(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】
(24)【登録日】2023-02-27
(45)【発行日】2023-03-07
(54)【発明の名称】イオン注入装置およびイオン注入方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/317 20060101AFI20230228BHJP
【ＦＩ】
H01J37/317 C
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2019133352
(22)【出願日】2019-07-19
(65)【公開番号】P2021018904
(43)【公開日】2021-02-15
【審査請求日】2022-05-18
(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】狩谷 宏行
(72)【発明者】
【氏名】高橋 裕二
【審査官】田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－０５７９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０４０８５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７４５０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２７２５５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７１１２８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２６６９５７（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】
ウェハにイオンビームを照射する注入工程がなされる注入処理室と、前記注入処理室内に設けられ、前記注入工程の前になされる準備工程において前記イオンビームのビーム電流を測定するよう構成される第１ファラデーカップと、
前記注入処理室内に設けられ、前記第１ファラデーカップのビーム電流測定値を校正するための校正工程において前記イオンビームのビーム電流を測定するよう構成される第２ファラデーカップと、
前記第２ファラデーカップに向かう前記イオンビームを遮蔽するための遮蔽部材であって、前記注入工程および前記準備工程において前記イオンビームが前記第２ファラデーカップに入射不可となり、前記校正工程において前記イオンビームが前記第２ファラデーカップに入射可能となるよう構成される遮蔽部材と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項2】
前記第１ファラデーカップは、第１測定位置と第１待避位置との間で前記イオンビームのビーム進行方向と直交する第１方向に移動可能となるよう構成され、前記第１測定位置は、前記注入工程において前記ウェハにイオンが注入される注入位置と前記ビーム進行方向に見て重なり、前記第１待避位置は、前記注入位置と前記ビーム進行方向に見て重ならず、前記第２ファラデーカップは、第２測定位置と第２待避位置との間で前記ビーム進行方向に直交する第２方向に移動可能となるよう構成され、前記第２測定位置は、前記第１測定位置と前記ビーム進行方向に見て重なり、前記第２待避位置は、前記注入位置と前記ビーム進行方向に見て重ならない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】
前記第２ファラデーカップは、前記第１ファラデーカップの移動と独立して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２に記載のイオン注入装置。
【請求項4】
前記第２方向は、前記第１方向と平行であり、前記第２待避位置は、前記注入位置を挟んで前記第１待避位置とは反対側にあることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項5】
前記第２ファラデーカップは、前記第１ファラデーカップに対する位置が固定されたまま前記第１ファラデーカップと一緒に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２に記載のイオン注入装置。
【請求項6】
前記第２ファラデーカップは、前記第１ファラデーカップの前記第１方向の隣に配置されることを特徴とする請求項５に記載のイオン注入装置。
【請求項7】
前記第２測定位置は、前記第１測定位置と前記ビーム進行方向の位置が同じであることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項8】
前記第２測定位置は、前記第１測定位置と前記ビーム進行方向の位置が異なることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項9】
前記第１ファラデーカップは、第１測定位置と第１待避位置との間で前記イオンビームのビーム進行方向と直交する第１方向に移動可能となるよう構成され、前記第１測定位置は、前記注入工程において前記ウェハにイオンが注入される注入位置と前記ビーム進行方向に見て重なり、前記第１待避位置は、前記注入位置と前記ビーム進行方向に見て重ならず、前記第２ファラデーカップは、第２測定位置に固定されており、前記第２測定位置は、前記第１測定位置よりも前記ビーム進行方向の下流側にあり、前記第１測定位置と前記ビーム進行方向に見て重な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10】
前記イオンビームを前記第１方向に往復スキャンさせるビームスキャナをさらに備え、前記第１ファラデーカップは、前記第１方向に異なる複数の第１測定位置にて前記イオンビームのビーム電流を測定可能であり、
前記第２ファラデーカップは、前記複数の第１測定位置の少なくとも一つと前記ビーム進行方向に見て重なる前記第２測定位置にて前記イオンビームのビーム電流を測定可能であることを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項11】
前記遮蔽部材は、前記第２ファラデーカップに対して変位可能であり、前記注入工程および前記準備工程において前記第２ファラデーカップと前記イオンビームのビーム進行方向に見て重なるよう配置され、前記校正工程において前記第２ファラデーカップと前記ビーム進行方向に見て重ならないよう配置され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装置。
【請求項12】
前記遮蔽部材は、前記第２ファラデーカップに対して着脱可能であり、前記注入工程および前記準備工程において前記第２ファラデーカップに装着され、前記校正工程において前記第２ファラデーカップから除去され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装置。
【請求項13】
前記第２ファラデーカップは、前記注入工程および前記準備工程において前記第２待避位置にあり、前記遮蔽部材は、前記第２待避位置にある前記第２ファラデーカップの入口を塞ぐように配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項14】
前記校正工程において前記第１ファラデーカップおよび前記第２ファラデーカップのそれぞれにより測定されるビーム電流測定値に基づいて、前記第１ファラデーカップのビーム電流測定値を校正するための校正パラメータを決定する制御装置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装置。
【請求項15】
前記制御装置は、前記校正パラメータの初期値を保持し、前記校正工程にて決定した校正パラメータの値と前記校正パラメータの初期値の差が所定範囲内である場合に前記校正パラメータの値を更新し、前記差が前記所定範囲内でない場合に前記校正パラメータの値を更新せずにアラートを出力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】
前記イオンビームのビーム電流を測定するよう構成される第３ファラデーカップをさらに備え、前記制御装置は、前記第１ファラデーカップおよび前記第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流測定値間の比率の初期値を保持し、前記準備工程において前記第１ファラデーカップおよび前記第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流測定値間の比率と前記比率の初期値の差が所定の閾値を超える場合に前記校正工程を実行して前記校正パラメータを決定することを特徴とする請求項１４または１５に記載のイオン注入装置。
【請求項17】
前記イオンビームのビーム電流を測定するよう構成される第３ファラデーカップをさらに備え、前記制御装置は、前記第１ファラデーカップおよび前記第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流測定値間の比率をモニタし、前記モニタされる前記比率の変化量が所定の閾値を超える場合に前記校正工程を実行して前記校正パラメータを決定することを特徴とする請求項１４または１５に記載のイオン注入装置。
【請求項18】
前記第３ファラデーカップは、前記注入工程において前記ウェハにイオンが注入される注入位置と前記イオンビームのビーム進行方向に見て重ならない位置で前記イオンビームのビーム電流を測定するよう構成されることを特徴とする請求項１６または１７に記載のイオン注入装置。
【請求項19】
前記第３ファラデーカップは、前記注入工程において前記ウェハにイオンが注入される注入位置と前記イオンビームのビーム進行方向に見て重なる位置で前記イオンビームのビーム電流を測定するよう構成されることを特徴とする請求項１６または１７に記載のイオン注入装置。
【請求項20】
ウェハにイオンビームを照射する注入工程と、前記注入工程の前にイオンビームのビーム電流を第１ファラデーカップを用いて測定する準備工程と、
前記イオンビームのビーム電流を第２ファラデーカップを用いて測定し、前記第１ファラデーカップのビーム電流測定値を校正する校正工程と、を備え、
前記注入工程および前記準備工程において、前記第２ファラデーカップに向かう前記イオンビームが遮蔽部材により遮蔽され、前記イオンビームが前記第２ファラデーカップに入射不可となり、前記校正工程において前記イオンビームが前記第２ファラデーカップに入射可能となることを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に関する。
【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。ウェハに照射されるイオンビームの電流量をより精密に測定するため、通常の注入時に使用する電流検出器とは別に校正用の電流検出器を駆動ステージに配置した構成が提案されている。校正用の電流検出器は、例えば通常用の電流検出器の交換時に通常用の電流検出器を校正するために用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１１－１０８５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
校正用の電流検出器が駆動ステージに配置される場合、長期間の使用によって校正用の電流検出器が消耗したり汚れたりするおそれがある。校正用の電流検出器に消耗や汚れが生じると校正用の電流検出器の測定精度が低下し、通常用の電流検出器を交換した際に通常用の電流検出器を高精度で校正できなくなる。
【0005】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、ビーム電流の測定精度を長期間にわたって維持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】
【0006】
本発明のある態様のイオン注入装置は、ウェハにイオンビームを照射する注入工程がなされる注入処理室と、注入処理室内に設けられ、注入工程の前になされる準備工程においてイオンビームのビーム電流を測定するよう構成される第１ファラデーカップと、注入処理室内に設けられ、第１ファラデーカップのビーム電流測定値を校正するための校正工程においてイオンビームのビーム電流を測定するよう構成される第２ファラデーカップと、第２ファラデーカップに向かうイオンビームを遮蔽するための遮蔽部材と、を備える。遮蔽部材は、注入工程および準備工程においてイオンビームが第２ファラデーカップに入射不可となり、校正工程においてイオンビームが第２ファラデーカップに入射可能となるよう構成される。
【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、ウェハにイオンビームを照射する注入工程と、注入工程の前にイオンビームのビーム電流を第１ファラデーカップを用いて測定する準備工程と、イオンビームのビーム電流を第２ファラデーカップを用いて測定し、第１ファラデーカップのビーム電流測定値を校正する校正工程と、を備える。注入工程および準備工程において、第２ファラデーカップに向かうイオンビームが遮蔽部材により遮蔽され、イオンビームが第２ファラデーカップに入射不可となり、校正工程においてイオンビームが第２ファラデーカップに入射可能となる。
【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、ビームの電流の測定精度を長期間にわたって維持できる。
【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の概略構成を示す上面図である。
【図4】注入工程における注入処理室内の構成を模式的に示す上面図である。
【図5】準備工程における注入処理室内の構成を模式的に示す上面図である。
【図6】校正工程における注入処理室内の構成を模式的に示す上面図である。
【図7】別の実施の形態に係る注入処理室内の構成を模式的に示す上面図である。
【図8】さらに別の実施の形態に係る注入処理室内の構成を模式的に示す上面図である。
【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】
実施の形態を詳述する前に概要を説明する。本実施の形態に係るイオン注入装置は、ウェハにイオンビームを照射する注入工程がなされる注入処理室を備える。注入処理室内には、注入工程の前になされる準備工程においてビーム電流を測定する第１ファラデーカップと、第１ファラデーカップを校正するための校正工程においてビーム電流を測定する第２ファラデーカップと、第２ファラデーカップに向かうイオンビームを遮蔽するための遮蔽部材とが設けられる。遮蔽部材は、注入工程および準備工程においてイオンビームが第２ファラデーカップに入射不可となり、校正工程においてイオンビームが第２ファラデーカップに入射可能となるよう構成される。
【0013】
第１ファラデーカップは、準備工程においてビーム電流を測定するために繰り返し使用されるため、イオン注入装置を連続的に使用することにより消耗したり汚れたりする。ファラデーカップに消耗や汚れが生じると、ファラデーカップの測定精度が低下するため、定期的にクリーニングや交換といったメンテナンスが必要となる。第１ファラデーカップをメンテナンスした場合、メンテナンスの前後で第１ファラデーカップの測定感度が変化しうるため、校正用の第２ファラデーカップを用いてメンテナンス後の第１ファラデーカップの測定値を校正する必要がある。
【0014】
本実施の形態によれば、校正用の第２ファラデーカップが注入処理室に設けられるため、第１ファラデーカップを校正するための測定を注入処理室内で実施できる。そのため、メンテナンス後における第１ファラデーカップの取付精度といった第１ファラデーカップの損耗自体とは別の要因による測定感度の変化についても適切に校正できる。また、本実施の形態によれば、遮蔽部材を設けることで、校正工程以外において第２ファラデーカップがイオンビーム照射によって消耗したり汚れたりするのを防ぐことができ、長期間にわたって第２ファラデーカップの測定精度を維持できる。その結果、第１ファラデーカップのメンテナンスが複数回発生するような長期間にわたって第２ファラデーカップの測定精度を維持でき、通常測定用の第１ファラデーカップの校正精度が高い状態を維持できる。
【0015】
図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す上面図であり、図２は、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よう構成される。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。説明の便宜のため、本明細書において被処理物ＷをウェハＷと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図しない。
【0016】
イオン注入装置１０は、ビームを一方向に往復走査させ、ウェハＷを走査方向と直交する方向に往復運動させることによりウェハＷの処理面全体にわたってイオンビームを照射するよう構成される。本書では説明の便宜上、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をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。イオンビームを被処理物Ｗに対し走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。したがって、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。
【0017】
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とを備える。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に与えるよう構成される。ビームライン装置１４は、イオン生成装置１２から注入処理室１６へイオンビームを輸送するよう構成される。注入処理室１６には、注入対象となるウェハＷが収容され、ビームライン装置１４から与えられるイオンビームをウェハＷに照射する注入処理がなされる。ウェハ搬送装置１８は、注入処理前の未処理ウェハを注入処理室１６に搬入し、注入処理後の処理済ウェハを注入処理室１６から搬出するよう構成される。イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２、ビームライン装置１４、注入処理室１６およびウェハ搬送装置１８に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【0018】
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、ビーム走査部３２、ビーム平行化部３４および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の上流とは、イオン生成装置１２に近い側のことをいい、ビームラインＡの下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ４６）に近い側のことをいう。
【0019】
質量分析部２０は、イオン生成装置１２の下流に設けられ、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成される。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とを有する。
【0020】
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場を印加し、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経路で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（図１および図２では－ｙ方向）の磁場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の磁場強度は、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を通過するように調整される。
【0021】
質量分析レンズ２２は、質量分析磁石２１の下流に設けられ、イオンビームに対する収束／発散力を調整するよう構成される。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）の収束位置を調整し、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は必須の構成ではなく、質量分析部２０に質量分析レンズ２２が設けられなくてもよい。
【0022】
質量分析スリット２３は、質量分析レンズ２２の下流に設けられ、質量分析レンズ２２から離れた位置に設けられる。質量分析スリット２３は、質量分析磁石２１によるビーム偏向方向（ｘ方向）がスリット幅となるように構成され、ｘ方向が相対的に短く、ｙ方向が相対的に長い形状の開口２３ａを有する。
【0023】
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が可変となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、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。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のいずれか一つに切り替え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。
【0024】
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遮蔽するよう構成される。ビームパーク装置２４は、ビームラインＡの途中の任意の位置に配置することができるが、例えば、質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間に配置できる。質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間には一定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、他の位置に配置する場合よりもビームラインＡの長さを短くすることができ、イオン注入装置１０の全体を小型化できる。
【0025】
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と、を備える。一対のパーク電極２５ａ，２５ｂは、ビームラインＡを挟んで対向し、質量分析磁石２１のビーム偏向方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に対向する。ビームダンプ２６は、パーク電極２５ａ，２５ｂよりもビームラインＡの下流側に設けられ、ビームラインＡからパーク電極２５ａ，２５ｂの対向方向に離れて設けられる。
【0026】
第１パーク電極２５ａはビームラインＡよりも重力方向上側に配置され、第２パーク電極２５ｂはビームラインＡよりも重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、ビームラインＡよりも重力方向下側に離れた位置に設けられ、質量分析スリット２３の開口２３ａの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部分で構成される。ビームダンプ２６は、質量分析スリット２３とは別体として構成されてもよい。
【0027】
ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂの間に印加される電場を利用してイオンビームを偏向させ、ビームラインＡからイオンビームを退避させる。例えば、第１パーク電極２５ａの電位を基準として第２パーク電極２５ｂに負電圧を印加することにより、イオンビームをビームラインＡから重力方向下方に偏向させてビームダンプ２６に入射させる。図２において、ビームダンプ２６に向かうイオンビームの軌跡を破線で示している。また、ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂを同電位とすることにより、イオンビームをビームラインＡに沿って下流側に通過させる。ビームパーク装置２４は、イオンビームを下流側に通過させる第１モードと、イオンビームをビームダンプ２６に入射させる第２モードとを切り替えて動作可能となるよう構成される。
【0028】
質量分析スリット２３の下流には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の動作によりビームラインＡに出し入れ可能となるよう構成される。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の延びる方向と直交する方向（例えばｙ方向）に移動させる。インジェクタファラデーカップ２８は、図２の破線で示すようにビームラインＡ上に配置された場合、下流側に向かうイオンビームを遮断する。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の遮断が解除される。
【0029】
インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析部２０により質量分析されたイオンビームのビーム電流を計測するよう構成される。インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析磁石２１の磁場強度を変化させながらビーム電流を測定することにより、イオンビームの質量分析スペクトラムを計測できる。計測した質量分析スペクトラムを用いて、質量分析部２０の質量分解能を算出することができる。
【0030】
ビーム整形部３０は、収束／発散四重極レンズ（Ｑレンズ）などの収束／発散装置を備えており、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よう構成されている。ビーム整形部３０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、三つの四重極レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有する。ビーム整形部３０は、三つのレンズ装置３０ａ～３０ｃを用いることにより、イオンビームの収束または発散をｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて独立に調整しうる。ビーム整形部３０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。
【0031】
ビーム走査部３２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。ビーム走査部３２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（図示せず）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、電極間に生じる電界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ｘ方向の走査範囲全体にわたって走査される。図１において、矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームの複数の軌跡を一点鎖線で示している。
【0032】
ビーム平行化部３４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Ａの軌道と平行にするよう構成される。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（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じ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平行に揃える。なお、ビーム平行化部３４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界を利用する磁石装置として構成されてもよい。
【0033】
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（図示せず）が設けられてもよい。
【0034】
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に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３６は、電界偏向用のＡＥＦ電極対を有する。ＡＥＦ電極対は、高圧電源（図示せず）に接続される。図２において、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、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く、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
【0035】
このようにして、ビームライン装置１４は、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。
【0036】
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（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ４４およびビームストッパ４６を備える。注入処理室１６は、図２に示されるように、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置５０を備える。
【0037】
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とともにウェハＷに入射するイオンビームのエネルギー分析をする。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構成され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、所望のエネルギー値またはエネルギー範囲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。
【0038】
プラズマシャワー装置４０は、エネルギースリット３８の下流側に位置する。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ウェハＷの表面（ウェハ処理面）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処理面の正電荷の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、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とを含む。
【0039】
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よう構成される。図２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に対して左右（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。これにより、イオン注入処理中のビーム電流量がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌにより計測される。
【0040】
プロファイラカップ４４は、ウェハ処理面におけるビーム電流を測定するよう構成される。プロファイラカップ４４は、プロファイラ駆動装置４５の動作により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。プロファイラカップ４４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することができる。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可能となるように、複数のファラデーカップがｘ方向に並んでアレイ状に形成されてもよい。
【0041】
プロファイラカップ４４は、第１プロファイラカップ４４ａと、第２プロファイラカップ４４ｂとを含む。第１プロファイラカップ４４ａは、注入工程の前になされる準備工程で使用される第１ファラデーカップであり、通常測定用の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第２ファラデーカップであり、通常時に使用されない校正用の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が設けられており、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不可となるよう構成される。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が遮蔽部材４３として機能してもよい。例えば、注入処理室１６内に設けられる任意の構造体の少なくとも一部が遮蔽部材４３であってもよい。
【0042】
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くなるように構成されてもよい。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よりも構成部品の加工精度が高くなるよう構成され、測定対象とする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ように加工されてもよい。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ように構成されてもよい。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よりも構成部品の耐消耗性が高くなるよう構成されてもよい。
【0043】
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、互いに独立して可動となるよう構成される。第１プロファイラカップ４４ａは、プロファイラ駆動装置４５の第１駆動軸４５ａに沿ってｘ方向に移動可能となるよう構成される。第２プロファイラカップ４４ｂは、プロファイラ駆動装置４５の第２駆動軸４５ｂに沿ってｘ方向に移動可能となるよう構成される。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は、互いに平行に移動可能となるよう構成される。
【0044】
サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一方は、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。サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一方は、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。
【0045】
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、ツイスト角調整機構５６と、チルト角調整機構５８とを含む。ウェハ保持装置５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。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）にウェハ保持装置５２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置５２に保持されるウェハをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。
【0046】
ツイスト角調整機構５６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構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とともに往復運動される。
【0047】
チルト角調整機構５８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、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角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構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方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
【0048】
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。図２は、ウェハＷが注入位置にある状態を示しており、プラテン駆動装置５０は、ビームラインＡとウェハＷとが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により搬送口４８を通じてウェハＷが搬入または搬出される際のウェハ保持装置５２の位置に対応する。
【0049】
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が存在しない場合、イオンビームはビームストッパ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の近くに位置しており、搬送口４８よりも鉛直下方の位置に設けられる。
【0050】
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）が設けられている。複数の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ビーム電流を測定するよう構成され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方向に間隔をあけて配置されている。複数のチューニングカップ４７は、例えば、注入位置におけるビーム電流をプロファイラカップ４４を用いずに簡易的に測定するために用いられる。
【0051】
イオン注入装置１０は、制御装置６０をさらに備える。制御装置６０は、イオン注入装置１０の動作全般を制御する。制御装置６０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る。制御装置６０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。
【0052】
図３は、図１の注入処理室１６内の概略構成を示す正面図であり、イオンビームＢが照射されるウェハＷの処理面ＷＳを正面から見ている。イオンビームＢは、矢印Ｘで示されるようにｘ方向に往復走査され、ｘ方向に往復走査されたスキャンビームＳＢとしてウェハＷに入射する。ウェハＷは、プラテン駆動装置５０に保持されて矢印Ｙで示されるようにｙ方向に往復運動される。図３では、プラテン駆動装置５０の動作によりｙ方向に往復運動するウェハＷについて、最上位置のウェハＷ１と最下位置のウェハＷ２を破線で図示している。また、注入工程においてウェハ処理面ＷＳにスキャンビームＳＢが入射してイオンが注入される注入位置７０を細実線で示している。
【0053】
イオンビームＢは、ウェハＷが位置する注入範囲６２と、注入範囲６２よりも外側のモニタ範囲６４Ｌ，６４Ｒとを含む照射範囲６６にわたって往復走査される。左右のモニタ範囲６４Ｌ，６４Ｒのそれぞれには、左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒが配置されている。左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒは、注入工程においてモニタ範囲６４Ｌ，６４ＲまでオーバースキャンされるイオンビームＢを測定することができる。注入位置７０のｘ方向の位置は、注入範囲６２と一致する。注入位置７０のｙ方向の位置は、イオンビームＢまたはスキャンビームＳＢのｙ方向の位置と一致する。注入位置７０のｚ方向の位置は、ウェハ処理面ＷＳのｚ方向の位置と一致する。
【0054】
プロファイラカップ４４は、注入工程において照射範囲６６よりも外側の非照射範囲６８Ｒに待避されている。図示する構成では、プロファイラ駆動装置４５が右側に配置され、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、プロファイラ駆動装置４５が左側に配置される構成では、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が左側の非照射範囲６８Ｌに待避されてもよい。
【0055】
遮蔽部材４３は、右側の非照射範囲６８Ｒに設けられ、ビーム進行方向（ｚ方向）に見て第２プロファイラカップ４４ｂと重なる位置に配置されている。言いかえれば、遮蔽部材４３のビーム進行方向と直交する方向（ｘおよびｙ方向）の位置は、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（ｘおよびｙ方向）の位置と少なくとも部分的に一致している。遮蔽部材４３は、校正工程以外において第２プロファイラカップ４４ｂに向かうイオンビームＢを遮蔽するために設けられる。遮蔽部材４３を設けることで、校正工程以外においてイオンビームＢが第２プロファイラカップ４４ｂに入射不可となり、イオンビームＢが入射することによる第２プロファイラカップ４４ｂの消耗や汚れが防止される。
【0056】
つづいて、イオン注入装置１０の動作について説明する。制御装置６０は、イオン注入装置１０の動作を制御し、注入工程、準備工程および校正工程が実行されるようにする。
【0057】
図４は、注入工程における注入処理室１６内の構成を模式的に示す上面図である。図４は、図３に示されるウェハＷおよびプロファイラカップ４４の配置に対応する。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に位置する。図示する例において、第１待避位置７１および第２待避位置７２は、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よりも左側に位置し、第２待避位置７２よりも注入位置７０の近くに位置する。第２待避位置７２には、遮蔽部材４３が設けられている。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。
【0058】
図４の注入工程では、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒを用いてビーム電流を常時測定できる。一方、注入工程では、プロファイラカップ４４やチューニングカップ４７を用いてビーム電流を常時測定することはできず、間欠的な測定しかできない。したがって、注入工程では、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値に基づいて、ウェハ処理面ＷＳに注入されるイオンのドーズ量が制御される。注入工程の途中でサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値が変化した場合、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、ウェハ処理面ＷＳのドーズ量分布が調整される。例えば、ウェハ処理面ＷＳの面内で均一なドーズ量分布を実現しようとする場合、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより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、モニタするビーム電流測定値が増加する場合にはウェハＷの往復運動を速くし、モニタするビーム電流値が低下する場合にはウェハＷの往復運度を遅くする。これにより、スキャンビームＳＢのビーム電流の変動に起因するウェハ処理面内におけるドーズ量分布のばらつきを防ぐことができる。
【0059】
注入工程において、制御装置６０は、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流値を取得し、取得したビーム電流値に基づいてプラテン駆動装置５０の動作を制御する。制御装置６０は、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒから取得したビーム電流値に比例する速度でウェハＷが往復運動されるようにプラテン駆動装置５０の速度指令を生成し、プラテン駆動装置５０の動作を制御する。
【0060】
図５は、準備工程における注入処理室１６内の構成を模式的に示す上面図である。準備工程は、注入工程の事前に実行され、注入範囲６２およびモニタ範囲６４Ｌ，６４Ｒにおけるスキャンビーム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またはチューニングカップ４７を用いて測定できる。モニタ範囲６４Ｌ，６４Ｒにおけるビーム電流は、注入工程と同様、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒを用いて測定できる。
【0061】
第１プロファイラカップ４４ａは、準備工程において、第１待避位置７１から複数の第１測定位置７６にｘ方向に移動する。複数の第１測定位置７６は、ビーム進行方向に見て注入位置７０と重なり、注入工程におけるウェハ処理面ＷＳに一致する平面（測定面ＭＳともいう）にある。言いかえれば、複数の第１測定位置７６のビーム進行方向と直交する方向（ｘおよびｙ方向）の位置は、注入位置７０のビーム進行方向と直交する方向（ｘおよびｙ方向）の位置に一致している。したがって、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注入位置７０と同じ位置でビーム電流を測定可能である。第１プロファイラカップ４４ａは、ｘ方向に移動しながらビーム電流を測定することで、注入位置７０（または測定面ＭＳ）におけるｘ方向のビーム電流密度分布を測定することもできる。
【0062】
複数のチューニングカップ４７は、ビーム進行方向に見て注入位置７０と重なるが、注入位置７０（または測定面ＭＳ）からビーム進行方向の下流側に離れている。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のように第１待避位置７１と第１測定位置７６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することができる。
【0063】
制御装置６０は、準備工程において、注入処理室１６内に設けられる各種ファラデーカップで測定されるビーム電流測定値を取得する。具体的には、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、第１プロファイラカップ４４ａおよび複数のチューニングカップ４７で測定されるビーム電流測定値をそれぞれ取得する。制御装置６０は、取得したビーム電流測定値間の比率を記憶し、注入工程においてサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値から注入位置７０（つまり、ウェハ処理面ＷＳ）におけるビーム電流値を算出できるようにする。通常、各種ファラデーカップで測定されるビーム電流測定値間の比率は、ビームライン装置１４のビーム光学系の設定に依存し、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、ビーム電流測定値の比率はほぼ一定である。つまり、準備工程においてビーム光学系の設定が決まれば、その後の注入工程におけるビーム電流測定値間の比率も変わらない。したがって、準備工程においてビーム電流測定値間の比率を記憶しておけば、その比率と、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値とに基づいて、注入工程においてウェハＷにイオンが注入される注入位置７０（つまり、ウェハ処理面ＷＳ）でのビーム電流値を算出できる。
【0064】
なお、図４の注入工程および図５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。注入工程および準備工程において、第２プロファイラカップ４４ｂは、遮蔽部材４３によりスキャンビームＳＢの入射が遮られる第２待避位置７２に配置されたままとなる。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のビーム電流測定値を校正するための校正工程においてのみ使用される。
【0065】
図６は、校正工程における注入処理室１６内の構成を模式的に示す上面図である。第２プロファイラカップ４４ｂは、校正工程において、第２待避位置７２から複数の第２測定位置７７にｘ方向に移動する。複数の第２測定位置７７は、ビーム進行方向に見て注入位置７０と重なる。言いかえれば、複数の第２測定位置７７のビーム進行方向と直交する方向（ｘおよびｙ方向）の位置は、注入位置７０のビーム進行方向と直交する方向（ｘおよびｙ方向）の位置に一致している。また、複数の第２測定位置７７は、注入位置７０（または測定面ＭＳ）にあり、ビーム進行方向の位置が複数の第１測定位置７６と同等である。したがって、複数の第２測定位置７７のそれぞれは、複数の第１測定位置７６のそれぞれ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、注入工程におけるウェハ処理面ＷＳと同じ位置でビーム電流を測定可能であり、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方向に移動しながらビーム電流を測定することで、注入位置７０（または測定面ＭＳ）におけるｘ方向のビーム電流密度分布を測定してもよい。
【0066】
校正工程において、第１プロファイラカップ４４ａは、第１待避位置７１とは異なる第３待避位置７３に配置されてもよい。第３待避位置７３は、左側の非照射範囲６８Ｌに位置する。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とは反対側に位置する。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を第２待避位置７２から複数の第２測定位置７７に移動させることができる。
【0067】
校正工程において、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のそれぞれを独立に移動させてもよいし、それぞれを同時に移動させてもよい。独立に移動させる場合、まず、第１プロファイラカップ４４ａを複数の第１測定位置７６の少なくともいずれかに移動させ、第１プロファイラカップ４４ａにより注入位置７０のビーム電流測定値を測定する。つづいて、第２プロファイラカップ４４ｂを複数の第２測定位置７７の少なくともいずれかに移動させ、第２プロファイラカップ４４ｂにより注入位置７０のビーム電流測定値を測定する。また、同時に移動させる場合、第１プロファイラカップ４４ａを第１待避位置７１から第３待避位置７３に向けてｘ方向に移動させるとともに、複数の第１測定位置７６にて第１プロファイラカップ４４ａによりビーム電流測定値を測定する。このときに、第２プロファイラカップ４４ｂを第２待避位置７２から複数の第２測定位置７７の少なくとも一つに移動させ、複数の第２測定位置７７の少なくとも一つにおいて第２プロファイラカップ４４ｂによりビーム電流測定値を測定する。このようにプロファイラカップ４４を動作させることで、同一条件のスキャンビームＳＢについて、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のそれぞれを用いて、注入位置７０における同じ測定位置で測定されるビーム電流測定値を取得できる。
【0068】
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により測定されるビーム電流測定値に基づいて、第１プロファイラカップ４４ａのビーム電流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により測定される第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により測定される第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で表すことができる（つまり、ｋ＝Ｉ２／Ｉ１）。校正パラメータｋを決定することにより、準備工程にて第１プロファイラカップ４４ａにより測定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＝ｋＩ１の式を用いて算出できる。注入工程においては、校正パラメータｋを用いて校正されたビーム電流値ｋＩ１を基準としてウェハ処理面ＷＳにおけるドーズ量が制御される。
【0069】
つづいて、校正工程の実行タイミングについて説明する。校正工程は、未使用のイオン注入装置１０の運用開始時および第１プロファイラカップ４４ａのクリーニングや交換といったメンテナンス時に実行される。イオン注入装置１０の運用開始時においては、校正パラメータｋが未定であるため、イオン注入装置１０の運用開始時に校正工程を実行することで、校正パラメータの初期値ｋＡ，０が決定される。また、第１プロファイラカップ４４ａのメンテナンス時には、メンテナンス後の第１プロファイラカップ４４ａに対する校正パラメータｋが未定であるため、メンテナンス後に校正工程を実行することで、メンテナンス後における校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が決定される。ここで、添字のｉは、メンテナンスを識別するための番号であり、例えばメンテナンスを実行した回数ｉである。例えば、１回目のメンテナンス後には初期値ｋＡ，１が決定され、２回目のメンテナンス後には初期値ｋＡ，２が決定され、３回目のメンテナンス後には初期値ｋＡ，３が決定される。制御装置６０は、このようにして決定された校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉ（ｉ＝０，１，２，３・・・）をそれぞれ記憶する。制御装置６０は、校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉとともに、初期値ｋＡ，ｉの決定日時や校正工程の前に実施したメンテナンスの内容を示す情報を記憶してもよい。
【0070】
校正工程は、運用開始時やメンテナンス時以外の任意のタイミングで実行されてもよく、例えば、イオン注入装置１０の運用時に定期的に校正工程を実行してもよい。具体的には、前回の校正工程から所定時間経過した場合や、前回の校正工程の後に第１プロファイラカップ４４ａにて測定されるビーム電流測定値の積算値が所定の閾値を超えた場合に校正工程を実行してもよい。このような校正工程においては、校正パラメータの更新値ｋＢ，ｊ（ｊ＝１，２，３・・・）が決定される。校正パラメータの更新値ｋＢ，ｊは、校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉとは区別して記憶される。ここで、添字のｊは、校正工程を識別するための番号であり、例えば校正工程を実行した回数ｊである。例えば、校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉの決定後における１回目の校正工程において第１更新値ｋＢ，１が決定され、２回目の校正工程において第２更新値ｋＢ，２が決定され、３回目の校正工程において第３更新値ｋＢ，３が決定される。校正パラメータの更新後の注入工程においては、校正パラメータの更新値ｋＢ，ｊを用いて校正されたビーム電流値ｋＢ，ｊＩ１を基準としてウェハ処理面ＷＳにおけるドーズ量が制御される。具体的には、最新の校正工程において決定された校正パラメータの更新値ｋＢ，ｊを用いる。制御装置６０は、このようにして決定された校正パラメータの更新値ｋＢ，ｊ（ｊ＝１，２，３・・・）をそれぞれ記憶する。制御装置６０は、校正パラメータの更新値ｋＢ，ｊとともに、校正工程の実行日時や校正工程を実行する契機となった事象を示す情報を記憶してもよい。
【0071】
制御装置６０は、校正工程において決定される校正パラメータの値が所定条件を満たす場合にのみ校正パラメータを更新してもよい。例えば、校正工程において新たに決定される校正パラメータの値ｋと校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉの差が所定範囲内である場合に校正パラメータの値を更新してもよい。一方、校正工程において新たに決定される校正パラメータの値ｋと校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉの差が所定範囲内でない場合に校正パラメータの値を更新せずアラートを出力してもよい。校正パラメータの変化量が所定範囲内に収まらない場合には、測定系において何らかの異常が発生している可能性が高いためである。制御装置６０は、校正工程において新たに決定される校正パラメータの値ｋと校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉの差の大きさに基づいて、第１プロファイラカップ４４ａのクリーニングや交換をユーザに促してもよい。比較対象とする校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉは、最新の校正パラメータの初期値であってもよい。例えば、メンテナンスが３回実行されている場合（つまり、ｉ＝３）、最新の校正パラメータの初期値ｋＡ，３を比較対象としてもよい。なお、比較対象とする校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉは、最新の校正パラメータの初期値でなくてもよい。例えば、メンテナンスが３回実行されている場合（つまり、ｉ＝３）、運用開始時の校正パラメータの初期値ｋＡ，０を比較対象としてもよいし、１回目や２回目のメンテナンス後の校正パラメータの初期値ｋＡ，１、ｋＡ，２を比較対象としてもよい。複数の校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉ（例えば、ｉ＝０，１，２，３）のいずれか二以上を比較対象としてもよい。
【0072】
制御装置６０は、校正パラメータの初期値ｋＡ，ｉを決定する初期状態の校正工程において、サイドカップ４２やチューニングカップ４７といった「第３ファラデーカップ」により測定されるビーム電流測定値を取得してもよい。サイドカップ４２およびチューニングカップ４７は、通常測定用の第１ファラデーカップ（第１プロファイラカップ４４ａ）および校正測定用の第２ファラデーカップ（第２プロファイラカップ４４ｂ）とは異なるという点で、第３ファラデーカップと言える。サイドカップ４２は、ビーム進行方向に見て注入位置７０と重ならない位置でビーム電流を測定する第３ファラデーカップと言える。一方、チューニングカップ４７は、ビーム進行方向に見て注入位置７０と重なる位置でビーム電流を測定する第３ファラデーカップと言える。
【0073】
制御装置６０は、初期状態の校正工程において、第１ファラデーカップおよび第３ファラデーカップのビーム電流測定値を取得し、これらのビーム電流測定値間の比率を初期値として記憶する。制御装置６０は、例えば、第１プロファイラカップ４４ａとサイドカップ４２のそれぞれで測定されるビーム電流測定値間の比率の初期値を記憶してもよいし、第１プロファイラカップ４４ａとチューニングカップ４７のそれぞれで測定されるビーム電流測定値間の比率の初期値を記憶してもよい。
【0074】
制御装置６０は、初期状態の校正工程において、複数の第３ファラデーカップのビーム電流測定値間の比率を取得し、これらの電流測定値間の比率を初期値として記憶してもよい。制御装置６０は、左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒのそれぞれで測定されるビーム電流測定値間の比率の初期値を記憶してもよいし、複数のチューニングカップ４７ａ～４７ｄのそれぞれで測定されるビーム電流測定値間の比率の初期値を記憶してもよい。制御装置６０は、サイドカップ４２とチューニングカップ４７にて測定されるビーム電流測定値間の比率の初期値を記憶してもよい。
【0075】
制御装置６０は、準備工程において各種ファラデーカップにて測定されるビーム電流測定値間の比率に基づいて、校正工程の要否を判定してもよい。制御装置６０は、例えば、初期状態の校正工程において第１ファラデーカップと第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率の初期値と、準備工程において第１ファラデーカップと第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率を比較し、両者の差が第１閾値を超える場合に校正工程を実行するようにしてもよい。制御装置６０は、初期状態の校正工程において第１ファラデーカップと第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値の比率の初期値間と、準備工程において第１ファラデーカップと第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率の差が第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合に測定系に何らかの異常が発生したとみなしてアラートを出力してもよい。
【0076】
制御装置６０は、準備工程において複数の第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率に基づいて、校正工程の要否を判定したり、アラートを出力したりしてもよい。例えば、初期状態の校正工程において複数の第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率の初期値と、準備工程において複数の第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率を比較し、両者の差が第３閾値を超える場合に校正工程を実行するようにしてもよい。また、初期状態の校正工程において複数の第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率の初期値と、準備工程において複数の第３ファラデーカップにより測定されるビーム電流値間の比率の差が第３閾値よりも大きい第４閾値を超える場合に測定系に何らかの異常が発生したとみなしてアラートを出力してもよい。
【0077】
制御装置６０は、準備工程において各種ファラデーカップにて測定されるビーム電流測定値間の比率の変化量に基づいて、校正工程の要否を判定したり、アラートを出力したりしてもよい。制御装置６０は、準備工程において各種ファラデーカップにて測定されるビーム電流測定値間の比率の変化量が所定の閾値を超えた場合に、校正工程を実行したり、アラートを出力したりしてもよい。
【0078】
本実施の形態によれば、準備工程において第１ファラデーカップおよび第３ファラデーカップのそれぞれにより測定されるビーム電流測定値に基づいて、第１ファラデーカップの再校正の要否やメンテナンスの要否を自動的に検知できる。第１ファラデーカップの再校正が必要であることが検知された場合には、校正工程を自動実行することで、第１ファラデーカップの校正パラメータを適切な値に自動更新することができる。その結果、イオン注入装置１０を長期間にわたって連続的に使用する場合であっても、第１ファラデーカップが高精度で校正された状態を維持でき、第１ファラデーカップを用いる測定の精度が高い状態を維持できる。
【0079】
なお、本実施の形態において、第１プロファイラカップ４４ａと第２プロファイラカップ４４ｂは、同一の測定面ＭＳにてビーム電流を測定するよう構成されなくてもよい。例えば、第１プロファイラカップ４４ａがウェハ処理面ＷＳに一致する第１測定面ＭＳにてビーム電流を測定するよう構成される一方、第２プロファイラカップ４４ｂが第１測定面ＭＳからビーム進行方向にずれた第２測定面にてビーム電流を測定するよう構成されてもよい。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よりもビーム進行方向の上流側に配置されてもよいし、第１プロファイラカップ４４ａよりもビーム進行方向の下流側に配置されてもよい。
【0080】
本実施の形態において、第１プロファイラカップ４４ａと第２プロファイラカップ４４ｂは互いに平行に移動可能となるよう構成されなくてもよい。例えば、第１プロファイラカップ４４ａがビーム進行方向と直交する第１方向に移動可能となるよう構成され、第２プロファイラカップ４４ｂがビーム進行方向と直交する第２方向に移動可能となるよう構成される場合において、第１方向と第２方向が非平行であってもよい。例えば、第１方向がｘ方向である一方、第２方向がｙ方向であってもよい。この場合、第２測定位置７７は、ビーム進行方向に見て複数の第１測定位置７６の少なくとも一つと重なっていればよい。
【0081】
図７は、別の実施の形態に係る注入処理室１１６内の構成を模式的に示す上面図である。本実施の形態では、第１プロファイラカップ１４４ａと第２プロファイラカップ１４４ｂが同一のステージ１４５ａに取り付けられ、同一の駆動軸１４５ｂに沿って一緒にｘ方向に移動するよう構成される。本実施の形態について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【0082】
注入処理室１１６には、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、プロファイラカップ１４４および複数のチューニングカップ４７（４７ａ～４７ｄ）が設けられる。サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒおよび複数のチューニングカップ４７は、上述の実施の形態と同様に構成される。プロファイラカップ１４４は、第１プロファイラカップ１４４ａと、第２プロファイラカップ１４４ｂとを含む。第１プロファイラカップ１４４ａは、通常測定用の第１ファラデーカップであり、第２プロファイラカップ１４４ｂは、校正用の第２ファラデーカップである。
【0083】
プロファイラ駆動装置１４５は、プロファイラカップ１４４をｘ方向に移動させる。プロファイラ駆動装置１４５は、ステージ１４５ａと、駆動軸１４５ｂとを含む。ステージ１４５ａは、駆動軸１４５ｂに沿ってｘ方向に移動可能となるよう構成される。第１プロファイラカップ１４４ａおよび第２プロファイラカップ１４４ｂは、ステージ１４５ａに搭載される。第２プロファイラカップ１４４ｂは、第１プロファイラカップ１４４ａに対する位置が固定されたまま第１プロファイラカップ１４４ａと一緒にｘ方向に移動可能となるよう構成されている。第２プロファイラカップ１４４ｂは、第１プロファイラカップ１４４ａのｘ方向の隣に配置されている。第２プロファイラカップ１４４ｂは、第１プロファイラカップ１４４ａとビーム進行方向の位置が同じとなるように配置されている。
【0084】
第２プロファイラカップ１４４ｂには遮蔽部材１４３が取り付けられている。遮蔽部材１４３は、第２プロファイラカップ１４４ｂに対して着脱可能となるよう構成される。遮蔽部材１４３は、例えば、ネジやボルトといった締結部材を用いて第２プロファイラカップ１４４ｂに固定される。遮蔽部材１４３は、準備工程および注入工程において第２プロファイラカップ１４４ｂに装着された状態となり、校正工程において第２プロファイラカップ１４４ｂから除去された状態となる。遮蔽部材１４３は、例えば、校正工程の実行前に注入処理室１１６を大気開放することで第２プロファイラカップ１４４ｂから手動で除去される。遮蔽部材１４３は、校正工程の実行後に注入処理室１１６を再度大気開放することで第２プロファイラカップ１４４ｂに手動で装着される。準備工程および注入工程においてステージ１４５ａがｘ方向に移動する際、遮蔽部材１４３は、第２プロファイラカップ１４４ｂと一緒にｘ方向に移動する。
【0085】
遮蔽部材１４３は、第２プロファイラカップ１４４ｂに対して変位可能となるよう構成されてもよい。遮蔽部材１４３は、スライド扉やフラップ扉として構成され、図示しない駆動機構により開閉可能となるよう構成されてもよい。遮蔽部材１４３は、注入工程や準備工程において第２プロファイラカップ１４４ｂとビーム進行方向に見て重なり、校正工程において第２プロファイラカップ１４４ｂとビーム進行方向に見て重ならないように構成されてもよい。遮蔽部材１４３は、第１プロファイラカップ１４４ａのクリーニングや交換といったメンテナンス時において、同時にクリーニングや交換がなされてもよい。
【0086】
本実施の形態においても、通常測定用の第１プロファイラカップ１４４ａとは別に、校正用の第２プロファイラカップ１４４ｂを設けることで、第１プロファイラカップ１４４ａのビーム電流測定値を適切に校正することができる。また、準備工程および注入工程において第２プロファイラカップ１４４ｂに遮蔽部材１４３を取り付けておくことで、校正工程以外において第２ファラデーカップがイオンビーム照射によって消耗したり汚れたりするのを防ぐことができる。
【0087】
図８は、さらに別の実施の形態に係る注入処理室２１６内の構成を模式的に示す上面図である。本実施の形態では、校正用の第２ファラデーカップとして、注入範囲６２の中央に配置される校正用チューニングカップ２４７を用いる。したがって、本実施の形態では、校正用の第２ファラデーカップが注入処理室２１６に対して固定されており、移動不可となるよう構成される。本実施の形態について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【0088】
注入処理室２１６には、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、プロファイラカップ２４４、複数のチューニングカップ４７（４７ａ～４７ｄ）および校正用チューニングカップ２４７が設けられる。サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒおよび複数のチューニングカップ４７は、上述の実施の形態と同様に構成される。プロファイラカップ２４４は、通常測定用の第１ファラデーカップである。校正用チューニングカップ２４７は、校正用の第２ファラデーカップである。
【0089】
プロファイラ駆動装置２４５は、プロファイラカップ２４４をｘ方向に移動させる。プロファイラ駆動装置２４５は、プロファイラカップ２４４を少なくとも第１待避位置２７１と第１測定位置２７６の間で移動させる。第１測定位置２７６は、ビーム進行方向に見て校正用チューニングカップ２４７に重なる。言いかえれば、第１測定位置２７６のビーム進行方向と直交する方向（ｘ方向、ｙ方向）の位置は、校正用チューニングカップ２４７のビーム進行方向と直交する方向（ｘ方向、ｙ方向）の位置と同じである。プロファイラ駆動装置２４５は、上述の実施の形態と同様に、プロファイラカップ２４４を複数の第１測定位置に移動させてもよく、測定面ＭＳにおけるｘ方向のビーム電流密度分布の測定を可能にしてもよい。
【0090】
校正用チューニングカップ２４７は、注入範囲６２の中央に配置され、第２チューニングカップ４７ｂと第３チューニングカップ４７ｃの間に配置されている。校正用チューニングカップ２４７は、ビーム方向に見て注入位置７０と重なる位置に配置されている。校正用チューニングカップ２４７は、ビームストッパ４６に設けられるため、注入位置７０（または測定面ＭＳ）よりもビーム進行方向の下流側に離れている。校正用チューニングカップ２４７が設けられる位置は、第２測定位置２７７ということもできる。したがって、本実施の形態において、第２測定位置２７７は、ビーム進行方向に見て第１測定位置２７６と重なるが、ビーム進行方向に第１測定位置２７６からずれている。つまり、第２測定位置２７７は、第１測定位置２７６とビーム進行方向の位置が異なる。
【0091】
なお、校正用チューニングカップ２４７は、ビーム進行方向に見て注入位置７０と重なる位置であれば、ビームストッパ４６の任意の位置に設けることができる。校正用チューニングカップ２４７は、例えば、第１チューニングカップ４７ａと第２チューニングカップ４７ｂの間に配置されてもよいし、第３チューニングカップ４７ｃと第４チューニングカップ４７ｄの間に配置されてもよい。
【0092】
校正用チューニングカップ２４７には遮蔽部材２４３が取り付けられている。遮蔽部材２４３は、校正用チューニングカップ２４７に対して着脱可能となるよう構成される。遮蔽部材２４３は、例えば、ネジやボルトといった締結部材を用いて校正用チューニングカップ２４７に固定される。遮蔽部材２４３は、準備工程および注入工程において校正用チューニングカップ２４７に装着された状態となり、校正工程において校正用チューニングカップ２４７から除去された状態となる。遮蔽部材２４３は、例えば、校正工程の実行前に注入処理室２１６を大気開放することで校正用チューニングカップ２４７から手動で除去される。遮蔽部材２４３は、校正工程の実行後に注入処理室２１６を再度大気開放することで校正用チューニングカップ２４７に手動で装着される。
【0093】
遮蔽部材２４３は、校正用チューニングカップ２４７に対して変位可能となるよう構成され、例えば、スライド扉やフラップ扉として構成されてもよい。遮蔽部材２４３は、注入工程や準備工程において校正用チューニングカップ２４７とビーム進行方向に見て重なり、校正工程において校正用チューニングカップ２４７とビーム進行方向に見て重ならないように構成されてもよい。遮蔽部材２４３は、プロファイラカップ２４４のクリーニングや交換といったメンテナンス時において、同時にクリーニングや交換がなされてもよい。
【0094】
本実施の形態においても、校正用チューニングカップ２４７を設けることで、プロファイラカップ２４４のビーム電流測定値を適切に校正することができる。また、準備工程および注入工程において校正用チューニングカップ２４７に遮蔽部材２４３を取り付けておくことで、校正工程以外において校正用チューニングカップ２４７がイオンビーム照射によって消耗したり汚れたりするのを防ぐことができる。
【0095】
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】
【0096】
１０…イオン注入装置、１６…注入処理室、４２…サイドカップ、４３…遮蔽部材、４４…プロファイラカップ、４４ａ…第１プロファイラカップ、４４ｂ…第２プロファイラカップ、４７…チューニングカップ、６０…制御装置、７０…注入位置、７１…第１待避位置、７２…第２待避位置、７６…第１測定位置、７７…第２測定位置、Ｂ…イオンビーム、Ｗ…ウェハ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】