JP6985951B2 - イオン注入装置および測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入装置および測定装置に関する。

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、半導体ウエ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角度に応じてイオンビームとウェハとの相互作用の態様が変化し、イオン注入の処理結果に影響を与えることが知られており、イオン注入前にイオンビームの角度分布が測定される。例えば、スリットを通過したビームの電流値をスリット幅方向に並べられた複数の電極で測定することにより、スリット幅方向の角度分布を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−４６１４号公報

イオンビームの角度情報を適切に把握するためには、ビーム断面内の特定位置の角度分布だけではなく、ビーム束全体にわたって角度分布を得ることが好ましい。しかしながら、ビーム束全体にわたって角度分布を測定するためには、ビームを横切る方向にスリットを移動させながらビーム断面内の複数の位置で角度を測定する必要があり、測定完了までに時間がかかる。半導体製造工程のスループット向上のためには、より短い時間でビームの角度分布を評価できることが好ましい。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームの角度分布を高速に評価する技術を提供することにある。

本発明のある態様のイオン注入装置は、ウェハに照射されるイオンビームを輸送するビームライン装置と、イオンビームの角度情報を測定する測定装置と、を備える。測定装置は、イオンビームが入射する複数のスリットと、複数のスリットからビーム進行方向に離れた位置に設けられるビーム電流測定部と、測定制御部とを含む。ビーム電流測定部は、ビーム進行方向と直交する第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成され、複数のスリットは、第１方向がスリット幅方向と一致するように第１方向に間隔を空けて配置され、第１方向に可動となるように構成され、測定制御部は、複数のスリットを第１方向に移動させながら、ビーム電流測定部により第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する。

本発明の別の態様は、測定装置である。この装置は、イオンビームの角度情報を測定する測定装置であって、イオンビームが入射する複数のスリットと、複数のスリットからビーム進行方向に離れた位置に設けられるビーム電流測定部と、測定制御部と、を備える。ビーム電流測定部は、ビーム進行方向と直交する第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成され、複数のスリットは、第１方向がスリット幅方向と一致するように第１方向に間隔を空けて配置され、第１方向に可動となるように構成され、測定制御部は、複数のスリットを第１方向に移動させながら、ビーム電流測定部により第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する。

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。

本発明によれば、イオンビームの角度分布の評価を高速化できる。

実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す上面図である。 基板搬送処理ユニットの構成を詳細に示す側面図である。 図３（ａ），（ｂ）は、マスクプレートおよびビーム電流測定部の構成を概略的に示す平面図である。 測定装置によるビームの角度分布の測定例を模式的に示す側面図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、異なる角度分布を有するビームの測定例を模式的に示す側面図である。 図６（ａ），（ｂ）は、測定装置によるビーム電流の測定結果を模式的に示すグラフである。 マスクプレートを移動させる様子を模式的に示す側面図である。 測定装置によるビームの角度分布の測定例を模式的に示す側面図である。 図９（ａ），（ｂ）は、測定装置によるビーム電流の測定結果を模式的に示すグラフである。 ビーム束全体の位相空間分布を模式的に示す図である。 異常と判定されるビームの測定例を模式的に示す側面図である。 ビーム束の部分的な位相空間分布を模式的に示す図である。 実施の形態に係るイオン注入方法の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る測定装置によるビームの角度分布の測定例を模式的に示す側面図である。

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。

図１は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置１００を概略的に示す上面図である。イオン注入装置１００は、いわゆる高エネルギーイオン注入装置である。高エネルギーイオン注入装置は、高周波線形加速方式のイオン加速器と高エネルギーイオン輸送用ビームラインを有するイオン注入装置であり、イオン源１０で発生したイオンを加速し、そうして得られたイオンビームＢをビームラインに沿って被処理物（例えば基板またはウェハＷ）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。

高エネルギーイオン注入装置１００は、イオンを生成して質量分離するイオンビーム生成ユニット１２と、イオンビームを加速して高エネルギーイオンビームにする高エネルギー多段線形加速ユニット１４と、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、軌道補正、エネルギー分散の制御を行うビーム偏向ユニット１６と、分析された高エネルギーイオンビームをウェハＷまで輸送するビーム輸送ラインユニット１８と、輸送された高エネルギーイオンビームを半導体ウェハに注入する基板搬送処理ユニット２０とを備える。

イオンビーム生成ユニット１２は、イオン源１０と、引出電極１１と、質量分析装置２２と、を有する。イオンビーム生成ユニット１２では、イオン源１０から引出電極１１を通してビームが引き出されると同時に加速され、引出加速されたビームは質量分析装置２２により質量分析される。質量分析装置２２は、質量分析磁石２２ａ、質量分析スリット２２ｂを有する。質量分析スリット２２ｂは、質量分析磁石２２ａの直後に配置する場合もあるが、実施例では、その次の構成である高エネルギー多段線形加速ユニット１４の入り口部内に配置される。質量分析装置２２による質量分析の結果、注入に必要なイオン種だけが選別され、選別されたイオン種のイオンビームは、次の高エネルギー多段線形加速ユニット１４に導かれる。

高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置、すなわち、一つ以上の高周波共振器を挟む加速ギャップを備えている。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高周波（ＲＦ）電場の作用により、イオンを加速することができる。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高エネルギーイオン注入用の基本的な複数段の高周波共振器を備える第１線形加速器１５ａを備える。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、超高エネルギーイオン注入用の追加の複数段の高周波共振器を備える第２線形加速器１５ｂを追加的に備えてもよい。高エネルギー多段線形加速ユニット１４により、さらに加速されたイオンビームは、ビーム偏向ユニット１６により方向が変化させられる。

イオンビームを高エネルギーまで加速する高周波方式の高エネルギー多段線形加速ユニット１４を出た高エネルギーイオンビームは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、高エネルギー多段線形加速ユニット１４の下流で高エネルギーのイオンビームをビーム走査およびビーム平行化させてウェハに照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析と、軌道補正及びビーム収束発散の調整を実施しておくことが必要となる。

ビーム偏向ユニット１６は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、軌道補正、エネルギー分散の制御を行う。ビーム偏向ユニット１６は、少なくとも二つの高精度偏向電磁石と、少なくとも一つのエネルギー幅制限スリットと、少なくとも一つのエネルギー分析スリットと、少なくとも一つの横収束機器とを備える。複数の偏向電磁石は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析と、イオン注入角度の精密な補正と、エネルギー分散の抑制とを行うよう構成されている。

ビーム偏向ユニット１６は、エネルギー分析電磁石２４と、エネルギー分散を抑制する横収束四重極レンズ２６と、エネルギー分析スリット２８と、ステアリング（軌道補正）を提供する偏向電磁石３０とを有する。なお、エネルギー分析電磁石２４は、エネルギーフィルタ電磁石（ＥＦＭ）と呼ばれることもある。高エネルギーイオンビームは、ビーム偏向ユニット１６によって方向転換され、ウェハＷの方向へ向かう。

ビーム輸送ラインユニット１８は、ビーム偏向ユニット１６から出たイオンビームＢを輸送するビームライン装置であり、収束／発散レンズ群から構成されるビーム整形器３２と、ビーム走査器３４と、ビーム平行化器３６と、最終エネルギーフィルタ３８（最終エネルギー分離スリットを含む）とを有する。ビーム輸送ラインユニット１８の長さは、イオンビーム生成ユニット１２と高エネルギー多段線形加速ユニット１４とを合計した長さに合わせて設計されており、ビーム偏向ユニット１６で結ばれて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。

ビーム輸送ラインユニット１８の下流側の終端には、基板搬送処理ユニット２０が設けられる。基板搬送処理ユニット２０には、イオン注入中のウェハＷを保持し、ウェハＷをビーム走査方向と直角方向に動かすプラテン駆動装置４０が設けられる。また、基板搬送処理ユニット２０には、イオンビームＢのビーム電流および角度分布を測定するための測定装置５０が設けられる。測定装置５０は、複数のスリットが設けられるマスクプレート５２、マスクプレート５２を通過したビームを測定するビーム電流測定部５４、ビーム電流の測定値からビームの角度分布を算出する測定制御部５６を備える。測定装置５０の構成は、別途詳述する。

イオン注入装置１００のビームライン部は、対向する２本の長直線部を有する水平のＵ字状の折り返し型ビームラインに構成されている。上流の長直線部は、イオンビーム生成ユニット１２で生成されたイオンビームＢを加速する複数のユニットで構成される。下流の長直線部は、上流の長直線部に対し方向転換されたイオンビームＢを調整してウェハＷに注入する複数のユニットで構成される。２本の長直線部はほぼ同じ長さに構成されている。２本の長直線部の間には、メンテナンス作業のために十分な広さの作業スペースＲ１が設けられている。

図２は、基板搬送処理ユニット２０の構成を詳細に示す側面図であり、最終エネルギーフィルタ３８から下流側の構成を示す。イオンビームＢは、最終エネルギーフィルタ３８の角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）電極６４にて下方に偏向されて基板搬送処理ユニット２０に入射する。基板搬送処理ユニット２０は、イオン注入工程が実行される注入処理室６０と、ウェハＷを搬送するための搬送機構が設けられる基板搬送部６２とを含む。注入処理室６０および基板搬送部６２は、基板搬送口６１を介してつながる。

注入処理室６０は、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４０を備える。プラテン駆動装置４０は、ウェハ保持装置４２と、往復運動機構４４と、ツイスト角調整機構４６と、チルト角調整機構４８とを含む。ウェハ保持装置４２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４４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４２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置４２に保持されるウェハＷをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印Ｙ１によりウェハＷの往復運動を例示する。

ツイスト角調整機構４６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４６は、ウェハ保持装置４２と往復運動機構４４の間に設けられ、ウェハ保持装置４２とともに往復運動される。

チルト角調整機構４８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Ｂの進行方向（ｚ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４８は、往復運動機構４４と注入処理室６０の壁面の間に設けられており、往復運動機構４４を含むプラテン駆動装置４０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。

注入処理室６０には、イオンビームＢの軌道に沿って上流側から下流側に向けて、マスクプレート５２、エネルギースリット６６、プラズマシャワー装置６８、ビーム電流測定部５４（第１ビーム電流測定部５４ともいう）が設けられている。注入処理室６０には、イオン注入中のウェハＷが配置される「注入位置」に挿入可能となるよう構成される第２ビーム電流測定部７０が設けられる。

マスクプレート５２は、複数のスリットが設けられるビーム遮蔽体である。マスクプレート５２には、スリット幅方向がｘ方向となる縦スリットと、スリット幅方向がｙ方向となる横スリットが設けられる。マスクプレート５２に設けられるスリットを通過したビームの一部は、下流側の第１ビーム電流測定部５４や第２ビーム電流測定部７０にて測定される。マスクプレート５２は、マスク駆動機構５８に取り付けられ、ｙ方向に可動となるよう構成される。マスク駆動機構５８は、マスクプレート５２をｙ方向に移動させるよう構成される。マスクプレート５２は、測定時にｙ方向に移動することで、マスクプレート５２に設けられるスリットが切り出すビーム部分のビーム断面内における位置を変化させる。マスクプレート５２は、測定時にビーム軌道上に配置され、注入時にはビーム軌道から退避される。

エネルギースリット６６は、ＡＥＦ電極６４の下流側に設けられ、ＡＥＦ電極６４とともにウェハＷに入射するイオンビームＢのエネルギー分析をする。エネルギースリット６６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６６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Ｂ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。

プラズマシャワー装置６８は、エネルギースリット６６の下流側に位置する。プラズマシャワー装置６８は、イオンビームＢのビーム電流量に応じてイオンビームおよび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６８は、例えば、イオンビームＢ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。

第１ビーム電流測定部５４は、ビーム軌道の最下流に設けられ、例えば、基板搬送口６１の下方に取り付けられる。したがって、ビーム軌道上にウェハＷや第２ビーム電流測定部７０が存在しない場合、イオンビームＢはビーム電流測定部５４に入射する。ビーム電流測定部５４は、マスクプレート５２とともにイオンビームＢのｙ方向の角度分布を測定可能となるよう構成される。ビーム電流測定部５４をマスクプレート５２から離れた最下流に設けることで、角度分解能を高めることができる。

第２ビーム電流測定部７０は、ウェハＷの表面（ウェハ処理面）におけるビーム電流を測定するためのものである。第２ビーム電流測定部７０は、可動式となっており、注入時にはウェハ位置から待避され、ウェハＷが注入位置にないときにウェハ位置に挿入される。第２ビーム電流測定部７０は、例えば、ｘ方向に移動しながらビーム電流量を測定し、ビーム走査方向（ｘ方向）のビーム電流密度分布を測定する。第２ビーム電流測定部７０は、マスクプレート５２とともにイオンビームＢのｘ方向およびｙ方向の少なくとも一方の角度分布を測定可能となるよう構成されてもよい。

図３（ａ），（ｂ）は、マスクプレート５２およびビーム電流測定部５４の構成を概略的に示す平面図である。図３（ａ）は、マスクプレート５２の構成を示す。マスクプレート５２には、複数の縦スリット７１，７２，７３と、複数の横スリット７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃとが設けられる。

マスクプレート５２の中央には、三つの第１縦スリット７１が設けられ、マスクプレート５２の左方には、二つの第２縦スリット７２が設けられ、マスクプレート５２の右方には、二つの第３縦スリット７３が設けられる。各縦スリット７１〜７３は、スリット幅がｘ方向であり、ｘ方向に間隔を空けて配置されている。縦スリット７１〜７３は、イオンビームＢのｘ方向の角度情報の測定に用いられる。図示する例では、中央に三つ、左右のそれぞれに二つの縦スリットが設けられるが、縦スリットの数および配置はこれに限られない。図示される縦スリット７１〜７３のいずれかが設けられなくてもよいし、さらに別の縦スリットが追加されてもよい。

マスクプレート５２の中央左側には、複数の第１横スリット７４ａ，７４ｂ，７４ｃ（総称して第１横スリット７４ともいう）が設けられ、マスクプレート５２の中央右側には、複数の第２横スリット７５ａ，７５ｂ，７５ｃ（総称して第２横スリット７５ともいう）が設けられる。横スリット７４，７５は、スリット幅ｗがｙ方向であり、ｙ方向に間隔を空けて配置されている。横スリット７４，７５は、イオンビームＢのｙ方向の角度情報の測定に用いられる。

図示する例では、複数の第１横スリット７４は、第１中央横スリット７４ａ、第１上側横スリット７４ｂおよび第１下側横スリット７４ｃの三つで構成される。同様に、複数の第２横スリット７５は、第２中央横スリット７５ａ、第２上側横スリット７５ｂおよび第２下側横スリット７５ｃの三つで構成される。なお、横スリットの数および配置はこれに限られない。例えば、マスクプレート５２の中央に縦スリットの代わりに横スリットが配置されてもよい。また、ｙ方向に一列に並ぶ横スリットの数は、二つであってもよいし、四以上の偶数（４、６など）または奇数（５、７など）であってもよい。

第１横スリット７４ａ〜７４ｃおよび第２横スリット７５ａ〜７５ｃは、それぞれが等しい間隔（ピッチ）ｄでｙ方向に並んで配置されている。横スリット７４，７５のｙ方向の間隔ｄは、例えば、スリット幅ｗの整数倍となるよう構成され、スリット幅の５倍以上となるよう構成される。図示する例では、横スリット７４，７５のｙ方向の間隔ｄがスリット幅ｗの７倍（つまり、ｄ＝７ｗ）に設定される。なお、横スリット７４，７５のｙ方向の間隔ｄはこれに限られず、測定対象とするイオンビームＢの標準的な角度分布の大きさに応じて、適宜設定することができる。

第１横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれの開口の周囲には第１電流検出部７６ａ，７６ｂ，７６ｃ（総称して第１電流検出部７６ともいう）が設けられる。第１中央横スリット７４ａの周囲には第１中央電流検出部７６ａが設けられ、第１上側横スリット７４ｂの周囲には第１上側電流検出部７６ｂが設けられ、第１下側横スリット７４ｃの周囲には第１下側電流検出部７６ｃが設けられる。第１電流検出部７６ａ〜７６ｃは、対応する第１横スリット７４ａ〜７４ｃに隣接して設けられることが好ましい。第１電流検出部７６ａ〜７６ｃを第１横スリット７４ａ〜７４ｃに近接して設けることで、第１横スリット７４ａ〜７４ｃを通過するビーム部分に対応する値のビーム電流を検出できる。同様にして、第２横スリット７５ａ〜７５ｃのそれぞれの開口の周囲には第２電流検出部７７ａ，７７ｂ，７７ｃ（総称して第２電流検出部７７ともいう）が設けられる。各電流検出部７６，７７の検出結果は、測定制御部５６に送られる。

マスクプレート５２において縦スリット７１〜７３および横スリット７４，７５が形成される位置および範囲は、破線で示すエネルギースリット６６のｙ方向の位置に応じて決められることが好ましい。例えば、縦スリット７１〜７３が形成されるｙ方向の範囲Ｌｙは、エネルギースリット６６のｙ方向の幅Ｓｙより広いことが好ましく、幅Ｓｙよりも十分に広いことがより好ましい。一方、横スリット７４，７５が形成されるｙ方向の範囲Ｄｙは、エネルギースリット６６のｙ方向の幅Ｓｙよりも狭いことが好ましく、ビームのｙ方向の偏りや発散／収束を考慮して、幅Ｓｙよりも十分に狭いことがより好ましい。また、左端の第２縦スリット７２から右端の第３縦スリット７３までのｘ方向の範囲Ｄｘは、イオンビームＢの走査方向の走査範囲以内であることが好ましく、例えば、注入対象のウェハＷのｘ方向の幅に対応することが好ましい。

図３（ｂ）は、ビーム電流測定部５４の構成を示す。ビーム電流測定部５４には、複数の第１電極７８および複数の第２電極７９が設けられる。複数の第１電極７８は、ｙ方向に一列に並んで配置される。同様に、複数の第２電極７９は、ｙ方向に一列に並んで配置される。複数の第１電極７８および複数の第２電極７９は、ｙ方向に等間隔のピッチｐで配置され、例えば、ピッチｐが上述の横スリット７４，７５のスリット幅ｗと同じとなるよう構成される。ビーム電流測定部５４は、複数の第１電極７８および複数の第２電極７９により、ｙ方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流値を測定する。第１電極７８および第２電極７９の測定結果は、測定制御部５６に送られる。

複数の第１電極７８は、ビーム電流測定部５４の中央左側に配置され、第１横スリット７４ａ〜７４ｃを通過したビームが入射する位置に設けられる。つまり、複数の第１電極７８は、マスクプレート５２をビーム軌道上に配置したときに、複数の第１横スリット７４とビーム進行方向（ｚ方向）に対向する位置に設けられる。同様に、複数の第２電極７９は、ビーム電流測定部５４の中央右側に配置され、第２横スリット７５ａ〜７５ｃを通過したビームが入射する位置に設けられる。

複数の第１電極７８および複数の第２電極７９が設けられるｙ方向の区間Ｃｙは、横スリット７４，７５が設けられるｙ方向の範囲Ｄｙよりも大きく、例えば、第１上側横スリット７４ｂから第１下側横スリット７４ｃまでのｙ方向の距離Ｄｙ（＝２ｄ）よりも大きい。複数の第１電極７８および複数の第２電極７９が設けられるｙ方向の区間Ｃｙと横スリット７４，７５が設けられるｙ方向の範囲Ｄｙとの差は、例えば、横スリット７４，７５のｙ方向の間隔（ピッチ）ｄの２倍以上である（つまり、Ｃｙ−Ｄｙ≧２ｄ）。図示する例において、複数の第１電極７８および複数の第２電極７９のそれぞれの数は３１個であり、複数の第１電極７８および複数の第２電極７９が設けられるｙ方向の区間Ｃｙの長さは、横スリット７４，７５のｙ方向の間隔（ピッチ）ｄの４倍以上である。また、複数の第１電極７８および複数の第２電極７９が設けられるｙ方向の区間Ｃｙは、ビームのｙ方向の偏りや発散／収束を考慮して、エネルギースリット６６のｙ方向の幅Ｓｙより大きいことが好ましい。

複数の第１電極７８は、ｙ方向の中央に位置する第１中央電極７８ａと、ｙ方向の上端に位置する第１上端電極７８ｐ１と、ｙ方向の下端に位置する第１下端電極７８ｐ２とを含む。複数の第１電極７８はさらに、第１中央電極７８ａと第１上端電極７８ｐ１の間に配置される複数（例えば１４個）の第１上側電極７８ｂ１〜７８ｏ１と、第１中央電極７８ａと第１下端電極７８ｐ２の間に配置される複数（例えば１４個）の第１下側電極７８ｂ２〜７８ｏ２とを含む。同様にして、複数の第２電極７９は、ｙ方向の中央に位置する第２中央電極７９ａと、ｙ方向の上端に位置する第２上端電極７９ｐ１と、ｙ方向の下端に位置する第２下端電極７９ｐ２とを含む。複数の第２電極７９はさらに、第２中央電極７９ａと第２上端電極７９ｐ１の間に配置される複数（例えば１４個）の第２上側電極７９ｂ１〜７９ｏ１と、第２中央電極７９ａと第２下端電極７９ｐ２の間に配置される複数（例えば１４個）の第２下側電極７９ｂ２〜７９ｏ２とを含む。

図４は、測定装置５０によるビーム角度分布の測定例を模式的に示す側面図であり、マスクプレート５２の第１横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれを通過してビーム電流測定部５４の複数の第１電極７８に入射するビーム部分Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を示す。本図では、第１中央横スリット７４ａの正面に第１中央電極７８ａが位置するようにマスクプレート５２が配置されている。その結果、第１上側横スリット７４ｂの正面に７番目の第１上側電極７８ｈ１が位置し、第１下側横スリット７４ｃの正面に７番目の第１下側電極７８ｈ２が位置している。

マスクプレート５２に入射するイオンビームＢはｙ方向に角度分布を有するため、第１横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれを通過するビーム部分Ｂ１〜Ｂ３は、スリット通過後にｙ方向に広がってビーム電流測定部５４に入射しうる。その結果、スリット通過後の各ビーム部分Ｂ１〜Ｂ３は、ｙ方向のスリット幅ｗよりもｙ方向に広い測定範囲Ｃ１〜Ｃ３に位置する複数の第１電極７８に入射しうる。例えば、第１中央横スリット７４ａを通過する第１ビーム部分Ｂ１は、第１中央電極７８ａを中心とする第１測定範囲Ｃ１に位置する複数の第１電極７８ｄ１〜７８ｄ２に入射しうる。同様に、第１上側横スリット７４ｂを通過する第２ビーム部分Ｂ２は、７番目の第１上側電極７８ｈ１を中心とする第２測定範囲Ｃ２に位置する複数の第１電極７８ｅ１〜７８ｋ１に入射しうる。第１下側横スリット７４ｃを通過する第３ビーム部分Ｂ３は、７番目の第１下側電極７８ｈ２を中心とする第３測定範囲Ｃ３に位置する複数の第１電極７８ｅ２〜７８ｋ２に入射しうる。

なお、各ビーム部分Ｂ１〜Ｂ３が実際に入射する測定範囲Ｃ１〜Ｃ３は、イオンビームＢのｙ方向の角度分布に応じて異なりうる。図５（ａ）〜（ｄ）は、異なる角度分布を有するビームの測定例を模式的に示す側面図である。図５（ａ）に示すような角度分布の相対的に小さいビームであれば、より少ない数の電極にのみビーム部分Ｂ１〜Ｂ３が入射しうる。図５（ｂ）に示すようにイオンビームＢの進行方向がｚ方向に対して傾いている場合も、図４に示す測定範囲Ｃ１〜Ｃ３とは異なる範囲にビーム部分Ｂ１〜Ｂ３が入射しうる。また、図５（ｃ）に示すような発散ビームや図５（ｄ）に示すような収束ビームの場合も、図４に示す測定範囲Ｃ１〜Ｃ３とは異なる範囲にビーム部分Ｂ１〜Ｂ３が入射しうる。

測定装置５０は、図４や図５（ａ）〜（ｄ）に示す入射ビームＢの角度分布を適切に測定できるように、横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれを通過するビーム部分Ｂ１〜Ｂ３が重ならないように構成されることが好ましい。つまり、各横スリット７４ａ〜７４ｃを通過する各ビーム部分Ｂ１〜Ｂ３に対応する測定範囲Ｃ１〜Ｃ３が互いに重複しないように構成されることが好ましい。具体的には、イオン注入処理にて許容される角度分布を持つイオンビームＢに対し、横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれを通過するビーム部分Ｂ１〜Ｂ３を十分に分離できるように横スリット７４ａ〜７４ｃの間隔（ピッチ）ｄを設定することが好ましい。例えば、第１中央横スリット７４ａを通過する第１ビーム部分Ｂ１が入射しうる第１測定範囲Ｃ１内の第１電極７８に第１上側横スリット７４ｂおよび第１下側横スリット７４ｃを通過する第２ビーム部分Ｂ２および第３ビーム部分Ｂ３が入射しないように構成されることが好ましい。

図６（ａ），（ｂ）は、測定装置５０によるビーム電流の測定結果を模式的に示すグラフである。図６（ａ）は、ビーム電流測定部５４にて測定されるビーム電流値８０を示すグラフである。図６（ａ）において、横軸はｙ方向の測定位置を示し、縦軸は電流値Ｉを示す。ｙ＝０は、第１中央電極７８ａに対応し、ｙ＝＋１〜＋１４は、それぞれ第１上側電極７８ｂ１〜７８ｏ１に対応し、ｙ＝＋１５は、第１上端電極７８ｐ１に対応し、ｙ＝−１〜−１４は、それぞれ第１下側電極７８ｂ２〜７８ｏ２に対応し、ｙ＝−１５は、第１下端電極７８ｐ２に対応する。図６（ａ）において、第１測定範囲Ｃ１は、ｙ＝−３〜＋３の範囲に対応し、第２測定範囲Ｃ２は、ｙ＝＋４〜＋１０の範囲に対応し、第３測定範囲Ｃ３は、ｙ＝−１０〜−４の範囲に対応する。

図６（ｂ）は、横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれを通過するビーム部分Ｂ１〜Ｂ３の角度分布８０ａ，８０ｂ，８０ｃを示すグラフである。図６（ｂ）において、グラフの横軸ｙ’は、ビーム電流測定部５４により測定されるｙ方向の角度であり、ｙ’＝ｄｙ／ｄｚで表すことができる。角度ｙ’は、例えば、ビーム電流測定部５４の測定位置ｙの基準位置ｙ_０からのずれをマスクプレート５２からビーム電流測定部５４までのｚ方向の距離Ｌで割ることで求めることができる（つまり、ｙ’＝（ｙ−ｙ_０）／Ｌ）。グラフでは、複数の電極７８のピッチｐを距離Ｌで割った値（ｐ／Ｌ）を角度値「１」として規格化している。グラフの縦軸Ｉは、ビーム電流測定部５４にて測定されるビーム電流値である。

図６（ｂ）に示す角度分布８０ａ〜８０ｃのそれぞれは、図６（ａ）の測定結果に基づいて測定制御部５６が算出する。測定制御部５６は、図６（ａ）のビーム電流値８０のグラフを測定範囲Ｃ１〜Ｃ３ごとに分割し、横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれのｙ方向の位置に応じて角度ｙ’の中心座標（ｙ’＝０）の位置を個別に設定する。例えば、第１測定範囲Ｃ１の場合、第１中央横スリット７４ａのｙ位置はｙ１＝０（図４参照）であるため、図６（ａ）のビーム電流値８０のグラフのｙ＝０の位置が角度ｙ’の中心座標となるようにする。一方、第２測定範囲Ｃ２の場合、第１上側横スリット７４ｂのｙ位置はｙ２＝＋７（図４参照）であるため、ビーム電流値８０のグラフのｙ＝＋７の位置が角度ｙ’の中心座標となるようにする。同様に、第３測定範囲Ｃ３の場合、第１下側横スリット７４ｃのｙ位置はｙ３＝−７（図４参照）であるため、ビーム電流値８０のグラフのｙ＝−７の位置が角度ｙ’の中心座標となるようにする。これにより、横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれのｙ位置（０，＋７，−７）を基準とする角度ｙ’の分布（つまり、角度分布）が算出される。

本実施の形態では、複数の横スリット７４ａ〜７４ｃを通過するビーム部分Ｂ１〜Ｂ３を同時に測定することにより、イオンビームＢのビーム束全体のうちの異なる複数のｙ位置の角度成分を同時に測定できる。本実施の形態では、さらに、マスクプレート５２をｙ方向に移動させることにより、イオンビームＢのビーム束全体にわたる角度分布を測定する。

図７は、マスクプレート５２を移動させる様子を模式的に示す側面図であり、横スリット７４のスリット幅ｗずつｙ方向の位置をずらしたマスクプレート５２ｄ２，５２ｃ２，５２ｂ２，５２ａ，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１を示す。図示する７枚のマスクプレート５２ｄ２〜５２ｄ１のそれぞれは、第１中央横スリット７４ａのｙ位置をｙ１＝−３〜＋３の範囲で移動させたものに対応する。このとき、第１上側横スリット７４ｂのｙ位置は、ｙ２＝＋４〜＋１０となり、第１下側横スリット７４ｃのｙ位置は、ｙ３＝−１０〜−４となる。その結果、マスクプレート５２を横スリット７４の間隔（ピッチ）ｄに対応する範囲（例えば、スリット幅ｗの６倍の距離）にわたって移動させることにより、ｙ＝−１０〜＋１０の範囲にわたってイオンビームＢの角度分布を測定できる。

図８は、測定装置５０によるビームの角度分布の測定例を模式的に示す側面図であり、マスクプレート５２のｙ位置の移動量が＋３となるように移動させた場合を示す。図８では、第１中央横スリット７４ａのｙ位置がｙ１＝＋３となっており、第１上側横スリット７４ｂのｙ位置がｙ２＝＋１０となっており、第１下側横スリット７４ｃのｙ位置がｙ３＝−４となっている。その結果、第１上側横スリット７４ｂのｙ位置は、マスクプレート５２に入射するイオンビームＢのほぼ上端の位置となっている。

図９（ａ），（ｂ）は、測定装置５０によるビーム電流の測定結果を模式的に示すグラフであり、図８のマスクプレート５２の配置を用いた場合を示す。図９（ａ）は、ビーム電流測定部５４にて測定されるビーム電流値８０を示す。第１測定範囲Ｃ１は、ｙ＝０〜＋６の範囲に対応し、第２測定範囲Ｃ２は、ｙ＝＋７〜＋１３の範囲に対応し、第３測定範囲Ｃ３は、ｙ＝−７〜−１の範囲に対応する。図９（ｂ）の角度分布８０ａ〜８０ｃは、図９（ａ）のビーム電流値８０に基づいて算出され、横スリット７４ａ〜７４ｃのそれぞれのｙ位置（＋３，＋１０，−４）を基準とした角度分布に対応する。

測定装置５０は、図７に示すようにマスクプレート５２を移動させながら、それぞれのマスク位置にてビーム電流値８０を測定する。これにより、ｙ＝−１０〜＋１０の範囲のそれぞれのｙ位置のビーム部分の角度成分を算出できる。

マスクプレート５２は、段階的に移動されてもよいし、連続的に移動されてもよい。例えば、マスクプレート５２をスリット幅ｗの距離ずつ移動させて複数のマスク位置で測定を実行してもよい。この場合、ビーム電流測定部５４にてビーム電流を測定する間はマスクプレート５２の位置は固定され、マスクプレート５２を移動している間はビーム電流の測定が中断される。マスクプレート５２を連続的に移動させながらビーム電流測定部５４にてビーム電流を測定してもよく、例えば、マスクプレート５２を一定速度で移動させながらビーム電流を測定してもよい。この場合、横スリット７４が所定距離を移動する間にわたって測定されるビーム電流値を積算して角度分布の値として用いてもよい。例えば、ｙ＝０の位置のビーム部分の角度成分として、第１中央横スリット７４ａのｙ方向の中心位置が−０．５から＋０．５まで移動する間にわたって測定されるビーム電流の積算値を採用してもよい。

図１０は、ビーム束全体の位相空間分布を模式的に示す図であり、ｙ＝−１０〜＋１０の範囲のそれぞれのｙ位置におけるビーム部分の角度分布８０ａ〜８０ｃを一つのグラフにまとめたものである。図１０において、横軸ｙは各ビーム部分のｙ位置であり、縦軸ｙ’はｙ方向の角度である。図１０の紙面に直交する軸は、電流値Ｉである。測定制御部５６は、このような三次元のグラフを生成することにより、イオンビームＢのビーム束全体のｙ方向の角度分布（位相空間分布）を算出する。

測定制御部５６は、ビーム電流値Ｉが所定値以上となる領域の外縁を囲うことで、ビームの位相空間上の分布形状（位相空間プロファイルＥともいう）を算出してもよい。例えば、図１０において破線で示される位相空間プロファイルＥの面積値はエミッタンスに相当する。測定制御部５６は、図１０に示されるデータを横軸ｙで積分することにより、角度ｙ’と電流値Ｉの二軸で表されるビーム束全体の角度分布を算出してもよい。測定制御部５６は、図１０に示されるデータを縦軸ｙ’で積分することにより、位置ｙと電流値Ｉの二軸で表されるビーム束全体のｙ方向のビームプロファイルを算出してもよい。

測定制御部５６は、図１０に示す位相空間プロファイルＥの算出にかかる時間を短縮化するため、複数の第１電極７８で測定されるビーム電流値の一部のみを取得するようにしてもよい。例えば、図６（ａ）に示すビーム電流値８０を取得する場合、必要なデータはｙ＝−１０〜＋１０の範囲のみであり、それ以外のｙ＝−１５〜−１１およびｙ＝＋１１〜＋１５の範囲は不要と言える。同様に、図９（ａ）に示すビーム電流値８０を取得する場合、必要なデータはｙ＝−７〜＋１３の範囲のみであり、それ以外の範囲は不要と言える。そこで、測定制御部５６は、測定範囲Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれに対応する範囲の第１電極７８のみから電流値のデータを取得し、それ以外のデータについては取得しないようにすることで、データ取得にかかる時間を短縮化してもよい。これにより、位相空間プロファイルＥを算出するまでの時間を短くできる。

測定制御部５６は、一部の第１電極７８にて測定される電流値に基づいて、その測定が正常に行われているか否かを検証してもよい。例えば、複数の第１電極７８のうちのｙ方向の両端のそれぞれに位置する第１上端電極７８ｐ１および第１下端電極７８ｐ２の少なくとも一方で測定される電流値が所定の閾値以上となる場合に測定が異常であるとみなし、アラートを出力してもよい。第１上端電極７８ｐ１および第１下端電極７８ｐ２の少なくとも一方で所定の閾値以上のビーム電流が測定される場合、複数の第１電極７８が設けられる領域外にもビームが到達していることが推定され、測定される角度分布の妥当性が疑われるからである。

測定制御部５６は、複数の第１電極７８にて測定される電流値と、複数の第１電流検出部７６にて検出される電流値とに基づいて、測定が正常に行われているか否かを検証してもよい。例えば、複数の第１電極７８にて測定される第１測定範囲Ｃ１、第２測定範囲Ｃ２および第３測定範囲Ｃ３のそれぞれのビーム電流値の大小関係と、複数の第１電流検出部７６ａ〜７６ｃのそれぞれで検出されるビーム電流値の大小関係とが対応するか否かを確認してもよい。例えば、ビーム電流測定部５４の測定結果が図６（ａ）のような場合、第１中央電流検出部７６ａの電流検出量が相対的に大きく、第１上側電流検出部７６ｂおよび第１下側電流検出部７６ｃの電流検出量が相対的に小さければ、適正と考えられる。また、ビーム電流測定部５４の測定結果が図９（ａ）のような場合、第１中央電流検出部７６ａおよび第１下側電流検出部７６ｃの電流検出量が相対的に大きく、第１上側電流検出部７６ｂの電流検出量が相対的に非常に小さければ、適正と考えられる。一方で、このような関係性から外れていれば、測定が異常であると考えられる。この場合、ビーム電流測定部５４はアラートを出力してもよい。

図１１は、異常と判定されるビームの測定例を模式的に示す側面図である。図１１では、イオンビームＢがｚ方向に対して大きく傾いており、第１中央横スリット７４ａを通過する第１ビーム部分Ｂ１が第３測定範囲Ｃ３に入射し、第１上側横スリット７４ｂを通過する第２ビーム部分Ｂ２が第１測定範囲Ｃ１に入射している。その結果、三つの横スリット７４ａ〜７４ｃと三つの測定範囲Ｃ１〜Ｃ３の対応関係がずれてしまっている。このような場合に、ビーム電流測定部５４の測定結果のみに基づき、三つの横スリット７４ａ〜７４ｃと三つの測定範囲Ｃ１〜Ｃ３とが対応すると仮定して角度成分を算出してしまうと、実際とは大きく異なる位相空間分布が算出されてしまう。

その一方で、三つの第１電流検出部７６ａ〜７６ｃの電流検出値を参照することで、上述のような対応関係のずれを確認することができる。図１１の場合、第１上側電流検出部７６ｂにて電流が検出されるにも拘わらず、第２測定範囲Ｃ２にてビーム電流が測定されておらず、また、第１下側電流検出部７６ｃにて電流が検出されないにも拘わらず、第３測定範囲Ｃ３にてビーム電流が測定されているため、上述の対応関係のずれを発見できる。このようにして、複数の第１電極７８にて測定される電流値と、複数の第１電流検出部７６にて検出される電流値とを比較することにより、測定が正常であるかを検証できる。

測定制御部５６は、例えば、測定範囲Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれにて測定されるビーム電流量の合計値Ｉ_Ｃ１〜Ｉ_Ｃ３と、第１電流検出部７６ａ〜７６ｃのそれぞれにて検出されるビーム電流量Ｉ_Ｄ１〜Ｉ_Ｄ３との比Ｉ_Ｃｉ／Ｉ_Ｄｉ（ｉ＝１，２，３）の値に基づいて、測定が正常であるか否かを判定してもよい。例えば、電流比Ｉ_Ｃｉ／Ｉ_Ｄｉのばらつきが所定の範囲内であれば、測定が正常であるとみなし、そうでなければ、測定が異常であるとみなしてもよい。なお、測定範囲Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれにて測定されるビーム電流量の合計値の代わりに、ビーム電流量のピーク値を指標に用いてもよい。

測定装置５０は、複数の測定モードで動作するよう構成され、第１モードおよび第２モードのいずれかで動作してもよい。第１モードは、ビーム束全体にわたって角度分布を測定する動作モードであり、第２モードは、ビーム束の一部の角度分布のみを測定する動作モードである。第１モードでは、図１０に示すような位相空間プロファイルＥがプロットされる。一方、第２モードでは、図１０よりも少ないデータ数に基づいて位相空間プロファイルがプロットされる。第２モードでは、データ数が少ない分だけ測定精度が下がるが、測定時間が短くて済むため、概算での角度分布情報を短時間で得ることができる。

図１２は、ビーム束の部分的な位相空間プロファイルＥ’を模式的に示す図であり、第２モードでの測定例を示す。図１２に示す位相空間分布は、三つの角度分布８０ａ，８０ｂ，８０ｃのみで構成されるため、マスクプレート５２を移動させる必要がなく、短時間で測定できる。また、三つの角度分布８０ａ〜８０ｃのそれぞれは、ｙ方向に離間しているため、これらの三つの情報のみからでも概略的（部分的）な位相空間プロファイルＥ’を把握することも可能である。例えば、イオン注入処理の開始前に第１モードにて全体的な位相空間プロファイルＥをプロットしておき、イオン注入処理の途中で第２モードにて概略的な位相空間プロファイルＥ’をプロットして事前にプロットしておいた高精度の位相空間プロファイルＥと比較することで、ビーム品質を簡易的に確認することが可能である。第２モードによる測定時間は相対的に短いため、例えば、ウェハＷの交換中に測定を完了させることも可能である。また、任意の複数のタイミングでビーム調整する場合に、初回のビーム調整では第１モードにて位相空間プロファイルＥのプロットを取得し、２回目以降の任意のタイミングでのビーム調整では第２モードにて概略的な位相空間プロファイルＥ’のプロットを取得して初回の位相空間プロファイルＥのプロットと比較することで、ビーム品質を簡易的に確認してもよい。このような第２モードを用いることで、注入処理のスループットに顕著な影響を与えることなくビーム品質を簡易的に確認できる。

なお、第２モードにおいてマスクプレート５２を移動させながら測定を行ってもよい。例えば、第１モードでのマスクプレート５２の第１方向の移動距離（第１距離、例えばスリット幅ｗの６倍）よりも小さい第２距離（例えばスリット幅ｗの３倍）にわたってマスクプレート５２を移動させて第２モードでの測定を実行してもよい。このとき、第２モードにおいて、２箇所や３箇所といった少ない数の複数のマスク位置にてビーム電流値を測定してもよい。これにより、相対的に短い測定時間と、測定精度の向上とを実現することができる。

上記において、図４〜図１０を参照しながら、複数の第１横スリット７４ａ〜７４ｃおよび複数の第１電極７８を用いてビームのｙ方向の位相空間分布を算出する方法を説明したが、複数の第２横スリット７５ａ〜７５ｃおよび複数の第２電極７９を用いることにより、同様にｙ方向の位相空間分布を算出することもできる。複数の第１電極７８および複数の第２電極７９の測定結果を組み合わせてイオンビームＢの位相空間分布を算出してもよいし、双方の測定結果を比較してビーム品質を確認してもよい。

図１３は、実施の形態に係るイオン注入方法の流れを示すフローチャートである。複数のスリットが設けられるマスクプレート５２をビーム軌道上に移動させ（Ｓ１０）、各スリットを通過したビームをｙ方向の位置が異なる複数の測定位置（複数の電極）で測定する（Ｓ１２）。測定が正常であれば（Ｓ１４のＹ）、各スリットを通過したビームの角度成分を算出する（Ｓ１６）。測定が終了していなければ（Ｓ１８のＮ）、マスクプレート５２を移動させてスリットのｙ方向の位置を変更し（Ｓ１０）、Ｓ１２〜Ｓ１６の処理を実行する。その後、測定が終了するまでＳ１０〜Ｓ１６の処理を繰り返す。測定が終了し（Ｓ１８のＹ）、測定モードが第１モードであれば（Ｓ２０のＹ）、ビーム束全体の位相空間プロファイルＥを算出し（Ｓ２２）、算出した位相空間プロファイルＥが許容値内であってビームの角度分布がＯＫであれば（Ｓ２６のＹ）、イオン注入処理を実行し（Ｓ２８）、本フローを終了する。

Ｓ２０にて測定モードが第１モードではなく、第２モードである場合（Ｓ２０のＮ）、ビーム束の部分的な位相空間プロファイルＥ’を算出する（Ｓ２４）。過去に第１モードにて算出したビーム束全体の位相空間プロファイルＥと、第２モードにて算出した部分的な位相空間プロファイルＥ’を比較し（Ｓ２６）、その比較結果が許容値内であってビームの角度分布がＯＫであれば（Ｓ２６のＹ）、イオン注入処理を実行し（Ｓ２８）、本フローを終了する。

Ｓ２６において、第１モードで測定した位相空間プロファイルＥが許容値外であってビームの角度分布がＮＧであり（Ｓ２６のＮ）、ビームの累積の調整回数が規定回数内であれば（Ｓ３０のＹ）、ビームの角度分布を調整し（Ｓ３２）、再度Ｓ１０〜Ｓ２２の処理を実行して位相空間プロファイルＥを算出する。また、Ｓ２６において、第２モードで測定した位相空間プロファイルＥ’が許容値外であってビームの角度分布がＮＧであり（Ｓ２６のＮ）、ビームの累積の調整回数が規定回数内であれば（Ｓ３０のＹ）、ビームの角度分布を調整し（Ｓ３２）、第１モードを選択してＳ１０〜Ｓ２２の処理を実行して位相空間プロファイルＥを算出する。その後も位相空間プロファイルＥが許容値外であり（Ｓ２６のＮ）、ビームの累積の調整回数が規定回数を超えた場合（Ｓ３０のＮ）、アラートを出力し（Ｓ３４）、本フローを終了する。また、Ｓ１４にて測定に異常があれば（Ｓ１４のＮ）、アラートを出力し（Ｓ３４）、本フローを終了する。

本実施の形態によれば、ｙ方向に並ぶ複数の横スリット７４，７５を用いてｙ方向の角度分布を測定することで、イオンビームＢのｙ方向の角度分布の測定にかかる時間を短縮化できる。ビーム束全体の角度分布を測定する場合、三つの横スリット７４，７５を用いることで、一つの横スリットのみを用いる場合の１／３の時間で測定を完了できる。また、ビーム束の部分的な角度分布を測定する場合であっても、横スリットの位置を移動させることなく、ｙ方向に離れた複数箇所（例えば３箇所）のビーム部分の角度分布を同時測定できる。そのため、極めて短い時間でビーム束全体の概略的な角度分布を得ることができ、高速かつ精度良くビームの角度分布を簡易評価できる。

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、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。

図１４は、変形例に係る測定装置１５０によるビームの角度分布を模式的に示す側面図である。本変形例では、複数の第１電極７８および複数の第２電極７９によりビーム電流を測定する代わりに、ｙ方向に移動可能な少なくとも一つの電極を備えるファラデーカップ１５４ａを用いてビーム電流を測定する。ビーム電流測定部１５４は、ファラデーカップ１５４ａと、移動機構１５４ｂとを含む。移動機構１５４ｂは、ファラデーカップ１５４ａをｙ方向に移動させ、ファラデーカップ１５４ａがｙ方向の位置が異なる複数の測定位置に配置されるようにする。ファラデーカップ１５４ａが配置可能となる複数の測定位置は、上述の実施の形態に係る複数の第１電極７８または複数の第２電極７９の位置に対応する。

本変形例では、マスクプレート５２をビーム軌道上に配置した後、ファラデーカップ１５４ａを矢印Ｙ３に沿って移動させ、ｙ方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定する。つづいて、マスクプレート５２をｙ方向に移動させて別のマスク位置とした後、再びファラデーカップ１５４ａを矢印Ｙ３に沿って移動させ、ｙ方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定する。この工程を繰り返すことにより、イオンビームＢのビーム束全体の角度分布を算出できる。

上述の実施の形態では、複数の第１電極７８にて測定される電流値と、複数の第１電流検出部７６にて検出される電流値とが対応しない場合、測定が異常であるとみなしてアラートを出力する場合について示した。変形例では、複数の第１電極７８にて測定される電流値と、複数の第１電流検出部７６にて検出される電流値との対応関係に基づいて、角度分布を算出する際の角度ｙ’の中心座標の位置を調整してもよい。例えば、図１１に示すようなイオンビームＢが入射する場合、上述の対応関係から、第１中央横スリット７４ａを通過する第１ビーム部分Ｂ１が第３測定範囲Ｃ３にて測定され、第１上側横スリット７４ｂを通過する第２ビーム部分Ｂ２が第１測定範囲Ｃ１にて測定されることが分かる。そこで、第３測定範囲Ｃ３にて測定されるビーム電流量を第１ビーム部分Ｂ１の角度分布として採用し、第１測定範囲Ｃ１にて測定されるビーム電流量を第２ビーム部分Ｂ２の角度分布として採用してもよい。このとき、第１中央横スリット７４ａのｙ位置はｙ１＝０であるため、第３測定範囲Ｃ３のビーム電流量の角度分布の算出においてｙ＝０の位置を角度ｙ’の中心座標としてもよい。同様にして、第１上側横スリット７４ｂのｙ位置はｙ２＝＋７であるため、第１測定範囲Ｃ１のビーム電流量の角度分布の算出においてｙ＝＋７の位置を角度ｙ’の中心座標としてもよい。つまり、上述の対応関係に基づいて、角度分布のｙ’の中心座標の設定方法を変更してもよい。

上述の実施の形態では、複数の横スリット７４，７５の周りに電流検出部７６，７７を設ける構成としたが、変形例では電流検出部７６，７７が設けられなくてもよい。

上述の実施の形態では、測定装置５０がイオンビームＢのｙ方向の角度分布を測定するよう構成される場合について示した。変形例においては、測定装置５０がイオンビームＢのｘ方向の角度分布を測定するよう構成されてもよいし、ビーム進行方向と直交する任意の方向の角度分布を測定するよう構成されてもよい。

Ｗ…ウェハ、５０…測定装置、５４…ビーム電流測定部、５６…測定制御部、７４，７５…横スリット、７６，７７…電流検出部、７８、７９…電極、１００…イオン注入装置、１５０…測定装置、１５４…ビーム電流測定部、１５４ａ…ファラデーカップ、１５４ｂ…移動機構。

Claims (23)

1. ウェハに照射されるイオンビームを輸送するビームライン装置と、前記イオンビームの角度情報を測定する測定装置と、を備え、
   前記測定装置は、前記イオンビームが入射する複数のスリットと、前記複数のスリットからビーム進行方向に離れた位置に設けられるビーム電流測定部と、測定制御部とを含み、
   前記ビーム電流測定部は、前記ビーム進行方向と直交する第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成され、
   前記複数のスリットは、前記第１方向がスリット幅方向と一致するように前記第１方向に間隔を空けて配置され、前記第１方向に可動となるように構成され、
   前記測定制御部は、
   前記複数のスリットを前記第１方向に第１距離にわたって移動させながら、前記ビーム電流測定部により前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する第１モードを実行し、
   前記複数のスリットの位置を固定したまま、又は、前記第１方向に前記第１距離より小さい第２距離にわたって移動させながら前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する第２モードを実行し、
   前記第２モードで測定した前記イオンビームの角度情報と、過去に前記第１モードで測定した前記イオンビームの角度情報とを比較することを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記測定制御部は、前記複数のスリットの前記第１方向の位置と、前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値とに基づいて、前記イオンビームのビーム束全体の前記第１方向の角度分布を算出することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記測定制御部は、前記複数のスリットの前記第１方向の位置と、前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値とに基づいて、前記イオンビームの前記第１方向の位相空間分布を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
4. 前記測定制御部は、前記複数のスリットを前記第１方向にスリット幅と同じ距離ずつ移動させながら前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
5. 前記測定制御部は、前記複数のスリットを前記第１方向に一定速度で移動させながら前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
6. 前記測定制御部は、前記複数のスリットの前記第１方向の間隔と同じ距離にわたって前記複数のスリットを移動させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
7. 前記複数のスリットの前記第１方向の間隔は、スリット幅の整数倍であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
8. 前記複数のスリットは、第１スリットと、前記第１スリットの前記第１方向の隣に設けられる第２スリットとを含み、
   前記複数のスリットの前記第１方向の間隔は、前記第１スリットを通過する前記イオンビームの第１部分が測定されうる一以上の測定位置に前記第２スリットを通過する前記イオンビームの第２部分が入射しないように設定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
9. 前記測定装置は、前記複数のスリットを含む一つのビーム遮蔽体を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
10. 前記複数のスリットは、前記第１方向の両端のそれぞれに配置される第１端部スリットおよび第２端部スリットを含み、
    前記ビーム電流測定部は、前記第１端部スリットから前記第２端部スリットまでの前記第１方向の距離よりも長い区間にわたって前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
11. 前記ビーム電流測定部は、前記第１端部スリットから前記第２端部スリットまでの前記第１方向の距離と前記複数のスリットの前記第１方向の移動距離の合計よりも長い区間にわたって前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
12. 前記測定制御部は、前記ビーム電流測定部の前記複数の測定位置のうち前記第１方向の両端のそれぞれに位置する第１端部測定位置および第２端部測定位置の少なくとも一方で測定される電流値が所定の閾値以上となる場合にアラートを出力することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
13. ウェハに照射されるイオンビームを輸送するビームライン装置と、前記イオンビームの角度情報を測定する測定装置と、を備え、
    前記測定装置は、前記イオンビームが入射する複数のスリットと、前記複数のスリットからビーム進行方向に離れた位置に設けられるビーム電流測定部と、測定制御部とを含み、
    前記ビーム電流測定部は、前記ビーム進行方向と直交する第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成され、
    前記複数のスリットは、前記第１方向がスリット幅方向と一致するように前記第１方向に間隔を空けて配置され、前記第１方向に可動となるように構成され、
    前記測定制御部は、前記複数のスリットを前記第１方向に第１距離にわたって移動させながら、前記ビーム電流測定部により前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する第１モードと、前記複数のスリットを前記第１方向に前記第１距離より小さい第２距離にわたって移動させながら前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する第２モードと、を実行することを特徴とするイオン注入装置。
14. 前記第２モードで測定した前記イオンビームの角度情報と、過去に前記第１モードで測定した前記イオンビームの角度情報との比較結果が所定条件を満たす場合に前記イオンビームをウェハに照射す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。
15. 前記第２モードで測定した前記イオンビームの角度情報と、過去に前記第１モードで測定した前記イオンビームの角度情報との比較結果が所定条件を満たさない場合にアラートを出力することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
16. 前記第２モードで測定した前記イオンビームの角度情報と、過去に前記第１モードで測定した前記イオンビームの角度情報との比較結果が所定条件を満たさない場合に前記第１モードで前記イオンビームの角度情報を再測定し、前記第１モードでの再測定結果に基づいて前記ビームライン装置の動作パラメータを調整することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
17. 前記ビームライン装置は、前記イオンビームを前記ビーム進行方向および前記第１方向に直交する第２方向に往復走査させるスキャナを備え、
    前記測定装置は、前記第２方向に往復走査するイオンビームの前記第１方向の角度情報を測定することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
18. 前記ビーム電流測定部は、前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置のそれぞれに設けられる複数の電極を有することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
19. 前記ビーム電流測定部は、少なくとも一つの電極と、前記少なくとも一つの電極を前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置に移動させる移動機構とを有することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
20. 前記測定装置は、前記複数のスリットのそれぞれに隣接して設けられる複数の電流検出部をさらに含むことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
21. 前記測定制御部は、前記複数の電流検出部にて検出されるビーム電流値と、前記ビーム電流測定部により前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値とを比較し、比較結果が所定条件を満たさない場合にアラートを出力することを特徴とする請求項２０に記載のイオン注入装置。
22. 前記測定制御部は、前記複数の電流検出部にて検出されるビーム電流値と、前記複数のスリットの前記第１方向の位置と、前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値とに基づいて、前記イオンビームの前記第１方向の位相空間分布を算出することを特徴とする請求項２０または２１に記載のイオン注入装置。
23. イオンビームの角度情報を測定する測定装置であって、前記イオンビームが入射する複数のスリットと、前記複数のスリットからビーム進行方向に離れた位置に設けられるビーム電流測定部と、測定制御部と、を備え、
    前記ビーム電流測定部は、前記ビーム進行方向と直交する第１方向の位置が異なる複数の測定位置でビーム電流を測定可能となるよう構成され、
    前記複数のスリットは、前記第１方向がスリット幅方向と一致するように前記第１方向に間隔を空けて配置され、前記第１方向に可動となるように構成され、
    前記測定制御部は、
    前記複数のスリットを前記第１方向に第１距離にわたって移動させながら、前記ビーム電流測定部により前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する第１モードを実行し、
    前記複数のスリットの位置を固定したまま、又は、前記第１方向に前記第１距離より小さい第２距離にわたって移動させながら前記第１方向の位置が異なる複数の測定位置で測定される複数のビーム電流値を取得する第２モードを実行し、
    前記第２モードで測定した前記イオンビームの角度情報と、過去に前記第１モードで測定した前記イオンビームの角度情報とを比較することを特徴とする測定装置。

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