JP6028515B2 - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビーム断面の形状が長方形状のイオンビームを用いて、そのビーム断面の長辺よりも寸法の大きい基板に対してイオンビームを照射する場合に用いられるマスク及びそのマスクを用いたイオンビーム照射装置に関するものである。

例えばフラットパネルディスプレイ等に用いられる基板は、生産性を向上させるために大型化が進んでいる。一方、イオン注入等に用いられるイオンビームのサイズを基板の大型化に合わせて大きくしていくことは難しいため、近年、リボン状イオンビームの長辺方向のサイズよりも基板の各辺のサイズのほうが大きくなっている。このため、大型の基板の全面に対してリボン状のイオンビームを照射する場合、特許文献１に示されるような２つのイオンビームを用いて基板の全面にイオンビームを照射する方法や、特許文献２に示されるような１つのイオンビームに対して複数回基板を往復させることにより全面にイオンビームを照射する方法が用いられている。

従来のイオンビーム照射方法について図１３又は図１４を参照しながらより具体的に説明する。なお、図１３、図１４においては、イオンビームＩＢの基板Ｗに対する入射方向をＺ軸、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向をＸ軸、ビーム断面における長辺方向をＹ軸として設定し、Ｘ軸及びＹ軸により水平面が形成されるように座標軸を設定してある。

特許文献１に記載のイオンビーム照射装置１００Ａは、図１３（ａ）に示すようにイオン注入室１Ａ（ａ）、１Ａ（ｂ）内に２本のリボン状のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）を導入するとともに、それぞれ照射位置を上下にずらし、一方のイオンビームＩＢ（ａ）の上端位置と、他方のイオンビームＩＢ（ｂ）の下端位置とが略同じ高さとなるように構成してある。そして、図１３（ｂ）に示すように起立させた基板ＷをそれぞれのイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）を横切るように通過させることにより、一方のイオンビームＩＢ（ａ）を基板Ｗの下側半分に照射するとともに、他方のイオンビームＩＢ（ｂ）を基板Ｗの上側半分に照射するようにして、基板ＷをイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）に対して一度横切らせるだけで基板Ｗの全面にイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）が照射されるようにしてある。

ところで、リボン状のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）は、中央部においては略一定の照射量となるものの、イオン同士に電荷による斥力が生じる等するため端部においては中央部と比べると照射量がなだらかに変化して小さくなっている。したがって、単純に２本のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の上端と下端を同じ位置にすると基板Ｗの中央部におけるイオンビームＩＢの照射量が基板Ｗのその他の部分と比較すると所望の照射量から大きくずれることになる。そこで、特許文献１のイオンビーム照射装置１００Ａでは、イオンビームＩＢの端部を整形するマスク５Ａ（ａ）、５Ａ（ｂ）をそれぞれのイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の通過経路上に設けてある。このマスク５Ａ（ａ）、５Ａ（ｂ）は、図１３（ｃ）に示すように、ビーム断面において短辺方向に先端部分が斜めに傾斜した形状を有するものであり、ビーム断面において長辺方向にその位置を適宜設定することで、基板Ｗの中央部において他の部分と同程度の照射量が得られるようにしてある。

しかしながら、この特許文献１では、各イオンビームに対して設けられた各マスクの位置を調節することにより、基板に対する照射量の均一性を大まかに調節することは可能ではあるものの、最終的にはマスクの先端における斜め部分の傾斜角度に大きな影響を受けるため、現状よりもさらに照射量の均一性を向上させることは難しい。

なぜなら、特許文献１のマスク形状では、変更できる設計パラメータは実質的に先端部分の傾斜角度だけであるので、イオンビームの照射量分布に応じて適宜マスクの形状を合わせ込んでいくには調整パラメータが少なく、例えば、ある一部領域の照射量の均一性が問題となっている場合に、他の部分に悪影響を与えずにその部分だけ適度に補正を加えるのは非常に難しいからである。

また、イオンビームの端部を整形するマスクに関連する技術課題は、特許文献２のイオンビーム照射方法でも同様に生じる。

特許文献２に記載のイオンビーム照射装置１００Ｂは、ガラス基板Ｗ上に実際に製品として使用される複数のセル領域Ｗ１と、各セル領域Ｗ１の間に形成される分割帯Ｗ２とが形成される多面取りのイオン注入に用いられるものである。すなわち、図１４に示すようにガラス基板Ｗ上の分割帯Ｗ２は格子状に形成されることになり、各セル領域Ｗ１は格子間に配置されることになる。

このイオンビーム照射装置１００Ｂでは、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにイオンビームＩＢの両端部に矩形状のマスク５Ｂを配置することにより、図１４（ｃ）に示すようにイオンビームＩＢにおける中央部ＡＲの均一性の良いビームのみをガラス基板Ｗに照射するようにしてある。さらに、このイオンビーム照射装置１００Ｂは、図１４（ｄ）に示すようにガラス基板ＷをイオンビームＩＢに対して上下方向の位置を変えながら往復動させる際に、イオンビームＩＢの端部が分割帯Ｗ２を通るように構成してある。

近年、一枚のガラス基板からできる限り大きな複数のセル領域を形成できるように、分割帯の大きさを小さくすることが求められているが、特許文献２の矩形状マスクでも、イオンビームの端部における照射量や照射量が不均一な領域の大きさを厳密にコントロールすることは難しく、そのような要求に無理に答えようとすると、セル領域における照射量の均一性を保つことができなくなってしまう。

すなわち、いずれのイオンビーム照射方法においてもイオンビームの端部における照射量の調整に適した形状のマスクが現在のところ存在していないために、大型基板に対するイオンビームの照射量の均一性向上や、多面取りにおける分割帯の小型化といった要求を満たすことができてない。

特開２０１１−１９２５８３号公報 特開２００９−１３４９２３号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、イオンビームの端部における照射量の均一性や、その均一性が保たれている領域の大きさを簡単な構成でありながらも容易に調節することができるマスク及びこのマスクを用いたイオンビーム照射装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のマスクは、ビーム進行方向に直交する断面におけるビーム断面形状が概略長方形形状のイオンビームについて、ビーム断面における長辺方向の端部を遮蔽するように設けられるマスクであって、前記マスクをイオンビームのビーム進行方向から視た場合において、当該マスクが、ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びており、イオンビームの前記端部の一部を遮蔽する第１遮蔽部と、ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びているとともに前記第１遮蔽部に対してビーム断面における短辺方向に並んで設けられており、イオンビームの前記端部において前記第１遮蔽部が遮蔽する部分とは別の部分を遮蔽する第２遮蔽部とを備えており、前記第１遮蔽部によるイオンビームの遮蔽量と前記第２遮蔽部によるイオンビームの遮蔽量をそれぞれ異ならせていることを特徴とする。

このようなものであれば、前記マスクがビーム断面における短辺方向に並んで設けられた第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えたものであるので、イオンビームのビーム断面における短辺方向を通過する基板に対して第１遮蔽部により定まる照射量の第１プロファイルと、第２遮蔽部により定まる照射量の第２プロファイルとを組み合わせることにより、照射量の過不足を打ち消し合わすことによって従来よりも均一性を持たせて照射することができるようになる。

すなわち、第１遮蔽部の形状や寸法により決まる遮蔽量と、第２遮蔽部の形状や寸法により決まる遮蔽量をそれぞれ独立に設定することができ、第１プロファイルと第２プロファイルを様々な態様にするとともに、それらを自由に組み合わせることができるので、イオンビーム端部における所望の照射量分布を得やすい。

より具体的には、イオンビームの端部において達成したい照射量の均一性や均一となっている範囲の大きさが与えられた場合、単一の形状で形成されるマスクでは調整パラメータが１つしかなく実現しにくかった照射量分布でも、第１遮蔽部及び第２遮蔽部の形状やビーム断面における長辺方向の寸法、短辺方向における割合等の複数の調整パラメータを変更して遮蔽量を異ならせることにより実現することができる。

これらのことから、例えば２本のイオンビームを用いて端部が重ね合わされる領域での照射量の調整精度をより向上させたり、イオンビームについて均一性の保たれない領域をできる限り小さくして多面取りにおける分割帯をより小さく形成したりすることが可能となる。

イオンビームの端部における目標照射量を第１遮蔽部により形成される第１の照射量と第２遮蔽部により形成される第２の照射量との組み合わせにより容易に実現するには、前記第１遮蔽部のビーム断面における短辺方向の幅寸法である第１幅寸法と、前記第２遮蔽部のビーム断面における短辺方向の幅寸法である第２幅寸法の比率が、前記イオンビームの端部におけるイオンビームの目標照射量に基づいて定められているものでればよい。

マスクの形状を簡単なものとするとともに、第１遮蔽部により形成される第１の照射量と第２遮蔽部により形成される第２の照射量とを組み合わせた場合の全体の照射量について容易に算出することができ、イオンビームの端部における目標照射量を得やすくするには、前記第１遮蔽部及び前記第２遮蔽部が、イオンビームのビーム進行方向から視た場合において概略矩形状をなすものであればよい。

特殊な形状のマスクを製造することなく、例えば汎用的な四角等の簡単な形状のマスクを組み合わせるだけで、第１遮蔽部及び第２遮蔽部における遮蔽量をそれぞれ異ならせることができ、その結果組み合わせによる目標照射量を得やすくするには、前記第１遮蔽部及び前記第２遮蔽部がそれぞれ別体で設けられていればよい。

例えばイオンビームの照射位置が何らかの原因でビーム断面における長辺方向にずれが生じたり、イオン源から射出された時点の端部における照射量の分布に変化があったりした場合でも適宜第１遮蔽部及び第２遮蔽部の遮蔽量を調節して、目標照射量を得られるようにするには、前記第１遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第１長さ寸法と、前記第２遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第２長さ寸法とが、それぞれ独立に変更可能に構成されていればよい。

イオンビームの照射位置がビーム断面における短辺方向にずれたとしても、マスクによる遮蔽量が変化せず、設計通りの目標照射量が得られるようにするには、前記マスクをイオンビームのビーム進行方向から視た場合において、当該マスクが、ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びているとともに前記第２遮蔽部を前記第１遮蔽部と挟むようにビーム断面における短辺方向に並んで設けられた第３遮蔽部をさらに備え、前記第１遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第１長さ寸法と、前記第３遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第３長さ寸法とがそれぞれ同じ値に設定されていればよい。このようなものであれば、イオンビームの照射位置がビーム断面における短辺方向にずれたとしても、第１遮蔽部及び第３遮蔽部により遮蔽されるイオンビームの量の和は常に同じであり、第１遮蔽部及び第３遮蔽部の間にある第２遮蔽部による遮蔽量はそもそもビーム断面における短辺方向のずれに対して遮蔽量が変化しない。これらのことから、各部において同じ遮蔽量を保つことができるので、イオンビームのビーム断面における短辺方向のずれに対して影響を受けなくすることができるようになる。

上述してきたようなマスクを用いたイオンビーム照射装置であれば、イオンビームの端部における照射量を容易に調節することができるので、イオンビームが重なる部分を有するような照射態様であっても、その重なり部分の照射量の均一性をより高めたり、不均一な部分があったとしてもその領域をできる限り小さくしたりすることができる。したがって、特に大型基板に対してイオンビームを照射するような用途においてイオンビームの照射量の均一性を向上させて製品の品質をより向上させたり、多面取りであれば分割帯の大きさをさらに小さくしてセル領域を大きくすることができ、より生産性を向上させたりすることができる。

このように本発明のマスク及びこのマスクを用いたイオンビーム照射装置であれば、第１遮蔽部と第２遮蔽部を有しており、これらのビーム断面における長辺方向の寸法や短辺方向の寸法といった複数の調整パラメータをそれぞれ独立に調節することができるので、イオンビームの端部における照射量の調節を容易に行うことができる。したがって、従来の斜めマスクや矩形状マスクのように単一の調整パラメータしかないために達成することが難しかった照射量の均一性であっても実現することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るイオンビーム照射装置の全体を示す模式図。 同実施形態におけるマスクの配置及び形状を示す模式図。 同実施形態におけるマスクを設計するための前段階である矩形状マスクがイオンビーム中心からＤＬＴ１だけ離れた位置に配置されている場合の模式図。 イオンビーム中心からＤＬＴ１だけ離れた位置に矩形状マスクが設けられた場合のビームプロファイルを示すグラフ。 同実施形態におけるマスクを設計するための前段階である矩形状マスクがイオンビーム中心からＤＬＴ２だけ離れた位置に配置されている場合の模式図。 イオンビーム中心からＤＬＴ２だけ離れた位置に矩形状マスクが設けられた場合のビームプロファイルを示すグラフ。 矩形状マスクの配置と、イオンビーム重なり部分に形成されるビームプロファイルとの関係を示す模式図。 同実施形態におけるマスクの設計される値である長さ寸法及び幅寸法について示す模式図。 図８のように設計されたマスクのビームプロファイルについて示すグラフ。 本発明の別の実施形態に係る複数のマスク部材から構成されたマスクを示す模式図。 本発明のさらに別の実施形態に係るマスクの形状を示す模式図。 本発明の異なる実施形態に係るマスクの形状を示す模式図。 従来のマスク及びイオンビーム照射装置を示す模式図。 従来の別のマスク及びイオンビーム照射装置を示す模式図。

本発明のマスク５及びこのマスク５を用いたイオンビーム照射装置１００の一実施形態について図１乃至図９を参照しながら説明する。なお、参照する各図面においては、図１３及び図１４に設定したのと同様の座標軸が設定してあり、イオンビームＩＢの基板Ｗに対する入射方向をＺ軸、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向をＸ軸、ビーム断面における長辺方向をＹ軸として設定し、Ｘ軸及びＹ軸により水平面が形成されるように座標軸を設定してある。

本実施形態のイオンビーム照射装置１００は、図１（ａ）に示すように大型の基板Ｗを起立させた状態で図示において左側から右側へとＸ軸方向に搬送するとともに、２本のイオンビームＩＢによりそれぞれ基板Ｗの下半分と上半分にイオンビームＩＢを照射することで基板Ｗの全面に照射されるように構成してある。

すなわち、このイオンビーム照射装置１００は、図示において左側から順番に大気圧下にある基板Ｗが搬入され、減圧されるロードロック室３と、第１待合室２と、基板Ｗの下半分にイオンビームＩＢが照射される第１処理室１（ａ）と、第２待合室２と、基板Ｗの上半分にイオンビームＩＢが照射される第２処理室１（ｂ）と、第３待合室２と、真空圧から大気圧に開放されたのちに基板Ｗが搬出されるアンロードロック室４とから構成してある。各室は真空弁により接続されており、各待合室２は次の室内での処置が終わるまで基板Ｗを待機させておくためのものである。また、ロードロック室３及びアンロードロック室４以外の各部屋は、高真空に保たれている。

前記第１処理室１（ａ）及び第２処理室１（ｂ）は、それぞれ別々のイオンビーム供給装置１１（ａ）、１１（ｂ）から供給されるリボン状のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）が室内に導入されており、各イオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の照射位置は図１（ｂ）の前面図に示すようにその上下方向の位置を異ならせてある。より具体的には、第１処理室１（ａ）内に導入される第１イオンビームＩＢ（ａ）は、搬送される基板Ｗの下半分に対応する位置に長辺方向が上下方向と一致するように照射されており、第２処理室１（ｂ）内に導入される第２イオンビームＩＢ（ｂ）は、搬送される基板Ｗの上半分に対応する位置に長辺方向が上下方向と一致するように照射されている。

また、第１処理室１（ａ）には、第１イオンビームＩＢ（ａ）の上端を整形するための第１マスク５（ａ）が設けてあり、第２処理室１（ｂ）には第２イオンビームＩＢ（ｂ）の下端を整形するための第２マスク５（ｂ）が設けてある。本実施形態では第１マスク５（ａ）及び第２マスク５（ｂ）は同形状のものであり、対称となるように配置してある。また、各処理室１（ａ）、１（ｂ）には、各マスク５（ａ）、５（ｂ）を通過した後のイオンビームＩＢの照射量分布を取得するための測定部が設けてある。

次にマスク５の具体的な形状について説明する。なお、第１マスク５（ａ）及び第２マスク５（ｂ）については同形状であるので、以下では共通のものとして説明する。また、特に区別する必要がない場合には数字の番号のみを振ることとする。

図２に示すように前記マスク５は、リボン状のイオンビームＩＢの端部を整形するためのものであり、ビーム断面における短辺方向（Ｘ軸方向）に沿って視た場合にビーム断面における長辺方向（Ｙ軸方向）の長さ寸法が途中で階段状に変化するように構成してある。言い換えると、このマスク５はビーム進行方向に直交する断面におけるビーム断面形状が概略長方形形状のイオンビームＩＢについて、ビーム断面における長辺方向の端部を遮蔽するように設けられるマスク５であって、それぞれ長辺の長さが異なる２つの長方形について短辺をそろえて横に並べた形状をなしている。また、ビームの進行方向から視た場合においてこのマスク５の段差部分はイオンビームＩＢのビーム断面における短辺内に含まれるように配置してあるので、ビーム断面における短辺方向に沿ってイオンビームＩＢの遮蔽量のグラフを描くと中央部において不連続に変化することになる。なお、本実施形態のマスク５はそれぞれの長辺の長さが異なる２つの長方形状部分が階段上をなす形状を有したものであるが、例えば２つの正方形状部分又は１つの正方形状部分と１つの長方形状部分とを組み合わせた形状をなすものであっても構わない。

すなわち、このマスク５は、図２に示すようにイオンビームＩＢのビーム進行方向から視た場合において、ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びており、イオンビームＩＢの前記端部の一部を遮蔽する第１遮蔽部５１と、ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びているとともに前記第１遮蔽部５１に対してビーム断面における短辺方向に並んで設けられており、イオンビームＩＢの前記端部において前記第１遮蔽部５１が遮蔽する部分とは別の部分を遮蔽する第２遮蔽部５２とを備えている。そして、前記第１遮蔽部５１によるイオンビームＩＢの遮蔽量と前記第２遮蔽部５２によるイオンビームＩＢの遮蔽量をそれぞれ異ならせてある。

より具体的には、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２は概略矩形状に形成してあり、ビーム断面における長辺方向の寸法及び短辺方向の寸法を適宜調節することにより、その遮蔽量を調節してある。また、これらの寸法や比率については、基板Ｗがこの端部を通過した際に照射されるべき目標照射量に基づいて設定してある。

なお、以下の説明では簡単のため遮蔽面積の小さい方を第１遮蔽部５１、遮蔽量の大きい方を第２遮蔽部５２と呼ぶこととする。

次に前記マスク５の形状、特に第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２の寸法の設計方法について詳述することにより、これらの特徴について説明する。

まず、従来の矩形状マスク６（ａ）、６（ｂ）によりイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）が重なり合う部分に関して整形している場合について考える。すなわち、ビーム断面における短辺方向（Ｘ軸方向）に沿ってイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の遮蔽量の変化を視た場合に変化がない状態を例として考えている。ここで、図３に示すようにイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）のビーム断面中心からＤＬＴ１だけ離間した位置よりも外側は矩形状マスク６（ａ）、６（ｂ）により遮蔽されているとする。なお、ＤＬＴ１は、各イオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）のマスク開始位置が略同じ上下方向の位置になるようにこの例では定めてあるが、各イオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の遮蔽開始位置が異なるように構成されていてもかまわない。また、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法を規定するために、この実施形態ではイオンビームＩＢの中心を基準位置としてとっているが、例えばイオンビームＩＢが照射される基板Ｗの中心位置を基準位置にとっても構わない。

次にこのような状態における２つのイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）を足し合わせた場合の電流分布（ビームプロファイル）を計算する。計算結果の一例を図４に示す。図４のグラフに示すようにこの例では２本のイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の端部における遮蔽量が小さいため重なり部分も大きくなっている。したがって、端部が重なり合っている部分は、それ以外の部分よりも電流値が大きく、基板Ｗに照射されるイオンの照射量（ドーズ量）が目標値に対する許容上限よりも大きい状態となる（overdose）。以下では目標照射量である基準値の許容上限又は下限を超えている範囲の幅のことを遷移領域幅と呼ぶ。なお、本実施形態では基準値の±１０％を許容上限値及び許容下限値に設定している。

さらに、矩形状マスク６（ａ）、６（ｂ）の位置を変更して同様の計算によりビームプロファイルを求める。より具体的には、図５に示すように矩形状マスク６（ａ）、６（ｂ）による遮蔽量をより大きくするようにマスク開始位置をイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の中心からＤＬＴ２としてイオンビームＩＢ中心側へと近づけた場合について考える。この場合、矩形状マスク６（ａ）、６（ｂ）とイオンビームＩＢ（ａ）、ＩＢ（ｂ）の重なり部分は小さくなるため、図６の計算結果に示すように重なり部分の電流量は、その他の部分に比べると小さくなり、許容下限よりも小さくなる下に凸の部分が形成される。つまり、基板Ｗに照射される照射量（ドーズ量）も小さくなっている。

図４及び図６における矩形状マスク６のマスク位置の違いによるビームプロファイルの違いについては図７に示すような模式図により説明できる。

すなわち、リボン状のイオンビームＩＢの長辺方向に沿ったビームプロファイルは理想的にはガウス分布となるが、マスク位置がＤＬＴ１に設定されており、矩形状マスク６による遮蔽量が小さい場合には、図７に示されるように端部における照射量はほとんど減らないので、重なり合い部分が強く出すぎるために足し合わせたビームプロファイルにおいては中央部に許容上限を超える凸部が形成されることになる。一方、マスク位置をＤＬＴ２として遮蔽量を大きくすると、中央部分での照射量が少なくなりすぎるために足し合わせたビームプロファイルにおいては、中央部に許容下限を下回る凸部が形成されることになる。

以上の計算から矩形状マスク６単体では、中央部にoverdoseまたはunderdoseが生じてしまうことがわかる。

そこで、本実施形態のマスク５は第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２により前述したoverdose部分とunderdose部分のそれぞれが打ち消し合うようにすることで、ビームの全域において基準値に対する許容範囲内に入るようにその寸法を構成してある。

より具体的には、第１遮蔽部５１のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第１長さ寸法をＤＬＴ１と、第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法をＤＬＴ２とした場合に、それぞれのビーム断面における短辺方向における幅寸法の比率を調節することで、overdose部分とunderdose部分とが打ち消し合って、基準値に対する許容範囲内のビームプロファイルとなるようにしてある。

すなわち、本実施形態のように先端部分が階段状をなすマスク５とした場合、それぞれビーム断面における長辺方向のマスク位置が異なる矩形状マスク６により遮蔽された２本のイオンビームＩＢがビーム断面における短辺方向に並列に並んだものとも考えることができる。したがって、第１遮蔽部５１と第２遮蔽部５２の各長さ寸法が定まった場合、ビーム断面における短辺方向の比率に応じて重みづけがなされたビームプロファイルの重ね合わせを行うことができる。

本実施形態では、図８に示すように第１遮蔽部５１のビーム断面における短辺方向の幅寸法である第１幅寸法ＤＬＴ１Ｗと、第２遮蔽部５２のビーム断面における短辺方向の幅寸法である第２幅寸法ＤＬＴ２Ｗについては同じ値として、１対１としてある。すなわち、イオンビームＩＢのビーム断面における短辺方向の幅寸法をＩＢＷとした場合、ＤＬＴ１Ｗ＝ＤＬＴ２Ｗ＝ＩＢＷ／２に設定してある。

図４及び図６でそれぞれ計算したビームプロファイルはイオンビームＩＢの幅寸法がＩＢＷのときにその幅全てを遮蔽した場合の計算結果であるので、ＩＢＷ／２の幅寸法を持つイオンビームＩＢを照射した場合は各点における照射量は理想的には半分となる。したがって、本実施形態のマスク５を用いた場合のビームプロファイルは図４及び図６の計算結果をそれぞれ１／２倍したうえで足し合わせることで算出でき、その結果図９のグラフに示すようなビームプロファイルとなる。図９から明らかなようにoverdose部分とunderdose部分が打消し合うことにより、重なり部分全域において略均一なプロファイルとなっていることがわかる。すなわち、基板Ｗの中央部分に対する照射量をより均一化することができていることがわかる。

なお、この例では第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法がＤＬＴ１、ＤＬＴ２の組み合わせの場合において、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２のビーム断面における短辺方向の幅寸法の比率を１対１にすることで許容範囲内にビームプロファイルを収めることができたが、ＤＬＴ１、ＤＬＴ２のとり方によっては、その他の比率で第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２のビーム断面における短辺方向の幅寸法を設定し、所望の目標照射量の均一性が得られるようにしてもかまわない。さらに、この例ではイオンビーム供給装置１１（ａ）、１１（ｂ）のそれぞれに設けられるマスク５（ａ）、（ｂ）を同一形状とするとともに、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法ＤＬＴ１、ＤＬＴ２と、ビーム断面における短辺方向の幅寸法ＤＬＴ１Ｗ、ＤＬＴ２Ｗの全てがマスク５（ａ）、５（ｂ）のそれぞれで同一となるようにしているが、各長さ寸法ＤＬＴ１、ＤＬＴ２及び幅寸法ＤＬＴ１Ｗ、ＤＬＴ２Ｗがマスク５（ａ）、マスク５（ｂ）で異なっていても構わない。すなわち、イオンビーム供給装置１１（ａ）とイオンビーム供給装置１１（ｂ）のそれぞれにおいて、マスク位置が異なっており、各遮蔽部においてビーム断面における長さ方向寸法及び幅寸法が異なっていても構わない。

このように本実施形態のマスク５及びイオンビーム照射装置１００によれば、前記マスク５がそれぞれビーム断面における長辺方向の長さ寸法とビーム断面における短辺方向の幅寸法を自由に設定できる第１遮蔽部５１と第２遮蔽部５２をビーム断面における短辺方向に並べて設けたものとして形成してあるので、これらの複数の寸法を変更することで、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２によりそれぞれ形成されるビームプロファイルの形状やその足し合わせ比率を自由に調節することができる。従って、これらの２つの自由に調節された態様の異なるビームプロファイルを足し合わせることができるので、最終的な足し合わされたビームプロファイルを所望の許容範囲内に入れることが容易にできる。言い換えると、従来はビームプロファイル、すなわち、照射量を変更することができる調整パラメータが１つしかなかったために、精密な調整を行うことが難しかったのに対して、本実施形態であればマスク５が２つの形状の異なる第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２を有していることにより複数の調整パラメータを得ることができ、自由にビームプロファイルを整形することができる。したがって、本実施形態のように基板Ｗの中央部に照射されるイオンビームＩＢの照射量を他の部分と同程度の均一性を有するようにするといった調節を簡単に行うことができる。

本実施形態の変形例について説明する。

前記実施形態では２本のイオンビームＩＢを上下に並べる場合の重なり部分の均一性を向上させる目的で前記マスク５を用いていたが、例えば図１４に示されているような１本のイオンビームＩＢの基板Ｗに対する照射位置を変更していき、基板Ｗ上に複数のセル領域Ｗ１を形成する多面取りを行う場合において分割帯Ｗ２の幅を小さくできるようにするために前記実施形態のマスク５を用いても構わない。すなわち、イオンビームＩＢの両端に前記実施形態のマスク５を設けておき、基板ＷにおいてイオンビームＩＢの端部が重ねて照射される部分のうちセル領域とすべき部分の照射量を許容範囲内の値とするとともに、遷移領域幅が分割帯の幅以内となるように第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２の寸法を決定すればよい。また、上述した用途以外においてもイオンビームＩＢのビーム断面における長辺方向の端部の照射量を所望の値や大きさに調整するために本発明のマスク５を用いることができる。

また、前記実施形態では２つのイオンビームＩＢのそれぞれに先端部分が階段状のマスク５を端部に配置させていたが、要求精度によっては片方のイオンビームＩＢのみ先端部分が階段状に形成されたマスク５を用い、もう一方には矩形状マスク６や、先端部分が傾斜したマスク５を用いてもかまわない。また、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２の形状は矩形状に限られるものではなく、例えば第１遮蔽部５１は先端部分に傾斜を有し、第２遮蔽部５２は矩形状といった組み合わせで用いてもかまわない。加えて、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２の先端部分がそれぞれ傾きの異なる傾斜を有しており、マスク５をビーム断面における短辺方向に沿って視た場合にその先端部分が途中で不連続に傾きが変化するようなものであっても構わない。要するに、第１遮蔽部５１と第２遮蔽部５２の形状や大きさが異なっており、その遮蔽量が異なっていることで、異なるビームプロファイルを重ね合わせることで所望のビームプロファイルを得ることができるマスク５であればよい。

前記実施形態では、１つのマスク５において先端部分の形状を階段状とすることで、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２が形成していたが、例えば複数のマスク部材５ａ、５ｂを用いて第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２を形成してもかまわない。より具体的には図１０に示すように、イオンビームＩＢの進行方向に沿って２枚のマスク部材５ａ、５ｂを配置しておくとともに、進行方向から視た場合にいずれかのマスク部材５ａ、５ｂが他方のマスク部材５ｂ、５ａと重なり合う部分を持つようにすればよい。このようなものであれば、１つのマスクを階段状のような複雑形状に加工せずに、矩形状の汎用的なマスクを２つ揃えて並べるだけでよく、製造しやすい。さらに、このようなものであっても前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに図１０（ａ）に示すように各マスク部材５ａ、５ｂをモータＭ等の駆動機構によりそれぞれ独立にビーム断面における長辺方向に移動可能に構成してもよい。すなわち、第１遮蔽部５１及び第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法をそれぞれ独立に調節できるようにしてもよい。このようなものであれば、前記実施形態に比べてさらに調整自由度を高めることができ、例えば、イオンビームＩＢの照射位置がビーム断面における長辺方向にずれた場合でも適宜調節し、常に均一性の保たれたイオンビームＩＢを基板Ｗに照射することが可能となる。

さらに、移動方向はビーム断面における長辺方向だけに限られず、ビーム断面における短辺方向にマスク５が移動できるように構成してもかまわない。加えて、ビーム断面における長辺方向及び短辺方向の両方にマスク５が移動できるように構成してもよい。

前記実施形態のマスク５は遮蔽部を２つ備えたものであったが、さらに多数の遮蔽部を有してもかまわない。すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような３つ以上の矩形状の遮蔽部が組み合わさったマスク５であってもかまわない。このように多数の遮蔽部をマスク５が有するものであれば、イオンビームＩＢの重なり部分における照射量分布の調整精度をさらに高めることができる。

例えば、メンテナンスにおいてイオンビーム供給装置１１（ａ）、１１（ｂ）のイオン源の電極が交換された際に取り付け位置が元の位置からずれた場合、イオンビームＩＢの軌道についても変化が生じる場合がある。ビーム断面における短辺方向にイオンビームＩＢの照射位置がずれた場合に、マスク５の配置を変更しなくても、遮蔽量に変化を生じさせず、端部におけるイオンビームＩＢのプロファイルを実質的に常に同じにすることができるようには、図１２（ａ）（ｂ）に示すように前記マスク５をイオンビームＩＢのビーム進行方向から視た場合において、当該マスク５が、ビーム断面の一方の短辺からビーム断面の長辺方向に延びているとともに前記第２遮蔽部５２を前記第１遮蔽部５１と挟むようにビーム断面における短辺方向に並んで設けられた第３遮蔽部５３をさらに備え、前記第１遮蔽部５１のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第１長さ寸法と、前記第３遮蔽部５３のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第３長さ寸法とをそれぞれ同じ値に設定すればよい。

このようなものであれば、図１２に示すようにビーム断面の短辺方向のいずれか一方にイオンビームＩＢの照射位置がずれたとしても、第１遮蔽部５１又は第３遮蔽部５３において減少した遮蔽量はそのまま第３遮蔽部５３又は第１遮蔽部５１において増加することになるので、トータルとしての遮蔽量に変化は生じない。したがって、端部におけるビームプロファイルも元の状態のまま保たれることになり、照射量に変化が生じないようにすることができる。

なお、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように第２遮蔽部５２のビーム断面における長辺方向の長さ寸法は第１遮蔽部５１及び第３遮蔽部５３と比較して大きくても、小さくてもどちらでも構わない。要するに異なる長さ寸法でありさえすればよい。

ビーム断面における短辺方向にイオンビームの照射位置がずれている場合、マスクに対するイオンビームの照射角度も変化している恐れがある。この照射角度の変動によりビームプロファイルに変化が生じて均一性等が保てなくなるのを防ぐには、前記マスクをビーム断面における長辺方向に延びる軸を回転軸として回転可能に構成すればよい。このようなものであれば、照射角度が常に同じ状態となるように調節することが可能となり、照射角度の変動による影響を受けなくすることができる。

本発明のイオンビーム照射装置は、例えばイオン注入装置、イオンドーピング装置、イオンビームデポジション装置、イオンビームエッチング装置等様々な用途を含む概念である。要するにリボン状のイオンビームの端部を基板上に照射したり、端部の重ね合わせが問題になったりする用途であれば適用可能である。また、基板としては半導体基板に限られるものではなく、シリコンウェーハや、ガラス基板やその他のイオンビームが照射される板状のものであってもよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行ってもかまわない。

５ ：マスク
５１ ：第１遮蔽部
５２ ：第２遮蔽部
５３ ：第３遮蔽部
１００ ：イオンビーム照射装置
ＩＢ ：イオンビーム
Ｗ ：基板

Claims (6)

1. ビーム進行方向に直交する断面におけるビーム断面形状が概略長方形形状のイオンビームが、そのビーム断面の長辺よりも寸法の大きい基板に対して照射されるように構成されたイオンビーム照射装置であって、
   ビーム断面における長辺方向の端部を遮蔽するマスクを備え、
   前記マスクをイオンビームのビーム進行方向から視た場合において、当該マスクが、
   ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びており、イオンビームの前記端部の一部を遮蔽するように設けられた第１遮蔽部と、
   ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びているとともにビーム断面における短辺方向に前記第１遮蔽部と並んで設けられており、イオンビームの前記端部において前記第１遮蔽部が遮蔽する部分とは別の部分を遮蔽するように設けられた第２遮蔽部とを備えており、
   前記第１遮蔽部によるイオンビームの遮蔽量と前記第２遮蔽部によるイオンビームの遮蔽量をそれぞれ異ならせていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
2. 前記第１遮蔽部のビーム断面における短辺方向の幅寸法である第１幅寸法と、前記第２遮蔽部のビーム断面における短辺方向の幅寸法である第２幅寸法の比率が、前記イオンビームの端部におけるイオンビームの目標照射量に基づいて定められている請求項１記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記第１遮蔽部及び前記第２遮蔽部が、イオンビームのビーム進行方向から視た場合において概略矩形状をなすものである請求項１又は２に記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記第１遮蔽部及び前記第２遮蔽部がそれぞれ別体で設けられており、イオンビームのビーム進行方向から視た場合において前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽部が部分的に重なっている請求項１乃至３いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
5. 前記第１遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第１長さ寸法と、前記第２遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第２長さ寸法とが、それぞれ独立に変更可能に構成されている請求項１乃至４いずれかに記載のイオンビーム照射装置。
6. 前記マスクをイオンビームのビーム進行方向から視た場合において、当該マスクが、ビーム断面の一方の短辺から長辺方向に延びているとともに前記第２遮蔽部を前記第１遮蔽部と挟むようにビーム断面における短辺方向に並んで設けられた第３遮蔽部をさらに備え、
   前記第１遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第１長さ寸法と、前記第３遮蔽部のビーム断面における長辺方向の長さ寸法である第３長さ寸法とがそれぞれ同じ値に設定されている請求項１乃至５いずれかに記載のイオンビーム照射装置。