(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022114966
(43)【公開日】2022-08-08
(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】
H01L 21/265 20060101AFI20220801BHJP
H01J 37/317 20060101ALI20220801BHJP
H05H 5/06 20060101ALI20220801BHJP
【ＦＩ】
H01L21/265 T
H01J37/317 C
H05H5/06
H01L21/265 603A
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021011479
(22)【出願日】2021-01-27
(71)【出願人】
【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】二口 泰成
【テーマコード（参考）】
2G085
5C101
【Ｆターム（参考）】
2G085AA06
2G085CA06
2G085CA21
2G085CA22
2G085CA26
2G085EA08
5C101AA25
5C101EE28
5C101EE40
5C101HH05
(57)【要約】
【課題】ビームエネルギーの調整を迅速化する。
【解決手段】イオン注入方法は、高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームＩＢのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットに基づいて、ビームエネルギーを第２出力値にするための第２データセットを決定することを備える。高エネルギー多段線形加速ユニットは、複数段の高周波加速部１０１～１１５を有する。各段の高周波加速部１０１～１１５の加速位相は、複数段の高周波加速部１０１～１１５の全てにおいて、第１データセットと第２データセットの間で同じである。各段の高周波加速部１０１～１１５の電圧振幅は、複数段の高周波加速部１０１～１１５の少なくとも一段の高周波加速部において、第１データセットと第２データセットの間で異なる。
【選択図】図２
【解決手段】イオン注入方法は、高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームＩＢのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットに基づいて、ビームエネルギーを第２出力値にするための第２データセットを決定することを備える。高エネルギー多段線形加速ユニットは、複数段の高周波加速部１０１～１１５を有する。各段の高周波加速部１０１～１１５の加速位相は、複数段の高周波加速部１０１～１１５の全てにおいて、第１データセットと第２データセットの間で同じである。各段の高周波加速部１０１～１１５の電圧振幅は、複数段の高周波加速部１０１～１１５の少なくとも一段の高周波加速部において、第１データセットと第２データセットの間で異なる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高エネルギー多段線形加速ユニットを備えるイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、前記高エネルギー多段線形加速ユニットは、複数段の高周波加速部を有し、各段の高周波加速部の電圧振幅、周波数および位相を定めるデータセットにしたがって動作するよう構成され、
前記イオン注入方法は、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットを取得することと、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを前記第１出力値とは異なる第２出力値にするための第２データセットを、前記第１データセットに基づいて決定することと、
前記第２データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームをウェハに照射してイオン注入することと、を備え、
前記各段の高周波加速部の加速位相は、前記複数段の高周波加速部の全てにおいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間で同じであり、
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なることを特徴とするイオン注入方法。
前記イオン注入方法は、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットを取得することと、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを前記第１出力値とは異なる第２出力値にするための第２データセットを、前記第１データセットに基づいて決定することと、
前記第２データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームをウェハに照射してイオン注入することと、を備え、
前記各段の高周波加速部の加速位相は、前記複数段の高周波加速部の全てにおいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間で同じであり、
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項2】
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち少なくとも最上段および最下段以外の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入方法。
【請求項3】
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち二段以上の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入方法。
【請求項4】
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち半数以上の段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入方法。
【請求項5】
前記第１データセットと前記第２データセットの間で前記電圧振幅が異なる前記二段以上の高周波加速部において、前記各段の高周波加速部の電圧振幅の変化量は、前記第１データセットと前記第２データセットの間で同じであることを特徴とする請求項３または４に記載のイオン注入方法。
【請求項6】
前記第１データセットと前記第２データセットの間で前記電圧振幅が異なる前記二段以上の高周波加速部において、前記各段の高周波加速部の電圧振幅の変化率は、前記第１データセットと前記第２データセットの間で同じであることを特徴とする請求項３または４に記載のイオン注入方法。
【請求項7】
前記第１出力値と前記第２出力値の差に基づいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間でいずれの段の高周波加速部に前記電圧振幅の差異を導入するかを決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項8】
前記各段の高周波加速部に設定可能な電圧振幅の最大値と、前記第１データセットに定められる前記各段の高周波加速部の電圧振幅との間の差に基づいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間でいずれの段の高周波加速部に前記電圧振幅の差異を導入するかを決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項9】
前記各段の高周波加速部に設定可能な電圧振幅の最小変化量に基づいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間でいずれの段の高周波加速部に前記電圧振幅の差異を導入するかを決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項10】
前記第１データセットは、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームの少なくとも一つのビーム特性の測定値に基づいて、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の加速位相を調整することにより決定され、
前記第２データセットは、前記高エネルギー多段線形加速ユニットによる前記イオンビームの輸送のシミュレーションに基づいて、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を調整することにより決定されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第２データセットは、前記高エネルギー多段線形加速ユニットによる前記イオンビームの輸送のシミュレーションに基づいて、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を調整することにより決定されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項11】
前記第２データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームの少なくとも一つのビーム特性の測定をスキップして、前記イオン注入することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項12】
前記第２データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームの前記少なくとも一つのビーム特性を測定することと、
前記少なくとも一つのビーム特性の測定値に基づいて、前記第２データセットに定められる前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を調整することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記少なくとも一つのビーム特性の測定値に基づいて、前記第２データセットに定められる前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を調整することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項13】
前記第１データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットによって輸送されるイオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過する第１時刻と、前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過するときに有する第１通過エネルギーとを計算することと、
前記計算された前記第１時刻および前記第１通過エネルギーに基づいて前記各段の高周波加速部の加速位相を計算することと、
前記計算された加速位相を固定したまま、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を変化させたときに前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過する第２時刻と、前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過するときに有する第２通過エネルギーとを計算することと、
前記第１データセットに定められる前記各段の高周波加速部の位相と、前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過する前記第１時刻と前記第２時刻の間の位相差とに基づいて、前記第２データセットに定められる前記各段の高周波加速部の位相を決定することと、をさらに備え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方法。
前記計算された前記第１時刻および前記第１通過エネルギーに基づいて前記各段の高周波加速部の加速位相を計算することと、
前記計算された加速位相を固定したまま、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を変化させたときに前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過する第２時刻と、前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過するときに有する第２通過エネルギーとを計算することと、
前記第１データセットに定められる前記各段の高周波加速部の位相と、前記イオン粒子が前記各段の高周波加速部を通過する前記第１時刻と前記第２時刻の間の位相差とに基づいて、前記第２データセットに定められる前記各段の高周波加速部の位相を決定することと、をさらに備え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方法。
【請求項14】
前記高エネルギー多段線形加速ユニットは、複数段の静電四重極レンズ装置を有し、各段の静電四重極レンズ装置は、対応する各段の高周波加速部の下流側に配置され、前記データセットは、前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧をさらに定めており、
前記イオン注入方法は、
前記第１データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットによって輸送されるイオン粒子が前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する第１入射エネルギーを計算することと、
前記第２データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットによって輸送されるイオン粒子が前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する第２入射エネルギーを計算することと、
前記第１データセットに定められる前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧と、前記イオン粒子が前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する前記第１入射エネルギーおよび前記第２入射エネルギーとに基づいて、前記第２データセットに定められる前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧を決定することと、をさらに備え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方法。
前記イオン注入方法は、
前記第１データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットによって輸送されるイオン粒子が前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する第１入射エネルギーを計算することと、
前記第２データセットにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットによって輸送されるイオン粒子が前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する第２入射エネルギーを計算することと、
前記第１データセットに定められる前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧と、前記イオン粒子が前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する前記第１入射エネルギーおよび前記第２入射エネルギーとに基づいて、前記第２データセットに定められる前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧を決定することと、をさらに備え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方法。
【請求項15】
前記第２データセットに定められる前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧は、前記第１データセットに定められる前記各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧に、前記各段の静電四重極レンズ装置に入射するときに有する前記第１入射エネルギーおよび前記第２入射エネルギーの比率を乗算した値であることを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入方法。
【請求項16】
前記イオン注入装置は、前記高エネルギー多段線形加速ユニットの下流側に設けられ、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームに電場を印加する電場印加装置をさらに備え、前記データセットは、前記電場印加装置の印加電圧をさらに定めており、
前記イオン注入方法は、
前記第１データセットに定められる前記電場印加装置の印加電圧と、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーの前記第１出力値および前記第２出力値とに基づいて、前記第２データセットに定められる前記電場印加装置の印加電圧を決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記イオン注入方法は、
前記第１データセットに定められる前記電場印加装置の印加電圧と、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーの前記第１出力値および前記第２出力値とに基づいて、前記第２データセットに定められる前記電場印加装置の印加電圧を決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項17】
前記第２データセットに定められる前記電場印加装置の印加電圧は、前記第１データセットに定められる前記電場印加装置の印加電圧に、前記第１出力値と前記第２出力値の比率を乗算した値であることを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入方法。
【請求項18】
前記イオン注入装置は、前記高エネルギー多段線形加速ユニットの下流側に設けられ、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームに磁場を印加する磁場印加装置をさらに備え、前記データセットは、前記磁場印加装置の印加磁場をさらに定めており、
前記イオン注入方法は、
前記第１データセットに定められる前記磁場印加装置の印加磁場と、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーの前記第１出力値および前記第２出力値とに基づいて、前記第２データセットに定められる前記磁場印加装置の印加磁場を決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記イオン注入方法は、
前記第１データセットに定められる前記磁場印加装置の印加磁場と、前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーの前記第１出力値および前記第２出力値とに基づいて、前記第２データセットに定められる前記磁場印加装置の印加磁場を決定することをさらに備えることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項19】
前記第２データセットに定められる前記磁場印加装置の印加磁場は、前記第１データセットに定められる前記磁場印加装置の印加磁場に、前記第１出力値と前記第２出力値の比率の平方根を乗算した値であることを特徴とする請求項１８に記載のイオン注入方法。
【請求項20】
前記イオン注入方法は、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを前記第１出力値とは異なる複数の第２出力値にするための複数の第２データセットを、前記第１データセットに基づいて決定することを備え、
前記各段の高周波加速部の加速位相は、前記複数段の高周波加速部の全てにおいて、前記第１データセットと前記複数の第２データセットの間で同じであり、
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記複数の第２データセットの間で異なり、
前記複数の第２データセットを切り替えることにより、前記複数の第２データセットのそれぞれにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力される複数のイオンビームを前記ウェハに順次照射してイオン注入することを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを前記第１出力値とは異なる複数の第２出力値にするための複数の第２データセットを、前記第１データセットに基づいて決定することを備え、
前記各段の高周波加速部の加速位相は、前記複数段の高周波加速部の全てにおいて、前記第１データセットと前記複数の第２データセットの間で同じであり、
前記各段の高周波加速部の電圧振幅は、前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記複数の第２データセットの間で異なり、
前記複数の第２データセットを切り替えることにより、前記複数の第２データセットのそれぞれにしたがって動作する前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力される複数のイオンビームを前記ウェハに順次照射してイオン注入することを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項21】
前記複数のイオンビームのそれぞれについて、少なくとも一つのビーム特性の測定をスキップすることを特徴とする請求項２０に記載のイオン注入方法。
【請求項22】
複数段の高周波加速部を有する高エネルギー多段線形加速ユニットと、
各段の高周波加速部の電圧振幅、周波数および位相を定めるデータセットにしたがって前記高エネルギー多段線形加速ユニットの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットを取得し、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを前記第１出力値とは異なる第２出力値にするための第２データセットを前記第１データセットに基づいて決定し、
前記決定した第２データセットにしたがって前記高エネルギー多段線形加速ユニットを動作させるように構成され、
前記制御装置は、前記各段の高周波加速部の加速位相が前記複数段の高周波加速部の全てにおいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間で同じであり、かつ、前記各段の高周波加速部の電圧振幅が前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なるように前記第２データセットを決定することを特徴とするイオン注入装置。
各段の高周波加速部の電圧振幅、周波数および位相を定めるデータセットにしたがって前記高エネルギー多段線形加速ユニットの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットを取得し、
前記高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを前記第１出力値とは異なる第２出力値にするための第２データセットを前記第１データセットに基づいて決定し、
前記決定した第２データセットにしたがって前記高エネルギー多段線形加速ユニットを動作させるように構成され、
前記制御装置は、前記各段の高周波加速部の加速位相が前記複数段の高周波加速部の全てにおいて、前記第１データセットと前記第２データセットの間で同じであり、かつ、前記各段の高周波加速部の電圧振幅が前記複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、前記第１データセットと前記第２データセットの間で異なるように前記第２データセットを決定することを特徴とするイオン注入装置。
【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】
半導体製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体の結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウェハにイオンを注入する工程（イオン注入工程ともいう）が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれる。ウェハの表面近傍に注入されるイオンの所望の注入深さに応じて、イオンの注入エネルギーが決定される。比較的深い領域への注入には高エネルギー（例えば、１ＭｅＶ以上）のイオンビームが使用される。
【0003】
高エネルギー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、所望のビームエネルギーが得られるように各段の電圧振幅、周波数および位相といった高周波パラメータが調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－０８５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
最近では、さらに深い領域への注入のために、超高エネルギー（例えば、４ＭｅＶ以上）のイオンビームが求められている。超高エネルギーのイオンビームを出力可能とするには、従来に比べて高周波線形加速器の段数を増やす必要がある。高周波線形加速器の段数が増えると、その分だけ高周波パラメータの調整にかかる時間が長くなり、イオン注入装置の生産性の低下につながる。
【0006】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、ビームエネルギーの調整を迅速化する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある態様は、高エネルギー多段線形加速ユニットを備えるイオン注入装置を用いたイオン注入方法である。高エネルギー多段線形加速ユニットは、複数段の高周波加速部を有し、各段の高周波加速部の電圧振幅、周波数および位相を定めるデータセットにしたがって動作するよう構成される。このイオン注入方法は、高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットを取得することと、高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値とは異なる第２出力値にするための第２データセットを、第１データセットに基づいて決定することと、第２データセットにしたがって動作する高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームをウェハに照射してイオン注入することと、を備える。各段の高周波加速部の加速位相は、複数段の高周波加速部の全てにおいて、第１データセットと第２データセットの間で同じであり、各段の高周波加速部の電圧振幅は、複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、第１データセットと第２データセットの間で異なる。
【0008】
本発明の別の態様は、イオン注入装置である。この装置は、複数段の高周波加速部を有する高エネルギー多段線形加速ユニットと、各段の高周波加速部の電圧振幅、周波数および位相を定めるデータセットにしたがって高エネルギー多段線形加速ユニットの動作を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値にするための第１データセットを取得し、高エネルギー多段線形加速ユニットから出力されるイオンビームのビームエネルギーを第１出力値とは異なる第２出力値にするための第２データセットを第１データセットに基づいて決定し、決定した第２データセットにしたがって高エネルギー多段線形加速ユニットを動作させるように構成される。制御装置は、各段の高周波加速部の加速位相が複数段の高周波加速部の全てにおいて、第１データセットと第２データセットの間で同じであり、かつ、各段の高周波加速部の電圧振幅が複数段のうち少なくとも一段の高周波加速部において、第１データセットと第２データセットの間で異なるように第２データセットを決定する。
【0009】
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】
【0010】
本発明によれば、ビームエネルギーの調整を迅速化し、様々なビームエネルギーを有するイオンビームを用いたイオン注入処理を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。
【図4】高周波加速部の概略構成を示す断面図である。
【図5】高周波電圧の時間波形とイオン粒子が受ける加減速エネルギーの一例を模式的に示すグラフである。
【図6】高周波電圧の時間波形とイオン粒子が受ける加減速エネルギーの一例を模式的に示すグラフである。
【図7】高周波電圧の時間波形とイオン粒子が受ける加減速エネルギーの一例を模式的に示すグラフである。
【図9】第１調整方法の流れを示すフローチャートである。
【図10】第２調整方法の流れを示すフローチャートである。
【図11】第２データセットによって得られるイオンビームのエネルギーの誤差の一例を示すグラフである。
【図12】第２データセットによって得られるイオンビームのビーム電流の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
実施の形態を詳述する前に概要を説明する。本実施の形態は、高エネルギー用のイオン注入装置に関する。イオン注入装置は、イオン源で生成したイオンビームを高周波線形加速器により加速させ、加速して得られた高エネルギーのイオンビーム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）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
【0014】
本実施の形態における「高エネルギー」とは、１ＭｅＶ以上、４ＭｅＶ以上または１０ＭｅＶ以上のビームエネルギーを有するイオンビームのことをいう。高エネルギーのイオン注入によれば、比較的高いエネルギーで所望の不純物イオンがウェハ表面に打ち込まれるので、ウェハ表面のより深い領域（例えば深さ５μｍ以上）に所望の不純物を注入することができる。高エネルギーイオン注入の用途は、例えば、最新のイメージセンサ等の半導体デバイス製造におけるＰ型領域および／またはＮ型領域を形成することである。
【0015】
イオン注入装置にて所望のビーム条件を実現するためには、イオン注入装置を構成する各種機器の動作パラメータを適切に設定する必要がある。所望のビームエネルギーを有するイオンビームを得るには複数段の高周波加速部の動作パラメータを適切に設定する必要がある。また、各段の高周波加速部の上流側および下流側にはイオンビームを適切に輸送するためのレンズ装置があり、所望のビーム電流量を有するイオンビームを得るには複数段のレンズ装置の動作パラメータを適切に設定する必要がある。さらに、ウェハに照射されるイオンビームの平行度や角度分布といったビーム品質を調整するために、線形加速器よりも下流側の各種機器の動作パラメータを適切に設定する必要がある。これらの動作パラメータのセットは、所望のビーム条件を実現するための「データセット」として生成される。
【0016】
より高エネルギーのイオンビームを生成するためには、高周波加速部の段数をより多くした線形加速器が必要となる。高周波加速部の段数が増えると、調整すべき動作パラメータの数が増えるため、適切なデータセットを生成するために必要な時間が長くなる。半導体製造工程によっては、互いに異なるビームエネルギーを有する複数のイオンビームを同一ウェハに照射する多段注入が必要な場合もある。この場合、複数のビームエネルギーに対応する複数のデータセットを生成しなければならない。複数のデータセットを一から生成した場合、複数のデータセットの全てを生成するまでに非常に長い時間がかかってしまう。そうすると、イオン注入装置の生産性の低下につながってしまう。
【0017】
本実施の形態では、既存の第１データセットに基づいて、第１データセットとは異なるビームエネルギーを有するイオンビームを得るための第２データセットを迅速に生成できるようにする。具体的には、複数段の高周波加速部の加速位相を固定したまま、複数段の高周波加速部の少なくとも一段の電圧振幅を変化させることで、ビームエネルギーの調整を省力化する。また、線形加速器に含まれる複数段のレンズ装置の動作パラメータを一定の条件で変化させることで、第１データセットと同等のビーム輸送を実現する第２データセットの生成を省力化する。さらに、線形加速器よりも下流側の各種機器の動作パラメータについても一定の条件で変化させることで、第１データセットと同等のビーム品質を実現する第２データセットの生成を省力化する。
【0018】
図１は、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、ビーム生成ユニット１２と、ビーム加速ユニット１４と、ビーム偏向ユニット１６と、ビーム輸送ユニット１８と、基板搬送処理ユニット２０とを備える。
【0019】
ビーム生成ユニット１２は、イオン源１０と、質量分析装置１１とを有する。ビーム生成ユニット１２では、イオン源１０からイオンビームが引き出され、引き出されたイオンビームが質量分析装置１１により質量分析される。質量分析装置１１は、質量分析磁石１１ａと、質量分析スリット１１ｂとを有する。質量分析スリット１１ｂは、質量分析磁石１１ａの下流側に配置される。質量分析装置１１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、次のビーム加速ユニット１４に導かれる。
【0020】
ビーム加速ユニット１４は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、ビーム測定部２３とを有し、ビームラインＢＬのうち直線状に延びる部分を構成する。複数の線形加速装置２２ａ～２２ｃのそれぞれは、一段以上の高周波加速部を備え、高周波（ＲＦ）電場をイオンビームに作用させて加速させる。ビーム測定部２３は、ビーム加速ユニット１４の最下流に設けられ、複数の線形加速装置２２ａ～２２ｃにより加速された高エネルギーイオンビームの少なくとも一つのビーム特性を測定する。ビーム測定部２３は、イオンビームのビーム特性として、ビームエネルギー、ビーム電流量、ビームプロファイルなどを測定する。本明細書において、ビーム加速ユニット１４を「高エネルギー多段線形加速ユニット」ともいう。
【0021】
本実施の形態では、三つの線形加速装置２２ａ～２２ｃが設けられる。第１線形加速装置２２ａは、ビーム加速ユニット１４の上段に設けられ、複数段（例えば５段～１５段）の高周波加速部を備える。第１線形加速装置２２ａは、ビーム生成ユニット１２から出力される連続ビーム（ＤＣビーム）を特定の加速位相に合わせる「バンチング（bunching）」を行い、例えば、１ＭｅＶ程度のエネルギーまでイオンビームを加速させる。第２線形加速装置２２ｂは、ビーム加速ユニット１４の中段に設けられ、複数段（例えば５段～１５段）の高周波加速部を備える。第２線形加速装置２２ｂは、第１線形加速装置２２ａから出力されるイオンビームを例えば２～３ＭｅＶ程度のエネルギーまで加速させる。第３線形加速装置２２ｃは、ビーム加速ユニット１４の下段に設けられ、複数段（例えば５段～１５段）の高周波加速部を備える。第３線形加速装置２２ｃは、第２線形加速装置２２ｂから出力されるイオンビームを例えば４ＭｅＶ以上の高エネルギーまで加速させる。
【0022】
ビーム加速ユニット１４から出力される高エネルギーイオンビームは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、ビーム加速ユニット１４の下流で高エネルギーのイオンビームを往復走査および平行化させてウェハに照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析、エネルギー分散の制御、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必要となる。
【0023】
ビーム偏向ユニット１６は、ビーム加速ユニット１４から出力される高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、エネルギー分散の制御、軌道補正を行う。ビーム偏向ユニット１６は、ビームラインＢＬのうち円弧状に延びる部分を構成する。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、ビーム輸送ユニット１８に向かう。
【0024】
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２７と、第１ファラデーカップ２８と、ステアリング（軌道補正）を提供する偏向電磁石３０と、第２ファラデーカップ３１とを有する。エネルギー分析電磁石２４は、エネルギーフィルタ電磁石（ＥＦＭ）とも呼ばれる。また、エネルギー分析電磁石２４、横収束四重極レンズ２６、エネルギー分析スリット２７および第１ファラデーカップ２８で構成される装置群は、総称して「エネルギー分析装置」とも呼ばれる。
【0025】
エネルギー分析スリット２７は、エネルギー分析の分解能を調整するためにスリット幅が可変となるよう構成されてもよい。エネルギー分析スリット２７は、例えば、スリット幅方向に移動可能な二枚の遮蔽体により構成され、二枚の遮蔽体の間隔を変化させることによりスリット幅が調整可能となるように構成されてもよい。エネルギー分析スリット２７は、スリット幅の異なる複数のスリットのいずれか一つを選択することによりスリット幅が可変となるよう構成されてもよい。
【0026】
第１ファラデーカップ２８は、エネルギー分析スリット２７の直後に配置され、エネルギー分析用のビーム電流測定に用いられる。第２ファラデーカップ３１は、偏向電磁石３０の直後に配置され、軌道補正されてビーム輸送ユニット１８に入るイオンビームのビーム電流測定用に設けられる。第１ファラデーカップ２８および第２ファラデーカップ３１のそれぞれは、ファラデーカップ駆動部（不図示）の動作によりビームラインＢＬに出し入れ可能となるよう構成される。
【0027】
ビーム輸送ユニット１８は、ビームラインＢＬのうちもう一つの直線状に延びる部分を構成し、装置中央のメンテナンス領域ＭＡを挟んでビーム加速ユニット１４と並行する。ビーム輸送ユニット１８の長さは、ビーム加速ユニット１４の長さと同程度となるように設計される。その結果、ビーム加速ユニット１４、ビーム偏向ユニット１６およびビーム輸送ユニット１８で構成されるビームラインＢＬは、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
【0028】
ビーム輸送ユニット１８は、ビーム整形器３２と、ビーム走査器３４と、ビームダンプ３５と、ビーム平行化器３６と、最終エネルギーフィルタ３８と、左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒとを有する。
【0029】
ビーム整形器３２は、四重極レンズ装置（Ｑレンズ）などの収束／発散レンズを備えており、ビーム偏向ユニット１６を通過したイオンビームを所望の断面形状に整形するよう構成されている。ビーム整形器３２は、例えば、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）で構成され、三つの静電四重極レンズ装置を有する。ビーム整形器３２は、三つのレンズ装置を用いることにより、イオンビームの収束または発散を水平方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｙ方向）のそれぞれについて独立に調整しうる。ビーム整形器３２は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。
【0030】
ビーム走査器３４は、ビームの往復走査を提供するよう構成され、整形されたイオンビームをｘ方向に走査するビーム偏向装置である。ビーム走査器３４は、ビーム走査方向（ｘ方向）に対向する走査電極対を有する。走査電極対は可変電圧電源（不図示）に接続されており、走査電極対の間に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電場を変化させてイオンビームをさまざまな角度に偏向させる。その結果、イオンビームが矢印Ｘで示される走査範囲にわたって走査される。図１において、走査範囲でのイオンビームの複数の軌跡を細実線で示している。なお、ビーム走査器３４は、他のビーム走査装置で置き換えられてもよく、ビーム走査装置は磁場を利用する磁石装置として構成されてもよい。
【0031】
ビーム走査器３４は、矢印Ｘで示される走査範囲を超えてビームを偏向させることにより、ビームラインＢＬから離れた位置に設けられるビームダンプ３５にイオンビームを入射させる。ビーム走査器３４は、ビームダンプ３５に向けてビームラインＢＬからイオンビームを一時的に待避させることにより、下流の基板搬送処理ユニット２０にイオンビームが到達しないようにイオンビームを遮断する。
【0032】
ビーム平行化器３６は、走査されたイオンビームの進行方向を設計上のビームラインＢＬの軌道と平行にするよう構成される。ビーム平行化器３６は、中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数の平行化レンズ電極を有する。平行化レンズ電極は、高圧電源（不図示）に接続されており、電圧印加により生じる電場をイオンビームに作用させて、イオンビームの進行方向を平行に揃える。なお、ビーム平行化器３６は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁場を利用する磁石装置として構成されてもよい。
【0033】
最終エネルギーフィルタ３８は、イオンビームのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方（－ｙ方向）に偏向して基板搬送処理ユニット２０に導くよう構成されている。最終エネルギーフィルタ３８は、角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）と呼ばれることがあり、電場偏向用のＡＥＦ電極対を有する。ＡＥＦ電極対は、高圧電源（不図示）に接続される。上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームを下方に偏向させる。なお、最終エネルギーフィルタ３８は、磁場偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電場偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
【0034】
左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒは、最終エネルギーフィルタ３８の下流側に設けられ、矢印Ｘで示される走査範囲の左端および右端のビームが入射しうる位置に配置される。左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒは、ウェハＷに向かうビームを遮らない位置に設けられ、ウェハＷへのイオン注入中のビーム電流を測定する。
【0035】
ビーム輸送ユニット１８の下流側、つまり、ビームラインＢＬの最下流には基板搬送処理ユニット２０が設けられる。基板搬送処理ユニット２０は、注入処理室４０と、ビームモニタ４１と、ビームプロファイラ４２と、プロファイラ駆動装置４３と、基板搬送装置４４と、ロードポート４６とを有する。注入処理室４０には、イオン注入中のウェハＷを保持し、ウェハＷをビーム走査方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に動かすプラテン駆動装置（不図示）が設けられる。
【0036】
ビームモニタ４１は、注入処理室４０の内部のビームラインＢＬの最下流に設けられる。ビームモニタ４１は、ビームラインＢＬ上にウェハＷが存在しない場合にイオンビームが入射しうる位置に設けられており、イオン注入工程の事前または工程間においてビーム特性を測定するよう構成される。ビームモニタ４１は、ビーム特性として、ビーム電流量、ビーム平行度などを測定する。ビームモニタ４１は、例えば、注入処理室４０と基板搬送装置４４との間を接続する搬送口（不図示）の近くに位置し、搬送口よりも鉛直下方の位置に設けられる。
【0037】
ビームプロファイラ４２は、ウェハＷの表面の位置におけるビーム電流を測定するよう構成される。ビームプロファイラ４２は、プロファイラ駆動装置４３の動作によりｘ方向に可動となるよう構成され、イオン注入時にウェハＷが位置する注入位置から待避され、ウェハＷが注入位置にないときに注入位置に挿入される。ビームプロファイラ４２は、ｘ方向に移動しながらビーム電流を測定することにより、ｘ方向のビーム走査範囲の全体にわたってビーム電流を測定できる。ビームプロファイラ４２は、ビーム走査方向（ｘ方向）の複数の位置におけるビーム電流を同時に計測可能となるように、ｘ方向にアレイ状に並んだ複数のファラデーカップを有してもよい。
【0038】
ビームプロファイラ４２は、ビーム電流量を測定するための単一のファラデーカップを備えてもよいし、ビームの角度情報を測定するための角度計測器を備えてもよい。角度計測器は、例えば、スリットと、スリットからビーム進行方向（ｚ方向）に離れて設けられる複数の電流検出部とを備える。角度計測器は、例えば、スリットを通過したビームをスリット幅方向に並べられる複数の電流検出部で計測することにより、スリット幅方向のビームの角度成分を測定できる。ビームプロファイラ４２は、ｘ方向の角度情報を測定可能な第１角度測定器と、ｙ方向の角度情報を測定可能な第２角度測定器とを備えてもよい。
【0039】
基板搬送装置４４は、ウェハ容器４５が載置されるロードポート４６と、注入処理室４０との間でウェハＷを搬送するよう構成される。ロードポート４６は、複数のウェハ容器４５が同時に載置可能となるよう構成されており、例えば、ｘ方向に並べられる４台の載置台を有する。ロードポート４６の鉛直上方にはウェハ容器搬送口（不図示）が設けられており、ウェハ容器４５が鉛直方向に通過可能となるよう構成される。ウェハ容器４５は、例えば、イオン注入装置１００が設置される半導体製造工場内の天井等に設置される搬送ロボットによりウェハ容器搬送口を通じてロードポート４６に自動的に搬入され、ロードポート４６から自動的に搬出される。
【0040】
イオン注入装置１００は、さらに中央制御装置５０を備える。中央制御装置５０は、イオン注入装置１００の動作全般を制御する。中央制御装置５０は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現され、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現され、中央制御装置５０により提供される各種機能は、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。
【0041】
中央制御装置５０の近傍には、イオン注入装置１００の動作パラメータを設定するための表示装置や入力装置を有する操作盤４９が設けられる。操作盤４９および中央制御装置５０の位置は特に限られないが、例えば、ビーム生成ユニット１２と基板搬送処理ユニット２０の間のメンテナンス領域ＭＡの出入口４８に隣接して操作盤４９および中央制御装置５０を配置できる。イオン注入装置１００を管理する作業員による作業頻度の高いイオン源１０、ロードポート４６、操作盤４９および中央制御装置５０の場所を隣接させることで、作業効率を高めることができる。
【0042】
つづいて、ビーム加速ユニット１４の構成の詳細を説明する。図２（ａ）～（ｃ）は、線形加速装置２２ａ～２２ｃの構成を示す断面図である。図２（ａ）は、第１線形加速装置２２ａの構成を示し、図２（ｂ）は、第２線形加速装置２２ｂの構成を示し、図２（ｃ）は、第３線形加速装置２２ｃの構成を示す。線形加速装置２２ａ～２２ｃは、複数段の高周波加速部１０１～１１５と、複数段の静電四重極レンズ装置１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２１～１３５とを含み、各段の高周波加速部および静電四重極レンズ装置がビームラインＢＬに沿って交互に配置されている。
【0043】
高周波加速部は、イオンビームＩＢが通過する高周波電極に高周波電圧ＶＲＦを印加することで、イオンビームＩＢを構成するイオン粒子を加速または減速させる。各段の高周波加速部は、高周波電圧ＶＲＦの電圧振幅Ｖ０、周波数ｆおよび位相φを個別に調整可能となるよう構成される。本明細書において、高周波電圧ＶＲＦの電圧振幅Ｖ０、周波数ｆおよび位相φを総称して「高周波パラメータ」ということがある。
【0044】
静電四重極レンズ装置は、イオンビームＩＢに静電場を作用させてイオンビームＩＢを収束または発散させるためのレンズ電極と、レンズ電極の上流側および下流側に設けられるグランド電極とを含む。静電四重極レンズ装置は、レンズ電極に印加する電圧の正負を切り替えることで、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。
【0045】
図２（ａ）～（ｃ）では、ｙ方向に対向するレンズ電極を図示しており、ｘ方向に対向するレンズ電極を省略している。ｙ方向に対向するレンズ電極に負の電圧を印加すると、横収束（縦発散）レンズとして機能する。逆に、ｙ方向に対向するレンズ電極に正の電圧を印加すると、縦収束（横発散）レンズとして機能する。レンズ電極の構成は、図３（ａ），（ｂ）を参照しながら別途後述する。
【0046】
第１線形加速装置２２ａは、５段の高周波加速部１０１，１０２，１０３，１０４，１０５と、６段の静電四重極レンズ装置１２０ａ，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５とを備える。第１線形加速装置２２ａの入口に設けられる静電四重極レンズ装置１２０ａを除いた第１段から第５段までの静電四重極レンズ装置１２１～１２５のそれぞれは、第１段から第５段までの高周波加速部１０１～１０５の対応する各段の下流側に配置される。
【0047】
第１線形加速装置２２ａに設けられる６段の静電四重極レンズ装置１２０ａ，１２１～１２５は、横収束レンズと縦収束レンズがビームラインＢＬに沿って交互となるように配置される。例えば、第１線形加速装置２２ａの入口、第２段および第４段の静電四重極レンズ装置１２０ａ，１２２、１２４は、横収束レンズであり、第１段、第３段および第５段の静電四重極レンズ装置１２１，１２３，１２５は、縦収束レンズである。
【0048】
第２線形加速装置２２ｂは、５段の高周波加速部１０６，１０７，１０８，１０９，１１０と、６段の静電四重極レンズ装置１２０ｂ，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０とを備える。第２線形加速装置２２ｂの入口に設けられる静電四重極レンズ装置１２０ｂを除いた第６段から第１０段までの静電四重極レンズ装置１２６～１３０のそれぞれは、第６段から第１０段までの高周波加速部１０６～１１０の対応する各段の下流側に配置される。第２線形加速装置２２ｂに設けられる６段の静電四重極レンズ装置１２０ｂ，１２６～１３０は、横収束レンズと縦収束レンズがビームラインＢＬに沿って交互となるように配置される。例えば、第２線形加速装置２２ｂの入口、第７段および第９段の静電四重極レンズ装置１２０ｂ，１２７、１２９は、横収束レンズであり、第６段、第８段および第１０段の静電四重極レンズ装置１２６，１２８，１３０は、縦収束レンズである。
【0049】
第３線形加速装置２２ｃは、５段の高周波加速部１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、６段の静電四重極レンズ装置１２０ｃ，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５とを備える。第３線形加速装置２２ｃの入口に設けられる静電四重極レンズ装置１２０ｃを除いた第１１段から第１５段までの静電四重極レンズ装置１３１～１３５のそれぞれは、第１１段から第１５段までの高周波加速部１１１～１１５の対応する各段の下流側に配置される。第３線形加速装置２２ｃに設けられる６段の静電四重極レンズ装置１２０ｃ，１３１～１３５は、横収束レンズと縦収束レンズがビームラインＢＬに沿って交互となるように配置される。例えば、第３線形加速装置２２ｃの入口、第１２段および第１４段の静電四重極レンズ装置１２０ｃ，１３２、１３４は、横収束レンズであり、第１１段、第１３段および第１５段の静電四重極レンズ装置１３１，１３３，１３５は、縦収束レンズである。
【0050】
なお、線形加速装置２２ａ～２２ｃに含まれる高周波加速部および静電四重極レンズ装置の段数は図示するものに限られず、図示する例とは異なる段数で構成されてもよい。また、静電四重極レンズ装置の配置は、図示する例と異なってもよい。例えば、少なくとも一段の静電四重極レンズ装置は、横収束レンズと縦収束レンズのペアを一つ有してもよいし、横収束レンズと縦収束レンズのペアを複数有してもよい。
【0051】
図３（ａ），（ｂ）は、ビームラインの上流側から見た静電四重極レンズ装置５２ａ，５２ｂの概略構成を示す正面図である。図３（ａ）の静電四重極レンズ装置５２ａは、イオンビームＩＢを横方向（ｘ方向）に収束させる横収束レンズであり、図３（ｂ）の静電四重極レンズ装置５２ｂは、イオンビームＩＢを縦方向（ｙ方向）に収束させる縦収束レンズである。
【0052】
図３（ａ）の静電四重極レンズ装置５２ａは、縦方向（ｙ方向）に対向する一組の上下レンズ電極５４ａと、横方向（ｘ方向）に対向する一組の左右レンズ電極５６ａとを有する。上下レンズ電極５４ａには負電位－Ｑａが印加され、左右レンズ電極５６ａには正電位＋Ｑａが印加される。静電四重極レンズ装置５２ａは、正の電荷を有するイオン粒子で構成されるイオンビームＩＢに対し、負電位の上下レンズ電極５４ａとの間で引力を生じさせ、正電位の左右レンズ電極５６ａとの間で斥力を生じさせる。これにより、静電四重極レンズ装置５２ａは、イオンビームＢをｘ方向に収束させ、ｙ方向に発散させるようにビーム形状を整える。
【0053】
図３（ｂ）の静電四重極レンズ装置５２ｂは、図３（ａ）と同様、縦方向（ｙ方向）に対向する一組の上下レンズ電極５４ｂと、横方向（ｘ方向）に対向する一組の左右レンズ電極５６ｂとを有する。図３（ｂ）では、図３（ａ）とは印加される電位の正負が逆であり、上下レンズ電極５４ｂに正電位＋Ｑｂが印加され、左右レンズ電極５６ｂに負電位－Ｑｂが印加される。その結果、静電四重極レンズ装置５２ｂは、イオンビームＢをｙ方向に収束させ、ｘ方向に発散させるようにビーム形状を整える。
【0054】
図４は、高周波加速部７０の概略構成を示す断面図であり、線形加速装置２２ａ～２２ｃのそれぞれに含まれる一段分の高周波加速部の構成を示す。高周波加速部７０は、高周波電極７２と、高周波共振器７４と、ステム７６と、高周波電源７８とを含む。高周波電極７２は、中空の円筒形状の電極体であり、電極体の内部をイオンビームＩＢが通過する。高周波電極７２は、ステム７６を介して高周波共振器７４に接続されている。高周波電源７８は、高周波共振器７４に高周波電圧ＶＲＦを供給する。中央制御装置５０は、高周波共振器７４と高周波電源７８を制御することにより、高周波電極７２に印加される高周波電圧ＶＲＦの電圧振幅Ｖ０、周波数ｆおよび位相φを調整する。
【0055】
高周波加速部７０の上流側および下流側には、静電四重極レンズ装置５２ａ，５２ｂが設けられる。上流側の静電四重極レンズ装置５２ａは、第１グランド電極６０ａと、第２グランド電極６２ａと、上下レンズ電極５４ａと、左右レンズ電極５６ａと、レンズ電源５８ａ（図３参照）とを有する。上下レンズ電極５４ａおよび左右レンズ電極５６ａは、第１グランド電極６０ａと第２グランド電極６２ａの間に設けられる。下流側の静電四重極レンズ装置５２ｂは、第１グランド電極６０ｂと、第２グランド電極６２ｂと、上下レンズ電極５４ｂと、左右レンズ電極５６ｂと、レンズ電源５８ｂ（図３参照）とを有する。上下レンズ電極５４ｂおよび左右レンズ電極５６ｂは、第１グランド電極６０ｂと第２グランド電極６２ｂの間に設けられる。
【0056】
図４の例では、上流側の静電四重極レンズ装置５２ａが横収束（縦発散）レンズであり、下流側の静電四重極レンズ装置５２ｂが縦収束（横発散）レンズである。なお、高周波加速部７０がいずれの段であるかに応じて、上流側の静電四重極レンズ装置５２ａが縦収束（横発散）であり、下流側の静電四重極レンズ装置５２ｂが横収束（縦発散）レンズであってもよい。横収束と縦収束は、レンズ電源５８ａ，５８ｂにより印加される電圧の正負を反転させることで変更が可能である。
【0057】
図４の高周波加速部７０は、高周波電極７２と上流側の第２グランド電極６２ａの間の上流側ギャップ８０と、高周波電極７２と下流側の第１グランド電極６０ｂの間の下流側ギャップ８２とにおける電位差を利用して、イオンビームＩＢを構成するイオン粒子８６を加速または減速する。例えば、上流側ギャップ８０をイオン粒子８６が通過するときに高周波電極７２に負の電圧が印加され、かつ、下流側ギャップ８２をイオン粒子８６が通過するときに高周波電極７２に正の電圧が印加されるように高周波電圧ＶＲＦの位相φを調整することで、高周波加速部７０を通過するイオン粒子８６を加速できる。なお、高周波電極７２の内部は実質的に等電位であるため、高周波電極７２の内部を通過するときにイオン粒子８６は実質的に加減速されない。
【0058】
図５は、高周波電圧ＶＲＦの時間波形とイオン粒子８６が受ける加減速エネルギーの一例を模式的に示すグラフである。時刻ｔ１は、イオン粒子８６が上流側ギャップ８０を通過するタイミングであり、時刻ｔ２は、イオン粒子８６が高周波電極７２の中心８４を通過するタイミングであり、時刻ｔ３は、イオン粒子８６が下流側ギャップ８２を通過するタイミングである。本明細書において、イオン粒子８６が高周波電極７２の中心８４を通過する時刻ｔ２における高周波電圧ＶＲＦの位相φのことを「加速位相φ０」ともいう。加速位相φ０は、イオン粒子８６の通過タイミングを基準とした相対位相であり、高周波電圧ＶＲＦの位相（絶対位相）φとは異なるが、位相φを調整することで加速位相φ０の値を制御できる。加速位相φ０が変わると、高周波加速部７０からイオン粒子８６が受ける加減速エネルギーの量が変化する。したがって、加速位相φ０は、ビームエネルギーの値を制御する上で重要なパラメータの一つである。
【0059】
図５は、加速位相がφ０＝０°に設定される場合を示す。この場合、イオン粒子８６が上流側ギャップ８０を通過する時刻ｔ１では、高周波電圧ＶＲＦが負の値（－ＶＡ）となる。時刻ｔ１のとき、高周波電極７２の電位（－ＶＡ）よりも上流側の第２グランド電極６２ａの電位（０Ｖ）が高いため、イオン粒子８６はその電位差ＶＡに起因する加速エネルギーを得る。また、イオン粒子８６が下流側ギャップ８２を通過する時刻ｔ３では、高周波電圧ＶＲＦが正の値（＋ＶＡ）となる。時刻ｔ３のとき、下流側の第１グランド電極６０ｂの電位（０Ｖ）よりも高周波電極７２の電位（＋ＶＡ）が高いため、イオン粒子８６はその電位差ＶＡに起因する加速エネルギーを得る。その結果、イオン粒子８６は、上流側ギャップ８０および下流側ギャップ８２にて、合計で２ＶＡの電圧に相当する加速エネルギーを得る。
【0060】
図６は、加速位相がφ０＝－４５°に設定される場合を示す。高周波電圧ＶＲＦの振幅および周波数、上流側ギャップ８０から下流側ギャップ８２までの位相差Δφｇａｐは図５と同じである。加速位相φ０が－４５°ずれることにより、上流側ギャップ８０（時刻ｔ１）では電位差ＶＢ１に起因する加速エネルギーが与えられ、下流側ギャップ８２（時刻ｔ３）では電位差ＶＢ２に起因する加速エネルギーが与えられ、合計でＶＢ１＋ＶＢ２の電圧に相当する加速エネルギーが得られる。この加速エネルギーは、図５の例で示した２ＶＡの電圧に相当する加速エネルギーよりも小さい。
【0061】
図７は、加速位相がφ０＝－９０°に設定される場合を示す。高周波電圧ＶＲＦの振幅および周波数、上流側ギャップ８０から下流側ギャップ８２までの位相差Δφｇａｐは図５と同じである。加速位相φが－９０°ずれることにより、上流側ギャップ８０（時刻ｔ１）では電位差ＶＣに起因する加速エネルギーが与えられる一方、下流側ギャップ８２（時刻ｔ３）では電位差－ＶＣに起因する減速エネルギーが与えられる。その結果、合計として得られる加減速エネルギーは０となる。
【0062】
一段分の高周波加速部７０により与えられる加減速エネルギーΔＥは、高周波電圧ＶＲＦの電圧振幅Ｖ０と、加速位相φ０と、上流側ギャップ８０から下流側ギャップ８２にイオン粒子８６が到達するまでの位相差Δφｇａｐとに依存する。本発明者の知見によれば、加減速エネルギーΔＥは、以下の式（１）により近似できる。
ΔＥ≒ｑＶ０・α（Ｅ）ｓｉｎ(Δφｇａｐ／２）ｓｉｎ（φ０） …（１）
ここで、ｑはイオン粒子８６の電荷量であり、α（Ｅ）は、イオン粒子８６のエネルギーＥに依存する係数である。位相差Δφｇａｐは、高周波電極７２の電極長Ｌ０、上流側ギャップ８０のギャップ長Ｌ１、下流側ギャップ８２のギャップ長Ｌ２、イオンの通過速度（平均速度ｖ）、高周波電圧ＶＲＦの周波数ｆによって決まる。位相差Δφｇａｐは、概略的に計算すれば、上流側ギャップ８０から下流側ギャップ８２までの通過時間τ≒（Ｌ０＋Ｌ１／２＋Ｌ２／２）／ｖに対応する。イオン粒子８６の通過速度（平均速度ｖ）は、イオン粒子８６の質量ｍおよびエネルギーＥによって決まる。
ΔＥ≒ｑＶ０・α（Ｅ）ｓｉｎ(Δφｇａｐ／２）ｓｉｎ（φ０） …（１）
ここで、ｑはイオン粒子８６の電荷量であり、α（Ｅ）は、イオン粒子８６のエネルギーＥに依存する係数である。位相差Δφｇａｐは、高周波電極７２の電極長Ｌ０、上流側ギャップ８０のギャップ長Ｌ１、下流側ギャップ８２のギャップ長Ｌ２、イオンの通過速度（平均速度ｖ）、高周波電圧ＶＲＦの周波数ｆによって決まる。位相差Δφｇａｐは、概略的に計算すれば、上流側ギャップ８０から下流側ギャップ８２までの通過時間τ≒（Ｌ０＋Ｌ１／２＋Ｌ２／２）／ｖに対応する。イオン粒子８６の通過速度（平均速度ｖ）は、イオン粒子８６の質量ｍおよびエネルギーＥによって決まる。
【0063】
上記式（１）から、高周波加速部７０の電圧振幅Ｖ０および加速位相φ０の少なくとも一方を調整することで、高周波加速部７０がイオン粒子８６に与える加減速エネルギーΔＥを調整できることが分かる。したがって、複数段の高周波加速部１０１～１１５のそれぞれの電圧振幅Ｖ０および加速位相φ０の少なくとも一方を調整することで、ビーム加速ユニット１４から出力されるイオンビームの最終的なビームエネルギーを調整できる。
【0064】
図８（ａ），（ｂ）は、バンチングされたイオン粒子群９０が受ける加減速エネルギーの一例を模式的に示すグラフである。ビーム加速ユニット１４は、特定の加速位相にバンチングされたイオン粒子群９０を加速する。イオン粒子群９０は、ビーム進行方向に空間的な広がりを有しないことが理想的であるが、実際には空間的な広がりを有する。その結果、イオン粒子群９０の中心付近に位置する第１イオン粒子９１と、イオン粒子群の先頭付近に位置する第２イオン粒子９２と、イオン粒子群の最後尾付近に位置する第３イオン粒子９３とでは、高周波電圧ＶＲＦから受ける電位差Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が異なる。各イオン粒子９１～９３が受ける電位差Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が異なると、各イオン粒子９１～９３が受ける加速エネルギーが異なりうる。その結果、イオン粒子群９０のエネルギー分布は、高周波加速部７０の通過前後で変化しうる。
【0065】
図８（ａ）は、高周波電圧ＶＲＦの電圧振幅Ｖ０をａ倍に変化させることでイオン粒子群９０が受ける加減速エネルギーΔＥを調整する場合を示す。破線で示される曲線は、調整前の高周波電圧波形Ｖ０ｃｏｓ（ωｔ＋φ０）であり、実線で示される曲線は、調整後の高周波電圧波形ａＶ０ｃｏｓ（ωｔ＋φ０）である。ここで、ωは、高周波電圧ＶＲＦの角周波数であり、ω＝２πｆである。イオン粒子９１～９３が受ける電位差は、調整後において全てａ倍となることから、各イオン粒子９１～９３が受ける加速エネルギーを線形的に変化させることができる。その結果、高周波加速部７０の通過前後におけるイオン粒子群９０のエネルギー分布の変化は、調整前と調整後でほぼ同じとなり、イオン粒子群９０の輸送状態も調整前と調整後でほぼ同じとなる。その結果、調整前後のビーム品質を同等にしながら、ビームエネルギーのみを変化させることができる。
【0066】
図８（ｂ）は、高周波電圧ＶＲＦの加速位相φ０をφａだけ変化させることでイオン粒子群９０が受ける加減速エネルギーΔＥを調整する場合を示す。破線で示される曲線は、調整前の高周波電圧波形Ｖ０ｃｏｓ（ωｔ＋φ０）であり、実線で示される曲線は、調整後の高周波電圧波形Ｖ０ｃｏｓ（ωｔ＋φ０＋φａ）である。第１イオン粒子９１が受ける電位差は、図８（ａ）と同様、調整後においてａ倍である。しかしながら、第２イオン粒子９２および第３イオン粒子９３が受ける電位差は、調整後においてａ倍とならず、それぞれｂ倍、ｃ倍となることから、各イオン粒子９１～９３が受ける加速エネルギーが非線形的に変化する。その結果、高周波加速部７０の通過前後におけるイオン粒子群９０のエネルギー分布の変化は、調整前と調整後で異なってしまう。その結果、調整前後において輸送状態やビーム品質を同等にすることが困難となる。
【0067】
本実施の形態では、ビームエネルギーの調整方法として、加速位相φ０を可変とする第１調整方法と、加速位相φ０を固定する第２調整方法とを用いる。第１調整方法は、新規のデータセットを生成する場合などに用いる。第２調整方法は、既存のデータセットに基づいてビームエネルギーを微調整する場合などに用いる。第２調整方法では、加速位相φ０が固定されるため、既存のデータセットと同等のビーム輸送状態を維持しながら、実質的にビームエネルギーのみを調整できる。
【0068】
図９は、第１調整方法の流れを示すフローチャートである。まず、所望のビーム条件に基づいて、イオン注入装置１００を構成する各種機器の動作パラメータの初期値（初期パラメータ）を計算する（Ｓ１０）。初期パラメータとして、複数段の高周波加速部１０１～１１５の各段の高周波パラメータと、複数段の静電四重極レンズ装置１２０ａ～１２０ｃ，１２１～１３５の各段の印加電圧を定めるレンズパラメータとが計算される。
【0069】
高周波パラメータおよびレンズパラメータの値は、目標とするビームエネルギーを設定し、所定のアルゴリズムを用いたシミュレーションにより算出される。例えば、ビーム加速ユニット１４のビーム光学系を模擬したシミュレーションモデルに対して適当な高周波パラメータを設定し、高周波パラメータの値を変えながら出力エネルギーの値を演算する。これにより、目標とするビームエネルギーを得るための高周波パラメータが算出される。また、レンズパラメータの値を変えながらイオンビームＩＢの輸送状態を演算することで、輸送効率を最大化するためのレンズパラメータが算出される。イオンビームＩＢの輸送効率が最大化された状態とは、各段の高周波電極７２やレンズ電極５４ａ，５４ｂ，５６ａ，５６ｂに衝突して損失するビームの割合が最小化される状態をいう。
【0070】
次に、計算した初期パラメータをイオン注入装置１００を構成する各種機器に設定してイオンビームＩＢを生成する（Ｓ１２）。つづいて、生成されたイオンビームＩＢのビームエネルギーを測定し、ビームエネルギーの測定値に基づいて高周波パラメータを調整することで、ビームエネルギーが目標値となるように調整する（Ｓ１４）。シミュレーションにより得られた初期パラメータに基づいてビーム加速ユニット１４を動作させたとしても、所望のビームエネルギーが必ずしも得られないため、Ｓ１４の調整が必要となる。調整が必要となる原因はいくつか考えられるが、例えば、高周波電極７２の製作誤差や取付誤差、高周波電極７２に印加される高周波電圧ＶＲＦの振幅、周波数および位相の誤差などが挙げられる。
【0071】
Ｓ１４の調整では、例えば、Ｓ１０と同じアルゴリズムを用いたシミュレーションによって調整後の高周波パラメータが算出される。例えば、ビームエネルギーの測定値と目標値の差分をシミュレーションモデルに反映させることで、差分が補正された高周波パラメータが算出される。なお、高周波パラメータの微調整は容易ではなく、多くの場合、ビームエネルギーの測定と、時間のかかるシミュレーションとを繰り返し実行しなければならない。
【0072】
Ｓ１４にて所望のビームエネルギーが得られた場合、生成されたイオンビームＩＢのビーム電流量を測定し、ビーム電流量の測定値に基づいてレンズパラメータを調整することでビーム電流量を調整する（Ｓ１６）。例えば、ビーム加速ユニット１４によるイオンビームＩＢの輸送効率が最大化されるように各段の静電四重極レンズ装置のレンズパラメータが調整される。イオンビームＩＢの輸送効率を最大化することで、ビーム加速ユニット１４から出力されるイオンビームＩＢのビーム電流量を最大化できる。なお、レンズパラメータの微調整についても容易ではなく、ビーム電流量を測定しながら、複数段のレンズパラメータの微調整を繰り返す必要がある。ビーム電流が目標値に対して不足する場合や、逆にビーム電流が多すぎる場合には、イオン源１０のパラメータを調整対象としてもよい。
【0073】
Ｓ１６にて所望のビーム電流量が得られた場合、ビーム加速ユニット１４よりも下流側にてビーム品質を測定し、ビーム品質の測定値に基づいて各種機器の動作パラメータを調整することで、ビーム品質が目標値となるように調整する（Ｓ１８）。Ｓ１８にて調整されるビーム品質は、例えば、ビームサイズ、ビーム平行度およびビーム角度である。ビームサイズは、例えば、ビーム整形器３２に含まれる収束／発散レンズのパラメータを変化させることで調整できる。ビーム平行度は、例えば、ビーム平行化器３６に含まれる平行化レンズのパラメータを変化させることで調整できる。ｘ方向のビーム角度は、偏向電磁石３０のパラメータを変化させることで調整できる。
【0074】
Ｓ１８にて所望のビーム品質が得られた場合、イオン注入装置１００の各種機器に設定されている動作パラメータのセットをデータセットとして保存する（Ｓ２０）。これにより、所望のビーム条件を実現するための第１データセットができあがる。
【0075】
第１データセットを生成するための第１調整方法では、Ｓ１４、Ｓ１６およびＳ１８の調整工程を含むため、最適なデータセットを得るために長い時間がかかることが多い。第１調整方法におけるＳ１０～Ｓ２０の各工程は、中央制御装置５０が実行する自動調整プログラムによって実行可能であるが、所望の目標値が得られない場合、人間の手でマニュアル調整しなければならないこともある。その場合、最適なデータセットを得るためにさらなる時間を要してしまう。第１調整方法の実行中は、イオン注入処理を実行できないため、調整に時間がかかるとイオン注入装置１００の生産性を低下させることになる。
【0076】
図１０は、第２調整方法の流れを示すフローチャートであり、既存の第１データセットに基づいて第２データセットを生成する方法を示す。まず、所望のビーム条件に近いビーム条件を実現する第１データセットを取得する（Ｓ３０）。取得する第１データセットは、例えば、図９の第１調整方法にて生成された既存のデータセットであり、注入実績のあるデータセットである。なお、第１データセットは、図１０の第２調製方法で生成された既存のデータセットであってもよい。第２調製方法では、既存の第１データセットに基づいて、新規の第２データセットを計算により省力的かつ迅速に決定する。
【0077】
次に、各段の高周波加速部１０１～１１５に導入する電圧振幅Ｖ０の差異を計算する（Ｓ３２）。Ｓ３２では、目標とするビームエネルギーと第１データセットによって得られるイオンビームが有するビームエネルギーの差異に基づいて、いずれの段の高周波加速部に電圧振幅Ｖ０の差異を導入するかを決定し、決定した段の高周波加速部に導入する電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を決定する。本実施の形態では、複数段の高周波加速部１０１～１１５のうち少なくとも一段に電圧振幅Ｖ０の差異が導入される。なお、複数段の高周波加速部１０１～１１５のうち二段以上に電圧振幅の差異が導入されてもよいし、半数以上（例えば８以上）の段に電圧振幅Ｖ０の差異が導入されてもよいし、複数段の高周波加速部１０１～１１５の全てに電圧振幅Ｖ０の差異が導入されてもよい。電圧振幅Ｖ０の差異が導入されない段の高周波加速部では、第１データセットと第２データセットの間で電圧振幅Ｖ０が同じとなる。
【0078】
Ｓ３２において、最上段（例えば、第１段のみ、または、第１段および第２段）の高周波加速部は、電圧振幅Ｖ０の差異を導入する対象から除外されてもよい。つまり、最上段の高周波加速部については、第１データセットに含まれる高周波パラメータをそのまま第２データセットにて使用してもよい。最上段の高周波加速部は、イオン源１０から引き出された連続ビーム（ＤＣビーム）を特定の加速位相に固めるバンチングに用いられる。最上段の高周波加速部によるバンチングは、下流側の高周波加速部でのビーム捕獲効率を左右し、ビーム加速ユニット１４の全体の輸送状態やビーム品質に大きな影響を与える。したがって、最上段の高周波加速部の高周波パラメータを変更してしまうと、第１調整方法と同様の時間のかかる調整が必要となってしまう。
【0079】
Ｓ３２において、最下段（例えば、第１５段）の高周波加速部についても、電圧振幅Ｖ０の差異を導入する対象から除外されてもよい。最下段の高周波加速部は、例えば、ビームエネルギーの最終的な微調整に利用可能となるように、電圧振幅Ｖ０の差異を別途導入する余力が残るようにしておいてもよい。ビーム加速ユニット１４では、途中の段の高周波加速部の電圧振幅Ｖ０を変化させた場合、それ以降の段の高周波加速部の高周波パラメータを再調整しなければならない。一方、最下段の高周波加速部であれば、それ以降に高周波加速部が存在しないため、最下段以外の高周波加速部の高周波パラメータを再調整する手間を省くことができる。
【0080】
Ｓ３２において、電圧振幅Ｖ０の差異を導入する高周波加速部の段数は、原則として、できるだけ多い方が好ましい。電圧振幅Ｖ０の差異を導入する高周波加速部の段数を多くすることで、各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を小さくできる。また、各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率は、均等化されることが好ましい。各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を同じにすることで、各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を小さくできる。各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率をできるだけ小さくすることで、ビーム加速ユニット１４におけるビーム輸送状態の変化を小さくでき、ビーム加速ユニット１４から出力されるイオンビームＩＢのビーム品質の変化を小さくできる。
【0081】
Ｓ３２において、各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を同じにせず、意図的に不均一にしてもよい。また、所望の電圧振幅Ｖ０の差異が導入できない事情がある場合、そのような事情のある一部の段の高周波加速部を除外してもよい。例えば、電圧振幅の差異を導入すると、設定可能な電圧振幅Ｖ０の最大値を超えてしまう場合や、設定可能な電圧振幅Ｖ０の最小値を下回る場合などである。その他、各段の高周波加速部に設定可能な電圧振幅Ｖ０の最小変化量に比べて電圧振幅Ｖ０の差異が小さい場合、そのような差異の導入は不可である。このような場合、一部の段を除外し、電圧振幅Ｖ０の差異を導入する高周波加速部の段数を減らすことで、導入すべき電圧振幅Ｖ０の差異が最小変化量以上となるようにしてもよい。
【0082】
一例として、１５段の高周波加速部１０１～１１５のうち、最上段と最下段を除いた第２段から第１４段までの高周波加速部１０２～１１４が電圧振幅Ｖ０の差異の導入候補となる。取得した第１データセットによって得られるイオンビームが有するビームエネルギーの値（第１出力値Ｅ１ともいう）と、目標とするビームエネルギーの値（第２出力値Ｅ２ともいう）とに基づいて、各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率が計算される。例えば、第１出力値Ｅ１＝４ＭｅＶであり、第２出力値Ｅ２＝４．２ＭｅＶである場合、第１出力値Ｅ１から第２出力値Ｅ２へのエネルギー変化量は０．２ＭｅＶであり、エネルギー変化率は５％である。各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化量を同じにする場合、各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化量は、約１５．４ＫｅＶとなる。また、各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化率を同じにする場合、各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化率は５％となる。上述の式（１）を用いれば、各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化量または変化率を実現するための、各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を計算できる。計算した各段の電圧振幅Ｖ０の変化量または変化率を導入できない段があれば、例えば、その段を除外して再計算される。このようにして、各段の高周波加速部の電圧振幅Ｖ０の差異を決定できる。
【0083】
つづいて、各段の高周波加速部１０１～１１５に導入する位相φの差異を計算する（Ｓ３４）。Ｓ３４では、複数段の高周波加速部１０１～１１５の全ての加速位相φ０が第１データセットと第２データセットの間で同じとなるように各段に導入する位相φの差異が計算される。加速位相φ０は、バンチングされたイオン粒子群９０の中心が高周波電極７２の中心８４を通過するときの高周波電圧ＶＲＦの相対位相である。複数段の高周波加速部１０１～１２９の少なくとも一段における加減速エネルギーΔＥを変化させた場合、イオン粒子群９０の速度ｖが変化するため、イオン粒子群９０の中心が各段の高周波電極７２の中心８４を通過するタイミングが変化する。そのため、相対的な加速位相φ０を同じにするためには、イオン粒子群９０の中心の通過タイミングに合わせて高周波電圧ＶＲＦの絶対位相φをずらす必要がある。
【0084】
Ｓ３４では、第１データセットおよび第２データセットにしたがって動作するビーム加速ユニット１４によるイオン粒子の輸送状態が計算される。ここで、計算の対象となるイオン粒子は、最上段の高周波加速部によってバンチングされたイオン粒子群９０の中心に位置する第１イオン粒子９１といった代表的なイオン粒子である。イオン粒子の輸送状態として、各段の高周波加速部（例えば、高周波電極７２の中心８４）を通過する時刻と、各段の高周波加速部を通過するときにイオン粒子が有する通過エネルギーとが計算される。まず、第１データセットに基づいて、第１出力値Ｅ１が得られる場合に各段の高周波加速部を通過する第１時刻と、各段の高周波加速部を通過するイオン粒子が有する第１通過エネルギーが計算される。なお、第１データセットに基づくイオン粒子の輸送状態は、都度計算されるのではなく、過去の計算結果が流用されてもよい。つづいて、Ｓ３２で計算された各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化量または変化率に基づいて、第２出力値Ｅ２が得られる場合に各段の高周波加速部を通過する第２時刻と、各段の高周波加速部を通過するイオン粒子が有する第２通過エネルギーが計算される。つづいて、各段の高周波加速部を通過する第１時刻と第２時刻の間の時間差Δｔと、各段の高周波加速部の角周波数ω（＝２πｆ）とから、各段の高周波加速部に導入すべき位相差Δφ＝ω・Δｔが計算される。第１データセットに定められる各段の高周波加速部の絶対位相φ１に位相差Δφを導入することで、第２データセットに定められる各段の高周波加速部の絶対位相φ２＝φ１＋Δφが計算される。
【0085】
つづいて、各段の静電四重極レンズ装置１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２１～１３５のレンズ電極の印加電圧を計算する（Ｓ３６）。Ｓ３６では、各段の静電四重極レンズ装置１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２１～１３５によってイオンビームＩＢに与えられる収束／発散効果が第１データセットと第２データセットの間で同じとなるように各段のレンズ電極の印加電圧が計算される。静電四重極レンズ装置の収束／発散効果を同じにするには、静電四重極レンズ装置に入射するイオンビームＩＢのエネルギーの変化に比例するように印加電圧を変化させる必要がある。
【0086】
Ｓ３６では、Ｓ３４と同様、第１データセットおよび第２データセットにしたがって動作するビーム加速ユニット１４によるイオン粒子の輸送状態が計算される。まず、第１データセットに基づいて、第１出力値Ｅ１が得られる場合に各段の静電四重極レンズ装置に入射するイオン粒子が有する第１入射エネルギーが計算される。なお、第１データセットに基づくイオン粒子の輸送状態は、都度計算されるのではなく、過去の計算結果が流用されてもよい。つづいて、Ｓ３２で計算された各段の高周波加速部における加減速エネルギーΔＥの変化量または変化率に基づいて、第２出力値Ｅ２が得られる場合に各段の静電四重極レンズ装置に入射するイオン粒子が有する第２入射エネルギーが計算される。つづいて、各段の静電四重極レンズ装置における第１入射エネルギーと第２入射エネルギーの比に基づいて、各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧の変化率が計算される。第１データセットに定められる各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧に、計算した変化率を乗算することで、第２データセットに定められる各段の静電四重極レンズ装置の印加電圧が計算される。
【0087】
なお、Ｓ３４およびＳ３６におけるイオン粒子の輸送状態の計算は、個別に実行されてもよいし、同時に実行されてもよい。
【0088】
つづいて、ビーム加速ユニット１４の下流側に設けられる各種機器の動作パラメータが計算される（Ｓ３８）。具体的には、イオンビームＩＢに電場を印加する電場印加装置の印加電圧と、イオンビームＩＢに磁場を印加する磁場印加装置の印加磁場とを制御するための動作パラメータが計算される。ビーム加速ユニット１４の下流側に設けられる電場印加装置として、横収束四重極レンズ２６、ビーム整形器３２、ビーム走査器３４、ビーム平行化器３６および最終エネルギーフィルタ３８が挙げられる。ビーム加速ユニット１４の下流側に設けられる磁場印加装置として、エネルギー分析電磁石２４および偏向電磁石３０が挙げられる。
【0089】
電場印加装置では、イオンビームＩＢに与える電場の効果が第１データセットと第２データセットの間で同じとなるように印加電圧の値が設定される。電場印加装置がイオンビームＩＢに与える電場の効果を同じにするには、イオンビームＩＢのエネルギーに比例するように印加電圧の値を変化させる必要がある。したがって、電場印加装置では、第１出力値Ｅ１と第２出力値Ｅ２の比Ｅ２／Ｅ１を乗算した値となるように印加電圧を変化させればよい。
【0090】
磁場印加装置においても同様に、イオンビームＩＢに与える磁場の効果が第１データセットと第２データセットの間で同じとなるように印加磁場の値が設定される。磁場印加装置がイオンビームＩＢに与える磁場の効果を同じにするには、イオンビームＩＢのエネルギーの平方根に比例するように印加磁場の値を変化させる必要がある。したがって、磁場印加装置では、第１出力値Ｅ１と第２出力値Ｅ２の比の平方根√（Ｅ２／Ｅ１）を乗算した値となるように印加磁場の値を変化させればよい。
【0091】
最後に、Ｓ３２～Ｓ３８にて計算された動作パラメータのセットが第２データセットとして決定され、保存される（Ｓ４０）。その後、決定された第２データセットにしたがって生成されるイオンビームＩＢをウェハに照射してイオン注入処理がなされる。第２調整方法では、イオンビームＩＢのビーム特性を測定することなく、計算のみによって第２データセットを決定できるため、第１調整方法に比べて迅速にデータセットを決定できる。第２調整方法にて測定をスキップできるイオンビームＩＢのビーム特性の一例は、ビームエネルギー、ビーム電流量、ビームサイズ、ビーム平行度、ビーム角度などである。
【0092】
第２データセットは、既存の第１データセットに基づいて決定されるため、高周波電極７２の製作誤差や取付誤差、高周波電極７２に印加される高周波電圧ＶＲＦの振幅、周波数および位相の誤差などがすでに加味されている。また、第２データセットは、第１データセットと同等のビーム品質が得られるように動作パラメータが計算されているため、ビーム品質を実質的に変化させることなくビームエネルギーのみを変化させたイオンビームＩＢを生成できる。
【0093】
図１１は、第２データセットによって得られるイオンビームＩＢのエネルギーの誤差の一例を示すグラフである。図１１の例では、２ＭｅＶのイオンビームＩＢが得られる第１データセットに基づいて第２データセットを生成しており、第２出力値Ｅ２を１ＭｅＶ～３ＭｅＶの範囲で変化させている。つまり、既存の第１データセットの第１出力値Ｅ１＝２ＭｅＶを基準として±５０％の範囲で第２出力値Ｅ２を変化させている。図示されるように、ビームエネルギーを±５０％の範囲で変化させる場合であっても、－１％～＋０．５％の範囲の精度でビームエネルギーを調整可能である。また、１．５ＭｅＶ～３ＭｅＶの範囲であれば、±０．５％以内の精度でビームエネルギーを調整可能である。
【0094】
なお、計算のみで決定された第２データセットをそのまま使用するのではなく、ビーム特性の少なくとも一つの測定値に基づいて第２データセットに定められる動作パラメータの少なくとも一つを調整してもよい。例えば、第２データセットにしたがって動作するビーム加速ユニット１４から出力されるイオンビームＩＢのビームエネルギーを測定し、ビームエネルギーの測定値に基づいて、複数段のうちの少なくとも一段の高周波加速部の電圧振幅を調整してもよい。例えば、最下段の高周波加速部１１５の電圧振幅を変化させることで、ビームエネルギーの測定値と目標値の差が許容範囲内となるようにしてもよい。その結果、例えば、±０．１％以内の精度でビームエネルギーを調整可能となる。
【0095】
図１２は、第１データセットによって得られるイオンビームＩＢと、第２データセットによって得られるイオンビームＩＢとの間のビーム電流の差異の一例を示すグラフである。図１１と同様、２ＭｅＶのイオンビームＩＢが得られる第１データセットに基づいて第２データセットを生成しており、第２出力値Ｅ２を１ＭｅＶ～３ＭｅＶの範囲で変化させている。図示されるように、１．５ＭｅＶ～２．５ＭｅＶの範囲、つまり、ビームエネルギーを±２５％の範囲で変化させる場合であっても、ビーム電流の差異を－２０％～＋５％の範囲に収めることができる。また、ビームエネルギーを±５％の範囲で変化させる場合には、ビーム電流の差異を±５％以内にできる。このことから、ビームの輸送状態を同等に維持しながら、追加の調整なしでビームエネルギーを±５％の範囲で変化させることができる。
【0096】
上述の第２調整方法を用いて、既存の第１データセットから複数の第２データセットを生成してもよい。複数の第２データセットは、互いに異なる複数の第２出力値を得るために生成される。例えば、２ＭｅＶのビームエネルギーを有するイオンビームＩＢが得られる第１データセットから、１．９ＭｅＶ、１．９５ＭｅＶ、２．０５ＭｅＶおよび２．１ＭｅＶのビームエネルギーを有する複数のイオンビームＩＢのそれぞれを得るための複数の第２データセットを生成してもよい。複数の第２データセットのそれぞれは、少なくとも一つのビーム特性の測定値に基づく調整をすることなくイオン注入処理に用いられてもよい。複数の第２データセットのそれぞれは、少なくとも一つのビーム特性の測定をすることなくイオン注入処理に用いられてもよい。つまり、複数のイオンビームのそれぞれについて、少なくとも一つのビーム特性の測定をスキップして、多段注入が実行されてもよい。
【0097】
複数の第２データセットは、互いに異なるビームエネルギーを有する複数のイオンビームを同一ウェハに照射する多段注入に用いられてもよい。例えば、複数の第２データセットを順次切り替えることで、互いに異なるビームエネルギーを有する複数のイオンビームが同一のウェハに順次照射されてもよい。また、第１データセットおよび複数の第２データセットを順次切り替えることで、互いに異なるビームエネルギーを有する複数のイオンビームが同一のウェハに順次照射されてもよい。例えば、同一のウェハに０．０５ＭｅＶ間隔で１．９ＭｅＶ～２．１ＭｅＶのビームエネルギーを有する複数のイオンビームが順次照射されてもよい。
【0098】
広範なエネルギー範囲にわたってビームエネルギーを任意に選択可能となるようにするため、互いに異なるビームエネルギーを有する複数のイオンビームのそれぞれを得るための複数の第１データセットをあらかじめ用意してもよい。複数の第１データセットによって得られるイオンビームが有する特定のビームエネルギーとは異なるビームエネルギーを有するイオンビームが必要となる場合、複数の第１データセットのいずれかに基づいて第２データセットを生成してもよい。例えば、１０％ずつ変化させたビームエネルギーを有する複数のイオンビームのそれぞれを得るための複数の第１データセットを用意すれば、±５％の範囲でビームエネルギーを変化させることで任意のビームエネルギーを有するイオンビームを得るための第２データセットを生成できる。さらに、イオン種、イオンの価数およびビーム電流量といった条件の組み合わせが互いに異なる複数のビーム条件に対応する複数の第１データセットを用意しておけば、任意のビーム条件に対応する第２データセットを迅速に生成できる。
【0099】
第２データセットは、ウェハの個体差に応じて、ウェハに照射されるイオンビームが有するビームエネルギーをウェハごとに微調整するために用いられてもよい。例えば、多段注入用の複数の第１データセットに基づいて、わずかに変更させたビームエネルギーを有する複数のイオンビームのそれぞれを得るための複数の第２データセットを生成してもよい。一例として、０．５ＭｅＶ間隔で１ＭｅＶ～４ＭｅＶの範囲のビームエネルギーを有する複数のイオンビームを同一のウェハに多段注入をする場合、１ＭｅＶ、１．５ＭｅＶ、２ＭｅＶ、２．５ＭｅＶ、３．５ＭｅＶおよび４ＭｅＶのビームエネルギーを有する複数のイオンビームのそれぞれを得るための複数の第１データセットが用意される。複数の第１データセットによって得られる複数のイオンビームは、第１ウェハに順次照射される。第１ウェハとは異なる第２ウェハでは、第１ウェハのビーム条件からわずかに（例えば０．０５ＭｅＶ）変えたビームエネルギーを有する複数のイオンビームで多段注入が必要となることがある。この場合、複数の第１データセットに基づいて、１．０５ＭｅＶ、１．５５ＭｅＶ、２．０５ＭｅＶ、２．５５ＭｅＶ、３．０５ＭｅＶ、３．５５ＭｅＶおよび４．０５ＭｅＶのビームエネルギーを有する複数のイオンビームのそれぞれを得るための複数の第２データセットを計算のみで生成できる。生成した複数の第２データセットによって得られる複数のイオンビームは、第２ウェハに順次照射される。このような多段注入に第２データセットを利用することで、データセットの生成に必要な時間を大幅に短縮することができ、イオン注入装置１００の生産性を高めることができる。また、ビームエネルギーの微調整を短時間で実行できるため、生産性を大幅に低下させることなく、ロット単位やウェハ単位でビームエネルギーをきめ細かく変更することが可能となり、製品の歩留まりを向上させることができる。
【0100】
本実施の形態の一例によれば、複数段の高周波加速部の電圧振幅Ｖ０をまとめて変化させることで、一段の高周波加速部の電圧振幅Ｖ０のみを変化させる場合に比べて、ビームエネルギーの調整範囲を広くできる。また、所定の調整範囲内であれば、ビーム輸送状態を実質的に変化させることなく、ビームエネルギーのみを従来よりも広い範囲で調整できる。その結果、様々なビームエネルギーを有するイオンビームを用いたイオン注入処理が非常に容易となる。
【0101】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
【符号の説明】
【0102】
１２…ビーム生成ユニット、１４…ビーム加速ユニット、１６…ビーム偏向ユニット、１８…ビーム輸送ユニット、２０…基板搬送処理ユニット、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…線形加速装置、２３…ビーム測定部、２４…エネルギー分析電磁石、２６…横収束四重極レンズ、３０…偏向電磁石、３２…ビーム整形器、３４…ビーム走査器、３６…ビーム平行化器、３８…最終エネルギーフィルタ、４１…ビームモニタ、４２…ビームプロファイラ、５２ａ，５２ｂ…静電四重極レンズ装置、７０…高周波加速部、７２…高周波電極、７４…高周波共振器、７８…高周波電源、１００…イオン注入装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】