および前記ｙ方向の発散角αmax を、簡素な構成によって計測することができる。また、上記と同様の理由によって、生産性も向上する。
【００４２】
請求項５または１０に記載の発明によれば、前記ｙ方向の角度偏差θy 、前記ｙ方向の発散角αmax および前記ターゲット上でのｙ方向のビームサイズｄytを、簡素な構成によって計測することができる。また、上記と同様の理由によって、生産性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図７は、この発明に係るイオンビーム計測方法を実施するイオン注入装置の一実施形態の要部を示す図である。イオン注入装置全体の構成は、例えば、図１およびそれに関する前記説明を参照するものとする。また、図１に示した例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該例との相違点を主に説明する。
【００４４】
このイオン注入装置は、イオンビーム４の進行方向であるｚ軸上の位置に関して、ターゲット１６の上流側の位置ｚffに前記前段多点ファラデー２４を有しており、ターゲット１６の下流側の位置ｚfbに前記後段多点ファラデー２８を有している。ターゲット１６のｚ軸上の位置をｚt とする。ターゲット１６が図７に示す例のように傾いている場合は、ターゲット１６の中心のｚ軸上の位置をｚt とする。
【００４５】
前段多点ファラデー２４の上流側の近傍の位置ｚf に、前記ｘ方向に平行走査されたイオンビーム４を遮ることができる前段ビーム制限シャッター３２が設けられている。この前段ビーム制限シャッター３２は、前記ｘ方向に平行な一辺３４を有している。この一辺３４は、前記ｘ方向と精密に平行に保つのが好ましい。前段ビーム制限シャッター３２は、この例ではｘ方向に長い長方形をしているが、それに限らない。また、前記一辺３４は、この例では前段ビーム制限シャッター３２の下辺であるが、上辺でも良い。
【００４６】
前段ビーム制限シャッター３２を保持してそれを、矢印３８に示すように、前記ｙ方向に往復駆動する前段シャッター駆動装置３６が設けられている。この前段シャッター駆動装置３６は、この例では、前段ビーム制限シャッター３２のｙ方向の位置を精密に制御する制御回路および前記一辺３４のｙ方向の位置ｙ1 を精密に計測して出力する位置センサー（いずれも図示省略）を有している。
【００４７】
このイオン注入装置は、更に、後段多点ファラデー２８の上流側の近傍の位置ｚb に、より具体的にはターゲット１６よりも下流側であって後段多点ファラデー２８の上流側近傍の位置ｚb に、前記ｘ方向に平行走査されたイオンビーム４を遮ることができる後段ビーム制限シャッター４２が設けられている。この後段ビーム制限シャッター４２は、前記ｘ方向に平行な一辺４４を有している。この一辺４４は、前記ｘ方向と精密に平行に保つのが好ましい。後段ビーム制限シャッター４２は、この例ではｘ方向に長い長方形をしているが、それに限らない。また、前記一辺４４は、この例では後段ビーム制限シャッター４２の下辺であるが、上辺でも良い。
【００４８】
後段ビーム制限シャッター４２を保持してそれを、矢印４８に示すように、前記ｙ方向に往復駆動する後段シャッター駆動装置４６が設けられている。この後段シャッター駆動装置４６は、この例では、後段ビーム制限シャッター４２のｙ方向の位置を精密に制御する制御回路および前記一辺４４のｙ方向の位置ｙ1 を精密に計測して出力する位置センサー（いずれも図示省略）を有している。
【００４９】
図６も参照して、ｚ軸に沿う方向における前段ビーム制限シャッター３２と後段ビーム制限シャッター４２との間の距離、即ち位置ｚf と位置ｚb との間の距離をＬ、前段ビーム制限シャッター３２とターゲット１６との間の距離、即ち位置ｚf と位置ｚt との間の距離をＬ1 、ターゲット１６と後段ビーム制限シャッター４２との間の距離、即ち位置ｚt と位置ｚb との間の距離をＬ2 とする。従って、Ｌ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 である。
【００５０】
この実施形態では、更に、後述する各処理を行う制御装置５０を備えている。
【００５１】
制御装置５０は、前段シャッター駆動装置３６、後段シャッター駆動装置４６をそれぞれ制御して前段ビーム制限シャッター３２、後段ビーム制限シャッター４２を前記のようにそれぞれ駆動させると共に、前段シャッター駆動装置３６、後段シャッター駆動装置４６から前記位置ｙ1 の情報をそれぞれ取り込む。更に、前段多点ファラデー２４、後段多点ファラデー２８から、後述するビーム電流Ｓf,i（ｙ）、Ｓb,i（ｙ）の情報をそれぞれ取り込む。
【００５２】
更に、制御装置５０には、上記距離Ｌ、Ｌ1 およびＬ2 の情報が与えられる（例えば設定される）。但し、距離Ｌの情報を与えずに、制御装置５０内でＬ＝Ｌ1 ＋Ｌ2 の演算を行わせても良い。
【００５３】
ここで、この明細書における、イオンビーム４のｙ方向の中心軌道、ビームサイズおよび発散角の定義について説明する。
【００５４】
図４に、イオンビーム４のｙ方向のビーム電流密度ｊの分布ｊ（ｙ）の例を示す。一般的に、ビーム電流密度ｊ（ｙ）は必ずしも単純な形状になるとは限らないので、ここでは、図４に示されているような形状を例として取り上げる。このとき、ビーム電流密度分布ｊ（ｙ）の積分の中心位置をｙc とする。即ち、図４中にハッチングを付した上半分の面積Ｓa と下半分の面積Ｓb とが互いに等しくなる位置が中心位置ｙc である。このイオンビーム４の中心位置ｙc の軌道が、イオンビーム４のｙ方向の中心軌道である。
【００５５】
上記中心位置ｙc が、ｚ軸に沿って所定の距離だけ離れた２点間で異なっている場合、具体的には距離Ｌだけ離れた前記前段ビーム制限シャッター３２の位置ｚf と前記後段ビーム制限シャッター４２の位置ｚb （図６、図７参照）との間で異なっている場合、イオンビーム４の中心軌道はｙ方向に角度偏差θy を持っていることになる。この場合、前段ビーム制限シャッター３２の位置ｚf および後段ビーム制限シャッター４２の位置ｚb におけるイオンビーム４の中心位置ｙc をそれぞれｙcf、ｙcbとすると、角度偏差θy は前記数１で表される。
【００５６】
次に、イオンビーム４のｙ方向のビームサイズについて説明する。図５に示す例において、ビーム電流密度分布ｊ（ｙ）中のビーム電流ｊの最大値をｊp とし、この最大値ｊp に対して十分に小さい割合、例えば１０％の値をｊd とする。そして、ビーム電流密度分布ｊ（ｙ）中のｙ方向における上下の最も外側に位置していてビーム電流ｊの値が上記値ｊd を横切る２点間の距離をｄy とし、これをイオンビーム４のｙ方向のビームサイズとする。
【００５７】
次に、イオンビーム４のｙ方向の発散角について説明する。図６には、前記前段ビーム制限シャッター３２の位置ｚf におけるビーム電流密度分布ｊf（ｙ）の例と、前記後段ビーム制限シャッター４２の位置ｚb におけるビーム電流密度分布ｊb（ｙ）の例が示されている。一般的に言って、ビーム電流密度分布ｊ（ｙ）はイオンビーム４の進行方向であるｚ軸上の位置によって異なっており、従って上記ビームサイズｄy も異なっている。これは、イオンビーム４を構成する個々のイオンの運動方向がイオンビーム４の中心軌道の方向と必ずしも一致していないことによる。ここでは、前段ビーム制限シャッター３２の位置ｚf での前記ビームサイズをｄyfとし、後段ビーム制限シャッター４２の位置ｚb での前記ビームサイズをｄybとする。従って、ｄyf＜ｄybであればイオンビーム４は両位置ｚf 、ｚb 間でｙ方向に発散しており、ｄyf＞ｄybであれば集束していることになる。この両位置ｚf 、ｚb 間でのイオンビーム４のｙ方向の発散角をαmax とすると、この発散角αmax は前記数２で表される。
【００５８】
また、ターゲット１６上でのｙ方向のビームサイズｄytは、前記数３で表される。
【００５９】
次に、上記のように表される角度偏差θy 、発散角αmax およびビームサイズｄytの計測方法について説明する。
【００６０】
イオンビーム４は、この計測に先立って、例えば前記特許文献２に記載の技術またはそれと同様の技術に従って、ｘ方向の平行度θx を所望の値に、例えばθx ≒０°に調整しておくのが好ましい。
【００６１】
計測に際しては、図８に示すように、前段多点ファラデー２４をイオンビーム４の経路上に位置させておいて、前段シャッター駆動装置３６によって前段ビーム制限シャッター３２をｙ方向に駆動しつつ、前段多点ファラデー２４に入射するイオンビーム４のビーム電流を前段多点ファラデー２４によって計測する。この前段ビーム制限シャッター３２の駆動は、前段ビーム制限シャッター３２がイオンビーム４を全く遮っていない状態から遮る状態への駆動でも良いけれども、ここでは、前段ビーム制限シャッター３２がイオンビーム４を完全に遮っている状態から遮らない状態への駆動を例に説明する。その前段ビーム制限シャッター３２の駆動方向を矢印３９で示す。この場合、初めはイオンビーム４は前段ビーム制限シャッター３２によって完全に遮られているため、前段多点ファラデー２４にはイオンビーム４は全く入射しない。このときの前段ビーム制限シャッター３２の前記一辺３４のｙ座標位置をｙ0 とする。
【００６２】
そして、前段ビーム制限シャッター３２が、矢印３９で示すようにｙ方向に駆動されると、駆動が進むにつれて、前段ビーム制限シャッター３２によって遮られていたイオンビーム４の一部が前記一辺３４の外側を通過して徐々に前段多点ファラデー２４に入射するようになる。ここで、イオンビーム４の少なくとも一部が前段多点ファラデー２４に入射しているときの前段ビーム制限シャッター３２の前記一辺３４のｙ座標位置をｙ1 とする。
【００６３】
今、前段多点ファラデー２４のｘ方向におけるｉ番目の検出器（例えばファラデーカップ）に着目し、その中心のｘ座標位置をｘi とする。このとき、前段ビーム制限シャッター３２の位置ｚf において、ｘ座標ｘi でのｙ方向の前記ビーム電流密度分布ｊf（ｙ）を表す関数をｊf,i（ｙ）とする。このとき、ｉ番目の検出器で計測されるビーム電流Ｓf,i（ｙ1 ）は、次の数４で表される。これを図示したのが図９である。ここでは、ビーム電流密度ｊf,i は、ｙ0 以下ではゼロであるとしている。
【００６４】
【数４】
2005195417.tif 000003
【００６５】
従って、前段シャッター駆動装置３６によって前段ビーム制限シャッター３２をｙ方向に駆動しつつ、前段多点ファラデー２４でビーム電流Ｓf,i（ｙ）を計測し、かつその次式で表される変化率から、位置ｚf 、ｘi でのイオンビーム４のｙ方向のビーム電流密度分布ｊf,i（ｙ）を求めることができる。これが、前段ビーム電流密度分布計測工程であり、これを行う。
【００６６】
［数５］
ｄＳf,i（ｙ）／ｄｙ＝ｊf,i（ｙ）
【００６７】
上記と同様の方法によって、後段多点ファラデー２８、後段ビーム制限シャッター４２および後段シャッター駆動装置４６を用いて、位置ｚb 、ｘi でのイオンビーム４のｙ方向のビーム電流密度分布ｊb,i（ｙ）を求めることができる。これが、後段ビーム電流密度分布計測工程であり、これを行う。なお、この後段での計測時は、その計測の妨げにならないように、前段ビーム制限シャッター３２、前段多点ファラデー２４およびターゲット１６をイオンビーム４の経路から外しておく。この制御を制御装置５０に行わせても良い。この場合、前段多点ファラデー２４は、図示しない駆動装置を用いてイオンビーム４の経路から外すようにすれば良い。
【００６８】
更に、上記のようにして求めたビーム電流密度分布ｊf,i（ｙ）、ｊb,i（ｙ）から、前段ビーム制限シャッター３２、後段ビーム制限シャッター４２のそれぞれの位置ｚf 、ｚb でのイオンビーム４のｙ方向の中心位置ｙcf、ｙcbをそれぞれ求める。イオンビーム４のｙ方向の中心位置の定義は、図４を参照して先に説明した。これが、前段中心位置算出工程および後段中心位置算出工程である。
【００６９】
更に、上記のようにして求めた中心位置ｙcf、ｙcbおよび前記距離Ｌを用いて、前記数１またはそれと数学的に等価な式に基づいて、イオンビーム４のｙ方向の角度偏差θy を求める。これが、角度偏差算出工程である。これによって、イオンビーム４のｙ方向における中心軌道の状況を知ることができる。
【００７０】
また、この実施形態では、制御装置５０は、前記前段ビーム電流密度分布計測工程と同じ内容の前段ビーム電流密度分布計測処理、前記後段ビーム電流密度分布計測工程と同じ内容の後段ビーム電流密度分布計測処理、前記前段中心位置算出工程と同じ内容の前段中心位置算出処理、前記後段中心位置算出工程と同じ内容の後段中心位置算出処理および前記角度偏差算出工程と同じ内容の角度偏差算出処理を行うことができる。
【００７１】
更に、必要に応じて、上記のようにして求めたビーム電流密度分布ｊf,i（ｙ）、ｊb,i（ｙ）から、前段ビーム制限シャッター３２、後段ビーム制限シャッター４２のそれぞれの位置ｚf 、ｚb でのイオンビーム４のｙ方向のビームサイズｄyf、ｄybをそれぞれ求める。イオンビーム４のｙ方向のビームサイズの定義は、図５および図６を参照して先に説明した。これが、前段ビームサイズ算出工程および後段ビームサイズ算出工程である。  
【００７２】
更に、必要に応じて、上記のようにして求めたビームサイズｄyf、ｄybおよび前記距離Ｌを用いて、前記数２またはそれと数学的に等価な式に基づいて、イオンビーム４のｙ方向における発散角αmax を求める。この発散角αmax の定義は、先に図６を参照して説明した。これが、発散角算出工程である。
【００７３】
更に、必要に応じて、上記のようにして求めたビームサイズｄyf、ｄyb、前記距離Ｌ、Ｌ1 およびＬ2 を用いて、前記数３またはそれと数学的に等価な式に基づいて、ターゲット１６上でのイオンビーム４のｙ方向におけるビームサイズｄyt（図６も参照）を求める。これが、ビームサイズ算出工程である。
【００７４】
上記制御装置５０に、必要に応じて更に、前記前段ビームサイズ算出工程と同じ内容の前段ビームサイズ算出処理、前記後段ビームサイズ算出工程と同じ内容の後段ビームサイズ算出処理、前記発散角算出工程と同じ内容の発散角算出処理および前記ビームサイズ算出工程と同じ内容のビームサイズ算出処理を行わせても良く、この実施形態では、制御装置５０はこれらの処理をも行うことができる。
【００７５】
なお、前段多点ファラデー２４がｎ個（ｎは２以上の整数）の検出器をｘ方向に有する場合、前記ｉは１からｎまでの任意のものである。後段多点ファラデー２８においても同様である。従って、ｘ方向における１からｎまでの内の任意の番目の検出器を用いて、当該検出器の位置において、上記と同様の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】従来のイオン注入装置の一例を示す概略図である。
【図２】イオンビームの平行度θx の例を示す図である。
【図３】イオンビームのｙ方向の角度偏差θy の例を示す図である。
【図４】イオンビームのｙ方向のビーム電流密度分布ｊ（ｙ）の例を示す図である。
【図５】イオンビームのｙ方向のビームサイズｄy の例を示す図である。
【図６】イオンビームのｙ方向の発散角αmax の例を示す図である。
【図７】この発明に係るイオンビーム計測方法を実施するイオン注入装置の一実施形態の要部を示す図である。
【図８】前段ビーム制限シャッターの位置でのｙ方向のビーム電流密度分布を計測する方法の一例を示す図である。
【図９】前段ビーム制限シャッターの位置でのｙ方向のビーム電流密度分布の一例を示す図である。
【図１０】ターゲットへのイオンビームの入射角の例を示す図であり、（Ａ）はｘ方向の入射角φx を示し、（Ｂ）はｙ方向の入射角φy を示す。
【符号の説明】
【００７７】
４  イオンビーム
１６  ターゲット
２０  ターゲット駆動装置
２４  前段多点ファラデー
２８  後段多点ファラデー
３２  前段ビーム制限シャッター
３４  一辺
３６  前段シャッター駆動装置
４２  後段ビーム制限シャッター
４４  一辺
４６  後段シャッター駆動装置
５０  制御装置
【図１】
2005195417.tif 000004
【図２】
2005195417.tif 000005
【図３】
2005195417.tif 000006
【図４】
2005195417.tif 000007
【図５】
2005195417.tif 000008
【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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