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。例えば、以下では、イオン注入が行われる物体として半導体ウエハを例として説明するが、他の物質や部材であっても良い。
はじめに、後述する本願発明の実施の形態に至った経緯について説明する。イオン注入装置は、加工物内に構築されるべき所望の特性に基づいて、注入されるイオン種を選択し、そのエネルギー及びドーズ量を設定することが可能である。イオン注入装置は一般に、注入されるイオンのエネルギーとドーズ量の範囲により、いくつかのカテゴリーに分けられる。代表的なカテゴリーには、高ドーズ高電流イオン注入装置(以下、HCともいう)、中ドーズ中電流イオン注入装置(以下、MCともいう)、及び、高エネルギーイオン注入装置(以下、HEともいう)がある。
図1は、典型的なシリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置(HC)、シリアル型中ドーズ中電流イオン注入装置(MC)、シリアル型高エネルギーイオン注入装置(HE)のエネルギー範囲及びドーズ範囲を模式的に示す。図1は、横軸にドーズを、縦軸にエネルギーを示す。ここで、ドーズとは、単位面積(例えばcm2)あたりの注入イオン(原子)の個数であり、注入された物質の総量はイオン電流の時間積分で与えられる。イオン注入によって与えられるイオン電流は通例mA又はμAで表される。ドーズは、注入量またはドーズ量と呼ばれることもある。図1には、HC、MC、HEのエネルギー及びドーズの範囲をそれぞれ符号A、B、Cで示す。これらは、各注入毎の注入条件(レシピともいう)によって必要とされる注入条件の集合範囲であり、現実的に許容できる生産性を勘案して、注入条件(レシピ)に合わせた現実的合理的な装置構成カテゴリーを表す。図示される各範囲は、各カテゴリーの装置が処理可能な注入条件(レシピ)範囲を示す。ドーズ量は現実的な処理時間を想定した場合のおおよその値を示している。
HCは、0.1〜100keV程度の比較的低いエネルギー範囲かつ1×1014〜1×1017atoms/cm2程度の高ドーズ範囲のイオン注入に使用される。MCは、3〜500keV程度の中間のエネルギー範囲かつ1×1011〜1×1014atoms/cm2程度の中程度のドーズ範囲のイオン注入に使用される。HEは、100keV〜5MeV程度の比較的高いエネルギー範囲かつ1×1010〜1×1013atoms/cm2程度の比較的低いドーズ範囲のイオン注入に使用される。このようにして、エネルギー範囲については5桁程度、ドーズ範囲については7桁程度に及ぶ広範な注入条件の範囲がHC、MC、HEによって分担されている。ただし、これらのエネルギー範囲やドーズ範囲は代表的な例であり、厳密なものではない。また、注入条件の与え方はドーズ及びエネルギーには限られず、様々である。注入条件は、ビーム電流値(ビームの断面プロファイルにおける面積積分ビーム量を電流で表したもの)、スループット、注入均一性などによって設定されてもよい。
あるイオン注入処理のための注入条件はエネルギー及びドーズの特定の値を含むので、図1において個々の点として表すことが可能である。例えば、注入条件aは、ある高いエネルギー及びある低いドーズの値をもつ。注入条件aは、MCの運転範囲にありかつHEの運転範囲にあるから、MCまたはHEを用いて処理し得る。注入条件bは中程度のエネルギー/ドーズであり、HC、MC、HEのいずれかで処理し得る。注入条件cは中程度のエネルギー/ドーズであり、HCまたはMCで処理し得る。注入条件dは低エネルギー/高ドーズであり、HCのみによって処理し得る。
イオン注入装置は半導体デバイスの生産に欠かせない機器であり、その性能や生産性の向上はデバイスメーカーにとって重要な意味を持つ。デバイスメーカーは、製造しようとするデバイスに必要な注入特性を実現できる装置をこれら複数のイオン注入装置カテゴリーの中から選択する。その際に、デバイスメーカーは、最良の製造効率の実現、装置の所有コストなど種々の事情を考慮して、カテゴリーの装置の台数を決定する。
あるカテゴリーの装置が高い稼働率で使用されており、他のカテゴリーの装置の処理能力に比較的余裕がある場合を考える。このとき、カテゴリーごとに注入特性が厳密には異なることによって所望のデバイスを得るために前者の装置を後者の装置で代用できないとしたら、前者の装置の故障は生産工程上のボトルネックを生み、それによって全体の生産性が損なわれることになる。このようなトラブルは、あらかじめ故障率などを想定し、それに基づいて台数構成を決定することによって、ある程度回避可能である。
製造するデバイスが需要の変化や技術の進展に伴って変更され、必要な装置の台数構成が変化して装置の不足や非稼働装置が発生し、装置の運用効率が低下する場合もある。このようなトラブルは、将来的な製品のトレンドを予測して台数構成に反映させることである程度回避可能である。
他のカテゴリーの装置で代用が可能であったとしても、装置の故障や製造デバイスの変化は、デバイスメーカーに製造効率の低下や無駄な投資をもたらし得る。例えば、これまで主として中電流イオン注入装置で処理されていた製造プロセスが、製造デバイスの変更により高電流イオン注入装置で処理されるようになることがある。そうすると、高電流イオン注入装置の処理能力が不足する一方で、中電流イオン注入装置の処理能力が余るようになる。変更後の状態がその後長期間変化しないと見込まれるのであれば、新規の高電流イオン注入装置の購入及び所有している中電流イオン注入装置の売却という対策を取ることで、装置の運用効率を改善することができる。しかし、頻繁にプロセスが変更されたり、そうした変更が予測困難である場合には、生産に支障を来すことになるかもしれない。
実際には、あるデバイスの製造のためにあるカテゴリーのイオン注入装置で既に行われているプロセスを他のカテゴリーのイオン注入装置で直ちに代用することはできない。イオン注入装置上でのデバイス特性の合わせ込みの作業が必要になるからである。つまり、新たなイオン注入装置において同じイオン種、エネルギー、ドーズ量でプロセスを実行して得られたデバイス特性は、以前のイオン注入装置で得られたデバイス特性から大きく乖離し得る。イオン種、エネルギー、ドーズ量以外の諸条件、例えば、ビーム電流密度(すなわち、ドーズレイト)、注入角度、注入領域の塗り重ね方法などもデバイス特性に影響するからである。カテゴリーが異なる場合は一般に装置構成も異なるので、イオン種、エネルギー及びドーズ量を揃えたとしても、デバイス特性に影響するその他の条件まで自動的に一致させることはできない。これらの諸条件は注入方式に依存する。注入方式には例えば、ビームと加工物との相対移動の方式(例えば、スキャンビーム、リボンビーム、二次元ウエハスキャンなど)や、次に述べるバッチ型とシリアル型の種別などがある。
加えて、高ドーズ高電流イオン注入装置と高エネルギーイオン注入装置はバッチ型、中ドーズ中電流イオン注入装置はシリアル型と大きく棲み分けされていることも、装置間の差異を大きくしている。バッチ型は多数のウエハに一度に処理する方式であり、これらウエハは例えば円周上に配置されている。シリアル型は一枚ずつのウエハを処理する方式であり、枚葉式とも呼ばれる。なお、高ドーズ高電流イオン注入装置と高エネルギーイオン注入装置はシリアル型をとる場合もある。
さらに、バッチ型の高ドーズ高電流イオン注入装置のビームラインにおいては、高ドーズ高電流ビーム特性によるビームライン設計上の要請により、シリアル型の中ドーズ中電流イオン注入装置よりも典型的に短く作られている。高ドーズ高電流ビームライン設計において、低エネルギー/高ビーム電流条件でのイオンビームの発散によるビーム損失を抑制するためである。とりわけ、ビームを形成するイオンが互いに反発し合う荷電粒子を含むことにより径方向外側に拡大する傾向、いわゆるビームブローアップを軽減させるためである。このような設計の必要性は、高ドーズ高電流イオン注入装置がシリアル型である場合に比べてバッチ型である場合に、より顕著である。
シリアル型の中ドーズ中電流イオン注入装置のビームラインが相対的に長く作られているのは、イオンビームの加速やビーム成形のためである。シリアル型中ドーズ中電流イオン注入装置においては、かなりの運動量を有するイオンが高速移動している。これらのイオンは、ビームラインに追加される加速用間隙の一または幾つかを通過することにより運動量が増加される。さらに、かなりの運動量を有する粒子の軌道を修正するには、フォーカシング部は、フォーカシング力を十分に印加すべく相対的に長くなければならない。
高エネルギーイオン注入装置では、線形加速方式やタンデム加速方式を採用しているために、高ドーズ高電流イオン注入装置や中ドーズ中電流イオン注入装置の加速方式と本質的に異なる。こうした本質的な相違は、高エネルギーイオン注入装置がシリアル型であってもバッチ型であっても同様である。
このように、イオン注入装置HC、MC、HEはカテゴリーによってビームラインの形式や注入方式が異なり、それぞれ全く異なる装置として認識されている。カテゴリーの異なる装置間の構成上の違いは不可避であるとみなされている。HC、MC、HEというように異なる形式の装置間では、デバイス特性に与える影響を考慮したプロセス互換性は保証されていない。
したがって、既存のカテゴリーの装置よりも広いエネルギー範囲及び/またはドーズ範囲を有するイオン注入装置が望まれる。特に、注入装置の形式を変えることなく、既存の少なくとも2つのカテゴリーを包含する広い範囲におけるエネルギー及びドーズ量での注入を可能とするイオン注入装置が望まれる。
また、近年は全ての注入装置がシリアル型を採用することが主流となりつつある。したがって、シリアル型の構成を有し、かつ、広いエネルギー範囲及び/またはドーズ範囲を有するイオン注入装置が望まれる。
更に、HEが本質的に異なる加速方式を用いるのに対して、HCとMCは、直流電圧でイオンビームを加速または減速するビームラインを備える点で共通する。そのため、HCとMCのビームラインは共用できる可能性がある。したがって、HCとMCの両方の役割を1台で果たすことのできるイオン注入装置が望まれる。
このように広い範囲で運転可能な装置は、デバイスメーカにおける生産性や運用効率の改善に役立つ。
なお、中電流イオン注入装置(MC)は、高電流イオン注入装置(HC)に比べて高いエネルギー範囲かつ低いドーズ範囲で運転することが可能であることから、本願では低電流イオン注入装置と呼ぶことがある。同様にして、中電流イオン注入装置(MC)についてエネルギー及びドーズをそれぞれ、高エネルギー及び低ドーズと呼ぶことがある。あるいは、高電流イオン注入装置(HC)についてのエネルギー及びドーズをそれぞれ、低エネルギー及び高ドーズと呼ぶことがある。ただし、本願においてこうした表現は中電流イオン注入装置(MC)のエネルギー範囲及びドーズ範囲のみを限定的に指し示すわけではなく、文脈によっては文字通りに、「ある高い(又は低い)エネルギー(又はドーズ)の範囲」を意味し得る。
図2は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置100を概略的に示す図である。イオン注入装置100は、所与のイオン注入条件に従って被処理物Wの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。イオン注入条件は例えば、被処理物Wに注入されるべきイオン種、イオンのドーズ量、及びイオンのエネルギーを含む。被処理物Wは、例えば基板であり、例えばウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物Wを基板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ていない。
イオン注入装置100は、イオン源102と、ビームライン装置104と、注入処理室106と、を備える。また、イオン注入装置100は、イオン源102、ビームライン装置104、及び注入処理室106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。
イオン源102は、基板Wに注入されるべきイオンを生成するよう構成されている。イオン源102は、ビームの電流調整のための要素の一例である引出電極ユニット118によりイオン源102から加速引き出しされたイオンビームB1を、ビームライン装置104に与える。以下ではこれを初期イオンビームB1と呼ぶことがある。
ビームライン装置104は、イオン源102から注入処理室106へとイオンを輸送するよう構成されている。ビームライン装置104は、イオンビームを輸送するためのビームラインを提供する。ビームラインは、イオンビームの通路であり、ビーム軌道の道筋ともいえる。ビームライン装置104は、初期イオンビームB1に、例えば、偏向、加速、減速、整形、走査などを含む操作をすることによりイオンビームB2を形成する。以下ではこれを注入イオンビームB2と呼ぶことがある。ビームライン装置104は、こうしたビーム操作のために配列されている複数のビームライン構成要素を備える。このようにして、ビームライン装置104は、注入イオンビームB2を注入処理室106に与える。
注入イオンビームB2は、ビームライン装置104のビーム輸送方向(又はビーム軌道に沿う方向)に垂直な面内にビーム照射域105を有する。ビーム照射域105は通常、基板Wの幅を包含する幅を有する。例えば、ビームライン装置104がスポット状のイオンビームを走査するビーム走査装置を備える場合には、ビーム照射域105はビーム輸送方向に垂直な長手方向に沿って走査範囲にわたって延びる細長照射域である。また、ビームライン装置104がリボンビーム発生器を備える場合にも同様に、ビーム照射域105は、ビーム輸送方向に垂直な長手方向に延びる細長照射域である。ただし、この細長照射域は当該リボンビームの断面である。細長照射域は、長手方向に基板Wの幅(基板Wが円形である場合には直径)よりも長い。
注入処理室106は、基板Wが注入イオンビームB2を受けるように基板Wを保持する物体保持部107を備える。物体保持部107は、ビームライン装置104のビーム輸送方向及びビーム照射域105の長手方向に垂直な方向に基板Wを移動可能に構成されている。すなわち、物体保持部107は、基板Wのメカニカルスキャンを提供する。本願において、メカニカルスキャンは、機械式走査と同義である。なお、ここで、「垂直な方向」は、当業者には理解されるように、厳密な直交のみには限定されない。「垂直な方向」は、例えば、基板Wを上下方向にいくらか傾けて注入する場合には、そうした傾斜角度を含み得る。
注入処理室106は、シリアル型の注入処理室として構成されている。よって物体保持部107は典型的には一枚の基板Wを保持する。しかし、物体保持部107は、バッチ型のように複数の(例えば小型の)基板を保持する支持台を備え、この支持台を直線的に往復移動させることによりこれら複数の基板のメカニカルスキャンをするよう構成されていてもよい。ある他の実施形態においては、注入処理室106は、バッチ型の注入処理室として構成されていてもよい。この場合例えば、物体保持部107は、複数の基板Wを円周上にかつ回転可能に保持する回転ディスクを備えてもよい。回転ディスクはメカニカルスキャンを提供するよう構成されていてもよい。
図3には、ビーム照射域105とそれに関連するメカニカルスキャンの一例を示す。
イオン注入装置100は、スポット状のイオンビームB2の1次元ビームスキャンSBと基板Wの1次元メカニカルスキャンSMを併用するハイブリッドスキャン方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されている。物体保持部107の側方においてビーム照射域105に重なるようにビーム計測器130(例えばファラデーカップ)が設けられ、その計測結果が制御部116に与えられてもよい。
こうして、ビームライン装置104は、ビーム照射域105を有する注入イオンビームB2を、注入処理室106に供給するよう構成されている。ビーム照射域105は、基板Wのメカニカルスキャンと協働して基板Wの全体にわたって注入イオンビームB2が照射されるよう形成されている。したがって、基板Wとイオンビームとの相対移動によって基板Wにイオンを注入することができる。
他の実施形態においては、イオン注入装置100は、リボン状のイオンビームB2と基板Wの1次元メカニカルスキャンを併用するリボンビーム+ウエハスキャン方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されている。リボンビームはその横幅が均一性を保ちつつ拡げられており、基板Wがリボンビームと交差するよう走査される。更に他の実施形態においては、イオン注入装置100は、スポット状のイオンビームB2のビーム軌道を固定した状態で基板Wを二次元的にメカニカルスキャンする方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されていてもよい。
なお、イオン注入装置100は、基板W上の広い領域にわたってイオン注入をするための特定の注入方式には限定されない。メカニカルスキャンを使用しない注入方式も可能である。例えば、イオン注入装置100は、スポット状のイオンビームB2を基板W上で二次元的にスキャンする二次元ビームスキャン方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されていてもよい。あるいは、二次元的に拡げたイオンビームB2を用いるラージサイズビーム方式によるイオン注入を実施可能とするよう構成されていてもよい。このラージサイズビームは、均一性を保ちつつビームサイズを基板サイズ以上となるよう広げられており、基板全体を一度に処理することができる。
詳しくは後述するが、イオン注入装置100は、高ドーズ注入用の第1ビームライン設定S1又は低ドーズ注入用の第2ビームライン設定S2のもとで運転されることができる。したがって、ビームライン装置104は、第1ビームライン設定S1または第2ビームライン設定S2を運転中に有する。これら2つの設定は共通する注入方式のもとで異なるイオン注入条件のためのイオンビームを生成するよう定められている。そのため、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とでイオンビームB1、B2の基準となるビーム中心軌道は同一である。ビーム照射域105についても、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とで同一である。
基準となるビーム中心軌道とは、ビームをスキャンする方式においては、ビームをスキャンしていないときのビーム軌道を指す。また、リボンビームの場合には、基準となるビーム中心軌道は、ビーム断面の幾何学的な中心の軌跡にあたる。
ところで、ビームライン装置104は、イオン源102側のビームライン上流部分と注入処理室106側のビームライン下流部分とに区分することができる。ビームライン上流部分には例えば、質量分析磁石と質量分析スリットとを備える質量分析装置108が設けられている。質量分析装置108は、初期イオンビームB1を質量分析することにより必要なイオン種のみをビームライン下流部分に与える。ビームライン下流部分には例えば、注入イオンビームB2のビーム照射域105を定めるビーム照射域決定部110が設けられている。
ビーム照射域決定部110は、入射するイオンビーム(例えば初期イオンビームB1)に電場または磁場(またはその両方)を印加することにより、ビーム照射域105を有するイオンビーム(例えば注入イオンビームB2)を出射するよう構成されている。ある実施形態においては、ビーム照射域決定部110は、ビーム走査装置とビーム平行化装置とを備える。これらのビームライン構成要素の例示については図5を参照して後述する。
なお上述の上流部分及び下流部分との区分はビームライン装置104における構成要素の相対的な位置関係を説明の便宜のために言及したものにすぎないと理解されたい。よって、例えばビームライン下流部分のある構成要素が注入処理室106よりもイオン源102に近い場所に配置されていてもよい。逆も同様である。したがって、ある実施形態においては、ビーム照射域決定部110はリボンビーム発生器とビーム平行化装置とを備えてもよく、リボンビーム発生器は質量分析装置108を備えてもよい。
ビームライン装置104は、エネルギー調整系112と、ビーム電流調整系114と、を備える。エネルギー調整系112は、基板Wへの注入エネルギーを調整するよう構成されている。ビーム電流調整系114は、基板Wへの注入ドーズ量を広範囲で変化させるために、ビーム電流を大きな範囲で調整することが可能なように構成されている。ビーム電流調整系114は、イオンビームのビーム電流を(質的というよりも)量的に調整するために設けられている。ある実施の形態においては、ビーム電流の調整のためにイオン源102の調整を用いることも可能であり、この場合、ビーム電流調整系114は、イオン源102を備えるとみなしてもよい。エネルギー調整系112及びビーム電流調整系114の詳細は後述する。
また、イオン注入装置100は、イオン注入装置100の全体又はその一部(例えばビームライン装置104の全体又はその一部)を制御するための制御部116を備える。制御部116は、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とを含む複数のビームライン設定からいずれかを選択し、選択されたビームライン設定のもとでビームライン装置104を運転するよう構成されている。具体的には、制御部116は、選択されたビームライン設定に従ってエネルギー調整系112及びビーム電流調整系114を設定し、エネルギー調整系112及びビーム電流調整系114を制御する。なお、制御部116は、エネルギー調整系112及びビーム電流調整系114を制御するための専用の制御装置であってもよい。
制御部116は、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とを含む複数のビームライン設定のうち、所与のイオン注入条件に適するいずれかのビームライン設定を選択するよう構成されている。第1ビームライン設定S1は、基板Wへの高ドーズ注入のための高電流ビームの輸送に適する。よって、制御部116は例えば、基板Wに注入される所望のイオンドーズ量が概略1×1014〜1×1017atoms/cm2の範囲にあるとき第1ビームライン設定S1を選択する。また、第2ビームライン設定S2は、基板Wへの低ドーズ注入のための低電流ビームの輸送に適する。よって、制御部116は例えば、基板Wに注入される所望のイオンドーズ量が概略1×1011〜1×1014atoms/cm2の範囲にあるとき第2ビームライン設定S2を選択する。これらビームライン設定の詳細は後述する。
エネルギー調整系112は、ビームライン装置104に沿って配設されている複数のエネルギー調整要素を備える。これら複数のエネルギー調整要素はそれぞれビームライン装置104上で固定された位置に配置されている。図2に示されるように、エネルギー調整系112は、例えば3つの調整要素、具体的には、上流調整要素118、中間調整要素120、及び下流調整要素122を備える。これら調整要素の各々は、初期イオンビームB1及び/または注入イオンビームB2を加速または減速させるための電場を作用させるよう構成されている1つ又は複数の電極を備える。
上流調整要素118は、ビームライン装置104の上流部分、例えば最上流部に設けられている。上流調整要素118は例えば、イオン源102から初期イオンビームB1をビームライン装置104に引き出すための引出電極系を備える。中間調整要素120は、ビームライン装置104の中間部分に設けられており、例えば、静電式のビーム平行化装置を備える。下流調整要素122は、ビームライン装置104の下流部分に設けられており、例えば、加速/減速コラムを備える。下流調整要素122は、加速/減速コラムの下流に配置される角度エネルギーフィルタ(AEF)を備えてもよい。
また、エネルギー調整系112は、上述のエネルギー調整要素のための電源系を備える。これについては、図6及び図7を参照して後述する。なお、これら複数のエネルギー調整要素はビームライン装置104上の任意の場所に任意の個数で設けられていてもよく、図示の配置には限られない。また、エネルギー調整系112は、1つのエネルギー調整要素のみを備えてもよい。
ビーム電流調整系114は、ビームライン装置104の上流部分に設けられており、初期イオンビームB1のビーム電流を調整するためのビーム電流調整要素124を備える。ビーム電流調整要素124は、初期イオンビームB1がビーム電流調整要素124を通過するときに初期イオンビームB1の少なくとも一部を遮断するよう構成されている。ある実施形態においては、ビーム電流調整系114は、ビームライン装置104に沿って配設されている複数のビーム電流調整要素124を備えてもよい。また、ビーム電流調整系114は、ビームライン装置104の下流部分に設けられていてもよい。
ビーム電流調整要素124は、ビームライン装置104のビーム輸送方向に垂直なイオンビーム断面の通過領域を調整するための可動部分を備える。この可動部分によって、ビーム電流調整要素124は、初期イオンビームB1の一部を制限する可変幅スリットまたは可変形状開口を有するビーム制限装置を構成する。また、ビーム電流調整系114は、ビーム電流調整要素124の可動部分を連続的、または、不連続的に調整する駆動装置を備える。
それとともに又はそれに代えて、ビーム電流調整要素124は、複数の異なる面積及び/または形状のビーム通過領域を各々が有する複数の調整部材(例えば調整アパチャー)を備えてもよい。ビーム電流調整要素124は、複数の調整部材のうちビーム軌道上に配置される調整部材を切り換えることができるよう構成されている。このようにして、ビーム電流調整要素124は、ビーム電流を段階的に調整するよう構成されていてもよい。
図示されるように、ビーム電流調整要素124は、エネルギー調整系112の複数のエネルギー調整要素とは別個のビームライン構成要素である。ビーム電流調整要素とエネルギー調整要素とを別々に設置することにより、ビーム電流の調整とエネルギーの調整とを個別的に行うことができる。これにより、個々のビームライン設定におけるビーム電流範囲及びエネルギー範囲の設定の自由度を高くすることができる。
第1ビームライン設定S1は、エネルギー調整系112のための第1エネルギー設定と、ビーム電流調整系114のための第1ビーム電流設定と、を含む。第2ビームライン設定S2は、エネルギー調整系112のための第2エネルギー設定と、ビーム電流調整系114のための第2ビーム電流設定と、を含む。第1ビームライン設定S1は、低エネルギーかつ高ドーズのイオン注入を指向し、第2ビームライン設定S2は、高エネルギーかつ低ドーズのイオン注入を指向する。
よって、第1エネルギー設定は、第2エネルギー設定に比べて低エネルギービームの輸送に適するよう定められている。また、第2ビーム電流設定は、第1ビーム電流設定に比べてイオンビームのビーム電流を小さくするよう定められている。注入イオンビームB2のビーム電流の調整と照射時間の調整とを組み合わせることにより、所望のドーズ量を基板Wに注入することができる。
第1エネルギー設定は、エネルギー調整系112とその電源系との接続を定める第1電源接続設定を含む。第2エネルギー設定は、エネルギー調整系112とその電源系との接続を定める第2電源接続設定を含む。第1電源接続設定は、中間調整要素120及び/または下流調整要素122がビーム輸送を支援するための電場を発生させるよう定められている。例えば、ビーム平行化装置及び加速/減速コラムは全体として、第1エネルギー設定のもとで注入イオンビームB2を減速し、第2エネルギー設定のもとで注入イオンビームB2を加速するよう構成されている。これらの電源接続設定により、エネルギー調整系112の各調整要素の電圧調整範囲が定まる。その調整範囲において、各調整要素に対応する電源の電圧を、注入イオンビームB2に所望の注入エネルギーを与えるように調整することができる。
第1ビーム電流設定は、ビーム電流調整要素124のイオンビーム通過領域を定める第1開口設定を含む。第2ビーム電流設定は、ビーム電流調整要素124のイオンビーム通過領域を定める第2開口設定を含む。第2開口設定は、第1開口設定に比べてイオンビーム通過領域を小さくするよう定められている。これら開口設定は例えば、ビーム電流調整要素124の可動部分の移動範囲を定める。あるいは、開口設定は、使用されるべき調整部材を定めていてもよい。こうして、開口設定により定められている調整範囲内において、所望のビーム電流に対応するイオンビーム通過領域をビーム電流調整要素124に設定することができる。実施されるイオン注入処理に許容される処理時間内に所望のドーズ量が基板Wに注入されるようにイオンビーム通過領域を調整することができる。
よって、ビームライン装置104は、第1ビームライン設定S1のもとで第1エネルギー調整範囲を有し、第2ビームライン設定S2のもとで第2エネルギー調整範囲を有する。広い範囲にわたる調整を可能とするために、第1エネルギー調整範囲は、第2エネルギー調整範囲と重複部分をもつ。つまり、2つの調整範囲は少なくとも各々の端部で相互に重なり合う。重複部分は直線状であってもよく、この場合、2つの調整範囲は接している。ある他の実施形態においては、第1エネルギー調整範囲は、第2エネルギー調整範囲から分離されていてもよい。
同様に、ビームライン装置104は、第1ビームライン設定S1のもとで第1ドーズ調整範囲を有し、第2ビームライン設定S2のもとで第2ドーズ調整範囲を有する。第1ドーズ調整範囲は、第2ドーズ調整範囲と重複部分をもつ。つまり、2つの調整範囲は少なくとも各々の端部で相互に重なり合う。重複部分は直線状であってもよく、この場合、2つの調整範囲は接している。ある他の実施形態においては、第1ドーズ調整範囲は、第2ドーズ調整範囲から分離されていてもよい。
このようにして、第1ビームライン設定S1のもとでビームライン装置104は第1運転モードで運転される。第1運転モードを以下では低エネルギーモード(または高ドーズモード)と呼ぶこともある。また、第2ビームライン設定S2のもとでビームライン装置104は第2運転モードで運転される。第2運転モードを以下では高エネルギーモード(または低ドーズモード)と呼ぶこともある。第1ビームライン設定S1は、被処理物Wへの高ドーズ注入のための低エネルギー/高電流ビームの輸送に適する第1注入設定構成と呼ぶこともできる。第2ビームライン設定S2は、被処理物Wへの低ドーズ注入のための高エネルギー/低電流ビームの輸送に適する第2注入設定構成と呼ぶこともできる。
イオン注入装置100の操作者は、あるイオン注入処理を実行する前にその処理の注入条件に応じてビームライン設定を切り換えることができる。したがって、低エネルギー(または高ドーズ)から高エネルギー(または低ドーズ)までの広い範囲を1台のイオン注入装置で処理することができる。
また、イオン注入装置100は、同一の注入方式で、注入条件の広い範囲に対応する。すなわち、イオン注入装置100は、実質的に同一のビームライン装置104で広い範囲を処理する。さらに、イオン注入装置100は、最近主流となりつつあるシリアル型の構成をもつ。したがって、詳しくは後述するが、イオン注入装置100は、既存のイオン注入装置(例えばHC及び/またはMC)の共用手段としての使用に好適である。
ビームライン装置104は、イオンビームを制御するビーム制御装置と、イオンビームを調整するビーム調整装置と、イオンビームを整形するビーム整形装置と、を備えるとみなすこともできる。ビームライン装置104は、ビーム制御装置、ビーム調整装置、及びビーム整形装置によって、注入処理室106において被処理物Wの幅を超えるビーム照射域105を有するイオンビームを供給する。イオン注入装置100においては、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とでビーム制御装置、ビーム調整装置、及びビーム整形装置が同一のハードウェア構成を有してもよい。この場合、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とでビーム制御装置、ビーム調整装置、及びビーム整形装置が同一のレイアウトで配置されていてもよい。それにより、イオン注入装置100は、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とで同一の設置床面積(いわゆるフットプリント)を有してもよい。
基準となるビーム中心軌道は、ビームをスキャンする方式においては、ビームをスキャンをしていないときのビーム断面の幾何学的な中心の軌跡であるビームの軌道である。また、静止したビームであるリボンビームの場合には、基準となるビーム中心軌道は、下流部分の注入イオンビームB2におけるビーム断面形状の変化にかかわらず、ビーム断面の幾何学的な中心の軌跡にあたる。
ビーム制御装置は、制御部116を備えてもよい。ビーム調整装置は、ビーム照射域決定部110を備えてもよい。ビーム調整装置は、エネルギーフィルターまたは偏向要素を備えてもよい。ビーム整形装置は、後述する第1XY収束レンズ206、第2XY収束レンズ208、及び、Y収束レンズ210を備えてもよい。
ビームライン装置104の上流部分では初期イオンビームB1が単一のビーム軌道をとるのに対して下流部分では注入イオンビームB2が、ビームをスキャンする方式においては基準となるビーム中心軌道を中心に平行化されたスキャンビームによる複数のビーム軌道をとるとみなすこともできる。ただし、リボンビームの場合には、単一のビーム軌道のビーム断面形状が変化してビーム幅が広がって照射ゾーンとなっているから、ビーム軌道としてはなお単一である。こうした見方によると、ビーム照射域105は、イオンビーム軌道ゾーンと呼ぶこともできる。したがって、イオン注入装置100は、第1ビームライン設定S1と第2ビームライン設定S2とで注入イオンビームB2が同一のイオンビーム軌道ゾーンを有する。
図4は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。このイオン注入方法は、イオン注入装置100における使用に適している。この方法は、制御部116により実行される。図4に示されるように、この方法は、ビームライン設定選択ステップ(S10)と、イオン注入ステップ(S20)と、を備える。
制御部116は、複数のビームライン設定のうち所与のイオン注入条件に適するいずれかのビームライン設定を選択する(S10)。複数のビームライン設定は、上述のように、被処理物への高ドーズ注入のための高電流ビームの輸送に適する第1ビームライン設定S1と、被処理物への低ドーズ注入のための低電流ビームの輸送に適する第2ビームライン設定S2と、を含む。例えば、制御部116は、基板Wに注入される所望のイオンドーズ量がしきい値を超える場合に第1ビームライン設定S1を選択し、所望のイオンドーズ量がそのしきい値を下回る場合に第2ビームライン設定S2を選択する。なお、後述するように、複数のビームライン設定(または注入設定構成)は、第3ビームライン設定(または第3注入設定構成)及び/または第4ビームライン設定(または第4注入設定構成)を含んでもよい。
第1ビームライン設定S1が選択された場合には、制御部116は、第1エネルギー設定を用いてエネルギー調整系112を設定する。それにより、エネルギー調整系112とその電源系とが第1電源接続設定に従って接続される。また、制御部116は、第1ビーム電流設定を用いてビーム電流調整系114を設定する。それにより、第1開口設定に従ってイオンビーム通過領域(またはその調整範囲)が設定される。同様にして、第2ビームライン設定S2が選択された場合には、制御部116は、第2エネルギー設定を用いてエネルギー調整系112を設定し、第2ビーム電流設定を用いてビーム電流調整系114を設定する。
この選択処理は、選択されたビームライン設定に応じた調整範囲においてビームライン装置104を調整する処理を含んでもよい。この調整処理においては、所望の注入条件のイオンビームが生成されるように、ビームライン装置104の各調整要素が対応する調整範囲内で調整される。例えば、制御部116は、所望の注入エネルギーが得られるように、エネルギー調整系112の各調整要素に対応する電源の電圧を決定する。また、制御部116は、所望の注入ドーズ量が得られるように、ビーム電流調整要素124のイオンビーム通過領域を決定する。
こうして、制御部116は、選択されたビームライン設定のもとで、イオン注入装置100を運転する(S20)。ビーム照射域105を有する注入イオンビームB2が生成され、基板Wに供給される。注入イオンビームB2は、基板Wのメカニカルスキャンと協働して(またはビーム単独で)基板Wの全体を照射する。その結果、所望のイオン注入条件のエネルギーとドーズ量で基板Wにイオンが注入される。
デバイス生産に使用されているシリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置では現状、ハイブリッドスキャン方式、二次元メカニカルスキャン方式、リボンビーム+ウエハスキャン方式が採用されている。しかしながら、二次元メカニカルスキャン方式は、メカニカルスキャンの機械的な駆動機構の負荷のためにスキャン速度の高速化に制限があり、それ故に注入ムラを十分に抑制できないという問題をもつ。また、リボンビーム+ウエハスキャン方式は、横方向にビームサイズを拡げるときに均一性の低下が生じ易い。そのため、特に低ドーズ条件(低ビーム電流条件)で、均一性およびビーム角度の同一性に問題をもつ。ただし、得られる注入結果が許容範囲にある場合には、二次元メカニカルスキャン方式またはリボンビーム+ウエハスキャン方式で本発明のイオン注入装置を構成してもよい。
一方で、ハイブリッドスキャン方式は、ビームスキャン速度を高精度に調整することにより、ビームスキャン方向に良好な均一性を達成することができる。また、ビームスキャンを十分に高速にすることにより、ウエハスキャン方向の注入ムラを十分に抑制することもできる。したがって、ハイブリッドスキャン方式が広範囲のドーズ条件にわたって最適であると考えられる。
図5(a)は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置200の概略構成を示す平面図、図5(b)は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置200の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置200は、図2に示すイオン注入装置100に関してハイブリッドスキャン方式を適用した場合の1つの実施例である。また、イオン注入装置200は、図2に示すイオン注入装置100と同様にシリアル型の装置である。
イオン注入装置200は、図示されるように複数のビームライン構成要素を備える。イオン注入装置200のビームライン上流部分は、上流側から順に、イオンソース201、質量分析磁石202、ビームダンプ203、リゾルビングアパチャー204、電流抑制機構205、第1XY収束レンズ206、ビーム電流計測器207、及び、第2XY収束レンズ208を備える。イオンソース201と質量分析磁石202との間には、イオンソース201からイオンを引き出すための引出電極218(図6及び図7参照)が設けられている。
ビームライン上流部分と下流部分との間に、スキャナー209が設けられている。ビームライン下流部分は、上流側から順に、Y収束レンズ210、ビーム平行化機構211、AD(Accel/Decel)コラム212、及びエネルギーフィルター213を備える。ビームライン下流部分の最下流部にウエハ214が配置されている。イオンソース201からビーム平行化機構211までのビームライン構成要素は、ターミナル216に収容されている。
電流抑制機構205は、上述のビーム電流調整系114の一例である。電流抑制機構205は、低ドーズモードと高ドーズモードとを切り換えるために設けられている。電流抑制機構205は、一例としてCVA(Continuously Variable Aperture)を備える。CVAは、駆動機構により開口サイズを調整できるアパチャーである。したがって、電流抑制機構205は、低ドーズモードにおいては比較的小さい開口サイズ調整範囲で動作し、高ドーズモードにおいては比較的大きい開口サイズ調整範囲で動作するよう構成されている。ある実施形態においては、電流抑制機構205とともに又はこれに代えて、異なる開口幅を持つ複数のリゾルビングアパチャー204が、低ドーズモードと高ドーズモードとで異なる設定で動作するよう構成されていてもよい。
電流抑制機構205は、下流まで到達するイオンビーム量を制限して、低ビーム電流の条件でのビーム調整を助ける役割を持つ。電流抑制機構205は、ビームライン上流部分(すなわち、イオンソース201からのイオン引出後からスキャナー209の上流側までの間)に設けられている。そのため、ビーム電流の調整範囲を大きくすることができる。なお、電流抑制機構205は、ビームライン下流部分に設けられていてもよい。
ビーム電流計測器207は例えば、可動式のフラグファラデーである。
第1XY収束レンズ206、第2XY収束レンズ208、及び、Y収束レンズ210は、縦横方向のビーム形状(XY面内のビーム断面)を調整するためのビーム整形装置を構成する。このように、ビーム整形装置は、質量分析磁石202とビーム平行化機構211との間でビームラインに沿って配設されている複数のレンズを備える。ビーム整形装置は、これらのレンズの収束/発散効果によって、広範囲のエネルギー・ビーム電流の条件で下流まで適切にイオンビームを輸送することができる。すなわち、低エネルギー/低ビーム電流、低エネルギー/高ビーム電流、高エネルギー/低ビーム電流、及び、高エネルギー/高ビーム電流のいずれの条件下においてもイオンビームをウエハ214まで適切に輸送することができる。
第1XY収束レンズ206は例えばQレンズであり、第2XY収束レンズ208は例えばXY方向アインツェルレンズであり、Y収束レンズ210は例えばY方向アインツェルレンズまたはQレンズである。第1XY収束レンズ206、第2XY収束レンズ208、及びY収束レンズ210は、それぞれ単一のレンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。このようにして、ビーム整形装置は、ビームポテンシャルが大きくビームの自己発散が問題となる低エネルギー/高ビーム電流の条件から、ビームポテンシャルが小さくビームの断面形状制御が問題となる高エネルギー/低ビーム電流の条件まで、イオンビームを適切に制御できるように設計されている。
エネルギーフィルター213は例えば、偏向電極、偏向電磁石、またはその両方を備えるAEF(Angular Energy Filter)である。
イオンソース201で生成されたイオンは、引出電場(図示せず)によって加速される。加速されたイオンは、質量分析磁石202で偏向される。こうして、所定のエネルギーと質量電荷比を持つイオンのみがリゾルビングアパチャー204を通過する。続いて、イオンは、電流抑制機構(CVA)205、第1XY収束レンズ206、及び第2XY収束レンズ208を経由して、スキャナー209へと導かれる。
スキャナー209は、周期的な電場または磁場(またはその両方)を印加することでイオンビームを横方向(縦方向または斜め方向でもよい)に往復走査する。スキャナー209によって、イオンビームはウエハ214上で横方向に均一な注入ができるように調整される。スキャナー209で走査されたイオンビーム215は、電場または磁場(またはその両方)の印加を利用するビーム平行化機構211で進行方向を揃えられる。その後、イオンビーム215は、電場を印加することによりADコラム212で所定のエネルギーまで加速または減速される。ADコラム212を出たイオンビーム215は最終的な注入エネルギーに達している(低エネルギーモードでは、注入エネルギーよりも高いエネルギーに調整し、エネルギーフィルター内で減速させながら偏向させることも行われる。)。ADコラム212の下流のエネルギーフィルター213は、偏向電極または偏向電磁石による電場または磁場(またはその両方)の印加によりイオンビーム215をウエハ214の方へと偏向する。それにより、目的とするエネルギー以外のエネルギーを持つコンタミ成分が排除される。こうして浄化されたイオンビーム215がウエハ214に注入される。
なお、質量分析磁石202とリゾルビングアパチャー204の間には、ビームダンプ203が配置されている。ビームダンプ203は、必要に応じて電場を印加することでイオンビームを偏向する。それにより、ビームダンプ203は、下流へのイオンビーム到達を高速で制御することができる。
次に、図6及び図7に示す高電圧電源系230の構成系統図を参照して、図5に示すイオン注入装置200における低エネルギーモード及び高エネルギーモードを説明する。図6に低エネルギーモードの電源切替状態を示し、図7に高エネルギーモードの電源切替状態を示す。図6及び図7には、図5に示すビームライン構成要素のうち、イオンビームのエネルギー調整に関連する主要な要素を示す。図6及び図7においてはイオンビーム215を矢印で示す。
図6及び図7に示されるように、ビーム平行化機構211(図5参照)は、二重Pレンズ220を備える。この二重Pレンズ220は、イオンの移動方向に沿って離間配置された第1電圧ギャップ221及び第2電圧ギャップ222を有する。第1電圧ギャップ221が上流に、第2電圧ギャップ222が下流にある。
第1電圧ギャップ221は一組の電極223、224間に形成されている。それら電極223、224の下流に配置されたもう一組の電極225、226間に第2電圧ギャップ222が形成されている。第1電圧ギャップ221及びこれを形成する電極223、224は上流側に向かって凸形状を有する。逆に、第2電圧ギャップ222及びこれを形成する電極225、226は下流側に向かって凸形状を有する。なお以下では説明の便宜上、これらの電極をそれぞれ、第1Pレンズ上流電極223、第1Pレンズ下流電極224、第2Pレンズ上流電極225、第2Pレンズ下流電極226と呼ぶことがある。
二重Pレンズ220は、第1電圧ギャップ221及び第2電圧ギャップ222に印加される電場の組み合わせによって、入射するイオンビームを平行化して出射するともに、イオンビームのエネルギーを調整する。すなわち、二重Pレンズ220は、第1電圧ギャップ221及び第2電圧ギャップ222の電場によってイオンビームを加速または減速する。
また、イオン注入装置200は、ビームライン構成要素のための電源を備える高電圧電源系230を備える。高電圧電源系230は、第1電源部231、第2電源部232、第3電源部233、第4電源部234、及び第5電源部235を備える。図示されるように、高電圧電源系230は、第1ないし第5の電源部231〜235をイオン注入装置200に接続するための接続回路を備える。
第1電源部231は、第1電源241と第1スイッチ251とを備える。第1電源241は、イオンソース201と第1スイッチ251との間に設けられており、イオンソース201に正の電圧を与える直流電源である。第1スイッチ251は、低エネルギーモードにおいては第1電源241をグランド217に接続し(図6参照)、高エネルギーモードにおいては第1電源241をターミナル216に接続する(図7参照)。したがって、第1電源241は、低エネルギーモードにおいては接地電位を基準としてイオンソース201に電圧VHVを与える。これはそのままイオンのトータルエネルギーを与えることになる。一方、高エネルギーモードにおいては、第1電源241は、ターミナル電位を基準としてイオンソース201に電圧VHVを与える。
第2電源部232は、第2電源242と第2スイッチ252とを備える。第2電源242は、ターミナル216とグランド217との間に設けられており、第2スイッチ252の切替により正負の電圧のいずれかをターミナル216に与える直流電源である。第2スイッチ252は、低エネルギーモードにおいては第2電源242の負極をターミナル216に接続し(図6参照)、高エネルギーモードにおいては第2電源242の正極をターミナル216に接続する(図7参照)。したがって、第2電源242は、低エネルギーモードにおいては接地電位を基準としてターミナル216に電圧VT(VT<0)を与える。一方、高エネルギーモードにおいては、第2電源242は、接地電位を基準としてターミナル216に電圧VT(VT>0)を与える。第2電源242の電圧VTは第1電源241の電圧VHVよりも大きい。
よって、引出電極218の引出電圧VEXTは、低エネルギーモードにおいてはVEXT=VHV−VTであり、高エネルギーモードにおいてはVEXT=VHVである。イオンの電荷をqとすると、最終エネルギーは、低エネルギーモードにおいてはqVHVとなり、高エネルギーモードにおいてはq(VHV+VT)となる。
第3電源部233は、第3電源243と第3スイッチ253とを備える。第3電源243は、ターミナル216と二重Pレンズ220との間に設けられている。第3電源243は、第1Pレンズ電源243−1及び第2Pレンズ電源243−2を備える。第1Pレンズ電源243−1は、ターミナル電位を基準として第1Pレンズ下流電極224及び第2Pレンズ上流電極225に電圧VAPを与える直流電源である。第2Pレンズ電源243−2は、第3スイッチ253を介する接続先にターミナル電位を基準として電圧VDPを与える直流電源である。第3スイッチ253は、切替により第1Pレンズ電源243−1及び第2Pレンズ電源243−2のいずれかを第2Pレンズ下流電極226に接続するように、ターミナル216と二重Pレンズ220との間に設けられている。なお第1Pレンズ上流電極223はターミナル216に接続されている。
第3スイッチ253は、低エネルギーモードにおいては第2Pレンズ電源243−2を第2Pレンズ下流電極226に接続し(図6参照)、高エネルギーモードにおいては第1Pレンズ電源243−1を第2Pレンズ下流電極226に接続する(図7参照)。したがって、第3電源243は、低エネルギーモードにおいてはターミナル電位を基準として第2Pレンズ下流電極226に電圧VDPを与える。一方、高エネルギーモードにおいては、第3電源243は、ターミナル電位を基準として第2Pレンズ下流電極226に電圧VAPを与える。
第4電源部234は、第4電源244と第4スイッチ254とを備える。第4電源244は、第4スイッチ254とグランド217との間に設けられており、ADコラム212の出口(即ち下流側末端)に負の電圧を与えるための直流電源である。第4スイッチ254は、低エネルギーモードにおいては第4電源244をADコラム212の出口に接続し(図6参照)、高エネルギーモードにおいてはADコラム212の出口をグランド217に接続する(図7参照)。したがって、第4電源244は、低エネルギーモードにおいては接地電位を基準としてADコラム212の出口に電圧Vadを与える。一方、高エネルギーモードにおいては、第4電源244は使用されない。
第5電源部235は、第5電源245と第5スイッチ255とを備える。第5電源245は、第5スイッチ255とグランド217との間に設けられている。第5電源245は、エネルギーフィルター(AEF)213のために設けられている。第5スイッチ255は、エネルギーフィルター213の運転モードの切替のために設けられている。エネルギーフィルター213は、低エネルギーモードにおいてはいわゆるオフセットモードで運転され、高エネルギーモードにおいては通常モードで運転される。オフセットモードとは正電極と負電極の平均値を負電位とするAEFの運転モードである。オフセットモードのビーム収束効果によりAEFでのビーム発散によるビーム損失を防ぐことができる。一方、通常モードとは正電極と負電極の平均値を接地電位とするAEFの運転モードである。
ウエハ214には接地電位が与えられている。
図8(a)は、低エネルギーモードにおいてイオン注入装置200の各部に印加される電圧の一例を示し、図8(b)は、低エネルギーモードにおいてイオン注入装置200の各部に印加されるエネルギーの一例を示す。図9(a)は、高エネルギーモードにおいてイオン注入装置200の各部に印加される電圧の一例を示し、図9(b)は、高エネルギーモードにおいてイオン注入装置200の各部に印加されるエネルギーの一例を示す。図8(a)及び図9(a)の縦軸は電圧を示し、図8(b)及び図9(b)の縦軸はエネルギーを示す。各図の横軸はイオン注入装置200における場所を符号aないしgで示す。符号aはイオンソース201、符号bはターミナル216、符号cは加速Pレンズ(第1Pレンズ下流電極224)、符号dは減速Pレンズ(第2Pレンズ下流電極226)、符号eはADコラム212の出口、符号fはエネルギーフィルター213、符号gはウエハ214を表す。
二重Pレンズ220は、注入条件により必要に応じて、加速Pレンズc単体にて、または、減速Pレンズd単体にて使用される構成、あるいは、加速Pレンズcおよび減速Pレンズdを両方使用される構成を有する。加速Pレンズcおよび減速Pレンズdを両方使用する構成において、二重Pレンズ220は、加速作用と減速作用の両方ともを使用して加速と減速の作用配分を変更可能とする構成とすることが可能である。この場合、二重Pレンズ220は、二重Pレンズ220への入射ビームエネルギーと二重Pレンズ220からの出射ビームエネルギーとの差によりビームが加速され又は減速されるよう構成されることが可能である。あるいは、二重Pレンズ220は、入射ビームエネルギーと出射ビームエネルギーの差がゼロでビームを加速も減速もしないよう構成されることが可能である。
一例として、二重Pレンズ220は、図示されるように、低エネルギーモードにおいて、イオンビームを、減速Pレンズdにて減速するとともに、必要に応じてゼロからいくらかの範囲で加速Pレンズcにて加速して、全体としてはイオンビームを減速するよう構成されている。一方、高エネルギーモードにおいて二重Pレンズ220は加速Pレンズcにてイオンビームを加速するよう構成されている。なお、高エネルギーモードにおいて二重Pレンズ220は、全体としてイオンビームを加速する限り、必要に応じてゼロからいくらかの範囲でイオンビームを減速Pレンズdにて減速するよう構成されていてもよい。
このように高電圧電源系230が構成されていることにより、ビームライン上のいくつかの領域に印加される電圧を電源の切替によって変更することができる。また、ある領域における電圧印加経路を変更することもできる。これらを利用して、同一のビームラインにおいて低エネルギーモードと高エネルギーモードとを切り換えることができる。
低エネルギーモードにおいては、イオンソース201の電位VHVは接地電位を基準として直接印加される。これにより、ソース部への高精度の電圧印加が可能になり、エネルギーの設定精度を高くして低エネルギーでイオンを注入できるようになる。また、ターミナル電圧VT、Pレンズ電圧VDP、及びADコラム出口電圧Vadを負に設定することにより、コラム出口まで比較的高エネルギーでイオンを輸送することが可能となる。そのため、イオンビームの輸送効率を向上させ、高電流を取得することができる。
また、低エネルギーモードにおいては、減速Pレンズを採用することで、高エネルギー状態でのイオンビーム輸送を促進している。このことは、低エネルギーモードを高エネルギーモードと同一のビームラインに共存させることに役立っている。さらに、低エネルギーモードにおいては、ビームの自己発散を最小化するように、ビームラインの収束・発散要素を調整し、ビームを意図的に拡げて輸送している。このことも、低エネルギーモードを高エネルギーモードと同一のビームラインに共存させることに役立っている。
高エネルギーモードにおいては、イオンソース201の電位は加速引出電圧VHVとターミナル電圧VTとの和である。これにより、ソース部への高電圧の印加が可能になり、高エネルギーでイオンを加速することができる。
図10は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入方法を表すフローチャートである。この方法は例えば、イオン注入装置のためのビーム制御装置により実行されてもよい。図10に示されるように、まず、注入レシピが選択される(S100)。制御装置は、そのレシピ条件を読み取り(S102)、レシピ条件に応じたビームライン設定を選択する(S104)。選択されたビームライン設定のもとでイオンビームの調整作業が行われる。調整作業は、ビーム出し及び調整と(S106)、取得ビーム確認(S108)とを含む。こうしてイオン注入のための準備作業が終了する。次に、ウエハが搬入され(S110)、イオン注入が実行され(S112)、ウエハが搬出される(S114)。ステップ110ないし114は所望の枚数が処理されるまで繰り返されてもよい。
図11は、イオン注入装置200により実現されるエネルギー及びドーズ量の範囲Dを模式的に示す。図11においても図1と同様に、現実的に許容できる生産性において処理可能なエネルギーとドーズ量の範囲を示す。比較のために、図1に示すHC、MC、HEのエネルギー及びドーズ量の範囲A、B、Cを併せて図11に示す。
図11に示されるように、イオン注入装置200は、既存の装置HC及びMCの運転範囲をいずれも包含することがわかる。よって、イオン注入装置200は、既存の枠組みを超える新規な装置である。この新規なイオン注入装置は、同一のビームラインと注入方式を保ちながら既存の二種類のカテゴリーHC、MCの役割を1台で果たすことができる。よってこの装置をHCMCと呼ぶことができる。
したがって、本実施形態によると、シリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置とシリアル型中ドーズ中電流イオン注入装置とを単一の装置で構成した装置HCMCを提供することができる。HCMCでは電圧印加方法を低エネルギー条件と高エネルギー条件で変化させ、さらにCVAでビーム電流を高電流から低電流まで変化させることにより、広範囲のエネルギー条件とドーズ条件で注入を実施することが可能となる。
なお、HCMC式のイオン注入装置は、既存のHC、MCの注入条件範囲をすべて包含していなくてもよい。装置の製造コストと注入性能とのトレードオフを考慮して、図11に示す範囲Dよりも狭い範囲E(図12参照)をもつ装置を提供することも考えられる。こうした場合においても、デバイスメーカーに必要とされるイオン注入条件を十分にカバーする限り、実用性に優れるイオン注入装置を提供することができる。
デバイス製造工程においてHCMCにより実現される装置運用の効率性の向上について説明する。一例として、図13に示すように、あるデバイスメーカーがある製造プロセスXを処理するためにHCを6台、MCを4台を使用していたと仮定する(つまりこのデバイスメーカーは既存の装置HC、MCのみを所有している)。その後、このデバイスメーカーが、製造デバイスの変化に伴ってプロセスXをプロセスYに変更し、その結果としてHCを8台、MCを2台必要とするようになった。そうすると、このメーカーはHCを2台増設することになり、そのための増加投資とリードタイムが必要になる。同時に、MCを2台非稼働とすることになり、このメーカーはこれらを無駄に所有する。既述のように、一般にHCとMCとは注入方式が異なるため、非稼働のMCを新たに必要なHCに転用することは困難である。
これに対して、図14に示すように、デバイスメーカーがプロセスXを処理するためにHCを6台、MCを2台、HCMCを2台使用する場合を考える。この場合、製造デバイスの変化に伴ってプロセスXをプロセスYに変更しても、HCMCはHCとMCのプロセス共用機であるため、HCとしてHCMCを稼働することができる。そのため、装置の増設や非稼働は不要である。
このように、デバイスメーカーがある台数のHCMC装置を所有することには大きなメリットがある。HCMC装置によってHCとMCのプロセス変更を吸収することができるからである。また、一部の装置が故障やメンテナンスで使用できない場合にHCMC装置をHCまたはMCとして使用することもできる。したがって、HCMC装置を所有することにより、装置稼働率を全体として大幅に改善することができる。
なお、究極的には全ての装置をHCMCとすることも考えられる。しかし、多くの場合には、HCMCとHC(またはMC)との価格差や、既に所有しているHCやMCを活用することを考慮して、一部の装置のみをHCMCとすることが現実的であろう。
また、あるイオン注入処理のために、既存のある形式のイオン注入装置を、ウエハへのイオン注入方式が異なる他の装置で代用する場合には、注入特性の合わせ込みが困難になることがある。そのイオン注入処理のために、それら二種類のイオン注入装置でエネルギー及びドーズを一致させたとしても、ビーム発散角やビーム密度が異なり得るからである。ところが、HCMC装置は、同一ビームライン上(同じイオンビーム軌道)で高ドーズ高電流イオン注入条件と中ドーズ中電流イオン注入条件を処理することができる。このようにしてHCMC装置は高ドーズ高電流イオン注入条件と中ドーズ中電流イオン注入条件とを使い分ける。したがって、装置の代用に伴う注入特性の変化が十分に抑制され合わせ込みが容易になることが期待される。
HCMC装置は、HCとMCの共用装置であるだけでなく、既存のHC装置またはMC装置の運転範囲の外側にある注入条件を処理することもできる。図11に示されるように、HCMC装置は、高エネルギー/高ドーズ注入(範囲Dの右上領域F)及び低エネルギー/低ドーズ注入(範囲Dの左下領域G)も新たに処理可能な装置となる。したがって、上述の第1ビームライン設定S1及び第2ビームライン設定S2に加えて又はこれらに代えて、ある実施形態においては、イオン注入装置は、高エネルギー/高ドーズ注入のための第3ビームライン設定、及び/または、低エネルギー/低ドーズ注入のための第4ビームライン設定を備えてもよい。
以上説明したように、本実施形態においては、シリアル型高ドーズ高電流イオン注入装置と中ドーズ中電流イオン注入装置のビームラインを整合して共通化されている。そのうえで、ビームライン構成を切り換える仕組みが構築されている。こうして、同一ビームライン上(同じイオンビーム軌道と同じ注入方式)で広範なエネルギー/ビーム電流領域にわたる注入処理が可能となる。
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、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。
上述の構成に代えて又はそれとともに、ビーム電流調整系によるビーム電流の量的調整は種々の構成が可能である。例えば、ビーム電流調整系がビームライン上に配設されている可変幅アパチャーを備える場合には、その可変幅アパチャーの場所は任意である。よって、可変幅アパチャーは、イオン源と質量分析磁石間、質量分析磁石と質量分析スリット間、質量分析スリットとビーム整形装置間、ビーム整形装置とビーム制御装置間、ビーム制御装置とビーム調整装置間、ビーム調整装置の各要素間、及び/または、ビーム調整装置と被処理物間にあってもよい。可変幅アパチャーは質量分析スリットであってもよい。
ビーム電流の調整は、固定幅アパチャーの前後に発散・収束レンズ系を配置することにより、アパチャーを通過するイオンビームの量を調整することで構成することもできる。固定幅アパチャーは質量分析スリットであってもよい。
ビーム電流の調整は、エネルギースリット開口幅可変(及び/またはビームライン終端開口幅可変スリット装置)を用いて行われてもよい。ビーム電流の調整は、アナライザマグネット(質量分析磁石)及び/またはステアラマグネット(軌道修正磁石)を用いて行われてもよい。ドーズ量の調整は、機械式走査の速度の可変範囲拡大(例えば、超低速から超高速まで)、及び/または、機械式走査の回数の変化を伴ってもよい。
ビーム電流の調整は、イオン源の調整(例えば、ガス量、アーク電流)によって行われてもよい。ビーム電流の調整は、イオン源の交換によって行われてもよい。この場合、MC用イオン源とHC用イオン源とが選択的に使用されてもよい。ビーム電流の調整は、イオン源の引出電極のギャップ調整によって行われてもよい。ビーム電流の調整は、イオン源の直下にCVAを設けることにより行われてもよい。
ビーム電流の調整は、リボンビームの上下幅の変更によって行われてもよい。ドーズ量の調整は、二次元メカニカルスキャン時のスキャン速度の変更によって行われてもよい。
ビームライン装置は、第1ビームライン設定または第2ビームライン設定のいずれかのみのもとで運転されるよう構成されている複数のビームライン構成要素を備え、それによって、イオン注入装置は、高電流イオン注入装置または中電流イオン注入装置として構成されていてもよい。すなわち、HCMC装置をプラットフォームとして、例えば一部のビームライン構成要素を交換したり、電源構成を変更したりすることによって、シリアル型高ドーズ・中ドーズ汎用イオン注入装置から、シリアル型高ドーズイオン注入専用装置またはシリアル型中ドーズイオン注入専用装置を生み出すことも可能となる。各々の専用装置は汎用装置よりも安価に製造できると見込まれるから、デバイスメーカーの製造コスト削減に貢献できる。
MCでは二価イオンや三価イオンの多価イオンを利用することにより、さらに高エネルギーでの注入もあり得る。しかし、通常のイオンソース(熱電子放出型イオンソース)における多価イオンの生成効率は、一価のイオンの生成効率よりかなり低い。そのため、そうした高エネルギー範囲における実用的なドーズ注入は現実的には難しい。イオンソースとしてRFイオンソースのような多価イオン増強ソースを採用すれば、四価、五価のイオンを取得することも可能である。したがって、さらに高エネルギーの条件で多くのイオンビームを取得することもできる。
よって、イオンソースとしてRFイオン源のような多価イオン増強ソースを採用することにより、HCMC装置をシリアル型高エネルギーイオン注入装置(HE)として運用することも可能である。これにより、シリアル型高エネルギー/低ドーズイオン注入装置でしかこれまで処理し得なかった注入条件の一部をHCMC装置で処理することが可能となる(図8に示されるMCの範囲を、範囲Cの少なくとも一部を包含するよう拡張することができる)。
以下、本発明の幾つかの態様を挙げる。
ある実施形態に係るイオン注入装置は、
イオンを生成しイオンビームとして引き出すイオン源と、
被処理物に前記イオンを注入するための注入処理室と、
前記イオン源から前記注入処理室へと前記イオンビームを輸送するためのビームラインを提供するビームライン装置と、を備え、
前記ビームライン装置は、前記注入処理室において前記被処理物の幅を超えるビーム照射域を有する前記イオンビームを供給し、
前記注入処理室は、前記ビーム照射域に対して前記被処理物を機械式に走査する機械式走査装置を備え、
前記ビームライン装置は、注入条件に応じて複数の注入設定構成のうちいずれかのもとで動作し、前記複数の注入設定構成は、前記被処理物への高ドーズ注入のための低エネルギー/高電流ビームの輸送に適する第1注入設定構成と、前記被処理物への低ドーズ注入のための高エネルギー/低電流ビームの輸送に適する第2注入設定構成と、を含み、
前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とにおいて、前記ビームラインにおける基準となるビーム中心軌道が前記イオン源から前記注入処理室まで同一となるよう構成されている。
ある実施形態に係るイオン注入装置は、
イオンを生成しイオンビームとして引き出すイオン源と、
被処理物に前記イオンを注入するための注入処理室と、
前記イオン源から前記注入処理室へと前記イオンビームを輸送するためのビームラインを提供するビームライン装置と、を備えるイオン注入装置であって、
前記イオン注入装置は、前記被処理物のメカニカルスキャンと協働して前記イオンビームを前記被処理物に照射するよう構成されており、
前記ビームライン装置は、注入条件に応じて複数の注入設定構成のうちいずれかのもとで動作し、前記複数の注入設定構成は、前記被処理物への高ドーズ注入のための低エネルギー/高電流ビームの輸送に適する第1注入設定構成と、前記被処理物への低ドーズ注入のための高エネルギー/低電流ビームの輸送に適する第2注入設定構成と、を含み、
前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とにおいて、前記ビームラインにおける基準となるビーム中心軌道が前記イオン源から前記注入処理室まで同一となるよう構成されている。
前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とで同一の注入方式をとってもよい。前記ビーム照射域は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とで同一であってもよい。
前記ビームライン装置は、前記イオンビームを調整するビーム調整装置と、前記イオンビームを整形するビーム整形装置と、を備えてもよい。前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とで前記ビーム調整装置及び前記ビーム整形装置が同一のレイアウトで配置されていてもよい。前記イオン注入装置は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とで同一の設置床面積を有してもよい。
前記ビームライン装置は、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整するためのビーム電流調整系を備えてもよい。前記第1注入設定構成は、前記ビーム電流調整系のための第1ビーム電流設定を含み、前記第2注入設定構成は、前記ビーム電流調整系のための第2ビーム電流設定を含み、前記第2ビーム電流設定は、前記第1ビーム電流設定に比べて前記イオンビームのビーム電流を小さくするよう定められていてもよい。
前記ビーム電流調整系は、当該調整要素を通過するときに前記イオンビームの少なくとも一部を遮断するよう構成されていてもよい。前記ビーム電流調整系は、前記ビームライン上に配設されている可変幅アパチャーを備えてもよい。前記ビーム電流調整系は、ビームライン終端開口幅可変スリット装置を備えてもよい。前記イオン源は、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整するよう構成されていてもよい。前記イオン源は、前記イオンビームを引き出すための引出電極を備え、前記引出電極の開口を調整することにより前記イオンビームのビーム電流の総量が調整されてもよい。
前記ビームライン装置は、前記イオンの前記被処理物への注入エネルギーを調整するためのエネルギー調整系を備えてもよい。前記第1注入設定構成は、前記エネルギー調整系のための第1エネルギー設定を含み、前記第2注入設定構成は、前記エネルギー調整系のための第2エネルギー設定を含み、前記第1エネルギー設定は、前記第2エネルギー設定に比べて低エネルギービームの輸送に適するものであってもよい。
前記エネルギー調整系は、前記イオンビームの平行化のためのビーム平行化装置を備えてもよい。前記ビーム平行化装置は、前記第1注入設定構成のもとで前記イオンビームを減速し、または減速及び加速し、前記第2注入設定構成のもとで前記イオンビームを加速し、または加速及び減速するよう構成されていてもよい。前記ビーム平行化装置は、前記イオンビームを加速する加速レンズと、前記イオンビームを減速する減速レンズと、を備え、加減速の配分を変更可能に構成されており、前記ビーム平行化装置は、前記第1注入設定構成のもとで前記イオンビームを主に減速し、前記第2注入設定構成のもとで前記イオンビームを主に加速するよう構成されていてもよい。
前記ビームライン装置は、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整するためのビーム電流調整系と、前記イオンの前記被処理物への注入エネルギーを調整するためのエネルギー調整系と、を備え、前記ビーム電流の総量と前記注入エネルギーとを個別に又は同時に調整してもよい。前記ビーム電流調整系と前記エネルギー調整系とは別個のビームライン構成要素であってもよい。
前記イオン注入装置は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とを含む複数の注入設定構成のうち所与のイオン注入条件に適するいずれかの注入設定構成を手動で又は自動で選択するよう構成されている制御部を備えてもよい。
前記制御部は、前記被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が概略1×1014〜1×1017atoms/cm2の範囲にあるとき前記第1注入設定構成を選択し、前記被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が概略1×1011〜1×1014atoms/cm2の範囲にあるとき前記第2注入設定構成を選択してもよい。
前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成のもとで第1エネルギー調整範囲を有し、前記第2注入設定構成のもとで第2エネルギー調整範囲を有し、前記第1エネルギー調整範囲と前記第2エネルギー調整範囲とは部分的に重複した範囲をもってもよい。
前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成のもとで第1ドーズ調整範囲を有し、前記第2注入設定構成のもとで第2ドーズ調整範囲を有し、前記第1ドーズ調整範囲と前記第2ドーズ調整範囲とは部分的に重複した範囲をもってもよい。
前記ビームライン装置は、ビーム輸送方向に垂直な長手方向に延びる細長照射域を形成するよう前記イオンビームを走査するビームスキャン装置を備えてもよい。前記注入処理室は、前記ビーム輸送方向及び前記長手方向に垂直な方向に前記被処理物のメカニカルスキャンを提供するよう構成されている物体保持部を備えてもよい。
前記ビームライン装置は、ビーム輸送方向に垂直な長手方向に延びる細長照射域を有するリボンビームを生成するリボンビーム発生器を備えてもよい。前記注入処理室は、前記ビーム輸送方向及び前記長手方向に垂直な方向に前記被処理物のメカニカルスキャンを提供するよう構成されている物体保持部を備えてもよい。
前記注入処理室は、ビーム輸送方向に垂直な面内で互いに直交する2つの方向に前記被処理物のメカニカルスキャンを提供するよう構成されている物体保持部を備えてもよい。
前記ビームライン装置は、前記第1注入設定構成または前記第2注入設定構成のいずれかのみのもとで運転されるよう構成されている複数のビームライン構成要素から選択可能なように構成され、それによって、前記イオン注入装置は、高電流イオン注入専用装置または中電流イオン注入専用装置として構成されていてもよい。
ある実施形態に係るイオン注入方法は、
被処理物への高ドーズ注入のための低エネルギー/高電流ビームの輸送に適する第1注入設定構成と、前記被処理物への低ドーズ注入のための高エネルギー/低電流ビームの輸送に適する第2注入設定構成と、を含む複数の注入設定構成のうち所与のイオン注入条件に適するいずれかの注入設定構成をビームライン装置に関して選択することと、
選択された注入設定構成のもとで前記ビームライン装置を使用して、イオン源から注入処理室までビームラインにおける基準となるビーム中心軌道に沿ってイオンビームを輸送することと、
前記被処理物のメカニカルスキャンと協働して前記被処理物に前記イオンビームを照射することと、を備え、
前記基準となるビーム中心軌道は、前記第1注入設定構成と前記第2注入設定構成とで同一である。
前記輸送することは、前記イオンビームのビーム電流の総量を調整することにより前記被処理物への注入ドーズ量を調整することを備えてもよい。前記注入ドーズ量は、前記第1注入設定構成のもとでは第1ドーズ調整範囲で調整され、前記第2注入設定構成のもとでは前記第1ドーズ調整範囲よりも小さいドーズ範囲を含む第2ドーズ調整範囲で調整されてもよい。
前記輸送することは、前記被処理物への注入エネルギーを調整することを備えてもよい。前記注入エネルギーは、前記第1注入設定構成のもとでは第1エネルギー調整範囲で調整され、前記第2注入設定構成のもとでは前記第1エネルギー調整範囲よりも高いエネルギー範囲を含む第2エネルギー調整範囲で調整されてもよい。
1.ある実施形態に係るイオン注入装置は、減速を主体とする電源の接続と加速を主体とする電源の接続とを切り替えることによって、同じビーム軌道と同じ注入方式を持ちながら、広いエネルギーレンジを持つ。
2.ある実施形態に係るイオン注入装置は、高電流を得られるビームラインにビームライン上流部でビームの一部をカットする機器を備えることで、同じビーム軌道と同じ注入方式を持ちながら、広いビーム電流レンジを持つ。
3.ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態1および上記実施形態2の特性を共に備えることにより、同じビーム軌道と同じ注入方式を持ちながら、広いエネルギーレンジと広いビーム電流レンジを併せ持っていてもよい。
ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態1から3において、同じ注入方式としてビームスキャンと機械的ウエハスキャンを組み合わせる装置であってもよい。ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態1から3において、同じ注入方式としてリボン状のビームと機械的ウエハスキャンを組み合わせる装置であってもよい。ある実施形態に係るイオン注入装置は、上記実施形態1から3において、同じ注入方式として二次元の機械的ウエハスキャンを組み合わせる装置であってもよい。
4.ある実施形態に係るイオン注入装置またはイオン注入方法は、同一ビームライン(同じイオンビーム軌道と同じ注入方式)上に、高ドーズ高電流イオン注入ビームライン要素と中ドーズ中電流イオン注入ビームライン要素を並列して構成することにより、高ドーズ高電流イオン注入と中ドーズ中電流イオン注入とを選択/切換自在に構成し、低エネルギーから高エネルギーの極めて広いエネルギー範囲と、低ドーズから高ドーズまでの極めて広いドーズ範囲とをカバーする。
5.上記実施形態4において、同一ビームライン上に、高ドーズ用と中ドーズ用で共用される各ビームライン要素と、高ドーズ用/中ドーズ用で個別に切換される各ビームライン要素とが、それぞれ構成されていてもよい。
6.上記実施形態4又は5において、ビーム電流量を広い範囲で調節することを目的として、ビームの一部をビームライン上流部で物理的にカットするビーム制限装置((上下又は左右の可変幅スリット、または、四角状又は円形状の可変開口)を設けてもよい。
7.上記実施形態4から6のいずれかにおいて、被処理物に注入される所望のイオンドーズ量に基づいて、高ドーズ高電流イオン注入と中ドーズ中電流イオン注入とを選択するように構成する切換コントローラ制御装置を設けてもよい。
8.上記実施形態7において、切換コントローラは、被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が、概略1×1011〜1×1014atoms/cm2の中ドーズ中電流範囲にあるとき、ビームラインを中ドーズ加速(引出)/加速(Pレンズ)/減速(ADコラム)モードで作動させるように構成され、また、被処理物に注入される所望のイオンドーズ量が、概略1×1014〜1×1017atoms/cm2の高ドーズ高電流範囲にあるとき、ビームラインを高ドーズ加速(引出)/減速(Pレンズ)/減速(ADコラム)モードで作動させてもよい。
9.上記実施形態4から8のいずれかにおいて、加速モードを使用して比較的高いエネルギーのイオンを注入する装置と、減速モードを使用して比較的低いエネルギーのイオンを注入する装置とは、互いに重複するエネルギー範囲を有してもよい。
10.上記実施形態4から8のいずれかにおいて、加速モードを使用して比較的高いエネルギーのイオンを注入する装置と、減速モードを使用して比較的低いエネルギーのイオンを注入する装置とは、互いに重複するドーズ範囲を有してもよい。
11.上記実施形態4から6のいずれかにおいて、ビームライン構成要素を制限することにより、高ドーズ高電流イオン注入専用装置、または、中ドーズ中電流イオン注入専用装置へと、構成を容易に変更できるようになっていてもよい。
12.上記実施形態4から11のいずれかにおいて、ビームラインの構成は、ビームスキャンとメカニカル基板スキャンとを組み合わせていてもよい。
13.上記実施形態4から11のいずれかにおいて、ビームラインの構成は、基板(又はウエハ又は被処理物)幅以上の幅を持つリボン状のビームとメカニカル基板スキャンとを組み合わせていてもよい。
14.上記実施形態4から11のいずれかにおいて、ビームラインの構成は、二次元方向のメカニカル基板スキャンを備えてもよい。
図15は、イオン注入装置に使用され得るビーム輸送部の一部の概略構成を示す図である。このビーム輸送部は、電場式の三段四重極レンズ(トリプレットQレンズとも呼ばれる)800を備える。三段四重極レンズ800は、ビーム輸送方向802において上流から順に、第1四重極レンズ804、第2四重極レンズ806、及び第3四重極レンズ808を備える。この三段四重極レンズ800は、例えば、第1XY収束レンズ206(図5(a)及び図5(b)参照)として用いられてもよい。
三段四重極レンズ800は、中間の第2四重極レンズ806の中心を通り中心軸803に垂直な平面に対して上流側と下流側とが対称になるように構成されている。第1四重極レンズ804、第2四重極レンズ806、及び第3四重極レンズ808のボア半径は等しい(r1=r2=r3)。第1四重極レンズ804及び第3四重極レンズ808の長さは等しく、第2四重極レンズ806の長さはその2倍である(t1:t2:t3=1:2:1)。中心軸803は、三段四重極レンズ800を通る設計上のビーム中心軌道に相当する。
三段四重極レンズ800は、第1仕切板810及び第2仕切板811を備える。第1仕切板810は第1四重極レンズ804と第2四重極レンズ806との間に配置され、第2仕切板811は第2四重極レンズ806と第3四重極レンズ808との間に配置されている。第1仕切板810及び第2仕切板811はそれぞれイオンビームを通すための開口を有しており、それら開口の径は等しい。
三段四重極レンズ800は、入口サプレッション電極部812及び出口サプレッション電極部813を備える。入口サプレッション電極部812は第1四重極レンズ804の上流に配置され、出口サプレッション電極部813は第3四重極レンズ808の下流に配置されている。入口サプレッション電極部812及び出口サプレッション電極部813はそれぞれ3枚の電極板を有する。入口サプレッション電極部812の中間の電極板が入口サプレッション電極814であり、両端の電極板がサプレッション仕切板816である。同様に、出口サプレッション電極部813の中間の電極板が出口サプレッション電極815であり、両端の電極板がサプレッション仕切板816である。入口サプレッション電極部812及び出口サプレッション電極部813のすべての電極板はイオンビームを通すための開口を有しており、それら開口の径はほぼ等しい。
図16は、図15に示す三段四重極レンズ800の電源構成を例示する図である。三段四重極レンズ800の電源部818は、電位基準819に対して適切な電位を、第1四重極レンズ804、第2四重極レンズ806、第3四重極レンズ808、入口サプレッション電極814、及び出口サプレッション電極815に印加するよう構成されている。電位基準819は例えば、ビーム輸送部の筐体(例えば、ターミナル216(図6及び図7参照))である。電源部818は、第2正電源822、第2負電源823、第3負電源824、第3正電源825、第1サプレッション電源828、及び第2サプレッション電源830を備える。各電源は可変の直流電源である。
第2正電源822は、第2四重極レンズ806において横方向(例えば、図5におけるX方向)に対向する一組の電極832に正電位+Vq2を印加するように電極832に接続されている。第2負電源823は、第2四重極レンズ806において縦方向(例えば、図5におけるY方向)に対向する一組の電極834に負電位−Vq2を印加するように電極834に接続されている。
第3負電源824及び第3正電源825はそれぞれ、第1四重極レンズ804及び第3四重極レンズ808のための共通電源である。第3負電源824は、第1四重極レンズ804において横方向に対向する一組の電極836に負電位−Vq13を印加するように電極836に接続されている。第3正電源825は、第1四重極レンズ804において縦方向に対向する一組の電極838に正電位+Vq13を印加するように電極838に接続されている。また、第3負電源824は、第3四重極レンズ808において横方向に対向する一組の電極840に負電位−Vq13を印加するように電極840に接続されている。第3正電源825は、第3四重極レンズ808において縦方向に対向する一組の電極842に正電位+Vq13を印加するように電極842に接続されている。
このようにして、第1四重極レンズ804及び第3四重極レンズ808はそれぞれ、縦方向にイオンビームを収束するよう構成されている。第2四重極レンズ806は、横方向にイオンビームを収束するよう構成されている。
第2正電源822の正電位+Vq2と第3正電源825の正電位+Vq13とが等しく、かつ第2負電源823の負電位−Vq2と第3負電源824の負電位−Vq13とが等しいとき、第1四重極レンズ804、第2四重極レンズ806、及び第3四重極レンズ808の収束力の比は、1:2:1である。この基本状態から、電圧Vq2及び電圧Vq13の一方を他方に対しいくらか異ならせるように電源部818を制御することにより、三段四重極レンズ800によるビーム収束(または発散)が微調整され得る。
第1サプレッション電源828は入口サプレッション電極814に負電位−Vsを印加し、第2サプレッション電源830は出口サプレッション電極815に負電位−Vsを印加する。サプレッション仕切板816は電位基準819に接続されている。また、第1仕切板810及び第2仕切板811は電位基準819に接続されている。
図17は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置の一部分の概略構成を示す図である。イオン注入装置は、多段式四重極レンズ900と、ビーム走査部901と、を備える。図18(a)及び図18(b)は、本発明のある実施形態に係る多段式四重極レンズ900に関して三次元的に形状を表す図である。理解を助けるために、図18(b)は、図18(a)に示す多段式四重極レンズ900を分割し、左半分のみを示す。
図17に示されるように、多段式四重極レンズ900は、ビーム輸送方向902に関してイオン注入装置のビーム走査部901の上流に設けられている。また、多段式四重極レンズ900は、イオン注入装置の質量分析部(例えば質量分析装置108(図2参照))の下流に設けられている。多段式四重極レンズ900は、例えば、第1XY収束レンズ206(図5(a)及び図5(b)参照)に適用することができる。上述のように、第1XY収束レンズ206は、質量分析磁石202とスキャナー209との間に配置されている。なお、必要とされる場合には、多段式四重極レンズ900は、イオン注入装置のビームラインの途中の任意の場所に配置されてもよい。例えば、多段式四重極レンズ900は、質量分析スリットの下流側に配置されてもよいし、質量分析スリットの上流側に配置されてもよいし、あるいは、引出電極と質量分析磁石の間に配置されてもよい。
多段式四重極レンズ900は、ビーム輸送方向902に互いに隣接して配置された一連の四重極レンズを備える。ここで、一連の四重極レンズとは、少なくとも2つの四重極レンズを意味する。隣接する2つの四重極レンズの間に電磁場生成要素は設けられていない。ここで、電磁場生成要素とは、イオンビームに作用する電場及び/または磁場を自ら生成するよう構成されているビームライン構成要素をいう。また、多段式四重極レンズ900を構成する四重極レンズのそれぞれの中心は、設計上のビーム中心軌道903上に位置する。このようにして、一連の四重極レンズは、ビーム輸送方向902に沿って上流から下流へと、ビーム中心軌道903と同軸に配列されている。なお、一連の多段式四重極レンズは、少なくとも2つの四重極レンズによるダブレットQ、3つの四重極レンズによるトリプレットQ、または4つ以上の四重極レンズによる多段式Qというように、収束方向が縦横交互の四重極レンズを配列したレンズ群に構成することができる。
多段式四重極レンズ900は、第1四重極レンズ904と、第1四重極レンズ904の下流に配置されている第2四重極レンズ906と、第2四重極レンズ906の下流に配置されている第3四重極レンズ908と、を備える。第1四重極レンズ904は、多段式四重極レンズ900を構成する一連の四重極レンズのうち最上流に位置しており、入口四重極レンズと呼ぶこともできる。第3四重極レンズ908は、多段式四重極レンズ900を構成する一連の四重極レンズのうち最下流に位置しており、出口四重極レンズと呼ぶこともできる。
詳しくは後述するが、多段式四重極レンズ900は、複数のビーム輸送モードのいずれかで動作するよう構成されている。多段式四重極レンズ900は、あるビーム輸送モードにおいては三段四重極レンズ(トリプレットQレンズとも呼ばれる)として動作し、ある別のビーム輸送モードにおいては単段四重極レンズ(シングレットQレンズとも呼ばれる)として動作するよう構成されている。このように、多段式四重極レンズ900は、少なくとも2つの動作状態を切替可能に構成されている。多段式四重極レンズ900の切替処理は、多段式四重極レンズ900を制御するよう構成されている制御部(例えば制御部116(図2参照))により実行されてもよい。
多段式四重極レンズ900は電場式の四重極レンズからなる。図18(a)及び図18(b)に示されるように、各四重極レンズは、ビーム輸送方向902に垂直な平面に沿って四重極レンズの中心(即ちビーム中心軌道903)を囲むように対称に配置されている4つの電極を備える。4つの電極は同一の形状を有する。ビーム中心軌道903に面する各電極の表面は、ビーム中心軌道903に最も近接する位置に稜線を有する凸面である。この凸面とビーム中心軌道903に垂直な平面との交線は双曲線であり、あるいは近似的に円弧またはその他の二次曲線であってもよい。また、凸面の稜線はビーム輸送方向902に平行な直線である。ビーム輸送方向902におけるこれら4つの電極の長さは等しい(この長さを以下ではQレンズ長と呼ぶことがある)。
1つの四重極レンズを構成する4つの電極は、縦方向に対向する一組の電極と、横方向に対向する一組の電極と、からなる。対向する電極間の距離(正確には、稜線間の距離)をボア径と呼び、その半分(つまりビーム中心軌道903と電極との距離)をボア半径と呼ぶ。ボア径は、輸送されるビームの径より大きい。ここで、縦方向及び横方向は、ビーム輸送方向902に垂直な平面において直交する二方向であり、例えば図5に示すY方向及びX方向に相当する。縦方向の電極それぞれに印加される電圧と横方向の電極それぞれに印加される電圧とは極性が反対であり大きさが等しい。各四重極レンズは、ビーム輸送方向902においてQレンズ長に相当する範囲に静電場を生成する。四重極レンズは、通過するイオンビームをこの静電場によって縦方向または横方向に収束させる。
図17に示すように、第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、及び第3四重極レンズ908はそれぞれ、第1ボア半径R1、第2ボア半径R2、及び第3ボア半径R3を有する。第1ボア半径R1は、第2ボア半径R2以下である。第2ボア半径R2は、第3ボア半径R3以下である。ただし、第1ボア半径R1は、第3ボア半径R3より小さい。すなわち、第2ボア半径R2は、第1ボア半径R1より大きく第3ボア半径R3よりより小さいか、または、第1ボア半径R1及び第3ボア半径R3のいずれかに等しい。
このようにして、多段式四重極レンズ900は全体としてフレア型のビーム輸送空間を形成するよう構成されている。言い換えれば、多段式四重極レンズ900は、ビーム輸送方向902に上流から下流へと向かうにつれて一連の四重極レンズの中心開口部分が広がっていくように構成されている。
また、第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、及び第3四重極レンズ908はそれぞれ、第1Qレンズ長T1、第2Qレンズ長T2、及び第3Qレンズ長T3を有する。これらのQレンズ長の関係については後述する。
多段式四重極レンズ900は、隣接する2つの四重極レンズの間に仕切板を備える。この仕切板は、上流の四重極レンズの電場とこれに隣接する下流の四重極レンズの電場との干渉を抑制するために設けられている。
図示されるように、多段式四重極レンズ900は、第1仕切板910及び第2仕切板911を備える。第1仕切板910は第1四重極レンズ904と第2四重極レンズ906との間に配置され、第2仕切板911は第2四重極レンズ906と第3四重極レンズ908との間に配置されている。
第1仕切板910及び第2仕切板911はそれぞれ、イオンビームを通すための開口を中心部に有する四角形状または円形状の板体である。第1仕切板910の開口半径P2は、第2仕切板911の開口半径P3より小さい。上述の電場干渉を効果的に抑制するために、第1仕切板910の開口半径P2は、第1ボア半径R1より小さい。同様に、第2仕切板911の開口半径P3は、第2ボア半径R2より小さい。
多段式四重極レンズ900は、入口サプレッション電極部912及び出口サプレッション電極部913を備える。入口サプレッション電極部912は第1四重極レンズ904の上流に配置され、出口サプレッション電極部913は第3四重極レンズ908の下流に配置されている。入口サプレッション電極部912及び出口サプレッション電極部913はそれぞれ3枚の電極板を有する。入口サプレッション電極部912の中間の電極板が入口サプレッション電極914であり、両端の電極板が入口サプレッション仕切板916である。同様に、出口サプレッション電極部813の中間の電極板が出口サプレッション電極815であり、両端の電極板が出口サプレッション仕切板817である。
入口サプレッション電極914、出口サプレッション電極915、入口サプレッション仕切板916、及び出口サプレッション仕切板917はそれぞれ、イオンビームを通すための開口を中心部に有する四角形状あるいは円形状の板体である。入口サプレッション電極914の開口半径P1は、出口サプレッション電極915の開口半径P4より小さい。入口サプレッション仕切板916の開口半径は、入口サプレッション電極914の開口半径P1と等しいか、またはそれより若干小さくてもよい。出口サプレッション仕切板917の開口半径は、出口サプレッション電極915の開口半径P4と等しいか、またはそれより若干小さくてもよい。
また、入口サプレッション電極914の開口半径P1は、第1ボア半径R1より小さい。入口サプレッション電極914の開口半径P1は、第1仕切板910の開口半径P2と等しいか、またはそれより若干小さくてもよい。出口サプレッション電極915の開口半径P4は、第2仕切板911の開口半径P3より大きく、第3ボア半径R3より小さい。
図19は、本発明のある実施形態に係る多段式四重極レンズ900の電源構成を例示する図である。多段式四重極レンズ900の電源部918は、電位基準919に対して適切な電位を、第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、第3四重極レンズ908、入口サプレッション電極914、及び出口サプレッション電極915に印加するよう構成されている。電位基準919は、ビーム輸送部の筐体(例えば、ターミナル216(図6及び図7参照))である。電源部918は、第1負電源920、第1正電源921、第2正電源922、第2負電源923、第3負電源924、第3正電源925、第1サプレッション電源928、及び第2サプレッション電源930を備える。各電源は可変の直流電源であり、独立に制御され得る個別電源として設けられている。各電源は、多段式四重極レンズ900を制御するよう構成されている制御部(例えば制御部116(図2参照))により、所望の電圧に制御されてもよい。
第1負電源920は、第1四重極レンズ904において横方向に対向する一組の電極932に負電位−Vq1を印加するように電極931に接続されている。第1正電源921は、第1四重極レンズ904において縦方向に対向する一組の電極932に正電位+Vq1を印加するように電極932に接続されている。
第2正電源922は、第2四重極レンズ906において横方向に対向する一組の電極933に正電位+Vq2を印加するように電極933に接続されている。第2負電源923は、第2四重極レンズ906において縦方向に対向する一組の電極934に負電位−Vq2を印加するように電極934に接続されている。
第3負電源924は、第3四重極レンズ908において横方向に対向する一組の電極935に負電位−Vq3を印加するように電極935に接続されている。第3正電源925は、第3四重極レンズ908において縦方向に対向する一組の電極936に正電位+Vq3を印加するように電極936に接続されている。
このようにして、第1四重極レンズ904は、イオンビームを縦方向に収束させ横方向に発散させるよう構成されている。第2四重極レンズ906は、イオンビームを縦方向に発散させ横方向に収束させるよう構成されている。第3四重極レンズ908は、イオンビームを縦方向に収束させ横方向に発散させるよう構成されている。
ある四重極レンズがイオンビームを縦方向(または横方向)に収束させるとは、その四重極レンズを通過するイオンの軌跡に関して、四重極レンズの出口における当該軌跡の縦方向(または横方向)の傾きが四重極レンズの入口における当該軌跡の縦方向(または横方向)の傾きより小さいということである。逆に、ある四重極レンズがイオンビームを縦方向(または横方向)に発散させるとは、その四重極レンズの出口における当該軌跡の縦方向(または横方向)の傾きが四重極レンズの入口における当該軌跡の縦方向(または横方向)の傾きより大きいということである。ここで、縦方向(または横方向)の傾きとは、ビーム中心軌道903とイオンの軌跡とがなす角度の縦方向(または横方向)の成分である。
また、図19に示すように、第1サプレッション電源928は入口サプレッション電極914に負電位−Vsを印加し、第2サプレッション電源930は出口サプレッション電極915に負電位−Vsを印加する。入口サプレッション仕切板916及び出口サプレッション仕切板917は電位基準819に接続されている。また、第1仕切板910及び第2仕切板911は電位基準819に接続されている。なお、図示の例においては第1サプレッション電源928と第2サプレッション電源930は独立した個別電源であるが、これらは同じ負電位−Vsを印加するから、一つの共通のサプレッション電源として構成されてもよい。
第1負電源920、第2負電源923、及び第3負電源924はそれぞれ対応する四重極レンズに、例えば約−1kV〜約−30kVの範囲から選択される電圧を印加するよう構成されている。第1正電源921、第2正電源922、及び第3正電源925はそれぞれ対応する四重極レンズに、例えば約1kV〜約30kVの範囲から選択される電圧を印加するよう構成されている。第1サプレッション電源928及び第2サプレッション電源930はそれぞれ対応するサプレッション電極に、例えば約−0.5kV〜約−5kVの範囲から選択される電圧を印加するよう構成されている。各電源の電圧値は、例えば注入エネルギーなどの所与のイオン注入条件に従って設定される。
四重極レンズの収束力は、GL積と呼ばれるパラメタによって表される。四重極レンズが電場式である場合、GL積は、Qレンズ電圧、Qレンズ長、及びボア半径を用いて次式で表される。
GL積=2×[Qレンズ電圧]×[Qレンズ長]/([ボア半径]×[ボア半径])
したがって、第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、及び第3四重極レンズ908のGL積をそれぞれ、GL1、GL2、GL3と表記するとき、各四重極レンズのGL積は次式で表される。以下では、GL1、GL2、GL3をそれぞれ第1GL積、第2GL積、第3GL積と呼ぶことがある。
GL1=2・Vq1・T1/R12
GL2=2・Vq2・T2/R22
GL3=2・Vq3・T3/R32
三段四重極レンズは典型的に、第1GL積と第3GL積とが等しく、第2GL積がその2倍であるように設計される(GL1:GL2:GL3=1:2:1)。三段四重極レンズにおけるGL積の比はこうした典型例に限られるものではない。GL積の比は例えば、GL1:GL2:GL3=1:1〜3:0.5〜2の範囲から選択される所望の比であってもよい。これは第1GL積を基準とする表記である。第3GL積を基準として表記すると、GL積の比は例えば、GL1:GL2:GL3=0.5〜2:1〜3:1の範囲から選択される所望の比であってもよい。すなわち、第2GL積は第1GL積の1倍から3倍の範囲にあってもよく、第3GL積は第1GL積の0.5倍から2倍の範囲にあってもよい(または、第1GL積は第3GL積の0.5倍から2倍の範囲にあってもよく、第2GL積は第3GL積の1倍から3倍の範囲にあってもよい。)。
3つの四重極レンズのGL積の比をGL1:GL2:GL3=1:1〜3:0.5〜2(またはGL1:GL2:GL3=0.5〜2:1〜3:1)の範囲に収めるためには、3つの四重極レンズのボア半径の比は、R1:R2:R3=1:1〜2:1〜2(またはR1:R2:R3=0.5〜1:0.5〜1:1)であることが好ましい。すなわち、第2ボア半径R2及び第3ボア半径R3はともに、第1ボア半径R1の1倍から2倍の範囲にあってもよい(または、第1ボア半径R1及び第2ボア半径R2はともに、第3ボア半径R3の0.5倍から1倍の範囲にあってもよい)。ただし、フレア型の三段四重極レンズを構成する場合には上述のように、第2ボア半径R2が第3ボア半径R3以下である。
同様に、3つの四重極レンズのGL積の比をGL1:GL2:GL3=1:1〜3:0.5〜2(またはGL1:GL2:GL3=0.5〜2:1〜3:1)の範囲に収めるためには、3つの四重極レンズの長さの比は、T1:T2:T3=1:1〜12:0.5〜8(またはT1:T2:T3=0.5〜2:0.2〜3:1)であることが好ましい。すなわち、第2Qレンズ長T2は第1Qレンズ長T1の1倍から12倍の範囲にあってもよく、第3Qレンズ長T3は第1Qレンズ長T1の0.5倍から8倍の範囲にあってもよい(または、第2Qレンズ長T2は第3Qレンズ長T1の0.2倍から3倍の範囲にあってもよく、第1Qレンズ長T1は第3Qレンズ長T3の0.5倍から2倍の範囲にあってもよい)。実用上好ましくは、3つの四重極レンズの長さの比は、T1:T2:T3=0.5〜0.8:0.8〜1.6:1である。
図20は、本発明のある実施形態に係る多段式四重極レンズ900の電源構成の他の一例を示す図である。図20に示す電源部918は、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908の電源が共通化されている点で、図19の電源部918と異なる。それ以外については図20に示す電源部918は、図19の電源部918と同じ構成を有する。
したがって、図20に示されるように、電源部918は、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908のための共通電源として第2正電源922及び第2負電源923を備える。第1負電源920及び第1正電源921は、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908から第1四重極レンズ904を独立に制御するための個別電源として設けられている。
第2正電源922は、第2四重極レンズ906において横方向に対向する一組の電極933に正電位+Vq23を印加するように電極933に接続されている。第2負電源923は、第2四重極レンズ906において縦方向に対向する一組の電極934に負電位−Vq23を印加するように電極934に接続されている。また、第2負電源923は、第3四重極レンズ908において横方向に対向する一組の電極935に負電位−Vq23を印加するように電極935に接続されている。第2正電源922は、第3四重極レンズ908において縦方向に対向する一組の電極936に正電位+Vq23を印加するように電極936に接続されている。
したがって、第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、及び第3四重極レンズ908のGL積はそれぞれ次式で表される。
GL1=2・Vq1・T1/R12
GL2=2・Vq23・T2/R22
GL3=2・Vq23・T3/R32
よって、第2四重極レンズ906のGL積と第3四重極レンズ908のGL積との比(GL2:GL3)を所望の比(例えば2:1)とするには、T2/R22:T3/R32をその所望の比とするように第2Qレンズ長T2、第2ボア半径R2、第3Qレンズ長T3、及び第3ボア半径R3を定めればよい。このようにして、第1四重極レンズ904のGL積、第2四重極レンズ906のGL積、及び第3四重極レンズ908のGL積の比が1:1〜3:0.5〜2の範囲から選択される所望の比であるように、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908の形状が定められる。こうしたレンズ形状の設計により、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908を共通化することができる。
多段式四重極レンズ900は、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908から第1四重極レンズ904を独立に制御するための個別電源、及び/または、第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908のための共通電源を制御することにより、多段式四重極レンズ900の収束力を微調整するよう構成されている。
第1正電源921の正電位+Vq1と第2正電源922の正電位+Vq23とが等しく、かつ第1負電源920の負電位−Vq1と第2負電源923の負電位−Vq23とが等しいとき、3つの四重極レンズのGL積の比は各四重極レンズの形状から決まる値をとる。例えばGL1:GL2:GL3=1:1〜3:0.5〜2の範囲にあり、例えばGL1:GL2:GL3=1:2:1である。この基本状態から、電圧Vq1及び電圧Vq23の一方を他方に対しいくらか異ならせるように電源部918を制御することにより、三段四重極レンズによるビーム収束(または発散)が微調整され得る。
多段式四重極レンズ900は上述のように、複数のビーム輸送モードのいずれかで動作するよう構成されている。複数のビーム輸送モードは、多段式四重極レンズ900から出るイオンビームが縦方向に収束させられ横方向に発散させられているように多段式四重極レンズ900を動作させる発散ビームモードを含む。発散ビームモードにおいては第1四重極レンズ904のみが使用される設定と、少なくとも第1四重極レンズ904を含む2つ以上の四重極レンズが使用される設定がある。従って、多段式四重極レンズ900は単段四重極レンズあるいは2段以上の四重極レンズ群として動作する。以下では、多段式四重極レンズ900によって縦方向に収束させられ横方向に発散させられたイオンビームを、発散ビームと呼ぶことがある。
また、多段式四重極レンズ900の複数のビーム輸送モードは、多段式四重極レンズ900から出るイオンビームが縦方向に収束させられ横方向に収束させられているように多段式四重極レンズ900を動作させる収束ビームモードを含む。収束ビームモードにおいては第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、及び第3四重極レンズ908が使用される。従って、多段式四重極レンズ900は三段四重極レンズとして動作する。以下では、多段式四重極レンズ900によって縦方向に収束させられ横方向に収束させられたイオンビームを、収束ビームと呼ぶことがある。
多段式四重極レンズ900によってイオンビームを発散させることは、ビーム電流が高い場合に有効である。一般に、ビーム電流が高いほどイオン密度も高くなり、空間電荷効果が大きくなる。空間電荷効果はイオンどうしの電気的な反発力によって生じるからである。イオンビームを意図的に発散させビーム径を大きくすればイオン密度は小さくなり、空間電荷効果を軽減することができる。発散ビームモードにおいては、多段式四重極レンズ900の下流において空間電荷効果が軽減されるように多段式四重極レンズ900においてイオンビームの発散が制御される。したがって、発散ビームモードは、高電流ビームの輸送に適する。
発散ビームモードにおいては上流の第1四重極レンズ904が使用される。このように多段式四重極レンズ900の上流においてビーム径を拡げることは、多段式四重極レンズ900内部における空間電荷効果を軽減するのに有効である。
一方、収束ビームモードは低電流ビームの輸送に適する。ビーム電流が低い場合にはビーム輸送への空間電荷効果の影響は比較的小さい。よって、小さいビーム径を保ちつつビーム中心軌道にほぼ平行にイオンビームを輸送することが可能である。
そこで、上述の第1ビームライン設定S1(図2参照)は、多段式四重極レンズ900を発散ビームモードで動作させることを含んでもよい。また、第2ビームライン設定S2は、多段式四重極レンズ900を収束ビームモードで動作させることを含んでもよい。このように発散ビームと収束ビームとを使い分けることにより、高電流から低電流まで広いビーム電流範囲にわたってイオンビームを効率的に輸送することができる。
多段式四重極レンズ900を三段四重極レンズとして動作させたときのビーム輸送を図22(a)及び図22(b)を参照して説明し、多段式四重極レンズ900を単段四重極レンズとして動作させたときのビーム輸送を図24(a)及び図24(b)を参照して説明する。図22(a)及び図24(a)には横方向のビーム収束(または発散)を示し、図22(b)及び図24(b)には縦方向のビーム収束(または発散)を示す。各図はシミュレーション結果を示す。図22(c)は、多段式四重極レンズ900を三段四重極レンズとして動作させたときの各四重極レンズの収束発散作用を示し、図24(c)は、多段式四重極レンズ900を単段四重極レンズとして動作させたときの各四重極レンズの収束発散作用を概念的に示す。図22(c)及び図24(c)には、第1四重極レンズ904、第2四重極レンズ906、及び第3四重極レンズ908それぞれの中心を通るイオンビームの断面960を示し、そのイオンビームへの収束作用を内向きの矢印で示し、発散作用を外向きの矢印で示す。
よって、図22(a)は、多段式四重極レンズ900によって輸送されるイオンビームの設計上の右端950及び左端951を示し、このとき多段式四重極レンズ900は三段四重極レンズとして使用されている。図22(b)は、三段四重極レンズとしての多段式四重極レンズ900におけるイオンビームの設計上の上端952及び下端953を示す。また、多段式四重極レンズ900において第1四重極レンズ904のみを動作させたときのイオンビームの設計上の右端954及び左端955を図24(a)に示し、上端956及び下端957を図24(b)に示す。各図にはビーム中心軌道903を併せて示す。
比較のために、図15に示す三段四重極レンズ800を動作させたときのビーム輸送を図21(a)及び図21(b)を参照して説明し、三段四重極レンズ800を単段四重極レンズとして動作させたときのビーム輸送を図23(a)及び図23(b)を参照して説明する。ただし、図21(a)及び図21(b)の三段四重極レンズ800は、図23(a)及び図23(b)の三段四重極レンズ800に比べてボア径が小さい。図21(a)及び図23(a)には横方向のビーム収束(または発散)を示し、図21(b)及び図23(b)には縦方向のビーム収束(または発散)を示す。よって、三段四重極レンズ800におけるイオンビームの右端850及び左端851を図21(a)に示し、上端852及び下端853を図21(b)に示す。三段四重極レンズ800の第1四重極レンズ804のみを動作させたときのイオンビームの右端854及び左端855を図23(a)に示し、上端856及び下端857を図23(b)に示す。
上述のように、多段式四重極レンズ900は、ビーム中心軌道903に沿って上流から下流へと広がるフレア型ビーム輸送空間が形成されるように、四重極レンズ、仕切板、及びサプレッション電極部といった構成要素の形状が設計されている。理解を容易にするために四重極レンズなどの構成要素も併せて各図に示す。これに対し、三段四重極レンズ800は、上流から下流へと均一の筒型ビーム輸送空間が形成されるように構成要素の形状が設計されている。こうした形状の違いを除き、多段式四重極レンズ900と三段四重極レンズ800とが共通の条件でビームを輸送する場合を各図に示す。なお多段式四重極レンズ900(及び三段四重極レンズ800)に入射するイオンビームは、図示されるように、少なくとも横方向に発散する傾向を有する。ただし発散の程度はわずかである。
図22(a)及び図22(c)に示されるように、多段式四重極レンズ900を通過するイオンビームは、第1四重極レンズ904による横発散、第2四重極レンズ906による横収束、及び、第3四重極レンズ908の横発散の作用を受ける。同時に、図22(b)及び図22(c)に示されるように、イオンビームは、第1四重極レンズ904による縦収束、第2四重極レンズ906による縦発散、及び、第3四重極レンズ908の縦収束の作用を受ける。このようにして、三段四重極レンズとして使用されるとき、多段式四重極レンズ900はイオンビームを縦方向及び横方向に収束させる。図21(a)及び図21(b)に示されるように、三段四重極レンズ800も同様に、イオンビームを縦方向及び横方向に収束させる。
一方、図24(a)、図24(b)、及び図24(c)に示されるように、多段式四重極レンズ900においてイオンビームは、第1四重極レンズ904による縦収束及び横発散の作用を受ける。このとき第2四重極レンズ906及び第3四重極レンズ908は動作していない。そのため第2四重極レンズ906(及び第3四重極レンズ908)の入口と出口とでビーム角度は同じである。よって、第3四重極レンズ908におけるイオンビームは、第1四重極レンズ904におけるイオンビームに比べて、縦方向に収束し横方向に発散する。このように多段式四重極レンズ900が単段四重極レンズとして使用されるとき、多段式四重極レンズ900はイオンビームを縦方向に収束させ横方向に発散させる。また、図23(a)及び図23(b)に示されるように、三段四重極レンズ800が単段四重極レンズとして使用されるとき、第1四重極レンズ804はイオンビームを縦方向に収束させ横方向に発散させる。
例えば図24(a)と図23(a)との比較からわかるように、多段式四重極レンズ900の全長Mは、三段四重極レンズ800の全長mよりも短い。電場式四重極レンズのように電場を印加された領域には電子が存在できないか極めて希薄であるために、イオンビームにおける空間電荷効果が大きくなる。よって、こうした電子欠乏領域のビーム輸送方向長さを短くすることにより、空間電荷効果の影響を軽減することができる。多段式四重極レンズ900は短いので、三段四重極レンズ800に比べて空間電荷効果の軽減に有効である。多段式四重極レンズ900を用いることにより、例えば、数十keVのエネルギーのヒ素一価イオンの数十mA程度の高電流ビームの輸送効率を向上することができる。
多段式四重極レンズ900にフレア状の内部空間を形成したことが多段式四重極レンズ900のレンズ長さのコンパクト化に貢献している。上述のように、例えば、四重極レンズの長さの比がT1:T2:T3=0.5〜0.8:0.8〜1.6:1である場合、最大でもT1:T2:T3=0.8:1.6:1である。第3四重極レンズの長さを基準として多段式四重極レンズの長さを比べると、典型例(t1:t2:t3=1:2:1)の合計レンズ長が4t(=t+2t+t)と表されるのに対し、本実施形態では合計レンズ長が最大でも3.4T(=0.8T+1.6T+T)である。本実施形態における第3Qレンズ長Tは典型例の第3Qレンズ長tと同程度であるか又はそれより短い。このように、フレア状の多段式四重極レンズ900はレンズ長が短くなる。また、第1ボア半径R1が小さいことにより電極がビームに近接するので、所望の第1GL積(すなわち第1四重極レンズ904の収束力)を、短い第1Qレンズ長T1で実現することができる。第2四重極レンズ906についても同様に、短い第2Qレンズ長T2で所望の第2GL積を実現することができる。第3四重極レンズ908についても同様である。また、フレア状の多段式四重極レンズ900は、電源容量の低減にも有効である。従来のものよりボア半径が小さいことにより、より低いQレンズ電圧で所望のGL積を実現できるからである。
これに対して、三段四重極レンズ800は均一径の筒状内部空間を形成することを前提としている。そのため、三段四重極レンズ800の出口における発散ビームの径に基づき第3四重極レンズ808のボア半径が規定され、これと同一の値に第1四重極レンズ804及び第2四重極レンズ806のボア半径も規定される。ボア半径が大きいので電極がビームから遠い。そうすると、所望の第1GL積を得るために、Qレンズ長を長くするかあるいは、Qレンズ電圧を大きくすることになる。電極間の放電対策を考慮すると、Qレンズ電圧は過度に大きくすべきでない。よって、三段四重極レンズ800の全長は長くなる。
図25は、本発明のある実施形態に係る多段式四重極レンズ900の電源構成の他の一例を示す図である。図25に示す電源部918は、第1四重極レンズ904の電源に関して、図20の電源部918と異なる。それ以外については図25に示す電源部918は、図20の電源部918と同じ構成を有する。
電源部918は、第1四重極レンズ904において横方向に対向する一組の電極931a、931bに対応する一組の第1負電源920a、920bを備える。一方の第1負電源920aは、一方の電極931aに負電位−Vq1−(=−Vq1−Vst)を印加するように電極931aに接続されている。他方の第1負電源920bは、他方の電極931bに負電位−Vq1+(=−Vq1+Vst)を印加するように電極931bに接続されている。このように、第1四重極レンズ904における横方向の電極931a、931bそれぞれに個別の電源を設けることにより、ビームの横方向位置を調整するステアリング機能を提供することができる。ここで、電圧Vstは、ビームの所望の横方向位置に応じて設定される。
なお、縦方向に対向する電極それぞれに対応する個別の電源を設けることにより、ビームの縦方向位置を調整するステアリング機能が提供されてもよい。また、同様にして、他の四重極レンズにステアリング機能をもたせることも可能である。
なお、上述の実施形態においては発散ビームモードにおいて第1四重極レンズ904のみが使われているが、ある他の実施形態においては、発散ビームモードにおいて第2四重極レンズ906及び/または第3四重極レンズ908が必要に応じて併用されてもよい。あるいは、発散ビームモードにおいて第2四重極レンズ906または第3四重極レンズ908が主として使用されてもよい。また、収束ビームモードにおいて一部の四重極レンズ(例えば第1四重極レンズ904を含む少なくとも2つの四重極レンズ)のみが使用されてもよい。
また、上述の実施形態においては、三段四重極レンズが上流から順に、縦収束、横収束、縦収束と構成されている。しかし、ある他の実施形態においては、上流から順に横収束、縦収束、横収束と構成されていてもよい。よって、第1四重極レンズ904は、イオンビームを横方向に収束させ縦方向に発散させるよう構成されていてもよい。第2四重極レンズ906は、イオンビームを横方向に発散させ縦方向に収束させるよう構成されていてもよい。第3四重極レンズ908は、イオンビームを横方向に収束させ縦方向に発散させるよう構成されていてもよい。
上述の実施形態においては、多段式四重極レンズ900はフレア型である。しかし、ある他の実施形態においては、多段式四重極レンズは、中間でボア半径が最小となる準フレア型であってもよい。この場合、多段式四重極レンズは、入口四重極レンズと、中間四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、入口四重極レンズのボア半径は出口四重極レンズのボア半径より小さく、中間四重極レンズのボア半径は入口四重極レンズ及び出口四重極レンズのボア半径より小さくてもよい。
また、ある他の実施形態においては、多段式四重極レンズは、中間でボア半径が最大となる樽型であってもよい。この場合、多段式四重極レンズは、入口四重極レンズと、中間四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、入口四重極レンズのボア半径は出口四重極レンズのボア半径より小さく、中間四重極レンズのボア半径は入口四重極レンズ及び出口四重極レンズのボア半径より大きくてもよい。
ある他の実施形態においては、多段式四重極レンズは、二段四重極レンズまたは四段以上の多段式四重極レンズであってもよい。こうした場合においても、入口四重極レンズのボア半径を出口四重極レンズのボア半径より小さくすることは多段式四重極レンズのコンパクト化及び/または電源容量の低減に役立ち得る。
上述の実施形態においては、多段式四重極レンズは電場式である。しかし、ある他の実施形態においては、多段式四重極レンズは磁場式であってもよい。
ある他の実施形態においては、イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、質量分析スリットの上流側に設けられている多段四重極レンズを備え、前記多段四重極レンズは、入口四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、前記入口四重極レンズのボア径は、前記出口四重極レンズのボア径より大きいことを特徴とするイオン注入装置が提供されてもよい。このようにして、前記多段式四重極レンズは、レンズボア径が段階的に縮小されていてもよい。この場合、入射するイオンビームの径が前記ビームラインの下流に向かって縦方向及び/または横方向に縮小されて前記多段式四重極レンズから出射されるビーム輸送を、コンパクトな多段式四重極レンズで実現することができる。また、そうした多段式四重極レンズの電源容量を低減することができる。
以下、本発明の幾つかの態様を挙げる。
1.イオン注入装置は、
ビームラインの途中に配設されるビーム収束・発散の調整用の多段式四重極レンズを備え、
前記多段式四重極レンズは、レンズ中心軸を同一として直線状に並ぶ複数の四重極レンズにより構成され、
前記多段式四重極レンズは、レンズボア径が段階的に拡大され、前記複数の四重極レンズは、レンズ長が個別に設定されており、
前記多段式四重極レンズは、入射するイオンビームの径が前記ビームラインの下流に向かって縦方向及び/または横方向に拡大されて前記多段式四重極レンズから出射されるビーム輸送を可能とするよう構成されている。
2.前記複数の四重極レンズの作動時における複数の設定可能なビーム輸送モードの各々は、前記複数の四重極レンズのための電源のオンオフ及び/または電圧の設定を含んでもよい。
3.前記多段式四重極レンズに入射するイオンビームの状態及び前記多段式四重極レンズから出射されるイオンビームの状態に応じて、前記多段式四重極レンズの各四重極レンズのボア径、レンズ長、及び電圧が設定されていてもよい。前記イオンビームの状態は、予め設定されたイオンビームの縦径、横径、及び、収束または発散状態を含んでもよい。
4.前記多段式四重極レンズを構成する四重極レンズの使用する段数を組み合わせて複数の多段式四重極レンズの構成が設定されていてもよい。例えば、多段式四重極レンズは、あるビーム輸送モードにおいてはある段数の四重極レンズを動作させ、別のビーム輸送モードにおいては異なる段数の四重極レンズを動作させるよう構成されていてもよい。
5.前記複数の四重極レンズの作動時における複数の設定可能なビーム輸送モードの1つは、前記ビームラインの下流に向かってイオンビームの径が拡大されるビーム輸送のための四重極レンズの電圧設定をもっていてもよい。
6.前記ビームラインの下流に向かってイオンビームの径が拡大されるビーム輸送のための四重極レンズの電圧設定は、前記ビームラインの最上流の四重極レンズのみに電圧を印加するよう定められていてもよい。
7.前記多段式四重極レンズは、前記複数の四重極レンズの作動時における複数のビーム輸送モードのうちいずれかで動作してもよい。前記複数のビーム輸送モードは、前記多段式四重極レンズから出るイオンビームが第1方向に収束させられ該第1方向と直交する第2方向に発散させられているように前記多段式四重極レンズを動作させる発散ビームモードを含んでもよい。前記発散ビームモードにおいては第1四重極レンズのみに電圧を印加してもよい。
8.前記発散ビームモードにおいては、前記第1四重極レンズのみに電圧を印加することに代えて、前記第1四重極レンズ以外の2つ以上の四重極レンズに電圧を印加してもよい。前記2つ以上の四重極レンズは第2四重極レンズを含んでもよい。
9.前記多段式四重極レンズは、三段の四重極レンズで構成されていてもよい。
10.前記複数の四重極レンズの作動時における複数の設定可能なビーム輸送モードの1つは、3つの四重極レンズが上流から縦収束、横収束、縦収束となる電圧設定をもっていてもよい。
11.前記複数の四重極レンズの作動時における複数の設定可能なビーム輸送モードの1つは、3つの四重極レンズのGL積が約1:2:1となるような電圧設定をもっていてもよい。
12.前記多段式四重極レンズは、前記複数の四重極レンズの作動時における複数のビーム輸送モードのうちいずれかで動作してもよい。前記複数のビーム輸送モードは、前記多段式四重極レンズから出るイオンビームが第1方向に収束させられ第2方向に収束させられているように前記多段式四重極レンズを動作させる収束ビームモードを含んでもよい。前記収束ビームモードにおいては第1四重極レンズ、第2四重極レンズ、及び第3四重極レンズが使用されてもよい。
13.第1四重極レンズのボア径は、第2四重極レンズのボア径以下であってもよい。第2四重極レンズのボア径は、第3四重極レンズのボア径以下であってもよい。第1四重極レンズのボア径は、第3四重極レンズのボア径より小さくてもよい。
14.前記多段式四重極レンズの電源部は、第1四重極レンズ、第2四重極レンズ、及び第3四重極レンズを、それぞれ独立に制御するための正電圧電源と負電圧電源から構成される個別電源を備えてもよい。
15.前記多段式四重極レンズの電源部は、第2四重極レンズ及び第3四重極レンズのための共通電源を備え、第2四重極レンズ及び第3四重極レンズから第1四重極レンズを独立して制御するための個別電源を備えてもよい。
16.第1四重極レンズのGL積、第2四重極レンズのGL積、及び第3四重極レンズのGL積の比が、1:1〜3:0.5〜2であってもよい。
17.前記多段式四重極レンズの電源部は、第1四重極レンズを独立に制御するための個別電源を備えるとともに、第2四重極レンズ及び第3四重極レンズのための共通電源を備えてもよい。前記第1四重極レンズのGL積、前記第2四重極レンズのGL積、及び前記第3四重極レンズのGL積の比が1:1〜3:0.5〜2であるように、前記第2四重極レンズ及び前記第3四重極レンズの形状が定められていてもよい。
18.前記多段式四重極レンズは、第2四重極レンズ及び第3四重極レンズから第1四重極レンズを独立に制御するための個別電源、及び/または、前記第2四重極レンズ及び前記第3四重極レンズのための共通電源を制御することにより、前記多段式四重極レンズの収束力を微調整するよう構成されていてもよい。
19.前記多段式四重極レンズは、入口サプレッション電極と、出口サプレッション電極と、を備えてもよい。前記入口サプレッション電極の開口半径は前記出口サプレッション電極の開口半径より小さくてもよい。
20.前記多段式四重極レンズは、第1四重極レンズと第2四重極レンズとの間に配置される第1仕切板と、第2四重極レンズと第3四重極レンズとの間に配置される第2仕切板と、を備えてもよい。前記第1仕切板の開口半径は前記第2仕切板の開口半径より小さくてもよい。
21.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
ビーム走査部と、前記ビーム走査部の上流に設けられている多段式四重極レンズと、を備え、
前記多段式四重極レンズは、入口四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、
前記出口四重極レンズのボア径は、前記入口四重極レンズのボア径より大きいことを特徴とするイオン注入装置。
22.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
質量分析スリットの下流側に設けられている多段式四重極レンズを備え、
前記多段式四重極レンズは、入口四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、
前記出口四重極レンズのボア径は、前記入口四重極レンズのボア径より大きいことを特徴とするイオン注入装置。
23.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
引出電極と質量分析磁石の間に設けられている多段式四重極レンズを備え、
前記多段式四重極レンズは、入口四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、
前記出口四重極レンズのボア径は、前記入口四重極レンズのボア径より大きいことを特徴とするイオン注入装置。
24.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
質量分析スリットの上流側に設けられている多段式四重極レンズを備え、
前記多段式四重極レンズは、入口四重極レンズと、出口四重極レンズと、を備え、
前記入口四重極レンズのボア径は、前記出口四重極レンズのボア径より大きいことを特徴とするイオン注入装置。
25.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
前記多段式四重極レンズに入射するイオンビームのあらかじめ設定した縦径、横径、及び、収束または発散状態、及び、前記多段式四重極レンズから出射するイオンビームのあらかじめ設定した縦径、横径、及び、収束または発散状態に応じて、前記多段式四重極レンズの各四重極レンズのGL積、ボア径、レンズ長、電圧設定、及び、四重極レンズの段数を組み合わせて四重極レンズの作動時における複数のビーム輸送モードが設定されることを特徴とするイオン注入装置。
26.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
前記多段式四重極レンズは、四重極レンズの作動時における複数のビーム輸送モードのうちいずれかで動作し、
前記複数のビーム輸送モードは、
前記多段式四重極レンズから出るイオンビームが第1方向に収束させられ該第1方向と直交する第2方向に発散させられているように前記多段式四重極レンズを動作させる発散ビームモードと、
前記多段式四重極レンズから出るイオンビームが第1方向に収束させられ該第1方向と直交する第2方向に収束させられているように前記多段式四重極レンズを動作させる収束ビームモードと、を含むことを特徴とするイオン注入装置。
27.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
前記多段式四重極レンズは、第1四重極レンズと、前記第1四重極レンズの下流に配置される第2四重極レンズと、前記第2四重極レンズの下流に配置される第3四重極レンズと、を備え、
前記第1四重極レンズは、前記多段式四重極レンズのビーム輸送方向に垂直な平面における第1方向にイオンビームを収束させるよう構成され、
前記第2四重極レンズは、前記平面における前記第1方向に垂直な第2方向にイオンビームを収束させるよう構成され、
前記第3四重極レンズは、前記第1方向にイオンビームを収束させるよう構成され、
前記多段式四重極レンズは、四重極レンズの作動時における複数のビーム輸送モードのうちいずれかで動作し、
前記複数のビーム輸送モードは、
前記多段式四重極レンズから出るイオンビームが前記第1方向に収束させられ前記第2方向に発散させられているように少なくとも1つの四重極レンズを動作させる発散ビームモードを含むとともに、
前記多段式四重極レンズから出るイオンビームが前記第1方向に収束させられ前記第2方向に収束させられているように少なくとも2つの四重極レンズを動作させる収束ビームモードを含むことを特徴とするイオン注入装置。
28.イオン注入装置及び/または多段式四重極レンズは、前記第3四重極レンズの下流に配置される第4〜第n四重極レンズを備えてもよい。
29.イオン注入装置のビームラインの途中に配設されるビーム収束発散の調整用の多段式四重極レンズを設けたイオン注入装置であって、
前記多段式四重極レンズは、
第1四重極レンズと、
前記第1四重極レンズの下流に配置される第2四重極レンズと、
前記第2四重極レンズの下流に配置される第3四重極レンズと、を備え、
前記第1四重極レンズは、前記多段式四重極レンズのビーム輸送方向に垂直な平面における第1方向にイオンビームを収束させるよう構成され、
前記第2四重極レンズは、前記平面における前記第1方向に垂直な第2方向にイオンビームを収束させるよう構成され、
前記第3四重極レンズは、前記第1方向にイオンビームを収束させるよう構成され、
前記第1四重極レンズのボア径は、前記第2四重極レンズのボア径以下であり、
前記第2四重極レンズのボア径は、前記第3四重極レンズのボア径以下であり、
前記第1四重極レンズのボア径は、前記第3四重極レンズのボア径より小さいことを特徴とするイオン注入装置。