JP7332437B2 - イオン注入装置 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン注入装置およびビームプロファイラに関する。
半導体製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体の結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを注入する工程が標準的に実施されている。イオンビームのビーム電流分布を測定するために、複数のファラデーカップを並べて配置したビーム電流計測器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１８－４９８０９号公報
イオンビームがファラデーカップの電極に入射するとき、電極表面から二次電子や二次イオンなどの荷電粒子が放出されうる。もし、放出された荷電粒子が再び電極に捕捉されずにファラデーカップの外部へと失われると、このファラデーカップの測定結果は、入射するイオンビームのビーム電流量を正確に表さない。そのうえ、ファラデーカップから脱出した荷電粒子が、近くにある別のファラデーカップへと流れ込むかもしれない。そうすると、この別のファラデーカップで測定されるビーム電流量も不正確となる。
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームのビーム電流分布を精度よく測定することにある。
本発明のある態様によると、イオン注入装置は、イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、ビームスキャナよりも下流に配置され、ビームスキャナによって走査されるイオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備える。ビームプロファイラは、アパチャーアレイと、アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイと、複数のマグネットと、を備える。アパチャーアレイは、イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て第１アパチャーとは異なる形状をもち、イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備える。カップ電極アレイは、第１空洞を定めるとともに、第１ビーム部分が第１アパチャーから第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、第２空洞を定めるとともに、第２ビーム部分が第２アパチャーから第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備える。複数のマグネットは、前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って第１空洞と第２空洞に磁場を印加する。
本発明のある態様によると、ビームプロファイラは、アパチャーアレイと、アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイと、複数のマグネットと、を備える。アパチャーアレイは、第１アパチャーと、イオンビームの進行方向から見て第１アパチャーとは異なる形状をもつ第２アパチャーと、を備える。第１アパチャーがイオンビームの第１ビーム部分を規定し、第２アパチャーがイオンビームの第２ビーム部分を規定する。カップ電極アレイは、第１空洞を定めるとともに、第１ビーム部分が第１アパチャーから第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、第２空洞を定めるとともに、第２ビーム部分が第２アパチャーから第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備える。複数のマグネットは、前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って第１空洞と第２空洞に磁場を印加する。
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、イオンビームのビーム電流分布を精度よく測定することができる。
実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す上面図である。 実施の形態に係る基板搬送処理ユニットの構成を詳細に示す側面図である。 実施の形態に係るビームプロファイラの外観を模式的に示す斜視図である。 図３に示されるビームプロファイラのＡ－Ａ断面を模式的に示す断面図である。 図３に示されるビームプロファイラのＢ－Ｂ断面を模式的に示す断面図である。 図３に示されるビームプロファイラのＣ－Ｃ断面を模式的に示す断面図である。 図３に示されるビームプロファイラに形成される磁気回路を模式的に示す図である。 図３に示されるビームプロファイラに適用されうる第１アパチャーの配列の規則を示す模式図である。
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。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図１は、本発明のある実施の形態に係るイオン注入装置１を概略的に示す上面図である。イオン注入装置１は、いわゆる高エネルギーイオン注入装置である。高エネルギーイオン注入装置は、高周波線形加速方式のイオン加速器と高エネルギーイオン輸送用ビームラインを有するイオン注入装置であり、イオン源１０で発生したイオンを加速し、そうして得られたイオンビームＩＢをビームラインに沿って被処理物（例えば基板またはウェハＷ）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
高エネルギーイオン注入装置１は、イオンを生成して質量分離するイオンビーム生成ユニット１２と、イオンビームを加速して高エネルギーイオンビームにする高エネルギー多段線形加速ユニット１４と、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、軌道補正、エネルギー分散の制御を行うビーム偏向ユニット１６と、分析された高エネルギーイオンビームをウェハＷまで輸送するビーム輸送ラインユニット１８と、輸送された高エネルギーイオンビームをウェハＷに注入する基板搬送処理ユニット２０とを備える。
イオンビーム生成ユニット１２は、イオン源１０と、引出電極１１と、質量分析装置２２と、を有する。イオンビーム生成ユニット１２では、イオン源１０から引出電極１１を通してビームが引き出されると同時に加速され、引出加速されたビームは質量分析装置２２により質量分析される。質量分析装置２２は、質量分析磁石２２ａ、質量分析スリット２２ｂを有する。質量分析スリット２２ｂは、質量分析磁石２２ａの直後に配置する場合もあるが、実施例では、その次の構成である高エネルギー多段線形加速ユニット１４の入り口部内に配置される。質量分析装置２２による質量分析の結果、注入に必要なイオン種だけが選別され、選別されたイオン種のイオンビームは、次の高エネルギー多段線形加速ユニット１４に導かれる。
高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置、すなわち、一つ以上の高周波共振器を挟む加速ギャップを備えている。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高周波（ＲＦ）電場の作用により、イオンを加速することができる。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、高エネルギーイオン注入用の基本的な複数段の高周波共振器を備える第１線形加速器１５ａを備える。高エネルギー多段線形加速ユニット１４は、超高エネルギーイオン注入用の追加の複数段の高周波共振器を備える第２線形加速器１５ｂを追加的に備えてもよい。
イオンビームを高エネルギーまで加速する高周波方式の高エネルギー多段線形加速ユニット１４を出た高エネルギーイオンビームは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、高エネルギー多段線形加速ユニット１４の下流で高エネルギーのイオンビームをビーム走査およびビーム平行化させてウェハに照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析と、軌道補正及びビーム収束発散の調整を実施しておくことが必要となる。
ビーム偏向ユニット１６は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、軌道補正、エネルギー分散の制御を行う。ビーム偏向ユニット１６は、少なくとも二つの高精度偏向電磁石と、少なくとも一つのエネルギー幅制限スリットと、少なくとも一つのエネルギー分析スリットと、少なくとも一つの横収束機器とを備える。複数の偏向電磁石は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析と、イオン注入角度の精密な補正と、エネルギー分散の抑制とを行うよう構成されている。
ビーム偏向ユニット１６は、エネルギー分析電磁石２４と、エネルギー分散を抑制する横収束四重極レンズ２６と、エネルギー分析スリット２８と、ステアリング（軌道補正）を提供する偏向電磁石３０とを有する。なお、エネルギー分析電磁石２４は、エネルギーフィルタ電磁石（ＥＦＭ）と呼ばれることもある。高エネルギー多段線形加速ユニット１４によって加速された高エネルギーイオンビームは、ビーム偏向ユニット１６によって方向転換され、ウェハＷの方向へ向かう。
ビーム輸送ラインユニット１８は、ビーム偏向ユニット１６から出たイオンビームＩＢを輸送するビームライン装置であり、収束／発散レンズ群から構成されるビーム整形器３２と、ビームスキャナ３４と、ビーム平行化器３６と、最終エネルギーフィルタ３８（最終エネルギー分離スリットを含む）とを有する。ビーム輸送ラインユニット１８の長さは、イオンビーム生成ユニット１２と高エネルギー多段線形加速ユニット１４とを合計した長さに合わせて設計されており、ビーム偏向ユニット１６で結ばれて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
ビーム輸送ラインユニット１８の下流側の終端には、基板搬送処理ユニット２０が設けられる。基板搬送処理ユニット２０には、イオン注入中のウェハＷを保持し、ウェハＷをビーム走査方向と直角方向に動かすプラテン駆動装置４０が設けられる。また、基板搬送処理ユニット２０には、ビームプロファイラ５０が設けられる。ビームプロファイラ５０の構成は、別途詳述する。
イオン注入装置１のビームライン部は、対向する２本の長直線部を有する水平のＵ字状の折り返し型ビームラインに構成されている。上流の長直線部は、イオンビーム生成ユニット１２で生成されたイオンビームＩＢを加速する複数のユニットで構成される。下流の長直線部は、上流の長直線部に対し方向転換されたイオンビームＩＢを調整してウェハＷに注入する複数のユニットで構成される。２本の長直線部はほぼ同じ長さに構成されている。２本の長直線部の間には、メンテナンス作業のために十分な広さの作業スペースＲ１が設けられている。
図２は、基板搬送処理ユニット２０の構成を詳細に示す側面図であり、最終エネルギーフィルタ３８から下流側の構成を示す。イオンビームＩＢは、最終エネルギーフィルタ３８の角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）電極６４にて下方に偏向されて基板搬送処理ユニット２０に入射する。基板搬送処理ユニット２０は、ウェハＷへのイオン注入工程が実行される注入処理室６０と、ウェハＷを搬送するための搬送機構が設けられる基板搬送部６２とを含む。注入処理室６０および基板搬送部６２は、基板搬送口６１を介してつながる。
注入処理室６０は、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置４０を備える。プラテン駆動装置４０は、ウェハ保持装置４２と、往復運動機構４４と、ツイスト角調整機構４６と、チルト角調整機構４８とを含む。ウェハ保持装置４２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。往復運動機構４４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持装置４２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置４２に保持されるウェハＷをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印Ｙ１によりウェハＷの往復運動を例示する。
この実施の形態では、ビーム走査方向（ｘ方向）は水平方向にあたる。注入処理室６０でのイオンビームＩＢの進行方向（ｚ方向）は、ＡＥＦ電極６４による偏向により、図示されるように、水平面に対して若干斜め下向きとなる。そのため、ウェハＷのメカニカルスキャンの方向（ｙ方向）は、鉛直線に対してビームラインの下流側に向けて若干斜めに傾いている。本書では、ｙ方向をビーム幅方向と称することもある。ｘ方向およびｙ方向は、ｚ方向に直交する。
ツイスト角調整機構４６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構４６は、ウェハ保持装置４２と往復運動機構４４の間に設けられ、ウェハ保持装置４２とともに往復運動される。
チルト角調整機構４８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームＩＢの進行方向（ｚ方向）とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構４８は、往復運動機構４４と注入処理室６０の壁面の間に設けられており、往復運動機構４４を含むプラテン駆動装置４０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
注入処理室６０には、イオンビームＩＢの軌道に沿って上流側から下流側に向けて、マスクプレート５６、エネルギースリット６６、プラズマシャワー装置６８が設けられている。これらはプラテン駆動装置４０よりも上流側に配置されている。また、注入処理室６０には、イオン注入中のウェハＷが配置される「注入位置」に挿入可能となるよう構成されるビーム電流測定部７０が設けられる。
マスクプレート５６は、複数のアパチャーを有するビーム遮蔽体であり、アパチャーを通過するビームの一部が下流側のビームプロファイラ５０やビーム電流測定部７０にて測定される。マスクプレート５６上のアパチャーは、例えばｙ方向に細長い縦スリットとｘ方向に細長い横スリットのように、互いに異なる方向に延びる少なくとも二種のスリットを含みうる。マスクプレート５６は、マスク駆動機構５８に取り付けられ移動可能とされ、測定のためにビーム軌道上に配置され、注入時にはビーム軌道から退避される。マスク駆動機構５８は、マスクプレート５６を例えばｙ方向に移動させるよう構成される。マスクプレート５６は、測定時にｙ方向に移動することで、マスクプレート５６に設けられるスリットが切り出すビーム部分のビーム断面内における位置を変化させてもよい。
エネルギースリット６６は、ＡＥＦ電極６４の下流側に設けられ、ＡＥＦ電極６４とともにウェハＷに入射するイオンビームＩＢのエネルギー分析をする。エネルギースリット６６は、ビーム走査方向（ｘ方向）に横長のスリットで構成されるエネルギー制限スリット（ＥＤＳ；Energy Defining Slit）である。エネルギースリット６６は、所望のエネルギー値またはエネルギー範囲のイオンビームＩＢをウェハＷに向けて通過させ、それ以外のイオンビームを遮蔽する。
プラズマシャワー装置６８は、エネルギースリット６６の下流側に位置する。プラズマシャワー装置６８は、イオンビームＩＢのビーム電流量に応じてイオンビームおよびウェハ処理面に低エネルギー電子を供給し、イオン注入で生じるウェハ処理面の正電荷のチャージアップを抑制する。プラズマシャワー装置６８は、例えば、イオンビームＩＢが通過するシャワーチューブと、シャワーチューブ内に電子を供給するプラズマ発生装置とを含む。
ビームプロファイラ５０は、ビーム軌道の最下流に設けられ、例えば、基板搬送口６１の下方に固定される。ビーム軌道上にウェハＷやビーム電流測定部７０が存在しないとき、イオンビームＩＢはビームプロファイラ５０に入射する。ビームプロファイラ５０は、ビームスキャナ３４によって走査されるイオンビームＩＢのビーム電流分布を計測するよう構成される。ビームプロファイラ５０による測定中、マスクプレート５６はビーム軌道から退避されてもよい。ビームプロファイラ５０は、マスクプレート５６とともにイオンビームＩＢのｙ方向の角度分布を測定可能であってもよい。ビームプロファイラ５０をマスクプレート５６から離れた最下流に設けることで、角度分解能を高めることができる。
ビーム電流測定部７０は、ウェハＷの表面（ウェハ処理面）におけるビーム電流を測定するためのものである。ビーム電流測定部７０は、可動式となっており、注入時にはウェハ位置から退避され、ウェハＷが注入位置にないときにウェハ位置に挿入される。ビーム電流測定部７０は、例えば、ｘ方向に移動しながらビーム電流量を測定し、ビーム走査方向（ｘ方向）のビーム電流分布を測定する。ビーム電流測定部７０は、マスクプレート５６とともにイオンビームＩＢのｘ方向およびｙ方向の少なくとも一方の角度分布を測定可能となるよう構成されてもよい。
図３は、実施の形態に係るビームプロファイラ５０の外観を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示されるビームプロファイラ５０のＡ－Ａ断面を模式的に示す断面図である。図５は、図３に示されるビームプロファイラ５０のＢ－Ｂ断面を模式的に示す断面図である。図６は、図３に示されるビームプロファイラ５０のＣ－Ｃ断面を模式的に示す断面図である。図７は、図３に示されるビームプロファイラ５０に形成される磁気回路を模式的に示す図である。
図３に示されるように、ビームプロファイラ５０は、大まかには、２つのサブユニット、すなわち第１サブユニット５０ａと第２サブユニット５０ｂから構成される。ビームプロファイラ５０の中央部５２に対して向かって左に第１サブユニット５０ａ、向かって右に第２サブユニット５０ｂが配置される。２つのサブユニットはｘ方向に並んで配置されている。第１サブユニット５０ａと第２サブユニット５０ｂは基本的に左右対称であり、類似の構成をもつ。以下、説明を簡潔にするため、両者の共通点については第１サブユニット５０ａを例に挙げて説明する。
ビームプロファイラ５０は、フロントプレート１００、冷却プレート１０２、冷却ブロック１０４、ヨーク１０６を備え、これらはイオンビームＩＢの進行方向に上流側から順に配置され、組み立てられている。フロントプレート１００と冷却プレート１０２はそれぞれ単一部品として設けられ、これら２つのプレートの左側の部分が第１サブユニット５０ａの一部を形成し、右側の部分が第２サブユニット５０ｂの一部を形成する。冷却ブロック１０４、ヨーク１０６、および、ビームプロファイラ５０の内部に収容される種々の構成部品は、サブユニットごとに設けられる。たとえば、２つのヨーク１０６がビームプロファイラ５０には設けられ、第１サブユニット５０ａが一方のヨーク１０６を備え、第２サブユニット５０ｂが他方のヨーク１０６を備える。
フロントプレート１００は、イオンビームＩＢが照射されるビームプロファイラ５０の前面に配置され、アパチャーアレイ１１０を形成する。上述のように、ビームプロファイラ５０に入射するイオンビームＩＢはｘ方向に走査されているため、ｘｙ平面でイオンビームＩＢが照射されうる領域はｘ方向に沿って細長い。この横長のイオンビーム領域１０８がフロントプレート１００の前面に収まるようにフロントプレート１００のｘ方向とｙ方向の寸法が定められている。よって、イオンビームＩＢはビームプロファイラ５０に入射するときフロントプレート１００の外側には照射されない。フロントプレート１００は、例えばグラファイトで形成される。あるいは、フロントプレート１００は、高融点金属などの金属またはその他の適する導体で形成されてもよい。
アパチャーアレイ１１０は、複数の第１アパチャー１１１と複数の第２アパチャー１１２を含む。イオンビームＩＢの進行方向（すなわちｚ方向）から見て、第１アパチャー１１１は同じ形状を有し、また第２アパチャー１１２も同じ形状を有するが、第１アパチャー１１１と第２アパチャー１１２は互いに異なる形状をもつ。
この実施の形態では、第１アパチャー１１１は、ｘ方向に細長く、第２アパチャー１１２は、ｙ方向に細長い。第１アパチャー１１１は、ｘ方向に延びる横長スリットとしてフロントプレート１００に形成され、第２アパチャー１１２は、ｙ方向延びる縦長スリットとしてフロントプレート１００に形成されている。
第２アパチャー１１２のスリット長さ（ｙ方向長さ）は、イオンビームＩＢのｙ方向長さに相当し、またはこれよりいくらか長いことが好ましい。第２アパチャー１１２は、イオンビームＩＢのｙ方向の幅全体を受け入れることができる。第１アパチャー１１１のスリット長さ（ｘ方向長さ）は、比較的短い（例えば第２アパチャー１１２のスリット長さより短い）。そのため、ビームプロファイラ５０において第１アパチャー１１１をｘ方向に複数並べても、残りのスペースに余裕が生まれやすく、複数の第２アパチャー１１２をｘ方向に配置することが容易である。スリット幅（スリット長さに直交する方向の寸法）は、第１アパチャー１１１と第２アパチャー１１２で等しくてもよいし、あるいは異なってもよい。
第１アパチャー１１１は、ｙ方向に並び、第２アパチャー１１２は、ｘ方向に並んでいる。この実施の形態では、サブユニットごとに複数の第１アパチャー１１１と複数の第２アパチャー１１２が設けられている。図３に示されるように、第１サブユニット５０ａには、２個の第２アパチャー１１２が設けられ、ｘ方向においてこれら第２アパチャー１１２の間に一群の第１アパチャー１１１が配置される。第１アパチャー１１１は、ｙ方向に二列に千鳥状に配置される。一方の列には６個の第１アパチャー１１１が並び、他方の列には５個の第１アパチャー１１１が並ぶ。合計すると、ビームプロファイラ５０には、２２個の第１アパチャー１１１と４個の第２アパチャー１１２が形成されている。
フロントプレート１００の前面には複数の第１凹部が形成され、第１アパチャー１１１は、第１凹部のそれぞれに１つずつ形成され、フロントプレート１００をｚ方向に貫通している。同様に、フロントプレート１００の前面には複数の第２凹部が形成され、第２アパチャー１１２は、第２凹部のそれぞれに１つずつ形成され、フロントプレート１００をｚ方向に貫通している。ｚ方向から見るとき、第１アパチャー１１１、第２アパチャー１１２はそれぞれ、第１凹部、第２凹部の中心に位置する。
図４に示されるように、複数の第１アパチャー１１１は、それぞれが、イオンビームＩＢの第１ビーム部分ＩＢ１を規定する。複数の第２アパチャー１１２は、それぞれが、イオンビームＩＢの第２ビーム部分ＩＢ２を規定する。言い換えれば、イオンビームＩＢのうち、第１アパチャー１１１によってイオンビームＩＢから切り出され第１アパチャー１１１を通過する部分が第１ビーム部分ＩＢ１であり、第２アパチャー１１２によってイオンビームＩＢから切り出され第２アパチャー１１２を通過する部分が第２ビーム部分ＩＢ２である。第１ビーム部分ＩＢ１と第２ビーム部分ＩＢ２を除くイオンビームＩＢの他の部分は、フロントプレート１００に照射され遮蔽される。
第１アパチャー１１１と第２アパチャー１１２は、ｚ方向に下流側に向けて（図４では上方に向けて）テーパ状に広がっていてもよい。このようにすれば、アパチャーのテーパ状の側面へのイオン入射とその結果生じうる二次イオン、二次電子の放出を抑制することができる。
ビームプロファイラ５０は、アパチャーアレイ１１０に対し固定的に配置されるカップ電極アレイ１２０をさらに備える。アパチャーアレイ１１０とカップ電極アレイ１２０により、ビームプロファイラ５０には多数のファラデーカップがｘｙ平面に二次元的に並ぶファラデーカップのアレイが構成される。
カップ電極アレイ１２０は、複数の第１カップ電極１２１と複数の第２カップ電極１２２を含む。複数の第１カップ電極１２１は、複数の第１アパチャー１１１に対応してｙ方向に並び、複数の第２カップ電極１２２は、複数の第２アパチャー１１２に対応してｘ方向に並んでいる。ビームプロファイラ５０には、第１アパチャー１１１と同じ数の第１カップ電極１２１が設けられ、第２アパチャー１１２と同じ数の第２カップ電極１２２が設けられる。１つのアパチャーとこれに対応する１つのカップ電極の組み合わせによって１つのファラデーカップが構成される。カップ電極は、フロントプレート１００と同様に、例えばグラファイトで形成されるが、金属またはその他の適する導体で形成されてもよい。
この実施の形態では、第１サブユニット５０ａには一群の第１アパチャー１１１がｙ方向に二列に千鳥状に配置されるから、これら第１アパチャー１１１の下流側に一群の第１カップ電極１２１が配置され、第１アパチャー１１１の配列と同様に、ｙ方向に二列に千鳥状に配置される。加えて、ｘ方向においてこの一群の第１カップ電極１２１の両側には第２カップ電極１２２が配置され、これら第２カップ電極１２２は第１サブユニット５０ａの２個の第２アパチャー１１２の下流側に配置される。
第１カップ電極１２１は、第１空洞１３１を定め、第２カップ電極１２２は、第２空洞１３２を定める。複数の第１カップ電極１２１は、それぞれが、第１ビーム部分ＩＢ１が第１アパチャー１１１から第１空洞１３１を通じて入射するように配置される。複数の第２カップ電極１２２は、それぞれが、第２ビーム部分ＩＢ２が第２アパチャー１１２から第２空洞１３２を通じて入射するように配置される。第１カップ電極１２１および第１空洞１３１は、第１アパチャー１１１に対応して、ｘ方向に細長い形状をもつ。第２カップ電極１２２および第２空洞１３２は、第２アパチャー１１２に対応して、ｙ方向に細長い形状をもつ。
第１空洞１３１の形状は、第１ビーム部分ＩＢ１が第１アパチャー１１１と対向する第１カップ電極１２１の底面１２３のみに入射するように定められている。よって、第１ビーム部分ＩＢ１は、第１カップ電極１２１の側面に入射しない。これをより確実にするために、第１空洞１３１は、第１アパチャー１１１からｚ方向に離れるにつれてｚ方向と直交する方向に広がっていてもよい。図４に示されるように、第１空洞１３１は、第１アパチャー１１１からｚ方向に離れるにつれてｘ方向に広がっている。図５に示されるように、第１空洞１３１は、第１アパチャー１１１からｚ方向に離れるにつれてｙ方向にも広がっている。第１カップ電極１２１の底面１２３に対する側面の角度α１，α２は、例えば、８０度より大きく、９０度より小さくてもよい。角度α１，α２は、８５度より大きくてもよい。言い換えれば、第１ビーム部分ＩＢ１が第１カップ電極１２１の入口で第１カップ電極１２１の側面となす角度は、例えば、１０度未満、または５度未満であってもよい。
同様に、第２空洞１３２の形状は、第２ビーム部分ＩＢ２が第２アパチャー１１２と対向する第２カップ電極１２２の底面１２４のみに入射するように定められている。第２ビーム部分ＩＢ２は、第２カップ電極１２２の側面に入射しない。第２空洞１３２は、第２アパチャー１１２からｚ方向に離れるにつれてｚ方向と直交する方向に広がっていてもよい。図４に示されるように、第２空洞１３２は、第２アパチャー１１２からｚ方向に離れるにつれてｘ方向に広がっている。図６に示されるように、第２空洞１３２は、第２アパチャー１１２からｚ方向に離れるにつれてｙ方向にも広がっている。第２カップ電極１２２の底面１２４に対する側面の角度も、例えば、８０度（または８５度）より大きく、９０度より小さくてもよい。第２ビーム部分ＩＢ２が第２カップ電極１２２の入口で第２カップ電極１２２の側面となす角度は、例えば、１０度未満、または５度未満であってもよい。
このように、ビームプロファイラ５０に入射するイオンをカップ電極の側面に入射させずに底面のみに入射させることは、カップ電極から発生しうる二次イオン、二次電子の外部への放出を防止するサプレッション磁場Ｂｓ（後述）を低減するうえで、有利である。
また、第１アパチャー１１１のスリット幅（ｙ方向の幅）は、第１空洞１３１のｙ方向の幅より小さい。第２アパチャー１１２のスリット幅（ｘ方向の幅）は、第２空洞１３２のｘ方向の幅より小さい。アパチャーをカップ電極の空洞よりも狭くすることにより、入射するイオンが空洞内で電極に反射して空洞外に逃げたり、二次電子や二次イオンが空洞外に逃げるリスクが低減される。
さらに、ビームプロファイラ５０は、ｘｙ平面の面内方向に沿って第１空洞１３１と第２空洞１３２に磁場を印加する複数のマグネット１４０を備える。この磁場は、カップ電極から発生しうる二次イオン、二次電子の外部への放出を抑制する効果をもつ。
この実施の形態では、複数のマグネット１４０は、ｘ方向に第１カップ電極１２１および第２カップ電極１２２と並んで配置される。マグネット１４０をｘ方向に配列することは、ビームプロファイラ５０のサイズをコンパクトにすることに役立つ。第１カップ電極１２１と第２カップ電極１２２がｘ方向に間隔を空けて並んでいるので、これをマグネット１４０の収納スペースとして利用できるからである。
複数のマグネット１４０は、ｘ方向に第１カップ電極１２１および第２カップ電極１２２と交互に配置される。このようにすれば、必要な磁場を比較的小型のマグネット１４０で生成することができる。例えば、第１カップ電極１２１と第２カップ電極１２２が並ぶカップ電極の列の両端にのみマグネット１４０が配置される場合に比べて、このカップ電極の列の中央部でより強い磁場を発生させることが容易になる。
また、複数のマグネット１４０は、各マグネット１４０が、第１カップ電極１２１と、または第２カップ電極１２２と、またはそれら両方と、ｘ方向に隣接して配置される。このようにすれば、マグネット１４０を第１カップ電極１２１と第２カップ電極１２２の近くに配置することでき、必要な磁場を比較的小型のマグネット１４０で生成することができる。とくに、カップ電極の両側にマグネットが配置される場合には、カップ電極の空洞に強い磁場を発生させることが容易になる。
この実施の形態では、図４に示されるように、ｘ方向に、第２カップ電極１２２、第１カップ電極１２１、第１カップ電極１２１、第２カップ電極１２２の順に並んでいる。そこで、こうしたカップ電極の配列と交互に５個のマグネット１４０が配置される。また、どのカップ電極についても、その両側にマグネット１４０が配置される。なお、必要とされる磁場が生成される限り、これら５個のマグネット１４０のうち１つ又は複数のマグネットが省略されてもよい。
第１カップ電極１２１、第２カップ電極１２２、および複数のマグネット１４０がｘ方向に並んだカップ電極／マグネット列は、フロントプレート１００よりも下流に配置され、冷却プレート１０２が、このカップ電極／マグネット列とフロントプレート１００との間に配置される。冷却プレート１０２は、ｘｙ寸法がフロントプレート１００よりいくらか大きく、冷却プレート１０２の前面にフロントプレート１００が固定される。冷却ブロック１０４は、カップ電極／マグネット列を包囲する。冷却ブロック１０４は、冷却プレート１０２の下流に配置され、冷却プレート１０２とともにカップ電極／マグネット列を取り囲み、熱接触している。第１カップ電極１２１、第２カップ電極１２２、およびマグネット１４０は、冷却プレート１０２及び／または冷却ブロック１０４に固定される。カップ電極／マグネット列および冷却ブロック１０４は、ヨーク１０６の内側に配置される。ヨーク１０６は、冷却ブロック１０４の外表面に沿ってコの字状（Ｃ字状）に延びている。
冷却プレート１０２は、冷却ブロック１０４とともに、ビームプロファイラ５０を冷却する冷却系を構成する。冷却系は、イオンビームＩＢの照射に伴うビームプロファイラ５０への入熱による過剰な温度上昇を抑制し、ビームプロファイラ５０を適切な温度に制御するように構成されている。フロントプレート１００は、冷却プレート１０２によって冷却される。また、冷却ブロック１０４は主に、カップ電極へのイオン入射に伴いカップ電極で発生する熱を効率的に取り除くことができる。
冷却プレート１０２と冷却ブロック１０４は、例えばアルミ材で形成されるが、その他の適する金属または高熱伝導材料で形成されてもよい。図４から図６に示されるように、冷却プレート１０２と冷却ブロック１０４には、冷媒（例えば冷却水）を流すための冷媒流路１５０が各所に形成されている。例示的な構成においては、冷却プレート１０２の側面に冷媒流入口が設けられ、そこから冷却プレート１０２の冷媒流路１５０に冷媒が供給される。冷媒は、第１サブユニット５０ａの冷却ブロック１０４の冷媒流路１５０へと流れ、冷却プレート１０２を経由して第２サブユニット５０ｂの冷却ブロック１０４の冷媒流路１５０へと流れ、冷却プレート１０２へと再び戻される。冷媒は、冷却プレート１０２の別の側面に設けられた冷媒流出口から排出される。
冷却プレート１０２はフロントプレート１００とカップ電極／マグネット列の間に配置されているから、冷却プレート１０２には、図４に示されるように、第１アパチャー１１１を第１カップ電極１２１の第１空洞１３１につなぐように冷却プレート１０２をｚ方向に貫通する第１貫通孔１５１が形成されている。第１ビーム部分ＩＢ１は、第１アパチャー１１１から第１貫通孔１５１を通って第１空洞１３１に入る。同様に、冷却プレート１０２には第２貫通孔１５２が形成され、第２ビーム部分ＩＢ２は、第２アパチャー１１２から第２貫通孔１５２を通って第２空洞１３２に入る。
また、第１カップ電極１２１と第２カップ電極１２２を周囲の導体から電気的に絶縁するためのインシュレータ部材が設けられている。例えば、第１フロントインシュレータ１６１は、第１カップ電極１２１の第１空洞１３１への入口を囲むように配置され、冷却プレート１０２と第１カップ電極１２１の前面との間に挟み込まれている。第２フロントインシュレータ１６２は、第２カップ電極１２２の第２空洞１３２への入口を囲むように配置され、冷却プレート１０２と第２カップ電極１２２の前面との間に挟み込まれている。第１バックインシュレータ１６３、第２バックインシュレータ１６４はそれぞれ、第１カップ電極１２１、第２カップ電極１２２の背面と冷却ブロック１０４の間に挟み込まれている。こうしたインシュレータ部材は、例えば窒化アルミニウムなどのセラミックス、またはその他適宜の絶縁材料で形成される。
第１バックインシュレータ１６３の近傍に、例えば第１バックインシュレータ１６３の背面に隣接して、第１カップ電極１２１に入射する第１ビーム部分ＩＢ１のビーム電流量を測定する計測回路基板が配置されてもよい。同様に、第２バックインシュレータ１６４の近傍に、例えば第２バックインシュレータ１６４の背面に隣接して、第２カップ電極１２２に入射する第２ビーム部分ＩＢ２のビーム電流量を測定する計測回路基板が配置されてもよい。
第１アパチャー１１１および第２アパチャー１１２は、ビームスキャナ３４によって走査されていないイオンビームＩＢ（静止イオンビームともいう）が照射されるアパチャーアレイ１１０上の場所を避けて配置されてもよい。この実施の形態においては、静止イオンビームは、ビームプロファイラ５０の中央部５２に照射される。
したがって、図３に示されるように、第１アパチャー１１１と第２アパチャー１１２は、ビームプロファイラ５０の中央部５２を避けて配置される。静止イオンビームは、第１アパチャー１１１と第２アパチャー１１２に照射されない。このようにして、静止イオンビームの照射位置としてビームプロファイラ５０の中央部５２が利用され、フロントプレート１００は、ビームダンパの役割を果たすことができる。
仮に、静止イオンビームの照射位置にアパチャーがあったとすると、ビームの待機中、照射を受けるアパチャーから対応するカップ電極にビームが継続的に入射し、カップ電極が過剰に加熱されるかもしれない。しかし、上述のように、静止イオンビームの照射位置を避けてアパチャーが配置されるので、そのような問題は避けられる。
また、図３を参照すると、フロントプレート１００上で両端（すなわち左右の外側）に位置する２個の第２アパチャー１１２はそれぞれ、フロントプレート１００上でイオンビームＩＢが入射する領域の走査方向端部に位置する。ビームプロファイラ５０は、これら両端の第２アパチャー１１２のうち少なくとも一方が注入処理室６０内で注入位置に位置するウェハＷの外周よりも外側に位置するように構成されてもよい。そのようにすれば、イオン注入中にウェハＷの外側をイオンビームＩＢが通過し、これをビームプロファイラ５０が第２アパチャー１１２で受け、ビーム電流を測定することができる。この測定結果は、例えばイオン注入中に、または次回のイオン注入で、イオンビームＩＢを制御するために使用されてもよい。
次に、図７を参照して、ビームプロファイラ５０に形成される磁気回路を説明する。ビームプロファイラ５０の第１サブユニット５０ａは、上述のように、第１カップ電極１２１と第２カップ電極１２２を含む第１のカップ電極アレイ１２０と、第１の複数のマグネット１４０とを備える。同様に、第２サブユニット５０ｂは、第１カップ電極１２１と第２カップ電極１２２を含む第２のカップ電極アレイ１２０と、第２の複数のマグネット１４０とを備える。第１および第２のカップ電極アレイ１２０は、ｘ方向に並んで配置される。
複数のマグネット１４０は、ｘ方向に沿って各マグネット１４０の相反する磁極（すなわち、Ｎ極とＳ極）が交互に並ぶように配置される。マグネット１４０は、永久磁石である。ヨーク１０６は、複数のマグネット１４０のうちｘ方向両端のマグネット１４０を磁気的に結合するリターンヨークである。ヨーク１０６は、例えば純鉄またはその他の軟磁性材料で形成される。このような磁気回路により、マグネット１４０は、図７に示されるように、ｘ方向に沿って第１空洞１３１と第２空洞１３２にサプレッション磁場Ｂｓを印加する。サプレッション磁場Ｂｓは、主に、フロントプレート１００よりも下流側に印加される。
この実施の形態では、第１の複数のマグネット１４０は、第１のカップ電極アレイ１２０においてｘ方向に沿って第１の向きで第１空洞１３１と第２空洞１３２に磁場を印加する。第２の複数のマグネット１４０は、第２のカップ電極アレイ１２０においてｘ方向に沿って第１の向きと反対の第２の向きで第１空洞１３１と第２空洞１３２に磁場を印加する。図７に示されるように、第１サブユニット５０ａにおいては、すべてのマグネット１４０が左側にＮ極、右側にＳ極を向けて配置される。逆に、第２サブユニット５０ｂにおいては、すべてのマグネット１４０が左側にＳ極、右側にＮ極を向けて配置される。
このように、左右のサブユニットで磁性を逆方向とすると、左右のサブユニットのマグネット１４０が発生させる磁場を面対称とすることができ、その結果、ビームプロファイラ５０の中央部５２での漏れ磁場を抑制することができる。ビームプロファイラ５０の中央部５２でイオンビームＩＢのビーム電流を検出しようとするとき（とくに、走査されていないイオンビームＩＢがビームプロファイラ５０の中央部５２に照射される場合において）、漏れ磁場はイオンビームＩＢに影響しうる。漏れ磁場を抑制することにより、イオンビームＩＢのビーム電流をより正確に検出することができる。
サプレッション磁場Ｂｓの大きさを設計するための例示的な方法を述べる。この実施の形態では、入射するイオンはすべてカップ電極の底面に照射される。二次イオンが生じるとしたら、それはカップ電極の底面から発生することになる。カップ電極の側面にイオンは当たらないので、そこから二次イオンは生じない。
二次イオンとして、設計上想定される最も重い一価イオン（例えば、イオン注入装置１における注入イオン種としてホウ素、リン、アルゴン、ヒ素を使用可能とする場合には、ヒ素の一価イオン）が考慮される。このイオンがカップ電極の底面から発して空洞から脱出しうる軌跡のうち、最小の曲げ半径をもつ軌跡は、幾何学的に求められる。
この最小曲げ半径の軌跡は、サプレッション磁場Ｂｓがｘ方向の場合、図５に破線の矢印１７１で示されるように、第１カップ電極１２１の底面１２３の下端から発して第１カップ電極１２１の入口下端に達する円弧となる。この円弧は、第１カップ電極１２１の上側の側面に接する。第２カップ電極１２２については、図６に破線の矢印１７２で示されるように、第２カップ電極１２２の底面１２４から発して第２カップ電極１２２の入口に達する半円となる。
想定される二次イオンに矢印１７１、１７２で示される円運動を行わせる最小の磁場を求めることができる。したがって、カップ電極の空洞にこの最小の磁場を上回るサプレッション磁場Ｂｓを印加するようにマグネット１４０が設計される。そうすれば、当該二次イオンは、より小さい半径の円運動をするので、空洞からの脱出は防止される。最も重いイオンを考慮しているので、より軽い二次イオン、二次電子の脱出も防止される。
よって、マグネット１４０が生成するサプレッション磁場Ｂｓにより、カップ電極内で生じうる二次イオン、二次電子を空洞内に封じ込めることができる。なお、イオンビームＩＢとして入射するイオンは、二次イオンに比べて顕著に高いエネルギー（例えば数百から数千倍以上）をもつので、イオンビームＩＢはサプレッション磁場Ｂｓから実質的に影響を受けない。
図８は、図３に示されるビームプロファイラ５０に適用されうる第１アパチャー１１１の配列の規則を示す模式図である。複数の第１アパチャー１１１は、ある列の第１アパチャー１１１が他の列の第１アパチャー１１１からｙ方向に位置をずらすようにして、少なくとも二列で配置される。ｘ方向から見るとき、少なくとも二列の第１アパチャー１１１が、ｙ方向に隙間無く並んでいる。
上述のように、第１サブユニット５０ａの第１アパチャー１１１は、ｙ方向に二列に千鳥状に配置される。左側の列１８１には６個の第１アパチャー１１１が並び、右側の列１８２には５個の第１アパチャー１１１が並ぶ。同様に、第２サブユニット５０ｂの第１アパチャー１１１は、ｙ方向に二列に千鳥状に配置される。左側の列１８３には５個の第１アパチャー１１１が並び、右側の列１８４には６個の第１アパチャー１１１が並ぶ。第２サブユニット５０ｂの第１アパチャー１１１は、第１サブユニット５０ａの第１アパチャー１１１に対してｙ方向に位置をずらすようにして配置される。このようにして、四列（１８１～１８４）の第１アパチャー１１１は、互いにｙ方向の位置が異なっている。
ｘ方向から見るとき、これら四列の第１アパチャー１１１は、ｙ方向に隙間無く並んでいる。第１アパチャー１１１は、上から下へと、列１８１、列１８４、列１８２、列１８３の順に並んでいる。
このようにして、ｙ方向に密集して配列された第１アパチャー１１１の一次元アレイ１８５を仮想的に作ることができる。こうしたアレイを現実にｙ方向に一列で製作しようとすると、隣り合う第１アパチャー１１１が一体化され、また、第１アパチャー１１１の背後で隣り合う第１カップ電極１２１が物理的に干渉することになるので、困難である。しかしながら、この実施の形態によれば、それぞれの第１アパチャー１１１を通じて第１カップ電極１２１で検出されるビーム電流をｙ方向の位置に対応させて統合することにより、ｙ方向に密集して配列されたファラデーカップのアレイを仮想的に構築でき、高解像度のビーム電流分布を得ることができる。
なお、各列の第１アパチャー１１１は、ｙ方向に互いに部分的に重なって並んでもよい。あるいは、各列の第１アパチャー１１１は、ｙ方向に互いにいくらかの隙間をあけて並んでもよい。いずれにしても、単一の列（例えば列１８１）のみによって得られるファラデーカップのアレイよりも密集したファラデーカップのアレイを仮想的に構築でき、高解像度のビーム電流分布を得ることができる。
以上に説明したように、実施の形態に係るビームプロファイラ５０は、ｚ方向から見て第１アパチャー１１１と第２アパチャー１１２が異なる形状をもつ。そのため、イオンビームＩＢのビーム電流分布に関して、異なる開口形状に依存して異なる情報を取得することができる。
第１アパチャー１１１は、それぞれがｘ方向に細長い形状をもつので、対応する第１カップ電極１２１との組み合わせにより横長ファラデーカップが形成され、それにより、第１アパチャー１１１のｙ方向位置でのビーム電流を測定することができる。複数の第１アパチャー１１１と第１カップ電極１２１の組、すなわち複数の横長ファラデーカップがｙ方向に配列されているので、ビームプロファイラ５０は、イオンビームＩＢのｙ方向ビーム電流分布を測定することができる。とくに、上述のように、複数の第１アパチャー１１１の列（１８１～１８４）は、高度に密集した横長ファラデーカップの一次元アレイ１８５を仮想的に構築するので、ビームプロファイラ５０は、高解像度のビーム電流分布を得ることができる。
第２アパチャー１１２は、それぞれがｙ方向に細長い形状をもつので、対応する第２カップ電極１２２との組み合わせにより縦長ファラデーカップが形成され、それにより、第２アパチャー１１２のｘ方向位置でのビーム電流を測定することができる。複数の第２アパチャー１１２と第２カップ電極１２２の組、すなわち複数の縦長ファラデーカップがｘ方向に配列されているので、ビームプロファイラ５０は、イオンビームＩＢのｘ方向ビーム電流分布を測定することができる。
ビームプロファイラ５０は、ｚ方向に直交する方向（例えばｘ方向）に沿って第１空洞１３１と第２空洞１３２にサプレッション磁場Ｂｓを印加するように構成される。サプレッション磁場Ｂｓは、カップ電極の空洞に入射するイオンによって生じうる二次イオン、二次電子の空洞からの放出を抑制し、それにより他のカップ電極の空洞への二次イオン、二次電子の流入を抑制することができる。したがって、こうした二次的な荷電粒子に起因する個々のファラデーカップでのビーム電流の測定誤差を防止または低減することができる。ビームプロファイラ５０は、イオンビームＩＢのビーム電流分布を精度よく測定することができる。
こうした測定誤差が低減される結果、複数のファラデーカップ（アパチャー／カップ電極の組）を近くに配置でき、これはビームプロファイラ５０をコンパクトに設計することに役立つ。また、複数のファラデーカップの近接配置は、ビーム電流分布をより高解像度で測定することにも役立つ。
個々のカップ電極を２つのマグネット１４０で挟むサンドイッチ構造も、ビームプロファイラ５０をコンパクトに設計することに役立つ。
以上、本発明を実施形態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。
ビームプロファイラ５０は、３以上のサブユニットを有してもよい。複数のサブユニットで構成することに代えて、ビームプロファイラ５０は、単一のユニットで構成されてもよい。
アパチャーの形状、方向、配列、数は、種々ありうる。例えば、アパチャーの形状が細長いことは必須ではない。第１アパチャー１１１（及び／または第２アパチャー１１２）は、円形、矩形、またはその他の形状を有してもよい。また、第１アパチャー１１１（及び／または第２アパチャー１１２）は、斜め方向に延びていてもよい。アパチャーアレイ１１０は、第１アパチャー１１１を１つだけ備えてもよく、及び／または、第２アパチャー１１２を１つだけ備えててもよい。アパチャーアレイ１１０は、第１アパチャー１１１および第２アパチャー１１２と相違する第３アパチャーを備えてもよい。
上述の実施の形態では、サプレッション磁場Ｂｓは第１空洞１３１と第２空洞１３２でｘ方向を向いている。しかし、ビームプロファイラ５０は、ｘｙ平面における他の面内方向（例えばｙ方向）に沿って第１空洞１３１と第２空洞１３２にサプレッション磁場Ｂｓを印加する複数のマグネットを備えてもよい。この場合、複数のマグネットは、第１カップ電極１２１（及び／または第２カップ電極１２２）をｙ方向に挟むように配置されてもよい。
上述の実施の形態では、ビームプロファイラ５０は、イオン注入装置１のビームラインの最下流に配置されるが、ビームプロファイラ５０の配置場所はこれに限定されない。ビームプロファイラ５０は、注入処理室６０内の他の場所、またはイオン注入装置１内の他の場所に配置されてもよい。マスクプレート５６やビーム電流測定部７０のように、ビームプロファイラ５０は、測定時にビーム軌道上に配置され、イオン注入時にビーム軌道から退避するように移動可能に構成されてもよい。
上述の実施の形態では、イオン注入装置１は、いわゆるハイブリッドスキャン方式（イオンビームＩＢのｘ方向走査とウェハＷのｙ方向往復移動によりウェハＷの被照射域全体にイオン注入をする方式）で構成されている。ビームプロファイラ５０は、こうした方式のイオン注入装置１への適用には限定されない。ビームプロファイラ５０は、他の形式のイオン注入装置にも適用可能である。
本発明の実施の形態は以下のように表現することもできる。
１．イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
前記ビームプロファイラは、
前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
２．前記複数のマグネットは、前記走査方向に前記第１カップ電極および前記第２カップ電極と並んで配置され、前記走査方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加することを特徴とする実施形態１に記載のイオン注入装置。
３．前記複数のマグネットは、前記走査方向に沿って各マグネットの相反する磁極が交互に並ぶように配置されることを特徴とする実施形態１または２に記載のイオン注入装置。
４．前記複数のマグネットは、前記走査方向に前記第１カップ電極および前記第２カップ電極と交互に配置されることを特徴とする実施形態１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
５．前記複数のマグネットは、各マグネットが、前記第１カップ電極と、または前記第２カップ電極と、またはそれら両方と、前記走査方向に隣接して配置されることを特徴とする実施形態１から４のいずれかに記載のイオン注入装置。
６．前記ビームプロファイラは、前記複数のマグネットのうち走査方向両端のマグネットを磁気的に結合するヨークを備えることを特徴とする実施形態１から５のいずれかに記載のイオン注入装置。
７．前記ビームプロファイラは、第１のカップ電極アレイと、第２のカップ電極アレイと、第１の複数のマグネットと、第２の複数のマグネットと、を備え、
前記第１のカップ電極アレイと前記第２のカップ電極アレイは、前記走査方向に並んで配置され、
前記第１の複数のマグネットは、前記第１のカップ電極アレイにおいて前記走査方向に沿って第１の向きで前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加し、
前記第２の複数のマグネットは、前記第２のカップ電極アレイにおいて前記走査方向に沿って前記第１の向きと反対の第２の向きで前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加することを特徴とする実施形態１から６のいずれかに記載のイオン注入装置。
８．前記アパチャーアレイは、前記走査方向及び前記進行方向に直交する前記イオンビームのビーム幅方向に並ぶ複数の第１アパチャーを備え、
前記カップ電極アレイは、前記複数の第１アパチャーに対応して前記ビーム幅方向に並ぶ複数の第１カップ電極を備え、
前記複数の第１アパチャーは、それぞれが、前記イオンビームの第１ビーム部分を規定し、
前記複数の第１カップ電極は、それぞれが、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置されることを特徴とする実施形態１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
９．前記複数の第１アパチャーは、ある列の第１アパチャーが他の列の第１アパチャーから前記ビーム幅方向に位置をずらすようにして少なくとも二列で配置され、
前記走査方向から見るとき、前記少なくとも二列の第１アパチャーが、前記ビーム幅方向に隙間無くまたは互いに部分的に重なって並んでいることを特徴とする実施形態８に記載のイオン注入装置。
１０．前記第１アパチャーは、前記走査方向に細長く、
前記第２アパチャーは、前記走査方向及び前記進行方向に直交する前記イオンビームのビーム幅方向に細長いことを特徴とする実施形態１から９のいずれかに記載のイオン注入装置。
１１．前記アパチャーアレイは、前記走査方向に並ぶ複数の第２アパチャーを備え、
前記カップ電極アレイは、前記複数の第２アパチャーに対応して前記走査方向に並ぶ複数の第２カップ電極を備え、
前記複数の第２アパチャーは、それぞれが、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定し、
前記複数の第２カップ電極は、それぞれが、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置されることを特徴とする実施形態１から１０のいずれかに記載のイオン注入装置。
１２．前記第１アパチャーおよび前記第２アパチャーは、前記ビームスキャナによって走査されていない前記イオンビームが照射される前記アパチャーアレイ上の場所を避けて配置されることを特徴とする実施形態１から１１のいずれかに記載のイオン注入装置。
１３．前記第１空洞は、前記第１アパチャーから前記進行方向に離れるにつれて前記進行方向と直交する方向に広がり、及び／または、前記第２空洞は、前記第２アパチャーから前記進行方向に離れるにつれて前記進行方向と直交する方向に広がっていることを特徴とする実施形態１から１２のいずれかに記載のイオン注入装置。
１４．前記ビームプロファイラは、前記イオンビームが照射される前記ビームプロファイラの前面に配置されるフロントプレートを備え、前記第１アパチャーおよび前記第２アパチャーは、前記フロントプレートに形成され、
前記第１カップ電極、前記第２カップ電極、前記複数のマグネットが前記走査方向に並んだカップ電極／マグネット列は、前記フロントプレートよりも下流に配置されることを特徴とする実施形態１から１３のいずれかに記載のイオン注入装置。
１５．前記ビームプロファイラは、前記フロントプレートと前記カップ電極／マグネット列との間に配置される冷却プレートを備えることを特徴とする実施形態１４に記載のイオン注入装置。
１６．前記ビームプロファイラは、前記カップ電極／マグネット列を包囲する冷却ブロックを備え、
前記カップ電極／マグネット列および前記冷却ブロックは、前記複数のマグネットのうち走査方向両端のマグネットを磁気的に結合するヨークの内側に配置されることを特徴とする実施形態１４または１５に記載のイオン注入装置。
１７．前記ビームプロファイラは、前記イオン注入装置のビームラインの最下流に配置されることを特徴とする実施形態１から１６のいずれかに記載のイオン注入装置。
１８．第１アパチャーと、イオンビームの進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもつ第２アパチャーと、を備え、前記第１アパチャーが前記イオンビームの第１ビーム部分を規定し、前記第２アパチャーが前記イオンビームの第２ビーム部分を規定するアパチャーアレイと、
前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備えることを特徴とするビームプロファイラ。
１ イオン注入装置、 ３４ ビームスキャナ、 ５０ ビームプロファイラ、 １００ フロントプレート、 １０２ 冷却プレート、 １０４ 冷却ブロック、 １０６ ヨーク、 １１０ アパチャーアレイ、 １１１ 第１アパチャー、 １１２ 第２アパチャー、 １２０ カップ電極アレイ、 １２１ 第１カップ電極、 １２２ 第２カップ電極、 １３１ 第１空洞、 １３２ 第２空洞、 １４０ マグネット、 ＩＢ イオンビーム。

Claims (12)

  1. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記複数のマグネットは、前記走査方向に前記第１カップ電極および前記第２カップ電極と並んで配置され、前記走査方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加することを特徴とするイオン注入装置。
  2. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記複数のマグネットは、前記走査方向に沿って各マグネットの相反する磁極が交互に並ぶように配置されることを特徴とするイオン注入装置。
  3. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記複数のマグネットは、前記走査方向に前記第１カップ電極および前記第２カップ電極と交互に配置されることを特徴とするイオン注入装置。
  4. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記複数のマグネットは、各マグネットが、前記第１カップ電極と、または前記第２カップ電極と、またはそれら両方と、前記走査方向に隣接して配置されることを特徴とするイオン注入装置。
  5. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、前記複数のマグネットのうち走査方向両端のマグネットを磁気的に結合するヨークを備えることを特徴とするイオン注入装置。
  6. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、第１のカップ電極アレイと、第２のカップ電極アレイと、第１の複数のマグネットと、第２の複数のマグネットと、を備え、
    前記第１のカップ電極アレイと前記第２のカップ電極アレイは、前記走査方向に並んで配置され、
    前記第１の複数のマグネットは、前記第１のカップ電極アレイにおいて前記走査方向に沿って第１の向きで前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加し、
    前記第２の複数のマグネットは、前記第２のカップ電極アレイにおいて前記走査方向に沿って前記第１の向きと反対の第２の向きで前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加することを特徴とするイオン注入装置。
  7. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記第１アパチャーは、前記走査方向に細長く、
    前記第２アパチャーは、前記走査方向及び前記進行方向に直交する前記イオンビームのビーム幅方向に細長いことを特徴とするイオン注入装置。
  8. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記第１アパチャーおよび前記第２アパチャーは、前記ビームスキャナによって走査されていない前記イオンビームが照射される前記アパチャーアレイ上の場所を避けて配置されることを特徴とするイオン注入装置。
  9. イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、前記イオンビームが照射される前記ビームプロファイラの前面に配置されるフロントプレートを備え、前記第１アパチャーおよび前記第２アパチャーは、前記フロントプレートに形成され、
    前記第１カップ電極、前記第２カップ電極、前記複数のマグネットが前記走査方向に並んだカップ電極／マグネット列は、前記フロントプレートよりも下流に配置されることを特徴とするイオン注入装置。
  10. 前記ビームプロファイラは、前記フロントプレートと前記カップ電極／マグネット列との間に配置される冷却プレートを備えることを特徴とする請求項９に記載のイオン注入装置。
  11. 前記ビームプロファイラは、前記カップ電極／マグネット列を包囲する冷却ブロックを備え、
    前記カップ電極／マグネット列および前記冷却ブロックは、前記複数のマグネットのうち走査方向両端のマグネットを磁気的に結合するヨークの内側に配置されることを特徴とする請求項９または１０に記載のイオン注入装置。
  12. イオン注入装置であって、
    イオンビームをその進行方向に直交する走査方向に走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナよりも下流に配置され、前記ビームスキャナによって走査される前記イオンビームのビーム電流分布を計測するビームプロファイラと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、
    前記イオンビームの第１ビーム部分を規定する第１アパチャーと、前記進行方向から見て前記第１アパチャーとは異なる形状をもち、前記イオンビームの第２ビーム部分を規定する第２アパチャーと、を備えるアパチャーアレイと、
    前記アパチャーアレイに対し固定的に配置されるカップ電極アレイであって、
    第１空洞を定めるとともに、前記第１ビーム部分が前記第１アパチャーから前記第１空洞を通じて入射するように配置される第１カップ電極と、
    第２空洞を定めるとともに、前記第２ビーム部分が前記第２アパチャーから前記第２空洞を通じて入射するように配置される第２カップ電極と、を備えるカップ電極アレイと、
    前記進行方向に直交する平面における面内方向に沿って前記第１空洞と前記第２空洞に磁場を印加する複数のマグネットと、を備え、
    前記ビームプロファイラは、前記イオン注入装置のビームラインの最下流に配置されることを特徴とするイオン注入装置。
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