JP2017199554A - イオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン源や引出電極などの取り付け誤差が生じたとしても、基板へのイオン照射量の均一性を担保できるようにする。【解決手段】真空容器２内で基板Ｗを保持する基板ホルダ３と、基板ホルダ３を移動方向（以下、Ｘ方向という）に沿って往復移動させる往復移動機構５と、往復移動機構５を制御する制御装置８と、基板ホルダ３に保持された基板Ｗに対してイオンビームＩＢを照射するイオンビーム照射部７と、イオンビームＩＢのＸ方向に沿ったビーム電流密度分布を測定するためのビーム測定機構１０とを備え、制御装置８が、前記ビーム電流密度分布の中心位置であるビーム中心位置を算出するとともに、基板ホルダ３の往復移動の中心位置であるストローク中心位置を前記ビーム中心位置又はその位置に基づいて定まる所定位置に設定するようにした。【選択図】図５

Description

本発明は、例えばイオンミリング装置、イオン注入装置等のように、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射することによって基板に処理を施すためのイオンビーム照射装置及びイオンビーム照射方法に関するものである。

この種のイオンビーム照射装置としては、特許文献１に示すように、長辺寸法が基板よりも大きく短辺寸法が基板よりも小さい断面長方形のイオンビームを引き出すイオン源と、基板を真空チャンバ内でイオンビームの短辺方向に往復移動させる往復移動機構とを備えたものがある。

このイオンビーム照射装置は、往復移動する基板がイオンビームの照射領域を横切るように往復移動機構を制御することで、基板表面へのイオン照射量を均一化するようにしている。

ところで、例えばイオン源を真空チャンバに取り付ける際や引出電極を組み立ててイオン源を構成する際など、イオン源や引出電極に取り付け誤差が生じてしまうことがあり、そうするとイオン源から射出されるイオンビームの進行方向がそれまでのものから変わってしまう。

このことから、特許文献１に示されるイオンビーム照射装置では、それまで基板がイオンビームの照射領域を横切っていたとしても、上述した取り付け誤差によりイオンビームの進行方向が基板の移動方向にずれてしまうと基板が照射領域を横切らなくなる可能性があり、イオン照射量の均一性を担保することができないという問題が生じる。

特表２０１０−５３９６７４号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、イオン源や引出電極などの取り付け誤差が生じたとしても、基板へのイオン照射量の均一性を担保できるようにすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係るイオンビーム照射装置は、真空容器内で基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダを移動方向（以下、Ｘ方向という）に沿って往復移動させる往復移動機構と、前記往復移動機構を制御する制御装置と、前記基板ホルダに保持された基板に対してイオンビームを照射するイオンビーム照射部と、前記イオンビームのＸ方向に沿ったビーム電流密度分布を測定するためのビーム測定機構とを備え、前記制御装置が、前記ビーム電流密度分布の中心位置であるビーム中心位置を算出するとともに、前記基板ホルダの往復移動の中心位置であるストローク中心位置を前記ビーム中心位置又はその位置に基づいて定まる所定位置に設定することを特徴とする。

このように構成されたイオンビーム照射装置であれば、基板ホルダのストローク中心位置をビーム中心位置又はその位置に基づいて定まる所定位置に設定するので、イオン源や引出電極などの取り付け誤差によりイオンビームの進行方向がＸ方向にずれたとしても、基板ホルダの往復移動とビーム中心位置との相対関係はＸ方向において変わらず、基板へのイオン照射量の均一性を担保することができる。

イオン源や引出電極などの取り付け誤差により基板に対するイオンビームの照射角度が変わったり、引出電極の熱歪みなどによりイオンビームが集束又は発散したりすると、基板に照射されるイオンビームの照射面積が変わってしまう。これにより、それまでイオンビームの照射領域を横切っていた基板が照射領域を横切らなくなったり、或いは、それまで照射領域内を往復移動していた基板が照射領域からはみ出してしまったりして、イオン照射量の均一性が低下してしまうことが懸念される。
このような問題を好適に解決するためには、前記制御装置が、前記基板ホルダに保持された状態でＸ方向に沿って往復移動する前記基板のストローク量を、前記ビーム電流密度分布に基づいて設定することが望ましい。

前記ビーム測定機構が、Ｘ方向及び前記イオンビーム照射部から射出されるイオンビームの設計上の進行方向（以下、Ｚ方向という）と直交する方向（以下、Ｙ方向という）に沿ったビーム電流密度分布を測定可能に構成されていることが望ましい。
このような構成であれば、イオンビームがＹ方向に大きくずれていた場合にそのことを知ることができ、必要に応じて基板加工を停止してメンテナンスを行い、イオンビームのＹ方向のずれなどを調整することができる。

上述したように、イオンビームの集束又は発散により基板に対するイオンビームの照射角度がそれまでのものと変わってしまうことがあり、そうすると例えばチルト角が変わって基板処理の精度に影響を及ぼす可能性がある。
このような問題を好適に解決するためには、前記制御装置が、Ｚ方向と直交する平面に対して前記イオンビームが照射されるＸ方向の照射角度及びＹ方向の照射角度を、それぞれＸ方向に沿ったビーム電流密度分布及びＹ方向に沿ったビーム電流密度分布に基づいて算出することが望ましい。

イオンビームを適切な照射角度に調整できるようにするためには、イオンビーム照射装置が、Ｘ方向及びＹ方向の照射角度を調整するための照射角度調整手段をさらに具備することが望ましい。

前記照射角度調整手段の具体的な実施態様としては、前記基板ホルダを、Ｘ方向と平行な軸周りに回動させて前記基板が受け渡される受け渡し姿勢と前記基板に前記イオンビームが照射される加工姿勢との間で移動させる第１回動機構と、前記第１回動機構に支持されるとともに、Ｙ方向と平行な軸周りに前記基板ホルダを回動させる第２回動機構とを有している構成が挙げられる。

また、本発明に係るイオンビーム照射方法は、真空容器内で基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダを移動方向（Ｘ方向）に沿って往復移動させる往復移動機構と、前記基板ホルダに保持された基板に対してイオンビームを照射するイオンビーム照射部と、前記イオンビームのＸ方向に沿ったビーム電流密度分布を測定するためのビーム測定機構とを備えるイオンビーム照射装置を用いたイオンビーム照射方法であり、前記ビーム電流密度分布の中心位置であるビーム中心位置を算出し、前記基板ホルダの往復移動の中心位置であるストローク中心位置を前記ビーム中心位置又はその位置に基づいて定まる所定位置に設定することを特徴とする。
このようなイオンビーム照射方法であれば、上述したイオンビーム照射装置と同様の作用効果を得ることができる。

このように構成された本発明によれば、イオン源や引出電極などの取り付け誤差によりイオンビームの進行方向や照射角度が変わったとしても、基板へのイオン照射量の均一性を担保することができる。

本実施形態のイオンビーム照射装置の構成を模式的に示す断面図。 同実施形態のＸＹ平面におけるイオンビームと基板との関係を示す模式図。 同実施形態のビーム測定機構の構成を示す模式図。 同実施形態のビーム測定機構により測定されるプロファイルの例を示す図。 同実施形態におけるストローク中心位置及びストローク量の設定を説明するための図。 同実施形態の照射角度測定手段の構成を示す模式図。 同実施形態の照射角度測定手段を用いてＸ方向照射角度を算出する方法を説明するための図。 同実施形態の照射角度測定手段を用いてＸ方向照射角度を算出する方法を説明するための図。 その他の実施形態におけるビーム測定機構の構成を示す模式図。 その他の実施形態におけるビーム測定機構の構成を示す模式図。 その他の実施形態における照射角度測定手段の構成を示す模式図。 その他の実施形態における照射角度測定手段を用いてＸ方向照射角度を算出する方法を説明するための図。 その他の実施形態における照射角度測定手段の構成を示す模式図。 その他の実施形態におけるストローク中心位置及びストローク量の設定を説明するための図。

以下に、本発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、方向の理解を容易にするために、各図中において、１点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を図示している。例えば、Ｘ方向及びＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は鉛直方向である。イオンビームは、この例ではＺ方向に進行する。

＜装置構成＞
本実施形態のイオンビーム照射装置１００は、図１に示すように、真空雰囲気中で基板ＷにイオンビームＩＢを照射して処理する装置である。この基板Ｗは、例えばシリコンウェーハ等の半導体基板、半導体基板の表面に磁性体膜等の膜が形成された基板等であるが、これに限られるものではない。また、基板Ｗの形状は、例えば円形（円周の一部分にオリエンテーションフラットやノッチを有するものもこれに含むものとする）であるが、これに限られるものではない。

具体的にイオンビーム照射装置１００は、図示しない真空排気装置によって真空に排気される真空容器２と、この真空容器２内で基板Ｗを保持する基板ホルダ３と、この基板ホルダ３を回転させる回転機構４と、基板ホルダ３及び回転機構４を往復移動させる往復移動機構５と、基板ホルダ３を基板Ｗが受け渡される受け渡し姿勢と基板ＷにイオンビームＩＢが照射される加工姿勢との間で回動させる第１回動機構６と、基板ＷにイオンビームＩＢを照射するイオンビーム照射部７と、回転機構４、往復移動機構５及び第１回動機構６を制御する制御装置８とを備えている。

基板ホルダ３は、例えば静電チャックを備えるものであり、真空容器２内において回転機構４により回転可能に設けられるとともに、往復移動機構５によりＸ方向に往復移動可能に設けられている。また、本実施形態の基板ホルダ３は、イオンビームＩＢに対する基板Ｗのチルト角（傾き角）φを変更するチルト機構９（以下、第２回動機構９ともいう）により傾斜可能に設けられている。この第２回動機構９は、基板ホルダ３をＹ方向と平行な軸周りに回動させるものである。

回転機構４は、基板ホルダ３をＺ方向と平行な軸周りに回転させることにより、基板ホルダ３に保持された基板Ｗをその中心部Ｗａの周りに回転させるものである。この回転機構４は、基板Ｗの中心部Ｗａの周りに時計回り又は反時計回りに連続回転させるものである。図１には、回転方向Ｃの一例を示しているが、これと逆方向であっても良い。

往復移動機構５は、基板ホルダ３、回転機構４及び第２回動機構９を所定の移動方向Ｄ（図１等においてＸ方向）に沿って機械的に往復移動させることにより、基板ホルダ３に保持された基板Ｗを移動方向Ｄに沿って往復移動させるものである。この往復移動機構５による基板Ｗの往路及び復路は直線移動であり、また、往路及び復路は互いに重複するように構成されている。なお、往復移動機構５は、真空容器２外に設けられたアクチュエータ５１と、基板ホルダ３及び回転機構４等に連結されるとともに前記アクチュエータ５１により駆動される駆動軸５２とを備えている。アクチュエータ５１は、この例では真空容器２外に設けているが、これに限られるものではない。

第１回動機構６は、真空容器２外に配置されており、基板ホルダ３、回転機構４、往復移動機構５及び第２回動機構９をＸ軸に平行な軸周りに回転させるものである。この第１回動機構６は、基板ホルダ３を図示しない搬送ロボットにより搬送された基板Ｗが受け渡されるときの受け渡し姿勢と、基板ＷにイオンビームＩＢが照射されるときの加工姿勢との間で移動させるものである。受け渡し姿勢は、基板ホルダ３の基板載置面が水平な姿勢（すなわち、ＸＺ平面と平行な姿勢）であり、加工姿勢は、基板載置面がイオンビームＩＢの進行方向に垂直な姿勢（すなわち、ＸＹ平面と平行な姿勢）である。
なお、第１回動機構６は、真空容器２内に配置されていても構わない。この場合、第１回動機構６は、往復移動機構５を回動させることなく、往復移動機構５に支持されている基板ホルダ３を回動させるように構成されていても良い。

イオンビーム照射部７は、基板ホルダ３に保持された基板Ｗに対してイオンビームＩＢを照射するものである。このイオンビーム照射部７は、断面が長方形状をなすイオンビームＩＢを照射するものであり、イオン源７０を用いて構成されている。このイオン源７０は、プラズマ７３を生成するプラズマ生成部７１と、プラズマ７３から電界の作用でイオンビームＩＢを引き出す引出電極系７２とを有している。イオン源７０は、その引出電極系７２と共に、真空容器２の内部に配置しても良いし、真空容器２の外部に配置しても良い。

本実施形態では、イオン源７０からのイオンビームＩＢの引き出し方向は、重力方向Ｇと交差する方向（例えば、図１に示す例のように実質的に直交する方向、または斜めの方向）にするのが好ましい。具体的には、イオン源７０のビーム引き出し口Ｈと基板Ｗとが水平方向において互いに対向している。このようにすると、イオン源７０の真下に基板Ｗを配置せずに済み、イオン源７０内部の堆積物の剥離片等の異物（ゴミ）がイオン源７０から落下しても基板Ｗに混入しにくくなる。その結果、異物混入による基板Ｗの処理不良の発生を抑制することができる。

なお、イオン源７０は、（ａ）多極磁界（カスプ磁界）を用いてプラズマ７３の閉じ込め等を行う、いわゆるバケット型イオン源（多極磁界型イオン源とも呼ばれる）でも良いし、（ｂ）高周波放電によってプラズマ７３を生成する高周波イオン源でも良いし、（ｃ）陰極と反射電極とを対向させ、かつ両者を結ぶ軸に沿う方向に磁界を印加してプラズマ７３を生成する、いわゆるバーナス型イオン源でも良い。また、引出電極系７２を構成する電極の数は、特定のものに限定されない。また、引出電極系７２を構成する電極には、必要に応じて冷却パイプを設けても良いし、設けなくても良い。

このイオン源７０により基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢは、図２に示すように、その長手方向が移動方向Ｄ（Ｘ方向）と直交するように基板Ｗに向かって照射される。この断面長方形状のイオンビームＩＢは、イオン源７０の長方形状をなすビーム引き出し口Ｈ（引出電極系７２のビーム引き出し領域）から射出されることにより形成される。

制御装置８は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ等を備えた汎用乃至専用のコンピュータであり、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協働することにより、往復移動機構５を制御して、基板ホルダ３に保持された基板Ｗ全体がイオンビームＩＢの照射領域を横切るように基板ホルダ３を往復移動させる。具体的な制御内容については後述する。なお、制御装置８は、回転機構４を制御して基板Ｗを適宜回転させる機能や、第２回動機構９（チルト機構）を制御して基板Ｗのチルト角φを制御する機能も有する。

ここで、本実施形態のイオンビーム照射装置１００は、図１に示すように、イオンビームＩＢのビーム電流密度分布を測定するためのビーム測定機構１０をさらに備えている。

このビーム測定機構１０は、図３に示すように、ファラデーカップ１１を利用したものであり、ここでは複数のファラデーカップ１１と、これらのファラデーカップ１１を一体的に支持するとともに所定方向に駆動させる駆動機構１２とを備えている。
駆動機構１２は、例えばボールねじ等のリニアスライドであり、本実施形態では制御装置８に制御されて、Ｙ方向に敷設された多数のファラデーカップ１１をＸ方向に駆動させるものである。

本実施形態のビーム測定機構１０は、往復移動機構５などとの干渉を確実に避けるべく、真空容器２内におけるイオンビームＩＢの下流側端部、すなわち真空容器２においてイオンビーム照射部７と対向する壁面の近傍に設けてある。なお、ビーム測定機構１０は、基板ＷにイオンビームＩＢが照射される位置でのビーム電流密度分布を測定すべく、イオンビームＩＢが照射される基板Ｗとファラデーカップ１１の敷設面とがＺ方向において一致するように配置されていても良い。

そして、前記制御装置８は、イオンビームＩＢのＸ方向に沿ったビーム電流密度分布（以下、Ｘ方向ビーム電流密度分布という）に基づいて、その中心位置であるビーム中心位置（以下、Ｘ方向ビーム中心位置という）を算出し、基板ホルダ３の往復移動の中心位置（以下、ストローク中心位置という）をＸ方向ビーム中心位置に設定する。

具体的に制御装置８は、まず駆動機構１２を制御して敷設されたファラデーカップ１１をＸ方向に駆動させ、そのときの各ファラデーカップ１１により測定された電流値に基づいて、Ｘ方向ビーム電流密度分布を求める。
Ｘ方向ビーム電流密度分布として現れる形状（ビームプロファイル）は、１つのピークを有するほぼ左右対照的な山形形状（図４上段）や、２つのピークを有するほぼ左右対照的な山形形状（図４中段）や、スパイク状（パルス状）のノイズが重畳された山形形状（図４下段）などが挙げられる。なお、図４中段や図４下段に示されるように２つのピークが現れる理由は、引出電極系７２を構成する引出電極に冷却パイプを設けたことにより、この部分からはイオンビームＩＢを引き出すことができないからである。

次に、制御装置８は、Ｘ方向ビーム電流密度分布から所定の演算式に基づいてＸ方向ビーム中心位置を算出する。具体的な算出方法は、上述したそれぞれのビームプロファイルに対応して定められており、Ｘ方向ビーム電流密度分布におけるビーム電流密度が最大となる位置や（図４上段）、Ｘ方向ビーム電流密度分布における２つのピークの中間位置や（図４中段）、Ｘ方向ビーム電流密度分布における左右の積分値（面積）が等しくなる位置（図４下段）をＸ方向ビーム中心位置として算出する方法などが挙げられる。
なお、何れの方法を用いるかは、ユーザがビームプロファイルを確認して制御装置８に入力しても良いし、制御装置８がビームプロファイルに基づいて自動的に適宜選択するようにしても良い。

ここではＸ方向ビーム中心位置の基準点（原点）は、設計上のイオンビームＩＢをＺ方向においてファラデーカップ１１が配置されている位置で切断した断面の中心としている。

このようにＸ方向ビーム中心位置を算出した結果、例えば図５に示すように、Ｘ方向ビーム中心位置が原点よりもＸ方向に１００ｍｍずれた位置にある場合、制御装置８はストローク中心位置を原点よりもＸ方向に１００ｍｍずれた位置に設定する。つまり、制御装置８は、ストローク中心位置がＸ方向ビーム中心位置と一致するように、上述した往復移動機構５を制御する。
なお、図５に示されるビームプロファイルは、図４上段に示されるビームプロファイルが位置ずれした場合を例示したものであるが、図４中段や図４下段に示されるビームプロファイルが位置ずれした場合も、制御装置８は同様の制御を行なう。

また、本実施形態の制御装置８は、基板ホルダ３に保持された状態でＸ方向に沿って往復移動する基板Ｗのストローク量を、Ｘ方向ビーム電流密度分布に基づいて設定する。なお、ここでのストローク量は、図５に示すように、基板ホルダ３とともに往復移動する基板Ｗが一端側に位置する場合の基板Ｗの中心と、他端側に位置する場合の基板Ｗの中心との間の距離としているが、ストローク量の定義は適宜変更して構わない。

ストローク量の算出方法を具体的に説明すると、まず制御装置８は、上述したＸ方向ビーム電流密度分布に基づいて図２に示される照射領域のＸ方向の幅（以下、有効ビーム幅という）を算出する。ここでいう照射領域とは、ビーム電流密度が所定値以上であり基板加工に利用される領域であり、逆に照射領域の外側は、ビーム電流密度が所定値よりも小さく基板加工に利用されない領域である。本実施形態では、図５に示すように、例えばビーム電流密度がピークに対して半分の大きさとなる幅（半値幅）を有効ビーム幅としている。

そして、制御装置８は、往復移動する基板Ｗの全体が少なくとも算出された有効ビーム幅を横切るように、ストローク量を設定する。
具体的には、算出された有効ビーム幅と基準値とを比較して、有効ビーム幅が基準値よりも大きい場合は、基板Ｗが算出された有効ビーム幅を横切るように、往復移動機構５を制御してストローク量を調整する。一方、有効ビーム幅が基準値と一致する場合或いは基準値よりも小さい場合は、そのときのストローク量で基板Ｗが有効ビーム幅を横切ると判断して、制御装置８はそのときのストローク量を維持する。
なお、基準値は、それ以前に算出された有効ビーム幅や設計上のイオンビームＩＢの有効ビーム幅などである。

ところで、本実施形態では、図３に示すように、多数のファラデーカップ１１がＹ方向に敷設されているところ、制御装置８は、これらのファラデーカップ１１により測定された電流値に基づき、イオンビームＩＢのＹ方向に沿ったビーム電流密度分布（以下、Ｙ方向ビーム電流密度分布という）を算出することができる。

このことから、制御装置８は、Ｘ方向ビーム電流密度分布と同様に、Ｙ方向ビーム電流密度分布の中心位置や有効ビーム幅を算出して、例えば前記中心位置と原点との距離が閾値以上になった場合や、有効ビーム幅が所定範囲を超えている場合に、装置の異常を知らせる異常信号を出力するように構成されている。具体的に制御装置８は、アラームを鳴らすための信号や、警告灯をともすための信号などを出力して、例えばＹ方向におけるストローク中心位置などの調整を促す。これにより、制御装置８にインターロック機能を備えさせることができる。

さらに、制御装置８は、Ｘ方向ビーム電流密度分布及びＹ方向ビーム電流密度分布に基づいて、ＸＹ平面に対してイオンビームＩＢが照射されるＸ方向の照射角度（以下、Ｘ方向照射角度という）及びＹ方向の照射角度（以下、Ｙ方向照射角度という）を算出するように構成されている。

本実施形態の制御装置８は、図６に示すように、Ｘ方向照射角度及びＹ方向照射角度を測定するための照射角度測定手段２０を制御して各方向の照射角度を算出する。

照射角度測定手段２０は、ファラデーカップ１１に照射されるイオンビームＩＢを遮蔽する複数のマスク部材２１ａ、ｂと、これらのマスク部材２１ａ、ｂをＸ方向やＹ方向に沿って駆動する図示しないマスク駆動機構とを有している。
なお、マスク部材２１ａ、ｂの形状は特に限定されるものではないが、ここでは矩形平板状のものである。

以下、Ｙ方向照射角度の算出方法について図７及び図８を参照しながら説明する。
なお、ここでは算出を簡素化すべく、図７に示すように、引出電極系７２を構成する各引出電極の電極孔を通って引き出されたビームレットの点光源が、真空容器２におけるイオンビーム照射部７が設けられている壁面にあるものとする。

まず、制御装置８は、図示しないマスク駆動機構を制御して、少なくとも１つのファラデーカップ１１を横切るように第１のマスク部材２１ａをＹ方向に沿ってＹ１からＹ０まで移動させる。このとき制御装置８は、図８に示すように、前記１つのファラデーカップ１１により測定されるビーム電流密度の変化量Ｊをモニタする。

ここで、ビームレットのビーム電流密度分布は、理想的にはおおよそガウス分布になるので、イオンビームＩＢがＹ方向の角度成分を有していなければ、Ｙ１からＹ０に向かう間に第１のマスク部材２１ａの先端がファラデーカップ１１の中心に達した位置Ｙｃにおいて、ビーム電流密度の変化量Ｊが最大になるはずである。

このことから、上述した変化量Ｊのモニタにより、図７及び図８に示すように、実際に変化量Ｊが最大になる位置と、理想的に変化量Ｊが最大になるはずの位置Ｙｃとの距離Ａ２を検出することで、Ｙ方向照射角度は、θｙ＝ａｔａｎ（Ａ２／Ａ１）として算出される。
なお、Ａ１は、ビームレットの点光源からファラデーカップ１１までのＺ方向に沿った距離である。

Ｘ方向照射角度も同様の算出方法で求めることができる。
ここでは、図６に示すように、複数のファラデーカップ１１を覆う第２のマスク２１ｂをＸ方向に移動させる。
この場合、例えば複数のファラデーカップ１１により測定されるビーム電流密度の平均値の変化量をモニタして、その変化量が最大になる第２のマスク部材２１ｂの位置に基づきＸ方向照射角度を算出することができる。
なお、それぞれのファラデーカップ１１により測定されるビーム電流密度の変化量をモニタして、これらの変化量から算出されるそれぞれのＸ方向の角度成分を平均してＸ方向照射角度としても良い。

このようにＸ方向照射角度及びＹ方向照射角度を算出したあと、制御装置８は、図１に示すように、イオンビームＩＢの照射角度を調整するための照射角度調整手段３０を制御して、イオンビームＩＢのＸＹ平面に対する照射角度を調整する。

この照射角度調整手段３０は、機械的にＸ方向照射角度及びＹ方向照射角度を調整可能にするものであり、イオンビームＩＢの進行方向（Ｚ方向）に対してＸ方向及びＹ方向に基板Ｗを傾けるものである。

具体的に照射角度調整手段３０は、上述した第１回動機構６と第２回動機構９とから構成されており、制御装置８は、Ｙ方向照射角度に基づいて第１回動機構６を制御し、Ｘ方向照射角度に基づいて第２回動機構９を制御する。
具体的には、Ｙ方向照射角度及びＸ方向照射角度それぞれが予め設定された目標角度となるように、第１回動機構６及び第２回動機構９を制御する。

＜本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態に係るイオンビーム照射装置１００によれば、制御装置８が基板ホルダ３のストローク中心位置をＸ方向ビーム中心位置に一致させているので、イオン源７０や引出電極系７２などの取り付け誤差によりイオンビームＩＢの進行方向がＸ方向にずれたとしても、基板ホルダ３の往復移動とＸ方向ビーム中心位置との相対関係はＸ方向において変わらず、基板Ｗへのイオン照射量の均一性を担保することができる。

また、制御装置８が、Ｘ方向ビーム電流密度分布に基づいて基板ＷがイオンビームＩＢの有効ビーム幅を横切るようにストローク量を設定しているので、上述の取り付け誤差によりイオンビームＩＢが集束又は発散したとしても、イオン照射量の均一性を担保することができる。

さらに、制御装置８がＹ方向ビーム電流密度分布の中心位置や有効ビーム幅を算出して、これらの中心位置や有効ビーム幅に基づいて装置の異常を知らせる異常信号を出力するので、ユーザは、イオンビームＩＢがＹ方向に大きくずれていた場合にそのことを知ることができ、必要に応じて基板加工を停止してメンテナンスを行い、イオンビームＩＢのＹ方向のずれなどを調整することができる。

そのうえ、制御装置８がＸ方向ビーム電流密度分布及びＹ方向ビーム電流密度分布に基づいて、Ｘ方向照射角度及びＹ方向照射角度を算出して、これらの照射角度に基づき照射角度調整手段３０を制御するので、イオンビームＩＢの集束又は発散により基板Ｗに対してイオンビームＩＢが照射される照射角度が変わったとしても、基板処理の精度を担保することができる。

さらに加えて、照射角度調整手段３０が、第１回動機構６及び第２回動機構９から構成されているので、Ｘ方向照射角度やＹ方向照射角度を調整するための専用の機構を必要とせず、既存の機構を利用してＸ方向照射角度やＹ方向照射角度を調整することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、ストローク中心位置をＸ方向ビーム中心位置に一致させていたが、必ずしもＸ方向中心位置に一致させる必要はなく、ストローク中心位置をＸ方向ビーム中心位置に基づいて定められた所定位置に一致させても良い。
もちろん、所定位置は、Ｘ方向ビーム中心位置とＹ方向ビーム中心位置との両方の位置に基づいて定められても良い。

また、前記実施形態のビーム測定機構は、Ｙ方向に敷設された複数のファラデーカップをＸ方向に駆動させる構成であったが、図９上段に示すように、Ｘ方向に敷設された複数のファラデーカップ１１をＹ方向に駆動させる構成であっても良いし、図９下段に示すように、１又は複数のファラデーカップ１１をＸ方向及びＹ方向にそれぞれリニアスライド等を利用して駆動させる構成であっても良い。
さらに、ビーム測定機構１０は、図１０上段に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に沿って平面状に複数のファラデーカップ１１を敷設したものであっても良い。この場合、ファラデーカップ１１を駆動させる機構を不要にすることができる。一方で、敷設されたファラデーカップ１１を固定させておく場合、基板ホルダ３などの駆動が妨害されないようにすべく、ファラデーカップ１１の配置は、各構成よりもイオンビームＩＢの進行方向下流側にする必要がある。
加えて、前記実施形態のように複数のファラデーカップを１列に敷設した場合、ファラデーカップ間ではビーム電流密度を測定することができないため、図１０下段に示すように、Ｙ方向に沿って複数列に且つ千鳥状にファラデーカップ１１を配置しても良い。

また、照射角度測定手段２０のマスク部材２１ａ、ｂとしては、図１１に示すように、１又は複数の例えばピンホールなどの穴ｈが形成されたものであっても良い。
この場合、Ｘ方向照射角度及びＹ方向照射角度の算出方法におけるＡ１の定義が前記実施形態とは異なり、その他の考え方は前記実施形態と同様である。具体的にこの場合のＡ１は、図１２に示すように、マスク部材２１ａ（又は２１ｂ）からファラデーカップ１１までのＺ方向の距離とすれば良い。そして、ビーム電流密度の変化量が実際に最大になる位置と、理想的に最大になるはずの位置との距離Ａ２を検出することで、Ｙ方向照射角度は、θｙ＝ａｔａｎ（Ａ２／Ａ１）として算出することができる。
なお、上述した構成において、穴ｈ数は限定されないが、互いに隣り合う穴ｈ間の距離は、これらの穴ｈを通過したイオンビームが１つの同じファラデーカップ１１に入射しない程度の距離にしておくことが望ましい。

さらに、照射角度測定手段２０のマスク部材２１としては、図１３に示すように、１又は複数のスリットｓが形成されたものであっても良い。
具体的にこのマスク部材２１は、例えば２本のスリットｓがそれぞれＸ方向及びＹ方向に沿って形成されている。Ｘ方向に沿ったスリットｓは、ファラデーカップ１１のＸ方向に沿った長さよりも長く形成されており、Ｙ方向に沿ったスリットｓは、Ｙ方向に沿って複数のファラデーカップ１１を跨ぐように形成されている。

このように構成されたマスク部材２１を用いる場合、Ｘ方向照射角度の測定時はマスク部材２１を固定して、ファラデーカップ１１をＸ方向に沿って所定範囲内を移動させる。このとき、Ｙ方向に沿って形成されたスリットｓを通過してファラデーカップ１１に入射するイオンビームＩＢのビーム電流密度分布を測定する。そして、その中心位置を検出することで、Ｘ方向照射角度を算出することができる。この場合のＡ１は、マスク部材２１にピンホール等の穴ｈを形成した場合と同様であり、マスク部材２１からファラデーカップ１１までのＺ方向の距離とすれば良い。
なお、マスク部材２１をＸ方向に沿って所定範囲内を移動させて、ファラデーカップ１１を固定しても良い。

一方、Ｙ方向照射角度の測定時は、マスク部材２１及びファラデーカップ１１の両方を固定させておき、Ｘ方向に沿って形成されたスリットｓを通過した１つのファラデーカップ１１に入射するイオンビームＩＢのビーム電流密度分布を測定する。そして、その中心位置を検出することで、Ｙ方向照射角度を算出することができる。この場合のＡ１は、マスク部材２１にピンホール等の穴ｈを形成した場合と同様であり、マスク部材２１からファラデーカップ１１までのＺ方向の距離とすれば良い。

加えて、制御装置は、Ｘ方向ビーム電流密度分布及びＹ方向ビーム電流密度分布に基づいて、照射角度測定手段を用いることなく、Ｘ方向照射角度及びＹ方向照射角度を算出するように構成されていても良い。
具体的に説明すると、制御装置は、まずＸ方向ビーム電流密度分布及びＹ方向ビーム電流密度分布に基づいて、Ｘ方向ビーム中心位置及びＹ方向ビーム中心位置を算出する。
次に、制御装置は、ファラデーカップによってビームプロファイルを測定するビームプロファイル測定領域の中心位置を算出する。このビームプロファイル測定領域は、複数のファラデーカップを移動させる場合は、複数のファラデーカップが移動する全領域がビームプロファイル測定領域であり、ファラデーカップをＸ方向及びＹ方向に敷設させて固定させておく場合は、これらのファラデーカップが敷設された全領域がビームプロファイル測定領域である。
そして、ビームレットの点光源をプラズマチャンバの端面に設定することで、Ｘ方向ビーム中心位置とビームプロファイル測定領域の中心位置との距離からＸ方向照射角度を算出することができ、Ｙ方向ビーム中心位置とビームプロファイル測定領域の中心位置との距離からＹ方向照射角度を算出することができる。

また、照射角度調整手段としては、前記実施形態のように第１回動機構及び第２回動機構を利用したものに限られず、例えばイオン源や引出電極系を回動させる機構を利用したものであっても良い。ただし、この場合は、装置全体が大型化及び複雑化するので、費用やメンテナンス性の観点からは前記実施形態の構成の方が好ましい。

さらに、照射角度調整手段は、Ｘ方向照射角度及びＹ方向照射角度を光学的に調整するものであっても良い。かかる照射角度調整手段としては、磁場及び電場を利用したものが考えられる。具体的には、例えばイオンビームを挟む一対の磁極や電極をＸ方向やＹ方向に沿って複数並べた均一化レンズなどを用いてイオンビームの局所的な偏向を調整するものや、コイルを用いて発生させた磁場によりビーム全体の角度を調整する構成などが挙げられる。
なお、光学的にＸ方向照射角度及びＹ方向照射角度の両方を調整しようとした場合、費用が高くなる、ビームラインが長くなる、ビーム電流密度分布やプラズマ分布に影響を及ぼすなどの問題が生じ得る。
そこで、光学的な構成を利用する場合は、例えば制御装置がＹ方向照射角度を調整するために第１回動機構を制御する機能を備えておらず、Ｘ方向照射角度を調整するために第２回動機構を制御する機能のみを備える場合、Ｙ方向照射角度のみを光学的に調整する態様が考えられる。

そのうえ、イオンビーム照射装置は、イオンビームの照射領域内をはみ出さないように基板を往復移動させる構成であっても良い。
このような構成であれば、基板の往復移動中に該基板にイオンビームを照射し続けることができるので、スループットを向上させることができる。
一方、上述した構成の場合、前記実施形態の構成に比べて、イオンビームのＸ方向（基板の移動方向）に沿ったサイズを大きくしなければならないので、その分引出電極が大きくなる。これにより、引出電極の歪みなどによってイオンビームの進行方向が変わってしまうという問題がより顕著に生じ得る。

そこでかかる問題を好適に解決すべく、制御装置は、前記実施形態と同様に、ストローク中心位置及びストローク量をＸ方向ビーム電流密度分布に基づいて制御することが好ましい。
より具体的に制御装置は、図１４に示すように、Ｘ方向電流密度分布に基づいてＸ方向ビーム中心位置を算出し、ストローク中心位置をＸ方向ビーム中心位置に設定する。また、この制御装置は、照射領域のＸ方向の幅、すなわち有効ビーム幅（ここでは半値幅）を算出するとともに、基板が有効ビーム幅内で往復移動するように、つまり往復移動する基板が有効ビーム幅をはみ出さないように、ストローク量を設定する。
このような構成であれば、引出電極の歪みなどによってイオンビームの進行方向がＸ方向にずれたとしても、基板へのイオン照射量の均一性を担保することができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・イオンビーム照射装置
Ｗ ・・・基板
２ ・・・真空容器
３ ・・・基板ホルダ
４ ・・・回転機構
５ ・・・往復移動機構
６ ・・・第１回動機構
７ ・・・イオンビーム照射部
８ ・・・制御装置
９ ・・・第２回動機構
１０ ・・・ビーム測定機構
２０ ・・・照射角度測定手段

Claims (7)

1. 真空容器内で基板を保持する基板ホルダと、
   前記基板ホルダを移動方向（以下、Ｘ方向という）に沿って往復移動させる往復移動機構と、
   前記往復移動機構を制御する制御装置と、
   前記基板ホルダに保持された基板に対してイオンビームを照射するイオンビーム照射部と、
   前記イオンビームのＸ方向に沿ったビーム電流密度分布を測定するためのビーム測定機構とを備え、
   前記制御装置が、前記ビーム電流密度分布の中心位置であるビーム中心位置を算出するとともに、前記基板ホルダの往復移動の中心位置であるストローク中心位置を前記ビーム中心位置又はその位置に基づいて定まる所定位置に設定するイオンビーム照射装置。
2. 前記制御装置が、前記基板ホルダに保持された状態でＸ方向に沿って往復移動する前記基板のストローク量を、前記ビーム電流密度分布に基づいて設定する請求項１記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記ビーム測定機構が、Ｘ方向及び前記イオンビーム照射部から射出されるイオンビームの設計上の進行方向（以下、Ｚ方向という）と直交する方向（以下、Ｙ方向という）に沿ったビーム電流密度分布を測定可能に構成されている請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記制御装置が、Ｚ方向と直交する平面に対して前記イオンビームが照射されるＸ方向の照射角度及びＹ方向の照射角度を、それぞれＸ方向に沿ったビーム電流密度分布及びＹ方向に沿ったビーム電流密度分布に基づいて算出する請求項３記載のイオンビーム照射装置。
5. Ｘ方向及びＹ方向の照射角度を調整するための照射角度調整手段をさらに具備する請求項４記載のイオンビーム照射装置。
6. 前記照射角度調整手段が、
   前記基板ホルダを、Ｘ方向と平行な軸周りに回動させて前記基板が受け渡される受け渡し姿勢と前記基板に前記イオンビームが照射される加工姿勢との間で移動させる第１回動機構と、
   前記第１回動機構に支持されるとともに、Ｙ方向と平行な軸周りに前記基板ホルダを回動させる第２回動機構とを有している請求項５記載のイオンビーム照射装置。
7. 真空容器内で基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダを移動方向（以下、Ｘ方向という）に沿って往復移動させる往復移動機構と、前記基板ホルダに保持された基板に対してイオンビームを照射するイオンビーム照射部と、前記イオンビームのＸ方向に沿ったビーム電流密度分布を測定するためのビーム測定機構とを備えるイオンビーム照射装置を用いたイオンビーム照射方法であり、
   前記ビーム電流密度分布の中心位置であるビーム中心位置を算出し、前記基板ホルダの往復移動の中心位置であるストローク中心位置を前記ビーム中心位置又はその位置に基づいて定まる所定位置に設定するイオンビーム照射方法。