(57)【要約】【課題】非接触式のイオンビーム計測を提供する。【解決手段】イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム経路１４の周りを周回するよう配置された光ファイバ２２と、光ファイバ２２に入射光を与えるための光源２０と、光ファイバ２２からの出射光を検出するための検出器２４と、入射光と出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するための演算処理ユニット３２と、を備える。光ファイバ２２はイオンビーム１２の走査範囲１９を囲んで配置されていてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム経路の周りを周回するよう配置された光ファイバと、
前記光ファイバに入射光を与えるための光源と、
前記光ファイバからの出射光を検出するための検出器と、
前記入射光と前記出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するための演算部と、を備えることを特徴とするイオンビーム計測装置。
【請求項２】
前記光ファイバはイオンビームの走査範囲を囲んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項３】
前記光ファイバは、イオンビームを対象に照射するための処理室に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のイオンビーム計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のイオンビーム計測装置を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】
イオンビームを供給することと、
前記イオンビームからの磁場における物質中での電磁波のファラデー回転を計測することと、を含むことを特徴とするイオンビーム計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム計測装置、イオンビーム計測方法、及びイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理物にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射装置が知られている。例えば、所望のイオン種を半導体基板に注入するためのイオン注入装置がある。イオン注入装置には一般に、イオンビームの照射を直接受けてビーム計測をするための計測器、例えばファラデーカップが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６２７４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１９４２号公報
【特許文献３】特開平７−１５３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたイオンビームの入射を直に受ける方式のいわば接触式のビーム計測は、計測中に計測器がビームを占有することになるから、計測中は被処理物にイオンビームを照射することはできない。同様に、被処理物にイオンビームを照射しているときに計測をすることもできない。そのため、被処理物への照射処理のスループットを高めることとイオンビームの高頻度の計測によるビーム品質の保証とがトレードオフの関係となってしまう。また、被照射物への照射という本来の目的以外に計測のためにイオン材料が余分に消費されてしまう。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームを対象に照射しながら計測することを可能とする、いわば非接触式の計測を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、イオンビーム計測装置である。この装置は、イオンビーム経路の周りを周回するよう配置された光ファイバと、前記光ファイバに入射光を与えるための光源と、前記光ファイバからの出射光を検出するための検出器と、前記入射光と前記出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するための演算部と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、イオンビーム計測方法である。この方法は、イオンビームを供給することと、前記イオンビームからの磁場における物質中での電磁波のファラデー回転を計測することと、を含む。
【０００８】
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】
【０００９】
本発明によれば、非接触式のイオンビーム計測が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置１０を模式的に示す図である。イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１２からの磁場における物質中での電磁波のファラデー回転を計測するよう構成されている。イオンビーム計測装置１０は、具体的には例えば、イオンビーム経路１４の周りを周回する光ファイバを通過する光のファラデー回転を計測するよう構成されている。
【００１２】
イオンビーム１２は所定のイオンビーム経路１４（図１に一点鎖線で示す）に沿って処理室１６へと供給される。イオンビーム１２は例えば、イオン源とビームラインとを備えるイオンビーム生成部（図示せず）により生成される。処理室１６には被処理物１８が収容されている。処理室１６は、イオンビーム１２に対し移動可能にまたは静止状態に被処理物１８を支持する支持部（図示せず）を備える。こうして、イオンビーム１２は、イオンビーム経路１４上に配置された被処理物１８へと照射される。
【００１３】
イオンビーム１２は、固定されたイオンビーム経路１４に沿って被処理物１８に照射されてもよい。あるいは、イオンビーム１２は、イオンビーム経路１４に垂直な方向に走査範囲１９（図１に矢印で示す）にわたって走査されてもよい（即ちイオンビーム１２は走査範囲１９を往復してもよい）。イオンビーム経路１４に垂直なイオンビーム１２の断面は、スポット状（例えば円形）であってもよいし、長手方向（イオンビーム経路１４に垂直な方向）に延びる形状であってもよい。
【００１４】
イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１２を照射するためのイオンビーム照射システム（例えばイオン注入装置や粒子線治療装置）に、イオンビーム１２を計測するためのサブシステムとして組み込まれて構成されていてもよい。または、イオンビーム計測装置１０は、独立型のいわゆるスタンドアローン型の計測装置として構成されてもよい。
【００１５】
イオンビーム計測装置１０がイオン注入装置に組み込まれる場合には、被処理物１８は例えば半導体基板（例えばシリコンウェーハ）である。処理室１６はエンドステーションと呼ばれることもある。イオン注入装置は、イオンビーム１２を制御するためのイオンビーム制御装置（図示せず）を備える。
【００１６】
処理室１６は、イオンビーム１２が照射されるときは少なくとも、所望の真空状態とされる。処理室１６を真空にするために、処理室１６には真空排気装置（例えばクライオポンプまたはその他の真空ポンプ（図示せず））が付設されている。よって処理室１６は真空チャンバとも呼ばれる。ここで、真空チャンバは、イオンビーム１２のための真空環境を囲む任意の構造を指し、例えば、真空容器、真空室、真空槽、又は真空ダクトであってもよい。
【００１７】
イオンビーム計測装置１０は、光源２０と、光ファイバ２２と、検出器２４と、を備える。光源２０は、光ファイバ２２に入射光を与えるために設けられている。光ファイバ２２は、イオンビーム経路１４の周りを周回するよう配置されている。検出器２４は、光ファイバ２２からの出射光を検出するために設けられている。
【００１８】
光源２０は例えば、レーザ光源である。光源２０は、光ファイバ２２を伝送可能である波長の光（例えば、可視光、紫外光、又は赤外光）を発するよう構成されている。光源２０は、所望の偏光状態（例えば、円偏光、又は直線偏光）の光を発するよう構成されている。光源２０は、光ファイバ２２に入射する光を所望の偏光状態とするための偏光制御部（図示せず）を備えてもよい。光源２０は、処理室１６の外部に配置されている。
【００１９】
光ファイバ２２は、一端２６及び他端２８が処理室１６の外部に配設され、一端２６と他端２８とをつなぐ中間部分３０が処理室１６の内部に配設されている。光ファイバ２２の一端２６及び他端２８は、処理室１６の壁を貫通して外部に突き出している。光ファイバ２２の中間部分３０は、イオンビーム経路１４をリング状に囲んでおり、例えば、コイル状に多数回巻き回されている。よって以下では、中間部分３０を光ファイバコイル３０と呼ぶこともある。光ファイバ２２の一端２６に光源２０が接続され、光ファイバ２２の他端２８に検出器２４が接続されている。このようにして、光源２０から光ファイバ２２に光が挿入され、その光が光ファイバ２２を経由して検出器２４で検出される。
【００２０】
光ファイバコイル３０は、イオンビーム１２の走査範囲１９を囲んで配置されている。言い換えれば、イオンビーム経路１４が光ファイバコイル３０の内側を通過するように、光ファイバコイル３０は設けられている。こうして、光ファイバコイル３０は、イオンビーム１２の走査範囲１９全体を包含する。
【００２１】
検出器２４は、光ファイバ２２からの出射光の偏光状態を検出するために設けられている。検出器２４としては、偏光状態を検出するための公知の構成を備える偏光検出器を適宜採用することができる。例えば、光ファイバ２２への入射光が円偏光である場合には、検出器２４は、入射光に対する出射光の位相のずれを検出するよう構成されている。光ファイバ２２への入射光が直線偏光である場合には、検出器２４は、出射光の電場ベクトルの回転角度を検出するよう構成されている。検出器２４は、処理室１６の外部に配置されている。検出器２４は、演算処理ユニット３２に検出結果を表す信号を出力するよう接続されている。
【００２２】
イオンビーム計測装置１０は、演算処理ユニット３２を備える。演算処理ユニット３２は、検出器２４とは別体に設けられた、例えば公知のパソコン等の演算装置であってもよい。演算処理ユニット３２は検出器２４に一体に搭載されていてもよい。
【００２３】
演算処理ユニット３２は、光ファイバ２２への入射光と光ファイバ２２からの出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するために設けられている。演算処理ユニット３２は、いわゆる光ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、変流器）と同様に、検出器２４による検出結果から、光ファイバ２２に作用する磁場を演算する。演算処理ユニット３２は、磁場と電流との公知の関係を用いて、演算された磁場をイオンビーム１２のビーム電流に換算する。
【００２４】
また、演算処理ユニット３２は、演算結果を出力するよう構成されている。演算処理ユニット３２は、必要に応じて、イオンビーム計測結果を表示手段（例えばディスプレイ等）に出力する。あるいは、演算処理ユニット３２は、イオンビーム１２の制御装置（図示せず）によるイオンビーム１２の制御のために、当該制御装置にイオンビーム計測結果を出力する。
【００２５】
また、イオンビーム計測装置１０は、例えば処理室１６の外部からの磁場が計測に与える影響を抑えるために、磁気シールド（図示せず）を備えてもよい。磁気シールドは、例えば処理室１６の内部に設けられ、光ファイバ２２及びイオンビーム経路１４を包囲するよう構成される。磁気シールドのイオンビーム経路１４と交差する部位にはイオンビーム１２を通すための開口が形成される。磁気シールドには、光ファイバ２２の一端２６及び他端２８を通すための開口も形成される。
【００２６】
イオンビーム計測のための前処理について説明する。前処理は、演算処理ユニット３２による検出器２４の校正処理を含む。校正処理は、イオンビーム１２が処理室１６に供給されていないときに光ファイバ２２の出射光を検出器２４により検出することを含む。すなわち、校正処理は、光ファイバ２２への入射光の偏光状態を検出することを含む。
【００２７】
イオンビーム計測装置１０の計測動作を説明する。前処理が終了すると、イオンビーム計測装置１０は計測を開始することができる。計測されるべきイオンビーム１２がイオンビーム経路１４に供給される。イオンビーム１２は被処理物１８に照射される。光ファイバ２２には光源２０から光が与えられている。
【００２８】
イオンビーム１２はイオンビーム経路１４を中心軸とする同心円状の磁場を発生させる。この磁場が光ファイバ２２に作用することにより、光ファイバ２２を通過する光にファラデー回転が生じる。ファラデー回転によって偏光状態に変化が生じた出射光が検出器２４により検出される。
【００２９】
演算処理ユニット３２は、光ファイバ２２への入射光と光ファイバ２２からの出射光との偏光状態のずれから、光ファイバ２２に作用する磁場を演算する。演算処理ユニット３２は、光ファイバ２２に作用する磁場から、イオンビーム１２のビーム電流を演算する。
【００３０】
このようにして、イオンビーム計測装置１０は、ファラデー効果を利用してイオンビーム１２からの磁場を計測し、磁場からイオンビーム電流を演算により求める。したがって、イオンビーム計測装置１０によれば、イオンビーム１２を被処理物１８に照射しながら任意のタイミングで非接触に計測することができる。
【００３１】
光ファイバ２２はイオンビーム１２の走査範囲１９を囲んで配置されている。イオンビーム１２が走査範囲１９のいずれの位置にあってもイオンビーム１２からの磁場が光ファイバ２２に作用する。よって、イオンビーム１２が走査範囲１９を走査される場合にも、その走査範囲１９にわたってイオンビーム１２を非接触に計測することができる。
【００３２】
光ファイバ２２はイオンビーム１２を被処理物１８に照射するための処理室１６に設けられている。典型的なイオン注入装置においては被処理物１８の外側に接触式検出器（例えばファラデーカップ）が設けられており、計測のためにこの接触式検出器にイオンビームを照射することが事実上必須とされている。ところが、本発明の一実施形態によれば、イオンビーム１２の計測のために被処理物１８の外側にイオンビーム１２を照射する必要がない。よって、イオンビーム１２の照射エリアを被処理物１８の内側に合わせて小さくすることができる。こうして、イオンビーム１２の照射処理のスループットの向上及びイオン材料の消費量低減が実現される。
【００３３】
また、光源２０及び検出器２４は処理室１６の外部に設けられている。このようにすれば、処理室１６内の真空環境には必ずしも適合しない汎用の光源及び検出器を使用することができる。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置１０を模式的に示す図である。図２に示すイオンビーム計測装置１０は、光ファイバコイル３０が最終段アパーチャ３４に搭載されている点で、図１に示すイオンビーム計測装置１０とは異なる。図２は、イオンビーム１２の進行方向に沿って被処理物１８を見たときの平面図である。以下の説明では、図１及び図２に示すイオンビーム計測装置１０について同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。
【００３５】
光ファイバコイル３０は上述のように、最終段アパーチャ３４に搭載されている。最終段アパーチャ３４は、イオンビーム経路１４において被処理物１８の直前に、ビーム整形のために配設された部材である。最終段アパーチャ３４は例えば、イオンビーム１２の走査範囲１９に対応する開口３６を有するプレートであり、処理室１６内で被処理物１８の近傍に支持されている。光ファイバコイル３０は、最終段アパーチャ３４の開口３６を囲んでいる。図２に示すイオンビーム計測装置１０によれば、被処理物１８の近傍でイオンビーム１２を計測することができる。
【００３６】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００３７】
例えば、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１２の相対的な変動を計測してもよい。例えば、イオンビーム計測装置１０は、イオンビーム１２の有無を計測してもよい。演算処理ユニット３２は、検出された磁場を所定のしきい値と対照することにより、イオンビーム強度低下の有無を判定してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  イオンビーム計測装置、  １２  イオンビーム、  １４  イオンビーム経路、  １６  処理室、  １９  走査範囲、  ２０  光源、  ２２  光ファイバ、  ２４  検出器、  ３０  光ファイバコイル、  ３２  演算処理ユニット。
【図１】
2013156180.tif 000003
【図２】
2013156180.tif 000004