JP2011165421A - イオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができ、かつ装置をコンパクトなものにすることができ、しかも基板が分割帯を有していなくても良いイオンビーム照射方法および装置を提供する。
【解決手段】 このイオンビーム照射方法は、基板１０をイオンビーム４の主面４ｓと交差する方向に移動させながら基板にイオンビームを照射して基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のビーム照射工程と、基板１０をその面内で１８０度回転させる基板回転工程と、基板１０をイオンビーム４の主面４ｓと交差する方向に移動させながら基板にイオンビームを照射して基板上に第２のビーム照射領域を形成する第２のビーム照射工程とを実施して、基板１０上において第１および第２のビーム照射領域の一部分を互いに重ね合わせて、基板の全面にイオンビーム４を照射する。かつ重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布をビーム電流密度分布調整機構３０を用いて平坦化する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、基板（例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板等）にイオンビームを照射して、基板に例えばイオン注入、イオンビーム配向処理等の処理を施すイオンビーム照射方法および装置に関し、より具体的には、基板にリボン状（これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームを照射することと、基板をイオンビームの主面と交差する方向に移動させることとを併用する方式のイオンビーム照射方法および装置に関する。このイオンビーム照射方法および装置は、基板にイオン注入を行う場合は、イオン注入方法および装置とも呼ばれる。

リボン状のイオンビームと基板駆動とを併用して、基板の全面にイオンビーム照射を行うイオンビーム照射装置が従来から幾つか提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載のイオンビーム照射装置は、イオン源から長辺方向（換言すれば長手方向。以下同様）の寸法が、基板の対応する辺の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを引き出し、そのイオンビームを長ギャップ長の分析電磁石を通して質量分離を行った後に基板に照射し、かつ基板をイオンビームの主面と交差する方向に駆動し、それによって基板の全面にイオン注入を行うものである。

特許文献２に記載のイオンビーム照射装置は、２組のイオン源および分析電磁石等を、二つのリボン状のイオンビームの位置がその長辺方向において部分的に重なるように上下段違いに配置して、基板に照射されるイオンビームの長辺方向の寸法を、等価的に、各イオン源から引き出したイオンビーム単独の場合よりも大きくして、基板の大型化に対応することができるようにしたものである。

特許文献３に記載のイオンビーム照射装置は、長辺方向の寸法が基板の対応する辺の寸法よりも小さいリボン状のイオンビームを用いて、かつ基板の位置を変えることおよび基板を回転させることの少なくとも一方を用いて、基板に複数回イオンビーム照射を行い、それによって複数のビーム照射領域を連ねて、基板の全面にイオンビーム照射を行うものである。この装置で扱う基板の面内には、所定の処理パターンの繰り返しの単位である複数のセルが分割帯を挟んで形成されており、この分割帯に、前記複数のビーム照射領域を連ねる部分を位置させる。

特開２００５−３２７７１３号公報（図１−図４） 特開２００９−１５２００２号公報（図３） 特開２００９−１３４９２３号公報（図７−図２１）

例えばフラットパネルディスプレイの生産性を高める等のために、基板は大型化する傾向にあるけれども、特許文献１に記載のイオンビーム照射装置では、イオン源のサイズでイオンビームの大きさ（長さ）が決まってしまうので、基板の大型化に対応するためには、イオン源を大きくしなければならないという課題がある。分析電磁石を設ける場合は、それも大きくしなければならない。その結果、イオンビーム照射装置全体が大型化すると共に、構造も複雑になる。大型化すると、イオンビーム照射装置を所定の設置場所に設置することが困難になる場合も生じる。

特許文献２に記載のイオンビーム照射装置は、基板の大型化に対応することができるけれども、２組のイオン源および分析電磁石等を上下段違いに配置した構造であるので、その分、イオンビーム照射装置全体が大型化すると共に、構造も複雑になるという課題がある。

特許文献３に記載のイオンビーム照射装置は、基板の大型化に対応することができるけれども、セル間の分割帯を利用するために、分割帯を有する基板にしか適用することができないという課題がある。

そこでこの発明は、大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができ、かつ装置をコンパクトなものにすることができ、しかも基板が分割帯を有していなくても良いイオンビーム照射方法および装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係るイオンビーム照射方法は、互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、基板に、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを照射するイオンビーム照射方法であって、前記イオンビームのＹ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のビーム照射工程と、前記イオンビームが前記基板に当たらない位置において、前記基板をその面内で１８０度回転させる基板回転工程と、前記イオンビームのＹ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第２のビーム照射領域を形成する第２のビーム照射工程とを実施して、前記基板上において前記第１のビーム照射領域のＹ方向の一部分と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の一部分とを重ね合わせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する方法であり、しかも前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整するビーム電流密度分布調整手段を用いて、前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布を平坦化することを特徴としている。

このイオンビーム照射方法によれば、基板上において第１のビーム照射領域のＹ方向の一部分と第２のビーム照射領域のＹ方向の一部分とを重ね合わせて基板の全面にイオンビームを照射するので、かつビーム電流密度分布調整手段を用いて前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布（例えばイオン注入の場合はドーズ量分布。以下同様）を平坦化するので、大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

前記基板回転工程における前記基板の回転中心を、前記基板の中央に位置させても良い。

前記第１のビーム照射工程を実施する前に、当該第１のビーム照射工程で用いる前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布を測定し、当該測定したデータを用いて、前記第１のビーム照射工程と同じイオンビームを前記第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションし、当該シミュレーションの結果に基づいて、前記合成のビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、当該均一性が所定値以上に良くなるように、前記ビーム電流密度分布調整手段を用いて、前記第１および第２のビーム照射工程で用いる前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整し、当該調整の後に前記第１および第２のビーム照射工程を実施するようにしても良い。

この発明に係るイオンビーム照射装置は、互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、基板に、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを照射するイオンビーム照射装置であって、前記リボン状のイオンビームを発生させるイオンビーム発生装置と、前記イオンビームのＹ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させる機能および前記基板をその面内で回転させる機能を有している基板駆動装置と、前記基板駆動装置を制御して、（Ａ）前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のビーム照射工程と、（Ｂ）前記イオンビームが前記基板に当たらない位置において、前記基板をその面内で１８０度回転させる基板回転工程と、（Ｃ）前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第２のビーム照射領域を形成する第２のビーム照射工程とを実施して、前記基板上において前記第１のビーム照射領域のＹ方向の一部分と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の一部分とを重ね合わせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する制御を行う機能を有している制御装置と、前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整して、前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布を平坦化するビーム電流密度分布調整手段とを備えていることを特徴としている。

請求項１、４に記載の発明によれば、基板上において第１のビーム照射領域のＹ方向の一部分と第２のビーム照射領域のＹ方向の一部分とを重ね合わせて基板の全面にイオンビームを照射するので、かつビーム電流密度分布調整手段を用いて前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布を平坦化するので、大型の基板に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

しかも、一つのイオンビームを二つのビーム照射工程で用いるので、イオンビーム発生装置が一つで済み、かつイオンビームのＹ方向の寸法をあまり大きくせずに済むので、当該イオンビーム発生装置をあまり大きくせずに済む。従って、イオンビーム照射装置をコンパクトなものにすることができる。

更に、前記重ね合わせ部分を分割帯に位置させる必要がないので、基板が分割帯を有していなくても良く、かつ分割帯とイオンビームとの位置合わせも不要である。

請求項２、５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、基板をその中央に位置する回転中心を中心にして回転させるので、前記重ね合わせ部分のＹ方向の寸法が小さくて済み、その分イオンビームのＹ方向の寸法も小さくて済む。また、基板回転に必要なスペースも少なくて済む。従って、イオンビーム照射装置をよりコンパクトにすることができる。

請求項３、６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、当該請求項に記載のようなシミュレーションを行って第１および第２のビーム照射工程で用いるイオンビームのビーム電流密度分布を調整するので、前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布をより確実に平坦化して、基板の全面により均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の一例を示す概略側面図である。 リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。 図１に示す装置を用いたイオンビーム照射方法の一例を説明する図であって、ビーム電流密度分布調整機構および基板をイオンビームの進行方向に見て示しており、図４に続く。 図１に示す装置を用いたイオンビーム照射方法の一例を説明する図であって、ビーム電流密度分布調整機構および基板をイオンビームの進行方向に見て示しており、図３から続く。 イオンビームのＹ方向の合成のビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。 イオンビームのＹ方向の合成のビーム電流密度分布の他の例を示す概略図であり、（Ａ）はビーム電流密度分布の調整前を示し、（Ｂ）は調整後を示す。

（１）第１の実施形態のイオンビーム照射方法および装置
図１に、この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の一例を示す。

以下の図においては、イオンビーム４の進行方向を常にＺ方向とし、このＺ方向に直交する平面内において互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向としている。例えば、Ｘ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は垂直方向である。またこの明細書において、イオンビーム４を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。

図１、図２を参照して、このイオンビーム照射装置は、真空容器２２内において、基板１０に、Ｘ方向の寸法Ｗ_X よりもＹ方向の寸法Ｗ_Y が大きいリボン状のイオンビーム４を照射して、基板１０にイオン注入、イオンビーム配向処理等の処理を施すものである。

基板１０は、処理対象となる材料の総称であり、例えば、ガラス基板、配向膜付ガラス基板、半導体基板、その他の基板である。その平面形状は、例えば四角形であるが、それに限られるものではない。

このイオンビーム照射装置は、この実施形態では、イオン源２、分析電磁石６、基板駆動装置１４、ビームモニタ２４、制御装置２６およびビーム電流密度分布調整機構３０を備えている。

イオン源２は、上記のようなリボン状のイオンビーム４を発生させるイオンビーム発生装置の一例である。このイオン源２から引き出されたイオンビーム４は、この実施形態では、分析電磁石６を通して運動量分析（例えば質量分離）が行われた後に基板１０に照射されるが、運動量分析を行う必要がない場合は分析電磁石６を設けなくても良い。

イオンビーム４は、リボン状と言ってもＸ方向の寸法Ｗ_X が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム４のＸ方向の寸法Ｗ_X は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度、Ｙ方向の寸法Ｗ_Y は、４０ｃｍ〜８０ｃｍ程度である。このイオンビーム４の大きい方の面、即ちＹＺ面に沿う面が主面４ｓである。

基板駆動装置１４は、この実施形態では、図３、図４も参照して、上記イオンビーム４のＹ方向の一端４ａが基板１０の面内に位置し他端４ｂが面外に位置する位置関係で、矢印Ａ、Ｃに示すように基板１０をイオンビーム４の主面４ｓと交差する方向（例えばＸ方向）に直線的に往復移動させる機能、および、基板１０をその面内で例えば矢印Ｂに示すように回転させる機能を有している。基板駆動装置１４は、この例では、基板１０をその中央（中心）に位置する回転中心１１を中心にして回転させるものである。

より具体的には、基板駆動装置１４はこの例では、基板１０を保持するホルダ１２と、基板１０およびホルダ１２を上記のように回転させる回転機構１６と、基板１０、ホルダ１２および回転機構１６を上記のように往復直線移動させる直進機構１８とを備えている。直進機構１８の移動は、真空容器２２の底面内に設けられたガイド２０によってガイドされる。この基板駆動装置１４は、より具体的にはそれを構成する回転機構１６および直進機構１８は、この例では制御装置２６によって制御される。但し、基板駆動装置１４の上記構造はあくまでも一例であり、他の公知の構造を採用しても良い。

この実施形態は、基板駆動装置１４によって基板１０を立てた状態（例えば垂直に近い状態）で上記のように移動させながら基板１０にイオンビーム４を照射するものである。そのようにすると、基板１０の処理面にパーティクルが付着するのを抑えることができる。また、処理室のフットプリント（占有床面積）ひいてはイオンビーム照射装置全体のフットプリントを小さくすることができる。もっとも、上記のようにせずに、基板１０を倒した状態（例えば水平状態）で上記のように移動させながら基板１０にイオンビーム４を照射するようにしても良い。

ビーム電流密度分布調整機構３０は、イオンビーム４のＹ方向の前記一端４ａ付近の（換言すれば一端４ａを含む領域の）ビーム電流密度分布を調整するビーム電流密度分布調整手段の一例である。

ビーム電流密度分布調整機構３０は、この例では、イオン源２と基板１０との間（より具体的にはこの例では分析電磁石６と基板１０との間）に設けられていて、イオンビーム４のＹ方向の一端４ａ付近を整形する可動のマスク３２と、このマスク３２を矢印Ｆで示すようにＹ方向の上下方向に往復直線駆動するマスク駆動装置３４とを有している。このビーム電流密度分布調整機構３０は、より具体的にはそれを構成するマスク駆動装置３４は、この例では制御装置２６によって制御される。

マスク３２のイオンビーム４側の端部３２ａは斜めになっており、このマスク３２によってイオンビーム４の一端４ａ付近を斜めに遮って斜めにカットして、イオンビーム４の一端４ａ付近のビーム電流密度分布を、例えば図３（Ｂ）に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ のように斜めに低下させることができる。このビーム電流密度分布Ｊ₁ が斜めに低下している領域に対応するＹ方向の位置内に、基板１０の回転中心１１が位置するようにしている。この回転中心１１のＹ方向の位置を符号Ｙ₁₁で表している。

上記マスク３２の端部３２ａの形状や、マスク３２のＹ方向の位置によって、イオンビーム４の一端４ａ付近のビーム電流密度分布を調整することができる。

なお、イオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布は、図３（Ｂ）に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ のように、基板１０の面内に位置する部分は（但しマスク３２によって整形される部分を除く）、できるだけ均一なものが好ましい。イオンビーム４の他端４ｂ付近は、基板１０の面外に位置していて基板１０へのイオンビーム照射に利用されないので、他端４ｂ付近のビーム電流密度分布は、あまり大事ではない。

ビームモニタ２４は、上記イオンビーム４を受けて、基板１０に照射されるイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布を測定するものである。例えば図３（Ｂ）に示すようなビーム電流密度分布Ｊ₁ を測定する。このビームモニタ２４による測定データは、この例では制御装置２６に供給される。

ビームモニタ２４は、基板１０に近づけて配置して、基板１０に近い位置でイオンビーム４を測定するのが好ましい。このビームモニタ２４は、この例ではＹ方向に並設された複数のビーム検出器（例えばファラデーカップ）を有している多点ビームモニタであるが、それに限られるものではなく、例えば１個のビーム検出器がＹ方向に移動する構造のもの等でも良い。

制御装置２６の機能については後述する。

次に、上記のようなイオンビーム照射装置を用いて実施するイオンビーム照射方法の第１の実施形態を、主として図３、図４を参照して説明する。図３および図４は、イオンビーム照射方法の一連の工程を、図１中のビーム電流密度分布調整機構３０および基板１０をイオンビーム４の進行方向（Ｚ方向）に見て示すものである。両図は、一連の工程（Ａ）〜（Ｄ）を示すものであるが、図面寸法の制限から別の図面にしている。一連の工程であることを分かりやすくするために、図３中のイオンビーム４よりも左側の部分を（Ａ）、右側の部分を（Ｂ）、それに続く図４中のイオンビーム４よりも右側の部分を（Ｃ）、左側の部分を（Ｄ）としている。

まず、図３に示すように、イオンビーム４のＹ方向の一端４ａが基板１０の面内に位置し他端４ｂが面外に位置する位置関係で、図３（Ａ）に示すイオンビーム照射前の基板１０を、上記基板駆動装置１４によって矢印Ａで示すように、イオンビーム４の主面４ｓと交差する方向（この例ではＸ方向）に移動させながら基板１０にイオンビーム４を照射して、基板１０上にそのＸ方向の一端から他端にかけて第１のビーム照射領域４１を形成する第１のビーム照射工程を実施する。これによって、図３（Ｂ）に示すような基板１０が得られる。第１のビーム照射領域４１は、図中にハッチングを付して示している。このハッチングは断面を表すものではない。図４中のビーム照射領域４２も同様である。このビーム照射領域４１は、図３（Ｂ）に示すようなビーム電流密度分布Ｊ₁ のイオンビーム４を基板１０に照射することによって形成されたものである。

なお、この第１のビーム照射工程において、必要とするイオンビーム照射量（例えばイオン注入の場合はドーズ量）に応じて、基板１０をＸ方向に偶数回（例えば２回、４回等）移動させても良いし、奇数回（例えば１回、３回、５回等）移動させても良い。後述する第２のビーム照射工程においても同様である。より具体的には、第１のビーム照射工程前の基板１０の位置と、第２のビーム照射工程後の基板１０の位置とを同じにする場合は、第１のビーム照射工程で偶数回移動させるときは、第２のビーム照射工程でも第１の工程と同じ方向に偶数回移動させれば良い。第１のビーム照射工程で奇数回移動させるときは、第２のビーム照射工程でも第１の工程とは逆方向に奇数回移動させれば良い。

次に、図３（Ｂ）に示すように、イオンビーム４が基板１０に当たらない位置において、上記基板駆動装置１４の回転機構１６によって矢印Ｂで示すように、基板１０をその面内で１８０度回転させる基板回転工程を実施する。この例では基板１０をその中央の回転中心１１を中心にして回転させる。これによって、基板１０は図４（Ｃ）に示すように上下反転した状態になり、そのビーム照射領域４１はＹ方向の下側に来る。このビーム照射領域４１の形成に用いられたビーム電流密度分布Ｊ₁ も上下反転させて、図４（Ｃ）に二点鎖線で示している。

次に、図４（Ｃ）に示す基板１０を、イオンビーム４のＹ方向の一端４ａが基板１０の面内に位置し他端４ｂが面外に位置する位置関係で、上記基板駆動装置１４によってイオンビーム４の主面４ｓと交差する方向（この例ではＸ方向）に移動させながら、より具体的にはこの例では矢印Ｃで示すように、上記第１のビーム照射工程における移動方向と逆方向に移動させながら、基板１０にイオンビーム４を照射して、基板１０上にそのＸ方向の一端から他端にかけて第２のビーム照射領域４２を形成する第２のビーム照射工程を実施する。これによって、図４（Ｄ）に示すような基板１０が得られる。この基板１０のビーム照射領域４２は、図４（Ｃ）に示すようなビーム電流密度分布Ｊ₂ （これはこの例ではビーム電流密度分布Ｊ₁ と同じである）のイオンビーム４を基板１０に照射することによって形成されたものである。

上記のようにして、基板１０上において第１のビーム照射領域４１のＹ方向の一部分と第２のビーム照射領域４２のＹ方向の一部分とを重ね合わせて（その重ね合わせ部分を符号４３で示す）、基板１０の全面にイオンビーム４を照射する。

しかも、イオンビーム４の一端４ａ付近のビーム電流密度分布を調整する上記ビーム電流密度分布調整機構３０を用いて、重ね合わせ部分４３のイオンビーム照射量分布を平坦化する。即ち、重ね合わせ部分４３とその両側のビーム照射領域４１、４２とで、イオンビーム照射量分布が均一になるようにする。そのようにした一例を図４（Ｄ）に示す。イオンビーム照射量分布Ｄ₁ はビーム電流密度分布Ｊ₁ のイオンビーム照射によって得られたものであり、イオンビーム照射量分布Ｄ₂ はビーム電流密度分布Ｊ₂ のイオンビーム照射によって得られたものであり、イオンビーム照射量分布Ｄ₃ は両イオンビーム照射量分布Ｄ₁ 、Ｄ₂ を合成したものである。イオンビーム照射量分布は、前述したようにイオン注入の場合はドーズ量分布である。

このイオンビーム照射方法によれば、基板１０上において第１のビーム照射領域４１のＹ方向の一部分と第２のビーム照射領域４２のＹ方向の一部分とを重ね合わせて基板１０の全面にイオンビーム４を照射するので、かつビーム電流密度分布調整機構３０を用いて重ね合わせ部分４３のイオンビーム照射量分布を平坦化するので、大型の基板１０に対してもその全面に均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

しかも、上記特許文献２に記載の技術と違って、一つのイオンビーム４を二つのビーム照射工程で用いるので、イオンビーム発生装置の一例であるイオン源２が一つで済む。かつ、イオンビーム４のＹ方向の寸法をあまり大きくせずに済むので、即ち一つのイオンビームで基板１０のＹ方向の全域を均一性良くカバーするほどにはイオンビーム４のＹ方向の寸法を大きくせずに済むので、イオン源２をあまり大きくせずに済む。従って、イオンビーム照射装置をコンパクトなものにすることができる。同様に、この実施例のように分析電磁石６を設ける場合も、分析電磁石６が一つで済み、かつ当該分析電磁石をあまり大きくせずに済む。従ってこの場合も、イオンビーム照射装置をコンパクトなものにすることができる。

更に、上記特許文献３に記載の技術と違って、重ね合わせ部分４３を分割帯に位置させる必要がないので、基板１０が分割帯を有していなくても良く、かつ分割帯とイオンビームとの位置合わせも不要である。

なお、基板１０の回転中心１１は、必ずしもこの実施例のように基板１０の中央（中心）に位置させる必要はないけれども、この実施例のように基板１０の中央に位置させると、基板１０をその中央の回転中心１１を中心にして回転させることになるので、重ね合わせ部分４３のＹ方向の寸法が小さくて済み、その分イオンビーム４のＹ方向の寸法も小さくて済む。また、基板回転に必要なスペースも少なくて済む。従って、イオンビーム照射装置をよりコンパクトにすることができる。

この実施形態のイオンビーム照射装置を構成する制御装置２６は、上記基板駆動装置１４を制御して、上記第１のビーム照射工程と、上記基板回転工程と、上記第２のビーム照射工程とを実施して、基板１０上において上記第１のビーム照射領域４１のＹ方向の一部分と上記第２のビーム照射領域４２のＹ方向の一部分とを重ね合わせて、基板１０の全面にイオンビーム４を照射する制御を行う機能を有している。

従って、このような制御装置２６、上記イオン源２、基板駆動装置１４およびビーム電流密度分布調整機構３０等を備えているこの実施形態のイオンビーム照射装置によれば、上記イオンビーム照射方法が奏する上記効果と同様の効果を奏する。

（２）第２の実施形態のイオンビーム照射方法および装置
第２の実施形態のイオンビーム照射方法および装置は、簡単に言えば、上記第１および第２のビーム照射工程の前に、または上記第１のビーム照射工程と第２のビーム照射工程との間に、イオンビーム４のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションして、イオンビームのビーム電流密度分布を調整するものである。以下においては、上記第１の実施形態のイオンビーム照射方法および装置との相違点を主体に説明する。

この実施形態のイオンビーム照射方法では、上記第１のビーム照射工程を実施する前に、当該第１のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布を例えば上記ビームモニタ２４を用いて測定し、当該測定したデータを用いて、上記第１のビーム照射工程と同じイオンビーム４を上記第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションする。このシミュレーションは例えば制御装置２６において行う。

これを図面を参照して説明すると、第１のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布の測定結果が例えば図５に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ （これは図３、図４に示すビーム電流密度分布Ｊ₁ と同様のものである）の場合、このビーム電流密度分布Ｊ₁ を、基板１０の回転中心のＹ方向の位置Ｙ₁₁（図３、図４も参照）を中心に上下反転させたビーム電流密度分布Ｊ_1rを求めて、このビーム電流密度分布Ｊ_1rと上記ビーム電流密度分布Ｊ₁ とを加算して得られる合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ を求める。上記ビーム電流密度分布Ｊ_1rは、第２のビーム照射工程で用いることになるビーム電流密度分布を表しており、図４に示したビーム電流密度分布Ｊ₂ に相当している。従って、上記合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ は、第１のビーム照射工程と同じイオンビーム４を第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布を表している。

そして、上記シミュレーションの結果に基づいて、上記合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性が所定値（例えば５％程度。以下同様）よりも悪い場合に、当該均一性が所定値以上に良くなるように、上記ビーム電流密度分布調整機構３０を用いて、上記第１および第２のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向の上記一端４ａ付近のビーム電流密度分布を調整する。

例えば、図５に示すビーム電流密度分布Ｊ₃ の場合は、均一性は所定値以上に良いので、調整の必要はない。合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ が、例えば図６（Ａ）に示すように、上記重ね合わせ部分４３に対応する部分４６で大きくなっていて、ビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性が所定値よりも悪い場合は、ビーム電流密度分布調整機構３０のマスク３２を、Ｙ方向においてより多くイオンビーム４内に入る方向に（簡単に言えば図３、図４中の上方に）移動させる。

そのようにすると、イオンビーム４の一端４ａがマスク３２によってより大きくカットされるので、図６（Ｂ）に示すように、上記二つのビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ_1rが互いに重なる領域が小さくなり、ビーム電流密度分布が小さくなる。従って、マスク３２の移動距離を調整することによって、例えば図６（Ｂ）に示すように、合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性を所定値以上に良くすることができる。

上記部分４６のビーム電流密度が他よりも小さい場合は、上記とは逆にすれば良い。即ち、ビーム電流密度分布調整機構３０のマスク３２を、イオンビーム４内に入る程度が少なくなる方向に（簡単に言えば図３、図４中の下方に）移動させる。そのようにすると、イオンビーム４の一端４ａがマスク３２によってカットされる程度が少なくなるので、上記二つのビーム電流密度分布Ｊ₁ 、Ｊ_1rが互いに重なる領域が大きくなり、ビーム電流密度分布が大きくなる。従って、マスク３２の移動距離を調整することによって、合成のビーム電流密度分布Ｊ₃ の均一性を所定値以上に良くすることができる。

そして、上記調整の後に、上記第１および第２のビーム照射工程、更には上記基板回転工程を実施する。

このイオンビーム照射方法によれば、上記のようなシミュレーションを行って第１および第２のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のビーム電流密度分布を調整するので、上記重ね合わせ部分４３のイオンビーム照射量分布をより確実に平坦化して、基板１０の全面により均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

第２の実施形態のイオンビーム照射装置を構成する制御装置２６は、第１の実施形態の場合の前述した機能に加えて更に、（ａ）上記第１のビーム照射工程を実施する前に、当該第１のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布を上記ビームモニタ２４を用いて測定する機能と、（ｂ）当該測定したデータを用いて、上記第１のビーム照射工程と同じイオンビーム４を上記第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションする機能と、（ｃ）当該シミュレーションの結果に基づいて、上記合成のビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、当該均一性が所定値以上に良くなるように、上記ビーム電流密度分布調整機構３０を制御して、上記第１および第２のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向の上記一端４ａ付近のビーム電流密度分布を調整する機能と、（ｄ）当該調整の後に上記第１および第２のビーム照射工程を実施する機能を有している。

従って、このような制御装置２６、上記イオン源２、基板駆動装置１４、ビームモニタ２４およびビーム電流密度分布調整機構３０等を備えているこの実施形態のイオンビーム照射装置によれば、上記第２の実施形態のイオンビーム照射方法が奏する上記効果と同様の効果を奏する。

なお、上記例とは違って、上記第１のビーム照射工程と第２のビーム照射工程との間に、イオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布のシミュレーションおよび調整を行っても良い。

その場合は、上記第１のビーム照射工程で用いたイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布の測定データを保存しておいて、上記第１のビーム照射工程の後で上記第２のビーム照射工程の前に（上記基板回転工程の前後は問わない）、上記保存しておいたデータを用いて、上記第１のビーム照射工程と同じイオンビーム４を上記第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションする。そして、当該シミュレーションの結果に基づいて、上記合成のビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、当該均一性が所定値以上に良くなるように、上記ビーム電流密度分布調整機構３０を用いて、上記第２のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向の上記一端４ａ付近のビーム電流密度分布を調整し、当該調整の後に上記第２のビーム照射工程を実施する。

この方法の場合も、上記のようなシミュレーションを行ってイオンビーム４のビーム電流密度分布を調整するので、上記重ね合わせ部分４３のイオンビーム照射量分布をより確実に平坦化して、基板１０の全面により均一性良くイオンビーム照射を行うことができる。

この場合の制御装置２６は、上記第１のビーム照射工程と第２のビーム照射工程との間に、イオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布のシミュレーションおよび調整を行う機能を有しているものにすれば良い。

（３）その他の変形例
以下の変形例は、上記第１および第２の実施形態のイオンビーム照射方法および装置のいずれにも適用することができる。

イオンビーム４のＹ方向の一端４ａ付近のビーム電流密度分布を調整するビーム電流密度分布調整手段として、上記ビーム電流密度分布調整機構３０の代わりに、またはそれと併用して、例えば上記特許文献１に記載されているような公知のビーム電流密度分布調整手段を用いても良い。即ち、ビーム電流密度分布調整手段は、（ａ）イオン源２を、Ｙ方向に複数のフィラメントを有するマルチフィラメント型のイオン源として、その各フィラメントに流すフィラメント電流を制御するという手段でも良いし、（ｂ）イオンビーム４の経路に、イオンビーム４の長手方向Ｙにおけるビーム電流密度分布を制御する電界レンズや磁界レンズ等のレンズ手段を設けておいてそれを制御するという手段でも良い。あるいは、（ｃ）イオンビーム４の経路に、特開２００７−１７２９２７号公報に記載されているような、イオンビーム４を遮るための複数の可動遮蔽板を設けておいてそれを制御するという手段でも良い。このようなビーム電流密度分布調整手段も、例えば上記制御装置２６によって制御される。

イオンビーム発生装置は、上記イオン源２に限られるものではなく、他の構成のものでも良い。例えば、比較的小さなイオン源から扇状に広がる（発散する）イオンビームを引き出し、そのイオンビームを発散途中で必要に応じて分析電磁石を通して質量分離を行った後に、ビーム平行化器（例えば４重極子デバイス、ビーム平行化マグネット等）によって平行ビーム化してリボン状のイオンビームにした後に基板１０に照射する構成のものでも良い（例えば特開２００６−１３９９９６号公報参照）。

２ イオン源（イオンビーム発生装置）
４ イオンビーム
１０ 基板
１１ 回転中心
１４ 基板駆動装置
２４ ビームモニタ
２６ 制御装置
３０ ビーム電流密度分布調整機構
４１ 第１のビーム照射領域
４２ 第２のビーム照射領域
４３ 重ね合わせ部分

Claims (6)

1. 互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、基板に、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを照射するイオンビーム照射方法であって、
   前記イオンビームのＹ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のビーム照射工程と、
   前記イオンビームが前記基板に当たらない位置において、前記基板をその面内で１８０度回転させる基板回転工程と、
   前記イオンビームのＹ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第２のビーム照射領域を形成する第２のビーム照射工程とを実施して、
   前記基板上において前記第１のビーム照射領域のＹ方向の一部分と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の一部分とを重ね合わせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する方法であり、
   しかも前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整するビーム電流密度分布調整手段を用いて、前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布を平坦化することを特徴とするイオンビーム照射方法。
2. 前記基板回転工程における前記基板の回転中心を、前記基板の中央に位置させる請求項１記載のイオンビーム照射方法。
3. 前記第１のビーム照射工程を実施する前に、当該第１のビーム照射工程で用いる前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布を測定し、
   当該測定したデータを用いて、前記第１のビーム照射工程と同じイオンビームを前記第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションし、
   当該シミュレーションの結果に基づいて、前記合成のビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、当該均一性が所定値以上に良くなるように、前記ビーム電流密度分布調整手段を用いて、前記第１および第２のビーム照射工程で用いる前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整し、
   当該調整の後に前記第１および第２のビーム照射工程を実施する請求項１または２記載のイオンビーム照射方法。
4. 互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、基板に、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを照射するイオンビーム照射装置であって、
   前記リボン状のイオンビームを発生させるイオンビーム発生装置と、
   前記イオンビームのＹ方向の一端が前記基板の面内に位置し他端が面外に位置する位置関係で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させる機能および前記基板をその面内で回転させる機能を有している基板駆動装置と、
   前記基板駆動装置を制御して、（Ａ）前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第１のビーム照射領域を形成する第１のビーム照射工程と、（Ｂ）前記イオンビームが前記基板に当たらない位置において、前記基板をその面内で１８０度回転させる基板回転工程と、（Ｃ）前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させながら前記基板に前記イオンビームを照射して、前記基板上に第２のビーム照射領域を形成する第２のビーム照射工程とを実施して、前記基板上において前記第１のビーム照射領域のＹ方向の一部分と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の一部分とを重ね合わせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する制御を行う機能を有している制御装置と、
   前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整して、前記重ね合わせ部分のイオンビーム照射量分布を平坦化するビーム電流密度分布調整手段とを備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
5. 前記基板駆動装置は、前記基板を当該基板の中央に位置する回転中心を中心にして回転させるものである請求項４記載のイオンビーム照射装置。
6. 前記基板に照射される前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布を測定するビームモニタを更に備えており、
   前記制御装置は更に、（ａ）前記第１のビーム照射工程を実施する前に、当該第１のビーム照射工程で用いる前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布を前記ビームモニタを用いて測定する機能と、（ｂ）当該測定したデータを用いて、前記第１のビーム照射工程と同じイオンビームを前記第２のビーム照射工程で用いた場合のＹ方向の合成のビーム電流密度分布をシミュレーションする機能と、（ｃ）当該シミュレーションの結果に基づいて、前記合成のビーム電流密度分布の均一性が所定値よりも悪い場合に、当該均一性が所定値以上に良くなるように、前記ビーム電流密度分布調整手段を用いて、前記第１および第２のビーム照射工程で用いる前記イオンビームのＹ方向の前記一端付近のビーム電流密度分布を調整する機能と、（ｄ）当該調整の後に前記第１および第２のビーム照射工程を実施する機能とを有している請求項４または５記載のイオンビーム照射装置。

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