JP2011165454A

JP2011165454A - イオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置

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Publication number: JP2011165454A
Application number: JP2010026099A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Inai; 裕井内; Shojiro Doi; 正二郎土肥; Junichi Tatemichi; 潤一立道
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-25

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、電磁石装置５０を用いて、イオンビーム４を第１の位置４ａに切り換えておいて、基板１０をイオンビーム４の主面５と交差する方向に移動させながら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、イオンビーム４を第２の位置４ｂに切り換えておいて、同様にして基板１０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上において両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、かつ基板の駆動（走査）に加えて、当該駆動方向と直交する方向に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。また、基板の駆動（走査）以外に、当該駆動方向と直交する方向に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行う必要があるので、基板駆動装置の構造が複雑になるという課題もある。

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経路に互いに直列に配置されていて前記イオンビームをＹ方向において互いに逆方向に曲げる第１および第２の電磁石を有していて、両電磁石に供給する励磁電流を共に反転させることによって、リボン状の形状を保ったまま前記イオンビームのＹ方向の位置を、第１の位置および第２の位置の２位置に、しかも当該２位置のイオンビームのＹ方向の端部付近が互いに重なる位置に切り換える電磁石装置を用いて、前記電磁石装置によって前記イオンビームを前記第１の位置に切り換えておいて、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、前記電磁石装置によって前記イオンビームを前記第２の位置に切り換えておいて、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方向の端部付近と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の端部付近とを重ね合わせて、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２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向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、前記第１および第２のビーム照射領域の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方向の端部付近と第２のビーム照射領域のＹ方向の端部付近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。

前記第１および第２のビーム照射工程を実施する前に、前記第１の位置の前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布と前記第２の位置の前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布とを測定し、当該測定したデータを用いて、前記第１および第２の位置のイオンビームの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２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向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、前記イオンビーム発生装置からの前記イオンビームの経路に互いに直列に配置されていて前記イオンビームをＹ方向において互いに逆方向に曲げる第１および第２の電磁石を有していて、両電磁石に供給する励磁電流を共に反転させることによって、リボン状の形状を保ったまま前記イオンビームのＹ方向の位置を、第１の位置および第２の位置の２位置に、しかも当該２位置のイオンビームのＹ方向の端部付近が互いに重なる位置に切り換える電磁石装置と、前記基板を保持して当該基板を前記電磁石装置の下流側において前記リボン状のイオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、前記電磁石装置および前記基板駆動装置を制御して、（Ａ）前記イオンビームを前記第１の位置に切り換えておいて、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）前記イオンビームを前記第２の位置に切り換えておいて、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方向の端部付近と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の端部付近とを重ね合わせて、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２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向のビーム電流密度分布を調整して、前記第１および第２のビーム照射領域の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、３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方向の端部付近と第２のビーム照射領域のＹ方向の端部付近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電磁石装置によって切り換えて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。

また、基板の駆動に関しては、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だけで良いので、基板駆動装置の構成を簡素化することができる。

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、４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中のイオンビーム、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す図である。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り、（Ａ）は第１のビーム照射工程後の基板およびそのイオンビーム照射量分布を示し、（Ｂ）は第２のビーム照射工程後の基板およびそのイオンビーム照射量分布を示す。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、ビーム電流密度分布調整機構３０および電磁石装置５０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から発生させるイオンビーム４のＹ方向の寸法Ｗ_Yは、基板１０のＹ方向の寸法よりも小さくて良い。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５である。

電磁石装置５０は、上記イオン源２（分析電磁石６を設ける場合はそれ）からのイオンビーム４の経路に互いに直列に配置されていてイオンビーム４をＹ方向において互いに逆方向に曲げる第１の電磁石５１および第２の電磁石５２と、両電磁石５１、５２に励磁電流をそれぞれ供給する直流電源５３とを有している。両電磁石５１、５２はコイルをそれぞれ有しているが、ここでは図示を簡略化するためにコイルの図示を省略している。

直流電源５３から両電磁石５１、５２に供給する励磁電流の向きを共に反転させることによって、リボン状の形状を保ったままイオンビーム４のＹ方向の位置を、第１の位置４ａ（この例では図１、図３中に実線で示すようにＹ方向の上側）および第２の位置４ｂ（この例では図１、図３中に二点鎖線で示すようにＹ方向の下側）の２位置に、しかも当該２位置４ａ、４ｂのイオンビーム４のＹ方向の端部付近が互いに重なる（その重なる部分を符号４ｃで示す）位置に切り換える。

即ち、イオンビーム４を第１の位置４ａに切り換えるときは、両電磁石５１、５２はイオンビーム４の経路に互いに逆向きの磁界Ｂ₁₁、Ｂ₂₁をそれぞれ発生させ、イオンビーム４を第２の位置４ｂに切り換えるときは、両電磁石５１、５２はイオンビーム４の経路に上記とは反対方向の磁界Ｂ₁₂、Ｂ₂₂（両磁界Ｂ₁₂、Ｂ₂₂は互いに逆向き）をそれぞれ発生させる。それによって、第１の位置４ａのイオンビーム４のＹ方向の下端付近と、第２の位置４ｂのイオンビーム４のＹ方向の上端付近とが互いに重なるように、イオンビーム４を上記２位置に切り換える。上記イオンビーム４の重なる部分４ｃのＹ方向の中心位置を符号Ｙ_cで表している。

基板駆動装置１４は、上記電磁石装置５０の下流側に設けられている。この基板駆動装置１４は、この実施形態では、図３も参照して、上記基板１０を保持して当該基板１０を電磁石装置５０の下流側において、矢印Ａ、Ｃで示すように、上記リボン状のイオンビーム４の主面５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ものである。基板１０は、イオンビーム４の上記重なる部分４ｃが基板１０の面内に（例えばＹ方向の中央付近に）位置するように保持される。

より具体的には、基板駆動装置１４はこの例では、基板１０を上記位置に保持するホルダ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、上記２位置に切り換えられるイオンビーム４が互いに重なる部分４ｃのＹ方向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、図３も参照して、この例では、電磁石装置５０と基板１０との間に設けられていて、イオンビーム４の上記重なる部分４ｃ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Ｘ方向に（即ちイオンビーム４の重なる部分４ｃに対して出し入れする方向に）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は、この例では、イオンビーム４側が尖った三角形をしており、このマスク３２によってイオンビーム４の重なる部分４ｃ付近を遮って斜めにカットして、イオンビーム４の重なる部分４ｃのＹ方向のビーム電流密度分布を、例えば図１に示すビーム電流密度分布Ｊ₁、Ｊ₂のように斜めに低下させることができる。実線で示すビーム電流密度分布Ｊ₁は上記第１の位置４ａのイオンビーム４のもの、二点鎖線で示すビーム電流密度分布Ｊ₂は上記第２の位置４ｂのイオンビーム４のものである。

上記マスク３２の形状や、マスク３２のＸ方向の位置によって、イオンビーム４の重なる部分４ｃのビーム電流密度分布を調整することができる。

ビーム電流密度分布調整機構３０は、上記例を更に発展させて、マスク３２をＹ方向の上下二つに分割してその各々をマスク駆動装置によってＸ方向にそれぞれ駆動する構成を採用しても良い。更に、マスク３２をＸ方向に加えてＹ方向にも駆動させる構成を採用しても良い。

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１に示すビーム電流密度分布Ｊ₁、Ｊ₂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。

ビームモニタ２４は、上記２位置４ａ、４ｂのイオンビーム４を受けて、基板１０に照射される上記２位置４ａ、４ｂのイオンビーム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１に示すようなビーム電流密度分布Ｊ₁、Ｊ₂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、図１〜図４を参照して説明する。

まず、電磁石装置５０によってイオンビーム４を第１の位置４ａに切り換えておいて、基板駆動装置１４によって基板１０を例えば矢印Ａで示すようにイオンビーム４の主面５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４（Ａ）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（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１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り、このビーム照射領域４１のイオンビーム照射量分布Ｄ₁を図４（Ａ）中に示している。

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、電磁石装置５０によってイオンビーム４を第２の位置４ｂに切り換えておいて、基板駆動装置１４によって基板１０を例えば矢印Ｃで示すようにイオンビーム４の主面５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（Ｂ）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１に示すようなビーム電流密度分布Ｊ₂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り、このビーム照射領域４２のイオンビーム照射量分布Ｄ₂を図４（Ｂ）中に示している。

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（即ち端部付近）と第２のビーム照射領域４２のＹ方向の一部分（即ち端部付近）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。この重ね合わせ部分４３と、イオンビーム２の上記重なる部分４ｃとは対応している。

かつ、イオンビーム４の上記重なる部分４ｃ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（Ｂ）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方向の端部付近と第２のビーム照射領域４２のＹ方向の端部付近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を電磁石装置５０によって切り換えて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、イオン源２から引き出すイオンビーム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。

また、基板１０の駆動に関しては、上記特許文献３に記載の技術と違って、基板１０をイオンビーム４の主面５と交差する方向に移動させるだけで良いので、基板駆動装置１４の構成を簡素化することができる。

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。

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、上記電磁石装置５０および基板駆動装置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方向の端部付近と上記第２のビーム照射領域４２のＹ方向の端部付近とを重ね合わせて、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、電磁石装置５０、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および第２のビーム照射工程を実施する前に、上記第１の位置４ａのイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布と上記第２の位置４ｂのイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布と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および第２の位置４ａ、４ｂのイオンビーム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、第２のビーム照射工程で用いるイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布の測定結果が、それぞれ、例えば図５に示すビーム電流密度分布Ｊ₁、Ｊ₂（これは図１に示すビーム電流密度分布Ｊ₁、Ｊ₂と同様のものである）であるとすると、両ビーム電流密度分布Ｊ₁、Ｊ₂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。これが上記シミュレーションである。

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、上記イオンビーム４が重なる部分４ｃのＹ方向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、上記重なる部分４ｃ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、Ｘ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中の左方向に）移動させる。

そのようにすると、イオンビーム４の重なる部分４ｃ付近がマスク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、Ｊ₂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。

上記重なる部分４ｃ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中の右方向に）移動させる。そのようにすると、イオンビーム４の重なる部分４ｃ付近がマスク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、Ｊ₂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および第２のビーム照射工程を実施する前に、上記第１の位置４ａのイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布と第２の位置４ｂのイオンビーム４のＹ方向のビーム電流密度分布と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および第２の位置４ａ、４ｂのイオンビーム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２位置４ａ、４ｂに切り換えられるイオンビーム４が互いに重なる部分４ｃのＹ方向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とを有している。

従って、このような制御装置２６、上記イオン源２、電磁石装置５０、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２のビーム照射工程の前に、第２のビーム照射工程に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測定してそれと上記保存しておいたデータとを用いて、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方向の上記重なる部分４ｃ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。

上記イオンビーム４が互いに重なる部分４ｃのＹ方向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
４ａ第１の位置
４ｂ第２の位置
４ｃ重なる部分
１０基板
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
５０電磁石装置
５１第１の電磁石
５２第２の電磁石

Claims

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経路に互いに直列に配置されていて前記イオンビームをＹ方向において互いに逆方向に曲げる第１および第２の電磁石を有していて、両電磁石に供給する励磁電流を共に反転させることによって、リボン状の形状を保ったまま前記イオンビームのＹ方向の位置を、第１の位置および第２の位置の２位置に、しかも当該２位置のイオンビームのＹ方向の端部付近が互いに重なる位置に切り換える電磁石装置を用いて、
前記電磁石装置によって前記イオンビームを前記第１の位置に切り換えておいて、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、
前記電磁石装置によって前記イオンビームを前記第２の位置に切り換えておいて、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方向の端部付近と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の端部付近とを重ね合わせて、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２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向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、前記第１および第２のビーム照射領域の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。
前記第１および第２のビーム照射工程を実施する前に、前記第１の位置の前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布と前記第２の位置の前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布とを測定し、
当該測定したデータを用いて、前記第１および第２の位置のイオンビームの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２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向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記載のイオンビーム照射方法。
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、
前記イオンビーム発生装置からの前記イオンビームの経路に互いに直列に配置されていて前記イオンビームをＹ方向において互いに逆方向に曲げる第１および第２の電磁石を有していて、両電磁石に供給する励磁電流を共に反転させることによって、リボン状の形状を保ったまま前記イオンビームのＹ方向の位置を、第１の位置および第２の位置の２位置に、しかも当該２位置のイオンビームのＹ方向の端部付近が互いに重なる位置に切り換える電磁石装置と、
前記基板を保持して当該基板を前記電磁石装置の下流側において前記リボン状のイオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
前記電磁石装置および前記基板駆動装置を制御して、（Ａ）前記イオンビームを前記第１の位置に切り換えておいて、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）前記イオンビームを前記第２の位置に切り換えておいて、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方向の端部付近と前記第２のビーム照射領域のＹ方向の端部付近とを重ね合わせて、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２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向のビーム電流密度分布を調整して、前記第１および第２のビーム照射領域の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。
前記第１および第２の位置の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および第２のビーム照射工程を実施する前に、前記第１の位置の前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布と前記第２の位置の前記イオンビームのＹ方向のビーム電流密度分布と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および第２の位置のイオンビームの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制御して、前記２位置に切り換えられる前記イオンビームが互いに重なる部分のＹ方向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３記載のイオンビーム照射装置。