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(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】P2023118399
(43)【公開日】2023-08-25
(54)【発明の名称】イオン注入装置、イオン注入方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/317 20060101AFI20230818BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20230818BHJP
【ＦＩ】
H01J37/317 C
H01J37/317 B
H01J37/317 A
H01L21/265 V
H01L21/265 603C
H01L21/265 603B
【審査請求】未請求
【請求項の数】36
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022021335
(22)【出願日】2022-02-15
(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】工藤 哲也
(72)【発明者】
【氏名】越智 昭浩
(72)【発明者】
【氏名】戎 真志
【テーマコード（参考）】
5C101
【Ｆターム（参考）】
5C101AA25
5C101BB03
5C101EE22
5C101EE36
5C101EE43
5C101EE45
5C101EE48
5C101EE53
5C101EE63
5C101EE64
5C101EE65
5C101EE69
5C101FF09
5C101FF31
5C101FF53
5C101GG13
5C101HH02
5C101HH23
5C101JJ12
(57)【要約】
【課題】被処理物のビーム非照射範囲における滞在時間を短縮できるイオン注入装置等を提供する。
【解決手段】イオン注入方法は、（ａ）イオンビームに対して第１注入角度に調整されたウェハを、イオンビームが照射されるビーム照射範囲から、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接しウェハにイオンビームが照射されないビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｂ）第１注入角度のウェハがビーム照射範囲から移ったビーム非照射範囲内で移動している間に、ウェハの第１注入角度から第２注入角度への変更を開始するステップと、（ｃ－１）ビーム非照射範囲の端でウェハの移動方向を反転させてビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｃ－２）ウェハがビーム照射範囲に戻る前にビーム非照射範囲内で移動している間に、当該ウェハの第１注入角度から第２注入角度への変更を完了するステップと、を備える。
【選択図】図１８
【解決手段】イオン注入方法は、（ａ）イオンビームに対して第１注入角度に調整されたウェハを、イオンビームが照射されるビーム照射範囲から、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接しウェハにイオンビームが照射されないビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｂ）第１注入角度のウェハがビーム照射範囲から移ったビーム非照射範囲内で移動している間に、ウェハの第１注入角度から第２注入角度への変更を開始するステップと、（ｃ－１）ビーム非照射範囲の端でウェハの移動方向を反転させてビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｃ－２）ウェハがビーム照射範囲に戻る前にビーム非照射範囲内で移動している間に、当該ウェハの第１注入角度から第２注入角度への変更を完了するステップと、を備える。
【選択図】図１８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオンビームが照射される被処理物を支持する支持機構と、
前記支持機構で支持された前記被処理物の前記イオンビームに対する注入角度を調整可能な注入角度調整機構と、
前記支持機構を前記イオンビームと交差する方向に往復移動させる駆動機構であって、当該往復移動範囲が、前記被処理物の少なくとも一部に前記イオンビームが照射されるビーム照射範囲と、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接し前記被処理物に前記イオンビームが照射されないビーム非照射範囲と、を含む駆動機構と、
前記注入角度調整機構および前記駆動機構を制御するプロセッサと、
プログラムが格納されたメモリと、
を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムに基づいて、
（ａ）前記注入角度調整機構によって第１注入角度に調整された前記被処理物を、前記駆動機構によって前記ビーム照射範囲から前記ビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）に続いて、前記駆動機構によって前記第１注入角度の前記被処理物が前記ビーム照射範囲から前記ビーム非照射範囲に移った後に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から当該第１注入角度と異なる第２注入角度への変更を開始するステップと、
（ｃ－１）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記駆動機構によって前記ビーム非照射範囲の端で前記被処理物の移動方向を反転させて前記ビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｃ－２）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記駆動機構によって前記被処理物が前記ビーム非照射範囲から前記ビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更を完了するステップと、
を実行するイオン注入装置。
前記支持機構で支持された前記被処理物の前記イオンビームに対する注入角度を調整可能な注入角度調整機構と、
前記支持機構を前記イオンビームと交差する方向に往復移動させる駆動機構であって、当該往復移動範囲が、前記被処理物の少なくとも一部に前記イオンビームが照射されるビーム照射範囲と、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接し前記被処理物に前記イオンビームが照射されないビーム非照射範囲と、を含む駆動機構と、
前記注入角度調整機構および前記駆動機構を制御するプロセッサと、
プログラムが格納されたメモリと、
を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムに基づいて、
（ａ）前記注入角度調整機構によって第１注入角度に調整された前記被処理物を、前記駆動機構によって前記ビーム照射範囲から前記ビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）に続いて、前記駆動機構によって前記第１注入角度の前記被処理物が前記ビーム照射範囲から前記ビーム非照射範囲に移った後に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から当該第１注入角度と異なる第２注入角度への変更を開始するステップと、
（ｃ－１）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記駆動機構によって前記ビーム非照射範囲の端で前記被処理物の移動方向を反転させて前記ビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｃ－２）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記駆動機構によって前記被処理物が前記ビーム非照射範囲から前記ビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更を完了するステップと、
を実行するイオン注入装置。
【請求項2】
前記ビーム非照射範囲は、前記ビーム照射範囲の一端に隣接する第１ビーム非照射範囲および前記ビーム照射範囲の他端に隣接する第２ビーム非照射範囲を含む、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項3】
前記イオンビームの一部が前記被処理物に照射される際に、当該被処理物に照射されない当該イオンビームの他の部分をビーム電流として測定するドーズ制御用のビーム電流測定器を備え、
前記ステップ（ａ）において、前記駆動機構は前記被処理物を前記ビーム照射範囲内で前記ビーム電流測定器によって測定された前記ビーム電流に応じて制御される速度で移動させる、
請求項１または２に記載のイオン注入装置。
前記ステップ（ａ）において、前記駆動機構は前記被処理物を前記ビーム照射範囲内で前記ビーム電流測定器によって測定された前記ビーム電流に応じて制御される速度で移動させる、
請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項4】
前記ステップ（ｂ）において前記ビーム非照射範囲内で移動中の前記被処理物は、当該ビーム非照射範囲の端に対して前記駆動機構によって減速される、請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項5】
前記ステップ（ｃ－１）において前記ビーム非照射範囲内で移動中の前記被処理物は、前記ビーム照射範囲に向けて前記駆動機構によって加速される、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】
前記ステップ（ｃ－１）において、前記被処理物は前記ビーム非照射範囲の端で所定の停止時間に亘って停止される、請求項１から５のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項7】
前記ステップ（ｂ）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内を当該ビーム非照射範囲の端に向けて移動する時間、前記停止時間、前記ステップ（ｃ－１）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内を前記ビーム照射範囲に向けて移動する時間の合計は、前記注入角度調整機構による前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更に要する時間以上である、請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項8】
前記ステップ（ｂ）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内を当該ビーム非照射範囲の端に向けて移動する時間、前記停止時間、前記ステップ（ｃ－１）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内を前記ビーム照射範囲に向けて移動する時間の合計は、0.05秒以上かつ1秒以下である、請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項9】
前記停止時間は0秒より大きく0.45秒以下である、請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項10】
前記注入角度調整機構は、前記支持機構で支持された前記被処理物の被処理面の中央において当該被処理面に対して直交する法線を回転軸とする当該被処理物のツイスト角度を調整するツイスト角度調整機構を備え、
前記ツイスト角度調整機構は、前記第１注入角度におけるツイスト角度を第１ツイスト角度に調整し、前記第２注入角度におけるツイスト角度を前記第１ツイスト角度と異なる第２ツイスト角度に調整する、
請求項１から９のいずれかに記載のイオン注入装置。
前記ツイスト角度調整機構は、前記第１注入角度におけるツイスト角度を第１ツイスト角度に調整し、前記第２注入角度におけるツイスト角度を前記第１ツイスト角度と異なる第２ツイスト角度に調整する、
請求項１から９のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項11】
前記第１ツイスト角度と前記第２ツイスト角度の差は0度より大きく180度以下である、請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項12】
前記プロセッサが前記ステップ（ａ）～（ｃ－２）をＮ回（Ｎは２以上の自然数）実行する場合、前記第１ツイスト角度と前記第２ツイスト角度の差はＮ回全てで等しい、請求項１０または１１に記載のイオン注入装置。
【請求項13】
前記Ｎは２以上かつ３２以下の偶数である、請求項１２に記載のイオン注入装置。
【請求項14】
前記第１ツイスト角度と前記第２ツイスト角度の差は、360度を前記Ｎで除した角度である、請求項１３に記載のイオン注入装置。
【請求項15】
前記支持機構で支持された前記被処理物を静電引力によって保持する静電保持機構を備える、請求項１から１４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項16】
電界および磁界の少なくとも一方によって前記イオンビームを偏向させるビーム偏向装置であって、当該イオンビームが前記被処理物に照射可能な照射可能方向に向かう照射可能状態、および、当該イオンビームが前記被処理物に照射不能な照射不能方向に向かう照射不能状態の間で切り替え可能なビーム偏向装置を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムに基づいて、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）において、前記駆動機構によって前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が開始する前に、前記ビーム偏向装置を前記照射不能状態に切り替えるステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｃ－１）において前記駆動機構によって前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記ステップ（ｃ－２）において前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が完了した後に、前記ビーム偏向装置を前記照射可能状態に切り替えるステップと、
を実行する請求項１から１５のいずれかに記載のイオン注入装置。
前記プロセッサは、前記プログラムに基づいて、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）において、前記駆動機構によって前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が開始する前に、前記ビーム偏向装置を前記照射不能状態に切り替えるステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｃ－１）において前記駆動機構によって前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記ステップ（ｃ－２）において前記注入角度調整機構によって前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が完了した後に、前記ビーム偏向装置を前記照射可能状態に切り替えるステップと、
を実行する請求項１から１５のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項17】
前記ビーム偏向装置は前記イオンビームを挟んで対向する一対の電極を備え、当該一対の電極に印加する電圧の変更による電界変化に応じて前記照射可能状態および前記照射不能状態の間で切り替え可能である、請求項１６に記載のイオン注入装置。
【請求項18】
前記ビーム偏向装置は前記イオンビームを挟んで対向する一対の磁極、当該一対の磁極を磁気的に接続するヨーク、前記磁極および前記ヨークの少なくとも一方に巻き付けられるコイルを備え、当該コイルに印加する電流の変更による磁界変化に応じて前記照射可能状態および前記照射不能状態の間で切り替え可能である、請求項１６に記載のイオン注入装置。
【請求項19】
前記照射可能方向に向かう前記イオンビームの少なくとも一部を通過させるスリットが、前記ビーム偏向装置と前記支持機構の間に設けられ、
前記照射不能方向に向かう前記イオンビームは、前記スリット外に衝突して遮断される、
請求項１６から１８のいずれかに記載のイオン注入装置。
前記照射不能方向に向かう前記イオンビームは、前記スリット外に衝突して遮断される、
請求項１６から１８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項20】
前記照射可能方向と前記照射不能方向のなす偏向角度は2度と60度の間である、請求項１６から１９のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項21】
前記照射可能方向と前記照射不能方向のなす偏向角度は3度と45度の間である、請求項２０に記載のイオン注入装置。
【請求項22】
前記照射可能方向と前記照射不能方向のなす偏向角度は5度と30度の間である、請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項23】
電界および磁界の少なくとも一方によって前記被処理物に照射される前記イオンビームで所定の走査角度範囲を走査するビーム走査装置を備える、請求項１６から２２のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項24】
前記ビーム偏向装置および前記ビーム走査装置は同じ装置であり、
前記走査角度範囲は前記照射可能方向を含む角度範囲であり、
前記走査角度範囲の最外角度が前記イオンビームが走査されない状態における基準軌道方向となす最大走査角度は、前記照射不能方向が前記基準軌道方向となす偏向角度より小さい、
請求項２３に記載のイオン注入装置。
前記走査角度範囲は前記照射可能方向を含む角度範囲であり、
前記走査角度範囲の最外角度が前記イオンビームが走査されない状態における基準軌道方向となす最大走査角度は、前記照射不能方向が前記基準軌道方向となす偏向角度より小さい、
請求項２３に記載のイオン注入装置。
【請求項25】
前記イオンビームを物理的に遮断する遮断状態、および、前記イオンビームを通過させる非遮断状態の間で切り替え可能なビーム遮断機構を備える、請求項１６から２４のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項26】
前記プロセッサは、前記ステップ（ｄ）より後に前記ビーム遮断機構を前記遮断状態に切り替え、前記ステップ（ｅ）より前に前記ビーム遮断機構を前記非遮断状態に切り替える、請求項２５に記載のイオン注入装置。
【請求項27】
前記照射可能方向に向かう前記イオンビームのビーム電流を測定する第１ビーム電流測定器を備え、
前記プロセッサは、前記第１ビーム電流測定器によって第１所定値以上のビーム電流が測定されない場合、照射不能状態にあるものと判断して前記ビーム遮断機構を前記遮断状態に切り替える、
請求項２５または２６に記載のイオン注入装置。
前記プロセッサは、前記第１ビーム電流測定器によって第１所定値以上のビーム電流が測定されない場合、照射不能状態にあるものと判断して前記ビーム遮断機構を前記遮断状態に切り替える、
請求項２５または２６に記載のイオン注入装置。
【請求項28】
前記照射不能方向に向かう前記イオンビームのビーム電流を測定する第２ビーム電流測定器を備え、
前記プロセッサは、前記第２ビーム電流測定器によって第２所定値以上のビーム電流が測定される場合、照射不能状態にあるものと判断して前記ビーム遮断機構を前記遮断状態に切り替える、
請求項２５から２７のいずれかに記載のイオン注入装置。
前記プロセッサは、前記第２ビーム電流測定器によって第２所定値以上のビーム電流が測定される場合、照射不能状態にあるものと判断して前記ビーム遮断機構を前記遮断状態に切り替える、
請求項２５から２７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項29】
（ａ）イオンビームに対して第１注入角度に調整された被処理物を、当該被処理物の少なくとも一部に前記イオンビームが照射されるビーム照射範囲から、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接し前記被処理物に前記イオンビームが照射されないビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）に続いて、前記第１注入角度の前記被処理物が前記ビーム照射範囲から前記ビーム非照射範囲に移った後に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、前記被処理物の前記第１注入角度から前記第１注入角度と異なる第２注入角度への変更を開始するステップと、
（ｃ－１）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記ビーム非照射範囲の端で前記被処理物の移動方向を反転させて前記ビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｃ－２）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記被処理物が前記ビーム非照射範囲から前記ビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、当該被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更を完了するステップと、
を備えるイオン注入方法。
（ｂ）前記ステップ（ａ）に続いて、前記第１注入角度の前記被処理物が前記ビーム照射範囲から前記ビーム非照射範囲に移った後に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、前記被処理物の前記第１注入角度から前記第１注入角度と異なる第２注入角度への変更を開始するステップと、
（ｃ－１）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記ビーム非照射範囲の端で前記被処理物の移動方向を反転させて前記ビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、
（ｃ－２）前記ステップ（ｂ）に続いて、前記被処理物が前記ビーム非照射範囲から前記ビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、当該被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更を完了するステップと、
を備えるイオン注入方法。
【請求項30】
前記ビーム非照射範囲は、前記ビーム照射範囲の一端に隣接する第１ビーム非照射範囲および前記ビーム照射範囲の他端に隣接する第２ビーム非照射範囲を含む、請求項２９に記載のイオン注入方法。
【請求項31】
前記ステップ（ａ）において、前記イオンビームの一部が前記被処理物に照射される際に、当該被処理物に照射されない当該イオンビームの他の部分をビーム電流として測定し、前記被処理物は前記ビーム照射範囲内で測定された前記ビーム電流に応じて制御される速度で移動する、請求項２９または３０に記載のイオン注入方法。
【請求項32】
前記ステップ（ｂ）において前記ビーム非照射範囲内で移動中の前記被処理物は、当該ビーム非照射範囲の端に対して減速される、請求項２９から３１のいずれかに記載のイオン注入方法。
【請求項33】
前記ステップ（ｃ－１）において前記ビーム非照射範囲内で移動中の前記被処理物は、前記ビーム照射範囲に向けて加速される、請求項２９から３２のいずれかに記載のイオン注入方法。
【請求項34】
前記ステップ（ｃ－１）において、前記被処理物は前記ビーム非照射範囲の端で所定の停止時間に亘って停止される、請求項２９から３３のいずれかに記載のイオン注入方法。
【請求項35】
前記ステップ（ｂ）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内を当該ビーム非照射範囲の端に向けて移動する時間、前記停止時間、前記ステップ（ｃ－１）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内を前記ビーム照射範囲に向けて移動する時間の合計は、前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更に要する時間以上である、請求項３４に記載のイオン注入方法。
【請求項36】
（ｄ）前記ステップ（ｂ）において、前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が開始する前に、電界および磁界の少なくとも一方を変化させることによって前記イオンビームを当該被処理物に照射不能な照射不能方向に偏向させるステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｃ－１）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記ステップ（ｃ－２）において前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が完了した後に、電界および磁界の少なくとも一方を変化させることによって前記イオンビームを当該被処理物に照射可能な照射可能方向に戻すステップと、
を備える請求項２９から３５のいずれかに記載のイオン注入方法。
（ｅ）前記ステップ（ｃ－１）において前記被処理物が前記ビーム非照射範囲内で移動している間であって、前記ステップ（ｃ－２）において前記被処理物の前記第１注入角度から前記第２注入角度への変更が完了した後に、電界および磁界の少なくとも一方を変化させることによって前記イオンビームを当該被処理物に照射可能な照射可能方向に戻すステップと、
を備える請求項２９から３５のいずれかに記載のイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、往復移動する同一のウェハに対して注入角度の異なるイオンビームを複数回に亘って照射するイオン注入装置が開示されている。イオンビームの照射方向が略一定の場合、当該イオンビームのウェハに対する注入角度は、例えばウェハのツイスト角度（回転角度）およびチルト角度（傾き角度）の組によって定まる。ウェハの往復移動範囲の端部はウェハにイオンビームが照射されないビーム非照射範囲となっているため、当該ビーム非照射範囲の端でもある往復移動範囲の端でウェハの移動方向を反転させる際にウェハのツイスト角度および／またはチルト角度を変更することで、ウェハをイオンビームに晒さない状態で注入角度を変更できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－６９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１のイオン注入装置では、ウェハの往復移動範囲（ビーム非照射範囲）の端での移動方向反転の際にウェハのツイスト角度および／またはチルト角度を変更する必要があるため、ウェハがビーム非照射範囲に滞在する時間が長くなってしまう。ビーム非照射範囲内のウェハにはイオンビームが照射されないため、結果的にイオン注入処理の効率が低下する恐れがあった。
【0005】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、被処理物のイオンビームに対する注入角度を変更する際のビーム非照射範囲における滞在時間を短縮できるイオン注入装置等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、イオンビームが照射される被処理物を支持する支持機構と、支持機構で支持された被処理物のイオンビームに対する注入角度を調整可能な注入角度調整機構と、支持機構をイオンビームと交差する方向に往復移動させる駆動機構であって、当該往復移動範囲が、被処理物の少なくとも一部にイオンビームが照射されるビーム照射範囲と、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接し被処理物にイオンビームが照射されないビーム非照射範囲と、を含む駆動機構と、注入角度調整機構および駆動機構を制御するプロセッサと、プログラムが格納されたメモリと、を備える。プロセッサは、プログラムに基づいて、（ａ）注入角度調整機構によって第１注入角度に調整された被処理物を、駆動機構によってビーム照射範囲からビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｂ）ステップ（ａ）に続いて、駆動機構によって第１注入角度の被処理物がビーム照射範囲からビーム非照射範囲に移った後に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、注入角度調整機構によって被処理物の第１注入角度から当該第１注入角度と異なる第２注入角度への変更を開始するステップと、（ｃ－１）ステップ（ｂ）に続いて、駆動機構によってビーム非照射範囲の端で被処理物の移動方向を反転させてビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｃ－２）ステップ（ｂ）に続いて、駆動機構によって被処理物がビーム非照射範囲からビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、注入角度調整機構によって被処理物の第１注入角度から第２注入角度への変更を完了するステップと、を実行する。
【0007】
この態様では、第１注入角度の被処理物がビーム照射範囲からビーム非照射範囲に移動した後で当該ビーム非照射範囲の移動方向反転端（以下では省略して反転端という）に到着する前に第２注入角度への変更が開始し、当該被処理物がビーム非照射範囲からビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に第２注入角度への変更が完了する。このように、ビーム非照射範囲内での被処理物の移動と注入角度の変更を並行して行うことで、被処理物のビーム非照射範囲における滞在時間を短縮できる。この結果、被処理物にイオンビームが照射されるビーム照射範囲における滞在時間が相対的に長くなるため、イオン注入処理の効率を向上できる。
【0008】
本発明の別の態様は、イオン注入方法である。この方法は、（ａ）イオンビームに対して第１注入角度に調整された被処理物を、当該被処理物の少なくとも一部にイオンビームが照射されるビーム照射範囲から、当該ビーム照射範囲の少なくとも一方の端に隣接し被処理物にイオンビームが照射されないビーム非照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｂ）ステップ（ａ）に続いて、第１注入角度の被処理物がビーム照射範囲からビーム非照射範囲に移った後に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、被処理物の第１注入角度から第１注入角度と異なる第２注入角度への変更を開始するステップと、（ｃ－１）ステップ（ｂ）に続いて、ビーム非照射範囲の端で被処理物の移動方向を反転させてビーム照射範囲に向けて移動させるステップと、（ｃ－２）ステップ（ｂ）に続いて、被処理物がビーム非照射範囲からビーム照射範囲に戻る前に当該ビーム非照射範囲内で移動している間に、当該被処理物の第１注入角度から第２注入角度への変更を完了するステップと、を備える。
【0009】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0010】
本発明のある態様によれば、被処理物のイオンビームに対する注入角度を変更する際のビーム非照射範囲における滞在時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】イオン注入装置の概略構成を示す上面図である。
【図2】イオン注入装置の概略構成を示す側面図である。
【図3】電界によって照射可能方向から照射不能方向に偏向されたイオンビームを模式的に示す。
【図4】磁界によって照射可能方向から照射不能方向に偏向されたイオンビームを模式的に示す。
【図5】ビーム遮断機構の変形例を示す。
【図6】ビーム遮断機構の変形例を示す。
【図7】ビーム遮断機構の変形例を示す。
【図8】ビーム遮断機構の変形例を示す。
【図9】ビーム遮断機構の変形例を示す。
【図10】注入処理室内の概略構成を示す正面図である。
【図11】注入工程における注入処理室内を模式的に示す上面図である。
【図12】準備工程における注入処理室内を模式的に示す上面図である。
【図13】校正工程における注入処理室内を模式的に示す上面図である。
【図14】非零のチルト角度による注入工程を模式的に示す図である。
【図15】ツイスト角度調整機構によるツイスト角度の変化を模式的に示す。
【図16】ツイスト角度が異なる非零チルト角度注入工程を模式的に示す。
【図17】イオン注入装置の機能ブロック図である。
【図18】イオン注入装置の注入工程における基本動作を模式的に示すタイミングチャートである。
【図19】ビーム走査機能とビーム偏向機能を一つのビーム走査装置で実現する例を模式的に示す。
【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。説明または図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限りは限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記載される全ての特徴やそれらの組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【0013】
図１は本発明の実施形態に係るイオン注入装置１０の概略構成を示す上面図であり、図２は当該イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理を施す装置である。被処理物Ｗは、例えば半導体ウェハやディスプレイデバイス等の基板である。本明細書では被処理物Ｗを便宜的にウェハＷともいうが、イオン注入処理の対象を半導体ウェハ等の特定の物体や物質に限定する意図ではない。
【0014】
イオン注入装置１０は、イオンビームを一方向（以下では走査方向、ビーム走査方向、ビーム移動方向ともいう）に往復走査させ、ウェハＷを走査方向と直交する方向（以下では往復運動方向、往復移動方向、ウェハ移動方向ともいう）に往復運動させることで、ウェハＷの被処理面全体に亘ってイオンビームを照射できる。本明細書では、設計上のビームラインＡに沿って進むイオンビームの進行方向（以下ではビーム進行方向ともいう）をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ平面とする。イオンビームを被処理物Ｗに対して走査する場合のイオンビームの走査方向（ビーム移動方向）をｘ方向とし、ｚ方向およびｘ方向に垂直なｙ方向をウェハ移動方向とする。このように、イオンビームの往復走査はｘ方向に行われ、ウェハＷの往復運動はｙ方向に行われる。
【0015】
イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、ウェハ搬送装置１８を備える。イオン生成装置１２は、イオンビームをビームライン装置１４に供給する。ビームライン装置１４は、イオン生成装置１２から供給されたイオンビームを注入処理室１６まで輸送する。注入処理室１６にはイオン注入対象であるウェハＷが収容され、ビームライン装置１４から供給されるイオンビームをウェハＷに照射するイオン注入処理が施される。搬送装置としてのウェハ搬送装置１８は、イオン注入処理前の未処理ウェハを注入処理室１６に搬入し、イオン注入処理後の処理済ウェハを注入処理室１６から搬出する。なお、図示は省略するが、イオン生成装置１２、ビームライン装置１４、注入処理室１６、ウェハ搬送装置１８に所望の真空環境を提供するための真空排気系がイオン注入装置１０に設けられる。
【0016】
ビームライン装置１４は、ビームラインＡの上流側から順に、質量分析部２０、ビームパーク装置２４、ビーム整形部３０、ビーム走査装置３２、ビーム平行化部３４、角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ：Angular Energy Filter）３６を備える。なお、ビームラインＡの上流（側）とはイオン生成装置１２に近い側であり、ビームラインＡの下流（側）とは注入処理室１６（またはビームストッパ４６）に近い側である。
【0017】
イオン生成装置１２の下流に設けられる質量分析部２０は、イオン注入処理に使用される所望のイオン種を、イオン生成装置１２が生成したイオンビームから質量分析を通じて選択または抽出する。質量分析部２０は、質量分析磁石２１と、質量分析レンズ２２と、質量分析スリット２３を備える。
【0018】
質量分析磁石２１は、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームに磁界を印加して、イオンの質量電荷比Ｍ＝ｍ／ｑ（ｍは質量、ｑは電荷）の値に応じて異なる軌道にイオンビームを偏向させる。質量分析磁石２１は、例えばイオンビームに－ｙ方向の磁界を印加してイオンビームをｘ方向に偏向させる。質量分析磁石２１の磁界強度は、所望の質量電荷比Ｍを有するイオン種が下流の質量分析スリット２３を通過できるように調整される。
【0019】
質量分析レンズ２２は、質量分析磁石２１の下流（かつ質量分析スリット２３の上流）に設けられ、イオンビームに対する収束力／発散力（またはイオンビームの収束度／発散度）を調整する。質量分析レンズ２２は、質量分析スリット２３を通過するイオンビームのビーム進行方向（ｚ方向）における収束位置を調整し、質量分析部２０の質量分解能Ｍ／ｄＭを調整する。なお、質量分析レンズ２２は、質量分析部２０に設けられなくてもよい。
【0020】
質量分析スリット２３は、質量分析レンズ２２から離れた下流の位置に設けられる。質量分析スリット２３は、ｘ方向の幅が相対的に短くｙ方向の高さが相対的に長い矩形状の開口２３ａを有する。開口２３ａの幅方向（ｘ方向）が質量分析磁石２１によるビーム偏向方向（ｘ方向）と一致するため、質量分析スリット２３において質量電荷比Ｍに応じた所望のイオン種の選別に主に寄与するのは開口２３ａの幅（ｘ方向の寸法）である。
【0021】
質量分析スリット２３は、質量分解能の調整のためにスリット幅（開口２３ａの幅）を可変としてもよい。例えば、スリット幅方向（ｘ方向）に相対移動可能な二枚の遮蔽体で質量分析スリット２３を構成し、当該二枚の遮蔽体のスリット幅方向の間隔を変化させることでスリット幅を調整してもよい。また、質量分析スリット２３は、スリット幅の異なる複数のスリットを切り替えることで、スリット幅を変更してもよい。
【0022】
ビームパーク装置２４は、電界および磁界の少なくとも一方によってイオンビームを偏向させるビーム偏向装置を構成する。具体的には、ビームパーク装置２４は、イオンビームがウェハＷに照射可能な照射可能方向に向かう照射可能状態、および、イオンビームがウェハＷに照射不能な照射不能方向に向かう照射不能状態の間で切り替え可能である。図２の例では、質量分析スリット２３の開口２３ａ内に向かう矢印が照射可能方向を表し、質量分析スリット２３の開口２３ａ外のビームダンプ２６に向かう矢印が照射不能方向を表す。ここで、質量分析スリット２３は、照射可能方向に向かうイオンビームの少なくとも一部を通過させるスリットであり、ビーム偏向装置としてのビームパーク装置２４と、後述する保持装置としてのウェハ保持装置５２（図２）の間に設けられる。
【0023】
照射不能状態にあるビームパーク装置２４は、ビームラインＡからイオンビームを一時的に退避し、下流の注入処理室１６（またはウェハＷ）に向かうイオンビームをビームダンプ２６によって遮蔽する。すなわち、照射不能方向に向かうイオンビームは、質量分析スリット２３外のビームダンプ２６に衝突して遮断される。ビームパーク装置２４は、ビームラインＡ上の任意の位置に配置できるが、図示の例では質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間に配置されている。前述のように質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間には一定以上の距離が必要であるため、その間にビームパーク装置２４を配置することで効率的にスペースを利用できる。この結果、他の場所にビームパーク装置２４を配置する場合に比べて、ビームラインＡを短くしてイオン注入装置１０全体を小型化できる。
【0024】
図１および図２に示されるビームパーク装置２４は、電界によってイオンビームを偏向させるタイプのビーム偏向装置を構成する。このビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５（２５ａ、２５ｂ）とビームダンプ２６を備える。一対のパーク電極２５ａ、２５ｂは、ビームラインＡを挟んでｙ方向に対向する。ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに印加する電圧の変更によるｙ方向の電界変化に応じて、イオンビームを照射可能方向と照射不能方向の間で切り替える。
【0025】
図２の例では、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに電圧が印加されていない時（すなわち電圧が略零の時）に、イオン注入処理に使用される所望のイオン種のビームが偏向されずに、照射可能方向に直進して質量分析スリット２３の開口２３ａ内を通過する照射可能状態となっている。一方、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに電圧が印加されている時（すなわち電圧が有意な非零の値の時）に、イオン注入処理に使用される所望のイオン種のビームが－ｙ方向に偏向されて、照射不能方向に進んで質量分析スリット２３の開口２３ａ外のビームダンプ２６に衝突して遮蔽される照射不能状態となっている。
【0026】
以上の例では、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに電圧が印加されていないイオンビームの非偏向時に当該イオンビームが照射可能方向に進み、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに電圧が印加されているイオンビームの偏向時に当該イオンビームが照射不能方向に進むが、非偏向時のイオンビームが照射不能方向に進み、偏向時のイオンビームが照射可能方向に進むようにしてもよい。この場合、例えば、図２における質量分析スリット２３の開口２３ａの位置にビームダンプ２６を設け、図２におけるビームダンプ２６の位置に質量分析スリット２３の開口２３ａを設ければよい。この場合、開口２３ａより下流の構成も、当該開口２３ａを通過する（偏向された）イオンビームのビームラインＡ上に設けられる。
【0027】
また、照射可能方向に進むイオンビームおよび照射不能方向に進むイオンビームが、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに印加される異なる電圧によって偏向されたものでもよい。例えば、照射可能方向（質量分析スリット２３の開口２３ａが位置している方向）がビームパーク装置２４へのイオンビームの入射方向に対して第１偏向角度Θ１をなし、照射不能方向（ビームダンプ２６が位置している方向）がビームパーク装置２４へのイオンビームの入射方向に対して第１偏向角度Θ１と有意に異なる第２偏向角度Θ２をなす場合、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに印加する電圧を、第１偏向角度Θ１を実現する第１電圧Ｖ１と第２偏向角度Θ２を実現する第２電圧Ｖ２（≠Ｖ１）の間で切り替えることによって、所望のイオン種のビームの進む方向を照射可能方向と照射不能方向の間で切り替えられる。
【0028】
以上のように一対のパーク電極２５ａ、２５ｂの対向方向はｙ方向であり、質量分析磁石２１のビーム偏向方向（ｘ方向）と直交する。このため、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに印加されるｙ方向の偏向電圧は、質量分析磁石２１がｘ方向に沿って行う質量電荷比Ｍに応じた所望のイオン種の選別を阻害しない。
【0029】
図２の例では、第１パーク電極２５ａがビームラインＡより重力方向（第１パーク電極２５ａおよび第２パーク電極２５ｂの対向方向）上側に配置され、第２パーク電極２５ｂがビームラインＡより重力方向下側に配置される。第１パーク電極２５ａおよび第２パーク電極２５ｂの下流に設けられるビームダンプ２６は、ビームラインＡより重力方向下側であって、質量分析スリット２３の開口２３ａより重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、例えば、質量分析スリット２３の開口２３ａが形成されていない壁状部分である。なお、ビームダンプ２６を質量分析スリット２３と別体に構成してもよい。
【0030】
図３は、一対のパーク電極２５ａ、２５ｂに印加された電圧によって、照射可能方向Ｄ１（またはビームラインＡ）から照射不能方向Ｄ２に偏向されたイオンビームＩＢを模式的に示す。図示されるイオンビームＩＢの偏向角度θは、照射可能方向Ｄ１と照射不能方向Ｄ２のなす角度である。ここで、イオンビームＩＢは一対のパーク電極２５ａ、２５ｂ間の電界が作用する電極間およびその近傍の領域では曲がりながら進むが、イオンビームＩＢの偏向角度θは、イオンビームＩＢが曲がる前に直進していた照射可能方向Ｄ１の直線と、イオンビームＩＢが曲がった後に直進する照射不能方向Ｄ２の直線がなす角度と定義される。偏向角度θが小さすぎるとイオンビームＩＢの一部が質量分析スリット２３の開口２３ａ内に入り込んでしまう恐れがあり、偏向角度θが大きすぎるとビームダンプ２６を構成する質量分析スリット２３が大型化してしまう。本発明者の検討の結果、照射可能方向Ｄ１と照射不能方向Ｄ２のなす偏向角度θは2度と60度の間とするのが好ましい。また、偏向角度θは3度と45度の間とするのがより好ましく、5度と30度の間とするのが更に好ましい。
【0031】
図４は、一対の磁極２５ｃ、２５ｄ間に印加された磁界によって、照射可能方向Ｄ１（またはビームラインＡ）から照射不能方向Ｄ２に偏向されたイオンビームＩＢを模式的に示す。図１～図３に示されたビームパーク装置２４が電界によってイオンビームを偏向させるタイプのビーム偏向装置を構成していたのに対し、図４の変形例に係るビームパーク装置２４は磁界によってイオンビームを偏向させるタイプのビーム偏向装置を構成する。
【0032】
このビームパーク装置２４は、イオンビームＩＢを挟んでｘ方向に対向する一対の磁極２５ｃ、２５ｄを備える。各磁極２５ｃ、２５ｄは鉄等の磁性材料の芯であり、その外周にコイル２５ｅ、２５ｆが巻き付けられている。各磁極２５ｃ、２５ｄおよび各コイル２５ｅ、２５ｆは、当該各コイル２５ｅ、２５ｆに印加される電流の変更によってｘ方向の磁界変化をもたらす電磁石を構成する。各磁極２５ｃ、２５ｄ間のｘ方向の磁界によって、ｚ方向に進行するイオンビームＩＢは－ｙ方向のローレンツ力を受けるため、図３と同様にイオンビームＩＢを照射可能方向Ｄ１と照射不能方向Ｄ２の間で切り替えられる。なお、各磁極２５ｃ、２５ｄに巻き付けられる各コイル２５ｅ、２５ｆに代えてまたは加えて、当該一対の磁極２５ｃ、２５ｄを磁気的に接続する不図示のヨークにコイルを巻き付けてもよい。
【0033】
図４の例では、一対の磁極２５ｃ、２５ｄ間にｘ方向の磁界が印加されていない時に、イオン注入処理に使用される所望のイオン種のビームが偏向されずに、照射可能方向に直進して質量分析スリット２３の開口２３ａ内を通過する照射可能状態となっている。一方、一対の磁極２５ｃ、２５ｄ間にｘ方向の磁界が印加されている時に、イオン注入処理に使用される所望のイオン種のビームが－ｙ方向に偏向されて、照射不能方向に進んで質量分析スリット２３の開口２３ａ外のビームダンプ２６に衝突して遮蔽される照射不能状態となっている。
【0034】
以上の例では、一対の磁極２５ｃ、２５ｄ間に磁界が印加されていないイオンビームの非偏向時に当該イオンビームが照射可能方向に進み、一対の磁極２５ｃ、２５ｄ間に磁界が印加されているイオンビームの偏向時に当該イオンビームが照射不能方向に進むが、非偏向時のイオンビームが照射不能方向に進み、偏向時のイオンビームが照射可能方向に進むようにしてもよい。また、照射可能方向に進むイオンビームおよび照射不能方向に進むイオンビームが、一対の磁極２５ｃ、２５ｄ間に印加される異なる磁界によって偏向されたものでもよい。
【0035】
なお、図１～３の実施形態や図４の変形例に係るビームパーク装置２４に代えてまたは加えて、質量分析部２０における質量分析磁石２１を、磁界によってイオンビームを照射可能方向と照射不能方向の間で偏向させるビーム偏向装置として利用してもよい。前述のように、質量分析磁石２１は－ｙ方向の磁界を印加してイオンビームをｘ方向に偏向させ、照射可能状態では所望の質量電荷比Ｍを有するイオン種が質量分析スリット２３の開口２３ａを通過する。一方、照射不能状態では質量分析磁石２１のｙ方向の磁界を変化させて、所望のイオン種を含むイオンビームを質量分析スリット２３の開口２３ａから外れたｘ方向の位置に偏向させる。この場合、図２の例では開口２３ａからｙ方向に外れた位置に設けられたビームダンプ２６が、開口２３ａからｘ方向に外れた位置に設けられることになる。また、図１～３の実施形態のような電界偏向タイプのビームパーク装置２４と、図４の変形例のような磁界偏向タイプのビームパーク装置２４を併用して、イオンビームを照射可能方向と照射不能方向の間で偏向させてもよい。
【0036】
以下では、前述のような各種のビームパーク装置２４およびビーム偏向装置として機能する質量分析部２０における質量分析磁石２１等を、ビーム偏向装置２４と総称する。
【0037】
図１および図２において、質量分析スリット２３の下流にはビーム遮断機構としても機能するインジェクタファラデーカップ２８が設けられる。インジェクタファラデーカップ２８は、インジェクタ駆動部２９の動作によってビームラインＡに出し入れ可能である。インジェクタ駆動部２９は、インジェクタファラデーカップ２８をビームラインＡの延びる方向（ｚ方向）と直交する方向（例えばｙ方向）に移動させる。図２の破線で示すように、インジェクタファラデーカップ２８がビームラインＡ上に配置された場合、下流側に向かうイオンビームが物理的に遮断される遮断状態となる。一方、図２の実線で示すように、インジェクタファラデーカップ２８がビームラインＡ上から外された場合、下流側に向かうイオンビームが物理的に遮断されずに通過する非遮断状態となる。このように、インジェクタファラデーカップ２８およびインジェクタ駆動部２９は、イオンビームを物理的に遮断する遮断状態、および、イオンビームを通過させる非遮断状態の間で切り替え可能なビーム遮断機構として機能する。
【0038】
インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析部２０によって質量分析されたイオンビームのビーム電流を計測する。質量分析磁石２１の磁界強度を変化させながらビーム電流を測定することで、インジェクタファラデーカップ２８はイオンビームの質量分析スペクトラムを取得できる。この質量分析スペクトラムは、例えば質量分析部２０の質量分解能の算出に利用される。
【0039】
図５～図９は、ビーム遮断機構の変形例を示す。各図のＡ（図５Ａ等）は、ビーム遮断機構がイオンビームＩＢを物理的に遮断する遮断状態を示し、各図のＢ（図５Ｂ等）は、ビーム遮断機構がイオンビームＩＢを通過させる非遮断状態を示す。
【0040】
図５のビーム遮断機構は円形等の板状の遮蔽板２８ａである。図５Ａの遮断状態では、遮蔽板２８ａがビームラインＡ上に配置されており、イオンビームＩＢを物理的に遮断する。図５Ｂの非遮断状態では、遮断状態から図示の矢印のようにビームラインＡの延びる方向（ｚ方向）と直交する方向（例えばｘ方向）の回転軸の周りに回転された遮蔽板２８ａがビームラインＡから外れるため、イオンビームＩＢが通過できる。
【0041】
図６のビーム遮断機構は円形等の板状の遮蔽板２８ｂである。図６Ａの遮断状態では、遮蔽板２８ｂがビームラインＡ上に配置されており、イオンビームＩＢを物理的に遮断する。図６Ｂの非遮断状態では、遮断状態から図示の矢印のようにビームラインＡの延びる方向（ｚ方向）と直交する方向（例えばｙ方向）に移動された遮蔽板２８ｂがビームラインＡから外れるため、イオンビームＩＢが通過できる。
【0042】
図７のビーム遮断機構は円板状の遮蔽板２８ｃであり、その外周の少なくとも一箇所にイオンビームＩＢが通過可能な窓２８ｄまたは孔が形成されている。図７Ａの遮断状態では、窓２８ｄがビームラインＡから外れているため、遮蔽板２８ｃの窓２８ｄ以外の部分がイオンビームＩＢを物理的に遮断する。図７Ｂの非遮断状態では、遮断状態から図示の矢印のようにビームラインＡの延びる方向（ｚ方向）と平行な方向の回転軸の周りに回転された遮蔽板２８ｃの窓２８ｄがビームラインＡ上に配置されるため、イオンビームＩＢが窓２８ｄを通過できる。
【0043】
図８のビーム遮断機構は、ビームラインＡの延びる方向（ｚ方向）と直交する方向（例えばｘ方向）の回転軸２８ｆの周りに回転可能な板状の遮蔽板２８ｅである。図８Ａの遮断状態では、遮蔽板２８ｅがビームラインＡ上に配置されており、イオンビームＩＢを物理的に遮断する。図８Ｂの非遮断状態では、遮断状態から図示の矢印のように回転軸２８ｆの周りに回転された遮蔽板２８ｅがビームラインＡから外れるため、イオンビームＩＢが通過できる。
【0044】
図９のビーム遮断機構は、イオンビームＩＢが通過可能な通路２８ｈが形成され、ビームラインＡの延びる方向（ｚ方向）と直交する方向（例えばｘ方向）の回転軸の周りに回転可能なブロック状の遮蔽体２８ｇである。図９Ａの遮断状態では、通路２８ｈがビームラインＡと交差または直交しているため、遮蔽体２８ｇの通路２８ｈ以外の部分がイオンビームＩＢを物理的に遮断する。図９Ｂの非遮断状態では、遮断状態から図示の矢印のように回転された遮蔽体２８ｇの通路２８ｈがビームラインＡ上に略平行に配置されるため、イオンビームＩＢが通路２８ｈを通過できる。
【0045】
【0046】
図１および図２において、ビーム整形部３０は収束／発散四重極レンズ（Ｑレンズ）等の収束／発散装置を備え、質量分析部２０を通過したイオンビームを所望の断面形状に整形する。例えば電界式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）で構成されるビーム整形部３０は、三つの四重極レンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有する。三つのレンズ装置３０ａ～３０ｃを用いることで、ビーム整形部３０はイオンビームの収束または発散をｘ方向およびｙ方向について独立に調整できる。ビーム整形部３０は、磁界式のレンズ装置を含んでもよいし、電界と磁界の両方を利用してイオンビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。
【0047】
ビーム走査装置３２は、電界および磁界の少なくとも一方によってウェハＷに照射されるイオンビーム（ビーム整形部３０が整形したもの）でｘ方向の所定の走査角度範囲を往復走査する。後述するように、ビーム走査装置３２は、ビームパーク装置２４に代えてまたは加えて、イオンビームを照射可能方向と照射不能方向の間で偏向させるビーム偏向装置としても利用できる。ビーム走査装置３２は、ビーム走査方向（ｘ方向）に対向する走査電極対を備える。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で、電極間の電界を変化させてイオンビームをｚｘ平面内の様々な角度に偏向させる。この結果、イオンビームがｘ方向の走査範囲全体に亘って走査される。図１において、矢印Ｘによってイオンビームの走査方向および走査範囲が例示され、当該走査範囲におけるイオンビームの複数の軌道が一点鎖線で例示されている。
【0048】
ビーム平行化部３４は、ビーム走査装置３２によって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Ａの軌道と略平行に整える。ビーム平行化部３４は、ｙ方向の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状の複数の平行化レンズ電極を備える。平行化レンズ電極は、高圧電源（不図示）に接続されており、印加された電圧による電界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ビームラインＡと略平行に揃える。なお、ビーム平行化部３４は他のタイプのビーム平行化装置、例えば磁界を利用する磁石装置で置換してもよい。また、ビーム平行化部３４の下流には、イオンビームを加速または減速させるためのＡＤ（Accel/Decel）コラム（不図示）を設けてもよい。
【0049】
角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３６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）に偏向して注入処理室１６に導く。角度エネルギーフィルタ３６は、高圧電源（不図示）に接続された電界偏向用のＡＥＦ電極対を備える。図２において、上側（＋ｙ側）のＡＥＦ電極に正電圧を印加し、下側（－ｙ側）のＡＥＦ電極に負電圧を印加することで、正電荷のイオンビームを下方に偏向させる（負電荷のイオンビームの場合は、上側のＡＥＦ電極に負電圧を印加し、下側のＡＥＦ電極に正電圧を印加する）。なお、角度エネルギーフィルタ３６は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよいし、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁界偏向用の磁石装置の組合せで構成されてもよい。
【0050】
以上のように、ビームライン装置１４は、被処理物としてのウェハＷに照射されるべきイオンビームを注入処理室１６に供給する。注入処理室１６は、ビームラインＡの上流側から順に、エネルギースリット３８、プラズマシャワー装置４０、サイドカップ４２（４２Ｒ、４２Ｌ）、プロファイラカップ４４、ビームストッパ４６を備える。図２に示されるように、注入処理室１６は、一枚または複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置５０を備える。
【0051】
エネルギースリット３８は、角度エネルギーフィルタ３６の下流側に設けられ、角度エネルギーフィルタ３６と共にウェハＷに入射するイオンビームのエネルギーを分析する。エネルギースリット３８は、ビーム走査方向（ｘ方向）に横長のスリットであるエネルギー制限スリット（ＥＤＳ：Energy Defining Slit）である。エネルギースリット３８は、エネルギーが所望の値または所望の範囲内のイオンビームをウェハＷに向けて通過させ、それ以外のイオンビームを遮蔽する。
【0052】
プラズマシャワー装置４０は、エネルギースリット３８の下流側に配置される。プラズマシャワー装置４０は、イオンビームのビーム電流量に応じてイオンビームおよび／またはウェハＷの表面（ウェハ被処理面）に低エネルギー電子を供給し、イオン注入で生じるウェハ被処理面上の正電荷の蓄積（いわゆるチャージアップ）を抑制する。プラズマシャワー装置４０は、例えば、イオンビームが通過するシャワーチューブと、当該シャワーチューブ内に電子を供給するプラズマ発生装置を含む。
【0053】
サイドカップ４２（４２Ｒ、４２Ｌ）は、ウェハＷへのイオン注入処理中にイオンビームのビーム電流を測定する。図１に示されるように、サイドカップ４２Ｒ、４２Ｌは、ビームラインＡ上に配置されるウェハＷから左右（ｘ方向）にずれて配置されており、イオン注入時にウェハＷに向かうイオンビームを遮らない位置に配置される。イオンビームは、ウェハＷが位置する範囲を超えてｘ方向に走査されるため、イオン注入時においても走査されるビームの一部がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌに入射する。このように、イオン注入処理中のビーム電流量がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって計測される。イオン注入時にサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌに入射するイオンビームは被処理物としてのウェハＷに照射されないため、サイドカップ４２Ｒ、４２ＬはウェハＷに照射不能な照射不能方向に向かうイオンビームのビーム電流を測定する第２ビーム電流測定器（第１ビーム電流測定器については後述する）を構成する。なお、照射不能方向に向かうイオンビームが衝突するビームダンプ２６上にファラデーカップ等のビーム電流測定器を設けて第２ビーム電流測定器としてもよい。
【0054】
プロファイラカップ４４は、ウェハ被処理面におけるビーム電流を測定する。プロファイラカップ４４は、駆動部４５の動作によってｘ方向に移動可能であり、イオン注入時にウェハＷが位置する注入領域から待避され、ウェハＷが注入領域にない時に当該注入領域に挿入される。ｘ方向に駆動されるプロファイラカップ４４は、ｘ方向のビーム走査範囲の全体に亘ってビーム電流を測定できる。プロファイラカップ４４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できるように、ｘ方向に配列された複数のファラデーカップを備えてもよい。プロファイラカップ４４に入射するイオンビームはイオン注入時に被処理物としてのウェハＷが位置する注入領域に入射するため、プロファイラカップ４４はウェハＷに照射可能な照射可能方向に向かうイオンビームのビーム電流を測定する第１ビーム電流測定器を構成する。なお、照射可能方向に向かうイオンビームが衝突するビームストッパ４６上にファラデーカップ等のビーム電流測定器を設けて第１ビーム電流測定器としてもよい。
【0055】
プロファイラカップ４４は、第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂを備える。第１プロファイラカップ４４ａは、注入工程の前の準備工程で使用される通常測定用の第１ファラデーカップである。第２プロファイラカップ４４ｂは、校正工程で使用される校正用の第２ファラデーカップである。第２プロファイラカップ４４ｂの手前には遮蔽部材４３が設けられ、注入工程や準備工程において第２プロファイラカップ４４ｂにイオンビームが入射できないようになっている。なお、遮蔽部材４３は、第２プロファイラカップ４４ｂへのイオンビームの入射を遮るための専用部材でなくてもよく、注入処理室１６内に設けられる任意の構造体の一部または全体でよい。
【0056】
第２プロファイラカップ４４ｂは、第１プロファイラカップ４４ａに比べて測定精度が高いものでもよい。例えば、第２プロファイラカップ４４ｂは、第１プロファイラカップ４４ａより高精度に構成部品が加工されることで、測定対象のイオンビームが入射する開口のサイズの公差が小さくなる。また、第２プロファイラカップ４４ｂは、第１プロファイラカップ４４ａに比べて使用による測定精度の低下が遅くなるものでもよい。例えば、第２プロファイラカップ４４ｂは、第１プロファイラカップ４４ａより耐消耗性が高い構成部品によって構成されてもよい。
【0057】
第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂは、互いに独立して駆動部４５によって駆動可能である。第１プロファイラカップ４４ａは、駆動部４５の第１駆動軸４５ａに沿ってｘ方向に移動可能である。第２プロファイラカップ４４ｂは、駆動部４５の第２駆動軸４５ｂに沿ってｘ方向に移動可能である。第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂの移動方向は互いに略平行である。
【0058】
サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一つは、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、イオン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、当該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を備える。この角度計測器は、スリットを通過したイオンビームをスリット幅方向に並ぶ複数の電流検出部で計測することで、スリット幅方向のビームの角度成分または角度分布を測定できる。サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一つは、ｘ方向の角度情報を測定可能な第１角度測定器および／またはｙ方向の角度情報を測定可能な第２角度測定器を備えてもよい。
【0059】
プラテン駆動装置５０は、ウェハ保持装置５２と、往復運動機構５４と、ツイスト角度調整機構５６と、チルト角度調整機構５８を備える。
【0060】
イオンビームが照射されるウェハＷを保持するためのウェハ保持装置５２はウェハＷを支持する支持機構を構成し、支持されたウェハＷを静電引力によって保持する静電保持機構としての静電チャックを備える。ウェハ保持装置５２は、イオン注入されるウェハＷを加熱または冷却するための温度調整装置を備えてもよい。温度調整装置は、ウェハＷを室温より20℃以上、50℃以上、100℃以上高い温度に加熱する加熱装置であってもよいし、ウェハＷを室温より20℃以上、50℃以上、100℃以上低い温度に冷却する冷却装置であってもよい。ウェハＷの温度は、ウェハＷに注入されるイオンの濃度分布（注入プロファイル）やイオン注入によってウェハＷに形成される結晶欠陥（注入ダメージ）に影響を及ぼす。室温より高温のウェハＷにイオンビームを照射する処理は高温注入とも呼ばれる。また、室温より低温のウェハＷにイオンビームを照射する処理は低温注入とも呼ばれる。
【0061】
往復運動機構５４は、支持機構を含むウェハ保持装置５２をイオンビームと交差する方向に往復移動させる駆動機構である。往復運動機構５４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）に支持機構を含むウェハ保持装置５２を往復運動させることで、ウェハ保持装置５２で保持されたウェハＷをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによってウェハＷの往復運動の方向および範囲が例示されている。
【0062】
注入角度調整機構を構成するツイスト角度調整機構５６はウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ被処理面の中央において当該ウェハ被処理面に対して直交する法線を回転軸としてウェハＷを回転させることで、ウェハＷの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置の間のツイスト角度を調整する。ここで、ウェハＷのアライメントマークは、例えばウェハＷの外周部に設けられるノッチやオリフラであり、ウェハＷの結晶方向やウェハＷの周方向の角度位置の基準となる。ツイスト角度調整機構５６は、ウェハ保持装置５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持装置５２と共に往復運動機構５４によって往復運動される。
【0063】
注入角度調整機構を構成するチルト角度調整機構５８はウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ被処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ被処理面の法線の間のチルト角度を調整する。図２の例では、ウェハＷの傾斜角のうちｘ方向の軸を回転の中心軸とする回転角がチルト角度としてチルト角度調整機構５８によって調整される。チルト角度調整機構５８は、往復運動機構５４と注入処理室１６の内壁の間に設けられており、往復運動機構５４を含むプラテン駆動装置５０全体をＲ方向（図２）に回転させることでウェハＷのチルト角度を調整する。
【0064】
プラテン駆動装置５０は、イオンビームがウェハＷに照射されるイオン注入位置と、ウェハ搬送装置１８との間でウェハＷが搬入または搬出される搬送位置との間でウェハＷが移動可能となるようにウェハＷを保持する。すなわち、プラテン駆動装置５０は、ウェハ保持装置５２で支持されたウェハＷにイオンビームが照射されるイオン注入位置と、ウェハ搬送装置１８がウェハ保持装置５２との間でウェハＷを搬送可能な搬送位置の間で、ウェハ保持装置５２を移動させる移動装置を構成する。図２は、ウェハＷおよびウェハ保持装置５２がイオン注入位置にある状態を示しており、ウェハ保持装置５２はビームラインＡと交差するようにウェハＷを保持する。ウェハＷの搬送位置は、ウェハ搬送装置１８に設けられる搬送機構または搬送ロボットが搬送口４８を通じてウェハＷを搬入または搬出する際のウェハ保持装置５２の位置に対応する。
【0065】
ビームストッパ４６はビームラインＡの最下流に設けられ、例えば注入処理室１６の内壁に取り付けられる。ビームラインＡ上にウェハＷおよびプロファイラカップ４４が存在しない場合のイオンビームがビームストッパ４６に入射する。ビームストッパ４６は、注入処理室１６とウェハ搬送装置１８の間を接続する搬送口４８の近くに配置され、図２の例では搬送口４８より鉛直下方（－ｙ方向）の位置に設けられる。
【0066】
ビームストッパ４６には、複数のチューニングカップ４７（４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ）が設けられる。各チューニングカップ４７は、ビームストッパ４６に入射するイオンビームの一部のビーム電流を測定するファラデーカップである。複数のチューニングカップ４７は、ｘ方向に沿って離間して配置されている。各チューニングカップ４７は、例えば、イオン注入位置におけるビーム電流をプロファイラカップ４４によらず簡易的に測定するために用いられる。これらのチューニングカップ４７および／または前述のサイドカップ４２は、イオンビームの一部がウェハＷに照射される際に、当該ウェハＷに照射されない当該イオンビームの他の部分をビーム電流として測定するドーズ制御用のビーム電流測定器を構成する。
【0067】
イオン注入装置１０は、その動作全般を制御する制御装置６０を更に備える。制御装置６０は、コンピュータの中央演算処理装置、メモリ、入力装置、出力装置、コンピュータに接続される周辺機器等のハードウェア資源と、それらを用いて実行されるソフトウェアの協働により実現される。コンピュータの種類や設置場所は問わず、制御装置６０の各機能は、単一のコンピュータのハードウェア資源で実現してもよいし、複数のコンピュータに分散したハードウェア資源を組み合わせて実現してもよい。制御装置６０の詳細については後述する。
【0068】
図１０は、イオンビームＢが照射されるウェハＷの被処理面ＷＳを正面から（－ｚ方向から）見た正面図であり、注入処理室１６内の概略構成を示す。イオンビームＢは、矢印Ｘで示されるようにビーム走査装置３２によってｘ方向に往復走査され、ｘ方向に延びる照射範囲６６を順次照射するスキャンビームＳＢを構成する。ここで、注入工程においてウェハＷの被処理面ＷＳにスキャンビームＳＢが入射してイオンが注入されるイオン注入位置７０が細実線で示されている。
【0069】
イオンビームＢは、ウェハＷが位置する注入範囲６２と、当該注入範囲６２より外側のモニタ範囲６４Ｒ、６４Ｌを含む照射範囲６６に亘って往復走査される。左右のモニタ範囲６４Ｒ、６４Ｌには、前述の左右のサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌが配置される。左右のサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌは、注入工程においてモニタ範囲６４Ｒ、６４ＬまでオーバースキャンされるイオンビームＢを測定できる。イオン注入位置７０のｘ方向の範囲は、注入範囲６２と一致する。イオン注入位置７０のｙ方向の範囲は、イオンビームＢまたはスキャンビームＳＢのｙ方向の照射範囲と一致する。イオン注入位置７０のｚ方向の位置は、ウェハＷの被処理面ＷＳのｚ方向の位置と一致する。
【0070】
前述のプロファイラカップ４４は、注入工程において照射範囲６６より外側の非照射範囲６８（６８Ｒ、６８Ｌ）に待避されている。駆動部４５が右側に配置された図示の例では、注入工程において第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂが右側の非照射範囲６８Ｒに待避されている。なお、駆動部４５が左側に配置される場合は、注入工程において第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂが左側の非照射範囲６８Ｌに待避されてもよい。
【0071】
前述の遮蔽部材４３も右側の非照射範囲６８Ｒに設けられ、ビーム進行方向（ｚ方向）において第２プロファイラカップ４４ｂと重なるように配置されている。換言すれば、遮蔽部材４３のビーム進行方向と直交する方向（ｘ方向およびｙ方向）の範囲は、第２プロファイラカップ４４ｂのビーム進行方向と直交する方向の範囲と少なくとも部分的に重複している。遮蔽部材４３は、校正工程を除いて第２プロファイラカップ４４ｂに向かうイオンビームＢを遮蔽する。遮蔽部材４３によって校正工程を除いてイオンビームＢが第２プロファイラカップ４４ｂに入射できないため、イオンビームＢによる第２プロファイラカップ４４ｂの消耗や汚損を防止できる。
【0072】
ウェハＷ（Ｗ１、Ｗ１’、Ｗ２、Ｗ２’）は、矢印Ｙで示されるようにプラテン駆動装置５０の往復運動機構５４によってｙ方向に往復駆動され、ｙ方向に延びる往復移動範囲６９を順次移動する。ここで、往復移動範囲６９は、例えばウェハＷの被処理面ＷＳの中心（Ｏ１、Ｏ１’、Ｏ２、Ｏ２’）が通過するｙ方向の範囲である。往復移動範囲６９の上端のｙ方向の位置は、上方の反転端まで移動したウェハＷ１の中心Ｏ１のｙ方向の位置に対応し、往復移動範囲６９の下端のｙ方向の位置は、下方の反転端まで移動したウェハＷ２の中心Ｏ２のｙ方向の位置に対応する。
【0073】
往復移動範囲６９は、ウェハＷの被処理面ＷＳの少なくとも一部にイオンビームＢが照射されるビーム照射範囲６５と、当該ビーム照射範囲６５の少なくとも一方の端に隣接しウェハＷの被処理面ＷＳにイオンビームＢが照射されないビーム非照射範囲６７（６７Ｕ、６７Ｄ）を含む。図１０の例では、ビーム非照射範囲６７は、ビーム照射範囲６５の上端に隣接する第１ビーム非照射範囲６７Ｕおよびビーム照射範囲６５の下端に隣接する第２ビーム非照射範囲６７Ｄを含む。
【0074】
ここで、第１ビーム非照射範囲６７Ｕの上端は、往復移動範囲６９の上方の反転端と一致し、第１ビーム非照射範囲６７Ｕの下端（ビーム照射範囲６５の上端）は、例えばウェハＷ１’の下端がイオン注入位置７０を上方に離脱した際の被処理面ＷＳの中心Ｏ１’のｙ方向の位置に対応する。また、第２ビーム非照射範囲６７Ｄの下端は、往復移動範囲６９の下方の反転端と一致し、第２ビーム非照射範囲６７Ｄの上端（ビーム照射範囲６５の下端）は、例えばウェハＷ２’の下端がイオン注入位置７０を下方に離脱した際の被処理面ＷＳの中心Ｏ２’のｙ方向の位置に対応する。
【0075】
続いて、制御装置６０の制御の下で実行されるイオン注入装置１０の注入工程、準備工程、校正工程について説明する。
【0076】
図１１は、注入工程における注入処理室１６内を模式的に示す上面図である。注入工程において、ウェハＷは注入範囲６２に配置され、プロファイラカップ４４は非照射範囲６８に配置される。第１プロファイラカップ４４ａは、破線で示される第１待避位置７１に配置され、第２プロファイラカップ４４ｂは、破線で示される第２待避位置７２に配置される。第１待避位置７１および第２待避位置７２は、右側の非照射範囲６８Ｒ内においてｘ方向に隣り合っている。第１待避位置７１は、第２待避位置７２よりイオン注入位置７０に近い左側に位置する。遮蔽部材４３は、第２待避位置７２にある第２プロファイラカップ４４ｂの入口を塞ぐように配置されている。
【0077】
注入工程ではサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって常時ビーム電流を測定できる。一方、注入工程におけるプロファイラカップ４４やチューニングカップ４７は、ビーム電流の間欠的な測定しかできない。このため、注入工程ではサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されるビーム電流値に基づいて、ウェハＷの被処理面ＷＳに注入されるイオンのドーズ量が制御される。注入工程中にサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されるビーム電流値が変化した場合、往復運動機構５４によってウェハＷのｙ方向の往復運動の速度を変化させることで、ウェハＷの被処理面ＷＳのドーズ量分布が調整される。例えば、被処理面ＷＳ内で均一なドーズ量分布を実現したい場合、サイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによってモニタされるビーム電流値に比例する速度でウェハＷを往復運動させる。具体的には、モニタされたビーム電流値が増加した場合にはウェハＷの往復運動を速くし、モニタされたビーム電流値が減少した場合にはウェハＷの往復運度を遅くする。これによって、スキャンビームＳＢのビーム電流の変動に起因する被処理面ＷＳ内におけるドーズ量のばらつきを防止できる。なお、サイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されたビーム電流値が所定の電流値から例えば±10%以上乖離した場合は、異常値としてイオン注入装置１０を停止させてもよい。
【0078】
注入工程において、制御装置６０はサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されたビーム電流値を取得し、それに基づいてプラテン駆動装置５０の動作を制御する。例えば、制御装置６０は、サイドカップ４２Ｒ、４２Ｌから取得したビーム電流値に比例する速度でウェハＷがｙ方向に往復運動されるように、プラテン駆動装置５０に対する速度指令を生成する。
【0079】
図１２は、準備工程における注入処理室１６内を模式的に示す上面図である。注入工程の前に実行される準備工程では、注入範囲６２およびモニタ範囲６４Ｒ、６４Ｌ（すなわち照射範囲６６全体）に亘ってスキャンビームＳＢのビーム電流が測定される。注入範囲６２におけるビーム電流は、第１プロファイラカップ４４ａおよび／またはチューニングカップ４７によって測定される。モニタ範囲６４Ｒ、６４Ｌにおけるビーム電流は、注入工程と同様にサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定される。
【0080】
準備工程では第１プロファイラカップ４４ａが、第１待避位置７１から一または複数の第１測定位置７６にｘ方向に移動する。各第１測定位置７６は、ビーム進行方向（ｚ方向）においてイオン注入位置７０（または注入範囲６２）と重なり、注入工程における被処理面ＷＳに一致する平面（以下では測定面ＭＳともいう）上にある。従って、第１プロファイラカップ４４ａは、注入工程においてウェハＷにイオンが注入されるイオン注入位置７０に含まれる第１測定位置７６でビーム電流を測定できる。第１プロファイラカップ４４ａは、ｘ方向に沿って複数の第１測定位置７６の間を移動しながらビーム電流を測定することで、イオン注入位置７０（または測定面ＭＳ）におけるｘ方向のビーム電流分布を取得してもよい。
【0081】
複数のチューニングカップ４７は、第１測定位置７６と同様にビーム進行方向（ｚ方向）においてイオン注入位置７０（または注入範囲６２）と重なるが、イオン注入位置７０（または測定面ＭＳ）より下流側（＋ｚ方向側）に離れている。複数のチューニングカップ４７は、第１プロファイラカップ４４ａのように待避位置と測定位置の間で移動させる必要がないため、第１プロファイラカップ４４ａに比べて簡易的に注入範囲６２におけるビーム電流を測定できる。
【0082】
準備工程において、制御装置６０は注入処理室１６内の各種のファラデーカップ、具体的には、サイドカップ４２Ｒ、４２Ｌ、第１プロファイラカップ４４ａ、複数のチューニングカップ４７によって測定されたビーム電流値を取得する。制御装置６０は、各ファラデーカップから取得した各ビーム電流値の間の比率を記憶し、注入工程においてサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されるモニタ範囲６４Ｒ、６４Ｌにおけるビーム電流値に基づいて、注入範囲６２（イオン注入位置７０または被処理面ＷＳ）における所望のビーム電流値を算出する。通常、各ファラデーカップで測定される各ビーム電流値の間の比率は、ビームライン装置１４の光学系の構成や設定に依存し、イオン生成装置１２から引き出されるイオンビームＢのビーム電流が多少変動したとしても略一定である。つまり、準備工程においてビームライン装置１４の光学系の構成や設定が決定されれば、その後の注入工程でも各ビーム電流値間の比率はほとんど変わらない。従って、準備工程において記憶された各ビーム電流値間の比率と、注入工程においてサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されるビーム電流値に基づいて、注入工程においてウェハＷにイオンが注入されるイオン注入位置７０（注入範囲６２または被処理面ＷＳ）でのビーム電流値を算出できる。
【0083】
なお、図１１の注入工程および図１２の準備工程では、第２プロファイラカップ４４ｂは使用されない。第２プロファイラカップ４４ｂは、準備工程および注入工程を通じて、遮蔽部材４３によってスキャンビームＳＢが遮られる第２待避位置７２に留まる。第２プロファイラカップ４４ｂは、第１プロファイラカップ４４ａのビーム電流の測定値を校正するための校正工程において使用される。校正工程は、未使用のイオン注入装置１０の運用開始時や、第１プロファイラカップ４４ａのクリーニングや交換のためのメンテナンス時等に実行される。
【0084】
図１３は、校正工程における注入処理室１６内を模式的に示す上面図である。校正工程では第２プロファイラカップ４４ｂが、第２待避位置７２から一または複数の第２測定位置７７にｘ方向に移動する。各第２測定位置７７は、各第１測定位置７６と同様にビーム進行方向（ｚ方向）においてイオン注入位置７０（または注入範囲６２）と重なり、注入工程における被処理面ＷＳに一致する平面（測定面ＭＳ）上にある。各第２測定位置７７は、各第１測定位置７６と少なくとも部分的に一致する。第２プロファイラカップ４４ｂは、注入工程における被処理面ＷＳと同じ位置でビーム電流を測定可能であり、準備工程における第１プロファイラカップ４４ａと同じ位置でビーム電流を測定可能である。第２プロファイラカップ４４ｂは、ｘ方向に沿って複数の第２測定位置７７の間を移動しながらビーム電流を測定することで、イオン注入位置７０（または測定面ＭＳ）におけるｘ方向のビーム電流分布を取得してもよい。
【0085】
校正工程における第１プロファイラカップ４４ａは、第１待避位置７１と異なる第３待避位置７３に配置されてもよい。図示の例では第３待避位置７３が、左側の非照射範囲６８Ｌ内にある。この場合の第３待避位置７３は、注入範囲６２を挟んで第１待避位置７１および第２待避位置７２と反対側にある。第１プロファイラカップ４４ａを第３待避位置７３に待避させることで、第２プロファイラカップ４４ｂが第２待避位置７２から第２測定位置７７に移動する際に第１プロファイラカップ４４ａと干渉しなくなる。
【0086】
校正工程では、第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂを別個または独立に駆動してもよいし同時に駆動してもよい。前者の独立駆動の場合、最初に第１プロファイラカップ４４ａが第１測定位置７６の少なくとも一つに移動され、イオン注入位置７０におけるビーム電流値を測定する。続いて第２プロファイラカップ４４ｂが第２測定位置７７の少なくとも一つに移動され、イオン注入位置７０におけるビーム電流値を測定する。また、同時駆動の場合は、第１プロファイラカップ４４ａが第１待避位置７１から第３待避位置７３に向かってｘ方向に移動しながら、一または複数の第１測定位置７６でビーム電流値を測定する。これと同時に、第２プロファイラカップ４４ｂが第２待避位置７２から第２測定位置７７の少なくとも一つに移動してビーム電流値を測定する。以上のようにプロファイラカップ４４を動作させることで、第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂによって、イオン注入位置７０における同一の測定位置でスキャンビームＳＢを同一の条件で測定できる。
【0087】
制御装置６０は、第１プロファイラカップ４４ａおよび第２プロファイラカップ４４ｂによって測定されたビーム電流値に基づいて、第１プロファイラカップ４４ａの測定値を校正するための校正パラメータを決定する。校正工程において第１プロファイラカップ４４ａによって取得された第１ビーム電流測定値をＩ１とし、校正工程において第２プロファイラカップ４４ｂによって取得された第２ビーム電流測定値をＩ２とした場合、校正パラメータｋは第１ビーム電流測定値Ｉ１と第２ビーム電流測定値Ｉ２の比率Ｉ２／Ｉ１で表される（ｋ＝Ｉ２／Ｉ１）。校正パラメータｋによって、準備工程において第１プロファイラカップ４４ａによって取得されるビーム電流測定値Ｉ１に基づいて、第２プロファイラカップ４４ｂを基準とする校正されたビーム電流値Ｉ２をＩ２＝ｋ×Ｉ１によって算出できる。注入工程では、校正パラメータｋによって校正されたビーム電流値ｋ×Ｉ１を基準としてウェハＷの被処理面ＷＳにおけるイオンのドーズ量が制御される。
【0088】
続いて、ツイスト角度調整機構５６およびチルト角度調整機構５８によって構成される注入角度調整機構について説明する。この注入角度調整機構は、ウェハ保持装置５２で支持されたウェハＷのイオンビームに対する注入角度を調整する。本実施形態では、注入条件（注入角度）の異なる複数のイオン注入工程を同一のウェハＷに対して連続的に実行する。以下では、注入角度調整機構が注入角度を４通りに調整し、当該各注入角度での４回に亘るイオン注入工程を同一のウェハＷに対して連続的に実行する例を説明する。各注入角度は、チルト角度調整機構５８によって設定される0度ではない一定のチルト角度θと、ツイスト角度調整機構５６によって設定される互いに異なる４通りのツイスト角度φ（例えば、0度、90度、180度、270度）の組によって定まる。なお、注入角度が異なる各イオン注入工程では、ウェハＷの被処理面ＷＳ内のドーズ量分布が所望の不均一形状となるように設定されてもよく、被処理面ＷＳ内の領域毎に照射されるイオンビームの電流密度分布が変化するようにイオン注入条件が設定されてもよい。
【0089】
図１４は、非零のチルト角度θによる注入工程を模式的に示す図である。ここでは、ゲート８０、ドレイン領域８３、ソース領域８４が被処理面ＷＳに形成されたウェハＷがイオンビームＢに対してチルト角度θで傾けられ、ゲート８０の下部に照射されたイオンビームＢがハロー注入領域８５を形成する様子が示されている。ウェハＷのチルト角度θは、ゲート８０の下部に効果的にイオンビームＢが照射されるように、数度以上、好ましくは十度以上に設定される。なお、このような「非零チルト角度注入工程」は、ハロー注入領域とは異なる任意のイオン注入領域を形成するために実行されてもよい。
【0090】
図１５（ａ）～（ｄ）は、ツイスト角度調整機構５６によるツイスト角度φの変化を模式的に示す。ツイスト角度φは、ウェハＷの被処理面の中心を通る法線（図１５の紙面に垂直な直線）を回転軸とするウェハＷの回転角度である。ツイスト角度φは、例えばウェハＷの外周部に設けられるアライメントマーク８８の回転位置（ノッチ位置）に対応する。図１５（ａ）においてアライメントマーク８８がウェハＷの下端にある状態のツイスト角度φをφ０とすれば、図１５（ｂ）においてアライメントマーク８８がウェハＷの左端にある状態のツイスト角度φはφ０+90度であり、図１５（ｃ）においてアライメントマーク８８がウェハＷの上端にある状態のツイスト角度φはφ０+180度であり、図１５（ｄ）においてアライメントマーク８８がウェハＷの右端にある状態のツイスト角度φはφ０+270度である。なお、図１５（ａ）～（ｄ）では、第１方向に延在するゲート８１と、第１方向と直交する第２方向に延在するゲート８２がウェハＷの被処理面に形成されている。このウェハＷはツイスト角度調整機構５６によって４通りのツイスト角度φ０、φ０+90度、φ０+180度、φ０+270度に順次切り替えられ、当該各ツイスト角度φでの４回に亘るイオン注入工程が同一のウェハＷに対して連続的に実行される。
【0091】
以下では、ツイスト角度調整機構５６がウェハＷのツイスト角度φを切り替える際の、切り替え前のツイスト角度φを第１ツイスト角度φ１と総称し、切り替え後のツイスト角度φを第２ツイスト角度φ２と総称する。また、第１ツイスト角度φ１（および所定チルト角度θ０）による注入角度を第１注入角度と総称し、第２ツイスト角度φ２（および所定チルト角度θ０）による注入角度を第２注入角度と総称する。第１ツイスト角度φ１と第２ツイスト角度φ２の差は0度より大きく180度以下とするのが好ましい。図１５の例において（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）のようにツイスト角度φが順に切り替えられる場合、第１ツイスト角度φ１と第２ツイスト角度φ２の差は90度で一定である。このように、同一のウェハＷに対してＮ通り（Ｎは２以上の自然数であり、図１５ではＮ＝４）のツイスト角度φを適用する場合、第１ツイスト角度φ１と第２ツイスト角度φ２の差はＮ回全てで等しい（図１５では90度で一定）のが好ましい。この時、第１ツイスト角度φ１と第２ツイスト角度φ２の差は、360度をＮで除した角度となる（図１５では、360度÷4＝90度）。また、ツイスト角度φの適用数Ｎは２以上かつ３２以下の偶数とするのが好ましい。
【0092】
図１６（ａ）～（ｄ）は、図１５（ａ）～（ｄ）のようにツイスト角度φが異なる非零チルト角度注入工程を模式的に示す。ウェハＷのチルト角度θを非零のθ０に保持した状態で、図１５（ａ）～（ｄ）のようにツイスト角度φを切り替えながら４回に亘る注入工程を実行することで、延在方向が互いに異なるゲート８１およびゲート８２の両方の直下にハロー注入領域８５ａ～８５ｄを形成できる。
【0093】
図１６（ａ）では、ゲート８１の延在方向（第１方向）がｘ方向となるツイスト角度φ０に設定されることで、ゲート８１の一方の隣接領域（図１６（ａ）におけるゲート８１の左下領域）に第１ハロー注入領域８５ａが形成される。図１６（ｂ）では、ゲート８２の延在方向（第２方向）がｘ方向となるツイスト角度φ０+90度に切り替えられることで、ゲート８２の一方の隣接領域（図１６（ｂ）におけるゲート８２の左下領域）に第２ハロー注入領域８５ｂが形成される。図１６（ｃ）では、ゲート８１の延在方向（第１方向）が図１６（ａ）とは逆のｘ方向となるツイスト角度φ０+180度に切り替えられることで、ゲート８１の他方の隣接領域（図１６（ｃ）におけるゲート８１の左下領域、かつ、図１６（ａ）におけるゲート８１の右上領域）に第３ハロー注入領域８５ｃが形成される。図１６（ｄ）では、ゲート８２の延在方向（第２方向）が図１６（ｂ）とは逆のｘ方向となるツイスト角度φ０+270度に切り替えられることで、ゲート８２の他方の隣接領域（図１６（ｄ）におけるゲート８２の左下領域、かつ、図１６（ｂ）におけるゲート８２の右上領域）に第４ハロー注入領域８５ｄが形成される。
【0094】
以上のように、ツイスト角度φを変えながら非零チルト角度注入工程を複数回に亘って実行することで、異なる方向に延びるゲートの両側のドレイン領域およびソース領域に対応する箇所にハロー注入領域を形成できる。
【0095】
図１４～図１６では、チルト角度調整機構５８によって設定されるチルト角度θと、ツイスト角度調整機構５６によって設定されるツイスト角度φの組によって、ウェハＷの注入角度が切り替えられたが、他のパラメータによってウェハＷの注入角度を切り替えてもよい。例えば、図１０において、ウェハＷの被処理面ＷＳ内（図１０における紙面内）で交差する二つの回転軸（例えば、図１０における上下方向（ｙ方向）の回転軸と左右方向（ｘ方向）の回転軸）の周りの回転角度の組によってウェハＷの注入角度を切り替えてもよい。
【0096】
図１７は、イオン注入装置１０の機能ブロック図である。イオン注入装置１０の制御装置６０は、プロセッサ６１およびメモリ６３を備える。プロセッサ６１は、ビーム偏向装置２４（ビームパーク装置２４等）、ビーム遮断機構２８（インジェクタファラデーカップ２８等）、ビーム走査装置３２、ビーム電流測定器４２、４４、４７（サイドカップ４２、プロファイラカップ４４、チューニングカップ４７等）、プラテン駆動装置５０（ツイスト角度調整機構５６およびチルト角度調整機構５８によって構成される注入角度調整機構と、往復運動機構５４を含む）等のイオン注入装置１０の各部を制御する。メモリ６３は、プロセッサ６１によって実行されるプログラムを格納する。プロセッサ６１は、メモリ６３に格納されたプログラムに基づいてイオン注入装置１０の各部を制御し、以下の一連のステップを実行する。
【0097】
図１８は、プロセッサ６１がメモリ６３に格納されたプログラムに基づいて実行するイオン注入装置１０の注入工程における基本動作を模式的に示すタイミングチャートである。図１８における各行は、イオン注入装置１０の被処理物としてのウェハＷのｙ方向の速度、注入角度調整機構によるウェハＷの注入角度、ビーム偏向装置２４およびビーム遮断機構２８の動作状態を模式的に示す。
【0098】
また、図１８における各列は、イオン注入装置１０の基本動作を構成する一連のステップを経時的に示す。各ステップは図１０におけるウェハＷのｙ方向の位置または範囲に対応しており、具体的には図１８の左から順に、１列目の「ビーム照射範囲」ではウェハＷがビーム照射範囲６５内を一方のビーム非照射範囲６７に向かって移動しており、２列目の「ビーム非照射範囲」ではウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７内を往復移動範囲６９の反転端に向かって移動しており、３列目の「反転端」ではウェハＷが往復移動範囲６９の反転端で停止しており、４列目の「ビーム非照射範囲」ではウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７内をビーム照射範囲６５に向かって移動しており、５列目の「ビーム照射範囲」ではウェハＷがビーム照射範囲６５内を他方のビーム非照射範囲６７に向かって移動している。
【0099】
図１８の１列目の「ビーム照射範囲」におけるステップ（ａ）では、プロセッサ６１が、注入角度調整機構によって第１注入角度に調整されたウェハＷを、往復運動機構５４によってビーム照射範囲６５から一方のビーム非照射範囲６７（６７Ｕまたは６７Ｄ）に向けて移動させる。第１注入角度は例えば図１６（ａ）の状態に対応し、ツイスト角度φ０およびチルト角度θ０でビーム照射範囲６５内を移動中のウェハＷに対してイオンビームＢが照射される。この「ビーム照射範囲」におけるウェハＷのｙ方向の速度ｖｙは一定でもよいし、図１１の注入工程に関して説明したように均一なドーズ量分布を実現するためにビーム電流測定器４２、４４、４７によって測定されるビーム電流値に応じて制御される速度としてもよい。例えば、ｖｙの大きさは注入工程においてサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されるビーム電流値に比例する。または、ｖｙの大きさはウェハ被処理面内に所望のドーズ不均一性を実現するために、測定されるビーム電流値とウェハＷのｙ方向の位置に応じて制御されてもよい。
【0100】
図１８の２列目の「ビーム非照射範囲」におけるステップ（ｂ）では、プロセッサ６１が、ステップ（ａ）に続いて、往復運動機構５４によって第１注入角度のウェハＷがビーム照射範囲６５から一方のビーム非照射範囲６７に移った後に当該ビーム非照射範囲６７内で移動している間に、注入角度調整機構によってウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更を開始する。ステップ（ｂ）は、図示のようにウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７に入ってから所定時間後に実行されてもよいし、ウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７に入った直後に実行されてもよい。なお、ウェハＷの注入角度を切り替えるためのステップ（ｂ）は、ウェハＷがビーム非照射範囲６７に入る度に実行されてもよいし、ウェハＷがビーム照射範囲６５の移動を所定の複数回行った後に入るビーム非照射範囲６７において実行されてもよい。
【0101】
ここで、ウェハＷがビーム非照射範囲６７に入ったことは、図１１におけるチューニングカップ４７によって検知してもよい。ウェハＷがビーム照射範囲６５内にいる間は、チューニングカップ４７の少なくとも一つがウェハＷによって遮蔽されているが、ウェハＷがビーム非照射範囲６７に移った後は全てのチューニングカップ４７にスキャンビームＳＢが入射する。従って、各チューニングカップ４７のビーム電流の測定値をモニタすることで、ウェハＷがビーム非照射範囲６７に入ったことを検知できる。
【0102】
また、ステップ（ｂ）は、図示のようにウェハＷが往復移動範囲６９の反転端に到着する前に実行されるのが好ましい。ステップ（ｂ）において一方のビーム非照射範囲６７内で移動中のウェハＷは、当該ビーム非照射範囲６７の端でもある往復移動範囲６９の反転端に対して往復運動機構５４によって減速（ｖｙ→0）される。図示の例では「ビーム非照射範囲」の全時間に亘ってウェハＷが減速されているが、「ビーム非照射範囲」の一部の時間に亘ってウェハＷを減速してもよい。
【0103】
図１８の３列目の「反転端」におけるステップ（ｃ－１）では、プロセッサ６１が、ステップ（ｂ）に続いて、往復運動機構５４によって一方のビーム非照射範囲６７の反転端でウェハＷの移動方向を反転させてビーム照射範囲６５に向けて移動させる。図示されるように、ステップ（ｃ－１）では、ウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７の反転端で所定の停止時間に亘って停止されてもよい。この間の「ウェハ速度」は「0」になっている。一方、ステップ（ｂ）で開始された注入角度調整機構によるウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更は、ウェハＷが反転端で停止している間も継続している。また、ステップ（ｃ－１）におけるウェハＷの移動方向反転後に一方のビーム非照射範囲６７内で移動中のウェハＷは、ビーム照射範囲６５に向けて往復運動機構５４によって加速（0→－ｖｙ）される。図示の例では「ビーム非照射範囲」の全時間に亘ってウェハＷが加速されているが、「ビーム非照射範囲」の一部の時間に亘ってウェハＷを加速してもよい。
【0104】
図１８の４列目の「ビーム非照射範囲」におけるステップ（ｃ－２）では、ステップ（ｂ）に続いて、往復運動機構５４によってウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７からビーム照射範囲６５に戻る前に当該ビーム非照射範囲６７内で移動している間に、プロセッサ６１が、ステップ（ｂ）で開始された注入角度調整機構によるウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更を完了する。なお、注入角度調整機構によるウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更は、２列目の「ビーム非照射範囲」でウェハＷが一方のビーム非照射範囲６７内を往復移動範囲６９の反転端に向かって移動している間や、３列目の「反転端」でウェハＷが往復移動範囲６９の反転端で停止している間に完了してもよい。
【0105】
図１８の５列目の「ビーム照射範囲」では、プロセッサ６１が、ステップ（ｃ－２）によって第２注入角度に調整されたウェハＷを、往復運動機構５４によってビーム照射範囲６５内を他方のビーム非照射範囲６７（６７Ｄまたは６７Ｕ）に向けて移動させる。第２注入角度は例えば図１６（ｂ）の状態に対応し、ツイスト角度φ０+90度およびチルト角度θ０でビーム照射範囲６５内を移動中のウェハＷに対してイオンビームＢが照射される。この「ビーム照射範囲」におけるウェハＷのｙ方向の速度－ｖｙ（１列目の「ビーム照射範囲」と逆方向の速度であることを示す「－」が付されている）は一定でもよいし、図１１の注入工程に関して説明したように均一なドーズ量分布を実現するためにビーム電流測定器４２、４４、４７によって測定されるビーム電流値に応じて制御される速度としてもよい。例えば、－ｖｙの大きさは注入工程においてサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌによって測定されるビーム電流値に比例する。または、－ｖｙの大きさはウェハ被処理面内に所望のドーズ不均一性を実現するために、測定されるビーム電流値とウェハＷのｙ方向の位置に応じて制御されてもよい。
【0106】
本実施形態によれば、第１注入角度のウェハＷがビーム照射範囲６５からビーム非照射範囲６７に移動して当該ビーム非照射範囲６７の反転端に到着する前に第２注入角度への変更が開始し（ステップ（ｂ））、当該ウェハＷがビーム非照射範囲６７からビーム照射範囲６５に戻る前に当該ビーム非照射範囲６７内で移動または停止している間に第２注入角度への変更が完了する（ステップ（ｃ－２））。このように、ビーム非照射範囲６７内でのウェハＷの移動および移動方向反転と注入角度の変更を並行して行うことで、ウェハＷのビーム非照射範囲６７における滞在時間を短縮できる。この結果、ウェハＷにスキャンビームＳＢが照射されるビーム照射範囲６５の滞在時間が相対的に長くなるため、イオン注入処理の効率を向上できる。
【0107】
ウェハＷがビーム非照射範囲６７に滞在している間に第１注入角度から第２注入角度への変更を完了させるために、ウェハＷがビーム非照射範囲６７内を当該ビーム非照射範囲６７の反転端に向けて移動する時間Ｔ１、反転端における停止時間Ｔ２、ウェハＷがビーム非照射範囲６７内をビーム照射範囲６５に向けて移動する時間Ｔ３の合計は、注入角度調整機構によるウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更に要する時間以上とするのが好ましく、具体的にはＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３は0.05秒以上かつ1秒以下、0.2秒以上かつ0.8秒以下、0.3秒以上かつ0.6秒以下等とするのが好ましい。特に、反転端における停止時間Ｔ２は0秒より大きく0.45秒以下とするのが好ましい。
【0108】
ウェハＷを反転端で停止することなく注入角度調整機構によるウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更を完了できる場合は、ウェハＷのビーム非照射範囲６７における滞在時間Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３を最小化できる（Ｔ２＝０）。一方、ウェハＷのビーム非照射範囲６７における往復移動時間Ｔ１＋Ｔ３だけでは注入角度調整機構によるウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更を完了できない場合は、注入角度の変更に追加的に必要な時間Ｔ２だけウェハＷを反転端で停止させればよい。換言すれば、ウェハＷの反転端における停止時間Ｔ２を、注入角度の変更を完了させるという観点で柔軟に設定できる。
【0109】
図１８の３行目の「ビーム偏向装置」および４行目の「ビーム遮断機構」は、ビーム非照射範囲６７内のウェハＷの注入角度を変更している間に、スキャンビームＳＢがウェハＷに誤って照射されないようにイオンビームＢを確実に退避させるためにプロセッサ６１によって制御される。「ビーム偏向装置」における「ON」および「OFF」は、ビーム偏向装置２４の稼働状態を示し、「ON」の時はビーム偏向装置２４がイオンビームＢを照射不能方向に偏向し、ビーム偏向装置２４が稼働していない「OFF」の時はイオンビームＢが照射可能方向に進む。「ビーム遮断機構」における「ON」および「OFF」は、ビーム遮断機構２８の稼働状態を示し、「ON」の時はビーム遮断機構２８がイオンビームＢを物理的に遮断する遮断状態にあり、「OFF」の時はビーム遮断機構２８がイオンビームＢを通過させる非遮断状態にある。
【0110】
ステップ（ｄ）では、プロセッサ６１が、ステップ（ｂ）において往復運動機構５４によってウェハＷがビーム非照射範囲６７内で移動している間であって、注入角度調整機構によってウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更が開始する前に、ビーム偏向装置２４を照射不能状態「ON」に切り替える。ステップ（ｆ）では、プロセッサ６１が、ステップ（ｄ）より後にビーム遮断機構２８を遮断状態「ON」に切り替える。ステップ（ｆ）は、ステップ（ｂ）において注入角度調整機構によってウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更が開始する前に実行されるのが好ましい。ビーム偏向装置２４によって偏向されたイオンビームＢは照射不能方向に進み、更にビーム偏向装置２４が正常に動作しない場合に備えてビーム遮断機構２８がイオンビームＢを物理的に遮断するため、ビーム非照射範囲６７内のウェハＷの注入角度を変更している間に、スキャンビームＳＢがウェハＷに誤って照射されることを確実に防止できる。
【0111】
ステップ（ｅ）では、プロセッサ６１が、ステップ（ｃ－１）において往復運動機構５４によってウェハＷがビーム非照射範囲６７内で移動している間であって、ステップ（ｃ－２）において注入角度調整機構によってウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更が完了した後に、ビーム偏向装置２４を照射可能状態「OFF」に切り替える。ステップ（ｇ）では、プロセッサ６１が、ステップ（ｅ）より前にビーム遮断機構２８を非遮断状態「OFF」に切り替える。ステップ（ｇ）は、ステップ（ｃ－２）において注入角度調整機構によってウェハＷの第１注入角度から第２注入角度への変更が完了した後に実行されるのが好ましい。
【0112】
続いて、上記のイオン注入装置１０の注入工程における基本動作の変形例を説明する。
【0113】
第１の変形例では、ビーム遮断機構２８に加えて、第１ビーム電流測定器４６および／または第２ビーム電流測定器４２が利用される。プロセッサ６１は、照射可能方向に向かうイオンビームのビーム電流を測定する第１ビーム電流測定器４６（ビーム電流測定器として構成されるビームストッパ４６等）によって第１所定値以上のビーム電流が測定されない場合、照射不能状態にあるものと判断してビーム遮断機構２８を遮断状態に切り替えてもよい。すなわち、第１ビーム電流測定器４６で測定されたビーム電流が第１所定値未満の場合は、注入処理室１６におけるイオン注入処理に使用されるイオンビームの強度が不足している恐れがあるため、ビーム遮断機構２８を遮断状態に切り替えた上でイオン注入処理を中断または中止する。なお、第１ビーム電流測定器４６に加えてまたは代えて、第２ビーム電流測定器４２（サイドカップ４２等）やチューニングカップ４７によって第１所定値またはそれに相当する所定値以上のビーム電流が測定されない場合、照射不能状態にあるものと判断してビーム遮断機構２８を遮断状態に切り替えてもよい。
【0114】
プロセッサ６１は、照射不能方向に向かうイオンビームのビーム電流を測定する第２ビーム電流測定器４２（サイドカップ４２等）によって第２所定値以上のビーム電流が測定される場合、照射不能状態にあるものと判断してビーム遮断機構２８を遮断状態に切り替えてもよい。すなわち、第２ビーム電流測定器４２で測定されたビーム電流が第２所定値以上の場合は、注入処理室１６におけるイオン注入処理に使用されないイオンビームの強度が過剰である恐れがあるため、ビーム遮断機構２８を遮断状態に切り替えた上でイオン注入処理を中断または中止する。なお、第２所定値は、そこから換算されるビーム電流密度が第１所定値から換算されるビーム電流密度より大きくなるように設定するのが好ましい。
【0115】
第２の変形例では、ビーム走査装置３２がビーム偏向装置２４としても利用される。例えば、図１および図２においてビーム偏向装置２４として機能していたビームパーク装置２４に代えてまたは加えて、ビーム走査装置３２によってビーム偏向装置２４の機能を実現する。この場合、ビーム偏向装置２４およびビーム走査装置３２は同じ装置である。図１９は、ビーム走査装置３２としてのビーム走査機能とビーム偏向装置２４としてのビーム偏向機能を、一つのビーム走査装置３２で実現する例を模式的に示す。
【0116】
ビーム走査装置３２は、本来のビーム走査機能を実現する場合は、ウェハＷに照射されるイオンビームでｘ方向の所定の走査角度範囲（図１０における照射範囲６６）を往復走査する。ここで、走査角度範囲は照射可能方向（ウェハに到達可能なビームラインＡの方向）を含む角度範囲であり、図示されるθ２は走査角度範囲の最外角度が基準軌道方向（ビーム走査装置３２の走査電極対の間に印加される電圧が略零の非走査状態におけるビームラインＡの方向）となす最大走査角度である。換言すれば、ビーム走査装置３２の走査角度範囲は、基準軌道方向に対して±θ２の範囲である。
【0117】
一方、ビーム走査装置３２がビーム偏向装置２４として機能する場合は、イオンビームを走査角度範囲外の照射不能方向に偏向させる。ここで、イオンビームの偏向角度θ１は、照射不能方向が基準軌道方向となす角度であり、最大走査角度θ２より大きい（θ１＞θ２）。偏向角度θ１で偏向されたイオンビームの進路上にはウェハＷが配置されないため、偏向角度θ１はイオンビームがウェハＷに照射不能な照射不能方向となる。なお、ビーム偏向装置２４として機能するビーム走査装置３２は、イオンビームを－θ１の偏向角度に偏向させてもよい。また、偏向角度θ１（または－θ１）で偏向されたイオンビームの進路上に、イオンビームが衝突して遮蔽されるビームダンプ等を設けてもよい。
【0118】
図１８の注入工程の基本動作における「ビーム照射範囲」では、ビーム走査装置３２は本来のビーム走査機能を実現し、ウェハＷに照射されるイオンビームで走査角度範囲（－θ２～＋θ２）を往復走査する。また、図１８の注入工程の基本動作における「ビーム非照射範囲」および「反転端」では、ビーム走査装置３２はビーム偏向装置２４として機能し、イオンビームを走査角度範囲外の照射不能方向（θ１または－θ１）に偏向させる。
【0119】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、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。
【0120】
なお、実施形態で説明した各装置の機能構成はハードウェア資源またはソフトウェア資源により、あるいはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。
【符号の説明】
【0121】
１０ イオン注入装置、１２ イオン生成装置、１４ ビームライン装置、１６ 注入処理室、２３ 質量分析スリット、２４ ビーム偏向装置、２８ ビーム遮断機構、３２ ビーム走査装置、４２ 第２ビーム電流測定器、４６ 第１ビーム電流測定器、４７ チューニングカップ、５０ プラテン駆動装置、５２ ウェハ保持装置、５４ 往復運動機構、５６ ツイスト角度調整機構、５８ チルト角度調整機構、６０ 制御装置、６１ プロセッサ、６３ メモリ、６５ ビーム照射範囲、６７ ビーム非照射範囲、６９ 往復移動範囲。
【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】
【図17】
【図18】
【図19】