JP2015232947A - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲で使用することのできるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供する。【解決手段】イオン注入装置３００は、ビーム走査部３０６と、ビーム走査部３０６の下流に配設されているビーム平行化部３０８と、を備える。ビーム走査部３０６は、入射イオンビームの中心軸上でビーム走査部３０６の中央部に走査原点を有する。ビーム平行化部３０８は、走査原点に平行化レンズとしての焦点を有する。イオン注入装置３００は、ビーム走査部３０６への入射イオンビームの焦点位置が入射イオンビームの中心軸に沿って走査原点より上流側にあるよう構成されている。ビーム走査部３０６への入射イオンビームの焦点位置は、ビーム平行化部３０８からの出射イオンビームにおける空間電荷効果による発散現象を補正するように、入射イオンビームの中心軸に沿って走査原点より上流側において調整される。【選択図】図１６

Description

本発明は、イオン注入に関し、より詳しくは、イオン注入装置及びイオン注入方法に関する。

あるイオン注入装置においては、小さいビーム電流量をもつイオンビームがイオン源から引き出されるようにイオン源とその電源とが接続される（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、大きいビーム電流量をもつイオンビームがイオン源から引き出されるように、イオン源と電源との接続を変更することが可能である。

ある他のイオン注入装置は、高いイオンエネルギーでターゲットにイオン注入をするようにイオン源、加速管、及びそれらの電源を接続する電気回路を有する（例えば、特許文献２参照）。この電気回路には、低いイオンエネルギーでもイオンを注入できるように接続を切り換えるための選択スイッチが設けられている。

特開昭６２−１２２０４５号公報 特開平１−１４９９６０号公報

イオン注入装置の運転範囲をいくらか広げることが上述のように試みられている。しかし、既存のカテゴリーを超える運転範囲の拡張についての現実的な提案は稀である。

イオン注入装置は一般に、高電流イオン注入装置、中電流イオン注入装置、及び高エネルギーイオン注入装置の三つのカテゴリーに分類される。実用上求められる設計上の要件がカテゴリーごとに異なるので、あるカテゴリーの装置と別のカテゴリーの装置とは、例えばビームラインに関して、顕著に異なる構成を持ち得る。そのため、イオン注入装置の用途（例えば半導体製造プロセス）において、カテゴリーの異なる装置は互換性をもたないとみなされている。つまり、ある特定のイオン注入処理には特定のカテゴリーの装置が選択されて使用される。よって、種々のイオン注入処理をするためには多種のイオン注入装置を所有することが必要となり得る。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、広い範囲で使用することのできるイオン注入装置及びイオン注入方法、例えば、高電流イオン注入装置及び中電流イオン注入装置の両方の役割を１台で果たすことのできるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供することにある。

本発明のある態様によると、ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置であって、前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、前記イオン注入装置は、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置が前記入射イオンビームの中心軸に沿って前記走査原点より上流側にあるよう構成され、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置は、前記ビーム平行化部からの出射イオンビームにおける空間電荷効果による発散現象を補正するように、前記入射イオンビームの中心軸に沿って前記走査原点より上流側において調整されることを特徴とするイオン注入装置が提供される。

本発明のある態様によると、ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置であって、前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、前記イオン注入装置は、前記ビーム平行化部からの出射イオンビームのもつ角度分布の拡がりの大きさと前記出射イオンビームの発散／収束の状態とを表すビームダイバージェンスを測定する測定部と、前記測定部により測定される前記出射イオンビームのビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を前記入射イオンビームの中心軸に沿って調整するよう構成されている制御部と、を備えることを特徴とするイオン注入装置が提供される。

本発明のある態様によると、ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置におけるイオン注入方法であって、前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、前記方法は、前記ビーム走査部により、前記入射イオンビームを走査することと、前記ビーム平行化部により、走査されたイオンビームを偏向することと、前記入射イオンビームの焦点位置を、前記ビーム平行化部からの出射イオンビームにおける空間電荷効果による発散現象を補正するように、前記入射イオンビームの中心軸に沿って前記走査原点より上流側において調整することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法が提供される。

本発明のある態様によると、ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置におけるイオン注入方法であって、前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、前記方法は、前記ビーム走査部により、前記入射イオンビームを走査することと、前記ビーム平行化部により、走査されたイオンビームを偏向することと、前記ビーム平行化部からの出射イオンビームのもつ角度分布の拡がりの大きさと前記出射イオンビームの発散／収束の状態とを表すビームダイバージェンスを測定することと、測定される前記出射イオンビームのビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を前記入射イオンビームの中心軸に沿って調整することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法が提供される。

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、プログラ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、広い範囲で使用することのできるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供することができる。

典型的ないくつかの種類のイオン注入装置について、エネルギー及びドーズ量の範囲を模式的に示す図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。 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。 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の概略構成を示す側面図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の電源構成を概略的に示す図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の電源構成を概略的に示す図である。 図８（ａ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置における電圧を示す図であり、図８（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置におけるエネルギーを示す図である。 図９（ａ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置における電圧を示す図であり、図９（ｂ）は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置におけるエネルギーを示す図である。 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。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置について、エネルギー及びドーズ量の範囲を模式的に示す図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置について、エネルギー及びドーズ量の範囲を模式的に示す図である。 典型的なイオン注入装置の使用を説明するための図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の使用を説明するための図である。 図１５（ａ）は、イオンビームの個々のイオンの進行方向を例示する図であり、図１５（ｂ）は、イオンビームのもつ角度分布を例示する図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す図である。 本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す図である。 ビーム走査部の走査原点を示す概略図である。 図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、イオンビームの焦点調整とビームダイバージェンスとの関係を説明するための図である。 図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、イオンビームの焦点調整とビームダイバージェンスとの関係を説明するための図である。

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。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ｃｍ^２）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１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１１〜１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１０〜１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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Ｓ_Ｂと基板Ｗの１次元メカニカルスキャンＳ_Ｍ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１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１１〜１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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Ｖ_ＨＶ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Ｖ_ＨＶ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Ｖ_Ｔ（Ｖ_Ｔ＜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Ｖ_Ｔ（Ｖ_Ｔ＞０）を与える。第２電源２４２の電圧Ｖ_Ｔは第１電源２４１の電圧Ｖ_ＨＶよりも大きい。

よって、引出電極２１８の引出電圧Ｖ_ＥＸＴは、低エネルギーモードにおいてはＶ_ＥＸＴ＝Ｖ_ＨＶ−Ｖ_Ｔであり、高エネルギーモードにおいてはＶ_ＥＸＴ＝Ｖ_ＨＶ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ｑＶ_ＨＶとなり、高エネルギーモードにおいてはｑ（Ｖ_ＨＶ＋Ｖ_Ｔ）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Ｖ_ＡＰ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Ｖ_ＤＰ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Ｖ_ＤＰ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Ｖ_ＡＰ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Ｖ_ａｄ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Ｖ_ＨＶ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Ｖ_Ｔ、Ｐレンズ電圧Ｖ_ＤＰ、及びＡＤコラム出口電圧Ｖ_ａｄ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Ｖ_ＨＶとターミナル電圧Ｖ_Ｔ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１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１１〜１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１１〜１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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。

ここまでは、広い範囲から選択される所望のビーム電流及び／またはエネルギーを有するイオンビームを提供することができるイオン注入装置及びイオン注入方法を説明した。ところが、最近の先端的なイオン注入においては、こうした基本的な特性だけではなく、ビーム密度分布（形状）やビームの角度拡がりなどその他の特性についても制御することが望まれている。

ビームの角度拡がりを定量化するために、イオンビームのもつ角度分布（即ち、個々のイオンの進行方向角度の分布）が用いられる。イオンビームの角度分布を表す代表的な指標として、「ビーム平行度」と「ビームダイバージェンス」がある。詳しくは後述するが、ビーム平行度は角度分布の重心に関連し、ビームダイバージェンスは角度分布の幅に関連する。

望まれるのは例えば、ビームダイバージェンスが小さい（ゼロに近い）イオンビームである。しかし、イオンビームは下流へと被処理物に向けて輸送されるにつれて拡がり、ビームダイバージェンスは大きくなる傾向にある。なぜなら、イオンビームにはいわゆる空間電荷効果と呼ばれるイオンどうしの反発力によるビームの発散効果（つまりビームポテンシャルによる発散現象）が働くためである。

ある程度の大きさのビームダイバージェンスをもつイオンビームが望まれる場合もある。このようにイオンビームのもつ角度分布に意図的にある程度の幅を与えることにより、イオンビームの被処理物への注入角度の変動または誤差の影響を軽減し、イオン注入のロバスト性を高めることができる。

そこで、本発明のある実施の形態においては、ビームダイバージェンスの制御を可能とするイオン注入装置及びイオン注入方法が提供される。詳しくは後述するが、ある実施の形態においては、ビームダイバージェンスがイオンビームの焦点調整によって制御される。例えば、ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を入射イオンビームの中心軸上でビーム走査部の走査原点と異なる位置に移動させることにより、被処理物に注入されるイオンビームのビームダイバージェンスが制御される。ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を適切に設定することにより、被処理物の表面に入射するときのビームダイバージェンスが所望の値に制御される。

図１５（ａ）は、イオンビームの個々のイオンの進行方向を例示する図であり、図１５（ｂ）は、イオンビームのもつ角度分布を例示する図である。ここで、イオンビームの設計上の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直なある方向をＸ方向と表記する。Ｚ軸は、設計上のイオンビームの中心軌道に相当する。よって、Ｚ軸は、ビーム走査部に入射するイオンビームの中心軸である。Ｘ方向は、例えば水平方向であり、ビーム走査方向であってもよい。

イオンビームは多数のイオンで形成されており、おおまかには、これらのイオンはＺ方向に平行な速度を有する。しかし、現実にはすべてのイオンの速度がＺ方向に厳密に平行であるわけではない。言い換えれば、個々のイオンの進行方向はＺ方向に対しある角度をなす。この角度のＸ方向成分を本書ではＸ’と表記する。図１５（ａ）に示されるように、所与のＺ方向位置におけるｉ番目のイオン（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の速度のＸ方向成分はＺ方向に対し角度Ｘｉ’の方向に向けられている。

大半のイオンの進行方向はＺ方向に概ね平行であり、進行方向がＺ方向と大きな角度をなすイオンは一部である。したがって、イオン進行方向の角度Ｘ’に対するイオンの個数Ｎを例示すると、図１５（ｂ）に示されるように、中央に最大値をもつ山形の分布となる。なお、こうした角度分布を実際に取得するときには、ビーム電流を測定しこれをイオンの個数Ｎとみなすことができる。

イオンビームの「ビーム平行度」は、多数のイオンの集団としてのイオンビームのもつ角度分布の重心とそのイオンビームの設計上の中心軌道とが成す角度を表す。ビーム平行度は次式（１）により計算される。図１５（ｂ）に示される角度分布においては、分布の中央値Ｘａ’がビーム平行度に相当する。

イオンビームの「ビームダイバージェンス」は、多数のイオンの集団としてのイオンビームのもつ角度分布の「拡がりの大きさ」と「発散／収束の状態」とを表す。ビームダイバージェンスは例えば次式（２）により計算されてもよい。図１５（ｂ）に示される角度分布においては、分布の幅＜Ｘ’＞がビームダイバージェンスに相当する。

ビームダイバージェンスが正の値であるときは（ｋ＝０）、イオンビームが発散（divergence）ビームであることを意味する。一方、ビームダイバージェンスが負の値であるときは（ｋ＝１）、イオンビームが収束（convergence）ビームであることを意味する。例えば、図１５（ａ）に例示するイオンビームは収束ビームであり、このイオンビームのビームダイバージェンスは上式（２）により計算されるとき負の値である。

また、ビームダイバージェンスがゼロであるときは、イオンビームのすべてのイオンが同一の進行方向を有する理想的な状態にあることを意味する。ビームダイバージェンス（正確には、その絶対値）が小さい値であるときは個々のイオンの進行方向にバラツキが小さく、逆にビームダイバージェンスが大きい値であるときは個々のイオンの進行方向にバラツキが大きい。

「ビーム平行度」と「ビームダイバージェンス」とはいずれもイオンビームの角度情報を表す量であるが、その意味は異なる。よって、あるイオンビームと別のイオンビームとがたとえ等しいビーム平行度を有するとしても、一般にそれら２つのイオンビームのビームダイバージェンスが等しいとは限らない（むしろ、それら２つのイオンビームはふつう、異なるビームダイバージェンスを有する）。

図１６は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置３００の構成を概略的に示す図である。イオン注入装置３００は、そのビームラインの上流側から、イオンソース３０２、ビーム収束部３０４、ビーム走査部３０６、ビーム平行化部３０８、及びビームダイバージェンス測定部３１０をこの記載の順に備える。よって、ビーム収束部３０４はビーム走査部３０６の上流に配設され、ビーム平行化部３０８はビーム走査部３０６の下流に配設されている。ビームダイバージェンス測定部３１０はビーム平行化部３０８の下流に配設されている。

ビーム走査部３０６は、イオンビームを走査するためのビーム走査機器であり、例えばスキャナー２０９（例えば図５（ａ）参照）であってもよい。ビーム走査部３０６は、上述の「ビーム中心軌道」に対して一方と他方にビームを偏向することにより一定の角度範囲内でイオンビームを周期的に走査するよう構成されている。ビーム走査部３０６は、入射するイオンビームの中心軸上に走査原点を有するよう設計されている。ビーム走査部３０６の走査原点は、ビーム走査部３０６の中央部に位置する。

ビーム平行化部３０８は、走査されたビームを平行にするためのビーム平行化機器であり、例えばビーム平行化機構２１１（例えば図５（ａ）参照）またはＰレンズ２２０（例えば図６参照）であってもよい。ビーム平行化部３０８は、静電式のビーム平行化機器であってもよいし、磁場式のビーム平行化機器であってもよい。

ビーム平行化部３０８は、平行化レンズとしての焦点をビーム走査部３０６の走査原点に有するよう設計されている。原理的にビーム平行化部３０８は焦点から放射されるビームを平行化するよう構成されているから、走査原点にて走査角度範囲内で偏向されビーム平行化部３０８に入射するイオンビームはすべて、ビーム平行化部３０８により平行化される。

イオン注入装置３００は、平行化されたイオンビームをウエハ（基板）に注入するよう構成されている。ビーム平行化部３０８からウエハまでの間には必要に応じて、エネルギーを変化させるための加減速機器（例えばＡＤコラム２１２）やエネルギー分析機器（例えばエネルギーフィルター２１３）などのビーム調整機器が設けられていてもよい（例えば図５（ａ）参照）。

ビーム収束部３０４は、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームの焦点位置を、少なくとも当該イオンビームの中心軸方向に制御可能なビーム収束機器である。ビーム収束部３０４は、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームに対し少なくともビーム走査方向と同じ方向に収束・発散作用を働かせるよう構成されている。ビーム収束部３０４は、ビーム走査部３０６への入射イオンビームの焦点位置が入射イオンビームの中心軸に沿って走査原点より上流側に位置するよう構成されている。なお、この焦点位置が走査原点より下流側に位置するようにビーム収束部３０４が構成されていてもよく、その場合、焦点位置は、（非走査時においてビーム走査部３０６から出射する）イオンビームの中心軸に沿って走査原点より下流側に位置する。

ビーム収束部３０４は、例えば、第１ＸＹ収束レンズ２０６（例えばＱレンズ）または第２ＸＹ収束レンズ２０８（例えばＸＹ方向アインツェルレンズ）であってもよい（例えば図５（ａ）参照）。ビーム収束部３０４がＱレンズを備える場合、このＱレンズは、シングルのＱレンズ、ダブレットのＱレンズ、またはトリプレットのＱレンズであってもよい。ビーム収束部３０４がアインツェルレンズを備える場合、このアインツェルレンズは、３枚電極構成のアインツェルレンズであってもよい。

ビーム収束部３０４は、イオンビームの焦点位置を制御可能である任意のビームライン構成要素であってもよく、したがって、引出電極２１８または質量分析磁石２０２であってもよい（例えば図５（ａ）参照）。例えば、引出電極２１８の電圧、引出電極２１８のビーム進行方向の位置、及び／または、質量分析磁石２０２の面角を調節することにより、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームの焦点位置が調整されてもよい。

よって、ビーム収束部３０４は、ビーム収束要素（例えば、Ｑレンズ、アインツェルレンズ等）、引出電極、及び質量分析磁石のうち少なくとも１つを備えてもよい。この場合、ビーム収束部３０４は、ビーム走査部３０６とは別のビームライン構成要素とみなされる。

あるいは、ビーム収束部３０４は、ビーム走査部３０６の一部として構成されていてもよい。言い換えれば、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームの焦点位置を、ビーム走査部３０６自体が調整するよう構成されていてもよい。ビーム走査部３０６は、走査のためのビーム偏向作用に複合されたビーム収束作用を提供するよう構成されていてもよい。例えば、ビーム走査部３０６は、走査電極の近傍に配設され、いわゆるゼロ電場効果を補正するための補正電極により、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームの焦点位置を調整してもよい。

ビームダイバージェンス測定部３１０は、被処理物の位置またはその近傍におけるビームダイバージェンスを測定するよう構成されている。そのため、ビームダイバージェンス測定部３１０は、イオンビームのもつ角度分布を測定するための測定器を備える。この測定器は、ビームが注入される被処理物（例えばウエハ２１４）の位置またはその近傍の測定位置でビームの角度分布を事前に測定し、注入処理中は測定位置から待避し測定を停止するか又は測定位置の近傍でビームをモニターする。

こうしたビーム角度分布の測定器は、既知の位置を有するスリットと、スリットの下流に配置されたビーム検出器と、を備えてもよい。ビーム検出器は例えば、一次元または二次元に配列されたビーム検出素子を有する。ビーム検出器により検出されたビーム受光点とスリットとの相対位置からそのビームの進行方向の角度を取得することができる。測定器は、ビーム中心軌道に垂直な面内で（例えばビーム走査方向に）移動可能であってもよく、当該面内の任意の位置で角度分布を測定してもよい。

なお、ビームダイバージェンス測定部３１０は、ビーム平行化部３０８と被処理物との間に配置され、被処理物の上流でビームダイバージェンスを測定してもよい。あるいは、ビームダイバージェンス測定部３１０は、被処理物の背後に配置され、被処理物の下流でビームダイバージェンスを測定してもよい。

イオン注入装置３００は、ビームダイバージェンス制御部３１２を備える。ビームダイバージェンス制御部３１２は、上述の制御部１１６（図２参照）又はその一部であってもよい。ビームダイバージェンス制御部３１２は、ビームダイバージェンス測定部３１０により測定されるビームダイバージェンスに基づいて、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームの焦点位置を調整するよう構成されている。例えば、ビームダイバージェンス制御部３１２は、ビームダイバージェンス測定部３１０により測定されるビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、ビーム走査部３０６への入射イオンビームの焦点位置を調整する。

ビームダイバージェンス制御部３１２は、測定された角度情報を元に、ビーム収束部３０４（及び／またはビーム走査部３０６）に指令を送る。この指令によりビーム収束部３０４（及び／またはビーム走査部３０６）のビーム収束力が制御され、ビーム焦点位置が変更され、その結果、ウエハ位置で目的のビームダイバージェンスを得ることができる。

ビームダイバージェンス制御部３１２は例えば、ウエハ位置にあるビーム角度分布測定器により、ウエハに注入する直前に測定したビーム角度分布の結果を元に、ビーム収束部３０４（及び／またはビーム走査部３０６）にフィードバックしてパラメータを設定する。

あるいは、図１７に示されるように、イオンビームの焦点位置を制御するためのパラメータは、ビーム条件（例えば、イオン種、エネルギー、ビーム電流など）の関数又はテーブル３１４を使用して設定されてもよい。この関数又はテーブル３１４は、ビーム角度分布測定器により得られたビーム角度分布の結果に基づいて予め定められており、ビームダイバージェンス制御部３１２又はこれに付随する記憶部に保持されていてもよい。

本実施の形態に係る焦点調整処理は、イオン注入の準備段階で行われてもよい。例えば、焦点調整処理は、図４に示されるビームライン設定選択ステップ（Ｓ１０）において実行されてもよいし、図１０に示されるビーム出し及び調整（Ｓ１０６）において実行されてもよい。あるいは、本実施の形態に係る焦点調整処理は、イオン注入中に行われてもよい。

図１８は、ビーム走査部３０６の走査原点Ｓを示す概略図である。ビーム走査部３０６は、周期的に変化する偏向角度で走査原点ＳにてイオンビームをＸ方向に偏向することによりイオンビームを走査するよう構成されている。図１８に示されるように、走査原点Ｓは、ビーム走査部３０６への入射ビーム軌道３１７ａの延長線とビーム走査部３０６からの出射ビーム軌道３１７ｂの延長線との交点である。上述のように、ビーム走査部３０６の走査原点Ｓは、ビーム平行化部３０８の平行化レンズとしての焦点に一致する。

ビーム走査部３０６は例えば、周期変動する電場によりＸ方向にイオンビームを周期的に往復走査させる偏向走査装置である。図１８に示されるように、ビーム走査部３０６は、ビーム進行方向に関してイオンビームの通過域を挟むようにして対向配置された一対（２枚）の走査電極３０７ａ、３０７ｂ（二極式偏向走査電極）を備える。走査原点Ｓは走査電極３０７ａ、３０７ｂ間に位置する。０．５Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の一定の周波数で正負に変動する三角波に近似する走査電圧が、２枚の走査電極３０７ａ、３０７ｂにそれぞれ逆符号で印加される。この走査電圧は、２枚の走査電極３０７ａ、３０７ｂのギャップ内において、そこを通過するビームを偏向させる変動する電場を生成する。そして、走査電圧の周期的な変動により、ギャップを通過するビームがＸ方向に走査される。

図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図２０（ａ）、図２０（ｂ）を参照してイオンビームの焦点調整とビームダイバージェンスとの関係を説明する。まず簡単のため空間電荷効果を考慮しない場合（図１９（ａ）、図１９（ｂ））を説明し、それから空間電荷効果が実在する場合（図２０（ａ）、図２０（ｂ））を説明する。これら２つの場合それぞれにおいて、ビーム走査部３０６への入射イオンビームの焦点が走査原点Ｓに位置するとき（図１９（ａ）、図２０（ａ））と、走査原点Ｓより上流に位置するとき（図１９（ｂ）、図２０（ｂ））とを比較する。

以下では説明の便宜上、ビーム走査部３０６に入射するイオンビームを「入射イオンビーム３１６」と称し、ビーム平行化部３０８から出射するイオンビームを「出射イオンビーム３１８」と称することがある。また、入射イオンビーム３１６の焦点を「ビーム焦点Ｆ」と称することがある。

図１９（ａ）に示されるように、走査原点Ｓに焦点を結んだ入射イオンビーム３１６は、全てのイオンが走査原点Ｓ（即ちビーム平行化部３０８の焦点）から出射されることになるため、ビーム平行化部３０８で全てのイオンが平行になる。よって、出射イオンビーム３１８のビームダイバージェンスは小さい値となる（理想的にはゼロである）。空間電荷効果がないと仮定した場合にはイオンどうしの反発力が生じないので、ビーム平行化部３０８からの出射イオンビーム３１８はウエハ位置３２０においても平行を維持する。

もう少し詳しく説明する。ｉ番目のイオン（以下、イオン（ｉ）という）がビーム走査部３０６に入射角度Ｘ_ｉ１’で入射し走査原点Ｓにてある角度θで偏向されるとき、ｉ番目のイオンのビーム走査部３０６からの出射角度Ｘ_ｉ２’は、
Ｘ_ｉ２’＝Ｘ_ｉ１’＋θ
と表される。

このイオン（ｉ）の「ビーム平行化部３０８への入射位置」と「走査原点Ｓ」を結ぶ直線がＺ軸（すなわち入射イオンビーム３１６の中心軸）と成す角度は、θ＋Δθ_ｉと表すことができる。この場合、イオン（ｉ）がビーム平行化部３０８により偏向される角度は、逆符号の−（θ＋Δθ_ｉ）となる。したがって、出射イオンビーム３１８におけるイオン（ｉ）の角度（つまりビーム平行化部３０８を通過したイオン（ｉ）の角度）Ｘ_ｉ３’は、
Ｘ_ｉ３’＝Ｘ_ｉ２’−（θ＋Δθ_ｉ）＝Ｘ_ｉ１’−Δθ_ｉ
となる。

図１９（ａ）に示されるようにビーム焦点Ｆが走査原点Ｓに一致する場合には、Δθ_ｉ＝Ｘ_ｉ１’であるから、出射イオンビーム３１８におけるイオン（ｉ）の角度Ｘ_ｉ３’はゼロとなる。すなわち、ビーム平行化部３０８を出たイオン（ｉ）の進行方向は、設計中心軌道（Ｚ軸）と平行になる。その他のイオンについても同様にＺ軸と平行になる。

しかし、実際には空間電荷効果が働くので、図２０（ａ）に破線の矢印で例示するように、出射イオンビーム３１８は下流に向けて輸送されるにつれて拡がっていく。そうして、出射イオンビーム３１８はウエハ位置３２０では発散ビームになってしまう。よって、出射イオンビーム３１８のビームダイバージェンスは正のある大きい値となる。比較のために図２０（ａ）では実線の矢印で、図１９（ａ）に示すように空間電荷効果を無視したときの出射イオンビーム３１８を示す。なお、ビーム角度分布の重心位置は空間電荷効果の影響を受けないので、空間電荷効果を考慮する場合（図２０（ａ））としない場合（図１９（ａ））とで「ビーム平行度」は同じである。

図１９（ｂ）には、ビーム焦点Ｆが走査原点Ｓより上流に位置する場合を示す。図１９（ａ）に例示した場合と同様に、イオン（ｉ）がビーム走査部３０６に入射角度Ｘ_ｉ１’で入射するとき、出射イオンビーム３１８におけるイオン（ｉ）の角度Ｘ_ｉ３’は、
Ｘ_ｉ３’＝Ｘ_ｉ１’−Δθ_ｉ
となる。Ｘ_ｉ１’＜Δθ_ｉであるので、Ｘ_ｉ３’＜０となる。また、イオン（ｉ）とはビーム中心軸に関し反対側にあるｋ番目のイオン（以下、イオン（ｋ）という）について同様に考察すると、Ｘ_ｋ１’＞Δθ_ｋであるので、Ｘ_ｋ３’＞０となる。

このように、ビーム焦点Ｆが走査原点Ｓより上流に位置する場合には、出射イオンビーム３１８は収束ビームとなる。よって、出射イオンビーム３１８のビームダイバージェンスは負であり、ビーム焦点Ｆが走査原点Ｓにあるときに比べて大きい値となる。空間電荷効果がないと仮定した場合には、そうした収束ビームがウエハ位置３２０に到達する。

しかし、実際には、図２０（ｂ）に破線の矢印で例示するように、出射イオンビーム３１８には空間電荷効果の発散作用が働く。したがって、この発散作用を利用して、出射イオンビーム３１８のビームダイバージェンスを補正することができる。比較のために図２０（ｂ）では実線の矢印で、図１９（ｂ）に示すように空間電荷効果を無視したときの出射イオンビーム３１８を示す。なお、ビーム角度分布の重心位置は空間電荷効果の影響を受けないので、空間電荷効果を考慮する場合（図２０（ｂ））としない場合（図１９（ｂ））とで「ビーム平行度」は同じである。

実際に働く空間電荷効果の影響を打ち消すようなΔθを得られるようにビーム焦点Ｆを走査原点Ｓから上流にずらすことで、ウエハ位置３２０でイオンビームを平行化することができる。あるいは、ビーム焦点Ｆを走査原点Ｓから上流または下流に適切に変位させることにより、イオンビームが目的のビームダイバージェンスを有するよう制御することができる（例えば、低ダイバージェンスビームを得ることができる）。

このようにして、イオン注入装置３００は、ビーム走査部３０６への入射イオンビーム３１６のビーム焦点Ｆを入射イオンビーム３１６の中心軸に沿って走査原点Ｓより上流側において調整するよう構成されている。図１９（ｂ）には、走査原点Ｓから上流側へのビーム焦点Ｆの移動量３２２、及び、ビーム収束部３０４によるビーム焦点Ｆの調整可能範囲３２４を例示する。そうした焦点調整により、イオン注入装置３００は、空間電荷効果による発散現象を、ビーム平行化部３０８からの出射イオンビーム３１８において補正し、補正されたイオンビームで注入処理を行うことができる。

見方を変えると、ビーム平行化部３０８から被処理物までイオンビームが輸送される間に作用する空間電荷効果を考慮して、ビーム平行化部３０８は、走査されたイオンビームを完全に又は不完全に平行化するよう構成されている。例えば、ビーム平行化部３０８は、被処理物の表面に入射するイオンビームが空間電荷効果の助けによって完全に平行化されるように、不完全に平行化されたイオンビームを被処理物に向けて出射する。あるいは、ビーム平行化部３０８は、被処理物の表面に入射するイオンビームが空間電荷効果の助けによって所望のビームダイバージェンスを有するように、完全に又は不完全に平行化されたイオンビームを被処理物に向けて出射する。

本実施の形態のようにビーム焦点Ｆを走査原点Ｓより上流に配置することは、高電流ビームの輸送に適する。高電流ビームは空間電荷効果が大きいからである。したがって、ある実施の形態においては、上述の第１ビームライン設定Ｓ１（図２参照）または第１注入設定構成において入射イオンビーム３１６のビーム焦点Ｆが走査原点Ｓより上流の第１焦点位置に配置されてもよい。また、上述の第２ビームライン設定Ｓ２（図２参照）または第２注入設定構成において入射イオンビーム３１６のビーム焦点Ｆが第１焦点位置と異なる第２焦点位置に配置されてもよい。第２焦点位置は走査原点Ｓであってもよい。

ある実施形態においては、イオン注入装置は、ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置が当該イオンビームの中心軸に沿って走査原点より下流側において調整されるよう構成されていてもよい。この場合、イオン注入装置の制御部は、ビームダイバージェンスを測定する測定部により測定されるビーム平行化部からの出射イオンビームのビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を当該イオンビームの中心軸に沿って走査原点より下流側において調整するよう構成されていてもよい。

１００ イオン注入装置、 １１６ 制御部、 ２００ イオン注入装置、 ２１５ イオンビーム、 ３００ イオン注入装置、 ３０４ ビーム収束部、 ３０６ ビーム走査部、 ３０８ ビーム平行化部、 ３１０ ビームダイバージェンス測定部、 ３１２ ビームダイバージェンス制御部、 ３１６ 入射イオンビーム、 ３１８ 出射イオンビーム、 Ｆ ビーム焦点、 Ｓ 走査原点、 Ｗ 被処理物。

Claims (8)

1. ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置であって、
   前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、
   前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、
   前記イオン注入装置は、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置が前記入射イオンビームの中心軸に沿って前記走査原点より上流側にあるよう構成され、
   前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置は、前記ビーム平行化部からの出射イオンビームにおける空間電荷効果による発散現象を補正するように、前記入射イオンビームの中心軸に沿って前記走査原点より上流側において調整されることを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記出射イオンビームのもつ角度分布の拡がりの大きさと前記出射イオンビームの発散／収束の状態とを表すビームダイバージェンスを測定する測定部と、
   前記測定部により測定される前記出射イオンビームのビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、前記入射イオンビームの焦点位置を調整するよう構成されている制御部と、をさらに備え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. 前記ビーム走査部の上流に配設され、前記入射イオンビームの焦点位置を前記中心軸に沿って調整するビーム収束部をさらに備え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. 前記ビーム走査部は、前記入射イオンビームの焦点位置を前記中心軸に沿って調整するよう構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
5. 前記イオン注入装置は、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、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、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、
   前記第１注入設定構成において前記入射イオンビームは第１焦点位置を有し、前記第２注入設定構成において前記入射イオンビームは前記第１焦点位置と異なる第２焦点位置を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
6. ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置であって、
   前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、
   前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、
   前記イオン注入装置は、
   前記ビーム平行化部からの出射イオンビームのもつ角度分布の拡がりの大きさと前記出射イオンビームの発散／収束の状態とを表すビームダイバージェンスを測定する測定部と、
   前記測定部により測定される前記出射イオンビームのビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を前記入射イオンビームの中心軸に沿って調整するよう構成されている制御部と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
7. ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置におけるイオン注入方法であって、
   前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、
   前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、
   前記方法は、
   前記ビーム走査部により、前記入射イオンビームを走査することと、
   前記ビーム平行化部により、走査されたイオンビームを偏向することと、
   前記入射イオンビームの焦点位置を、前記ビーム平行化部からの出射イオンビームにおける空間電荷効果による発散現象を補正するように、前記入射イオンビームの中心軸に沿って前記走査原点より上流側において調整することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
8. ビーム走査部と、前記ビーム走査部の下流に配設されているビーム平行化部と、を備えるイオン注入装置におけるイオン注入方法であって、
   前記ビーム走査部は、入射イオンビームの中心軸上で前記ビーム走査部の中央部に走査原点を有し、
   前記ビーム平行化部は、前記走査原点に平行化レンズとしての焦点を有し、
   前記方法は、
   前記ビーム走査部により、前記入射イオンビームを走査することと、
   前記ビーム平行化部により、走査されたイオンビームを偏向することと、
   前記ビーム平行化部からの出射イオンビームのもつ角度分布の拡がりの大きさと前記出射イオンビームの発散／収束の状態とを表すビームダイバージェンスを測定することと、
   測定される前記出射イオンビームのビームダイバージェンスを所望の値と比較し当該所望の値に一致させるように、前記ビーム走査部への入射イオンビームの焦点位置を前記入射イオンビームの中心軸に沿って調整することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。

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