(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの設計上の進行方向をｚ方向とするとともに、該イオンビームのｚ方向と直交する断面における一方向をｙ方向、該断面におけるｙ方向と垂直な方向をｘ方向とした場合において、
イオンビームの軌道上に設けられて、当該イオンビームのビーム強度分布を測定するビームプロファイルモニタと、
前記ビームプロファイルモニタよりも一定距離前方においてイオンビームを挟んでｘ方向に対向配置されたビーム遮蔽部材と、
ｚ方向から視て、前記ビーム遮蔽部材をｘ方向に進退駆動して、ｘ方向に対向する一対のビーム遮蔽部材の間で当該イオンビームを通過させる開口を形成したり閉止したりする駆動機構と、
前記ビームプロファイルモニタからの強度分布測定結果を受信するとともに、前記ビーム遮蔽部材の位置を前記駆動機構を通じて制御する制御装置とを具備してなり、
前記ビーム遮蔽部材の少なくとも一方が、ｚ方向から視てｙ方向には隙間なく、かつ、ｘ方向には独立して進退可能に設けられた複数の可動遮蔽板からなるものであり、
前記制御装置が、前記可動遮蔽板を位置制御して、対向するビーム遮蔽部材との間に、微小開口を形成する微小開口形成部と、前記微小開口を通過したイオンビームについての前記ビームプロファイルモニタによる強度分布測定結果から、当該イオンビームのエミッタンスを算出するエミッタンス算出部とを具備たものであることを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項２】
イオンビームの断面におけるｙ方向寸法がｘ方向寸法よりも大きいリボン状イオンビームの測定に用いられるものであって、
前記制御装置が、イオンビームをｙ方向には略全部通過させるとともに、ビームプロファイルモニタの測定結果に基づいて、イオンビームのｙ方向におけるビーム強度分布が均一に近づくように、前記各可動遮蔽板を配置してビーム遮蔽量を制御する均一化部を更に具備している請求項１記載のイオンビーム照射装置。
【請求項３】
前記ビーム遮蔽部材のいずれもが、ｚ方向から視てｙ方向には隙間なく、かつ、ｘ方向には独立して進退可能に設けられた複数の可動遮蔽板からなるものである請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【請求項４】
イオンビームの設計上の進行方向をｚ方向とするとともに、該イオンビームのｚ方向と直交する断面における一方向をｙ方向、該断面におけるｙ方向と垂直な方向をｘ方向とした場合において、
イオンビームの軌道上に設けられて、当該イオンビームのビーム強度分布を測定するビームプロファイルモニタと、
前記ビームプロファイルモニタよりも一定距離前方においてイオンビームを挟んでｘ方向に対向配置され、互いの間で当該イオンビームを通過させる開口を形成したり閉止したりする一対のビーム遮蔽部材とを利用したイオンビームの測定方法であり、
前記ビーム遮蔽部材の少なくとも一方を、ｚ方向から視てｙ方向には隙間なく、かつ、ｘ方向には独立して進退可能に設けられた複数の可動遮蔽板からなるものとしたうえで、
前記可動遮蔽板の位置を調整して、対向するビーム遮蔽部材との間に、微小開口を形成する微小開口形成ステップと、
前記微小開口を通過したイオンビームについての前記ビームプロファイルモニタによる強度分布測定結果から、当該イオンビームのエミッタンスを算出するエミッタンス算出ステップとを行うことを特徴とするイオンビーム測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばリボン状イオンビームのエミッタンスを測定することができるイオンビーム照射装置及びイオンビーム測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入システムなどに用いられるイオンビーム照射装置には、射出されるイオンビームを好適に制御するために、そのエミッタンスを測定するための測定機能を有するものがある。そして従来のこの種のエミッタンス測定では、スリットや小孔等のビーム通過孔を有した遮蔽部材を専用に設けておき、前記ビーム通過孔を通過したイオンビームの拡がり角をセンサで測定することによって、イオンビームのエミッタンスを算出するようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、イオンビームの軌道上に第１スリットおよび第２スリットを配置するとともに、各スリットをイオンビームの進行方向に対し垂直に動かし、各スリットを通過したイオンビームの電流をファラデーカップで測定してイオンビームのエミッタンスを算出できるようにしている。また、特許文献２においては、イオンビームの軌道上に小孔を有した遮蔽板を設けるとともに、その遮蔽板の後方にイオンビームの照射によって発光する蛍光板を設けておき、その蛍光板の発光像をエリア画像素子で検出することによって、小孔を通過したイオンビームの拡がり角を測定し、イオンビームのエミッタンスを算出できるようにしている。
【特許文献１】特開平２００５−６３８７４号公報
【特許文献２】特開平６−１３１９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来装置では、ビーム通過孔の形状等が予め決まっていることから、エミッタンス測定の態様に応じた自由度が低いうえ、前述したように、エミッタンスを測定するための専用の機構が必要となり、システム全体としてみれば、肥大化やコスト増大を招く恐れがある。
【０００５】
そこで本発明は、エミッタンス測定はもちろんのこと、他の用途、例えばイオンビームの強度均一化などにも用いることができて、本装置を含むシステム全体としてみたときに、低コスト化や簡易化を促進できるイオンビーム照射装置及びイオンビーム測定方法を提供することをその主たる目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係るイオンビーム照射装置は、下記（１）〜（４）の構成を具備していることを特徴とする。
（１）イオンビームの軌道上に設けられて、当該イオンビームのビーム強度分布を測定するビームプロファイルモニタ。
（２）前記ビームプロファイルモニタよりも一定距離前方においてイオンビームを挟んでｘ方向に対向配置され、互いの間で当該イオンビームを通過させる開口を形成する一対のビーム遮蔽部材。これらビーム遮蔽部材の少なくとも一方は、ｚ方向から視てｙ方向には隙間なく、かつ、ｘ方向には独立して進退可能に設けられた複数の可動遮蔽板を有している。
（３）ｚ方向から視て、前記ビーム遮蔽部材をｘ方向に進退駆動する駆動機構。
（４）前記ビームプロファイルモニタからの強度分布測定結果を受信するとともに、前記ビーム遮蔽部材の位置を前記駆動機構を通じて制御する制御装置。より具体的にこの制御装置は、前記可動遮蔽板を位置制御して、対向するビーム遮蔽部材との間に微小開口を形成する微小開口形成部と、前記微小開口を通過したイオンビームについての前記ビームプロファイルモニタによる強度分布測定結果から、当該イオンビームのエミッタンスを算出するエミッタンス算出部とを具備している。
【０００７】
なお、上述中、ｚ方向は、イオンビームの設計上の進行方向であり、ｙ方向はイオンビームのｚ方向と直交する断面における一方向、ｘ方向は該断面におけるｙ方向と垂直な方向である。
【０００８】
このようなイオンビーム照射装置では、可動遮蔽板によって形成された微小開口を利用して、イオンビームのエミッタンスを測定することができる。しかして、複数の可動遮蔽板の位置制御によって前記開口を形成しているので、開口の大きさを変化させることもできるし、１つの開口のみならず、複数の開口を同時に形成することもできるなど、エミッタンス測定に応じた最適な開口態様をとることができる。
【０００９】
さらに、開口を大きく設定して、エミッタンス測定以外の他の目的で用いることもできる。例えば、イオンビームの断面におけるｙ方向寸法がｘ方向寸法よりも大きいリボン状イオンビームの測定において、ビームプロファイルモニタの測定結果に基づいて、イオンビームのｙ方向におけるビーム強度分布が均一に近づくように、前記各可動遮蔽板を配置してビーム遮蔽量を制御することができる。
【００１０】
開口形状や位置の自由度をより高くし、本発明の効果をより顕著にするには、前記ビーム遮蔽部材のいずれもが、ｚ方向から視てｙ方向には隙間なく、かつ、ｘ方向には独立して進退可能に設けられた複数の可動遮蔽板からなるものであることが望ましい。
【００１１】
また、本発明に係るイオンビーム測定方法は、前記ビームプロファイルモニタと、前記一対のビーム遮蔽部材とを利用したものであって、下記（１）、（２）のステップを行うことを特徴とする。
（１）前記可動遮蔽板の位置を調整して、対向するビーム遮蔽部材との間に微小開口を形成する微小開口形成ステップ。
（２）前記微小開口を通過したイオンビームについての前記ビームプロファイルモニタによる強度分布測定結果から、当該イオンビームのエミッタンスを算出するエミッタンス算出ステップ。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成した本願請求項１又は４に係る発明によれば、複数の可動遮蔽板の位置制御によって前記開口を形成しているので、開口の大きさや形状、あるいは開口数を変化させることができるなど、エミッタンス測定に応じた最適な開口態様をとることができる。この場合、可動遮蔽板の大部分は、対向するビーム遮蔽部材に当接あるいは重なり合ってイオンビームを遮蔽し、一部の可動遮蔽板のみが対向するビーム遮蔽部材から離間して微小開口を形成することとなる。
また、開口形状や大きさの自由度が高いので、エミッタンス測定以外の他の目的で用いることもできる。例えば、全ての可動遮蔽板を対向するビーム遮蔽部材から離間させ、かつ、部分的に開口幅に変化を付けるなどしてｙ方向のビーム強度分布に関する制御目的に利用することができる。
【００１３】
その具体的な一例が、本願請求項２に係る発明である。この本願請求項２に係る発明によれば、イオンビームの断面におけるｙ方向寸法がｘ方向寸法よりも大きいリボン状イオンビームの測定において、ビームプロファイルモニタの測定結果に基づいて、各可動遮蔽板の配置位置を制御し、開口におけるｘ方向寸法を部分的に異ならせることによって、イオンビームのｙ方向におけるビーム強度分布を均一化することができる。
【００１４】
本願請求項３に係る発明によれば、いずれのビーム遮蔽部材も複数の可動遮蔽板からなるので、開口の形状や位置の自由度がより高くなって、本発明の効果がさらに顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態に係るイオン照射装置１００は、図１にその模式的全体図を示すように、イオン源１から引き出したイオンビームＩＢを、質量分離器２を通して質量分離し、更に必要に応じて加速または減速を行った後、ホルダ３に保持されたターゲット４に照射して、ターゲット４にイオン注入等の処理を施すよう構成されている。イオンビームＩＢの軌道は真空雰囲気に保たれる。質量分離器２を設けない場合もある。ターゲット４にイオン注入を行う場合は、この装置１００はイオン注入装置とも呼ばれる。
【００１７】
ターゲット４に照射されるイオンビームＩＢは、図２に示すように、その設計上の進行方向ｚと交差（例えば直交）する断面におけるｙ方向（例えば長手方向）の寸法Ｗｙが、当該ｙ方向と直交するｘ方向の寸法Ｗｘよりも大きい形をしている。このような形状のイオンビームＩＢは、リボン状やシート状あるいは帯状のイオンビームと呼ばれる場合もある。但し、ｘ方向の寸法Ｗｘが紙のように薄いという意味ではない。一例を挙げると、ｙ方向の寸法Ｗｙは３５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度、ｘ方向の寸法Ｗｘは８０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。
【００１８】
この実施形態では、イオンビームＩＢは、ｙ方向の走査を経ることなく、即ちイオン源１から引き出した形状自体がリボン状をしている。但し、ターゲット４に照射されるイオンビームＩＢは、前述したように、例えば質量分離器２の下流側においてｙ方向の走査（例えば平行走査）を経てリボン状をしているものでもよい。
【００１９】
ターゲット４は、例えば、半導体基板、ガラス基板等である。ターゲット４は、この実施形態では、ホルダ３に保持されて、ターゲット駆動装置３１によって、矢印Ａに示すように、前記ｘ方向に沿って機械的に往復進退駆動（メカニカルスキャン）される。イオンビームＩＢのｙ方向の寸法Ｗｙは、ターゲット４の同方向の寸法よりも若干大きく、このことと、上記往復駆動とによって、ターゲット４の全面にイオンビームＩＢを照射することができる。
【００２０】
イオンビームＩＢの照射位置にあるターゲット４の近傍、例えばこの実施形態では当該ターゲット４の後方近傍には、イオンビームＩＢの断面におけるビーム強度分布（ここでは、電流密度分布）を測定するビームプロファイルモニタ５が設けてある。
このビームプロファイルモニタ５は、イオンビームＩＢのｙ方向とｘ方向の両方のビーム電流密度分布を測定する二次元の測定器であり、例えば、イオンビームＩＢのビーム電流密度を測定する多数の測定器要素（例えばファラデーカップ）５１をｙ方向およびｘ方向に、並設した構成を有している（図４、図５参照）。
そして、このビームプロファイルモニタ５による測定時には、前記ターゲット４は、ターゲット駆動装置３１によってビーム軌道に干渉しない位置にまで退避移動させる。
【００２１】
しかしてこの実施形態では、図１、図２に示すように、ターゲット４の位置よりも上流側において、イオンビームＩＢを挟んでｘ方向に対向配置した対称な一対のビーム遮蔽部材６を設けている。各ビーム遮蔽部材６は、それぞれｙ方向に沿って並べ設けた長尺矩形状をなす複数の可動遮蔽板６１からなる。各可動遮蔽板６１は、ｙ方向に隣接する可動遮蔽板６１と略密着するとともに、ｘ方向には独立して進退可能に構成してある。なお、可動遮蔽板６１は、ｙ方向に隣接する可動遮蔽板６１と必ずしも密着させる必要はなく、要は、ｚ方向から視て、ｙ方向に隙間がないように構成されていればよい。
【００２２】
これら各可動遮蔽板６１は、図１に示すように、駆動機構７によって進退駆動される。この駆動機構７は、可動遮蔽板６１毎に設けられたものであり、例えば、モータ（図示しない）とそのモータにねじ送り構造（図示しない）を介して連結された駆動ロッド７１とを具備している。そして、この駆動ロッド７１の先端に前記可動遮蔽板６１が接続してあり、モータの正逆回転によって、駆動ロッド７１とそれに接続された可動遮蔽板６１がｘ方向に進退移動するように構成してある。なお、各可動遮蔽板６１の先端位置は、例えばモータの原点からの回転角度をロータリエンコーダなどの位置センサ（図示しない）で検出することにより、後述する制御装置８が把握できるように構成してある。
【００２３】
前記制御装置８は、前記ビームプロファイルモニタ５からのデータ、すなわち強度分布データを受信して処理するとともに、前記駆動機構７に駆動信号を出力してビーム遮蔽部材６（より具体的には可動遮蔽板６１）を駆動制御するものである。
この制御装置８は、ハードウェア的に言えば、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等（図示しない）を有した電気回路である。図１ではこの制御装置８は一体的に記載されているが、物理的に一体である必要はなく、通信可能に接続された複数の機器からなるものであってもよい。
そして、前記メモリに予め格納されたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が共働することにより、この制御装置８は、図３に機能ブロックを示すように、駆動機構７に駆動信号を出力して前記可動遮蔽板６１を位置制御し、対向するビーム遮蔽部材６との間に微小開口Ｐ（図２、図４、図５参照）を形成する微小開口形成部８１や、前記微小開口Ｐを通過したイオンビームＩＢについての前記ビームプロファイルモニタ５による強度分布測定結果、つまり強度分布データから、当該イオンビームＩＢのエミッタンスを算出するエミッタンス算出部８２等としての機能を発揮するように構成してある。
【００２４】
次に、このような構成のイオンビーム照射装置１００の動作につき、特にエミッタンス測定動作を中心として説明する。
【００２５】
まず、微小開口形成部８１が、例えばｘ方向に一対の可動遮蔽板６１を移動させて、それらの間に微小隙間を形成する。また、その他の可動遮蔽板６１については、全て対向する可動遮蔽板６１に当接させて、互いの間に隙間が形成されないようにする。このことにより、前記一対の可動遮蔽板６１と、それら可動遮蔽板６１のｙ方向に隣接する可動遮蔽板６１との間に、図２に示すように、１つの微小開口Ｐが形成される（微小開口形成ステップ）。その一方で、微小開口形成部８１は、前記一対の可動遮蔽板６１の駆動量から、微小開口Ｐのｘ、ｙ方向に関する座標位置を算出し、その開口位置データをメモリの所定領域に形成した位置格納部８４に格納する。
【００２６】
イオン源１から射出されたリボン状イオンビームＩＢは、前記可動遮蔽板６１でそのほとんどが遮蔽され、唯一、前記微小開口Ｐを通過したもののみが、ビームプロファイルモニタ５に照射される。このビームプロファイルモニタ５は、前述したように、ｘ方向及びｙ方向の２次元エリアセンサであることから、微小開口Ｐを通過したイオンビームＩＢの断面におけるイオンビーム強度分布を、ｘ、ｙ座標に関連づけた強度分布データとして出力する。なお、ビームプロファイルモニタ５によるイオンビーム強度分布の検出原理と、イオンビーム強度分布のイメージを図４、図５に示す。
【００２７】
次に、エミッタンス算出部８２が、前記強度分布データを受信するとともに、前記位置格納部８４から微小開口Ｐの位置データを取得する。そして、これら強度分布データと位置データとに基づいて、前記微小開口Ｐの位置でのイオンビームＩＢのエミッタンス、すなわちｘ方向における発散角αｘ及びｙ方向における発散角αｙを算出する（エミッタンス算出ステップ）。
算出式は以下の通りである。
αｘ＝ｔａｎ−１（ｌｘ／Ｌ）  ・・・（１）
αｙ＝ｔａｎ−１（ｌｙ／Ｌ）  ・・・（２）
ここで、Ｌは微小開口Ｐとビームプロファイルモニタ５とのｚ方向の距離、ｌｘはビームプロファイルモニタ５で検出されたイオンビーム強度（電流）のピーク位置と微小開口Ｐとのｘ方向の距離、ｌｙはビームプロファイルモニタ５で検出されたイオンビーム強度（電流）のピーク位置と微小開口Ｐとのｙ方向の距離を表す（図４、図５参照）。
【００２８】
したがって、このように構成した本実施形態に係るイオンビーム照射装置に１００よれば、微小開口Ｐの位置でのイオンビームＩＢのエミッタンスを測定できる。しかも、微小開口Ｐの位置を次々変えて各位置でのエミッタンスを測定することにより、リボン状イオンビームの各箇所におけるエミッタンスをも正確にかつ簡単に測定することができる。
【００２９】
また、図６に示すように、微小開口Ｐを同時に複数形成すれば、測定時間の短縮を図ることもできる。さらに、開口Ｐの大きさを自在に変え得ることから、イオンビームＩＢの態様に合わせた適切なエミッタンス測定を、柔軟に行うことができる。
【００３０】
加えて、このイオンビーム照射装置１００によれば、同一ハードウェアでありながら、さらに他の機能を容易に搭載できる。例えば、この実施形態では、制御装置８に、図３に示す均一化部８３としての機能をソフトウェア的に付加している。この均一化部８３は、イオンビームＩＢのｙ方向におけるビーム強度分布が均一に近づくように、前記各可動遮蔽板６１を配置してビーム遮蔽量を制御する。
【００３１】
具体的に、この均一化部８３は、まず、イオンビームＩＢをｙ方向に略全部通過させるべく、全ての可動遮蔽板６１を対向する可動遮蔽板６１から離間させる。ここでは、例えば全開状態にする。
次に、ビームプロファイルモニタ５からの強度分布データを受信し、ｙ方向におけるビーム強度が低い領域については、対向する可動遮蔽板６１間の距離を大きくし、逆にｙ方向におけるビーム強度が高い領域については、対向する可動遮蔽板６１間の距離を小さくして、ｙ方向におけるビーム強度分布の均一化を図る。このとき、ビーム強度の高低判断の基準値が必要となるが、これは例えば、ターゲットに対するイオン注入総量などから予め算出しておく。この結果、例えば図７に示すように開口Ｐ’のｘ方向の幅は部分的に異なるものとなり得る。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３３】
例えば、ビーム遮蔽部材６は、必ずしも対称構成でなくともよく、例えば図８に示すように、一方のビーム遮蔽部材６のみを複数の可動遮蔽板６１から構成して、他方のビーム遮蔽部材６は単一板としても構わない。このとき単一板であるビーム遮蔽部材６を駆動機構でｘ方向に進退駆動できるようにすればなおよい。
【００３４】
また、図９に示すように、各ビーム遮蔽部材６を構成する可動遮蔽板６１がｚ方向に異なる位置に配置されるようにして、可動遮蔽板６１の先端同士が重合可能に構成してもよい。この場合、可動遮蔽板６１の先端形状を種々変えることが可能になる。例えば、図９では先端形状を半円形状にしているが、その他、三角形状、凹円形状などにして、開口形状を矩形以外の形状にすることもできるようになる。
【００３５】
さらに、この明細書でｘ方向に進退するとは、ｚ方向から視てｘ方向に移動するという意味である。したがって、例えば、図１０に示すように、可動遮蔽板６１をｙ方向に平行な軸で回転移動可能に支持しておき、モータなどで可動遮蔽板６１を回転させる構成にしてもよい。回転によって可動遮蔽板６１の先端は、ｚ方向から視てｘ方向に移動し、開口が形成されたり、閉止されたりするからである。
【００３６】
また、ビームプロファイルモニタを、ライン状をなす一次元のものとするとともに、これを前記ラインと直交する方向に移動させながら逐次測定を行って、イオンビーム強度の二次元分布を測定するようにしても構わない。
【００３７】
その他、本発明は前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態におけるイオンビーム照射装置の全体を示す模式的全体図である。
【図２】同実施形態におけるビーム遮蔽部材を模式的に示す斜視図である。
【図３】同実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【図４】同実施形態におけるエミッタンス測定原理を説明するための原理説明図である。
【図５】同実施形態における微小開口が複数形成された状態を示すｚ方向から視た図である。
【図６】同実施形態における均一化ステップが行われた状態を示す方向から視た図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるビーム遮蔽部材を模式的に示すｚ方向から視た図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態におけるビーム遮蔽部材を模式的に示すｚ方向から視た図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態における可動遮蔽板の模式的斜視図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態における可動遮蔽板の模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００・・・イオンビーム照射装置
ＩＢ・・・イオンビーム
Ｐ・・・微小開口
５・・・ビームプロファイルモニタ
６・・・ビーム遮蔽部材
６１・・・可動遮蔽板
７・・・駆動機構
８・・・制御装置
８１・・・微小開口形成部
８２・・・エミッタンス算出部
【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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