CN103367088B - 离子注入装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离子注入装置及其控制方法。通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置测量离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节、确保横向离子束密度的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节以及确保纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节中的至少一者。

Description

离子注入装置及其控制方法
本申请主张并基于2012年3月29日提交的日本专利申请第2012-77101号的优先权。上述申请的所有内容通过参考援用于本文中。
技术领域
本发明涉及一种能够将从离子源引出的离子束注入到晶片中的离子注入装置及其控制方法。
背景技术
离子注入装置通常具备将离子源、引出电极、质量分析磁性单元、质量分析狭缝、射束扫描仪、射束平行化装置、加速/减速装置、角能量过滤器（AEF：Angular EnergyFilter）装置、晶片处理室、射束测量装置等沿射束线配置的结构。离子注入装置用于将离子注入到晶片中，该晶片是使用从离子源引出的离子束的半导体衬底。
通常，为了测量通过射束扫描仪用离子束往复扫描晶片之后平行化的扫描离子束的射束电流量以及射束的纵向（Y方向）、横向（X方向）的剖面而提出了各种射束测量装置和方法。X方向、Y方向的意思分别与X轴方向、Y轴方向相同。
已知有如下混合式离子注入装置：使离子束通过射束扫描仪在例如水平方向的一轴向上往复扫描（可以称为第一扫描或射束扫描或X扫描），另一方面，使晶片通过机械Y扫描装置在例如垂直方向的与所述一轴向垂直的方向上往复移动（有时称为慢扫描或机械Y扫描）。在这种离子注入装置中，作为射束测量及射束电流控制方法的示例，提出了使用基于可移动式法拉第杯的测量和基于射束偏转装置的射束扫描控制的方法（日本专利No.3153784）。在使用该射束测量及射束扫描控制的射束电流控制方法中，使法拉第杯沿扫描离子束的扫描路径移动的同时测量入射到法拉第杯的扫描离子束的射束电流，之后，在离子注入位置（即，进行离子注入的晶片保持位置）的一侧测量经调节的离子束。在此，离子注入位置的所述一侧是指在晶片的离子注入区域中沿与Y方向平行的晶片的直径分割成两个部分的两个分割的离子注入区域的一侧。
在使用该射束测量及扫描控制的射束电流控制方法中，在开始离子注入前，在射束线上的任意位置使可移动式法拉第杯沿离子束的扫描路径移动的同时测量入射到法拉第杯的扫描离子束的射束电流，之后，通过配置于离子注入位置的一侧的单侧射束电流测量器测量经调节的离子束的射束电流量。射束电流量仅通过单侧射束电流测量器进行测量。另外，可移动式法拉第杯并不进行扫描离子束的横向（X方向）的剖面（以及扫描离子束的纵向（Y方向）的剖面）的测量。
另外，在前述射束电流控制方法中，用可移动式法拉第杯和在离子注入位置的一侧以固定方式配置的单侧射束电流测量器测量扫描离子束。但是，在前述的射束电流控制方法中，由于单侧射束电流测量器是以固定方式配置的，因此在与离子注入位置的一侧的相反侧的位置以及离子注入位置的扫描范围内无法进行射束测量。因此，基于射束测量及扫描控制的射束电流控制受到限制，从而这种限制成为妨碍高精度测量要求的原因。
因此，作为用于提高射束测量和射束电流控制的精确度的射束测量方法的示例，提出了在离子注入位置即晶片支承压板前方（上游侧）的两个扫描侧位置与晶片支承压板后方的射束线的最后方位置之间的射束扫描范围内，通过固定配置的法拉第杯测量入射到该射束扫描范围的离子束的方法（日本专利No.3257205）。
日本专利No.3153784的射束测量方法具有如下配置：通过可移动式法拉第杯和固定配置在离子注入位置的一侧的单侧射束电流测量器测量扫描离子束。但在该射束测量方法中，在与离子注入位置的一侧的相反侧的位置以及离子注入位置的扫描范围内无法进行射束测量。因此，射束测量可以受到限制，从而这种限制成为妨碍基于射束测量及扫描控制的射束电流控制的高精度化要求的原因。
另一方面，日本专利No.3257205公开的是在离子注入位置即晶片支承压板前方的两个扫描侧位置与晶片支承压板后方的射束线的最后方位置之间的射束扫描范围进行射束测量的方法。这种方法不考虑射束线上的离子注入位置及其正前方、正后方通过使用法拉第杯测量入射到法拉第杯的离子束。因此，无法将日本专利No.3257205应用于日本专利No.3153784。
另外，在日本专利No.3257205中公开的方法中，需要合理进行横向离子束密度的均匀度测量、射束电流总量测量、射束的横向（X方向）的剖面（以及射束的纵向（Y方向）的剖面）测量，并进行离子束的调节。因此，需要全面优化的射束控制的方法。
例如，在日本专利No.3153784中，提出了在混合式离子注入装置中使第一扫描方向（横向）上的扫描离子束的横向离子束密度的分布均匀的方法。这些方法假定一定程度的射束的横向斑点尺寸变化，但未假定即使在射束扫描的两端射束也停留在靶上的这种射束尺寸的扩大。
图10中示出了在射束尺寸较小的情况下的离子束密度分布，图11中示出了在射束尺寸增大时离子束在两个扫描端不扫频离开靶的情况下的离子束密度分布。
另一方面，在扫描离子束的横向离子束密度分布的均匀化之前执行的射束调谐中，若进行仅增大射束电流值的简单调谐，则虽能够增大射束电流，但在离子注入位置的射束的横向（X方向）的离子束密度分布发生变化，从而可以使射束尺寸扩大。
当为静电式射束扫描仪时，通过校正（增或减）施加的交流电场（通常为三角波）的施加电压的倾斜度dV/dt来实施扫描离子束的横向离子束密度分布的均匀化，但若离子束在两个扫描端不扫频离开靶则无法顺利进行该校正，无法使扫描离子束的横向离子束密度的分布均匀化。这是因为扫描范围端部的射束电流值由初始射束电流强度以外的重要因素来决定，所以校正该位置的交流电场的施加电压的倾斜度dV/dt这本身产生矛盾。
为了解决该问题，在扫描离子束的均匀化之前执行的射束调谐中，除了射束电流值以外，还有必要通过监测静止射束的横向分布（横向静止剖面），同时调谐射束电流值和静止射束的横向离子束密度分布这两者。
为了测量静止射束的横向（X方向）静止剖面，利用具有沿Y方向长且细的狭缝的法拉第杯，并且必须使法拉第杯在X方向上机械地移动来进行测量。在射束的X方向为基于射束扫描仪的静电扫描且射束的Y方向为机械Y扫描的混合式离子注入装置的情况下，为了测量射束的横向静止剖面，需在停止射束的静电扫描之后使上述法拉第杯在X方向上移动，并且测量X方向上各点的静止射束强度分布，来得到射束的横向静止剖面。
但是，在该方法中，由于一点的测量时间受法拉第杯的机械移动时间的限制，因此限制了测量的高速化。因此，该方法对于对要求高速化的离子注入装置的调谐进行监测是不现实的。
另外，参数调谐中应优化的响应由单变量构成时，改变参数以使该单变量成为期望值。但是，在响应由多变量构成时，必须构成这些变量并转换为一个变量。
考虑如下混合式离子注入装置：通过射束扫描仪在例如水平方向的一轴向上以任意第一扫描频率（射束扫描（第一扫描）速度）进行离子束的往复扫描，并且使晶片通过机械Y扫描装置在例如垂直方向的与所述一轴向垂直的方向上以任意慢扫描频率（晶片扫描速度或纵扫描速度）往复移动。在这种混合式离子注入装置中，在将射束的往复扫描频率设定为变量并且改变往复扫描的射束扫描速度时，尤其是在低频侧使用慢射束扫描速度时，如图12A和图12B所示，当第一扫描频率（射束扫描速度）接近慢扫描频率（晶片扫描速度）并且Y方向上的射束尺寸变小时，由各周期的射束扫描改变纵向射束重叠宽度（重叠量），对晶片（靶衬底）产生纵向上的注入分布不均。因此，纵向离子注入分布的均匀性恶化。
为了解决上述问题，必须在扫描离子束的均匀化之前执行的射束调谐中，除了射束电流值以外，通过根据X方向（横向）及Y方向（纵向）扫描频率监测静止射束的纵向离子束静止密度（纵向剖面），增大Y方向（纵向）射束尺寸，以使纵向离子注入分布变得均匀。
发明内容
鉴于如上情况而作出了本发明，并且本发明的目的在于实现调谐轻松的离子注入装置及其控制方法。
本发明适用于如下离子束扫描处理装置：该装置构成为使通过引出电极从离子源引出的离子束在到达晶片为止的射束线上经过，其中沿该射束线配设有质量分析磁单元、质量分析狭缝、射束扫描仪、射束平行化装置、晶片处理室、晶片机械扫描装置（机械Y扫描装置），在射束线的晶片前方以及附近区间设置有测量离子束的旁侧杯（side cup）电流测量器（固定式射束测量器）以及可移动式或固定式注入位置射束电流测量装置（可移动式或固定式射束测量装置）。
本发明可以采用以下结构。
（结构1）
根据本发明的实施例，提供了一种混合式离子注入装置，其具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与所述横向垂直的纵向以机械扫描速度机械地移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性。
通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。
所述混合式离子注入装置包括控制装置，所述控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值（即预先设定的预设值）的调节和为了确保所述横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节。
（结构2）
在根据结构1的混合式离子注入装置中，由所述控制装置进行的、射束电流到所述射束电流的预设值的调节和所述横向射束尺寸的调节的同时调节可以是以所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节为优先的同时调节。
（结构3）
在根据结构1的混合式离子注入装置中，由所述控制装置进行的、射束电流到所述射束电流的预设值的调节和所述横向射束尺寸的调节的同时调节可以是以所述横向射束尺寸的调节为优先的同时调节。
（结构4）
根据本发明的另一实施例，提供了一种混合式离子注入装置，其具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性。
通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。
所述混合式离子注入装置包括控制装置，所述控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和纵向射束剖面的调节。
（结构5）
在根据结构4的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以执行确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节，来作为所述纵向射束剖面的调节。
（结构6）
在根据结构5的混合式离子注入装置中，所述控制装置在所述离子注入前的所述射束电流调节阶段，可以根据所述射束扫描仪的扫描频率并且基于所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的所述测量值，同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的所述纵向射束尺寸的调节。
（结构7）
在根据结构5的混合式离子注入装置中，所述控制装置在所述离子注入前的所述射束电流调节阶段，可以根据所述机械扫描速度并且基于所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的所述测量值，同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的所述纵向射束尺寸的调节。
（结构8）
在根据结构5的混合式离子注入装置中，所述控制装置在所述离子注入前的所述射束电流调节阶段，可以根据所述射束扫描仪的扫描频率和所述机械扫描速度并且基于所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的所述测量值，同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的所述纵向射束尺寸的调节。
（结构9）
根据本发明的又一实施例，提供了一种混合式离子注入装置，其具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性。
通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。
所述混合式离子注入装置包括控制装置，所述控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节、确保所述横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节以及纵向射束剖面的调节。
（结构10）
在根据结构9的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以执行确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节，来作为所述纵向射束剖面的调节。
（结构11）
在根据结构9的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节、确保横向离子束密度分布的均匀性所必需的所述横向射束尺寸的调节、以及作为所述纵向射束剖面的调节的确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节。
（结构12）
在根据结构1至11中的任一项的混合式离子注入装置中，所述多个固定式射束测量器中的至少一个固定式射束测量器可以为旁侧杯电流测量器，所述旁侧杯电流测量器在射束线上的离子注入位置前或后设置于所述射束线的侧面。
（结构13）
在根据结构1至12中的任一项的混合式离子注入装置中，所述可移动式或固定式射束测量装置可以为设置于离子注入位置的注入位置射束测量装置。
（结构14）
在根据结构1至13中的任一项的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以通过导入个别满足度值和合成满足度值来进行对所述射束电流和所述射束剖面的控制。
（结构15）
在根据结构1至14中的任一项的混合式离子注入装置中，可以在射束线的最下游配置具有测量总射束电流的功能并在所述离子注入位置的后方的位置测量最终设定射束的调谐法拉第杯。
所述控制装置可以监控作为参考的由所述固定式射束测量器提供的射束波形和射束电流信号、由所述可移动式或固定式射束测量装置提供的射束波形和射束电流信号、由所述调谐法拉第杯得到的射束电流信号，利用合成满足度值的函数将这些信号转换为一个变量，并且进行参数调谐。
（结构16）
在根据结构14的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以在所述合成满足度值成为设定值时，产生计算公式以使所有变量满足规定极值。
（结构17）
在根据结构15的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以按照受到所述调谐的参数的特性准备多个所述合成满足度值。
（结构18）
在根据结构15至17中的任一项的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以构成为通过AD转换器读取来自所述固定式射束测量器的射束波形、来自所述可移动式或固定式射束测量装置的射束波形。
所述AD转换器可以将任一时刻ti的具有射束强度Ii的类型的波形数据列（t0,I0），（t1,I1）…（tn,In）转换为用于调谐控制的数值数据，并将所述数值数据输出到所述控制装置，其中，i为0及正整数。
（结构19）
在根据结构18的混合式离子注入装置中，所述AD转换器可以针对为射束强度的总积分值的m%的射束宽度、射束峰值强度、射束强度的总积分值及射束强度分布的标准偏差来进行所述波形数据到数值数据的转换，其中，m为预先设定的值。
（结构20）
在根据结构14至19中任一项的混合式离子注入装置中，当在横轴上取应优化的一个响应时，所述控制装置可以设定满足所述响应的上限标准值和下限标准值，并且将所述个别满足度值设定为梯形函数形式，以使得所述个别满足度值在所述响应落在所述上限标准值与所述下限标准值之间时成为设定值。
（结构21）
在根据结构20的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以利用以下公式作为合成满足度值D。
其中，βn为体现对所述上限标准值和所述下限标准值的苛刻性的系数，αn为个别满足度值的权重，并且权重α设定为满足以下公式（1）。
（结构22）
在根据结构21的混合式离子注入装置中，当所述合成满足度值D的值成为设定值时，所述控制装置可以确定所有响应落在所述上限标准值与所述下限标准值内，并完成所述调谐。
（结构23）
在根据结构18或19的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以通过同时进行多个输入控制的跟踪任务，对通过所述AD转换器读取的所述射束波形数据进行处理。
（结构24）
在根据结构23的混合式离子注入装置中，所述控制装置在所述跟踪任务中可以使用预先确定的计算公式进行所述合成满足度值的计算，并将计算结果放置于在所述控制装置内能共同参照的表格中。
（结构25）
在根据结构14至24中任一项的混合式离子注入装置中，所述控制装置可以构成为，通过对各种装置参数的各要件的值进行调谐，得到针对设定目标值进行了期望的优化的射束，以便使已设定的一个变量值变得最大。
（结构26）
在根据结构25的混合式离子注入装置中，在所述离子源中，所述各种装置参数的要件的值可以为作为等离子体及热电子的调节因子的气体流量、电弧电流、灯丝电流、电弧电压、阴极电压和阴极电流的值。
（结构27）
在根据结构25的混合式离子注入装置中，在所述离子源下游的所述射束线的各要件中，所述各种装置参数的要件的值可以为用于从所述离子源引出所述离子束的引出电极的位置、以及质量分析磁单元、X引导场（steerer）、射束聚焦透镜、所述射束扫描仪、射束平行化透镜、加速和减速装置、角能量过滤器及其它电极的相应的电流或电压的值。
（结构28）
在根据结构12的混合式离子注入装置中，所述多个固定式射束测量器中的至少一个固定式射束测量器可以为测量积分电流值的旁侧杯电流测量器。
（结构29）
在根据结构13的混合式离子注入装置中，可以通过作为所述可移动式或固定式射束测量装置的所述注入位置射束测量装置来测量所述离子束的所述纵向剖面及所述横向剖面。
（结构30）
在根据结构1至11中的任一项的混合式离子注入装置中，所述多个固定式射束测量器中的至少一个固定式射束测量器可以由具有测量总射束电流的功能且在所述离子注入位置的后方的位置测量所述扫描离子束的调谐法拉第杯构成，以测量所述积分电流值。
（结构31）
根据本发明的又一实施例，提供了一种混合式离子注入装置的控制方法，所述混合式离子注入装置具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与所述射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性。
通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。
在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节。
（结构32）
根据本发明的又一实施例，提供了一种混合式离子注入装置的控制方法，所述混合式离子注入装置具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与所述射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性。
其中通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。
在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和纵向射束剖面的调节。
（结构33）
在根据结构32的混合式离子注入装置中，可以执行确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节，来作为所述纵向射束剖面的调节。
（结构34）
根据本发明的又一实施例，提供了一种混合式离子注入装置的控制方法，所述混合式离子注入装置具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与所述射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性。
通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值。
在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节、为了确保所述横向离子束密度的均匀性的横向射束尺寸的调节、以及为了确保所述纵向离子注入分布的均匀性的纵向射束尺寸的调节。
在本发明中，将可移动式或固定式射束测量装置配置在离子注入位置的任意位置，能够通过诸如示波器等AD转换器得到被射束扫描的射束波形。因此，可以以高速来对该射束波形进行测量。通过以所测量的射束波形和射束电流这两者设为参考来进行射束调谐，因此不会产生射束残留现象。不仅能够调谐射束电流量还能够同时调谐射束的扩展，并能够再现性良好地调谐这两者。
根据本发明，由于不仅调谐射束电流量还同时调谐射束的扩展，所以能够在短时间内同时执行确保射束的横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节、及确保纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节。而且，能够再现性良好地调谐这两者，因而可以提供调谐轻松的离子注入装置及其控制方法。
附图说明
图1A和1B是用于说明应用本发明的离子注入装置的示例的示意性结构的图，其中图1A是俯视图，图1B是侧视图；
图2A至2C是用于说明为了实现本发明的离子束扫描处理而配置的控制系统的结构示例的图；
图3是用于说明在将射束剖面仪固定配置在离子注入位置的任意位置的状态下扫描离子束照射射束剖面仪时可以得到的横向（X方向）射束剖面的示例的图；
图4A是用于说明为了实现本发明的离子束扫描处理而配置的控制系统中控制装置与注入位置射束电流测量装置（射束剖面仪）及旁侧杯电流测量器之间的连接结构示例的图；
图4B是用于说明可移动式或固定式注入位置射束电流测量装置（射束剖面仪）的示例的图；
图4C是用于说明固定式注入位置射束电流测量装置的示例的图；
图4D是用于说明通过移动式或固定式注入位置射束电流测量装置和离子注入位置后方的调谐法拉第杯的一种测量方式的图；
图5A至5D是用于说明将来自注入位置射束电流测量装置（射束剖面仪）及旁侧杯电流测量器的波形信号数值化以用于离子束的调谐控制时的四个示例的图；
图6是用于说明在参数调谐中响应（横轴）及其上下设定限值与个别满足度值（纵轴）之间的关系的图；
图7是用于说明对用于表示个别满足度值的公式的、表示上下限标准值的苛刻性的系数βn的图；
图8是用于说明对控制装置中的一个处理的跟踪任务的图；
图9是用于说明来自分别设置在图1所示的旁侧杯电流测量器、注入位置射束电流测量装置及调谐法拉第内的法拉第杯的波形的示例的图；
图10是用于说明在离子束的横向射束尺寸较小时的横向离子束密度分布的示例的图；
图11是用于说明因离子束的横向射束尺寸增大而产生射束残留现象从而在扫描范围的端部横向离子束密度减小的示例的图；
图12A是用于说明在第一扫描（X扫描）频率降低到与慢扫描（机械Y扫描）频率相同的程度且Y方向的纵向射束尺寸小于慢扫描的纵向射束尺寸时Y方向的离子注入密度的均匀性恶化的示例的图；
图12B是用于说明类似于图12A在第一扫描频率降低到与慢扫描频率相同的程度且Y方向的纵向射束尺寸小于慢扫描的纵向射束尺寸时Y方向的射束密度均匀性恶化的示例的图；以及
图13是用于说明图12B中Y方向的纵向射束尺寸增大，从而Y方向的离子注入密度的均匀性提高的示例的图。
具体实施方式
参考图1A和1B对应用本发明的离子注入装置的示意性结构进行描述。应用本发明的离子注入装置具有如下结构：使通过引出电极12从离子源10引出的离子束在到达晶片58为止的射束线上经过，并且沿该射束线配设有质量分析磁单元22、质量分析狭缝28、射束扫描仪36、晶片处理室（离子注入室）70。晶片处理室70内配设有具备支承晶片58的晶片支承压板的晶片机械扫描装置（机械Y扫描装置）。将从离子源10引出的离子束沿射束线导入至配置于晶片处理室70的离子注入位置的晶片支承压板上的晶片58。在射束线的晶片正前方区间以及射束线的晶片附近区间（紧邻晶片前后的位置或晶片位置，即离子注入位置）设置测量离子束的旁侧杯电流测量器（固定式射束测量器）76以及注入位置射束电流测量装置（可移动式或固定式射束测量装置）78。尤其，旁侧杯电流测量器76设置在离子注入位置（晶片位置）的两侧。如后所述，注入位置射束电流测量装置78配置成在离子注入位置的测量区域与抽离（retreated）位置之间固定/移动/退避，并且可以进行测量区域内的固定测量位置的固定式射束测量，或在测量区域内移动的同时进行可移动式射束测量。
质量分析磁单元22与质量分析狭缝28之间根据需要配置第一四极透镜装置（磁场式或静电场式）（第一射束聚焦装置）24或停驻电极（parkelectrode）（射束抽离（撤离）和偏转装置）26。质量分析狭缝28与射束扫描仪36之间根据需要配置第二四极透镜装置（第二射束聚焦装置）30。射束扫描仪36与晶片处理室70之间根据需要配置射束平行化装置40、加速/减速装置42、及AEF（角能量过滤器）60。
图1A和1B示出了离子注入装置的示意图。在离子束扫描处理装置之中，离子注入装置是对晶片逐片进行离子注入处理的单晶片处理式离子注入装置。离子注入装置具备静电场式（或磁场式（未图示））射束偏转扫描装置（以下称为射束扫描仪36）及静电场式射束平行化装置40（射束平行化透镜或平行透镜，以下称为平行透镜）。尤其，图1A为俯视图，图1B为侧视图。从以离子源10为起点的射束线的最上游侧起简单地例示、说明离子注入装置的结构。
离子源10的出口侧设置有引出电极12，其将来自离子室内产生的等离子体的离子加速以作为离子束，并引出该离子束。将从离子源10引出的离子束沿射束线导入配置于晶片处理室70的离子注入位置的晶片58。离子源10的下游配置有质量分析磁单元22，其从引出的离子束分离出预定离子，并引出由分离的离子构成的离子束。质量分析磁铁装置22的下游配置有在上下（纵）方向或水平（横）方向对离子束的截面形状进行整形的第一四极透镜装置24、及使离子束向偏离射束线的方向瞬间偏转并暂时抽离（或撤离）离子束的停驻电极26。此外，质量分析磁铁装置22的下游配置有使由具有预定重量的离子构成的离子束通过的质量分析狭缝28、及对离子射束的截面形状进行整形的第二四极透镜装置30。停驻电极26与质量分析狭缝28容纳在停驻外壳27内。第二四极透镜装置30的下游配置有注入器旗标（injector flag）法拉第杯32，其通过送入射束线或从射束线取出来根据需要全面截断离子束并且测量全部射束电流。注入器旗标法拉第杯32的下游配置有静电式（或磁式）射束扫描仪36，其在与离子束的行进方向正交的横向（水平方向或X方向）上使具有椭圆形或圆形截面形状的离子束周期性地往复偏转。另外，注入器旗标法拉第杯32还作为插入式射束停止器。
射束扫描仪36的下游配置有静电式平行透镜40。平行透镜40使离子束再次偏转，以使偏转的离子束与上述射束线方向平行，该离子束由射束扫描仪36连续地偏转以在与偏转前的离子束行进方向（即射束线方向）正交的水平方向上具有偏转角。即，由射束扫描仪36向水平方向偏转的离子束通过构成平行透镜40的多个电极间的电场而成为与偏转前的离子束行进方向（射束线方向）平行的离子束。平行透镜40也可以是磁性透镜。
由平行透镜40再次偏转的离子束在根据需要通过加速/减速装置42调节为所需的射束能量（射束静电加速能量）之后被发送至AEF60。加速/减速装置42由多个直线形的电极构成，通过调节各电极的电压来对离子束进行加速或减速。加速/减速装置42的下游配置有混合式AEF60。在AEF60中进行有关离子束能量的分析，并且只选择具有所需能量的离子种类。即，AEF60为选择具有可得到目标加速能量的离子束的能量过滤器。
AEF60具备磁场偏转用的磁偏转电磁体和静电场偏转用静电偏转电极。虽然省略了图示，但是磁偏转电磁体配置成包围AEF室（未图示）的上下左右，且由分别包围AEF室的上下左右的磁轭构件和分别缠绕该磁轭构件的上下左右的线圈组所构成。另一方面，静电偏转电极由一对AEF电极62构成，该对AEF电极62配置成在纵向上夹置离子束。在由磁场的偏转期间，使离子束通过来自磁偏转电磁体的磁场向下侧偏转约10至30度，从而能够只选择具有目标能量的离子束。另一方面，在由静电场的偏转期间，与由磁场的偏转类似，通过在一对AEF电极62之间产生的静电场的作用使离子束向下侧偏转，从而能够只选择具有目标能量的离子束。
射束线的末端配置有晶片处理室（离子注入室或离子注入工艺室）70。晶片处理室70与前述AEF室连通。晶片处理室70内配置有能量分辨率可变的狭缝（SES：可选择的能量狭缝）和等离子体喷淋器（均省略图示）。能量分辨率狭缝具有多个狭缝面，根据离子种类顺序地变换狭缝面来降低交叉污染。等离子体喷淋器将低能量电子与离子束一同供给到晶片58的前表面，中和并抑制由于向晶片58的离子注入所产生的正电荷的充电。在等离子体喷淋器的左右端的附近中和晶片处理室70内的晶片的前方，在与晶片58的水平方向上的两侧相对应的部位配置旁侧杯（剂量杯）电流测量器76。旁侧杯电流测量器76在离子注入过程中也测量射束电流（剂量）。具体而言，旁侧杯电流测量器76包括与电流测量电路连接的旁侧杯，进入到旁侧杯的离子束被流到电流测量电路中的电子中性化。因此，旁侧杯电流测量器76通过测量电子的流动来进行离子束的测量。
离子注入位置（即晶片附近区间）设置有注入位置射束电流测量装置78。注入位置射束电流测量装置78包括作为射束剖面仪发挥作用的法拉第杯，所述法拉第杯用于测量离子注入位置的射束电流的强度以及扫描方向上的射束形状。法拉第杯通常具有椭圆形或长方形的射束入射开口。注入位置射束电流测量装置78可使用设置有单一列射束剖面仪杯的可移动测量式或固定测量式装置（图2A和图2B）、或者设置有多列射束剖面仪杯组的（包括移动/固定装置的）固定式注入位置射束电流测量装置78a（图2C）。
可移动测量式或固定测量式注入位置射束电流测量装置78通常从射束扫描位置抽离。如图4B所示，可移动测量式注入位置射束电流测量装置78包括狭缝测量单元78-1和多孔测量单元78-2。可移动测量式注入位置射束电流测量装置78从垂直于在离子注入等之前对射束扫描区域进行扫描的离子束（扫描离子束）的水平方向上的抽离位置移动的同时，通过狭缝测量单元78-1测量水平方向上离子注入位置的各位置（数十到数千点位置以上）的离子束密度（射束电流密度）。并且，可移动测量式注入位置射束电流测量装置78在离子注入前，从抽离位置向射束扫描区域上的中间部移动并停在该位置上，然后通过狭缝测量单元78-1测量扫描离子束的射束扫描方向（横向）的剖面及其积分电流值，并且通过多孔测量单元78-2测量扫描离子束的上下方向（纵向）的纵射束剖面。
通常，固定式注入位置射束电流测量装置78a（图2c）也从射束扫描位置抽离。如图4C所示，注入位置射束电流测量装置78a包括横向排列的多列狭缝测量单元（多列射束剖面仪杯组）78a-1和设置于中央的2个狭缝测量单元78a-1之间的多孔测量单元78a-2。注入位置射束电流测量装置78a在离子注入等之前从抽离位置变换到射束扫描位置。注入位置射束电流测量装置78a通过狭缝测量单元78a-1在离子注入位置的水平方向上的多列射束剖面仪杯组的各杯位置（数十至数千点位置以上）处，测量对射束扫描区域进行扫描的射束（扫描离子束）的离子束密度（射束电流密度）以及横向离子束剖面。并且，注入位置射束电流测量装置78a通过多孔测量单元78a-2测量扫描离子束的上下方向（纵向）的纵射束剖面。
因此，在可移动测量式、固定测量式中的任一个情况下，射束电流测量的结果，射束扫描方向上的离子束密度的均匀性未满足工序要求时，稍后描述的控制装置自动调节（射束调谐）射束扫描仪36的施加电压以满足工序条件，并根据需要通过注入位置射束电流测量装置78（78a）再次进行注入位置射束电流测量。
返回到图1A和1B，射束线的最下游测配置有调谐法拉第杯80（诸如法拉第杯），其具有测量总射束电流的功能且测量在离子注入位置的后方的位置处的最终设定射束。
调谐法拉第杯80能够视为与旁侧杯电流测量器76不同的多个固定式射束测量器之一。例如，如图4D所示，由带有离子束所入射的开口80a的调谐法拉第杯80构成多个固定式射束测量器中的一个固定式射束测量器。而且，在通过设置在离子注入位置的注入位置射束电流测量装置78同时进行纵向剖面和横向剖面的测量的情况下，针对无法通过注入位置射束电流测量装置78测量的范围，能够由无法进行测量的范围的前或后位置处的值补充运算执行基于调谐法拉第杯80的测量而得到的积分电流值，从而得到测量值。
图2A至2C是用于对结合利用基于射束扫描仪36的射束扫描和基于晶片机械扫描装置的机械Y扫描来对晶片58进行离子注入的状态进行说明的图。
在图2A至2C中，晶片机械扫描装置具备升降装置11。升降装置11包括保持晶片58的晶片支承压板59，通过使晶片支承压板59纵向移动来使晶片58纵向移动（机械Y扫描）。图2A示出了晶片58与升降装置11一同在附图的上下方向上往复移动，图2B示出了晶片58与升降装置11的晶片支承压板59一同在与附图的面垂直的方向上往复移动（机械Y扫描）。即，若例如在一轴向上进行基于离子束的往复扫描，则驱动晶片58以通过升降装置11在与上述一轴向垂直的另一方向往复移动。
另外，晶片机械扫描装置除了升降装置11以外，还包括CPU（中央处理单元）100及存储晶片58的纵向位置的RAM（随机存取存储器）110。CPU100接收来自检测晶片58的纵向位置的位置传感器（未图示）的位置检测信号，根据需要将晶片58的位置存储在RAM110中。一对旁侧杯电流测量器76配置在被照射离子束的区域内的固定位置，在此为升降装置11的左右位置，测量射束电流量（剂量）并将测量值输出到CPU100。
为了根据射束变动/剂量变动来执行控制，图2A所示的CPU100根据由一对旁侧杯电流测量器76中的双方或一方测量出的测量值，控制升降装置11的机械Y扫描速度，以使晶片的纵向离子注入分布变得恒定。
如图2A至2C中以虚线箭头（给出X方向的箭头）所示，在最大射束扫描宽度时，通过射束扫描仪36在水平方向（横向或X方向）进行离子束的往复扫描（射束扫描或X扫描），以周期性地横穿一对旁侧杯电流测量器76。当晶片58在如以实线的箭头（给出Y的方向的箭头）所示的上下方向（纵向或Y方向）上移动时，相对于沿水平方向进行往复扫描的离子束，离子束对晶片58的整个表面进行往复扫描。其结果，离子束的离子被注入到晶片58的整个表面。具体而言，在晶片58从最下位置移动到最上位置或从最上位置移动到最下位置期间，离子被注入到晶片58的整个表面。
但是，将可移动测量式注入位置射束电流测量装置78作为射束剖面仪而固定在离子注入位置的任意位置，通过与注入位置射束电流测量装置78连接的AD转换型变量测量器（AD转换器，例如数字示波器）能够高速测量扫描离子束的射束波形。以该测量的射束波形和用旁侧杯电流测量器76测量出的射束电流这两者为参考，通过CPU100进行射束调谐，从而不会发生射束残留现象。在本实施例的情况下，CPU100不仅能够同时调谐射束电流量，还能够调谐射束的扩展（射束尺寸），且从而能够以高度再现性调谐这两者。
为了能够相对扫描离子束实现与静止射束基本相同的X方向剖面的测量，本发明配置为：通过利用射束扫描仪36的静电扫描特征，通过在如图3所示的离子注入位置的任意位置处停止的射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）来测量扫描离子束，由此能够测量与X方向（横向）的静止射束剖面大致等同的X方向的扫描离子束剖面以及积分电流值。在这种结构中，当通过诸如AD转换型变量测量器（例如数字示波器）之类的可进行高速AD转换的测量器来测量由射束剖面仪测量的射束强度时，然后标绘出能够提高射束强度的时间分辨率的任一时刻的射束强度，则可得到与X方向射束剖面大致等同的剖面。
该测量的优点为，能够通过射束扫描仪36的一次静电扫描（频率为数百Hz至数kHz）来获取一个数据，即使考虑数据转送也能够以数百毫秒获取一个样本的数据。与现有技术相比，能够极大地缩短获取射束调谐所需的X方向剖面所花费的时间。
本发明中，如图4A所示，一对旁侧杯电流测量器76及可移动测量式射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）通过AD转换型变量测量器150连接有控制装置（CPU）100。由此，除了在任意位置停止的射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）以外，由置于离子注入位置两侧的旁侧杯电流测量器76和76得到的电流波形也同样被读取到控制装置（CPU）100中。
图4B表示注入位置射束电流测量装置78的示例。注入位置射束电流测量装置78包括沿纵向延伸的狭缝测量单元78-1、及沿纵向排列的两列多孔测量单元78-2。狭缝测量单元78-1用于测量射束电流、横向射束横剖面及积分电流值。另一方面，多孔测量单元78-2用于检测上下方向的射束剖面（纵射束剖面）。通过第二列的每一多孔位于与第一列的每一多孔之间的部分邻近的部位的配置的形态，能够得到外观上连续的检测数据。注入位置射束电流测量装置78配置为可移动测量式，其可以通过驱动机构（未图示）在图中以箭头所示的方向上前进或抽离并可以固定于任意位置。
采用如上述的结构的目的是为了使基于离子束的扫描范围的中央的离子束密度和扫描范围的两端的离子束密度尽量均匀。这是因为，若在紧接其后的扫描离子束的均匀化中射束强度的X方向分布从一开始就均匀，则均匀化调谐在短时间内结束。并且是因为，即使将射束剖面仪停止的位置处的X方向剖面（横向射束剖面）以及积分电流值调谐成在预先设定上下设定限值内，由于X方向两端（扫描范围的两端）的剖面以及积分电流值也未必在预先设定的上下设定限值内，因此需要通过读取包括扫描范围中央和扫描范围两端的共计三点的剖面数据以及电流数据来进行调谐。
接着，对在如上述的离子注入装置中应用本发明时的动作原理进行说明。
参考图9，控制装置（CPU）100为了调谐离子束而使用来自射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）的狭缝测量单元78-1的射束波形输出信号（上数第二个信号：剖面杯状波形）、及来自旁侧杯电流测量器76的两个射束波形信号（上数第一个和第三个信号：右旁侧杯或左旁侧杯状测量波形）。另外，控制装置100还使用可以通过来自用于现有技术中的参数调谐的安装在射束转储器（调谐法拉第杯80）内的波形（下数第一个波形：调谐法拉第杯波形）而得到的射束强度。由AD转换型变量测量器等测量射束波形输出信号，其被数值化为射束宽度等之后，作为参数调谐的参考来使用。
由于多个信号（多个变量）作为参考而被监控，因此控制装置100利用合成满足度值的函数将这些信号转换为一个变量，并将装置参数调谐成使该值变得最大（例如，最大值为“1”的设定值），由此得到所期望的射束状态。若合成满足度值成为设定值（例如“1”），则设定计算公式以使所有变量满足指定极值。另外，根据参数的特性而准备多个合成满足度值。
使来自射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）、旁侧杯电流测量器76等的射束波形读取到AD转换型变量测量器150。在该时点，数据由具有射束强度的形态的数据列（t0,I0），（t1,I1），…，（tn,In）构成。为了将这些数据用于调谐控制中，需要将其数值化。
在本发明中，例如，用以下（1）至（4）来进行波形数据的数值化。
参考图5A至5D，
（1）成为射束强度的总积分值的n%（n为期望值，例如70）的射束宽度（图5A），
（2）射束峰值强度（图5B），
（3）射束强度的总积分值（图5C），
（4）射束强度分布的标准偏差（图5D）。
参数调谐中应优化的响应包括单变量时，为了使该单变量成为期望值而改变参数。但如本发明的情况，当响应包括多变量时，必须合成这些响应并转换为一个变量。因此，在本发明中，导入个别满足度值和合成满足度值来用于控制。
如图6所示，当取横轴上取应优化的一个响应yn（例如，射束宽度）时，设定满足该响应的上限值UL和下限值LL的标准值以及个别满足度值dn成梯形函数形式，以便当响应落在上/下限值（上限标准值与下限标准值）之间时个别满足度值为1。
对于合成满足度值D使用以下公式。
αn为个别满足度值的权重。若加大该权重，则αn具有进行在参数调谐时优先优化对应的响应的动作的功能。另外，将权重α设定为满足以下公式（2）。
若这样设定，则合成满足度值D成为设定值（例如1）时，所有的响应都会落在上下限标准值内，从而调谐已完成。
βn为体现对上下限标准值的苛刻性的系数。如图7所示，若设定βn＞1，除非响应接近上下限标准值，否则个别满足度值就不会提高。另一方面，若设定βn＜1，即使响应脱离上下限标准值，个别满足度值也提高。
从AD转换型变量测量器（AD转换器）150读取到控制装置100的射束波形数据通过连续运行的跟踪任务而进行处理。在为了使一个变量值变得最大而调谐作为各种装置参数的各要件的值时，能够得到期望地优化的射束状态。在离子源中，各种装置参数的要件的值为作为等离子体及热电子的调节因子的气体流率、电弧电流、灯丝电流、电弧电压、阴极电压、阴极电流的值。在离子源下游的射束线的各要件中，各种装置参数的要件的值为引出电极12的位置、质量分析磁铁装置22、X引导场（steerer）、第一和第二射束聚焦透镜（第一和第二四极透镜装置24和30）、静电扫描仪（射束扫描仪36）、静电平行化透镜（平行透镜40）、加速/减速装置、静电/磁场AEF（AEF60）及其他电极的各电流或电压的值。
参考图8，对跟踪任务的示例进行说明。
（1）控制装置100始终读取射束波形，对已读取的波形数据进行处理来数值化，并通过预先定义的满足度值函数来计算合成满足度值。
（2）将计算出的合成满足度值放置在能由控制装置100共同参照的存储器中，例如RAM110的参照表格中。
（3）控制装置100根据将要调谐的参数特性计算多种合成满足度值。该合成满足度值能够通过应用对各个别满足度值的权重αn和对上下限标准值的苛刻性βn的方法来改变。
图8示出了来自射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）的射束波形作为剖面仪数据而读取到控制装置100且来自旁侧杯电流测量器76的两个射束波形作为左杯数据、右杯数据而读取到控制装置100的状态。如参考图5A至5D所说明的，这些波形数据被数值化为成总射束强度积分值的n%的射束宽度、峰值强度、总射束强度积分值、及射束强度分布的标准偏差。接着，在跟踪任务内通过预先确定的计算公式进行合成满足度值计算，放置于能由控制装置100共同参照的存储器中，例如RAM110的参考表格中。按照将要调谐的参数的特性准备多个合成满足度值。
接着，对扫描电压校正函数进行说明。如前述，在离子注入装置中，保持晶片中离子注入量（剂量）的面内均匀性很重要。在采用射束扫描（X扫描）作为第一扫描、采用上下方向（纵向或Y方向）机械Y扫描（Y扫描）作为慢扫描的离子注入装置中，为了保持横向（X方向）的离子束密度分布的均匀性，将基于注入位置射束电流测量装置78的射束测量的校正加到基于射束扫描仪的扫描电压控制函数（即参考射束扫描控制函数）的各射束扫描电压值中。
将进行该校正所需的函数称为扫描电压校正函数。由于该扫描电压校正函数，可实际上施加到射束扫描仪36的、校正扫描电压值成为射束扫描电压校正控制函数。射束扫描电压校正控制函数不仅能够保持横向（X方向）离子束密度分布的均匀性，还能够设定射束扫描宽度。
对于纵向（Y方向）离子注入分布的均匀性，使机械Y扫描速度在按照预先设定的射束电流的量的旁侧杯电流测量器76中的两个或一个的射束电流测量值的基础上以跟踪（follow-up）的方式变化，以便能够对应基于射束的微小波动/微小变动的剂量的校正。
另外，在离子注入前的射束电流调节阶段，控制装置可以构成为同时执行射束电流到射束电流的预设值（预先设定的预设值）的调节和纵向射束尺寸的调节。此时，根据固定测量式射束测量器及可移动测量式射束测量装置的测量值进行射束电流到射束电流的预设值的调节，根据机械Y扫描速度与按照机械Y扫描速度的纵向射束尺寸之间的纵向射束扫描重叠关系（能够保持设定重叠宽度的关系）进行纵向射束尺寸的调节。
如以上说明中能够理解，根据上述实施方式可得到以下效果。
（1）在现有技术中的射束剖面测量中，使射束扫描停止，然后使射束剖面仪相对于静止的离子束移动。相对于此，在本实施方式中，发挥基于射束扫描仪的扫描离子束的特征。在将射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）固定在离子注入位置的任意位置，然后进行射束扫描。据此，可以高速测量射束剖面{扫描方向（横向或X方向）及上下方向（纵向或Y方向）剖面}。尤其是，通过组合诸如AD转换型变量测量器（例如数字示波器）等能进行高速AD转换的测量器，能够高速测量射束剖面。
（2）以横向射束剖面波形和注入位置射束电流的测量值这两者为参考进行射束调谐，不会产生射束残留现象。不仅能够调谐射束电流量，同时还能够调谐射束的扩展，从而能够高再现性地调谐这两者。
（3）由于不仅能够调谐射束电流量，同时还能够调谐射束的扩展，因此能够高再现性地调谐这两者。因此，调谐变得容易。
（4）由于射束电流到射束电流的预设值的调节以及确保横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节，能够实现基于射束测量及扫描控制的射束电流控制的高精确度。
（5）通过静止的射束剖面仪（注入位置射束电流测量装置78）测量基于射束扫描仪的扫描离子束，能够得到与横向（X方向）的静止射束的横向剖面大致等同的横向（X方向）的扫描离子束的横剖面。
（6）与现有技术相比，能够极大地缩短为了获得调谐离子束所需的横向（X方向）剖面所花费的时间。
（7）通过导入合成满足度值，将组合复杂的序列通常所需的多变量的优化转换成单变量，从而能够实现参数调谐。
根据上述，能够提供一种调谐轻松的离子注入装置及其控制方法。
此外，射束电流到射束电流的预设值的调节及由控制装置执行的横向射束尺寸的调节的同时调节可以是以射束电流到射束电流的预设值的调节为优先的同时调节，也可以是以横向射束尺寸的调节为优先的同时调节。
本发明可采用以下方案。
（方案1）
根据本发明的一种方案，提供了一种离子注入装置的离子注入方法，所述离子注入装置具有如下结构：利用从离子源引出的离子束通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描，并且使扫描离子束平行化，通过被射束测量反馈控制的晶片机械扫描装置而使晶片纵向移动，并且针对被平行化的离子束，通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置测量离子束的纵向剖面、横向剖面及二维形状、离子束的电流密度及积分电流值。
控制射束扫描仪及晶片机械扫描装置，以便实施预先设定的均匀度的设定注入量的离子注入，并且通过调谐与离子束有关的各部分的设定参数（（作为离子源中的等离子体及热电子的调节因子的气体流量、电弧电流、灯丝电流、电弧电压、阴极电压和阴极电流）、引出电极的位置、质量分析磁单元、第一和第二射束聚焦装置、射束扫描仪、平行透镜（射束平行化装置）、加速/减速装置、AEF及其他电极等）而进行调节以得到所期望的优化的射束状态，来进行满足设定值的离子注入控制。
（方案2）
在离子注入装置的晶片处理室内的射束线终端部，在离子注入位置配置可移动式或固定式注入位置主测量杯（注入位置射束电流测量装置），在离子注入位置的正前方区域的左右两侧配置注入正前方位置左/右测量杯（旁侧杯电流测量器），在离子注入位置的后方区域配置注入后方位置测量杯（法拉第杯）。通过这些注入正前方位置、注入位置、注入后方位置的各测量杯测量扫描离子束的射束电流值。
（方案3）
通过离子束的扫描范围内的注入位置主测量杯的狭缝测量单元的移动测量来进行射束电流值的测量以及扫描方向上的射束剖面的测量。
（方案4）
将可移动的注入位置主测量杯（狭缝测量单元）固定配置于扫描范围的中间位置，进行扫描离子束的射束电流值测量以及扫描方向（横向或X方向）的射束剖面测量。
（方案5）
通过同时测量左/右测量杯（狭缝测量单元）及固定配置在扫描范围的中间位置的注入位置主测量杯，来进行射束中心的调节调谐。
（方案6）
在通过注入正前方位置左/右测量杯及注入位置主测量杯（狭缝测量单元）进行扫描离子束的射束电流值的测量、以及通过注入位置射束电流测量装置的狭缝测量单元进行扫描方向上的射束剖面的测量之后，通过注入参数调谐来同时调节射束电流值及X方向射束宽度/X方向剖面。
（方案7）
根据包括中央与两侧的共计三点的剖面数据来进行离子束均匀化的调谐。
（方案8）
通过离子束的扫描范围内的注入位置主测量杯的狭缝测量单元的移动测量来进行射束均匀性测量。
（方案9）
通过可移动的注入位置主测量杯的狭缝测量单元测量扫描离子束同时在横向上移动穿过扫描范围，通过基于射束扫描控制（扫描速度设定的调节）的射束控制来调节扫描离子束的横向离子束密度分布的均匀性。
（方案10）
通过离子束的扫描范围内的注入位置主测量杯的多孔测量单元来进行射束电流值测量以及与扫描离子束的扫描方向正交的纵向上的射束纵剖面的测量。
（方案11）
将X方向的射束宽度射束调谐为预先设定的横向射束宽度。
（方案12）
通过注入后方位置测量杯测量静止射束电流值，并将该射束电流值设定为射束电流调谐的初始射束电流参考值。
（方案13）
通过基于注入后方位置测量杯（调谐法拉第杯）的扫描离子束的射束电流测量来进行扫描离子束的注入参数调谐，并调节扫描离子束，来得到目标射束电流值。
（方案14）
通过基于注入后方位置测量杯（狭缝测量单元）的扫描离子束的射束电流测量来进行扫描离子束的注入参数调谐，并且调节扫描离子束的射束电流值，以便得到目标射束电流值。
（方案15）
通过正前方注入位置左/右侧测量杯及注入位置主测量杯（狭缝测量单元）进行扫描离子束的扫描方向上的射束电流值的测量，并将扫描离子束的射束电流值调节成在离子注入位置的目标射束电流值。
（方案16）
通过在离子束的扫描范围内的注入位置主测量杯（狭缝测量单元）的狭缝测量单元的移动测量来进行射束均匀性测量，并控制扫描离子束的扫描，从而调节扫描离子束的均匀性。
（方案17）
通过在利用正前方注入位置左/右侧测量杯及注入位置主测量杯（狭缝测量单元）来进行扫描离子束的射束电流值的测量、以及利用注入位置射束电流测量装置的多孔测量单元来进行射束的纵向上的射束纵剖面的测量之后，通过注入参数调谐来同时调节射束电流值及纵向射束宽度/纵向剖面。
以上，对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明并不限于上述实施例这是不言而喻的。

Claims (34)

1.一种混合式离子注入装置，其具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与所述横向垂直的纵向以机械扫描速度机械地移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性，
其中通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值，并且
所述混合式离子注入装置包括控制装置，所述控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节。
2.根据权利要求1所述的混合式离子注入装置，
其中，由所述控制装置进行的、射束电流到所述射束电流的预设值的调节和所述横向射束尺寸的调节的同时调节是以所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节为优先的同时调节。
3.根据权利要求1所述的混合式离子注入装置，
其中，由所述控制装置进行的、射束电流到所述射束电流的预设值的调节和所述横向射束尺寸的调节的同时调节是以所述横向射束尺寸的调节为优先的同时调节。
4.一种混合式离子注入装置，其具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性，
其中，通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值，并且
所述混合式离子注入装置包括控制装置，所述控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和纵向射束剖面的调节。
5.根据权利要求4所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置执行确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节，来作为所述纵向射束剖面的调节。
6.根据权利要求5所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置在所述离子注入前的所述射束电流调节阶段，根据所述射束扫描仪的扫描频率并且基于所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的所述测量值，同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的所述纵向射束尺寸的调节。
7.根据权利要求5所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置在所述离子注入前的所述射束电流调节阶段，根据所述机械扫描速度并且基于所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的所述测量值，同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的所述纵向射束尺寸的调节。
8.根据权利要求5所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置在所述离子注入前的所述射束电流调节阶段，根据所述射束扫描仪的扫描频率和所述机械扫描速度并且基于所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的所述测量值，同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的所述纵向射束尺寸的调节。
9.一种混合式离子注入装置，其具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性，
其中，通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值，并且
所述混合式离子注入装置包括控制装置，所述控制装置在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节、确保所述横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节以及纵向射束剖面的调节。
10.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置执行确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节，来作为所述纵向射束剖面的调节。
11.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置同时执行所述射束电流到所述射束电流的预设值的调节、确保横向离子束密度分布的均匀性所必需的所述横向射束尺寸的调节、以及作为所述纵向射束剖面的调节的确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节。
12.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，所述多个固定式射束测量器中的至少一个固定式射束测量器为旁侧杯电流测量器，所述旁侧杯电流测量器在射束线上的离子注入位置前或后设置于所述射束线的侧面。
13.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，所述可移动式或固定式射束测量装置为设置于离子注入位置的注入位置射束测量装置。
14.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置通过导入个别满足度值和合成满足度值来进行对所述射束电流和所述纵向射束剖面的控制。
15.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，在射束线的最下游配置具有测量总射束电流的功能并在所述离子注入位置的后方的位置测量最终设定射束的调谐法拉第杯，并且
所述控制装置监控作为参考的由所述固定式射束测量器提供的射束波形和射束电流信号、由所述可移动式或固定式射束测量装置提供的射束波形和射束电流信号、由所述调谐法拉第杯得到的射束电流信号，利用合成满足度值的函数将这些信号转换为一个变量，并且进行参数调谐。
16.根据权利要求14所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置在所述合成满足度值成为设定值时，产生计算公式以使所有变量满足规定极值。
17.根据权利要求15所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置按照受到所述调谐的参数的特性准备多个所述合成满足度值。
18.根据权利要求15所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置构成为通过AD转换器读取来自所述固定式射束测量器的射束波形、来自所述可移动式或固定式射束测量装置的射束波形，并且
所述AD转换器将任一时刻ti的具有射束强度Ii的类型的波形数据列(t0,I0)，(t1,I1)…(tn,In)转换为用于调谐控制的数值数据，并将所述数值数据输出到所述控制装置，其中，i为0及正整数。
19.根据权利要求18所述的混合式离子注入装置，
其中，所述AD转换器针对为射束强度的总积分值的m％的射束宽度、射束峰值强度、射束强度的总积分值及射束强度分布的标准偏差来进行所述波形数据列到数值数据的转换，其中，m为预先设定的值。
20.根据权利要求14所述的混合式离子注入装置，
其中，当在横轴上取应优化的一个响应时，所述控制装置设定满足所述响应的上限标准值和下限标准值，并且将所述个别满足度值设定为梯形函数形式，以使得所述个别满足度值在所述响应落在所述上限标准值与所述下限标准值之间时成为设定值。
21.根据权利要求20所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置利用以下公式作为合成满足度值D，
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>2</mn> </msub> </msup> <mo>+</mo> <mn>...</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>n</mi> </msub> </msup> </mrow>
其中，βn为体现对所述上限标准值和所述下限标准值的苛刻性的系数，dn为个别满足度值，αn为个别满足度值的权重，并且权重α设定为满足以下公式(3)。
<mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
22.根据权利要求21所述的混合式离子注入装置，
当所述合成满足度值D的值成为设定值时，所述控制装置确定所有响应落在所述上限标准值与所述下限标准值内，并完成对所述射束电流和所述纵向射束剖面的所述控制。
23.根据权利要求18所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置通过同时进行多个输入控制的跟踪任务，对通过所述AD转换器读取的所述波形数据列进行处理。
24.根据权利要求23所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置在所述跟踪任务中使用预先确定的计算公式进行所述合成满足度值的计算，并将计算结果放置于在所述控制装置内能共同参照的表格中。
25.根据权利要求14所述的混合式离子注入装置，
其中，所述控制装置构成为，通过对各种装置参数的各要件的值进行调谐，得到针对设定目标值进行了期望的优化的射束，以便使已设定的一个变量值变得最大。
26.根据权利要求25所述的混合式离子注入装置，
其中，在所述离子源中，所述各种装置参数的要件的值为作为等离子体及热电子的调节因子的气体流量、电弧电流、灯丝电流、电弧电压、阴极电压和阴极电流的值。
27.根据权利要求25所述的混合式离子注入装置，
其中，在所述离子源下游的射束线的各要件中，所述各种装置参数的要件的值为用于从所述离子源引出所述离子束的引出电极的位置、以及质量分析磁单元、X引导场、射束聚焦透镜、所述射束扫描仪、射束平行化透镜、加速和减速装置、角能量过滤器及其它电极的相应的电流或电压的值。
28.根据权利要求12所述的混合式离子注入装置，
其中，所述多个固定式射束测量器中的至少一个固定式射束测量器为测量积分电流值的旁侧杯电流测量器。
29.根据权利要求13所述的混合式离子注入装置，
其中，通过作为所述可移动式或固定式射束测量装置的所述注入位置射束测量装置来测量所述离子束的所述纵向剖面及所述横向剖面。
30.根据权利要求9所述的混合式离子注入装置，
其中，所述多个固定式射束测量器中的至少一个固定式射束测量器由具有测量总射束电流的功能且在离子注入位置的后方的位置测量所述扫描离子束的调谐法拉第杯构成，以测量所述积分电流值。
31.一种混合式离子注入装置的控制方法，所述混合式离子注入装置具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性，
其中通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值，并且
在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和确保所述横向离子束密度分布的均匀性所必需的横向射束尺寸的调节。
32.一种混合式离子注入装置的控制方法，所述混合式离子注入装置具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性，
其中通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值，并且
在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节和纵向射束剖面的调节。
33.根据权利要求32所述的混合式离子注入装置的控制方法，
其中，执行确保所述晶片中的所述纵向离子注入分布的均匀性所必需的纵向射束尺寸的调节，来作为所述纵向射束剖面的调节。
34.一种混合式离子注入装置的控制方法，所述混合式离子注入装置具有如下结构：其中使用从离子源引出的离子束并通过射束扫描仪在横向上进行往复扫描并且使扫描离子束平行化，其中通过调节所述射束扫描仪的扫描速度来控制平行化的离子束的横向离子束密度分布的均匀性并确保所述均匀性，并且其中使晶片沿与射束扫描方向垂直的纵向以机械扫描速度移动，并且通过实时射束测量反馈来控制所述机械扫描速度，从而确保所述晶片中的纵向离子注入分布的均匀性，
其中通过多个固定式射束测量器以及可移动式或固定式射束测量装置来测量所述离子束的纵向剖面、横向剖面及积分电流值，并且
在离子注入前的射束电流调节阶段，根据所述固定式射束测量器以及所述可移动式或固定式射束测量装置的测量值，同时执行射束电流到所述射束电流的预设值的调节、为了确保所述横向离子束密度的均匀性的横向射束尺寸的调节、以及为了确保所述纵向离子注入分布的均匀性的纵向射束尺寸的调节。
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