WO2016199916A1 - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

イオン注入装置（１０）は、ウェハ（Ｗ）に向けてイオンビーム（Ｂ）を輸送するよう構成されるビームライン装置（１４）と、ビームライン装置（１４）により輸送されるイオンビーム（Ｂ）に向けてイオンビーム（Ｂ）の進行方向と交差する方向にレーザ光（Ｌ）を照射するよう構成されるレーザ照射装置（５０）と、を備える。レーザ照射装置（５０）は、ビームライン装置（１４）内で発生してウェハ（Ｗ）に向かって飛ぶパーティクル（７０）にレーザ光（Ｌ）を照射して、パーティクル（７０）がウェハ（Ｗ）にそのまま付着するのを妨げる。

Description

イオン注入装置

　本発明は、イオン注入装置に関する。

　半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、半導体ウェハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウェハにイオンを注入する工程（以下、「イオン注入工程」と称する場合がある）が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオンを生成し、生成したイオンを加速してイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームを真空処理室まで輸送し、処理室内のウェハにイオンビームを照射する機能を有する。

特開２０００－４０６７０号公報 特開２００６－２９４８７８号公報

　イオンビームが輸送される真空チャンバ内では、様々な要因によりパーティクルが生じることがある。真空チャンバ内で発生したパーティクルが浮遊してウェハの表面に付着すると、ウェハ表面のレジストパターンを損傷させたり、均一なイオン注入を妨げたりする場合がある。そうすると、イオン注入工程の歩留まりが低下してしまうかもしれない。

　本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、パーティクルの発生による生産性の低下を抑制する技術を提供することにある。

　本発明のある態様のイオン注入装置は、ウェハに向けてイオンビームを輸送するよう構成されるビームライン装置と、ビームライン装置により輸送されるイオンビームに向けてイオンビームの進行方向と交差する方向にレーザ光を照射するよう構成されるレーザ照射装置と、を備える。レーザ照射装置は、ビームライン装置内で発生してウェハに向かって飛ぶパーティクルにレーザ光を照射して、パーティクルがウェハにそのまま付着するのを妨げる。

　本発明の別の態様もまた、イオン注入装置である。この装置は、前段ビーム経路を通って入射するイオンビームに電界を作用させ、ウェハに向かう後段ビーム経路を通って出射させるようにイオンビームを偏向させるビーム偏向装置と、ビーム偏向装置の下流側であって、後段ビーム経路を挟んで対向するそれぞれの位置に設けられる入射窓および出射窓と、入射窓を通じて後段ビーム経路中のイオンビームにレーザ光を照射し、照射後のレーザ光を出射窓から出射させるように構成されるレーザ照射装置と、を備える。

　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、ウェハへのパーティクルの付着を防いでイオン注入工程の生産性を向上させることができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、ある実施の形態に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す上面図および側面図である。 変形例に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す側面図である。 変形例に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す上面図である。 図３のイオン注入装置の構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す上面図である。 図５のイオン注入装置の構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す上面図である。 変形例に係るイオン注入装置の構成を概略的に示す側面図である。 図８のイオン注入装置の構成を模式的に示す上面図である。 図８のイオン注入装置の構成を概略的に示す断面図である。

　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。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

　実施の形態の説明する前に、本発明の概要を述べる。本実施の形態に係るイオン注入装置は、ウェハに向けてイオンビームを輸送するよう構成されるビームライン装置を備える。イオン注入の対象となるウェハの表面には、ウェハの所望の位置に選択的にイオン注入を施すためのレジストマスク等が一般に設けられる。レジストマスクは、イオンビームの照射によってその一部が飛散し、レジストアウトガスといわれるガス分子を生じさせる。

　ビームライン装置には電界の作用によりイオンビームを偏向させる偏向手段などの電極部が設けられている。上述のレジストアウトガスの一部は、電界の作用等によって電極部に付着して堆積し、かたまりとなった堆積物を形成しうる。堆積物の一部は、電極部で発生する放電等により飛散し、パーティクルとしてビームライン装置内を浮遊する。このパーティクルがウェハの表面に付着すると、ウェハ表面のレジストパターンを損傷させたり、イオンビームの照射を遮ることで均一なイオン注入を妨げたりするおそれが生じる。そうすると、イオン注入工程の製造歩留まりが低下し、生産性に影響を及ぼしうる。

　そこで、本実施の形態に係るイオン注入装置は、ビームライン装置により輸送されるイオンビームに向けてイオンビームの進行方向と交差する方向にレーザ光を照射するよう構成されるレーザ照射装置を備える。レーザ照射装置は、ビームライン装置内で発生してウェハに向かって飛ぶパーティクルにレーザ光を照射して、パーティクルがウェハにそのまま付着するのを妨げる。より具体的には、レーザ光の照射によりパーティクルに放射圧を与えてパーティクルの軌道を変化させ、パーティクルがウェハに向かわないようにする。または、レーザ光の照射によりパーティクルを加熱して分解または蒸散させ、ウェハに向かうパーティクルの粒径を小さくする。これにより、パーティクルの付着による歩留まり低下を抑制して、イオン注入工程の生産性を向上させる。

　図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す図である。図１（ａ）は、イオン注入装置１０の概略構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。

　イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物Ｗを基板Ｗと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。

　イオン注入装置１０は、ビームの往復走査およびウェハＷの往復運動によりウェハＷの全体にわたってイオンビームＢを照射するよう構成されている。イオンビームＢを対象物Ｗに対し走査する場合において、ビームの往復走査は矢印Ｘの方向に行われ、ウェハＷの往復運動は矢印Ｙの方向に行われる。

　イオン注入装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、を備える。イオン源１２は、イオンビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、イオン注入装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、及び注入処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。

　ビームライン装置１４は、例えば、上流から順に、質量分析部１８、ビーム整形部２０、ビーム計測部２２、ビーム走査器２４、平行化レンズ３０又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルター（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３４を備える。なお、ビームライン装置１４の上流とは、イオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ３８）に近い側を指す。

　質量分析部１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出されたイオンビームＢから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。ビーム整形部２０は、四重極収束装置（Ｑレンズ）などの収束レンズを備えており、イオンビームＢを所望の断面形状に整形するよう構成されている。

　ビーム計測部２２は、ビームライン上に出し入れ可能に配置され、イオンビームの強度ないし電流を計測する。ビーム計測部２２は、ビーム電流を計測するファラデーカップ２２ｂと、ファラデーカップ２２ｂを上下に移動させる駆動部２２ａを有する。図１（ｂ）の破線で示すように、ビームライン上にファラデーカップ２２ｂを配置した場合、イオンビームＢはファラデーカップ２２ｂにより遮断される。一方、図１（ｂ）の実線で示すように、ファラデーカップ２２ｂをビームライン上から外した場合、イオンビームＢの遮断が解除される。したがって、ビーム計測部２２は、イオンビームＢの遮断手段としても機能する。

　ビーム走査器２４は、ビームの往復走査を提供するよう構成されており、整形されたイオンビームＢをｘ方向に走査する偏向手段である。ビーム走査器２４は、ｘ方向に対向して設けられる走査電極対２６を有する。走査電極対２６は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対２６に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームＢを偏向させる。こうして、イオンビームＢは、ｘ方向の走査範囲にわたって走査される。なお、図１（ａ）において矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームＢの複数の軌跡を一点鎖線で示している。なお、ビーム走査器２４は、磁界を印加することによりイオンビームを走査する磁界式の偏向手段であってもよい。

　ビーム走査器２４は、走査イオンビームＢが通過する開口部２４ａの外側に設けられるビームダンパ２８を有する。ビームダンパ２８は、ビームスキャンされるｘ方向の走査範囲を超えてイオンビームＢを偏向させた場合に、イオンビームＢが衝突する箇所に設けられる。ビームダンパ２８は、イオンビームの衝突によるスパッタが生じにくいグラファイト（Ｃ）などの材料で構成される。なお、図１（ａ）において破線の矢印Ｂ’によりビームダンパ２８に衝突する場合のイオンビームの軌跡を示している。

　イオンビームＢがビームダンパ２８に衝突するようにビーム走査器２４を動作させた場合、イオンビームＢはビームラインから外れて、途中で遮断されることとなる。したがって、ビーム走査器２４は、イオンビームＢの遮断手段としても機能する。なお、イオンビームＢが通常の走査範囲でスキャンされるようにビーム走査器２４を動作させれば、つまり、イオンビームＢが開口部２４ａから出射されるようにビーム走査器２４を動作させれば、イオンビームＢの遮断が解除される。

　平行化レンズ３０は、走査されたイオンビームＢの進行方向を平行にするよう構成されている。平行化レンズ３０は、中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数の平行化レンズ電極３２を有する。平行化レンズ電極３２は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームＢに作用させて、イオンビームＢの進行方向を平行に整える。

　角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３４は、イオンビームＢのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。したがって、角度エネルギーフィルタ３４は、ビーム偏向装置として機能する。

　角度エネルギーフィルタ３４は、電界偏向用のＡＥＦ電極対３６を有する。ＡＥＦ電極対３６は、高圧電源（図示せず）に接続される。図１（ｂ）において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームＢを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３４は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。

　なお、本明細書において、角度エネルギーフィルタ３４に入射するイオンビームが通る経路を「前段ビーム経路」ともいい、角度エネルギーフィルタ３４から出射するイオンビームが通る経路を「後段ビーム経路」ともいう。前段ビーム経路を通るイオンビームの進行方向と、後段ビーム経路を通るイオンビームの進行方向は、ＡＥＦ電極対３６で発生する電界の作用によってｙ方向にずれており、その偏向角度θは約１０～２０度である。

　このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべきイオンビームＢを注入処理室１６に供給する。

　注入処理室１６には、ビームストッパ３８、プラズマシャワー装置４０、エネルギースリット４２、往復運動装置４４が設けられる。往復運動装置４４は、１枚又は複数枚のウェハＷを保持し、イオンビームＢに対する相対移動（例えば、ｙ方向）を必要に応じてウェハＷに提供するよう構成される。図１（ｂ）において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。ビーム軌道上にウェハＷが存在しない場合には、イオンビームＢはビームストッパ３８に入射する。

　プラズマシャワー装置４０は、イオンビームＢのビーム電流量に応じてイオンビームとウェハＷの前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Ｗ表面での正電荷のチャージアップを抑制する。

　エネルギースリット４２は、ビームスキャン方向（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４２は、ウェハに向けて後段ビーム経路中を進行するビームを部分的に遮蔽し、後段ビーム経路中のビームの中で所定軌道を有するビーム成分をウェハに向けて通過させる。これにより、所用以外のエネルギー値と価数を持つイオンビームの通過を制限し、角度エネルギーフィルタ３４を通過した所用のエネルギー値と価数を持つイオンビームだけを分離する。したがって、エネルギースリット４２は、角度エネルギーフィルタ３４とともにウェハＷに入射するイオンビームのエネルギー分析を行う。

　イオン注入装置１０は、レーザ照射装置５０、入射窓５２、出射窓５４、レーザダンパ５６、光検出器５８をさらに備える。入射窓５２および出射窓５４は、注入処理室１６を構成するチャンバの壁面の一部に設けられる。入射窓５２および出射窓５４は、角度エネルギーフィルタ３４よりも下流側に設けられ、イオンビームＢの軌道を挟んでｘ方向に対向する位置に設けられる。入射窓５２および出射窓５４は、レーザ照射装置５０が出力するレーザ光の波長に対して透明な材質で構成される。

　レーザ照射装置５０は、高出力のレーザ光が出力可能なレーザ光源を含み、例えば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、ファイバレーザ、半導体レーザなどのレーザ発振器を含む。レーザ照射装置５０は、イオンビームＢに向けてイオンビームの進行方向と交差する方向にレーザ光Ｌを照射するように配置される。レーザ照射装置５０から出力されるレーザ光Ｌは、入射窓５２を通じて注入処理室１６の内部に導入され、出射窓５４を通じて注入処理室１６の外部に出射される。出射窓５４から出射されるレーザ光Ｌは、レーザダンパ５６に吸収される。したがって、レーザ照射装置５０からのレーザ光Ｌは、イオンビームＢの軌道に向けて水平方向（ｘ方向）に照射される。

　レーザ照射装置５０は、ビームライン装置１４または注入処理室１６の内部で発生し、ウェハＷに向かって飛ぶパーティクル７０に向けてレーザ光Ｌを照射する。パーティクル７０は、例えば、高電圧が印加されるＡＥＦ３４にて発生し、イオンビームＢの軌道に沿ってウェハＷに向かう。レーザ照射装置５０は、パーティクル７０に対して水平方向（ｘ方向）にレーザ光を照射することで、パーティクル７０にｘ方向の放射圧を与える。その結果、パーティクル７０にはｘ方向の運動量が付加され、パーティクル７０が飛ぶ方向がｘ方向に変化する。レーザ光により与えられる放射圧が十分に大きければ、パーティクル７０はウェハＷに到達しない方向に向きを変えて飛んでいく。例えば、パーティクル７０は、ウェハＷの手前に位置するエネルギースリット４２やプラズマシャワー装置４０の内壁に向かって飛んでこれらに衝突する。レーザ照射装置５０は、このようにしてパーティクル７０の飛ぶ方向を変化させ、パーティクル７０がウェハＷの表面への付着を妨げる。

　また、レーザ照射装置５０は、レーザ光Ｌの照射によってパーティクル７０にエネルギを付与し、パーティクル７０を分解または蒸散させてもよい。例えば、パーティクル７０を構成する物質の結合エネルギーを上回るようなエネルギーを付与できるパワーのレーザ光を照射することで、パーティクル７０をより粒径の小さな複数のパーティクルに分解させたり、パーティクル７０を蒸散させてガス分子化させたりしてもよい。レーザ照射装置５０は、例えば、粒径が数十ｎｍ～数μｍ程度であるパーティクル７０を分解または蒸散させることにより、粒径が数ｎｍ～数十ｎｍ以下となるようにしてもよい。粒径を小さくすることで、ウェハＷ表面へのパーティクルの付着による影響を低減できる。なおレーザ照射装置５０は、レーザ光Ｌの照射によってパーティクル７０を分解させるとともに、分解後に生じたパーティクルの軌道がウェハＷに向かわないようにしてもよい。

　光検出器５８は、ビームライン装置１４または注入処理室１６の内部を浮遊するパーティクル７０からの散乱光Ｓを検出するように配置される。光検出器５８は、例えばレーザ照射装置５０からレーザダンパ５６に向かうレーザ光Ｌの光路の近傍であって、レーザ光Ｌの光路から外れた位置に設けられる。光検出器５８は、例えば出射窓５４を通じて出射される散乱光Ｓを検出するように配置される。なお変形例では、光検出器５８が入射窓５２を通じて出射される散乱光を検出できる位置に配置されてもよいし、ビームライン装置１４や注入処理室１６の内部に配置されてもよい。

　制御装置６０は、イオン注入装置１０を構成する各機器の動作を制御する。制御装置６０は、光検出器５８の検出結果に応じて、ビーム計測部２２やビーム走査器２４などのビーム遮断手段を動作させてイオンビームＢの照射を停止させる。制御装置６０は、光検出器５８によって検出される散乱光の強度が所定の閾値レベルを上回る場合や、所定の閾値レベルを上回る期間が基準時間を超える場合に、イオンビームＢの照射を停止させる。イオンビームＢの照射を停止させる条件は、イオン注入工程の歩留まりが大きく低下しうる程度に多くのパーティクルが検出される値として設定される。制御装置６０は、イオンビームＢの照射を停止させる場合に、レーザ照射装置５０からのレーザ光Ｌの出力も同時に停止させてもよい。

　以上の構成により、イオン注入装置１０は、ウェハＷにイオンビームＢを照射するイオン注入処理中においてイオンビームＢに向けてレーザ光Ｌを照射し、イオンビームＢに沿ってウェハＷに向かって飛ぶパーティクル７０がウェハＷにそのまま付着しないようにする。これにより、イオン注入処理中のウェハＷの表面にパーティクル７０が付着して製造歩留まりが低下する影響を低減することができる。特に、ビームライン装置１４や注入処理室１６の内部に形成される堆積物がそれほど多くなく、ウェハＷに向かって飛ぶパーティクル数が比較的少ない状況である場合に、パーティクルの付着を防ぐことで歩留まりの低下を抑えることができる。

　また、イオン注入装置１０は、イオンビームＢに向けて照射するレーザ光の散乱光を検出することで、ウェハＷに向かって飛ぶパーティクルの状況を監視する。これにより、ウェハＷに向かうパーティクル数が多くなる状況を検知し、ビームライン装置１４や注入処理室１６の内部の清掃や部品交換といったメンテナンス対応を適切なタイミングで取れるようにする。また、ウェハＷに向かうパーティクル数が多くなって適切なイオン注入処理ができなくなるおそれが生じる場合に、イオンビームＢの照射を停止させることによって、使用するウェハＷが無駄になってしまうのを防ぐことができる。これにより、イオン注入装置１０の製造歩留まりを改善させることができる。

　また、イオン注入装置１０は、レーザ照射装置５０をビームライン装置１４および注入処理室１６の外に配置する構成としている。このため、レーザ照射装置５０を真空環境に置く必要がなくなるため、レーザ照射装置５０の扱いを容易にすることができる。また、レーザ照射装置５０からの高出力のレーザ光Ｌを出射窓５４を通じて注入処理室１６の外に出射させる構成としているため、レーザ光がビームライン装置１４または注入処理室１６内で反射して意図しない箇所に当たってしまうことを防ぐことができる。これにより、イオン注入装置１０の構成機器にレーザ光が照射されて損傷を受ける等の影響を抑えることができる。

（変形例１）
　図２は、変形例に係るイオン注入装置１１０の構成を概略的に示す上面図である。本変形例は、入射窓１５２および出射窓１５４がビームライン装置１４を構成するチャンバの壁面に設けられ、レーザ照射装置１５０からのレーザ光Ｌが角度エネルギーフィルタ３４のすぐ下流の位置に照射される点で上述の実施の形態と相違する。以下、本変形例について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。

　入射窓１５２および出射窓１５４は、角度エネルギーフィルタ３４のすぐ下流の位置において、後段ビーム経路を挟んで水平方向（ｘ方向）に対向して配置される。レーザ照射装置１５０からのレーザ光Ｌは、入射窓１５２を通じて後段ビーム経路に水平方向に照射される。後段ビーム経路を通過したレーザ光Ｌは、出射窓１５４を通じてビームライン装置１４の外に出力され、レーザダンパ１５６により吸収される。パーティクルからの散乱光Ｓは、出射窓１５４を通じて光検出器１５８により検出される。

　本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例によれば、パーティクルの発生源となりうる角度エネルギーフィルタ３４のより近い位置でレーザ光Ｌを照射するため、上述の実施の形態よりもレーザ照射によるパーティクルの変位量が小さくて済む。レーザ照射位置からウェハＷまでの距離が上述の実施の形態より長く、パーティクルの飛ぶ方向の角度を変えるために必要な変位量が小さくて済むからである。したがって、本変形例によれば、上述の実施の形態よりも少ないパワーでパーティクルの飛ぶ方向を好適に変化させることができる。

（変形例２）
　図３は、変形例に係るイオン注入装置２１０の構成を概略的に示す側面図である。本変形例は、イオンビームＢに向けてレーザ照射装置２５０からのレーザ光Ｌが上下方向（ｙ方向）に照射される点で上述の実施の形態および変形例と相違する。以下、本変形例について、上述の実施の形態および変形例との相違点を中心に説明する。

　入射窓２５２および出射窓２５４は、角度エネルギーフィルタ３４の下流の位置において、後段ビーム経路を挟んで上下方向（ｙ方向）に対向して配置される。入射窓２５２は、鉛直方向の上側に配置され、出射窓２５４は、鉛直方向の下側に配置される。レーザ照射装置２５０は、レーザ光Ｌを鉛直方向下方に向けて出力し、後段ビーム経路に沿って進むパーティクルに対して下向きの放射圧を与える。言いかえれば、レーザ照射装置２５０は、角度エネルギーフィルタ３４によるイオンビームＢの偏向方向と同じ向きの放射圧をパーティクルに対して与えるように構成される。

　図４は、イオン注入装置２１０の構成を概略的に示す断面図であり、図３のＡ－Ａ線断面を示す。レーザ照射装置２５０は、イオンビームＢの走査方向にわたってレーザ光Ｌを照射できるように構成される。レーザ照射装置２５０は、例えば、レーザ光Ｌの出射位置をｘ方向にスキャンできるようなレーザ走査機構を有する。このレーザ走査機構は、例えば、ポリゴンミラーとｆ－θレンズにより構成される。

　なお、レーザ照射装置２５０がファイバーレーザを備える場合には、ファイバレーザの出射口をｘ方向にスキャンすることにより、ｘ方向にわたってレーザ光を照射できるように構成してもよい。また、レーザ照射装置２５０は、ｘ方向に並べて配置される複数のレーザ光源を備えることにより、ｘ方向にわたって複数のレーザ光Ｌを照射できるように構成されてもよい。

　本変形例によれば、レーザ照射装置２５０が角度エネルギーフィルタ３４の偏向方向と同じ向きの放射圧をパーティクルに対して与えるため、上述の実施の形態よりもレーザ照射によるパーティクルの変位量が小さくて済む。レーザ照射位置の下流にはｙ方向の開口幅が制限されたエネルギースリット４２やプラズマシャワー装置４０が設けられるため、より小さな変位量であってもエネルギースリット４２やプラズマシャワー装置４０に衝突するようにパーティクルの飛ぶ方向を変えられるからである。また、レーザ照射によるパーティクルの変位方向を下向きとすることで、パーティクルがウェハＷに到達するまでの間にパーティクルに作用する重力を利用することもできる。したがって、本変形例によれば、より少ないパワーでパーティクルの飛ぶ方向を好適に変化させることができる。

（変形例３）
　図５は、変形例に係るイオン注入装置３１０の構成を概略的に示す上面図である。本変形例は、レーザ照射装置１５０からのレーザ光が折り返され、イオンビームＢの進行方向と交差する複数の光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に沿ってレーザ光が照射されるように構成される点で上述の実施の形態および変形例と相違する。以下、本変形例について、上述の実施の形態および変形例との相違点を中心に説明する。

　入射窓１５２および出射窓１５４は、角度エネルギーフィルタ３４のすぐ下流の位置において、後段ビーム経路を挟んで水平方向（ｘ方向）に対向して配置される。複数の光路Ｌ１～Ｌ３は、入射窓１５２および出射窓１５４の双方を通過するように設けられ、それぞれ水平方向に延びるように設けられる。第１光路Ｌ１は、角度エネルギーフィルタ３４に近い上流側に設けられ、第３光路Ｌ３は、エネルギースリット４２に近い下流側に設けられ、第２光路Ｌ２は、第１光路Ｌ１と第３光路Ｌ３の間に設けられている。複数の光路Ｌ１～Ｌ３は、例えば、互いに平行となるように設けられる。

　レーザ照射装置１５０は、入射窓１５２に向けてレーザ光を出力する。レーザ照射装置１５０から出力されるレーザ光は、複数のミラー３７１，３７２，３７３，３７４により向きが変えられ、複数の光路Ｌ１～Ｌ３を順に通過する。複数のミラー３７１～３７４は、ビームライン装置１４の外側に配置されている。第１ミラー３７１は、第１光路Ｌ１に沿って出射窓１５４から出射するレーザ光を反射させ、レーザ光が第２ミラー３７２に向かうようにする。第２ミラー３７２は、第１ミラー３７１からのレーザ光を反射させ、レーザ光が第２光路Ｌ２に沿って出射窓１５４に入射するようにする。第３ミラー３７３は、第２光路Ｌ２に沿って入射窓１５２から出射するレーザ光を反射させ、レーザ光が第４ミラー３７４に向かうようにする。第４ミラー３７４は、第３ミラー３７３からのレーザ光を反射させ、レーザ光が第３光路Ｌ３に沿って入射窓１５２に入射するようにする。

　レーザ照射装置１５０からのレーザ光は、上述の光学配置により複数の光路Ｌ１～Ｌ３を順に通過する一筆書きの経路を辿ることとなる。図示されるように、第１光路Ｌ１および第３光路Ｌ３では、入射窓１５２から出射窓１５４に向かう第１方向にレーザ光が照射される。一方、第２光路Ｌ２では、出射窓１５４から入射窓１５２に向かう第２方向（第１方向と反対方向）にレーザ光が照射される。

　なお、別の変形例においては、図示される構成とは少なくとも部分的に異なるように配置される一以上の光学素子を用いて、レーザ光が複数の光路Ｌ１～Ｌ３を順に通過するようにしてもよい。光学素子として、ミラーのような反射型の光学素子を用いてもよいし、レンズやプリズムといった透過型の光学素子を用いてもよい。また、レーザ光が通過する複数の光路が水平方向ではなく垂直方向に延びるように構成されてもよい。ビームライン装置１４と交差するレーザ光の光路数は二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。レーザ光の折り返し数（つまり、光路数）に応じて一以上の任意の光学素子が適宜配置されてもよいことは、当業者であれば理解されることである。また、レーザ光が通過する光路を規定する一以上の光学素子は、その少なくとも一部がビームライン装置１４の内部に設けられていてもよい。その他、互いに対向する二枚の平面鏡の間でレーザ光を繰り返し反射させることにようにしてビームライン装置１４と交差する複数の光路を構成してもよい。

　第３光路Ｌ３に沿って進むレーザ光は、出射窓１５４から出射して計測装置３５６に入射する。計測装置３５６は、出射窓１５４から出力されるレーザ光の光強度や強度分布を計測する。計測装置３５６は、例えば、光強度の計測が可能なパワーメータであってもよいし、光強度分布の計測が可能なビームプロファイラであってもよい。計測装置３５６は、レーザ光の強度ないし強度分布を計測することにより、例えば、光源または光学系に異常が発生していないかを検知する。計測装置３５６は、計測したレーザ光に関する情報を制御装置６０に送信する。

　入射窓１５２の内側には、入射窓１５２の内面１５２ａを被覆する入射窓カバー３６２が設けられる。同様にして出射窓１５４の内側には、出射窓１５４の内面１５４ａを被覆する出射窓カバー３６４が設けられる。入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４は、レーザ照射装置１５０からのレーザ光を透過する材料で構成され、例えば、レーザ光の波長に対して透明な光学ガラスや樹脂フィルムなどで構成される。入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４の表面には、レーザ光の反射を抑制するための誘電体多層膜フィルタなどが設けられてもよい。入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４は、イオン注入装置３１０の使用に伴って入射窓１５２および出射窓１５４の内面１５２ａ，１５４ａが汚れてしまうことを防ぐ。

　入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４は、冷却装置３６６と熱的に接続されている。冷却装置３６６は、レーザ光の照射により加熱されうる入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４を冷却し、これら窓カバーの昇温を抑制する。冷却装置３６６は、入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４だけでなく、入射窓１５２および出射窓１５４と熱的に接続され、入射窓１５２および出射窓１５４を同時に冷却するように構成されてもよい。

　図６は、イオン注入装置３１０の構成を概略的に示す断面図であり、図５のＡ－Ａ線断面を示す。ビームライン装置１４の内部には、入射窓カバー交換機構３８２および出射窓カバー交換機構３８４が設けられている。入射窓カバー交換機構３８２は、複数の交換用の入射窓カバー３６２ｂを保持し、入射窓１５２を被覆している入射窓カバー３６２ａを別の入射窓カバー３６２ｂと交換するように構成されている。また、入射窓カバー交換機構３８２は、交換した後の使用済の入射窓カバー３６２ａを一時的に保持するように構成されてもよい。これにより、イオン注入装置３１０の使用により入射窓カバー３６２ａが汚れ、ビームライン装置１４の内部に照射されるレーザ光の強度の低下を抑制する。

　入射窓カバー交換機構３８２は、ビームライン装置１４の内部空間が真空状態に維持されている状態で、入射窓カバー３６２の交換ができるように構成されてもよい。これにより、ビームライン装置１４を大気開放することなく入射窓カバー３６２の交換をすることができ、大気開放に伴うメンテナンス工数増大および装置の稼働率低下を抑えることができる。

　出射窓カバー交換機構３８４は、入射窓カバー交換機構３８２と同様に構成されている。出射窓カバー交換機構３８４は、複数の出射窓カバー３６４ｂを保持し、出射窓１５４を被覆している出射窓カバー３６４ａを別の出射窓カバー３６４ｂと交換するように構成されている。出射窓カバー交換機構３８４は、イオン注入装置３１０の使用により出射窓カバー３６４ａが汚れ、ビームライン装置１４の内部に照射されるレーザ光の強度の低下を抑制する。

　なお、さらなる変形例においては、入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４が複数のカバー部材の積層体で構成されてもよい。この積層体は、複数枚の透明な樹脂フィルムが接着剤などで仮止めされており、一枚ずつ樹脂フィルムを剥がしていくことにより積層体の表面が汚れていない状態に更新できるように構成されてもよい。この場合、入射窓カバー交換機構３８２および出射窓カバー交換機構３８４は、積層体を構成する複数枚の樹脂フィルムを一枚ずつ剥がすことができるように構成されてもよい。

　別の変形例においては、入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４がローラに巻き取られた連続的なシートの一部により構成されてもよい。この場合、入射窓カバー交換機構３８２および出射窓カバー交換機構３８４は、窓カバーとなるシートを送り出すための送出ローラと、送り出されたシートを巻き取るための巻取ローラとを備えてもよい。このとき、送出ローラと巻取ローラの間に張られたシートの一部が窓カバーとして機能し、ローラを作動させてローラ間に張られたシートを更新することにより窓カバーの交換が実現されてもよい。つまり、使用中に汚れたシートの一部を巻取ローラで巻き取り、汚れていないシートの新しい一部を送出ローラから送り出すことにより窓カバーが交換されてもよい。

　ビームライン装置１４の上方には、レーザ照射装置１５０からのレーザ光が照射される領域を撮像するための光検出器３５８が設けられる。ビームライン装置１４の壁面には、光検出器３５８による撮像を可能とするための撮像用窓３７６が設けられる。光検出器３５８は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像部３５８ａと、撮像画像を用いてパーティクルの大きさ、数量、速度および進行方向などを解析する解析部３５８ｂとを有する。解析部３５８ｂは、例えば、撮像部３５８ａが連続して撮像する複数の撮像画像を比較することによりパーティクルの速度や進行方向に関する情報を算出する。解析部３５８ｂは、撮像部３５８ａの撮像画像を統計的に処理することにより、パーティクルの数量、大きさ、または、大きさの分布に関する情報を算出してもよい。このようにして、光検出器３５８は、ビームライン装置１４の内部を飛来するパーティクルの状態をモニタリングする。光検出器３５８が算出した情報は、制御装置６０に送られる。

　制御装置６０は、計測装置３５６や光検出器３５８からの情報に基づいて、イオン注入装置３１０の動作を制御する。制御装置６０は、光検出器３５８からの情報に基づき、レーザ照射によりウェハＷへのパーティクルの付着を好適に防ぐことができないと判定される場合にイオンビームＢの照射を停止させてもよい。制御装置６０は、パーティクルの大きさ、速度および進行方向に基づいて、そのパーティクルがウェハＷに付着するか否かや、レーザ照射によりウェハＷへのパーティクルの付着が回避できるか否かを判定してもよい。制御装置６０は、例えば、光検出器３５８により検出されたパーティクルの数量が所定の基準値を超える場合や、所定の基準値を超える回数が所定値以上となった場合に、イオンビームＢの照射を停止させてもよい。また、検出されたパーティクルの速度が所定値以上であるために、レーザ照射によるパーティクルの分解または変位が不十分であると判定される場合にイオンビームＢの照射を停止させてもよい。

　制御装置６０は、計測装置３５６からの情報に基づいて、入射窓１５２および出射窓１５４の汚れ具合を判定してもよい。例えば、計測装置３５６にて計測されるレーザ光の強度が所定の閾値レベルを下回る場合や、所定の閾値レベルを下回る期間が基準時間を超える場合に、入射窓１５２および出射窓１５４が汚れていると判定し、入射窓カバー交換機構３８２および出射窓カバー交換機構３８４に入射窓カバー３６２および出射窓カバー３６４を交換させてもよい。制御装置６０は、入射窓１５２および出射窓１５４が汚れていると判定される場合であって、前回の窓カバー交換からの経過時間が所定値以下であるような場合に、光学系に何らかの異常が発生していると判断して、レーザ照射装置１５０からのレーザ光の照射を停止させてもよい。

　本変形例によれば、イオンビームＢのビーム軌道と交差する複数の光路Ｌ１～Ｌ３に沿ってレーザ光を照射することで、ウェハＷに向かって飛ぶパーティクルにレーザ光が照射される確率を高めることができる。また、パーティクルが複数の光路Ｌ１～Ｌ３と交差するように進む場合には、一つのパーティクルに対してより多くの分解エネルギーを与えることができる。これにより、ウェハＷに付着しようとするパーティクルを低減させる効果を高めることができる。

　本変形例によれば、レーザ光を通過させる入射窓１５２および出射窓１５４に窓カバーを設けることで、入射窓１５２および出射窓１５４が直接汚れてしまうことを防ぐことができる。ビームライン装置１４は、内部が高真空に保たれるように構成されているため、その隔壁の一部を構成する入射窓１５２および出射窓１５４を交換することは容易ではないかもしれない。そのため、入射窓１５２および出射窓１５４の内面１５２ａ，１５４ｂが汚れてしまうと、そのメンテナンスにより多くの手間が生じてしまう。一方、本変形例によれば、交換可能な窓カバーを取り付けることにより、汚れによる入射窓１５２および出射窓１５４の交換をしなくて済むようにできる。また、内部に窓カバーを交換する機構を設けることで、一定期間であればビームライン装置１４を大気開放することなく窓カバーの交換を実現できる。これにより、窓カバーの交換に伴うメンテナンス工数を削減し、レーザ照射によるパーティクルの除去効果を長い期間にわたって維持できる。

　本変形例によれば、計測装置３５６や光検出器３５８からの情報を用いることで、レーザ照射装置１５０を含む光学系の異常や、ウェハＷに向かうパーティクルに関する異常を検知できる。特に、光検出器３５８を用いてパーティクルの数量や速度に関する情報を取得し、ウェハＷにパーティクルが付着するか否かを判定することにより、ウェハＷへのパーティクルの影響の有無をイオン注入工程の実行中に検知できる。例えば、ウェハＷへのパーティクルの影響が問題となる場合には、イオン注入処理の途中で工程を中止することもできる。これにより、無駄な注入処理が継続して実行されることを防ぎ、注入工程の生産性を高めることができる。

（変形例４）
　図７は、変形例に係るイオン注入装置４１０の構成を概略的に示す上面図である。イオン注入装置４１０は、複数の光源４５１ａ，４５１ｂ，４５１ｃを含むレーザ照射装置４５０を備える点で上述の実施の形態および変形例と相違する。複数の光源４５１ａ～４５１ｃは、例えば、イオンビームＢの進行方向に沿って並べられている。第１光源４５１ａは、第１光路Ｌ１に沿って進むレーザ光を出力し、第２光源４５１ｂは、第２光路Ｌ２に沿って進むレーザ光を出力し、第３光源４５１ｃは、第３光路Ｌ３に沿って進むレーザ光りを出力する。複数の光源４５１ａ～４５１ｃのそれぞれから出力されるレーザ光は、入射窓１５２を通じてビームライン装置１４の内部に照射され、出射窓１５４を通じてビームライン装置１４の外部に出射される。出射窓１５４から出射されるレーザ光のそれぞれは、レーザダンパ１５６に吸収される。

　本変形例によれば、複数の光源４５１ａ～４５１ｃを用いることで、レーザ光の光路を多段化してウェハＷに向かって飛ぶパーティクルにレーザ光が照射される確率を高めることができる。また、各光路Ｌ１～Ｌ３においてレーザ光が同一方向（入射窓１５２から出射窓１５４に向かう方向）に照射されるため、パーティクルが複数の光路Ｌ１～Ｌ３と交差するように進む場合に、同じパーティクルに対して同じ方向の放射圧を与えることができる。これにより、光路が一つだけの場合や複数の光路間において異なる方向（例えば、逆方向）にレーザが照射される場合と比べ、パーティクルに対してより大きい変位量を与えることができ、ウェハＷに付着しようとするパーティクルを低減させる効果を高めることができる。

　なお、さらなる変形例では、複数の光路Ｌ１～Ｌ３がイオンビームの軌道方向に並べられるのではなく、イオンビームの軌道方向と交差または直交する方向に並べられてもよい。例えば、複数の光路Ｌ１～Ｌ３が垂直方向（ｙ方向）に並べられるようにしてもよいし、水平方向（ｘ方向）に並べられるようにしてもよい。その他、複数の光源を配置する代わりに上述の変形例３と同様に複数のミラーを配置することにより、ｙ方向に延びる複数の光路を実現してもよい。この場合、各光路におけるレーザ光の進行方向は同じであってもよいし、異なっていてもよい（つまり、反対方向であってもよい）。後者の場合、レーザ光がジグザグ状に進んでもよい。また、複数の光路が広範囲にわたって高密度で配列されるように、反射ミラーを連続的に並べて配置してもよいし、連続的に構成される長い反射ミラーを配置してもよい。

（変形例５）
　図８は、変形例に係るイオン注入装置５１０の構成を概略的に示す側面図である。本変形例では、レーザ光が通過する複数の光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６が水平方向に延びるように構成される。また、第１光路Ｌ１、第３光路Ｌ３および第５光路は、レーザ光が第１方向（図８の紙面から出る方向）に進むように構成され、第２光路Ｌ２、第４光路Ｌ４および第６光路Ｌ６は、レーザ光が第１方向と反対の第２方向（図８の紙面に入る方向）に進むように構成される。レーザ光が第１方向に進む複数の光路Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５とレーザ光が第２方向に進む複数の光路Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６は、互いに垂直方向（ｙ方向）にずれた位置に設けられている。以下、本変形例について、上述の実施の形態および変形例との相違点を中心に述べる。

　図９は、イオン注入装置５１０の構成を模式的に示す上面図であり、図８の矢印Ｃの向きに見たときの光学系の配置を模式的に示す。本図では、説明を分かりやすくする目的で、複数の光路Ｌ１～Ｌ６の位置が重ならないように描いている。イオン注入装置５１０は、レーザ照射装置５５０、入射窓５５２、出射窓５５４、ビームダンパ５５６、複数のミラー５７１～５８０を備える。レーザ照射装置５５０からのレーザ光は、図示されるように、奇数番目の光路Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５において入射窓５５２から出射窓５５４に向かう第１方向に進み、偶数番目の光路Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６において出射窓５５４から入射窓５５２に向かう第２方向に進む。

　第１ミラー５７１は、第１光路Ｌ１に沿って出射窓５５４から出射するレーザ光を第２ミラー５７２に向けさせる。第２ミラー５７２は、第１ミラー５７１からのレーザ光を第２光路Ｌ２に沿って出射窓５５４に入射させる。第３ミラー５７３は、第２光路Ｌ２に沿って入射窓５５２から出射するレーザ光を第４ミラー５７４に向けさせる。第４ミラー５７４は、第３ミラー５７３からのレーザ光を第３光路Ｌ３に沿って入射窓５５２に入射させる。第５ミラー５７５は、第４光路Ｌ４に沿って出射窓５５４から出射するレーザ光を第６ミラー５７６に向けさせ、第６ミラー５７６は、第５ミラー５７５からのレーザ光を第４光路Ｌ４に沿って出射窓５５４に入射させる。第７ミラー５７７は、第４光路Ｌ４に沿って入射窓５５２から出射するレーザ光を第８ミラー５７８に向けさせ、第８ミラー５７８は、第７ミラー５７７からのレーザ光を第５光路Ｌ５に沿って入射窓５５２に入射させる。第９ミラー５７９は、第５光路Ｌ５に沿って出射窓５５４から出射するレーザ光を第１０ミラー５８０に向けさせ、第１０ミラー５８０は、第９ミラー５７９からのレーザ光を第６光路Ｌ６に沿って出射窓５５４に入射させる。第６光路に沿って入射窓５５２から出射するレーザ光は、ビームダンパ５５６に吸収される。

　なお、別の変形例においては、図示される構成とは少なくとも部分的に異なるように配置される一以上の光学素子を用いて、レーザ光が複数の光路Ｌ１～Ｌ６を順に通過するようにしてもよい。光学素子として、ミラーのような反射型の光学素子を用いてもよいし、レンズやプリズムといった透過型の光学素子を用いてもよい。ビームライン装置１４と交差するレーザ光の光路数は例示であり、５以下であってもよいし、７以上であってもよい。レーザ光の折り返し数（つまり、光路数）に応じて一以上の任意の光学素子が適宜配置されてもよいことは、当業者であれば理解されることである。

　図１０は、イオン注入装置５１０の構成を概略的に示す断面図であり、図８のＤ－Ｄ線断面に対応する。図示されるように第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２は、垂直方向（ｙ方向）にずれた位置に配置されている。このような光路配置を実現するため、第１ミラー５７１は、第１光路Ｌ１に沿って水平方向（第１方向）に進むレーザ光の向きを上方向（＋ｙ方向）に変化させる。また、第２ミラー５７２は、第１ミラー５７１からのレーザ光の向きを第２光路Ｌ２に沿った水平方向（第２方向）に変化させるように設けられる。第３ミラー５７３は、第２ミラー５７２から水平方向（第２方向）に進むレーザ光の向きを第４ミラー５７４に向けて下方向（－ｙ方向）に変化させる。このようにして、複数のミラー５７１～５８０は、レーザ照射装置５５０からビームダンパ５５６までの一筆書きの螺旋状の経路が実現されるようにする。

　図８に示されるように、第１方向にレーザ光が進む複数の光路Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５は、角度エネルギーフィルタ３４のＡＥＦ下側電極３６ｂの下流側端部からウェハＷに向けて延ばした直線上に並ぶように配置される。第１方向の光路Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５をこのように配置することにより、ＡＥＦ下側電極３６ｂにて生じたパーティクルのうち、ウェハＷに向かう方向に飛ぶパーティクルに対して効果的にレーザ光を照射することができる。また、第１方向の複数の光路Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５においてレーザ光が全て同じ第１方向に照射されているため、パーティクルに対して同じ方向の放射圧を与えることができる。これにより、ＡＥＦ下側電極３６ｂにて生じたパーティクルがウェハＷに付着しようとするのを効果的に妨げることができる。

　同様にして、第２方向にレーザ光が進む複数の光路Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６は、角度エネルギーフィルタ３４のＡＥＦ上側電極３６ａの下流側端部からウェハＷに向けて延ばした直線上に並ぶように配置される。第２方向の光路Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６をこのように配置することにより、ＡＥＦ上側電極３６ａにて生じたパーティクルのうち、ウェハＷに向かう方向に飛ぶパーティクルに対して効果的にレーザ光を照射することができる。また、第２方向の複数の光路Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６においてレーザ光が全て同じ第２方向に照射されているため、パーティクルに対して同じ方向の放射圧を与えることができる。これにより、ＡＥＦ上側電極３６ａにて生じたパーティクルがウェハＷに付着しようとするのを効果的に妨げることができる。

（レーザ光のパワー）
　つづいて、パーティクルの分解および変位に必要なレーザの光強度（パワー）について述べる。パーティクルを分解または蒸散させるためには、レーザ照射によりパーティクルの蒸散に必要なエネルギーを付与できればよい。このようなレーザのパワー密度Ｐ_１［Ｗ／ｃｍ^２］は、Ｐ_１＝８ρＨ_ＶＶ_０Ｒ／３ｗと表すことができる。ここで、ρはパーティクルの密度［ｇ／ｃｍ^３］、Ｈ_Ｖは、パーティクルの蒸発エンタルピー［ｋＪ／ｍｏｌ］、Ｖ_０は、ウェハに向かうパーティクルの速度［ｍ／ｓ］、Ｒは、パーティクル径［ｃｍ］、ｗは、照射するレーザ光のスポット全幅［ｃｍ］である。上記式では、スポット幅ｗのレーザ光からエネルギーを受ける時間をΔｔ＝ｗ／Ｖ_０とし、パーティクルに照射されるレーザ光の半分（５０％）がパーティクルに吸収されるものと仮定している。

　また、パーティクルを変位させてウェハにパーティクルが付着しないようにするためには、レーザ光の放射圧によりパーティクルの軌道を変化させ、ウェハに当たらない方向に軌道が変化するだけの放射圧を付与できればよい。このような放射圧を与えるためのレーザのパワー密度Ｐ_２［Ｗ／ｃｍ^２］は、Ｐ_２＝４ｃρＶ_０ ^２Ｒｔａｎθ／３ｗと表すことができる。ここで、ｃは、光速（≒３×１０^８［ｍ／ｓ］）であり、θは、必要な変位角である。例えば、パーティクルの発生源が角度エネルギーフィルタ３４であり、角度エネルギーフィルタ３４の下流端部からウェハＷまでの距離をＺ、ウェハＷからパーティクルを遠ざけるのに必要な変位量をΔＸとすれば、ｔａｎθ＝ΔＸ／Ｚと表される。

　つづいて、パーティクルの除去に必要な具体的なレーザパワーの数値について述べる。イオン注入装置の内部で発生するパーティクルの多くはカーボン（Ｃ）で構成され、例えば、密度ρ＝２．２３［ｇ／ｃｍ^３］、蒸発エンタルピーＨ_Ｖ＝７１５[ｋＪ／ｍｏｌ]の値を有する。また本発明者の知見により、除去すべき対象となるパーティクルのサイズは、０．０１～０．１μｍ程度であることが分かっている。ここで、照射するレーザ光のスポット幅ｗ＝１［ｃｍ］、ウェハＷに向かうパーティクルの速度Ｖ_０＝２［ｍ／ｓ］と仮定すると、０．１μｍのパーティクルを蒸散させるのに必要なパワー密度はＰ_１＝３５４［Ｗ／ｃｍ^２］となる。パーティクルのサイズが大きくなるほど必要なレーザのパワー密度が増えることから、０．０１～０．１μｍのパーティクルを蒸散により除去するためには、少なくとも３５０Ｗ／ｃｍ^２以上、好ましくは、５００Ｗ／ｃｍ^２以上のパワー密度が必要であると言える。

　また同じ条件において、０．１μｍのパーティクルをθ＝３５°変位させるのに必要なパワー密度はＰ_２＝２４９８［Ｗ／ｃｍ^２］、θ＝４０°変位させるのに必要なパワー密度はＰ_２＝２９９４［Ｗ／ｃｍ^２］となる。必要な変位角θの大きさは、イオン注入装置の幾何学的な配置に依存するが、θ＝３５°は、例えば０．６ｍ先において変位量ΔＸ＝０．４２ｍを得るための変位角に対応し、θ＝４０°は、例えば０．６ｍ先においてΔＸ＝０．５０ｍを得るための変位角に対応する。これらの変位量を与えることにより、ウェハＷに向かうパーティクルの飛来方向を好適に変化させて、ウェハＷへのパーティクルの付着を抑制させることができる。パーティクルを変位させる場合においてもパーティクルのサイズが大きくなるほど必要なレーザのパワー密度が大きくなることから、０．０１～０．１μｍのパーティクルを好適に変位させるためには、２５００Ｗ／ｃｍ^２、好ましくは、３０００Ｗ／ｃｍ^２のパワー密度があれば足りると言える。

　したがって、３５０Ｗ／ｃｍ^２以上、３０００Ｗ／ｃｍ^２以下、特に５００Ｗ／ｃｍ^２以上、２５００Ｗ／ｃｍ^２以下のパワー密度を有するレーザ光を照射すれば、パーティクルが確実に蒸散ないし変位することとなり、ウェハＷにパーティクルが付着しないようにすることができる。

　以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。

　上述の実施の形態および変形例では、ビームライン装置により輸送されるイオンビームがｘ方向に走査されてウェハに照射される構成を示した。さらなる変形例において、ビームライン装置により輸送されるイオンビームは、ｘ方向に走査されていなくてもよい。この場合、ビームライン装置により輸送されるイオンビームは、ｘ方向に長いビーム径を有するリボンビームと称されるものであってもよい。

　上述の実施の形態および変形例では、イオンビームを輸送するためのビームライン装置と別に注入処理室が設けられる構成を示した。さらなる変形例においては、ビームライン装置と注入処理室とが一体的に構成されてもよい。この場合、イオンビームを輸送する部分とウェハへの注入処理がなされる部分とを合わせて「ビームライン装置」と称してもよい。

　１０…イオン注入装置、１４…ビームライン装置、５０…レーザ照射装置、５２…入射窓、５４…出射窓、５８…光検出器、７０…パーティクル。

　本発明は、イオン注入装置に関する。

Claims (18)

1. 　ウェハに向けてイオンビームを輸送するよう構成されるビームライン装置と、
   　前記ビームライン装置により輸送されるイオンビームに向けて前記イオンビームの進行方向と交差する方向にレーザ光を照射するよう構成されるレーザ照射装置と、を備え、
   　前記レーザ照射装置は、前記ビームライン装置内で発生して前記ウェハに向かって飛ぶパーティクルに前記レーザ光を照射して、前記パーティクルが前記ウェハにそのまま付着するのを妨げることを特徴とするイオン注入装置。
2. 　前記レーザ照射装置は、前記パーティクルに前記レーザ光を照射して、前記パーティクルの飛ぶ方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 　前記レーザ照射装置は、前記パーティクルに前記レーザ光を照射して、前記パーティクルを分解または蒸散させることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
4. 　前記レーザ照射装置は、前記イオンビームに向けて前記レーザ光を水平方向に照射するよう構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
5. 　前記レーザ照射装置は、前記イオンビームの進行方向と交差する複数の光路のそれぞれに向けてレーザ光を照射するように構成される複数のレーザ光源を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
6. 　前記レーザ照射装置からのレーザ光の向きを変化させ、前記イオンビームの進行方向と交差する複数の光路に沿って前記レーザ光を通過させるように配置される一以上の光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
7. 　前記一以上の光学素子は、前記ビームライン装置の外側に配置されることを特徴とする請求項６または７に記載のイオン注入装置。
8. 　前記複数の光路のそれぞれは、前記レーザ光を同じ方向に通過させるように構成されるることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
9. 　前記レーザ光が照射される前記パーティクルからの散乱光を検出する光検出器をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
10. 　前記光検出器は、前記パーティクルからの散乱光を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像画像を用いて前記パーティクルの数および速度の少なくとも一方に関する情報を算出する解析部と、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. 　前記ビームライン装置の途中で前記イオンビームを遮るよう構成されるビーム遮断手段と、
    　前記光検出器の検出結果に応じて前記ビーム遮断手段を動作させる制御部と、をさらに備え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. 　前段ビーム経路を通って入射するイオンビームに電界を作用させ、ウェハに向かう後段ビーム経路を通って出射させるようにイオンビームを偏向させるビーム偏向装置と、
    　前記ビーム偏向装置の下流側であって前記後段ビーム経路を挟んで対向するそれぞれの位置に設けられる入射窓および出射窓と、
    　前記入射窓を通じて前記後段ビーム経路中のイオンビームにレーザ光を照射し、照射後のレーザ光を前記出射窓から出射させるように構成されるレーザ照射装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
13. 　前記入射窓および前記出射窓は、前記前段ビーム経路が延びる方向と前記後段ビーム経路が延びる方向の双方と直交する方向に対向して設けられることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入装置。
14. 　前記入射窓および前記出射窓の内面を被覆し、前記レーザ光を透過させる窓カバーをさらに備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載のイオン注入装置。
15. 　前記窓カバーは、別の窓カバーと交換可能に構成されることを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入装置。
16. 　前記窓カバーの冷却装置をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載のイオン注入装置。
17. 　前記出射窓から出射されるレーザ光の光強度を計測する計測装置をさらに備えることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
18. 　前記レーザ照射装置は、前記イオンビームに向けて３５０Ｗ／ｃｍ^２以上、３０００Ｗ／ｃｍ^２以下の強度のレーザ光を照射するように構成されることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。

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