JP4449954B2

JP4449954B2 - イオン注入装置およびその調整方法

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Publication number: JP4449954B2
Application number: JP2006206200A
Authority: JP
Inventors: 貴敏山下; 茂久田村
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008034230A

Description

この発明は、リボン状のイオンビームをターゲットに入射させてイオン注入を行う構成のイオン注入装置およびその調整方法に関する。

原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状（これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームを発生させるイオン源と、当該イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットをイオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えるイオン注入装置の一例が、特許文献１に記載されている。

このようなイオン注入装置において、ターゲットに対するイオン注入の均一性を高めるためには、イオンビームをターゲットに入射させる注入位置でのイオンビームのＹ方向（即ち長手方向）におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることが重要である。

イオンビームの上記均一性を高める技術として、特許文献１には、（ａ）イオン源がＹ方向に配列された複数のフィラメントを有していて、この各フィラメントに流すフィラメント電流を制御して、イオン源内におけるプラズマ密度分布を制御する技術、および、（ｂ）イオンビームの輸送経路に電界レンズまたは磁界レンズを設けておいて、このレンズによって、イオンビームを局所的にＹ方向に曲げる技術が記載されている。

特開２００５−３２７７１３号公報（段落００１９、００２１、００２３、図１−図４、図７、図１１）

上記（ａ）に示した複数のフィラメントに流すフィラメント電流を制御する技術は、複数のフィラメントを有していないイオン源に適用することはできない。

上記（ｂ）に示した電界レンズまたは磁界レンズを用いる技術は、当該レンズおよびそれ用の電源の構成が複雑である。

そこでこの発明は、イオン源が複数のフィラメントを有していると否とに拘わらずに、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができるイオン注入装置およびその調整方法を提供することを一つの目的としている。

また、電界レンズまたは磁界レンズを用いる場合よりも簡単な構成で、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができるイオン注入装置およびその調整方法を提供することを他の目的としている

この発明に係るイオン注入装置の一つは、原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、前記イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットを前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えるイオン注入装置において、前記イオン源内に前記原料ガスをそれぞれ導入するものであってＹ方向に配列された複数のガス導入部と、この各ガス導入部から導入する原料ガスの流量をそれぞれ調節する複数の流量調節器と、前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍において、前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴としている。

一般的に、イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流密度は、イオン源内のプラズマ密度に比例する。従って、リボン状のイオンビームのＹ方向における各位置でのビーム電流密度は、その位置に対応する位置でのプラズマ密度に比例する。プラズマ密度は、イオン源内の原料ガスの密度に比例する。このイオン注入装置においては、イオン源内のＹ方向における原料ガスの密度を、各流量調節器による原料ガス流量の調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるプラズマ密度分布ひいてはＹ方向におけるビーム電流密度分布を制御することができる。従って、イオン源が複数のフィラメントを有していると否とに拘わらずに、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。

この発明に係るイオン注入装置の調整方法の一つは、原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、前記イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットを前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えているイオン注入装置において、前記イオン源内に前記原料ガスをそれぞれ導入するものであってＹ方向に配列された複数のガス導入部と、この各ガス導入部から導入する原料ガスの流量をそれぞれ調節する複数の流量調節器とを設け、前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍で前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を用いて、このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を調節して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化することを特徴としている。

この発明に係るイオン注入装置の他のものは、原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、前記イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットを前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えるイオン注入装置において、前記イオン源と前記注入位置との間における前記イオンビームの輸送経路に不活性ガスをそれぞれ導入するものであってＹ方向に配列された複数のガス導入部と、この各ガス導入部から導入する不活性ガスの流量をそれぞれ調節する複数の流量調節器とを備えていることを特徴としている。

イオンビームは自らの空間電荷によって発散して輸送効率が低下するが、イオンビームの輸送経路に不活性ガスを導入すると、この不活性ガスにイオンビームが衝突してビームプラズマが生成される。このビームプラズマ中の電子および負イオンによってイオンビームの空間電荷が中和されるので、イオンビームの輸送効率が改善される。不活性ガスの密度を高くした領域ではビームプラズマの密度は高くなり、空間電荷中和率は高くなり、イオンビームの輸送効率は高くなる。逆にした領域では逆になる。

このイオン注入装置においては、イオンビームの輸送経路のＹ方向における不活性ガスの密度を、各流量調節器による不活性ガス流量の調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるビームプラズマ密度分布を制御して、注入位置に到達するイオンビーム量をＹ方向の複数位置において制御することができる。従って、電界レンズまたは磁界レンズを用いる場合よりも簡単な構成で、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。

この発明に係るイオン注入装置の調整方法の他のものは、前記イオン注入装置において、前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍で前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を用いて、このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を調節して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する不活性ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する不活性ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化するものである。

前記流量調節器を用いた不活性ガス流量の調節を、制御装置によって行わせても良い。

請求項１に記載の発明によれば、上記のような複数のガス導入部および複数の流量調節器を備えていて、イオン源内のＹ方向における原料ガスの密度を、各流量調節器による原料ガス流量の調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるプラズマ密度分布ひいてはＹ方向におけるビーム電流密度分布を制御することができる。従って、イオン源が複数のフィラメントを有していると否とに拘わらずに、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。
更に、上記のようなビーム測定器および制御装置を備えているので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高める調整を省力化して行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、上記のような複数のガス導入部および複数の流量調節器を設けていて、イオン源内のＹ方向における原料ガスの密度を、各流量調節器による原料ガス流量の調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるプラズマ密度分布ひいてはＹ方向におけるビーム電流密度分布を制御することができる。従って、イオン源が複数のフィラメントを有していると否とに拘わらずに、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。
更に、ビーム測定器による測定情報に基づいて、流量調節器を調節して、ガス導入部からイオン源内へ導入する原料ガス流量を調節するので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布をより容易にかつ確実に均一化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、イオンビームの輸送経路のＹ方向における不活性ガスの密度を、各流量調節器による不活性ガス流量の調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるビームプラズマ密度分布を制御して、注入位置に到達するイオンビーム量をＹ方向の複数位置において制御することができる。従って、電界レンズまたは磁界レンズを用いる場合よりも簡単な構成で、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のようなビーム測定器および制御装置を更に備えているので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高める調整を省力化して行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、ビーム測定器による測定情報に基づいて、流量調節器を調節して、ガス導入部からイオンビーム経路へ導入する不活性ガス流量を調節するので、注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布をより容易にかつ確実に均一化することができる。

図１は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略側面図である。以下の図において、イオンビーム４の進行方向を常にＺ方向とし、このＺ方向に実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向としている。例えば、Ｘ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は垂直方向である。またこの明細書において、イオンビーム４を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。

このイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム４をターゲット４０に入射させてイオン注入を行う装置であり、導入された原料ガス３４を電離させてプラズマ１０を生成してリボン状のイオンビーム４を発生させるイオン源２と、イオンビーム４をターゲット４０に入射させてイオン注入を行う注入位置で、ホルダ４２に保持されたターゲット４０をイオンビーム４の主面５（図２も参照）と交差する方向に往復直線移動させる（例えば矢印Ｃ参照）、即ち機械的に走査するターゲット駆動装置４４とを備えている。ターゲット４０に対するイオンビーム４の入射角度（即ち、ターゲット表面に立てた垂線に対するイオンビーム４の入射角度）は、０度以外の所定角度を持たせる場合もある。

イオン源２とターゲット駆動装置４４との間には、必要に応じて、イオンビーム４の運動量分析（例えば質量分析。以下同様）を行う分析電磁石および分析スリット、イオンビーム４の加速または減速を行う加減速器等が設けられる。イオン源２からターゲット４０までのイオンビーム４の輸送経路は、真空容器（例えば図４中の真空容器４８参照）内にあって真空雰囲気に保たれる。

イオン源２から発生させてターゲット４０まで輸送するイオンビーム４は、例えば図２に示すように、Ｘ方向の寸法Ｗ_XよりもＹ方向の寸法Ｗ_Yが大きいリボン状をしている。イオンビーム４は、リボン状と言ってもＸ方向の寸法Ｗ_Xが紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム４のＸ方向の寸法Ｗ_Xは３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度、Ｙ方向の寸法Ｗ_Yは、ターゲット４０の寸法にも依るが、３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。このイオンビーム４の大きい方の面、即ちＹＺ面に沿う面が主面５である。

イオン源２は、Ｙ方向の寸法Ｗ_Yがターゲット４０のＹ方向の寸法Ｔ_Yよりも大きいリボン状のイオンビーム４を発生させる。例えば、寸法Ｔ_Yが３００ｍｍ〜４００ｍｍであれば、寸法Ｗ_Yは４００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。イオンビーム４は、そのＹ方向の寸法Ｗ_Yがターゲット４０のＹ方向の寸法Ｔ_Yよりも大きい関係を保ってターゲット４０まで輸送される。このことと、ターゲット４０を上記のように往復移動させることとによって、ターゲット４０の全面にイオンビーム４を入射させてイオン注入を行うことができる。

ターゲット４０は、例えば、半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は円形でも良いし四角形でも良い。

イオン源２は、アノードを兼ねていて内部でプラズマ１０を生成するための容器であって、Ｙ方向に伸びたイオン引出し口８を有するプラズマ生成容器６を備えている。イオン引出し口８は、例えば、イオン引出しスリットである。プラズマ生成容器６は、例えば、直方体の箱状をしている。このプラズマ生成容器６内には、後述する各ガス導入部３８から、プラズマ１０生成用の原料ガス（蒸気の場合を含む）３４が導入される。

プラズマ生成容器６の外側に、プラズマ生成容器内にＹ方向に沿う磁界１６を発生させる磁石１４が設けられている。磁石１４は、例えば、Ｙ方向においてプラズマ生成容器６を挟む両側に磁極を有する電磁石であるが、永久磁石でも良い。磁界１６の向きは図示とは逆向きでも良い。

磁界１６は、それによってプラズマ生成容器６内の電子を閉じ込めて当該電子がプラズマ生成容器６の壁面に衝突するのを防止して、原料ガス３４の電離効率を高めてプラズマ密度を高める働きをする。上記のような磁石１４の代わりに、プラズマ生成容器６内にＹ方向に沿うカスプ磁界を発生させる磁石を設けても良い。

プラズマ生成容器６のＹ方向の両側には、プラズマ生成容器６内へ熱電子を放出する傍熱型カソード２０がそれぞれ配置されている。即ち、傍熱型カソード２０はこの実施形態では２個設けられている。

各傍熱型カソード２０は、加熱されることによって熱電子を放出するカソード部材２２と、このカソード部材２２を加熱するフィラメント２４とを有している。このカソード部材２２の厚さを大きくすることは容易である。なお、プラズマ生成容器６に対してカソード部材２２およびフィラメント２４を配置するより具体的な構造は、図１（および後述する図３、図４）では簡略化して示しているが、例えば特許第３７５８６６７号公報等に記載されているような公知の構造を採用すれば良い。

図３に示すように、各フィラメント２４には、それを加熱するフィラメント電源２６がそれぞれ接続されている。各フィラメント電源２６は、図示例のように直流電源でも良いし、交流電源でも良い。

各フィラメント２４とカソード部材２２との間には、フィラメント２４から放出された熱電子をカソード部材２２に向けて加速して、当該熱電子の衝撃を利用してカソード部材２２を加熱する直流のボンバード電源２８が、カソード部材２２を正極側にしてそれぞれ接続されている。

各カソード部材２２とプラズマ生成容器６との間には、カソード部材２２から放出された熱電子を加速して、プラズマ生成容器６内に導入された原料ガス３４を電離させると共にプラズマ生成容器６内でアーク放電を生じさせて、プラズマ１０を生成する直流のアーク電源３０が、カソード部材２２を負極側にしてそれぞれ接続されている。

各電源２６、２８、３０の出力の内の一つ以上を増減させることによって、プラズマ１０全体の密度を増減させることができる。

再び図１を参照して、イオン引出し口８の出口付近には、プラズマ生成容器６内のプラズマ１０からイオンビーム４を引き出す引出し電極系１２が設けられている。引出し電極系１２は、図示例のような１枚の電極に限られるものではない。

プラズマ生成容器６の壁面には、イオン源２内（より具体的にはそのプラズマ生成容器６内。以下同様）に前記原料ガス３４を導入する複数のガス導入部３８が、Ｙ方向に並べて配置されている。ガス導入部３８は、この実施形態では、イオン引出し口８に対向する壁面に設けているけれども、それに限られるものではなく、当該壁面に実質的に直交する壁面（即ちＹＺ面に沿う壁面）に設けても良い。

ガス導入部３８の数は、図１に示す５個に限られるものではなく、それ以外でも良い。後述するガス導入部５８についても同様である。

各ガス導入部３８の構造は、図１に示す例では管（即ちガス導入管）であるが、それ以外でも良い。例えば、ノズル状、多孔のシャワーヘッド状、ガス放出口にバッフル板を設けた構造等でも良い。後述する各ガス導入部５８についても同様である。

ガス導入部３８の数、配列の間隔、構造等は、イオンビーム４のＹ方向の寸法Ｗ_Y、ビーム電流密度分布均一化制御の精度、イオン源２が元々有している特性（特にプラズマ密度分布の特性）等に応じて決めれば良い。後述するガス導入部５８についても同様である。

原料ガス３４を供給するガス源３２と各ガス導入部３８との間には、各ガス導入部３８からイオン源２内に導入する原料ガス３４の流量をそれぞれ調節する流量調節器３６がそれぞれ設けられている。

一般的に、イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流密度は、イオン源内のプラズマ密度に比例する。従って、このイオン源２においても、リボン状のイオンビーム４のＹ方向における各位置でのビーム電流密度は、その位置に対応する位置でのプラズマ１０の密度に比例する。プラズマ１０の密度は、イオン源２内の原料ガス３４の密度に比例する。このイオン注入装置においては、イオン源２内のＹ方向における原料ガス３４の密度を、各流量調節器３６による原料ガス３４の流量調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるプラズマ密度分布ひいてはＹ方向におけるビーム電流密度分布を制御することができる。その場合、各傍熱型カソード２０のカソード部材２２から放出された熱電子は、磁界１６に沿ってＹ方向に往復運動して、各ガス導入部３８から導入された原料ガス３４を電離させてプラズマ１０を生成する働きをする。

例えば、ある流量調節器３６を通してそれにつながるガス導入部３８からイオン源２内に導入する原料ガス３４の量を多くすると、イオン源２内において原料ガス３４が拡散することを考慮しても、当該ガス導入部３８の近傍において原料ガス３４の密度は高くなり、プラズマ１０の密度も高くなり、ひいては当該ガス導入部３８に対応する位置におけるイオンビーム４のビーム電流密度も高くなる。反対に、導入する原料ガス３４の量を少なくすると（０にする場合を含む）、当該ガス導入部３８の近傍において原料ガス３４の密度は低くなり、プラズマ１０の密度も低くなり、ひいては当該ガス導入部３８に対応する位置におけるイオンビーム４のビーム電流密度も低くなる。

即ち、各ガス導入部３８からイオン源２内に導入する原料ガス３４の流量を各流量調節器３６によって調節することによって、各ガス導入部３８に対応する位置におけるイオンビーム４のビーム電流密度を制御（増減）して、イオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布を制御することができる。従って、イオン源２が複数のフィラメントを有していると否とに拘わらずに、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。

但しこのことは、イオン源２が複数のフィラメントを有している場合を排除するものではない。即ち、イオン源２は、上記傍熱型カソード２０と共に、またはそれに代えて、１または複数のフィラメントを有していても良い。図４に示す実施形態においても同様である。

また、上記イオン源２のようにプラズマ生成容器６のＹ方向の両側に傍熱型カソード２０を配置する代わりに、Ｙ方向の一方側に傍熱型カソード２０を配置し、その反対側に、即ちＹ方向の他方側に、傍熱型カソード２０に対向させてプラズマ生成容器６内の電子（主として傍熱型カソード２０からの熱電子）を反射させる（追い返す）働きをする反射電極を配置しても良い。このような反射電極を設けると、電子は、磁界１６の方向を軸として磁界１６中で旋回しながら傍熱型カソード２０（より具体的にはそのカソード部材２２）と反射電極との間を往復運動するようになり、その結果当該電子と原料ガス分子との衝突確率が高くなって原料ガスの電離効率が高まるので、プラズマ１０の生成効率が高まる。従って、傍熱型カソード２０を片側に設けても、両側に設けた場合に近い効果を奏することができる。図４に示す実施形態においても同様である。

イオンビーム４をターゲット４０に入射させてイオン注入を行う注入位置の下流側近傍（図１、図４の例の場合）または上流側近傍において、イオンビーム４を受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器４６を設けておいて、それを用いて、各流量調節器３６（または後述する流量調節器５６）を調節するようにしても良い。

ビーム測定器４６が注入位置の下流側に設けられている場合は、測定時にはターゲット４０およびホルダ４２を測定の邪魔にならない位置に移動させれば良い。ビーム測定器４６が注入位置の上流側に設けられている場合は、ターゲット４０へのイオン注入時には、ビーム測定器４６を注入の邪魔にならない位置に移動させれば良い。

ビーム測定器４６は、この例では、イオンビーム４のビーム電流を測定する多数の測定器（例えばファラデーカップ）をＹ方向に並設して成る多点ビーム測定器であるが、一つの測定器を移動機構によってＹ方向に移動させる構造のものでも良い。Ｘ方向については、各測定器は、測定位置におけるイオンビーム４のＸ方向の寸法Ｗ_Xをカバーすることができる大きさのものが好ましい。ターゲット４０は前述したようにＸ方向に沿って走査されるので、イオンビーム４のＸ方向における積分値がイオン注入量に影響するからである。このビーム測定器４６から上記ビーム電流密度分布を表す測定情報Ｄ_Pが出力される。この測定情報Ｄ_Pは、複数ｎ₃個（ｎ₃はファラデーカップの数と同数）の測定情報から成る。

そして、このビーム測定器４６による測定情報Ｄ_Pに基づいて、例えば作業員が各流量調節器３６を調節して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応するガス導入部３８から導入する原料ガス３４の流量を減少させる（０にする場合を含む）ことと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応するガス導入部３８から導入する原料ガス３４の流量を増大させることの少なくとも一方を行って、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化する。

この調整方法によれば、ビーム測定器４６による測定情報Ｄ_Pに基づいて、流量調節器３６を調節して、ガス導入部３８からイオン源２内へ導入する原料ガス３４の流量を調節するので、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布をより容易にかつ確実に均一化することができる。

図１に示す実施形態のように、ビーム測定器４６からの測定情報Ｄ_Pに基づいて、各流量調節器３６を制御して、上記調整方法と同様の制御内容によって、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化する制御を行う制御装置５０を備えていても良い。これによって、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高める調整を省力化して行うことができる。制御装置５０は、この例では、複数ｎ₁個（ｎ₁は流量調節器３６の数と同数）の制御信号Ｓ₁を出力してそれを各流量調節器３６にそれぞれ与えて各流量調節器３６をそれぞれ制御する。

図４は、この発明に係るイオン注入装置の他の実施形態を示す概略側面図である。図１の実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付しており、以下においては図１の実施形態との相違点を主体に説明する。

イオン源２からターゲット４０更にはビーム測定器４６までのイオンビーム４の輸送経路は、真空容器４８内にあって真空雰囲気に保たれる。即ち、真空容器４８内は、図示しない真空排気装置によって真空排気される。真空容器４８は、複数の真空容器に分割されていても良い。ターゲット駆動装置４４は、例えばその一部が真空容器４８外に設けられていても良い。

この実施形態の場合は、イオン源２には、上記原料ガス３４を導入するガス導入部３８を少なくとも一つ設けておけば良いが、複数設けておく方が好ましい。

イオン源２とターゲット４０に対する注入位置との間におけるイオンビーム４の輸送経路に不活性ガス５４を導入する複数のガス導入部５８を、真空容器４８の壁面（ＹＺ面に沿う壁面）に、Ｙ方向に並べて配置している。各ガス導入部５８は、この実施形態では真空容器４８の片側の壁面に設けており、通常はそれで十分であるが、必要に応じて両側の壁面に設けても良い。

各ガス導入部５８の構造は、例えばガス導入部３８について前述したのと同様のものである。このガス導入部５８の数、配列の間隔、構造等も、イオンビーム４のＹ方向の寸法Ｗ_Y、ビーム電流密度分布均一化制御の精度、イオン源２が元々有している特性（特にプラズマ密度分布の特性）等に応じて決めれば良い。

不活性ガス５４を供給するガス源５２と各流量調節器５６との間には、各ガス導入部５８からイオンビーム４の輸送経路に導入する不活性ガス５４の流量をそれぞれ調節する流量調節器５６がそれぞれ設けられている。

不活性ガス５４は、この明細書では広義の不活性ガスであり、希ガス（Ｈe 、Ｎe 、Ａr 、Ｋr 、Ｘe 、Ｒn ）または窒素（Ｎ₂）ガスである。これらの複数種類のガスの混合ガスでも良い。

これらの内でも、Ｎ₂、Ａr 、Ｘe 等の電離断面積の大きいガスを用いるのが好ましく、そのようにすればビームプラズマをより効率良く生成することができる。

イオンビーム４は自らの空間電荷によって発散して輸送効率が低下する。これを詳述すると、イオンビーム４の空間電荷による発散はＸ，Ｙ両方向において生じるが、ここではＸ方向の発散に着目している。イオンビーム４がＸ方向において発散すると、イオンビーム４は、その輸送経路に存在する構造物、例えばイオンビーム４の運動量分析を行う分析電磁石、分析スリット、イオンビーム４の整形を行うマスク、真空容器の壁面等に衝突しやすくなって、イオンビーム４のターゲット４０への輸送効率が低下する。

イオンビーム４の輸送経路に不活性ガス５４を導入すると、この不活性ガス５４にイオンビーム４が衝突して不活性ガス５４の電離が行われてビームプラズマが生成される。このビームプラズマ中の電子および負イオンによってイオンビーム４の空間電荷が中和されるので、イオンビーム４のＸ方向における発散が抑制されて、イオンビーム４の輸送効率が改善される。その場合、不活性ガス５４の密度を高くした領域では、不活性ガス５４に対するイオンビーム４の衝突確率が高くなってビームプラズマの密度は高くなり、空間電荷中和率は高くなり、イオンビーム４の輸送効率は高くなる。逆にした領域では逆になる。

このイオン注入装置においては、イオンビーム４の輸送経路のＹ方向における不活性ガス５４の密度を、各流量調節器５６による不活性ガス５４の流量の調節によって制御することができるので、それによって、Ｙ方向におけるビームプラズマ密度分布を制御して、注入位置に到達するイオンビーム量をＹ方向の複数位置において制御することができる。

例えば、ある流量調節器５６を通してそれにつながるガス導入部５８からイオンビーム４の輸送経路に導入する不活性ガス５４の量を多くすると、イオンビーム４の輸送経路において不活性ガス５４が拡散することを考慮しても、当該ガス導入部５８の近傍において不活性ガス５４の密度は高くなり、発生するビームプラズマの密度も高くなり、ひいては当該ガス導入部５８に対応する位置におけるイオンビーム４のＸ方向における発散が抑制されてイオンビーム４の輸送効率が高くなり、当該ガス導入部５８に対応するＹ方向位置において、注入位置に到達するイオンビーム４の量は多くなる。反対に、導入する不活性ガス５４の量を少なくすると（０にする場合を含む）、当該ガス導入部５８の近傍において不活性ガス５４の密度は低くなり、発生するビームプラズマの密度も低くなり、ひいては当該ガス導入部５８に対応する位置におけるイオンビーム４の発散抑制が小さくなってイオンビーム４の輸送効率改善が小さくなり、当該ガス導入部５８に対応するＹ方向位置において、注入位置に到達するイオンビーム４の量は少なくなる。

即ち、各ガス導入部５８からイオンビーム４の輸送経路に導入する不活性ガス５４の流量を各流量調節器５６によって調節することによって、各ガス導入部５８に対応する位置におけるビームプラズマ密度を制御（増減）して、注入位置に到達するイオンビーム４の量をＹ方向の複数位置において制御することができる。従って、電界レンズまたは磁界レンズを用いる場合よりも簡単な構成で、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高めることができる。

上記ガス導入部５８は、イオン源２からターゲット４０までのイオンビーム４の輸送経路の内でも、真空度の比較的高い場所に設けるのが好ましい。その方が、不活性ガス５４を多く導入してビームプラズマを濃く生成する場合と、不活性ガス５４を少なく導入してビームプラズマを薄くする場合の差がより明確になるからである。

例えば、特許文献１にも記載されているように、イオンビーム４の輸送経路には、イオンビーム４の運動量分析を行う分析電磁石を設けている場合がある。そのような分析電磁石６２を図４中に二点鎖線で簡略化して示すと、この分析電磁石６２のすぐ下流側付近は真空度が比較的高いこともあって、その辺りにガス導入部５８を設けても良い。

イオンビーム４のエネルギー等との関係で、イオンビーム４の輸送経路にガス導入部５８から不活性ガス５４を導入しただけではビームプラズマが発生しにくい場合は、電子源６６を設けて、それから発生させた電子ビーム６８を、Ｙ方向に配列された各ガス導入部５８の前方付近を通るようにＹ方向に走らせても良い。即ち、電子ビーム６８によってビームプラズマの生成を補助しても良い。そのようにすると、電子ビーム６８はイオンに比べて電離能力が高いので、各ガス導入部５８から導入された不活性ガス５４を電離させてプラズマを発生させやすくなる。電子ビーム６８のエネルギーは、例えば３００ｅＶ〜５００ｅＶ程度で良い。

この実施形態の場合も、先の実施形態の場合と同様に、上記ビーム測定器４６による測定情報Ｄ_Pに基づいて、例えば作業員が各流量調節器５６を調節して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応するガス導入部５８から導入する不活性ガス５４の流量を減少させる（０にする場合を含む）ことと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応するガス導入部５８から導入する不活性ガス５４の流量を増大させることの少なくとも一方を行って、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化するという調整方法を採用しても良い。

この調整方法によれば、ビーム測定器４６による測定情報Ｄ_Pに基づいて、流量調節器５６を調節して、ガス導入部５８からイオンビーム経路へ導入する不活性ガス５４の流量を調節するので、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布をより容易にかつ確実に均一化することができる。

また、図４に示す実施形態のように、ビーム測定器４６からの測定情報Ｄ_Pに基づいて、各流量調節器５６を制御して、上記調整方法と同様の制御内容によって、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化する制御を行う制御装置６０を備えていても良い。これによって、注入位置でのイオンビーム４のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を高める調整を省力化して行うことができる。制御装置６０は、この例では、複数ｎ₂個（ｎ₂は流量調節器５６の数と同数）の制御信号Ｓ₂を出力してそれを各流量調節器５６にそれぞれ与えて各流量調節器５６をそれぞれ制御する。

この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略側面図である。リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。傍熱型カソードを電源と共に示す図である。この発明に係るイオン注入装置の他の実施形態を示す概略側面図である。

符号の説明

２イオン源
４イオンビーム
１０プラズマ
３２ガス源
３４原料ガス
３６流量調節器
３８ガス導入部
４０ターゲット
４４ターゲット駆動装置
４６ビーム測定器
５０制御装置
５２ガス源
５４不活性ガス
５６流量調節器
５８ガス導入部
６０制御装置

Claims

原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットを前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えるイオン注入装置において、
前記イオン源内に前記原料ガスをそれぞれ導入するものであってＹ方向に配列された複数のガス導入部と、
この各ガス導入部から導入する原料ガスの流量をそれぞれ調節する複数の流量調節器と、
前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍において、前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、
このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットを前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えているイオン注入装置において、
前記イオン源内に前記原料ガスをそれぞれ導入するものであってＹ方向に配列された複数のガス導入部と、
この各ガス導入部から導入する原料ガスの流量をそれぞれ調節する複数の流量調節器とを設け、
前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍で前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を用いて、このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を調節して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する原料ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化することを特徴とするイオン注入装置の調整方法。
原料ガスを電離させてプラズマを生成して、互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、Ｙ方向の寸法が、Ｘ方向の寸法よりも大きくかつターゲットのＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
前記イオンビームをターゲットに入射させる注入位置で、ターゲットを前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えるイオン注入装置において、
前記イオン源と前記注入位置との間における前記イオンビームの輸送経路に不活性ガスをそれぞれ導入するものであってＹ方向に配列された複数のガス導入部と、
この各ガス導入部から導入する不活性ガスの流量をそれぞれ調節する複数の流量調節器とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍において、前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、
このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を制御して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する不活性ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する不活性ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化する制御を行う制御装置とを更に備えている請求項３記載のイオン注入装置。
請求項３記載のイオン注入装置において、前記注入位置の上流側近傍または下流側近傍で前記イオンビームを受けてそのＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を用いて、このビーム測定器による測定情報に基づいて、前記流量調節器を調節して、ビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記ガス導入部から導入する不活性ガスの流量を減少させることと、ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記ガス導入部から導入する不活性ガスの流量を増大させることの少なくとも一方を行って、前記注入位置でのイオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を均一化することを特徴とするイオン注入装置の調整方法。