CN105304442A - 离子注入装置及离子注入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法。本发明的离子注入装置(300)具备：射束扫描部(306)；及配设于射束扫描部(306)的下游的射束平行化部(308)。射束扫描部(306)在入射离子束的中心轴上的射束扫描部(306)的中央部具有扫描原点。射束平行化部(308)在扫描原点具有作为平行化透镜的焦点。离子注入装置(300)构成为，向射束扫描部(306)入射的入射离子束的焦点位置沿着入射离子束的中心轴而位于扫描原点的上游侧。向射束扫描部(306)入射的入射离子束的焦点位置被调整为，沿着入射离子束的中心轴而位于扫描原点的上游侧，以便补正由从射束平行化部(308)射出的出射离子束的空间电荷效应引起的发散现象。

Description

离子注入装置及离子注入方法

技术领域

本申请主张基于2014年6月9日申请的日本专利申请第2014-118901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，更详细地讲涉及一种离子注入装置及离子注入方法。

背景技术

在一种离子注入装置中连接有离子源及其电源，以使具有较小射束电流量的离子束从离子源引出(例如，参考专利文献1)。该装置中能够改变离子源和电源的连接，以使具有较大射束电流量的离子束从离子源引出。

另一种离子注入装置具有离子源、加速管及连接它们的电源的电路，以使以较高的离子能量向靶注入离子(例如参考专利文献2)。该电路上设有用于切换连接的选择开关，以便在离子能量较低时也能够注入离子。

专利文献1：日本特开昭62-122045号公报

专利文献1：日本特开平1-149960号公报

如上所述尝试稍微扩大离子注入装置的运转范围。但就超过现有类型的运转范围的扩张而言，几乎没有可行性建议。

离子注入装置通常被分为高电流离子注入装置、中电流离子注入装置及高能量离子注入装置这3个类型。实际应用中所需的设计上的要件按类型有所不同，因此一种类型的装置与另一种类型的装置，例如关于射束线，可具有大不相同的结构。因此，认为在离子注入装置的用途(例如半导体制造工艺)上，类型不同的装置不具有互换性。即，在一种特定离子注入处理中选择使用特定类型的装置。由此，为了进行各种离子注入处理，可能需要具备多种离子注入装置。

发明内容

本发明的一种方式所例示的目的之一为提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法，例如，以1台离子注入装置实现高电流离子注入装置及中电流离子注入装置这两台装置的作用的离子注入装置及离子注入方法。

根据本发明的方式，提供一种离子注入装置，该离子注入装置具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，其中，所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，所述离子注入装置构成为，使向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置沿着所述入射离子束的中心轴而位于所述扫描原点的上游侧，向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置被调整为，沿着所述入射离子束的中心轴而位于所述扫描原点的上游侧，以补正由从所述射束平行化部射出的出射离子束的空间电荷效应引起的发散现象。

根据本发明的一种方式，提供一种离子注入装置，该离子注入装置具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，其中，所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，所述离子注入装置具备：测定部，对表示从所述射束平行化部射出的出射离子束所具有的角度分布的扩散大小和所述出射离子束的发散/会聚状态的射束发散度进行测定；及控制部，沿着所述入射离子束的中心轴调整向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置，以将通过所述测定部测定的所述出射离子束的射束发散度与所希望的值进行比较，并使射束发散度与该期望值一致。

根据本发明的一种方式，提供一种离子注入装置的离子注入方法，该离子注入装置具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，其中，所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，所述方法具备如下工序：通过所述射束扫描部扫描所述入射离子束；通过所述射束平行化部使扫描的离子束偏转；及调整所述入射离子束的焦点位置，使其沿着所述入射离子束的中心轴而位于所述扫描原点的上游侧，以补正由从所述射束平行化部射出的出射离子束的空间电荷效应引起的发散现象。

根据本发明的一种方式，提供一种离子注入装置的离子注入方法，该离子注入装置具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，其中，所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，所述方法具备如下工序：通过所述射束扫描部来扫描所述入射离子束；通过所述射束平行化部使扫描的离子束偏转；对表示从所述射束平行化部射出的出射离子束所具有的角度分布的扩散大小及所述出射离子束的发散/会聚状态的射束发散度进行测定；及沿着所述入射离子束的中心轴调整向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置，以将所测定的所述出射离子束的射束发散度与所希望的值进行比较，并使射束发散度与该期望值一致。

另外，在方法、装置、系统、程序等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件和表现形式，作为本发明的方式同样有效。

发明效果

根据本发明可提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法。

附图说明

图1为针对几种典型的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。

图2为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。

图3为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。

图4为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。

图5(a)为表示本发明的一种实施方式所述涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图，图5(b)表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的侧视图。

图6为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。

图7为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。

图8(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图8(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。

图9(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图9(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。

图10为表示本发明的实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。

图11为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。

图12为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。

图13为用于说明使用典型的离子注入装置的图。

图14为用于说明使用本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。

图15(a)为例示离子束的每个离子的行进方向的图，图15(b)为例示离子束所具有的角度分布的图。

图16为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的结构的图。

图17为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的结构的图。

图18为表示射束扫描部的扫描原点的概略图。

图19(a)及图19(b)为用于说明离子束的焦点调整与射束发散度之间的关系的图。

图20(a)及图20(b)为用于说明离子束的焦点调整与射束发散度之间的关系的图。

图中：100-离子注入装置，116-控制部，200-离子注入装置，215-离子束，300-离子注入装置，304-射束会聚部，306-射束扫描部，308-射束平行化部，310-射束发散度测定部，312-射束发散度控制部，316-入射离子束，318-出射离子束，F-射束焦点，S-扫描原点，W-被处理物。

具体实施方式

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，对于相同的要件附加相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述结构为示例，并不对本发明的范围做任何限定。例如，以下，作为进行离子注入的物体以半导体晶片为例进行说明，但也可以是其他物质或部件。

首先，对达到后述本申请发明的实施方式的过程进行说明。离子注入装置根据应构筑在加工物内的所需的特性，能够选择所注入的离子种类，并设定其能量及剂量。通常，离子注入装置根据所注入的离子的能量及剂量范围被分为几个类型。代表性的类型有高剂量高电流离子注入装置(以下称为HC)、中剂量中电流离子注入装置(以下称为MC)、及高能量离子注入装置(以下称为HE)。

图1示意地表示典型序列式高剂量高电流离子注入装置(HC)、序列式中剂量中电流离子注入装置(MC)、序列式高能量离子注入装置(HE)的能量范围及剂量范围。图1中横轴表示剂量，纵轴表示能量。其中，所谓剂量是指每单位面积(例如cm²)中注入离子(原子)的个数，通过离子电流的时间积分获得所注入的物质的总量。通过离子注入给予的离子电流通常以mA或μA表示。剂量有时也被称为注入量或剂量。图1中，分别以符号A、B、C表示HC、MC、HE的能量及剂量范围。这些均在每次注入时不同注入条件(也称为制法)所需的注入条件的集合范围内，并表示考虑实际所能允许的生产率而与注入条件(制法)相匹配的实际合理的装置结构类型。图示各范围表示能够由各类型的装置处理的注入条件(制法)范围。剂量表示估计实际处理时间时的粗略值。

HC用于0.1～100keV左右的低能量范围且1×10¹⁴～1×10¹⁷atoms/cm²左右的高剂量范围的离子注入。MC用于3～500keV左右的中等能量范围且1×10¹¹～1×10¹⁴atoms/cm²左右的中等程度的剂量范围的离子注入。HE用于100keV～5MeV左右的较高能量范围且1×10¹⁰～1×10¹³atoms/cm²左右的低剂量范围的离子注入。由此，由HC、MC、HE分担对于能量范围达到5位数左右，对于剂量范围达到7位数左右的广泛的注入条件的范围。但是，这些能量范围或剂量范围为典型性例子，并不严谨。并且，注入条件的给予方式并不限于剂量及能量，而很多样。注入条件可以根据射束电流值(射束的剖面的分布中以电流表示面积积分射束量的值)、吞吐量、注入均匀性等来设定。

一种用于进行离子注入处理的注入条件包含能量及剂量的特定值，因此在图1中能够以一个个点来表示。例如，注入条件a具有一种高能量及一种低剂量的值。注入条件a处于MC的运转范围且HE的运转范围，因此能够利用MC或HE进行处理。注入条件b为中等程度的能量/剂量，能够以HC、MC、HE中的任一种进行处理。注入条件c为中等程度的能量/剂量，能够以HC或MC进行处理。注入条件d为低能量/高剂量，只能以HC进行处理。

离子注入装置在半导体设备的生产中是必不可少的机器，其性能和生产率的提高对于设备制造商而言具有重要意义。设备制造商从这些多个离子注入装置类型中选择能够实现所要制造的设备所需的注入特性的装置。此时，设备制造商考虑最佳的制造效率的实现、装置的总成本等各种情况，来决定各类型的装置的数量。

考虑一下如下情形，即一种类型的装置以较高的运行率使用，另一类型的装置的处理能力比较有富余。此时，严格来讲每个类型的注入特性都不同，因此若为了获得所需的设备不能以后述装置代替前述装置来使用，则前述装置的故障会在生产工序上遇到难关，由此有损于整体生产率。通过事先估测故障率并基于此决定台数结构，某种程度上能够避免这种问题。

要制造的设备随着需求的变化或技术的改进而变化，由于所需装置的台数结构变化而产生装置缺损或闲置装置，使得装置的运用效率下降。通过预测未来产品的发展趋势并反映到台数结构，在某种程度上能够避免这种问题。

即使能够用另一类型的装置代替，装置的故障或制造设备的变化也能够给设备制造商带来制造效率低下或浪费投资的后果。例如，至今为止，主要以中电流离子注入装置进行处理的制造工艺，有时因改变制造设备而以高电流离子注入装置进行处理。如此一来，高电流离子注入装置的处理能力变得不够，而中电流离子注入装置的处理能力变得多余。若变更后的状态在以后的长时间内不会变化则能够通过采取购买新型高电流离子注入装置及出售所拥有的中电流离子注入装置的措施，来改善装置的运用效率。然而，频繁地改变工艺或难以预测这种变化时，会对生产造成影响。

实际上，无法直接用另一类型的离子注入装置代用为了制造一种设备而以一种类型的离子注入装置来进行的工艺。这是因为需要配合离子注入装置上的设备特性来进行工作。即，在新的离子注入装置中以相同的离子种类、能量、剂量执行工艺而获得的设备特性会大大背离由以前的离子注入装置所获得的设备特性。由于除离子种类、能量、剂量以外的诸多条件，例如，射束电流密度(即剂量率)、注入角度、注入区域的重涂方法等也影响设备特性。通常，类型不同时装置结构也不同，因此即使统一离子种类、能量及剂量，也无法使影响设备特性的其他条件自动一致。这些诸多条件有赖于注入方式。注入方式例如有，射束与加工物之间的相对移动方式(例如，扫描射束、带状束、二维晶片扫描等)或，以后叙述的批量式和序列式类别等。

此外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置为批量式，中剂量中电流离子注入装置为序列式，大致分为这两类，这就拉大了装置之间的差距。批量式大多为一次性对多个晶片进行处理的方式，这些晶片例如配置在圆周上。序列式为逐一处理晶片的方式，也被称为单晶片式。另外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置有时会采用序列式。

另外，对于批量式高剂量高电流离子注入装置的射束线，根据基于高剂量高电流射束特性的射束线设计上的要求，典型地制作成比序列式的中剂量中电流离子注入装置更短。这是为了在高剂量高电流射束线设计中，抑制因低能量/高射束电流条件下的离子束的发散引起的射束损失。尤其是为了通过包括形成射束的离子相互排斥的带电粒子，来减少向径向外侧扩大的趋势，即所谓的射束放大。与高剂量高电流离子注入装置为序列式时相比，这种设计上的必要性在为批量式时更为显著。

之所以将序列式的中剂量中电流离子注入装置的射束线制作地相对较长，是为了离子束的加速及射束成型。在序列式中剂量中电流离子注入装置中，颇具运动量的离子进行高速移动。这些离子穿过一个或几个追加到射束线的加速用间隙，由此运动量得到增加。此外，在修改颇具运动量的粒子的轨道时，为了充分施加聚焦力，必须相对加长聚焦部。

高能量离子注入装置中采用线性加速方式或串联加速方式，因此与高剂量高电流离子注入装置或中剂量中电流离子注入装置的加速方式具有本质上的区别。这种本质上的差异在高能量离子注入装置为序列式或批量式时均相同。

如此，离子注入装置HC、MC、HE因类型的不同其射束线的形式或注入方式也不同，并作为各自完全不同的装置被人们所知。类型相异的装置间的结构上的差异被认为是不可避免的。如HC、MC、HE一样，在不同形式的装置之间对设备特性所造成的影响进行考虑的工艺互换性未得到保证。

因此，期待具有比现有类型的装置更广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。尤其期待不改变注入装置的形式，就能够以现有的至少包括2个类型的广泛的能量及剂量进行注入的离子注入装置。

并且，近年来所有注入装置均采用序列式逐渐成为主流。因此，期待具有序列式结构且具有广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。

此外，与HE采用本质上不同的加速方式相比，HC和MC在具备以直流电压使离子束加速或减速的射束线这一点上相通。因此，HC和MC的射束线有可能通用。因此，期待能够以1台机实现HC和MC这两台机的作用的离子注入装置。

能够在这种广泛的范围内运转的装置有利于改善设备制造商的生产率或运用效率。

另外，中剂量中电流离子注入装置(MC)与高剂量高电流离子注入装置(HC)相比能够在高能量范围且低剂量范围运转，因此在本申请中有时被称为低电流离子注入装置。同样，针对中剂量中电流离子注入装置(MC)，有时将能量及剂量分别称为高能量及低剂量。或者针对高剂量高电流离子注入装置(HC)，有时将能量及剂量分别称为低能量及高剂量。但是在本申请中这种表达方式并不是仅对中剂量中电流离子注入装置(MC)的能量范围及剂量范围作出限定，可根据上下文如字面意思表示“一种较高(或较低)能量(或剂量)的范围”。

图2为示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置100的图。离子注入装置100构成为根据所给的离子注入条件对被处理物W的表面进行离子注入处理。离子注入条件例如包括应注入到被处理物W的离子种类、离子的剂量及离子的能量。被处理物W例如为基板，例如为晶片。因此，以下说明中为方便起见有时将被处理物W称为基板W，但这不是将注入处理的对象限定在特定物体上。

离子注入装置100具备离子源102、射束线装置104、及注入处理室106。并且，离子注入装置100还具备向离子源102、射束线装置104及注入处理室106提供所需的真空环境的真空排气系统(未图示)。

离子源102构成为生成应注入到基板W的离子。离子源102向射束线装置104供给通过射束的电流调整用要件的一例即引出电极单元118从离子源102加速引出的离子束B1。以下，有时将称为初始离子束B1。

射束线装置104构成为从离子源102向注入处理室106输送离子。射束线装置104提供用于输送离子束的射束线。射束线是离子束的通道，也被称为射束轨道的路径。射束线装置104对初始离子束B1进行包括例如偏转、加速、减速、整形、扫描等在内的操作，由此形成离子束B2。以下，有时将称为注入离子束B2。射束线装置104具备为这种射束操作而排列的多个射束线构成要件。由此，射束线装置104向注入处理室106供给注入离子束B2。

注入离子束B2在垂直于射束线装置104的射束输送方向(或沿射束轨道方向)的面内具有射束照射区域105。射束照射区域105通常具有包含基板W的宽度的宽度。例如当射束线装置104具备扫描斑点状的离子束的射束扫描装置时，射束照射区域105为沿着垂直于射束输送方向的长边方向而遍及扫描范围延伸的细长照射区域。并且，当射束线装置104具备带状束发生器时，射束照射区域105也同样为沿着垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。但是，该细长照射区域为该带状束的剖面。细长照射区域在长边方向上比基板W的宽度(基板W为圆形时为直径)长。

注入处理室106具备保持基板W以使基板W接收注入离子束B2的物体保持部107。物体保持部107构成为能够向与射束线装置104的射束输送方向及射束照射区域105的长边方向垂直的方向移动基板W。即，物体保持部107提供基板W的机械扫描。在本申请中，机械扫描与机械式扫描意思相同。另外，其中。“垂直方向”并非如本领域技术人员所理解的那样，被严格地仅限定为正交。“垂直方向”例如可包括在稍微朝上下方向倾斜地向基板W注入时的这种倾斜角度。

注入处理室106作为序列式的注入处理室构成。因此物体保持部107典型地保持1片基板W。但是，物体保持部107也可以构成为如批量式那样具备保持多个(例如小型)基板的支承台，通过在该支承台进行直线往复移动来进行该多个基板的机械扫描。另一实施方式中，注入处理室106也可以作为批量式的注入处理室构成。此时，例如物体保持部107可具备将多个基板W保持为在圆周上可旋转的旋转圆盘。旋转圆盘可以构成为，提供机械扫描。

图3中示出射束照射区域105和与其相关的机械扫描的一例。离子注入装置100构成为，能够实施以并用斑点状的离子束B2的一维射束扫描S_B和基板W的一维机械扫描S_M的混合式扫描方式进行的离子注入。在物体保持部107的侧面设有射束计量仪130(例如法拉第杯)，以在射束照射区域105重叠，其计量结果可提供到控制部116。

以此，射束线装置104构成为将具有射束照射区域105的注入离子束B2供给到注入处理室106。射束照射区域105被形成为，协同基板W的机械扫描对整个基板W照射注入离子束B2。因此，通过基板W和离子束的相对移动能够向基板W注入离子。

在另一实施方式中，离子注入装置100被构成为，能够实施并用带状离子束B2和基板W的一维机械扫描的带状束+晶片扫描方式进行的离子注入。带状束在均匀保持其横宽的同时进行扩展，基板W以与带状束交叉的方式被扫描。另外，在另一实施方式中，离子注入装置100也可以构成为，能够实施在固定斑点状的离子束B2的射束轨道的状态下以二维机械扫描基板W的方式进行的离子注入。

另外，离子注入装置100并不限定在用于遍及基板W上的广泛区域进行离子注入的特定注入方式。也可以是不使用机械扫描的注入方式。例如，离子注入装置100可以构成为，能够实施以在基板W上二维扫描斑点状射束B2的二维射束扫描方式进行的离子注入。或者，可以构成为，能够实施以利用二维扩展的离子束B2的大尺寸射束方式进行的离子注入。该大尺寸射束在保持均匀性的同时扩展射束尺寸以达到基板尺寸以上，能够一次性处理整个基板。

对于详细内容后续再进行说明，离子注入装置100能够在高剂量注入用的第1射束线设定S1或低剂量注入用的第2射束线设定S2下运转。因此，射束线装置104在运转过程中具有第1射束线设定S1或第2射束线设定S2。这2个设定被定为，在共同的注入方式下生成用于不同的离子注入条件的离子束。因此，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下成为离子束B1、B2的基准的射束中心轨道相同。针对射束照射区域105，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下也相同。

成为基准的射束中心轨道是指，在扫描射束的方式中，不扫描射束时的射束轨道。并且，为带状束时，成为基准的射束中心轨道相当于射束剖面的几何中心的轨迹。

然而，能够将射束线装置104划分为离子源102侧的射束线上游部分和注入处理室106侧的射束线下游部分。在射束线上游部分例如设有具备质谱分析磁铁和质谱分析狭缝的质谱分析装置108。质谱分析装置108通过对初始离子束B1进行质谱分析而向射束线下游部分仅供给所需的离子种类。在射束线下游部分例如设有决定注入离子束B2的射束照射区域105的射束照射区域决定部110。

射束照射区域决定部110构成为，通过向射入的离子束(例如初始离子束B1)施加电场或磁场(或这两者)，射出具有射束照射区域105的离子束(例如注入离子束B2)。在一种实施方式中，射束照射区域决定部110具备射束扫描装置和射束平行化装置。对于这些射束线构成要件的示例，参考图5后续进行说明。

另外，上述上游部分及下游部分的划分只不过是为了便于说明射束线装置104中构成要件的相对位置关系而谈及，望能理解。因此，例如射束线下游部分的一种构成要件也可以配置在比注入处理室106更靠近离子源102的地方。相反时也同样如此。因此，在一种实施方式中，射束照射区域决定部110可以具备带状束发生器和射束平行化装置，带状束发生器也可以具备质谱分析装置108。

射束线装置104具备能量调整系统112和射束电流调整系统114。能量调整系统112构成为调整向基板W注入的能量。射束电流调整系统114构成为，为了在广泛的范围内改变向基板W注入的剂量，能够在较大范围内调整射束电流。射束电流调整系统114被设成(与其说是以质)以量调整离子束的射束电流。一种实施方式中，为了调整射束电流能够利用离子源102的调整，此时，可以看做射束电流调整系统114具备离子源102。对于能量调整系统112及射束电流调整系统114的详细内容以后进行叙述。

并且，离子注入装置100具备控制部116，该控制部用于控制整个或一部分(例如整个或一部分射束线装置104)离子注入装置100。控制部116构成为，从包含第1射束线设定S1和第2射束线设定S2的多个射束线设定中选择任意一个，在所选射束线设定下运转射束线装置104。具体而言，控制部116根据所选择的射束线设定来设定能量调整系统112及射束电流调整系统114，并控制能量调整系统112及射束电流调整系统114。另外，控制部116可以是用于控制能量调整系统112及射束电流调整系统114的专用控制装置。

控制部116构成为，在包含第1射束线设定S1和第2射束线设定S2的多个射束线设定当中，选择与所给离子注入条件相符的任一种射束线设定。第1射束线设定S1适合输送用于向基板W进行高剂量注入的高电流射束。因此，控制部116例如在注入到基板W的所需离子剂量大致在1×10¹⁴～1×10¹⁷atoms/cm²的范围时，选择第1射束线设定S1。并且，第2射束线设定S2适合输送用于向基板W进行低剂量注入的低电流射束。因此，控制部116例如在注入到基板W的所需离子剂量大致在1×10¹¹～1×10¹⁴atoms/cm²的范围时，选择第2射束线设定S2。对于这些射束线设定的详细内容，后续再叙。

能量调整系统112具备沿射束线装置104配设的多个能量调整要件。这些多个能量调整要件配置在分别固定于射束线装置104上的位置。如图2所示，能量调整系统112例如具备3个调整要件，具体而言为上游调整要件118、中间调整要件120及下游调整要件122。这些调整要件分别具备以用于使初始离子束B1和/或注入离子束B2加速或减速的电场产生作用的方式构成的一个或多个电极。

上游调整要件118设在射束线装置104的上游部分例如最上游部。上游调整要件118例如具备用于从离子源102向射束线装置104引出初始离子束B1的引出电极系统。中间调整要件120设在射束线装置104的中间部分，例如具备静电式射束平行化装置。下游调整要件122设在射束线装置104的下游部分，例如具备加速柱/减速柱。下游调整要件122也可以具备配置在加速器/减速器的下游的角能量过滤器(AEF)。

并且，能量调整系统112具备用于上述能量调整要件的电源系统。对于此，参考图6及图7后续再叙。另外，可以在射束线装置104上的任意位置设置任意个这些多个能量调整要件，不限于图示的配置。并且，能量调整系统112也可以只具备1个能量调整要件。

射束电流调整系统114设在射束线装置104的上游部分，具备用于调整初始离子束B1的射束电流的射束电流调整要件124。射束电流调整要件124构成为，当初始离子束B1通过射束电流调整要件124时切断初始离子束B1的至少一部分。在一种实施方式中，射束电流调整系统114可具备沿射束线装置104配设的多个射束电流调整要件124。并且，射束电流调整系统114也可以设在射束线装置104的下游部分。

射束电流调整要件124具备可动部分，该可动部分用于调整与射束线装置104的射束输送方向垂直的离子束剖面的通过区域。通过该可动部分射束电流调整要件124构成具有限制初始离子束B1的一部分的宽度可变狭缝或形状可变开口的射束限制装置。并且，射束电流调整系统114具备连续或间断地调整射束电流调整要件124的可动部分的驱动装置。

射束电流调整要件124可以在具有可动部分的同时或代替该可动部分，具备各自具有多个不同面积和/或形状的射束通过区域的多个调整部件(例如调整孔径)。射束电流调整要件124构成为，能够切换多个调整部件中配置在射束轨道上的调整部件。以此，射束电流调整要件124可以构成为阶段性地调整射束电流。

如图所示，射束电流调整要件124是不同于能量调整系统112的多个能量调整要件的另一射束线构成要件。通过分别设置射束电流调整要件和能量调整要件，能够个别进行射束电流的调整和能量调整。由此，能够提高每个射束线设定中的射束电流范围及能量范围的设定的自由度。

第1射束线设定S1包括用于能量调整系统112的第1能量设定和用于射束电流调整系统114的第1射束电流设定。第2射束线设定S2包括用于能量调整系统112的第2能量设定和用于射束电流调整系统114的第2射束电流设定。第1射束线设定S1指向低能量且高剂量的离子注入，第2射束线设定S2指向高能量且低剂量的离子注入。

因此，第1能量设定被定为与第2能量设定相比更适合输送低能量射束。并且被定为第2射束电流设定下的离子束的射束电流小于第1射束电流设定下的离子束的射束电流。通过组合注入离子束B2的射束电流的调整和照射时间的调整能够将所需剂量注入到基板W。

第1能量设定包含决定能量调整系统112和其电源系统之间的连接的第1电源连接设定。第2能量设定包含决定能量调整系统112和其电源系统之间的连接的第2电源连接设定。第1电源连接设定被定为中间调整要件120和/或下游调整要件122产生用于支援射束输送的电场。例如构成为，射束平行化装置及加速柱/减速柱整体在第1能量设定下使注入离子束B2减速，并在第2能量设定下使注入离子束B2加速。通过这些电源连接设定，决定能量调整系统112的各调整要件的电压调整范围。在该调整范围内，能够调整与各调整要件相对应的电源的电压，以向注入离子束B2供给所需的注入能量。

第1射束电流设定包含决定射束电流调整要件124的离子束通过区域的第1开口设定。第2射束电流设定包含决定射束电流调整要件124的离子束通过区域的第2开口设定。被定为第2开口设定下的离子束通过区域小于第1开口设定下的离子束通过区域。这些开口设定例如规定射束电流调整要件124的可动部分的移动范围。或者，开口设定也可以规定应被使用的调整部件。如此，在通过开口设定规定的调整范围内，能够在射束电流调整要件124上设定与所需射束电流相对应的离子束通过区域。能够在所实施的离子注入处理容许的处理时间内调整离子束通过区域，以向基板W注入所希望的剂量。

因此，射束线装置104在第1射束线设定S1下具有第1能量调整范围，在第2射束线设定S2下具有第2能量调整范围。为了能够在广泛的范围内进行调整，第1能量调整范围具有与第2能量调整范围重叠的部分。即，两个调整范围至少在各自的端部彼此重合。重叠部分可以是直线型，此时两个调整范围相切。另一实施方式中，第1能量调整范围可从第2能量调整范围分离。

同样，射束线装置104在第1射束线设定S1下具有第1剂量调整范围，在第2射束线设定S2下具有第2剂量调整范围。第1剂量调整范围与第2剂量调整范围具有重复部分。即，两个调整范围至少在各自的端部彼此重叠。重复部分可以是直线型，此时两个调整范围相切。另一实施方式中，第1剂量调整范围可从第2剂量调整范围分离。

这样，射束线装置104在第1射束线设定S1下以第1运转模式运转。在以下说明中，有时将第1运转模式称为低能量模式(或高剂量模式)。并且，射束线装置104在第2射束线设定S2下以第2运转模式运转。在以下说明中，有时将第2运转模式称为高能量模式(或低剂量模式)。也能够将第1射束线设定S1称为适合输送用于向被处理物W进行高剂量注入的低能量/高电流射束的第1注入设定结构。也能够将第2射束线设定S2称为适合输送用于向被处理物W进行低剂量注入的高能量/低电流射束的第2注入设定结构。

离子注入装置100的操作人员能够在执行一种离子注入处理之前根据其处理的注入条件切换射束线设定。因此，能够以1台离子注入装置对从低能量(或高剂量)到高能量(或低剂量)的广泛范围进行处理。

并且，离子注入装置100以相同的注入方式，与注入条件的广泛范围相对应。即，离子注入装置100以实际相同的射束线装置104对广泛的范围进行处理。此外，离子注入装置100具有最近成为主流的一种序列式结构。因此，虽然会在后续进行详细说明，离子注入装置100适合用作现有的离子注入装置(例如HC和/或MC)的通用构件。

能够看做，射束线装置104具备控制离子束的射束控制装置、调整离子束的射束调整装置及对离子束进行整形的射束整形装置。射束线装置104通过射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置供给具有在注入处理室106中超过被处理物W的宽度的射束照射区域105的离子束。在离子注入装置100中，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置可以具有相同的硬件结构。此时，在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2中，射束控制装置、射束调整装置及射束整形装置可以以相同的布局配置。由此，离子注入装置100可以在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下具有相同的设置占地面积(所谓占用面积)。

成为基准的射束中心轨道为，在扫描射束的方式中不扫描射束时的射束剖面的几何中心的轨迹即射束的轨道。并且，为静止射束即带状束时，尽管下游部分的注入离子束B2中射束剖面形状改变，成为基准的射束中心轨道仍相当于射束剖面的几何中心的轨迹。

射束控制装置可以具备控制部116。射束调整装置可具备射束照射区域决定部110。射束调整装置可具备能量过滤器或偏转要件。射束整形装置可以具备后述第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210。

能够看做，射束线装置104的上游部分中初始离子束B1采用单一的射束轨道，而在下游部分注入离子束B2采用基于在扫描射束的方式中以使成为基准的射束中心轨道向中心平行的扫描射束的多个射束轨道。但是，为带状束时，射束宽度因单一射束轨道的射束剖面形状发生变化而扩大进而成为照射区域，因此作为射束轨道仍然是单一的。根据这种观点，也能够将射束照射区域105称为离子束轨道区域。因此，离子注入装置100在第1射束线设定S1和第2射束线设定S2下，具有注入离子束B2相同的离子束轨道区域。

图4是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。该离子注入方法适用于离子注入装置100中。通过控制部116执行该方法。如图4所示，该方法具备射束线设定选择步骤(S10)和离子注入步骤(S20)。

控制部116在多个射束线设定中选择与所给离子注入条件相符的任一个射束线设定(S10)。多个射束线设定，如上所述包含适合输送用于向被处理物进行高剂量注入的高电流射束的第1射束线设定S1和适合输送用于向被处理物进行低剂量注入的低电流射束的第2射束线设定S2。例如，当注入到基板W的所需离子剂量超过阈值时，控制部116选择第1射束线设定S1，当所需的离子剂量低于其阈值时，控制部选择第2射束线设定S2。另外，如后述，多个射束线设定(或注入设定结构)可以包括第3射束线设定(或第3注入设定结构)和/或第4射束线设定(或第4注入设定结构)。

第1射束线设定S1被选择时，控制部116利用第1能量设定来设定能量调整系统112。由此，能量调整系统112和其电源系统按照第1电源连接设定连接。并且，控制部116利用第1射束电流设定来设定射束电流调整系统114。由此，按照第1开口设定来设定离子束通过区域(或其调整范围)。与此相同，当第2射束线设定S2被选择时，控制部116利用第2能量设定来设定能量调整系统112，利用第2射束电流设定设定射束电流调整系统114。

该选择处理可以包括，在与所选射束线设定相应的调整范围内调整射束线装置104的处理。在该调整处理中，在射束线装置104的各调整要件所对应的调整范围内进行调整，以生成所需注入条件的离子束。例如，控制部116决定与能量调整系统112的各调整要件相对应的电源的电压，以便能够获得所需的注入能量。并且，控制部116决定射束电流调整要件124的离子束通过区域，以便能够获得所需的注入剂量。

以此，控制部116在所选射束线设定下运转离子注入装置100(S20)。生成具有射束照射区域105的注入离子束B2，并供给到基板W。注入离子束B2协同基板W的机械扫描(或射束独自)照射整个基板W。其结果，离子以所需的离子注入条件的能量和剂量注入到基板W上。

用于设备生产的序列式高剂量高电流离子注入装置中，以目前情况来看，采用混合式扫描方式、二维机械扫描方式及带状束+晶片扫描方式。然而，二维机械扫描方式因机械扫描的机械性驱动机构的负荷，其扫描速度的高速化受到限制，因此，存在无法充分抑制注入不均之类的问题。并且，带状束+晶片扫描方式，在横向扩大射束尺寸时容易产生均匀性的下降。因此，尤其在低剂量条件(低射束电流条件)下，均匀性及射束角度的同一性上存在问题。但是，获得的注入结果在容许范围内时，可以以二维机械扫描方式或带状束+晶片扫描方式构成本发明的离子注入装置。

另一方面，混合式扫描方式通过高精度地调整射束扫描速度，能够在射束扫描方向上实现良好的均匀性。并且，通过使射束扫描为充分高速，能够充分抑制晶片扫描方向的注入不均。因此，认为混合式扫描方式最适合广范围的剂量条件。

图5(a)是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置200的基本结构的俯视图，图5(b)是表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置200的基本结构的侧视图。离子注入装置200是一种对图2所示的离子注入装置100应用混合式扫描方式时的实施例。并且，离子注入装置200与图2所示的离子注入装置100同样为序列式装置。

如图所示，离子注入装置200具备多个射束线构成要件。离子注入装置200的射束线上游部分从上游侧依次具备离子源201、质谱分析磁铁202、射束收集器203，鉴别孔隙204、电流抑制机构205、第1XY会聚透镜206、射束电流测量仪207及第2XY会聚透镜208。在离子源201与质谱分析磁铁202之间设有用于从离子源201引出离子的引出电极218(参考图6及图7)。

在射束线上游部分和下游部分之间设有扫描仪209。射束线下游部分从上游侧依次具备Y会聚透镜210、射束平行化机构211、AD(加速/减速)柱212及能量过滤器213。在射束线下游部分的最下游部配置有晶片214。自离子源201到射束平行化机构211为止的射束线构成要件被收容在终端216。

电流抑制机构205为上述射束电流调整系统114的一例。电流抑制机构205为切换低剂量模式和高剂量模式而设。电流抑制机构205作为一例具备CVA(ContinuouslyVariableAperture)。CVA为能够通过驱动机构调整开口尺寸的孔径。因此，电流抑制机构205构成为，在低剂量模式中以比较小的开口尺寸调整范围动作，在高剂量模式中以比较大的开口尺寸调整范围开动。一种实施方式中构成为，与电流抑制机构205一同或代替此，具有不同开口宽度的多个鉴别孔隙204，在低剂量模式和高剂量模式下以不同的设定动作。

电流抑制机构205具有通过限制到达下游的离子束量来协助低射束电流条件下的射束调整的作用。电流抑制机构205设在射束线上游部分(即，自从离子源201引出离子之后到扫描仪209的上游侧为止之间)。因此，能够扩大射束电流的调整范围。另外，电流抑制机构205可以设置在射束线下游部分。

射束电流测量仪207例如为可动式旗标法拉第。

由第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210构成用于调整纵横方向的射束形状(XY面内的射束剖面)的射束整形装置。如此，射束整形装置具备在质谱分析磁铁202和射束平行化机构211之间沿射束线配设的多个透镜。射束整形装置通过这些透镜的会聚/发散效果，能够以广泛的能量/射束电流的条件将离子束适当地输送至下游。即，在低能量/低射束电流、低能量/高射束电流、高能量/低射束电流及高能量/高射束电流中的任一条件下，均能够将离子束适当地输送至晶片214。

第1XY会聚透镜206例如为Q透镜，第2XY会聚透镜208例如为XY方向单透镜，Y会聚透镜210例如为Y方向但透镜Q透镜。第1XY会聚透镜206、第2XY会聚透镜208及Y会聚透镜210可以分别为单一的透镜，也可以是透镜组。以此，射束整形装置被设计成，能够从射束势较大且射束自散焦称为问题的低能量/高射束电流的条件，至射束势较小且射束的剖面形状控制成为问题的高能量/低射束电流的条件，适当控制离子束。

能量过滤器213例如为具备偏转电极、偏转电磁铁或同时具备这两者的AEF(AngularEnergyFilter)。

在离子源201生成的离子通过引出电场(未图示)被加速。被加速的离子通过质谱分析磁铁202而偏转。以此，只有具有规定能量和质量电荷比的离子通过鉴别孔隙204。接着，离子经由电流抑制机构(CVA)205、第1XY会聚透镜206及第2XY会聚透镜208被引到扫描仪209。

扫描仪209通过施加周期性的电场或磁场(或这两者)横向(可以是纵向或斜向)往复扫描离子束。通过扫描仪209离子束被调整为能够在晶片214上均匀地横向注入。通过扫描仪209扫描的离子束215通过利用施加电场或磁场(或这两者)的射束平行化机构211对齐行进方向。之后，离子束215通过施加电场以AD柱212加速或减速至规定的能量。出自AD柱212的离子束215达到最终的注入能量(低能量模式下调整为高于注入能量的能量，并且使其在能量过滤器内减速的同时使其偏转)。AD柱212的下游的能量过滤器213通过施加基于偏转电极或偏转电磁铁的电场或磁场(或这两者)，使离子束215向晶片214侧偏转。由此，具有除目标能量以外的能量的污染成分被排除。如此被净化的离子束215被注入到晶片214。

另外，在质谱分析磁铁202和鉴别孔隙204之间配置有射束收集器203。射束收集器203根据需要施加电场，由此使离子束偏转。由此，射束收集器203能够高速控制离子束到达下游。

接着，参考图6及图7所示的高电压电源系统230的结构系统图，对图5所示的离子注入装置200中低能量模式及高能量模式进行说明。在图6中示出低能量模式的电源切换状态，图7中示出高能量模式的电源切换状态。在图6及图7中示出，图5所示的射束线构成要件中与离子束的能量调整相关的主要要件。在图6及图7中以箭头表示离子束215。

如图6及图7所示，射束平行化机构211(参考图5)具备双重P透镜220。该双重P透镜220具有沿着离子的移动方向分开配置的第1电压间隙221及第2电压间隙222。第1电压间隙221位于上游，第2电压间隙222位于下游。

第1电压间隙221形成在一组电极223与电极224之间。在配置于这些电极223、224的下游的另一组电极225与电极226之间，形成有第2电压间隙222。第1电压间隙221及形成该第1电压间隙的电极223、224具有朝向上游侧的凸形形状。相反，第2电压间隙222及形成该第2电压间隙的电极225、226具有朝向下游侧的凸形形状。另外，以下为便于说明，有时将这些电极分别称为第1P透镜上游电极223、第1P透镜下游电极224、第2P透镜上游电极225、第2P透镜下游电极226。

双重P透镜220通过组合施加于第1电压间隙221及第2电压间隙222的电场，对射入离子束进行平行化之后射出，并且调整离子束的能量。即，双重P透镜220通过第1电压间隙221及第2电压间隙222的电场使离子束加速或减速。

并且，离子注入装置200具备高电压电源系统230，该高电压电源系统具备用于射束线构成要件的电源。高电压电源系统230具备第1电源部231、第2电源部232、第3电源部233、第4电源部234及第5电源部235。如图所示，高电压电源系统230具备用于将第1电源部231至第5电源部235连接到离子注入装置200的连接电路。

第1电源部231具备第1电源241和第1开关251。第1电源241设在离子源201和第1开关251之间，是向离子源201供给正电压的直流电源。第1开关251在低能量模式下将第1电源241连接到地面217(参考图6)，在高能量模式下将第1电源241连接到终端216(参考图7)。因此，第1电源241在低能量模式下以接地电位作为基准向离子源201供给电压V_HV。这就相当于直接供给离子的总能量。另一方面，在高能量模式下，第1电源241以终端电位作为基准向离子源201供给电压V_HV。

第2电源部232具备第2电源242和第2开关252。第2电源242设在终端216和地面217之间，是通过第2开关252的切换向终端216供给正负电压中的任一个电压的直流电源。第2开关252在低能量模式下将第2电源242的负极连接到终端216(参考图6)，在高能量模式下将第2电源242的正极连接到终端216(参考图7)。因此，第2电源242在低能量模式下以接地电位作为基准向终端216供给电压V_T(V_T＜0)。另一方面，在高能量模式下，第2电源242以接地电位作为基准向终端216供给电压V_T(V_T＞0)。第2电源242的电压V_T大于第1电源241的电压V_HV。

因此，引出电极218的引出电压V_EXT在低能量模式下为V_EXT＝V_HV-V_T，在高能量模式下为V_EXT＝V_HV。将离子的电荷设为q时，最终能量在低能量模式下成为qV_HV，在高能量模式下成为q(V_HV+V_T)。

第3电源部233具备第3电源243和第3开关253。第3电源243设在终端216和双重P透镜220之间。第3电源243具备第1P透镜电源243-1和第2P透镜电源243-2。第1P透镜电源243-1为以终端电位作为基准向第1P透镜下游电极224及第2P透镜上游电极225供给电压V_AP的直流电源。第2P透镜电源243-2为以终端电位作为基准，经第3开关253向连接端供给电压V_DP的直流电流。第3开关253设在终端216和双重P透镜220之间，以便通过切换将第1P透镜电源243-1及第2P透镜电源243-2中的任一电源与第2P透镜下游电极226连接。另外，第1P透镜上游电极223与终端216连接。

第3开关253在低能量模式下将第2P透镜电源243-2与第2P透镜下游电极226连接(参考图6)，在高能量模式下将第1P透镜电源243-1与第2P透镜下游电极226连接(参考图7)。因此，第3电源243在低能量模式下以终端电位作为基准向第2P透镜下游电极226供给电压V_DP。另一方面，在高能量模式下第3电源243以终端电位作为基准向第2P透镜下游电极226供给电压V_AP。

第4电源部234具备第4电源244和第4开关254。第4电源244设在第4开关254和地面217之间，是用于向AD柱212的出口(即下游侧末端)供给负电压的直流电源。第4开关254在低能量模式下将第4电源244连接到AD柱212的出口(参考图6)，在高能量模式下将AD柱212的出口连接到地面217(参考图7)。因此，第4电源244在低能量模式下以接地电位为基准向AD柱212的出口供给电压V_ad。另一方面，在高能量模式下不使用第4电源244。

第5电源部235具备第5电源245和第5开关255。第5电源245设在第5开关255和地面217之间。第5电源245为能量过滤器(AEF)213而设。第5开关255为切换能量过滤器213的运转模式而设。能量过滤器213在低能量模式下以所谓的偏置模式运转，在高能量模式下以正常模式运转。偏置模式是指将正电极和负电极的平均值作为负电位的AEF的运转模式。通过偏置模式的射束会聚效果能够防止因AEF下的射束的发散而导致的射束损失。另一方面，正常模式是指将正电极和负电极的平均值作为接地电位的AEF的运转模式。

对晶片214供给接地电位。

图8(a)表示在低能量模式下施加在离子注入装置200的各部的电压的一例，图8(b)表示在低能量模式下施加在离子注入装置200的各部的能量的一例。图9(a)表示在高能量模式下施加在离子注入装置200的各部的电压的一例，图9(b)表示在高能量模式下施加在离子注入装置200的各部的能量的一例。图8(a)及图9(a)的纵轴表示电压，图8(b)及图9(b)的纵轴表示能量。各图的横轴以符号a至符号g表示离子注入装置200的位置。符号a表示离子源201，符号b表示终端216，符号c表示加速P透镜(第1P透镜下游电极224)，符号d表示减速P透镜(第2P透镜下游电极226)，符号e表示AD柱212的出口，符号f表示能量过滤器213，符号g表示晶片214。

双重P透镜220根据注入条件的要求具有以加速P透镜c个体或以减速P透镜d个体使用的结构，或同时使用加速P透镜c及减速P透镜d的结构。在使用加速P透镜c及减速P透镜d这两者的结构中，双重P透镜220能够设为如下结构，即使用加速作用和减速作用这两者来改变加速和减速的作用分配。此时，双重P透镜220能够以如下方式构成，即射束通过射入到双重P透镜220的射束能量和从双重P透镜220射出的射束能量之差被加速或被减速。或者，双重P透镜220能够构成为，射入射束能量和射出射束能量之差为零，而不使射束加速或减速。

作为一例，双重P透镜220如图所示构成为，在低能量模式下，通过减速P透镜d使离子束减速，并且根据需要从零至少许范围内通过加速P透镜c使离子束加速，作为整体使离子束减速。另一方面，在高能量模式下双重P透镜220构成为通过加速P透镜c使离子束加速。另外，在高能量模式下双重P透镜220也可构成为，只要整体使离子束加速，则可根据需要在零至少许范围内通过减速P透镜d使离子束减速。

高电压电源系统230如此构成，由此通过切换电源能够改变施加在射束线上的几个区域的电压。并且，能够改变一种区域中的电压施加路径。利用这些能够在相同的射束线上切换低能量模式和高能量模式。

在低能量模式下，将接地电位作为基准直接施加离子源201的电位V_HV。由此，能够向源极部施加高精度的电压，并能够提高能量的设定精度而以低能量注入离子。并且，通过将终端电压V_T、P透镜电压V_DP及AD柱出口电压V_ad设定为负，能够以较高能量将离子输送至AD柱出口。因此能够提高离子束的输送效率并获得高电流。

并且，在低能量模式下通过采用减速P透镜，来促进高能量状态下的离子束的输送。这有助于使低能量模式与高能量模式在同一射束线上共处。此外，在低能量模式下，调整射束线的会聚/发散要件，以使射束的自发散最小化。这也有助于使低能量模式与高能量模式在相同的射束线上共处。

在高能量模式下，离子源201的电位为加速引出电压V_HV和终端电压V_T之和。由此，能够向源极部施加高电压，能够以高能量使离子加速。

图10为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。该方法例如可通过用于离子注入装置的射束控制装置执行。如图10所示，首先，选择注入制法(S100)。控制装置读取该制法条件(S102)，选择与制法条件相应的射束线设定(S104)。在所选射束线设定下进行离子束的调整工作。调整工作包括提取及调整射束(S106)、确认所获射束(S108)。以此结束用于离子注入的准备工作。接着，搬入晶片(S110)，执行离子注入(S112)，搬出晶片(S114)。可以重复进行步骤S110至步骤S114，直至处理完所需的片数。

图11示意地表示通过离子注入装置200实现的能量及剂量范围D。与图1相同，图11也表示对于实际所允许的生产率所能处理的能量和剂量的范围。为了比较，将图1所示的HC、MC、HE的能量及剂量的范围A、B、C一并示于图11。

如图11所示，可知离子注入装置200包含现有装置HC及MC的运转范围中的任一个。因此，离子注入装置200为超过现有构架的新型装置。该新型离子注入装置在保持相同的射束线和注入方式的同时，能够以1台装置实现现有两种类型的HC、MC的作用。因此能够将该装置称为HCMC。

因此，根据本实施方式，能够提供以单一装置构成序列式高剂量高电流离子注入装置和序列式中剂量中电流离子注入装置的装置HCMC。利用HCMC以低能量条件和高能量条件改变电压施加方法，再利用CVA将射束电流从高电流改变为低电流，由此，能够以广泛的能量条件和剂量条件实施注入。

另外，HCMC式离子注入装置也可以不包含所有的现有HC、MC的注入条件范围。考虑到装置的制造成本和注入性能的权衡关系，认为可以提供具有比如图11所示的范围D更窄的范围E(参考图12)的装置。即使在这种情况下，只要充分弥补设备制造商所需要的离子注入条件，就能够提供实用性优异的离子注入装置。

对于在设备制造工序中通过HCMC实现的装置运用效率的提高进行说明。作为一例，如图13所示，假定有一家设备制造商为了处理制造工艺X而使用了6台HC和4台MC(即该设备制造商仅拥有现有装置HC、MC)。之后，该设备制造商根据制造设备的变化将工艺X改为工艺Y，结果变成需要8台HC和2台MC。如此一来，该制造商要增设2台HC，为此需要增加投资和准备期间。与此同时，使2台MC处于闲置状态，该制造商所拥有的这些装置无用武之地。如以上所述，通常HC和MC的注入方式不同，因此难以将闲置的MC重新转用为所需HC。

相对于此，如图14所示，考虑设备制造商为了处理工艺X而使用6台HC、2台MC、2台HCMC时的情形。此时，即使随着制造设备的变化将工艺X改为工艺Y，但因为HCMC为与HC和MC的工艺通用机，因此作为HC能够运行HCMC。因此，无需增设装置或闲置装置。

如此，设备制造商拥有几台HCMC装置具有很大优点。因为通过HCMC装置能够吸收HC和MC的工艺变更。并且，一部分装置因故障或维修而无法使用时能够将HCMC装置作为HC或MC使用，因此，通过拥有HCMC装置，能够大幅改善整体装置的运行率。

另外，最后考虑将所有装置设为HCMC时的情况。但是大多数情况下，因考虑到HCMC和HC(或MC)的价格差异或灵活运用实际所拥有的HC或MC，有可能仅将一部分装置设为HCMC会更实际一点。

并且，为了一种离子注入处理，以不同的注入方式向晶片注入离子的另一种装置代替现有的一种形式的离子注入装置时，有时难以配合注入特性。这是因为为了该离子注入处理，即使以这两种离子注入装置使能量及剂量一致，射束发散角度或射束密度也不会相同。但是，HCMC装置在同一射束线上(相同射束线轨道)能够处理高剂量高电流离子注入条件和中剂量中电流注入条件。这样HCMC装置分开使用高剂量高电流离子注入条件和中剂量中电流离子注入条件。因此，有望充分抑制并配合伴随装置的代用而产生的注入特性的变化。

HCMC装置不仅是HC和MC的通用装置，也能够处理现有HC装置或MC装置的运转范围外的注入条件。如图11所示，HCMC装置为还能够重新处理高能量/高剂量注入(范围D的右上区域F)及低能量/低剂量(范围D的左下区域G)的装置。因此，离子注入装置可以在一种实施方式中，在上述第1射束线设定S1及第2射束线设定S2基础之上或代替它们，具备用于高能量/高剂量注入的第3射束线设定和/或用于低能量/低剂量注入的第4射束线设定。

如以上说明，在本实施方式中，调整序列式高剂量高电流离子注入装置和中剂量中电流离子注入装置的射束线并使它们通用化。另外，构筑有切换射束线结构的构造。以此，能够在同一射束线上(相同离子束轨道和相同注入方式)进行遍及广泛的能量/射束电流区域的注入处理。

以上根据实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式，能够进行各种设计变更，可以有各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围的事实是被本领域技术人员所认同的。

代替上述结构或与上述结构一同，基于射束电流调整系统的射束电流的量的调整可以有各种结构。例如，具备将射束电流调整系统配设在射束线上的宽度可变孔隙时，该宽度可变孔隙的位置是任意的。因此，宽度可变孔隙可位于离子源和质谱分析磁铁之间、质谱分析磁铁和质谱分析狭缝之间、质谱分析狭缝和射束整形装置之间、射束整形装置和射束控制装置之间、射束控制装置和射束调整装置之间、射束调整装置的各要件之间和/或射束调整装置和被处理物之间。宽度可变孔隙可以是质谱分析狭缝。

射束电流的调整能够以如下方式构成，即通过在固定宽度孔隙的前后配置发散/会聚透镜系统，来调整通过孔隙的离子束的量。固定宽度孔隙可以是质谱分析狭缝。

射束电流的调整可以利用能量狭缝开口宽度可变狭缝装置(和/或射束线终端开口宽度可变狭缝装置)进行。射束电流的调整可以利用分析器磁铁(质谱分析磁铁)和/或转向磁铁(轨道修正磁铁)进行。可根据机械式扫描的速度可变范围扩大(例如从超低速到超高速)和/或机械式扫描的次数变化调整剂量。

射束电流的调整可通过离子源的调整(例如，气体量、电弧电流)进行。射束电流的调整可通过离子源的更换进行。此时，可以选择性地使用MC用离子源和HC用离子源。射束电流的调整可通过离子源的引出电极的间隙调整来进行。射束电流的调整可通过在离子源的正下方设置CVA而进行。

射束电流的调整可通过带状束的上下宽度的变更进行。剂量的调整可通过二维机械扫描时的扫描速度的变更进行。

射束线装置具备多个射束线构成要件，该构成要件以仅在第1射束线设定或第2射束线设定中的任一设定下运转的方式构成，由此，离子注入装置可以作为高电流离子注入装置或中电流离子注入装置构成。即，将HCMC装置作为平台，例如更换一部分的射束线构成要件，或改变电源结构，由此能够从序列式高剂量/中剂量通用离子注入装置发明出序列式高剂量离子注入专用装置或序列式中剂量离子注入专用装置。预计能够以比通用装置更低廉的价格制造出各个专用装置，因此有助于设备制造商减低制造成本。

在MC中，通过利用二价离子或三价离子等多价离子，能够以更高能量注入。但是，一般离子源(热电子发射型离子源)中多价离子的生成效率与一价离子的生成效率相比相当低。因此，事实上很难在这种高能量范围内进行实用性剂量注入。作为离子源若采用RF离子源那样的多价离子增强源，则能够获取四价、五价的离子。因此能够以更高能量的条件获取更多的离子束。

因此，作为离子源采用RF离子源那样的多价离子增强源，由此能够将HCMC装置作为序列式高能量离子注入装置(HE)运用。由此，能够以HCMC装置处理，迄今为止只能以序列式高能量/低剂量离子注入装置处理的注入条件的一部分(能够将图8所示的MC的范围扩展成包含范围C的至少一部分)。

以下例举几个本发明的方式。

一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备：

离子源，生成离子并作为离子束引出；

注入处理室，用于向被处理物注入所述离子；及

射束线装置，提供用于从所述离子源向所述注入处理室输送所述离子束的射束线，

所述射束线装置供给具有在所述注入处理室中超过所述被处理物的宽度的射束照射区域的所述离子束，

所述注入处理室具备机械式扫描装置，该机械式扫描装置对所述射束照射区域机械式地扫描所述被处理物，

所述射束线装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任一个结构下动作，所述多个注入设定结构包含：第1注入设定结构，适合输送用于对所述被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束；及第2注入设定结构，适合输送用于对所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束，

所述射束线装置构成为，在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下，所述射束线中成为基准的射束中心轨道从所述离子源至所述注入处理室为止相同。

一种实施方式所涉及的离子注入装置，其具备：

离子源，生成离子并作为离子束引出；

注入处理室，用于向被处理物注入所述离子；及

射束线装置，提供用于从所述离子源向所述注入处理室输送所述离子束的射束线，其中，

所述离子注入装置构成为协同所述被处理物的机械扫描对所述被处理物照射所述离子束，

所述射束线装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任一个结构下动作，所述多个注入设定结构包括第1注入设定结构及第2注入设定结构，其中，第1注入设定结构适合输送用于对所述被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束，第2注入设定结构适合输送用于对所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束，

所述射束线装置在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下构成为，所述射束线中成为基准的射束中心轨道从所述离子源至所述注入处理室相同。

所述射束线装置可在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下采取相同的注入方式。所述射束照射区域可以在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下相同。

所述射束线装置可具备调整所述离子束的射束调整装置和对所述离子束进行整形的射束整形装置。所述射束线装置可以在所述第1注入设定结构和第2注入设定结构下，以相同的布局配置所述射束调整装置及所述射束整形装置。所述离子注入装置在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下可以具有相同的设置占地面积。

所述射束线装置可以具备用于调整所述离子束的射束电流的总量的射束电流调整系统。所述第1注入设定结构包含用于所述射束电流调整系统的第1射束电流设定，所述第2注入设定结构包含用于所述射束电流调整系统的第2射束电流设定，并被定为所述第2射束电流设定下的所述离子束的射束电流小于所述第1射束电流设定下的所述离子束的射束电流。

所述射束电流调整系统可以构成为，在通过该调整要件时切断所述离子束的至少一部分。所述射束电流调整系统可以具备配设在所述射束线上的宽度可变孔隙。所述射束电流调整系统可以具备射束线终端开口宽度可变狭缝装置。所述离子源可以构成为调整所述离子束的射束电流的总量。所述离子源具备用于引出所述离子束的引出电极，通过调整所述引出电极的开口来调整所述离子束的射束电流的总量。

所述射束线装置可以具备用于调整注入到所述被处理物的所述离子的注入能量的能量调整系统。所述第1注入设定结构包含用于所述能量调整系统的第1能量设定，所述第2注入设定结构包含用于所述能量调整系统的第2能量设定，所述第1能量设定与所述第2能量设定相比更适于低能量射束的输送。

所述能量调整系统可以具备用于使所述离子束平行的射束平行化装置。所述射束平行化装置可以构成为，在所述第1注入设定结构下使所述离子束减速，或使其减速及加速，并在所述第2注入设定结构下使所述离子束加速，或使其加速及减速。所述射束平行化装置可以构成为，具备使所述离子束加速的加速透镜和使所述离子束减速的减速透镜，能够改变加速与减速的分配，所述射束平行化装置也可以构成为在所述第1注入设定结构下主要使所述离子束减速，并在所述第2注入设定结构下主要使所述离子束加速。

所述射束线装置具备用于调整所述离子束的射束电流总量的射束电流调整系统和用于调整向所述被处理物注入所述离子的能量的能量调整系统，可以分别或同时调整所述射束电流的总量和所述注入能量。所述射束电流调整系统和所述能量调整系统可以是个别的射束线构成要件。

所述离子注入装置可以具备控制部，该控制部构成为，手动或自动选择包含所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构的多个注入设定结构中适合所给离子注入条件的任一个注入设定结构。

当注入到所述被处理物中的所需的离子剂量大概在1×10¹⁴～1×10¹⁷atoms/cm²范围时，所述控制部可以选择所述第1注入设定结构，当注入到所述被处理物中的所需的离子剂量大概在1×10¹¹～1×10¹⁴atoms/cm²范围时，所述控制部可以选择所述第2注入设定结构。

所述射束线装置在所述第1注入设定结构下具有第1能量调整范围，在所述第2注入设定结构下具有第2能量调整范围，所述第1能量调整范围和所述第2能量调整范围可以具有部分重叠的范围。

所述射束线装置在所述第1注入设定结构下具有第1剂量调整范围，在所述第2注入设定结构下具有第2剂量调整范围，所述第1剂量调整范围和所述第2剂量调整范围可以具有部分重叠的范围。

所述射束线装置可以具备射束扫描装置，该射束扫描装置扫描所述离子束以形成向垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向与所述射束输送方向及与所述长边方向垂直的方向提供所述被处理物的机械扫描。

所述射束线装置可以具备带状束发生器，其生成具有向垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域的带状束。所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向与所述射束输送方向及与所述长边方向垂直的方向提供所述被处理物的机械扫描。

所述注入处理室可以具备物体保持部，该物体保持部构成为向在垂直于射束输送方向的面内相互正交的2个方向提供所述被处理物的机械扫描。

所述射束线装置可以以如下方式构成，即在构成为能够从仅在所述第1注入设定结构或所述第2注入设定结构下被运转的多个射束线构成要件中选择，由此所述离子注入装置构成为高电流离子注入专用装置或中电流离子注入专用装置。

一种实施方式所涉及的离子注入方法，其具备如下工序：

关于射束线装置，在包含适合输送用于向被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束的第1注入设定结构和适合输送用于向所述被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束的第2注入设定结构的多个注入设定结构中选择符合所给离子注入条件的任一种注入设定结构；

在所选注入设定结构下使用所述射束线装置，沿着射束线中成为基准的射束中心轨道自离子源至注入处理室输送离子束；及

协同所述被处理物的机械扫描向所述被处理物照射所述离子束，

所述成为基准的射束中心轨道在所述第1注入设定结构和所述第2注入设定结构下相同。

所述输送工序还可以具备通过调整所述离子束的射束电流的总量来调整注入到所述被处理物的剂量的工序。在所述第1注入设定结构下可以以第1剂量调整范围调整所述注入剂量，在所述第2注入设定结构下可以以包括小于所述第1剂量调整范围的剂量范围在内的第2剂量调整范围调整所述注入剂量。

所述输送工序还可以具备调整注入到所述被处理物的能量的工序。在所述第1注入设定结构下可以以第1能量调整范围调整所述注入能量，在所述第2注入设定结构下可以以包括高于所述第1能量调整范围的能量范围在内的第2能量调整范围调整所述注入能量。

1.一种实施方式所涉及的离子注入装置通过切换以减速为主体的电源的连接和以加速为主体的电源的连接，具有相同射束轨道和相同注入方式，并具有广泛的能量范围。

2.一种实施方式所涉及的离子注入装置，在可获得高电流的射束线上具备在射束线上游部切断一部分射束的机器，由此具有相同的射束轨道和相同的注入方式，并具有广泛的射束电流范围。

3.一种实施方式所涉及的离子注入装置通过同时具备上述实施方式1及上述实施方式2的特性，可以具有相同射束轨道和相同注入方式，并且一并具有广泛的能量范围和广泛的射束电流范围。

一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以是组合射束扫描和机械性晶片扫描的装置。一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以为组合带状束和机械性晶片扫描的装置。一种实施方式所涉及的离子注入装置，在上述实施方式1至3中，作为相同注入方式可以组合二维机械性晶片扫描的装置。

4.一实施方式所涉及的离子注入装置或离子注入方法，通过在同一射束线(相同离子束轨道和相同注入方式)上并列构成高剂量高电流离子注入射束线要件和中剂量中电流离子注入射束线要件，由此选择/切换自如地构成高剂量高电流离子注入和中剂量中电流离子注入，并覆盖从低能量到高能量的极其广泛的能量范围和从低剂量到高剂量的极其广泛的剂量范围。

5.上述实施方式4中，在同一射束线上可以分别构成高剂量用和中剂量用通用的各射束线要件和分别被切换成高剂量用/中剂量用的各射束线要件。

6.上述实施方式4或5中，以在广泛的范围内调整射束电流量为目的，可以设置在射束线上游部物理切断一部分射束的射束限制装置(上下或左右的宽度可变狭缝或四边形或圆形的可变开口)。

7.上述实施方式4至6的任一项中，可以设置切换控制器的控制装置，该装置构成为，根据注入到被处理物的所需的离子剂量，选择高剂量高电流离子注入和中剂量中电流离子注入。

8.上述实施方式7中，切换控制器构成为，当注入到被处理物的所需的离子剂量大概在1×10¹¹～1×10¹⁴atoms/cm²的中剂量中电流范围时，使射束线在中剂量加速(引出)/加速(P透镜)/减速(AD柱)模式下作动，并且，当注入到被处理物的所需的离子剂量大概在1×10¹⁴～1×10¹⁷atoms/cm²的高剂量高电流范围时，也可以使射束线在高剂量加速(引出)/减速(P透镜)/减速(AD柱)模式下作动。

9.上述实施方式4至8的任一项中，使用加速模式来注入比较高能量的离子的装置和使用减速模式来注入比较低能量的离子的装置可以具有彼此重叠的能量范围。

10.上述实施方式4至8的任一项中，使用加速模式注入比较高剂量的离子的装置和使用减速模式来注入比较低剂量的离子的装置可以具有彼此重叠的剂量范围。

11.在上述实施方式4至6的任一项中，通过限制射束线构成要件，能够轻松地将结构改变成高剂量高电流离子注入专用装置或中剂量中电流离子注入专用装置。

12.上述实施方式4至11的任一项中，射束线结构可以组合射束扫描和机械基板扫描。

13.上述实施方式4至11的任一项中，射束线的结构可以组合具有基板(或晶片或被处理物)宽度以上的宽度的带状的射束扫描和机械基板扫描。

14.上述实施方式4至11的任一项中，射束线结构可以具备二维方向的机械基板扫描。

到目前为止，对能够提供具有选自广范围的所希望的射束电流和/或能量的离子束的离子注入装置及离子注入方法进行了说明。然而，目前先进的离子注入中，不仅要求能够控制这种基本的特性，还要求能够控制射束密度分布(形状)和射束角度扩散等其他特性。

为了量化射束的角度扩散，而使用离子束所具有的角度分布(即每个离子的行进方向角度的分布)。作为表示离子束的角度分布的代表性指标有“射束平行度”和“射束发散度”。具体内容将后述，射束平行度与角度分布的重心相关，射束发散度则与角度分布的宽度相关。

要求为例如射束发散度较小(接近零)的离子束。而离子束随着朝向被处理物向下游输送而扩散，且射束发散度逐渐变大。因为，离子束上会有所谓的、被称为空间电荷效应的由离子间的排斥力引起的射束的发散效应(即由束势引起的发散现象)起作用。

有时要求具有一定大小的射束发散度的离子束。如此通过对离子束所具有的角度分布刻意加以一定程度的宽度，来减轻对于被处理物的离子束注入角度的变动或误差的影响，并能够提高离子注入的鲁棒性。

因此，本发明的一种实施方式中，提供一种能够控制射束发散度的离子注入装置及离子注入方法。详细内容后述，一种实施方式中，射束发散度通过调整离子束的焦点而得到控制。例如，注入到被处理物的离子束的射束发散度通过将向射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置移动到入射离子束的中心轴上的不同于射束扫描部的扫描原点的位置而得到控制。通过适当设定向射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置，入射到被处理物表面时的射束发散度被控制为所希望的值。

图15(a)为例示离子束的每个离子的行进方向的图，图15(b)为例示离子束所具有的角度分布的图。在此，将离子束的设计上的行进方向标记为Z方向，与Z方向垂直的一方向标记为X方向。Z轴相当于设计上的离子束的中心轨道。因此，Z轴为向射束扫描部入射的离子束的中心轴。X方向例如为水平方向，也可以是射束扫描方向。

离子束由许多离子形成，这些离子大多具有与Z方向平行的速度。但事实上，并非所有离子的速度均与Z方向完全平行。换言之，每个离子的行进方向相对于Z方向呈一定角度。本说明书中，将该角度的X方向分量标记为X’。如图15(a)所示，所给Z方向位置的第i个离子(i＝1，2，……，n)的速度的X方向分量相对于Z方向，朝向角度Xi’的方向。

多数离子的行进方向大致与Z方向平行，行进方向与Z方向呈较大角度的离子为一部分。因此，例示出离子相对于行进方向呈角度X’的离子的个数N时，如图15(b)所示，呈中央具有最大值的山形分布。另外，实际获得这种角度分布时，能够测定射束电流并将此视为离子的个数N。

离子束的“射束平行度”表示，作为许多离子群的离子束所具有的角度分布的重心与该离子束的设计上的中心轨道所成之角。射束平行度通过下式(1)计算。如图15(b)所示的角度分布中，分布的中央值Xa’相对于射束平行度。

[式1]

$\stackrel{\_}{X^{,}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X^{,}}_i}{n}=\frac{\underset{X^{,}}{\∫}I\left(X^{,}\right)d{X}^{,}}{\underset{X^{,}}{\∫}I\left(X^{,}\right)}...\left(1\right)$

离子束的“射束发散度”表示作为许多离子群的离子束所具有的角度分布的“扩散大小”和“发散/会聚的状态”。射束发散度例如可以通过下式(2)来计算。如图15(b)所示的角度分布中，分布的宽度<X’>相当于射束发散度。

[式2]

<X'>＝(-1)^k·|max(X'_i)-min(X'_i)|…(2)

k＝0：divergence

k＝1：convergence

射束发散度为正值时(k＝0)，表示离子束为发散(divergence)射束。另一方面，射束发散度为负值时(k＝1)，表示离子束为会聚(convergence)射束。例如，如图15(a)所例示的离子束为会聚射束，通过上式(2)计算该离子束的射束发散度时为负值。

此外，意味着当射束发散度为零时，离子束的所有离子均处于具有相同的行进方向的理想状态。射束发散度(准确来讲是其绝对值)为较小的值时，每个离子的行进方向上的偏差较小，相反，射束发散度为较大的值时，每个离子的行进方向上的偏差较大。

“射束平行度”和“射束发散度”均为表示离子束的角度信息的量，但其含义不同。因此，即便一种离子束与另一种离子束具有相等的射束平行度，通常这两个离子束的射束发散度也不一定相等，(倒不如说这两个离子束通常具有不同的射束发散度)。

图16为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置300的结构的图。离子注入装置300从该射束线的上游侧依次具备离子源302、射束会聚部304、射束扫描部306、射束平行化部308及射束发散度测定部310。因此，射束会聚部304配设于射束扫描部306的上游，射束平行化部308配设于射束扫描部306的下游。射束发散度测定部310配设于射束平行化部308的下游。

射束扫描部306为用于扫描离子束的射束扫描设备，例如可以是扫描仪209(例如参考图5(a))。射束扫描部306构成为，通过使射束相对于上述“射束中心轨道”向两个不同方向偏转，在一定角度范围内周期性地扫描离子束。射束扫描部306被设计成，在所入射的离子束的中心轴上具有扫描原点。射束扫描部306的扫描原点位于射束扫描部306的中央部。

射束平行化部308为用于使扫描的射束平行的射束平行化设备，例如可以是射束平行化机构211(例如参考图5(a))或P透镜220(例如参考图6)。射束平行化部308可以是静电式射束平行化设备，也可以是磁场式射束平行化设备。

射束平行化部308被设计成，在射束扫描部306的扫描原点上具有作为平行化透镜的焦点。原理上，射束平行化部308构成为使从焦点放射的射束平行，因此在扫描原点处，在扫描角度范围内进行偏转并入射到射束平行化部308的离子束全部通过射束平行化部308而被平行化。

离子注入装置300构成为，将平行化的离子束注入到晶片(基板)。可视需要在射束平行化部308到晶片之间设置用于改变能量的加减速设备(例如AD柱212)或能量分析设备(例如能量过滤器213)等射束调整设备(例如参考图5(a))。

射束会聚部304为至少能够在该离子束的中心轴方向控制向射束扫描部306入射的离子束的焦点位置的射束会聚设备。射束会聚部304构成为，起到使向射束扫描部306入射的离子束至少向与射束扫描方向相同的方向会聚/发散的作用。射束会聚部304构成为，使向射束扫描部306入射的入射离子束的焦点位置沿着入射离子束的中心轴而位于扫描原点的上游侧。另外，射束会聚部304也可以构成为，使该焦点位置位于扫描原点的下游侧，此时，焦点位置(不进行扫描时，从射束扫描部306射出)沿着离子束的中心轴而位于扫描原点的下游侧。

射束会聚部304例如可以是第1XY会聚透镜206(例如Q透镜)或第2XY会聚透镜208(例如XY方向单透镜)(例如参考图5(a))。射束会聚部304具备Q透镜时，该Q透镜可以是单片式Q透镜、双合Q透镜或者是三合Q透镜。射束会聚部304具备单透镜时，该单透镜可以是由3片电极构成的单透镜。

射束会聚部304可以是能够控制离子束的焦点位置的任意射束线构成要件，因此，也可以是引出电极218或质谱分析磁铁202(例如参考图5(a))。例如，可以通过调节引出电极218的电压、引出电极218的射束行进方向的位置和/或质谱分析磁铁202的面角，来调整向射束扫描部306入射的离子束的焦点位置。

因此，射束会聚部304可以具备射束会聚要件(例如Q透镜、单透镜等)、引出电极及质谱分析磁铁中的至少一种。此时，射束会聚部304被视为不同于射束扫描部306的另一射束线构成要件。

或者，射束会聚部304可以构成为射束扫描部306的一部分。换言之，可以构成为由射束扫描部306自身调整向射束扫描部306入射的离子束的焦点位置。射束扫描部306可以构成为，提供复合于用于扫描的射束偏转作用的射束会聚作用。例如，射束扫描部306配设于扫描电极的附近，可以通过用于补正所谓的零电场效应的补正电极来调整向射束扫描部306入射的离子束的焦点位置。

射束发散度测定部310构成为，测定被处理物的位置或其附近的射束发散度。因此，射束发散度测定部310具备对离子束所具有的角度分布进行测定的测定器。该测定器预先在所要注入离子的被处理物(例如晶片214)的位置或其附近的测定位置测定射束的角度分布，在注入处理过程中避开测定位置并停止测定或者在测定位置附近对射束进行监控。

这种射束角度分布的测定器可以具备具有已知位置的狭缝及配置于狭缝的下游的射束检测器。射束检测器例如具有一维排列或二维排列的射束检测元件。能够根据通过射束检测器检测的射束受光点与狭缝的相对位置获取该射束的行进方向的角度。测定器可以在与射束中心轨道垂直的面内(例如向射束扫描方向)移动，也可以在该面内的任意位置测定角度分布。

另外，射束发散度测定部310可以配置于射束平行化部308与被处理物之间，并在被处理物的上游测定射束发散度。或者，射束发散度测定部310可以配置于被处理物的后面，并在被处理物的下游测定射束发散度。

离子注入装置300具备射束发散度控制部312。射束发散度控制部312可以是上述控制部116(参考图2)或其一部分。射束发散度控制部312构成为，根据通过射束发散度测定部310测定的射束发散度来调整向射束扫描部306入射的离子束的焦点位置。例如，射束发散度控制部312调整向射束扫描部306入射的入射离子束的焦点位置，以将通过射束发散度测定部310测定的射束发散度与所希望的值进行比较并使其与该期望值一致。

射束发散度控制部312以所测定的角度信息为基础向射束会聚部304(和/或射束扫描部306)发出指令。通过该指令控制射束会聚部304(和/或射束扫描部306)的射束会聚力，且射束焦点位置被改变，其结果能够在晶片位置获得目标射束发散度。

射束发散度控制部312例如通过位于晶片位置的射束角度分布测定器并以注入到晶片之前测定的射束角度分布的结果为基础，向射束会聚部304(和/或射束扫描部306)进行反馈，以设定参数。

或者，如图17所示，用于控制离子束的焦点位置的参数，也可以使用射束条件(例如，离子种类、能量、射束电流等)的函数或工作表314来进行设定。该函数或工作表314根据通过射束角度分布测定器所获得的射束角度分布的结果而预先设定，且可以保持在射束发散度控制部312或射束发散度控制部的附体存储部上。

本实施方式所涉及的焦点调整处理可以在离子注入的准备阶段进行。例如，焦点调整处理可以在如图4所示的射束线设定选择步骤(S10)执行，也可以在如图10所示的射束引出及调整步骤(S106)执行。或者，可以在离子注入过程中进行本实施方式所涉及的焦点调整处理。

图18为表示射束扫描部306的扫描原点S的概略图。射束扫描部306构成为，通过以周期性变化的偏转角度在扫描原点S处使离子束向X方向偏转来扫描离子束。如图18所示，扫描原点S为向射束扫描部306入射的入射射束轨道317a的延长线与从射束扫描部306射出的出射射束轨道317b的延长线的交点。如上所述，射束扫描部306的扫描原点S与作为射束平行化部308的平行化透镜的焦点一致。

射束扫描部306例如为通过周期性变动的电场而向X方向周期性往复扫描离子束的偏转扫描装置。如图18所示，射束扫描部306具备在射束行进方向上以隔着离子束的通过区域而对置配置的一对(2片)扫描电极307a、307b(二极式偏转扫描电极)。扫描原点S位于扫描电极307a、307b之间。与以0.5Hz～4000Hz范围的一定频率进行正负变动的三角波近似的扫描电压分别以相反符号施加在2片扫描电极307a、307b上。该扫描电压在2片扫描电极307a、307b的间隙内，生成使通过该间隙的射束偏转的变动电场。并且，通过扫描电压的周期性变动，向X方向扫描通过间隙的射束。

参考图19(a)、图19(b)、图20(a)、图20(b)来说明离子束的焦点调整与射束发散度之间的关系。简便起见，首先对不计空间电荷效应的情况(图19(a)、图19(b))进行说明，之后对实际存在空间电荷效应的情况(图20(a)、图20(b))进行说明。分别在这两种情况下，对向射束扫描部306入射的入射离子束的焦点位于扫描原点S时(图19(a)、图20(a))与位于扫描原点S的上游时(图19(b)、图20(b))进行比较。

以下，为了便于说明，有时将向射束扫描部306入射的离子束称为“入射离子束316”，从射束平行化部308射出的离子束称为“出射离子束318”。并且，将入射离子束316的焦点称为“射束焦点F”。

如图19(a)所示，将焦点连结于扫描原点S的入射离子束316的所有离子从扫描原点S(即射束平行化部308的焦点)射出，因此在射束平行化部308所有离子呈平行状态。因此，出射离子束318的射束发散度为较小的值(理想状态为零)。假定不存在空间电荷效应，则离子之间不产生排斥力，因此从射束平行化部308射出的出射离子束318在晶片位置320也保持平行。

进一步进行详细说明。第i个离子(以下称为离子(i))以入射角度X_i1’向射束扫描部306入射，并在扫描原点S以某一角度θ偏转时，第i个离子从射束扫描部306射出的出射角度X_i2’表示为X_i2’＝X_i1’+θ。

连结该离子(i)的「向射束平行化部308入射的入射位置」和「扫描原点S」的直线与Z轴(即入射离子束316的中心轴)所成的角度能够表示为θ+Δθ_i。此时，离子(i)通过射束平行化部308偏转的角度为相反符号的-(θ+Δθ_i)。因此，出射离子束318的离子(i)的角度(即通过射束平行化部308的离子(i)的角度)X_i3’为X_i3’＝X_i2’-(θ+Δθ_i)＝X_i1’-Δθ_i。

如图19(a)所示，当射束焦点F与扫描原点S一致时，Δθ_i＝X_i1’，因此，出射离子束318的离子(i)的角度X_i3’为零。即，出自射束平行化部308的离子(i)的行进方向与设计中心轨道(Z轴)平行。其他离子同样也与Z轴平行。

而实际上由于有空间电荷效应发挥作用，因此如图20(a)中以虚线箭头所例示，出射离子束318随着被送往下游而逐渐扩展。如此导致出射离子束318在晶片位置320成为发散射束。因此，出射离子束318的射束发散度为某一较大的正值。为了进行比较，图20(a)中以实线箭头示出，如图19(a)所示的不计空间电荷效应之时的出射离子束318。另外，射束角度分布的重心位置不受空间电荷效应的影响，因此“射束平行度”在考虑空间电荷效应的情况(图20(a))下与不考虑空间电荷效应的情况(图19(a))下相同。

图19(b)示出射束焦点F位于扫描原点S的上游的情况。如同图19(a)所例示的情况，离子(i)以入射角度X_i1’向射束扫描部306入射时，出射离子束318的离子(i)的角度X_i3’为，X_i3’＝X_i1’-Δθ_i。由于X_i1’＜Δθ_i，因此X_i3’＜0。并且，经过对于以射束中心轴为准位于离子(i)的相反侧的第k个离子(以下，称为离子(k))进行相同考察之后获知，由于X_k1’＞Δθ_k，因此X_k3’＞0。

如此，当射束焦点F位于扫描原点S的上游时，出射离子束318为会聚射束。因此，出射离子束318的射束发散度为负，其值与射束焦点F位于扫描原点S时相比较大。在假定没有空间电荷效应时，这种会聚射束会到达晶片位置320。

而实际上，如图20(b)中以虚线箭头所例示，出射离子束318上空间电荷效应的发散作用起作用。因此利用该发散作用能够补正出射离子束318的射束发散度。为了进行比较，在图20(b)中以实线箭头示出如同图19(b)所示的不计空间电荷效应之时的出射离子束318。另外，由于射束角度分布的重心位置不受空间电荷效应的影响，因此“射束平行度”在考虑空间电荷效应的情况(图20(b))下与不考虑空间电荷效应的情况(图19(b))下相同。

通过将射束焦点F从扫描原点S挪到上游来获得等同于消除空间电荷效应的实际影响的Δθ，能够在晶片位置320使离子束平行。或者，能够通过使射束焦点F适当变位而使其位于扫描原点S的上游或下游的方式进行控制，以使离子束具有目标射束发散度(例如，能够获得低发散角射束)。

借此，离子注入装置300构成为，将向射束扫描部306入射的入射离子束316的射束焦点F调整为沿着入射离子束316的中心轴而位于扫描原点S的上游侧。图19(b)中例示出射束焦点F自扫描原点S向上游侧的移动量322及射束会聚部304所能调整的射束焦点F的范围324。通过对焦点进行这种调整，离子注入装置300能够对从射束平行化部308射出的出射离子束318中因空间电荷效应而产生的发散现象进行补正，并以经补正的离子束进行离子注入处理。

换个角度，当考虑在离子束从射束平行化部308输送到被处理物期间所作用的空间电荷效应时，射束平行化部308构成为，使扫描的离子束完全或不完全平行。例如，射束平行化部308向被处理物射出未完全平行的离子束，以使入射到被处理物表面的离子束借助空间电荷效应而完全平行。或者，射束平行化部308向被处理物射出完全或不完全平行的离子束，以使入射到被处理物表面的离子束借助空间电荷效应而具有所希望的射束发散度。

如同本实施方式，将射束焦点F配置在扫描原点S的上游，这适于高电流射束的输送。因为高电流射束的空间电荷效应较大。因此，一种实施方式中，在上述第1射束线设定S1(参考图2)或第1注入设定结构中可以将入射离子束316的射束焦点F配置于扫描原点S的上游的第1焦点位置。并且，在上述第2射束线设定S2(参考图2)或第2注入设定结构中可以将入射离子束316的射束焦点F配置于不同于第1焦点位置的第2焦点位置。第2焦点位置也可以是扫描原点S。

一种实施方式中，离子注入装置可以构成为，向射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置被调整为沿着该离子束的中心轴而位于扫描原点的下游侧。此时，离子注入装置的控制部可以构成为，将向射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置调整为沿着该离子束的中心轴而位于扫描原点的下游侧，以便将从通过测定射束发散度的测定部测定的射束平行化部射出的出射离子束的射束发散度与所希望的值进行比较，并使其与该期望值一致。

Claims (8)

1.一种离子注入装置，其具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，该离子注入装置的特征在于，

所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，

所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，

所述离子注入装置构成为，使向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置沿着所述入射离子束的中心轴而位于所述扫描原点的上游侧，

向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置沿着所述入射离子束的中心轴而在所述扫描原点的上游侧被调整，以补正由从所述射束平行化部射出的出射离子束的空间电荷效应引起的发散现象。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，还具备：

测定部，对表示所述出射离子束所具有的角度分布的扩散大小和所述出射离子束的发散/会聚状态的射束发散度进行测定；及

控制部，调整所述入射离子束的焦点位置，以将通过所述测定部测定的所述出射离子束的射束发散度与所希望的值进行比较，并使射束发散度与该期望值一致。

3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子注入装置还具备射束会聚部，其配设于所述射束扫描部的上游，且沿着所述中心轴调整所述入射离子束的焦点位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束扫描部沿着所述中心轴调整所述入射离子束的焦点位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子注入装置根据注入条件在多个注入设定结构中的任意注入设定结构下动作，所述多个注入设定结构包括：第1注入设定结构，适合用于向被处理物进行高剂量注入的低能量/高电流射束的输送；及第2注入设定结构，适合用于向被处理物进行低剂量注入的高能量/低电流射束的输送，

所述第1注入设定结构中，所述入射离子束具有第1焦点位置，所述第2注入设定结构中，所述入射离子束具有不同于所述第1焦点位置的第2焦点位置。

6.一种离子注入装置，其具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，该离子注入装置的特征在于，

所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，

所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，

所述离子注入装置具备：

测定部，对表示从所述射束平行化部射出的出射离子束所具有的角度分布的扩散大小和所述出射离子束的发散/会聚状态的射束发散度进行测定；及

控制部，沿着所述入射离子束的中心轴调整向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置，以将通过所述测定部测定的所述出射离子束的射束发散度与所希望的值进行比较，并使射束发散度与该期望值一致。

7.一种离子注入装置的离子注入方法，该离子注入装置具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，该离子注入方法的特征在于，

所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，

所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，

所述方法具备如下工序：

通过所述射束扫描部扫描所述入射离子束；

通过所述射束平行化部使扫描的离子束偏转；及

调整所述入射离子束的焦点位置，使其沿着所述入射离子束的中心轴而位于所述扫描原点的上游侧，以补正由从所述射束平行化部射出的出射离子束的空间电荷效应引起的发散现象。

8.一种离子注入装置的离子注入方法，该离子注入装置具备射束扫描部；及配设于所述射束扫描部的下游的射束平行化部，该离子注入方法的特征在于，

所述射束扫描部在入射离子束的中心轴上的所述射束扫描部的中央部具有扫描原点，

所述射束平行化部在所述扫描原点具有作为平行化透镜的焦点，

所述方法具备如下工序：

通过所述射束扫描部来扫描所述入射离子束；

通过所述射束平行化部使扫描的离子束偏转；

对表示从所述射束平行化部出射的射出离子束所具有的角度分布的扩散大小及所述出射离子束的发散/会聚状态的射束发散度进行测定；及

沿着所述入射离子束的中心轴调整向所述射束扫描部入射的入射离子束的焦点位置，以将所测定的所述出射离子束的射束发散度与所希望的值进行比较，并使射束发散度与该期望值一致。