JP4093235B2

JP4093235B2 - イオン注入装置用の角度計測装置および関連装置

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Publication number: JP4093235B2
Application number: JP2005009078A
Authority: JP
Inventors: 貴敏山下
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: KR100721734B1; US20060192142A1; KR20060083878A; US7358509B2; JP2006196400A; GB0600003D0; GB2425175A

Description

この発明は、イオン注入装置に用いられる装置であって、基板を保持するホルダとイオンビームとの間の角度や基板へのイオンビームの実際の注入角度等を計測する角度計測装置、当該角度計測装置を備えるイオン注入装置およびイオンビームの広がりを計測するビーム広がり計測装置に関する。

従来のイオン注入装置においては、例えば特許文献１に記載されているような、基板を保持するホルダの上流側に設けられていて昇降可能なフロントファラデーユニット（多点ファラデーカップ）と、当該ホルダの下流側に設けられたバックファラデーユニット（多点ファラデーカップ）とを用いて、イオンビームの進行方向の角度を計測していた。フロントファラデーユニットを昇降させるのは、それによる計測時以外に、即ち基板へのイオン注入時やバックファラデーによる計測時に、当該フロントファラデーユニットが邪魔にならないようにするためである。

一方、ホルダの角度は、当該ホルダに連結されたエンコーダによって計測していた。

特開２００１−１４３６５１号公報（段落０００２−０００７、図５）

上記従来の技術においては次のような課題がある。

（１）ファラデーカップにイオンビームを入射させてイオンビームの角度を計測するので、計測時にファラデーカップからパーティクル（汚染物質）が発生し、これが基板を汚染しやすい。

（２）昇降式のファラデーカップを用いるので、構造が複雑であり、しかも昇降に時間を要するので計測に要する時間が長い。

（３）ホルダの角度とイオンビームの角度とを相互に関連づけずに計測していたので、ホルダとイオンビームとの間の角度を高精度で計測することができない。

（４）基板にイオン注入を行う注入状態では、前述したようにフロントファラデーユニットをビームラインから外さなければならないので、注入状態で（換言すれば、その場で）イオンビームの計測を行うことができない。

そこでこの発明は、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で短時間に、かつ注入状態においても、ホルダとイオンビームとの間の角度を高精度で計測することができる装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る各装置は、簡単に言えば、イオンビームが残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマをカメラでビーム進行方向の２箇所において計測することによってイオンビームの角度を計測し、かつホルダに線状光源を設けておいてその光をカメラで計測することによってホルダの角度を計測するものである。

具体的には、この発明に係る角度計測装置の一つは、真空容器内において、立てた状態と寝かした状態との間で回転させて角度が可変であるホルダに保持された基板にイオンビームを照射するイオン注入装置に用いられる装置であって、前記イオンビームが残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマの輝度分布を、ビームの進行方向の２箇所で計測してその画像データをそれぞれ出力する第１および第２のカメラと、前記ホルダに、その基板保持面と実質的に平行に配置された線状光源と、前記線状光源が発する光を計測してその画像データを出力する第３のカメラと、前記第１のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の第１の面積重心（Ｐ₁）を求める第１の画像データ処理手段と、前記第２のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の第２の面積重心（Ｐ₂）を求める第２の画像データ処理手段と、前記第３のカメラからの画像データを処理して、前記線状光源に平行な平行線（Ｌ₁）を求める第３の画像データ処理手段と、前記第１ないし第３の画像データ処理手段で求めた前記第１および第２の面積重心（Ｐ₁、Ｐ₂）ならびに前記平行線（Ｌ₁）を用いて、前記ホルダの角度を、イオンビームの設計上の進行方向（Ｚ）を０度とする所定の基準角度（α）に設定したときの、前記平行線（Ｌ₁）と前記第１および第２の面積重心間を結ぶ線（Ｌ₂）とが成す計測角度（α₁）と前記基準角度（α）との差である偏差角度（θ）を求める偏差角度演算手段とを備えていることを特徴としている。

前記第１および第２のカメラからの画像データを処理して求められた第１および第２の面積重心間を結ぶ線（Ｌ₂）が、イオンビームの正確な進行方向を表しており、上記角度計測装置は、この線（Ｌ₂）を、ファラデーカップを用いる場合と違って、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

また、前記第３のカメラからの画像データを処理して求められた前記線状光源に平行な平行線（Ｌ₁）が、ホルダ（より具体的にはその基板保持面）の向きを正確に表しており、上記角度計測装置は、この平行線（Ｌ₁）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

また、前記計測角度（α₁）は、ホルダとイオンビームとの間の実際の角度を正確に表しており、上記角度計測装置は、この計測角度（α₁）と、ホルダに対して設定された基準角度（α）との差である偏差角度（θ）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

前記基準角度（α）は、０度に設定しておいても良いし、注入状態、即ち９０度から、前記ホルダ上の基板に対する前記イオンビームの設定注入角度（φ）を引いた角度に設定しておいても良い。

上記角度計測装置は、前記ホルダ上の基板に対する前記イオンビームの設定注入角度（φ）と前記偏差角度（θ）とを用いて、前記ホルダ上の基板に対する前記イオンビームの実際の注入角度（φ₁）を求める注入角度演算手段を更に備えていても良い。

そのようにすると、ホルダ上の基板に対するイオンビームの実際の注入角度（φ₁）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

この発明に係るイオン注入装置は、上記角度計測装置に加えて、前記偏差角度（θ）が０に近づくように前記ホルダの基準角度（α）を補正する補正手段、または前記偏差角度（θ）が０に近づくように前記イオンビームの進行方向を補正する補正手段、または前記偏差角度（θ）を加味してイオン注入時の前記ホルダの角度を設定する補正手段、を更に備えていることを特徴としている。

このイオン注入装置によれば、補正手段によって前記偏差角度（θ）を補償して、正確な注入角度で、ホルダ上の基板に対してイオン注入を行うことができる。

この発明に係る角度計測装置の他の一つは、上記角度計測装置の偏差角度演算手段の代わりに、前記第１ないし第３の画像データ処理手段で求めた前記第１および第２の面積重心（Ｐ₁、Ｐ₂）ならびに前記平行線（Ｌ₁）を用いて、前記ホルダの角度を所定の注入角度（φ）に設定したときの、前記平行線（Ｌ₁）に対する垂線（Ｌ₃）と前記第１および第２の面積重心間を結ぶ線（Ｌ₂）とが成す角度である実際の注入角度（φ₁）を求める注入角度演算手段を備えていることを特徴としている。

この角度計測装置によれば、前記偏差角度（θ）を求めることなく直接、ホルダ上の基板に対するイオンビームの実際の注入角度（φ₁）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

この発明に係るビーム広がり計測装置は、前記イオンビームが残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマの輝度分布を、ビームの進行方向の２箇所で計測してその画像データをそれぞれ出力する第１および第２のカメラと、前記第１のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の所定のしきい値における第１の幅（Ｗ₁）を求める第１の画像データ処理手段と、前記第２のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の前記と同じしきい値における第２の幅（Ｗ₂）を求める第２の画像データ処理手段と、前記第１および第２の画像データ処理手段で求めた第１の幅と第２の幅との差を求めて、前記イオンビームの広がりを求める広がり演算手段とを備えていることを特徴としている。

このビーム広がり計測装置によれば、イオンビームの広がりを、ファラデーカップを用いる場合と違って、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

なお、前記面積重心の代わりに前記ビームプラズマの輝度分布のピーク点を求めて、当該ピーク点を前記面積重心の代わりに用いても良い。

画像データを処理する一つの画像データ処理器を、複数の前記画像データ処理手段に兼用しても良い。

一つのカメラを、複数の前記カメラに兼用しても良い。

前記カメラにはＣＣＤカメラを用いるのが好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、ホルダとイオンビームとの間の実際の角度を正確に表す計測角度（α₁）と、ホルダに対して設定された基準角度（α）との差である偏差角度（θ）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

請求項２に記載の発明によれば、上記偏差角度（θ）を、ホルダが基板搬送状態に寝ている状態で計測することができる、という更なる効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、上記偏差角度（θ）を、ホルダが実際の注入状態に立っている状態で計測することができる、という更なる効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、ホルダ上の基板に対するイオンビームの実際の注入角度（φ₁）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

請求項５、１３に記載の発明によれば、ビームプラズマの輝度分布の面積重心を求める場合と同様の効果を奏する。

請求項６、１４、１８に記載の発明によれば、一つの画像データ処理器を、複数の画像データ処理手段に兼用しているので、構成をより簡素化することができる、という更なる効果を奏する。

請求項７、１５、１９に記載の発明によれば、一つのカメラを複数のカメラに兼用しているので、構成をより簡素化することができる、という更なる効果を奏する。

請求項８、１６、２０に記載の発明によれば、ＣＣＤカメラは通常、他のカメラに比べて小型かつ高感度であるので、計測装置を小型化することができると共に、ビームプラズマの輝度分布をより高精度で計測することができ、計測精度がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項９、１０、１１に記載の発明によれば、補正手段によって前記偏差角度（θ）を補償して、正確な注入角度で、ホルダ上の基板に対してイオン注入を行うことができる。

請求項１２に記載の発明によれば、前記偏差角度（θ）を求めることなく直接、ホルダ上の基板に対するイオンビームの実際の注入角度（φ₁）を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

請求項１７に記載の発明によれば、イオンビームの広がりを、ファラデーカップを用いる場合と違って、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

図１は、この発明に係る計測装置を適用するイオン注入装置のホルダ周りの一例を示す側面図である。このイオン注入装置４０は、図示しない真空容器内において、基板保持用のホルダ６に保持された基板（例えば半導体基板）４にイオンビーム２を照射して、基板４にイオン注入を行うよう構成されている。

一点で互いに直交する三方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向としたとき、この例では、イオンビーム２は図示しない走査手段によってＸ方向に往復走査されながらＺ方向に進行して基板４に入射する。ホルダ６およびその上の基板４は、ホルダ駆動装置１０によって矢印Ａに示すようにＹ方向に機械的に往復駆動される。これによって、基板４の全面にイオンビーム２が照射されてイオン注入が行われる。Ｘ方向およびＺ方向は、この例では水平方向であり、Ｙ方向はこの例では垂直方向である。

このイオン注入装置４０は、更に、矢印Ｂに示すように、ホルダ６を垂直方向に立てた状態と水平方向に寝かせた状態との間で回転させて、ホルダ６の角度（より具体的にはその基板保持面６ａの角度。以下同様）を変える（制御する）ホルダ角度制御モータ８と、このホルダ角度制御モータ８を制御してホルダ６の角度を制御する制御装置１２とを備えている。ホルダ６の角度データは、ホルダ６に結合された図示しないエンコーダから制御装置１２にフィードバックされる。ホルダ６の上記回転の中心は、通常、ホルダ６に保持した基板４の表面の点Ｐとされる。また、基板４はホルダ６に密着させるので、一般的に、ホルダ６の角度と基板４の角度とは互いに等しいと考えることができる。

基板４の表面に立てた垂線１４とイオンビーム２の進行方向Ｚとの間の角度（Ｙ−Ｚ平面内における角度）φは注入角度と呼ばれている。この例では、ホルダ角度制御モータ８によってホルダ６を上記のように回転させることによって、基板４へのイオン注入時の注入角度φを変えることができる。また、ホルダ６に対する基板４の搬送（受け渡し）は、通常、ホルダ角度制御モータ８によってホルダ６を水平状態にして行われる。

制御装置１２には、上記注入角度φおよび後述する基準角度αが必要に応じて設定されると共に、後述する偏差角度θおよび実際の注入角度φ₁が必要に応じて入力される。

なお、ホルダ６を、上記のようにＹ方向に往復駆動する代わりに、矢印Ｃに示すように、基板保持面６ａに平行な方向に往復駆動しても良い。

イオンビーム２とホルダ６ひいては基板４との間の角度、例えば上記注入角度φは、イオン注入における重要なパラメータであり、高精度に制御されなければならない。そのためには、まずは、上記角度を高精度で計測する必要がある。この角度やそれに関連する角度を計測する角度計測装置等の実施形態を以下に説明する。なお、以下においては、イオンビーム２の進行方向Ｚは、より厳密に言えば、イオンビーム２の設計上の進行方向を表している。設計上の進行方向というのは、より詳しく言えば、設計上で本来進むべき方向とされている進行方向のことである。

図２は、この発明に係る角度計測装置等の一実施形態を示す側面図であり、ホルダの基準角度を０度に設定した状態を示す。この状態は、ホルダ６を水平状態に寝かせると共に、図１に示したホルダ駆動装置１０によってＹ方向に下降させて、ホルダ６に対して基板４を搬送することができる搬送状態の例である。図３は、この発明に係る角度計測装置等の一実施形態を示す側面図であり、ホルダの基準角度を注入状態に設定した状態を示す。この状態は、ホルダ６を所定の注入角度φに立てて、基板４に対してイオン注入を行うことができる注入状態の例である。

この発明に係る各装置は、簡単に言えば、イオンビーム２がその経路中に存在する残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマをカメラ２１、２２でビーム進行方向Ｚの２箇所Ｚ₁、Ｚ₂で計測することによって、Ｙ−Ｚ平面内におけるイオンビーム２の角度を計測し、かつ、ホルダ６に線状光源２６を設けておいてその光をカメラ２３で計測することによって、Ｙ−Ｚ平面内におけるホルダ６の角度を計測するものである。ビームプラズマの発光強度は、イオンビーム２のビーム電流密度と残留ガス圧とに依存する。

イオンビーム２の上記角度を計測するときには、イオンビーム２の上記Ｘ方向の走査は停止しておくのが好ましい。また、上記カメラ２１〜２３はビームプラズマおよび線状光源２６の発光を計測するため、この計測は、他からの光が遮断された雰囲気、例えば前記真空容器内において他から当該真空容器内に光が入らない状態で行うのが好ましい。

図２、図３に示す角度計測装置５０は、イオンビーム２の進行方向Ｚの経路の側面（紙面の裏面または表面）に設けられていて、イオンビーム２が残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマ（図２以降ではイオンビーム２で代表して図示している）のＹ−Ｚ平面内における輝度Ｇの分布である輝度分布ＧＰ₁、ＧＰ₂を、イオンビーム２の進行方向Ｚの２箇所Ｚ₁、Ｚ₂でそれぞれ計測してその画像データＤ₁、Ｄ₂をそれぞれ出力する第１および第２のカメラ２１および２２を備えている。

角度計測装置５０は、更に、ホルダ６に、その基板保持面６ａと実質的に平行に配置された線状光源２６と、上記搬送状態位置にある基板４の側面（紙面の裏面または表面）に設けられていて、線状光源２６が発する光をＹ−Ｚ平面内において計測してその画像データＤ₃を出力する第３のカメラ２３とを備えている。線状光源２６は、Ｙ−Ｚ平面内において直線状のものが好ましい。

上記三つのカメラ２１〜２３は、所定の位置に精密に位置決めしておくのが好ましく、それによって上記計測の計測誤差を小さくすることができる。各カメラ２１〜２３の位置データは、後述する画像データ処理器３０に与えておく。図４、図５に示すカメラ２４、２５についても同様である。

上記三つのカメラ２１〜２３は、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを用いるのが好ましい。ＣＣＤカメラは通常、他のカメラに比べて小型かつ高感度であるので、計測装置を小型化することができると共に、ビームプラズマの輝度分布をより高精度で計測することができ、計測精度がより高まる。図４、図５に示すカメラ２４、２５についても同様である。

角度計測装置５０は、更に、三つのカメラ２１〜２３からの画像データＤ₁〜Ｄ₃を処理する画像データ処理器３０と、それからのデータに基づいて後述する偏差角度θを求める偏差角度演算器（偏差角度演算手段）３２とを備えている。

この例では、一つの画像データ処理器３０を、第１のカメラ２１からの画像データＤ₁を処理して前記ビームプラズマの輝度分布ＧＰ₁の面積重心（第１の面積重心）Ｐ₁の位置を求める第１の画像データ処理手段と、第２のカメラ２２からの画像データＤ₂を処理して前記ビームプラズマの輝度分布ＧＰ₂の面積重心（第２の面積重心）Ｐ₂の位置を求める第２の画像データ処理手段と、第３のカメラ２３からの画像データＤ₃を処理して前記線状光源２６に平行な平行線Ｌ₁を求める第３の画像データ処理手段とに兼用している。これによって、構成をより簡素化することができる。後述する他の実施形態等においても、一つの画像データ処理器を複数の画像データ処理手段に兼用しても良い。

偏差角度演算器３２は、この例では、画像データ処理器３０で求めた前記第１および第２の面積重心Ｐ₁およびＰ₂ならびに前記平行線Ｌ₁を用いて、ホルダ６の角度（より具体的には基板保持面６ａのイオンビーム進行方向Ｚに対する角度。以下同様）を、イオンビーム２の進行方向Ｚを０度とする所定の基準角度αに設定したときの、平行線Ｌ₁と面積重心Ｐ₁、Ｐ₂間を結ぶ線Ｌ₂とが成す計測角度α₁と前記基準角度αとの差である偏差角度θを求める。これを以下に更に説明する。

上記基準角度αは、図３を参照すると分かりやすいが、図２は、この基準角度αが０度の場合の例である。この場合、上記平行線Ｌ₁とイオンビーム進行方向Ｚとは平行になる。従って、この場合は計測角度α₁がそのまま偏差角度θを表しており、偏差角度θは次式によって簡単に算出することができる。ここで、Ｌはカメラ２１、２２間の（より具体的にはその前記位置Ｚ₁、Ｚ₂間の）イオンビーム進行方向Ｚにおける距離であり、ｄは面積重心Ｐ₁、Ｐ₂間のＹ方向における距離である。上記基準角度αおよび距離Ｌは偏差角度演算器３２に設定される。

［数１］
θ＝ｔａｎ^-1（ｄ／Ｌ）

図３は、基準角度αが０度よりも大きい場合である。より具体的には、ホルダ６の角度を所定の注入角度φに設定した場合であり、両角度には次式の関係がある。但し、基準角度αは、これ以外の任意の角度でも良い。

［数２］
α＝９０−φ［度］

この図３の場合も、偏差角度演算器３２は、画像データ処理器３０からの上記データに基づいて、平行線Ｌ₁と線Ｌ₂とが成す計測角度α₁を計測して、偏差角度θを次式に従って算出することができる。なお、図２は、次式におけるαが０度の場合である。

［数３］
θ＝α₁−α

以上のように、この角度計測装置５０は、任意の基準角度αにおいて、偏差角度θを求めることができる。なお、この偏差角度θおよび基準角度αのデータは、この例では前記制御装置１２に与えられる。

上記線Ｌ₂はイオンビーム２の正確な進行方向を表しており、上記平行線Ｌ₁はホルダ６の向きを正確に表しており、上記計測角度α₁はホルダ６とイオンビーム２との間の実際の角度を正確に表しており、この角度計測装置５０は、上記平行線Ｌ₁、線Ｌ₂、計測角度α₁、偏差角度θを、従来のようにファラデーカップを用いる場合と違って、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で、しかも従来のようにファラデーカップを昇降させる時間を要しないので短時間に、高精度で計測することができる。しかも、基準角度αを図３に示すように注入状態に設定することができるので、注入状態においても高精度で計測することができる。

制御装置１２によるホルダ角度制御モータ８ひいてはホルダ６の角度制御は、ホルダ６が基板搬送状態（通常は水平状態）を初期状態とする場合が多く、基準角度αを０度にして上記計測を行うと、この初期状態における偏差角度θを計測することができるので、初期状態での偏差角度θの補正等を簡単に行うことができる。

また、上記基準角度αを数２を満たす角度、即ち所望の注入角度φを設定した角度にして上記計測を行うと、ホルダ６が実際の注入状態に立っている状態における偏差角度θを計測することができるので、実際の注入状態における偏差角度θをより正確に計測することができる。

この実施形態の角度計測装置５０は、更に、ホルダ６に（より具体的にはその制御装置１２に）対して設定された上記注入角度φと、上記のようにして求めた偏差角度θとを用いて、ホルダ６上の基板４に対するイオンビーム２の実際の（現実の）注入角度φ₁を求める注入角度演算器（注入角度演算手段）３４を備えている。この注入角度演算器３４は、例えば次式に従って実際の注入角度φ₁を求める。

［数４］
φ₁＝φ−θ

その結果、ホルダ６上の基板４に対するイオンビーム２の実際の注入角度φ₁を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。なお、この実際の注入角度φ₁のデータも、この例では前記制御装置１２に与えられる。

画像データ処理器３０において、前記面積重心Ｐ₁、Ｐ₂の代わりに、ビームプラズマの輝度分布ＧＰ₁、ＧＰ₂のピーク点Ｐ₃、Ｐ₄（図２参照）の位置をそれぞれ求めて、当該ピーク点Ｐ₃、Ｐ₄を前記面積重心Ｐ₁、Ｐ₂の代わりに用いて上記のような計測を行うようにしても良く、その場合でも面積重心Ｐ₁、Ｐ₂を求める場合と同様の作用効果を奏する。

一つのカメラを、前記第１ないし第３のカメラの内の二つまたは三つに兼用しても良い。そのようにすると構成をより簡素化することができる。後述する他の実施形態においても同様である。

図４は、一つのカメラ２４を前記第１および第２のカメラに兼用した場合の例を示す。この場合は、カメラ２４は、その視野内におけるビーム進行方向の２箇所Ｚ₃、Ｚ₄でビームプラズマの輝度分布をそれぞれ計測してその画像データを前記画像データ処理器３０に与える。それ以降の処理については前記と同様である。この場合、カメラ２４は、必要に応じて広角にすれば良い。図５のカメラ２５の場合も同様である。

図５は、一つのカメラ２５を前記第１ないし第３のカメラに兼用した場合を示す。ビームプラズマの輝度分布の計測については図４の場合と同様であり、この例では更にカメラ２５によって、線状光源２６が発する光を計測してその画像データを前記画像データ処理器３０に与える。それ以降の処理については前記と同様である。この場合、計測位置にあるホルダ６とイオンビーム２とを必要に応じて近づけても良い。

上記のような角度計測装置５０に加えて、上記偏差角度θが０に近づくように、ホルダ６の前記基準角度αを補正する補正手段を更に備えているイオン注入装置を構成しても良い。例えば、図１に示すイオン注入装置４０に、上記のような角度計測装置５０を設けると共に、制御装置１２内に上記補正手段を設けても良い。

あるいは、上記のような角度計測装置５０に加えて、上記偏差角度θが０に近づくように、イオンビーム２の進行方向Ｚを補正する補正手段を更に備えているイオン注入装置を構成しても良い。例えば、図１に示すイオン注入装置４０に、上記のような角度計測装置５０を設けると共に、イオンビームをＹ方向に偏向させて偏差角度θを補正する偏向手段を補正手段として設けても良い。イオン注入装置には通常、イオンビーム２をＹ方向に偏向させて中性粒子を分離する偏向手段が設けられているので、この偏向手段を上記偏差角度θ補正用の偏向手段として用いても良い。

あるいは、上記のような角度計測装置５０に加えて、偏差角度θを０に補正するのではなく、偏差角度θを加味してイオン注入時のホルダ６の角度を設定する補正手段を更に備えているイオン注入装置を構成しても良い。例えば、図１に示すイオン注入装置４０に、上記のような角度計測装置５０を設けると共に、制御装置１２内に上記補正手段を設けても良い。この補正手段は、例えば次式に従ってホルダ角度制御モータ８に注入角度φ₂を指令する。

［数５］
φ₂＝φ＋θ

そうすると、この注入角度φ₂がホルダ角度制御モータ８に対しては数４の注入角度φの代わりに設定されるので、実際の注入角度φ₁は次式となり、偏差角度θが補償（キャンセル）され、オペレータが制御装置１２に対して設定した注入角度φを正確に実現することができる。

［数６］
φ₁＝（φ＋θ）−θ
＝φ

上記いずれのイオン注入装置の場合も、補正手段によって偏差角度θを補償して、正確な注入角度で、ホルダ６上の基板４に対してイオン注入を行うことができる。

角度計測装置の他の実施形態を説明すると、上記偏差角度演算器３２を設けずに、上記画像データ処理器３０に、次のような機能を有する注入角度演算器（注入角度演算手段）３４を接続しても良い。

即ち、この実施形態における注入角度演算器３４は、図３を参照して、画像データ処理器３０で上記のようにして求めた面積重心Ｐ₁、Ｐ₂および平行線Ｌ₁を用いて、ホルダ６の角度を所定の注入角度φに設定したときの、平行線Ｌ₁に対する垂線Ｌ₃と両面積重心Ｐ₁、Ｐ₂間を結ぶ線Ｌ₂とが成す角度である実際の注入角度φ₁を求める。

この角度計測装置によれば、偏差角度θを求めることなく直接、ホルダ６上の基板４に対するイオンビームの実際の注入角度φ₁を、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造でしかも短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

上記カメラ２１、２２を用いて、次のようなビーム広がり計測装置を構成しても良い。この場合は、ホルダ６の角度が可変であることは必ずしも必要ではない。

即ち、ビーム広がり計測装置は、図２を参照して、上記第１および第２のカメラ２１、２２と、カメラ２１からの画像データＤ₁を処理して、前記ビームプラズマの輝度分布ＧＰ₁の所定のしきい値Ｇ₀におけるＹ方向の幅Ｗ₁を求める第１の画像データ処理手段と、カメラ２２からの画像データＤ₂を処理して、前記ビームプラズマの輝度分布ＧＰ₂の前記と同じしきい値Ｇ₀におけるＹ方向の幅Ｗ₂を求める第２の画像データ処理手段と、両画像データ処理手段で求めた第１の幅Ｗ₁と第２の幅Ｗ₂との差を求めて、イオンビーム２の広がりを求める広がり演算手段とを備えている。

この場合、一つの画像データ処理器、例えば前記画像データ処理器３０を上記第１および第２の画像データ処理手段に兼用しても良い。また、前記偏差角度演算器３２および注入角度演算器３４の代わりに上記広がり演算手段を設ければ良い。

上記所定のしきい値Ｇ₀は、０でも良いし、０より大きい値でも良い。上記広がりは、Ｗ₂−Ｗ₁または｜Ｗ₂−Ｗ₁｜で求めても良いし、（Ｗ₂−Ｗ₁）／Ｌまたは｜Ｗ₂−Ｗ₁｜／Ｌで単位長当たりの広がりとして求めても良い。

また、一つのカメラを第１および第２のカメラに兼用しても良いことや、カメラとしてＣＣＤカメラが好ましいことは、前記角度計測装置５０の場合と同様である。

この広がり計測装置によれば、イオンビーム２の広がりを、ファラデーカップを用いる場合と違って、パーティクルを発生させることなく、簡単な構造で短時間に、かつ注入状態においても高精度で計測することができる。

この発明に係る計測装置を適用するイオン注入装置のホルダ周りの一例を示す側面図である。この発明に係る角度計測装置等の一実施形態を示す側面図であり、ホルダの基準角度を０度に設定した状態を示す。この発明に係る角度計測装置等の一実施形態を示す側面図であり、ホルダの基準角度を注入状態に設定した状態を示す。二つのカメラを用いた実施形態を示す側面図である。一つのカメラを用いた実施形態を示す側面図である。

符号の説明

２イオンビーム
４基板
６ホルダ
６ａ基板保持面
８ホルダ角度制御モータ
１２制御装置
２１〜２５カメラ
２６線状光源
３０画像データ処理器（第１〜第３の画像データ処理手段）
３２偏差角度演算器（偏差角度演算手段）
３４注入角度演算器（注入角度演算手段）
４０イオン注入装置
５０角度計測装置

Claims

真空容器内において、立てた状態と寝かした状態との間で回転させて角度が可変であるホルダに保持された基板にイオンビームを照射するイオン注入装置に用いられる装置であって、
前記イオンビームが残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマの輝度分布を、ビームの進行方向の２箇所で計測してその画像データをそれぞれ出力する第１および第２のカメラと、
前記ホルダに、その基板保持面と実質的に平行に配置された線状光源と、
前記線状光源が発する光を計測してその画像データを出力する第３のカメラと、
前記第１のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の第１の面積重心（Ｐ₁）を求める第１の画像データ処理手段と、
前記第２のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の第２の面積重心（Ｐ₂）を求める第２の画像データ処理手段と、
前記第３のカメラからの画像データを処理して、前記線状光源に平行な平行線（Ｌ₁）を求める第３の画像データ処理手段と、
前記第１ないし第３の画像データ処理手段で求めた前記第１および第２の面積重心（Ｐ₁、Ｐ₂）ならびに前記平行線（Ｌ₁）を用いて、前記ホルダの角度を、イオンビームの設計上の進行方向（Ｚ）を０度とする所定の基準角度（α）に設定したときの、前記平行線（Ｌ₁）と前記第１および第２の面積重心間を結ぶ線（Ｌ₂）とが成す計測角度（α₁）と前記基準角度（α）との差である偏差角度（θ）を求める偏差角度演算手段とを備えていることを特徴とする角度計測装置。
前記基準角度（α）は０度に設定されている請求項１記載の角度計測装置。
前記基準角度（α）は、９０度から、前記ホルダ上の基板に対する前記イオンビームの設定注入角度（φ）を引いた角度に設定されている請求項１記載の角度計測装置。
前記ホルダ上の基板に対する前記イオンビームの設定注入角度（φ）と前記偏差角度（θ）とを用いて、前記ホルダ上の基板に対する前記イオンビームの実際の注入角度（φ₁）を求める注入角度演算手段を更に備えている請求項１ないし３のいずれかに記載の角度計測装置。
前記面積重心の代わりに前記ビームプラズマの輝度分布のピーク点を求めて、当該ピーク点を前記面積重心の代わりに用いる請求項１ないし４のいずれかに記載の角度計測装置。
画像データを処理する一つの画像データ処理器を、前記第１ないし第３の画像データ処理手段の内の二つまたは三つに兼用している請求項１ないし５のいずれかに記載の角度計測装置。
一つのカメラを、前記第１ないし第３のカメラの内の二つまたは三つに兼用している請求項１ないし６のいずれかに記載の角度計測装置。
前記カメラがＣＣＤカメラである請求項１ないし７のいずれかに記載の角度計測装置。
請求項１ないし８のいずれかに記載の角度計測装置に加えて、前記偏差角度（θ）が０に近づくように、前記ホルダの基準角度（α）を補正する補正手段を更に備えているイオン注入装置。
請求項１ないし８のいずれかに記載の角度計測装置に加えて、前記偏差角度（θ）が０に近づくように、前記イオンビームの進行方向を補正する補正手段を更に備えているイオン注入装置。
請求項１ないし８のいずれかに記載の角度計測装置に加えて、前記偏差角度（θ）を加味して、イオン注入時の前記ホルダの角度を設定する補正手段を更に備えているイオン注入装置。
真空容器内において、立てた状態と寝かした状態との間で回転させて角度が可変であるホルダに保持された基板にイオンビームを照射するイオン注入装置に用いられる装置であって、
前記イオンビームが残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマの輝度分布を、ビームの進行方向の２箇所で計測してその画像データをそれぞれ出力する第１および第２のカメラと、
前記ホルダに、その基板保持面と実質的に平行に配置された線状光源と、
前記線状光源が発する光を計測してその画像データを出力する第３のカメラと、
前記第１のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の第１の面積重心（Ｐ₁）を求める第１の画像データ処理手段と、
前記第２のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の第２の面積重心（Ｐ₂）を求める第２の画像データ処理手段と、
前記第３のカメラからの画像データを処理して、前記線状光源に平行な平行線（Ｌ₁）を求める第３の画像データ処理手段と、
前記第１ないし第３の画像データ処理手段で求めた前記第１および第２の面積重心（Ｐ₁、Ｐ₂）ならびに前記平行線（Ｌ₁）を用いて、前記ホルダの角度を所定の注入角度（φ）に設定したときの、前記平行線（Ｌ₁）に対する垂線（Ｌ₃）と前記第１および第２の面積重心間を結ぶ線（Ｌ₂）とが成す角度である実際の注入角度（φ₁）を求める注入角度演算手段とを備えていることを特徴とする角度計測装置。
前記面積重心の代わりに前記ビームプラズマの輝度分布のピーク点を求めて、当該ピーク点を前記面積重心の代わりに用いる請求項１２に記載の角度計測装置。
画像データを処理する一つの画像データ処理器を、前記第１ないし第３の画像データ処理手段の内の二つまたは三つに兼用している請求項１２または１３に記載の角度計測装置。
一つのカメラを、前記第１ないし第３のカメラの内の二つまたは三つに兼用している請求項１２ないし１４のいずれかに記載の角度計測装置。
前記カメラがＣＣＤカメラである請求項１２ないし１５のいずれかに記載の角度計測装置。
真空容器内において、ホルダに保持された基板にイオンビームを照射するイオン注入装置に用いられる装置であって、
前記イオンビームが残留ガスと衝突することによって生成され発光するビームプラズマの輝度分布を、ビームの進行方向の２箇所で計測してその画像データをそれぞれ出力する第１および第２のカメラと、
前記第１のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の所定のしきい値における第１の幅（Ｗ₁）を求める第１の画像データ処理手段と、
前記第２のカメラの画像データを処理して、前記ビームプラズマの輝度分布の前記と同じしきい値における第２の幅（Ｗ₂）を求める第２の画像データ処理手段と、
前記第１および第２の画像データ処理手段で求めた第１の幅と第２の幅との差を求めて、前記イオンビームの広がりを求める広がり演算手段とを備えていることを特徴とするビーム広がり計測装置。
画像データを処理する一つの画像データ処理器を、前記第１および第２の画像データ処理手段に兼用している請求項１７記載のビーム広がり計測装置。
一つのカメラを、前記第１および第２のカメラに兼用している請求項１７または１８記載のビーム広がり計測装置。
前記カメラがＣＣＤカメラである請求項１７ないし１９のいずれかに記載のビーム広がり計測装置。