特許 6831245 イオン注入方法およびイオン注入装置

(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】6831245

(24)【登録日】2021年2月1日

(45)【発行日】2021年2月17日

(54)【発明の名称】イオン注入方法およびイオン注入装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20210208BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 C

【請求項の数】21

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-903(P2017-903)

(22)【出願日】2017年1月6日

(65)【公開番号】特開2018-110088(P2018-110088A)

(43)【公開日】2018年7月12日

【審査請求日】2019年5月20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】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 玄

【審査官】 橋本 直明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１０２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０５４９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９０７８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２２２９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０１２０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２７４３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５２０９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−００３９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１７０３８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

設計上のビーム軌道に沿って配置され、前記ビーム軌道に沿って輸送されるイオンビームを加速させるよう構成される複数段の高周波共振器と、各段の高周波共振器の間に配置され、前記ビーム軌道と直交するｘ方向およびｙ方向の少なくとも一方にイオンビームを収束させ、輸送されるイオンビームの前記ビーム軌道と直交する平面視でのビームプロファイルを整えるよう構成される複数段の収束レンズと、を含む、多段線形加速ユニットと、
前記多段線形加速ユニットの途中に設けられ、前記ビーム軌道と直交する平面視において少なくとも前記ビーム軌道の中心付近を避けて配置され、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近のビーム部分を通過させる一方、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近より外側の別のビーム部分を遮蔽して電流量を計測するよう構成される電極体を含む第１ビーム計測部と、
前記多段線形加速ユニットの下流に設けられ、前記多段線形加速ユニットから出射されるイオンビームの電流量を計測するよう構成される第２ビーム計測部と、
前記第１ビーム計測部および前記第２ビーム計測部の計測結果に基づいて、前記第１ビーム計測部が計測する電流量が最小化し、前記第２ビーム計測部が計測する電流量が最大化するように、前記複数段の収束レンズの制御パラメータを調整するよう構成される制御装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第１ビーム計測部が計測する電流量が低減し、前記第２ビーム計測部が計測する電流量が増加するように前記電極体より上流側の収束レンズの制御パラメータを調整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】

前記制御装置は、前記第１ビーム計測部が計測する電流量が増加するように前記電極体より上流側の収束レンズの制御パラメータを調整した後、前記第１ビーム計測部が計測する電流量が低減し、かつ、前記第２ビーム計測部が計測する電流量が増加するように前記電極体より上流側の収束レンズの制御パラメータを調整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】

前記制御装置は、前記電極体より上流側の収束レンズの制御パラメータを調整した後、前記第２ビーム計測部が計測する電流量が増加するように前記電極体より下流側の収束レンズの制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記第１ビーム計測部および第２ビーム計測部にて同時に計測される前記第１ビーム計測部の計測結果である第１電流量と前記第２ビーム計測部の計測結果である第２電流量との比に基づいて前記複数段の収束レンズの制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１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】

前記電極体は、前記中心付近のビーム部分を通過させるための開口を有する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】

前記電極体の開口は、円形、楕円形または矩形であ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】

前記電極体の開口は、前記ｘ方向の寸法と前記ｙ方向の寸法が異なることを特徴とする請求項６または７に記載のイオン注入装置。

【請求項9】

前記電極体の開口は、前記多段線形加速ユニット内を輸送されるイオンビームの輸送効率が設計上最大化される場合に前記イオンビームが前記電極体の位置において有する理想ビームプロファイルに対応した形状を有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

【請求項10】

前記電極体の開口の寸法は、前記電極体の位置における前記理想ビームプロファイルの寸法の８０％以上１２０％以下であ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】

前記電極体は、前記ビーム軌道に沿った方向の位置が前記理想ビームプロファイルの寸法が極小となる位置に設けられることを特徴とする請求項９または１０記載のイオン注入装置。

【請求項12】

前記第１ビーム計測部は、開口寸法の異なる複数の開口を有する単一の電極体、または、それぞれが開口寸法の異なる開口を有する複数の電極体を備え、前記ビーム軌道の中心付近に位置する開口の開口寸法を切り替え可能となるよう構成されることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

【請求項13】

前記電極体は、前記ビーム軌道の中心付近を通過するビーム部分の前記ｘ方向の寸法および前記ｙ方向の寸法の少なくとも一方が可変となるように構成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

【請求項14】

前記電極体は、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近のビーム部分を通過させる一方、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近より外側の別のビーム部分を遮蔽する挿入位置に前記電極体が配置される状態と、前記イオンビームが前記電極体により遮蔽されない退避位置に前記電極体が配置される状態との間で移動可能となるよう構成される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】

前記制御装置は、前記電極体が前記挿入位置に配置された状態で前記複数段の収束レンズの制御パラメータを調整し、前記電極体が前記退避位置に配置された状態でウェハへのイオン注入処理を実行す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】

前記制御装置は、前記電極体が前記挿入位置に配置された状態でウェハへのイオン注入処理を実行し、前記第１ビーム計測部の計測結果に基づいてウェハに照射されるイオンビームをモニタす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17】

前記多段線形加速ユニットは、複数段の周波数共振器を有する第１線形加速器と、前記第１線形加速器の下流に設けられ、複数段の周波数共振器を有する第２線形加速器とを含み、
前記電極体は、前記第１線形加速器と前記第２線形加速器の間の位置に設けられることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

【請求項18】

前記第２線形加速器が有する周波数共振器の段数は、前記第１線形加速器が有する周波数共振器の段数よりも多い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】

前記第１ビーム計測部は、前記複数段の高周波共振器の異なる段数に対応する位置にそれぞれが配置される複数の電極体を含み、前記複数の電極体のそれぞれは、前記ビーム軌道と直交する平面視において少なくとも前記ビーム軌道の中心付近を避けて配置され、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近のビーム部分を通過させる一方、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近より外側の別のビーム部分を遮蔽して電流量を個別に計測するよう構成され、
前記制御装置は、前記複数の電極体のそれぞれで計測される電流量に基づいて前記複数段の収束レンズの制御パラメータを調整す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】

前記複数の電極体のそれぞれは、前記中心付近のビーム部分を通過させるための開口を有し、上流側に配置される電極体の開口寸法よりも下流側に配置される電極体の開口寸法が小さい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】

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、
設計上のビーム軌道に沿って配置され、前記ビーム軌道に沿って輸送されるイオンビームを加速させるよう構成される複数段の高周波共振器と、各段の高周波共振器の間に配置され、前記ビーム軌道と直交するｘ方向およびｙ方向の少なくとも一方にイオンビームを収束させ、輸送されるイオンビームの前記ビーム軌道と直交する平面視でのビームプロファイルを整えるよう構成される複数段の収束レンズと、を含む、多段線形加速ユニットと、
前記多段線形加速ユニットの途中に設けられ、前記ビーム軌道と直交する平面視において少なくとも前記ビーム軌道の中心付近を避けて配置され、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近のビーム部分を通過させる一方、前記イオンビームのうち前記ビーム軌道の中心付近より外側の別のビーム部分を遮蔽して電流量を計測するよう構成される電極体を含む第１ビーム計測部と、
前記多段線形加速ユニットの下流に設けられ、前記多段線形加速ユニットから出射されるイオンビームの電流量を計測するよう構成される第２ビーム計測部と、
前記第１ビーム計測部および前記第２ビーム計測部の計測結果に基づいて、前記複数段の収束レンズの制御パラメータを調整するよう構成される制御装置と、を備え、
前記イオン注入方法は、
前記第１ビーム計測部が計測する電流量が最小化し、前記第２ビーム計測部が計測する電流量が最大化するように前記複数段の収束レンズの制御パラメータを調整することと、
前記調整された制御パラメータに基づいて動作する前記多段線形加速ユニットから出射されるイオンビームを用いてウェハにイオンを注入することと、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、イオン注入方法およびイオン注入装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高エネルギー（例えば、１ＭｅＶ以上）のイオンビームを出力可能なイオン注入装置では、多段式の高周波線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を用いてイオンビームが加速される。高周波線形加速器では、所望のエネルギーが得られるように各段の電圧振幅、周波数および位相などの高周波パラメータが最適化計算される。各段の高周波共振器の間には、輸送されるビームのプロファイルを調整するための収束発散レンズが配置されており、収束発散レンズのパラメータについても最適化計算される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】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】

収束発散レンズは、ビームの輸送効率、エネルギー精度、注入角度精度、ビーム軌道からずれたビームに起因する汚染やパーティクルの発生などに影響を及ぼすため、精度の高い調整が要求される。近年、出力ビームの高エネルギー化が求められており、高周波線形加速器の段数を多くする必要がある。この場合、各段の高周波共振器の間に配置される収束発散レンズの段数も増えるため、レンズパラメータを高精度に調整しようとすると、最適化計算にかなりの時間を要してしまう。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、線形加速器のレンズパラメータを高精度で迅速に調整するための技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、設計上のビーム軌道に沿って配置され、ビーム軌道に沿って輸送されるイオンビームを加速させるよう構成される複数段の高周波共振器と、各段の高周波共振器の間に配置され、ビーム軌道と直交するｘ方向およびｙ方向の少なくとも一方にイオンビームを収束させ、輸送されるイオンビームのビーム軌道と直交する平面視でのビームプロファイルを整えるよう構成される複数段の収束レンズと、を含む、多段線形加速ユニットと、多段線形加速ユニットの途中に設けられ、ビーム軌道と直交する平面視において少なくともビーム軌道の中心付近を避けて配置される電極体を含み、ビーム軌道の中心付近のビーム部分を通過させる一方、ビーム軌道の中心付近の外側で電極体に遮蔽される別のビーム部分の電流量を計測するよう構成される第１ビーム計測部と、多段線形加速ユニットの下流に設けられ、多段線形加速ユニットから出射されるイオンビームの電流量を計測するよう構成される第２ビーム計測部と、第１ビーム計測部および第２ビーム計測部の計測結果に基づいて、多段線形加速ユニットから出射されるビーム電流量が目標値となるように複数段の収束レンズの制御パラメータを調整するよう構成される制御装置と、を備える。

【0007】

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、設計上のビーム軌道に沿って配置され、ビーム軌道に沿って輸送されるイオンビームを加速させるよう構成される複数段の高周波共振器と、各段の高周波共振器の間に配置され、ビーム軌道と直交するｘ方向およびｙ方向の少なくとも一方にイオンビームを収束させ、輸送されるイオンビームのビーム軌道と直交する平面視でのビームプロファイルを整えるよう構成される複数段の収束レンズと、を含む、多段線形加速ユニットと、多段線形加速ユニットの途中に設けられ、ビーム軌道と直交する平面視において少なくともビーム軌道の中心付近を避けて配置される電極体を含み、ビーム軌道の中心付近のビーム部分を通過させる一方、ビーム軌道の中心付近の外側で電極体に遮蔽される別のビーム部分の電流量を計測するよう構成される第１ビーム計測部と、多段線形加速ユニットの下流に設けられ、多段線形加速ユニットから出射されるイオンビームの電流量を計測するよう構成される第２ビーム計測部と、第１ビーム計測部および第２ビーム計測部の計測結果に基づいて、多段線形加速ユニットから出射されるビーム電流量が目標値となるように複数段の収束レンズの制御パラメータを調整するよう構成される制御装置と、を備える。イオン注入方法は、第１ビーム計測部が計測する電流量が低減し、第２ビーム計測部が計測する電流量が増加するように複数段の収束レンズの制御パラメータを調整することと、調整された制御パラメータに基づいて動作する多段線形加速ユニットから出射されるイオンビームを用いてウェハにイオンを注入することと、を備える。

【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、線形加速器のレンズパラメータを高精度で迅速に調整できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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に示す高エネルギー多段線形加速ユニットの概略構成を含む全体レイアウトを示す平面図である。

【図3】図１に示す高エネルギー多段線形加速ユニットの制御部の機能及び構成を説明するためのブロック図である。

【図4】実施の形態に係る多段線形加速ユニットの概略構成を示す断面図である。

【図5】図５（ａ）〜図５（ｆ）は、電極体の構造を概略的に示す平面図である。

【図6】実施の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7】初期パラメータに基づくイオンビームの計測例を模式的に示す図である。

【図8】調整途中のイオンビームの計測例を模式的に示す図である。

【図9】調整後のイオンビームの計測例を模式的に示す図である。

【図10】調整途中のイオンビームの別の計測例を模式的に示す図である。

【図11】レンズパラメータの調整時に計測される電流量を概略的に示す図である。

【図12】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、変形例に係る電極体の構造を概略的に示す平面図である。

【図13】変形例に係る電極体の構造を概略的に示す平面図である。

【図14】変形例に係る電極構造を概略的に示す斜視図である。

【図15】変形例に係る電極構造を概略的に示す斜視図である。

【図16】変形例に係る多段線形加速ユニットの概略構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

図１は、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。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り、イオンソース１０で発生したイオンを加速し、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。

【0013】

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、イオンソース１０と、被処理物にイオン注入処理をするための処理室２１と、を備えており、イオンソース１０から被処理物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。

【0014】

図１に示すように、高エネルギーイオン注入装置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線形加速ユニット１４と、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、基準軌道補正、エネルギー分散の制御を行うビーム偏向ユニット１６と、分析された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。

【0015】

イオンビーム生成ユニット１２は、イオンソース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、イオンソース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線形加速ユニット１４の入り口部内に配置している。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線形加速ユニット１４に導かれる。

【0016】

図２は、高エネルギー多段線形加速ユニット１４の概略構成を含む全体レイアウトを示す平面図である。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置、すなわち、一つ以上の高周波共振器を挟む加速ギャップを備えている。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高周波（ＲＦ）電場の作用により、イオンを加速することができる。

【0017】

高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高エネルギーイオン注入用の複数段の高周波共振器１４ａを備える第１線形加速器１５ａを備える。高エネルギー多段線形加速ユニット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１４ａを備える第２線形加速器１５ｂを備えてもよい。高エネルギー多段線形加速ユニット１４により、さらに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。

【0018】

高周波（ＲＦ）加速を用いたイオン注入装置においては、高周波のパラメータとして電圧の振幅Ｖ[ｋＶ]、周波数ｆ［Ｈｚ］を考慮しなければならない。更に、複数段の高周波加速を行う場合には、お互いの高周波の位相φ［ｄｅｇ］がパラメータとして加わる。加えて、加速の途中や加速後にイオンビームの上下左右への広がりを収束・発散効果によって制御するための磁場レンズ（例えば、四極電磁石）や電場レンズ（例えば、電場四極電極）が必要であり、それらの運転パラメータは、そこを通過する時点でのイオンのエネルギーによって最適値が変わることに加え、加速電界の強度が収束・発散に影響を及ぼすため、高周波のパラメータを決めた後にそれらの値を決めることになる。

【0019】

図３は、複数の高周波共振器先端の加速電場（ギャップ）を直線状に並べた高エネルギー多段線形加速ユニット及び収束発散レンズの制御部５０の構成を示すブロック図である。

【0020】

高エネルギー多段線形加速ユニット１４には一つ以上の高周波共振器１４ａが含まれている。高エネルギー多段線形加速ユニット１４の制御に必要な構成要素としては、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、運転パラメータ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記憶装置７０が必要である。また、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。

【0021】

高周波線形加速器の制御演算装置５４では、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高周波パラメータ（電圧振幅、周波数、位相）を算出する。また同時に、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のパラメータ（Ｑコイル電流、またはＱ電極電圧）も算出する。計算された各種パラメータは、表示装置６８に表示される。高エネルギー多段線形加速ユニット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。

【0022】

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、高エネルギー多段線形加速ユニット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レンズパラメータにより、収束発散レンズ電源６６を制御する。

【0023】

イオンビームを効率的に輸送するための収束発散レンズ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。すなわち、複数段の高周波共振器１４ａの先端の加速ギャップの前後には交互に発散レンズまたは収束レンズが備えられている。また、第２線形加速器１５ｂの終端の横収束レンズの後方には追加の縦収束レンズが配置され、高エネルギー多段線形加速ユニット１４を通過する高エネルギー加速イオンビームの収束と発散を調整して、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を入射させるようにしている。

【0024】

図１に示されるように、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）を提供する偏向電磁石３０とを有する。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。

【0025】

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、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線形加速ユニット１４との長さに合わせて設計されており、ビーム偏向ユニット１６で結ばれて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。

【0026】

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が設けられており、処理室２１の中に、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。

【0027】

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、イオンソース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。

【0028】

このように各ユニットをＵ字状に配置した高エネルギーイオン注入装置１００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１００においては、各ユニットや各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。

【0029】

また、高エネルギー多段線形加速ユニット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１００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、高エネルギー多段線形加速ユニット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、高エネルギー多段線形加速ユニット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ソース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。

【0030】

図４は、実施の形態に係る多段線形加速ユニット１１０の概略構成を示す断面図である。多段線形加速ユニット１１０は、上述の高エネルギー多段線形加速ユニット１４に対応する。多段線形加速ユニット１１０は、第１線形加速器１１１と、第２線形加速器１１２とを備える。多段線形加速ユニット１１０には、第１ビーム計測部１６０と、第２ビーム計測部１７０とが設けられる。

【0031】

第１線形加速器１１１は、上流側に配置される加速ユニットであり、上述の第１線形加速器１５ａに対応する。第１線形加速器１１１は、ビーム軌道Ｚに沿って配置される複数段の高周波電極１２１〜１２３と、複数段のレンズ電極１３１〜１３４とを有する。複数段の高周波電極１２１〜１２３は、円筒形状の電極体であり、それぞれに高周波共振器１４ａが接続される。複数段のレンズ電極１３１〜１３４は、電場式の四重極電極であり、ビーム軌道（ｚ方向）を囲うようにしてｘ方向およびｙ方向に対向して配置される。複数段のレンズ電極１３１〜１３４のそれぞれは、ｘ方向にビームを収束させる横収束（縦発散）レンズまたはｙ方向にビームを収束させる縦収束（横発散）レンズとして機能する。

【0032】

第１線形加速器１１１において、複数段の高周波電極１２１〜１２３および複数段のレンズ電極１３１〜１３４は、ビーム軌道Ｚに沿って交互に配置されている。加速対象となるイオンビームＢが入射する第１線形加速器１１１の入口にレンズ電極１３１が配置され、第１線形加速器１１１の出口にもレンズ電極１３４が配置される。隣接するレンズ電極の間には各段の高周波電極１２１，１２２，１２３が配置される。図示する例では、三段の高周波電極１２１〜１２３が設けられ、四段のレンズ電極１３１〜１３４が設けられている。なお、高周波電極およびレンズ電極の段数は限られず、変形例においては図示する例とは異なる段数で構成されてもよい。

【0033】

第２線形加速器１１２は、第１線形加速器１１１の下流側に配置され、ビーム軌道Ｚに沿って配置される複数段の高周波電極１４１〜１４６と、複数段のレンズ電極１５１〜１５７とを有する。第２線形加速器１１２は、第１線形加速器１１１と同様に構成されるが、下流側で相対的に高エネルギーのビームを効率的に加速できるように、高周波電極のビーム軌道Ｚに沿った長さが第１線形加速器１１１に比べて長くなっている。また、第２線形加速器１１２は、第１線形加速器１１１よりも多くの段数の高周波電極を有しており、図示する例では六段の高周波電極１４１〜１４６が設けられ、七段のレンズ電極１５１〜１５７が設けられている。なお、高周波電極およびレンズ電極の段数は限られず、変形例においては図示する例とは異なる段数で構成されてもよい。

【0034】

第１ビーム計測部１６０は、第１線形加速器１１１と第２線形加速器１１２の間に設けられ、第１線形加速器１１１から出射されるビームを計測する。第１ビーム計測部１６０は、ビームを検出する電極体１６４と、電極体１６４を移動させる第１駆動機構１６２とを有する。電極体１６４の中心付近には開口１６６が設けられており、中心付近が欠損している。電極体１６４は、ビーム軌道Ｚと直交する平面視（つまりｘｙ平面視）においてビーム軌道Ｚの中心付近のビーム部分を通過させる一方、ビーム軌道の中心付近の外側で別のビーム部分を遮蔽するよう構成される。

【0035】

第１駆動機構１６２は、ビーム軌道Ｚ上の挿入位置に電極体１６４が配置される状態と、ビーム軌道Ｚから離れた退避位置に電極体１６４が配置される状態との間で電極体１６４が移動可能となるよう構成される。第１駆動機構１６２は、電極体１６４を挿入位置に配置する場合、電極体１６４の開口１６６の中心とビーム軌道Ｚの中心とが一致するように電極体１６４を配置する。したがって挿入位置では、ビーム軌道の中心付近のビーム部分が開口１６６を通過し、ビーム軌道の中心付近より外側の別のビーム部分が電極体１６４により遮蔽される。図４では、挿入位置に配置される電極体１６４を示している。第１駆動機構１６２は、電極体１６４を退避位置に配置する場合、輸送されるイオンビームの全体が電極体１６４に遮蔽されない位置まで電極体１６４を退避させる。例えば、ビーム軌道Ｚから離れる方向（ｘ方向またはｙ方向）に高周波電極やレンズ電極の位置まで電極体１６４を退避させる。

【0036】

第２ビーム計測部１７０は、多段線形加速ユニット１１０の下流に設けられ、第２線形加速器１１２から出射されるビームを計測する。第２ビーム計測部１７０は、ファラデーカップ１７４と、ファラデーカップ１７４を移動させる第２駆動機構１７２とを有する。ファラデーカップ１７４は、第２線形加速器１１２から出射されるイオンビームの全体を検出するよう構成される。これは、中心に開口１６６が設けられた電極体１６４とは対照的である。ファラデーカップ１７４は、上流側の電極体１６４が挿入位置にある場合、電極体１６４の開口１６６を通過したビーム部分を検出する。

【0037】

第２駆動機構１７２は、ビーム軌道Ｚ上にファラデーカップ１７４が配置された挿入状態と、ビーム軌道Ｚから離れた位置にファラデーカップ１７４が配置された退避状態との間でファラデーカップ１７４を移動させる。第２駆動機構１７２は、多段線形加速ユニット１１０のパラメータ調整時にファラデーカップ１７４を挿入させ、多段線形加速ユニット１１０から出射されるイオンビームの電流量が計測できるようにする。第２駆動機構１７２は、イオン注入処理の実行時にファラデーカップ１７４を退避させ、多段線形加速ユニット１１０より下流にイオンビームが輸送されるようにする。

【0038】

図５（ａ）〜図５（ｆ）は、電極体１６４の構造を概略的に示す平面図であり、ビーム軌道Ｚに直交するｘｙ平面から見た電極体１６４を示す。電極体１６４は、図示されるような円形状を有しており、中心付近に開口１６６が設けられる。電極体１６４は、例えば図５（ａ）に示すように、ｘ方向とｙ方向の寸法が等しい円形の開口１６６を有する。電極体１６４は、図５（ｂ）または図５（ｃ）に示すように、ｘ方向の寸法とｙ方向の寸法が異なる楕円形の開口１６６を有してもよい。電極体１６４は、図５（ｄ）〜（ｆ）に示すように、矩形または四隅が丸みを帯びた略矩形の開口１６６を有してもよい。

【0039】

電極体１６４の開口１６６の形状は、電極体１６４の位置におけるイオンビームの設計上の理想ビームプロファイルに応じて決められる。ここで、「理想ビームプロファイル」とは、輸送効率が最大化されるようにイオンビームが輸送される場合に得られる理想的なビームプロファイルである。理想ビームプロファイルの形状は、例えば、多段線形加速ユニット１１０での輸送状態を電磁気学的にシミュレーションすることにより求めることができる。例えば、電極体１６４の位置における理想ビームプロファイルが相対的に横収束（縦発散）している場合、ｘ方向の寸法よりｙ方向の寸法が大きくなるよう開口１６６の形状が決められる。一方、電極体１６４の位置における理想ビームプロファイルが相対的に縦収束（横発散）している場合、ｘ方向の寸法よりｙ方向の寸法が小さくなるように開口１６６の形状が決められる。なお、電極体１６４の位置における理想ビームプロファイルが円形に近ければ、ｘ方向とｙ方向の寸法が同じとなるように開口１６６の形状が決められる。

【0040】

電極体１６４の開口１６６は、電極体１６４の位置における理想ビームプロファイルの寸法と同じか、理想ビームプロファイルの寸法よりわずかに小さくなるように決められる。例えば、電極体１６４の開口１６６は、理想ビームプロファイルの寸法の８０％、８５％、９０％または９５％となるように決められる。電極体１６４の開口１６６は、理想ビームプロファイルの寸法よりわずかに大きくてもよく、例えば、理想ビームプロファイルの１０５％、１１０％、１１５％または１２０％の大きさであってもよい。開口１６６をこのような寸法にすることで、理想ビームプロファイルに近いビームの大部分を開口１６６を通じて通過させ、下流側のファラデーカップ１７４にて計測できる。また、理想ビームプロファイルから外れたビーム部分を電極体１６４により遮蔽し、遮蔽した部分をビーム電流量として定量的に計測できる。これにより、多段線形加速ユニット１１０の途中でビームの輸送状態を定量的に評価可能となる。

【0041】

図４では、多段線形加速ユニット１１０の内部を輸送されるイオンビームＢのエンベロープＢ１，Ｂ２，Ｂ３を例示している。輸送されるイオンビームは、ビーム軌道Ｚと直交する平面（ｘｙ平面）内で広がりを有しており、ｘ方向およびｙ方向にある程度の幅（ビーム径）を有している。ｘｙ平面視でのビームプロファイルは一定ではなく、ビーム軌道Ｚに沿ったｚ方向の位置によって変化する。ビームエンベロープは、ｚ方向の位置に応じて変化するビームの外形位置を連続的につないだものであり、ｚ方向の位置に応じてｘ方向およびｙ方向の幅が変化するチューブ形状を有する。図４では、そのようなビームエンベロープのｘｚ断面の形状を示している。

【0042】

多段線形加速ユニット１１０の複数段のレンズ電極は、輸送されるビームが理想ビームプロファイルを有するように制御パラメータが調整される。図４において実線で示されるエンベロープＢ３は、輸送効率が最大化される理想的なエンベロープであり、電極体１６４の位置において理想ビームプロファイルが実現されるようなエンベロープである。理想的なエンベロープが実現される場合、多段線形加速ユニット１１０に入射するイオンビームＢが高周波電極やレンズ電極に衝突することなく輸送される。一方、点線で示すエンベロープＢ１や破線で示すエンベロープＢ２の場合、入射するイオンビームＢの一部が高周波電極やレンズ電極に衝突して損失となるため、輸送効率が低下する。また、イオンビームがこれらの電極に衝突することで電極をスパッタさせたり、電極に汚れを付着させ、付着した汚れを粒子として飛散させたりすることにより、ビームラインを汚染させる原因となる。したがって、高品質なイオン注入処理を実現するには、多段線形加速ユニット１１０におけるビームエンベロープを適切に制御することが不可欠である。

【0043】

多段線形加速ユニット１１０の調整では、まず、所望のビームエネルギーが得られるように各段の高周波共振器（高周波電極）の制御パラメータ（高周波パラメータ）が調整される。高周波パラメータの調整では、各段の高周波共振器の電圧振幅、周波数および位相が調整される。つづいて、理想的なビームエンベロープが得られるように各段の収束レンズ（レンズ電極）の制御パラメータ（レンズパラメータ）が調整される。本実施の形態では、レンズパラメータを調整する際、第１ビーム計測部１６０の計測結果である第１電流量と、第２ビーム計測部１７０の計測結果である第２電流量とを組み合わせて用いる。本実施の形態では、多段線形加速ユニット１１０の途中に設けられる第１ビーム計測部１６０の計測結果を用いることで、多段線形加速ユニット１１０の段数が多い場合であっても迅速かつ高精度のパラメータ調整が実現されるようにする。

【0044】

図６は、実施の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り、レンズパラメータの調整方法を例示している。まず、第１線形加速器１１１および第２線形加速器１１２に含まれる収束レンズのレンズパラメータとして初期パラメータが設定される（Ｓ１０）。この初期パラメータは、制御部５０に含まれる記憶装置７０に記憶されるパラメータであってもよいし、制御演算装置５４による最適化計算によって算出されるパラメータであってもよい。つづいて、多段線形加速ユニット１１０の途中に配置される中心に開口１６６が設けられる電極体１６４を用いて第１ビーム電流（第１電流量）が計測される（Ｓ１２）。また、多段線形加速ユニット１１０の下流に配置されるファラデーカップ１７４を用いて第２ビーム電流（第２電流量）が計測される（Ｓ１４）。第１ビーム電流および第２ビーム電流の計測は同時に実行され、電極体１６４の開口１６６を通過したビームの全体または一部が下流のファラデーカップ１７４により計測される。

【0045】

つづいて、ビーム電流の計測結果に基づいてレンズパラメータを調整する。制御部５０は、まず、電極体１６４により計測される第１電流量が最小化し、かつ、ファラデーカップ１７４により計測される第２電流量が最大化するように上流側の第１線形加速器１１１のレンズパラメータを調整する（Ｓ１６）。言いかえれば、第１線形加速器１１１から出射されるビームの大部分が電極体１６４の開口１６６を通過するように第１線形加速器１１１のレンズパラメータを調整する。制御部５０は、次に、ファラデーカップ１７４により計測される第２電流量が最大化するように下流側の第２線形加速器１１２のレンズパラメータを調整する（Ｓ１８）。レンズパラメータの調整後、調整された制御パラメータにしたがってイオンビームを出射し、イオン注入処理を実行する（Ｓ２０）。

【0046】

図７〜図９は、第１ビーム計測部１６０および第２ビーム計測部１７０によるイオンビームの計測例を模式的に示し、Ｓ１６の上流側の調整工程を模式的に示す。図７は、初期パラメータに基づくイオンビームＢの計測例を模式的に示し、最適化されていないビームエンベロープＢ１を示している。図７に示す例では、電極体１６４の位置でのビーム径が開口１６６の寸法より大きいため、イオンビームＢの多くが電極体１６４により遮蔽される。その結果、第１ビーム計測部１６０にて計測される第１電流量は比較的大きい値となる。一方、電極体１６４の開口１６６を通過するビーム部分は小さいため、第２ビーム計測部１７０にて計測される第２電流量は比較的小さな値となる。

【0047】

図８は、調整途中のイオンビームＢの計測例を模式的に示し、最適化の途中のビームエンベロープＢ２を示している。図８に示す例では、図７の場合よりも電極体１６４の位置でのビーム径が小さくなっているため、電極体１６４により遮蔽されるビーム部分の割合が調整前よりも小さくなる。一方、電極体１６４の開口１６６を通過するビーム部分の割合が調整前よりも大きくなるため、第２ビーム計測部１７０にて計測される第２電流量は調整前よりも増加する。

【0048】

図９は、調整後のイオンビームＢの計測例を模式的に示し、上流側にて最適化されたビームエンベロープＢ３を示している。レンズパラメータが最適化され、理想的なビームエンベロープが実現された場合、ビームＢの全部または大半が電極体１６４の開口１６６を通過するため、第１ビーム計測部１６０にて計測される第１電流量は非常に小さくなる。一方、第２ビーム計測部１７０にて計測される第２電流量は最大化される。したがって、第１電流量が最小化され、第２電流量が最大化されるようにレンズパラメータを調整することで、図９に示すような理想的なビームエンベロープが上流側で得ることができ、上流側でのビーム輸送効率を最大化できる。

【0049】

図１０は、調整途中のイオンビームＢの別の計測例を示し、上流側にて適切に調整されていないビームエンベロープＢ４を示している。図１０に示す例では、図７の初期状態よりもビーム径が大きく拡がっており、ビームの多くが電極体１６４に到達せずに失われている状態を示している。この場合、電極体１６４により遮蔽されるビーム量が減少するため、第１ビーム計測部１６０にて計測される第１電流量は減少する。また、電極体１６４の開口１６６を通過するビーム量も小さいため、第２ビーム計測部１７０にて計測される第２電流量も小さな値となる。したがって、第１電流量が減少したとしても、第２電流量が増加せず減少してしまう場合には、適切な調整ができていないということになる。このような状態の場合、まず、第１電流量と第２電流量の双方が増加するようにレンズパラメータを調整して図７に示すような状態に戻すことが必要である。その後、第１電流量が減少し、かつ、第２電流量が増加するようにレンズパラメータを調整することで、図８や図９に示す状態に調整できる。

【0050】

図１１は、レンズパラメータの調整時に計測される電流量を概略的に示す図である。図７の調整前の状態では、第１電流量Ｉ１が大きく、第２電流量Ｉ２が小さい。その結果、第１電流量Ｉ１と第２電流量Ｉ２の電流比Ｉ２／Ｉ１は大きくなる。図８の調整中の状態では、第１電流量Ｉ１および第２電流量Ｉ２がともに中程度となるため、電流比Ｉ２／Ｉ１も中程度となる。図９の調整後の状態では、第１電流量Ｉ１が小さく、第２電流量Ｉ２が大きいため、電流比Ｉ２／Ｉ１も大きくなる。一方、図１０の調整が不適切な状態では、第１電流量Ｉ１および第２電流量Ｉ２がともに小さいため、電流比は中程度Ｉ２／Ｉ１となる。したがって、第２電流量Ｉ２および電流比Ｉ２／Ｉ１がともに増加するようにレンズパラメータを調整することによってもビームエンベロープを最適化することができる。一方、第２電流量Ｉ２が減少する一方で、電流比Ｉ２／Ｉ１が増加するようにレンズパラメータが調整される場合、不適切な方向にパラメータ調整されていることが分かる。このように、第１電流量Ｉ１、第２電流量Ｉ２のみならず、これらの電流比Ｉ２／Ｉ１を指標にしてレンズパラメータの調整をしてもよい。

【0051】

図６のＳ２０のイオン注入工程では、第２ビーム計測部１７０のファラデーカップ１７４が退避状態とされる。一方、第１ビーム計測部１６０の電極体１６４は挿入位置のまま維持される。したがって、イオン注入に用いられるビームは、電極体１６４の開口１６６を通過して出射される。電極体１６４を挿入したままとすることで、第１ビーム計測部１６０を用いて多段線形加速ユニット１１０の動作状態をモニタすることができる。多段線形加速ユニット１１０の動作が正常であれば、最適化されたビームエンベロープが維持されるため、第１ビーム計測部１６０にて検出される第１電流量は小さい。しかしながら、何らかの要因により最適条件から外れてビームエンベロープが変化した場合、その変化に応じて第１ビーム計測部１６０にて検出される第１電流量が変化することが考えられる。例えば、電極体１６４の位置のおけるビーム径が広がって第１電流量が増加するような場合である。その結果、第１電流量の変化量が所定の許容範囲内から逸脱する場合には、異常が発生したとみなしてイオン注入処理を中止してもよい。

【0052】

本実施の形態によれば、多段線形加速ユニット１１０の途中に設けられる電極体１６４を利用することで、段数の長い加速器であってもレンズパラメータの調整を高精度かつ迅速に行うことができる。比較例に係る調整方法では、多段線形加速ユニットの下流に設けられるファラデーカップのみを用いるため、高エネルギー化のために加速器の段数を長くすると、調整対象となる収束レンズの段数が増え、最適化計算にかなりの時間を要してしまう。また、加速ユニットの上流側に位置する収束レンズのパラメータ設定が不適切な場合、加速ユニットの下流まで十分な電流量のビームが到達しないこともあり、適切にビーム電流量を評価できないこともある。一方、本実施の形態では、段数の長い加速器の途中に電極体１６４を配置することで、電極体１６４より上流でのビーム輸送状態を高精度で検出し、上流側のレンズパラメータを好適に調整できる。上流側を調整した後に下流側の残りのレンズパラメータのみを調整することで、全体をまとめて最適化する場合よりも調整に要する時間を短縮化できる。

【0053】

本実施の形態によれば、上流側の電極体１６４の中心に開口１６６が設けられるため、加速器の途中と加速器の出口の両方で同時にビーム電流を計測することができる。同時計測を可能にすることで、下流側でのビーム計測のために上流側の電極体１６４を退避させる必要がなくなり、計測および調整にかかる時間を短縮化できる。また、イオン注入処理の間に電極体１６４を挿入したままにすることで、多段線形加速ユニット１１０内のビームをモニタリングしながらイオン注入処理を実行できる。

【0054】

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、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。

【0055】

（変形例１）
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、変形例に係る電極体１６４の構造を概略的に示す平面図である。図１２（ａ）では、中心の開口１６６に対応する中心領域Ａの内側だけでなく、開口領域Ａの外側の一部において電極体１６４が欠けている。図１２（ｂ）では、複数の電極片１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ，１６４ｄにより電極体１６４が構成されており、中心領域Ａを囲むようにして複数の電極片１６４ａ〜１６４ｄが配置される。図示する例のように、ビーム軌道Ｚの中心付近（中心領域Ａ）においてビームが通過させることができ、かつ、中心領域Ａの外側の少なくとも一部においてビームを遮蔽して電流量を検出できる構成であれば、電極体１６４は任意の形状を有していてもよい。

【0056】

（変形例２）
図１３は、別の変形例に係る電極体１６４の構造を概略的に示す平面図である。図１３では、単一の電極体１６４に複数の開口１６６ａ，１６６ｂ，１６６ｃが設けられている。それぞれの開口１６６ａ〜１６６ｃは、開口の寸法が異なるように形成されている。電極体１６４は、電極体１６４の位置をずらすことによってビーム軌道Ｚの中心に位置する開口を切り替えできるように構成される。本変形例によれば、レンズパラメータの調整過程において、調整に適したサイズの開口を選択することができる。例えば、出射されるイオンビームのエネルギーといった他のパラメータに応じて最適となるビームエンベロープが異なるような場合に調整に適したサイズの開口を用いることができる。これにより、レンズパラメータの調整の精度をより高めることができる。

【0057】

図１３に示す変形例では、開口の形状が全て円形であるが、さらなる変形例では、単一の電極体に設けられる複数の開口の形状を変化させてもよい。例えば、横方向（ｘ方向）に長い開口と縦方向（ｙ方向）に長い開口を単一の電極体に設けてもよい。したがって、単一の電極体に設けられる複数の開口は、寸法および形状の少なくとも一方が互いに異なっていてもよい。

【0058】

（変形例３）
図１４は、変形例に係る電極構造２６４を概略的に示す平面図である。電極構造２６４は、上述の実施の形態に係る電極体１６４の代わりに設けられる。電極構造２６４は、複数の電極体２６４ａ，２６４ｂ，２６４ｃを有する。各電極体２６４ａ〜２６４ｃの中心付近には開口２６６ａ，２６６ｂ，２６６ｃが設けられる。各電極体２６４ａ〜２６４ｃの開口２６６ａ〜２６６ｃは、互いに寸法が異なっている。図示する例では、上流側の電極体２６４ａの開口２６６ａが大きく、中間に位置する電極体２６４ｂの開口２６６ｂが次に大きく、下流側の電極体２６４ｃの開口２６６ｃが小さい。各電極体２６４ａ〜２６４ｃの開口２６６ａ〜２６６ｃは、互いに形状が異なっていてもよい。各電極体２６４ａ〜２６４ｃは、ビーム軌道Ｚに沿って並んで配置されており、それぞれが独立して挿入位置と退避位置の間で移動可能に構成される。本変形例によれば、ビーム軌道Ｚ上に挿入させる電極体を切り替えることにより、レンズパラメータの調整に適切な形状および寸法の開口を用いることができる。

【0059】

（変形例４）
図１５は、別の変形例に係る電極構造２６４を概略的に示す斜視図である。図１５では、ビーム軌道Ｚに沿って複数の電極体２６４ｄ，２６４ｅが配置される。第１電極体２６４ｄは、縦方向（ｙ方向）に細長いスリットを形成しており、スリットを挟んで対向する電極対が横方向（ｘ方向）に変位することによりｘ方向のスリット幅が可変となるよう構成されている。第２電極体２６４ｅは、ｘ方向に細長いスリットを形成しており、スリットを挟んで対向する電極対がｙ方向に変位することでｙ方向のスリット幅が可変となるよう構成されている。電極構造２６４は、ビーム軌道Ｚの中心付近を通過するビーム部分のｘ方向の寸法およびｙ方向の寸法の少なくとも一方が可変となるように構成される。本変形例によれば、第１電極体２６４ｄおよび第２電極体２６４ｅのスリット幅をそれぞれ変化させることにより、レンズパラメータの調整に最適となるように電極構造２６４の開口寸法を変えることができる。さらなる変形例では、図１５に示す電極体のいずれか一つのみを用いてもよいし、図１５に示す電極体と、実施の形態または他の変形例に係る電極体を組み合わせ用いてもよい。

【0060】

（変形例５）
上述の実施の形態では、第１線形加速器１１１と第２線形加速器１１２の間に第１ビーム計測部１６０を配置する例を示した。変形例においては、一続きの多段線形加速ユニットの途中に第１ビーム計測部１６０を配置してもよい。この場合、多段線形加速ユニットの段数の１／３の位置に第１ビーム計測部１６０を配置することが好ましい。例えば、全体が１８段の加速ユニットであれば、上流側から数えて６段目付近に第１ビーム計測部１６０を配置することが好ましい。約１／３の段数の位置に配置することで、第１ビーム計測部１６０より上流側および下流側の調整のそれぞれを効率的に実施できる。

【0061】

（変形例６）
図１６は、変形例に係る多段線形加速ユニット３１０の概略構成を示す断面図である。本変形例では、一つの多段線形加速ユニット３１０の段数の異なる複数の位置に対応して複数の第１ビーム計測部３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃが配置される。多段線形加速ユニット３１０の下流には第２ビーム計測部３７０が配置される。図示する例では、全体で１７段の高周波共振器が設けられ、４段目、８段目、１２段目の３箇所に第１ビーム計測部３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃが配置される。

【0062】

図示する例では、多段線形加速ユニット３１０が四つのユニットに分割されている。第１ユニット３１１には４段の高周波共振器と５段のレンズ電極が含まれる。第２ユニット３１２には４段の高周波共振器と５段のレンズ電極が含まれる。第３ユニット３１３には４段の高周波共振器と５段のレンズ電極が含まれる。第４ユニット３１４には５段の高周波共振器と６段のレンズ電極が含まれる。各ユニットの間の位置には、第１ビーム計測部３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃが配置される。第１ビーム計測部３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃのそれぞれの上流側と下流側にはレンズ電極が設けられる。

【0063】

本変形例では、第１ビーム計測部３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃが設けられる位置を区切りとして上流側から順番にレンズパラメータが調整される。具体的には、最初に第１ユニット３１１の１〜５段目のレンズパラメータが調整され、次に第２ユニット３１２の６〜１０段目のレンズパラメータが調整され、その次に第３ユニット３１３の１１〜１５段目のレンズパラメータが調整され、最後に第４ユニット３１４の１６〜２１段目のレンズパラメータが調整される。

【0064】

段数の異なる複数の位置に配置される複数の電極体３６４ａ，３６４ｂ，３６４ｃは、それぞれが開口の形状および寸法の少なくとも一方が異なるよう構成されてもよい。例えば、各電極体が配置される位置における理想ビームプロファイルに合わせて開口の形状または寸法が異なっていてもよい。その他、上流から下流に向けて複数の電極体３６４ａ，３６４ｂ，３６４ｃのそれぞれの開口３６６ａ，３６６ｂ，３６６ｃの寸法が徐々に小さくなるようにしてもよい。下流に向けて開口寸法を小さくしていくことで、各電極体で検出される電流量からビームエンベロープの形状を推定することができる。

【0065】

（変形例７）
上述の実施の形態では、電極体１６４を挿入位置に配置したままイオン注入処理を実行する場合について示した。変形例においては、電極体１６４を退避位置に配置してイオン注入処理を実行してもよい。電極体１６４を退避させることで、電極体１６４によるビームの遮蔽を防ぎ、出射されるビーム電流量を最大化できる。

【0066】

（変形例８）
上述の実施の形態および変形例では、多段線形加速ユニットに含まれる四重極レンズが電場式である場合を示した。さらなる変形例においては、四重極レンズが磁場式であってもよい。

【符号の説明】

【0067】

１４ａ…高周波共振器、１５ａ…第１線形加速器、１５ｂ…第２線形加速器、１００…イオン注入装置、１１０…多段線形加速ユニット、１１１…第１線形加速器、１１２…第２線形加速器、１６０…第１ビーム計測部、１６４…電極体、１６６…開口、１７０…第２ビーム計測部。

【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】