JP2014082175A - マスク及びイオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンビームの短辺方向に横ズレが生じたとしても、イオンビームの端部における遮蔽される量を一定以下に制御し、基板に対して常に正常なイオンビーム照射を可能とするマスク及びイオンビーム照射装置を提供する。
【解決手段】マスク５を、イオンビームＩＢのビーム進行方向からみて、ビーム断面の短辺側から長辺方向に延びており、イオンビームＩＢが遮蔽される遮蔽凸部及び前記遮蔽凸部に対してビーム断面における短辺方向に並んで形成されるビーム通過部とからなるシャッターパターンが複数形成されており、各シャッターパターンをビーム断面における短辺方向に対して所定周期で形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビーム断面の形状が長方形状のイオンビームについてその端部の照射量を調整するために用いられるマスク及びそのマスクを用いたイオンビーム照射装置に関するものである。

例えばフラットパネルディスプレイ等に用いられる基板は、生産性を向上させるために大型化が進んでいる。一方、イオン注入等に用いられるイオンビームのサイズを基板の大型化に合わせて大きくしていくことは難しいため、近年、リボン状イオンビームの長辺方向のサイズよりも基板における各辺のサイズのほうが大きくなっている。このため、大型の基板の全面に対してリボン状のイオンビームを照射する場合、特許文献１に示されるような２つのイオンビームを用いて基板の全面にイオンビームを照射する方法が用いられている。

特許文献１に記載されている従来のイオンビーム照射装置１００Ａについて図１２を参照しながら説明する。なお、図１２において基板Ｗに対して最初に照射されるイオンビームをＩＢ（ａ）、後で照射されるイオンビームをＩＢ（ｂ）とし、一方のイオンビームＩＢ（ａ）に関連する構成部材には数字とともに（ａ）を付与し、他方のイオンビームＩＢ（ｂ）に関連する構成部材には数字とともに（ｂ）を付与している。また、特に区別する必要が無い場合には（ａ）、（ｂ）については省略している。なお、図１２においては、イオンビームＩＢの基板Ｗに対する入射方向をＺ軸、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向をＸ軸、ビーム断面における長辺方向をＹ軸として設定し、Ｘ軸及びＹ軸により水平面が形成されるように座標軸を設定してある。

すなわち、特許文献１に記載のイオンビーム照射装置１００Ａは、図１２（ａ）に示すようにイオン注入室１Ａ（ａ）、１Ａ（ｂ）内に２本のリボン状のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）をそれぞれ導入するとともに、それぞれのイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の照射位置を上下方向（Ｙ軸方向）にずらし、一方のイオンビームＩＢ（ａ）の上端位置と、他方のイオンビームＩＢ（ｂ）の下端位置とが略同じ高さとなるように構成してある。そして、図１２（ｂ）に示すように起立させた基板Ｗをビーム断面における短辺方向（Ｘ軸方向）に移動させてそれぞれのイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）を横切るように通過させることにより、一方のイオンビームＩＢ（ａ）を基板Ｗの下側半分に照射するとともに、他方のイオンビームＩＢ（ｂ）を基板Ｗの上側半分に照射するようにして、基板ＷをイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）に対して一度横切らせるだけで基板Ｗの全面にイオンビームＩＢが照射されるようにしてある。

ところで、リボン状のイオンビームＩＢは、中央部においては略一定の照射量となるものの、イオン同士に電荷による斥力が生じる等するため端部においては中央部と比べると照射量が小さくなだらかに変化することになる。したがって、単純に２本のイオンビームＩＢの上端と下端を同じ位置にすると基板Ｗの中央部におけるイオンビームＩＢの照射量が基板Ｗのその他の部分と比較すると所望の照射量から大きくずれることになる。そこで、特許文献１のイオンビーム照射装置１００Ａでは、イオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）のそれぞれに、ビーム断面における長辺方向の端部を整形するマスク５Ａ（ａ）、５Ａ（ｂ）をそれぞれのイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の通過経路上に設けてある。これらのマスク５Ａ（ａ）、５Ａ（ｂ）は、図１２（ｂ）（ｃ）に示すように、ビーム断面における短辺方向に先端部分が斜めに傾斜した形状を有するものであり、ビーム断面における長辺方向にその位置を適宜設定することで、基板Ｗ中央部において他の部分と同程度の照射量が得られるようにしてある。

しかしながら、この特許文献１に示されている先端部分が斜めに傾斜した形状を有するマスク５Ａの場合、例えばメンテナンス等によりイオンビームを生成するイオン源の取り付け位置等がわずかにずれて、その結果イオンビームの照射位置がビーム断面における短辺方向にずれると、図１２（ｃ）に示すようにマスクによる遮蔽量が大きく変化してしまう。より具体的には、先端部分が斜め形状となっているため、イオンビームが規定の照射位置から頂点側へとビーム断面における短辺方向に横ズレしている場合には、イオンビームの遮蔽量が単調に増加し続けることになる。逆にイオンビームが規定の照射位置から底辺側へとビーム断面における短辺方向に横ズレしている場合には、イオンビームの遮蔽量が単調に減少し続けることになる。そして、イオンビームの横ズレ量が大きくなるほど、遮蔽量の誤差が大きくなりつづけることになり、ひいては基板に対するイオンビームの照射量も基準値から大きくずれてしまうことになる。

このことから、イオンビームの横ズレ量が大きくなりすぎると、基板に照射されるイオンビームの均一性を保つことができなくなり、その結果基板の製造不良が発生することになる。

特開２０１１−１９２５８３号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、イオンビームの照射位置についてビーム断面における短辺方向に横ズレが生じたとしても、イオンビームの端部において遮蔽される量が変わらない、もしくは、所定の範囲内でしか遮蔽量が変動しないようにすることができ、基板に対して常に正常なイオンビーム照射を可能とするマスク及びこのマスクを用いたイオンビーム照射装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のマスクは、ビーム進行方向に直交する断面におけるビーム断面形状が概略長方形形状のイオンビームについて、ビーム断面における長辺方向の端部を遮蔽するように設けられるマスクであって、前記マスクをイオンビームのビーム進行方向から視た場合において、ビーム断面の一方の短辺側から長辺方向に延びており、イオンビームが遮蔽される遮蔽凸部及び前記遮蔽凸部に対してビーム断面における短辺方向に並んで形成されるビーム通過部とからなるシャッターパターンが複数形成されており、各シャッターパターンが、ビーム断面における短辺方向に対して所定周期ごとに並んで隣接するように形成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、前記シャッターパターンがビーム断面における短辺方向に対して所定周期ごとに並んで隣接するように形成されているので、イオンビームの照射位置がビーム断面における短辺方向に横ズレしたとしても、あるシャッターパターンから別のシャッターパターンにイオンビームが照射されることになり、略同じ遮蔽量を得ることができる。

また、ビーム断面における短辺方向に周期的に遮蔽凸部及びビーム通過部が形成され、交互に表れることになるので、例えばイオンビームの横ズレ量が単調に増加していったとしても、ある遮蔽凸部において減少したイオンビームの遮蔽量は別の遮蔽凸部において増加することになり、遮蔽量の減少量と増加量が補い合うことになるので、イオンビームの遮蔽量を所定範囲内で周期的に変動させることができる。すなわち、イオンビームに横ズレが生じたとしてもイオンビームの遮蔽量の最大値と最小値を定めることができるので、イオンビームの基板に対する照射量の変動も基準範囲内に収めやすく、その照射量の均一性を保つことができるので、製造不良を起こしにくくすることができる。

イオンビームの照射位置についてビーム断面における短辺方向に横ズレを生じたとしても、マスクによりイオンビームの遮蔽量に略変動が生じず、常に一定の遮蔽量が得られるようにするには、前記シャッターパターンのビーム断面における短辺方向の幅寸法が、前記イオンビームのビーム断面における短辺方向の幅寸法を自然数で割った値となるように設定されていればよい。このように前記シャッターパターンの幅寸法をイオンビームの幅寸法に合わせて設定すれば、ある遮蔽凸部において減少した遮蔽量は隣接する遮蔽凸部において増加する遮蔽量と等しくなるので、イオンビームの横ズレ量の大きさによらず、常にイオンビームの遮蔽量を一定に保つことができる。

イオンビームの端部における遮蔽量の調整を行いやすく、例えば遮蔽凸部のある部分におけるイオンビームの照射量分布と、ビーム通過部におけるイオンビームの照射量分布の重ね合わせにより所望のイオンビームの照射量分布を形成しやすくするには、前記シャッターパターンが、矩形状の凹凸パターンであればよい。このようなものであれば、前記遮蔽凸部及び前記ビーム通過部のビーム断面における長辺方向の寸法及び短辺方向の幅寸法についてのそれぞれの比率といった複数の調節し易いパラメータがあるため、容易に所望の照射量分布を得ることができる。

前記遮蔽凸部又は前記ビーム通過部の大きさを適宜調節することができるようにするには、前記マスクが、前記イオンビームの進行方向に対してそれぞれ異なる位置に配置された第１マスク部材及び第２マスク部材から構成されており、前記遮蔽凸部及び前記ビーム通過部が、前記イオンビームの進行方向から視た場合における前記第１マスク部材及び前記第２マスク部材の重ね合わせにより形成されていればよい。このようなものであれば、前記第１マスク部材及び前記第２マスク部材の重ね合わせ方を調節するだけで所望の遮蔽量を作ることができる。

イオンビームのビームライン上において１箇所のみ部材を設けるだけでイオンビームの端部の遮蔽量を適宜変更できるようしつつ、マスクにより占有される体積をできるだけ小さくするには、前記マスクが、第１マスク部材と、当該第１マスク部材からビーム断面における長辺方向に進退可能に設けられた第２マスク部材とから構成されており、前記遮蔽凸部が、前記第２マスク部材により形成されるものであればよい。

イオンビームの照射位置のズレに対して適宜マスク位置を調節することができ、初期状態における遮蔽量を所望の値に設定できるようにするには、前記マスクが、ビーム断面における長辺方向又は短辺方向に移動可能に構成されていればよい。

例えば、ビーム断面における長辺方向へのズレがイオンビームに生じたとしても、そのズレに合わせて予め定めた遮蔽量を実現できるようにするには、前記遮蔽凸部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法を変更可能に構成されていればよい。

上述したようなマスクを用いたイオンビーム照射装置であれば、ビーム断面における短辺方向の横ズレがイオンビームに発生したとしても、遮蔽量に変動を生じさせない、もしくは、遮蔽量の変動の所定範囲内に抑えることができ、イオンビームの照射量の均一性を基準範囲内に収めることができる。従って、イオンビームの照射位置について横ズレが生じたとしても、イオンビームの照射量の均一性を保つことができ、不良の発生を抑えることができる。

このように本発明のマスク及びこのマスクを用いたイオンビーム照射装置であれば、前記シャッターパターンがビーム断面における短辺方向に周期的に並んで形成されているので、イオンビームの照射位置がビーム断面における短辺方向に横ズレしたとしても、その遮蔽量を少なくとも周期的に変動させて、ある範囲内での変動量とすることができ、基板に照射されるイオンビームの照射量分布を基準範囲内で収めることができる。つまり、イオンビームの照射位置の横ズレ量に関係なく、常に基準範囲内の均一性を有するイオンビームを基板に対して照射する事が可能となり、不均一性に由来する製品不良の発生を劇的に抑えることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るイオンビーム照射装置の全体を示す模式図。 第１実施形態におけるマスクの配置及び形状を示す模式図。 第１実施形態におけるマスクにより、イオンビームのビーム断面における短辺方向の横ズレに対して遮蔽量が変化しないことを説明する模式図。 第１実施形態におけるマスクの第１変形例により、イオンビームのビーム断面における短辺方向の横ズレに対して遮蔽量が変化しないことを説明する模式図。 第１実施形態におけるマスクの第２変形例により、イオンビームのビーム断面における短辺方向の横ズレに対して遮蔽量が所定範囲内でしか変化しないことを説明する模式図。 第１実施形態におけるマスクの第３変形例により、イオンビームのビーム断面における短辺方向の横ズレに対して遮蔽量が所定範囲内でしか変化しないことを説明する模式図。 本発明の第２実施形態に係るマスクを示す模式図。 本発明の第３実施形態に係るマスクを示す模式図。 第３実施形態におけるマスクの変形例を示す模式図。 本発明の第４実施形態に係るマスクを示す模式図。 本発明のその他の実施形態に係るマスクの形状例を示す模式図。 従来のマスク及びイオンビーム照射装置を示す模式図。

本発明のマスク５及びこのマスク５を用いたイオンビーム照射装置１００の第１実施形態について図１乃至図３を参照しながら説明する。なお、参照する各図面においては、図１２に設定したのと同様の座標軸が設定してあり、イオンビームＩＢの基板Ｗに対する入射方向をＺ軸、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向をＸ軸、ビーム断面における長辺方向をＹ軸として設定し、Ｘ軸及びＹ軸により水平面が形成されるように座標軸を設定してある。

本実施形態のイオンビーム照射装置１００は、図１（ａ）に示すように大型の基板Ｗを起立させた状態で図示において左側から右側へとＸ軸方向に搬送するとともに、２本のイオンビームＩＢによりそれぞれ基板Ｗの下半分と上半分にイオンビームＩＢを照射することで基板Ｗの全面に照射されるように構成してある。

すなわち、このイオンビーム照射装置１００は、図示において左側から順番に大気圧下にある基板Ｗが搬入され、減圧されるロードロック室３と、第１待合室２と、基板Ｗの下半分にイオンビームＩＢが照射される第１処理室１（ａ）と、第２待合室２と、基板Ｗの上半分にイオンビームＩＢが照射される第２処理室１（ｂ）と、第３待合室２と、真空圧から大気圧に開放されたのちに基板Ｗが搬出されるアンロードロック室４とから構成してある。各室は真空弁により接続されており、各待合室２は次の室内での処置が終わるまで基板Ｗを待機させておくためのものである。また、ロードロック室３及びアンロードロック室４以外の各部屋は、高真空に保たれている。

前記第１処理室１（ａ）及び第２処理室１（ｂ）は、それぞれ別々のイオンビーム供給装置１１（ａ）、１１（ｂ）から供給されるリボン状のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）が室内に導入されており、各イオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の照射位置は図１（ｂ）の前面図に示すようにその上下方向の位置を異ならせてある。より具体的には、第１処理室１（ａ）内に導入される第１イオンビームＩＢ（ａ）は、搬送される基板Ｗの下半分に対応する位置に長辺方向が上下方向と一致するように照射されており、第２処理室１（ｂ）内に導入される第２イオンビームＩＢ（ｂ）は、搬送される基板Ｗの上半分に対応する位置に長辺方向が上下方向と一致するように照射されている。

また、第１処理室１（ａ）には、第１イオンビームＩＢ（ａ）の上端を整形するための第１マスク５（ａ）が設けてあり、第２処理室１（ｂ）には第２イオンビームＩＢ（ｂ）の下端を整形するための第２マスク５（ｂ）が設けてある。本実施形態では第１マスク５（ａ）及び第２マスク５（ｂ）は同形状のものであり、対称となるように配置してある。また、各処理室１（ａ）、１（ｂ）には、各マスク５（ａ）、５（ｂ）を通過した後のイオンビームＩＢの照射量分布を取得するための測定部が設けてある。

次にマスク５の具体的な形状について説明する。なお、第１マスク５及び第２マスク５については同形状であるので、以下では共通のものとして説明する。また、特に区別する必要がない場合には数字の番号のみを振ることとする。

図２に示すように前記マスク５は、リボン状イオンビームＩＢの端部を整形するためのものであり、ビーム断面における短辺方向（Ｘ軸方向）に沿って視た場合に複数の概略矩形状の遮蔽凸部７１が等間隔に並べて形成された櫛歯状となっているものである。言い換えると、このマスク５はビーム進行方向に直交する断面におけるビーム断面形状が概略長方形形状のイオンビームＩＢについて、ビーム断面における長辺方向（Ｙ軸方向）の端部を遮蔽するように設けられるものである。そして、このマスク５の櫛歯部分において、その歯底よりも下側までイオンビームＩＢの端部が照射されるようにマスク５はイオンビームＩＢのビームライン上に配置してある。また、各遮蔽凸部７１とその間に形成されるビーム通過部７２が形成されているので、ビーム断面における短辺方向に沿って遮蔽量のグラフを描くとイオンビームＩＢの遮蔽量が階段関数状に不連続に変化することになる。

図２に示すように前記遮蔽凸部７１は、イオンビームＩＢを遮蔽するビーム断面の一方の短辺側から長辺方向に延びる概略矩形状の部材であり、この遮蔽凸部７１の隣にはビーム断面における短辺方向に並んで概略矩形状の空間であるビーム通過部７２が形成してある。第１実施形態においてはこの１つの前記遮蔽凸部７１と１つの前記ビーム通過部７２により１つのシャッターパターン７が形成してある。

前記シャッターパターン７は、図２に示されるようにビーム断面における短辺方向に所定周期ごとに並んで隣接するように複数形成してある。この第１実施形態ではシャッターパターン７は４．５周期分だけビーム断面における短辺方向に並べて、その形状が繰り返されるように形成してある。またこのシャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法とイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法とが等しくなるように設定してある。

また、図２に示すように前記シャッターパターン７により形成されるイオンビームＩＢの遮蔽部分は、前記遮蔽凸部７１により形成される第１遮蔽部５１と、前記ビーム通過部７２の下部において形成される第２遮蔽部５２とからなる。すなわち、前記第１遮蔽部５１及び前記第２遮蔽部５２のそれぞれにより遮蔽量の異なる２本の細リボン状のイオンビームが形成されているとも見ることができる。また、この第１遮蔽部５１と第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法、ビーム断面における短辺方向の幅寸法、それらの比率を組み合わせることにより、端部における所望のイオンビームＩＢの照射量の分布を第１遮蔽部５１と第２遮蔽部５２のそれぞれにより形成される照射量分布の重ね合わせにより形成してある。言い換えると、これらの第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２の大きさは、前記遮蔽凸部７１及び前記ビーム通過部７２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法及び短辺方向の幅寸法を調節することにより所望の照射量分布を得るようにしている。

次にこのように構成された櫛歯状のマスク５を用いることにより、イオンビームＩＢの照射位置にビーム断面における短辺方向の横ズレが生じた場合でもその遮蔽量及びイオンビームＩＢの基板Ｗに対する照射量が変動しないことについて図３を参照しながら説明する。なお、図３では、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法をＩＢＷ、シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の一周期分の幅寸法をＳＷとして記載している。

図３（ａ）に左側から２周期目のシャッターパターン７と合致するようにイオンビームＩＢが照射されている状態を基準状態とし、この位置から図３において右側にイオンビームＩＢの照射位置がビーム断面における短辺方向に移動した場合の遮蔽状態の変化について図３（ｂ）〜（ｄ）で示しており、図３（ｅ）には横ズレ量とマスク遮蔽面積との関係を示すグラフを示している。また、以下の説明ではシャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の一周期分の幅寸法であるＳＷを基準として、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の横ズレ量を表現している。

図３（ｂ）では、イオンビームＩＢの照射位置について０．２５ＳＷ、すなわち、シャッターパターン７の１／４周期分だけ横ズレが生じている場合について示している。図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると分かるように、図３（ａ）の基準状態において左側から２つ目の遮蔽凸部７１において遮蔽されていたイオンビームＩＢの面積は、図３（ｂ）においては半分に減少することになる。一方、イオンビームＩＢが横ズレしたことにより図３（ａ）においてはイオンビームＩＢを遮蔽していなかった左側から３つ目の遮蔽凸部７１において、図３（ｂ）に示すように遮蔽される面積が新たに発生することになる。また、３つ目の遮蔽凸部７１において横ズレが発生したことにより新たに発生したマスク遮蔽面積は、２つ目の遮蔽凸部７１において減少した分と同じ量である。さらに、ビーム通過部７２の下部に形成されるマスク遮蔽面積については何ら変化が生じていないことから、全体でみるとイオンビームＩＢの照射位置に横ズレが生じたとしても、マスク遮蔽面積については何ら変化が生じない事が分かる。さらに、図３（ａ）においては前記遮蔽凸部７１により形成される第１遮蔽部５１と、前記ビーム通過部７２により形成される第２遮蔽部５２はそれぞれ１つずつ形成されているが、図３（ｂ）においては、図３（ａ）と同形状の第２遮蔽部５２と、図３（ａ）の第１遮蔽部５１に対して半分ずつに分割された２つの第１遮蔽部５１とが形成されていることが分かる。すなわち、単純にマスク遮蔽面積が変化していないだけでなく、その遮断形状も実質的に等価であることも分かる。このことからイオンビームＩＢに横ズレが生じる前後の状態において、イオンビームＩＢの端部における照射量分布は略等しい状態となることも分かる。

さらに、図３（ｃ）、図３（ｄ）にイオンビームＩＢに横ズレ量が０．５ＳＷ、０．７５ＳＷだけ生じた場合のマスク遮蔽面積の変化について示しているが、図３（ｂ）において説明したのと同様に、イオンビームＩＢの横ズレ量と関係なく、一定の遮蔽量となっており、しかもその遮蔽形態も実質的に等価であることが分かる。

図３（ｂ）〜図３（ｄ）において示したイオンビームＩＢに横ズレが生じている状態以外の場合でも同様の現象が生じることはこれらの例から明らかであり、図３（ｅ）のグラフに示すように横ズレ量を単調増加させた場合でも、マスク５により遮蔽量は一定値に保ち続けられることになる。

これらのことから、第１実施形態のマスク５のようにシャッターパターン７を所定周期ごとに隣接させてビーム断面における短辺方向に並べて配置するとともに、前記シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法と前記イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法を等しくすることにより、イオンビームＩＢの照射位置に横ズレが生じたとしても常に一定の遮蔽量及び遮蔽形態を保つことができることが分かる。従って、イオンビームＩＢの照射位置に横ズレが発生したとしても、イオンビームＩＢの端部における照射量分布にはほとんど変化が表れず、常に基準範囲内の照射量分布に保つことができる。従って、基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢの照射量分布の均一性を常に保つことができ、基板Ｗにおける不良発生を防ぐことができる。

次に第１実施形態のマスク５について変形例を説明する。以下の説明では第１実施形態と同形状のマスク５を用いるとともに、シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法であるＳＷとイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法であるＩＢＷとの関係を変化させたものについて説明する。

図４に第１実施形態のマスク５の第１変形例を示す。この第１変形例はシャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法ＳＷに対して、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷが２倍の２ＳＷである場合について示す。言い換えると、このシャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法ＳＷは、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷを基準として考えると１／２倍した幅寸法に設定してある。

この第１変形例の場合でも図４（ａ）の基準状態からイオンビームＩＢの照射位置がビーム断面における短辺方向に０．２５ＳＷ、０．５ＳＷ、０．７５ＳＷだけ横ズレした状態を示す図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）から明らかなように横ズレに対してマスク５による遮蔽面積及びその遮蔽形態は変化していないことが分かる。従って、この第１変形例でも第１実施形態と同様に図４（ｅ）に示すように横ズレ量に対してマスク遮蔽面積は常に一定値を取り、同様の効果が得られることが分かる。さらに一般化すると、シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法ＳＷに対して、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷがＳＷの自然数倍で表せる場合、同様の効果を得ることができる。言い換えると、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷに対して自然数分の１の値にシャッターパターン７の幅寸法ＳＷを設定することにより、イオンビームＩＢの照射位置の横ズレ量に関わらず常に一定の遮蔽量を得ることができる。

次に、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷが１．２５ＳＷである場合の第２変形例について図５を参照しながら説明する。図５（ａ）の基準状態から図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すようにイオンビームＩＢの照射位置をビーム断面における短辺方向に０．２５ＳＷ、０．５ＳＷ、０．７５ＳＷだけずらしていくと、図５（ａ）から図５（ｂ）に変化している間は、遮蔽量に変化はなく、第１実施形態と略同じ状態となる。しかしながら、図５（ｂ）から図５（ｃ）に変化する過程において遮蔽量が減少し、図５（ｃ）から図５（ｄ）に変化する間は減少した遮蔽量で一定に保たれることになる。さらに図５（ｄ）からシャッターパターン７の一周期分まで横ズレ量が発生する間は、遮蔽量が増加してくことになり基準状態の遮蔽量に戻るまで増加が続くことになる。

したがって、図５（ｅ）のグラフに示すようにイオンビームＩＢに横ズレが単調増加で生じた場合でも所定の最大遮蔽量と最小遮蔽量との間で、イオンビームＩＢの遮蔽量は周期的に変動する事が分かる。言い換えると、イオンビームＩＢの横ズレに対して遮蔽量の変動は常に所定の範囲内でのみ生じるので基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢの照射量の変動も所定範囲内に収めることができ、照射量を基準範囲内にして実質的に均一とすることができる。

また、図６に示すようにイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷを１．５ＳＷにした第３変形例の場合も、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すようにイオンビームＩＢの横ズレ量を単調増加させていくと、マスク５の遮蔽量は増加、減少を交互に周期的に繰り返すことになり、図６（ｅ）のグラフからも分かるように遮蔽量の最大値と最小値が定まることが分かる。

図５及び図６に示した第２変形例及び第３変形例のように、シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法ＳＷが、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法ＩＢＷに対して自然数分の１倍でなかったとしても、横ズレ量に対する遮蔽量の変動を所定の範囲内に収められることが分かる。すなわち、シャッターパターン７をビーム断面における短辺方向に並べて隣接するように形成し、各遮蔽凸部７１とビーム通過部７２が交互に周期的に表れるように構成することだけでも、遮蔽量の変動をある基準範囲内に収めることができ、基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢの照射量を基準範囲内に設定することができる。従って、このような変形例であっても同様に基板Ｗの不良発生を防ぐことができる。また、このような遮蔽量の変動幅については、遮蔽凸部７１とビーム通過部７２のビーム断面における短辺方向の幅寸法を小さくし、単位長さ当たりに表れるシャッターパターン７の周期数を多くするほど低減することができる。

次に第２実施形態のマスク５について図７を参照しながら説明する。

第１実施形態のマスク５は１つの部材によって前記遮蔽凸部７１及び前記ビーム通過部７２の寸法や形状を決定していたが、第２実施形態では２つの別体のマスク部材５ａ、５ｂによって各遮蔽凸部７１また各ビーム通過部７２の大きさ及び形状を調節可能に構成してある。

より具体的には、図７（ａ）に示すようにイオンビームＩＢのビームライン上においてそれぞれ異なる位置に第１マスク部材５ａと、第２マスク部材５ｂが設けてあり、これらのマスク部材５ａ、５ｂについてのイオンビームＩＢの進行方向から視た場合の重なり具合によって、前記遮蔽凸部７１及び前記ビーム通過部７２の寸法又は形状を調節できるようにしてある。

すなわち、図７（ａ）に示すように第１マスク部材５ａは、３つの遮蔽凸部７１がイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向に所定間隔ごとに並べて設けられた形状をなしており、第２マスク部材５ｂは概略長方形状の面板部を有し、少なくとも前記各遮蔽凸部７１の間に形成されるビーム通過部７２に対して重なるようにビームライン上に配置してある。そして、前記第２マスク部材５ｂは、イオンビームＩＢのビーム断面における長辺方向に対して移動可能に構成してあり、前記各ビーム通過部７２のビーム断面における長辺方向の寸法を変更することができる。従って、遮蔽凸部７１のビーム断面における長辺方向の寸法とビーム通過部７２のビーム断面における長辺方向の寸法との比率等を調節することができ、基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢの照射量分布を所望のものとすることができる。

また、ビームライン上の異なる位置に各マスク部材５ａ、５ｂを配置するのではなく、１箇所に各マスク部材５ａ、５ｂを配置するとともに、前記遮蔽凸部７１及び前記ビーム通過部７２の寸法や形状を適宜調節可能にするには、図７（ｂ）に示すように、概略直方体形状をなす第１マスク部材５ａの一側面から複数の第２マスク部材５ｂが遮蔽凸部７１としてイオンビームＩＢのビーム断面における長辺方向に対して進退可能に設けてあればよい。このようなものであれば、マスク５の設置スペースを少なくするとともに、前記第２マスク部材５ｂの進退量を調節することで前記遮蔽凸部７１のビーム断面における長辺方向の寸法及び、それらの間に形成されるビーム通過部７２のビーム断面における長辺方向の寸法を適宜調節し、所望の照射量分布で基板Ｗに対してイオンビームＩＢを照射する事が可能となる。

次に本発明の第３実施形態のマスク５について図８を参照しながら説明する。

図７に示した第２実施形態のマスク５では、第２マスク部材５ｂをイオンビームＩＢのビーム断面における長辺方向に対して移動可能に構成してマスク５としての特性を変化させられるようにしていたが、図８に示す第３実施形態のマスク５では第２マスク部材５ｂをイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向に移動可能に構成することで、そのシャッターパターン７の形状及び寸法を変更し、遮蔽特性を変化させられるようにしてある。

より具体的には、第３実施形態のマスク５は、第１マスク部材５ａと第２マスク部材５ｂが同形状であり、ビーム断面における短辺方向に第２マスク部材５ｂをずらしていくことによりそのシャッターパターン７の形状を変化させるものである。

第１マスク部材５ａ及び第２マスク部材５ｂのシャッターパターン７について説明する。この第３実施形態のシャッターパターン７は、２つのそれぞれ形状の異なる遮蔽凸部７１と、２つのビーム通過部７２の組み合わせを１周期としているものである。より具体的には、各遮蔽凸部７１はビーム断面における短辺方向の幅寸法がｄであり、一方の遮蔽凸部７１のビーム断面における長辺方向の寸法を他方の遮蔽凸部７１のビーム断面における長辺方向の寸法よりも大きくしてある。また、ビーム通過部７２のビーム断面における短辺方向の幅寸法はｄ／２に設定してある。そして、図８に示すように左側からビーム断面における長辺方向の寸法が長い方の遮蔽凸部７１、１つ目のビーム通過部７２、ビーム断面における長辺方向の寸法が短い方の遮蔽凸部７１、２つ目のビーム通過部７２の順番で前記シャッターパターン７が形成してある。言い換えると、この第３実施形態では１つのシャッターパターン７において、遮蔽凸部７１とビーム通過部７２により３つの異なる高さのステップが形成してあることになる。

このように構成された同形状の第１マスク部材５ａ及び第２マスク部材５ｂを完全に重ね合わせている場合には、図８（ａ）に示すように３ステップシャッターとすることができるとともに、第２マスク部材５ｂを完全合致している状態からビーム断面における短辺方向にｄ／２だけ移動させると、図８（ｂ）に示すように各遮蔽凸部７１の間にあるビーム通過部７２の一部が閉塞されることになり、１つのシャッターパターン７に遮蔽凸部７１とビーム通過部７２が１つずつ形成された２ステップシャッターへと変化させることができる。すなわち、第３実施形態のマスク５であれば第１マスク部材５ａ及び第２マスク部材５ｂのビーム断面における短辺方向の相対位置を変化させることにより遮蔽条件を大きく変化させることができるので、例えば基板Ｗに照射したい照射量分布に応じて適宜シャッターパターン７の態様を変化させることができ、より好ましいイオンビームＩＢの照射が可能となる。

次に第３実施形態の変形例について図９を参照しながら説明する。

この変形例では、第２マスク部材５ｂをイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向に移動させることにより、シャッターパターン７の周期を変更できるように構成したものである。より具体的には、図９（ａ）に示すように第１マスク部材５ａ及び第２マスク部材５ｂは、ビーム断面における短辺方向の幅寸法ｄを有する遮蔽凸部７１を複数有し、各遮蔽凸部７１の間にビーム断面における短辺方向の幅寸法３ｄを有するビーム通過部７２が形成されたものである。そして、第１マスク部材５ａ及び第２マスク部材５ｂは、図９（ｂ）に示すようにイオンビームＩＢの進行方向から視て、前記第１マスク部材５ａ及び第２マスク部材５ｂの各遮蔽凸部７１が隣接するように配置した場合には、シャッターパターン７の周期がＳＷとなるようにしてある。さらに、第２マスク部材５ｂをビーム断面における短辺方向に移動させて、第１マスク部材５ａのビーム通過部７２の中心軸線と、第２マスク部材５ｂの遮蔽凸部７１の中心軸線が合致させるようにすると、図９（ｃ）に示すようにシャッターパターン７の周期を０．５ＳＷに変更することができる。

つまり、このように図９に示すマスク５であれば適宜２つのシャッターパターン７の周期及び幅寸法に変更することができるので、例えば、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法が変更された場合であっても、その変更に合わせてシャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の幅寸法に対してイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法が整数倍となるように設定する事が可能となる。従って、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法が変化するような場合であってもイオンビームＩＢの横ズレに対して常にマスク５による遮蔽量が変化しないようにすることも可能となる。

なお、図９の変形例においては第１マスク部材５ａと第２マスク部材５ｂの遮蔽凸部７１のビーム断面における長辺方向の寸法は同じ長さ寸法に設定してあるが、各マスク部材５ａ、５ｂの遮蔽凸部７１のビーム断面における長辺方向の寸法を異ならせておき、各マスク部材５ａ、５ｂの相対位置を変更するようにしても構わない。

次に本発明の第４実施形態のマスク５について図１０を参照しながら説明する。

前記各実施形態では、シャッターパターン７中の遮蔽凸部７１及びビーム通過部７２は常に同じ順番で配置されていたが、第４実施形態で示すように、２周期分のシャッターパターン７が鏡像対称となるようにビーム断面における短辺方向に並んで配置されていてもよい。このようなものであっても、イオンビームＩＢの照射位置に横ズレが生じたとしても、遮蔽量に変動が生じないようにする、あるいは、変動量をある最大値と最小値との間で周期的に変化するようにでき、基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢの照射量分布の均一性を保つのに用いることができる。

その他の実施形態について説明する。

図１１に示すように、シャッターパターン７中における遮蔽凸部７１及びビーム通過部７２の形状はイオンビームＩＢの進行方向から視た場合において矩形状に限られるものではなく、例えば遮蔽凸部７１が傾斜部分を有している、あるいは、曲線で構成されていてもよい。また、前記ビーム通過部７２は２つの遮蔽凸部７１に挟まれて決まる形状をしていればよい。また、遮蔽凸部７１とビーム通過部７２が形成されたシャッターパターン７が周期性を有してビーム断面における短辺方向に並んで配置されているものであれば、前記各実施形態で説明したような効果を享受することができる。さらに、シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の一周期の幅寸法をイオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法に対して前記各実施形態に示したものよりも小さく設定してもよい。シャッターパターン７のビーム断面における短辺方向の一周期の幅寸法を小さく設定すればするほど、イオンビームＩＢに横ズレが生じた場合に生じる遮蔽量の変動量を小さくすることができる。

前記実施形態では２本のイオンビームＩＢを上下に並べる場合の重なり部分の均一性を向上させる目的で前記マスク５を用いていたが、例えば多面取りを行う場合の分割帯の幅を小さくできるように前記遷移領域幅を所望の値となるようにするためにマスク５を用いても構わない。また、１本のイオンビームＩＢしか用いない場合において端部の整形を行うために本発明のマスク５を用いても構わない。

ビーム断面における短辺方向にイオンビームの照射位置がずれている場合、マスクに対するイオンビームの照射角度も変化している恐れがある。この照射角度の変動によりビームプロファイルに変化が生じて均一性等が保てなくなるのを防ぐには、前記マスクをビーム断面における長辺方向に延びる軸を回転軸として回転可能に構成すればよい。このようなものであれば、照射角度が常に同じ状態となるように調節することが可能となり、照射角度の変動による影響を受けなくすることができる。

本発明のイオンビーム照射装置は、例えばイオン注入装置、イオンドーピング装置、イオンビームデポジション装置、イオンビームエッチング装置等様々な用途を含む概念である。要するにリボン状のイオンビームの端部を基板上に照射したり、端部の重ね合わせが問題になったりする用途であれば適用可能である。また、基板としては半導体基板に限られるものではなく、シリコンウェーハや、ガラス基板やその他のイオンビームが照射される板状のものであってもよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行ってもかまわない。

５ ：マスク
５ａ ：第１マスク部材
５ｂ ：第２マスク部材
７ ：シャッターパターン
７１ ：遮蔽凸部
７２ ：ビーム通過部
１００ ：イオンビーム照射装置
ＩＢ ：イオンビーム
Ｗ ：基板

Claims (8)

1. ビーム進行方向に直交する断面におけるビーム断面形状が概略長方形形状のイオンビームについて、ビーム断面における長辺方向の端部を遮蔽するように設けられるマスクであって、
   前記マスクをイオンビームのビーム進行方向から視た場合において、
   ビーム断面の一方の短辺側から長辺方向に延びており、イオンビームが遮蔽される遮蔽凸部及び前記遮蔽凸部に対してビーム断面における短辺方向に並んで形成されるビーム通過部とからなるシャッターパターンが複数形成されており、
   各シャッターパターンが、ビーム断面における短辺方向に対して所定周期ごとに並んで隣接するように形成されていることを特徴とするマスク。
2. 前記シャッターパターンのビーム断面における短辺方向の幅寸法が、前記イオンビームのビーム断面における短辺方向の幅寸法を自然数で割った値となるように設定されている請求項１記載のマスク。
3. 前記シャッターパターンが、矩形状の凹凸パターンである請求項１又は２記載のマスク。
4. 前記マスクが、前記イオンビームの進行方向に対してそれぞれ異なる位置に配置された第１マスク部材及び第２マスク部材から構成されており、
   前記遮蔽凸部及び前記ビーム通過部が、前記イオンビームの進行方向から視た場合における前記第１マスク部材及び前記第２マスク部材の重ね合わせにより形成されている請求項１乃至３いずれかに記載のマスク。
5. 前記マスクが、第１マスク部材と、当該第１マスク部材からビーム断面における長辺方向に進退可能に設けられた第２マスク部材とから構成されており、
   前記遮蔽凸部が、前記第２マスク部材により形成される請求項１乃至３いずれかに記載のマスク。
6. 前記マスクが、ビーム断面における長辺方向又は短辺方向に移動可能に構成されている請求項１乃至５いずれかに記載のマスク。
7. 前記遮蔽凸部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法を変更可能に構成されている請求項１乃至６いずれかに記載のマスク。
8. 請求項１乃至７いずれかに記載のマスクを用いたイオンビーム照射装置。