特許 6242314 イオン注入装置及びイオンビームの調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6242314

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】イオン注入装置及びイオンビームの調整方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20171127BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 C

   H01L21/265 T

【請求項の数】24

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2014-184995(P2014-184995)

(22)【出願日】2014年9月11日

(65)【公開番号】特開2016-58300(P2016-58300A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2016年12月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183196

【氏名又は名称】住友重機械イオンテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 一浩

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕二

(72)【発明者】

【氏名】上野 勇介

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０１１９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６１９４７３４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１４−０９９２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４３８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５６２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１０２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２５８１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５−２１／２６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高周波線形加速器と、
前記高周波線形加速器の下流に配設されているエネルギー分析磁石と、
前記エネルギー分析磁石の下流に配設されているエネルギー分析スリットアセンブリと、
前記エネルギー分析スリットアセンブリの下流においてビーム電流量を計測するビーム計測部と、
所与の注入条件に関して前記加速パラメータを決定するコントローラと、を備え、
前記加速パラメータは、前記供給されるイオンの少なくとも一部が目標エネルギーに加速されるように、かつ、前記ビーム計測部により計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に相当するように決定され、
前記エネルギー分析スリットアセンブリは、前記所与の注入条件のもとで行われる注入処理に使用される標準スリット開口と、前記標準スリット開口より高いエネルギー精度を有し、前記加速パラメータを調整するために使用される高精度スリット開口と、を切換可能に構成されていることを特徴とするイオン注入装置。

【請求項2】

前記標準スリット開口は、ビーム進行方向に直交する横方向に第１スリット幅を有し、
前記高精度スリット開口は、前記横方向に前記第１スリット幅より狭い第２スリット幅を有する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】

前記エネルギー分析磁石は、前記高周波線形加速器を出るイオンを偏向する磁場を縦方向に生成し、
前記縦方向は、前記ビーム進行方向及び前記横方向に直交す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】

前記標準スリット開口及び前記高精度スリット開口はそれぞれ使用時に、前記目標エネルギーを有するイオンを通すよう前記横方向に位置決めされることを特徴とする請求項２または３に記載のイオン注入装置。

【請求項5】

前記高精度スリット開口は、前記標準スリット開口とは別個に形成されており、
前記エネルギー分析スリットアセンブリは、前記標準スリット開口と前記高精度スリット開口とを選択可能に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項6】

前記エネルギー分析スリットアセンブリは、前記標準スリット開口から前記高精度スリット開口へと、及び前記高精度スリット開口から前記標準スリット開口へと切換可能である可変スリットを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項7】

前記コントローラは、決定された加速パラメータを、前記所与の注入条件についての最適加速パラメータとして記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項8】

前記コントローラは、前記注入処理を実行するために前記最適加速パラメータを前記記憶部から読み出して前記高周波線形加速器に設定することを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置。

【請求項9】

前記高周波線形加速器は、１以上の高周波共振器を備え、
前記コントローラは、前記高周波共振器と異なる前記イオン注入装置の少なくとも１つの構成要素を調整することによってビーム電流量を調整するオートビームセットアップを、前記最適加速パラメータに従って前記高周波線形加速器が運転されるときに実行することを特徴とする請求項７または８に記載のイオン注入装置。

【請求項10】

前記コントローラは、前記オートビームセットアップにおける前記エネルギー分析スリットアセンブリの前記標準スリット開口から前記高精度スリット開口への切換を禁止することを特徴とする請求項９に記載のイオン注入装置。

【請求項11】

前記コントローラは、前記オートビームセットアップにおける前記最適加速パラメータの変更を禁止することを特徴とする請求項９または１０に記載のイオン注入装置。

【請求項12】

前記コントローラは、
前記高精度スリット開口を使用して前記ビーム計測部によりビーム電流量を計測し、
計測されるビーム電流量が前記加速パラメータの初期値に従って前記高周波線形加速器が運転されるときに比べて増加されるように前記加速パラメータを調整することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項13】

前記コントローラは、
前記加速パラメータの調整後に前記エネルギー分析スリットアセンブリを前記高精度スリット開口から前記標準スリット開口に切り換え、
調整された加速パラメータに従って前記高周波線形加速器が運転されるときに前記標準スリット開口を使用して前記ビーム計測部によりビーム電流量を計測し、
計測されるビーム電流量が前記目標ビーム電流量に相当するか否かを判定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】

前記コントローラは、前記標準スリット開口を使用して計測されるビーム電流量が前記目標ビーム電流量に相当する場合に、前記調整された加速パラメータを前記所与の注入条件についての最適加速パラメータとして記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１３に記載のイオン注入装置。

【請求項15】

前記コントローラは、前記標準スリット開口を使用して計測されるビーム電流量が前記目標ビーム電流量に相当しない場合に、前記高精度スリット開口を使用して前記加速パラメータを再調整することを特徴とする請求項１３または１４に記載のイオン注入装置。

【請求項16】

前記コントローラは、前記加速パラメータの初期値を前記所与の注入条件に基づいて作成することを特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項17】

前記注入処理においてイオンビームを被処理物に照射する処理室をさらに備え、
前記コントローラは、前記イオン注入装置と他の装置との間で前記被処理物を搬送するための搬送容器から前記被処理物を前記処理室に搬入可能となるよう前記搬送容器が前記処理室に装着される前に、前記加速パラメータを決定することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項18】

前記コントローラは、前記搬送容器が前記処理室に装着された後に、前記標準スリット開口を使用して前記注入処理を実行す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】

前記エネルギー分析磁石の入口及び／または出口に配設され、前記エネルギー分析スリットアセンブリと連動して切換可能に構成されている上流スリットアセンブリをさらに備えることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項20】

前記コントローラは、前記所与の注入条件とは異なる注入条件を用いる別の注入処理においては前記エネルギー分析スリットアセンブリを前記高精度スリット開口に切り換えることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載のイオン注入装置。

【請求項21】

供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高周波線形加速器と、
前記高周波線形加速器の下流に配設され、ビーム進行方向に直交する縦方向にイオン偏向磁場を生成するエネルギー分析磁石と、
前記エネルギー分析磁石の下流に配設されているエネルギー分析スリットアセンブリであって、前記ビーム進行方向及び前記縦方向に直交する横方向に第１スリット幅を有する標準スリット開口と、前記横方向に前記第１スリット幅より狭い第２スリット幅を有する高精度スリット開口と、を切換可能に構成されているエネルギー分析スリットアセンブリと、
前記エネルギー分析スリットアセンブリの下流においてビーム電流量を計測するビーム計測部と、
前記高精度スリット開口を使用して前記ビーム計測部により計測されるビーム電流量に基づいて前記加速パラメータを決定するコントローラと、を備えることを特徴とするイオン注入装置。

【請求項22】

イオン注入装置におけるイオンビームの調整方法であって、
前記イオン注入装置は、供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高周波線形加速器と、前記高周波線形加速器の下流に配設されているエネルギー分析磁石と、前記エネルギー分析磁石の下流に配設されているエネルギー分析スリットアセンブリと、を備え、
前記エネルギー分析スリットアセンブリは、所与の注入条件のもとで行われる注入処理に使用される標準スリット開口と、前記標準スリット開口より高いエネルギー精度を有し、前記加速パラメータを決定するために使用される高精度スリット開口と、を切換可能に構成され、
前記方法は、
前記エネルギー分析スリットアセンブリを前記高精度スリット開口に切り換えることと、
前記高精度スリット開口の下流においてビーム電流量を計測することと、
前記供給されるイオンの少なくとも一部が目標エネルギーに加速されるように、かつ、計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に相当するように、前記所与の注入条件に関して前記加速パラメータを決定することと、を備えることを特徴とするイオンビームの調整方法。

【請求項23】

前記イオン注入装置は、前記注入処理においてイオンビームを被処理物に照射する処理室をさらに備え、
前記加速パラメータは、前記イオン注入装置と他の装置との間で前記被処理物を搬送するための搬送容器から前記被処理物を前記処理室に搬入可能となるよう前記搬送容器が前記処理室に装着される前に、決定されることを特徴とする請求項２２に記載のイオンビームの調整方法。

【請求項24】

請求項２３に記載のイオンビームの調整方法を使用するイオン注入方法であって、
前記エネルギー分析スリットアセンブリを前記標準スリット開口に切り換えることと、
前記搬送容器が前記処理室に装着された後に、前記標準スリット開口を使用して前記注入処理を実行することと、を備え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イオンビームの調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波線形加速器を有するイオン注入装置が知られている。このようなイオン注入装置は通例、高エネルギーイオン注入に使用される。高周波線形加速器によって加速又は減速されたイオンビームは、あるエネルギー幅を有する。つまり高周波線形加速器を出るイオンビームは、所望のエネルギーを有するイオンだけではなく、それより高い（又は低い）エネルギーを有するイオンも含む。そこで、高周波線形加速器の下流には、エネルギー分析磁石及びエネルギー分析スリットが設けられうる。エネルギー分析磁石は、加速又は減速されたイオン間のエネルギーずれをイオン軌道のずれへと変換することができる。エネルギー分析スリットはある特定のエネルギーを有するイオンの軌道上に配置されているので、そのエネルギーを有するイオンはエネルギー分析スリットを通過して被処理物へと導かれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６−２８１４６号公報

【特許文献2】特許第３４４８７３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

理想的には、エネルギー分析スリットは、所望のエネルギーを有するイオンのみを通過させ、それと異なるエネルギーを有するイオンを遮断する。しかし、現実には、エネルギー分析スリットはある小さいスリット幅を有する。そのため、エネルギー分析スリットは、所望のエネルギーを有するイオンだけでなく、所望のエネルギーより僅かに高い（又は僅かに低い）イオンも通過させることになる。

【0005】

エネルギー分析スリットのスリット幅が狭いほど分解能が向上され、これは被処理物への注入エネルギー精度の向上に役立つ。その反面、スリットを通過するイオンビーム量が小さくなるから、イオン注入装置の生産性は低下する。このように、既存の高エネルギーイオン注入装置においてはエネルギー分析スリットの設計に関してエネルギー精度と生産性とがトレードオフの関係にある。

【0006】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン注入装置の生産性の低下を回避しつつ、エネルギー精度の向上を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様によると、供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高周波線形加速器と、前記高周波線形加速器の下流に配設されているエネルギー分析磁石と、前記エネルギー分析磁石の下流に配設されているエネルギー分析スリットアセンブリと、前記エネルギー分析スリットアセンブリの下流においてビーム電流量を計測するビーム計測部と、所与の注入条件に関して前記加速パラメータを決定するコントローラと、を備え、前記加速パラメータは、前記供給されるイオンの少なくとも一部が目標エネルギーに加速されるように、かつ、前記ビーム計測部により計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に相当するように決定され、前記エネルギー分析スリットアセンブリは、前記所与の注入条件のもとで行われる注入処理に使用される標準スリット開口と、前記標準スリット開口より高いエネルギー精度を有し、前記加速パラメータを調整するために使用される高精度スリット開口と、を切換可能に構成されていることを特徴とするイオン注入装置が提供される。

【0008】

本発明のある態様によると、供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高周波線形加速器と、前記高周波線形加速器の下流に配設され、ビーム進行方向に直交する縦方向にイオン偏向磁場を生成するエネルギー分析磁石と、前記エネルギー分析磁石の下流に配設されているエネルギー分析スリットアセンブリであって、前記ビーム進行方向及び前記縦方向に直交する横方向に第１スリット幅を有する標準スリット開口と、前記横方向に前記第１スリット幅より狭い第２スリット幅を有する高精度スリット開口と、を切換可能に構成されているエネルギー分析スリットアセンブリと、前記エネルギー分析スリットアセンブリの下流においてビーム電流量を計測するビーム計測部と、前記高精度スリット開口を使用して前記ビーム計測部により計測されるビーム電流量に基づいて前記加速パラメータを決定するコントローラと、を備えることを特徴とするイオン注入装置が提供される。

【0009】

本発明のある態様によると、イオン注入装置におけるイオンビームの調整方法であって、前記イオン注入装置は、供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高周波線形加速器と、前記高周波線形加速器の下流に配設されているエネルギー分析磁石と、前記エネルギー分析磁石の下流に配設されているエネルギー分析スリットアセンブリと、を備え、前記エネルギー分析スリットアセンブリは、所与の注入条件のもとで行われる注入処理に使用される標準スリット開口と、前記標準スリット開口より高いエネルギー精度を有し、前記加速パラメータを決定するために使用される高精度スリット開口と、を切換可能に構成され、前記方法は、前記エネルギー分析スリットアセンブリを前記高精度スリット開口に切り換えることと、前記高精度スリット開口の下流においてビーム電流量を計測することと、前記供給されるイオンの少なくとも一部が目標エネルギーに加速されるように、かつ、計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に相当するように、前記所与の注入条件に関して前記加速パラメータを決定することと、を備えることを特徴とするイオンビームの調整方法が提供される。

【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、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体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、イオン注入装置の生産性の低下を回避しつつ、エネルギー精度の向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明のある実施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に示すイオン注入装置の構成要素の配置を概略的に示す図である。

【図3】図１及び図２に示される高エネルギー多段直線加速ユニットのコントローラの概略的な構成を示すブロック図である。

【図4】本発明のある実施形態に係るエネルギー分析スリットの模式図である。

【図5】本発明のある実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャートである。

【図6】本発明のある実施形態に係るイオンビームの調整方法を例示するフローチャートである。

【図7】本発明のある実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャートである。

【図8】本発明のある実施形態に係るエネルギースペクトラムを例示する。

【図9】エネルギー幅０％、中心エネルギーずれ０％のビームが、その焦点付近に置かれた１枚のエネルギー分析スリットを通過する様子を示す模式図である。

【図10】偏向ユニットで、当初±４％のエネルギー幅を持ったビームが、一枚のエネルギー分析スリットによってカットされ、±２．５％のエネルギー幅を持つビームに変わる様子を示す模式図である。

【図11】図１０のエネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口（５．６ｍ付近）及びエネルギー分析スリットの入り口と出口（７．４ｍ付近）におけるビームの横方向の空間分布と、対応するエネルギー分布とを説明するための図である。

【図12】エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットを有する偏向ユニットで、当初±４％のエネルギー幅を持ったビームが、一枚のエネルギー分析スリットによってカットされ、±２．５％のエネルギー幅を持つビームに変わる様子を示す模式図である。

【図13】図１２のエネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口、エネルギー幅制限スリットの入り口と出口、及びエネルギー分析スリットの入り口と出口におけるビームの横方向の空間分布と、対応するエネルギー分布とを説明するための図である。

【図14】エネルギー幅０％、中心エネルギーずれ３％のビームが、エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットを通過する様子を示す模式図である。

【図15】エネルギー幅±４％、中心エネルギーずれ＋３％のビームが、整形される様子を示す模式図である。

【図16】図１５のエネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口、エネルギー幅制限スリットの入り口と出口、及びエネルギー分析スリットの入り口と出口におけるビームの横方向の空間分布と、対応するエネルギー分布とを説明するための図である。

【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２は、図１に示すイオン注入装置１００の構成要素の配置を概略的に示す図である。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（例えば基板またはウェハ４０）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。

【0015】

図１及び／または図２に示されるように、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、イオンビーム生成ユニット１２から供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高エネルギー多段直線加速ユニット１４と、イオンビームＢの軌道をＵ字状に曲げるビーム偏向ユニット１６と、イオンビームＢ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、輸送されたイオンビームＢ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。

【0016】

イオンビーム生成ユニット１２は、図２に示されるように、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と質量分析スリット２２ｂとを有する。質量分析スリット２２ｂは、質量分析装置２２の次の構成要素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されている。なお、質量分析スリット２２ｂは、質量分析磁石２２ａの直後（すなわち、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の直前）に配置されてもよい。

【0017】

高エネルギー多段直線加速ユニット１４の直線加速部ハウジング内の最前部に、イオンビームの総ビーム電流を計測するための第１ビーム計測器８０ａが配置されている。第１ビーム計測器８０ａは、駆動機構によりビームライン上に上下方向から出し入れ可能に構成されている。第１ビーム計測器８０ａは例えばファラデーカップである。このファラデーカップはインジェクターファラデーカップとも呼ばれる。インジェクターファラデーカップは、水平方向に長い長方形の枡状形状で、開口部をビームライン上流側に向けて構成されている。第１ビーム計測器８０ａは、イオン源１０及び／または質量分析磁石２２ａの調整時にイオンビームＢの総ビーム電流を計測するために使用される。また、第１ビーム計測器８０ａは、ビームライン下流に到達するイオンビームＢを必要に応じてビームライン上で完全に遮断するために用いられてもよい。

【0018】

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Ｂ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、通常の高エネルギーイオン注入に使用される第１線形加速器１５ａを備える。第１線形加速器１５ａは１以上の（例えば複数の）高周波共振器１４ａを備える。高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、第１線形加速器１５ａに加えて、第２線形加速器１５ｂを備えてもよい。第２線形加速器１５ｂは、超高エネルギーイオン注入のために第１線形加速器１５ａとともに使用される。第２線形加速器１５ｂは１以上の（例えば複数の）高周波共振器１４ａを備える。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Ｂは、ビーム偏向ユニット１６により方向が変化させられる。

【0019】

第１線形加速器１５ａは、複数の高周波共振器１４ａと複数の収束発散レンズ６４とを備える。高周波共振器１４ａは筒状の電極を備える。収束発散レンズ６４は、例えば電場レンズ（例えば静電四極電極（Ｑレンズ））である。収束発散レンズ６４は磁場レンズ（例えば四極電磁石）であってもよい。高周波共振器１４ａの筒状電極と収束発散レンズ６４（例えばＱレンズ）とは一列に交互に配列されており、それらの中心をイオンビームＢが通る。第２線形加速器１５ｂも第１線形加速器１５ａと同様に複数の高周波共振器１４ａと複数の収束発散レンズ６４とを備える。

【0020】

収束発散レンズ６４は、加速の途中や加速後にイオンビームＢの収束発散を制御し、イオンビームＢを効率的に輸送するために設けられている。収束発散レンズ６４は、高周波線形加速器の内部あるいはその前後に、必要な数が配置される。横収束レンズ６４ａと縦収束レンズ６４ｂとが交互に配列される。すなわち、横収束レンズ６４ａが高周波共振器１４ａの筒状電極の前方（または後方）に配置され、縦収束レンズ６４ｂが高周波共振器１４ａの筒状電極の後方（または前方）に配置される。また、第２線形加速器１５ｂの終端の横収束レンズ６４ａの後方には追加の縦収束レンズ６４ｂが配置されていいる。高エネルギー多段直線加速ユニット１４を通過するイオンビームＢの収束及び発散が調整され、それにより後段のビーム偏向ユニット１６に最適な二次元ビームプロファイルのイオンビームＢが入射する。

【0021】

高周波線形加速器においては高周波（ＲＦ）の加速パラメータとして、個々の高周波共振器１４ａの筒状電極に印加する電圧の振幅Ｖ[ｋＶ]、周波数ｆ［Ｈｚ］が考慮される。複数段の高周波加速を行う場合には、高周波共振器１４ａ相互の位相φ［ｄｅｇ］も加速パラメータに追加される。これらの振幅Ｖ、周波数ｆ、及び位相φは、高周波（ＲＦ）のパラメータである。周波数ｆは固定値が使用されてもよい。また、収束発散レンズ６４の運転パラメータ（収束発散パラメータともいう）も考慮される。収束発散パラメータは例えばＱレンズ電圧である。

【0022】

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のイオンビームＢは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、高エネルギーのイオンビームＢの走査及び平行化を経てウェハ４０に所望の注入精度で照射するためには、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望まれる。

【0023】

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１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。

【0024】

ビーム偏向ユニット１６は、上流から順に、エネルギー分析磁石２４、エネルギー幅制限スリット２７、横収束四重極レンズ２６、エネルギー分析スリットアセンブリ（以下、エネルギー分析スリットともいう）２８、及びステアリング磁石３０を備える。エネルギー分析磁石２４は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の下流に配設されている。エネルギー幅制限スリット２７及びエネルギー分析スリット２８の詳細は後述する。横収束四重極レンズ２６は、エネルギー分散を抑制する。ステアリング磁石３０は、ステアリング（軌道補正）を提供する。イオンビームＢ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。

【0025】

エネルギー分析スリット２８の下流においてビーム電流量を計測する第２ビーム計測器８０ｂが設けられている。第２ビーム計測器８０ｂは、スキャナーハウジング内の最前部、すなわちビーム整形器３２の直前部に配置されている。第２ビーム計測器８０ｂは、駆動機構によりビームライン上に上下方向から出し入れ可能に構成されている。第２ビーム計測器８０ｂは例えばファラデーカップである。このファラデーカップはリゾルバーファラデーカップとも呼ばれる。リゾルバーファラデーカップは、水平方向に長い長方形の枡状形状で、開口部をビームライン上流側に向けて構成されている。第２ビーム計測器８０ｂは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４及び／またはビーム偏向ユニット１６の調整の際にイオンビームＢの総ビーム電流を計測するために使用される。また、第２ビーム計測器８０ｂは、ビームライン下流に到達するイオンビームＢを必要に応じてビームライン上で完全に遮断するために用いられてもよい。

【0026】

エネルギー分析磁石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。エネルギー分析磁石２４は、エネルギーフィルター磁石（ＥＦＭ）と呼ばれることもある。ステアリング磁石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。

【0027】

ビーム偏向ユニット１６の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。エネルギー分析磁石２４は実際には、イオンの運動量を分析する装置である。同様に、ステアリング磁石３０や質量分析磁石２２ａも運動量フィルターである。

【0028】

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Ｂ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。エネルギー分析磁石２４およびステアリング磁石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

【0029】

エネルギー分析磁石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、エネルギー分析磁石２４及びステアリング磁石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。

【0030】

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とを有する。最終エネルギーフィルター３８は最終エネルギー分離スリットを含む。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との合計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、ビーム偏向ユニット１６により高エネルギー多段直線加速ユニット１４と連結されて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。

【0031】

ビーム輸送ラインユニット１８の下流側の終端には、基板処理供給ユニット２０が設けられている。基板処理供給ユニット２０は、注入処理においてイオンビームＢをウェハ４０に照射するための真空処理室２１を有する。真空処理室２１の中には、イオンビームＢのビーム電流、位置、注入角度、収束発散角、上下左右方向のイオン分布等を計測するビームモニター、イオンビームＢによるウェハ４０の帯電を防止する帯電防止装置、ウェハ４０を搬入搬出し適正な位置・角度に設置するウェハ搬送機構、イオン注入中にウェハ４０を保持するＥＳＣ（Electro Static Chuck）、注入中ビーム電流の変動に応じた速度でウェハ４０をビームスキャン方向と直角方向に動かすウェハスキャン機構が収納されている。

【0032】

基板処理供給ユニット２０においては、第３ビーム計測器８０ｃがイオン注入位置の後方に設けられている。第３ビーム計測器８０ｃは、例えば、イオンビームＢの総ビーム電流を計測する固定式の横長ファラデーカップである。この横長ファラデーカップはチューニングファラデーとも呼ばれる。第３ビーム計測器８０ｃは、ウェハ領域においてイオンビームＢの走査範囲全体を計測できるビーム電流計測機能を有する。第３ビーム計測器８０ｃは、ビームラインの最下流において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。

【0033】

基板処理供給ユニット２０においては、図１に示されるように、真空処理室２１に隣接してウェハ搬送装置９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０は、中間搬送室、ロードロック室、及び大気搬送部を備える。ウェハ搬送装置９０は、カセットステーション９２に格納されたウェハ等の被処理物を真空処理室２１に搬送するように構成されている。ウェハは、カセットステーション９２から大気搬送部、ロードロック室、及び中間搬送室を介して真空処理室２１に搬入される。一方、イオン注入処理がなされたウェハは、中間搬送室、ロードロック室、及び大気搬送部を介してカセットステーション９２に搬出される。

【0034】

このようにして、イオン注入装置１００のビームライン部は、対向する２本の長直線部を有する水平のＵ字状の折り返し型ビームラインに構成されている。上流の長直線部は、イオン源１０で生成したイオンビームＢを加速する複数のユニットから成る。下流の長直線部は、上流の長直線部に対し方向転換されたイオンビームＢを調整してウェハ４０に注入する複数のユニットから成る。２本の長直線部はほぼ同じ長さに構成されている。２本の長直線部の間に、メンテナンス作業のために十分な広さの作業スペースＲ１が設けられている。

【0035】

このようにＵ字状にユニットを配置した高エネルギーイオン注入装置は、設置面積を抑えつつ良好な作業性が確保されている。また、高エネルギーイオン注入装置においては、個々のユニットや装置をモジュール構成とすることで、ビームライン基準位置に合わせて着脱、組み付けが可能となっている。

【0036】

また、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とが折り返して配置されるため、高エネルギーイオン注入装置の全長を抑えることができる。従来装置ではこれらがほぼ直線状に配置されている。また、ビーム偏向ユニット１６を構成する複数の偏向電磁石の曲率半径は、装置幅を最小にするように最適化されている。これらによって、装置の設置面積を最小化するとともに、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との間に挟まれた作業スペースＲ１において、高エネルギー多段直線加速ユニット１４やビーム輸送ラインユニット１８の各装置に対する作業が可能となる。また、メンテナンス間隔が比較的短いイオン源１０と、基板の供給／取出が必要な基板処理供給ユニット２０とが隣接して配置されるため、作業者の移動が少なくてすむ。

【0037】

図３は、図１及び図２に示される高エネルギー多段直線加速ユニット１４のコントローラの概略的な構成を示すブロック図である。高エネルギー多段直線加速ユニット１４の制御のための構成要素として、オペレータが必要な条件を入力するための入力装置５２、入力された条件から各種パラメータを数値計算し、更に各構成要素を制御するための制御演算装置５４、高周波の電圧振幅を調整するための振幅制御装置５６、高周波の位相を調整するための位相制御装置５８、高周波の周波数を制御するための周波数制御装置６０、高周波共振器１４ａのための高周波電源６２、収束発散レンズ６４のための収束発散レンズ電源６６、加速パラメータ、収束発散パラメータ、及びその他の情報を表示するための表示装置６８、決定されたパラメータを記憶しておくためのパラメータ記憶装置７０が設けられている。

【0038】

入力装置５２には、注入条件、及び／または、注入条件に基づくパラメータ計算のための初期条件が入力される。入力される条件には、例えば、入射条件としての引出電極１１の引出電圧、イオン質量、イオン価数と、出射条件としての最終エネルギーとがある。

【0039】

高周波線形加速器の制御演算装置５４には、あらかじめ各種パラメータを数値計算するための数値計算コード（プログラム）が内蔵されている。制御演算装置５４は、内蔵している数値計算コードによって、入力された条件を基にイオンビームの加速並びに収束発散をシミュレーションし、最適な輸送効率が得られるよう加速パラメータ（電圧振幅、周波数、位相）を算出する。また、制御演算装置５４は、効率的にイオンビームを輸送するための収束発散レンズ６４の運転パラメータ（例えば、Ｑコイル電流、またはＱ電極電圧）も算出する。入力された条件及び計算された各種パラメータは、表示装置６８に表示される。高エネルギー多段直線加速ユニット１４の能力を超えた加速条件に対しては、解がないことを意味する表示が表示装置６８に表示される。加速パラメータ及び収束発散パラメータの算出方法の一例の詳細は例えば、参照によりその全体が本願明細書に援用される特許第３４４８７３１号公報に開示されている。

【0040】

電圧振幅パラメータは、制御演算装置５４から振幅制御装置５６に送られ、振幅制御装置５６が、高周波電源６２の振幅を調整する。位相パラメータは、位相制御装置５８に送られ、位相制御装置５８が、高周波電源６２の位相を調整する。周波数パラメータは、周波数制御装置６０に送られる。周波数制御装置６０は、高周波電源６２の出力周波数を制御するとともに、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の高周波共振器１４ａの共振周波数を制御する。制御演算装置５４はまた、算出された収束発散パラメータにより、収束発散レンズ電源６６を制御する。

【0041】

制御演算装置５４は、イオン注入装置１００のその他の構成要素（例えば、イオンビーム生成ユニット１２、ビーム偏向ユニット１６、ビーム輸送ラインユニット１８、及び、基板処理供給ユニット２０のうちいずれかに含まれる少なくとも１つの構成要素）を制御するよう構成されていてもよい。制御演算装置５４は、イオン注入装置１００の少なくとも１つの計測部（例えば、第１ビーム計測器８０ａ、第２ビーム計測器８０ｂ、及び／または、第３ビーム計測器８０ｃ）の計測結果に基づいて、イオン注入装置１００の少なくとも１つの構成要素（例えば、エネルギー分析スリット２８）を制御してもよい。また、エネルギー分析磁石２４及びステアリング磁石３０の各々に接続されている電源及びその制御機器が、制御演算装置５４によって制御されてもよい。

【0042】

ところで、高周波線形加速器によって加速または減速されたビームはあるエネルギー幅をもつ。エネルギー分析スリット２８のスリット幅はある有限の大きさをもつから（つまりスリット幅はゼロではないから）、エネルギー分析スリットは、所望のエネルギーを有するイオンだけでなく、所望のエネルギーより僅かに高い（又は僅かに低い）イオンも通過させることになる。従って、ビームラインの下流へと輸送されるビームもスリット幅に応じて僅かなエネルギー幅をもつ。

【0043】

イオン注入装置１００は上述のように、エネルギー分析を行う最終エネルギーフィルター３８をビームラインの最下流に有する。最終エネルギーフィルター３８の設定電圧は通過するイオンのエネルギーに合わせて決められる。最終エネルギーフィルター３８でのイオンの曲げ角はエネルギーに反比例する。曲げ角が例えば１５度の場合、エネルギーが１％変わると曲げ角は０．１５度変わることになる。つまり、１％のエネルギー誤差が０．１５度の注入角度誤差に相当する。特に高エネルギーイオン注入においては、こうした注入角度誤差をしばしば無視できない。例えば、高いトレンチ構造の底への注入をおこなう場合、注入角度はウェハの法線に対して約０度でありうる。その場合、イオンの注入深さはチャネリング現象に対し、非常に敏感となり、わずかな角度差によって深さ方向のイオンの密度分布が大きく変わってしまう。

【0044】

エネルギー分析スリット２８のスリット幅を充分に小さくすれば、上述の注入角度誤差を低減し又は防止することができるかもしれない。しかし、スリット幅の縮小は輸送されるイオンビーム量の低減をもたらすから、イオン注入装置１００の生産性を低下させることとなる。生産性を重視する場合には、ある広いスリット幅を採用することが望まれる。例えば、ある装置仕様に従って所望の生産性を確保するためのスリット幅は、例えば２．５％のエネルギー精度に相当する。

【0045】

所与の注入処理を行う生産フェーズの前に、その注入処理のためのイオンビームＢが準備される。こうした準備フェーズは、いわゆるオートビームセットアップを含む。オートビームセットアップは、エネルギー分析スリット２８の下流においてビーム電流をモニタしながら、イオンビーム量が所望の値となるようにイオン注入装置１００の各機器を自動的に調整（チューニング）する処理である。オートビームセットアップの間、ビーム電流は、例えば第２ビーム計測器８０ｂまたは第３ビーム計測器８０ｃによってモニタされる。

【0046】

エネルギー分析されたイオンビームＢのエネルギー分布は、スリット幅の中心にピークをもつ単峰型の形状の分布となるものと一般には考えられる。しかし、本発明者の検討によると、このような認識は場合によっては正確でないことが見出された。例えば、上述のように広いスリット幅（例えば±２．５％）が採用されそのスリットを用いてオートビームセットアップが実行された場合には、オートビームセットアップ後に得られるビームライン下流でのイオンビームＢが理想的な単峰形状から乖離したエネルギー分布をもちうる。そうすると、注入されるイオンビームＢには、目標エネルギーと異なるエネルギーをもつイオンが想定される以上に含まれうる。そこで、このような課題に対処する手法について以下に詳述する。

【0047】

ある実施形態においては、イオン注入装置１００は、イオンビームＢを高エネルギー多段直線加速ユニット１４により加速し、エネルギー分析磁石２４とエネルギー分析スリット２８によりエネルギー分析するよう構成されている。イオン注入装置１００は、エネルギー分析磁石２４の後方に配置されるエネルギー分析スリット２８の横開口幅を通常より狭くした状態で、イオン注入装置１００の少なくとも１つのパラメータを調整し、調整後のビーム計測結果をフィードバックすることにより、最適なエネルギー精度でかつ最適ビーム電流量のビームを得るよう構成されている。

【0048】

図４は、本発明のある実施形態に係るエネルギー分析スリット２８の模式図である。エネルギー分析スリット２８は、標準スリット開口１１０と、高精度スリット開口１１２と、を切換可能に構成されている。標準スリット開口１１０は、所与の注入条件のもとで行われる注入処理に使用される。高精度スリット開口１１２は、標準スリット開口１１０より高いエネルギー精度を有し、加速パラメータを調整するために使用される。

【0049】

標準スリット開口１１０は、横方向に第１スリット幅Ｗ１を有する。高精度スリット開口１１２は、横方向に第２スリット幅Ｗ２を有する。第２スリット幅Ｗ２は横方向に第１スリット幅Ｗ１より狭い。第２スリット幅Ｗ２は例えば第１スリット幅Ｗ１の１／５である。ここで、横方向は、ビーム進行方向及び縦方向に直交する方向である。縦方向は、エネルギー分析磁石２４が生成する磁場の方向である。エネルギー分析磁石２４は上述のように、高エネルギー多段直線加速ユニット１４を出るイオンを偏向する磁場を生成する。つまり高精度スリット開口１１２は、エネルギー分析磁石２４の偏向面内においてイオンビームＢの基準軌道に垂直な方向の幅が標準スリット開口１１０より狭い。

【0050】

高精度スリット開口１１２は、標準スリット開口１１０とは別個に形成されている。図４に示されるように、標準スリット開口１１０及び高精度スリット開口１１２は１つのスリット板１１４に形成されている。高精度スリット開口１１２は、スリット板１１４において標準スリット開口１１０と横方向に異なる位置に形成されている。また、高精度スリット開口１１２は、縦方向には標準スリット開口１１０と同じ位置に同じ幅を有して形成されている。

【0051】

エネルギー分析スリット２８は、標準スリット開口１１０と高精度スリット開口１１２とを選択可能に構成されている。エネルギー分析スリット２８は、スリット板１１４を横方向に駆動するスリット駆動部１１６を備える。標準スリット開口１１０及び高精度スリット開口１１２はそれぞれ使用時に、目標エネルギーを有するイオンを通すよう横方向に位置決めされる。図４の上部には標準スリット開口１１０にイオンビームＢが入射する様子を示し、図４の下部には高精度スリット開口１１２にイオンビームＢが入射する様子を示す。エネルギー分析スリット２８は、セレクタブル・リゾルビング・アパチャー（ＳＲＡ）と呼ぶこともできる。

【0052】

図５は、本発明のある実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャートである。この方法は、準備フェーズと生産フェーズとを含む。準備フェーズは、前準備または段取り工程を含む（Ｓ１００）。生産フェーズはイオン注入装置１００の実運用を含む（Ｓ２００）。

【0053】

コントローラ（例えば制御演算装置５４、以下同様）は、新たな注入条件（注入レシピともいう）が与えられたときに前準備を実行する。前準備においては、詳しくは図６を参照して以下に説明するように、高精度スリット開口１１２を使用してデータセット履歴作成が行われる。データセットは注入条件ごとに作成される。

【0054】

前準備の完了後に、搬送容器（例えばウェハカセット）を用いてイオン注入装置１００にウェハ４０が搬入される。よって、加速パラメータは、ウェハ４０の搬送容器が真空処理室２１（例えばカセットステーション９２）に装着される前に決定される。つまり、加速パラメータは、いわゆるロット処理の開始前に決定される。

【0055】

搬送容器は、イオン注入装置１００と他の装置との間でウェハ４０を搬送するための容器であり、１枚または複数枚のウェハ４０を収容することができる。搬送容器は、搬送容器から真空処理室２１にウェハ４０を搬入可能（または搬出可能）とするように真空処理室２１に装着される。搬送容器は、搬送装置によって自動的に搬送されてもよいし、あるいはオペレータによって人手で搬送されてもよい。

【0056】

搬送容器が真空処理室２１に装着されると、コントローラは、実運用を開始することができる。実運用においては、詳しくは図７を参照して以下に説明するように、コントローラは、標準スリット開口１１０を使用してオートビームセットアップ及び注入処理を実行する。コントローラは、オートビームセットアップ（または注入処理）の実行を許可するオペレータの指令を受けて、オートビームセットアップ（または注入処理）を開始してもよい。

【0057】

図６は、本発明のある実施形態に係るイオンビームの調整方法を例示するフローチャートである。この方法は、図５に示される前準備（Ｓ１００）にあたる。前準備として、コントローラは、以後に実行される新たな注入条件に対応するデータセットを決定する。コントローラは、ビーム計測部により計測されるビーム電流量に基づいてデータセットを決定する。

【0058】

データセットは、例えば、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の運転パラメータ（上述の加速パラメータ及び収束発散パラメータ）と、ソースパラメータと、を含む。ソースパラメータは、例えば、イオン源１０の制御パラメータと、引出電極１１の設定値と、を含む。イオン源１０の制御パラメータには例えば、アーク電流、アーク電圧、ソースガス流量、ソースマグネット電流がある。ソースマグネットは電子閉じこめ磁場を形成する。引出電極１１の設定値には例えば、引き出しギャップ間隔、電極左右位置、電極傾きがある。

【0059】

データセットは、計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に相当するように決定される。加速パラメータについては、高エネルギー多段直線加速ユニット１４においてイオンが目標エネルギーに加速されるように、かつ、計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に相当するように決定される。ここで、目標エネルギー及び目標ビーム電流量は、与えられた注入条件に従って定められる。例えば、目標エネルギー及び目標ビーム電流量はそれぞれウェハ４０への注入エネルギー及び注入ビーム電流量に等しくてもよい。

【0060】

図６に示されるように、前準備（Ｓ１００）においてコントローラは最初に、初期データセットを作成する（Ｓ１０２）。初期データセットは、入力された新たな注入条件に基づき決定されるデータセットの初期値である。コントローラは、適切な任意の公知の手法を用いて初期データセットを決定することができる。例えば、コントローラは、加速パラメータ及び収束発散パラメータの初期値を、上述のように特許第３４４８７３１号公報に開示される方法を用いて決定する。コントローラは、入力された注入条件及び決定されたパラメータ初期値をパラメータ記憶装置７０または他の記憶装置に記憶してもよい。

【0061】

コントローラは、ソースビーム立ち上げを実行する（Ｓ１０４）。すなわち、コントローラは、初期データセットを使用してイオン注入装置１００の運転を開始する。イオンビーム生成ユニット１２及び高エネルギー多段直線加速ユニット１４が起動され、ソースパラメータ、加速パラメータ、及び収束発散パラメータの各々の初期値に従ってイオンビームＢが生成される。

【0062】

コントローラは、エネルギー分析スリット２８を標準スリット開口１１０から高精度スリット開口１１２に切り換える（Ｓ１０６）。エネルギー分析スリット２８が高精度スリット開口１１２に既に切り換えられている場合には、高精度スリット開口１１２がその位置に維持される。こうして、高精度スリット開口１１２は、イオンビームＢの軌道上に配置されるように横方向に位置決めされる。

【0063】

コントローラは、データセットに含まれるパラメータを調整（チューニング）する（Ｓ１０８）。コントローラは、例えば、ソースパラメータ、加速パラメータ、及び収束発散パラメータを所定の順序に従って調整する。コントローラは、調整されたパラメータを調整の都度パラメータ記憶装置７０に記憶させてもよい。

【0064】

続いて、コントローラは、ピークビーム電流が取得されるか否かを判定する（Ｓ１１０）。例えば、コントローラは、エネルギー分析スリット２８の下流において計測されるビーム電流量があるしきい値に達するか否かを判定する。このしきい値は例えば目標ビーム電流量に応じて定められる目標ビーム電流量より小さい値である。ビーム電流は例えば第２ビーム計測器８０ｂにより計測される。このときエネルギー分析スリット２８が高精度スリット開口１１２に切り換えられているから、高精度スリット開口１１２を通過したイオンビームＢのビーム電流が計測される。

【0065】

計測されるビーム電流がしきい値に満たない場合には（Ｓ１１０のＮ）、コントローラは、データセットの調整を再度実行し（Ｓ１０８）、ピークビーム電流が取得されるか否かを再度判定する（Ｓ１１０）。

【0066】

このようにして、コントローラは、計測されるビーム電流量が増加されるようにデータセットの各パラメータを調整することができる。初回のパラメータ調整においては、コントローラは、計測されるビーム電流量が初期ビーム電流量から増加されるようにデータセットの各パラメータを調整する。初期ビーム電流量は、パラメータの初期値に従ってイオン注入装置１００が運転されるときに高精度スリット開口１１２を使用して計測されるビーム電流量である。以降のパラメータ調整においては、コントローラは、計測されるビーム電流量が前回調整ビーム電流量から増加されるようにデータセットの各パラメータを再調整する。ここで、前回調整ビーム電流量は、前回調整されたパラメータに従ってイオン注入装置１００が運転されるときに高精度スリット開口１１２を使用して計測されるビーム電流量である。

【0067】

例えば加速パラメータの初回の調整においては、コントローラは、計測されるビーム電流量が、加速パラメータの初期値に従って高エネルギー多段直線加速ユニット１４が運転されるときに比べて増加されるように加速パラメータを調整する。また、加速パラメータの次回以降の調整においては、コントローラは、計測されるビーム電流量が、前回調整された加速パラメータに従って高エネルギー多段直線加速ユニット１４が運転されるときに比べて増加されるように加速パラメータを再調整する。コントローラは、ソースパラメータ及び収束発散パラメータについても同様に調整する。

【0068】

計測されるビーム電流がしきい値に達する場合には（Ｓ１１０のＹ）、コントローラは、エネルギー分析スリット２８を高精度スリット開口１１２から標準スリット開口１１０に切り換える（Ｓ１１２）。標準スリット開口１１０がイオンビームＢの軌道上に配置されるように横方向に位置決めされる。このように、コントローラは、パラメータ調整（Ｓ１０８）の後にエネルギー分析スリット２８を切り換える。

【0069】

コントローラは、目標ビーム電流が取得されるか否かを判定する（Ｓ１１４）。例えば、コントローラは、エネルギー分析スリット２８の下流において計測されるビーム電流量が目標ビーム電流量に達するか否かを判定する。このときエネルギー分析スリット２８が標準スリット開口１１０に切り換えられているから、標準スリット開口１１０を通過したイオンビームＢのビーム電流が計測される。ビーム電流は例えば第２ビーム計測器８０ｂにより計測される。

【0070】

計測されるビーム電流が目標ビーム電流量に満たない場合には（Ｓ１１４のＮ）、コントローラは、エネルギー分析スリット２８を標準スリット開口１１０から高精度スリット開口１１２に再び切り換える（Ｓ１０６）。続いて、上述のようにコントローラは、パラメータの調整を再度実行し（Ｓ１０８）、ピークビーム電流が取得されるか否かを再度判定する（Ｓ１１０）。このように、コントローラは、標準スリット開口１１０と高精度スリット開口１１２を切り替えながら、目標のビーム電流が得られるまでパラメータのチューニングを繰り返す。

【0071】

計測されるビーム電流が目標ビーム電流量に達する場合には（Ｓ１１４のＹ）、コントローラは、調整されたパラメータをパラメータ記憶装置７０に記憶させる（Ｓ１１６）。特に、コントローラは、調整された加速パラメータを、入力された注入条件（例えば注入エネルギー）についての最適加速パラメータとして、パラメータ記憶装置７０に記憶させる。

【0072】

このようにして、コントローラは、パラメータの最適化処理を実行する。すなわち、コントローラは、所与の注入条件に基づき暫定的に設定された初期値からパラメータを漸進的に調整し、当該注入条件を満たすイオンビームがビームライン下流へと効率的に輸送されるようにパラメータを最適値に更新する。例えば、加速パラメータについては、コントローラは、目標エネルギーに基づき暫定的に設定された初期値から加速パラメータを漸進的に調整し、高エネルギー多段直線加速ユニット１４においてイオンが当該目標エネルギーに効率的に加速されるように加速パラメータを最適値に更新する。

【0073】

なお、コントローラは、計測されるビーム電流が上述のしきい値または目標ビーム電流量に満たない場合だけでなく、ビーム電流が過剰である場合にもデータセットの少なくとも１つのパラメータを再調整してもよい。この場合、コントローラは、加速パラメータ以外のパラメータを再調整することが望ましい。仮に、加速パラメータを再調整したとすると、加速エネルギーが再調整前の最適な値から外れるという不都合な結果となりうる。なぜなら、そのような再調整によってビーム電流を簡単に減らすことができるからである。そこで、コントローラは、ビーム電流を低減するために、例えば、上述のソースパラメータを再調整してもよい。あるいは、コントローラは、ビーム電流を低減するために、高周波線形加速器に入射するイオンビーム量を調整するためのビーム電流調整装置を制御してもよい。このビーム電流調整装置は、質量分析スリット２２ｂの下流（例えば直後）に配置される可変アパチャー（例えば、ＣＶＡ（Continuously Variable Aperture））を備えてもよい。可変アパチャーは高周波線形加速器の入口に配置されていてもよい。

【0074】

図６を参照して説明したイオンビーム調整方法は通常、新たな注入条件がコントローラに与えられたときに一度だけ実行される。ただし、イオン注入装置１００（例えば高エネルギー多段直線加速ユニット１４）のメンテナンスや修理が行われた場合には、コントローラは、以前に与えられた注入条件について本方法によりデータセットを修正してもよい。

【0075】

図７は、本発明のある実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャートである。この方法は、図５に示される実運用（Ｓ２００）にあたる。コントローラは、注入レシピをロードする（Ｓ２０２）。すなわち、コントローラは、今回実行される注入処理の注入条件をパラメータ記憶装置７０または他の記憶装置から読み出す。

【0076】

コントローラは、エネルギー分析スリット２８を高精度スリット開口１１２から標準スリット開口１１０に切り換える（Ｓ２０４）。エネルギー分析スリット２８が標準スリット開口１１０に既に切り換えられている場合には、標準スリット開口１１０がその位置に維持される。こうして、標準スリット開口１１０は、イオンビームＢの軌道上に配置されるように横方向に位置決めされる。

【0077】

実運用においてはこれ以降、コントローラは、エネルギー分析スリット２８の標準スリット開口１１０から高精度スリット開口１１２への切換を禁止してもよい。コントローラは、少なくともオートビームセットアップの間は、エネルギー分析スリット２８の切換を禁止する。従って、オートビームセットアップ及びこれに続く注入処理においては標準スリット開口１１０が使用される。

【0078】

コントローラは、ロードされた注入レシピに対応するデータセットをパラメータ記憶装置７０から読み出し、イオン注入装置１００の各機器をそのデータセットに従って設定する（Ｓ２０６）。例えば、コントローラは、読み出された注入条件における注入エネルギーに対応する最適加速パラメータをパラメータ記憶装置７０から読み出し、これを高エネルギー多段直線加速ユニット１４に設定する。

【0079】

コントローラは、オートビームセットアップを実行する（Ｓ２０８）。オートビームセットアップによって、読み出された注入条件を満たすイオンビームＢが準備される。

【0080】

このオートビームセットアップは、高周波共振器１４ａと異なるイオン注入装置１００の少なくとも１つの構成要素を調整することによってビーム電流量を調整する処理である。具体的にはコントローラは上述のように、ビーム電流をモニタしながらイオンビーム量が所望の値となるようにイオン注入装置１００の各機器を調整する。ビーム電流は例えば第２ビーム計測器８０ｂまたは第３ビーム計測器８０ｃにより計測される。コントローラは、オートビームセットアップにおいて例えば、イオン源１０の制御パラメータ、引出電極１１の設定値、及び／または、収束発散レンズ６４の運転パラメータを調整する。これらの調整は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４による加速エネルギーには影響しない。なおオートビームセットアップは、ビーム電流調整に加えて、ビーム角度調整及び／または均一性調整を含んでもよい。

【0081】

コントローラは、オートビームセットアップにおける最適加速パラメータの変更を禁止する。よって、オートビームセットアップ及び注入処理の間、前処理（Ｓ１００）において決定された最適加速パラメータに従って高エネルギー多段直線加速ユニット１４は運転される。

【0082】

オートビームセットアップが完了すると、コントローラは、ウェハ４０への注入処理を実行する（Ｓ２１０）。一枚または複数枚のウェハ４０がウェハ搬送装置９０によって真空処理室２１のイオン注入位置へと搬入され、イオンビームＢがウェハ４０に照射される。その後、ウェハ４０はウェハ搬送装置９０によって真空処理室２１から搬出される。こうした注入処理が所要の枚数のウェハ４０が処理されるまで繰り返される。

【0083】

引き続いて、コントローラは、別の注入条件を用いる注入処理を実行してもよい。この場合、その別の注入条件が読み出され、オートビームセットアップによってその注入条件を満たすイオンビームＢが準備される。そうして、注入処理が実行される。ある注入条件においては、標準スリット開口１１０ではなく、高精度スリット開口１１２が使用されてもよい。例えば、当該注入条件において要求されるエネルギー幅が標準スリット開口１１０によって実現されるエネルギー幅より小さい場合には、高精度スリット開口１１２が使用されてもよい。その場合、オートビームセットアップが実行される前に、コントローラは、エネルギー分析スリット２８を標準スリット開口１１０から高精度スリット開口１１２に切り換えてもよい。ただし、高精度スリット開口１１２を使用することによりビーム電流量が当該注入条件における目標ビーム電流量を下回る場合には、高精度スリット開口１１２ではなく、標準スリット開口１１０が使用されてもよい。

【0084】

図８は、本発明のある実施形態に係るエネルギースペクトラムを例示する。図８において縦軸にビーム電流を示し、横軸にエネルギーを示す。横軸のエネルギーは、エネルギー分析磁石２４における偏向磁場を換算したエネルギー値の、目標エネルギーに対する相対値である。よって、良好なエネルギー精度を有する望ましいイオンビームは、エネルギー値が１であるときビーム電流に明りょうなピークを有するエネルギースペクトラムを与える。

【0085】

図８に示されるエネルギースペクトラムＤは、高精度スリット開口１１２を使用して加速パラメータの調整を実行したときに得られたものである。エネルギースペクトラムＥは、標準スリット開口１１０を使用して加速パラメータの調整を実行したときに得られたものである。エネルギースペクトラムＦは、加速パラメータを調整する前のものである。図８には参考として、使用された標準スリット開口１１０及び高精度スリット開口１１２それぞれのスリット幅に対応するエネルギー幅を図示する。

【0086】

エネルギースペクトラムＦからわかるように、パラメータ調整前のイオンビームは目標エネルギーに明りょうなピークを有さず、広いエネルギー範囲に加速されたイオンを含む。一方、エネルギースペクトラムＤ及びＥによると、対応するイオンビームに目標エネルギー及びその近傍のエネルギーをもつイオンが多く含まれることがわかる。しかし、エネルギースペクトラムＥは、目標エネルギーに一致するピークを有するのではなく、目標エネルギーより低い側に一つ目のピークを有し、目標エネルギーより高い側にもう一つのピークを有する。そのため、目標エネルギーに一致するエネルギーをもつイオンは比較的少ない。２つのピークはそれぞれ目標エネルギーから約１％ずれている。こうしたエネルギーずれをもつイオンは上述のように、ずれに応じた角度誤差を有してウェハ４０に注入されることになる。

【0087】

これに対し、エネルギースペクトラムＤは、目標エネルギーに一致する単一の顕著なピークを有する。このようにして、最適なエネルギー精度でかつ最適ビーム電流量のイオンビームＢを得ることができる。したがって、高精度スリット開口１１２を用いることにより、イオン注入装置の生産性を維持しつつ、エネルギー精度の向上を実現することができる。

【0088】

スリット幅の縮小に反比例してエネルギー分解能が向上される。よって、例えば、高精度スリット開口１１２が標準スリット開口１１０の１／５のスリット幅を有する場合、エネルギー分解能は５倍に向上される。

【0089】

また、上述のようにオートビームセットアップにおいてはエネルギー分析スリット２８の切換が禁止されている。よって、スリット切換による発塵を防止することができる。また、切換が行われる場合に比べて、オートビームセットアップに要する時間を短くすることができる。

【0090】

さらに、オートビームセットアップにおいて加速パラメータの変更が禁止されている。これもまた、オートビームセットアップにおいて加速パラメータを調整する場合に比べて、オートビームセットアップに要する時間を短くすることに役立つ。

【0091】

原理的にはエネルギー分析磁石２４の入口と出口の両方に高精度スリットを配置した状態で加速パラメータを決めるのが理想である。しかし、高精度スリット開口１１２をエネルギー分析磁石２４の出口側に配置するだけでも、図８に示されるように、実際上充分な効果を得ることができる。

【0092】

以上、本発明を実施形態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。

【0093】

ある実施形態においては、エネルギー分析磁石２４の入口（つまり高エネルギー多段直線加速ユニット１４の出口）に第１上流スリットアセンブリが配設されていてもよい。第１上流スリットアセンブリは、高精度スリット開口１１２に対応する第１上流高精度スリットを有し、エネルギー分析スリット２８と連動して切換可能に構成されていてもよい。例えば、コントローラは、高精度スリット開口１１２が使用されるとき第１上流高精度スリットをイオンビームＢの軌道上に配置し、標準スリット開口１１０が使用されるとき第１上流高精度スリットをイオンビームＢの軌道から外れた場所に移動させるように、第１上流スリットアセンブリを駆動してもよい。このようにして、さらに精度を向上することができる。

【0094】

ある実施形態においては、第１上流スリットアセンブリに加えて、または第１上流スリットアセンブリに代えて、第２上流スリットアセンブリが設けられていてもよい。第２上流スリットアセンブリは、エネルギー分析磁石２４の出口においてエネルギー分析スリット２８の上流に配設され、エネルギー分析スリット２８と連動して切換可能に構成されていてもよい。第２上流スリットアセンブリは、エネルギー幅制限スリット２７であってもよい。この場合、エネルギー幅制限スリット２７は、エネルギー分析スリット２８と同様に、標準スリット開口と、それより横方向に狭い高精度スリット開口と、を切換可能に構成されていてもよい。このようにして、さらに精度を向上することができる。

【0095】

ある実施形態においては、エネルギー分析スリット２８は、標準スリット開口１１０から高精度スリット開口１１２へと、及び高精度スリット開口１１２から標準スリット開口１１０へと切換可能である可変スリットを備えてもよい。可変スリットは、スリット幅を連続的に変更可能である単一のスリットであってもよい。

【0096】

本書に言及されるコントローラ（または制御装置）は、そのコントローラが実行するものとして言及される１以上の機能を実行する単一のコントローラであってもよいし、あるいはそうした１以上の機能を協働して実行する複数のコントローラであってもよい。よって、例えば、本書に言及される１以上の機能を実行するある１つのコントローラは、それら機能のうち一部を実行する第１コントローラと、それら機能のうち残りを実行する第２コントローラとにより実現されてもよい。

【0097】

ある実施形態においては、エネルギー幅制限スリット２７及びエネルギー分析スリット２８は、より詳しくは以下に述べるように配置されていてもよい。上述のエネルギー分析磁石２４、エネルギー幅制限スリット２７、横収束四重極レンズ２６、及びエネルギー分析スリット２８はそれぞれ、以下の説明におけるエネルギー分析電磁石、エネルギー幅制限スリット、横収束レンズＱＲ１、及びエネルギー分析スリットに対応する。

【0098】

ある実施形態に係るイオン注入装置は、イオン源で生成したイオンを静電場で引き出し、イオンビームを生成するビーム引き出し系と、引き出されたイオンビームをさらに加速する高周波加速器と、加速されたビームのビームサイズ（空間分布）を調整するための少なくとも１台の収束要素と、エネルギー分析電磁石として使用する少なくとも一台の偏向電磁石とを有する。そして、そのエネルギー分析電磁石の下流側にエネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットとを設置する。

【0099】

ビームサイズ（イオンの空間分布）を調整するための収束要素は、高周波加速器とエネルギー分析電磁石との間、及びエネルギー分析電磁石とエネルギー分析スリットとの間に設置され、エネルギー幅のないビーム（高周波加速器に高周波電場を印加せず、引き出されたままのエネルギーで輸送されたビーム）が、エネルギースリットの位置に焦点を結ぶように調整される。

【0100】

エネルギー幅のあるイオンビームを構成する個々のイオンの軌道は、それぞれのエネルギーに応じて、エネルギー分析電磁石によって、偏向面内で空間的に広がる（エネルギー分散）。エネルギー幅制限スリットは、エネルギー分析スリット上流であって、そのエネルギー分散がエネルギー幅のないビームのビームサイズと同程度になる位置に設ける。この位置は、エネルギー分析電磁石の出口付近になる。

【0101】

前記のように配置されたエネルギー分析電磁石と二枚のスリットによるエネルギー分析の詳細について、９０°偏向電磁石が二台あり、その間に二枚のスリットが設置されている場合を例に取って、以下に述べる。

【0102】

ビームライン中心軸上の任意の位置（ビームライン起点からの飛行距離）ｓにおける水平面（偏向面）内横方向（ビーム軸と直交する方向）のイオンビームのサイズσ（ｓ）（横方向ビームサイズ）は、次の式（１）で与えられる。

【数1】

【0103】

ここで、εはビームのエミッタンス、Ｅはビームエネルギー、Δ_ＥＷはエネルギー幅である。β（ｓ）はベータトロン関数（振幅）と呼ばれ、ビーム輸送方程式の解である。η（ｓ）はディスパージョン（分散）関数と呼ばれ、エネルギーのずれたビーム輸送方程式の解である。

【0104】

イオン源から引き出されたイオンビームの中の個々のイオンは、ビーム（全イオンの集団）中心軸に対して、位置及び角度の分布を持っている。ここで、個々のイオンのビーム中心軸からの距離を横軸に、個々のイオンの進行方向ベクトルとビーム中心軸とが成す角度を縦軸に取ったグラフを位相空間プロットと呼ぶ。この位置の分布範囲と角度の分布範囲の積（位相空間でビームが占める面積）をエミッタンスと呼び、それを運動量で規格化したもの（規格化エミッタンス）は、イオン源引き出口からビーム輸送路の終端まで変化しない不変量になる。

【0105】

前述の式（１）の第一項；

【数2】

は、この初期のイオン分布に起因するビーム幅σ_１であり、σ_１を今後“エミッタンスによるビーム幅”と呼ぶ。また、エミッタンスは横方向と上下方向それぞれ独立に定義されるが、ここで問題になるのは横方向だけなので、今後特に断らない限り、エミッタンスεは横方向のエミッタンスを指す。

【0106】

前述のように、この空間分布によるビームの広がりに加えて、高周波線形加速装置によって加速されたビームは、エネルギー分布（幅）を持つ。エネルギー分布（幅）を持つビームが偏向電磁石を通過するとき、エネルギーが比較的高いイオンは、曲率半径が大きい外側の軌道を通り、エネルギーが比較的低いイオンは、曲率半径の小さい内側の軌道を通る。このため、１点（空間分布無し）で偏向電磁石に入射しても、出口では、エネルギー幅に応じた空間分布（横方向分布）が生じる。式（１）の第二項；

【数3】

は、このエネルギー分布が変化して生じた空間分布を表している。以後、エネルギー分布が偏向によって空間分布に変化していく現象をエネルギー分散、その結果生じたビーム幅σ_２をエネルギー分散によるビーム幅または単に分散と呼ぶ。式（１）は、ビームサイズがエミッタンスによるビーム幅と、エネルギー分散によるビーム幅の和であることを表している。

【0107】

本願発明では、エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットの２枚のスリットを用いるが、初めに、エネルギー分析スリット１枚によってビームをカットする従来の方法を例に、エネルギー分析電磁石から、エネルギー分析スリットに至る領域の、ビームの分布を説明する。

【0108】

図９は、エネルギー幅０％、中心エネルギーずれ０％のビームが、その焦点付近に置かれた１枚のエネルギー分析スリットを通過する様子を示す模式図である。

【0109】

図１０は、偏向ユニットで、当初±４％のエネルギー幅を持ったビームが、一枚のエネルギー分析スリットによってカットされ、±２．５％のエネルギー幅を持つビームに変わる様子を示す模式図である。横軸はイオン源出口からのイオンの飛行距離、縦軸はビームの幅及び各スリットの開口幅を表している。横軸のすぐ上には、エネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）や偏向電磁石（ＢＭ）などの位置が示されている。

【0110】

図１１は、図１０のエネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口（５．６ｍ付近）及びエネルギー分析スリットの入り口と出口（７．４ｍ付近）におけるビームの横方向の空間分布と、対応するエネルギー分布とを説明するための図である。空間分布の横軸は、設計中心軌道からの横方向の距離、エネルギー分布の横軸は、予定注入エネルギーとの差を予定注入エネルギーで割った値である。縦軸は、いずれの分布もビーム電流密度（単位時間に通過するイオンの数密度）である。エネルギー分析スリットは、エミッタンスによるビーム幅が極小になる位置に設置されている。

【0111】

エネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口での空間分布は、ガウス型に近い分布、エネルギー分布は、一様分布が想定されている。ビームがＥＦＭに入り、分散が始まると、横方向の空間分布は引き延ばされて広がっていく。偏向電磁石には、分散を発生させる作用とともに、エミッタンスによるビーム幅を収束させる（βを小さくする）働きがあるため、式（３）の分散によるビーム幅σ_２がどんどん大きくなるのに対して、式（２）のσ_１は、どんどん小さくなっていき、横方向空間分布の端部はシャープになっていく。この間、エネルギー分布は変化しない。

【0112】

ＥＦＭとＢＭの間には、横収束レンズＱＲ１が挿入されている。このレンズは、エネルギー分散の拡大を止めて、縮小方向へ向かわせるとともに、エミッタンスによるビーム幅σ_１の縮小を促進する働きがある。エネルギー分析スリットは、σ_１が極小になる位置に設置されるため、横収束レンズＱＲ１の効果によって設置位置がＥＦＭ側へ動き、スペースが節約できる。エネルギー分散によるビーム幅σ_２は、横収束レンズＱＲ１中心付近で最大になる。もし横収束レンズＱＲ１がなければ、分散の拡大は、ＢＭ出口付近まで続く。

【0113】

エネルギー分析スリット入り口では、σ_２はまだ非常に大きく、σ１は極小になる（そうなるように横収束レンズＱＲ１や高周波加速器出口の収束要素によって調整されている）ため、横方向の空間分布の端部は非常にシャープになり、全体でエネルギー分布に近い形状（一様分布）になっている。

【0114】

このビームが、エネルギー分析スリットによって、空間的にカットされる。まず、空間的なカットによってエネルギー分布の形状がどのように変化するか、一般的に説明する。この部分が本願発明を支える原理として、極めて重要である。

【0115】

エネルギー分布が矩形分布（一様分布）であり、エネルギー分散によるビーム幅σ_２がエミッタンスによるビーム幅σ_１より十分大きく、かつスリット幅Ｗ_Ａより十分大きければ、カットされた後の空間分布は完全な矩形分布（一様分布）になる。このときエネルギー分布も、スリット幅に応じたエネルギー幅にカットされる。そのエネルギー幅は、式（３）より；

【数4】

である。

【0116】

しかし、カットされたエネルギー分布は、空間分布と異なり、完全な矩形分布にはならない。カットされたエネルギー分布の両端部は、エミッタンスによるビームの幅σ_１に対応するエネルギー幅だけエネルギーが揃っていないからである。σ_１に対応するエネルギー幅をΔＥ_ｅｄｇｅ／Ｅとすると、それは式（４）と同様に；

【数5】

と求められる。エネルギー分布端部の式（５）で与えられる範囲で、ビーム電流密度が矩形分布の値からゼロに向かって変化する。

【0117】

つまり、スリットで空間的に矩形分布にカットされたビームのエネルギー分布は、−Ｗ_Ａ／η−２σ_１／η〜−Ｗ_Ａ／η＋２σ_１／ηの区間でビーム電流密度がゼロからカット前の値に立ち上がり、−Ｗ_Ａ／η＋２σ_１／η〜＋Ｗ_Ａ／η−２σ_１／ηの区間で一定（カット前の値）で、＋Ｗ_Ａ／η−２σ_１／η〜＋Ｗ_Ａ／η＋２σ_１／ηの区間でゼロまで下がるという形状になる。そして、その実効的な幅は、式（４）の値になる。

【0118】

このようにして、一般には、スリット通過前後で、横方向の空間分布とエネルギー分布の形状が入れ替わり、エネルギー分布は矩形ではなくなる。しかし、図１１の例のように、ビームの焦点位置に一枚のエネルギー分析スリットを置いてビームをカットする場合は、σ_１がＷ_Ａに比べて十分小さくなる（Ｗ_Ａ＝２５ｍｍ、σ_１＝０．６ｍｍ）ので、カットされたエネルギー分布もほぼ矩形とみなすことができる。

【0119】

図１２は、エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットを有する偏向ユニットで、当初±４％のエネルギー幅を持ったビームが、一枚のエネルギー分析スリットによってカットされ、±２．５％のエネルギー幅を持つビームに変わる様子を示す模式図である。図１３は、図１２のエネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口、エネルギー幅制限スリットの入り口と出口、及びエネルギー分析スリットの入り口と出口におけるビームの横方向の空間分布と、対応するエネルギー分布とを説明するための図である。

【0120】

ＥＦＭ出口付近では、エネルギー分散によるビーム幅σ_２は極大値に向かって増加中であり、エミッタンスによるビームサイズσ_１は極小値に向かって減少中で、σ_２がσ_１より大きくなっているが、σ_１もまだかなり大きい状態である。ここにエネルギー幅制限スリットを置いてビームをカットすると、空間分布は一時的に矩形分布になるが、エネルギー分布は、式（５）のエッジを鈍らせる効果が大きく効いて、矩形とはほど遠いなだらかな分布になる。

【0121】

エネルギー幅制限スリットの開口幅を、例えば３％のエネルギー幅に相当する値に設定しても、エミッタンスによるビーム幅σ_１が大きいので、予定注入エネルギーに対して３％以上のエネルギー差を持つイオンも多数通過してしまう。分散の拡大によって、これら大きくエネルギーのずれたイオンの軌道は、中心からどんどん遠ざかり、結果としてビーム外縁を含めたビームサイズをかなり大きくしてしまう。例えば、図１３のように、高周波加速器から出たビームのエネルギー幅が４％であって、エネルギー幅制限スリット位置で計算した式（４）と式（５）のエネルギー幅の和が４％を超えていれば、外縁部を含めたビームサイズは、エネルギー幅制限スリットがないときと同じになる。ただし、スリットによるカットと分散による拡大で、この外縁部のイオン密度は非常に薄くなっている。このように、スリットでカットしきれなかったビーム外縁の密度の薄い部分をハローと呼ぶ。

【0122】

このようなビームのハローを除去して、エネルギーを確定するために、やはりσ_１が極小になる位置にエネルギー分析スリットが必要になる。図１３の最後に示されているように、エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットで二重にフィルターをかけたビームのエネルギー分布は、もともと矩形分布であっても、ドーム状の分布に変わる。これによって、中心部のビーム電流密度が相対的に高くなる分、実効的なエネルギー幅を小さくすることができる。また、高周波線形加速器から出てきたイオンビームのエネルギー分布は、もともとドーム状になっているのが普通なので、エネルギー幅低減効果は、さらに大きくなる。

【0123】

さらに、二重のスリットは、エネルギー幅と同時に、わずかな中心エネルギーずれを持つビームに対して、中心エネルギーずれを小さくする働きがある。

【0124】

図１４は、エネルギー幅０％、中心エネルギーずれ３％のビームが、エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットを通過する様子を示す模式図である。図１４に示すように、エネルギー幅のないビーム（例えば設定加速エネルギー９０ｋｅＶの場合には９０ｋｅＶ±０．０００)のエネルギー分析では、エネルギー分析スリットの開口幅で規定される以上の中心エネルギーずれを起こしているビーム（例えば中心エネルギーずれ＋３％の場合には９２．７ｋｅＶ)は、完全に排除される。このような場合には、単純にスリットの開口幅を小さくすることで、エネルギー精度を上げることができる。

【0125】

エネルギー幅があるビーム（例えば設定加速エネルギー３ＭｅＶでエネルギー幅±３％の場合には、分布範囲は２．９１ＭｅＶ〜３．０９ＭｅＶ)でも、エネルギー分析スリットを狭くすれば、エネルギー精度は上がるが、大部分のビームがそこで無駄になるため、利用できるビーム電流値が大幅に下がり、生産能力が大幅に低下する。

【0126】

そこで、エネルギー分析スリットのスリット幅を広げたまま、中心エネルギーずれ（シフト）を低減する技術が必要である。これは、前述のように、エネルギー分散によるビーム幅に比べて、エミッタンスによるビーム幅が無視できない程度に大きい所に、エネルギー幅制限スリットを挿入することで、実現できる。

【0127】

図１５は、エネルギー幅±４％、中心エネルギーずれ＋３％のビームが、整形される様子を示す模式図である。図１６は、図１５のエネルギー分析電磁石（ＥＦＭ）入り口、エネルギー幅制限スリットの入り口と出口、及びエネルギー分析スリットの入り口と出口におけるビームの横方向の空間分布と、対応するエネルギー分布とを説明するための図である。

【0128】

図１５及び図１６に示すように、エネルギー幅±４％、中心エネルギーずれ＋３％のビームが、整形される様子を示す。スリット幅が±３％のエネルギー幅に相当するエネルギー幅制限スリットがＥＦＭ出口付近に付けられていると、許容されるエネルギー範囲は、予定注入エネルギーの−１％〜＋３％となる。

【0129】

この場合、エネルギー分析スリットの幅が±１％相当以上あれば、予定注入エネルギーよりエネルギーが低いイオン（−１％〜０％）は、２つのスリットを全て通過する。したがって、エネルギー分布も、負側は元の形状が保存され、矩形分布であればそのまま矩形分布で、ウェハまで到達する。

【0130】

予定注入エネルギーよりエネルギーが高いイオンに関しては、前述のエネルギー幅があり、中心エネルギーずれのない場合の二重スリットによる整形と全く同じようにエネルギー分布が整形される。矩形のエネルギー分布が（半）ドーム状の分布に整形されるので、分布の重心は、矩形分布より原点側に移動する。つまり、エネルギー分析スリット通過後のビームのエネルギー中心は、予定注入エネルギーに近づく。例えば、エネルギー分析スリットの幅を、エネルギー幅±２．５％相当に設定すると、もともと３％あった中心エネルギーずれは０．５％以下になる。

【0131】

元々のエネルギー分布が、矩形（一様）分布よりガウス型の分布に近い場合は、エネルギー幅制限スリットによるエネルギー中心の矯正効果がもっと高くなる。

【0132】

このように、設定ビームエネルギーに対して最大数％程度のエネルギー幅（エネルギー分布）を持っているとともに中心エネルギーずれの可能性を持つ加速システムで加速されたビームのエネルギー幅とエネルギー中心のずれをどちらか一方あるいは両方縮小して、エネルギー精度を上げるためには、エネルギー分散によるビームサイズとエミッタンスによるビームサイズが適正にコントロールされた位置に設置された二重スリットによるエネルギー制限が有効である。

【0133】

エネルギーがずれたイオンを排除するためのエネルギー分析電磁石の運用方法としては、磁場を特定のエネルギーに相当する値に固定する方法を採る。分析電磁石の磁場（磁束密度）Ｂ［Ｔ］とイオンのエネルギーＥ［ｋｅＶ］との間には、次の厳密な関係がある。
Ｅ＝４．８２４２６５×１０^４×（Ｂ^２・ｒ^２・ｎ^２）／ｍ・・・式（６）

【0134】

ここで、ｍ［ａｍｕ］はイオンの質量数、ｎはイオンの電価数、ｒ［ｍ］は電磁石内のビーム中心軌道の曲率半径である（これを偏向電磁石の曲率半径という）。このうち、ｍとｎは注入条件から決まる固定値であり、ｒは電磁石の設計時点で決まる固定値である。したがって、磁場Ｂを固定して運用することは、イオンのエネルギーＥを特定することを意味する。

【0135】

磁極の中心付近を通過してきたイオンのみが通過できるように、エネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットを設置すると、その特定のエネルギーを持ったイオンのみが分析スリットを通過するようになる。エネルギーが基準値より一定以上ずれたイオンは、このスリットの壁に衝突することで、ビームラインから排除される。

【0136】

本来のビームのエネルギーが少しずれ（シフト）ていて、ビーム電流が不足する場合は、リナックの加速位相や加速電圧を微調整してエネルギーを補正し、ビーム電流を増やす。ビーム電流値（ビーム中心軌道位置）を調整するために、エネルギー分析電磁石の磁場を微調整することはない。

【0137】

エネルギー分析電磁石として使用される偏向電磁石は、その磁場の値によって、イオンビームの注入エネルギーを確定するという重要な役割を持つため、磁場は、精密に設定され、一様に分布しなければならない。これは、磁極面平行度を±５０μｍで電磁石を製作し、磁場不均一性を±０．０１％以下に抑えることで実現している。

【0138】

このようにエネルギー分析電磁石とエネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリットを配置することによって、リナックによって加速されたエネルギー幅を持つビームに対して、高いエネルギー精度を保証することができる。

【符号の説明】

【0139】

１０ イオン源、 １２ イオンビーム生成ユニット、 １４ 高エネルギー多段直線加速ユニット、 １４ａ 高周波共振器、 １５ａ 第１線形加速器、 １５ｂ 第２線形加速器、 １６ ビーム偏向ユニット、 １８ ビーム輸送ラインユニット、 ２０ 基板処理供給ユニット、 ２１ 真空処理室、 ２４ エネルギー分析磁石、 ２６ 横収束四重極レンズ、 ２７ エネルギー幅制限スリット、 ２８ エネルギー分析スリット、 ３８ 最終エネルギーフィルター、 ４０ ウェハ、 ５４ 制御演算装置、 ７０ パラメータ記憶装置、 ８０ａ 第１ビーム計測器、 ８０ｂ 第２ビーム計測器、 ８０ｃ 第３ビーム計測器、 ９０ ウェハ搬送装置、 ９２ カセットステーション、 １００ イオン注入装置、 １１０ 標準スリット開口、 １１２ 高精度スリット開口、 １１４ スリット板、 １１６ スリット駆動部、 Ｂ イオンビーム、 Ｗ１ 第１スリット幅、 Ｗ２ 第２スリット幅。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】