JP6503859B2 - イオンビーム照射装置およびイオンビーム照射方法 - Google Patents

Description

この発明は、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イオンビーム照射装置およびイオンビーム照射方法に関する。

複数のスリットを並設したマルチスリット電極を有しているイオン源から引き出したイオンビームを基板の全面に照射する際に、基板を、マルチスリット電極のスリット配置ピッチ程度の振動幅で振動させることによって、マルチスリット電極に起因するビーム強度の脈動分布を基板上で平均化してビーム照射量（イオン注入量）を均一化するようにしたイオン注入装置が、例えば特許文献１に記載されている。

特開平８−２８７８６３号公報（図１、段落００１０−００１３）

上記従来技術では、基板を振動させない場合に比べて、基板を振動させることによって基板上でのビーム照射量の均一性をある程度は向上させることができると考えられるけれども、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させるためにどのような手段を採用すれば良いかについては、上記従来技術では明確には述べられていない。

そこでこの発明は、基板の全面にイオンビームを照射することができ、しかもイオンビームが脈動する電流密度分布を有していても、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができるイオンビーム照射装置を提供することを一つの目的としている。

また、上記のような処理を行うことができるイオンビーム照射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ビーム照射装置は、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射する装置であって、真空に排気される真空容器と、前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とを所定の方向に所定の周期で交互に配列しているイオン源と、前記ホルダおよびそれに保持された基板を、前記引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構とを備えており、前記イオン源の前記引出し電極系を構成する電極の内の最もプラズマ側の電極をプラズマ電極と呼ぶと、少なくともこのプラズマ電極に、当該プラズマ電極を冷却するものであって中に冷媒が流される冷却パイプを設けていて、当該冷却パイプを設けた部分が前記引出し電極系の前記イオンビームが引き出されない領域を形成しており、かつ前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものであり、更に、前記スキャン機構を制御して、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンして、前記基板の全面にイオンビームを照射する機能を有している制御装置を備えている、ことを特徴としている。

このイオンビーム照射装置によれば、ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオン源を備えているので、基板の全面にイオンビームを照射することができる。

前記イオン源の引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とを所定の方向に所定の周期で交互に配列しているので、当該イオン源から引き出されるイオンビームは脈動する電流密度分布を有することになるけれども、このイオンビーム照射装置は、前記イオンビームの照射領域内で基板を、イオン源の引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向にスキャンすることに加えて、当該基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンする構成（スキャン機構および制御装置）を有しているので、前記従来技術の場合に比べて基板上におけるビーム電流密度分布をより効果的に平均化することができる。その結果、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる。

前記制御装置は、前記基板のスキャン幅を、引出し電極系の前記周期に基づいて当該周期以下（０を含まない）に制御する機能を更に有していても良い。

前記制御装置は、基板上におけるイオンビーム照射量の最大値と最小値との差を最小とするスキャン幅を求めて、前記基板のスキャン幅を当該求めたスキャン幅にする機能を更に有していても良い。

前記基板のスキャン方向におけるイオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器を設けて、当該ビーム測定器で測定した電流密度分布を、前記基板のスキャン幅の制御に用いても良い。

更にその他の変形例を採用しても良い。

この発明に係るイオンビーム照射方法は、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射する方法であって、真空に排気される真空容器と、前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とを所定の方向に所定の周期で交互に配列しているイオン源と、前記ホルダおよびそれに保持された基板を、前記引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構とを備えており、前記イオン源の前記引出し電極系を構成する電極の内の最もプラズマ側の電極をプラズマ電極と呼ぶと、少なくともこのプラズマ電極に、当該プラズマ電極を冷却するものであって中に冷媒が流される冷却パイプを設けていて、当該冷却パイプを設けた部分が前記引出し電極系の前記イオンビームが引き出されない領域を形成しており、かつ前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものである、という構成のイオンビーム照射装置を用いて、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンして、前記基板の全面にイオンビームを照射することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオン源を備えているので、基板の全面にイオンビームを照射することができる。

更に、前記イオン源の引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とを所定の方向に所定の周期で交互に配列しているので、当該イオン源から引き出されるイオンビームは脈動する電流密度分布を有することになるけれども、このイオンビーム照射装置は、前記イオンビームの照射領域内で基板を、イオン源の引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向にスキャンすることに加えて、当該基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンする構成を有しているので、前記従来技術の場合に比べて基板上におけるビーム電流密度分布をより効果的に平均化することができる。その結果、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる。
更に、前記引出し電極系を構成する電極の内の少なくともプラズマ電極に、当該プラズマ電極を冷却するものであって中に冷媒が流される冷却パイプを設けていて、当該冷却パイプを設けた部分が前記引出し電極系の前記イオンビームが引き出されない領域を形成しているので、プラズマ生成部からの熱入力が最も大きいプラズマ電極を冷却パイプによって効果的に冷却することができると共に、当該冷却パイプを設けていても、基板を前記のようにスキャンする構成を有しているので、基板上におけるビーム電流密度分布を効果的に平均化することができ、その結果、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる、という前記効果を奏することができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記基板のスキャン波形は実質的に三角波であるので、比較的単純なスキャン波形で基板上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記基板のスキャン波形は実質的に正弦波であるので、比較的単純なスキャン波形で基板上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。しかもスキャン波形が実質的に正弦波の場合は、実質的に三角波の場合に比べて基板のスキャン幅を小さくすることが可能になるので、当該イオンビーム照射装置の小型化を図ることが可能になる。

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、前記制御装置は、基板のスキャン幅を引出し電極系の前記周期に基づいて当該周期以下（０を含まない）に制御する機能を更に有しているので、小さいスキャン幅で、基板上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。また、スキャン幅が小さくて済むので、当該イオンビーム照射装置の小型化を図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記制御装置は、基板上におけるイオンビーム照射量の最大値と最小値との差を最小とするスキャン幅を求めて、前記基板のスキャン幅を当該求めたスキャン幅にする機能を更に有しているので、基板上でのビーム照射量の均一性をより向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布に基づいて基板の位置でのビーム電流密度分布の周期を求めて、当該求めた周期以下（０は含まない）に基板のスキャン幅を制御する構成を有しているので、基板のスキャン幅の制御をより正確に行うことができる。その結果、請求項４記載の発明が奏する効果と同様の効果をより確実に奏することができる。

請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布に基づいて基板の位置でのビーム電流密度分布およびその周期を求めて、当該求めたビーム電流密度分布およびその周期を用いて、基板上におけるイオンビーム照射量の最大値と最小値との差を最小とするスキャン幅を求めて、前記基板のスキャン幅を当該求めたスキャン幅にする構成を有しているので、基板上でのビーム照射量の均一性をより向上させることができる。

請求項８に記載の発明によれば、ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオン源を備えているイオンビーム照射装置を用いて、前記イオンビームの照射領域内で基板を、イオン源の引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向にスキャンすることに加えて、当該基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンするので、請求項１記載のイオンビーム照射装置の場合と同様に、基板の全面にイオンビームを照射することができると共に、基板上におけるビーム電流密度分布を効果的に平均化することができる。その結果、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる。
更に、前記引出し電極系を構成する電極の内の少なくともプラズマ電極に、当該プラズマ電極を冷却するものであって中に冷媒が流される冷却パイプを設けていて、当該冷却パイプを設けた部分が前記引出し電極系の前記イオンビームが引き出されない領域を形成しているので、プラズマ生成部からの熱入力が最も大きいプラズマ電極を冷却パイプによって効果的に冷却することができると共に、当該冷却パイプを設けていても、基板を前記のようにスキャンするので、基板上におけるビーム電流密度分布を効果的に平均化することができ、その結果、基板上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる、という前記効果を奏することができる。

この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態を示す概略断面図である。 基板の位置におけるイオンビームの寸法の一例を示す概略平面図である。 イオン源の一例を拡大して示す概略断面図である。 図３に示す引出し電極系を構成するプラズマ電極のイオンビーム引出し領域部分の一例を示す概略平面図である。 図３に示す引出し電極系を構成するプラズマ電極のイオンビーム引出し領域部分の他の例を示す概略平面図である。 基板の位置におけるイオンビームの電流密度分布の一例を示す概略図である。 規格化したビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。 ５種類のスキャン波形の例を示す概略図である。 基板の位置におけるイオンビームの電流密度分布の他の例を示す概略図である。 正弦波のスキャン波形の一例を示す概略図である。 基板上の点Ｘ₀ の軌道上のビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。

（１）イオンビーム照射装置の実施形態１
図１に、この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態を示す。方向の理解を容易にするために、各図中に、１点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を図示している。例えば、Ｙ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｘ方向は垂直方向である。イオンビーム２８は、この例ではＺ方向に進行する。

このイオンビーム照射装置は、真空雰囲気中で基板６にイオンビーム２８を照射する装置であって、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４と、この真空容器４内に収納されていて処理しようとする基板６を保持するホルダ８とを備えている。

基板６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。

基板６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。

イオンビーム照射装置は、この実施形態のように、ホルダ８およびそれに保持された基板６を当該基板６の中心部６ａ周りに回転させる回転機構１０と、ホルダ８、それに保持された基板６等を傾けて、イオンビーム２８に対する基板６のチルト角（傾き角）φを変更するチルト機構１２とを備えていても良い。基板６等の回転方向Ｃの一例を図中に示すが、これと逆方向でも良い。当該回転は、連続回転でも良いし、所定の角度ごとのステップ回転でも良い。また、当該回転およびチルト角φの変更は、イオンビーム２８の照射領域内で行っても良いし、照射領域外で行っても良い。但し、この回転機構１０およびチルト機構１２は本発明に必須のものではない。

このイオンビーム照射装置は、更に、プラズマ２３を生成するプラズマ生成部２２および当該プラズマ２３から電界の作用でイオンビーム２８を引き出す引出し電極系２４を有していて、引き出したイオンビーム２８をホルダ８に保持された基板６に照射するイオン源２０を備えている。イオン源２０は、その引出し電極系２４と共に、真空容器４の内部に配置しても良いし、真空容器４の外部に配置しても良い。引出し電極系２４は、例えば図４、図５に示す例のように、イオンビーム２８が引き出される領域Ａ₁ とイオンビーム２８が引き出されない領域Ｂ₁ とを所定の方向（この実施形態ではＸ方向）に所定の周期Ｐ₁ で交互に配列した構成を有している。この引出し電極系２４については後で更に説明する。

このイオンビーム照射装置は、更に、軸１６を介して、ホルダ８およびそれに保持された基板６を、更にこの実施形態では回転機構１０およびチルト機構１２を、機械的に往復でスキャン（即ち、機械的往復走査）するスキャン機構１４を備えている。スキャン機構１４は、この例では真空容器４外に設けているが、これに限られるものではない。

スキャン機構１４によるホルダ８、基板６等のスキャン方向Ｄは、この実施形態では引出し電極系２４の前記２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の配列方向（Ｘ方向）に平行な方向であるが、引出し電極系２４の上記２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の配列方向に対して斜めの方向でも良い。

イオン源２０は、ホルダ８に保持された基板６に対して、図２に示す例のように、当該基板６の位置における寸法が、基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム２８を照射するものである。図２中に、基板６のスキャン方向Ｄおよびスキャン幅Ｗ_S の例も示している。即ち、図２中に破線で示す基板６はスキャンの一方端に位置し、２点鎖線で示す基板６はスキャンの他方端に位置している場合の例を示している。

イオン源２０の種類は特定のものに限定されない。例えば、イオン源２０は、（ａ）多極磁界（カスプ磁界）を用いてプラズマ２３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２３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２３を生成する、いわゆるバーナス型イオン源でも良い。引出し電極系２４を構成する電極の数も、特定のものに限定されない。

図１に示す例のイオン源２０のより詳細例を、図３等を参照して更に説明する。プラズマ２３を生成するプラズマ生成部２２は、例えば、前述したバケット型イオン源、高周波イオン源、バーナス型イオン源等を構成する公知のプラズマ生成部であり、図３では簡略化して図示している。

図３に示す例のイオン源２０は、上記引出し電極系２４を構成するものとして複数枚（この例では３枚）の電極３１〜３３を有している。この出願では、当該３枚の電極の内、最もプラズマ２３側の電極をプラズマ電極３１と呼び、その下流側（イオンビーム２８の進行方向における下流側。以下同様）の電極を引出し電極３２と呼び、その下流側の電極を接地電極３３と呼ぶ。例えば、プラズマ電極３１には、図示しない直流電源から、正の加速電圧が印加される。引出し電極３２には、図示しない直流電源から、プラズマ電極３１の電位よりも低い正の引出し電圧が印加される。接地電極３３は電気的に接地される。

引出し電極系２４は、より具体的にはその各電極３１〜３３は、この実施形態では、基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域２６（図４、図５参照）を有している。イオンビーム引出し領域２６は、イオンビーム２８を引き出す孔、スリット等の多数の開口（イオン引出し開口）を有している領域である。例えば、図４に示すイオンビーム引出し領域２６は、多数の孔３４を有しており、図５に示すイオンビーム引出し領域２６は、多数のスリット３７を有している。寸法の一例を挙げると、基板６の直径が３００ｍｍ、そのスキャン幅Ｗ_S が８０ｍｍの場合、イオンビーム引出し領域２６の縦横の寸法は４００ｍｍ×４００ｍｍである。但しこれに限られるものではない。

上記３枚の電極３１〜３３は、この例では、冷却パイプ４０、４１の部分を除いて、ほぼ同様の構成をしているので、プラズマ電極３１で代表して、そのイオンビーム引出し領域２６部分の平面図を図４または図５に示している。

各電極３１〜３３は、図３、図４に示す例のように、イオンビーム２８引き出し用の多数の孔３４を有していても良いし、図５に示す例のように、イオンビーム２８引き出し用の多数のスリット３７を有していても良い。

引出し電極系２４を構成する電極に、例えば少なくともプラズマ電極３１に、当該電極を冷却する冷却パイプを設けておいても良い。この例では、プラズマ電極３１に複数の冷却パイプ４０をＸ方向に一定のピッチで配置している。冷却パイプ４０内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。冷却パイプ４０を設けた部分からイオンビーム２８は引き出されないので、図４、図５に示す例のように、引出し電極系２４は、複数の孔３４（図４参照）または複数のスリット３７（図５参照）を有していてイオンビーム２８が引き出される領域Ａ₁ と、冷却パイプ４０が設けられていてイオンビーム２８が引き出されない領域Ｂ₁ とが、所定方向（この例ではＸ方向）に所定の周期Ｐ₁ で交互に配列された構造を有している。

プラズマ電極３１よりも下流側の電極にも、必要に応じて、当該電極を冷却する冷却パイプを設けても良い。図３に示す例では、引出し電極３２にも複数の冷却パイプ４１を設けている。各冷却パイプ４１は、この例では各冷却パイプ４０の位置に対応させて配置している。冷却パイプ４１内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。

上記のような２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ を有する引出し電極系２４を備えているイオン源２０から引き出されるイオンビーム２８の、基板６の位置における電流密度分布の一例を図６に示す。この電流密度分布は、一定の周期Ｐ₂ で脈動している。山部分Ａ₂ は引出し電極系２４のイオンビームが引き出される領域Ａ₁ に対応する部分であり、谷部分Ｂ₂ は引出し電極系２４のイオンビームが引き出されない領域Ｂ₁ に対応する部分である。この周期Ｐ₂ と引出し電極系２４の上記周期Ｐ₁ との関係は、特別な場合（例えばイオンビーム２８の発散が大きい場合）を除いて、Ｐ₁ ≒Ｐ₂ と考えることができる場合が多い。

上記図６に示す電流密度分布はほんの一例であり、引出し電極系２４の上記二つの領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の幅の大小関係や、各領域Ａ₁ の各孔やスリットから引き出されるイオンビームの発散角の大小等によって、より脈動の小さい電流密度分布、より脈動の大きい電流密度分布、更にはその他の電流密度分布を実現することもできる。例えば後述する図７参照。

プラズマ電極３１はプラズマ生成部２２からの熱入力が最も大きいので、それの冷却能力をより高めるために、上記各イオンビームが引き出される領域Ａ₁ の中間部に、冷却パイプ４０と平行に、冷却パイプ４０よりも細い冷却パイプを更に配置しても良い。そのようにしても、大きくとらえた上記領域Ａ₁ の基本となる周期は依然としてＰ₁ であると言うことができる。また、上記の付加的な冷却パイプを配置すると、当該冷却パイプ部分からイオンビームが引き出されなくなるので、イオンビーム２８の電流密度分布の各山部分、例えば図６に示した電流密度分布の各山部分Ａ₂ が二山になるけれども、ビーム電流密度分布の基本となる（即ち大きくとらえた）周期は依然としてＰ₂ であると言うことができる。

イオン源２０の引出し電極系２４は、それを構成する電極の内の少なくとも１枚に、分割構造の電極を有していても良い。ここで言う分割構造の電極は、多数のイオン引出し開口（例えば前記孔３４またはスリット３７に相当する開口）をそれぞれ有している複数枚の電極片を、所定の方向（例えば図４等に示すＹ方向）に伸びる接続部を有していて、所定の方向（例えばＸ方向）に所定の周期で並べて接続して１枚の電極を構成したものである。各接続部はイオン引出し開口を有していないので、当該接続部からイオンビームは引き出されない。従って引出し電極系２４がこのような分割構造の電極を有している場合も、当該引出し電極系２４は、イオンビーム２８が引き出される領域（上記領域Ａ₁ に相当）とイオンビーム２８が引き出されない領域（上記領域Ｂ₁ に相当）とが所定の方向に所定の周期（上記周期Ｐ₁ に相当）で交互に配列された構造を有している。

再び図１を参照して、このイオンビーム照射装置は、更に、前記スキャン機構１４を制御して、前記イオンビーム２８の照射領域内で基板６を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンして、基板６の全面にイオンビーム２８を照射する機能を有している制御装置５０を備えている。

スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形は、換言すればスキャン中にスキャンが停止する部分を含まない波形であり、例えば、三角波、三角波が幾分鈍化している鈍化三角波、正弦波、正弦波が幾分歪んでいる歪み正弦波等である。台形波は、波形が平坦になってスキャン中にスキャンが停止する時間帯を含んでいるので、ここで言うスキャン波形には含まない。

このイオンビーム照射装置によれば、ホルダ８に保持された基板６に対して、当該基板６の位置における寸法が、基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム２８を照射するイオン源２０を備えているので、基板６の全面にイオンビーム２８を照射して、当該基板６に処理を施すことができる。

例えば、基板６にその表面を削る等のイオンミリング加工を施すことができる。また、基板６にイオン注入を行うこともできる。イオンビーム２８の種類は、基板６に施す処理内容に応じて選定すれば良い。例えば、イオンミリングを行う場合は、イオンビーム２８として、例えばアルゴンイオンビームのような不活性ガスイオンビーム等を用いれば良い。イオン注入を行う場合は、イオンビーム２８として、所望のドーパントを含むイオンビームを用いれば良い。

また、上記イオン源２０の引出し電極系２４は、イオンビーム２８が引き出される領域Ａ₁ とイオンビームが引き出されない領域Ｂ₁ とを所定の方向に所定の周期Ｐ₁ で交互に配列した構成を有しているので、当該イオン源２０から引き出されるイオンビーム２８は脈動する電流密度分布を有することになるけれども、このイオンビーム照射装置は、当該イオンビーム２８の照射領域内で基板６を、イオン源２０の引出し電極系２４の前記２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の配列方向に対して平行または斜めの方向にスキャンすることに加えて、当該基板６を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンする構成（スキャン機構１４および制御装置５０）を有していて、当該スキャンによって、基板６上におけるイオンビーム２８の脈動する電流密度分布によるビーム濃淡の影響をうまく解消することができるので、前記従来技術の場合に比べて基板６上におけるビーム電流密度分布をより効果的に平均化することができる。その結果、基板６上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる。

なお、基板６等のスキャン方向Ｄは、上記２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の配列方向に平行な方向が好ましいけれども、当該配列方向に対して斜めの方向でも良く、その場合でも上記とほぼ同様の作用によって、上記基板６上におけるビーム濃淡の影響を解消する効果を奏することができる。スキャン方向Ｄを上記のように斜めの方向にする場合は、引出し電極系２４の上記２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の配列の周期Ｐ₁ および基板６上でのビーム電流密度分布の周期Ｐ₂ は、当該斜めの方向の周期を用いれば良い。以下に述べる他の実施形態においても同様である。

また、スキャン位置が時間によって連続的に変化する上記スキャン波形は、前述した台形波のようにスキャン波形中にスキャンが停止する時間帯を含んでいるスキャン波形に比べて、スキャン波形が単純であるので、制御装置５０によるスキャン制御が容易になるという利点もある。

ちなみに、前述した台形波のように、スキャン波形中にスキャンが停止する時間帯を含んでいるスキャン波形の場合は、基板６上に、イオンビーム２８の脈動する電流密度分布によるビーム濃淡の影響が色濃く残り、しかもこの影響は基板６の停止時間が長くなるほど大きくなるので、基板６上でのビーム照射量の均一性を向上させることが困難になる。従ってこのようなスキャン波形は好ましくない。

次に、基板６のスキャン波形およびスキャン幅Ｗ_S の例について説明する。

上記基板６のスキャン波形は、実質的に三角波としても良い。実質的に三角波とは、三角波、および三角波が幾分鈍っている鈍化三角波を含む意味である。このようなスキャン波形を用いれば、比較的単純なスキャン波形で基板６上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。鈍化三角波については、以下において更に詳しく説明する。

あるいは基板６のスキャン波形は、実質的に正弦波としても良い。実質的に正弦波とは、正弦波、および正弦波が幾分歪んでいる歪み正弦波を含む意味である。このようなスキャン波形を用いれば、比較的単純なスキャン波形で基板６上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。しかもスキャン波形が実質的に正弦波の場合は、実質的に三角波の場合に比べて基板６のスキャン幅Ｗ_S を小さくすることが可能になるので、当該イオンビーム照射装置の小型化を図ることが可能になる。このスキャン幅Ｗ_S を小さくすることが可能になることについては、以下において更に詳しく説明する。

基板６のスキャン波形が三角波、鈍化三角波および正弦波の場合について、基板６上でのビーム照射量の均一性についてシミュレーションを行った結果の例を説明する。

イオンビーム２８の分布としては、ここでは、図７に示す例のように、基板６上におけるビーム電流密度分布の各山部分（図６中の各山部分Ａ₂ に対応）がガウス分布をしていて、そのピーク強度が１／ｅとなる幅（これを１／ｅ幅と呼ぶことにする。ｅは自然対数の底であり、ｅ≒２．７１８である）が異なる場合について検討した。

（Ａ）イオンビームの分布
基板６上のスキャン方向（この例ではＸ方向）における各山部分の電流密度分布Ｉ（ｘ）は、次式で表されるガウス分布であるとする。ここで、ｘは基板６上のＸ方向の位置、Ｉ₀ はピーク強度、ｄは上記１／ｅ幅である。

［数１］
Ｉ（ｘ）＝Ｉ₀ ・ｅｘｐ（−ｘ² ／ｄ² ）

なお、以下では、計算を単純化する等のために、上記式のビーム電流密度分布をＩ₀ で規格化した（即ちＩ₀ ＝１とした）規格化ビーム電流密度分布を用いる。図７はそれを用いて図示している。

基板６上のスキャン方向におけるビーム電流密度分布の周期をＰ₂ とし、距離の単位をＰ₂ ／２とする。図７に示すビーム電流密度分布は、基板６上における山部分が五つで、上記距離の単位での各中心がｘ＝−４，−２，０，２，４にそれぞれある場合の例である。

各山部分の１／ｅ幅（＝ｄ）は、ｄ＝１／３，２／３，１の３条件でシミュレーションを行った。

上記五つの山部分を有するイオンビーム全体の基板６上でのビーム電流密度分布ｆ（ｘ）は次式で表すことができる。

［数２］
ｆ（ｘ）＝ｅｘｐ｛−（ｘ＋４）² ／ｄ² ｝＋ｅｘｐ｛−（ｘ＋２）² ／ｄ² ｝
＋ｅｘｐ｛−ｘ² ／ｄ² ｝＋ｅｘｐ｛−（ｘ−２）² ／ｄ² ｝
＋ｅｘｐ｛−（ｘ−４）² ／ｄ² ｝

上記数２で表されるビーム電流密度分布ｆ（ｘ）を、上記各１／ｅ幅についてグラフ化したものを図７にまとめて示している。

（Ｂ）基板６のスキャン波形
基板６のスキャン波形として、ここでは三角波を取り上げ、それをフーリエ級数で表すことにするが、無限フーリエ級数を用いるのは実用的ではなく、有限フーリエ級数でも項数をある程度大きくすれば無限フーリエ級数と実質的に同じとみなせるので、ここでは次式に示すように有限項（３３項）のフーリエ級数ｆ（ｔ）で三角波を表すことにした。ｎは１以上の整数であり、ここでは１から３３までの整数である。

また、前述した三角波が鈍化した鈍化三角波には、上記数３におけるｎ＝３３の代わりに、ｎ＝９，５，３をそれぞれ使用した。これらの鈍化三角波の振幅は、波形の頂部が鈍化しているために、三角波の振幅よりも幾分小さくなる。三角波の振幅を１としたとき、上記ｎ＝９，５，３の場合の鈍化三角波の振幅は、それぞれ、０．９６（９６％）、０．９３（９３％）、０．９０（９０％）になる。この割合を鈍化率と呼ぶことにし、これらの鈍化三角波を、それぞれ、鈍化三角波１、鈍化三角波２、鈍化三角波３と呼ぶことにする。なお、鈍化率は、三角波を有限項のフーリエ級数で表したときの振幅の、無限項のフーリエ級数で表したときの振幅に対する割合と言うこともできる。

上記三角波、鈍化三角波１〜３およびこれらと同じ周期の正弦波から成るスキャン波形の例を図８にまとめて示す。

（Ｃ）基板６のスキャン波形、スキャン幅およびビーム電流密度分布の均一性
基板６上におけるビーム電流密度分布が図７を参照して説明した３種類の場合について、基板６上の上記５種類のスキャン波形について、基板６のスキャン幅Ｗ_S およびその時の基板６上でのビーム照射量の均一性Ｕを求めた結果を表１にまとめて示す。

ここでは、基板６のスキャン幅Ｗ_S は、前述した基板６上のスキャン方向におけるビーム電流密度分布の周期Ｐ₂ に対する比率を表す係数ｋ（＞０）を用いて、次式の関係で表しており、表１中にはこの係数ｋを記入している。

［数４］
Ｗ_S ＝ｋＰ₂

また、基板６上でのビーム照射量の均一性Ｕは、次式で表されるものである。ここで、Ｗ_max はビーム照射量の最大値、Ｗ_min はビーム照射量の最小値である。

［数５］
Ｕ＝（Ｗ_max −Ｗ_min ）／（Ｗ_max ＋Ｗ_min ）

上記表１から分るように、どのスキャン波形の場合も、係数ｋを１以下（０を含まない）にすることで良好な均一性Ｕが得られている。

特に、スキャン波形が三角波の場合は、係数ｋが１または０．９９で非常に良好な均一性Ｕが得られており、これが最適なスキャン幅Ｗ_S を与える係数であると言うことができる。

スキャン波形が鈍化三角波の場合は、係数ｋを上記鈍化率と同じ値にすることで、非常に良好な均一性Ｕが得られており、これが最適なスキャン幅Ｗ_S を与える係数であると言うことができる。

スキャン波形が正弦波の場合は、係数ｋが０．７７〜０．７９で非常に良好な均一性Ｕが得られており、これが最適なスキャン幅Ｗ_S を与える係数であると言うことができる。即ち、スキャン波形が正弦波の場合は、三角波や鈍化三角波に比べて、基板６のスキャン幅Ｗ_S を小さくすることが可能になる。

なお、表１に示すように、スキャン波形が鈍化三角波でも良好な均一性Ｕが得られることから、スキャン波形が、正弦波が幾分（例えば数％以下）歪んでいる歪み正弦波の場合も、上記正弦波の場合の係数ｋ程度の係数ｋで良好な均一性Ｕが得られるものと考えられる。

次に、制御装置５０が他の機能を有している等の場合のイオンビーム照射装置の他の実施形態について幾つか説明する。以下においては、上述した実施形態との相違点を主に説明する。

（２）イオンビーム照射装置の実施形態２
図６の所で説明したように、引出し電極系２４の２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の周期Ｐ₁ と、基板６上でのビーム電流密度分布の周期Ｐ₂ とは、特別な場合を除いて、Ｐ₁ ≒Ｐ₂ と考えることができる場合が多いので、上記周期Ｐ₂ を用いる代わりに上記周期Ｐ₁ を用いて、上記係数ｋを周期Ｐ₁ に掛けてスキャン幅Ｗ_S を決定しても良い。即ちＷ_S ＝ｋＰ₁ （ｋは０＜ｋ≦１）としても良い。引出し電極系２４の上記周期Ｐ₁ は引出し電極系２４の構造から容易に分るので、この周期Ｐ₁ を用いる方が簡単である。

即ち、前記制御装置５０は、基板６のスキャン幅Ｗ_S を、引出し電極系２４の前記周期Ｐ₁ に基づいて当該周期Ｐ₁ 以下（０を含まない）に制御する機能を更に有していても良い。そのようにすると、小さいスキャン幅Ｗ_S で、基板６上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。また、スキャン幅Ｗ_S が小さくて済むので、当該イオンビーム照射装置の小型化を図ることができる。逆に、基板６のスキャン幅Ｗ_S を引出し電極系２４の上記周期Ｐ₁ よりも大きくすると、スキャン幅Ｗ_S が大きくなった分、当該イオンビーム照射装置が大型になる。

（３）イオンビーム照射装置の実施形態３
制御装置５０が、上記実施形態２で説明したように、基板６のスキャン幅Ｗ_S を引出し電極系２４の上記周期Ｐ₁ 以下（０を含まない）に制御する機能を有している場合、制御装置５０は、次の（ａ）および（ｂ）の機能を更に有していても良い。

（ａ）基板６の位置でのイオンビーム２８の、基板６のスキャン方向における電流密度分布であってスキャン機構１４の制御に用いるものを記憶しておく機能。
（ｂ）前記記憶しているイオンビームの電流密度分布の周期をＰ₂ 、基板６のスキャン幅をｋＰ₂ （ｋは０＜ｋ≦１の係数）とすると、係数ｋを所定の刻みで変化させて基板６のスキャン幅ｋＰ₂ を変化させ、各スキャン幅ｋＰ₂ ごとに、前記記憶しているイオンビームの電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、基板６上の複数点におけるイオンビームの照射量を計算してその最大値と最小値との差を計算し、かつ当該差を最小とする係数ｋを決定し、当該決定した係数ｋを用いて、基板６のスキャン幅をｋＰ₂ とする機能。

これについて更に説明すると、制御装置５０の上記（ａ）の機能で記憶しておく基板６上でのビーム電流密度分布は、例えば、本イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験的に上記ビーム電流密度分布を測定して、それを記憶しておけば良い。また、イオンビーム２８のエネルギー、電流値、イオン種等の各種条件（これはレシピと呼ばれる）を変化させて基板６へのイオンビーム照射処理が行われる場合は、レシピによって上記ビーム電流密度分布が変化することもあり得るので、その場合は、各レシピについて予め実験的に上記ビーム電流密度分布を測定して記憶しておいて、基板６のスキャン幅の計算時には、レシピに応じたビーム電流密度分布を使用すれば良い。このようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。

制御装置５０の上記（ｂ）の機能について、数式等を用いてより詳しく説明する。ここでは、基板６のスキャン方向はＸ方向に平行な方向（以下、これを簡単にＸ方向と呼ぶ）である場合を例に説明する。

制御装置５０の上記（ａ）の機能で記憶しておく基板６上でのビーム電流密度分布の概略例を図９に示す。この図は、以下の説明を分かりやすくするため、分布波形を非常に単純化すると共に谷部分Ｂ₂ の電流密度を０にしている。実際のビーム電流密度分布は、通常は、例えば先に図６、図７に示した例のように滑らかに脈動する分布を有している場合が多い。

このビーム電流密度分布のＸ方向の周期を前記と同様にＰ₂ とし、当該ビーム電流密度分布の関数をｆ（ｘ）とする。ｘは、基板６上のＸ方向の位置である。

基板６のスキャン幅Ｗ_S をｋＰ₂ （ｋは０＜ｋ≦１の係数）、即ちＷ_S ＝ｋＰ₂ とする。これは前記数４と同じである。基板６のスキャン波形は、この例では図１０に示すような正弦波とし、その時間周期をＴ_S とする。

例えば時間ｔ＝０のときの基板６上の点Ｘ₀ の時間変化ｘ（ｔ）を次式とする。ここで、ｇ（ｔ）は、振幅がｋＰ₂ ／２の場合の時間についての周期関数である。

［数６］
ｘ（ｔ）＝Ｘ₀ ＋ｇ（ｔ）

上記点Ｘ₀ の軌道は、図１０に示すスキャン波形と同じになる。この点Ｘ₀ の軌道上のビーム電流密度は次式で表される。これは図１１中に太線で示す輪郭線に相当する。なお、図１１において、ビーム電流密度が０になる箇所があるのは、この例では図９に示したビーム電流密度分布を用いて説明しているからであり、前述したようにビーム電流密度分布が他の分布の場合は、それに応じたものになる。

［数７］
ｆ｛Ｘ₀ ＋ｇ（ｔ）｝

従って、上記係数ｋの場合の、１周期Ｔ_S の間の基板６上の点Ｘ₀ に対するイオンビームの照射量Ｗ（Ｘ₀ ，ｋ）は次式で表される。この積分は、図１１中にハッチングを付した部分の面積に相当する。

［数８］
Ｗ（Ｘ₀ ，ｋ）＝∫₀ ^Tsｆ｛Ｘ₀ ＋ｇ（ｔ）｝ｄｔ

そこで、係数ｋを所定の刻みで変化させて基板６のスキャン幅ｋＰ₂ を変化させ、各スキャン幅ｋＰ₂ ごとに、基板６上の複数点（例えば０≦Ｘ₀ ≦Ｐ₂ の複数点、即ち上記周期Ｐ₂ 内の複数点）におけるイオンビーム照射量Ｗ（Ｘ₀ ，ｋ）を計算して、その最大値Ｗ（Ｘ₀′，ｋ）_max と最小値Ｗ（Ｘ₀″，ｋ）_min との差ΔＷ（次式参照）を計算し、かつ当該差ΔＷを最小とする係数ｋを決定する。ここで、Ｘ₀′はビーム照射量が最大値となる点の位置、Ｘ₀″はビーム照射量が最小値となる点の位置である。

［数９］
ΔＷ＝Ｗ（Ｘ₀′，ｋ）_max −Ｗ（Ｘ₀″，ｋ）_min

そして、上記のようにして決定した係数ｋを用いて、基板６のスキャン幅Ｗ_S をｋＰ₂ とする。これが制御装置５０の上記（ｂ）の機能である。

制御装置５０が上記（ａ）および（ｂ）の機能を有していることによって、基板６上でのビーム照射量の最大値と最小値との差ΔＷを最小とする（即ち最適の）スキャン幅Ｗ_S （＝ｋＰ₂ ）を求めてスキャン幅をそれにすることができるので、基板６上でのビーム照射量の均一性をより向上させることができる。また、このような制御装置５０を用いれば、基板６のスキャンが定速でない場合（例えばスキャン波形が実質的に正弦波の場合）においても、基板６上でのビーム照射量の均一性を良くする最適のスキャン幅Ｗ_S を求めてスキャン幅をそれにすることができる。

（４）イオンビーム照射装置の実施形態４
イオンビーム照射装置は、基板６のスキャン方向におけるイオンビーム２８の電流密度分布を測定するビーム測定器を更に備えていても良い。当該ビーム測定器は、例えば、多数のビーム電流検出器（例えばファラデーカップ。以下同様）を基板６のスキャン方向に配列した多点式のビーム測定器でも良いし、一つのビーム電流検出器を基板６のスキャン方向に移動させる移動式のビーム測定器でも良い。図１中に示すビーム測定器５２は、前者の場合の例である。

また、上記ビーム測定器は、基板６の位置に、基板６と干渉しないように基板６と入れ替わりに移動させる移動式のものでも良いし、基板６の上流側または下流側の位置に設けられたものでも良い。図１中のビーム測定器５２は、基板６の下流側に設けた例を示す。基板６の上流側に設ける場合は、基板６へのイオンビーム２８の照射時は、それの邪魔にならない位置に移動させれば良い。

上記のようなビーム測定器を備えている場合、制御装置５０は、前述した実施形態２のように基板６のスキャン幅Ｗ_S を引出し電極系２４の上記周期Ｐ₁ 以下に制御する機能の代わりに、上記ビーム測定器で測定した上記電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビーム２８の、基板６のスキャン方向における電流密度分布の周期Ｐ₂ を求めて、基板６のスキャン幅Ｗ_S を、当該求めた周期Ｐ₂ 以下（０は含まない）に制御する機能を有していても良い。

なお、上記ビーム測定器を基板６の位置に設けない場合は、当該ビーム測定器の位置と基板６の位置との幾何学的配置関係およびイオンビーム２８の発散状況等を用いた計算を制御装置５０内で行うことによって、基板６の位置での上記ビーム電流密度分布の周期Ｐ₂ を求めることができる。

この実施形態によれば、ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布に基づいて基板６の位置でのビーム電流密度分布の周期Ｐ₂ を求めて、当該求めた周期Ｐ₂ 以下（０は含まない）に基板６のスキャン幅を制御するので、基板６のスキャン幅の制御をより正確に行うことができる。その結果、前記実施形態２が奏する効果と同様の効果をより確実に奏することができる。即ち、小さいスキャン幅Ｗ_S で、基板６上でのビーム照射量の均一性を向上させることができる。また、スキャン幅Ｗ_S が小さくて済むので、当該イオンビーム照射装置の小型化を図ることができる。このような効果をより確実に奏することができる。

（５）イオンビーム照射装置の実施形態５
上記のようなビーム測定器を備えている場合、制御装置５０は、前述した実施形態３の（ａ）および（ｂ）の機能の代わりに、次の（ｃ）および（ｄ）の機能を有していても良い。

（ｃ）前記ビーム測定器で測定した電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビーム２８の、基板６のスキャン方向における電流密度分布およびその周期を求める機能。
（ｄ）前記求めたイオンビームの電流密度分布の周期をＰ₂ 、基板６のスキャン幅をｋＰ₂ （ｋは０＜ｋ≦１の係数）とすると、係数ｋを所定の刻みで変化させて基板６のスキャン幅ｋＰ₂ を変化させ、各スキャン幅ｋＰ₂ ごとに、前記求めたイオンビームの電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、基板６上の複数点におけるイオンビームの照射量を計算してその最大値と最小値との差を計算し、かつ当該差を最小とする係数ｋを決定し、当該決定した係数ｋを用いて、基板６のスキャン幅をｋＰ₂ とする機能。

上記実施形態３の（ａ）および（ｂ）の機能との相違点を主に説明すると、この実施形態の（ｃ）の機能では、ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビームの電流密度分布およびその周期を求める。

この実施形態の（ｄ）の機能では、上記（ｃ）の機能で求めたイオンビームの電流密度分布およびその周期を用いて、当該周期をＰ₂ とし、それ以外は上記（ｂ）の機能の場合と同様にして、係数ｋを決定して基板６のスキャン幅をｋＰ₂ とする。この係数ｋ、スキャン幅ｋＰ₂ 等を計算する詳細例は前記（ｂ）の機能の場合と同じであるので、ここでは重複説明を省略する。

この実施形態によれば、ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布に基づいて基板６の位置でのビーム電流密度分布およびその周期を求めて、当該求めたビーム電流密度分布およびその周期を用いて、基板６上におけるイオンビーム照射量の最大値と最小値との差ΔＷを最小とする（即ち最適の）スキャン幅Ｗ_S （＝ｋＰ₂ ）を求めて、基板６のスキャン幅を当該求めたスキャン幅にするので、基板６上でのビーム照射量の均一性をより向上させることができる。

（６）イオンビーム照射方法の実施形態
次に、この発明に係るイオンビーム照射方法の実施形態を説明すると、図１等を参照して上記実施形態１で説明したようなイオンビーム照射装置を用いて（但し、この方法の場合は、上記制御装置５０を用いる必要はないので、それを備えている必要はない）、イオンビーム２８の照射領域内で基板６を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンして、基板６の全面にイオンビーム２８を照射する方法を採用しても良い。

このイオンビーム照射方法の場合も、ホルダ８に保持された基板６に対して、基板６の位置における寸法が、基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム２８を照射するイオン源２０を備えているイオンビーム照射装置を用いて、当該イオンビーム２８の照射領域内で基板６を、イオン源２０の引出し電極系の前記２種類の領域Ａ₁ 、Ｂ₁ の配列方向に対して平行または斜めの方向にスキャンすることに加えて、当該基板６を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンするので、上記実施形態１のイオンビーム照射装置の場合と同様に、基板６の全面にイオンビームを照射することができると共に、基板６上におけるビーム電流密度分布を効果的に平均化することができる。その結果、基板６上でのビーム照射量の均一性を更に向上させることができる。

４ 真空容器
６ 基板
８ ホルダ
１４ スキャン機構
２０ イオン源
２２ プラズマ生成部
２４ 引出し電極系
２６ イオンビーム引出し領域
２８ イオンビーム
５０ 制御装置
５２ ビーム測定器
Ａ₁ イオンビームが引き出される領域
Ｂ₁ イオンビームが引き出されない領域

Claims (8)

1. 真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射する装置であって、
   真空に排気される真空容器と、
   前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
   プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とを所定の方向に所定の周期で交互に配列しているイオン源と、
   前記ホルダおよびそれに保持された基板を、前記引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構とを備えており、
   前記イオン源の前記引出し電極系を構成する電極の内の最もプラズマ側の電極をプラズマ電極と呼ぶと、少なくともこのプラズマ電極に、当該プラズマ電極を冷却するものであって中に冷媒が流される冷却パイプを設けていて、当該冷却パイプを設けた部分が前記引出し電極系の前記イオンビームが引き出されない領域を形成しており、
   かつ前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものであり、
   更に、前記スキャン機構を制御して、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンして、前記基板の全面にイオンビームを照射する機能を有している制御装置を備えている、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
2. 前記基板のスキャン波形は実質的に三角波である請求項１記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記基板のスキャン波形は実質的に正弦波である請求項１記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記制御装置は、前記基板のスキャン幅を、前記引出し電極系の前記周期に基づいて当該周期以下（０を含まない）に制御する機能を更に有している請求項１、２または３記載のイオンビーム照射装置。
5. 前記制御装置は、
   （ａ）前記基板の位置での前記イオンビームの、前記基板のスキャン方向における電流密度分布であって前記スキャン機構の制御に用いるものを記憶しておく機能と、
   （ｂ）前記記憶しているイオンビームの電流密度分布の周期をＰ₂ 、前記基板のスキャン幅をｋＰ₂ （ｋは０＜ｋ≦１の係数）とすると、係数ｋを所定の刻みで変化させて前記基板のスキャン幅ｋＰ₂ を変化させ、各スキャン幅ｋＰ₂ ごとに、前記記憶しているイオンビームの電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量を計算してその最大値と最小値との差を計算し、かつ当該差を最小とする係数ｋを決定し、当該決定した係数ｋを用いて、前記基板のスキャン幅をｋＰ₂ とする機能とを更に有している請求項４記載のイオンビーム照射装置。
6. 前記基板のスキャン方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器を更に備えており、
   前記制御装置は、前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの、前記基板のスキャン方向における電流密度分布の周期を求めて、前記基板のスキャン幅を、当該求めた周期以下（０は含まない）に制御する機能を更に有している請求項１、２または３記載のイオンビーム照射装置。
7. 前記基板のスキャン方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器を更に備えており、
   かつ前記制御装置は、
   （ｃ）前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの、前記基板のスキャン方向における電流密度分布およびその周期を求める機能と、
   （ｄ）前記求めたイオンビームの電流密度分布の周期をＰ₂ 、前記基板のスキャン幅をｋＰ₂ （ｋは０＜ｋ≦１の係数）とすると、係数ｋを所定の刻みで変化させて前記基板のスキャン幅ｋＰ₂ を変化させ、各スキャン幅ｋＰ₂ ごとに、前記求めたイオンビームの電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量を計算してその最大値と最小値との差を計算し、かつ当該差を最小とする係数ｋを決定し、当該決定した係数ｋを用いて、前記基板のスキャン幅をｋＰ₂ とする機能とを更に有している請求項１、２または３記載のイオンビーム照射装置。
8. 真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射する方法であって、
   真空に排気される真空容器と、
   前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
   プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とを所定の方向に所定の周期で交互に配列しているイオン源と、
   前記ホルダおよびそれに保持された基板を、前記引出し電極系の前記２種類の領域の配列方向に対して平行または斜めの方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構とを備えており、
   前記イオン源の前記引出し電極系を構成する電極の内の最もプラズマ側の電極をプラズマ電極と呼ぶと、少なくともこのプラズマ電極に、当該プラズマ電極を冷却するものであって中に冷媒が流される冷却パイプを設けていて、当該冷却パイプを設けた部分が前記引出し電極系の前記イオンビームが引き出されない領域を形成しており、
   かつ前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものである、という構成のイオンビーム照射装置を用いて、
   前記イオンビームの照射領域内で前記基板を、スキャン位置が時間によって連続的に変化するスキャン波形に従ってスキャンして、前記基板の全面にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。

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