CN103681265A - 离子注入方法以及离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离子注入方法以及离子注入装置，该技术适当地检测注入离子过程中的放电现象。本发明的离子注入方法，将由离子源产生的离子传输至晶圆，并以离子束照射晶圆而注入离子，其中，所述方法包括状态判断工序，该工序在向晶圆注入离子的过程中，使用多个能够检测存在放电可能性的现象的检测部，并根据检测出的存在放电可能性的现象的有无以及该现象影响离子束的程度来判断离子束的状态。

Description

离子注入方法以及离子注入装置
技术领域
本申请主张基于2012年8月31日申请的日本专利申请第2012-192420号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及离子注入，具体而言，涉及一种离子注入方法以及离子注入装置。
背景技术
在半导体制造工序中，以改变导电性为目的、改变半导体晶圆的结晶结构为目的等，正在规范地实施对半导体晶圆注入离子的工序(以下，有时称作“离子注入工序”)。在离子注入工序中使用的装置通常被称作离子注入装置，其具有形成通过离子源而被离子化之后被加速的离子束的功能、及将该离子束传输至半导体晶圆并对所述晶圆进行照射的功能。
离子注入装置构成为例如离子源、引出电极、质谱分析磁铁装置、质谱分析狭缝、加速/减速装置、晶圆处理室等沿着射束线配置，且对作为半导体用基板的晶圆注入离子。
通常，希望照射到晶圆的离子束的状态是稳定的，但是有时会因各种因素而变化。因此必须通过某种方法来检测离子束的变化并根据需要控制离子注入装置的各部分，否则难以稳定地制造具有所希望的性能的半导体。从而，研究出一种离子注入装置，其具备在规定的定时测量离子束的束电流的法拉第杯(参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开2008-262748号公报
然而，在离子注入装置中，有时发生会影响离子束的放电现象。这种放电现象影响基于离子束的离子注入且成为使最终制造出的半导体性能产生差异的原因之一。因此，在离子注入工序中检测放电现象很重要。但是，仅通过所述法拉第杯检测离子束的电流难以准确地检测放电现象。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种适当地检测在离子注入过程中的放电现象的技术。
为了解决所述课题，本发明的一种方式的离子注入方法为，将由离子源产生的离子传输至晶圆，并利用离子束照射晶圆而注入离子的离子注入方法，其中，所述方法包括状态判断工序，该工序在向晶圆注入离子的过程中，使用多个能够检测存在放电可能性的现象的检测部，并根据检测出的存在放电可能性的现象的有无来判断离子束的状态。
本发明的另一种方式为离子注入装置。该装置具备：构成将由离子源产生的离子传输至晶圆的射束线的设备；多个检测部，在用离子束照射晶圆而注入离子的过程中，能够检测存在放电可能性的现象；以及判断部，根据通过多个检测部检测出的存在放电可能性的现象的有无来判断离子束的状态。
另外，将以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现，在方法、装置以及系统等之间彼此置换，作为本发明仍有效。
发明的效果
根据本发明，能够适当地检测离子注入过程中的放电现象。
附图说明
图1(a)是表示第1实施方式所涉及的混合式扫描离子注入装置的基本结构的俯视图，图1(b)是表示第1实施方式所涉及的混合式扫描离子注入装置的基本结构的侧视图。
图2是表示用于说明第1实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
图3是表示混合式扫描离子注入装置的电源分类的例子的图。
图4是表示混合式扫描离子注入装置的电源分类的其他例子的图。
图5是用于说明第1实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间的关系的图。
图6是用于说明第2实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间的关系的图。
图7是用于说明第3实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间的关系的图。
图8是用于说明第4实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间的关系的图。
图9是用于说明第4实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间的关系的图。
图10是用于说明第5实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间的关系的图。
图中：1-离子源，2-引出电极，3-质谱分析磁铁装置，4-质谱分析狭缝，5-射束扫描仪，6-平行透镜，7-角能量过滤器，8-剂量杯，9-晶圆区域射束测定装置，10-半导体晶圆，11-机械扫描装置，12-静电透镜，13-静电射束转向装置，14-集束电极，21～27-电源电压测定部，30-判断部，100-离子注入装置。
具体实施方式
首先，说明实现本发明的经过。在半导体制造工序中采用的离子注入工序有很多种。通常的离子注入工序中，使赋予离子注入工序以特征的物理量均匀的同时，使离子入射于半导体晶圆的整个面。
在此，作为赋予离子注入工序以特征的典型的物理量，可以列举出离子的注入剂量、注入角度、能量以及离子种类等。并且，近年来，随着所制造出的半导体的微细化，逐渐将离子注入时的损伤量也考虑为赋予离子注入工序以特征的典型的物理量。
众所周知，离子注入时的损伤量通过半导体晶圆的温度、半导体晶圆上的离子束的射束尺寸、以及后述的对半导体晶圆注入离子的时间图案等而发生变化。从而，也可以将这些物理量称为赋予离子注入工序以特征的典型的物理量。
近年来，在离子注入工序中，一方面要求所述物理量按照离子注入工序而改变，而另一方面并不要求所述所有的物理量在半导体晶圆面内完全均匀，并且，这实现起来比较难。从而，所述物理量的面内均匀性只要在某一阈值以下的范围内即可。但是，该阈值根据多种离子注入工序而不同。
众所周知，例如在被称作栅极注入工序的离子注入工序中，即使在晶圆表面内存在10%左右的离子注入剂量差异，而在多数情况下，最终制造出的半导体在性能上并无差异。另一方面，在被称作伸缩注入工序的离子注入工序中，多数情况下，因晶圆表面内存在1%的离子注入剂量差异而最终制造出的半导体在性能上存在差异。这些阈值根据离子注入工序而不同，并且根据赋予离子注入工序以特征的物理量而不同，并且也根据半导体设计而不同，因此一般化的记载比较困难，重要的一点是在离子注入工序中所要求的赋予离子注入工序以特征的典型的物理量的容许范围不是唯一确定的。
并且，在半导体制造工序中，其生产率是重要的，当然，这也适合于相当于半导体制造工序的一部分的离子注入工序中。这里的生产率是指在最终制造出的半导体产品中，如何能够在单位时间内制造出更多其性能在该半导体产品的容许范围内的半导体产品。鉴于这一点和对所述面内均匀性的要求，能够容易理解在各离子注入工序中对离子注入装置提出的要求。
即，由于赋予离子注入工序以特征的物理量的微小差异，在最终生成的半导体性能上产生较大差异的情况下，要求在离子注入之前做好充分的准备，以免在离子注入过程中在半导体晶圆的整个面上产生该物理量的差异，并且，对于在离子注入过程中短暂地或持续地产生的该物理量的变化必须要采取充分的措施。
另一方面，即使赋予离子注入工序以特征的某一物理量的差异一定程度较大，而最终生成的半导体性能上不存在差异的情况下，在离子注入过程中，在半导体晶圆的整个面上该物理量的差异可以产生到一定程度，还能够简化离子注入前的准备，且对于在离子注入过程中短暂地或持续地产生的该物理量的变化，限于其物理量的变化量过大且最终生成的半导体性能上产生差异的情况，针对该物理量的变化而采取措施即可。
反而，在后者的情况下，对该物理量的变化采取不必要的措施，这会导致在离子注入工序中产生不必要的处理时间，结果导致半导体制造工序的生产率降低。从而，作为离子注入装置中所要求的性能，可列举在各离子注入工序中所要求的赋予离子注入工序以特征的各物理量的变化量范围，在离子注入之前，结合各离子注入工序而适当地进行改变。
以下说明的各实施方式中的离子注入装置为尤其在半导体制造工序中经常被使用的离子注入装置的一种。具体而言，该离子注入装置(以下，称作“混合式扫描离子注入装置”)采用了如下离子注入方法，即将由离子源产生的离子传输到晶圆(以下，将该传输路径称作“射束线”)，使该离子束在一个方向上进行往复扫描，并在与射束扫描方向正交的方向上对晶圆进行机械扫描，从而将离子注入到晶圆中。并且，有时将用这种装置进行的离子注入方法称作混合式扫描离子注入方法。
在此，对于在混合式扫描离子注入装置中如何控制赋予所述离子注入工序以特征的典型的物理量的一个例子进行说明。
首先，通过改变由离子源产生的离子而控制离子的种类，并且通过改变供给到离子源的电压而控制离子的能量，另外，通过改变半导体晶圆相对于离子束的角度而控制离子的注入角度。离子的注入剂量的控制方法中有各种方法，作为其一例，有如下方法，即在离子注入之前，测定半导体晶圆位置上的束电流量，并根据该束电流量测定值控制对晶圆进行机械扫描的速度。离子的注入剂量、注入角度、能量以及离子种类是赋予离子注入工序以特征的典型的物理量，并且也是在离子注入之前在离子注入装置中设定的离子注入条件。
另外，作为控制离子注入时的损伤量的方法，可列举半导体晶圆的温度的控制，以及基于传输到晶圆的装置参数变化的半导体晶圆上的射束尺寸的控制等，与此同时，也可以考虑通过改变离子束的扫描频率而改变离子注入的时间图案，从而控制离子注入时的损伤量的方法。
若特别说明离子束的扫描频率的效果，则在离子束的扫描频率高的情况下，在半导体晶圆上的某一地点几乎连续地被注入离子，该离子注入过程中的该地点的温度通过因离子注入而引起的温度上升效果而连续上升。在离子束的扫描频率低的情况下，在半导体晶圆上的某一地点间断地被注入离子，由此在该离子注入过程中产生未进行离子注入的时间，因离子注入而引起的温度上升效果和因未进行离子注入时向外部的温度转移而引起的温度下降效果间断地进行反复，因此该离子注入过程中的该地点的温度反复地上升和下降。即，通过改变离子束的扫描频率，能够对离子注入时的损伤量进行控制。
尤其是，最近混合式扫描离子注入装置中的基于离子束的扫描频率的改变的离子注入时的损伤量控制，被认为是提高半导体性能的有效的方法。即，混合式扫描离子注入装置的离子束的扫描频率为在离子注入之前设定于离子注入装置中的离子注入条件之一。
以下，在混合式扫描离子注入装置中，可以列举出赋予离子注入工序以特征的几个物理量的容许范围的多样性的例子，及以何种方法来确保其容许范围的几个例子。首先，示出在离子注入之前需要充分准备的例子。
以所述栅极注入工序为代表，一般常使用的离子注入工序中，即使离子注入时的损伤量存在一定程度的差异，而多数情况下，最终制造出的半导体在性能上并不存在差异。另一方面，在被称作所述伸缩注入工序或无定形化工序的离子注入工序中，多数情况下，因离子注入时的损伤量的差异而最终制造出的半导体性能上存在差异。
如同所述，离子注入时的损伤量能够通过半导体晶圆的温度、半导体晶圆上的射束尺寸以及离子束的扫描频率而进行控制。在此，在离子注入之前测定射束尺寸，从离子注入时的损伤量的观点出发，该射束尺寸不适合的情况下，通过改变传输到晶圆的装置参数而能够控制半导体晶圆上的射束尺寸。然而，测定以及控制该射束尺寸时需要一定程度的时间，因此当离子注入时的损伤量差异不影响最终制造出的半导体性能的情况下，在离子注入工序中会产生不必要的处理时间，因此不适合。从而，只要没有其他必要性，则在离子注入时的损伤量差异导致最终制造出的半导体性能产生差异的情况下，对离子注入前的半导体晶圆上的射束尺寸进行测定和控制。
在混合式扫描离子注入装置中，关于赋予离子注入工序以特征的几个物理量的容许范围的多样性的例子及以何种方法确保其容许范围进行说明。并且，示出针对在离子注入过程中持续产生的物理量的变化所需要的措施的例子。
如同所述，在栅极注入工序中，最终制造出的半导体的性能差异小于离子注入剂量的差异，而在伸缩注入工序中，最终制造出的半导体的性能差异大于离子注入剂量的差异。在此，在对半导体晶圆注入离子时，为了在半导体晶圆的目标位置进行离子注入而多数情况下在半导体晶圆上设置抗蚀掩膜，并从其上部进行离子注入。抗蚀掩膜为具有多个非常小的细孔结构的薄膜状材料。若将该抗蚀掩膜的细孔部位称作离子透过区域，而将其他部位称作抗蚀区域，则照射于抗蚀掩膜上的抗蚀区域的离子束不会到达半导体晶圆，只有照射于抗蚀掩膜上的离子透过区域的离子束会到达和注入于半导体晶圆中。由此，在遍及半导体晶圆的整个面的目标位置上能够进行符合目标离子注入条件的离子注入。
并且，如同所述，作为离子的注入剂量的控制方法的一例，有如下方法，即在离子注入之前，测定半导体晶圆位置上的束电流量，且根据该束电流量测定值控制对晶圆进行机械扫描的速度。在此，当射束照射于所述抗蚀掩膜上的情况下，抗蚀掩膜的构成物质的一部分被传输到射束线上并与离子束进行相互作用，由此，离子束中的一部分离子散射、中和或者价数改变，其结果，无法到达半导体晶圆。
在该情况下，与离子注入前相比，离子注入过程中的束电流量持续变化，若根据离子注入前的束电流量测定值控制对晶圆进行的机械扫描的速度，则会导致其离子注入剂量发生变化。在伸缩注入工序等最终制造出的半导体的性能差异大于离子注入剂量差异的离子注入工序中，不允许所述离子注入剂量发生变化。在这种情况下，在向半导体晶圆注入离子的过程中进行束电流的测定，由此对与离子注入之前进行比较的离子注入过程中的束电流量的持续变化进行检测，且根据该束电流量测定值控制对晶圆进行机械扫描的速度，从而能够准确地控制离子的注入剂量。
为了进行离子注入过程中的束电流测定，需要将射束传输至该测定装置，因此将离子束传输至半导体晶圆的外侧，除了对半导体晶圆的注入时间以外，还需要在离子注入过程中进行束电流测定所需要的一定程度的时间。从而，当离子注入剂量差异不影响最终制造出的半导体性能的情况下，在离子注入工序中会产生不必要的处理时间，因此不适合。从而，只要没有其他必要性，则在离子注入剂量差异导致最终制造出的半导体性能产生差异的情况下，进行离子注入过程中的束电流测定。
在此，重要的是赋予离子注入工序以特征的物理量的确保方法需要一定处理时间，在最终制造出的半导体性能不会因该物理量差异而产生差异的情况下，半导体产品的生产率相应地降低。从而，为了提高半导体产品的生产率，在各离子注入工序中，需要按照赋予离子注入工序以特征的物理量分别判断是否需要采用该确保方法，在需要的范围内采用其确保方法。由于有无采用该确保方法能够按各自的离子注入工序进行判断，因此能够看作是在注入离子之前就设定于离子注入装置中的离子注入条件之一。
并且，如以上已进行的说明，重要的是在离子注入工序中确定在离子注入时所要求的物理量的晶圆面内均匀性的容许值，对于该物理量，根据其已确定的物理量的晶圆面内均匀性容许值而选择注入时面内均匀性容许设定的情况本身也能够看作是离子注入条件之一。
另外，在离子注入条件中，如离子种类一样，也存在着有关难以考虑到在离子注入过程中在半导体晶圆的整个面上产生差异的物理量的条件。本实施方式涉及对影响离子束的放电现象的检测，或者涉及对影响离子注入条件的放电现象的检测，且涉及在离子注入过程中短暂地产生的赋予离子注入工序以特征的物理量的变化，因此在离子注入条件中，可以排除有关难以考虑到在离子注入过程中在半导体晶圆的整个面上产生差异的物理量的条件。
并且，同样在赋予离子注入工序以特征的物理量中，如离子的注入能量一样，在产生影响离子束的放电现象，并且其物理量发生变化的情况下，当然离子根本无法到达半导体晶圆，事实上，也存在无需考虑的物理量。本实施方式涉及对影响离子束的放电现象的检测，或者涉及对影响离子注入条件的放电现象的检测，因此这种物理量需要作为离子注入条件列举出来，但是作为对最终制造出的半导体性能带来差异的、赋予离子注入工序以特征的物理量可以除外。
从而，在混合式扫描离子注入装置中，作为下述离子注入条件，有离子的注入剂量和其晶圆面内均匀性容许值、离子的注入角度和其晶圆面内均匀性容许值、离子束的扫描频率、晶圆扫描方向的离子束宽度和其晶圆面内均匀性容许值、射束扫描方向的离子束宽度和其晶圆面内均匀性容许值、以及在向晶圆注入离子过程中是否进行束电流测定(以下，称作“向晶圆注入离子过程中的束电流测定的有无”)。这些离子注入条件可以在离子注入之前设定于混合式扫描离子注入装置中，或者根据需要能够进行控制。
并且，在所述离子注入条件中，离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、以及射束扫描方向的离子束宽度，在产生影响离子束的放电现象时也是对最终制造出的半导体性能带来差异的、赋予离子注入工序以特征的物理量。从而，如已进行的说明，要求所述物理量按照其离子注入工序而变化。并且，根据离子注入工序，要求所述物理量的面内均匀性在某一阈值以内。
另外，根据离子注入装置，并不限定射束扫描方法和晶圆扫描方向同时存在。例如，在采用被称为二维机械扫描方式的方式的离子注入装置中，进行二维晶圆扫描，并且在采用被称为带状射束方式的方式的离子注入装置中，晶圆向与一个方向上为宽幅的离子束正交的一个方向进行扫描。另外，在采用被称作光栅扫描方式的方式的离子注入装置中，进行二维射束扫描。
本实施方式所涉及的离子注入方法以及离子注入装置能够适当地适用于这些所有的离子注入装置中，但是，以下，作为典型的一个例子，列举混合式扫描离子注入装置进行说明。
若将以下说明适用于其他离子注入装置，只要分别适当地解读意义内容即可。例如，以混合式扫描离子注入装置为例，在设为“晶圆扫描方向的离子束宽度”的情况下，采用被称作光栅扫描方式的方式的离子注入装置中应用该说明时，由于本来在光栅扫描方式中就没有所谓晶圆扫描的概念，因此忽略即可。重要的是无论用哪一种离子注入装置进行离子注入，均存在当产生影响离子束的放电现象时使最终制造出的半导体的性能产生差异的、赋予离子注入工序以特征的物理量，从而，要求所述物理量按照其离子注入工序而变化，并且，根据离子注入工序，要求所述物理量的面内均匀性在某一阈值以内。
并且，根据以下实施方式，根据离子注入工序在设定有各种所述离子注入条件的情况下，在任何情况下均检测出影响离子束的放电现象或影响离子注入条件的放电现象，且通过适当的处理，无需降低半导体产品的生产率就能够按照所赋予的条件在半导体晶圆上实现该离子注入工序所要求的、赋予所述离子注入工序以特征的物理量。换言之，根据以下实施方式能够提供一种在向晶圆注入离子时判定当时的射束状态的离子注入方法。
在此，重要的是，所述赋予离子注入工序以特征的物理量的晶圆面内均匀性本身也为离子注入条件，根据该离子注入条件的设定，影响离子束的放电现象的检测方法以及处理方法发生变化。换言之，即使所述赋予离子注入工序以特征的物理量存在一定程度的差异，而最终制造出的半导体性能不存在差异的情况下，将离子注入条件中所包括的该物理量的晶圆面内均匀性容许值设为较大，且只要确认在离子注入过程中短暂地产生的该物理量的变化在其容许值以内，则无法称作影响离子束的放电现象，因此通过不进行其检测，无需降低半导体产品的生产率就能够按照所赋予的条件在半导体晶圆上实现该物理量。
以下，参考附图，对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，在附图说明中相同的要件附加相同的元件符号，适当地省略重复说明。并且，以下叙述的结构为示例，丝毫不限定本发明的范围。并且，以下，作为被注入离子的物体，以半导体晶圆为例进行说明，但是也可以是其他物质或部件。
[第1实施方式]
图1(a)是表示第1实施方式所涉及的混合式扫描离子注入装置的基本结构的俯视图，图1(b)是表示第1实施方式所涉及的混合式扫描离子注入装置的基本结构的侧视图。
本实施方式所涉及的混合式扫描离子注入装置(以下，有时适当地称作“离子注入装置”)100构成为，通过引出电极2从离子源1引出的离子束在到达半导体晶圆10的射束线上通过。并且，沿该射束线配设有质谱分析磁铁装置3、质谱分析狭缝4、射束扫描仪5、以及晶圆处理室(离子注入室)。晶圆处理室内配设有具备保持半导体晶圆10的机构的机械扫描装置11。从离子源1被引出的离子束沿射束线被引导至在晶圆处理室的离子注入位置上配置的保持架上的半导体晶圆10。
离子束利用射束扫描仪5在一个方向上进行往复扫描，并通过平行透镜6的功能而被平行化之后被引导至半导体晶圆10。并且，本实施方式所涉及的离子注入装置沿与离子束的扫描方向正交的方向对半导体晶圆10进行机械扫描，从而将离子打入半导体晶圆10。图1所示的离子注入装置100中，利用角能量过滤器7使离子束弯曲，提高离子能量的均匀性，但是这是个例子，也可以不使用角能量过滤器7。
半导体晶圆10设置于具备对半导体晶圆10进行保持的机构的机械扫描装置11。在此，在图1(a)中示出半导体晶圆10与机械扫描装置11一同沿与附图的面交叉的上下方向往复移动，图1(b)中示出半导体晶圆10与机械扫描装置11一同在平行于附图的面上往复移动。
另外，目前通常使用的离子注入装置中，以对离子束赋予收敛力、发散力、及控制离子束的纵向和横向的形状，且控制离子束在半导体晶圆10上的形状为目的，将射束用透镜配设于射束线上。图1中，作为该射束用透镜的例子，配设有被施加直流电压的静电透镜12。静电透镜12只要持有静电力并对离子束能够赋予收敛力和发散力就发挥了其功能，其可取多种形状。图1中示出其一例，但是这是个示例，静电透镜12的形状并不限定于该形状。并且，有时静电透镜12配置在从离子源1到半导体晶圆10之间的各种位置上。另外，图1中配设有1个静电透镜12，但是这也是个例子，也可以配设多个静电透镜12。
并且，目前通常使用的离子注入装置中，使电磁力作用于离子束，且通过赋予某一方向的漂移力而使离子束的轨道平行移动，以提高从离子源1到半导体晶圆10的透射效率为目的，多数情况下在射束线上配设射束转向装置。图1中，作为该射束转向装置的例子，配设有被施加直流电压的静电射束转向装置13。静电射束转向装置13只要持有静电力并对离子束赋予某一方向的漂移力以使离子束平行移动就会发挥其功能，其可取多种形状。图1中示出其一例，但是这是示例，静电射束转向装置13的形状并不限定于该形状。并且，有时将静电射束转向装置13置于从离子源1到半导体晶圆10之间的各种位置上。另外，图1中配设有1个静电射束转向装置13，但是这也是个例子，也可以配设多个静电射束转向装置13。
另外，离子注入装置也可以构成为以单一设备满足控制半导体晶圆10上的离子束形状的目的、和提高从离子源1到半导体晶圆10的透射效率的目的。
在此，重要的一点是，对于本实施方式所涉及的离子注入方法中赋予离子注入工序以特征的物理量，例如在混合式扫描离子注入装置中，对于离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、以及射束扫描方向的离子束宽度，根据射束线上的构成设备各自的作用所造成的影响不同。例如，静电射束转向装置13提高从离子源1到半导体晶圆10的透射效率，且通过该影响能够控制半导体晶圆10上的束电流，但是无法控制离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、以及射束扫描方向的离子束宽度。换言之，假设对半导体晶圆10注入离子时，对静电射束转向装置13施加的直流电压发生变化，然而，离子的注入剂量变化，而离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、以及射束扫描方向的离子束宽度不变。
另一方面，平行透镜6使得进行扫描的离子束平行化，根据该影响能够控制半导体晶圆10上的离子注入角度，但是无法控制晶圆扫描方向的离子束宽度以及射束扫描方向的离子束宽度。关于平行透镜6对半导体晶圆10上的束电流的影响，由于射束扫描方向的扫描范围长度由通过平行透镜而被平行化的离子束来确定，因此若该平行化程度发生变化，则射束扫描方向的扫描范围长度以二维方式稍微变化，结果，半导体晶圆10上的束电流也以二维的方式稍微变化。从而，假设对半导体晶圆10注入离子时，即使施加给平行透镜6的直流电压发生变化，离子的注入角度和离子的注入剂量发生变化，而晶圆扫描方向的离子束宽度以及射束扫描方向的离子束宽度不变。但是，因施加给平行透镜6的直流电压的变化而引起的离子的注入剂量的变化为二维变化，因此在离子的注入剂量的晶圆面内均匀性容许值以一定程度较大的情况下，有时能够忽略施加给平行透镜6的直流电压变化时的、离子的注入剂量的变化。
首先，重要的是按照离子注入工序做出如下判断，即赋予本实施方式中假定的离子注入工序以特征的物理量，例如在混合式扫描离子注入装置中，离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、以及射束扫描方向的离子束宽度中，对最终制造出的半导体性能造成差异的物理量是为什么，且存在何种程度的晶圆面内均匀性容许值，并特定因该变化而超过该物理量的晶圆面内均匀性容许值而造成影响的射束线构成设备。
并且，如图1的示例，也可以在离子注入装置中配设集束电极14。集束电极14为用于通过从射束线上暂时解除射束，防止向半导体晶圆10的射束入射，从而防止意外的射束入射到半导体晶圆10的电极。集束电极14只要通过高电压的施加而从射束线暂时解除射束就会发挥其功能，其可取多种形状。图1中示出其一例，但是这是示例，集束电极14的形状并不限定于该形状。
并且，图1中，在质谱分析狭缝4与射束扫描仪5之间配设有集束电极14，但是这是例子，有时集束电极14设置在从离子源1到半导体晶圆10之间的各种位置上。另外，有时不配设集束电极14，而对其他配设在射束线上的设备暂时施加高电压，从而从射束线暂时解除射束，防止射束入射于半导体晶圆10。例如，对射束扫描仪5暂时施加高电压，从而暂时从射束线解除射束，也能够防止射束入射于半导体晶圆10。
本实施方式中，在设定有各种离子注入条件的情况下，检测影响离子束的存在放电可能性的现象，从而在向晶圆注入离子时判定当时的射束状态。在此，影响离子束的“存在放电可能性的现象”包括放电本身的现象、或虽然无法直接确认是否产生放电但是间接暗示的现象，例如也包括开始产生电源输出的偏差，在进行检测时虽然没有产生放电，但暗示之后可能产生放电的现象。以下，有时适当地将“存在放电可能性的现象”称为“放电现象”。
作为本实施方式所涉及的离子注入装置100的动作，在检测所述放电现象之后，使所述离子束从半导体晶圆10退避，在放电现象结束之后，再次将离子注入到半导体晶圆10中。作为该退避手段的一个例子而可以考虑，暂时对图1所示的集束电极14施加高电压，从而从射束线暂时解除射束而防止射束入射于半导体晶圆10。在该情况下，放电现象结束之后，除去暂时施加给集束电极14的高电压，从而使射束返回到射束线上，重新开始向半导体晶圆10进行射束入射，由此能够重新向半导体晶圆10注入离子。
在利用图1所示的离子注入装置100向半导体晶圆10注入离子的情况下，事实上，为了确认该离子束的品质，或确认是否能够获得所希望的离子束电流量，进而确认离子束的时间稳定性，在向半导体晶圆10注入离子之前需要进行准备和确认。以下，将该准备和确认的顺序称作“射束设置”。图1所示的离子注入装置100中，在进行射束设置时，利用晶圆区域射束测定装置9进行离子束测定，然后设定半导体晶圆10。在图1中，晶圆区域射束测定装置9被描绘成可移动，但是这是个例子，也可以使用固定式晶圆区域射束测定装置9。
并且，当然根据需要，也能够在进行射束设置时测定离子的注入角度。若以射束扫描方向的离子的注入角度为例，则例如将细狭缝状设备(未图示)插入于角能量过滤器7的后级射束线上，然后利用晶圆区域射束测定装置9测定每个位置的离子束电流量，由此能够侧定离子的注入角度。另外，该离子注入角度测定方法为示例，也可以考虑其他各种离子注入角度测定方法。
另外，很显然根据需要，在进行射束设置时，也能够利用对离子束电流量能够进行二维测定的晶圆区域射束测定装置9来测定晶圆扫描方向的离子束宽度以及射束扫描方向的离子束宽度。当然，该离子束宽度测定方法为示例，另外还可以考虑各种离子束宽度测定方法，例如意图地改变对角能量过滤器7施加的直流电压而测定离子束电流量等。
如此，在进行射束设置时，利用各种测定方法能够测定在本发明中考虑的赋予离子注入工序以特征的物理量，即离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、以及射束扫描方向的离子束宽度。并且，在该测定结束后，也可以将这些物理量的晶圆面内均匀性容许值作为离子注入条件而进行设定。
另外，本实施方式所涉及的离子注入装置100构成为，在晶圆处理室设有剂量杯8，且根据需要能够测定注入过程中的束电流。作为剂量杯8的具体的例子，能够使用法拉第杯或量热计。图1中，在半导体晶圆10的近前，与半导体晶圆10的水平方向的两侧对应的部位设置有剂量杯8，但是这是个例子，包括注入过程中在内，只要是能够测定束电流量的位置，也可以在半导体晶圆10的后方进行设置，也可以在包含半导体晶圆10的平面上进行设置。并且，图1中，在离子扫描方向的两侧设置有2个剂量杯8，但是这是个例子，可以是1个，也可以是3个以上的多个。
如已进行的说明，作为混合式扫描离子注入装置中的离子的注入剂量控制方法的一个例子有如下方法，即在进行射束设置时，对半导体晶圆10的位置上的束电流量进行测定，并根据该束电流量测定值控制对半导体晶圆10进行机械扫描的速度。由此，利用图1进一步进行详细的说明。首先，在进行射束设置时，在离子束扫描至剂量杯8的位置的同时，利用剂量杯8和晶圆区域射束测定装置9来测定束电流量，求出其比例系数(以下，称作“杯校正值”)。在向半导体晶圆10注入离子的过程中，虽然无法使用晶圆区域射束测定装置9，但是利用剂量杯8能够测定束电流量，因此利用该测定值和所述杯校正值，能够估量被注入半导体晶圆10中的束电流量。
在此，若在离子注入过程中用剂量杯8测定的束电流量与在射束设置时用剂量杯8测定的束电流量之间没有变化，则能够计算出用杯校正值估量的被注入半导体晶圆10中的束电流量与射束设置时用晶圆区域射束测定装置9测定的束电流量相同，半导体晶圆10按照射束设置时所设定的速度进行机械扫描，其结果能够获得所设定的离子的注入剂量。
并且，通过已说明的离子注入对抗蚀掩膜的影响，抗蚀掩膜的构成物质的一部分被传输至射束线上，并与离子束相互作用，由此离子束中的一部分离子散射、中和或者价数改变，其结果，在未到达半导体晶圆的情况下，与射束设置时相比，离子注入过程中的束电流持续发生变化。该情况下，在离子注入过程中用剂量杯8测定束电流且与杯校正值相乘，由此可以估量注入到半导体晶圆10中的束电流量。从而，半导体晶圆10并不是按照射束设置时设定的速度进行机械扫描，而是对应于离子注入过程中的束电流量的持续变化而持有重新设定的速度进行机械扫描，其结果能够获得所设定的离子的注入剂量。
然而，为了用该剂量杯8进行离子注入过程中的束电流测定，需要使射束扫描到剂量杯8，从图1明确可知，为此需要使射束扫描到半导体晶圆10的外侧。这意味着除了对半导体晶圆10的注入时间以外，还需要在离子注入过程中为测定束电流的目的所需要的一定程度的时间。从而，例如在可以考虑为离子注入对所述抗蚀掩膜造成影响的范围内，在离子的注入剂量之差不影响最终制造出的半导体的性能的情况下，在离子注入过程中产生不必要的处理时间，因此无法说是适合的。换言之，只要没有其他必要性，则希望在因离子的注入剂量之差而最终制造出的半导体性能产生差的情况下，在离子注入过程中进行束电流测定。
本实施方式涉及检测影响离子束的放电现象或影响离子注入条件的放电现象进行的方法，换言之，涉及在向晶圆注入离子时判定当时的射束状态的方法。上述测定束电流的装置能够成为检测放电现象的机构。即，即使在离子注入过程中，在到达半导体晶圆10的位置的束电流量减少的情况下，则能够作为放电现象而被检测出来。如同所述，在向半导体晶圆10进行离子注入过程中，无法使用晶圆区域射束测定装置9，且无法直接测定到达半导体晶圆10的位置的离子束的束电流量，但是在离子注入过程中通过用剂量杯8测定束电流并乘以杯校正值，能够间接地推断注入到半导体晶圆10中的束电流量。由该推断出的物理量能够检测出放电现象。从而，为了检测放电现象，在离子注入过程中，需要常时使离子束扫描到剂量杯8的位置。即，例如在可以考虑为离子注入影响所述抗蚀掩膜的范围内，即使在离子的注入剂量之差不影响最终制造出的半导体的性能的情况下，除了向半导体晶圆10的注入时间以外，还需要在离子注入过程中为测定束电流的目的而需要的一定程度的时间，导致不必要地降低半导体产品的生产率。
示出仅通过束电流测定来进行检测影响离子束的放电现象或者影响离子注入条件的放电现象的方法、或者在向晶圆注入离子时判定当时的射束状态的方法的情况下，导致不必要地降低半导体产品的生产率的目的。另外，在这种情况下，值得注意的是，在无法得到所希望的离子束的情况下，若由剂量杯8测定的束电流测定值小于规定值，则统一作为放电现象而进行检测。即，通过已说明的离子注入对抗蚀掩膜的影响，抗蚀掩膜的构成物质的一部分被传输到射束线上，并与离子束相互作用，由此离子束中的一部分离子散射、中和或者价数改变而无法到达半导体晶圆10，在该情况下，若其程度大，则仅用束电流测定装置来检测影响离子束的放电现象，则即使不是放电现象而是束电流减少的情况下，也会误检测为放电现象，并进行相应的处理。其结果，导致不必要地降低半导体产品的生产率。换言之，通过剂量杯8检测束电流的测定值小于规定值，这只不过是检测了放电基本过程的可能性，由此检测出的放电基本过程只不过表示影响离子束的放电现象或影响离子注入条件的放电现象的可能性。
但是，如已进行的说明，在伸缩注入工序中，最终制造出的半导体的性能差异大于离子注入剂量差异，因此不是缘于放电现象，而是束电流减少的情况下，也能够考虑如下情况，即在检测所述现象之后，使离子束从半导体晶圆10退避，在该现象结束之后，再次对半导体晶圆10注入离子。但是，如同栅极注入工序等，即使相对于离子注入剂量差异、最终制造出的半导体的性能差异比较小的情况下，在不是缘于放电现象，而是束电流减少的情况下，也使离子束从半导体晶圆10退避，在该现象结束之后，再次对半导体晶圆10注入离子，这会导致不必要地降低半导体产品的生产率。即，将基于剂量杯8的放电基本过程可能性检测看作是影响离子束的放电现象或影响离子注入条件的放电现象，这在伸缩注入工序中可认为是合适的，而另一方面，在栅极注入工序中却无法说是合适的。
本实施方式所涉及的离子注入方法为将由离子源产生的离子传输到晶圆且将离子注入到晶圆中的离子注入方法，其中，组合多个放电基本过程可能性检测方法而进行使用，在离子注入之前确定离子注入条件，以便利用适合于各离子注入条件的放电现象检测方法，由此在向晶圆注入离子时，不会不必要地阻碍离子注入的生产率而对影响离子注入条件的放电现象进行检测，或者在向晶圆注入离子时判定当时的射束状态。
以所述伸缩注入工序和栅极注入工序为例进行说明，由于在伸缩工序中使用的离子注入条件和在栅极注入工序中使用的离子注入条件不同，因此在离子注入之前就能够确定各离子注入条件。从而，在伸缩注入工序中使用的离子注入条件和在栅极注入工序中使用的离子注入条件中，在离子注入之前确定离子注入条件，且使用适合于各离子注入条件的放电现象检测方法，由此在向晶圆注入离子时，不会不必要地阻碍离子注入的生产率就能够检测影响离子注入条件的放电现象。
并且，仅以束电流测定对影响离子束的放电现象进行检测的方法的情况下，如同已进行的说明，在离子束的扫描频率低的情况下，从产生放电到检测为止的平均时间变得过长而无法进行检测，另外，在束电流量不变，而晶圆扫描方向或射束扫描方向的离子束宽度变化的情况下，也无法进行检测。
因此，作为本实施方式所涉及的离子注入方法之一，除了束电流测定以外，还使用利用了电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法。即，例如在图1中，除了基于剂量杯8的束电流测定值是否小于预定值以外，还利用赋予电源电压测定部21～27的电源电压测定值是否背离其设定值一定程度来检测影响离子束的放电现象，所述电源电压测定部21～27对离子源1、引出电极2、射束扫描仪5、平行透镜6、角能量过滤器7、静电透镜12以及静电射束转向装置13所具备的各电源的电源电压进行测定。将在后面详细说明，利用基于这些束电流测定值的判断、以及有关电源电压测定值与其设定值之间的背离的判断，能够按照所设定的各种离子注入条件检测出影响离子束的放电现象。
另外，在此列举的射束线的构成设备为一个示例，而并不限定于此。重要的是，作为本实施方式所涉及的离子注入方法之一，在各射束线构成设备中使用有关电源电压测定值与其测定值之间的背离的判断。当然，从其特性上来看，关于不产生影响离子束的放电现象的射束线构成设备，并不需要有关背离的判断。例如，在图1中，质谱分析磁铁装置3使用低电压大电流电源，由于设定电压低，因此从其特性上来看不会产生影响离子束的放电现象，因此不需要有关其背离的判断。
在此，使用基于剂量杯8的束电流测定值的放电基本过程可能性检测方法，从其特性上来看，能够以与射束扫描频率成反比的测定间隔进行测定。即，在射束扫描频率为高频的情况下，在极短的时间内，能够获得有关影响离子束的放电现象的信息。例如，当射束扫描频率为1kHz的情况下，在每1msec能够获得有关影响离子束的放电现象的信息。另一方面，已进行了说明，在射束扫描频率为低频的情况下，从产生放电到检测出为止的平均时间变得过长，事实上无法获得有关影响离子束的放电现象的信息。例如，当射束扫描频率为1Hz的情况下，只能在每1sec获得有关影响离子束的放电现象的信息。射束线构成设备的典型的放电持续时间为50msec到200msec，因此事实上无法获得有关影响离子束的放电现象的信息。
另一方面，利用电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法，其特征为能够以一定时间的测定间隔进行测定。原锂上也可以以极短时间的测定间隔进行测定，但是考虑到技术上的难易度以及成本方面，在混合式扫描离子注入装置中通常使用的控制系统的测定间隔为5msec到20msec。该测定间隔比射束线构成设备的典型的放电持续时间，即比50msec到200msec短，因此能够获得有关影响离子束的放电现象的信息。但是，与射束扫描频率为高频的、利用基于剂量杯8的束电流测定值的放电检测方法相比，其测定间隔稍长。换言之，若仅使用利用电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法，则例如在伸缩注入工序等最终制造出的半导体的性能差异大于离子注入剂量差异的离子注入工序中，在产生影响实际离子束的放电现象之后，到使离子束从半导体晶圆10退避为止的时间变得稍长，通过放电现象的影响，有时导致最终制造出的半导体性能上产生差异。
综上所述，基于剂量杯8的、使用以与射束扫描频率成反比的测定间隔能够进行测定的束电流测定值的放电基本过程可能性检测方法，及利用以一定时间的测定间隔能够进行测定的电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法都具有其特性上的特征。从而，通过基于本实施方式所涉及的离子注入方法之一的、发挥其优点的控制方法，设定各种在离子注入之前设定的各离子条件的情况下，在任一情况下能够检测出影响离子束的放电现象，进行适当的处理，由此不降低半导体产品的生产率就能够按照所赋予的条件在半导体晶圆上实现该离子注入工序中所要求的赋予离子注入工序以特征的物理量。或者，通过基于本实施方式所涉及的离子注入方法之一的发挥其优点的控制方法，设定各种在离子注入之前设定的各离子注入条件的情况下，也可以说不降低半导体产品的生产率就能够判断出向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
在此，参考图2，说明本实施方式所涉及的离子注入的顺序。图2是表示用于说明第1实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
如同所述，检测影响离子束的放电现象的方法，根据离子注入前设定的各离子注入条件的设定而不同。在某一半导体制造工序的离子注入工序被指定的情况下(S10)，赋予离子注入工序以特征的物理量被指定。例如，在混合式扫描离子注入装置中，作为赋予离子注入工序以特征的物理量可列举出离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、射束扫描方向的离子束宽度等物理量。本实施方式所涉及的离子注入方法之一，首先设定离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、及射束扫描方向的离子束宽度各物理量的晶圆面内均匀性容许值(S12)。选择该容许值时，主要是使得最终制造出的半导体的性能上不存在差异，或者使得在最终制造出的半导体产品中在单位时间内如何制造出更多其性能在该半导体产品的容许范围内的半导体产品的意义上的、半导体产品的生产率较高。但是，离子注入装置的情况有时因半导体产品制造的紧迫性等外在原因而改变。在此，重要的是，这些赋予离子注入工序以特征的物理量以及其晶圆面内均匀性容许值均能够在离子注入之前确定，因此能够对应于该确定的值来控制离子注入。
其次，设定其他离子注入条件(S14)。例如，在混合式扫描离子注入装置中的离子注入条件中，包括离子束的扫描频率、对晶圆的离子注入过程中的束电流测定的有无在内，设定其他离子注入条件。
若以混合式扫描离子注入装置为例简单地做总结，则在本实施方式中，某一半导体制造工序的离子注入工序被指定时，首先，作为离子注入条件，除了已设定的射束扫描频率、在对晶圆进行离子注入过程中是否进行束电流测定中的任一种注入方法设定之外，还确定离子注入时所要求的物理量，具体而言有离子注入剂量、离子注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、射束扫描方向的离子束宽度以及各物理量的值的晶圆面内均匀性的容许值。
其次，在本实施方式所涉及的顺序中，对电源进行分类(S16)。关于电源分类方法在后面进行详细的说明，该分类不是恒定的，而是根据所述离子注入条件而不同。即，本实施方式中，确定在离子注入时所要求的物理量，具体而言，有离子注入剂量、离子注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、及射束扫描方向的离子束宽度的晶圆面内均匀性的容许值，根据该确定的物理量的晶圆面内均匀性容许值选择离子注入时面内均匀性容许设定，利用所选择的离子注入时面内均匀性容许设定而进行离子注入。
其次，在本实施方式所涉及的顺序中，确定放电判断方法(S18)。该放电判断方法不是恒定的，而是根据所述离子注入条件或电源分类而不同。
本实施方式所涉及的顺序中，随后开始向半导体晶圆10注入离子(S20)。
综上所述，也可以说本实施方式所涉及的离子注入方法中，在离子注入之前，预先确定离子注入条件，通过该离子注入条件而使用多种放电检测方法。通过使用该离子注入方法，设定各种在离子注入之前设定的各离子注入条件的情况下，在任一情况下均能够检测出影响离子束的放电现象并能够适当地进行处理。其结果，不降低半导体产品的生产率就能够按照所赋予的条件在半导体晶圆上实现离子注入工序中所要求的赋予该离子注入工序以特征的物理量。
接着，参考图3说明本实施方式所涉及的电源分类的例子。图3是表示混合式扫描离子注入装置的电源分类的例子的图。
本实施方式中，作为利用了电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法，分别各自进行设置于射束线上的多个电源的电压测定。另外，如图3所示，被进行电源电压测定的所述多个电源，根据这些电源放电时影响离子束的程度，即在对于离子注入工序中所要求的赋予该离子注入工序以特征的物理量的影响程度预先被分为多个种类，具体而言，所述物理量包括离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、射束扫描方向的离子束宽度。图3中，将射束扫描方向的离子束宽度、晶圆扫描方向的离子束宽度分别记为射束横宽、射束纵宽。
图3中，作为影响离子的注入剂量的电源，列举了离子源1、引出电极2、射束扫描仪5、平行透镜6、及静电射束转向装置13。并且，作为影响离子的注入角度的电源，列举了射束扫描仪5、平行透镜6、及角能量过滤器7。并且，作为影响晶圆扫描方向的离子束宽度、射束扫描方向的离子束宽度的电源，列举了离子源1、引出电极2、静电透镜12。另外，这是与图1所示的设备对应的示例，当然，根据射束线构成设备的数量以及种类而不同。
在此，重要的是，该电源分类如同所述因离子注入条件而不同。尤其是若在此列举的赋予离子注入工序以特征的各物理量，即离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、射束扫描方向的离子束宽度的晶圆面内均匀性容许值不同，则电源放电时的影响评估当然也不同。例如，通过静电射束转向装置13的放电，在不检测该放电而照常持续注入离子时的注入剂量的误差为2%的情况下，在如只容许注入剂量的晶圆面内均匀性为1%的、最终制造出的半导体的性能差异大于离子注入剂量差异的离子注入工序中，必须将静电射束转向装置13作为影响离子注入剂量的设备来处理。另一方面，在如容许注入剂量的晶圆面内均匀性至10%的、最终制造出的半导体的性能差异小于离子注入剂量差异的离子注入工序中，静电射束转向装置13不作为影响离子注入剂量的电源来处理。
接着，参考图4，说明基于本实施方式的变形例的其他电源分类的例子。图4是表示混合式扫描离子注入装置的电源分类的其他例子的图。若对图3和图4进行比较，在图3中，作为影响注入剂量的电源，列举了离子源1、引出电极2、射束扫描仪5、平行透镜6、及静电射束转向装置13，相对于此，图4中只列举了离子源1、引出电极2、及射束扫描仪5。并且，图3中，作为影响晶圆扫描方向的离子束宽度的电源，列举了离子源1、引出电极2、及静电透镜12，但在图4中只列举了离子源1及引出电极2。
该差异因离子注入前设定的各离子注入条件的设定而不同。即图3或图4中示出的分类，从最终制造出的半导体的性能来看，是如下情况所需，即按照各离子注入条件只检测出影响离子束的放电现象或影响离子注入条件的放电现象，另一方面，不检测不应检测的、不影响离子束的放电现象，并对检测出的影响离子束的放电现象进行适当的处理。由此，无需不必要地降低半导体产品的生产率就能够按照所赋予的条件在半导体晶圆上实现离子注入过程中所要求的赋予该离子注入工序以特征的物理量。
如图3或图4的分类是通过如下方法而完成的，即分别各自进行在本实施方式的射束线上设置的多个电源的电压测定以及与其测定值的比较，并且准确地研究这些电源放电时对离子束的影响程度。
其次，参考图5，说明在第1实施方式所涉及的离子注入方法中，检测影响离子束的放电现象的方法的一例。图5是用于说明第1实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间关系的图。如同图3、图4的说明，第1实施方式中，在离子注入之前，对影响离子的注入剂量、离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、及射束扫描方向的离子束宽度的电源进行分类，但为了便于说明，包括以下各实施方式中的说明在内，对影响离子的注入剂量的电源和影响射束扫描方向的离子束宽度的电源进行说明。
本实施方式所涉及的离子注入方法之一，使用利用基于剂量杯8的束电流测定和电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法。因此，如图5所示，可以考虑对如下方法中的一种或多种放电基本过程可能性检测方法显现反应，所述方法包括，通过基于剂量杯8的束电流测定而进行的放电基本过程可能性检测方法、基于影响离子的注入剂量的电源电压测定值背离其设定值的放电基本过程可能性检测方法、以及基于影响射束扫描方向的离子束宽度的电源电压测定值背离其设定值的放电基本过程可能性检测方法。
特别对图5的情况#1、情况#2附带地说明。若简单地考虑，则无论是使用基于剂量杯8的束电流测定值的放电基本过程可能性检测方法，还是利用影响离子的注入剂量的电源的电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法同样涉及离子注入剂量，因此可以认为，不会如同情况#1或情况#2一样，只对其中一种放电基本过程可能性检测方法显现反应，而是如同情况#4一样，必定对两种放电基本过程可能性检测方法显现反应。但是，如同所述，利用基于剂量杯8的射束电流测定值的放电基本过程可能性检测方法，从其特性上来看，持有与射束扫描频率成反比的测定间隔，因此在射束扫描频率为低频的情况下，从产生放电到检测出为止的平均时间变得过长，事实上有可能无法获得有关影响离子束的放电现象的信息。另一方面，利用电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法能够以一定时间的测定间隔进行测定，因此与射束线构成设备的典型的放电持续时间相比，能够缩短其测定间隔，必定能够获得有关影响离子束的放电现象的信息，且能够判定向晶圆注入离子时的射束状态，但是，在射束扫描频率为高频的情况下，与利用基于剂量杯8的束电流测定值的放电检测方法相比，其测定间隔略长，若包括从反应到处理的时间考虑，则可能只有利用基于剂量杯8的束电流测定值的放电基本过程可能性检测方法才能够获得有关影响离子束的放电现象的信息。从而，可以充分考虑图5的情况#1、情况#2。关于图5的情况#5、情况#6，也可以说与所述说明相同。
图5中示出如下情况，即在利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法、以及利用所述电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法中的任一种方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象。换言之，可以说是在存在放电现象可能性的所有情况下，为慎重起见而看作放电现象的放电检测方法。并且，例如对图1所示的集束电极14暂时施加高电压，从而，将射束从射束线暂时解除，使离子束从晶圆退避，防止射束入射于半导体晶圆10，在放电现象结束之后，解除暂时施加给集束电极14的高电压，从而使射束返回射束线上，并重新开始向半导体晶圆10进行离子入射，由此再次向半导体晶圆10注入离子。
作为具体地利用图5的放电判断方法的离子注入条件以及离子注入工序的例子，例如，可以考虑在进行对晶圆注入离子过程中的束电流测定的情况，且赋予离子注入工序以特征的所有的物理量的晶圆面内均匀性容许值非常严格的情况。无论是哪一种情况，图5的放电判断方法在本实施方式所涉及的利用基于剂量杯8的束电流测定的放电基本过程可能性检测方法，及利用多个电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法中的任一种方法检测出异常的情况下，均判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。因此，在能够使得最终制造出的半导体的性能不存在差异，或者使得在最终制造出的半导体产品中在单位时间内如何能够制造出更多其性能在该半导体产品的容许范围内的半导体产品的意义上的、半导体产品的生产率较高的情况下，选择图5的放电判定方法。
[第2实施方式]
其次，参考图6，说明在第2实施方式所涉及的离子注入方法中对影响离子束的放电现象进行检测的方法的另一例。图6是用于说明第2实施方式所涉及的放电现象的检测和放电判定之间关系的图。图6中示出如下情况，即通过利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法检测放电，且通过利用预先分为多个种类的多个电源中、属于其中一种的电源的电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法，图6的情况下通过基于影响离子的注入剂量的电源电压测定值背离其设定值的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为对晶圆注入离子时的射束状态为异常。
作为具体地使用图6的放电判断方法的离子注入条件以及离子注入工序的例子，可以考虑如下情况，即例如仅进行向晶圆注入离子过程中的束电流测定的情况，且离子的注入剂量的晶圆面内均匀性容许值比较不严格，射束线构成设备产生放电且其影响被实际观测为束电流量的情况下，就可以进行处理足矣。或者，如同所述，通过射束照射对抗蚀掩膜的影响，能够考虑离子注入过程中束电流量的持续变化，即使在没有发生影响离子束的放电现象的情况下，若只通过利用基于剂量杯8的束电流测定的放电基本过程可能性检测方法，则有可能会错误检测为该放电现象产生。由此，在这种情况下，优选对利用基于剂量杯8的束电流测定值的放电基本过程可能性检测方法，及利用影响离子的注入剂量的电源的电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法这两种方法显现反应时，判断为重新产生了影响离子束的放电现象。
无论是哪一种情况，在利用基于剂量杯8的束电流测定的放电基本过程可能性检测方法检测出放电，且在利用预先分为多个种类的多个电源中、属于其中一种的电源的所述电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，图6的放电判断方法判断为影响离子束的放电现象，并判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常(情况#4以及情况#7)。因此，在能够使最终制造出的半导体的性能不存在差异，或者使得在最终被制造出的半导体产品中在单位时间内如何能够制造出更多其性能在该半导体产品的容许范围内的半导体产品的意义上的、半导体产品的生产率较高的情况下，选择图6的放电判断方法。
图5和图6的放电判断方法为，在相同的离子注入装置中使用相同的放电检测硬件而分别能够实现的方法。换言之，在本实施方式中为如下离子注入方法，即同时具有利用能够以与射束扫描频率成反比的测定间隔进行测定的束电流测定的放电基本过程可能性检测方法，及利用能够以一定时间的测定间隔进行测定的电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法，利用由这2种放电基本过程可能性检测方法获得的信息来检测影响所述离子束的放电现象。此时，可以说是如下离子注入方法，即在离子注入之前预先确定离子注入条件，通过该离子注入条件，使用多种放电检测方法，判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
[第3实施方式]
其次，参考图7，说明在第3实施方式所涉及的离子注入方法中，对影响离子束的放电现象或者影响离子注入条件的放电现象进行检测的方法的又一例子。图7是用于说明第3实施方式所涉及的放电现象的检测与放电判定之间关系的图。图7中示出如下情况，即与利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法有无检测放电无关，在利用电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法检测到放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
作为具体地使用图7的放电判断方法的离子注入条件以及离子注入工序的例子，可以考虑如下情况，例如在进行向晶圆注入离子过程中的束电流测定的情况，且赋予离子注入工序以特征的所有的物理量的晶圆面内均匀性容许值非常严格，而离子束的扫描频率为低频的情况。以下，进行详细的说明。
如同所述，在最终制造出的半导体的性能差异大于离子注入剂量的差异的离子注入工序中，根据射束照射对抗蚀掩膜的影响而可以考虑离子注入过程中的束电流量持续变化的情况下，进行基于剂量杯8的束电流测定，且有时需要控制机械扫描晶圆的速度。射束照射对抗蚀掩膜的影响，即使其时间常数长且离子束的扫描频率为低频，从控制机械扫描晶圆的速度的观点来看并不成问题。然而，如已进行的说明，当离子束的扫描频率为低频的情况下，从利用于基于剂量杯8的束电流测定的放电检测的观点来看，从产生放电到检测的平均时间变得过长，事实上无法获得影响离子束的放电现象，即有关向晶圆注入离子时当时的射束状态的信息。此时仅在控制机械扫描速度时使用基于剂量杯8的束电流测定，而在放电检测中不使用比较合适。
从而，在进行向晶圆注入离子过程中的束电流测定的情况下，且赋予离子注入工序以特征的所有物理量的晶圆面内均匀性容许值非常严格，而离子束的扫描频率为低频的情况下，可以说与利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法有无检测放电无关，而利用电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常是合适的。无论是哪一种情况，在基于本实施方式所涉及的离子注入方法之一的、利用基于剂量杯8的束电流测定的放电基本过程可能性检测方法、及利用多个电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法中，与利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法有无检测放电无关，而在利用电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，图7的放电判断方法判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常(情况#2～情况#7)。因此，在能够使最终制造出的半导体的性能不存在差异，或者能够使得在最终制造出的半导体产品中在单位时间内如何能够制造更多其性能在该半导体产品的容许范围内的半导体产品的意义上的、半导体产品的生产率较高的情况下，选择图7的放电判断方法。
[第4实施方式]
接着，参考图8、图9说明在第4实施方式所涉及的离子注入方法中，对影响离子束的放电现象进行检测的方法的又一例。图8是用于说明第4实施方式所涉及的放电现象的检测与放电判定之间的关系的图。图9是用于说明第4实施方式所涉及的放电现象的检测与放电判定之间的关系的图。图8、图9中示出如下情况，即与利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法有无检测放电无关，而利用预先分为多个种类的多个电源中、属于其中一种的电源的电源电压测定的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
图8中示出如下情况，即与利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法有无检测放电无关，而在基于预先分为多个种类的多个电源中、影响离子的注入剂量的电源电压测定值背离其设定值的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
作为具体使用图8的放电判断方法的离子注入条件以及离子注入工序的例子，可以考虑如下情况，即例如在进行对晶圆注入离子过程中的束电流测定的情况，且离子的注入剂量在晶圆面内均匀性容许值非常严格，而离子束的扫描频率为低频的情况。
接着，图9中示出如下情况，即与利用束电流测定的放电基本过程可能性检测方法有无检测放电无关，而在基于预先被分为多个种类的多个电源中、影响射束扫描方向的离子束宽度的电源电压测定值背离其设定值的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
在某一半导体制造工序的离子注入工序中，控制射束扫描方向的离子束宽度的值，能够使最终制造出的半导体的性能不存在差异，或者能够使得在最终制造出的半导体产品中在单位时间内如何能够制造更多其性能在该半导体产品的容许范围内的半导体产品的意义上的、半导体产品的生产率较高的情况下，选择图9的放电判断方法。
尤其如图9所示，影响离子束的放电现象的结果导致射束扫描方向的离子束宽度的值发生改变的情况下，使用基于剂量杯8的束电流测定的放电基本过程可能性检测方法无法准确地捕捉其放电现象。即，在图9的例子中，控制射束扫描方向的离子束宽度值，能够使最终制造出的半导体的性能不存在差异的情况下，应作为影响离子束的放电现象而检测的情况为#3、情况#5、情况#6、情况#7，但是若利用基于剂量杯8的束电流测定的放电检测，则虽然能够检测情况#5、情况#7，但是无法检测情况#3、情况#6，反而导致错误检测情况#1、情况#4。从而，在最终制造出的半导体的性能差异大于射束扫描方向的离子束宽度差异的离子注入工序中，由于影响离子束的放电现象的错误检测而导致降低半导体产品的生产率，并且会遗漏一部分影响离子束的放电现象，因此导致最终制造出的半导体的性能在晶圆表面内产生差异。
该事实对于在离子注入工序中所要求的赋予离子注入工序以特征的物理量中的离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、及射束扫描方向的离子束宽度是相同的。即，在本实施方式中，在最终制造出的半导体的性能差异大于离子的注入角度、晶圆扫描方向的离子束宽度、及射束扫描方向的离子束宽度中的一个或多个物理量差异的离子注入工序中，防止因错误检测影响离子束的放电现象而引起的半导体产品的生产率下降，且能够防止因遗漏影响离子束的放电现象而引起的最终制造出的半导体的性能在晶圆面内产生差异。
[第5实施方式]
接着，参考图10，对于在第5实施方式所涉及的离子注入方法中检测影响离子束的放电现象的又一方法进行说明。图10是用于说明第5实施方式所涉及的放电现象的检测与放电判定之间的关系的图。图10中示出如下情况，即在向半导体晶圆10注入离子过程中采用不进行束电流测定的注入方法设定的情况下，在基于预先分为多个种类的多个电源中、影响射束扫描方向的离子束宽度的电源电压测定值背离其设定值的放电基本过程可能性检测方法检测出放电的情况下，判断为影响离子束的放电现象，且判断为向晶圆注入离子时的射束状态为异常。
在某一半导体制造工序的离子注入工序中，控制射束扫描方向的离子束宽度值，能够使最终制造出的半导体的性能不存在差异的情况下，从放电检测的方面来看，不需要基于剂量杯8的束电流测定。从而，例如离子的注入剂量差异对最终制造出的半导体的性能没有很大影响的情况下，不需要离子注入过程中的射束电流测定本身，因此可以说例如图10的方法为合适的。
以下，列举本发明的几种方式。
实施方式的某一方式的离子注入方法为，将离子源1中所产生的离子传输至半导体晶圆10，以离子束照射半导体晶圆10而注入离子的离子注入方法中包括状态判断工序，该工序在向晶圆注入离子的过程中，利用多个可检测存在放电可能性的现象的检测部(例如，剂量杯8或电源电压测定部21～27)，并根据检测出的存在放电可能性的现象的有无以及该现象对离子束的影响程度能够判断离子束的状态。由此，能够准确地检测放电，且高精度地判断离子束的状态。在此，存在放电可能性的现象也可以包括所述放电现象等。
还可以包括在使离子束扫描的同时对晶圆注入离子的离子注入工序。在状态判断工序中，作为多个检测部中的一个检测部，可以使用在每次扫描离子束时能够测定离子束的电流的束电流测定部(剂量杯8)来检测存在放电可能性的现象。由此，能够准确地检测放电现象。另外，离子注入工序也可以如下进行，即使离子束在一个方向上进行往复扫描，且在与射束扫描方向正交的方向上使晶圆进行机械扫描。
在状态判断工序中，作为多个检测部中的一个检测部，可以使用对构成从离子源到晶圆为止的射束线的设备所具有的电源电压进行测定的电源电压测定部(例如，电源电压测定部21)来检测存在放电可能性的现象。由此，能够直接地检测放电。
在状态判断工序中，作为多个检测部的一部分，可以使用对构成从离子源到晶圆为止的射束线的各设备分别具有的电源的电压进行测定的多个电源电压测定部(例如，电源电压测定部21～27)来检测存在放电可能性的现象。由此，能够直接而高精度地检测放电。
在状态判断工序中，当多个检测部中的至少一个检测出存在放电可能性的现象的情况下，可以判断为离子束的状态为异常。由此，减少了事实上存在放电可能性而无法检测到的情况。
在状态判断工序中，在束电流测定部检测出存在放电的可能性的现象，且至少一个电源电压测定部检测出存在放电可能性现象的情况下，可以判断为离子束状态为异常。由此能够高精度地检测放电。
在状态判断工序中，当束电流测定部检测出存在放电可能性的现象，且根据对离子束的影响而分为多组的多个电源电压测定部中属于其中一组的电源电压测定部检测出存在放电可能性的现象的情况下，可以判断为离子束的状态为异常。由此能够高精度地检测放电。
在状态判断工序中，可以根据确定离子注入条件的各种设定来确定用于检测存在放电可能性的现象的多个检测部的组合。由此，能够利用与离子注入条件相应的适当的多个检测部来检测存在放电可能性的现象。
并且，其他方式为离子注入装置100。该装置具备：设备(离子源1、引出电极2、射束扫描仪5、平行透镜6、静电透镜12、集束电极14等)，构成将在离子源1中所产生的离子传输至半导体晶圆10的射束线；多个检测部(剂量杯8或电源电压测定部21～27)，用离子束照射半导体晶圆10而注入离子的过程中，能够检测存在放电可能性的现象；及判断部30(参考图1(b))，根据通过多个检测部检测出的存在放电可能性的现象的有无以及该现象影响离子束的程度来判断离子束的状态。由此，能够适当地检测放电且高精度地判断离子束的状态。
设备中也可以具有使离子束扫描的射束扫描仪5。多个检测部中之一为在每次进行离子束扫描时能够测定离子束的电流的束电流测定部(剂量杯8)，多个检测部的一部分也可以是对构成从离子源到晶圆为止的射束线的各设备分别具有的电源电压进行测定的多个电源电压测定部21～27。由此，能够适当地检测放电现象。
在多个检测部中的至少一个检测出存在放电可能性的现象的情况下，判断部30可以判断为离子束的状态为异常。由此，能够减少事实上存在放电可能性但无法检测到的情况。
在束电流测定部检测出存在放电可能性的现象，且根据对离子束的影响而分为多组的多个电源电压测定部中属于其中一组的电源电压测定部检测出存在放电可能性的现象的情况下，判断部30可以判断为离子束的状态异常。由此能够高精度地检测放电。
以上，参考上述各实施方式说明了本发明，但是本发明并不限定于所述各实施方式，适当地组合或置换各实施方式的构成也包含于本发明。并且，根据本领域技术人员的知识，可以适当地重组各实施方式中的组合或处理顺序，或者对实施方式追加各种设计变更等变形，追加这些变形的实施方式也能够包含在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种离子注入方法，其将由离子源产生的离子传输至晶圆，并以离子束照射晶圆而注入离子，其特征在于，
包括状态判断工序，该状态判断工序在向晶圆注入离子的过程中，使用多个能够检测存在放电可能性的现象的检测部，并根据检测出的存在放电可能性的现象的有无以及该现象影响离子束的程度来判断所述离子束的状态。
2.根据权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于，
所述方法还包括离子注入工序，该离子注入工序边使离子束扫描边对晶圆注入离子，
在所述状态判断工序中，作为所述多个检测部中的一个检测部，利用在每次进行离子束扫描时能够测定离子束的电流的束电流测定部检测存在放电可能性的现象。
3.根据权利要求2所述的离子注入方法，其特征在于，
所述离子注入工序使离子束在一个方向上进行往复扫描，且在与射束扫描方向正交的方向上使晶圆进行机械扫描。
4.根据权利要求2或3所述的离子注入方法，其特征在于，
在所述状态判断工序中，作为所述多个检测部中的一个检测部，利用对构成从离子源到晶圆的射束线的设备所具有的电源的电压进行测定的电源电压测定部检测存在放电可能性的现象。
5.根据权利要求2或3所述的离子注入方法，其特征在于，
在所述状态判断工序中，作为所述多个检测部中的一个检测部，利用对构成从离子源到晶圆的射束线的各设备分别具有的电源的电压进行测定的多个电源电压测定部来检测存在放电可能性的现象。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
在所述状态判断工序中，在所述多个检测部中的至少一个检测部检测出存在放电可能性的现象的情况下，判断为离子束状态异常。
7.根据权利要求4或5所述的离子注入方法，其特征在于，
在所述状态判断工序中，在所述束电流测定部检测出存在放电可能性的现象，且至少一个所述电源电压测定部检测出存在放电可能性的现象的情况下，判断为离子束状态异常。
8.根据权利要求5所述的离子注入方法，其特征在于，
在所述状态判断工序中，在所述束电流测定部检测出存在放电可能性的现象，且根据对离子束的影响而分为多组的所述多个电源电压测定部中属于其中一组的电源电压测定部，检测出存在放电可能性的现象的情况下，判断为离子束状态异常。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
在所述状态判断工序中，根据确定离子注入条件的各种设定，确定用于检测存在放电可能性的现象的所述多个检测部的组合。
10.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
构成将由离子源产生的离子传输至晶圆的射束线的设备；
多个检测部，在以离子束照射晶圆而注入离子的过程中，能够检测存在放电可能性的现象；以及
判断部，根据通过所述多个检测部检测出的存在放电可能性的现象的有无以及该现象影响离子束的程度来判断所述离子束的状态。
11.根据权利要求10所述的离子注入装置，其特征在于，
所述设备具有使离子束扫描的射束扫描仪，
所述多个检测部中的一个检测部为，在每次进行离子束扫描时能够测定离子束的电流的束电流测定部，
所述多个检测部的一部分检测部为，对构成从离子源到晶圆的射束线的各设备分别具有的电源的电压进行测定的多个电源电压测定部。
12.根据权利要求10或11所述的离子注入装置，其特征在于，
在所述多个检测部中的至少一个检测部检测出存在放电可能性的现象的情况下，所述判断部判断为离子束状态异常。
13.根据权利要求11所述的离子注入装置，其特征在于，
在所述束电流测定部检测出存在放电可能性的现象，且根据对离子束的影响而分为多组的所述多个电源电压测定部中属于其中一组的电源电压测定部，检测出存在放电可能性的现象的情况下，所述判断部判断为离子束的状态异常。
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